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La géochimie de la lave du Kilauea // The geochemistry of Kilauea’s lava

En 2011, quand j’ai travaillé sur le processus de refroidissement de la lave (voir le résumé de mon étude sous l’entête de ce blog) dans le Parc National des Volcans d’Hawaii, en relation avec le HVO, Jim Kawaikawa, alors en charge de l’Observatoire, m’a expliqué l’importance de l’analyse chimique de la lave dans le contexte de la prévision éruptive. Il m’a d’ailleurs remercié d’avoir publié les résultats concernant les échantillons de lave que j’avais prélevés sur le terrain.  

Chaque nouvelle éruption du Kilauea donne un aperçu de ce qui se passe à l’intérieur du volcan et en particulier du ou des réservoirs magmatiques. La récente éruption sommitale, qui a débuté le 20 décembre 2020, offre au HVO une fenêtre à l’intérieur du volcan et permet de mieux connaître l’origine du magma qui alimente l’éruption.

Pour savoir à quel endroit est stocké le magma et comment il se comporte avant une éruption, les scientifiques analysent la chimie des matériaux émis (minéraux, gaz dissous ou bulles de gaz). Les analyses renseignent sur la température du magma dans la chambre magmatique, le temps pendant lequel il est resté à l’intérieur du volcan avant d’arriver à la surface, et comment différents magmas (anciens ou juvéniles, plus froids ou plus chauds) ont pu se mélanger avant que le volcan entre en éruption.

Un moyen simple de répondre à ces questions est d’examiner la quantité de magnésium (Mg) à l’intérieur de la lave. Les géochimistes utilisent le magnésium (exprimé en MgO, ou oxyde de magnésium) pour déterminer la chaleur d’un magma qui indique le laps de temps mis pour atteindre la surface depuis la source. Des teneurs élevées en MgO indiquent des magmas juvéniles à haute température qui sont arrivés dans le réservoir superficiel du Kilauea peu de temps avant l’éruption. En revanche, des teneurs plus faibles en MgO reflètent des magmas plus anciens et plus froids qui sont restés stockés à l’intérieur du volcan pendant de plus longues périodes.

Les 20 et 21 décembre 2020, donc peu de temps après le début de la dernière éruption, des scientifiques du HVO ont travaillé en collaboration avec le laboratoire de l’Université d’Hawaï à Manoa et sa microsonde électronique pour mesurer le MgO dans la lave nouvellement émise. Elle présente une teneur en MgO d’environ 7% de son poids, ce qui est très proche de la composition du lac de lave au sommet du Kilauea en 2018. [NDLR : L’analyse la lave que j’avais prélevée en 2011 reéléit un taux de MgO équivalant à 7.34%]. Les dernières analyses montrent que l’éruption actuelle n’a pas débuté avec un magma juvénile venant d’entrer dans le réservoir sommital peu profond du Kilauea. L’éruption actuelle a probablement mis e jeu du magma en provenance de la même source superficielle qui a alimenté le lac de lave entre 2008 et 2018.

Les cristaux d’olivine – souvent présents dans les laves hawaïennes – contiennent également beaucoup de magnésium. Dans l’olivine, la teneur en Mg est exprimée en fonction de la teneur en forstérite (Fo), rapport entre la quantité de Mg et la teneur en fer (Fe) [Mg / (Mg + Fe) x100]. [ NDLR : De composition Mg2SiO4, la forstérite est le pôle pur magnésien de l’olivine]. Comme pour les verres, une plus grande teneur en Mg dans l’olivine (par exemple, plus de Fo) signifie que les cristaux se sont développés à partir de magmas plus chauds et plus récents. En revanche, si la teneur en olivine Fo est faible, cela indique que les cristaux se sont développés dans un magma plus froid. Les premiers cristaux d’olivine apparus dans les magmas les plus récents – et donc les plus chauds – sous le Kilauea ont généralement des teneurs en Fo de 88–90.

Sur le Kilauea, les cristaux d’olivine les plus récents, d’un diamètre d’environ 0,5 mm en général, ont des valeurs de Fo relativement faibles, autour de 82. Cela signifie que les cristaux se sont développés dans des magmas relativement froids stockés à faible profondeur, à quelques kilomètres sous la surface. Les cristaux sont également chimiquement homogènes, ce qui signifie qu’il n’y a pas de variations de la teneur en Fo entre leur centre et leur surface. Cela montre que le mélange entre les magmas plus chauds (avec une teneur en MgO élevée) et les magmas plus froids (avec moins de MgO) n’a pas eu lieu récemment au sommet du Kilauea.

D’une manière plus globale, la présence de verres à faible teneur en MgO et d’olivine homogène à faible teneur en Fo indique que du magma juvénile à haute température n’a pas été émis. Au lieu de cela, on a affaire à du magma plus ancien et plus froid. Il s’agit probablement d’un reste de magma de l’éruption de 2018 qui a maintenant atteint le sommet du Kilauea.

Source : USGS / HVO.

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In 2011, when I worked on the lava cooling process (see the summary of my study under the heading of this blog) in Hawaii Volcanoes National Park, in relation with HVO, Jim Kawaikawa, then in charge of the Observatory, explained to me the importance of the chemical analysis of the lava in the context of eruptive prediction. He also thanked me for posting the results of the lava samples I had collected in the field.

Each new eruption at Kilauea provides a glimpse into what is happening inside the volcano and its magma reservoirs. The recent summit eruption, which began on December 20th, 2020, provides HVO with a window  inside the volcano and allows to learn more about where the magma supplying the eruption is coming from.

To know about where magma is stored and how it moves prior to an eruption, geologists can measure the chemistry of erupted materials such as minerals, and dissolved gases or gas bubbles. The chemistry can tell them a lot about how hot the magma was at depth, how long it sat inside the volcano prior to arriving at the surface, and how different magmas (old vs. fresh, cooler vs. hotter) might have mixed together before erupting.

A simple way to start investigating is to look at how much magnesium (Mg) the lava contains.

Geochemists use Mg (expressed as MgO, or magnesium oxide) to determine how hot a magma is, which indicates how recently it arrived at Kilauea from its source. Higher MgO contents indicate “fresh” hot magmas entering Kilauea’s shallow reservoir shortly prior to eruption, whereas lower MgO contents reflect “older” and colder magmas that have been stored within the volcano for longer periods of time.

Shortly after the first tephra erupted on December 20th and 21st, 2020, HVO scientists worked with the electron microprobe lab housed at the University of Hawaii at Manoa to measure MgO in the new lavas. These have glass MgO contents of approximately 7 weight percent, which is very similar to the composition of Kilauea’s previous lava lake in 2018. This indicates that the current eruption did not begin with “fresh” hot magma entering Kilauea’s shallow summit reservoir. Instead, the eruption is likely drawing magma from the same shallow source that fed the 2008–2018 lava lake.

Olivine crystals – commonly found in Hawaiian lavas – also have a lot of Mg. In olivine, the abundance of Mg is expressed as the forsterite content (Fo), which is a ratio of how much Mg there is compared to the iron (Fe) content [Mg/(Mg+Fe)x100]. Similar to the glasses, higher Mg in olivine (for example, higher Fo) means that the crystals grew from hotter, fresher magmas. If the olivine Fo content is low, it tells scientists that the crystals grew in a cooler magma. The first olivine crystals to grow in the freshest, hottest magmas rising beneath Kilauea typically have Fo contents of 88–90.

Kilauea’s newest olivine crystals, which are typically about 0.5 mm in diameter, have relatively low Fo values of 82. This suggests that the crystals grew in relatively cool magmas stored at shallow depths, a few kilometres below the ground surface. The crystals are also chemically homogeneous, meaning that there are no changes in Fo content from the middle to the rim. This shows that mixing between hotter (higher MgO) and colder (lower MgO) magmas has not occurred recently at Kilauea’s summit.

Together, the low-MgO glasses and homogeneous, low-Fo olivine indicate that hot, fresh magma has not been erupted. Instead, these compositions reveal that older, “cooler” magma, possibly the left-over magma from 2018 eruption, is being emitted now at Kilauea’s summit.

Source: USGS / HVO.

Vue au microscope, le 26 décembre 2020, d’un échantillon de lave émise lors de la dernière éruption, avec cheveux et larmes de Pele.

Zoom sur l’image électronique de cette lave, où les niveaux de gris indiquent la teneur relative en fer. On aperçoit de très petits cristaux de clinopyroxène et de plagioclase à côté des vésicules.

Autre image électronique de la lave qui contient de petits cristaux d’olivine ainsi que des spinelles.

(Source : Université d’Hawaii à Manoa, USGS / HVO).

Etna : L’épisode éruptif du 18 janvier vu par Boris Behncke // Mt Etna: The 18 January eruptive episode as seen by Boris Behncke

Boris Behncke (INGV Catane) a publié une description très détaillée de l’épisode éruptif observe sur l’Etna dans la soirée du 18 janvier 2021.

L’histoire de cette dernière éruption est à relier à des événements qui se sont produits en amont.

Après les paroxysmes des 13-14, 21 et 22 décembre 2020, l’activité au niveau des cratères sommitaux de l’Etna s’est poursuivie sous une forme réduite au niveau du Cratère Sud-Est (CSE) et, de manière plus intermittente, dans la Voragine, la Bocca Nuova et le Cratère Nord-Est.

Dans la matinée du 17 janvier 2021, un petit débordement de lave a été observé au niveau de la bouche orientale du CSE ; il a alimenté une coulée de lave qui s’est dirigée vers la Valle del Bove (voir la note du 17 janvier sur ce blog). Ce débordement s’est probablement terminé entre l’après-midi du 17 et le matin du 18 janvier,

En fin d’après-midi le 18 janvier, deux bouches situées dans la partie orientale du CSE ont poursuivi leur activité strombolienne, tandis que la coulée de lave de la veille s’était arrêtée et était en cours de refroidissement.

Entre 19h30 et 20h00, au moment où l’on observait une hausse soudaine de l’amplitude du tremor volcanique, l’activité explosive du CSE a progressivement augmenté.

Vers 20heures, un nouveau débordement de lave a été émis par la bouche la plus à l’est en direction de la Valle del Bove. Cette coulée a bifurqué à la base du cône et de violentes explosions se sont produites suite à l’interaction de la lave avec la neige tombée pendant la journée.

Au cours de la phase d’activité la plus intense, entre 21h20 et 21h30, un deuxième débordement de lave s’est produit à partir d’une ouverture apparue sur la lèvre du cratère lors de l’épisode éruptif du 18-20 juillet 2019. Cette coulée de lave a, elle aussi, fortement interagi avec la neige. L’activité explosive a généré une colonne éruptive, qui s’est élevée à quelques kilomètres au-dessus du sommet de l’Etna avant d’être poussée par le vent en direction du sud-est où des retombées de cendre ont été observées ; elles ont atteint la côte ionienne dans la région d’Acicastello-Acireale.

Après 21h30, l’activité explosive a rapidement diminué ; l’amplitude du tremor volcanique a montré une forte baisse; et l’alimentation des coulées de lave a cessé.

Pendant la nuit et le matin du 19 janvier, une faible activité strombolienne s’est poursuivie dans le CSE, parfois accompagnée d’émissions de cendres, tandis que des explosions sporadiques se produisaient dans la Voragine.

Le matin du 19 janvier, le satellite Sentinel 2 a acquis une nouvelle image de l’Etna montrant des anomalies thermiques à l’intérieur des quatre cratères sommitaux et des coulées de lave émises la veille au soir.

Les manifestations éruptives de ces derniers mois se sont produites dans une période d’activité sommitale classique qui a débuté sur l’Etna au printemps 2019. Ces épisodes, également appelés «paroxysmes», sont un phénomène très courant dans l’activité récente de l’Etna.

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Boris Behncke (INGV Catania) has given a very detailed description of the eruptive episode observed on Etna on the evening of January 18, 2021.

The story of this latest eruption can be traced back to events that happened several months before. After the paroxysms of 13-14, 21 and 22 December 2020, the activity at Mt Etna’s summit craters continued in a reduced form at the South-East Crater (SEC) and, more intermittently, in the Voragine, the Bocca Nuova and the Northeast Crater.

On the morning of January 17th, 2021, a small lava overflow was observed at the eastern vent of the SEC; it fed a lava flow that headed towards the Valle del Bove (see the January 17th post on this blog). This overflow probably ended between the afternoon of January 17th and the morning of January 18th,

In the late afternoon of January 18th, two vents in the eastern part of the CSE continued their Strombolian activity, while the lava flow of the previous day had stopped and was cooling.

Between 7:30 p.m. and 8:00 p.m., when a sudden increase in the amplitude of the volcanic tremor was observed, the explosive activity of the SEC gradually increased.

At around 8 p.m., a new lava overflow was emitted from the easternmost vent towards the Valle del Bove. This flow bifurcated at the base of the cone and violent explosions occurred as a result of the interaction of the lava with the snow that fell during the day.

During the most intense phase of activity, between 9:20 p.m. and 9:30 p.m., a second lava overflow occurred from an opening that had appeared on the crater rim during the eruptive episode of July 18-20, 2019 This lava flow also strongly interacted with the snow. The explosive activity generated an eruptive column, which rose a few kilometers above the summit of Mt Etna before being blown by the wind in a south-easterly direction where ashfall was observed. It reached the Ionian coast in the region of Acicastello-Acireale.

After 9:30 p.m., the explosive activity quickly subsided; the amplitude of the volcanic tremor showed a strong decrease; and the supply of lava flows ceased.

During the night and morning of January 19th, weak Strombolian activity continued in the SEC, sometimes accompanied by ash emissions, while sporadic explosions occurred in the Voragine.

On the morning of January 19th, the Sentinel 2 satellite acquired a new image of Mt Etna showing thermal anomalies within the four summit craters and lava flows emitted the night before.

The eruptive events of the last few months have occurred in a period of classic summit activity which began on Mt Etna in the spring of 2019. These episodes, also called « paroxysms », are a very common phenomenon in Mt Etna’s recent activity.

La situation à La Soufrière de St Vincent // The situation at St Vincent’s Soufriere

Selon l’équipe scientifique de l’Université des Antilles (UWI) qui s’est rendue à La Soufrière, la croissance du nouveau dôme s’accélère. Il grossit à l’ouest du dôme de 1979. L’amas de blocs présente une couleur noire pendant la journée mais il devient incandescent la nuit. C’est la situation à laquelle s’attendaient les scientifiques locaux. Ils expliquent qu’une fois que l’extrusion de lave commence à La Soufrière, elle peut durer plusieurs semaines, voire plusieurs mois. Ils donnent l’exemple de la situation entre octobre 1971 et mars 1972, lorsque la lave est tranquillement sortie à l’intérieur du cratère de 1 600 mètres de large. L’éruption a été en grande partie effusive et a entraîné l’émergence d’un dôme aux parois abruptes.

L’éruption de 1979 a été bien différente. Elle a commencé par une très courte période d’activité et un puissant séisme le 12 avril. La Soufrière est entrée en éruption à l’aube du 13 avril 1979. Six heures plus tôt, le Gouvernement de Saint-Vincent avait été averti que la situation était « très anormale » et qu’une éruption était probable dans les heures à venir. L’éruption a commencé par une série d’explosions violentes et de courte durée, avec une série de panaches de cendres jusqu’à 2400 mètres de hauteur le Vendredi Saint, le 13 avril 1979. On a observé des retombées de cendres sur la Barbade, à 180 km à l’est. Chaque explosion a déposé une fine couche de cendres sur toute l’île, avec une couche plus épaisse sur la partie nord. On a assisté ensuite à deux semaines d’activité soutenue qui ont culminé avec un panache de 18 km de haut le 17 avril. L’éruption s’est calmée le 29 avril. Et a laissé place à  une extrusion de lave qui a lentement formé le dôme que l’on peut encore voir aujourd’hui dans le cratère.

Compte tenu de ces éruptions, les scientifiques de l’UWI restent en alerte permanente. Ils savent que le volcan peut passer d’une activité effusive à une activité explosive en très peu de temps, mais ils ne sont pas en mesure de faire des prévisions plus précises. Leur but est avant tout de «donner aux autorités le plus de temps possible pour prendre des mesures car il n’y a aucune garantie que les gens aient les moyens d’écouter les sources officielles pour obtenir des informations».

Un système de surveillance par webcam a été installé à Rose Hall le 2 janvier pour observer en permanence le sommet du volcan. Un centre de données a également été créé à l’Observatoire de Belmont, pour analyser les données collectées sur le volcan.

Le niveau d’alerte reste à Orange. Contrairement à ce qu’affirment certains médias, aucun ordre d’évacuation n’a été émis.

D’autre part, les autorités locales insistent sur le fait qu’il n’y a pas de corrélation entre le forage géothermique et l’éruption de La Soufrière de St Vincent. Le gouvernement de St Vincent a ordonné l’arrêt du forage le 16 mars 2020. Le trépan a été démonté et expédié en Espagne.

Source: Médias locaux.

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According to the University of the West Indies (UWI) Research Unit team that visited La Soufriere, growth of the new dome is accelerating. It is expanding further west of the 1979 dome, and is growing in size. The heap of rocks looks black during the day but is incandescent at night. It is the kind of situation local scientists expected. They explain that once effusion starts at La Soufriere it can continue for several weeks or months. They gave the example f the situation between October 1971 and March 1972 when lava quietly extruded inside the 1,600 metre-wide crater. The eruption was largely effusive and resulted in the emergence of a steep-sided dome.

The 1979 eruption was different. It began with only a very short period of unrest, starting with a strong local earthquake on April 12th. La Soufriere erupted at dawn, on April 13th 1979. Six hours earlier, the Government of St. Vincent had been warned that a highly abnormal situation existed and that an eruption was likely in the coming hours. The eruption began with a series of short-lived but violent explosions and that lofted a series of ash plumes up to 2,400 metres high into the sky on Good Friday, April 13th, 1979. Ash fell on Barbados, 180 km to the east. Each explosion laid a thin layer of ash over the entire island, heavier in the northern part. This was followed by two weeks of vigorous activity that peaked with an 18 km high plume on April 17th, and ended on April 29th. After this, the eruption switched to the quiet extrusion of lava, slowly forming the dome that still sits in the crater today.

Taking these eruptions unto account, UWI scientists remain on high alert. They know that the volcano can go from effusive to explosive in a very short time, but are not able to make more predictions. What they want to do is to “give the authorities as much time as they can since there is no guarantee people need to listen to the official sources for information.”

A webcam monitoring system was installed at Rose Hall on January 2nd to constantly monitor the summit of the volcano. A Data Centre was also established at the Observatory at Belmont, to analyse the data collected from the volcano.

The Alert level remains at Orange. Contrary to what several news media have affirmed, no evacuation order has been issued.

Local authorities insist that there is no correlation between geothermal drilling and the eruption taking place at St Vincent’s Soufriere. The government of St Vincent ordered the suspension of drilling on March 16th 2020. The drill was dismantled and shipped to Spain

Source: Local news media.

Source : NEMO

Ça se bouscule sur le Kilauea (Hawaii) et l’éruption évolue! // Huge crowds on Kilauea (Hawai) and the eruption is changing!

Le Parc National des Volcans d’Hawaï a temporairement fermé pendant la nuit les campings et chemins de randonnée de l’arrière-pays en raison d’une augmentation trop importante du nombre de visiteurs venus voir la nouvelle éruption du Kilauea. Le Parc rouvrira ces secteurs une fois que du personnel supplémentaire du Service des Parcs Nationaux sera sur place pour aider à gérer la situation.

La sécurité est la priorité du personnel du Parc, et l’augmentation soudaine du nombre de visiteurs pose des problèmes de gestion et de surveillance dans les zones reculées du Parc.

L’éruption se limite actuellement au cratère de l’Halema’uma’u. Les rangers sont confrontés à de longues files de véhicules qui génèrent des problèmes de stationnement jour et nuit.

Plusieurs milliers de personnes se rassemblent sur l’Overlook (le terrasse d’observation) pour voir la lave illuminer les volumineux panaches de gaz et de vapeur qui sortent du cratère. Depuis la terrasse d’observation, il est impossible de voir le fond du cratère, de sorte que de nombreux visiteurs s’avancent au-delà des panneaux d’interdiction, des barrières et des cordes de protection pour atteindre la lèvre du cratère, avec tous les risques que cela suppose. Plusieurs personnes ont été verbalisées pour avoir ouvertement ignoré les mesures de sécurité. Les amendes commencent à 150 dollars, augmentent si récidive, et peuvent se solder par l’expulsion du Parc.

La pandémie de COVID-19 n’arrange rien. En dépit du grand nombre de personnes qui s’entassent sur la terrasse d’observation et à d’autres endroits, de nombreux visiteurs ne portent pas de masque et se trouvent à moins de 1,80 mètre – la distance légale – les uns des autres.

Source: HVNP.

Cet article a été diffusé par le Parc le 25 décembre, mais la situation est en train d’évoluer !

22h00 (heure française): 11h00 (heure locale): Dans le même temps, la situation évolue dans le cratère de l’Halema’uma’u et l’éruption deviendra probablement moins fascinante pour les visiteurs. En effet, tôt le matin du 26 décembre, la bouche ouest s’est réactivé tandis que la bouche nord s’est calmée et a commencé à faire se vider le lac. Les émissions de SO2 sont en baisse; elles sont tombés à 16 000-20 000 tonnes par jour et les panaches de gaz sont beaucoup moins volumineux. Le niveau du lac s’est abaissé d’environ 2 mètres, comme le montre la bande noire autour de son rebord nord Autre changement : les inclinomètres du sommet ont continué à enregistrer une lente déflation jusqu’à un peu avant 3 heures du matin le 26 décembre, date à laquelle ils sont passés en mode inflationniste. La sismicité reste élevée mais stable. L’îlot de lave qui flottait dans le lac de lave s’est immobilisé près de la bouche nord.

Source: HVO.

L’éruption va probablement évoluer, mais personne ne sait comment. Personellement, je mise sur une réapparition de la lave dans l’Halema’uma’u d’ici quelques heures.

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Hawaii Volcanoes National Park has temporarily closed the backcountry to overnight use due to a surge in visitors coming to see the new eruption at Kilauea volcano. The park will reopen overnight backcountry use once additional National Park Service staff is brought in to help manage the evolving eruption.

Safety is the park staff’s first priority, and the unexpected increase in visitors limits their capacity to manage and respond to incidents in remote backcountry areas of the park

The eruption is currently contained within Halema’uma’u Crater. Park rangers are managing large volumes of traffic and parking overflow day and night. Several thousand people gather at Kilauea Overlook to watch lava deep within the crater illuminate towering plumes of gas and steam. Many visitors disregard closure signs and post-and-cable barriers to get a closer look from the crater’s edge, putting themselves at great risk. Several persons have been fined for openly disregarding the safety measures. Fines for violating national park rules start at $150; they increase after multiple violations and can lead to being expelled from the Park.

The COVID-19 pandemic adds to the complexity of ensuring safe viewing of the eruption. Despite the crowding at Kilauea Overlook and other locations, many visitors are not wearing masks and are less than 1.80 metres – the legal distance – from one another.

Source: HVNP.

This article was released by the Park on December 25th, but the situation is changing!

22:00 (French time) : 11 am (local time) : Meantime, the situation is changing within Halema’uma’u and the eruption will probably become less fascinating to the visitors. Indeed, early in the morning of December 26th, the west vent reactivated while the north vent quieted and started to drain the lake. SO2 emissions are declining; they have dropped to 16,000-20,000 tonnes per day and the gas plumes are much less voluminous. The level of the crater lake has bone down by about 2 metres, leaving a narrow black ledge around the north edge
Another change is that the summit tiltmeters continued to record a slow deflationary tilt until just before 3 am on December26th when it switched to inflationary tilt. Seismicity remained elevated but stable.
The island of cooler, solidified lava floating in the lava lake has apparently grounded itself near the north vent.

Source : HVO.

The eruption will probably evolve in another way, but nobody knows how. Personally, I would bet on lava coming back into Halema’uma’u in a few hours.

Webcam HVO à 11h42 (heure locale le 26 décembre 2020

Déflation et inflation au sommet du Kilauea le 26 décembre au matin

(Source : HVO)