Une pelleteuse dans la vallée de Natthagi (Islande) ! // An excavator in Natthagi (Iceland) !

Ces derniers jours, je me demandais pourquoi une pelleteuse s’agitait dans la vallée de Natthagi, juste devant le rempart de terre édifié pour empêcher – si possible – la lave d’atteindre la route côtière et d’endommager un câble à fibre optique. Pour le moment, ce barrage s’avère inutile car la lave a décidé de prendre une trajectoire opposée vers la vallée de Meradalir. Mais on ne sait jamais ; le volcan s’est montré fantasque depuis le début de l’éruption.
Aujourd’hui, j’ai la réponse et je sais pourquoi il y a une pelleteuse à Natthagi. Une tranchée a été creusée dans la vallée avec, à l’intérieur, des tuyaux et divers équipements de mesure dont le but est d’évaluer l’impact qu’aurait une coulée de lave sur de telles installations.
Les scientifiques expliquent que quand (ou si !) la lave recouvre la tranchée, ils recueilleront des données uniques sur l’effet de la coulée sur les câbles et autres infrastructures installées sous terre.
Source : Iceland Monitor.

A noter que le 21 août dans l’après-midi, une brèche s’est ouverte sur la lèvre du cratère côté Natthagi. La lave pourrait bien reprendre le chemin de cette vallée….

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Over the past days, I was wondering why an excavator was working in the Natthagi valley, right in front of the earthern wall built to prevent – if possible- lava from reaching the coastal road and damaging a fiber optic cable. For the moment, this dam is proving useless as lava has decided to take the opposited way in Meradalir. But one never knows ; the volcano has proved whimsical since the start of the eruption.

Today, I got the answer and I know why there is an excavatorr in Natthagi. A ditch has been dug in the valley. Inside the ditch, there are pipes and various measuring equipment whose aim is to assess the impact lava flow would have on such installations.

Scientists explain that when (or if!) lava flows across the ditch, they will collect unique data about the effect of lava flow on cables and other infrastructure installed underground.

Source : Iceland Monitor.

It should be noted that on August 21st in the afternoon, a breach opened on the crater rim, Natthagi side. The lava might now flow toward this valley ….

Capture écran webcam

Vue de la nouvelle brèche côté sud. Elle laisse échapper un important flot de lave qui devra toutefois être plus constant pour atteindre la tranchée dans Natthagi.

Nouvel instrument de mesure sur le Kilauea (Hawaii) // New measuring instrument on Kilauea Volcano (Hawaii)

Dans sa dernière mise à jour, l’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le HVO, indique que le Kilauea n’est pas en éruption. L’alimentation du lac de lave dans l’Halema’uma’u a cessé et les émissions de SO2 et ont retrouvé le niveau qui était le leur avant la dernière éruption. Rien n’annonce en ce moment une reprise imminente de l’activité éruptive.

Bien qu’il n’y ait pas de lac de lave sur le Kilauea ces jours-ci, les scientifiques du HVO expliquent comment ils mesurent la hauteur d’un lac de lave actif.

Une nouvelle technique de mesure a été mise au point pour améliorer encore davantage le réseau permanent de surveillance volcanique. Il s’agit d’un prototype de télémètre laser à mesure continue – Continuous Laser Rangefinder (CLR) – qui a été installé au bord du cratère de l’Halema’uma’u le 26 décembre 2020 et est devenu pleinement opérationnel le 8 janvier 2021.

Ce nouvel instrument contrôle la dynamique du lac de lave avec une résolution encore jamais atteinte. Le CLR mesure en temps réel et en autonomie totale les variations de niveau du lac de lave en utilisant les propriétés de réflexion de la lumière à sa surface.

L’instrument est positionné sur la lèvre ouest de l’Halema’uma’u. Il est orienté vers le cratère avec une inclinaison de 32,57 degrés sous l’horizon. La plage de mesure actuelle est d’environ 733 mètres.

Le CLR transmet une impulsion laser toutes les secondes. Le laser de longueur d’onde de 1550 nanomètres est invisible et sans danger pour l’œil humain. Le faisceau laser s’élargit avec la distance, ce qui crée une empreinte cible d’environ 0,5 m de diamètre sur la surface du lac de lave à proximité des bouches qui étaient actives sur la paroi interne nord-ouest de l’Halema’uma’u.

Une diode réceptrice détecte les signaux laser réfléchis. Un microprocesseur calcule la distance jusqu’à la surface du lac au centimètre près en mesurant le temps mis par l’impulsion laser.

Un inclinomètre à l’intérieur de l’instrument mesure l’angle d’inclinaison du faisceau laser. L’angle du faisceau est utilisé pour calculer la hauteur de la surface du lac de lave par rapport à celle de l’instrument ? Ce dernier est parfaitement stable grâce à un solide trépied, ce qui améliore encore plus la précision des mesures. Ces dernières sont transmises en temps réel via le réseau radio numérique du HVO. .

Le télémètre a également été conçu pour fonctionner par mauvais temps et lorsque les émissions de gaz sont denses. Le Kilauea est un environnement hostile pour les instruments à cause des gaz volcaniques corrosifs, des téphras abrasifs, des fortes pluies, de la foudre et des projections lors des explosions. C’est pourquoi les composants optiques du CLR sont protégés par un boîtier très résistant.

L’instrument fonctionne à l’énergie solaire grâce aux stations photovoltaïques mobiles du HVO qui peuvent être rapidement déployées par hélicoptère.

Le CLR vient compléter d’autres types de données collectées régulièrement par les scientifiques du HVO sur le terrain. Toutefois, ces techniques offrent une couverture spatiale plus large que la mesure à point unique du CLR ; les mesures sont sporadiques et ont une marge d’erreur plus élevée.

Source : USGS/HVO.

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In its latest update, The USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) indicaes taht Kilauea is not erupting. Lava supply to the Halema’uma’u lava lake has ceased and SO2 emissions have decreased to near pre-eruption background levels. There are currently no indications suggesting that a resumption of volcanic activity is imminent.

Although there is no lava lake on Kilauea these days, HVO scientists explain how they measure the lake’s height when it is active in a crater.

New technology has been implemented and is improving HVO’s permanent volcano monitoring network. The prototype Continuous Laser Rangefinder (CLR) gauge is one of the new instruments. It was installed on December 26th, 2020 and became fully operational on January 8th, 2021.

This newly-developed instrument monitors lava lake dynamics with unprecedented resolution. The CLR gauge autonomously measures lava lake elevation in real-time, using the light-reflecting properties of the lava surface.

The instrument is stationed on the western rim of Halema’uma’u Crater. It is aimed into the crater at an inclination of 32.57 degrees below the horizon. Current measurement range is about 733 metres.

The CLR gauge transmits a laser pulse every second. The 1550 nanometer wavelength laser is invisible and eye-safe. The laser beam broadens with distance, making a target footprint about 0.5 m diameter on the lava lake surface near the previously active vents on Halema’uma’u’s northwest wall.

A receiver diode senses laser signals reflected from downrange. A microprocessor calculates the distance to the lake surface within a centimetre by measuring the time of flight of the laser pulse.

An onboard inclinometer measures the slant angle of the laser beam. The beam angle is used to calculate vertical elevation of the lake surface below the surveyed instrument elevation. The instrument is stabilized by a sturdy tripod that improves measurement precision.

Real-time range measurements are telemetered via HVO’s digital radio network.

The quipment has laso been designed to work in foul weather and dense gas emissions. Kilauea is a harsh environment for instrumentation. Corrosive volcanic gas, abrasive tephra, heavy rainfall, lightning, and ballistic ejections are a threat to monitoring equipment. The CLR gauge optical components are protected by a custom enclosure.

The CLR gauge is solar powered by HVO’s flyaway photovoltaic stations, which are rapidly deployed by helicopter. The new instrument complements other types of data routinely collected by HVO scientists in the field. However, these techniques provide broader spatial coverage than the CLR’s single-point measurement; they ate are sporadic and have higher error.

Source : USGS / HVO.

Vue du CLR installé sur la lèvre du cratère de l’Halema’uma’u. On peut voir à droite en haut de l’image une vue éclatée du boîtier optique de l’instrument. (Source : USGS)

La température de l’eau dans le cratère de l’Halema’uma’u (Hawaii) // Water temperature in Halema’uma’u Crater (Hawaii)

Le 2 août 2020, j’ai publié une note sur le premier anniversaire de la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u au sommet du Kilauea. Le lac couvre maintenant une superficie de plus de 2,5 hectares et atteint une profondeur de plus de 40 m. Sa couleur est variable et la température de surface du lac oscille généralement entre 70°C et 85°C.
Dans un nouvel article, les géologues du HVO expliquent que la température de surface du lac est susceptible de donner des indications sur d’éventuels dangers au sommet du volcan. Par exemple, en interagissant avec de l’eau proche de la surface, le magma peut, dans certains cas, déclencher des explosions phréatiques. En conséquence, le lac constitue une fenêtre ouverte sur ce qui se passe sous la surface du Kilauea.
Comme je l’ai écrit précédemment, le niveau du lac est contrôlé régulièrement à l’aide d’un télémètre laser, tandis que les observations visuelles enregistrent les variations de couleur de l’eau et sa circulation. Sa chimie a été analysée grâce à des échantillons prélevés à deux reprises par un drone. Une caméra thermique fonctionnant en continu a été installée en 2019 pour surveiller les changements de température dans le lac 24 heures sur 24. Les géologues utilisent également une caméra thermique portable lors des visites sur le terrain pour effectuer des mesures plus précises de la température du lac.
Cette dernière est parfois difficile à mesurer. En effet, la vapeur qui s’échappe de la surface de l’eau et se mélange à l’air ambiant est beaucoup plus froide que l’eau proprement dite. Cet épais nuage de vapeur masque en grande partie la surface du lac et rend les mesures difficiles. Il faut donc essayer d’effectuer les mesures dans les trouées à l’intérieur de ces nuages de vapeur. C’est en analysant les centaines d’images fournies par la caméra thermique que l’on a le plus de chances d’obtenir une estimation de la température de surface.
Fin 2019, les premiers résultats ont montré une température maximale de 70 à 75 degrés Celsius. Plus tard, une caméra thermique à plus haute résolution a été utilisée et a révélé des valeurs plus élevées, avec des températures maximales entre 80 et 85°C. La résolution plus élevée semble plus adaptée pour effectuer des mesures dans les trouées des nuages de vapeur. À de nombreuses reprises, les scientifiques du HVO ont utilisé à la fois les caméras basse et haute résolution pour avoir la confirmation que la caméra haute résolution montrait des températures systématiquement plus élevées.
Ces estimations ont été confirmées par une mission avec un drone en janvier 2020. L’appareil avait à son bord une minuscule caméra thermique. Il a été maintenu à quelques mètres au-dessus de la surface du lac, là où la vapeur est beaucoup moins problématique. La température maximale obtenue était d’environ 85°C.
Les images thermiques recueillies en 2019 montrent que la température n’est pas uniforme sur toute la surface du lac. Des zones chaudes sont observées à plusieurs endroits en bordure du lac. Au vu des images en accéléré, ces zones semblent se trouver dans les secteurs où les eaux souterraines pénètrent dans le lac. Le centre du lac est dans l’ensemble moins chaud. Cependant, ces valeurs ne représentent que la température de surface. La température en profondeur reste inconnue. Les futures missions à l’aide de drones devraient disposer d’une sonde de température pour effectuer de telles mesures.
La comparaison de la température du lac de l’Halema’uma’u avec celle d’autres lacs volcaniques dans le monde montre que le lac au sommet du Kilauea est vraiment chaud. À l’échelle de la planète, seuls quelques lacs volcaniques ont une température de surface supérieure à 80 degrés Celsius. La haute température du lac du Kilauea peut s’expliquer par la présence de chaleur résiduelle dans les matériaux d’effondrement à la base de Halema’uma’u, avec des roches qui ont été chauffées par la colonne de lave avant l’effondrement du cratère en 2018. Les bouches de gaz situées à proximité, avec des fumerolles dont la température atteint au moins 150°C, sont une autre explication possible de la température élevée du lac.
Les mesures régulières de la température du lac dans l’Halema’uma’u peuvent permettre de détecter le moindre changement annonciateur de dangers. Par exemple, dans plusieurs autres lacs volcaniques dans le monde, les variations de température ont précédé des explosions. Toutefois, au cours de l’année écoulée, la température du lac du Kilauea est restée stable et il n’y a actuellement aucun changement significatif.
Source: USGS / HVO.

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On August 2nd, 2020, I published a post about the first anniversary of the water pond at the bottom of Halema’uma’u Crater at the summit of Kilauea volcano. I wrote that the lake now covers an area of more than 2.5 hectares and reaches a depth of more than 40 m. Its colour is variable and the lake surface temperature is hot, usually between 70°C and 85°C.

In a new article, HVO geologists explain that the lake’s surface water gives indications about the potential for future hazards at the summit. Magma interacting with near-surface water can, in some circumstances, trigger steam-blast explosions. As a consequence, the lake may provide a useful window into what’s happening beneath the surface.

As I put it before, the lake level is tracked regularly with a laser rangefinder, and visual observations record changes in water colour and circulation patterns. Water chemistry has been analyzed in samples collected by two drone missions. A continuously operating thermal camera was installed in 2019 to keep watch on temperature changes in the lake around the clock. Geologists also use a handheld thermal camera during field visits to make more detailed measurements of lake temperature.

The lake temperature can be a little difficult to measure. The steam rising from the water surface and mixing with air is much cooler than the water. The thickness of this steam layer masks much of the underlying water surface and makes the measurements of the lake’s surface rather difficult. It is essential to see through the gaps in the steam. Collecting and analyzing hundreds of images at a time provides the best chance to capture the occasional views through the steam and get an estimate of the hot, underlying water surface.

The initial results in late 2019 showed maximum temperatures of 70-75 degrees Celsius. Later, a higher-resolution thermal camera was used and showed higher values, with maximum temperatures around 80-85°C. The higher resolution seemed to be better at seeing through the gaps in the steam. On numerous occasions HVO scientists used both the low and high-resolution cameras at the same time to confirm that the higher resolution camera showed systematically higher temperatures.

These estimates were confirmed by a mission with a drone in January. The aircraft carried a tiny thermal camera and hovered just yards above the surface, where steam is much less of a problem. The maximum temperature in the images was about 85°C.

The thermal images collected in 2019 show that the temperature is not uniform across the surface. Hot zones are observed in several spots along the lake margin, and time-lapse imagery shows that these areas appear to be zones where groundwater enters the lake. The centre of the lake is generally the coolest. However, these values only represent the surface temperature, and it is still unknown how hot the lake is beneath the surface. Future drone missions may carry a temperature probe to measure this.

Comparing these temperatures to those of other volcanic lakes around the world shows that Kilauea’s summit lake is a hot one. Globally, only a few volcanic lakes have surface temperatures greater than 80 degrees Celsius. The reason why Kilauea’s water lake is so hot can be explained by the residual heat in the collapse rubble at the base of Halema’uma’u, from rock that was heated by the lava column prior to the 2018 collapse. The nearby gas vents, with fumaroles whose temperature reaches at least 150 degrees Celsius, are another potential explanation for the high temperatures.

Carefully measuring the lake temperature can help identify any changes that might be precursors to upcoming hazards. For instance, at several other volcanic lakes around the world, changes in lake temperature have preceded explosions. Over the past year, Kilauea’s lake temperatures have stayed in the same range, and there are currently no significant changes

Source : USGS / HVO.

Image visuelle du lac dans le cratère de l’Halema’uma’u (Source : USGS / HVO)

Image du lac obtenue à l’aide de la caméra thermique le 31 juillet 2020. Les couleurs plus chaudes (jaune-orange) montrent les températures les plus élevées, tandis que les couleurs plus froides (bleu) montrent des températures plus basses. L’image indique que la température maximale à la surface du lac est d’environ 82°C. (Source : USGS / HVO)

Le « Polarstern » et l’expédition MOSAiC

L’expédition MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) n’a pas fait l’objet d’éditions spéciales dans les médias. C’est pourtant la plus importante jamais mise sur pied dans l’Arctique. Le 20 septembre 2019, le Polarstern – étoile polaire – navire amiral de l’Institut Alfred Wegener a levé l’ancre dans le port de Tromsø en Norvège, pour rejoindre le cœur de l’Océan Arctique et y faire des mesures scientifiques. La mission implique 600 chercheurs de dix-sept pays. Une fois sur place, le Polarstern s’est laissé emprisonner par les glaces et s’est laissé dériver vers le sud.

Le navire est parfaitement adapté à ce type d’expédition. C’est l’un des navires de recherche polaire doté des équipements les plus performants au monde. Le Polarstern est capable d’être opérationnel dans la banquise pendant l’hiver arctique grâce à sa coque en acier à double paroi et à 20000 chevaux. Il est capable de briser une glace de 1,50 mètre d’épaisseur et affronter une glace encore plus épaisse en progressant tel un bélier. Il peut supporter des températures jusqu’à -50°C. A côté des 50 membres de l’équipage, une cinquantaine de scientifiques effectue, dans le cadre de l’expédition MOSAiC, des recherches sur 5 principaux domaines d’intérêt (atmosphère, océan, glace de mer, écosystème, biogéochimie). De plus, le Polarstern dispose de divers véhicules (hélicoptères, motoneiges, etc.) à son bord, permettant aux chercheurs de prendre des mesures et de recueillir des données qui sont régulièrement enregistrées, sauvegardées et transmises grâce à un système informatique de pointe.

Selon son directeur, le but de l’expédition MOSAiC est de « mieux comprendre le système climatique arctique […] Se laisser piéger volontairement par les glaces est le seul moyen de […] faire des mesures pendant une année entière. »

L’équipe scientifique est renouvelée tous les deux mois ; les successeurs, acheminés par des brise-glace russes, chinois et suédois, assurent également une partie du ravitaillement.

Dès le début de la mission, les scientifiques ont profité des quelques heures de lumière quotidienne pour installer des laboratoires de recherche autonomes. Ces installations dérivent vers le sud, en même temps que le Polarstern, grâce au courant océanique transpolaire.

Cette expédition, inédite par son ampleur, est prévue depuis 2011. À l’époque, il est apparu aux chercheurs qu’il serait impossible de prédire l’évolution de la situation en Arctique sans faire des mesures précises toute l’année. Les scientifiques étudient la formation et la fonte de la banquise, la circulation de la chaleur dans l’océan, les dynamiques de l’écosystème marin, la relation complexe entre les nuages et l’atmosphère.

Par manque de données, les prévisions du GIEC sur l’Arctique sont très imprécises. Or, le pôle Nord se réchauffe quatre fois plus vite que la moyenne mondiale et ce qui s’y passe a une influence déterminante sur le climat mondial.

En septembre 2020, libéré des glaces, le Polarstern retournera en Allemagne et retrouvera Bremerhaven, son port d’attache.

Source : MOSAiC.

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The Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC) expedition has not been the subject of special media editions. It is, however, the largest ever organised in the Arctic. On September 20th, 2019, the Polarstern – polar star – flagship of the Alfred Wegener Institute weighed anchor in the port of Tromsø (Norway), to reach the heart of the Arctic Ocean and to make scientific measurements there. The mission involves 600 researchers from seventeen countries. Once there, the Polarstern got caught in the ice and drifted south.
The ship is perfectly suited to this type of expedition. It is one of the most efficient polar research vessels in the world. The Polarstern is capable of being operational in ice during the Arctic winter thanks to its double-walled steel hull and 20,000 horsepower. She is capable of breaking 1.50 meter thick ice and overcoming thicker ice by ramming. She can withstand temperatures down to -50°C. Alongside the 50 crew members, around fifty scientists are carrying out research on 5 main areas of interest (atmosphere, ocean, sea ice, ecosystem, biogeochemistry) as part of the MOSAiC expedition. In addition, the Polarstern has various vehicles (helicopters, snowmobiles, etc.) on board, allowing researchers to take measurements and collect data that is regularly recorded, saved and transmitted using an advanced computer system.
According to its leader, the goal of the MOSAiC expedition is to « better understand the Arctic climate system […] Being voluntarily trapped by the ice is the only way to […] measure for a whole year.  »
The scientific team is renewed every two months; successors, routed by Russian, Chinese and Swedish icebreakers, also provide part of the supply.
From the start of the mission, the scientists took advantage of the few hours of daily light to set up autonomous research laboratories. These installations drift south, at the same time as the Polarstern, thanks to the oceanic transpolar current.
This expedition, unprecedented in size, has been planned since 2011. At the time, it appeared to researchers that it would be impossible to predict the evolution of the situation in the Arctic without making precise measurements all year round. Scientists are studying the formation and melting of the icefield, the circulation of heat in the ocean, the dynamics of the marine ecosystem, the complex relationship between clouds and the atmosphere.
Due to a lack of data, the IPCC forecast for the Arctic is very imprecise. However, the North Pole is warming four times faster than the world average and what is happening there has a decisive influence on the global climate.
In September 2020, freed from the ice, the Polarstern will return to Germany and find Bremerhaven, her home port.
Source: MOSAiC.

Le Polarstern (Source: Alfred Wegener Institute)