Un séisme pourrait-il déclencher une éruption sur le Mauna Loa (Hawaii) ? // Could an earthquake trigger an eruption on Mauna Loa (Hawaii)) ?

La relation entre les séismes et les éruptions volcaniques n’a jamais été clairement établie. Lors de ma conférence « Volcans et Risques volcaniques », j’explique que la sismicité est forcément présente lors d’une éruption car il se produit une fracturation des roches lors de l’ascension du magma. L’apparition du tremor éruptif est généralement le signe qu’une éruption est sur le point de commencer et que la lave va percer la surface.

Cependant, lorsqu’un séisme important est enregistré à proximité d’un volcan, cela ne signifie pas forcément que ce volcan va entrer en éruption. Le mont Fuji en est un bon exemple. Après le puissant séisme de Tohoku le 11 mars 2011, on craignait que le mont Fuji entre en éruption. Les volcanologues pensaient que l’événement avait probablement augmenté les contraintes sur le volcan. Certains scientifiques français sont allés jusqu’à dire que le mont Fuji était «dans un état critique». En fait, aucune éruption n’a jamais eu lieu.

Une nouvelle étude* menée par des scientifiques de l’Université de Miami met en lumière les aléas liés au Mauna Loa (Hawaï) et explique qu’un puissant séisme pourrait déclencher une éruption. Les chercheurs ont étudié les mouvements du sol mesurés au travers des données satellitaires du radar interférométrique à synthèse d’ouverture (InSAR) et des stations GPS. Ils ont ainsi obtenu un modèle précis de l’endroit où a eu lieu l’intrusion magmatique et de la façon dont le magma a évolué au fil du temps, ainsi que de l’endroit où les failles se sont déplacées sous les flancs du volcan, sans toutefois générer de séismes.

On peut lire dans l’étude qu’un séisme de magnitude 6 ou plus soulagerait les contraintes liées à l’afflux de magma le long d’une faille subhorizontale sous le flanc ouest du volcan. Ce séisme pourrait déclencher une éruption. On remarquera l’utilisation permanente du conditionnel !

Les chercheurs ont découvert que de 2014 à 2020, un volume de 0,11 km3 de nouveau magma s’est introduit, en formant une espèce de dyke, sous et au sud de la caldeira sommitale, avec la partie supérieure de ce dyke à une profondeur d’environ 3 km.

L’étude nous rappelle qu’il existe sur le Mauna Loa une relation étroite entre les mouvements des flancs du volcan et les éruptions. L’arrivée de nouveau magma a commencé en 2014 après plus de quatre ans de mouvement vers la mer du flanc Est, ce qui a ouvert un espace dans la zone du rift, de sorte que le magma a pu s’y introduire.

Un séisme entraînerait une libération des gaz, un peu comme quand on agite une bouteille d’eau gazeuse. Cette libération des gaz générerait une pression suffisante pour rompre la couche de roche au-dessus du magma.

Cependant, les chercheurs admettent qu’il existe de nombreuses incertitudes concernant le déclenchement d’une éruption. Bien que les contraintes qui s’exercent le long de la faille soient connues, la magnitude du séisme dépendra de la taille de la zone de faille qui se rompra. De plus, on ne possède pas de données satellitaires pour identifier les mouvements de failles avant 2002.

*Reference : « Southward growth of Mauna Loa’s dike-like magma body driven by topographic stress » – Varugu, B., & Amelung, F. – Scientific Reports.

Source: The Watchers.

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The relationship between earthquakes and volcanic eruptions has never been clearly proved. During my conference “Volcanoes and Volcabic Hazards”, I explain that seismicity is recorded during an eruption because rock fracturing occurs during the ascent of magma and the happening of the eruptive tremor is usually a sign that an eruption is about to start with lava appearing at the surface.

However, when a significant earthquake is recorded near a volcano, this does not mean that this volcano is going to erupt. A good example of this is Mount Fuji. After the Tohoku earthquake on March 11th, 2011, it was feared that Mt Fuji might erupt because the earthquake probably increased the pressure on the volcano. Some Frenc scientists went as far as saying thet Mt Fuji was “in a critical state.” Actually, no eruption ever occurred.

A new study* by scientists from the University of Miami (UM) sheds light on the hazards related to Mauna Loa (Hawaii) and has found that a large earthquake could set off an eruption. The researchers studied ground movements measured by Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) satellite data and GPS stations and got a precise model of where magma intruded and how magma changed over time, as well as where faults moved under the flanks, without generating earthquakes.

We can read in the study that “an earthquake of magnitude-6 or greater would relieve the stress imparted by the influx of magma along a sub-horizontal fault under the western flank of the volcano. This earthquake could trigger an eruption.” We can notice that the conditional is used all along the way!

The researchers found that from 2014 to 2020, a total of 0.11 km3 of new magma intruded into a dike-like magma body under and south of the summit caldera, with the upper edge at a depth of about 3 km.

The study reminds us that at Mauna Loa, flank motion and eruptions are inherently related. The influx of new magma started in 2014 after more than four years of seaward motion of the eastern flank, which opened up space in the rift zone for the magma to intrude.

An earthquake would release gases from the magma comparable to shaking a soda bottle, generating additional pressure and buoyancy, sufficient to break the rock above the magma.

However, the researchers admit there are many uncertainties regarding the eruption. Though the stress that was exerted along the fault is known, the magnitude will depend on the size of the fault patch that will rupture. In addition, there are no satellite data available to identify the movements before 2002.

*Reference : « Southward growth of Mauna Loa’s dike-like magma body driven by topographic stress » – Varugu, B., & Amelung, F. – Scientific Reports.

Source: The Watchers.

Les zones de rift sur le Mauna Loa (Source : USGS)

Calibrage des gravimètres sur le Mauna Kea (Hawaii) // Calibrating gravimeters on Mauna Kea (Hawaii)

Un nouvel article publié par l’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le HVO, nous explique comment la mesure de la gravité sur le Mauna Kea permet de surveiller le Mauna Loa. Au début de l’article, un scientifique conduit son 4X4 entre Hilo et le sommet du Mauna Kea avec deux gravimètres identiques à l’intérieur de son véhicule. Il s’arrête une demi-douzaine de fois au niveau de points de repère (benchmarks) installés depuis les années 1960. C’est ici qu’il va utiliser les deux gravimètres pour mesurer les variations d’intensité du champ de pesanteur.

Les gravimètres sont des instruments extrêmement précis capables de mesurer les variations de force gravitationnelle avec une précision de l’ordre du milligal [Le milligal, mgal, correspond à un millième de gal qui est l’unité CGS d’accélération (1 gal = 1 cm/s2)]. Cette force varie en fonction de la distance et de la quantité de masse entre l’instrument et le centre de la Terre. Tout comme la pression atmosphérique, elle varie en fonction de l’altitude. Plus on monte en altitude, plus on s’éloigne du centre de la Terre et plus la force gravitationnelle est faible. Cet effet d’élévation est la principale contribution aux changements de gravité mesurés sur le Mauna Kea. Les variations du champ de pesanteur ne sont pas aussi perceptibles que le changement d’atmosphère (il est difficile de respirer au sommet), mais une personne de taille moyenne pèse environ 150 grammes de moins – le poids d’une orange – au sommet du Mauna Kea que dans la ville de Hilo!

Depuis les années 1970,  les scientifiques mesurent les  petits changements de gravité (microgravité), variables avec le temps, sur le Mauna Loa et le Kilauea pour savoir si du magma s’accumule dans leurs réservoirs magmatiques. Cette intrusion magmatique ouvre et remplit souvent des fractures et / ou des espaces vides à l’intérieur de l’édifice volcanique, ce qui provoque une augmentation de la masse du volcan qui peut être mesurée avec un gravimètre.

La mesure de la gravité est un moyen de savoir ou de confirmer si l’inflation en cours, comme celle observée sur le Mauna Loa depuis 2014, est provoquée par l’arrivée d’un nouveau magma à l’intérieur du volcan. Comme indiqué précédemment, les gravimètres sont des appareils extrêmement précis et sensibles et ils nécessitent un étalonnage régulier. Comme l’effet principal mesuré provient des changements d’altitude, il est nécessaire de calibrer les gravimètres sur le Mauna Kea pour mesurer les changements provoqués par l’activité volcanique du Mauna Loa (4170 m). Le Mauna Kea (4207 m) convient parfaitement car il n’est pas influencé par l’activité volcanique étant donné que la dernière éruption du volcan remonte à plus de 4 500 ans.

Sans le Mauna Kea, les scientifiques du HVO devraient envoyer pour calibrage les gravimètres en Californie, avec le risque qu’ils soient endommagés pendant le voyage. La possibilité de calibrer les gravimètres du HVO sur Mauna Kea permet de concevoir un programme de surveillance gravimétrique pour mieux comprendre l’activité volcanique du Mauna Loa. Parallèlement à la déformation du sol et à la sismicité, les levés gravimétriques permettent de détecter la quantité de magma qui arrive lentement dans la chambre magmatique superficielle du Mauna Loa.

Source: USGS / HVO.

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A new article released by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) explains us how measuring gravity on Mauna Kea helps monitor Mauna Loa. The Observatory starts the article with a scientist driving between Hilo and the summit of Mauna Kea with two identical gravimeters in his car. He stops approximately half a dozen times at a series of benchmarks established beginning in the 1960s. At these benchmarks, the scientist uses the two gravimeters to measure the variation of the force in gravity.

Gravimeters, essentially extremely precise pendulums, can measure a change in the force of gravity to one-in-one billionth of the force one can feel every day. This force varies based on the distance and the amount of mass between the instrument and the center of the Earth.

Just like atmospheric pressure, the force of gravity changes depending on altitude. The higher in elevation one goes, the farther away one gets away from the centre of the Earth, and the weaker the force of gravity. This elevation effect is the primary contribution to changes in gravity measured on Mauna Kea. The changes in gravity are not as noticeable as the change in the atmosphere (it’s hard to breathe at the summit), but the average person also weighs about one-third of a pound less – the weight of an orange – at the summit of Mauna Kea than in Hilo!

Since the 1970s, small changes in time-varying gravity (microgravity) have been measured on Mauna Loa and Kilauea, both active volcanoes, to determine whether magma is accumulating in their magma reservoirs. This intruding magma often opens and fills cracks and/or empty spaces, causing a net increase in the volcano’s mass that can be measured with a gravimeter.

Measuring the gravity is an independent way to confirm whether ongoing uplift, like that occurring at Mauna Loa since 2014, is from new magma intruding into the volcano.

The precision and sensitivity of the gravimeters make them extremely delicate, and they require regular calibration. As the dominant effect that is measured is from changes in elevation, the ability to measure volcanic changes on the high elevations of Mauna Loa (4,170 m) requires to calibrate the instruments over similar elevations on Mauna Kea where there is currently no influence from volcanic activity. The volcano’s last eruption was more than 4,500 years ago.

Without Mauna Kea, HVO scientists would have to send the gravimeters back to California to be calibrated, making them susceptible to damage on their long journey. The opportunity to calibrate HVO gravimeters on Mauna Kea provides the ability to design a gravity monitoring program to help understand volcanic unrest at Mauna Loa. Along with ground deformation and seismicity, future gravity surveys could help detect how much magma is slowly being supplied to Mauna Loa’s shallow magma storage system.

Source: USGS / HVO.

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

Concentration catastrophique de CO2 dans l’atmosphère ! // Disastrous CO2 concentration in the atmosphere !

La NOAA indique qu’au cours de la dernière semaine d’avril 2021, la concentration de CO2 dans l’atmosphère a atteint un record : 420 ppm ! Du jamais vu ! La concentration est actuellement 50% plus élevée qu’avant la révolution industrielle.

Comme je l’ai déjà expliqué, les mesures sont effectuées sur le volcan Mauna Loa à Hawaii. Venant s’ajouter aux relevés des carottes de glace et aux chiffres publiés par les différentes études, elles montrent que de telles valeurs n’ont pas été observées depuis au moins 800 000 ans, peut-être même depuis trois millions d’années. La moyenne pour mars 2021 avait déjà atteint 417,64 parties par million (ppm).

Sur la dernière semaine du mois d’avril, la concentration a grimpé à 420 ppm. C’est la première fois qu’une moyenne hebdomadaire atteint ce seuil. Le 3 avril, la NOAA avait rapporté une concentration de 421,21 ppm. Il s’agissait de la première mesure quotidienne au-dessus de 420 ppm, mais une journée n’est pas forcément représentative des conditions moyennes. Les mesures quotidiennes fluctuent souvent de quelques ppm autour de la moyenne mensuelle, en raison des vents qui amènent des régions d’air localisées avec des concentrations de CO2 plus ou moins élevées vers les sites de mesure.  Cette fois, c’est sur une semaine que les 420 ppm ont été dépassés. On sait déjà que la moyenne mensuelle de mai 2021 se rapprochera encore un peu plus des 420 ppm. Au rythme actuel, le seuil sera sans doute franchi en 2022.

De juin à septembre, les concentrations de CO2 sur le Mauna Loa ont suivi la baisse temporaire habituelle due à l’absorption de carbone par les écosystèmes de l’hémisphère nord. Au printemps et en été, les plantes absorbent plus de dioxyde de carbone par la photosynthèse qu’elles n’en libèrent par la respiration et les concentrations de dioxyde de carbone dans l’air diminuent. En automne et en hiver, les plantes réduisent ou même arrêtent la photosynthèse, libérant du dioxyde de carbone dans l’air. C’est le cycle naturel du carbone. Malgré ces cycles, le CO2 atmosphérique annuel moyen augmente d’année en année.

En 2020, la réduction des émissions (à ne pas confondre avec les concentrations) n’avait pas été suffisante pour avoir un impact substantiel sur l’accumulation de CO2 dans l’atmosphère. La réduction d’émissions liées au Covid a entraîné un ralentissement de la croissance du CO2 d’environ 0,4 ppm, soit 14%. Les chercheurs estiment que pour enrayer la hausse de la concentration, une baisse de 50% des émissions mondiales de CO2 serait nécessaire, bien au-delà de la réduction observée lors de la pandémie.

Source : NOAA, global-climat.

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NOAA reports that during the last week of April 2021, the concentration of CO2 in the atmosphere reached a record high: 420 ppm! Never seen before ! The concentration is currently 50% higher than before the industrial revolution. As I have already explained, the measurements are carried out on the Mauna Loa volcano in Hawaii. In addition to the ice core surveys and the figures published by various studies, they show that such values ​​have not been observed for at least 800,000 years, perhaps even three million years. The average for March 2021 had already reached 417.64 parts per million (ppm).

In the last week of April, the concentration soared to 420 ppm. This is the first time that a weekly average has reached this threshold. On April 3rd, NOAA reported a concentration of 421.21 ppm. This was the first daily reading above 420 ppm, but one day is not necessarily representative of average conditions. Daily measurements often fluctuate by a few ppm around the monthly average, due to winds that bring localized regions of air with higher or lower CO2 concentrations to the measurement sites. This time, the 420 ppm was exceeded over a week. We already know that the monthly average for May 2021 will be even closer to 420 ppm. At the current rate, the threshold will undoubtedly be crossed in 2022.

From June to September, CO2 concentrations on Mauna Loa followed the usual temporary decline due to carbon uptake by northern hemisphere ecosystems. In spring and summer, plants take up more carbon dioxide through photosynthesis than they release through respiration, and carbon dioxide concentrations in the air decrease. In autumn and winter, plants reduce or even stop photosynthesis, releasing carbon dioxide into the air. This is the natural carbon cycle. Despite these cycles, the average annual atmospheric CO2 increases year by year.

In 2020, the reduction in emissions (not to be confused with concentrations) had not been sufficient to have a substantial impact on the accumulation of CO2 in the atmosphere. The reduction in Covid-related emissions resulted in a slowdown in CO2 growth of around 0.4 ppm, or 14%. The researchers estimate that to halt the rise in concentration, a 50% drop in global CO2 emissions would be necessary, well beyond the reduction observed during the pandemic.

Source: NOAA, global-climat.

Source : NOAA

Mauna Loa: une éruption à court terme ? // A short-term eruption ?

34 séismes ont de nouveau été enregistrés sur le Mauna Loa le 11 avril 2021. Bien qu’ils n’aient que de faibles magnitudes, les scientifiques ont prévenu la population que la hausse de l’activité sismique observée depuis quelque temps peut annoncer une éruption dans un proche avenir. On a enregistré 155 séismes d’une magnitude supérieure à M 1,5 au cours des sept derniers jours et 740 événements au cours du mois dernier, dont une secousse de M 4,3 le 3 avril.

Le séisme le plus important du 11 avril avait une magnitude de M 3,2, avec son épicentre à Pahala, au sud du sommet du Mauna Loa. Un séisme de M 3.0 a également été enregistré dans l’après-midi de ce même jour.

En mars, au vu de la sismicité, l’USGS a déclaré que ce serait le bon moment pour la population de mettre à jour les plans d’urgence personnels en cas d’éruption. Les données historiques montrent que, lors des éruptions précédentes, les coulées de lave n’ont mis que quelques heures pour atteindre les zones habitées. On se trouve dans la même situation que celle qui précède la saison des ouragans. Il est conseillé d’avoir un plan d’urgence en cas d’éruption. Un «go-bag» (sac d’urgence) avec des articles essentiels et les documents importants est recommandé si des évacuations sont ordonnées dans l’urgence en cas d’éruption.

Les éruptions du Mauna Loa ont tendance à produire de grandes coulées de lave rapides qui peuvent avoir un impact sur les localités dans les parties est et ouest de la Grande Ile, de Kona à Hilo. Hilo, à l’est d’Hawaï, s’est trouvée sous la menace de sept coulées de lave depuis les années 1850. En 1984, la lave s’est arrêtée à environ 6 kilomètres de la ville. Sur les côtés sud et ouest de l’île, des coulées de lave ont atteint la côte à huit reprises, dont trois fois en 1950.

Source: Presse hawaiienne.

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34 earthquakes were again recorded on Mauna Loa on April 11th, 2021. Though only registering small magnitudes, scientists have warned citizens that the mounting seismic activity could signal that an eruption may be possible in the near future. There have been 155 earthquakes greater than M 1.5 in the past seven days, and 740 in the past month, including an M 4.3 event on April 3rd.

The most significant quake on April 11th had a magnitude of M 3.2, with its epicentre in Pahala, south of the summit of Mauna Loa. An M 3.0 tremor also struck in the afternoon of that same day.

In March, USGS said that as the volcano continues to awaken from its slumber, it would be a good time for people to revisit their personal emergency plans in the event of an eruption. Historical data shows that in previous eruptions it could take just hours for lava flows to reach populated areas. Similar to preparing for hurricane season, having an eruption plan in advance helps during an emergency. A “go-bag” with essential items and important documents is recommended, should evacuations be ordered in the event of an eruption.

Mauna Loa eruptions tend to produce large, fast-moving lava flows that can impact communities on both the east and west sides of the Big Island from Kona to Hilo.

Hilo in the east of Hawaii has been threatened by seven lava flows since the 1850s. In 1984, the lava stopped approximately 6 kilometres from the city. On the south and west sides of the island, lava flows have reached the coast eight times, including three times in 1950.

Source : Hawaiian news media.

Impact prévisible des coulées de lave du Mauna Loa (Source : USGS)