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Un nouveau laboratoire pour le HVO (Hawaii) // New lab for HVO (Hawaii)

L’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO), géré par l’USGS, vient d’acquérir un nouveau laboratoire qui permettra aux scientifiques de mieux comprendre les propriétés physiques des téphras. Le mot « tephra » ou « téphra » fait référence à tous les types et toutes les tailles de fragments de roche projetés par un volcan en empruntant une trajectoire aérienne lors d’une éruption. Les téphras incluent les cendres, les bombes, les scories ou même les cheveux et les larmes de Pelé.

Ce nouveau laboratoire d’analyse de téphras permettra au HVO de déterminer la densité, la taille et la forme des particules, ainsi que les différents types de téphras émis par un volcan. En utilisant ces informations, les géologues du HVO seront en mesure d’analyser toute une gamme de phénomènes, depuis l’ascension du magma et le processus éruptif jusqu’aux dépôts de cendres laissés par les  éruptions du passé. Il est important d’obtenir ces mesures aussi précisément et rapidement que possible lors d’une éruption.

Le nouveau laboratoire du HVO est unique par sa capacité à analyser une vaste gamme d’échantillons, de un mètre à un micron (10-6 m). Le traitement des échantillons est non destructif et l’analyse est rapide. Chaque type de mesure ne prend que quelques minutes, et on estime que l’ensemble des mesures prend 1 à 2 heures. La méthode non destructive d’utilisation de ces nouveaux instruments est révolutionnaire ; elle permet aux chercheurs d’effectuer une suite complète d’analyses sur le même échantillon – au lieu d’utiliser différents échantillons du même matériau – pour une compréhension plus complète des éruptions. Cela permet également de préserver dans leur intégrité tous les  échantillons.

La première étape consiste à étudier les composants de l’échantillon afin de comprendre à quel type d’éruption les scientifiques sont confrontés.

Pour les échantillons de téphras prélevés directement sur le terrain, le HVO dispose de deux nouveaux stéréoscopes à lumière réfléchie. Lors de leur utilisation, les géologues peuvent séparer manuellement les différents composants de l’échantillon, tels que la lave juste prélevée, les cristaux, ou les petits morceaux de la paroi du cratère.

Au cours de l’étape suivante, les chercheurs mesurent la densité des échantillons. Pour les échantillons de lave, la mesure de la densité permet de comprendre quelle était la consistance du magma lors de son émission ; cela renseigne sur la dynamique de l’éruption. La densité de l’échantillon est déterminée en mesurant sa masse et son volume. Pour les morceaux de téphra de plus de cinq centimètres, le volume est calculé à l’aide d’un scanner 3D, puis l’échantillon est pesé. Les grains plus petits, depuis les lapilli jusqu’à la poudre de cendre, sont placés dans un pycnomètre à gaz, une machine qui calcule la densité directement en utilisant le principe d’Archimède de déplacement du volume en injectant de l’azote gazeux. Les pycnomètres fonctionnent aussi bien avec des scories et de la pierre ponce qu’avec des cendres ; ils permettent de comprendre la dynamique des éruptions.

La troisième étape est la mesure de la taille des échantillons, ce qui donne des informations sur la façon dont le magma s’est fragmenté pour produire des téphras pendant les épisodes de fontaines de lave et les explosions. Les fragments de plus de 3 centimètres sont tamisés à la main, de manière traditionnelle, tandis que les grains plus petits sont soumis à un Camsizer, un appareil de dernière génération qui photographie chaque fragment et convertit l’image en mesure de la taille. Le flux de particules passe devant une source de lumière stroboscopique LED ultra lumineuse et plane. Les Camsizers peuvent mesurer des dizaines de milliers de fragments en seulement 5 minutes. De plus, ils utilisent les images pour mesurer la forme 2D des fragments en utilisant des paramètres mathématiques établis. Les informations concernant la taille des fragments sont essentielles pour les modèles de fontaines de lave et de cendres.

L’étape finale peut prendre des semaines, voire des mois. Elle consiste à découper les échantillons en fines lamelles et à les étudier au microscope pétrographique. Le HVO possède deux nouveaux microscopes pétrographiques avec différents ensembles de lentilles: l’un peut évaluer la taille des bulles, la texture des bulles ainsi que la texture de mélanges de magmas, tandis que l’autre peut se concentrer sur les cristaux et les inclusions.

Les nouveaux instruments d’analyse de téphras que vient d’acquérir le HVO sont actuellement en cours d’étalonnage. Les échantillons prélevés pendant l’éruption en cours seront les premiers analysés. Ce nouveau laboratoire permet une analyse quasiment en temps réel des produits émis et donc une meilleure surveillance des éruptions.

Source: USGS / HVO.

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The USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) has been granted a new laboratory that will allow scientists to better understand the physical properties of tephra.

Tephra is any type and size of rock fragment that is ejected from a volcano and travels an airborne path during an eruption. Examples include ash, bombs, scoria, or Pele’s hair and Pele’s tears.

The tephra lab will help HVO determine the density, size, and shape of individual tephra particles along with types of tephra. Using this information, HVO geologists can analyse a range of topics, from magma ascent and eruption processes to ashfall deposits from past explosive eruptions. It is important to get these measurements as accurately and quickly as possible during an eruption.

HVO’s new lab is unique in its ability to analyze a wide size range of samples, from one metre to one micron (10-6 m). The sample processing is non-destructive and analysis is fast with each type of measurement taking only minutes, and all measurements are estimated to take 1–2 hours total. The non-destructive nature of these new instruments and methods is revolutionary and allows researchers to perform a full suite of analyses on the same sample, instead of different samples of the same material for a more integrated understanding of eruptions. This also allows samples to be fully preserved.

The first step consists in studying the sample components. Componentry helps understand what type of eruption scientists are dealing with.

For tephra samples straight from the field, HVO has two new stereoscopes that use reflected light. Looking through them, geologists can manually separate the different components that might make up the sample, such as fresh glassy lava, crystals, and small pieces of the crater wall.

Next, the researchers measure density. For pieces of lava, measuring density helps understand how frothy the magma was when it erupted, which tells us about eruption dynamics.

Sample density is determined by measuring its mass and volume. For pieces of tephra larger than five centimetres, the volume is calculated using a 3D scanner, and then the sample is weighed. Smaller grains from gravel to powdery ash sizes will be placed in a pycnometer, a machine that calculates density directly using Archimedes principle of volume displacement with nitrogen gas. The pycnometers work with foams (scoria and pumice) as well as ash and helps understand eruption dynamics.

Then, the samples will be measured for size, which give information about how magma gets ripped apart to produce tephra from lava fountains and explosions. Fragments larger than 3 centimetres are sieved in the traditional manual way, while smaller grains will run through one of the new Camsizers ; this is a machine that photographs each fragment and converts the image to a size measurement. The Camsizers can measure tens of thousands of fragments in as little as 5 minutes. Additionally, they use the images to measure the 2D shape of fragments using established mathematical parameters. Size information is essential for models of lava fountaining and ashfall.

A final step that may take weeks to months. It consists in turning pieces into a thin section for final analysis on a petrographic microscope. HVO has two new petrographic microscopes with different sets of lenses: one can assess bubble sizes, bubble textures, and magma-mixing textures, while the other can focus on crystals and melt inclusions within them.

HVO’s new tephra lab instruments currently being calibrated. Samples from the current eruption will be the first analyzed. The HVO tephra lab brings physical volcanology monitoring of eruptions to near-real time analysis.

Source : USGS / HVO.

Photo : C. Grandpey

Séismes en Indonésie et à Hawaii // Earthquakes in Indonesia and Hawaii

Un fort séisme de magnitude M 6,2 sur l’échelle de Richter a fait au moins 37 morts et plus de 600 blessés le vendredi 15 janvier 2021, sur l’île de Célèbes (Indonésie). Plusieurs bâtiments situés dans la ville de Mamuju, dont un hôpital, se sont effondrés. L’épicentre du séisme a été localisé à 36 km au sud de la ville, à une profondeur de 18 km. Les secours s’affairent sous les décombres de l’hôpital. Entre dix et vingt personnes pourraient y être piégées.

Des glissements de terrain ont suivi le séisme, coupant l’accès à l’une des principales routes de la province.

La région de Palu, sur l’île de Célèbes, avait été déjà frappée en septembre 2018 par un très fort séisme de magnitude M 7,5 suivi d’un tsunami dévastateur. Cette catastrophe avait fait plus de 4 300 morts et disparus et au moins 170 000 déplacés.

Source : Presse indonésienne.

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Le HVO a enregistré un séisme de magnitude M 4.0 sous la partie sud de l’île d’Hawaii, dans le district de Ka’u, le 14 janvier 2021 à 18h15 (heure locale). Le séisme n’a eu aucun impact observable sur l’éruption au sommet du Kilauea. Il fait partie d’un essaim sismique qui a débuté en août 2019 dans le secteur de Pāhala. Contrairement à la plupart des événements associés à cet essaim, ce séisme a été largement ressenti sur l’île d’Hawaii, et même sur l’île d’O’ahu.

Les séismes dans la partie inférieure du rift sud-ouest du Kilauea se produisent principalement à des profondeurs de 25 à 40 km, sous la ville de Pahala, jusqu’à environ 10 km au large.

La sismicité dans cette région est observée au moins depuis les années 1960 et est peut-être liée à des réseaux magmatiques en profondeur sous l’île.

Source : HVO.

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 A powerful M 6.2 earthquake killed at least 37 people and injured more than 600 on Friday, January 15th, 2021, in Indonesia’s West Sulawesi Province. Several buildingscollapsed in the town of Mamuju, including a hospital. The epicenter of the earthquake was located 36 km south of the city, at a depth of 18 km. The emergency services are busy working in the rubble of the hospital. Between ten and twenty people could be trapped there.

Landslides followed the earthquake, cutting off access to one of the province’s main roads. The region of Palu, Sulawesi, had already been hit in September 2018 by a very strong M 7.5 earthquake followed by a devastating tsunami. This disaster left more than 4,300 dead and missing and at least 170,000 displaced.

Source: Indonesian Press.

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HVO recorded an M 4.0 earthquake located beneath the south part of the Island of Hawaii, in the district of Ka’u, on January14th, 2021, at 6:15 p.m.(local time).

The earthquake had no observable impact on the ongoing eruption at Kilauea’s summit. It is part of the ongoing seismic swarm under the Pāhala area, which started in August 2019. Unlike most events associated with this swarm, this earthquake was widely felt across the Island of Hawaii, and as far away as O’ahu.

Earthquakes beneath Kilauea’s lower Southwest Rift Zone occur mostly at depths of 25-40 km, beneath the town of Pahala and extending about 10 km offshore. Earthquakes in this region have been observed at least as far back as the 1960s and may be related to deep magma pathways under the island.

Source: HVO.

Localisation de l’île de Célèbes et de la zone affectée par le séisme

Hawaii: un mois de sensibilisation aux risques volcaniques // A volcano awareness month

Bien qu’il n’y ait eu aucune éruption à Hawaï en 2020, l’année n’a pas été aussi calme qu’il y parait. Des essaims sismiques ont été détectés sur le Mauna Loa et le niveau de la pièce d’eau  a continué de s’élever au sommet du Kilauea. De tels événements doivent rappeler aux habitants de la Grande Ile qu’ils vivent à proximité de volcans actifs. C’est la raison pour laquelle l’Observatoire des volcans hawaïens (HVO) organisera en janvier 2021 le 12ème «Mois de sensibilisation aux risques volcaniques.» Ce sera l’occasion pour la population d’être mieux informée sur le comportement des volcans hawaïens.

Ce mois de sensibilisation a été créé en 2010 pour « une meilleure connaissance et  sensibilisation aux risques volcaniques et une information sur les mesures de sécurité à adopter avant, pendant et après une éruption volcanique».

Bien que la Grande Ile d’Hawaï se trouve actuellement dans une période de calme après l’éruption du Kilauea en 2018 et celle du Mauna Loa en 1984, l’activité récente sur les deux volcans doit rappeler à la population que d’autres éruptions ne manqueront pas de se produire.

La sismicité récente confirme que les volcans hawaïens sont toujours actifs. La population a déclaré avoir ressenti plus de 100 secousses en 2020. Les instruments indiquent que l’alimentation magmatique se poursuit sur le Kilauea et le Mauna Loa.

Très récemment, entre le 30 novembre et le 2 décembre 2020, plusieurs centaines de séismes se sont produits entre 1 et 4 km de profondeur sous le sommet du Kilauea et le long de la Upper East Rift Zone. Le 2 décembre, un épisode ponctuel de déformation a entraîné un soulèvement d’environ 8 cm du plancher de la caldeira. Les données de surveillance de la zone sommitale du Kilauea ont indiqué qu’une petite intrusion magmatique s’était produite sous la surface du volcan. Bien que le magma n’ait pas atteint la surface, cet événement a confirmé que le réservoir magmatique à l’intérieur du volcan continue à se remplir.

Un séisme de M 4,1 sous le flanc nord-ouest du Mauna Loa le 4 décembre 2020, ainsi que de petits essaims sismiques à proximité, nous rappellent que le volcan est toujours actif. Une hausse de l’activité sismique a entraîné le passage du niveau d’alerte du Mauna Loa à « Advisory » (surveillance conseillée) en juillet 2019.

Le dernier séisme présentant une magnitude et d’une profondeur semblables à celui du mois de décembre 2020 avait été enregistré en novembre 2011 dans cette zone du Mauna Loa, à environ 5 km au nord-ouest de la caldeira de Moku’aweoweo. En 2011, les autres paramètres de surveillance volcanique étaient restés stables et aucune éruption ne s’était produite. L’ensemble des paramètres de surveillance du Mauna Loa reste également stable à l’heure actuelle et n’indique pas d’éruption imminente.

Les événements de 2020 rappellent que le Kilauea et le Mauna Loa sont susceptibles d’entrer à nouveau en éruption. La population doit donc se tenir informée et se préparer aux dangers potentiels associés à un volcan en éruption. Tel sera l’objectif du 12ème «Mois de sensibilisation aux risques volcaniques».

Source: USGS / HVO.

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Though there has not been any eruption in Hawaii in 2020, the year has hardly been quiet. Seismic swarms have been detected on Mauna Loa, and a growing water lake has been observed on Kilauea. These are reminders that island residents should be aware of Hawaiian active volcanoes. It is the reason why the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) will spearhead in January 2021 the 12th annual “Volcano Awareness Month,” during which residents will have an opportunity to learn more about Hawaiian volcanoes.

The Volcano Awareness Month was established in 2010 to encourage “knowledge and awareness of Hawaiian volcanoes and the proper safety measures to follow before, during, and after a volcanic eruption.”

Although Hawaii is currently in the period after Kilauea’s 2018 eruption and Mauna Loa’s 1984 eruption, recent activity at both volcanoes should remind people that more eruptions are likely in the future.

Seismicity confirms that Hawaiian volcanoes are still quite active. Residents have reported over 100 felt earthquakes in 2020. Monitoring data indicate that magma is slowly being supplied to Kilauea and Mauna Loa.

More recently, between November 30th and December 2nd, several hundred earthquakes occurred 1–4 km beneath Kilauea’s summit and upper East Rift Zone. On December 2nd, a transient increase in ground deformation resulted in about 8 cm of uplift of the caldera floor.   Monitoring data from Kilauea’s summit region indicated that a small injection of magma intruded below the surface of the volcano. Although magma didn’t make it to the surface, this event demonstrated that magma continues to refill the storage system within the volcano.

An M 4.1 earthquake beneath the northwest flank of Mauna Loa on December 4th, along with nearby clusters of small earthquakes, reminds us that the volcano continues to show signs of unrest. Elevated seismic activity is one reason why Mauna Loa’s volcano alert-level has been ADVISORY—“volcano is exhibiting signs of elevated unrest above known background activity”—since July 2019.

The last time an earthquake of similar magnitude and depth occurred in this area of Mauna Loa, approximately 5 km northwest of the Moku‘aweoweo caldera, was November 2011, when increased rates of minor seismicity were already occurring. In 2011, other monitoring dataset remained stable and an eruption did not occur. Current dataset on Mauna Loa also remains stable and do not indicate that an eruption is imminent.

These 2020 events are reminders that Kilauea and Mauna Loa will erupt again and that people should be informed and prepared for potential hazards associated with an erupting volcano. This will be the aim of the 12th annual “Volcano Awareness Month.”

Source : USGS / HVO.

Photo : C. Grandpey

Nouvelle histoire d’eau à Hawaii // New story about water in Hawaii

Quand on me parle d’Hawaii, ce mot est synonyme de volcans, d’éruptions et de coulées de lave. En ce moment, les éruptions sont au point mort et le Kilauea a cessé d’émettre de la lave au mois d’août 2018. La dernière éruption a laisse derrière elle un immense gouffre au sommet du volcan, là où mijotait un superbe lac de lave. Au fond de ce gouffre de 500 mètres, les scientifiques du HVO ont vu apparaître en juillet 2019 une poche d’eau qui a fini par former une mare puis un petit lac dont la superficie et la profondeur augmentent semaine après semaine. Début novembre 2020, cette profondeur était d’une cinquantaine de mètres.

Dans une note rédigée le 12 octobre 2019, j’explique l’origine cette eau.

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

Quand ils ont vu l’eau apparaître au fond de l’Halema’uma’u, les scientifiques ont proposé deux hypothèses : 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’mau. 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.. 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, a probablement retrouvé son niveau d’origine, autrement dit un équilibre hydraulique avec la nappe phréatique.

La poche d’eau au fond de l’Halema’uma’u confirme donc la présence d’une vaste nappe phréatique sous la partie sommitale du Kilauea. C’est important car à Hawaii, comme dans beaucoup d’îles, l’eau est un bien précieux. Essentiellement à cause de l’afflux de touristes, la demande en eau est très forte dans l’archipel hawaiien et une grande partie de l’eau qui s’accumule à la surface au moment des précipitations disparaît avant de pouvoir être utilisée. On sait toutefois que la majeure partie de l’eau s’infiltre dans des d’aquifères côtiers, couches souterraines de roches poreuses.

Un article paru dans Courrier International offre de grands espoirs aux Hawaiiens quant à leur alimentation en eau. Grâce à une nouvelle technique qui repose sur le traçage de la résistivité électrique, une équipe d’hydrogéologues a découvert que le sol volcanique de l’archipel hawaiien collectait et accumulait l’eau douce sous le fond de l’océan. Les scientifiques ont détecté un immense réservoir d’eau douce qui n’avait jamais été identifié jusque-là, à 500 mètres sous le plancher océanique. Les Les résultats de leur étude ont été publiés dans Science Advances le 25 novembre 2020.

Situé à 4 kilomètres au large de la côte ouest de la Grande Ile, ce réservoir contiendrait 3,5 kilomètres cubes d’eau douce. Il pourrait constituer une aide précieuse pour éviter les pénuries et éloigner les menaces de sécheresse. En outre, il semble que l’eau de ce vaste réservoir soit plus facile à pomper que les aquifères côtiers, car elle est sous haute pression. L’équipe de chercheurs estime que ce nouveau réservoir offshore est constitué par l’eau qui s’écoule des aquifères côtiers.

Si le pompage de cette eau sous le plancher océanique ne semble pas poser de gros problèmes techniques, il soulève toutefois un certain nombre de questions. Certains scientifiques se montrent prudents. L’ensemble du système aquifère est probablement connecté et le pompage de cette eau au large de Big Inland pourrait avoir un impact négatif sur les écosystèmes et sur les quantités d’eau disponibles pour les pompes sur l’île.

En dépit de ces réserves, la découverte de cet immense réservoir d’eau douce est une bonne nouvelle. Certains imaginent même une situation identique dans d’autres îles volcaniques comme la Réunion, les archipels du Cap-Vert et des Galapagos, qui présentent une géologie similaire.

Source : Courrier International.

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When people talk to me about Hawaii, the word is synonymous with volcanoes, eruptions and lava flows. These days, the eruptions are at a standstill and Kilauea stopped emitting lava in August 2018. The last eruption left behind a huge chasm at the top of the volcano, instead of the superb lava lake. At the bottom of this 500-metre chasm, HVO scientists saw a pocket of water appear in July 2019; it eventually formed a pond and then a small lake whose area and depth increased week after week. Early in November 2020, its depth was around 50 metres. In a post written on October 12th, 2019, I explained the origin of this water. https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2019/10/12/kilauea-hawaii-leau-de-lhalemaumau-the-water-in-halemaumau-crater/

When they saw water appear at the bottom of Hale’uma’u, the scientists proposed two hypotheses: it could be the result of the accumulation of rainwater, or a resurgence of the water table which is located under the Halemau’mau Crater. At the time of the eruption, when the caldera floor collapsed and was replaced by the deep chasm seen today, the groundwater level dropped below the newly formed crater, while being isolated from the lava by a layer of materials .After the eruption ended in August 2018, the geological situation of the summit of Kilauea stabilized, so that the groundwater level began to rise and, little by little, probably regained its original level, in other words a hydraulic equilibrium with the water table.

The pocket of water at the bottom of Halema’uma’u therefore confirms the presence of a large water table below the summit of Kilauea. This is important because in Hawaii, like many islands, water is a precious commodity. Mainly because of the influx of tourists, the demand for water is very high in the Hawaiian archipelago and much of the water that collects on the surface during rainfall disappears before it can be used. However, most of the water is known to seep into coastal aquifers which are subterranean layers of porous rocks.

An article in Courrier International offers Hawaiians high hopes for their water supply. Using a new technique that relies on electrical resistivity tracing, a team of hydrogeologists discovered that the volcanic soil of the Hawaiian archipelago collects and accumulates fresh water under the ocean floor. The scientists have detected a huge reservoir of freshwater that had never been identified before, 500 meters below the sea floor. The results of their study were published in Science Advances on November 25, 2020.

Located 4 kilometres off the west coast of the Big Island, this reservoir is said to contain 3.5 cubic kilometres of fresh water. It could be of great help in avoiding shortages and warding off threats of drought. In addition, the water from this vast reservoir appears to be easier to pump than coastal aquifers because it is under high pressure. The research team believes that this new offshore reservoir is made up of water flowing from coastal aquifers.

If pumping this water under the ocean floor does not seem to pose major technical problems, it does raise a number of questions. Some scientists are cautious. The entire aquifer system is likely connected, and pumping this water off Big Inland could have a negative impact on ecosystems and the amount of water available for pumps on the island.

Despite these reservations, the discovery of this immense reservoir of fresh water is good news. Some even imagine a similar situation in other volcanic islands such as Réunion, the archipelagos of Cape Verde and the Galapagos, which have similar a geology.

Source: Courrier International.

Une réserve d’eau douce au large de Green Sand Beach ? (Photo : C. Grandpey)