Halema’uma’u (Hawaii): Résultats de l’analyse de l’eau // Results of water analysis

Comme prévu, le HVO a récemment échantillonné l’eau du lac qui est apparu au fond du cratère de l’Halema’uma’u, au sommet de Kilauea. Le niveau de cette eau a augmenté d’environ 90 centimètres par semaine depuis sa première apparition le 25 juillet 2019. Jusqu’à présent, le HVO ne pouvait qu’évaluer à distance la taille du lac, observer sa couleur et estimer sa température. En voyant la lac s’agrandir, le HVO a décidé d’élaborer une stratégie pour échantillonner son eau. En effet, la chimie du lac est une bonne indication de la provenance de l’eau, de son influence possible sur le dégazage et donc des risques potentiels au sommet du Kilauea.
Il a été décidé qu’un drone serait la meilleure solution pour l’échantillonnage. Le 26 octobre, un engin a prélevé avec succès 0,73 litre d’eau du lac. L’échantillon a ensuite été envoyé à des laboratoires sur le continent pour des analyses exhaustives.
Les résultats obtenus jusqu’à maintenant indiquent que l’eau est acide, avec un pH de 4,2 (le pH neutre est de 7). Il est intéressant de noter que la plupart des lacs de cratères ont un pH inférieur à 3,5 (plus acide) ou supérieur à 5 (moins acide), ce qui place le lac de l’Halema’uma’u dans la moyenne.
Une modélisation mathématique effectuée avant l’apparition du lac indiquait que l’eau de la nappe phréatique était susceptible de pénétrer dans le cratère de l’Halema’uma’u une fois que l’environnement se serait suffisamment refroidi, après la disparition du lac de lave qui avait séjourné dans le cratère entre 2008 et 2018. Il n’est donc pas surprenant de voir de l’eau appraître dans le cratère.
Cependant, il est important de noter que l’Halema’uma’u est l’endroit où les émissions sommitales de dioxyde de soufre (SO2) sont les plus importantes, et que le SO2 se dissout facilement dans l’eau.
Lorsque l’eau souterraine s’écoule en direction du cratère en cours de refroidissement, elle dissout le SO2 provenant du magma situé en dessous. Cela conduit à des concentrations élevées d’ions sulfate dans le lac (53 000 milligrammes par litre) et à un pH plus acide.
A côté de cela, cette eau acide réagit chimiquement avec le basalte du Kilauea, ce qui diminue son acidité et augmente donc son pH. On observe aussi des concentrations élevées de magnésium dans l’eau. Les rapports magnésium / sodium et sodium / potassium dans l’eau du lac sont semblables à ceux du basalte du Kilauea, confirmation des réactions chimiques entre l’eau et la roche.
Les concentrations de calcium ne sont pas très élevées dans l’échantillon d’eau prélevé. Cela s’explique par le fait que le calcium se combine avec des ions sulfate pour former des minéraux solides qui précipitent dans l’eau. Le fer est également susceptible de former divers minéraux, ce qui explique les teintes jaunâtres du lac.
Les réactions complexes entre les gaz et les roches environnantes expliquent pourquoi l’eau du lac dans l’Halema’uma’u est chimiquement différente de la nappe phréatique au fond d’un puits de recherche situé au sud de Halema’uma’u et aussi de l’eau de pluie. Les tests effectués sur l’oxygène et l’hydrogène qui forment les molécules d’eau révèlent que l’eau du lac était à l’origine une eau de pluie qui a percolé dans le sous-sol où sa chimie a évolué.
Le niveau du lac au fond de l’Halema’uma’u continue à s’élever. Le pH actuel reflète un équilibre entre les eaux souterraines qui y pénètrent et le niveau des émissions de SO2 en provenance du sous-sol. Si le niveau du lac se stabilise ou si la quantité de SO2 change, le pH est susceptible de se modifier. Sur le Pinatubo aux Philippines, après l’éruption de 1991, un lac de cratère s’est formé avec un pH presque neutre, mais l’eau est devenue plus acide quand le dégazage de SO2 s’est intensifié, avec l’apparition d’une activité volcanique ultérieure.
Les analyses chimiques confirment que le lac au fond du cratère de l’Halema’uma’u dissout le SO2 d’origine magmatique. Cela signifie que les niveaux d’émission de SO2 mesurés par le HVO (environ 30 tonnes par jour) sous-estiment le SO2 émis globalement par le Kilauea. Sans le lac, les émissions de SO2 au sommet du volcan seraient probablement plus élevées. Cette découverte est importante car un niveau d’émission de SO2 en hausse peut indiquer la présence de magma à faible profondeur.  .
Source: HVO.

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As expected, HVO recently sampled the Halema‘uma‘u water lake at the bottom of Kilauea’s summit crater. The water has risen about 90 centimetres per week since first spotted on July 25th, 2019. Initially, HVO was limited to remote observations of lake size, colour, and surface temperature. As the lake grew, HVO began formulating a plan to sample the water. Indeed, the lake’s chemistry could reveal where the water was coming from and what it might mean for degassing and potential hazards at Kilauea’s summit.

It was decided that a UAS was the best option for sampling. On October 26th, a drone successfully collected about 0.73 litres of water from the lake. The sample was then shipped to mainland USGS laboratories for sophisticated analyses.

Results thus far indicate an acidic lake, with a pH of 4.2 (neutral is pH 7). Interestingly, most volcanic crater lakes have a pH of less than 3.5 (more acidic) or higher than 5 (less acidic), which places the Halema’uma’u lake in the midddle range.

Mathematical modelling performed prior to the lake’s appearance predicted that groundwater could flow into Halema‘uma‘u once the area had cooled enough after the 2008-18 lava lake drained away. So, it was not entirely a surprise when water began to pond in the crater.

But, it’s important to note that Halema‘uma‘u is where most summit sulfur dioxide (SO2) degassing takes place, and that SO2 dissolves readily in water.

As water flows underground toward the now-cooling crater, it dissolves SO2 rising from magma below. This leads to high concentrations of sulfate ions in the lake (53,000 milligrams per liter) and a tendency towards a more acidic pH.

However, that acidic water reacts chemically with Kilauea’s basaltic rock, which makes the lake less acidic (raises the pH) and results in high concentrations of magnesium in the water. The ratios of magnesium to sodium and of sodium to potassium in the lake water are similar to those ratios in Kilauea’s basalt, which is further evidence of chemical reactions between the water and rocks.

Calcium concentrations are not very high in the water sample; calcium is instead combining with sulfate ions to form solid minerals that precipitate from the water. Iron is also likely forming various minerals, contributing to the lake’s yellowish colours.

Complex gas/rock reactions result in Kilauea’s lake water being chemically different from groundwater in a research well south of Halema‘uma‘u and from rainwater. Testing of oxygen and hydrogen that form the water molecules indicate that the lake water was originally rain that percolated into the subsurface where it became groundwater and the chemistry changed.

The Halema’uma’u lake is still rising. The current pH reflects the balance between incoming groundwater and the degree of SO2 degassing from below. If the lake level stabilizes, or the amount of SO2 changes, the pH may also change. At Mount Pinatubo (Philippines), after the 1991 eruption, a crater lake formed with a nearly-neutral pH but became more acidic with increased SO2 degassing and later volcanic activity.

Chemical analyses confirm that the Halema’uma’u crater lake dissolves magmatic SO2. This implies that HVO’s measured SO2 emission rates (about 30 tonnes per day) underestimate the total outgassed SO2 at Kilauea. Without the lake, SO2 emissions from the summit would likely be higher. This finding is important given that an increasing SO2 emission rate can indicate shallowing magma.

Source : HVO.

Le lac acide au fond du cratère de l’Halema’uma’u (Crédit photo: HVO)

Hawaii : L’entrée de lave dans l’océan et son impact sur les écosystèmes // The ocean lava entry and its impact on ecosystems

La lave qui pénètre dans le Pacifique dans District de Puna ne modifie pas seulement le paysage terrestre; elle modifie également le paysage marin en affectant la vie aquatique.

Un professeur du département des Sciences de la Mer de l’Université d’Hawaii à Hilo concentrait jusqu’à présent ses études sur la vie dans les « Tide Pools » (bassins d’eau de mer qui se remplissent avec la marée) près de Vacationland. L’objet de ses recherches était les impacts de l’eau douce sur les écosystèmes côtiers.
Malheureusement, les « Tide Pools » ont été recouverts par la lave au début de l’été et le professeur a dû changer son fusil d’épaule. Il travaille maintenant en relation avec Liquid Robotics, une entreprise située à Kawaihae Harbor, et utilise un nouvel équipement baptisé Wave Glider pour analyser la répartition de l’eau chaude sur le site où la lave pénètre dans l’océan, ainsi que son impact sur l’environnement.
Le Wave Glider est une sorte de robot qui collecte des données tout en flottant à la surface de l’océan. L’appareil a à peu près la taille d’une planche se surf mais est légèrement plus épais pour pouvoir y loger des batteries, un ordinateur pour la navigation et la communication, et des instruments de mesure scientifique
En utilisant cette technologie sans pilote, les scientifiques ont la possibilité d’étudier les effets de la lave qui entre dans l’océan, le panache qu’elle génère, ainsi que et les interactions de la lave et de l’eau de mer directement à la surface de l’océan. Il convient de noter que très peu d’éruptions volcaniques et de coulées de lave ont été analysées en temps réel depuis le large.
Le professeur et son équipe ont examiné trois types de données: température de l’eau, sédiments et pH.
– L’eau bout à l’endroit où la lave pénètre dans l’océan et les chercheurs ont relevé des températures supérieures à 38°C à trois kilomètres de la côte. Certains jours, cette distance peut être grande, d’autres jours plus courte. Ces variations de température dépendent en partie de la quantité de lave qui se déverse dans l’océan. La température de référence de l’eau pendant les relevés était de 26°C. Les scientifiques ont noté que l’eau chaude a tendance à s’éloigner du rivage plutôt de s’étirer le long de la côte. Elle se déplace vers le large et l’eau plus froide se déplace le long du littoral ou remonte des profondeurs pour remplacer l’eau là où la lave entre dans la mer. En procédant de cette façon, cette eau plus fraîche fournit une certaine protection aux écosystèmes autour de la coulée de lave.
– Les chercheurs ont constaté que l’eau était très boueuse. Au fur et à mesure que la lave se déverse, elle se refroidit, se craquelle et est réduite en miettes de plus en plus petites par l’action des vagues. On voit alors apparaître des «bombes volcaniques» – comme celle qui s’est écrasée sur le bateau de touristes -, des roches et de fines particules de limon et d’argile, qui restent en suspension, ce qui donne à l’eau son aspect boueux. Un scientifique a expliqué que l’eau ressemble à « la Baie de Hilo après une grosse pluie. »
– La troisième mesure concerne le pH, autrement dit l’acidité de l’eau. L’eau de mer est légèrement basique à pH 8 et le pH 7,2 est le plus bas à avoir été mesuré. A 7.0, le  pH est neutre. Connaître les niveaux de pH est important car cela permet de savoir dans quelles proportions les écosystèmes côtiers sont affectés par l’éruption.

Ce sont la chaleur et les sédiments dans l’eau qui auront les impacts les plus significatifs sur les écosystèmes côtiers.
C’est la première fois depuis des décennies que ce type de données est collecté. La dernière campagne de mesures a été effectuée à la fin des années 1980 et au début des années 1990 par un groupe de chercheurs de l’Université d’Hawaii à Manoa. Une des grandes différences avec les mesures du passé est que cette fois il y a beaucoup plus de lave qui se déverse dans l’océan.
Un autre avantage est apporté par les avancées technologiques. Avec le Wave Glider, les mesures sont prises toutes les deux minutes, ce qui fournit des données précises qui n’étaient pas disponibles dans les années 1980 et 1990.
L’impact de la lave sur l’eau entraîne également un impact sur la vie marine. Pour les animaux et les organismes, survivre à une coulée de lave dépend de leur degré de mobilité. Par exemple, un corail au fond de l’océan va mourir dès qu’il sera atteint par la lave de l’éruption car il ne peut pas bouger. En revanche, les poissons peuvent s’échapper s’ils réagissent rapidement. Par contre, si les « tide pools » sont envahis par la lave, la vie marine qui s’y trouve à marée basse sera piégée au moment de l’arrivée de la lave. .
La chaleur est le principal danger pour la vie marine, mais il faudra que le niveau de pH repasse à un état quasi normal pour que les organismes marins puissent commencer à repeupler l’endroit. Bien qu’il n’y ait plus de vie dans les récifs envahis par la lave en ce moment, on prévoit d’y étudier son retour une fois que le fond de l’océan se sera stabilisé. Cependant, on n’en est pas encore là. Le processus menant à une vie marine normale le long de la côte peut prendre des décennies…
Source: Hawaii Tribune Herald.

Voici une vidéo expliquant le fonctionnement du Wave Glider :

https://youtu.be/RKMqAwmh5hk

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The lava entering the Pacific Ocean in Lower Puna is not only changing the landscape; it is also altering the seascape, impacting the water and sea life within.

A professor in the Marine Science Department at the University of Hawaii at Hilo used to study life in the tide pools near Vacationland before they were lost to the lava earlier this summer. The focus of his research was the impacts of freshwater on coastal ecosystems.

The loss of the tide pools to lava forced him to change the finality of his work. He is now collaborating with Liquid Robotics, a company in Kawaihae Harbor, on the use of their Wave Glider technology to help understand the distribution of the hot water where lava is entering the ocean and its impact on the environment.

The Wave Glider is a sort of robot that is collecting data while floating at the surface of the ocean. The device is roughly the size of a stand-up paddle board, but slightly thicker to hold batteries, a computer for navigation and communication and instruments for science

By using this unmanned technology, scientists have the rare opportunity to study the effects of the lava entering the ocean, the plume it creates, and the interactions of the lava and seawater directly from the surface of the ocean. It should be noted that very few volcanic eruptions and lava flows have ever been monitored in real time from the ocean.

The professor and his team have looked at three different aspects of the data: water temperature, sediment and pH levels.

– Water is boiling right where the lava enters the ocean, and researchers are observing temperatures greater than 38°C three kilometres off the coast. Some days, that distance may be farther, while other days not so far. How much hot water there is seems to fluctuate day by day and is partly related to how much lava is pouring into the ocean. The reference water temperature while they were sampling was 26°C.The scientists noted that hot water tends to flow away from the shoreline instead of spreading out along the coast. It moves off shore, and cool water is either coming in along the shoreline or coming up from the depths to replace the water where the lava pours in. Proceeding this way, it provides some protection for the ecosystems surrounding the lava flow.

– Another observation is that the water is very muddy. As the lava pours in, it cools, cracks and is broken down into smaller and smaller pieces by waves. It produces “lava bombs” like the one that crashed onto the tourist boat, rocks, and fine bits of silt and clay, and the small particles stay suspended. One scientist explained that the water looks like “Hilo Bay after a big rainfall; the water is that muddy.”

– The third measurement is the pH, or acidity, of the water. Ocean water is slightly basic at pH 8, and pH 7.2 is the lowest that has been measured. A 7.0 on the pH scale is neutral. Knowing the pH levels is important as it allows to know to what extent coastal ecosystems can be affected by the eruption. The heat and sediment in the water are going to have big impacts on near-shore ecosystems.

This is the first time in decades this kind of data has been collected. The last such effort was done in the late 1980s or early 1990s by a group at UH-Manoa,. One of the big differences with the past measurements is that this time there is much more lava pouring into the ocean.

A new advantage is brought by the technological advances. With the Wave Glider, measurements are taken every two minutes, providing high resolution data that was not available in the 1980s and 1990s.

Impact to the water also means impact to the marine life there. For animals and organisms, surviving a lava flow depends on how mobile they are. For example, a coral at the bottom of the ocean will die as soon as it is struck the lava from the eruption because it cannot move.

On the other hand, the fish can escape if they react quickly. Some of the tide pools also are “ponded,” so marine life in there at low tide will be trapped when lava arrives. .

 Heat is the biggest concern for marine life, but the pH levels will have to return a fairly normal state before any marine organism can begin to inhabit the place. While there is no life in the affected reefs at the time, there are plans to monitor what returns once the sea floor stabilizes. However, researchers are nowhere near that point yet. The process leading to a normal marine life along the shore may take decades.

Source: Hawaii Tribune Herald.

Here is a video about the Wave Glider :

https://youtu.be/RKMqAwmh5hk

Vue du Wave Glider face à l’éruption (Crédit photo: Liquid Robotics)