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Le Mauna Loa (Hawaii) et les mesures du CO2 // Mauna Loa (Hawaii) and CO2 monitoring

drapeau-francaisL’Observatoire du Mauna Loa (MLO), un centre de recherche atmosphérique géré par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), est situé à 3350 m d’altitude sur le flanc nord du Mauna Loa. C’est une structure essentielle pour la mesure des émissions de CO2 dans l’atmosphère. Les mesures en continu ont commencé en 1958, lorsque Charles David Keeling a installé des instruments – de haute technologie pour l’époque – et a commencé à mesurer scrupuleusement la quantité de CO2 dans l’air.
Une fois commencées, ces mesures ont montré, sans le moindre doute possible, que l’accumulation de CO2 dans l’atmosphère était bel et bien une réalité. Les instruments étaient tellement performants que pendant les mois d’été il était facile de détecter l’absorption saisonnière du CO2 par la végétation. En revanche, pendant les mois d’hiver, lorsque le feuillage dans l’hémisphère nord est plus rare, le niveau de CO2 augmentait.
Le Mauna Loa est aussi un volcan actif, et les scientifiques du Hawaiian Volcano Observatory (HVO) se sont parfois demandés si le gaz émis par le Mauna Loa affectait les valeurs de CO2 ambiantes enregistrées par le MLO. La réponse est non. Bien que les instruments du MLO puissent facilement détecter les émissions de CO2 provenant des zones de rift et de la caldeira sommitale lorsque les vents soufflent de cette direction, les scientifiques du MLO prennent soin d’exclure ces données des autres émissions de CO2. Les scientifiques du MLO sont tout à fait capables d’utiliser ces données pour estimer la quantité de CO2 rejetée par le volcan. Leurs résultats montrent que le Mauna Loa, lorsqu’il n’est pas en éruption, libère une fraction du CO2 émis par le Kilauea tout proche. Les mesures effectuées pendant dernière éruption du Mauna Loa en 1984 ont révélé des émissions comparables aux émissions quotidiennes du Kilauea à l’heure actuelle (environ 15 000 tonnes par jour).
15 000 tonnes est un montant équivalent aux émissions annuelles de 2400 véhicules utilitaires. Cependant, un examen attentif des émissions de CO2 par les volcans de la planète montre que c’est seulement pendant les plus importantes éruptions explosives (heureusement rares) que l’on observe des émissions de CO2 proches de celles produites dans le monde industrialisé moderne. Par exemple, la quantité de CO2 émise en 9 heures lors de l’éruption du Mont St. Helens en 1980 est équivalente à  2,5 heures d’émissions de CO2 par l’activité humaine. En moyenne, la quantité de CO2 libérée par les volcans est bien inférieure à ces chiffres. Tous les volcans de la Terre dans leur ensemble émettent moins de 1% du CO2 produit chaque année par les humains.

Voici la «courbe de Keeling» montrant l’évolution des concentrations de CO2 sur le Mauna Loa au cours des dernières décennies:
Keeling-curve

La «courbe de Keeling, » mérite vraiment les honneurs qu’elle a reçu le 30 Avril, 2015 de la part de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et de l’American Chemical Society. Non seulement elle indique la tendance à la hausse constante de la concentration de CO2 dans l’atmosphère terrestre, mais elle a également été utilisée pour révéler des enregistrements de température et de concentration de CO2 jusqu’à il y a 500 000 ans. Pour ce faire, les scientifiques ont mis en relation les données enregistrées actuellement, celles concernant la température mondiale, les études relatives aux concentrations de CO2 et d’isotopes de deutérium (isotope naturel de l’hydrogène) présents dans l’air emprisonné dans les carottes de glace.
Les derniers relevés selon la méthode Keeling ainsi que les études de carottes de glace montrent de manière catégorique que les concentrations de CO2 dans l’atmosphère sont plus élevées que pendant les 500 0000 années écoulées. Ils montrent également que la plus importante hausse de CO2 coïncide avec l’industrialisation de la Terre, et que cette augmentation va de pair avec l’augmentation des températures moyennes à l’échelle mondiale.
Source: Volcano Watch / HVO.

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drapeau-anglaisThe Mauna Loa Observatory (MLO), a NOAA atmospheric research facility located at 3,350 m above sea level on Mauna Loa’s north flank is an essential structure for the measurement of CO2 emissions in the atmosphere. Continuous CO2 monitoring began on Mauna Loa in 1958, when Charles David Keeling installed state-of-the-art instrumentation and began carefully measuring the amount of CO2 in the air.

Once established, the record showed convincingly that CO2 buildup was indeed taking place. In fact, the technique worked so well that during summer months it easily detected the seasonal uptake of CO2 by increased vegetation. During winter months, when foliage in the northern hemisphere is scarcer, CO2 levels measured at the Mauna Loa location climbed.

But Mauna Loa is also an active volcano, and USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) scientists are sometimes asked if gas released from the mountain affects the ambient CO2 values reported by MLO. The short answer is no. Although instrumentation at MLO can easily detect CO2 emissions from the rift and summit caldera emission sources when winds blow from that direction, MLO scientists are careful to exclude these data from the background CO2 record.

Remarkably, MLO staff have shown how to use these volcanically “contaminated” CO2 records to actually estimate the amount of CO2 discharged by the volcano. Their published findings show that Mauna Loa, when it’s not erupting, releases a fraction of the CO2 emitted by Kilauea. USGS measurements during Mauna Loa’s most recent eruption in 1984 found emissions comparable with Kilauea’s current daily rate (about 15,000 tons per day).

15,000 tons is an amount equivalent to the annual emissions from 2,400 sport utility vehicles. However, careful examination of global volcanic CO2 emissions show that only during rare and very large explosive eruptions do total volcanic emission rates come close to the rate of CO2 produced in the modern industrialized world. For example, the same amount of CO2 emitted during the 9-hour catastrophic eruption of Mount St. Helens in 1980 is released every 2.5 hours by human activity. On average, though, the proportion released by volcanoes is much less. All of Earth’s volcanoes taken together emit less than one percent of the CO2 produced each year by humans.

 

Here is the “Keeling Curve” showing the evolution of CO2 concentrations on Mauna Loa:

 Keeling-curve

 

The “Keeling Curve,” is truly worthy of the recognition it received on April 30th, 2015 from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) and the American Chemical Society. Besides documenting the steady upward trend of CO2 concentration in Earth’s atmosphere, this precise and modern CO2 record has been used to reconstruct temperature and CO2 concentration records as far back as 500,000 years ago. To accomplish this, scientists combined the current record, global temperature data, studies of CO2 and deuterium isotope concentrations found in the air trapped in ice cores.

Keeling’s modern record, along with the ice core studies, show conclusively that CO2 concentrations in the atmosphere are higher than they’ve been in at least half a million years. They also show that the sharpest and most significant CO2 increase coincided with Earth’s industrialization, and that this increase is mimicked by average global temperatures.

Source : Volcano Watch / HVO.

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Mauna-Loa-Observatory. On aperçoit derrière la première coupole la terrasse sur laquelle sont installés tous les instruments de mesure de l’atmosphère terrestre. (Photo :  C.  Grandpey)

Il y a 31 ans, le Mauna Loa… // 31 years ago, Mauna Loa…

drapeau francaisLa dernière éruption du Mauno Loa a commencé le 25 mars 1984. Au cours des derniers mois, le volcan a montré certains signes de réveil après un sommeil qui dure depuis 31 ansl. Le HVO a enregistré de nombreux petits séismes sous le sommet et le flanc ouest. L »Observatoire a aussi détecté un léger élargissement de la caldeira sommitale de Moku’āweoweo, signaux qui prouvent que le Mauna Loa ne doit pas être oublié!
Cependant, le gonflement récent du volcan est faible par rapport à l’inflation observée avanr les éruptions de 1975 et 1984. Les séismes, même s’ils doivent être pris en compte, restent modestes. Ceux enregistrés sous le flanc nord-ouest du volcan n’ont jamais atteint le niveau de ceux qui ont précédé les éruptions  de 1975 ou 1984. En outre, le nombre de secousses sous le sommet n’est pas significatif. D’une manière générale, le HVO devra enregistrer des déformations et une sismicité beaucoup plus importantes pour affirmer qu’une prochaine éruption va se produire sur le volcan.

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drapeau anglaisMauno Loa’s most recent eruption began on March 25th 1984. Over the past few months, the volcano has shown subtle signs of stirring from its 31-year-long slumber. HVO has recorded numerous small earthquakes beneath the summit and western flank, and has detected slight expansion across Moku’āweoweo, the volcano’s summit caldera, signals that Mauna Loa should not be forgotten!
However, the recent swelling of the volcano is small compared to that observed in 1975 and 1984.  Earthquake activity, while notable, is also modest. In terms of magnitude, recent earthquakes beneath the volcano’s northwest flank have not yet reached levels recorded before the 1975 or 1984 eruptions. Additionally, the number of earthquakes beneath the summit is not yet significant. Overall, HVO expects more persistent and heightened rates of both ground deformation and seismicity to affirm the volcano nears its next eruption.

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Moku’āweoweo, la caldeira sommitale du Mauna Loa  (Photo:  C.  Grandpey)

Mauna Loa (Hawaii): Rien de vraiment nouveau // Nothing really new

drapeau francaisOn peut lire en ce moment sur Internet plusieurs articles à propos du Mauna Loa. Certains d’entre eux se contentent d’indiquer que le volcan « montre des signes d’activité » tandis que d’autres posent carrément la question: « Possibilité d’une éruption du Mauna Loa? »
Si nous nous référons aux rapports mensuels du HVO sur le Mauna Loa, nous nous rendons compte de la situation n’a pas beaucoup changé au cours des derniers mois et il ne semble pas y avoir un risque d’éruption dans le court terme.
Bien sûr, la sismicité continue d’être légèrement élevée dans plusieurs secteurs du volcan, en particulier sur l’Upper Southwest Rift Zone et dans la caldeira Moku’aweoweo, mais cette sismicité n’a pas évolué au cours des derniers mois. Elle se situe légèrement au-dessus de la normale avec une vingtaine de secousses au cours du mois de janvier. Le HVO insiste bien sur le fait que ces événements sont très faibles comparés aux séquences sismiques qui ont précédé les éruptions en 1975 et 1984.
En ce qui concerne la déformation, les données GPS suggèrent que le gonflement du Mauna Loa continue, après une certaine accalmie en décembre, mais il reste très faible. Il faut garder à l’esprit qu’une réalimentation du réservoir magmatique à faible profondeur, logiquement accompagnée d’un gonflement du Mauna Loa, a commencé juste après l’éruption de 1984. Ce gonflement s’est ensuite  transformé en dégonflement pendant presque une décennie. Le volcan a recommencé à gonfler en 2002, après un brève essaim sismique longue période (LP). Un essaim LP plus intense a été enregistré fin 2004. Il a été suivi d’une augmentation spectaculaire du gonflement qui a ralenti en 2006, cessé tout à fait fin 2009, et repris lentement fin 2010.
Aucune anomalie n’a été observée dans les gaz (SO2, CO2) et les températures de la caldeira Moku’aweoweo où la température fumerollienne reste stable entre 77 et 78 ° C.

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drapeau anglaisSeveral articles can be currently read on the Internet about Mauna Loa. Some of them are only indicating that the volcano is “showing signs of activity” while others are asking the question “Possibility of Mauna Loa erupting?”

If we refer to HVO’s monthly reports about Mauna Loa, we realise the situation has not much changed during the past months and there does not seem to be the immediate risk of an eruption.

Sure, seismicity continues to be slightly elevated in several parts of the volcano, especially on the Upper Southwest Rift Zone and in the Moku’aweoweo Caldera, but the rates are similar to those seen in previous months. They are above background with approximately 20 earthquakes occurring in January. HVO insists that all these earthquakes have been very small relative to earthquake sequences observed before eruptions in 1975 and 1984.
As far as deformation is concerned, GPS data suggest that inflation continues after a lull in December, but the rates are very low. It should be kept in mind that the re-inflation of Mauna Loa’s shallow magma storage reservoirs started immediately after the1984 eruption. It then turned to deflation for almost a decade. Inflation started again in 2002, after a brief swarm of deep long-period (LP) earthquakes. A more intense swarm of LP events occurred in late 2004. It was followed by a dramatic increase in inflation. Inflation then slowed again in 2006, ceased altogether in late 2009, and resumed slowly in late 2010.

No anomaly has been observed in the gas (SO2, CO2) emissions and temperatures of Moku’aweoweo Caldera. Fumarole temperature continues to stabilize between 77 and 78°C.

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Vue de la caldeira Moku’aweoweo  (Photo:  C.  Grandpey

Quelques frémissements sur le Mauna Loa, mais pas d’éruption en vue pour le moment // Some trembling on Mauna Loa, but no eruption in the short term

drapeau francaisBien qu’il n’y ait aucun signe d’éruption imminente, le HVO a observé une hausse de l’activité sismique sur les flancs et le sommet du Mauna Loa au cours des 13 derniers mois.
Quatre essaims ont été enregistrés depuis mars 2013. Chaque événement a débuté par des secousses au nord-ouest du sommet (Moku’āweoweo Crater), entre 4 et 15 km de profondeur ; ces secousses ont été suivies d’autres à faible profondeur au sommet, quelques jours à un mois plus tard. Elles avaient toutes des magnitudes inférieures à M2.2, sauf pour un événement de M3.5 le 9 mai 2014.
Les essaims récents ne se sont pas accompagnés d’une déformation de la surface du sol, facteur qui signifierait l’intrusion d’importantes quantités de magma à faible profondeur sous le Mauna Loa.
Il faut remarquer que le réseau de surveillance sismique du Mauna Loa a été considérablement amélioré depuis 1984. Les instruments sont maintenant en mesure de détecter et de localiser les très petits séismes, ce qui n’était pas le cas avec le matériel des années 1980. Il est probable que beaucoup de petites secousses observées actuellement n’auraient pas été détectées avant l’éruption de 1984.
Bien que la magnitude et le nombre de séismes observés au cours des 13 derniers mois aient été nettement plus faibles que dans les trois années qui ont précédé l’éruption de 1984, ils se sont produits dans les mêmes secteurs du volcan (voir cartes ci-dessous). L’essaim sismique de septembre-octobre 2013 a eu lieu sur le flanc nord-ouest, au même endroit que l’un des essaims qui se sont produits avant l’éruption de 1984. Le 9 mai 2014, un événement de M 3.5 s’est produit dans la même région de la Southwest Rift Zone que plusieurs événements d’une magnitude égale ou supérieure à M 3 avant l’éruption de 1984.
Un autre paramètre indique qu’une éruption est peu probable à court terme sur le Mauna Loa: Aucun changement significatif n’a été observé dans les émissions de SO2 et de CO2, ainsi que dans la température des fumerolles qui s’échappent du cratère Mokuaweoweo. En mai, ces températures atteignaient une moyenne de 75 à 76 ° C, supérieure toutefois aux 71,7 ° C relevés il y a plusieurs mois.

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drapeau anglaisWhile there are no signs of impending eruption, HVO has recorded an increased level of seismic activity on the flanks and summit of Mauna Loa over the past 13 months.

Four distinct earthquake swarms have occurred since March 2013. Each event began with earthquakes northwest of the summit (Moku‘āweoweo Crater) at 4 to 15 km deep, followed by shallow earthquakes at the summit from several days to one month later. These earthquakes have all been less than M2.2, except for an  M3.5 event on May 9th, 2014.

The recent swarms have not been associated with the deformation of the ground surface that would mean an intrusion of significant amounts of magma into shallow levels beneath Mauna Loa.

The seismic network that monitors Mauna Loa has been significantly improved since 1984. It is now better able to detect and locate smaller earthquakes than the previous equipment. It is likely that many of the small earthquakes that we currently observe would not have been detected by HVO’s seismic monitoring prior to the 1984 eruption.

Though the size and number of earthquakes observed over the past 13 months has been significantly smaller than those observed in the three years prior to the 1984 eruption, they have been occurring in the same general areas of the volcano (see maps below).

The swarm in September-October 2013 occurred on the northwest flank, the same location as one of the swarms that occurred prior to the 1984 eruption. The May 9, 2014, M 3.5 earthquake occurred in the same area of the upper Southwest Rift Zone as many M 3 or greater earthquakes prior to the 1984 eruption.

Another parameter indicates that an eruption is unlikely to occur in the short term on Mauna Loa: No significant changes in SO2, CO2 were recorded by the Mokuaweoweo gas and temperature monitors in May. Daily average fumarole temperature during the month declined from 76 to 75° C, still not back down though to the 71.7°C average of several months ago.

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Source:  USGS / HVO.

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Moku’āweoweo Crater, un jour de février 1996, sous la neige…  (Photo:  C. Grandpey)