Les mesures GPS à Hawaii // GPS measurements in Hawaii

Le Global Positioning System (GPS) est un système américain de navigation par satellite conçu à l’origine pour des applications militaires, mais qui est devenu extrêmement populaire et largement utilisé. En plus de la constellation américaine, il existe trois autres systèmes de navigation par satellite (GNSS) dans le monde : GLONASS (Russie), Galilée (Europe) et BeiDou (Chine). Les nouveaux récepteurs GNSS peuvent suivre simultanément plusieurs constellations de satellites, ce qui améliore la précision.
À Hawaii, le HVO exploite un réseau GNSS de 67 stations réparties sur toute l’île, mais avec priorité aux zones de déformation telles que les zones de rift. Ces stations GNSS de haute précision fournissent des données aux scientifiques 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.
Le principe de fonctionnement est le suivant : les satellites GNSS émettent des ondes radio qui se déplacent à la vitesse de la lumière et transmettent des informations sur la position exacte du satellite et l’heure actuelle. L’antenne au sol prend en compte les signaux radio de plusieurs satellites et les transmet au récepteur qui calcule l’emplacement exact selon un processus appelé trilatération. Un système GNSS de haute précision peut déterminer un emplacement avec une marge d’erreur de seulement quelques millimètres.

Actuellement, la constellation GPS américaine compte 33 satellites opérationnels en orbite à une altitude de 20 000 km. Pour localiser avec précision l’emplacement d’une station GNSS, le récepteur doit recevoir en continu des données pendant six heures au moment où les satellites traversent l’horizon en vue de la station. Quatre satellites sont nécessaires pour calculer un emplacement 3D, mais généralement un récepteur GNSS en suit huit ou plus pour calculer une position plus précise.
Plusieurs facteurs peuvent affecter le signal GNSS et la précision des emplacements qui en dépendent. L’ionosphère et la troposphère, couches de l’atmosphère à travers lesquelles se déplacent les ondes radio, peuvent retarder les signaux radio, mais cela peut être corrigé avec des modèles atmosphériques. Il est important que les antennes GNSS fonctionnent dans un environnement bien dégagé,  sans interférence d’objets comme des arbres ou des bâtiments.
Pour obtenir une vue globale des déformations d’un volcan, le HVO effectue également chaque année des mesures sur le terrain sur le Mauna Loa et le Kilauea. Au cours de ces missions, le personnel du HVO place des récepteurs GPS temporaires et des antennes sur des supports – des disques de laiton qui ont été arrimés au sol – et les scientifiques laissent l’équipement en place pendant quelques jours sur chaque site. Le support du récepteur montre généralement une croix à l’intérieur d’un triangle qui sert de point de référence pour le centrage de l’antenne.
Au cours de chaque mission de mesures, le personnel du HVO revient sur les sites de mesures afin de collecter les données et déterminer si la station a bougé. Les données ainsi collectées permettent de calculer à la fois la position horizontale et verticale – comme on le fait pour la latitude, la longitude et l’altitude – et ainsi d’évaluer les variations par rapport aux relevés précédents.
Des campagnes de levés GPS sont conduites sur le Mauna Loa et le Kilauea depuis le milieu des années 1990. Elles fournissent des données extraordinairement précises sur la déformation de ces volcans. En plus du Mauna Loa et du Kilauea, le Hualalai et l’Haleakala sont inspectés périodiquement (tous les trois à cinq ans) dans le cadre du programme de surveillance des volcans par le HVO.
Source: USGS / HVO.

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The Global Positioning System (GPS) is a US satellite-navigation system originally designed for military use but now an extremely popular and widely used technology. In addition to the US constellation, there are three other Global Navigation Satellite Systems (GNSS): GLONASS (Russia), Galileo (European) and BeiDou (China). New GNSS receivers can simultaneously track multiple constellations of satellites , which provides improved accuracy.

In Hawaii, HVO operates a 67-station GNSS network spread out across the island but concentrated near persistent deforming features like rift zones. These high-precision GNSS stations give scientists a 24/7 record.

GNSS satellites send out radio waves that travel at the speed of light and transmit information about the exact position of the satellite and the current time. The antenna on the ground listens to the radio signals from multiple satellites and passes them to the receiver which calculates the exact location using a process called trilateration. High-precision GNSS equipment and analysis can determine a location down to less than a centimetre.

Currently, the American GPS constellation has 33 operational satellites orbiting at an altitude of 20 000 km. To accurately pinpoint the location of a high-precision GNSS station, the receiver must continuously receive data for six hours as satellites arc across the horizon in view of the station. Only four satellites are needed to calculate a 3-D location, but typically a GNSS receiver will track eight or more to calculate a more precise position.

There are several factors that affect the GNSS signal and accuracy of derived locations. The ionosphere and troposphere, layers of the atmosphere through which the radio waves travel, introduce delays in the radio signals that can be corrected with atmospheric models. It is important for GNSS antennas to have enough clear “sky view” without object interference suchas trees or buildings.

To get a more complete view of the deforming volcano, HVO also conducts yearly campaign surveys on Mauna Loa and Kilauea. During these surveys, HVO staff place temporary GPS receivers and antennas on benchmarks – permanent brass disks that have been drilled into the ground – and leave the equipment in place for a couple of days at each site. The benchmark typically has a cross inside a triangle that serves as a reference point for centering of the antenna.

During each survey, HVO staff returns to these benchmarks to collect data and determine how the point has moved. Data collected allow to calculate both a horizontal and vertical location, similar to latitude, longitude, and altitude and thus to evaluate the change from prior surveys.

Campaign of GPS surveys have been conducted on both Mauna Loa and Kilauea since the mid-1990s, providing extraordinary records of volcano deformation. Along with Mauna Loa and Kilauea, Hualalai and Haleakala are surveyed periodically (every three to five years) as part of HVO’s volcano monitoring program.

Source : USGS / HVO.

Station GPS sur le flanc sud du Kilauea (Crédit photo : USGS)

Hawaii: Réouverture prochaine du Thurston Lava Tube // Nāhuku soon to reopen

Le Thurston Lava Tube – Nāhuku en hawaiien – est l’un des sites les plus visités du Parc National des Volcans d’Hawaï. Malheureusement, l’éruption du Kilauea en 2018 a causé des dégâts considérables et le site a dû être fermé.
Il y a quelques jours, les autorités du parc national ont indiqué qu’elles faisaient tout leur possible pour que le tunnel de lave soit de nouveau accessible. Depuis le 28 janvier 2020, la route de secours non goudronnée entre la Highway 11 et les toilettes de Nāhuku a été fermée au public afin de pouvoir réparer une ligne électrique qui sera désormais enterrée, ce qui suppose de creuser une tranchée. Les travaux prendront probablement entre deux et quatre semaines.
Selon les responsables du parc, le Thurston Lava Tube pourrait rouvrir au cours des prochaines semaines, «sauf imprévu.».

Le Thurston Lava Tube n’est pas le seul tunnel de lave à Hawaï. D’autres méritent également une visite comme ceux de Kaumana le long de la Saddle Road. Cependant, le tunnel le plus spectaculaire sur la Grande Ile est probablement le Kazumura, l’un des plus longs tunnels de lave sur Terre. En 2002, la longueur a été estimée à 65,6 km. Il s’est formé il y a 500 à 600 ans. Ses ramifications traversent une grande partie du District de Puna et on a recensé plus de 100 points d’entrée. Tous se trouvent sur des terres privées, mais certains propriétaires organisent des visites des tunnels. A noter que la visite de Kazumura fait partie des voyages à Hawaï organisés par l’agence française Aventure et Volcans.
Cependant, le plus beau tube de lave que j’aie jamais visité n’est pas à Hawaï, mais sur l’île de la Réunion où le Tunnel Bleu est exceptionnel. J’en profite pour adresser mes amitiés à Rudy Laurent.

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The Thurston Lava Tube – Nāhuku en hawaiien – is one of the highlights in Hawaii Volcanoes National Park. Unfortunately, the 2018 Kilauea eruption caused widespread damage and the site had to be closed.

The National Park authorities indicated a few days ago that they are making steady progress to reopen the Thurston Lava Tube. Starting on January 28th, 2020, the unpaved emergency “Escape Road” between Highway 11 and the comfort station at Nāhuku has been closed to the public while repairs were made to a faulty electrical line: The replacement line is being placed underground after the area is trenched. Repairs could take two to four weeks.

According to Park officials, the lava tube could be reopened in the next few weeks, “barring any unforeseen circumstances.”

The Thurston Lava Tube is not the only lava tunnel in Hawaii.  Others are also worth a visit like the Kaumana caves along the Saddle Road. However, the most dramatic lava tube on Hawaii Big Island is probably the Kazumura Cave, one of the longest known lava tubes on Earth. In 2002 the length of the cave was measured at 65.6 km. It was formed 500 to 600 years ago. The cave runs through a large part of the Puna district and over 100 entrance points to Kazumura have been documented.  All of these are on private lands but some of these landowners organize tours of the caves. The visit is part of a journey to Hawaii organised by the French travel agency Aventure et Volcans.

However, the most beautiful lava tube I have ever visited is not in Hawaii, but on Reunion Island where the Blue Tunnel is exceptional. Regards to Rudy Laurent.

Voûte du Kazumura (Hawaii)

Dans le Tunnel Bleu… (Ile de la Réunion)

(Photos: C. Grandpey)

 

Lacs et légendes sur le Kilauea (Hawaii) // Lakes and legends on Kilauea Volcano (Hawaii)

Après la dernière éruption du Kilauea en 2018, un lac d’eau souterraine est apparu au fond du cratère de l’Halema’uma’u et a remplacé le lac de lave qui existait depuis plusieurs années. Le HVO explique qu’il s’agit du premier lac d’eau souterraine observé au fond du cratère depuis près de 200 ans. Afin d’en savoir plus sur de tels lacs dans l’histoire du volcan, le personnel du HVO s’est tourné vers les légendes hawaiiennes susceptibles de faire état d’un lac de cratère, et a essayé de comprendre si un tel lac était associé à des éruptions explosives.
L’existence d’un lac n’est pas mentionnée explicitement dans les légendes hawaiiennes, mais les Hawaiiens racontent des histoires où Pelehonuamea redoutait la noyade de ses épanchements de lave sur le Kilauea.

Dans l’une des légendes, Pele et sa sœur Namakaokaha’i, l’aînée d’une famille de nombreux frères et sœurs, étaient dotées de pouvoirs différents; Pele régnait sur les volcans et les éruptions alors que Namakaokaha’i régnait sur les mers et les plages.
Namaka, comme ses amis l’appelaient, détestait quand Pele répandait de la lave sur les plages et pénétrait dans l’océan. Pele n’appréciait pas non plus que Namaka essaie de retirer la lave des côtes. Elles se battaient fréquemment. Même aujourd’hui, on peut voir ces deux sœurs continuer à se battre au travers des explosions spectaculaires chaque fois que la lave pénètre dans l’océan.

Kamapua’a, la divinité porcine d’O’ahu, qui s’est rendue un jour sur le Kilauea pour courtiser Pele et la prendre pour épouse, est au centre d’une autre légende dans laquelle l’eau est présente. Pele a constamment rejeté les avances de Kamapua’a, l’insultant et essayant même de le tuer. L’empressement de Kamapua’a s’est transformé en colère et le porc a inondé d’eau le cratère de Pele, dans l’espoir d’y éteindre le feu du volcan. Heureusement, le frère de Pele avait caché les bâtons de feu et les a utilisés pour faire réapparaître la lave.

Certaines versions de cette légende décrivent Pelé en train de poursuivre Kamapua’a jusqu’à la mer sous la forme d’une coulée de lave ou d’une projection de roches incandescentes; d’autres récits font se terminer le conflit par un bref mariage.

Une légende plus connue est celle qui fait entrer Hi’iakaikapoliopele, la plus jeune sœur de Pele. Il s’agit d’une longue histoire en grande partie centrée sur le voyage de Hi’iaka entre le cratère du Kilauea et Kaua’i où elle avait l’intention de retrouver Lohi’au, l’amant de Pele et de le prendre pour époux. En chemin, Hi’iaka est devenue une femme puissante.
Le voyage a été long et Pelé craignait que Lohi’au lui soit infidèle. Elle avait raison de ressentir cette crainte. Quand Hi’iaka est arrivée au bord du cratère du Kilauea en compagnie de Lohi’au, son nouveau mari, Pele est entrée dans une colère noire et a ordonné à ses frères et sœurs de tuer Lohi’au en guise de punition. Hi’iaka s’est mise elle aussi en colère et elle a décidé de récupérer l’esprit de son époux pour le ramener à la vie ; Elle décida aussi de se venger et de détruire Pele en inondant le cratère du Kilauea avec de l’eau.
Hi’iaka est entrée sur le plancher du cratère et, ne trouvant pas l’esprit de son mari, elle a violemment frappé le sol du pied, faisant s’ouvrir la première couche du Kilauea. Elle regarda dans l’ouverture qui s’était formée et, ne voyant toujours pas son mari, elle frappa de nouveau le sol. Elle traversa plusieurs couches sans trouver l’esprit de Lohi’au. Les secousses produites par les piétinements répétés de Hi’iaka pour s’enfoncer à l’intérieur du cratère ressemblent étrangement à la forte activité sismique qui a accompagné l’effondrement de l’Halema’uma’u en 2018. Hi’iaka a finalement atteint la cinquième couche, celle qui retenait l’eau qui, si elle était libérée, inonderait le cratère et transformerait le Kilauea en un lac qui éteindrait à jamais le feu de Pelé. Au dernier moment, Hi’iaka a décidé de ne pas mettre à exécution son projet destructeur et elle s’est finalement réconciliée avec sa sœur.
Hi’iaka cherchait l’eau souterraine, la même que l’on peut voir aujourd’hui au fond de l’Halema’uma’u. Des études géophysiques au cours des 30 à 40 dernières années ont montré la présence d’une nappe phréatique à environ 600-800 mètres au-dessus du niveau de la mer, sous le plancher de la caldeira. Les scientifiques du HVO sont persuadés que le lac actuellement en formation est alimenté par cette eau souterraine qui revient à son ancien niveau après l’effondrement sommital de 2018.
Les géologues du HVO pensent que la légende de Hi’iaka et de Pele peut avoir été inspirée par un effondrement de la caldeira du Kilauea vers l’année 1500. Bien que dans la plupart des versions de ces légendes – que ce soit le déluge de Kamapua’a qui n’a pas provoqué d’explosions, ou la courroux d’Hi’iaka qui n’a jamais fait déferler d’eau souterraine – l’’étude géologique des dépôts de matériaux après l’effondrement de l’Halema’uma’u laisse supposer qu’il y a eu au moins une fois la présence intermittente d’un lac dans le cratère.

Ces légendes ne sont que quelques exemples de la richesse de la littérature hawaïenne sur Pelehonuamea et ses volcans. Parallèlement aux études géologiques, ces récits peuvent aider à mieux comprendre le paysage volcanique en constante évolution sur le Kilauea.
Source: USGS / HVO.

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After Kilauea’s last eruption in 2018, a groundwater lake appeared at the bottom of Halema’uma’u Crater and replaced the lava lake that existed for several years. HVO explains it is the first lake of groundwater observed on the crater floor in nearly 200 years. In order to know more about similar lakes in the volcano’s history, HVO staff looked to Hawaiian chants for mention of a crater lake and tried to understand whether it was associated with explosive eruptions.

A lake is not mentioned explicitly in Hawaiian legends, but Hawaiians did tell a few stories where Pelehonuamea faced the threat of water drowning her volcanic fires at Kilauea.

In one of the legends, Pele and her older sister Namakaokaha’i, the eldest in a family of many siblings, were imbued with different powers; Pele reigned over volcanoes and eruptions wheras Namakaokaha’i ruled the seas and beaches.

Namaka, as her friends used to call her, hated when Pele spread lava over beaches and intruded land into the ocean. Pele did not appreciate either Namaka trying to remove lava from the coasts. They fought frequently. Even today, we can see these two sisters continuing to fight with spectacular explosive displays each time lava enters the ocean.

Another Pele story involving water features Kamapua’a, the pig deity from O’ahu, who travelled to Kilauea to woo Pele and take her for his wife. Pele persistently spurned his advances, insulting him and even trying to kill him. Kamapua’a’s infatuation turned into anger, and the pig-man flooded Pele’s crater with water to put out her volcanic fires.

Fortunately, Pele’s brother hid her firesticks and used them to reignite the volcanic flames. Some versions of this story describe Pele chasing Kamapua’a to the sea as either a lava flow or ejected hot rocks; other versions resolve the conflict in a brief marriage.

A better-known story is the saga of Hi’iakaikapoliopele, Pele’s youngest sister. It’s a long story mostly focused on Hi’iaka’s journey from Kilauea Crater to Kaua’i to retrieve Pele’s lover, Lohi’au. Along the way, Hi’iaka developed into a powerful woman.

The journey was long, and Pele became suspicious that Lohi’au was being unfaithful to her.

When Hi’iaka arrived at the Kilauea Crater rim with her new husband, Lohi’au, Pele was incensed and ordered her siblings to kill him as punishment. This enraged Hi’iaka and she decided to retrieve Lohi’au’s spirit to revive him, and to seek revenge and destroy Pele by flooding Kilauea Crater with water.

Hi’iaka jumped down to the crater floor, and not finding the spirit of her husband, stomped her feet and the first layer of Kilauea cracked open. She looked down, but still not seeing her husband, she stomped again. She continued stomping through several layers without finding her husband’s spirit. The described effects of Hi’iaka repeatedly stomping to get deeper beneath the crater floor are eerily like the continuous strong shaking of the 2018 collapse events. Hi’iaka finally got down to the fifth layer that was holding back water, which, if released, would rise and flood the crater, turning Kilauea into a lake and putting out Pele’s fires forever. At the last instant, Hi’iaka was dissuaded from her destructive task and reconciled with her sister.

Hi’iaka was seeking groundwater like that which can be seen in Halema’uma’u today. Geophysical studies over the past 30-40 years showed the presence of a water table, elevated about 600-800 m above sea level, beneath the caldera floor. HVO scientists hypothesize that the currently growing lake is an exposure of this groundwater returning to its former level following the 2018 summit collapse.

HVO geologists think this Hi’iaka story may have been inspired by an earlier Kilauea caldera collapse about 1500 CE. Although in most versions of the story Kamapua’a’s deluge did not result in explosions and Hi’iaka never unleashed subterranean water, geologic study of post-collapse explosive deposits suggests at least an intermittent presence of a lake.

These legends are but a few from the rich Hawaiian literature on Pelehonuamea and her volcanoes. Along with geologic studies, they can provide insight to understanding the ever-changing volcanic landscape of Kilauea.

Source: USGS / HVO.

Photos: C. Grandpey

Hawaii: Réouverture de la Route 132 // Reopening of Highway 132

La Route132 qui avait été recouverte par la lave dans le secteur de Pahoa durant l’éruption du Kilauea en 2018 a de nouveau été ouverte à la circulation le 27 novembre 2019.
Un tronçon de 2,5 km de la partie amont de la route et un tronçon de 2,4 km de sa partie aval avaient été recouverts par une épaisse couche de lave. La route a retrouvé son aspect initial avec deux voies de circulation goudronnées. Le travail supposait l’évacuation de 120 000 mètres cubes de matériaux volcaniques. Les ouvriers ont parfois été confrontés à une température de plus de 400°C dans la partie basse de la route.
Le coût initial des travaux avait été estimé à 12 millions de dollars, mais les autorités ont finalement déboursé environ 6,5 millions de dollars.
La remise en état de la route permettra aux personnes possédant des biens dans la région de revenir dans leurs maisons et dans leurs entreprises. Elle permettra aussi des trajets plus courts et facilitera les interventions des services d’urgence.
Source: Médias hawaïens.

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Highway 132 in Pahoa, which had been cut off to travel for more than a year by lava from the 2018 Kilauea eruption reopened on November 27th, 2019.

A 2.5-km stretch of the upper portion of the highway and a 2.4-km section of the lower portion of the road were covered in lava. The road has been restored to its pre-inundation function with two paved travel lanes. The restoration work included the excavation of 120,000 cubic metres of lava rock. Construction personnel encountered hot surface temperatures of more than 400°C in the lower portion of the road .

Initial construction costs were estimated at12 million dollars. However, the final costs were reduced to approximately 6.5 million dollars.

Restoring the road will allow residents with properties in the region to return to their homes and businesses, provide shorter commute, and facilitate emergency response in the area.

Source: Hawaiian news media.

 Crédit photo: USGS / HVO

 

Exploration sous-marine de la côte sud d’Hawaii // Submarine exploration of the southern coast of Hawaii

Alors que les scientifiques français se plaignaient du manque de moyens pour explorer le volcan sous-marin au large des côtes de Mayotte, des chercheurs américains se trouvaient à bord du navire de recherche Rainier de la NOAA pour explorer la côte sud de la Grand Ile d’Hawaii. Ils ont pu observer et analyser les conséquences de l’arrivée de la lave dans l’océan lors de l’éruption du Kilauea en 2018. Le Rainier fait partie d’une flotte dont la mission est d’étudie la bathymétrie des eaux côtières autour des États-Unis. Les relevés permettent de mettre à jour les cartes marines et divers documents numériques destinés au commerce et au transport maritime, ainsi qu’à la sécurité de la navigation. Le navire mesure également diverses propriétés de l’eau de mer. Les missions du Rainier s’effectuent principalement en Alaska, mais les conséquences de l’éruption de 2018 l’ont conduit à Hawaii. Cette mission a été l’occasion d’observer les deltas de lave formés pendant l’éruption dans la Lower East Rift Zone.

La principale mission de la NOAA étant de maintenir à jour les cartes marines, la côte de Puna au SE de la Grande Ile méritait d’être analysée en raison des changements survenus en 2018. Cependant, l’intérêt de la mission dépasse l’hydrographie. L’observation des pentes sous-marines permet aux volcanologues du HVO à mieux comprendre les processus qui affectent la stabilité du delta de lave nouvellement formé dans la baie de Kapoho, ainsi que d’autres dangers le long du nouveau littoral.
Une étude réalisée en août 2018 par le navire de recherche Nautilus exploité par l’Ocean Exploration Trust, avait déjà fourni une base de référence permettant d’identifier les changements bathymétriques survenus au cours de l’année écoulée.
À l’instar du Nautilus, le Rainier a analysé la bathymétrie à l’aide d’un sondeur multi-faisceau (SONAR) monté sur sa coque. Ce système envoie les ondes acoustiques perpendiculairement à la longueur du navire. Le principe est simple : Les ondes sont envoyées vers le fond de l’océan et remontent vers le navire où un récepteur mesure le temps écoulé. La collecte de millions de mesures de distance permet de construire un DEM (Digital Elevation Model) modèle numérique du relief sous-marin. En comparant le nouveau DEM du Rainier à celui obtenu l’année dernière avec le Nautilus, les volcanologues sont en mesure de voir quelles parties du delta de lave sous-marin sont les plus fragiles, et donc susceptibles de s’affaisser ou de s’effondrer. Par ailleurs, la comparaison d’images satellite récentes avec les cartes des coulées de lave de 2018 révèle que certaines des nouvelles côtes ont déjà reculé de plusieurs dizaines de mètres. Des changements similaires pourraient donc se produire sous la surface de l’océan.
Le traitement et la publication du nouvel ensemble de données prendront un certain temps. Cependant, alors que le Rainier était ancré au large des côtes hawaiennes, les volcanologues du HVO ont pu monter à bord et  repérer des détails intéressants au niveau du littoral submergé le long des deltas de 2018, y compris un chenal de lave, aujourd’hui inactif. Des discussions avec l’équipage du navire ont permis d’identifier plusieurs zones intéressantes pour y effectuer des investigations bathymétriques.
Source: USGS.

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While French scientists were complaining about the lack of means for the exploration of the submarine volcano off the coasts of Mayotte, Americans researchers were on board the NOAA research ship Rainier to explore the southern coast of Hawaii Big island. They could observe and analyse the consequences of the arrival of lava in the ocean during the 2018 Kilauea eruption. The Rainier is part of a fleet that surveys the bathymetry of coastal waters around the United States. The surveys are used to update nautical charts and various digital products in support of marine commerce and transportation, as well as navigation safety. The ship also measures various properties of the ocean water. The Rainier works primarily in Alaska, but the aftermath of the 2018 eruption brought it to Hawai‘i. The journey provided a special opportunity to re-survey the lava deltas formed during the Lower East Rift Zone eruption.

Because NOAA’s core mission is to maintain up-to-date nautical charts, the Puna coast became an important objective given the changes that occurred there in 2018. However, interest in the data goes beyond hydrography. Views of the submarine slopes help HVO volcanologists to better understand ongoing processes that affect the stability of the newly-formed lava delta in Kapoho Bay, along with other hazards along the new coastline.

An August 2018 survey by the Exploration Vessel Nautilus, operated by the Ocean Exploration Trust, provides a baseline to identify bathymetric changes over the past year.

The Rainier, like the Nautilus, surveys bathymetry using a multibeam echosounder (SONAR) mounted to its hull. This system transmits acoustic waves in a fan along the beam of the ship, perpendicular to the ship’s length. As these waves reflect off the ocean floor and back to the ship, a highly-sensitive receiver measures the time that has passed.

Collecting millions of distance measurements allows for the construction of a submarine Digital Elevation Model (DEM). By comparing the new DEM from the Rainier with last year’s DEM from the Nautilus, it will be possible for volcanologists to see which parts of the submarine lava delta are subsiding. Comparisons of recent satellite images with 2018 lava flow maps have suggested that some of the new coastline has already retreated by tens of metres, so similar changes might be expected below the waves.

Full processing and publication of the new dataset will take some time. However, while the Rainier was anchored offshore, HVO’s volcanologists came on board and could spot various submarine features along the 2018 deltas, including a possible lava channel, now inactive. Discussions with the ship’s crew identified several target areas for further bathymetric investigation.

Source : USGS.

L’arrivé de la lave fragilise le littoral hawaiien (Photo: C. Grandpey)

Comment lire un interférogramme // How to read an interferogram

Depuis le début des années 1990, les scientifiques utilisent des satellites radar pour cartographier les mouvements ou les déformations de la surface de la Terre. Le radar à synthèse d’ouverture interférométrique (InSAR) calcule la différence entre deux images radar acquises par un satellite en orbite, prises à des moments différents, mais concernant un même endroit sur Terre. Cette différence s’appelle un interférogramme; il s’agit d’une carte présentant une certaine ressemblance avec un arc-en-ciel sur laquelle apparaît la déformation de surface.
La déformation est un paramètre important pour surveiller l’activité des volcans hawaïens. En effet, la morphologie d’un volcan peut se modifier au gré des mouvements du magma dans leurs systèmes d’alimentation. Cela peut entraîner des déplacements de leurs pentes à cause de failles ou à cause de la gravité, en particulier lorsqu’ils subissent des changements internes de pression. Les interférogrammes, associés au GPS et aux tiltmètres, permettent aux scientifiques du HVO d’étudier le comportement d’un volcan lorsque sa morphologie est en train de changer.
Les interférogrammes couvrent de vastes étendues – l’ensemble de Big Island peut apparaître dans une seule scène radar! – et fournissent une précision centimétrique du mouvement du sol. Cependant, l’interprétation des interférogrammes est parfois compliquée. Voici quelques conseils pour les comprendre.
La différence de distance au sol entre deux passages d’un satellite, appelée phase interférométrique, est représentée par des franges ou des bandes de couleur dans un interférogramme. Cette différence inclut les déformations de la surface qui se sont produites entre les passages, mais elle est également influencée par l’incertitude des orbites des satellites, les ambiguïtés topographiques, les conditions atmosphériques et d’autres sources d’erreur. Tous ces paramètres contribuent à la phase interférométrique. Pour obtenir le vrai mouvement du sol, il faut compenser ces sources d’erreur.
La première étape de la lecture d’un interférogramme consiste à déterminer à quel moment la déformation s’est produite. Différents satellites utilisent différentes longueurs d’onde et permettent de contrôler l’ampleur de la déformation du sol représentée par frange colorée. Dans l’interférogramme présenté ci-dessous, le satellite utilisé est le système COSMO-SkyMed (CSK) de l’Agence spatiale italienne. La longueur d’onde du radar pour le CSK est la bande X (environ 3,3 centimètres de longueur totale). Étant donné qu’un interférogramme est créé à l’aide d’ondes radar qui se déplacent entre le satellite et la Terre, la déformation est calculée en fonction de la moitié de la longueur d’onde. Cela signifie que lors de la lecture d’un interférogramme CSK, une frange équivaut à 1,65 centimètre de changement entre les deux dates.
La deuxième étape consiste à compter les franges colorées afin de déterminer l’ampleur de la déformation indiquée dans un interférogramme. La déformation volcanique ayant souvent une forme concentrique, il faut donc commencer par l’extérieur du motif de franges et compter le nombre de cycles de couleur allant du bord de la zone déformée au centre. Il faut ensuite multiplier le nombre de franges colorées par la demi-longueur d’onde pour déterminer l’ampleur de la déformation.
La troisième étape consiste à déterminer si la surface s’est déplacée vers le haut ou le bas. Pour ce faire, lorsque l’on compte les franges de l’extérieur vers l’intérieur d’un motif concentrique, il faut noter le sens des changements de couleur. On regarde si le motif passe du bleu au violet et au jaune en allant vers le centre, ou du bleu au jaune et au violet. L’échelle de couleur au bas de l’image révèle que la tendance bleu-jaune-violet montre une hausse, ce qui signifie que, dans cet interférogramme, le sol se déplace vers le satellite; il y a donc une inflation. La séquence de couleurs doit toujours être définie sur une barre d’échelle dans l’interférogramme, ainsi que la demi-longueur d’onde, car tous les interférogrammes n’utilisent pas la même séquence de couleurs et tous les satellites radar n’ont pas la même longueur d’onde.
La dernière étape consiste à interpréter les informations collectées. Sur l’interférogramme CSK ci-dessous, il y a 3 franges colorées à l’intérieur de la caldeira du Kilauea, ce qui signifie que la surface dans cette région s’est déplacée vers le satellite; elle a gonflé d’environ 4,95 centimètres entre le 6 avril et le 2 juin 2019. Il faut se rappeler que les franges colorées incluent non seulement le déplacement, mais également d’autres influences, telles que les erreurs orbitales et les anomalies atmosphériques. Ce type d’anomalie est particulièrement répandu autour de hautes montagnes, comme le Mauna Loa et le Mauna Kea, et dans les zones de forte topographie, comme le flanc sud du Kilauea. Dans ce cas, les anomalies atmosphériques ne sont probablement pas un problème, car la zone de déformation est plus petite que la plupart des situations météorologiques. Les scientifiques compensent également les erreurs orbitales car ils connaissent très précisément les orbites des satellites. Cependant, des erreurs topographiques dues aux importants changements intervenus au sommet de Kilauea en 2018 pourraient introduire une certaine erreur dans la mesure. De plus, comme les satellites radar ne sont pas orientés directement vers la Terre, la déformation dans les interférogrammes est un ensemble de déplacements verticaux et horizontaux, bien que les changements verticaux soient généralement dominants.
Source: USGS, HVO.

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Since the early 1990s, scientists have used radar satellites to map movement or deformation of Earth’s surface. Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) calculates the difference between two radar images acquired by an orbiting satellite taken at different times but looking at the same place on Earth. This difference is called an interferogram and is essentially a ainbow-like map of surface deformation.
Deformation is an important parameter to monitor activity of Hawaiian volcanoes. Indeed, volcanoes can change their shape as magma moves in and out of their plumbing systems, as their slopes shift on faults or because of gravity, and when they have internal changes in pressure. Interferograms, together with GPS and tilt, help HVO scientists study the behaviour of a volcano when its morphology is changing.
Interferograms cover large areas of land – the whole Big Island can fit into a single radar scene! – and provide centimetre-scale accuracy of ground motion. However, interferograms can be tricky to read. Here are a few tips to understand them.
The difference in the distance to the ground between two satellite passes, known as the interferometric phase, is shown as fringes or bands of colour in an interferogram. This difference includes deformation of the surface that occurred between passes, but it is also influenced by uncertainty in satellite orbits, topographic ambiguities, atmospheric conditions, and other sources of error. These all contribute to the interferometric phase. To get at the true movement of the ground, you have to compensate for these sources of error.
The first step in reading an interferogram is to determine when the deformation occurred. Different satellites use different wavelengths, and that controls the amount of ground deformation represented per coloured fringe. In the interferogram shown here below, the satellite used is the Italian Space Agency’s COSMO-SkyMed (CSK) system. The radar wavelength for CSK is X-band (approximately 3.3 centimetres in total length). Because an interferogram is made using radar waves that travel to Earth from the satellite and back, the deformation is calculated in terms of half the wavelength. This means that when reading a CSK interferogram, one fringe is equal to 1.65 centimetres of change between the two dates.
Step two is to count the coloured fringes to determine the amount of deformation shown in an interferogram. Volcanic deformation is often concentric in shape, so start on the outside of the fringe pattern and count the number of colour cycles from the edge of the deformed area to the center. Multiply the number of coloured fringes by the half wavelength to determine the magnitude of the deformation.
Step three is to determine if the surface moved up or down. To do this, as you count fringes from the outside to the inside of a concentric pattern, note the sense of colour changes. Look if the pattern goes blue-purple-yellow in towards the centre, or blue-yellow-purple. The colour scale at the bottom of the image reveals that blue-yellow-purple is an increasing trend, which in this interferogram, means that the ground is moving towards the satellite—it is inflating! The colour sequence should always be defined on a scale bar in the interferogram, along with the half wavelength, because not all interferograms use the same colour sequence, and not all radar satellites have the same wavelength.
The last step is to interpret the information you have collected. On the CSK interferogram shown here, there are 3 coloured fringes inside the Kilauea Caldera, which means that the surface within this region moved towards the satellite, or inflated, by about 4.95 centimetres between April 6th and June 2nd, 2019. One should remember that the coloured fringes include not just displacement, but also other influences, like orbital errors and atmospheric anomalies. These sorts of anomalies are especially prevalent around tall mountains, like Mauna Loa and Mauna Kea, and areas of very steep topography, like the south flank of Kīlauea. In this case, atmospheric anomalies are probably not an issue, since the area of deformation is smaller than most weather patterns. Scientists also compensate for orbital errors, since they know the satellite orbits very precisely. However, topographic errors due to the massive changes that took place at the summit of Kilauea in 2018 might introduce a small amount of error to the measurement. Besides, because radar satellites don’t look straight down on Earth, the deformation in interferograms is a combination of vertical and horizontal displacements, although vertical changes usually dominate.
Source: USGS, HVO.

 

Interférogramme COSMO-SkyMed (CSK) couvrant la zone sommitale du Kilauea entre le 6 avril et le 2 juin 2019. Chaque frange de couleur représente 1;65 centimètre de déplacement du sol. Les franges de couleur les plus resserrées à l’intérieur de la caldeira indiquant une inflation bien localisée, alors que les franges les plus espacées dans la partie NO de la caldeira indiquent une faible inflation dont le centre se trouve à proximité du Jaggar Museum. Chaque cycle de couleur ou frange à l’intérieur de la caldeira a été doté de nombres en blanc sur l’interférogramme; ils font référence à un ensemble de 3 franges correspondant à un déplacement de 3 X 1,65= 4,95 cm. Ces données ont été fournies par l’agence Spatiale Italienne pour permettre au HVO d’effectuer des mesures de contrôle du Kilauea.
Vous trouverez une image haute résolution à cette adresse:
http://bigislandnow.com/wp-content/uploads/2019/06/VolcanoWatch_20June_Graphic.png

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COSMO-SkyMed interferogram (CSK) covering the summit area of Kilauea between April 6th and June 2nd, 2019. Each colour fringe represents 1.65 centimetres of ground movement. The closely spaced colour fringes within the caldera indicate well-localized inflation, while the broader fringes in the NW portion of the caldera indicate minor inflation centered near the Jaggar Museum. Each colour cycle or fringe inside the caldera has been given white numbers on the interferogram; they refer to a set of 3 fringes corresponding to 3 X 1.65 = 4.95 cm of displacement. This data was provided by the Italian Space Agency to help HVO to carry out Kilauea monitoring measures.
You will find a high resolution image at this address:
http://bigislandnow.com/wp-content/uploads/2019/06/VolcanoWatch_20June_Graphic.png

Comment lire un sismogramme du HVO (Hawaii) // How to read a HVO seismogram (Hawaii)

L’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le HVO, exploite un réseau de stations de surveillance sismique sur la Grande Ile d’Hawaï et dans tout l’État. Le personnel du HVO recueille les données en temps réel à partir de nombreuses stations grâce à un logiciel de traitement informatique permettant de détecter, localiser et publier des informations sur les séismes survenus à Hawaii. Contrairement à ce qui se passe sur les volcans français, toutes les données sismiques sont librement accessibles au public.
La page consacrée aux séismes sur le site web du HVO (https://volcanoes.usgs.gov/observatories/hvo/) indique les emplacements des derniers séismes et on peut voir les stations de surveillance sur une carte (voir ci-dessous) où elles sont symbolisées par des triangles rouges.
Si vous cliquez sur le symbole d’une station particulière sur la carte, une fenêtre va apparaître avec l’affichage de quatre panneaux de webicorders (enregistreurs sismiques) pour des durées de 6 heures, 12 heures, 24 heures et 48 heures. Vous pouvez cliquer sur chaque période pour agrandir le webicorder.
Les tracés séismiques visibles sur les webicorders sont les versions numériques des vieux enregistreurs à tambour en papier utilisés au cours des dernières décennies. Chaque ligne correspond à un enregistrement sismique de 15 minutes, en partant du coin supérieur gauche, la dernière heure étant affichée en bas à droite. Ainsi, on lit un webicorder comme un livre, de gauche à droite et de haut en bas. L’heure de début de chaque ligne est affichée en heure locale (Heure de l’Etat d’Hawaii, ou HST) à gauche, et l’heure de fin de chaque ligne en temps universel (UTC) à droite.
Les données sismiques sont indiquées en bleu sur les webicorders, avec une alternance de tons bleu foncé et bleu clair pour chaque plage de 15 minutes. Les lignes bleues imitent le mouvement du sol sous le capteur sismique: la ligne monte si le sol se déplace vers le haut, la ligne descend si le sol se déplace vers le bas, et la ligne serait droite au niveau «zéro» si aucun mouvement du sol n’est détecté. Plus l’amplitude du mouvement du sol est élevée, plus la ligne bleue est haute. Ce qui est immédiatement évident, c’est que le sol monte et descend toujours très légèrement.
Les instruments sismiques sont très sensibles et enregistrent tout ce qui secoue le sol. Ils peuvent même enregistrer le vent, le tonnerre, la foudre, les vagues de l’océan qui viennent se briser contre l’île, ainsi que des séismes bien localisés dus aux chutes de pierres, aux tirs de mines dans des carrières ou à d’autres explosions.
Les séismes apparaissent sous forme de taches bleues. Chacune a certaines caractéristiques bien reconnaissables, notamment les ondes P (primaires) et S (secondaires ou de cisaillement), qui peuvent avoir un début net avant de décroître pour retrouver leur niveau de base. Une plus grande séparation entre les ondes P et S indique une distance croissante entre la station sismique et le séisme. D’autres types de séismes, par exemple ceux dus au mouvement de magma ou de gaz, ont une apparence différente, généralement avec une période d’énergie plus longue pouvant persister sur de plus longues périodes.
Source: USGS / HVO.

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The Hawaiian Volcano Observatory (HVO) operates a network of seismic monitoring stations on the Island of Hawaii and throughout the state. The HVO staff collects real-time data from numerous stations using computer processing software to detect, locate, and publish information about earthquakes that are recorded in Hawaii. Contrary to what happens on French volcanoes, all seismic data are freely available to the public.
The earthquake page on the HVO website (https://volcanoes.usgs.gov/observatories/hvo/) shows recent earthquake locations and the monitoring stations can be seen on a map (see below) where they are symbolised by red triangles.
Clicking on a particular station symbol on the map will reveal a pop-up window that shows four panels of webicorders, for timespans of 6 hours, 12 hours, 24 hours, and 48 hours. You can click on each timespan to enlarge the webicorder.
The seismic webicorder plots are digital versions of the paper seismic drum recorders used in past decades. Each line shows the seismic record for 15 minutes, starting from the upper left, with the latest time in the bottom right. Thus, you read a webicorder like a book, from left to right and top to bottom. The start time of each line is shown in local time (Hawai‘i Standard Time, or HST) on the left, and the end time of each line is shown in Coordinated Universal Time (UTC) on the right.
Seismic data are shown in blue on webicorder plots, with each 15-minute span alternating between dark- and light-blue tones. The blue lines mimic ground motion under the seismic sensor: the line moves up if the ground shifts upwards, the line moves down if the ground moves downwards, and the line would be flat at “zero” if no ground motion is detected. The higher the amplitude of the ground motion, the taller the blue line will be. What is immediately apparent is that the ground is always moving up and down ever so slightly.
Seismic instruments are very sensitive and record anything that shakes the ground. So, wiggles on webicorder plots could be a record of wind, thunder, lightning, ocean waves crashing against the island, as well as of localized shaking from rockfalls, quarry blasts, or other explosions.
Earthquakes appear as blue smudges. Each has certain recognizable characteristics, including P- (primary) and S- (secondary or shear) waves, which may have a sharp onset and then decay to background level. Greater separation between P and S waves indicate increasing distance from the seismic station to the earthquake. Other types of earthquakes, for example those due to the movement of magma or gas, look different, generally with longer period energy that can persist over longer time frames.
Source: USGS / HVO.

Source: USGS / HVO

Capture d’écran d’un webicorder du HVO montrant 24 heures d’enregistrement par une station sismique sur le flanc sud du Mauna Loa. On distingue plusieurs séismes , ainsi que le bruit généré par le vent. (Source: USGS / HVO)

Les anciens sismos à tambour font maintenant figure de pièces de musée (Photo: C. Grandpey)