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Halema’uma’u (Hawaii): Eau de pluie ou eau de source? // The water in Halema’uma’u (Hawaii): Rainwater or groundwater?

La mare d’eau au fond du nouveau cratère de Halema’uma’u soulève un certain nombre de questions. Les deux plus fréquentes sont: d’où vient l’eau et quelles pourraient être ses conséquences?
Les deux sources les plus probables sont l’eau de pluie et l’eau souterraine, autrement dit la présence d’une nappe phréatique. Selon les scientifiques du HVO, les deux hypothèses sont à prendre en compte, avec une préférence pour les eaux d’origine souterraine.
La nappe phréatique dans la zone sommitale du Kilauea se situe à une altitude d’environ 590 mètres, telle qu’elle a été mesurée dans un puits de forage creusé en 1973 à environ 800 mètres au sud de Halema’uma’u. La hauteur du plancher d’Halema’uma’u est d’environ 512 mètres, soit 70 mètres en dessous de la nappe phréatique qui se trouve à proximité.
Avant l’effondrement du sommet du Kilauea en 2018, les données géophysiques laissaient supposer que la nappe phréatique à proximité de Halema’uma’uu était à peu près à la même altitude que dans le forage, mais elle s’est probablement modifiée lors de l’effondrement du cratère. La nappe phréatique est probablement en train de se rétablir et, au fur et  à mesure qu’elle monte, l’eau s’infiltre dans des zones basses au niveau du plancher du cratère.
En ce moment, la surface de la mare d’eau dans le cratère s’élève lentement et régulièrement, ce qui correspond probablement à une hausse de la nappe phréatique. Le niveau de l’eau dans le cratère augmenterait par à-coups s’il dépendait des fortes pluies sur le Kilauea. Or, l’Halema’suma n’a pas reçu de fortes pluies depuis la première observation de l’eau dans le cratère le 25 juillet 2019. Il serait intéressant de prélever un échantillon de cette eau et de la dater à l’aide de moyens isotopiques; l’eau de pluie aurait l’âge actuel, tandis que les eaux souterraines seraient plus vieilles.
En ce qui concerne la profondeur de la mare, elle ne dépasse pas quelques mètres. Il se pourrait que ce ne soit que le sommet de la zone saturée en eau, qui pourrait atteindre plusieurs dizaines de mètres de profondeur. Cette profondeur n’est toutefois pas infinie car elle est forcément freinée par la chaleur résiduelle du magma dans le conduit d’alimentation. Malgré tout, à mesure que le conduit refroidit, une plus grande quantité d’eau peut s’accumuler et contribuer à augmenter le volume en surface.

Le volume de la masse d’eau aura forcément une influence sur les risques potentiels. Une simple mare n’aura aucune incidence sur la prochaine éruption sommitale. En revanche, si le magma devait entrer en contact avec plusieurs dizaines de mètres d’eau, un scénario explosif plus important pourrait être observé, comme cela s’est déjà produit dans le passé.
Source: USGS / HVO.

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The pond of water at the bottom of Halema‘uma‘u’s new crater is raising many questions. The two most frequent are, where is the water coming from and what is its importance?

Two potential sources of the water are recent rainfall and groundwater. According to HVO scientists, either remains a possibility. Circumstantial evidence, however, favours groundwater.

The local water table, below which rocks are saturated with water, is at an elevation of about 590 metres, as measured in a deep hole drilled in 1973 about 800 metres south of Halema‘uma‘u. The elevation of the floor of Halema‘uma‘u is about 512 metres, 70 metres lower than the nearby water table.

Before the 2018 collapse of Kilauea’s summit, geophysical data suggested that the water table near Halema‘uma‘u was at about the same elevation as in the drill hole, but it was apparently drawn down during the collapse. The water table is likely recovering now, and as it rises, water inundates low areas such as the crater floor.

So far, the surface of the pond is rising slowly and steadily, consistent with a rising water table. Normally, the pond level would rise in jumps during downpours if rain was directly responsible for feeding it. However, Halema‘uma‘u has experienced no heavy rain since the pond was first observed on July 25th, 2019. It would be best to sample the water and date it using isotopic means; rain would have today’s age, groundwater an older age.

As far as the water’s depth is concerned, it is no more than a couple of metres. But the visible pond could be just the top of the saturated zone, which could conceivably be several tens of metres. There is probably a bottom to the standing water, because heat in the magma conduit below the floor of Halema‘uma‘u would boil away water at some depth. But as the conduit cools, the floor of standing water could move downward, deepening the water body from below as well as at the surface.

The total thickness of the water body impacts potential hazards. A mere puddle would scarcely affect the next summit eruption. But, if rising magma had to penetrate several tens of metres of water, an explosive scenario that has played out in the past could repeat.

Source: USGS / HVO.

Crédit photo: USGS / HVO

L’eau de l’Halema’uma’u (Hawaii) // The water of Halema’uma’u (Hawaii)

La dernière éruption du Kilauea a pris fin en août 2018 et il n’y a actuellement aucune coulée de lave sur le volcan….mais il y a de l’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u, au sommet du Kilauea ! Le lac de lave qui a persisté pendant l’éruption a maintenant été remplacé par des mares d’eau. .
L’apparition récente d’eau au fond du cratère a provoqué de nombreuses interrogations. Comme on peut le voir sur les photos mises en ligne par le HVO (voir ci-dessous), cette eau est de couleur turquoise, laiteuse ou verdâtre, ce qui trahit la présence de soufre dissous et de métaux provenant du mélange avec l’eau des gaz magmatiques ou des roches environnantes. Les caméras thermiques révèlent une température de surface d’environ 70°C.
L’eau au fond de l’Halema’uma’u n’est pas visible depuis les zones du parc national ouvertes au public, mais le HVO a déplacé l’une de ses webcams vers un site offrant une vue directe sur le fond du cratère.
Pour mesurer le niveau de cette eau, les scientifiques du HVO utilisent un télémètre laser à longue portée. Les mesures quotidiennes montrent que le niveau s’est lentement élevé. Les prochains survols en hélicoptère permettront de cartographier et de mesurer avec précision la superficie et le volume des mares. À l’aide de photographies obliques, il est possible de créer des modèles tridimensionnels du fond du cratère. La comparaison de ces modèles mis à jour régulièrement avec les données LIDAR (système de mesure par détection laser) collectées en juillet 2019 permettra d’estimer le volume d’eau. Les images satellites haute résolution compléteront ces informations. Des drones pourront également fournir des images aériennes et des mesures précises de la superficie et du volume de l’eau accumulée.
L’échantillonnage direct et les analyses chimiques permettront enfin de savoir s’il s’agit d’une accumulation d’eau de pluie en surface ou d’une eau souterraine plus profonde. Il se peut aussi qu’une partie de l’eau provienne de la condensation de la vapeur produite directement par le magma.

Une meilleure connaissance de la source de cette eau permettra de mieux comprendre les dangers possibles qui y sont associés. Par exemple, si elle est une émergence de la vaste zone d’eaux souterraines autour du cratère, elle risque d’interagir avec une montée éventuelle du magma et provoquer une activité explosive.
A cause de la dangerosité du site, l’échantillonnage direct est problématique. Il est déconseillé de se rendre auprès des mares en raison de l’accumulation possible de dioxyde de carbone au fond du cratère. Les effondrements fréquents des pentes instables du cratère sont un autre danger. Les prélèvements se feront probablement par la voie aérienne, avec un récipient de captage accroché au bout d’un filin.
À l’heure actuelle, les instruments ne révèlent aucun signe d’activité à court terme au sommet du Kilauea. Le réservoir magmatique sommital continue à se recharger lentement. Le niveau d’alerte volcanique est maintenu à « Normal ». En conséquence, le HVO n’émet plus que des bulletins mensuels.
Source: USGS / HVO.

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The last eruption of Kilauea ended in August 2018 and there is currently no active lava on the volcano….but there is water at the bottom of Halema’uma’u Crater. The lava lake that persisted during the eruption has now been replaced by water ponds.   .

The recent appearance of water at the bottom of Halema‘uma‘u Crater at the summit of Kilauea, has attracted wide attention and generated many questions. As shown in HVO’s website photos, the ponds are milky turquoise, or greenish, in colour, indicative of dissolved sulphur and metals from magmatic gases or surrounding rock mixing into the water. Thermal images show water surface temperatures of approximately 70°C.

The water in Halema‘uma‘u is not visible from publicly accessible areas of the national park but HVO has moved one of its existing webcams to a site that provides a direct view of the ponds.

To measure the level of water in the ponds, HVO scientists use a long-range laser rangefinder. These daily measurements show that the water level has slowly risen. Future helicopter overflights will allow for the mapping and precise measuring of the area and volume of the changing ponds. Using oblique photographs, 3-dimensional models of the crater floor can be created. Comparing these updated models with the LIDAR (light detection and ranging) data collected in July 2019 will help estimate water volume. High-resolution satellite images can fill in observational gaps between HVO’s overflights. Drones could also provide aerial imagery and precise measurements of pond area and volume.

Direct sampling and chemical analyses of the water in Halema‘uma‘u would provide insight into its source, and know if it is a shallow accumulation of rainwater or the surface expression of a deeper-seated layer of groundwater. Some of the water could also be from condensed water vapour directly released by the magma. Knowing the water’s source will offer a better understanding of the possible hazards associated with it. For instance, if the water is from the extensive zone of groundwater around the crater, it could be more likely to interact with rising magma and result in explosive activity.

Given the hazardous location of the water, however, direct sampling is tricky. Walking down to the ponds is not advised due to the possible accumulation of carbon dioxide on the crater floor. Other dangers include frequent rockfalls from the steep, unstable slopes.

At the current time, monitoring data do not indicate any signs of imminent unrest at Kilauea’s summit. Magma continues to quietly recharge the summit magma reservoir.

The alert level for Kilauea remains at Normal. Reflecting this alert level, HVO is now only issuing monthly updates.

Source: USGS / HVO.

Vue générale du cratère de l’Halema’uma’u avec la petite mare d’eau au fond de la cavité (Crédit photo: USGS / HVO)

Vue rapprochée de l’eau au fond de l’Halema’uma’u le 8 août 2019 (Crédit photo: USGS / HVO)

De l’eau dans le cratère de l’Halema’uma’u (Kilauea / Hawaii) // Water in Halema’uma’u Crater (Kilauea / Hawaii)

Pour la première fois dans l’histoire du Kilauea, une mare d’eau a été découverte au cours de la dernière semaine de juillet 2019 au fond de l’Halema’uma’u, le cratère sommital du volcan. Le HVO a confirmé cette présence d’eau qui pourrait marquer la transition vers une phase plus explosive des futures éruptions.

Les scientifiques ne savent pas comment va évoluer la situation, mais on sait que lorsque la lave interagit avec l’eau, elle peut provoquer de violentes explosions. Une première possibilité est que le magma chauffe et vaporise lentement cette eau pour donner naissance à un nouveau lac de lave. Il se pourrait aussi que la lave interagisse avec la nappe phréatique et déclenche de petites explosions. Une troisième hypothèse est que le magma monte rapidement, et provoque une explosion majeure.

Les scientifiques de l’USGS ont expliqué qu’il n’y a actuellement « aucune raison de penser que les dangers présents au sommet ont augmenté ou diminué » suite à la découverte de cette eau. Toutefois, « la présence d’eau pourrait provoquer un changement important dans l’activité à long terme du volcan.»
Bien que le Kilauea soit surtout connu pour son activité effusive et ses somptueuses coulées de lave, le volcan a une histoire d’alternance de longues périodes d’éruptions explosives et de périodes de phases effusives. Il ne faudrait pas oublier que plusieurs événements explosifs se sont produits sur le volcan dans le passé. Ces éruptions ont le plus souvent généré des déferlantes pyroclastiques.

En 1790, l’une d’elles a tué plus de 400 personnes dans la caldeira du Kilauea. Ce fut l’éruption volcanique la plus meurtrière jamais observée aux États-Unis. Ces déferlantes pyroclastiques, qui peuvent se déplacer à la vitesse d’un ouragan, comptent parmi les éruptions les plus dangereuses. Les géologues du HVO pensent qu’une telle activité ne se produirait pas du jour au lendemain et que les techniques de surveillance modernes permettraient probablement d’alerter le public.

Une autre éruption majeure s’est produite en 1924. Des explosions ont commencé le 10 mai et expédié des blocs pesant jusqu’à 45 kg à 60 mètres de distance, ainsi que des fragments plus petits pesant environ 9 kg jusqu’à 270 mètres. Après une brève pause, l’activité s’est intensifiée le 18 mai et a culminé avec une explosion majeure qui a fait un mort.
Source: USGS / HVO.

Note personnelle: La petite mare que l’on peut observer en ce moment et dont la température est d’environ 70°C a probablement été formée par l’accumulation d’eau de pluie au fond du cratère de l’Halema’uma’uu. Si du magma devait remonter vers la surface, il y a de fortes chances pour que sa chaleur vaporise rapidement cette eau de surface qui n’a rien à voir avec l’eau d’une nappe phréatique en profondeur. Si une explosion se produisait, ce ne serait certainement pas un événement majeur.

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For the first time in Kilauea’s recorded history, a pond of water was discovered – and confirmed by HVO – during the last week of July 2019 at the bottom of Halema’uma’u, the summit crater of Kilauea volcano. Scientists say this development could signal a shift to a more explosive phase of future eruptions.

Scientists do not know what will happen next, but is is well known that when lava interacts with water, it might cause explosive eruptions. One possibility is that lava could slowly heat up and vaporize the water and eventually create a new lava lake. Lava could also interact with the water table and create small explosions. Another possibility is that magma rises rapidly, which could produce a larger explosion.

USGS officials stressed that there is currently “no reason to think hazards at the summit have increased or decreased” because of the discovery of water. But “the presence of water could be a significant switch in the long-term activity of the volcano.”

Although Kilaeua is well known for its effusive activity ansd its sumptuous lava flows, the volcano has a history of alternating between long periods of explosive eruptions and times of effusive phases. Indeed, there have been several explosive events on Kilauea in the past. These eruptions commonly produce pyroclastic surges. In 1790, one of them killed more than 400 people at Kilauea’s caldera, making it the deadliest volcanic eruption in what is now the United States. These surges can move at hurricane velocity across the landscape and they are among the most dangerous kinds of eruptions. HVO geologists think none of this will happen overnight, and modern monitoring techniques will probably give the public plenty of warning. Another major eruption occurred in 1924. Explosive activity began on May 10th of that year, blowing rock chunks weighing as much as 45 kg 60 metres out, and smaller fragments weighing about 9 kg out as far as 270 metres. After a brief reprieve, activity intensified through a major blast on May 18th, when an enormous explosive event caused the eruption’s only fatality.

Source: USGS / HVO.

Personal note: As far as the current small pond (temperature of about 70°C) is concerned, it was probably formed by the accumulation of rain water at the bottom of Halema’uma’u Crater. Should there be some magma ascent to the surface the magma’s heat would probably rapidly vaporize this surface water which has nothing to do with the water of a deep aquifer. If an explosion occurred it would certainly not be a major event.

Vue du cratère de l’Halema’uma’u et de la petite mare au fond de la cavité d’effondrement laissée par la dernière éruption. Il fallait avoir un puissant téléobjectif pour réaliser une photo lisible de cette eau ! (Source : USGS / HVO)

Image thermique de l’accumulation de l’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’. Comme indiqué précédemment, la température de cette eau est d’environ 70°C (Source: USGS)

Les leçons de l’éruption du Kilauea en 2018 (Hawaii) // The lessons of the 2018 Kilauea eruption (Hawaii)

Dans une note précédente, j’ai expliqué que les volcanologues du HVO étaient en train d’acquérir de nouvelles informations suite à l’analyse de l’éruption du Kilauea dans la Lower East Rift Zone (LERZ). Un nouvel article de la série Volcano Watch nous apprend que les effondrements de la zone sommitale du volcan en 2018 sont également riches d’enseignements.
Dès le début du mois d’avril 2018, le volcan a montré les signes d’un changement dans son comportement, mais les données fournies par les instruments étaient trop vagues pour prévoir ce qui allait se passer. Elles faisaient seulement état d’une augmentation de la pression dans le système magmatique entre le sommet du Kilauea et le cône du Pu’uO’o.
Le 30 avril 2018, la lave est sortie brièvement d’une fracture sur le flanc ouest du Pu’uO’o. Le magma a ensuite pris le chemin de la LERZ, laissant derrière lui un trou béant dans le cratère du Pu’uO’o qui a émis un impressionnant panache de poussière en se vidant.
Le magma qui se trouvait sous le Pu’uO’o s’est immédiatement dirigé vers la LERZ où le sol s’est légèrement soulevé, avec des séismes qui indiquaient la trajectoire suivie par la roche en fusion vers la surface.
Le 3 mai 2018, la lave a percé la surface dans les Leilani Estates, marquant le début de la plus grande éruption dans la LERZ du Kilauea depuis plus de 200 ans.
Au cours des semaines suivantes, le lac de lave qui se trouvait au sommet, dans l’Overlook Crater de l’Halema’uma’u, s’est vidangé tandis que le magma s’écoulait dans la LERZ, comme si une soupape s’était ouverte au fond de l’Overlook Crater. Aidé par la différence d’altitude de près de 900 mètres entre le sommet et la LERZ, le lac de lave s’est vidé régulièrement et le sommet de Kilauea s’est effondré en s’affaissant. Ce processus s’est accompagné d’une forte sismicité.
La vidange du lac de lave a entraîné des éboulements quasi permanents dans l’Overlook Crater vidé de son contenu. Des explosions ont généré d’impressionnantes colonnes de cendre, avec parfois des retombées de gros blocs sur le plancher de l’Halema’uma’u.
À la fin du mois de mai, les explosions au sommet du Kilauea ont été remplacées par des effondrements épisodiques. Au total, 62 événements d’effondrement ont secoué la zone sommitale en déclenchant des séismes qui ont à plusieurs reprises atteint une magnitude de M 5.3, occasionnant des dégâts au bâtiment du HVO et au Jaggar Museum. Les routes, les réseaux d’alimentation en eau et les fondations de certaines maisons dans le village de Volcano ont également été endommagés.
Un an après, les scientifiques du HVO continuent d’analyser les données de l’éruption sommitale du Kilauea. Avant 2018, les modèles indiquaient que l’activité explosive observée au sommet était provoquée par l’interaction entre les eaux souterraines et la haute température du conduit d’alimentation situé sous la caldeira du Kilauea. En revanche, les analyses de plusieurs explosions observées en 2018 laissent supposer que les gaz magmatiques sont le moteur de ces explosions.
Au lieu de s’effondrer d’un seul coup, on s’est rendu compte en 2018 que la caldeira du Kilauea pouvait s’affaisser progressivement sur de longues périodes, avec une déflation du sommet générant une forte sismicité qui constitue un risque majeur.
Les scientifiques ont également constaté que, dans certaines conditions, le sommet de Kilauea et la LERZ peuvent être reliés étroitement. Ceci est corroboré par l’équivalence approximative entre le volume de lave émis dans la LERZ et le volume du vide laissé par l’effondrement sommital ; tous deux sont de l’ordre de 1 kilomètre cube.

Une étude menée par un groupe international de scientifiques a révélé que la vitesse de propagation des ondes sismiques au sommet du Kilauea a montré des variations mesurables avant l’activité éruptive de 2018. Cette découverte représente un paramètre intéressant dans la prévision d’une future activité éruptive.
Source: USGS / HVO.

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In a previous post, I explained that US geologists at HVO are gaining new insights from the Kilauea eruption in the Lower Esat Rift Zone. A new Volcano Watch article indicates that they are also learning a lot from the volcano’s 2018 summit collapses.

As soon as early April 2018, the volcano showed signs that change was coming, but the data provided by the instruments were too elusive to predict what was to happen. They only tracked an increasingly pressurized magmatic system between Kilauea’s summit and the Pu’uO’o cone.

On April 30th, 2018, lava emerged briefly from a crack on the cone’s west flank before the remaining magma drained into the East Rift Zone.  The Pu’uO’o crater collapsed, leaving a bottomless, empty cavity.

The magma which was beneath Pu’uO’o immediately headed toward the Lower East Rift Zone (LERZ) where the ground heaved slightly in response, with earthquakes indicating the path followed by the molten rock as it pushed downrift and toward the surface.

On May 3rd, lava erupted within the Leilani Estates. It marked the beginning of the largest eruption on Kilauea’s LERZ in over 200 years.

Over the next weeks, the summit lava lake withdrew deeper into the volcano as magma emptied into the LERZ, as if a valve had been opened at the bottom of the Overlook Crater. Aided by the nearly 900 metre elevation difference between the summit and the LERZ, the lava lake steadily drained and Kilauea’s summit collapsed inward. This in turn prompted elevated seismicity.

Recession of the lava lake resulted in near-constant rockfalls into the now empty Overlook Crater  Explosions sent impressive columns of ash into the sky, sometimes littering the ground around Halema’uma’u with dense blocks of rock.

By late May, Kilauea summit explosions were replaced by episodic collapse events. All told, 62 collapse events rocked Kilauea’s summit, triggering several M 5.3 earthquakeswhich caused damage at the HVO building, the Jaggar Museum. Roads and water system and residential foundations in Volcano were also damaged.

A year later, HVO scientists continue to process data from the 2018 eruption at the summit of Kilauea. Prior to 2018, models indicated that explosive summit activity was driven by steam explosions produced by the interaction between groundwater and the hot conduit below Kilauea’s caldera. But data from several 2018 explosions suggest that magmatic gas is the primary driver.

Rather than necessarily occurring as one big drop, the Kilauea caldera collapse can proceed incrementally over long periods of time, with ground shaking during sustained, rapid summit deflation and episodic collapse posing a major hazard.

Under certain conditions, Kilauea’s summit and the LERZ can be extremely well-connected through the core of the rift zone. This is supported by the rough equivalence of the LERZ erupted volume and the summit collapse void, both on the order of 1 cubic kilometre.

A study led by an international group of scientists has found evidence that seismic velocity – the speed at which seismic waves travel – within Kīlauea’s summit showed measurable changes leading up the 2018 activity. This finding potentially offers another means to forecast eruptive activity.

Source : USGS / HVO.

Panache de cendre et de poussière émis par le Pu’uO’o lorsque le plancher du cratère s’est effondré après l’évacuation du magma vers la LERZ (Crédit photo : USGS / HVO)

Panache de cendre émis par l’Overlook Crater de l’Halema’uma’u pendant la vidange du lac de lave (Crédit photo : USGS / HVO)