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Une histoire de répliques // A story of aftershocks

Le 4 mai 2018, un puissant séisme de M 6,9 sur le flanc sud du Kilauea a secoué la Grande Ile d’Hawaii. C’est l’événement sismique le plus significatif enregistré à Hawaii depuis 43 ans. Aujourd’hui, plus de cinq mois plus tard, des séismes de magnitude moindre se produisent toujours dans le même secteur.
Pour mieux comprendre cette situation, il convient de garder à l’esprit que la plupart des séismes sont provoqués par le glissement ou le décrochement de morceaux de l’écorce terrestre le long d’un plan de failles. La surface et la distance de glissement sont à mettre en relation directe avec la libération d’énergie (autrement dit la magnitude) du séisme.
Le glissement ou le décrochement n’est pas uniforme lors d’un séisme majeur; en effet, certains éléments du morceau de plaque concerné bougent plus que d’autres, et certains ne bougent pas du tout. Cette inégalité de déplacement dans la croûte terrestre impose des contraintes plus importantes aux éléments de plaque qui ne se sont pas déplacés.
Au fur et à mesure que la croûte se réajuste avec le temps, ces contraintes plus importantes donnent naissance à de petits séismes baptisés «répliques», qui se produisent sur les plaques de faille adjacentes. On peut parfois avoir un effet d’avalanche jusqu’à l’atténuation des tensions provoquées par le séisme principal. En règle générale, les séismes principaux les plus importants entraînent des périodes de répliques plus importantes, plus nombreuses et plus longues. Les séquences de répliques peuvent durer de plusieurs jours à plusieurs siècles. Les secousses qui surviennent après un séisme majeur ne sont pas forcément moins puissantes. Statistiquement, il y a environ 5% de chances qu’un séisme plus puissant se produise dans la journée qui suit un séisme majeur. Si cela se produit, le séisme le plus important devient le séisme principal et le précédent est baptisé séisme précurseur
Pendant les périodes d’activité sismique intense, il n’y a aucun moyen de prévoir quel événement sera le séisme principal et quels autres événements seront des répliques. Ce classement est établi rétrospectivement.
Avant le début de l’éruption du Kilauea le 3 mai 2018 dans les Leilani Estates, le magma a migré et s’est frayé un chemin le long de l’East Rift Zone du volcan. Ce comportement du magma a exercé une pression sur le flanc sud et provoqué un glissement le long de la faille basale de l’île. Cela a provoqué des milliers séismes près de la côte et plus au large, dans l’Océan Pacifique.
La séquence d’événements sismiques la plus importante a débuté le 3 mai par un séisme de M 5.1 à 10 h 30 (heure locale). Le lendemain, à 11h32 le 4 mai, un événement de M 5,4 est devenu le séisme principal. Une heure plus tard, à 12h32, le véritable séisme principal de la séquence se produisit : Il s’agissait d’un séisme de M 6,9 qui a secoué l’île avec suffisamment d’intensité pour faire tomber des objets des étagères dans les magasins de Hilo. Il a également été ressenti dans tout l’État d’Hawaii et a provoqué un petit tsunami le long des côtes voisines.
La première réplique significative a eu lieu plus tard dans la journée, avec un séisme de M 5.3 enregistré à 15h37 (heure locale). Jusqu’à présent, 15 répliques de M 4.0 et plus, ainsi que des milliers d’événements de moindre intensité, ont eu lieu dans la séquence. La répartition de ces séismes sur une carte révèle une zone qui s’étend jusqu’au large des côtes sur environ 800 kilomètres carrés. On peut en déduire qu’il s’agit de l’ensemble de la zone de faille qui s’est rompue au cours de la séquence.
La relation statistique entre l’activité des répliques et le temps écoulé a été formulée pour la première fois par le sismologue Fusakichi Omori en 1894. Dans ce qu’on appelle maintenant la loi d’Omori, la formule donne une relation inverse entre la probabilité de répliques et le temps écoulé. En d’autres termes, plus le temps écoulé depuis le choc principal est long, moins il est probable qu’une réplique se produise. La formule d’Omori donne des informations sur le risque sismique en fonction des répliques. Dans le cas du séisme M 6.9 de 2018, la loi d’Omori prévoit une fréquence décroissante des répliques dans la région au cours de la prochaine année ou plus, y compris une faible probabilité de séisme de M 6.0 au cours de cette période.
Source: USGS / HVO.

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On May 4th, 2018, a powerful M 6.9 earthquake on the south flank of Kilauea Volcano shook Hawaii Big Island. It was the largest seismic event in Hawaii in 43 years. Today, more than five months later, smaller-magnitude earthquakes are still occurring in the same area.

To better understand this situation, one should bear in mind that most earthquakes are caused by patches of rock slipping along a fault plane within the Earth’s crust. The area and the distance of slip relate directly to the energy release (i.e. magnitude) of the earthquake.

Slip is not uniform during a major earthquake ; some patches move more than others, and some do not move at all. This unevenness in motion within the Earth’s crust puts higher stresses on the patches that did not move than on the ones that did.

As the crust readjusts with time, these higher stresses give way to smaller earthquakes, or “aftershocks,”that occur on adjacent fault patches. The effect can cascade in avalanche-like fashion until the stresses caused by the major earthquake – also called « mainshocks » – even out. Generally, larger mainshocks produce larger, more numerous, and longer periods of aftershock activity. Aftershock sequences can last from days to centuries. Not all earthquakes that happen after a major earthquake are smaller. Statistically, there is about a 5 percent chance that a larger earthquake will occur within a day after a major earthquake. If that happens, the larger earthquake gets labelled as the “mainshock,” and the previous one is instead labelled a “foreshock.”

During periods of intense seismic activity, there is no way to predict which earthquakes will be foreshocks, the mainshock, and aftershocks. These labels are applied retrospectively.

Prior to the 2018 Kilauea eruption that started in Leilani Estates on May 3rd, migrating magma pushed through the East Rift Zone of the volcano. This compressed the south flank and caused slip along the island’s basal fault, resulting in thousands of earthquakes near the coast and offshore.

The sequence of larger events started with an M 5.1 earthquake at 10:30 a.m. (local time) on May 3rd. A day later, at 11:32 a.m. on May 4th, an M 5.4 earthquake then claimed the titled as mainshock. One hour later, at 12:32 p.m., the eventual mainshock of the sequence occurred ; i twas the M 6.9 earthquake that rattled the island with enough intensity to knock items off the shelves in Hilo stores. It was also felt statewide and produced a modest tsunami along nearby coastlines.

The first large aftershock occurred later that day; it was an M 5.3 earthquake at 3:37 p.m. (local time). So far, 15 aftershocks of M 4.0 and higher, along with thousands of smaller events, have occurred in the sequence. Plotting these earthquakes on a map reveals an area that extends offshore and spans about 800 square kilometres. We can infer this as the total fault area that ruptured during the sequence.

The statistical relationship between aftershock activity and time was first formulated by seismologist Fusakichi Omori in 1894. In what is now known as Omori’s Law, the formula gives an inverse relationship between the probability of aftershocks and time. In other words, the longer the time since the mainshock, the less likely it is that an aftershock will occur. Omori’s formula helps inform aftershock seismic hazard assessment. In the case of the 2018 M 6.9 earthquake, Omori’s Law forecasts a decreasing frequency of aftershocks continuing in the area over the next year or more, including a small chance of a M 6.0 earthquake during that time.

Source: USGS / HVO.

Cette illustration présente la zone de rupture présumée (ligne pointillée blanche) du séisme de M 6,9 du 4 mai 2018, avec les événements précurseurs et les 10 premières journées de répliques. Cette zone présente une superficie d’environ 800 km2. La taille des cercles fait référence à la magnitude des séismes; la couleur indique leur profondeur. Les magnitudes des événements les plus significatifs sont indiquées. Le graphique en médaillon montre la réduction des répliques du 4 au 15 mai 2018. (Source : USGS / HVO).

Les activités touristiques reprennent sur le Kilauea (Hawaii) // Tourist activities are restarting on Kilauea (Hawaii)

Bien que l’éruption du Kilauea n’ait pas encore été officiellement déclarée terminée, les activités touristiques reprennent progressivement dans le Parc National des Volcans d’Hawaï. Le Volcano House Hotel vient de redémarrer son service de restauration après des mois de fermeture à la suite de l’éruption.
L’hôtel avait été contraint de fermer temporairement en même temps que le ¨Parc à cause de la très forte activité sismique au sommet du volcan. Lorsque le Parc a rouvert ses portes fin septembre, certaines parties de l’hôtel ont également rouvert, mais les services de cuisine n’ont pas pu reprendre immédiatement.
Après les réparations nécessaires, le restaurant de l’hôtel, The Rim, a pu, dans un premier temps, proposer le dîner. Il servira désormais le petit-déjeuner, le déjeuner et le dîner à ses heures habituelles, tandis que l’Uncle George’s Lounge, également situé au sein de l’hôtel, sera ouvert uniquement pour les boissons.
L’hôtel espère également rouvrir le camping Namakanipaio dans la première semaine de décembre. Dans le même temps, le Parc a rouvert le camping Kulanaokuaiki et une partie de Hilina Pali Road le 19 octobre. Les randonneurs et les cyclistes peuvent emprunter Hilina Pali Road pour accéder au Hilina Pali Overlook et aux sentiers à proximité.
Source: West Hawaii Today.

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Even though the Kilauea eruption has not yet been officially declared over, tourist activities progressively resume in the Hawaiian Volcanoes National Park. The Volcano House Hotel has just restarted its restaurant service after months of closure following the eruption.

The hotel was forced to temporarily close at the same time as the Park during the increased seismic activity at the summit of the volcano. When the Park reopened in late September, parts of the hotel reopened as well, but kitchen services could not resume immediately.

After the necessary repairs, the hotel’s restaurant, The Rim, has been able to resume dinner service. It will serve breakfast, lunch and dinner at its usual hours, while Uncle George’s Lounge, also within the hotel, will be open for beverages only.

The hotel also expects to reopen Namakanipaio Campground in the first week of December. Meanwhile, the Park reopened Kulanaokuaiki Campground and part of Hilina Pali Road on October 19th. Hikers and bicyclists can use Hilina Pali Road to access Hilina Pali Overlook and nearby trails.

Source: West Hawaii Today.

La déesse Pele est de nouveau présente dans la Volcano House (Photo: C. Grandpey)

 

La Courbe de Keeling // The Keeling Curve

Dans mes notes sur le changement et le réchauffement climatiques, je fais souvent référence à la Courbe de Keeling pour montrer les concentrations de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère. Voici quelques explications sur cette courbe et son histoire.
La Courbe de Keeling enregistre les variations dans les concentrations de CO2 depuis les années 1950. Elle s’appuie sur des mesures en continu effectuées à l’observatoire du Mauna Loa à Hawaii, sous la supervision de Charles David Keeling dans les premières années. Les relevés de Keeling ont été les premiers à montrer de manière très claire l’augmentation rapide des concentrations de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
Charles David Keeling, de la Scripps Institution of Oceanography, organisme dépendant de l’Université de Californie à San Diego, a été le premier à effectuer régulièrement des mesures de concentration du CO2 dans l’atmosphère. À cette fin, il s’est rendu au pôle Sud et à Hawaii à partir de 1958. De nombreux scientifiques considèrent que les observations de Charles Keeling représentent l’un des travaux scientifiques les plus importants du 20ème siècle.
Des mesures de concentration du dioxyde de carbone dans l’atmosphère avaient été effectuées avant celles réalisées sur le Mauna Loa, mais en divers lieux de la planète. En 1960, Keeling et ses collaborateurs ont déclaré que les mesures effectuées en Californie, en Antarctique et à Hawaii étaient suffisamment fiables pour mettre en valeur non seulement des variations diurnes et saisonnières, mais aussi une augmentation de CO2 d’une année à l’autre, ce qui correspondait plus ou moins à la quantité de combustibles fossiles brûlés chaque année. Dans un article qui le rendit célèbre, Keeling écrivit: « Au pôle Sud, l’augmentation observée correspond pratiquement à la combustion de combustibles fossiles ».
En raison de coupes budgétaires au milieu des années 1960, Keeling fut contraint d’abandonner les mesures continues au pôle Sud, mais il réussit à rassembler suffisamment d’argent pour maintenir celles sur le Mauna Loa, qui se poursuivent aujourd’hui, parallèlement au programme de surveillance de la NOAA.
Les mesures effectuées sur le Mauna Loa montrent une augmentation constante de la concentration moyenne de CO2 dans l’atmosphère. On est passé d’environ 315 parties par million en volume (ppmv) en 1958 à 405,97 ppmv le 14 octobre 2018 Cette augmentation du CO2 atmosphérique est due à la combustion de combustibles fossiles et s’est accélérée ces dernières années. Étant donné que le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre, cela a des conséquences importantes sur le réchauffement de la planète. Les mesures effectuées dans d’anciennes bulles d’air piégées dans des carottes de glace polaire montrent que la concentration moyenne de CO2 dans l’atmosphère se situait historiquement entre 275 et 285 ppmv pendant la période holocène (à partir de 9 000 ans av. J.-C.), mais qu’elle a commencé à augmenter fortement au début du 19ème siècle.
Keeling et ses collaborateurs ont effectué des mesures sur les alizés à Hawaii, en se plaçant au-dessus de la couche d’inversion thermique afin de minimiser la contamination locale par les gaz volcaniques. De plus, les données sont normalisées pour éliminer toute influence de la contamination locale. Les mesures effectuées dans de nombreux autres sites isolés ont confirmé la tendance de la courbe de Keeling sur le long terme, bien qu’aucun site ne possède un historique de mesures aussi long que l’observatoire du Mauna Loa.
La courbe de Keeling montre une variation cyclique d’environ 5 ppmv chaque année (voir courbe ci-dessous). Cela correspond à la variation saisonnière d’absorption du CO2 par la végétation. La majeure partie de cette végétation se trouve dans l’hémisphère Nord, car c’est là que se trouvent la plupart des terres. D’un maximum en mai, le niveau diminue au printemps et en été dans le nord, à mesure que la croissance de nouvelles plantes absorbe le CO2 de l’atmosphère par photosynthèse. Après avoir atteint un minimum en septembre, le niveau augmente à nouveau dans le nord à l’automne et pendant l’hiver, à mesure que les plantes et les feuilles meurent et se décomposent, libérant le gaz dans l’atmosphère. L’impact du plancton vert sur les océans du monde, qui pourrait contribuer à éliminer jusqu’à 60% du dioxyde de carbone de l’atmosphère par la photosynthèse, n’a pas encore été étudié.
Les mesures de CO2 à l’observatoire du Mauna Loa sont effectuées à l’aide d’un type de spectrophotomètre infrarouge appelé à ses débuts ‘capnographe’ par son inventeur, John Tyndall, en 1864. Il est désormais connu sous le nom de capteur infrarouge non dispersif. Aujourd’hui, plusieurs capteurs à laser ont été ajoutés pour fonctionner simultanément avec le spectrophotomètre IR de la Scripps, tandis que les mesures effectuées par la NOAA sur le Mauna Loa utilisent un capteur infrarouge non dispersif. De nombreux autres capteurs et de nouvelles technologies sont également utilisés sur le Mauna Loa pour améliorer les mesures.
Charles David Keeling est décédé en 2005. Son fils, Ralph Keeling, professeur de géochimie à la Scripps Oceanography, a pris le relais. .

Adapté de plusieurs articles parus dans la presse américaine.

On peut voir l’évolution de la courbe de Keeling à cette adresse :

https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/

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In my posts about climate change and global warming, I often refer to the Keeling curve to show the carbon dioxide (CO2) concentrations in the atmosphere. Here are a few explanations about this curve and its history.

The Keeling Curve has recorded the changes in CO2 concentrations since the 1950s. It is based on continuous measurements taken at the Mauna Loa Observatory in Hawaii that began under the supervision of Charles David Keeling. Keeling’s measurements were the first to show the significant evidence of rapidly increasing carbon dioxide levels in the atmosphere.

Charles David Keeling, of the Scripps Institution of Oceanography at the University of California San Diego, was the first person to make frequent regular measurements of atmospheric CO2 concentrations. For that purpose, he took readings at the South Pole and in Hawaii from 1958 onwards. Many scientists consider C.D. Keeling’s observations as one of the most important scientific works of the 20th century.

Measurements of carbon dioxide concentrations in the atmosphere had been taken prior to the Mauna Loa measurements, but on an ad-hoc basis across a variety of locations. By 1960, Keeling and his group determined that the measurement records from California, Antarctica, and Hawaii were long enough to see not just the diurnal and seasonal variations, but also a year-on-year increase that roughly matched the amount of fossil fuels burned per year. In the article that made him famous, Keeling observed: « at the South Pole the observed rate of increase is nearly that to be expected from the combustion of fossil fuel ».

Due to funding cuts in the mid-1960s, Keeling was forced to abandon continuous monitoring efforts at the South Pole, but he managed to save enough money to maintain operations at Mauna Loa, which have continued to the present day, alongside the monitoring program by NOAA.

The measurements collected at Mauna Loa show a steady increase in mean atmospheric CO2 concentration from about 315 parts per million by volume (ppmv) in 1958 to 405.97 ppmv on October 14th, 2018. This increase in atmospheric CO2 is due to the combustion of fossil fuels, and has been accelerating in recent years. Since carbon dioxide is a greenhouse gas, this has significant implications for global warming. Measurements of carbon dioxide concentration in ancient air bubbles trapped in polar ice cores show that mean atmospheric CO2 concentration has historically been between 275 and 285 ppmv during the Holocene epoch (9,000 BCE onwards), but started rising sharply at the beginning of the nineteenth century.

Keeling and collaborators made measurements on the incoming ocean breeze and above the thermal inversion layer to minimize local contamination from volcanic vents. In addition, the data are normalized to negate any influence from local contamination. Measurements at many other isolated sites have confirmed the long-term trend shown by the Keeling Curve, though no sites have a record as long as Mauna Loa.

The Keeling Curve also shows a cyclic variation of about 5 ppmv in each year corresponding to the seasonal change in uptake of CO2 by the world’s land vegetation. Most of this vegetation is in the Northern hemisphere, since this is where most of the land is located. From a maximum in May, the level decreases during the northern spring and summer as new plant growth takes carbon dioxide out of the atmosphere through photosynthesis. After reaching a minimum in September, the level rises again in the northern fall and winter as plants and leaves die off and decay, releasing the gas back into the atmosphere. The impact of green plankton material in the world’s oceans, which may actually be responsible for taking up to 60% of the carbon dioxide out of the atmosphere through photosynthesis is yet to be fathomed though.

Carbon dioxide measurements at the Mauna Loa observatory in Hawaii are made with a type of infrared spectrophotometer first called a capnograph by its inventor, John Tyndall, in 1864 but now known as a nondispersive infrared sensor. Today, several laser-based sensors are being added to run concurrently with the IR spectrophotometer at Scripps, while NOAA measurements at Mauna Loa use nondispersive infrared sensor. Multiple other sensors and technologies are also used at Mauna Loa to augment these measurements.

Charles David Keeling died in 2005. Supervision of the measuring project was taken over by his son, Ralph Keeling, a professor of geochemistry at Scripps Oceanography.

Adapted from several articles released in the American press.

One can see the evolution of the Keeling Curve at this address:

https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/

Observatoire du Mauna Loa (Photo: C. Grandpey)

Courbe montrant la variation cyclique sur une année

Evolution des concentrations de CO2 sur deux ans

Evolution des concentrations de CO2 depuis 1958

[Source: Scripps Institution of Oceanography]

 

 

Hawaii: Impact de l’éruption du Kilauea sur l’agriculture // Impact of the Kilauea eruption on agriculture

Une étude récente menée auprès des agriculteurs hawaïens par le Département d’agriculture tropicale et des ressources humaines a révélé que la dernière éruption du Kilauea avait causé près de 28 millions de dollars de dégâts. Les 46 fermiers qui ont participé à l’étude ont déclaré avoir perdu environ 27,9 millions de dollars suite à la destruction de leurs biens. Parmi les dégâts signalés, près des deux tiers – soit 17 millions de dollars – concernent plus particulièrement les récoltes, tandis que les terres, les bâtiments et les stocks détruits représentent respectivement 4,1 millions de dollars, 3,3 millions de dollars et 3 millions de dollars de pertes.
Un rapport de l’Association de la floriculture et des pépinières d’Hawaï a fait remarquer que les données contenues dans l’étude n’étaient pas exhaustives, mais fournissaient un bon aperçu de la gravité de l’impact de l’éruption sur l’agriculture de l’île. L’étude a révélé que 13,3 millions de dollars de dégâts concernent la floriculture, 6,5 millions de dollars la culture de la papaye et 2,5 millions de dollars les noix de macadamia.

La région de Kapoho, aujourd’hui en grande partie recouverte par la lave, offrait des conditions idéales pour faire pousser les orchidées. Après l’éruption, on a estimé que 10% des quelque 300 plantations d’orchidées à travers l’Etat avaient été touchés. Même si certaines nouvelles pépinières ont vu le jour, il faut parfois jusqu’à deux ans pour qu’une graine d’orchidée devienne une plante vendable dans des conditions idéales, et c’est une période pendant laquelle les agriculteurs ne disposent d’aucun revenu.
Environ 30 à 40% de la production de papaye de la Grande Ile a été détruite ou rendue inaccessible par l’éruption, avec un préjudice économique immédiat pour le secteur. Quelque 285 hectares de la meilleure zone de culture de la papaye ont été ensevelis sous la lave, ce qui soulève des questions sur l’avenir de ce secteur agricole. La plus grande partie de la récolte de papayes qui a été détruite était destinée à Oahu ou au Canada, tandis que la plupart des terres dévolues à l’exportation vers le Japon ou le continent américain ont été épargnées par la lave. Les agriculteurs qui ont perdu leurs terres n’en trouveront pas forcément d’autres pour les remplacer, même si l’étude montre que les fermiers les plus affectés pat l’éruption  seraient prêts à acheter de nouvelles terres. Certaines parties de la Grande Ile offrent des conditions propices à la culture de la papaye, mais le coût de leur défrichage ne serait pas supportable financièrement  pour la plupart des fermiers. Comme les orchidées, les papayes mettent du temps – environ un an – à se développer et l’assurance chômage arrive à son terme au bout de six mois. La communauté agricole a demandé que soit instituée une législation prolongeant l’assurance-chômage suffisamment longtemps pour couvrir les périodes de croissance des papayes, mais il n’est pas du tout certain qu’ils obtiennent satisfaction. .
Source: Hawaii Tribune Herald

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A recent survey conducted with farmers by the Hawaii’s College of Tropical Agriculture and Human Resources has reported that Kilauea’s last eruption caused nearly 28 million dollars in damages. The 46 respondents reported that they had collectively lost approximately 27.9 million dollars in destroyed property. Of the total damages reported, nearly two thirds – 17 million dollars – were specifically damage to crops, while destroyed land, buildings and inventory accounted for 4.1 million dollars, 3.3 million dollars and 3 million dollars in losses, respectively.

A statement by the Hawaii Floriculture and Nursery Association has indicated that the data from the survey is not “all-inclusive” but provides a snapshot of how devastating the eruption was for the island’s agricultural industries. The survey found that 13.3 million dollars of the reported damages were from the floriculture industry, with another 6.5 million dollars from the papaya industry and 2.5 million dollars from the macadamia nut industry.

The Kapoho region, now mostly buried in lava, had ideal conditions for orchid growers. After the eruption, it was estimated that 10 percent of the roughly 300 statewide orchid growers had been affected. Even though some new nurseries are beginning to see new growth, it can take up to two years to grow an orchid from seed to salable plant under ideal conditions, during which time farmers starting out will have no cash flow.

About 30 to 40 percent of the Big Island’s papaya production has been destroyed or rendered inaccessible by the eruption, resulting in immediate economic damage to the industry. Approximately 700 acres of the best growing area for papayas have been buried by lava, raising long-term questions about the industry’s future. The majority of the destroyed papaya crop was destined for Oahu or Canada, while most of the Japanese and mainland export growing lands were largely unaffected. However, those farmers who lost growing land may not be able to find replacements, although the survey suggested that most inundated farmers would be willing to buy new land. Some lands on the Big Island have appropriate conditions for papayas to grow, but the cost of clearing the land would not be economically feasible for most operations. Meanwhile, like the orchids, papayas take time to grow – about a year – while unemployment insurance runs out after six months. The farming community has discussed legislation extending unemployment insurance long enough to cover growing periods, but was not optimistic.

Source : Hawaii Tribune Herald

La culture de la papaye est l’un des piliers de l’économie hawaïenne (Photo: C. Grandpey)