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Nouvelles mesures sur le Kilauea (Hawaii) // New measurements on Kilauea Volcano (Hawaii)

Alors que l’éruption sommitale du Kilauea se poursuit dans le cratère de l’Halema’uma’u, les géologues du HVO sont impliqués dans deux projets qui devraient leur permettre de mieux comprendre comment fonctionne le volcan, ainsi que le déroulement de l’éruption et l’effondrement du sommet du Kīlauea en 2018.
Les deux projets qui débuteront cet été mettent en jeu le transport aérien d’une boucle de fil oblongue d’une part, et l’enfouissement de bobines de fil d’autre part. La zone cible est l’ensemble du Kilauea, depuis la pointe orientale de Kumukahi au sud-ouest, jusqu’à Punaluʻu. Les deux projets détermineront la distribution des résistivités électriques sous la surface, ce qui peut être utilisé pour cartographier le magma. Le projet aéroporté cartographiera également les variations du champ magnétique pour déterminer dans quelle mesure le champ terrestre est présent dans les minéraux magnétiques du Kilauea.
Le premier projet consistera à enfouir des électrodes et des bobines de fil à faible profondeur pour mesurer l’énergie électromagnétique (EM) générée par la foudre autour de l’équateur. Les orages accompagnés de foudre sont courants dans les régions équatoriales. Ils produisent un bruit électromagnétique constant qui se déplace autour du globe dans l’atmosphère entre la surface de la Terre et l’ionosphère. La réponse de la Terre à cette stimulation EM distante peut indiquer aux géologues les propriétés électriques de la Terre sous les bobines à des profondeurs d’environ 10 km. Le système, d’une surface d’un mètre carré, sera déplacé vers quelque 125 emplacements au sol sur le volcan. Les données obtenues serviront à mettre au point une image détaillée du fonctionnement interne de Kilauea. Cette étude s’étalera sur deux saisons : la première en 2022 durant les mois de mai et juin; la deuxième à l’été 2023.
La deuxième partie du projet utilisera une boucle de fil de forme ovale de 15 m par 25 m suspendue à 30 m sous un hélicoptère survolant la majeure partie du volcan.

 

Source: USGS

La boucle transmettra et recevra de l’énergie EM à très basse fréquence et devra voler à 35–50 m au-dessus du sol ou de la cime des arbres. Un petit capteur mesurera également l’intensité du champ magnétique. Il s’agit de cartographie électromagnétique et magnétique aéroportée (AEM).
Les données AEM permettront d’obtenir une image de la structure peu profonde (600 m de profondeur) du volcan, y compris les eaux souterraines et les schémas d’altération causés par les fluides hydrothermaux comme ceux qui se sont infiltrés dans le lac d’eau de l’Halema’uma’u en 2019-2020. Le champ magnétique terrestre le long de la trajectoire de vol permettra de cartographier également la signature du dyke qui a acheminé le magma vers le district de Puna en 2018. Cette partie du projet est également prévue au cours des mois de juin et juillet 2022.
Les survols actuels ne concernent aucune zone résidentielle ni aucune autre région interdite par la Federal Aviation Administration (FAA) ou le Parc national des volcans d’Hawaï. En revanche, les prochains vols auront lieu de jour et seront coordonnés avec la FAA. Des pilotes expérimentés spécialement formés pour le vol à basse altitude piloteront l’hélicoptère. Aucun des instruments utilisés pendant le projet ne présente de risque pour la santé des personnes ou des animaux.
L’AEM et le champ magnétique terrestre ont été cartographiés pour la dernière fois en 1978 sur le Kilauea et le Mauna Loa. Les résultats ont montré que l’East Rift Zone du Kilauea présentait une forte aberration de champ magnétique typique des dykes verticaux qui alimentent d’innombrables éruptions latérales à partir de la zone sommitale.
L’équipement et le logiciel utilisés pour ces projets ont été beaucoup améliorés au cours des 20 dernières années et les géophysiciens qui supervisent le projet actuel ont utilisé avec succès les nouvelles techniques pour cartographier d’autres volcans aux Etats Unis. La finalité du projet en cours est de produire une image de l’ensemble du système magmatique du Kilauea.
Source : USGS, HVO.

A noter que l’étude aéroportée du volcan a déjà été mise en oeuvre sur le Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion). Voir ma note du 22 décembre 2019:

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2019/12/22/nouvelle-approche-de-lile-de-la-reunion-et-son-volcan-new-approach-of-reunion-island-and-its-volcano/

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While the summit eruption of Kilauea is continuing within Halema’uma’u Crater, HVO geologists are involved in two projects that will help scientists better understand how the volcano works and how the 2018 eruption and collapse of Kīlauea summit happened.

The two projects that will start this summer employ flying an oblong wire loop and burying wire coils. The target area is the entire volcano of Kilauea, from the eastern point of Kumukahi southwest almost to Punaluʻu. Both project will determine the distribution of electrical resistivities below the surface, which can be used to map magma. The airborne project will also map variations in the magnetic field to determine how well the Earth’s field is frozen into Kīlauea’s magnetic minerals.

The first project will deploy electrodes and wire coils buried at shallow depths to passively measure the electromagnetic (EM) energy generated by lightning strikes around the equator.. Lightning storms are common in equatorial regions and those storms produce surprisingly constant electromagnetic noise that travels around the globe in the atmosphere between the Earth’s surface and the ionosphere. The response of the earth to this distant EM stimulation can tell geologists the electrical properties of the earth below the coils to depths of about 10 km. The one-square-meter setup will be moved to about 125 ground locations on the volcano. The resulting data will be used to develop a detailed picture of Kilauea’s inner workings. This study will be done over two field seasons with the first season in 2022 during the months of May and June. The second season will be in the summer of 2023.

The second part of the project will use a 15 by 25 m oval-shaped wire loop suspended 30 m beneath a helicopter flying over most of the volcano. (see image above) The loop assembly will transmit and receive very low frequency EM energy and will need to be flown 35–50 m above the ground or treetops. A small sensor will also be measuring magnetic field strength. The technique is called airborne electromagnetic and magnetic (AEM) mapping.

AEM data will allow imaging of the shallow (upper 600 m) structure of the volcano including groundwater and patterns of alteration caused by hydrothermal fluids like those that seeped into Halemaʻumaʻu water lake in 2019–2020. Earth’s magnetic field along the flight path will also map the signature of the cooling dike that transported magma to lower Puna in 2018. This part of the project is also scheduled for 2022 in the months of June and July.

Currently planned flight lines do not fly over any residential areas or other regions excluded by the Federal Aviation Administration (FAA) or Hawaiʻi Volcanoes National Park. Flights will occur during daylight hours and be coordinated with the FAA. Experienced pilots specially trained and approved for low-level flying will operate the helicopter. None of the instruments in either part of the project pose a health risk to people or animals.

AEM and Earth’s magnetic field were last mapped in 1978 over both Kilauea and Mauna Loa. The 1978 results showed that Kilauea’s East Rift Zone was clearly outlined by a strong magnetic field aberration typical of vertical dikes that fed countless eruptions laterally from the summit area.

The equipment and software have been much improved in the past 20 years and the geophysicists overseeing the current project have successfully used the technique to map other US volcanoes. Their hope is now to produce a picture of the entire magmatic system of Kilauea.

Source: USGS, HVO.

It should be noted that the airborne technology was already used on Piton de la Fournaise (Reunion Island). See my post of December 22nd, 2019:

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2019/12/22/nouvelle-approche-de-lile-de-la-reunion-et-son-volcan-new-approach-of-reunion-island-and-its-volcano/

Vue de la zone couverte par la campagne de mesures ‘Source: HVO)

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)