Les observations du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u ont permis de mieux comprendre les lentes variations d’alimentation magmatique du Kilauea.

Tous les jours de la semaine, la cendre volcanique et les cheveux de Pele sont recueillis dans des récipients déposés près du lac de lave, sur la lèvre du cratère. La cendre est pesée, et les scientifiques peuvent calculer combien de grammes se déposent chaque heure dans les récipients. Des bulles éclatent à la surface du lac de lave pendant les épisodes de spattering, mais la vitesse à laquelle la cendre s’accumule dans les récipients varie en fonction de la direction du vent, des lieux de projection, de la profondeur du lac de lave, etc. Tout compte fait, sur un mois, ces effets à court terme ont tendance à s’annuler alors qu’une variation est observée d’un mois sur l’autre, avec des pics et des creux dans l’accumulation de la cendre. Les explications de ces variations ont été données par le HVO en observant le comportement du lac de lave proprement dit.
Presque quotidiennement, les scientifiques du HVO mesurent la profondeur de la surface du lac à l’aide d’un télémètre laser. Le niveau du lac monte pendant les épisodes d’inflation du sommet et chute pendant la déflation. Ces fluctuations durent généralement un jour ou deux, parfois plus, mais n’excèdent jamais un mois. Il s’avère que les variations mensuelles du niveau moyen du lac et de l’accumulation mensuelle de cendre correspondent. Sur une période de plusieurs mois, le niveau du lac et l’accumulation de cendre peuvent augmenter, s’accélérer et retomber. Ainsi, une plus grande quantité de cendre tombe dans les récipients quand le niveau de la lave est haut.
Les scientifiques du HVO se sont posé la question suivante: Pourquoi le niveau moyen du lac de lave varie-t-il sur des périodes de plusieurs mois? La réponse se trouve dans les fluctuations d’alimentation magmatique du réservoir peu profond qui se trouve sous la caldeira.
Généralement, on considère que l’alimentation magmatique du Kilauea est relativement stable. En revanche, il y a une dizaine d’années, pendant trois ou quatre ans, cette alimentation était plus importante qu’elle ne l’est aujourd’hui. Il s’agit d’une évolution sur le long terme, qui se distingue par son ampleur et sa durée. Aujourd’hui, c’est différent. Le lac de lave monte et descend sur des périodes de quelques mois seulement, ce qui montre une variation à plus court terme de l’alimentation. Un examen des données GPS sur une période de plusieurs mois – pour minimiser les effets à court terme – montre une correspondance avec le niveau du lac. L’élévation du niveau du lac indique une inflation plus rapide du sommet, tandis que la baisse de niveau traduit un soulèvement sommital plus lent.
L’explication la plus simple de tout cela est que l’apport en magma varie lentement sur des périodes de plusieurs mois. Il ne s’agit pas simplement de transférer le magma d’un lieu vers un autre. C’est l’ensemble du sommet qui monte ou descend, ce qui traduit la hausse et la baisse de l’alimentation magmatique de tout le réservoir sommital. Une seule fois, en 2012, la partie sud du réservoir a baissé alors que la partie nord montait.
Le HVO a identifié environ une douzaine de telles variations d’alimentation depuis le début de l’éruption dans le cratère de l’Halema’uma’u en 2008. Ces variations peuvent être provoquées par des fluctuations de fusion dans le manteau, ou elles peuvent se produire pendant le trajet de 80-100 km entre le manteau et le réservoir de stockage peu profond.
Sans le lac de lave et les mesures précises de son niveau, les scientifiques du HVO n’auraient pas pu détecter les variations d’alimentation et, par conséquent, ils n’auraient pas pu expliquer les variations mensuelles d’accumulation de cendre dans les récipients sur la lèvre du cratère de l’Halema’uma’u. La boucle est bouclée !
Source: USGS / HVO.

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A new concept has emerged from observations of the lava lake in Halema’uma’u. Crater: slowly pulsing magma supply to Kilauea. Every weekday volcanic ash and Pele’s hair are collected from buckets near the lava lake. The ash is weighed, and an ash accumulation rate is calculated, namely how many grams of ash fall into the buckets per hour. Bubbles at the surface of the lava lake are almost always breaking during spattering, but the rate at which ash accumulates in the buckets varies according to wind direction, locations of spattering, depth to the lava lake, and more. However, when averaged over a month, such short-term effects tend to cancel while month-to-month variation is observed, with peaks and troughs in ash accumulation lasting several months each. Explanations of these phenomena have been given by HVO by observing the behaviour of the lava lake itself.

Almost daily, HVO scientists measure the depth to the lake surface with a laser rangefinder. Lake level rises during summit inflation and drops during deflation. Such changes typically last a day or two, sometimes longer, but not for a month. It turns out that the average monthly lake level and the monthly accumulation of ash track each other. Over a several-month period, lake level and ash accumulation may rise, peak, and fall off. More ash falls in the buckets when lava level is high than when it is low.

The question to answer was: Why does the monthly average lake level change over periods of several months? The answer is: a pulsing rate of magma supply to the shallow storage reservoir under the caldera.

Generally, magma supply to Kilauea is considered to be pretty steady. For 3-4 years about a decade ago, the magma supply rate was higher than it is today. This was a long-term change and stood out by its magnitude and duration. Today is different. The rising and falling lava lake over periods lasting only several months suggests a shorter-term variation in the supply rate. Close examination of the GPS data, again averaged over month-long periods to minimize short-term effects, shows good correspondence with lake level. Rising lake level indicates faster summit uplift, and dropping lake level slower uplift.

The simplest explanation for all this is that the rate of magma supply is slowly pulsing over periods of several months. It isn’t simply a question of transferring magma from one place in the summit to another. The entire summit goes up or down, seemingly reflecting waxing and waning of the magma supply rate to the entire summit reservoir. Only once, in 2012, did the southern part of the reservoir go down when the northern went up.

HVO has identified about a dozen pulses since the Halema’uma’u eruption began in 2008. The pulses may be driven by changes in the rate of melting in the mantle or be induced during transport upward from the mantle to the shallow storage reservoir, an 80-100-km distance.

Without the lava lake and its precisely measured level, HVO scientists wouldn’t have detected a pulsing supply rate and, as a consequence, would not have been able to explain the monthly changes in ash accumulation.

Source: USGS / HVO.

Vue du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u. La surface du lac – dont le diamètre est d’environ 255 mètres – se trouve souvent à une vingtaine de mètres sous la lèvre. Le niveau de la lave chute au cours des périodes de déflation du Kilauea et remonte lors des épisodes d’inflation. Un débordement peut se produire sur le plancher de l’Halema’uma’u, comme en mai 2015, mais un tel événement reste exceptionnel. (Crédit photo: USGS / HVO).