Un 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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A 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.

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