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La gravité sur le Kilauea // Gravity on Kilauea volcano

drapeau francaisUn récent article publié par l’Observatoire des Volcan d’Hawaii (le HVO) montre l’évolution de la gravité sur le Kilauea.
On considère trop souvent la gravité comme une constante, une force qui s’exerce également, en tous points, mais ce n’est pas tout à fait vrai. En fait, la force exercée par la gravité dépend de la masse sous nos pieds et de notre distance par rapport à cette masse. S’il y a quelque chose de très dense dans le sous-sol, comme une chambre magmatique solidifiée, la gravité sera un peu plus forte dans cette zone. A l’inverse, plus on est éloigné du centre de la Terre, plus faible est la gravité. Par exemple, je pèse un peu moins (quelques centaines de grammes) au sommet du Mauna Loa (4169 m) qu’au niveau de la mer à Hilo!
La gravité peut également varier au fil du temps. Au fur et à mesure que le magma s’accumule dans les profondeurs, il pousse le sol vers le haut, ce qui provoque une diminution de la gravité. Ce changement est toutefois contrebalancé par la nouvelle masse de magma dans le sous-sol qui provoque une hausse de la gravité.
Des mesures de variations de la gravité sont effectuées sur le Kilauea depuis les années 1970. Ces études ont révélé un fait remarquable : il existe des espaces vides – probablement un réseau de fissures interconnectées plutôt qu’un seul grand gouffre – sous la surface du volcan. L’accumulation de magma dans ces vides provoque une augmentation de la gravité en raison de l’ajout de masse, mais cela n’entraîne guère de soulèvement de la surface en parallèle.
Au cours des dernières années, les variations de gravité ont été mesurées par des instruments installés en trois endroits sur le Kilauea. Ces mesures continues ont révélé des choses surprenantes sur le lac de lave au sommet du volcan.
En mars 2011, le lac dans le cratère de l’Halema’uma’u s’est vidangé suite à l’éruption fissurale de Kamoamoa sur l’East Rift Zone. La chute du  niveau du lac de lave a provoqué une diminution importante de la gravité mesurée par un instrument sur la lèvre de l’Halema’uma’u. Une caméra thermique à proximité a également suivi la baisse de niveau du lac, ce qui a permis de calculer le volume de lave évacué. Connaissant la masse et le volume, les scientifiques du HVO ont pu déterminer la densité de la lave.
La densité des roches basaltiques qui composent la majeure partie de l’île d’Hawaï est d’environ 2,5 fois la densité de l’eau. Les scientifiques du HVO pensaient que la lave du lac dans l’Halema’uma’u serait légèrement moins dense que la roche environnante, étant donné les gaz qu’elle contient. En fait, les données gravimétriques et celles de la caméra thermique au moment de la vidange du lac en mars 2011 ont révélé que la lave qui occupe la partie supérieure de ce dernier, sur une épaisseur d’environ 200 mètres, avait une densité inférieure à celle de l’eau ! Il semblerait que la partie supérieure du lac soit constituée essentiellement d’écume en raison de la grande quantité de gaz dans la lave.
La station gravimétrique installée près du cratère de l’Halema’uma’u enregistre les variations de gravité depuis 2011, en prenant en compte les nombreux cycles de hausse et de baisse du niveau du lac de lave. Ces données démontrent que la densité de la lave reste faible, à peu près égale à celle de l’eau. Des changements brusques de gravité ont également été observés à plusieurs reprises depuis 2011 ; ils indiquaient l’arrivée de nouveau magma près du sommet. Ces données gravimétriques fournissent donc des informations importantes, non seulement sur les caractéristiques du lac de lave, mais aussi sur les mouvements du magma en profondeur.

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drapeau anglaisA recent article released by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) shows the changes in gravity over Kilauea volcano.

Gravity is often seen as a constant, a force that pulls on everyone equally, everywhere. But this is not quite true. In fact, the force of gravity depends on the mass beneath our feet, and our distance from that mass. If there is something very dense beneath the ground, like a solidified magma chamber, gravity is a bit stronger in that area. Conversely, the farther we are from the Earth’s center, the weaker gravity is. For example, I weigh slightly less (by a small fraction of a pound) at the 4169-m summit of Mauna Loa than at sea level in Hilo!

Gravity can also change over time. As magma accumulates beneath the ground, it pushes the ground upward, causing gravity to decrease. This change is counterbalanced, however, by the new mass of magma beneath the ground, which causes gravity to increase.

Measurements of gravity change have been conducted at Kilauea since the 1970s. A noteworthy result of these studies is the recognition that there are void spaces – probably a network of interconnected cracks rather than a single large cavern – beneath the volcano’s surface. Magma accumulation in these voids causes a gravity increase due to the addition of mass, but there is little associated surface uplift.

In the past several years, gravity changes have been measured by continuously recording instruments installed at three locations on Kilauea. These measurements have revealed surprising insights about Kilauea’s summit lava lake.

In March 2011, the summit lava lake within Halema’uma’u Crater drained due to the onset of the Kamoamoa fissure eruption on the East Rift Zone. The dropping lava lake level was associated with a major decrease in gravity measured by an instrument on the rim of Halema’uma’u. A nearby thermal camera also tracked the lowering lava lake level, making it possible to calculate the volume of lava that drained from the lake. Knowing the mass and volume, HVO scientists can determine the density of lava.

The density of the basaltic rocks that make up most of the Island of Hawaii is about 2.5 times the density of water. HVO scientists expected Kilauea’s summit lava lake to be slightly less dense than the rock, given the gases contained in the lava, but not by much. The gravity and thermal camera data from the draining of the lava lake in March 2011, however, revealed that the upper 200 metres or so of the lake has a density less than that of water. Apparently, the upper part of the lava lake is frothier than expected due to the large amount of gas in the lava.

The Kilauea summit vent gravity station has recorded changes over several years since 2011, through many cycles of lava lake level rise and fall. These data clearly demonstrate that the lava lake density has remained low, roughly equal to that of water. Abrupt changes in gravity have also occurred a few times since 2011, signaling the arrival of fresh batches of magma near the summit. These gravity data, therefore, provide important information, not just about lava lake characteristics, but also about subsurface magma movement.

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Bouche active dans le cratère de l’Halema’uma’u (Photo: C. Grandpey)

 

Des conférences à Hawaii // Conferences at Hawaii

drapeau-francaisAfin d’informer le public sur l’activité des volcans de la Grande Ile d’Hawaii, l’Observatoire propose une série de conférences, avec la coopération du Parc National des Volcans d’Hawaii et l’Université d’Hawaï à Hilo. Vous trouverez le calendrier de ces conférences en cliquant sur le lien ci-dessous.
Dans le cadre de ces animations, le géologue Matt Patrick a donné une conférence à l’Université d’Hawaï à Hilo le 7 janvier dernier. Il a résumé les 33 années d’éruption sur l’East Rift Zone du Kilauea, avec la naissance du cratère du Pu’uO’o, la coulée de lave du 27 juin et l’activité effusive actuelle au NE du Pu’uO’o. Il a également présenté l’activité dans le cratère de l’Halema’uma’u. Après son exposé, le géologue a répondu aux questions de son auditoire.
A condition de comprendre l’anglais, vous pourrez écouter les propos de Matt Patrick en cliquant sur ce lien:
http://www.bigislandvideonews.com/2016/01/11/video-series-volcano-talk-on-kilauea-eruption/

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drapeau-anglaisIn order to inform the public about what is going on on Hawaii Island’s volcanoes, the Hawaiian Volcano Observatory is providing a series of programs in cooperation with Hawaii Volcanoes National Park and the University of Hawaii at Hilo. You will find the schedule by clicking on the link below.
As a part of these programs,geologist Matt Patrick gave a talk at the University of Hawaii-Hilo on January 7th. He summarized the 33 year-long eruption on Kilauea volcano’s East Rift Zone, discussing the origin of Pu’uO’o crater, the June 27 lava flow, and the current activity on the flow field. He also discussed the activity at Halema’uma’u. Following his presentation, the geologist took questions from the audience.
You can listen to the talks by clicking on this link :
http://www.bigislandvideonews.com/2016/01/11/video-series-volcano-talk-on-kilauea-eruption/

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Cratère du Pu’uO’o en 2006 (Photo: C. Grandpey)

L’InSAR et le Kilauea (Hawaii)

drapeau-francaisL’interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR) est en train de devenir un élément clé en volcanologie. J’ai déjà écrit plusieurs notes à propos de cette nouvelle technologie sur ce blog entre 2013 et 2015.
L’InSAR a récemment prouvé son efficacité dans la compréhension des différents épisodes d’intrusion magmatique dans la caldeira sud du Kilauea au cours du printemps 2015. En avril, le réservoir superficiel sous la caldeira du Kilauea a commencé à gonfler rapidement, provoquant une hausse du niveau du lac de lave et son débordement sur le plancher du cratère de l’Halema’uma’u.
Le 11 mai, les inclinomètres ont commencé à enregistrer une rapide phase de dégonflement, accompagnée de la baisse de niveau du lac de lave et d’une augmentation de la sismicité dans la caldeira sud, que ce soit en fréquence ou en magnitude des événements. En une seule journée, on a pu parfaitement observer l’inflation dans la caldeira sud sur le réseau de capteurs GPS ainsi que sur les inclinomètres.
Les images InSAR illustrant le début de cet événement montrent dans le moindre détail le soulèvement associé à l’inflation initiale et révèlent en même temps la complexité de la forme du réservoir magmatique. Les images traduisent également la transition vers la déflation de l’Halema’uma’u et l’inflation de la caldeira sud.

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(Source: HVO)

L’interférogramme en arc-en-ciel ci-dessus montre parfaitement la forme et l’importance du soulèvement au cours de cet événement (entre le 11 avril et le 22 mai). L’image révèle que le soulèvement coïncide avec l’emplacement d’un réservoir magmatique – déjà identifié par les scientifiques – sous la caldeira sud. C’est aussi pour les chercheurs du HVO la première preuve indiquant un transfert de magma rapide entre les réservoirs magmatiques.
Les couleurs de l’arc-en-ciel représentent le changement de distance entre le sol et le satellite InSAR entre deux orbites effectuées par ce dernier. Chaque cycle de couleurs, du magenta au bleu, indique un déplacement égal à la moitié de la longueur d’onde du radar satellitaire. Le motif se répète, et en comptant tous les arcs-en-ciel, on obtient la totalité du déplacement
Au cours des deux dernières décennies, l’augmentation du nombre de satellites disponibles a amélioré les possibilités offertes par l’InSAR aux chercheurs du HVO. Ils disposent désormais d’une plus grande variété de longueurs d’ondes. Les ondes courtes permettent d’améliorer la résolution, tandis que les ondes plus longues autorisent une meilleure pénétration à travers la végétation. Le HVO utilise les données fournies par de nombreux satellites InSAR pour étudier les mouvements de sol sur les volcans d’Hawaï, y compris les satellites lancés par l’Agence Spatiale Européenne, le Canada, l’Allemagne et le Japon.
Les États-Unis s’apprêtent à lancer leur premier satellite InSAR. En 2014, la NASA a annoncé un projet conjoint avec l’Indian Space Research Organization visant à construire et lancer un satellite InSAR multi-longueurs d’ondes spécifiquement conçu pour l’étude des risques naturels. Le lancement du satellite est prévu pour 2020.
Source: HVO.

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drapeau-anglaisInterferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) is becoming a key tool in volcanology. I have already written several notes about this new technology on this weblog between 2013 and 2015.
InSAR recently proved important in understanding the various episodes of Kilauea’s south caldera intrusion during spring 2015. In April, the shallow reservoir beneath the Kilauea caldera began to rapidly inflate, causing the lava lake to rise to the point where it overflowed onto the floor of Halema’uma’u Crater.
On May 11th, tiltmeters began recording rapid deflation, the lava lake level dropped and earthquakes in the south caldera increased in rate and magnitude. Within a day, inflation in the south caldera could clearly be seen on the network of continuous GPS instruments and tiltmeters.
InSAR images spanning the beginning of this event show the uplift associated with the initial inflation in great detail, revealing a complexity to the shape of the reservoir. The images also capture the transition to deflation at Halema’uma’u and south caldera inflation.
As shown in the accompanying image (see above), the rainbow pattern seen in the interferogram beautifully captured the shape and extent of ground uplift during this event (from April 11th to May 22nd). This image shows that the uplift coincides with the location of a known south caldera storage reservoir. This is the first evidence that HVO scientists have ever had suggesting rapid magma transfer between storage reservoirs.
The rainbow colours represent the change in distance between the ground and the satellite in the time between two orbits of the InSAR satellite. Each cycle of colours, from magenta to blue indicates motion equal to half the satellite’s radar’s wavelength. The pattern repeats and by counting up all the rainbows, you get the total amount of motion.
Over the past two decades, the increasing number of available satellites has improved HVO’s InSAR capabilities by providing a variety of wavelengths that allow for improved resolution at short wavelengths and better penetration through vegetation at longer wavelengths. HVO has used data from many different InSAR satellites to investigate motion on Hawaii’s volcanoes, including satellites launched by the European Space Agency, Canada, Germany and Japan.
The United States is working toward launching its first InSAR satellite. In 2014, NASA announced a joint project with the Indian Space Research Organization to build and launch a multi-wavelength InSAR satellite specifically designed for studying natural hazards. The project is scheduled for a 2020 launch.
Source : HVO.

Alertes volcaniques // Volcanic alerts

drapeau francaisAprès avoir élevé, il y a quelques jours, le niveau d’alerte du Mauna Loa de « Normal » à « Advisory » (surveillance étroite recommandée) et fait passer la couleur de l’alerte aérienne de Vert à Jaune, l’Observatoire des Volcans d’Hawaï (HVO) explique dans un article la signification des niveaux d’alerte volcanique et des codes couleurs pour l’aviation, et comment le HVO décide de les modifier.
Le système de codes couleurs pour l’avion a ses racines en Alaska. Au cours de l’éruption du Redoubt en 1989-1990, l’Alaska Volcano Observatory (AVO) a décrété que les compagnies aériennes avaient besoin d’un moyen rapide pour comprendre les menaces liées à un volcan en activité, voire en éruption. Pour cela, l’USGS a mis au point un schéma simple, avec quatre couleurs, semblables à celles des feux de circulation, pour transmettre le message. De cette façon, les pilotes ou les contrôleurs aériens n’avaient plus besoin de passer au crible les longues descriptions textuelles pour savoir si des avions pourraient voler à proximité ou sous le vent d’un volcan en éruption: GREEN signifiait qu’il n’y avait aucun problème particulier. JAUNE signifiait que le volcan montrait des signes d’activité et qu’il fallait être vigilant. ORANGE signifiait qu’il fallait faire très attention car la situation pouvait évoluer très rapidement, ou que la cendre volcanique pouvait atteindre environ 7.500 mètres d’altitude. RED signifiait qu’il y avait un réel danger et qu’il faudrait peut-être rediriger ou annuler le vol.
Pendant un certain temps, ce système de codes couleurs a été utilisé en l’Alaska où chaque année une ou deux éruptions envoient de la cendre potentiellement dangereuse sur les itinéraires des vols commerciaux à travers le Pacifique.
Ensuite, en 2006, les cinq observatoires volcanologiques gérés par l’USGS ont adopté un système unique d’alerte volcanique à travers les Etats Unis. Dans le cadre de cette approche unifiée, l’USGS a ajouté les conditions NORMAL, ADVISORY (surveillance accrue), WATCH (Vigilance), et WARNING (Alerte) afin de faire connaître le niveau de danger aux personnes et aux infrastructures sur le terrain. Les termes utilisés ont été choisis en partie pour faire écho à ceux utilisés par le National Weather Service (Service Météorologique) de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) pour les fortes tempêtes et les inondations. Le plus souvent, le niveau d’alerte volcanique et le code couleur pour l’aviation vont de pair.
L’affectation des niveaux d’alerte et des codes couleurs suppose que les observatoires identifient parfaitement le niveau d’activité d’un volcan, depuis les périodes calmes jusqu’aux épisodes éruptifs. Cela exige aussi que le volcan soit surveillé 24 heures sur 24 avec des sismomètres, des caméras, des satellites et d’autres instruments capables de détecter les signes de mouvements du magma dans les profondeurs, ou de la lave et de la cendre en surface pendant une éruption. Avec une telle infrastructure, les observatoires peuvent, au fil du temps, définir un niveau de base de l’activité typique qui sera appelé « NORMAL » et correspondra à la couleur Verte / GREEN, de sorte qu’une modification du niveau de base pourra être associée à des termes comme YELLOW et ADVISORY.
Source: USGS / HVO.

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drapeau anglaisAfter elevating the alert level for Mauna Loa from Normal to Advisory and the aviation colour code from Green to Yellow, the USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) explains the meaning of these Volcano Alert Levels and Aviation Color Codes, and how HVO decides to change them.
The USGS Aviation Color Code system has roots in Alaska. During the 1989-90 eruption of Redoubt Volcano, the Alaska Volcano Observatory (AVO) determined that airlines needed a quick way of understanding threats posed by a restless or erupting volcano. So, USGS developed a simple, four-color scheme similar to a traffic light to convey the message. In this way, pilots or air traffic controllers would not need to sift through long text descriptions to evaluate their risk of flying near or downwind of a volcano: GREEN meant all clear; YELLOW meant the volcano is restless, be aware; ORANGE meant pay very close attention, the situation may be escalating or there may be volcanic ash up to about 7,500 metres above sea level; and RED meant danger, you may need to reroute or cancel the flight.
For a number of years, this colour code system was only used in Alaska where each year one or two eruptions send potentially dangerous ash into trans-Pacific jet flight routes.
Then, in 2006, the USGS five volcano observatories adopted a single system of communicating volcanic threats across the nation. As part of this unified approach, USGS added the terms NORMAL, ADVISORY, WATCH, and WARNING to reflect the danger primarily to people and infrastructure on the ground. These Volcano Alert Level terms were chosen in part to mirror those used by NOAA’s National Weather Service for severe storms and flood. Most often, the Volcano Alert Level and Aviation Colour Codes terms move together.
Assigning alert levels and colour codes requires that observatories can measure the activity level of a volcano—from quiet to full-scale eruption. This, in turn, requires that the volcano be monitored around the clock with seismometers, cameras, satellites, and other instruments that can detect signs of magma moving underground or lava and ash actively erupting. With such infrastructure in place, observatories can, over time, define a background state of typical activity (NORMAL/GREEN) so that sustained departures from background are caught in the act (YELLOW/ADVISORY).
Source: USGS / HVO.

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Source: USGS