La houle océanique se produit constamment dans les océans sur Terre. Cette houle interagit avec la croûte océanique qui se trouve en dessous et cela crée un bruit océanique continu qui se déplace autour de notre planète, y compris à travers les volcans actifs de la Grande Ile d’Hawaii.
Étant donné que les signaux de bruit océanique sont générés en permanence, les scientifiques peuvent utiliser ces sources sismiques pour identifier les petits changements qui se produisent dans la croûte terrestre au fil du temps.
Dans les climats qui connaissent les quatre saisons, les scientifiques ont observé que le bruit de l’océan traverse ces régions plus rapidement lorsque la neige est présente et plus lentement lorsque la neige a fondu. Cette accélération hivernale est due au manteau neigeux sus-jacent qui comprime le sous-sol et ferme toutes les fractures qui se trouvent en dessous. Lorsque la neige fond, le sous-sol n’est plus comprimé, les fractures s’ouvrent à nouveau et l’eau de fonte de la neige s’infiltre dans ces systèmes de fractures. En conséquence, le bruit de l’océan traverse ces régions plus lentement au printemps et en été. De même, dans les climats qui connaissent des précipitations très abondantes, comme Hawaii, ces précipitations se diffusent dans le sol, ouvrent des fractures et des fissures et provoquent un ralentissement de la vitesse de propagation du bruit océanique.
En se déplaçant sous des volcans actifs, le magma peut provoquer semblable ouverture et fermeture des systèmes de fractures, ce qui entraîne des changements dans la vitesse à laquelle les signaux de bruit océanique traversent un volcan. Les scientifiques du HVO développent de nouvelles techniques utilisant ces changements de vitesse pour comprendre ce qui se passe sous la surface des volcans sur la Grande Ile d’Hawaii.
De septembre à mi-octobre 2020, la vitesse de propagation du bruit océanique dans la région sommitale du Kilauea est restée relativement constante. Cependant, à la mi-octobre 2020, cette vitesse a commencé à diminuer rapidement. Lorsque le magma migre sous la surface, il ouvre des fissures et des fractures dans la région immédiatement au-dessus. L’ouverture de ces systèmes de fractures et l’afflux du magma proprement dit provoquent un ralentissement de la vitesse de propagation des signaux de bruit océanique à travers cette région.
Les scientifiques du HVO ont conclu que le magma avait commencé son ascension sous le sommet du Kilauea à la mi-octobre 2020. Au début du mois de décembre de cette même année, la vitesse de propagation du bruit océanique a commencé à diminuer à un rythme plus rapide, en relation avec un afflux plus rapide de magma vers le sommet du Kīlauea. À ce stade, les schémas de sismicité et de déformation du sol sous le sommet ont indiqué qu’une petite intrusion magmatique s’était produite.
À la mi-décembre 2020, la vitesse du bruit océanique à travers le sommet du Kilauea a continué de diminuer, indiquant la poursuite de l’intrusion magmatique à l’intérieur du volcan.
Finalement, vers 21h30 le 20 décembre, l’éruption sommitale du Kilauea a commencé. Après le début de cette éruption, on a observé une augmentation spectaculaire de la vitesse de propagation des signaux de bruit océanique à travers la région sommitale. Au fur et à mesure que le magma quittait le réservoir peu profond, avec émission de lave en surface, la région située au-dessus se dégonflait. Cette déflation a provoqué la fermeture de fractures dans la partie sommitale peu profonde et une augmentation de la vitesse de propagation du bruit océanique à travers le sommet.
Cet exemple montre que l’observation des changements de vitesse du bruit océanique pourrait être utilisée pour prévoir l’activité volcanique. Les scientifiques du HVO essayent de mieux comprendre ce processus et de l’utiliser dans le cadre de la surveillance en temps réel du Kilauea et du Mauna Loa.
Source : USGS/HVO.

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Ocean swells are constantly occurring across the Earth’s oceans. These swells interact with the ocean crust below, creating continuous ocean noise that travels around the Earth, including through active volcanoes in Hawaii. Because ocean noise signals are always being generated, scientists can use these seismic sources to identify small changes occurring in the Earth’s crust through time.

In climates that experience all four seasons, scientists have shown that ocean noise travels through these regions faster when snowpack is present and slower when the snow has melted. This winter speedup is because of the overlying snowpack compressing the subsurface and closing any fractures below it. When the snow thaws, the subsurface is no longer compressed, the fractures open again and the snow melt percolates into these fracture systems. This causes ocean noise to travel through these regions more slowly in the spring and summer months. Similarly, in climates that experience excessive rainfall, such as Hawaii, such precipitation diffuses into the ground, opening fractures and cracks and causing slowdowns in ocean noise propagation speeds.

Magma moving under active volcanoes can cause similar opening and closing of fracture systems resulting in changes in the velocity at which ocean noise signals travel through a volcano. HVO scientists are developing new techniques that use such velocity changes to understand what is happening beneath the surface of volcanoes on Hawaii Island.

From September to mid-October 2020, the velocity of ocean noise in the Kilauea summit region remained fairly constant. However, by mid-October 2020, velocities in the summit region began to decrease rapidly. When magma migrates beneath the surface, it opens cracks and fractures in the region immediately above it. The opening of these fracture systems and the influx of the magma itself cause a slowdown in the propagation speed of ocean noise signals through that region.

HVO scientists have concluded that magma began to move from deeper depths beneath the Kilauea summit by mid-October 2020. By early December that year, velocities began to decrease at a more dramatic rate, suggesting a more rapid inflow of magma into the Kīiauea summit. At that point, earthquake and ground deformation patterns beneath the summit indicated a small intrusion of magma had occurred.

By mid-December 2020, the velocity of ocean noise traveling through Kilauea’s summit decreased even more, indicating the continued invasion of magma into the volcano

Finally, at about 9:30 p.m. on December 20^th, the eruption at Kilauea’s summit began. Following the onset of this eruption, a dramatic increase in the propagation speed of ocean noise signals through the summit region was observed. As magma was removed from the shallow storage reservoir by the outpouring of lava, the region above it deflated. This deflation caused the closure of fractures within the shallow summit, and a resulting increase in the velocity of ocean noise through the summit.

This example demonstrates how monitoring for changes in ocean noise velocity could potentially be used to aid in forecasting volcanic activity. HVO scientists are working to better understand this process and apply it as a real-time monitoring tool at Kilauea and Mauna Loa volcanoes.

Source : USGS / HVO.

Ce schéma montre les changements dans la vitesse de propagation des signaux de bruit océanique (cercles remplis de rouge) à travers le Kilauea de septembre 2020 à février 2021, plusieurs mois avant et dans le mois après le début de l’éruption sommitale en décembre 2020. Des valeurs positives indiquent une accélération dans la vitesse de propagation du bruit océanique tandis que des valeurs négatives indiquent un ralentissement de cette vitesse. La barre noire autour de chaque cercle rouge indique l’incertitude dans le changement de vitesse relative. (Source : HVO)

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The figure shows changes in the propagation speed of ocean noise signals (red filled circles) through Kīlauea volcano from September 2020 to February 2021, several months before and in the month after the start of the summit eruption in December 2020. Positive values indicate a speedup in the propagation speed of ocean noise while negative values indicate a velocity slowdown. The black bar around each red circle indicates the uncertainty in the relative velocity change measurement. (Graph courtesy of the Hawaiian Volcano Observatory)