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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)

Emissions et concentrations de CO2 (suite) // CO2 emissions and concentrations (continued)

J’indiquais dans la conclusion de ma note du 14 avril 2020 que la pandémie de COVID-19 aura au moins eu un avantage. Avec la chute des émissions de gaz polluants, l’atmosphère s’est purifiée dans l’Himalaya et on peut actuellement apercevoir les hauts sommets de la chaîne himalayenne depuis 200 kilomètres de distance, ce qui ne s’était jamais vu depuis plusieurs décennies.

Comme je l’ai écrit en caractères gras, on parle ici d’émissions de CO2. Le problème, c’est le les concentrations dans l’atmosphère ne montrent pas le moindre déclin, bien au contraire ! Elles ont même atteint des niveaux record le 9 avril 2020.

On estime à environ 4% la baisse des émissions anthropiques de CO2 depuis le début de l’année 2020. Dans le même temps, les concentrations ont atteint un niveau record de 417,85 ppm sur le Mauna Loa (Hawaii) le 9 avril 2020. Les mesures sont effectuées sur ce volcan depuis la fin des années 1950. Les premiers relevés faisaient alors état d’une concentration de 315 ppm en 1958.

La notion de concentration de CO2 est à distinguer des chiffres concernant les émissions de CO2. Comme je l’ai indiqué précédemment, les émissions représentent ce qui entre dans l’atmosphère en raison des activités humaines, dont la combustion des ressources fossiles et la production de ciment. La concentration indique ce qui reste dans l’atmosphère au terme des interactions entre l’air, la biosphère et les océans. Environ un quart du total des émissions de CO2 sont absorbées par les océans et un autre quart par la biosphère, tempérant l’impact des activités humaines.

J’ai expliqué dans une note publiée le 30 mars 2020 que la concentration de CO2 fait l’objet de variations saisonnières avec un pic situé habituellement vers avril-mai. La barre des 415 ppm a été franchie pour la première fois le 11 mai 2019. Sur la période récente, la hausse se situe entre 2 et 3 ppm par an. les 417,85 ppm du 9 avril confirment dong la tendance actuelle et rien ne dit que le nouveau record ne sera pas battu d’ici la fin mai 2020.

Selon un scientifique de la Scripps Institute of Oceanography, les émissions devraient baisser d’environ 10% pendant près d’une année pour être détectées par l’observatoire du Mauna Loa. Jusqu’à présent, aucun événement dans l’histoire de 62 ans de la courbe de Keeling – y compris le ralentissement économique mondial de 2008 et l’effondrement de l’Union soviétique à la fin des années 1980 – n’a causé une telle baisse.

On peut raisonnablement penser qu’une baisse soutenue de 10% des niveaux de CO2 dans l’atmosphère ferait décliner les concentrations de 0,5 ppm. Ce n’est qu’une hypothèse. Tout dépendra de la longueur de la pandémie à laquelle sont confrontés tous les pays de la planète.

La crise pourrait n’avoir qu’un faible impact sur le changement climatique à long terme car la tendance est soutenue depuis le début des mesures et semble peu affectée par la conjoncture. Pour respecter l’Accord de Paris et limiter le réchauffement climatique de la planète à 1,5°C, il faudrait que les émissions mondiales de CO2 baissent d’environ 6 % par an pendant la prochaine décennie. C’est davantage que la diminution anticipée pour 2020 avec la crise actuelle.

Source : Scripps Institue of Oceanography, global-climat.

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 I indicated in the conclusion of my post of April 14th, 2020 that the COVID-19 pandemic had at least one advantage. With the drop in emissions of polluting gases, the atmosphere has been purified in the Himalayas and one can currently see the high peaks of the Himalayan range from 200 kilometres away, which had never been seen for several decades.
As I wrote in bold, we are talking about CO2 emissions. The problem is that the concentrations in the atmosphere do not show the slightest decline, on the contrary! They even reached record levels on April 9th, 2020.
The decline of anthropogenic CO2 emissions has been estimated at around 4% since the start of 2020. At the same time, concentrations reached a record level of 417.85 ppm on Mauna Loa (Hawaii) on April 9th, 2020 The measurements have been made on this volcano since the end of the 1950s. The first readings then reported a concentration of 315 ppm in 1958.
The concept of CO2 concentration should be distinguished from the figures concerning CO2 emissions. As I put it earlier, emissions represent what enters the atmosphere due to human activities, including the burning of fossil resources and the production of cement. Concentration indicates what remains in the atmosphere after interactions between the air, the biosphere and the oceans. About a quarter of total CO2 emissions are absorbed by the oceans and another quarter by the biosphere, moderating the impact of human activities.
I explained in a post published on March 30th, 2020 that the CO2 concentration is subject to seasonal variations with a peak usually observed in April-May. The 415 ppm mark was crossed for the first time on May 11th, 2019. Over the recent period, the increase has been between 2 and 3 ppm per year. The April 417.85 ppm concentration confirms the current trend, and there is no indication that the new record will not be broken by the end of May 2020.
According to a scientist at the Scripps Institute of Oceanography, emissions would need to drop by about 10% for almost a year before being detected by the Mauna Loa Observatory. So far, no event in the 62-year history of the Keeling curve – including the global economic slowdown of 2008 and the collapse of the Soviet Union in the late 1980s – caused such a drop.
It is reasonable to assume that a sustained 10% drop in atmospheric CO2 levels would decrease the concentrations by 0.5 ppm. This is just an assumption. Everything will depend on the length of the pandemic facing all the countries of the planet.
The sanitary crisis might have only a small impact on climate change in the long term since the trend has been sustained since the start of the measurements and seems little affected by the economic situation. To comply with the Paris Agreement and limit global warming to 1.5°C, global CO2 emissions would have to drop by around 6% per year over the next decade. This is more than the reduction expected for 2020 with the current crisis.
Source: Scripps Institute of Oceanography, global-climat.

Vue de la courbe de Keeling sur un an le 12 avril 2020. La concentration de CO2 dans l’atmosphère atteignait ce jour-là 415,63 ppm.

Passé, présent et futur sur le Mauna Loa (Hawaii) // Past, present and future on Mauna Loa (Hawaii)

Dominant la Grand Ile d’Hawaii de ses 4170 mètres, le, Mauna Loa est l’un des volcans les plus actifs sur Terre. Il est entré en moyenne en éruption tous les 5 à 6 ans au cours des 3 000 dernières années.
Les éruptions peuvent se produire dans différents secteurs du volcan: au sommet, en général dans la caldeira Moku’weweoweo ; le long de l’une des zones de rift nord-est et sud-ouest, ou à partir de bouches radiales à l’extérieur de la caldeira et sur des zones de rift sur les flancs nord et ouest du volcan.
Depuis 1843, Mauna Loa est entré 33 fois en éruption. Parmi ces éruptions historiques, environ la moitié ont commencé au sommet et sont restées confinées dans la zone sommitale. 24% des éruptions ont commencé au sommet puis, au bout de quelques minutes ou quelques jours, elles ont migré vers la zone de Rift Nord-est. 21% ont commencé au sommet puis ont migré vers des altitudes plus basses le long de la zone de Rift Sud-ouest. Environ 6% des éruptions se sont produites au niveau de bouches radiales, mais ces éruptions historiques avaient également une relation avec le sommet.

L’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) surveille le Mauna Loa 24 heures sur 24. Un vaste réseau d’instruments a été mis en place, avec des sismomètres, des inclinomètres, des stations GPS et des webcams, ainsi que des capteurs de température, de SO2 et de CO2. Ces instruments transmettent les données en temps réel au HVO 24 heures sur 24, sept jours sur sept.

Que ce soit pour les éruptions volcaniques ou les autres événements géologiques, le passé est essentiel pour comprendre le futur. C’est pourquoi, pour anticiper le déroulement de la prochaine éruption du Mauna Loa, le HVO se tourne vers le passé.
Au vu des éruptions passées du Mauna Loa, les scientifiques du HVO s’attendent à ce que la prochaine commence au sommet du volcan. Malheureusement, il n’est pas possible de savoir si elle restera confinée au sommet, si elle migrera vers l’une des zones de rift, ou si elle comportera une éruption radiale. Les volcanologues  ne le saurons qu’en observant le processus éruptif.

Comme nous sommes en avril, il est intéressant d’observer les éruptions du Mauna Loa qui se sont produites au cours de ce mois.
En 1942, une éruption a commencé le 26 avril. C’était au moment de la Seconde Guerre mondiale et l’éruption s’est déroulée dans la plus grande discrétion à Hawaï. Les autorités américaines craignaient que l’armée japonaise puisse utiliser la forte lueur émise de nuit par la lave pour guider leurs avions de guerre vers l’archipel hawaiien. L’éruption a commencé sur la lèvre ouest de la caldeira sommitale du Mauna Loa, avant de migrer vers la Zone de Rift Nord-est.

La troisième plus longue éruption sommitale de l’histoire du Mauna Loa a commencé le 7 avril 1940. Des fontaines de lave de 20 à 60 mètres de hauteur ont tout d’abord jailli le long d’une ligne de fissures entre le centre de la caldeira sommitale et une zone sur le flanc sud-ouest du volcan. Le lendemain soir, l’éruption, qui a duré 134 jours, se limitait à la partie sud-ouest de la caldeira. Là, des bouches actives ont construit un cône de cendres et de projections de 100 mètres de haut, encore bien visible aujourd’hui sur le plancher de la caldeira.
Le 10 avril 1926, une éruption a commencé au sommet du Mauna Loa, mais des fissures ont rapidement migré sur 5 kilomètres le long de la Zone de Rift Sud-ouest du volcan. Trois jours plus tard, l’éruption a continué à migrer le long de la zone de rift ; trois bouches sont restées actives entre 2200 et 2400 mètres d’altitude et ont émis de volumineuses coulées de lave «a». La coulée  principale s’est rapidement dirigée vers la mer en détruisant au passage le petit village et le port de Ho`ōpūloa le 18 avril. Cette éruption de courte durée, mais destructrice, s’est terminée le 26 avril.
En 1896, une éruption sommitale de 16 jours a commencé le 21 avril.
Une autre éruption sommitale du Mauna Loa a commencé le 20 avril 1873 et a duré 18 mois.

Au moment où j’écris ces lignes, le Mauna Loa n’est pas en éruption. Son niveau d’alerte reste à ADVISORY (Vigilance conseillée). Des séismes de faible magnitude sont souvent enregistrés dans la partie supérieure du volcan, mais cela ne signifie pas qu’une éruption est sur le point d’avoir lieu. Les instruments montrent que la lente inflation sommitale se poursuit. La température des fumerolles et les concentrations de gaz dans la Zone du Rift Sud-Ouest restent stables.
Source: USGS / HVO.

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On Hawaii Big Island, Mauna Loa (4,170 m) is one of the most active volcanoes on Earth. It has erupted, on average, every 5 to 6 years during the past 3,000 years.

Eruptions may occur in different areas of the volcano: at the summit, typically within the Moku‘āweoweo caldera, along one of the Northeast and Southwest Rift Zones, or from radial vents outside the caldera and rift zones on the volcano’s north and west flanks.

Since 1843, Mauna Loa has erupted 33 times. Of these historic eruptions, about half started at the summit and stayed in the summit area. 24% of the eruptions started at the summit and then, within minutes to days, migrated down the Northeast Rift Zone. 21% started at the summit and then migrated to lower elevations along the Southwest Rift Zone. Around 6% of the eruptions occurred at radial vents, but those historical eruptions also had a summit component.

The Hawaiian Volcano Observatory (HVO) is monitoring Mauna Loa 24 hours. To track changes on the volcano, an extensive network of instruments has been set up, including seismometers, tiltmeters, GPS stations and webcams, as well as temperature, SO2 and CO2 sensors. These instruments transmit real-time data to HVO 24 hours a day, seven days a week.

With volcanic eruptions and other geologic events, the past is the key to the future. So, to understand what might happen during the next Mauna Loa eruption, HVO looks to the past.

Given what we know about past Mauna Loa eruptions, HVO scientists expect that the next one will begin at the summit of the volcano. Unfortunately, it is not possible to know if it will stay at the summit, if it will migrate down one of the rift zones, or if it will result in a radial vent eruption. That will only be revealed as the eruption progresses.

As we are in April, it is interesting to observe the Mauna Loa eruptions that occurred during this month.

In 1942, an eruption began on April 26th. With World War II underway, news blackouts were imposed on Hawaii. American officials feared that if the eruption was publicized, the Japanese military could use the bright glow of lava at night to guide warplanes to the islands. The eruption began on the western rim of Mauna Loa’s summit caldera but then migrated down the volcano’s Northeast Rift Zone.

Mauna Loa’s third-longest summit eruption in recorded history began on April 7th, 1940. Lava fountains 20-60 metres high initially erupted along a line of fissures extending from near the centre of Mauna Loa’s summit caldera to an area down the volcano’s southwest flank. By the next evening, the eruption, which lasted 134 days, was restricted to the southwestern part of the caldera. There, active vents built a 100-metre high cinder-and-spatter cone, which remains a prominent landmark on the caldera floor today.

On April 10th, 1926, an eruption began at the summit of Mauna Loa, but fissures soon migrated 5 kilometres down the volcano’s Southwest Rift Zone. Three days later, the eruption migrated farther down the rift zone, with three main vents between 2,200 and 2,400 metre elevation, sending massive ‘a’ā flows downslope. The main flow rapidly advanced toward the sea, where it destroyed the small village and harbour at Ho`ōpūloa on April 18th. This short-lived, but destructive, eruption ended on April 26th.

In 1896, a 16-day-long summit eruption on Mauna Loa began on April 21st.

Another Mauna Loa summit eruption started on April 20th, 1873, and lasted 18 months.

As I am writing these lines, Mauna Loa is not erupting. Its alert level remains at ADVISORY. Small-magnitude earthquakes are often recorded beneath the upper elevations of the volcano, but they do not mean an eruption is about to take place. Monitoring data show that slow summit inflation continues and fumarole temperature and gas concentrations on the Southwest Rift Zone remain stable.

Source: USGS / HVO.

Vue aérienne du sommet du Mauna Loa (Crédit photo : USGS)

Dans la caldeira sommitale (Photo : C. Grandpey)

Caldeira sommitale avec le cône de 1940 (Photo: C. Grandpey)

Zones éruptives du Mauna Loa (Source: USGS / HVO)

Coulée de lave de 1926 (Photo: C. Grandpey)

En cas d’éruption…(Photo : C. Grandpey)

 

Les mesures GPS à Hawaii // GPS measurements in Hawaii

Le Global Positioning System (GPS) est un système américain de navigation par satellite conçu à l’origine pour des applications militaires, mais qui est devenu extrêmement populaire et largement utilisé. En plus de la constellation américaine, il existe trois autres systèmes de navigation par satellite (GNSS) dans le monde : GLONASS (Russie), Galilée (Europe) et BeiDou (Chine). Les nouveaux récepteurs GNSS peuvent suivre simultanément plusieurs constellations de satellites, ce qui améliore la précision.
À Hawaii, le HVO exploite un réseau GNSS de 67 stations réparties sur toute l’île, mais avec priorité aux zones de déformation telles que les zones de rift. Ces stations GNSS de haute précision fournissent des données aux scientifiques 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.
Le principe de fonctionnement est le suivant : les satellites GNSS émettent des ondes radio qui se déplacent à la vitesse de la lumière et transmettent des informations sur la position exacte du satellite et l’heure actuelle. L’antenne au sol prend en compte les signaux radio de plusieurs satellites et les transmet au récepteur qui calcule l’emplacement exact selon un processus appelé trilatération. Un système GNSS de haute précision peut déterminer un emplacement avec une marge d’erreur de seulement quelques millimètres.

Actuellement, la constellation GPS américaine compte 33 satellites opérationnels en orbite à une altitude de 20 000 km. Pour localiser avec précision l’emplacement d’une station GNSS, le récepteur doit recevoir en continu des données pendant six heures au moment où les satellites traversent l’horizon en vue de la station. Quatre satellites sont nécessaires pour calculer un emplacement 3D, mais généralement un récepteur GNSS en suit huit ou plus pour calculer une position plus précise.
Plusieurs facteurs peuvent affecter le signal GNSS et la précision des emplacements qui en dépendent. L’ionosphère et la troposphère, couches de l’atmosphère à travers lesquelles se déplacent les ondes radio, peuvent retarder les signaux radio, mais cela peut être corrigé avec des modèles atmosphériques. Il est important que les antennes GNSS fonctionnent dans un environnement bien dégagé,  sans interférence d’objets comme des arbres ou des bâtiments.
Pour obtenir une vue globale des déformations d’un volcan, le HVO effectue également chaque année des mesures sur le terrain sur le Mauna Loa et le Kilauea. Au cours de ces missions, le personnel du HVO place des récepteurs GPS temporaires et des antennes sur des supports – des disques de laiton qui ont été arrimés au sol – et les scientifiques laissent l’équipement en place pendant quelques jours sur chaque site. Le support du récepteur montre généralement une croix à l’intérieur d’un triangle qui sert de point de référence pour le centrage de l’antenne.
Au cours de chaque mission de mesures, le personnel du HVO revient sur les sites de mesures afin de collecter les données et déterminer si la station a bougé. Les données ainsi collectées permettent de calculer à la fois la position horizontale et verticale – comme on le fait pour la latitude, la longitude et l’altitude – et ainsi d’évaluer les variations par rapport aux relevés précédents.
Des campagnes de levés GPS sont conduites sur le Mauna Loa et le Kilauea depuis le milieu des années 1990. Elles fournissent des données extraordinairement précises sur la déformation de ces volcans. En plus du Mauna Loa et du Kilauea, le Hualalai et l’Haleakala sont inspectés périodiquement (tous les trois à cinq ans) dans le cadre du programme de surveillance des volcans par le HVO.
Source: USGS / HVO.

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The Global Positioning System (GPS) is a US satellite-navigation system originally designed for military use but now an extremely popular and widely used technology. In addition to the US constellation, there are three other Global Navigation Satellite Systems (GNSS): GLONASS (Russia), Galileo (European) and BeiDou (China). New GNSS receivers can simultaneously track multiple constellations of satellites , which provides improved accuracy.

In Hawaii, HVO operates a 67-station GNSS network spread out across the island but concentrated near persistent deforming features like rift zones. These high-precision GNSS stations give scientists a 24/7 record.

GNSS satellites send out radio waves that travel at the speed of light and transmit information about the exact position of the satellite and the current time. The antenna on the ground listens to the radio signals from multiple satellites and passes them to the receiver which calculates the exact location using a process called trilateration. High-precision GNSS equipment and analysis can determine a location down to less than a centimetre.

Currently, the American GPS constellation has 33 operational satellites orbiting at an altitude of 20 000 km. To accurately pinpoint the location of a high-precision GNSS station, the receiver must continuously receive data for six hours as satellites arc across the horizon in view of the station. Only four satellites are needed to calculate a 3-D location, but typically a GNSS receiver will track eight or more to calculate a more precise position.

There are several factors that affect the GNSS signal and accuracy of derived locations. The ionosphere and troposphere, layers of the atmosphere through which the radio waves travel, introduce delays in the radio signals that can be corrected with atmospheric models. It is important for GNSS antennas to have enough clear “sky view” without object interference suchas trees or buildings.

To get a more complete view of the deforming volcano, HVO also conducts yearly campaign surveys on Mauna Loa and Kilauea. During these surveys, HVO staff place temporary GPS receivers and antennas on benchmarks – permanent brass disks that have been drilled into the ground – and leave the equipment in place for a couple of days at each site. The benchmark typically has a cross inside a triangle that serves as a reference point for centering of the antenna.

During each survey, HVO staff returns to these benchmarks to collect data and determine how the point has moved. Data collected allow to calculate both a horizontal and vertical location, similar to latitude, longitude, and altitude and thus to evaluate the change from prior surveys.

Campaign of GPS surveys have been conducted on both Mauna Loa and Kilauea since the mid-1990s, providing extraordinary records of volcano deformation. Along with Mauna Loa and Kilauea, Hualalai and Haleakala are surveyed periodically (every three to five years) as part of HVO’s volcano monitoring program.

Source : USGS / HVO.

Station GPS sur le flanc sud du Kilauea (Crédit photo : USGS)