Origine des dépôts de tephra sur la Grande Ile d’Hawaii // Origin of tephra deposits on Hawaii Big Island

Le Mauna Loa et le Kilauea sont les deux volcans les plus actifs de la Grande Ile d’Hawaï et leurs histoires éruptives se chevauchent. Ils sont situés à faible distance d’un de l’autre; leurs cratères sommitaux ne sont éloignés que d’environ 34 kilomètres.De plus, une partie du Kilauea s’est édifiée sur le flanc sud-est du Mauna Loa, le plus ancien des deux volcans.
Le Mauna Loa et le Kilauea produisent des coulées de lave qui peuvent parcourir plusieurs kilomètres depuis la source. De plus, ils émettent des panaches de tephra qui peut monter haut dans l’atmosphère et parcourir de longues distances en étant poussés par le vent. C’est pourquoi il peut parfois être difficile de déterminer quel volcan est responsable d’une coulée de lave ou d’un dépôt de tephra.
Connaître la source des matériaux émis, qu’il s’agisse du Mauna Loa ou du Kilauea, est important pour évaluer les risques volcaniques sur la Grande Ile d’Hawaï. Les géologues se tournent vers les événements du passé, qu’ils soient effusifs ou explosifs, pour comprendre la fréquence des éruptions volcaniques. Le calcul des intervalles de récurrence permet de déterminer la fréquence à laquelle des événements effusifs ou explosifs se produisent, et cela peut aider à prévoir quand ils sont susceptibles de se produire à l’avenir.
Par exemple, si les géologues observent un affleurement dans lequel six couches de tephra sont prises en sandwich entre une coulée de lave supérieure datée d’il y a 800 ans et une coulée de lave inférieure datée d’il y a 2 000 ans – donc avec une période de temps de 1 200 ans entre les deux coulées – ils peuvent conclure que l’intervalle de récurrence minimum serait de 200 ans (1 200 ans divisés par six éruptions explosives). Cela signifie qu’un événement éruptif explosif s’est produit, en moyenne, tous les 200 ans au cours de cette période de 1 200 ans. Si on sait qu’il y a six couches de tephra, mais si on ne sait pas si elles proviennent du Mauna Loa ou du Kilauea, il est difficile de comprendre à quelle fréquence les éruptions se sont produites à partir de chacun de ces volcans.
Par exemple, si une seule des couches de tephra provient du Mauna Loa, l’intervalle de récurrence minimum est de 240 ans pour le Kilauea et de plus de 1 200 ans pour le Mauna Loa. Mais si trois des couches de tephra proviennent du Mauna Loa, l’intervalle de récurrence minimum est de 400 ans pour le Kilauea et de 400 ans pour le Mauna Loa.
Afin de déterminer quel volcan a produit telle coulée ou tel couche de tephra, les géologues ont recours à plusieurs méthodes. Ils utilisent souvent une cartographie détaillée. En effet, une éruption explosive laisse généralement des dépôts plus épais près de la source et ils s’amincissent en s’éloignant de cette même source.
Les géologues peuvent également avoir recours à la géochimie pour déterminer si un produit éruptif particulier provient du Mauna Loa ou du Kilauea. Des études ont montré que les deux volcans ont des signatures géochimiques différentes. Par exemple, les laves du Mauna Loa contiennent généralement plus de silice (Si) et moins de calcium (Ca), de titane (Ti) et de potassium (K) à une teneur donnée en magnésium (Mg) que les laves du Kilauea.
Par ailleurs, les deux volcans et leurs prédécesseurs plus anciens ont généralement des concentrations d’éléments traces et des signatures isotopiques différentes. Les géochimies définissent deux familles différentes le long de l’archipel hawaiien. Sur la Grande Ile d’Hawaï, le Mauna Loa et le Hualalai forment une famille, tandis que le Kilauea, le Mauna Kea et le Kohala en forment une autre. On pense que les différences chimiques proviennent du panache du point chaud et démontrent que les systèmes magmatiques des deux volcans ne sont pas interconnectés.
Une nouvelle étude a appliqué ces différences chimiques entre le Mauna Loa et le Kilauea pour comprendre la source volcanique des couches dans un dépôt de tephra de deux mètres d’épaisseur sur le flanc sud-est du Mauna Loa. Le dépôt de tephra se trouve à environ 19 kilomètres au sud de Moku’āweoweo, la caldeira sommitale du Mauna Loa, et à 35 kilomètres au sud-ouest de l’Halema’uma’u, le cratère sommital du Kilauea. En raison de la variation des directions du vent, l’un ou l’autre des volcans pourrait potentiellement être la source du dépôt de tephra. Les premières analyses chimiques d’éclats de verre volcanique prélevés dans les couches de tephra laissent supposer que des tephra du Kilauea et du Mauna Loa sont présents sur le site. Les tephra de l’ancienne éruption du Keanakākoʻi et de celle du Kulanaokuaiki, émis par le Kilauea, semblent être présents, ainsi qu’au moins une couche de tephra en provenance du Mauna Loa.
Les nouvelles données ainsi obtenues seront importantes pour déterminer les calculs d’intervalle de récurrence pour les événements explosifs sur le Mauna Loa et le Kilauea et permettront aux scientifiques du HVO de fournir des évaluations des risques plus fiables pour la Grande Ile d’Hawaï.
Source : USGS, HVO.

——————————————-

Mauna Loa and Kilauea are the two most active volcanoes on the Island of Hawaii, and they have overlapping eruption histories. They are located in close proximity, with their summit craters only about about 34 kilometers apart. In fact, part of Kilauea is built on the southeast flank of Mauna Loa, which is the older of the two volcanoes.

Both volcanoes produce lava flows that can travel many kilometers from the volcanic vent. Additionally, they produce tephra that can rise high into the atmosphere and travel long distances by wind. With this in mind, it can sometimes be difficult to determine which volcano is responsible for a specific lava flow or tephra layer.

Knowing the source of the erupted material, whether from Mauna Loa or Kilauea, is important for assessing volcanic hazards on Hawaii Big Island. Geologists look to past eruptions, both effusive and explosive, to understand the frequency of volcanic eruptions. Recurrence intervals can be calculated to determine how often effusive or explosive events occur, which can help forecast when they may occur in the future.

For example, if geologists observe an outcrop with six tephra layers sandwiched between an upper lava flow dated at 800 years ago and a lower lava flow dated at 2,000 years ago – a time period of 1,200 years preserved between the two flows – the minimum recurrence interval would be 200 years (1,200 years divided by six explosive eruptions). This means that an explosive eruptive event occurred, on average, every 200 years within that 1,200 year time period. If we know that there are six tephra layers, but we don’t know if they erupted from Mauna Loa or Kilauea, it is difficult to understand how often eruptions occurred from the individual volcanoes.

For example, if only one of the tephra layers were from Mauna Loa, the minimum recurrence interval would be 240 years for Kilauea and over 1,200 years for Mauna Loa. But if three of the tephra layers were from Mauna Loa, the minimum recurrence interval would be 400 years for Kilauea and 400 years for Mauna Loa.

In order to determine which volcano produced a certain flow or tephra, geologists resort to several methods. They often use detailed mapping. An explosive eruption, for example, will generally have thicker deposits near the source and thin out away from the source.

Geologists can also use geochemistry to determine if a particular eruptive product is from Mauna Loa or Kilauea. Studies have shown that the two volcanoes have different geochemical signatures. For example, Mauna Loa lavas generally have higher silica (Si) and lower calcium (Ca), titanium (Ti), and potassium (K) at a given magnesium (Mg) content than Kilauea lavas.

The two volcanoes and their older predecessors generally have different trace element concentrations and isotope signatures as well, with the geochemistries defining two different families along the island chain. On the Island of Hawaii, Mauna Loa and Hualalai form one family, while Kilauea, Mauna Kea, and Kohala form another. The chemical differences are thought to originate in the hotspot plume and demonstrate that the magma systems for the two volcanoes are not interconnected.

A new study is applying these geochemical differences between Mauna Loa and Kilauea to understand the volcanic source of individual layers within a two-meter-thick tephra exposure on the southeast flank of Mauna Loa. The exposure is located approximately 19 kilometers south of Moku‘āweoweo, the summit caldera of Mauna Loa, and 35 kilometers southwest of Halema’uma’u, the summit crater of Kilauea. Due to varying wind directions, either volcano could potentially be the source of the tephra.

Initial geochemistry obtained from fresh glass shards found in the tephra layers suggests that tephra from both Kilauea and Mauna Loa are present at the field site. Tephras from both the Keanakākoʻi Ash (circa 1500–1820 CE) and the Kulanaokuaiki Tephra (circa 400–1000 CE), which erupted from Kilauea, appear to be present, as well as at least one tephra layer from Mauna Loa.

The new data will be important for constraining recurrence interval calculations for explosive events on Mauna Loa and Kilauea and will help the USGS Hawaiian Volcano Observatory provide more robust hazard assessments for the Island of Hawaii.

Source : USGS, HVO.

Sommet du Mauna Loa (Crédit photo : USGS)

Caldeira sommitale du Mauna Loa (Photo : C. Grandpey)

Caldeira sommitale du Kilauea en 2006 (Photo: C. Grandpey)

Caldeita sommitale du Kilauea après l’éruption de 2018 (Crédit photo: HVO)

Hawaii : prise de conscience volcanique // Hawaii : Volcano Awareness

En janvier 2010, l’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le HVO, a organisé la première session du Volcano Awareness Month, autrement un mois de sensibilisation aux volcans de la Grand Ile. Le but de l’événement est de permettre à la population locale et aux visiteurs de mieux comprendre les volcans qui les entourent. D’autres événements semblables ont été organisés depuis cette époque. Le mois de janvier 2022 est donc une nouvelle occasion de mettre en valeur l’importance des volcans hawaiiens.
Une série d’entretiens enregistrés par le personnel du HVO sera publiée sur le site web de l’Observatoire tout au long du mois de janvier et répondra aux questions que les gens se posent sur les volcans. Les discussions porteront sur l’activité actuelle du Kilauea et sur les sursauts d’activité du Mauna Loa.
Les anniversaires d’éruptions en janvier incluent le début de l’éruption du Pu’uO’o sur la Middle East Rift Zone du Kilauea (1983-2018) et l’éruption de Kapoho en 1960. Jusqu’en 2018, ce furent les deux éruptions les plus destructrices du Kilauea. L’éruption de 2018, avec l’effondrement sommital du volcan et les gigantesque coulées de lave a été la plus dévastatrice des 200 dernières années.
Le Mauna Loa n’est pas entré en éruption depuis plus de 36 ans, mais il ne faudrait pas l’oublier en raison de l’impact potentiel que pourrait avoir une future grande éruption. Le mois de janvier marque l’anniversaire de l’éruption du Mauna Loa en 1859; la lave a rempli la baie de Kīholo et détruit le village de Wainānāli’i au sud des stations balnéaires de Waikoloa. Une éruption similaire aujourd’hui risquerait de couper les routes ( Highways) 19 et 190 dans cette région, ce qui affecterait gravement la vie économique de l’île, même si aucune habitation n’est détruite. De nos jours, la répétition des nombreuses éruptions du Mauna Loa observées dans le passé couperait non seulement des routes, mais menacerait également les zones habitées. Ainsi, des coulées de lave ont traversé la route 11 et sont entrées dans l’océan entre Miloli’i et le capitaine Cook à peine quatre heures après le début de l’éruption de 1950.
Il ne faudrait pas oublier, non plus, que si le Hualālai entre en éruption beaucoup moins fréquemment que le Mauna Loa et le Kilauea, une répétition de la coulée de lave de 1800-1801 sur la trajectoire de laquelle se trouve l’aéroport international de Kona causerait aujourd’hui de gros problèmes.
Le HVO insiste sur le fait que le Mois de Sensibilisation aux volcans est l’occasion de mettre en valeur la relation entre les Hawaïens et leurs volcans. L’Observatoire espère que la population locale et les visiteurs apprendront « quelque chose de nouveau et de précieux sur les volcans actifs d’Hawaï et leur activité éruptive » au cours du mois de janvier 2022.
Source : HVO.

—————————————–

January 2010 was the first session of the Island of Hawai‘i’s annual Volcano Awareness Month as part of an effort to increase people’s understanding of Hawaiian volcanoes. Similar events have been organised since that time. Volcano Awareness Month 2022 is another opportunity to promote the importance of  volcanoes on which Hawaiians live.

A series of recorded talks by HVO staff will be posted on the HVO website throughout the month of January which will answer questions people are asking about volcanoes. Talks will cover Kilauea’s volcanic year in review and Mauna Loa’s sporadic restlessness and deformation.

Important eruption anniversaries in January include the start of Kilauea’s long-lived Pu’uO’o eruption on the middle East Rift Zone (1983–2018) and the 1960 Kapoho eruption. Until 2018, these were the two most destructive recent eruptions of Kilauea… until the 2018 lower East Rift Zone eruption and summit collapse which were the largest and most destructive events on Kilauea in at least 200 years.

Mauna Loa hasn’t erupted in over 36 years, but it can never be forgotten because of the potential impact a future large eruption could have. January also marks the anniversary of Mauna Loa’s 1859 eruption that filled Kīholo Bay and destroyed the village of Wainānāli‘i south of the Waikoloa resorts. A similar eruption today could potentially close both the upper and lower highways (Highways 19 and 190) in that area, severely disrupting the Island of Hawai‘i’s economy without destroying a single home. Repeats of many past Mauna Loa eruptions would not only close roads but threaten communities as well. For example, lava flows crossed Highway 11 and entered the ocean between Miloli‘i and Captain Cook a mere four hours after the 1950 eruption began.

And we should remember that while Hualālai erupts much less frequently than Mauna Loa and Kīlauea, a repeat of the 1800–1801 lava flow that the Kona International Airport sits on would also be highly disruptive.

HVO insists that the Volcano Awareness Month is a moment to also reflect the relationship with the volcanoes Hawaians are living with. The Observatory hopes that residents and visitors will learn something new and valuable about Hawaii’s active volcanoes and their eruptive activity during January 2022

Source: HVO.

          

Eruption du Kilauea en 2018 (Crédit photo : HVO)

Faut-il bombarder le Cumbre Vieja (La Palma)? // Should bombs be dropped on Cumbre Vieja (La Palma)?

Devant l’ampleur de l’éruption du Cumbre Vieja et les dégâts qu’elle cause, le président du Cabildo de La Gomera a suggéré de bombarder le volcan afin de contrôler l’écoulement de la lave. Il a ensuite déclaré que son idée était absurde et que l’on avait déformé la finalité de ses propos.

L’idée de bombarder une coulée de lave n’est pas nouvelle. Elle a été mise en pratique sur plusieurs sites éruptifs. C’est ainsi qu’un largage de bombes par des avions de l’US Army Air Corp sur la coulée de lave Humu’ula du Mauna Loa a eu lieu le 27 décembre 1935. Vous trouverez le descriptif de cet événement dans des notes que j’ai rédigées sur ce blog les 23 et 24 août 2020.

Vue aérienne de l’explosion d’une bombe sur la coulée de 1935 du Mauna Loa; (Photo prise le 27 décembre 1935 par l’armée américaine).

Plus tard, en 1983, une tentative de détournement de la lave a été effectuée sur l’Etna. Ce ne sont pas des avions qui ont largué des bombes. Des explosifs ont été insérés dans les parois d’un chenal de lave afin de l’éventrer et obliger la lave à suivre une trajectoire différente. Cette technique a été utilisée lorsque la lave menaçait certains centres habités situés sur les pentes du volcan. L’événement a suscité de nombreuses critiques, tant de la part d’autres vulcanologues que d’environnementalistes. Haroun Tazieff m’a expliqué un jour qu’il était délicat, d’un point de vue juridique, d’envoyer la lave sur des terres qui auraient été épargnées sans cette intervention de l’homme.

Photo: C. Grandpey

10 ans plus tard, lors de l’éruption de 1991-1993, des explosifs ont été à nouveau utilisés sur l’Etna au cours de l’opération « thrombose ». Dans un premier temps, une tentative a été faite pour modifier la coulée de lave qui menaçait la ville de Zafferana. On a construit des barrages et introduit des blocs de béton dans les tunnels de lave pour essayer de bloquer la lave et la faire refouler. Ensuite,au mois de mai 1992, les explosifs ont été à nouveau utilisés pour forcer la lave à emprunter un nouveau chenal préalablement creusé. L’opération a été un succès, bien aidé par l’éruption qui avait beaucoup baissé d’intensité.

Photo: C. Grandpey

S’agissant du Cumbre Vieja, volcan strombolien lui aussi, l’environnement est très différent de celui de son homologue sicilien. Les bourgades siciliennes sont situées à une distance beaucoup plus grande des bouches éruptives et il faut beaucoup plus de temps à la lave pour les atteindre. En 1991, la lave s’est arrêtée aux portes de Zarfferana Etnea. Hormis quelques vergers, quelques vignes et un bâtiment agricole, il n’y a pas eu de dégâts. Par contre, en 1928, Mascali a été détruite par la lave.

La lave aux portes de Zafferana (Photo: C. Grandpey)

—————————————

Faced with the scale of the Cumbre Vieja eruption, the president of Cabildo de La Gomera proposed to bomb the volcano in order to control the flow of lava. He then declared that his idea was absurd and that the purpose of his words had been distorted.
The idea of ​​bombarding a lava flow is not new. It has been put into practice on several eruptive sites. Thus a bomb drop by US Army Air Corp planes on the Humu’ula lava flow of Mauna Loa took place on December 27th, 1935. You will find the description of this event in notes that I wrote on this blog on August 23 and 24, 2020.

Later, in 1983, an attempt to divert lava was made on Mt Etna. It was not planes that dropped bombs. Explosives were inserted into the walls of a lava channel in order to break it open and force the lava to follow a different path. This technique was used when lava threatened populated areas on the slopes of the volcano. The event drew much criticism from both other vulcanologists and environmentalists. Haroun Tazieff explained to me that it was difficult, from a legal point of view, to send lava on land that would have been spared without this human intervention.

10 years later, during the eruption of 1991-1993, explosives were used again on Mt Etna during the « thrombosis » operation. At first, an attempt was made to modify the lava flow that threatened the town of Zafferana Etnea. Dams were built and the army put concrete blocks in the lava tunnels to try to block the lava and push it back. Then, in May 1992, the explosives were again used to force the lava through a new channel previously dug. The operation was a success, much helped by the eruption which had diminished considerably.

Regarding Cumbre Vieja, also a Strombolian volcano, the environment is very different from that of its Sicilian counterpart. The Sicilian villages are located at a much greater distance from the eruptive vents and it takes much longer for the lava to reach them. In 1991, the lava stopped a fewhundred metres from Zarfferana Etnea. Apart from a few orchards, a few vines and a farm building, there was no damage. On the other hand, in 1928, Mascali was destroyed by lava.

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.

———————————————-

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)