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Viscosité du magma et prévision éruptive // Magma viscosity and eruptive prediction

Suite à l’éruption du Kilauea (Hawaii) en 2018, une nouvelle étude explique que la mesure précoce de la viscosité du magma pourrait aider à prévoir certaines éruptions volcaniques

L’éruption du Kilauea de 2018 a fourni aux scientifiques une occasion unique d’identifier de nouveaux facteurs permettant de prévoir le comportement du magma et les risques des futures éruptions ainsi que les dangers associés.

Une équipe de chercheurs de l’Université d’Hawaï a identifié un indicateur de viscosité du magma susceptible d’être mesuré avant une éruption. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Nature.

Les auteurs de l’étude expliquent que les propriétés du magma à l’intérieur d’un volcan affectent le déroulement d’une éruption. En particulier, sa viscosité est un facteur majeur qui influence le degré de dangerosité d’une éruption pour les localités à proximité. Il est bien connu que les magmas très visqueux déclenchent des explosions plus puissantes car les gaz peuvent difficilement s’échapper, ce qui entraîne une accumulation de la pression à l’intérieur du système d’alimentation du volcan. De plus, l’extrusion d’un magma plus visqueux donne naissance à des coulées de lave plus lentes. A Hawaï, le magma sort à des températures très élevées, ce qui explique sa grande fluidité et que les coulées de lave parcourent parfois de très longues distances.

Les chercheurs ont remarqué que la viscosité du magma n’est généralement évaluée qu’après une éruption, pas avant. C’est pourquoi ils ont essayé d’identifier les premiers indices de viscosité du magma. L’événement de 2018 a débuté avec une première phase d’activité dans la Lower East Rift Zone du Kilauea. La première des 24 fractures éruptives s’est ouverte début mai et l’éruption s’est poursuivie pendant trois mois. Cette situation a permis aux scientifiques d’obtenir une foule d’informations. En particulier, ils ont obtenu de nombreuses données sur le comportement du magma à haute et basse viscosité, ainsi que sur les contraintes pré-éruptives qui se sont exercées dans le substrat rocheux sous le Kilauea.

On sait que l’activité tectonique et volcanique provoque la formation de failles dans la roche qui constitue la croûte terrestre. Lorsque les contraintes géologiques agissent sur ces failles, les géologues peuvent mesurer leur orientation 3D et leur mouvement en analysant la sismicité. En étudiant ce qui s’est passé dans Lower East Rift Zone du Kilauea en 2018, ils ont pu déterminer que la direction des mouvements des failles dans cette zone avant et pendant l’éruption pouvait être utilisée pour estimer la viscosité du magma pendant les périodes précédant l’activité volcanique. Les chercheurs ont ainsi pu montrer qu’avec une surveillance digne de ce nom, ils peuvent établir une relation entre la pression et les contraintes dans le système d’alimentation d’un volcan et le mouvement en profondeur d’un magma plus visqueux. Ils pensent que de telles analyses permettront de mieux anticiper le comportement éruptif de volcans comme le Kilauea et de prendre des mesures adaptées à la situation.

Source: West Hawaii Today.

[Remarque personnelle: S’agissant du Kilauea, le processus éruptif est assez bien connu et ne réserve guère de surprises. Comme le volcan se trouve sur un point chaud et est alimenté par du magma à très haute température en provenance du manteau terrestre, la lave est en général très fluide avec des coulées de lave qui parcourent de longues distances et peuvent être destructrices, comme on l’a vu lors de l’éruption de 2018. Sur d’autres volcans du monde qui ont des magmas plus différenciés, une telle étude pourrait présenter un intérêt certain pour anticiper le comportement éruptif.

Vous pourrez également lire le résumé de l’étude que j’ai effectuée sur le processus de refroidissement de la lave sur le Kilauea:

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/processus-de-refroidissement-de-la-lave-sur-le-kilauea-hawaii/]

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In the wake of Kilauea’s 2018 eruption in Hawaii, a new study explains that measuring magma viscosity early could forecast volcanic eruptions The 2018 Kilauea eruption provided scientists with a unique opportunity to identify new factors to help forecast the behaviour and associated hazards of future eruptions.

A team of researchers from the University of Hawaii identified an indicator of magma viscosity that can be measured before an eruption. Their findings were published in the journal Nature.

The authors of the study explain that the properties of the magma inside a volcano affect how an eruption will play out. In particular, its viscosity is a major factor in influencing how hazardous an eruption could be for nearby communities. It is well known that very viscous magmas are linked with more powerful explosions because they can block gas from escaping through vents, allowing pressure to build up inside the volcano’s plumbing system. Moreover, the extrusion of more viscous magma results in slower-moving lava flows. In Hawaii, magma comes out at very high temperatures, which accounts for its high fluidity and for lava flows travelling sometimes very long distances.

The researchers have noticed that magma viscosity is usually only quantified well after an eruption, not in advance. So, they have tried to identify early indications of magma viscosity that could help forecast a volcano’s eruption style.

The 2018 event included the first eruptive activity in Kilauea’s Lower East Rift Zone since 1960. The first of 24 fissures opened in early May, and the eruption continued for three months. This situation provided the scientists with unprecedented access to information. In particular, the event provided a wealth of simultaneous data about the behaviour of both high- and low-viscosity magma, as well as about the pre-eruption stresses in the solid rock underlying Kilauea.

It is known that tectonic and volcanic activity cause faults to form in the rock that makes up Earth’s crust. When geologic stresses cause these faults to move against each other, geoscientists measure the 3D orientation and movement of the faults using seismic instruments. By studying what happened in Kilauea’s Lower East Rift Zone in 2018, they determined that the direction of the fault movements in the lower East Rift Zone before and during the volcanic eruption could be used to estimate the viscosity of rising magma during periods of precursory unrest. The researchers were able to show that with robust monitoring that they can relate pressure and stress in a volcano’s plumbing system to the underground movement of more viscous magma. They think this will enable monitoring experts to better anticipate the eruption behaviour of volcanoes like Kilauea and to tailor response strategies in advance.

Source: West Hawaii Today.

[Personal note: As far as Kilauea is concerned, the eruptive process is fairly well known. As the volcano lies on a hotspot with magma coming at very high temperature from the Earth’s mantle, the lava is very fluid with long distance lava flows that can de destructive, as could be seen during the 2018 eruption. On other volcanoes in the world which have more differentiated magmas, a similar study could prove useful to predict the behaviour of the eruptions.

You can also read  the abstract of the study I made about the lava cooling process on Kilauea volcano: https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/processus-de-refroidissement-de-la-lave-sur-le-kilauea-hawaii/]

Eruption 2018 du Kilauea (Fissure 8) [Crédit photo : HVO]

Photo : C. Grandpey

Islande : nouvelles de l’éruption // Iceland : news of the eruption

Selon le Met Office, l’activité du cratère le plus au nord, au-dessus des vallées de Meradalir, a considérablement faibli le 14 avril 2021. Les volcanologues locaux disent que c’est un résultat logique de l’augmentation du nombre de bouches à des altitudes plus basses, de sorte de la lave s’écoule par gravité. Cependant, il semble qu’il n’y ait pas de réduction de l’alimentation magmatique car le débit de lave est estimé à plus de 10 m3 par seconde.

Les membres de la sécurité sur le terrain ont indiqué le 14 avril que de la lave s’approchait du sentier A et ils ont conseillé aux touristes de faire preuve d’une extrême prudence. Les volcanologues expliquent qu ‘«un lac de lave considérable s’est formé et que toutes les coulées de lave, ainsi que les cratères, sont remplis à ras bord. Les parois du lac de lave peuvent s’éventrer à tout moment. » Si c’est le cas, il est probable que de nouvelles coulées de lave commenceront brutalement à couler en se dirigeant très probablement vers l’est. Par conséquent, le sentier A dans cette zone doit être évité.

L’accès au site de l’éruption est fermé aujourd’hui 15 avril, en raison des mauvaises conditions météo, avec des vents violents et de fortes pluies.

Source: médias islandais.

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IMO says that the activity of the northernmost crater, above Meradalir valleys,   was vastly reduced on April 14th, 2021. Local volcanologists say it is a logical result of the increased number of vents at lower elevations. However, it seems there is no reduction in the magma supply as the lava out put is estimated at more than 10 m3 per second.

Rescuers on the field indicated on April 14th that lava was approaching hiking trail A and advised people to exercise extreme caution. Volcanologists warn that “a considerable lava lake has formed, and all the lava rivers, as well as craters, are filled to the brim. The sides of the lava lake can burst at short notice.” It is likely that sudden streams of lava will start flowing from underneath the lava crust, most likely toward the east. Therefore, hiking trail A in that area should be avoided.

Access to the eruption site is closed today April 15th, due to inclement weather with strong winds and heavy rain.

Source: Icelandic news media.

Islande : Quelques informations supplémentaires sur l’éruption // Some additional information about the eruption

Le Met Office islandais indique de nombreuses données ont été collectées à propos de l’éruption en cours, notamment des mesures sur site et à distance ainsi que des travaux de modélisation prévoyant l’évolution possible de l’événement dans les prochains jours.

L’éruption volcanique dans la Geldingadalur dure maintenant depuis une dizaine de jours. La lave est basaltique et très fluide ; il y a très peu d’activité explosive. Il s’agit d’une très petite éruption et le débit de lave est stable à 5-7 m3 / s depuis le début.. Actuellement, le champ de lave se trouve à l’int »rieur de la Geldingadalur, mais si l’éruption se poursuit à un rythme similaire, il est probable que la lave se dirigera vers l’est en direction de la Merardalur. Personne ne sait combien de temps durera l’éruption.

Actuellement, la lave est riche en MgO (8,5%), ce qui indique qu’elle provient d’une profondeur de 17 à 20 km. Les dernières analyses des éléments traces et des isotopes de la lave montrent que le magma alimentant l’éruption dans la Geldingadalur a une composition différente de celle des laves historiques sur la péninsule de Reykjanes. Cette évolution de la géochimie s’explique probablement par une nouvelle arrivée de magma en provenace du manteau, différent des magmas précédents, sous la péninsule de Reykjanes.

Les images satellites obtenues le 23 mars 2021 ont révélé que le cône éruptif mesurait une vingtaine de mètres de hauteur. L’épaisseur moyenne du champ de lave était alors de 9,5 m. Le volume de lave émis était de 1,8 million de mètres cubes avec un débit de 5,7 mètres cubes par seconde depuis le début de l’éruption.

Il y a une pollution constante par les gaz à proximité du site de l’éruption. Aucun événement tectonique significatif n’a été enregistré depuis le début de l’éruption. Il n’y a actuellement aucune indication de nouvelles fractures vont s’ouvrir ailleurs le long du dyke magmatique. Cette éruption nécessite une surveillance spécifique quant à son déroulement, mais aussi quant aux effets des gaz émis sur la qualité de l’air, en particulier dans les zones sous le vent. Source: Icelandic Met Office, Université d’Islande.

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The Icelandic Met Office indicates that a lot of data has been collected about the current eruption, including on-site and remote measurements along with modeling work forecasting the event’s possible behaviour over the coming days.

The volcanic eruption in Geldingadalir has now been ongoing for nine days. The lava is basaltic and highly fluid with little explosive activity. It is a very small eruption and the lava flow has been steady at 5-7 m3/s since its onset. Currently the extent of the lava field is within Geldingadalur but if the eruption keeps ongoing at a similar rate, it is modeled that the lava will flow east towards Merardalur valley. There is no way to tell how long the eruption will last.

 The current magma is rich in MgO (8.5%) which indicates that it is from depths of around 17-20 km. New trace element and isotope analyses of the Geldingadalir lava provide further evidence that the magma feeding the Geldingadalir eruption has a different composition to the historical Reykjanes lavas. This shift in geochemistry potentially reflects a new and distinct batch of magma arriving from the mantle beneath Reykjanes.

Satellite images collected on March 23rd, 2021 revealed that the eruptive cone was 20 metres high. The average thickness of the lava field was 9.5 m. Le volume of emitted lava was 1.8 million cubic metres with a lava output of  5.7 cubic metres per second since the start of the eruption.

There has been constant gas pollution close to the eruption site. There have been no indications of significant tectonic movements since the eruption started. There is currently no indication of new openings at other locations along the magma injection path.

This eruption calls for specific and targeted monitoring of the eruption itself and also of the gas´s effects on air quality and the downwind environment.

Source : Icelandic Met Office, University of Iceland.

Vue de l’éruption ce soir. La lave reste très fluide avec un débit relativement constant. L’éruption ne semble pas près de s’arrêter (Capture image webcam)

Geldingadalur (Islande) : Une éruption de type ‘volcan bouclier’? // Geldingadalur (Iceland) : A ‘shield volcano’ eruption ?

L’éruption dans la Geldingadalur a commencé il y a seulement cinq jours, mais les géologues islandais sont déjà en train d’étudier la lave émise par le nouveau volcan. Il n’a jamais été fait état des géochimistes (y en a-t-il en Islande?) en train d’échantillonner les gaz émis forcément autour du site éruptif avant que la lave ne perce la surface. Pourtant, ces gaz (CO2, hélium, par exemple) auraient pu être de bons indicateurs du comportement du magma sous la surface et ils auraient peut-être pu montrer qu’une éruption était imminente.

Quoi qu’il en soit, les géologues disent aujourd’hui que certains signes laissent penser que l’éruption dans la Geldingadalur est une éruption de type volcan bouclier, un type d’éruption qui n’a pratiquement jamais été observé en Islande depuis la fin de la période glaciaire.

La conclusion des géologues fait suite à leur examen des produits émis par le nouveau volcan. La lave qui s’échappe actuellement du hornito provient probablement d’une profondeur de 17 à 20 km et est d’un type primitif que l’on n’a jamais vu auparavant en Islande.

Les géologues ajoutent que les coulées de lave émises par les volcans boucliers sont généralement lentes, mais que cette lave peut continuer à couler pendant longtemps, parfois des années. Ils expliquent également qu’un tel scénario ne peut pas être exclu en ce qui concerne l’éruption actuelle dans la Geldingadalur où le débit de la lave est d’environ 5 à 10 m3 par seconde.

Quand ils parlent de magma primitif, les géologues veulent dire que ses composants ressemblent à ceux émis par le manteau terrestre et sont différents de ceux que l’on observe habituellement dans le magma en Islande. Ce magma primitif provient directement du manteau terrestre, sans faire étape dans la croûte terrestre. C’est ce que Hervé de Goër de Herve, un géologue français, appelait un «magma TGV», en référence aux trains à grande vitesse qui circulent sans s’arrêter dans toutes les gares. En conséquence, la composition de ce magma non différencié est différente de celui des éruptions fissurales que l’on observe généralement sur la péninsule de Reykjanes. Ce magma est plus fluide et plus riche en CO2.

Après toutes ces explications, les géologues disent qu’il est cependant trop tôt pour affirmer que l’éruption actuelle est bien de type volcan bouclier. Avant de pouvoir l’affirmer, l’éruption devra être mieux étudiée et les modifications intervenues dans la composition de la lave devront être suivies pendant un certain temps.

En d’autres termes, tout comme ils ne savaient pas si une éruption se produirait, les géologues islandais ne savent pas vraiment si on a affaire en ce moment une éruption volcanique de type bouclier !!

Source: Iceland Monitor.

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The eruption in Geldingadalur started only five days ago, but Icelandic geologists are already at work studying the lava emitted by the new volcano. Geochemists (are there any in Iceland?) were never mentioned sampling the gases (CO2, helium, for instance) that were surely emitted around the eruptive site before lava pierced the surface. They could have been good indicators of what magma was doing beneath the surface and could have shown that an eruption was imminent.

Anyway, geologists say today that there are indications that the eruption in Geldingadalur is a shield volcano eruption, a type of eruption that hardly has occurred in Iceland since the end of the Ice Age.

This conclusion comes from the examination of the volcanic products. It suggests that the magma currently coming out of the hornito flows from a depth of 17-20 km, and is of a more primitive sort that has ever been seen before.

The geologists add that lava flow from shield volcanoes is generally slow, but it can continue for a long time, possibly years. They also say such a scenario cannot be ruled out with regard to the current eruption in Geldingadalur where the lava output is about 5-10 m3/second.

When describing the composition of the magma as primitive, geologists mean its compounds are more similar to those emitted from the earth’s mantle than what is commonly seen. This magma comes directly from the Earth’s mantle, without pausing in the Earth’s crust. This is what a French geologist called “magmas TGV”, referring to the High Speed Trains that travel without stopping in all stations. Therefore, its composition is different from that from typical fissure eruptions on the Reykjanes peninsula; it is thinner and richer in CO2.

After all these explanations, the geologists say it is too early, though, to assert that the current eruption is indeed that of a shield volcano. Before that can be done, the eruption has to be better monitored and changes in the magma followed for some time.  In other words, just like they did not know whether an eruption would occur, they do not really know whether there is at the moment a shield volcano eruption!!

Source: Iceland Monitor.