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La sismicité sous le Mauna Kea (Hawaii) // Seismicity beneath Mauna Kea (Hawaii)

Le Mauna Kea n’a pas connu d’éruptions depuis plus de 4 500 ans, mais cela ne signifie pas que c’est un volcan éteint. En fait, depuis des décennies, il cache l’un des signaux sismiques les plus étranges jamais observés sur un volcan.
Il y a plusieurs années, les sismologues de l’USGS testaient une nouvelle méthode d’analyse de la sismicité sur le Kilauea. Elle consiste à analyser des fractions de 24 heures de données sismiques afin de détecter des signaux similaires sur plusieurs appareils. Par curiosité, ils ont décidé d’étendre leurs observations au reste de l’île d’Hawaii. Ce qu’ils ont découvert est surprenant. Une étude publiée dans la revue Science en mai 2020 explique qu’ils ont détecté des séismes profonds sous le Mauna Kea, avec une répétition toutes les 7 à 12 minutes. La pollution sonore générée par le vent et les voitures à proximité, ainsi que la faible magnitude (M 1.5) des séismes avaient empêché leur détection par le réseau sismique traditionnel. .
Ces petits séismes se produisent à des profondeurs d’environ 15 – 25 km directement sous le sommet du Mauna Kea, toutes les 7 à 12 minutes avec une régularité surprenante. En outre, ces événements répétitifs apparaissent depuis au moins l’année 1999, mais il est très probable qu’ils se produisaient bien avant cette date.
Les scientifiques se sont tout d’abord montrés prudents avant d’attribuer ces séismes à des processus volcaniques car leur régularité semblait artificielle. Ils ont pris le temps d’éliminer toutes les causes possibles, comme les activités dans la zone d’entraînement de Pohakuloa ou les travaux routiers.
Un facteur permettant d’interpréter l’origine des séismes répétés et profonds du Mauna Kea est que leurs ondes sismiques sont différentes de celles des séismes classiques. Alors que les séismes classiques donnent naissance essentiellement à des événements haute fréquence, ceux du Mauna Kea sont plus prolongés, avec des fréquences plus basses. Cela signifie qu’un décrochement sur une faille n’est pas la cause de ces événements.
Les séismes basse fréquence peuvent se produire sur les volcans, mais il n’y a aucun autre exemple de ce type de répétition ou de longévité dans le monde. Au total, on a enregistré plus d’un million de secousses sismiques sur le Mauna Kea entre 1999 et 2018. Cumulée, l’énergie ainsi libérée correspond à un séisme de M 3.0 sous le volcan chaque jour. En mettant ensemble les signaux produits par ces milliers de ces séismes, on peut examiner leur forme d’onde plus en détail. Les résultats montrent que ces événements sont probablement causés par le mouvement de fluides au-dessus d’une chambre magmatique profonde. À mesure que les fluides s’élèvent, ils pénètrent dans une fissure hermétique dans sa partie supérieure. L’arrivée continue de fluide met la fissure sous pression, ce qui finit par briser l’obturation à son sommet et déclencher un séisme. La fissure se referme ensuite, et tout recommence.
La question est de savoir d’où proviennent ces fluides. La source d’alimentation réside probablement au niveau des gaz magmatiques qui se comportent comme des fluides lorsqu’ils se trouvent dans les profondeurs de la croûte terrestre. Ces gaz se séparent du magma en se refroidissant. Les grandes poches magmatiques mettent des centaines à des milliers d’années pour se refroidir, donc ce processus génère des fluides sur le long terme, ce qui pourrait expliquer la présence des séismes profonds sous le Mauna Kea.
Selon cette interprétation, les fluides sont produits par le refroidissement du magma en place. Rien n’indique toutefois qu’il y ait une ascension du magma sous le Mauna Kea. Bien que cette étude donne un aperçu intéressant des processus en cours sous le volcan, elle ne change en rien le niveau de risque volcanique du Mauna Kea. Si une éruption devait être imminente, les scientifiques de l’USGS pensent que l’ouverture d’un nouveau conduit d’alimentation s’accompagnerait d’essaims sismiques à faible profondeur pour avertir à l’avance d’une activité éruptive imminente.
Les séismes profonds qui ont été détectés par les scientifiques de l’USGS confirment que le Mauna Kea reste un volcan potentiellement actif.
Source: USGS, HVO, AVO.

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Mauna Kea volcano hasn’t erupted in over 4,500 years, but that doesn’t mean it is quiet. In fact, for decades it has been hiding one of the most unique seismic signals seen at any volcano.

Several years ago, USGS seismologists were trying out a new method to track seismicity at Kilauea Volcano. The method scans 24-hour sections of seismometer data looking for signal similarity on many instruments. Out of curiosity, they decided to look at the rest of the Island of Hawaii to see what else they might find. What they found came as a surprise. A study published in the journal Science in May 2020 describes how they detected deep earthquakes beneath Mauna Kea that repeat every 7 to 12 minutes. Noise in the seismic records from wind and nearby cars, together with the small size of the individual earthquakes (magnitude M 1.5), had prevented these earthquakes from being detected with the regular earthquake detection system.

The small, repeating earthquakes occur at depths of about 15-25 km directly beneath Mauna Kea’s summit and happen every 7 to 12 minutes with surprising regularity. Furthermore, the repeating events can be detected going back to at least 1999, but it is very likely that the repeating earthquakes were occurring even further back in time.

Scientists were initially cautious about interpreting the earthquakes due to volcanic processes because the regularity seemed man-made. It took a long period of investigation to rule out all of the possibilities, such as activity at the Pohakuloa Training Area or road construction.

One clue to the origin of the repeating, deep Mauna Kea earthquakes is that their seismic waves look different from those of ordinary earthquakes. Where regular earthquakes produce more high frequency shaking, the Mauna Kea events are more drawn out, containing lower frequencies. This means that regular slip on a fault is not responsible for the deep Mauna Kea events.

Low-frequency earthquakes are not unusual at volcanoes, but there is no other example of this kind of repetition or longevity anywhere in the world. Ultimately, over 1 million earthquakes were found from 1999 to 2018. Summing the energy release of the earthquakes gives a total that is equivalent to an M 3.0 earthquake under Mauna Kea every day. Adding together the signals of thousands of these earthquakes allows the waveform to be examined in greater detail, and the results suggest the events are caused by the movement of fluids above a deep magma chamber. As the fluids ascend, they enter a crack that is sealed at the top. The continuous flow of fluid pressurizes the crack, eventually breaking the top seal and creating the earthquake. The crack then reseals, and everything starts over again.

The question is to know where these fluids come from. The source of the fluid dupply is likely magmatic gases that behave like fluids when they are deep within the Earth’s crust. These gases separate from the magma as it cools. Large magma bodies cool over hundreds to thousands of years, so this process provides a long-term, nearly continuous supply of fluids to repeatedly drive deep earthquakes beneath Mauna Kea.

Under this interpretation, the fluids are produced from magma cooling in place. There is no evidence that magma is rising under Mauna Kea. So while this study provides important insight into processes beneath the volcano, it does not change estimates of volcanic hazard at Mauna Kea. USGS scientists expect any opening of a new conduit will be accompanied by swarms of shallow earthquakes to provide advanced warning of impending eruptive activity.

The earthquakes nonetheless underscore that Mauna Kea is classified as an active volcano.

Source : USGS, HVO, AVO.

Photos: C. Grandpey

Le plus volumineux volcan du monde // The most voluminous volcano of the world

Le plus grand, le plus beau, le plus fort ! Pas de problème, nous sommes aux Etats-Unis ! Jusqu’à présent, on savait que le Mauna Kea sur la Grande Ile d’Hawaii était la plus haute montagne du monde avec 4.207 mètres au-dessus du niveau de la mer, mais 10 210 mètres depuis le plancher océanique. On savait aussi que son voisin, le Mauna Loa, avait la masse de lave la plus importante au monde. Or, au vu d’une étude hawaïenne parue le 8 mai 2020 dans la revue Earth and Planetary Science Letters, le Mauna Loa serait largement devancé par le Pūhāhonu, deux affleurements rocheux perdus au milieu de l’océan Pacifique Nord, à 1100 kilomètres au nord-ouest d’Honolulu. En hawaïen, ce nom signifie « tortue remontant à la surface pour respirer ». Pourtant, sous cette appellation inoffensive se cache le plus grand volcan du monde.

Découverts le 2 juin 1820 par un baleinier américain, ces deux rochers du Pūhāhonu présentent une hauteur de 4.500 mètres depuis le fond de l’océan.Si la taille de cette formation géologique est déjà impressionnante, son volume l’est encore plus car cette masse ne représenterait qu’un tiers du volume total du volcan. L’autre partie se trouve sous le plancher océanique. Selon une analyse au sonar réalisée en 2014, la montagne aurait un volume de 150 000 kilomètres cubes. Les chercheurs expliquent que le volcan est si lourd qu’il a fait s’affaisser la croûte terrestre de plusieurs centaines de mètres sous son poids.

Avec un tel volume, le Pūhāhonu surclasse le Mauna Loa et ses 83 000 kilomètres cubes de roche. Il serait pratiquement deux fois plus imposant que son compatriote.

Cette taille colossale du Pūhāhonu serait due à sa situation sur un point chaud. La température extrêmement élevée du magma en provenance du manteau terrestre aurait permis une production de roche en fusion plus importante que la moyenne.

Source : D’après un article paru sur le site web de GEO.

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The biggest, the most beautiful, the strongest! Sure, we are in the United States! Until now, Mauna Kea on Hawaii Big Island has been known to be the tallest mountain in the world at 4,207 metres above sea level, but 10,210 metres measures from the ocean floor. It was also known that its neighbour, Mauna Loa, had the largest mass of lava in the world. However, in view of a Hawaiian study published on May 8th, 2020 in the journal Earth and Planetary Science Letters, Mauna Loa is largely preceded by Pūhāhonu, two rocky outcrops lost in the middle of the North Pacific Ocean, 1,100 kilometres to the northwest of Honolulu. In Hawaiian, this name means « turtle rising to the surface to breathe ». However, under this harmless designation hides the largest volcano in the world.
Discovered on June 2nd, 1820 by an American whaler, the two rocks of Pūhāhonu have a height of 4,500 metres from the bottom of the ocean. If the size of this geological formation is already impressive, its volume is even more because this mass represents only a third of the total volume of the volcano. The other part is under the ocean floor. According to a sonar analysis carried out in 2014, the mountain has a volume of 150,000 cubic kilometres. Researchers explain that the volcano is so heavy that it has caused the Earth’s crust to sag hundreds of metres under its weight.
With such a volume, Pūhāhonu outperforms Mauna Loa and its 83,000 cubic kilometres of rock. It is almost twice as imposing as his compatriot.
This colossal size of Pūhāhonu is probably due to its location on a hot spot. The extremely high temperature of the magma coming from the Earth’s mantle probably allowed a production of molten rock higher than average.
Source: Based on an article on the GEO website.

Mauna Kea et Mauna Loa (Photo: C. Grandpey)

Astronomie et traditions à Hawaii (2) // Hawaii: The telescope vs. the volcano (2)

Un manque de concertation.
S’agissant des kia’i, l’opposition ne concerne pas seulement le Mauna Kea, ils reprochent à l’astronomie et à la science en général leur mode de fonctionnement. Un leader des kia’i a souligné que la solution n’était pas simplement de déplacer le TMT, comme certains astronomes ont commencé à le demander ; il s’agit de trouver un endroit où les gens l’accepteront vraiment. Cela nécessite une nouvelle approche du projet. En particulier, il serait souhaitable que les scientifiques cherchant à démarrer un nouveau projet intègrent les communautés locales dans les discussions bien avant le début de toute opposition, et avant même la mise en place du projet.

Une histoire d’eau.

Pour les Hawaïens de souche, une autre préoccupation concerne l’eau. Elle est présente dans les cérémonies traditionnelles organisées contre la construction du TMT. Les Hawaiiens rappellent son parcours à travers l’île et le cycle de l’eau de l’océan aux nuages ​​en passant par la pluie, les chutes d’eau, les étangs, les rivières, les champs cultivés, les estuaires et l’océan.
On remarquera une autre ironie dans la controverse. En effet, le TMT pourrait permettre aux astronomes d’identifier des planètes avec de l’eau dans leur atmosphère, un premier pas vers la recherche d’un monde habitable. Mais les kia’i répondent qu’ils connaissent déjà une planète très habitable et qui possède ce précieux liquide dans son atmosphère. Ils considèrent qu’il leur incombe de protéger cette eau et la montagne qui la recèle.
L’une des préoccupations des autochtones hawaïens est le traitement de l’eau par les observatoires. L’un des indigènes qui a travaillé sur le sommet a constaté l’utilisation de substances dangereuses, comme des bombes d’insecticides et le présence de mercure. Il s’est rendu compte qu’un seul observatoire prêtait attention à ces questions. La réponse du TMT est que ces accusations sont totalement infondées. Il n’y a aucune preuve que l’observatoire pourrait polluer l’eau car les puits les plus proches sont à environ 20 kilomètres. De plus, les observatoires n’utilisent jamais le mercure, le pire des produits chimiques pour nettoyer les miroirs des télescopes. Les observatoires disposent de leur propre moyen de transport, que ce soit pour les déchets ou pour le personnel.

TMT : un avenir incertain.
On ne sait pas ce qu’il adviendra du TMT. Si les gestionnaires du projet TMT décident que le site du Mauna Kea ne vaut plus la peine, comme l’espèrent les kia’i, ils s’orienteront vers les Iles Canaries. On ne sait pas combien de temps ils sont disposés à attendre pour commencer la construction qui devrait durer 10 ans.
Un délai encore plus serré se profile également pour le Mauna Kea: le contrat de bail entre l’État et l’Université d’Hawaï, qui régit la sous-location de chaque observatoire, expirera en 2033. On ne sait pas à quoi pourraient ressembler les nouvelles négociations du bail, mais il est probable qu’elles ne ressembleront pas au processus qui a conduit à l’accord initial il y a des décennies.
Même les adversaires les plus acharnés du TMT ne demandent pas la suppression de tous les télescopes. Ils veulent seulement que les observatoires soient de meilleurs voisins, plus sensibles aux préoccupations locales et plus respectueux de la terre à partir de laquelle ils étudient les étoiles. Les kia’i insistent sur le fait qu’ils n’essaient pas d’arrêter la science: ils essaient plutôt de l’améliorer. Un Hawaïen de souche, ancien technicien de télescopes, a déclaré: « La science qui ne permet pas à l’humanité d’avoir une Terre meilleure n’est peut-être pas la science dont nous avons besoin. »
Source: Adapté d’un article paru sur le site Space.com.

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 A lack of consultation.

For the kia’i, their opposition is not just about Mauna Kea, it’s about the way astronomy and science in general operates. One leader of the kia’i emphasized that the solution was not merely for the TMT to move, as some astronomers have begun to call for, but to find a location where people truly welcome it. That could require a new way of approaching such projects. In particular, scientists looking to start a new project would be wise to incorporate local communities in discussions long before any opposition begins, and long before it is even a project.

A concern about water.

For native Hawaiians, another concern is that water. It is present in the traditional ceremonies organised against the TMT construction. They trace water on its journey throughout the island and the water cycle, from ocean to clouds to rain to waterfalls to ponds to rivers to cultivated fields to estuaries to ocean.

It is another irony in the controversy: Among other discoveries, the TMT could help astronomers identify planets with water in their atmospheres, a first step toward finding a habitable world. But the kia’i say it already knows of one very habitable planet with that precious liquid in its atmosphere, and they consider it their responsibility to protect that water and the mountain that anchors it to the Big Island.

One of the Native Hawaiians’ concerns about astronomy at Mauna Kea has been the observatories’ treatment of the water. One of the natives who worked on the summit saw spills of hazardous substances from bug spray to mercury, and there was evidence of only one existing observatory addressing those issues. The TMT’s response is that those concerns are completely unfounded. There’s no evidence the observatory could affect the water as the nearest wells are about 20 kilometres away. Beside, the observatories won’t rely on mercury, the worst of the chemicals used to clean telescope mirrors. The facilities have a system to transport wastewater from science operations and human staff support alike off the mountain.

TMT: An uncertain future.

It is not clear what the TMT’s steps forward might be. If the TMT decides the Mauna Kea site is no longer worth the pain, as the kia’i hope, they will take their plans to the Canary Islands. It’s unclear how much longer they are willing to wait to begin construction  which is scheduled to last 10 years.

A sharper deadline is also looming over Mauna Kea: the master lease agreement between the state and the University of Hawaii, which governs every observatory’s sublease, will expire in 2033. What negotiations might look like is still unclear, but chances are they will not resemble the process that led to the original agreement decades ago.

Even the most strident opponents of TMT are not calling for all the telescopes to be removed. They do, however, want the observatories to be better neighbours, more responsive to local concerns and more respectful of the land from which they study the stars. The kia’i insist they are not trying to stop science: Instead, they are trying to improve it. A native Hawaiian who is a former telescope technician said: « Science that doesn’t empower humanity for a better Earth is maybe not the science we need to be doing. »

Source: Adapted from an article on Space.com.

Photos: C. Grandpey

Astronomie et traditions à Hawaii (1) // Hawaii: The telescope vs. the volcano (1)

Une tradition bien ancrée.

Le projet de télescope géant – le Thirty Meter Telescope, ou TMT – au sommet du Mauna Kea, un volcan sur la Grande Ile d’Hawaii, est la source de nombreux conflits entre les autorités et les Hawaïens de souche qui se font appeler les kia’i, ou protecteurs. Depuis le début du projet, des cérémonies traditionnelles sont organisées contre la construction du télescope géant sur ce que certains considèrent comme une terre sacrée. Pendant des siècles, les Hawaïens de souche sont venus pratiquer ces cérémonies sur la montagne. L’atmosphère ténue du sommet, à 4 000 mètres d’altitude, laisse peu d’oxygène à un cerveau humain. Pour les Hawaïens indigènes, ce peu d’oxygène est la preuve que le sommet est le domaine des divinités et que les humains ne peuvent s’y rendre qu’avec un but bien précis. Pour les kia’i, le TMT serait un télescope de trop sur un site qu’ils considèrent comme volé, sacré, et systématiquement mal géré. Ils désignent également un cercle où se dressent des centaines de sanctuaires à environ 300 mètres sous le sommet, et qui, selon eux, marquent la limite de la zone sacrée. La construction du TMT empièterait sur cet anneau, ce qui n’est pas acceptable.

L’histoire du TMT.

L’histoire du TMT a commencé en 2003, lorsqu’un partenariat sans but lucratif a été constitué entre deux universités californiennes et leurs homologues au Japon, en Chine, en Inde et au Canada. Baptisé TMT International Observatory, le groupe a décidé de concevoir un télescope avec un miroir d’observation gigantesque qui bouleverserait nos connaissances scientifiques. Il permettrait des découvertes susceptibles d’aborder certaines des questions existentielles de l’astronomie et changer l’humanité à jamais.
En 2009, le TMT a jeté son dévolu sur le sommet du Mauna Kea. Depuis cette époque, il a fallu négocier l’accès et la construction avec l’État qui est propriétaire du terrain, et l’Université d’Hawaï qui gère l’astronomie. Il y a eu plusieurs affaires judiciaires concernant les permis requis pour la construction. Lorsque la construction du TMT a été tentée en 2014, les kia’i ont interrompu cette initiative. Les tensions ont atteint leur paroxysme en juillet 2019, quand il a été annoncé que la construction du TMT allait reprendre. Les kia’i se sont alors mobilisés ; ils ont bloqué les camions et barré la route vers le sommet.

Le Mauna Kea : un site astronomique exceptionnel.

Certains habitants d’Hawaii et des hawaïens de souche soutiennent le TMT. Ils considèrent que les télescopes sont des successeurs modernes des anciens navigateurs qui se servaient des étoiles pour s’orienter. De plus, de tels télescopes constituent un maillon vital de l’économie locale et offrent des opportunités en matière d’éducation et d’emploi pour leurs enfants.
Pour les scientifiques qui souhaitent construire le TMT, le sommet du Mauna Kea est tout simplement le meilleur site possible. Ils ont besoin d’un site dans l’hémisphère Nord permettant de faciliter les partenariats avec les télescopes du sud, comme le Télescope Magellan Géant en construction au Chili.
Ensuite, il y a une question d’atmosphère. Le sommet du Mauna Kea est considéré comme l’un des meilleurs endroits sur Terre pour l’astronomie. Ironiquement, c’est pour cette même raison – la raréfaction de l’oxygène – que les Hawaïens indigènes considèrent le sommet sacré. Comme beaucoup d’autres télescopes dans le monde, le TMT doit se trouver sur un site au sommet d’une montagne, loin des couches inférieures de l’atmosphère terrestre qui peuvent perturber les images des télescopes. Cependant, même au sommet du Mauna Kea, le résultat n’est pas parfait. C’est pourquoi le TMT sera équipé d’un système d’optique adaptative, qui mesure et soustrait automatiquement les perturbations causées par l’atmosphère.

Source: Adapté d’un article paru sur le site Space.com.

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 A long-standing tradition.

The project of a giant telescope – the Thirty Meter Telescope, or TMT – on the summit of Mauna Kea volcano on Hawaii Big Island has triggered a lot of conflicts between the authorities and native Hawaiians who call themselves kia’i, or protectors..

Since the start of the project, traditional ceremonies have been organised against the construction of the massive telescope on what some consider sacred land.

For centuries, Hawaiian natives have come to the mountain. The tenuous atmosphere at the summit, 4,000 metres above sea level, leaves little oxygen to feed a human brain. For native Hawaiians, that shortage of oxygen is a sign that the summit is the realm of deities and that humans should visit only for specific purposes. For the kia’i, the TMT would be one telescope too many at a site they see as stolen, sacred, delicate and consistently mismanaged. The kia’i can also point to a ring of hundreds of shrines about 300 metres below the summit, which they say marks the edge of the most sacred zone. The TMT construction would run right through that ring, and that is not acceptable.

The story of the TMT.

The story of the TMT began in 2003, when a nonprofit partnership formed between two universities in California and counterparts in Japan, China, India and Canada. Now called TMT International Observatory, the group set out to design a telescope with such a massive observing mirror that it would change science forever. Its findings could tackle some of astronomy’s existential questions and change humanity forever.

In 2009, the TMT set its sights on the summit of Mauna Kea; since then, it has worked to negotiate access and construction with the State, which owns the land, and the University of Hawaii, which manages the astronomy precinct. There have been multiple court cases over the permits required for construction. When the TMT tried to break ground in 2014, the kia’i interrupted the ceremony. Tensions came to a head in July 2019, when the TMT announced it was ready to try building again and the kia’i mobilized, blocking construction trucks from the road that climbs to the summit.

Mauna Kea: Perfect for astronomy.

Some Hawaiian residents and native Hawaiians support the TMT, seeing the telescopes as modern successors to the islanders’ expertise at navigating by the stars, as a vital segment of the local economy, and as a pathway to educational and employment opportunities for their children.

For scientists hoping to build the TMT, the summit of Mauna Kea is simply the best possible site. They want a Northern Hemisphere location to better facilitate partnerships with telescopes in the south, including the equally massive Giant Magellan Telescope already under construction in Chile.

Then, it is a matter of atmospheres. The summit of the volcano is considered among the best places on Earth for ground-based astronomy. Ironically, it is for the same reasons native Hawaiians consider the peak sacred: the barely-there oxygen. Like so many telescopes around the world, TMT is expected to be on a mountaintop site away from the lower layers of Earth’s atmosphere which can blur telescope images. Even the summit’s view, however, leaves astronomers dissatisfied. That’s why the TMT would be armed with an adaptive optics system, which measures and automatically subtracts blurriness caused by the atmosphere.

Source: Adapted from an article on Space.com.

Photos: C. Grandpey