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Le mois de mai sur le Kilauea (Hawaii) // May on Kilauea Volcano (Hawaii)

Le mois de mai est particulièrement riche en éruptions sur le Kilauea. Plusieurs d’entre elles ont débuté, évolué ou pris fin au cours de ce mois. Dans son dernier « Volcano Watch », le HVO a examiné quelques uns des événements les plus marquants entre le 19ème et le 21ème siècle.

La première éruption du Kilauea décrite par des missionnaires occidentaux a eu lieu en 1823. Une fracture de 10 kilomètres de long baptisée «The Great Crack» a donné naissance à la coulée de Keaiwa dans la Lower Southwest Rift Zone (zone de fracture SO) au début de l’été de cette même année. À l’époque, les Hawaïens ont raconté que «Pélé était sortie d’une caverne souterraine et avait débordé dans la plaine… L’apparition de la lave a été soudaine et violente, a brûlé un canot et en a emporté quatre autres dans la mer. À Mahuku [Bay], le puissant torrent de lave est entré dans la mer… »

L’éruption de 1840 a commencé le 30 mai dans la partie inférieure du District de Puna et a duré 26 jours. Il existe peu de témoignages oculaires de cet événement qui a montré l’importance du travail sur le terrain pour déterminer la chronologie des événements. La cartographie géologique révèle que l’éruption de 1840 a probablement ressemblé à celle de 2018.

En 1922, dix ans après la création de l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (le HVO), une éruption fissurale a commencé le 28 mai vers 21 heures au niveau des cratères Makaopuhi et Napau sur l’East Rift Zone (zone de fracture E) du Kilauea.

Il a fallu aux scientifiques du HVO 30 minutes de voiture, puis trois heures de marche pour atteindre le Makaopuhi Crater. Le lendemain, une autre équipe scientifique s’est approchée par le côté est et a observé de faibles projections dans le Napau Crater avant d’atteindre le Makaopuhi. Les deux équipes ont dû traverser des zones de végétation dense et difficile pendant plusieurs heures avant d’atteindre les sites éruptifs.

L’éruption explosive de l’Halema’uma’u en 1924 a duré 17 jours et a pris fin le 28 mai. Un volumineux panache de cendre s’est échappé du cratère pendant cette éruption qui a tué une personne le 18 mai 1924, le même jour de mai que la célèbre éruption du Mont St. Helens.

Une éruption fissurale de trois jours et demi a commencé le 31 mai 1954 dans le cratère de l’Halema’uma’u. Cette éruption a été l’une des premières du Kilauea à avoir été annoncée grâce au réseau de surveillance géophysique. Les scientifiques du HVO avaient observé des signes d’augmentation de la pression magmatique sous le sommet et déclaré que «dans de telles conditions, une éruption pourrait survenir avec sans prévenir longtemps à l’avance». Le premier séisme a réveillé la population à 3 h 42, le tremor est apparu à 4 h 09 et une lueur rouge a été observée dans le ciel à 4 h 10.

L’éruption dans la partie basse du District de Puna en 1955 s’est terminée le 26 mai après 88 jours d’activité dans la même zone que l’éruption de 2018. Cette éruption a dévasté des terres agricoles et isolé le village de Kapoho.

Le 24 mai 1969, le Mauna Ulu est entré en éruption dans l’Upper East Rift Zone du Kilauea. Cet événement a fait suite à une décennie de brèves éruptions fissurales. Les scientifiques du HVO pensaient que cette nouvelle éruption allait durer entre une semaine et un mois. Ce ne fut pas le cas. L’activité s’est concentrée sur une bouche unique entre les cratères Alae et Alo aujourd’hui recouverts par la lave, et s’est poursuivie presque continuellement pendant quatre ans et demi ! Cette longue éruption a permis aux volcanologues du HVO d’étudier et de comprendre les processus volcaniques. L’éruption a permis d’analyser comment se comportent les coulées de lave, les fluctuations de leur vitesse en fonction de la pente, le phénomène de gas pistoning, et la formation des laves en coussins (pillow lavas) lorsque la lave entre dans l’océan.

Lors de l’éruption de 2018 dans la Lower East Rift Zone, la Fracture n°8 s’est réactivée une dernière fois le 24 mai, brièvement accompagnée le 27 mai par l’ouverture de la Fracture n°24. Dans la soirée du 27 mai, la principale coulée de lave issue de la Fracture n°8 a commencé a progresser vers l’océan. Cette éruption est sans aucun doute celle qui a été le mieux documenté sur le Kilauea.
Source: USGS / HVO.

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The month of May has been quite rich on Kilauea, with several notable eruption beginnings, changes, and endings. In its latest “Volcano Watch”, HVO examined a few significant events that marked the last three centuries.

The first eruption of Kilauea documented by western missionaries occurred in 1823. A 10-kilometre-long fissure called “the Great Crack” produced the Keaiwa Flow on the Lower Southwest Rift Zone sometime in the early summer. At the time, local Hawaiians explained that “Pele had issued from a subterranean cavern and overflowed the lowland … The inundation was sudden and violent, burnt one canoe, and carried four more into the sea. At Mahuku [Bay], the deep torrent of lava bore into the sea…”

The 1840 eruption in lower Puna began on May 30th and lasted for 26 days. Few eyewitness accounts exist of this eruption, which emphasized the importance of geological fieldwork to reconstruct the chronology of events that occurred. Geologic mapping indicated 1840 may have been similar to the 2018 eruption.

In 1922, ten years after the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) was founded, a fissure eruption began around 9 p.m. on May 28th in Makaopuhi and Napau craters on Kilauea’s East Rift Zone. HVO scientists drove for 30 minutes and then hiked three hours to reach Makaopuhi. The next day, another field party approached from the east and saw weak spattering in Napau Crater before reaching Makaopuhi Crater. Both teams endured hours of jungle bushwhacking to reach the eruption sites.

The explosive 1924 eruption of Halema’uma’u lasted 17 days and ended activity on May 28th. The crater unleashed a large ash cloud that killed one person on May 18th, 1924, a day later associated with the famous Mount St. Helens eruption.

A 3.5-day-long fissure eruption started on May 31st, 1954 in Halema’uma’u crater. This eruption was one of the first at Kilauea to be “anticipated” through geophysical monitoring. HVO scientists had noted signs of increasing pressurization at the summit and stated that “under such conditions, an eruption might come with very little forewarning.” The first earthquake woke residents at 3:42 a.m., seismic tremor started at 4:09 a.m., and at 4:10, there was red glow in the sky.

The 1955 lower Puna eruption ended on May 26th after 88 days of activity in the same area as the recent 2018 eruption. This eruption devastated farmland and isolated Kapoho Village.

Mauna Ulu began erupting on Kilauea’s Upper East Rift Zone on May 24th, 1969. It followed a decade of short-lived fissure eruptions and HVO staff suspected it would be another week-to-month-long event. However, activity focused at a single vent between the now buried ‘Alae and Alo’i craters and continued there almost continuously for 4.5 years. This sustained activity allowed HVO staff to document, study and understand volcanic processes in great detail. The eruption advanced understanding of how lava flows advance and inflate, the effect of lava velocity and slope on flow textures, gas-pistoning behaviour, and the formation of pillow basalts when lava flows into the ocean.

During the 2018 Lower East Rift Zone eruption, fissure 8 reactivated for a final time on May 24th and was joined briefly on May 27th by the final fissure (#24) opening. In the evening of May 27th, the main fissure 8 lava flow began its advance towards the ocean. This eruption was arguably the best-documented eruption at Kilauea yet.

Source : USGS / HVO.

L’éruption de l’Halema’uma »u en 1924 (Source : USGS / HVO)

Eruption 2018 : coulée issue de la Fracture n°8 (Crédit photo : HVO)

 

La mare au fond de l’Halema’uma’u (Hawaii) // The water pond at the bottom of Halema’uma’u (Hawaii)

On peut lire ces jours-ci dans la presse américaine plusieurs articles à propos de l’eau qui est apparue au fond du cratère de l’Halema’uma’u après l’éruption du Kilauea en 2018.

Le 12 octobre 2019, j’ai publié une note intitulée « Kilauea : l’eau de l’Halema’uma’u » :

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2019/10/12/kilauea-hawaii-leau-de-lhalemaumau-the-water-in-halemaumau-crater/

Elle résumait une étude réalisée par Matt Patrick et Jim Kauahikaua, deux scientifiques de l’USGS, respectivement géologue et géophysicien au HVO. Illustré de schémas et de photos, le document explique pourquoi cette eau est apparue au fond du cratère, et comment pourrait évoluer la situation.

Depuis le mois d’octobre 2019, l’étendue d’eau au fond de l’Halema’uma’u n’a cessé de croître. D’une profondeur de plus de 35 mètres, elle présente une longueur d’environ 210 mètres pour une largeur d’une centaine de mètres. Sa couleur, verdâtre au début, est maintenant marron sous l’effet des réactions chimiques.

S’agissant de l’avenir de cette mare, il existe plusieurs possibilités. Dans un premier scénario, on peut imaginer que le magma remonte rapidement le long du conduit d’alimentation et entre en contact avec l’eau, ce qui ne manquerait pas de créer une situation explosive. Dans un deuxième scénario, le fond du cratère pourrait s’effondrer et laisser s’évacuer toute l’eau vers une zone très chaude où elle se transformerait rapidement en vapeur. En conclusion, si une éruption explosive reste possible, les scientifiques du HVO pensent que la prochaine éruption pourrait aussi se déclencher lentement et toute l’eau pourrait s’évaporer.

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One can read these days several articles in the American press about the pool of water that appeared at the bottom of Halema’uma’u crater after the eruption of Kilauea in 2018.
On October 12th, 2019, I published a note entitled « Kilauea: the water in Halema’uma’u Crater »:

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2019/10/10/12/kilauea-hawaii-leau-de-lhalemaumau-the-water-in-halemaumau-crater/

It summarized a study by Matt Patrick and Jim Kauahikaua, two USGS scientists, respectively ageologist and a geophysicist at HVO. Illustrated with diagrams and photos, the document explains why this water appeared at the bottom of the crater, and how the situation could evolve.
Since October 2019, the body of water at the bottom of Halema’uma’u crater has grown steadily. With a depth of more than 35 meters, it has a length of about 210 metres and a width of a hundred metres. Its colour, greenish at first, is now brown under the effect of chemical reactions.

As far as the future of the water pond is concerned, there are several possibilities. In one case, magma could rise quickly up the conduit and intersect with the water, which would inevitably cause an explosive situation. In the second scenario, the crater floor could collapse and drop all of the water down to a zone where it would be quickly heated into steam. In short, if an explosive eruption remains possible for Kilauea, HVO scientists think the next eruption could also happen slowly and all the water could evaporate.

Crédit photo : USGS / HVO

Halema’uma’u (Hawaii): Résultats de l’analyse de l’eau // Results of water analysis

Comme prévu, le HVO a récemment échantillonné l’eau du lac qui est apparu au fond du cratère de l’Halema’uma’u, au sommet de Kilauea. Le niveau de cette eau a augmenté d’environ 90 centimètres par semaine depuis sa première apparition le 25 juillet 2019. Jusqu’à présent, le HVO ne pouvait qu’évaluer à distance la taille du lac, observer sa couleur et estimer sa température. En voyant la lac s’agrandir, le HVO a décidé d’élaborer une stratégie pour échantillonner son eau. En effet, la chimie du lac est une bonne indication de la provenance de l’eau, de son influence possible sur le dégazage et donc des risques potentiels au sommet du Kilauea.
Il a été décidé qu’un drone serait la meilleure solution pour l’échantillonnage. Le 26 octobre, un engin a prélevé avec succès 0,73 litre d’eau du lac. L’échantillon a ensuite été envoyé à des laboratoires sur le continent pour des analyses exhaustives.
Les résultats obtenus jusqu’à maintenant indiquent que l’eau est acide, avec un pH de 4,2 (le pH neutre est de 7). Il est intéressant de noter que la plupart des lacs de cratères ont un pH inférieur à 3,5 (plus acide) ou supérieur à 5 (moins acide), ce qui place le lac de l’Halema’uma’u dans la moyenne.
Une modélisation mathématique effectuée avant l’apparition du lac indiquait que l’eau de la nappe phréatique était susceptible de pénétrer dans le cratère de l’Halema’uma’u une fois que l’environnement se serait suffisamment refroidi, après la disparition du lac de lave qui avait séjourné dans le cratère entre 2008 et 2018. Il n’est donc pas surprenant de voir de l’eau appraître dans le cratère.
Cependant, il est important de noter que l’Halema’uma’u est l’endroit où les émissions sommitales de dioxyde de soufre (SO2) sont les plus importantes, et que le SO2 se dissout facilement dans l’eau.
Lorsque l’eau souterraine s’écoule en direction du cratère en cours de refroidissement, elle dissout le SO2 provenant du magma situé en dessous. Cela conduit à des concentrations élevées d’ions sulfate dans le lac (53 000 milligrammes par litre) et à un pH plus acide.
A côté de cela, cette eau acide réagit chimiquement avec le basalte du Kilauea, ce qui diminue son acidité et augmente donc son pH. On observe aussi des concentrations élevées de magnésium dans l’eau. Les rapports magnésium / sodium et sodium / potassium dans l’eau du lac sont semblables à ceux du basalte du Kilauea, confirmation des réactions chimiques entre l’eau et la roche.
Les concentrations de calcium ne sont pas très élevées dans l’échantillon d’eau prélevé. Cela s’explique par le fait que le calcium se combine avec des ions sulfate pour former des minéraux solides qui précipitent dans l’eau. Le fer est également susceptible de former divers minéraux, ce qui explique les teintes jaunâtres du lac.
Les réactions complexes entre les gaz et les roches environnantes expliquent pourquoi l’eau du lac dans l’Halema’uma’u est chimiquement différente de la nappe phréatique au fond d’un puits de recherche situé au sud de Halema’uma’u et aussi de l’eau de pluie. Les tests effectués sur l’oxygène et l’hydrogène qui forment les molécules d’eau révèlent que l’eau du lac était à l’origine une eau de pluie qui a percolé dans le sous-sol où sa chimie a évolué.
Le niveau du lac au fond de l’Halema’uma’u continue à s’élever. Le pH actuel reflète un équilibre entre les eaux souterraines qui y pénètrent et le niveau des émissions de SO2 en provenance du sous-sol. Si le niveau du lac se stabilise ou si la quantité de SO2 change, le pH est susceptible de se modifier. Sur le Pinatubo aux Philippines, après l’éruption de 1991, un lac de cratère s’est formé avec un pH presque neutre, mais l’eau est devenue plus acide quand le dégazage de SO2 s’est intensifié, avec l’apparition d’une activité volcanique ultérieure.
Les analyses chimiques confirment que le lac au fond du cratère de l’Halema’uma’u dissout le SO2 d’origine magmatique. Cela signifie que les niveaux d’émission de SO2 mesurés par le HVO (environ 30 tonnes par jour) sous-estiment le SO2 émis globalement par le Kilauea. Sans le lac, les émissions de SO2 au sommet du volcan seraient probablement plus élevées. Cette découverte est importante car un niveau d’émission de SO2 en hausse peut indiquer la présence de magma à faible profondeur.  .
Source: HVO.

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As expected, HVO recently sampled the Halema‘uma‘u water lake at the bottom of Kilauea’s summit crater. The water has risen about 90 centimetres per week since first spotted on July 25th, 2019. Initially, HVO was limited to remote observations of lake size, colour, and surface temperature. As the lake grew, HVO began formulating a plan to sample the water. Indeed, the lake’s chemistry could reveal where the water was coming from and what it might mean for degassing and potential hazards at Kilauea’s summit.

It was decided that a UAS was the best option for sampling. On October 26th, a drone successfully collected about 0.73 litres of water from the lake. The sample was then shipped to mainland USGS laboratories for sophisticated analyses.

Results thus far indicate an acidic lake, with a pH of 4.2 (neutral is pH 7). Interestingly, most volcanic crater lakes have a pH of less than 3.5 (more acidic) or higher than 5 (less acidic), which places the Halema’uma’u lake in the midddle range.

Mathematical modelling performed prior to the lake’s appearance predicted that groundwater could flow into Halema‘uma‘u once the area had cooled enough after the 2008-18 lava lake drained away. So, it was not entirely a surprise when water began to pond in the crater.

But, it’s important to note that Halema‘uma‘u is where most summit sulfur dioxide (SO2) degassing takes place, and that SO2 dissolves readily in water.

As water flows underground toward the now-cooling crater, it dissolves SO2 rising from magma below. This leads to high concentrations of sulfate ions in the lake (53,000 milligrams per liter) and a tendency towards a more acidic pH.

However, that acidic water reacts chemically with Kilauea’s basaltic rock, which makes the lake less acidic (raises the pH) and results in high concentrations of magnesium in the water. The ratios of magnesium to sodium and of sodium to potassium in the lake water are similar to those ratios in Kilauea’s basalt, which is further evidence of chemical reactions between the water and rocks.

Calcium concentrations are not very high in the water sample; calcium is instead combining with sulfate ions to form solid minerals that precipitate from the water. Iron is also likely forming various minerals, contributing to the lake’s yellowish colours.

Complex gas/rock reactions result in Kilauea’s lake water being chemically different from groundwater in a research well south of Halema‘uma‘u and from rainwater. Testing of oxygen and hydrogen that form the water molecules indicate that the lake water was originally rain that percolated into the subsurface where it became groundwater and the chemistry changed.

The Halema’uma’u lake is still rising. The current pH reflects the balance between incoming groundwater and the degree of SO2 degassing from below. If the lake level stabilizes, or the amount of SO2 changes, the pH may also change. At Mount Pinatubo (Philippines), after the 1991 eruption, a crater lake formed with a nearly-neutral pH but became more acidic with increased SO2 degassing and later volcanic activity.

Chemical analyses confirm that the Halema’uma’u crater lake dissolves magmatic SO2. This implies that HVO’s measured SO2 emission rates (about 30 tonnes per day) underestimate the total outgassed SO2 at Kilauea. Without the lake, SO2 emissions from the summit would likely be higher. This finding is important given that an increasing SO2 emission rate can indicate shallowing magma.

Source : HVO.

Le lac acide au fond du cratère de l’Halema’uma’u (Crédit photo: HVO)

Kilauea (Hawaii): L’eau de l’Halema’uma’u // The water in Halema’uma’u Crater

Au cours de l’éruption du Kilauea en 2018, le plancher de l’Halema’uma’u s’est effondré lorsque le magma a quitté le réservoir sommital pour se diriger vers la Lower East Rift Zone où la lave a détruit quelque 700 structures. Aujourd’hui, le plancher de la caldeira a été remplacé par un gouffre profond d’environ 500 mètres, et une petite mare d’eau est apparue en juillet 2019 au fond du nouveau cratère qui a la forme d’un cône inversé.

L’USGS a mis en ligne un document dans lequel Matt Patrick et Jim Kauahikaua (géologue et géophysicien au HVO) expliquent comment et pourquoi cette eau est apparue au fond du cratère, et comment pourrait évoluer la situation. Vous pourrez visionner le document en anglais en cliquant sur ce lien :

https://youtu.be/WLpBMa1576I

En voici une petite synthèse en français :

Au début la mare d’eau était relativement petite, d’une dizaine de mètres de diamètre, et peu profonde.

Les scientifiques se sont demandés quelle pouvait en être l’origine. Il y avait deux possibilités : ce pouvait être le résultat de l’accumulation d’eau de pluie, ou bien une résurgence de la nappe phréatique qui se trouve sous le cratère de l’Halemau’lau’.

Avant l’éruption, des forages avaient révélé que la partie supérieure de la nappe phréatique se trouvait à environ  500 mètres sous le plancher de la caldeira.

Au moment de l’éruption, quand le plancher de la caldeira s’est effondré et a été remplacé par le gouffre profond que l’on observe aujourd’hui, le niveau de la nappe phréatique s’est abaissé sous le cratère nouvellement formé, tout en étant isolée de la lave par un manchon de matériaux.. On peut voir le comportement de la nappe phréatique pendant et à la fin de l’éruption sur ces deux schémas :

 Une fois l’éruption terminée en août 2018, la situation géologique du sommet du Kilauea s’est stabilisée, de sorte que le niveau de la nappe phréatique a commencé à s’élever et, peu à peu, va probablement retrouver son niveau d’origine, autrement dit un équilibre hydraulique avec la nappe phréatique. C’est un phénomène que l’on a déjà observé dans les mines où la nappe phréatique a occupé à nouveau les puits une fois que leur exploitation a été abandonnée.

 Aujourd’hui, la mare d’eau  présente une longueur d’une centaine de mètres de longueur sur une cinquantaine de largeur et une profondeur estimée à une dizaine de mètres. Son niveau s’élève d’une douzaine de centimètres par jour.

Les vidéos en accéléré montrent que la surface est agitée par de nouvelles arrivées d’eau en provenance de la bordure sud de la mare et présente des couleurs allant du jaune au vert, ce qui montre des concentrations importantes de soufre. Il sera intéressant – quand il sera techniquement possible de prélever des échantillons – d’analyser cette eau chauffée par le magma en dessous et dont la température très stable se situe autour de 70°C.

(Photos et schémas: HVO / USGS)

 S’agissant de l’évolution de la situation, le risque serait qu’une arrivée de magma juvénile entre en contact avec cette eau, ce qui ne manquerait pas de provoquer des explosions. Toutefois, les deux scientifiques pensent que ces explosions seraient relativement modestes, avec des projections qui ne dépasseraient pas l’enceinte du cratère de l’Halema’uma’u.

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During the 2018 Kilauea eruption, the Halema’umau’ crater floor collapsed when magma travelled to the East Rift Zone where it erupted, destroying about 700 structures. Today a huge gap about 500 metres deep has replaced the caldera floor and a small water pond appeared in July 2019 at the bottom of the inverted cone.

USGS has released a document in which Matt Patrick and Jim Kauahikaua (HVO geologist and geophysicist) explain how and why the water pond appeared and what could be its evolution for the future. You will see the document by clicking o this link:

https://youtu.be/WLpBMa1576I