La musique du Kilauea (Hawaii) // Kilauea’s music (Hawaii)

Différentes sortes de perturbations peuvent affecter le réservoir magmatique ou le lac de lave au sommet du Kilauea : arrivée de poches de gaz, effondrements des parois du cratère dans le lac de lave, etc. Lorsqu’un réservoir magmatique ou un lac de lave est perturbé, le fluide qu’il contient peut réagir de diverses manières. Dans un lac de lave, comme celui qui existait de 2008 à 2018 dans le cratère de l’Halema’uma’u, ces mouvements de fluides peuvent parfois être observés sous forme d’ondulations ou de clapotis à la surface du lac.
Il est possible de détecter des mouvements de magma en profondeur en utilisant des sismomètres pour mesurer les vibrations du sol. Toutefois, les signaux sismiques générés par le mouvement du magma sont souvent différents des autres types de signaux sismiques. Comparé aux séismes conventionnels, le magma en mouvement génère habituellement des vibrations relativement lentes au moment où le sol monte et descend pendant un laps de temps de plusieurs secondes ou dizaines de secondes.
Pendant des décennies, les scientifiques ont interprété ces signaux sismiques comme des preuves de migration ou d’accumulation du magma en profondeur, susceptibles d’annoncer une éruption imminente. Ces dernières années, toutefois, ils ont acquis de nouvelles méthodes pour interpréter ces signaux sismiques et pour résoudre les propriétés des systèmes magmatiques.
Un réservoir magmatique ou un lac de lave vibrent plus fortement à certaines fréquences – les fréquences de résonance – qui dépendent de la géométrie du réservoir magmatique ou du lac de lave, mais aussi des propriétés du magma ou de la lave qui s’y trouve, comme la température et la teneur en gaz. Ces vibrations ressemblent à la façon dont les notes de musique produites par un instrument comme une flûte de pan sont liées à la forme de l’instrument et aux propriétés de l’air qu’il contient.
Si un magma ou une lave est très fluide, une seule perturbation peut faire résonner le corps magmatique pendant des dizaines de minutes (voir figure ci-dessous).
Les variations dans les fréquences de résonance peuvent indiquer des changements dans la quantité de gaz contenue dans le magma ou la lave, facteur important pour comprendre son potentiel éruptif. De plus, des fluctuations dans la durée de résonance peuvent indiquer des changements dans la température du magma ou de la lave, ce qui indique aux scientifiques une possible arrivée de magma juvénile à haute température.
Une telle résonance a permis de déterminer la géométrie du système magmatique sommital peu profond du Kilauea. Les scientifiques ont constaté que le conduit reliant le réservoir sommital peu profond au lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u de 2008 à 2018 mesurait plus de 15 mètres de large. Cette résonance a également révélé la dynamique complexe du magma au cours de la dernière décennie, ce qui explique le niveau d’activité élevé du volcan Kilauea.
Source : HVO.
L’article ne précise pas si le Kilauea vibre ces jours-ci, mais l’activité dans le cratère de l’Halena’uma’u est relativement faible. La lave alterne apparitions et disparitions sur le plancher du cratère.

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Different types of disturbances may affect Kilauea’s summit magma reservoir or the lava lake : rising gas pockets, the fall of wall rocks into a lava lake, and so on. When a body of magma or lava is disturbed, the fluid in it can respond in a variety of ways. In a lava lake, such as the one that existed from 2008–2018 in Halema‘uma‘u crater, these fluid motions can sometimes be observed as ripples or sloshing of the surface.

One can also detect deeper magma motion by using seismometers to measure ground vibrations. The seismic signals generated by magma motion are often distinct from other types of seismic signals. Compared to normal earthquakes, magma motion usually produces relatively slow vibrations, where the ground rises and falls over several seconds or tens of seconds.

For decades scientists have been interpreting these seismic signals as evidence of underground magma migration or accumulation, which can be used to look for signs that might indicate an impending eruption. In recent years, scientists have been learning new methods to use these seismic signals to resolve properties of underground magma systems.

Magma or lava bodies vibrate most strongly at certain frequencies – resonant frequencies – that depend on the body’s geometry and the properties of the magma or lava it contains, such as temperature and gas content. This is similar to how the musical notes produced by an instrument like a pan flute depend on the instrument’s shape and the properties of the air in it.

If a magma or lava is very fluid, then a single perturbation can cause the magma body to resonate for tens of minutes (see figure below).

Changes in the resonance frequencies can indicate changes in the amount of gas contained within the magma or lava, which is important for understanding its eruptive potential. Additionally, changes in the resonance duration can indicate changes in the magma or lava temperature, which tells scientists if fresh hot magma is being brought up from deeper in the earth.

Such resonance has helped to reveal Kilauea’s shallow summit magma system geometry, for example suggesting that the conduit connecting its shallow summit magma reservoir with the overlying lava lake in Halema‘uma‘u from 2008–2018 was more than 15 meters wide. It has also revealed complex magma dynamics over the past decade which inform the restless nature of Kilauea Volcano.

Source : HVO.

The article does not specify whether Kilauea is vibrating these days, but activity within Halena’uma’u Crater is quite low, with lava appearing or disappearing on the crater floor.

Le graphique du haut montre le tracé d’un séisme classique peu profond, de magnitude M 2,0 enregistré en 2013 à quelques kilomètres au sud du sommet du Kilauea.

Le tracé du bas montre un enregistrement sismique, effectué en 2013, de la résonance du magma lors de l’impact produit par un rocher qui s’était détaché d’une paroi du cratère de l’Halema’uma’u. On notera les différentes échelles de temps; le séisme classique n’a duré qu’une vingtaine de secondes alors que chaque cycle d’oscillation du magma dans le graphique du bas a duré 40 secondes et les vibrations ont continué pendant plus de 20 minutes.

Le lac de lave du Kilauea (Hawaii) // The Kilauea lava lake (Hawaii)

Le dernier épisode de « Volcano Watch », un article hebdomadaire publié par l’U.S. Geological Survey (USGS) est consacré au comportement des lacs de lave au sommet du Kilauea.

Lorsque j’ai visité le volcan en août 2008, le cratère de l’Halema’uma’u (HMM) était recouvert d’une croûte de lave bien rigide. Le seul signe d’activité était une zone jaune causée par des dépôts de soufre dans la paroi SO du cratère.

Photos : C. Grandpey

En fait, c’est l’endroit où la lave a décidé d’émerger dans le cratère en septembre de cette même année. Une courte série d’explosions a précédé la formation d’un lac de lave qui s’est étendu régulièrement pour former ce qui a été baptisé l’Overlook Crater. La convection de la lave dans le lac a entraîné des émissions constantes de dioxyde de soufre (SO2) qui ont généré un brouillard volcanique, le vog à Hawaiʻi.

Photo : C. Grandpey

Le lac de lave a également produit une lueur visible en permanence la nuit dans toute la zone sommitale.

Photo : C. Grandpey

Lorsque la lave a commencé à être émisse par des fissures dans les Leilani Estates en 2018, le réservoir sommital du Kilauea a entamé une phase de déflation et le lac de lave s’est rapidement vidangé avant que le sommet commence à s’effondrer.

Source : HVO

L’un des aspects intéressants du lac de lave qui est resté en place entre 2008 et 2018 a été la relation étroite entre les variations du tilt – ou inclinaison du sommet – et le niveau de la surface du lac de lave.

Le lac de lave en 2016 (Crédit photo :  HVO)

Au fur et à mesure que la surface du lac s’élevait dans l’Overlook Crater, les inclinomètres du sommet enregistreraient une tendance inflationniste. Au fur et à mesure que la surface du lac de lave s’abaissait, les instruments enregistraient une tendance déflationniste. Les scientifiques du HVO ont conclu qu’il y avait une connexion ouverte entre le lac de lave et le réservoir magmatique peu profond sous le sommet (réservoir HMM). En conséquence, le lac a agi comme un baromètre, son niveau montant et descendant en relation directe avec les variations de pression dans le réservoir HMM. Ce comportement du lac de lave a permis de déterminer certaines quantités de magma contenues dans le réservoir HMM qui sont difficiles, voire impossibles, à déterminer sur d’autres volcans.

Exemples de variations du tilt en avril 2018 ‘Source : HVO)

Dans une publication de 2019, les scientifiques ont expliqué qu’en analysant la déformation du sommet et les variations de niveau de la lave au cours des premières phases d’effondrement du sommet du Kilauea en 2018, il a été possible d’affirmer que l’effondrement et l’éruption de 2018 avaient entraîné une diminution du volume du réservoir HMM de l’ordre de 20 %, et que la plus grande partie du magma restait présente dans le réservoir.

Le lac de lave présent actuellement dans le cratère de l’Halema’uma’u monte et descend également en suivant des variations inflationniste et déflationniste. Cela signifie que, dans une certaine mesure, il existe à nouveau une connexion ouverte avec le réservoir HMM. Cependant, certains cycles de déflation et d’inflation sont plus importants que d’autres; pendant ces épisodes, le niveau du lac de lave baisse et l’éruption s’arrête. L’éruption ne reprend pas et le niveau du lac ne remonte pas au moment où les inclinomètres montrent une tendance inflationniste. Il faut en général attendre que la phase d’inflation soit à peu près égale à l’épisode de déflation précédent.

Crédit photo : HVO

En observant ce comportement du lac de lave, les scientifiques du HVO savent à peu près à quel moment la pause de l’éruption sera terminée et à quel endroit la lave fera sa réapparition dans le cratère. L’écart de temps observé entre le retour de l’inflation sommitale et la reprise de l’éruption est également une indication que la connexion entre la surface et le réservoir HMM n’est pas toujours ouverte. Pendant que le sommet gonfle, la pression monte dans le réservoir, et ce n’est que lorsque l’éruption recommence que la pression est relâchée. Après cela, le système s’équilibre et se comporte à nouveau comme un système ouvert, comme il l’a fait en 2008-2018.
Il s’agit donc d’une différence intéressante et importante entre le lac de lave actuel et celui qui existait de 2008 à 2018. Cela offre la possibilité de mieux connaître les conditions nécessaires pour que le système passe de fermé à ouvert.
On observe globalement en ce moment une déflation lente du système magmatique sommital du Kilauea. Cela signifie que l’éruption ne s’intensifiera probablement pas. La lave ne fait que des apparitions éphémères dans le cratère.
Source : USGS/HVO.

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The latest episode of « Volcano Watch », a weekly article released by U.S. Geological Survey (USGS) is dedicated to the behaviour of lava lakes at the summit of Kilauea.

When I visited the volcano in August 2008, Halema’uma’u Crater (HMM) was covered with a solid crust of lava. The only sign of activity was a yellow area caused by sulphur deposits in the SW wall of the crater. (see photos above)

Actually, it was the place where lava decided to emerge in the crater in September of that year. A short series of explosions preceded the opening of a lava lake which grew steadily, forming what became known as the Overlook crater. Convection of lava within the lake provided a steady supply of sulphur dioxide (SO2), which was the main contributor to vog (volcanic smog) in Hawaiʻi. (see photo above)

It also provided a reliable glow against the night sky that was visible throughout the summit region. (see photo above).

When lava began erupting from fissures in Leilani Estates in 2018, Kilauea’s summit reservoir system began to deflate, and the lava lake quickly drained away before the summit began to collapse. ‘see photo above)

One of the interesting facets of the 2008–2018 lava lake era was the close association between summit tilt data and the surface level of the lava lake. As the lake surface would rise within the Overlook crater, summit tiltmeters would record inflationary tilt. As the lava lake surface withdrew, tiltmeters would record deflationary tilt. The interpretation was that there was a fully open connection between the lava lake and the shallow summit magma reservoir, referred to as the Halemaʻumaʻu (HMM) reservoir. As a result, the lake acted like a barometer, with its level moving up and down in direct proportion to pressure changes in the HMM reservoir. This unique behaviour made it possible to determine certain quantities for the HMM magma reservoir that are difficult or impossible to determine at other volcanoes.

In a 2019 publication, scientists showed that by tracking deformation and lava level changes during the opening stages of Kilauea’s 2018 summit collapses, it was possible to determine that the entire 2018 collapse and eruption decreased the HMM magma reservoir volume by a most likely amount of 20%, leaving the majority of the magma in place.

The current lava lake in Halemaʻumaʻu (see photo above) also rises and falls together with inflationary and deflationary tilt. This indicates that, to some extent, there is again an open connection to the shallow HMM magma chamber. However, some of the deflation and inflation cycles are larger than others, and during these episodes the lava lake level goes down and the eruption pauses. The eruption does not resume, and the lake level does not rise again at the same time as the tiltmeters show inflationary tilt, but instead waits until the amount of inflationary tilt is about equal to the amount of preceding deflationary tilt.

This behaviour of the lava lake gives HVO scientiststs a rough idea of when the eruption pause be over and active lava will return to the crater. The gap in time between the return of inflationary tilt and eruption renewal is also an indication that the connection between the surface and shallow HMM reservoir is not always open. While the summit is inflating, pressure is building in the reservoir, and it is not until the eruption starts again that the pressure is released. After this the system equilibrates and once again behaves as an open system, like it did in 2008–2018.

This is an interesting and important difference between the current lava lake and the lake that existed from 2008–2018 and presents the opportunity to learn more about the conditions under which the system might change from closed to open.

The current overall trend of Kilauea’s summit magma system is slow deflation. This means there are no signs right now that the eruption could get more vigorous.

Source: USGS / HVO.

Pas de lac de lave dans le cratère du Nyiragongo (RDC)? // No lava lake within the Nyiragongo crater (DRC)?

Au vu d’une vidéo diffusée sur YouTube le 5 janvier 2022, il semble que le lac de lave ne soit pas revenu dans le cratère du Nyiragongo (Réppublique Démocratique du Congo). Le survol du volcan montre un point d’incandescence au fond du gouffre, mais rien de vraiment spectaculaire. C’est une bonne nouvelle pour les habitants de Goma et des environs. En effet, on sait que c’est essentiellement la pression exercée par le lac de lave sur les parois du volcan qui tend à faire s’ouvrir des fractures par lesquelles s’échappent les torrents de lave dévastateurs.

L’Observatoire Volcanologique de Goma ne donne pas d’informations sur son site web concernant l’activité volcanique. .

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In view of a video posted on YouTube (see above) on January 5th, 2022, it seems that the lava lake has not returned to the crater of Nyiragongo (Democratic Republic of Congo). The flight over the volcano shows a point of incandescence at the bottom of the crater, but nothing really spectacular. This is good news for the people of Goma and the surrounding area. Indeed, we know that it is essentially the pressure exerted by the lava lake on the walls of the volcano that tends to open fissures through which the devastating torrents of lava escape.
The Goma Volcanological Observatory does not provide information on its website regarding volcanic activity. .

Kilauea (Hawaii) : l’activité mouvementée de l’Halema’uma’u // Halema’uma’u’s eventful activity

La lave a fait sa réapparition sur le Kilauea, dans le cratère de l’Halema’uma’u, le 29 septembre 2021, mais ce n’est pas la première fois que l’on observe de la lave dans ce cratère qui a subi des changements à répétition au cours des deux derniers siècles.
Avant 1924, la taille et la forme du lac de lave dans l’Halema’uma’u changeaient fréquemment et la lave se répandait généralement sur le plancher de la caldeira du Kilauea.
Après l’effondrement de l’Halema’uma’u en 1924, le contour du cratère est resté en l’état jusqu’en 2018. Des lacs de lave éphémères allaient et venaient, en particulier dans les années 1950 et 1960, et ont connu leur apogée avec le lac de lave qui a occupé le cratère entre 2008 et 2018.
Le changement récent le plus important au sommet du Kilauea s’est produit en 2018 lorsque le plancher de l’Halema’uma’u s’est effondré de 500 mètres, avec une augmentation du volume de la caldeira de près d’un kilomètre cube. L’éruption de 2018 et l’effondrement du sommet du Kilauea ont mis fin à une période d’activité continue qui avait persisté pendant des décennies.
Une période de calme relatif a suivi les événements de 2018. Elle a pris fin avec le retour de l’activité éruptive au sommet du Kilauea en décembre 2020.
Le Kilauea est entré en éruption le 20 décembre 2020. La lave s’est déversée dans la pièce d’eau au fond de l’Halema’uma’u à partir de bouches qui se sont ouvertes sur les parois du cratère. Le lac s’est vaporisé en quelques heures. L’éruption a formé un nouveau lac de lave qui est resté présent durant cinq mois. Le lac de lave a rempli 226 m du cratère de l’Halema’uma’u avec 41 millions de mètres cubes de lave.
Le Kilauea est de nouveau entré en éruption le 29 septembre 2021. Des bouches se sont ouvertes au centre de l’ancien lac de lave et sur les parois de l’Halema’uma’u. Un nouveau lac de lave a commencé à se former, à s’élever et a continué de remplir le cratère. En ce moment, la lave est émise par une bouche unique et elle a ajouté 30 millions de mètres cubes au volume du lac.
La lave a maintenant rempli Halema’uma’u jusqu’à moitié de la hauteur laissée par l’effondrement de 2018. Le lac de lave a une profondeur de 282 m, mais il n’y a aucun risque de remplissage et de débordement. Les 71 millions de mètres cubes de lave qui se sont accumulés au cours de l’année écoulée représentent moins de 10% du volume de 1 kilomètre cube qui s’est effondré en 2018.
De grands volumes de lave sont nécessaires pour faire s’élever d’un mètre le niveau du lac de lave. En effet, la largeur du cratère augmente au fur et à mesure que l’on s’élève. En ce moment, plus de 670 000 mètres cubes de lave sont nécessaires pour faire s’élever la surface d’un mètre ; au vu du débit effusif actuel, cela prend environ deux jours.
Une question est de savoir si cette période de remplissage annonce une autre période dominée par des éruptions sommitales, comme cela a été observé avant 1924, ou si c’est le prélude à une activité éruptive dans la zone de rift, comme cela s’est produit après la présence de lacs de lave au sommet du Kilauea dans les années 1950 et 1960.
Source : USGS/HVO.

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Lava reappeared within Kilauea’s Halema’uma’u Crater on September 29th, 2021 but this is not the first time lava has been seen in the crater which has undergone repeated changes during the past two centuries.

Prior to 1924, the size and shape of the Halemaʻumaʻu lava lake changed frequently and lava commonly spilled out across the floor of Kīlauea caldera.

After the 1924 collapse of Halemaʻumaʻu, the outline of the crater remained constant until 2018. Ephemeral lava lakes came and went, especially during the 1950s and 1960s, and culminated with the 2008–2018 lava lake.

The most significant recent change at Kīlauea’s summit occurred in 2018 when the floor of Halemaʻumaʻu crater collapsed 500 meters and the volume of the caldera increased by almost a cubic kilometer. The 2018 eruption and summit collapse of Kīlauea ended a period of continuous flank and summit activity that had persisted for decades.

A period of quiet uncertainty followed the 2018 events. This ended with the return of eruptive activity at Kīlauea’s summit in December 2020.

Kīlauea erupted on December 20th, 2020. Lava poured from vents on the walls of Halemaʻumaʻu crater into the water lake, which boiled away in a matter of hours. The eruption formed a new lava lake and lasted for five months. The lava lake filled in 226 m of Halemaʻumaʻu crater with 41 million cubic meters of lava.

Kīlauea erupted again on September 29th, 2021. Vents opened in the center of the older lava lake and on the walls of Halamaʻumaʻu. The lava lake began to rise and continue to fill the crater. Lava is currently erupting from a single vent and has added a total of 30 million cubic meters to the volume of the lava lake.

Lava has now refilled Halamaʻumaʻu more than half the distance it collapsed in 2018. The lava lake is 282 m deep, but Halemaʻumaʻu is in no danger of filling and overflowing anytime soon. The 71 million cubic meters of lava that has erupted in the past year account for less than 10 percent of the 1 cubic kilometer volume that collapsed in 2018.

Greater volumes of lava are needed for each increase of one meter of lake level rise because the width of the crater increases with elevation. At this point, more than 670,000 cubic meters of lava needs to erupt to raise the surface 1 meter; at the current eruption rate, this takes about two days.

An important question for HVO scientists is whether this period of refilling is a prelude to an era dominated by summit eruptions, similar to pre-1924 activity, or whether it is the prelude to increased rift zone activity, like what followed the summit lava lakes of the 1950s and 1960s.

Source: USGS / HVO.

Lac de lave dans l’Halema’uma’u en 2016 (Crédit photo : HVO)

 

Graphique montrant les différents niveaux de l’Halema’uma’u en suivant une ligne de l’ouest (gauche) à l’est (droite). [Source: USGS].