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L’alimentation magmatique du Kilauea (Hawaii) // Kilauea Volcano’s magma supply (Hawaii)

drapeau-francaisLes observations du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u ont permis de mieux comprendre les lentes variations d’alimentation magmatique du Kilauea.

Tous les jours de la semaine, la cendre volcanique et les cheveux de Pele sont recueillis dans des récipients déposés près du lac de lave, sur la lèvre du cratère. La cendre est pesée, et les scientifiques peuvent calculer combien de grammes se déposent chaque heure dans les récipients. Des bulles éclatent à la surface du lac de lave pendant les épisodes de spattering, mais la vitesse à laquelle la cendre s’accumule dans les récipients varie en fonction de la direction du vent, des lieux de projection, de la profondeur du lac de lave, etc. Tout compte fait, sur un mois, ces effets à court terme ont tendance à s’annuler alors qu’une variation est observée d’un mois sur l’autre, avec des pics et des creux dans l’accumulation de la cendre. Les explications de ces variations ont été données par le HVO en observant le comportement du lac de lave proprement dit.
Presque quotidiennement, les scientifiques du HVO mesurent la profondeur de la surface du lac à l’aide d’un télémètre laser. Le niveau du lac monte pendant les épisodes d’inflation du sommet et chute pendant la déflation. Ces fluctuations durent généralement un jour ou deux, parfois plus, mais n’excèdent jamais un mois. Il s’avère que les variations mensuelles du niveau moyen du lac et de l’accumulation mensuelle de cendre correspondent. Sur une période de plusieurs mois, le niveau du lac et l’accumulation de cendre peuvent augmenter, s’accélérer et retomber. Ainsi, une plus grande quantité de cendre tombe dans les récipients quand le niveau de la lave est haut.
Les scientifiques du HVO se sont posé la question suivante: Pourquoi le niveau moyen du lac de lave varie-t-il sur des périodes de plusieurs mois? La réponse se trouve dans les fluctuations d’alimentation magmatique du réservoir peu profond qui se trouve sous la caldeira.
Généralement, on considère que l’alimentation magmatique du Kilauea est relativement stable. En revanche, il y a une dizaine d’années, pendant trois ou quatre ans, cette alimentation était plus importante qu’elle ne l’est aujourd’hui. Il s’agit d’une évolution sur le long terme, qui se distingue par son ampleur et sa durée. Aujourd’hui, c’est différent. Le lac de lave monte et descend sur des périodes de quelques mois seulement, ce qui montre une variation à plus court terme de l’alimentation. Un examen des données GPS sur une période de plusieurs mois – pour minimiser les effets à court terme – montre une correspondance avec le niveau du lac. L’élévation du niveau du lac indique une inflation plus rapide du sommet, tandis que la baisse de niveau traduit un soulèvement sommital plus lent.
L’explication la plus simple de tout cela est que l’apport en magma varie lentement sur des périodes de plusieurs mois. Il ne s’agit pas simplement de transférer le magma d’un lieu vers un autre. C’est l’ensemble du sommet qui monte ou descend, ce qui traduit la hausse et la baisse de l’alimentation magmatique de tout le réservoir sommital. Une seule fois, en 2012, la partie sud du réservoir a baissé alors que la partie nord montait.
Le HVO a identifié environ une douzaine de telles variations d’alimentation depuis le début de l’éruption dans le cratère de l’Halema’uma’u en 2008. Ces variations peuvent être provoquées par des fluctuations de fusion dans le manteau, ou elles peuvent se produire pendant le trajet de 80-100 km entre le manteau et le réservoir de stockage peu profond.
Sans le lac de lave et les mesures précises de son niveau, les scientifiques du HVO n’auraient pas pu détecter les variations d’alimentation et, par conséquent, ils n’auraient pas pu expliquer les variations mensuelles d’accumulation de cendre dans les récipients sur la lèvre du cratère de l’Halema’uma’u. La boucle est bouclée !
Source: USGS / HVO.

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drapeau-anglaisA new concept has emerged from observations of the lava lake in Halema’uma’u. Crater: slowly pulsing magma supply to Kilauea. Every weekday volcanic ash and Pele’s hair are collected from buckets near the lava lake. The ash is weighed, and an ash accumulation rate is calculated, namely how many grams of ash fall into the buckets per hour. Bubbles at the surface of the lava lake are almost always breaking during spattering, but the rate at which ash accumulates in the buckets varies according to wind direction, locations of spattering, depth to the lava lake, and more. However, when averaged over a month, such short-term effects tend to cancel while month-to-month variation is observed, with peaks and troughs in ash accumulation lasting several months each. Explanations of these phenomena have been given by HVO by observing the behaviour of the lava lake itself.

Almost daily, HVO scientists measure the depth to the lake surface with a laser rangefinder. Lake level rises during summit inflation and drops during deflation. Such changes typically last a day or two, sometimes longer, but not for a month. It turns out that the average monthly lake level and the monthly accumulation of ash track each other. Over a several-month period, lake level and ash accumulation may rise, peak, and fall off. More ash falls in the buckets when lava level is high than when it is low.

The question to answer was: Why does the monthly average lake level change over periods of several months? The answer is: a pulsing rate of magma supply to the shallow storage reservoir under the caldera.

Generally, magma supply to Kilauea is considered to be pretty steady. For 3-4 years about a decade ago, the magma supply rate was higher than it is today. This was a long-term change and stood out by its magnitude and duration. Today is different. The rising and falling lava lake over periods lasting only several months suggests a shorter-term variation in the supply rate. Close examination of the GPS data, again averaged over month-long periods to minimize short-term effects, shows good correspondence with lake level. Rising lake level indicates faster summit uplift, and dropping lake level slower uplift.

The simplest explanation for all this is that the rate of magma supply is slowly pulsing over periods of several months. It isn’t simply a question of transferring magma from one place in the summit to another. The entire summit goes up or down, seemingly reflecting waxing and waning of the magma supply rate to the entire summit reservoir. Only once, in 2012, did the southern part of the reservoir go down when the northern went up.

HVO has identified about a dozen pulses since the Halema’uma’u eruption began in 2008. The pulses may be driven by changes in the rate of melting in the mantle or be induced during transport upward from the mantle to the shallow storage reservoir, an 80-100-km distance.

Without the lava lake and its precisely measured level, HVO scientists wouldn’t have detected a pulsing supply rate and, as a consequence, would not have been able to explain the monthly changes in ash accumulation.

Source: USGS / HVO.

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Vue du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u. La surface du lac – dont le diamètre est d’environ 255 mètres – se trouve souvent à une vingtaine de mètres sous la lèvre. Le niveau de la lave chute au cours des périodes de déflation du Kilauea et remonte lors des épisodes d’inflation. Un débordement peut se produire sur le plancher de l’Halema’uma’u, comme en mai 2015, mais un tel événement reste exceptionnel. (Crédit photo: USGS / HVO).

Mission à haute altitude au-dessus d’Hawaii // High altitude mission above Hawaii

drapeau-francaisDepuis la fin janvier et jusqu’à la fin du mois de février 2017, la NASA effectue une campagne de collecte de données à haute altitude au-dessus de l’archipel hawaiien avec un avion ER-2. Cet aéronef est un avion de reconnaissance U-2 qui a été modifié pour recueillir des données scientifiques à haute altitude. Plusieurs projets pluriannuels financés par la NASA utiliseront ces données pour étudier les récifs coralliens et les processus volcaniques.
Les données seront également utilisées pour permettre la mise au point d’un futur instrument satellitaire d’observation de la Terre baptisé Hyperspectral Infrared Imager (HyspIRI). Si la NASA obtient le financement nécessaire, l’instrument fournira des informations cruciales pour l’étude des écosystèmes de la planète, ainsi que des événements liés aux catastrophes naturelles, comme les éruptions volcaniques, les feux de forêt et la sécheresse.
Pour reproduire les données recueillies par les capteurs d’observation de la Terre à bord des satellites, l’ER-2 naviguera à une altitude d’environ 20 000 mètres (au-dessus de 95% de l’atmosphère terrestre) avec une série d’instruments conçus pour mesurer la lumière réfléchie et émise en centaines de longueurs d’onde distinctes. Ces données donneront des informations quantitatives sur la composition de surface, la texture et la température du sol. Ces informations, couplées à des mesures sur le terrain, permettront également aux scientifiques d’étudier toute une gamme de processus atmosphériques, géologiques et écologiques dans le but de mieux comprendre notre environnement naturel et comment notre environnement réagit face aux activités humaines.
Sur la Grande Ile d’Hawaï, en collaboration avec les scientifiques du HVO et du National Park Service, les chercheurs effectuent des travaux sur le terrain et recueillent des données. Ils utilisent ces données pour étudier (1) les liens entre la santé de la végétation et les émissions de gaz volcanique; (2) les anomalies thermiques volcaniques; (3) la composition et l’évolution chimique des panaches de gaz du Kilauea; (4) les processus et les risques volcaniques tels que l’activité des coulées de lave.
Les objectifs de cette mission et les projets de recherche scientifique connexes sont de caractériser les principaux processus volcaniques, tels que la vitesse d’ascension du magma vers la surface, la quantité de lave émise quotidiennement par le Kilauea et l’interprétation des précurseurs possibles d’une éruption. Les conclusions devraient permettre aux scientifiques d’informer la Protection Civile et le public avant, pendant et après les éruptions futures.
Les chercheurs qui travaillent sur le projet Volcan utilisent également les images pour mieux étudier la composition du panache de gaz qui s’échappe du Kilauea et son évolution au fur et à mesure qu’il se déplace. Une partie clé du projet est de voir comment ce panache affecte la qualité de l’air à Hawaï. Par exemple, les chercheurs utiliseront les nouvelles données pour déterminer avec précision la vitesse à laquelle le dioxyde de soufre émis par le volcan se transforme en aérosol, autrement dit comment il se combine avec d’autres composés pour former des particules susceptibles d’être nocives pour la santé humaine.
Sources: NASA, USGS.

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drapeau-anglaisFrom late January through February 2017, NASA is conducting a high-altitude airborne remote sensing data collection campaign over the State of Hawai‘I with an ER-2 aircraft.

This aircraft is a modified U-2 reconnaissance plane designed to collect scientific data at high altitudes. Several NASA-funded, multi-year projects will use these data to study coral reefs and volcanic processes.

The data will also be used to help develop a future Earth observing satellite instrument called the Hyperspectral Infrared Imager (HyspIRI). If funded, the instrument will provide crucial information for studying the world’s ecosystems, as well as natural hazard events, such as volcanic eruptions, wildfires and drought.

To replicate the characteristics of data collected by Earth observing sensors aboard orbiting satellites, the ER-2 will cruise at an altitude of about 65,000 feet (above 95% of Earth’s atmosphere) with a diverse suite of instruments designed to measure reflected and emitted light in hundreds of distinct wavelengths. Such data give quantitative information about surface composition, texture and temperature of the ground. This information, combined with field-based measurements, enables scientists to study a variety of atmospheric, geologic and ecological processes to better understand our natural environment and how our environment responds to human activities.

On the Island of Hawaii, with the support of Hawaiian Volcano Observatory scientists and the National Park Service, research scientists are conducting field work and collecting data. They are using these data to investigate (1) links between vegetation health and volcanic gas emissions; (2) volcanic thermal anomalies; (3) the composition and chemical evolution of volcanic gas plumes from Kilauea Volcano; and (4) active volcanic processes and hazards, such as surface lava flow activity.

The overarching goals of this mission and the related scientific research projects are to characterize key volcanic processes, such as the rate of magma ascent to the surface, the amount of lava being erupted per day at Kilauea, and interpretation of possible eruption precursors. Lessons learned should help scientists inform emergency response agencies and the public before, during, and after future eruptions.

The researchers who are working on the volcano project are also using the images to better study the composition of the gas plume that arises from Kilauea, and how it changes as the plume spreads out. A key part of the project is looking at how the plumes affect Hawaii’s air quality. For example, one question the volcano researchers are trying to answer with the new data is exactly how quickly the sulfur dioxide gas that the volcano emits becomes aerosolized, meaning it combines with other compounds to form particulate matter, which can be harmful to human health.

Sources : NASA, USGS.

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Avion ER-2 de la NASA. (Crédit photo : NASA)

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Vue du panache de gaz émis par le Kilauea (Photo: C. Grandpey)

De petits essaims sismiques sous le Mont St Helens (Etats-Unis) // Small seismic swarms beneath Mt St Helens (United States)

drapeau-francaisEn moins d’une semaine à la fin du mois de novembre, quatre essaims sismiques incorporant plus de 120 événements ont été enregistrés sur le Mont St Helens. Bien que trop faible pour être ressentie par la population, cette sismicité révèle que le volcan se recharge probablement. Cependant, cette faible sismicité, ainsi que les autres épisodes sismiques observés depuis 2008, n’indiquent pas quand se produira la prochaine éruption.
Les derniers séismes ont été localisés entre 1,5 et 3 km sous la surface et la plupart avaient une magnitude de M 0,3 ou moins; Le plus significatif atteignait M 0.5.
Lors de l’ascension et du stockage du magma dans le système d’alimentation du volcan, les scientifiques pensent qu’il y a libération de gaz et de fluides qui se déplacent dans des fractures en y exerçant une pression et en les lubrifiant, ce qui provoque de petits séismes. Bien qu’on ne le voie pas, le volcan est probablement en train de gonfler discrètement. Les scientifiques de l’USGS n’ont pas détecté d’émissions de gaz anormales ou une augmentation de l’inflation du volcan depuis la dernière crise sismique.
Des épisodes sismiques similaires se sont produits pendant les périodes de recharge de la chambre magmatique entre 1986 et l’éruption de 2004; De petits essaims ont à nouveau été enregistrés peu de temps après l’éruption qui s’est terminée en 2008 et ils ont continué périodiquement par la suite. Plus récemment, des essaims sismiques ont été détectés entre mars et mai 2016.
Les scientifiques ne savent pas exactement comment est agencé le système d’alimentation du Mont St Helens, mais les différentes séquences sismiques donnent une image un peu plus claire de ce qui se passe sous la surface. En mesurant les variations de vitesse des ondes sismiques au cours de leur propagation à travers la terre, les chercheurs obtiennent une meilleure compréhension de la densité des roches et de l’emplacement des chambres magmatiques.
Source: The Seattle Times.

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drapeau-anglaisIn less than a week, four swarms of more than 120 earthquakes shook Mount St. Helens in late November. Although they were too small to be felt by the population, scientists say they reveal the volcano is likely recharging. However, this slight seismicity, and the other seismic episodes since 2008, do not indicate when the next eruption will be.

The last earthquakes occurred between 1.5 and 3 kilometres below the surface and most registered at M 0.3 or less; the largest was an M 0.5 event.

As magma comes into the volcano’s system and is stored, scientists think that it releases gases and fluids that travel up into cracks, pressurizing and lubricating them, and causing small quakes. Although it cannot be seen, the volcano is probably inflating subtly. USGS scientists have not detected any anomalous gases or increases in ground inflation since the earthquake swarm.

Similar seismic episodes occurred during recharge periods between 1986 and the 2004 eruption; the small earthquake clusters resumed shortly after the eruption ended in 2008 and have continued periodically. Most recently, swarm earthquakes were detected between March and May 2016.

Scientists don’t exactly know how the volcano’s plumbing is laid out, but the little earthquake clusters give them a slightly clearer picture of what is happening beneath the surface. By measuring how the speed of the seismic waves change as they move through the earth, researchers can better understand rock densities and where magma chambers are.

Source: The Seattle Times.

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Photo: C. Grandpey

La Suède au chevet du Mont Cameroun // Swedish researchers study Mt Cameroon

drapeau-francaisDans une étude dont les résultats viennent d’être publiés dans la revue Scientific Reports, les géologues de l’Université d’Uppsala (Suède) ont analysé le comportement du magma sous le Mont Cameroun, ce qui pourrait permettre de mieux contrôler les futures éruptions de ce volcan.
Le Mont Cameroun est l’un des volcans les plus dangereux d’Afrique et ses éruptions constituent une menace pour près d’un demi million d’habitants qui vivent sur et autour de ses flancs. Une équipe de chercheurs de l’Université d’Uppsala a tenté de percer les mystères du système d’alimentation qui se cache sous le volcan afin de mieux comprendre son fonctionnement, ce qui permettrait d’améliorer la prévision et donc la prévention volcaniques.
Les recherches effectuées par les scientifiques suédois ont révélé un système d’alimentation complexe sous le Mont Cameroun grâce à l’analyse de cristaux en provenance des deux éruptions les plus récentes, celles de 1999 et 2000. Ils ont été en mesure de reconstituer les réservoirs magmatiques profonds, autrement dit ceux qui se trouvent dans la partie inférieure de la croûte terrestre, ainsi que les poches de magma superficielles dans la croûte supérieure. Ces poches peu profondes semblent migrer durant les périodes calmes et peuvent jouer un rôle crucial dans le déclenchement des éruptions.
Les résultats suggèrent en outre que, entre les éruptions, des volumes de magma migrent vers des profondeurs plus faibles où ils évoluent et augmentent leur potentiel explosif. En conséquence, plus le laps de temps entre les éruptions sera long, plus la dernière risquera d’être explosive et violente.
Selon les chercheurs suédois, les équipes de surveillance du Mt. Cameroun auraient tout intérêt à concentrer leur travail sur les signaux sismiques qui accompagnent la migration du magma depuis une vingtaine de kilomètres de profondeur, car ce sont ces signaux qui sont probablement les plus susceptibles de précéder les éruptions. La présence de poches de magma peu profondes joue probablement un rôle majeur dans la définition des styles éruptifs et doit donc être prise en compte dans la gestion des risques et la prévention. Les chercheurs pensent également que les résultats de leur étude serviront à mieux comprendre le processus éruptif sur d’autres volcans du même type que le Mt Cameroun, que ce soit en Islande, au Cap-Vert, dans les îles Canaries, ou dans de nombreux autres endroits à travers le monde.
Source: Université d’Uppsala.

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drapeau-anglaisIn a study whose results have just been published in the journal Scientific Reports, geologists at Uppsala University (Sweden) have traced magma movement beneath Mt. Cameroon volcano, which might help monitoring for future volcanic eruptions.

Mt. Cameroon is one of Africa’s most dangerous volcanoes, and its eruptions pose a threat to nearly half a million inhabitants that live on and around its flanks. A team of researchers from Uppsala University set out to unravel the volcano’s underlying magma supply system in order to gather insight into the inner workings of the volcano and to help improve volcanic prediction and so the prevention.

The researchers revealed a complex magma plumbing system beneath Mt. Cameroon by analyzing crystals from the two most recent eruptions in 1999 and 2000. They were able to reconstruct deep-seated magma storage reservoirs at the bottom of the crust, as well as shallow magma pockets in the uppermost crust. These shallow pockets seem to migrate in times of volcanic quiescence and may play a crucial role in priming the volcano for eruption.

The results further suggest that between eruptions magma batches migrate to shallower depths where they evolve and increase their explosive potential. Hence a longer time between eruptions increases the likelihood of the next eruption being more explosive in style.

According to the Swedish researchers, the monitoring teams at Mt. Cameroon should focus on the seismic signals of magma migration from about 20 km depth, as such signals are very likely to precede eruptions. The occurrence of shallow magma pockets likely plays a major role in controlling eruptive styles during eruptions and should therefore be routinely considered in hazard mitigation efforts. The researchers also believe these results will have implications for other related volcanoes in Iceland, Cape Verde, the Canary Islands, and many other locations worldwide.

Source: Uppsala University.

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Vue des cratères du Mont Cameroun (Crédit photo: Wikipedia)