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Super éruptions et refroidissement de l’atmosphère // Super eruptions and atmosphere cooling

Une nouvelle étude publiée dans le Journal of Climate explique qu’en entravant la lumière du soleil, les particules émises lors d’ une super éruption ne refroidissent probablement pas la température à la surface de la Terre aussi fortement qu’on l’avait estimé précédemment. La super éruption du volcan Toba (Indonésie) il y a environ 74 000 ans a déployé une énergie 1 000 fois plus puissante que l’éruption du mont St. Helens en 1980.

Image satellite du Lac Toba (Source: NASA)

S’agissant des éruptions les plus puissantes, les chercheurs se demandent depuis longtemps quel niveau de refroidissement causé par ces éruptions, et souvent appelé hiver volcanique, pourrait potentiellement constituer une menace pour l’humanité. Les études déjà effectuées s’accordent pour dire que notre planète subirait un refroidissement, mais elles divergent sur son ampleur. Les estimations varient entre 2 et 8 degrés Celsius.
La nouvelle étude, réalisée par une équipe du Goddard Institute for Space Studies de la NASA et de l’Université Columbia à New York, a utilisé une modélisation informatique de haute technologie pour simuler des super-éruptions comme celle du Toba. Les chercheurs ont alors constaté que le refroidissement post-éruption ne dépasse probablement pas 1,5 degré Celsius, même pour les événements les plus puissants.
Pour mériter le titre de « super éruption », un tel événement doit libérer plus de 1 000 kilomètres cubes de magma, avec un VEI 8, le maximum sur cette échelle. Ces éruptions sont extrêmement puissantes ; heureusement, elles sont rares. La super-éruption la plus récente s’est produite il y a plus de 22 000 ans au niveau du Lac Taupo en Nouvelle-Zélande.

Le Lac Taupo vu depuis l’espace (Source: NASA)

L’événement le plus connu est la super éruption qui a eu pour cadre le cratère de Yellowstone il y a environ 2 millions d’années.

Photo: C. Grandpey

Les auteurs de l’étude ont tenté de comprendre quelle était la cause de la divergence dans les estimations de température fournies par les modélisations. Il faut savoir que « les modélisations sont le principal outil permettant de comprendre les changements climatiques survenus il y a trop longtemps pour laisser des traces de leur impact ». Les scientifiques ont étudié plus particulièrement une variable qui peut être difficile à cerner : la taille des particules microscopiques de soufre injectées à des kilomètres de hauteur dans l’atmosphère.
Dans la stratosphère (entre 10 et 50 kilomètres d’altitude environ), le dioxyde de soufre gazeux émis par des volcans subit des réactions chimiques pour se condenser en particules de sulfate liquide. Ces particules peuvent influencer la température de surface sur Terre de deux manières : en réfléchissant la lumière solaire entrante (ce qui provoque un refroidissement), ou en piégeant l’énergie thermique sortante (ce qui génère une sorte d’effet de serre).
Au fil des années, ce phénomène de refroidissement a également suscité des questions sur la manière dont les humains pourraient inverser le réchauffement climatique, un concept baptisé géo-ingénierie. Il consiste à injecter volontairement des particules d’aérosol dans la stratosphère pour favoriser un effet de refroidissement.
Les chercheurs ont montré dans quelle mesure le diamètre des particules d’aérosol volcanique influençait les températures post-éruption. Plus les particules sont petites et denses, plus leur capacité à bloquer la lumière du soleil est grande. Mais estimer la taille des particules est extrêmement difficile car les super éruptions du passé n’ont pas laissé de traces physiques fiables. Dans l’atmosphère, la taille des particules change à mesure qu’elles coagulent et se condensent. Lorsque les particules retombent sur Terre et sont conservées dans des carottes de glace, elles ne laissent pas de traces physiques claires en raison du mélange et du compactage.
En simulant des super-éruptions sur une gamme de tailles de particules, les chercheurs ont découvert que les super-éruptions sont probablement incapables de modifier la température globale davantage que les plus grandes éruptions des temps modernes. Par exemple, l’éruption du mont Pinatubo aux Philippines en 1991 n’a provoqué qu’une baisse d’environ un demi-degré Celsius de la température sur Terre pendant deux ans.

Eruption du Pinatubo en 1991 et nuage d’aérosols (Source: Wikipedia)

La compréhension du refroidissement causé par les super-éruptions nécessite davantage de recherches. Selon les chercheurs de la NASA, la voie à suivre consiste à comparer des modèles de manière exhaustive, ainsi qu’à effectuer davantage d’études en laboratoire, en insistant sur les facteurs déterminant la taille des particules d’aérosols volcaniques. Compte tenu des incertitudes dans ce domaine, le recours à la géo-ingénierie via l’injection d’aérosols dans la stratosphère ne semble pas la meilleure solution.
Source : NASA.

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A new study published in the Journal of Climate. suggests that sunlight-blocking particles from a super eruption would not cool surface temperatures on Earth as severely as previously estimated.

Some 74,000 years ago, the Toba volcano in Indonesia exploded with a force 1,000 times more powerful than the 1980 eruption of Mount St. Helens.

When it comes to the most powerful volcanoes, researchers have long speculated how post-eruption global cooling – sometimes called volcanic winter – could potentially pose a threat to humanity. Previous studies agreed that some planet-wide cooling would occur but diverged on how much. Estimates have ranged from 2 to 8 degrees Celsius.

The new study, by a team from NASA’s Goddard Institute for Space Studies and Columbia University in New York used advanced computer modeling to simulate super-eruptions like the Toba event. They found that post-eruption cooling would probably not exceed 1.5 degrees Celsius for even the most powerful blasts.

To qualify as a super eruption, a volcano must release more than 1,000 cubic kilometers of magma, with a VEI 8, the maximum on the scale. These eruptions are extremely powerful and rare, fortunately. The most recent super-eruption occurred more than 22,000 years ago in New Zealand’s Lake Taupo. The best-known example may be the eruption that blasted Yellowstone Crater about 2 million years ago.

The authors of the study tried to understand what was driving the divergence in model temperature estimates because “models are the main tool for understanding climate shifts that happened too long ago to leave clear records of their severity.” They settled on a variable that can be difficult to pin down: the size of microscopic sulfur particles injected kilometers high into the atmosphere.

In the stratosphere (about 10 to 50 kilometers in altitude), sulfur dioxide gas from volcanoes undergoes chemical reactions to condense into liquid sulfate particles. These particles can influence surface temperature on Earth in two ways: by reflecting incoming sunlight (causing cooling) or by trapping outgoing heat energy (a kind of greenhouse warming effect).

Over the years, this cooling phenomenon has also spurred questions about how humans might turn back global warming – a concept called geoengineering – by intentionally injecting aerosol particles into the stratosphere to promote a cooling effect.

The researchers showed to what extent the diameter of the volcanic aerosol particles influenced post-eruption temperatures. The smaller and denser the particles, the greater their ability to block sunlight. But estimating the size of particles is challenging because previous super eruptions have not left reliable physical evidence. In the atmosphere, the size of the particles changes as they coagulate and condense. Even when particles fall back to Earth and are preserved in ice cores, they don’t leave a clear-cut physical record because of mixing and compaction.

By simulating super-eruptions over a range of particle sizes, the researchers found that super-eruptions may be incapable of altering global temperatures dramatically more than the largest eruptions of modern times. For instance, the 1991 eruption of Mount Pinatubo in the Philippines caused about a half-degree drop in global temperatures for two years.

The mysteries of super-eruption cooling invite more research. The NASA researchers say that he way forward is to conduct a comprehensive comparison of models, as well as more laboratory and model studies on the factors determining volcanic aerosol particle sizes. Given the ongoing uncertainties, geoengineering via stratospheric aerosol injection is a long way from being a viable option.

Source : NASA.

El Niño : le retour // El Niño is coming back

L’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) de l’ONU vient de confirmer ce que l’on pensait depuis plusieurs mois (voir mes notes à ce sujet) : il est de plus en plus probable qu’El Niño fasse son retour dans les mois à venir, ce qui favorisera une hausse des températures de la planète, avec à la clé un risque de nouveaux records de chaleur . L’OMM estime qu’il y a 60 % de chances qu’El Niño se développe d’ici la fin juillet 2023, et 80 % de chances qu’il apparaisse d’ici la fin septembre. Un tel événement changera les conditions météorologiques et climatiques dans le monde entier.
El Niño, modèle climatique naturel généralement associé à une hausse des températures dans le monde, ainsi qu’à la sécheresse dans certaines parties du globe et à de fortes pluies dans d’autres, a sévi pour la dernière fois en 2018-2019.
Depuis 2020, le monde est sous l’influence d’un événement de refroidissement La Niña exceptionnellement long qui s’est terminé début 2023 et a cédé la place aux conditions neutres actuelles. Cependant, il est important de noter que, malgré La Niña, les huit dernières années ont été les plus chaudes jamais enregistrées. Sans La Niña, la situation de réchauffement aurait été encore pire.
L’arrivée d’El Niño entraînera très probablement un nouveau pic de réchauffement climatique avec de records de température. À l’heure actuelle, l’OMM explique qu’il n’y a aucune indication de l’intensité ou de la durée d’El Niño à venir. Le dernier épisode a été considéré comme très faible, mais celui d’avant, entre 2014 et 2016, a été considéré comme l’un des plus intenses de tous les temps, avec des conséquences désastreuses. L’OMM souligne que 2016 a été « l’année la plus chaude jamais enregistrée en raison « d’un événement El Niño très puissant d’une part, et du réchauffement induit par l’homme à cause des gaz à effet de serre ».
Étant donné que l’effet El Niño sur les températures de la planète se produit généralement l’année suivant son émergence, l’impact le plus visible sera probablement en 2024. L’OMM s’attend à une augmentation importante des températures au cours des deux prochaines années.
L’arrivée d’El Niño pourrait aussi avoir des effets positifs. Par exemple, cela pourrait apporter un répit à la sécheresse dans la Corne de l’Afrique et à d’autres impacts liés à La Niña. Toutefois, l’arrivée d’El Niño pourrait également déclencher des événements météorologiques et climatiques plus extrêmes.
L’OMM explique qu’il n’y a pas deux événements El Niño identiques et que leurs effets dépendent, en général de la période de l’année. C’est pourquoi les services météorologiques nationaux doivent suivre attentivement la situation.
Le régime climatique induit par El Niño se produit en moyenne tous les deux à sept ans et dure généralement de neuf à 12 mois. Il est généralement associé au réchauffement des températures de surface de l’océan dans le centre et l’est de l’océan Pacifique tropical. Une augmentation des précipitations est généralement observée dans certaines parties du sud de l’Amérique du Sud, du sud des États-Unis, de la Corne de l’Afrique et de l’Asie centrale, tandis que de graves sécheresses peuvent survenir en Australie, en Indonésie et dans certaines parties de l’Asie du Sud. Pendant l’été dans l’hémisphère nord, l’eau chaude apportée par El Niño peut également alimenter les ouragans dans le centre et l’est de l’océan Pacifique, tout en empêchant la formation d’ouragans dans le bassin atlantique.
Source : Organisation Météorologique Mondiale.

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The UN’s World Meteorological Organization (WMO) has just announced what had been suspected for several months (see my posts about this topic) : there is a growing likelihood that El Niño will develop in coming months, fuelling higher global temperatures and possibly new heat records. WMO estimates ther is a 60-percent chance that El Niño will develop by the end of July 2023, and an 80-percent chance it will do so by the end of September. This will change the weather and climate patterns worldwide.

El Niño, which is a naturally occurring climate pattern typically associated with increased heat worldwide, as well as drought in some parts of the world and heavy rains elsewhere, last occurred in 2018-19.

Since 2020, the world has been hit with an exceptionally long La Niña cooling event which ended earlier this year, ceding way to the current neutral conditions. However, despite La Niña, the last eight years were the warmest ever recorded. Without that weather phenomenon, the warming situation could have been even worse.

The expected arrival of El Niño will most likely lead to a new spike in global heating and increase the chance of breaking temperature records. At this stage, WMO says there is no indication of the strength or duration of the looming El Niño. The last episode was considered very weak, but the one before that, between 2014 and 2016, was considered among the strongest ever, with dire consequences. WMO points out that 2016 was « the warmest year on record because of the ‘double whammy’ of a very powerful El Niño event and human-induced warming from greenhouse gases ».

Since the El Niño effect on global temperatures usually plays out the year after it emerges, the impact will likely be most apparent in 2024. WMO is expecting in the coming two years to have a serious increase in the global temperatures.

The expected arrival of El Niño could have some positive effects. For instance, it might bring respite from the drought in the Horn of Africa and other La Niña-related impacts. But it could also trigger more extreme weather and climate events.

WMO explains that no two El Niño events are the same and their effects depend, in part, on the time of year. This is why national meteorological services should closely monitor the developments.

The climate pattern occurs on average every two to seven years, and usually lasts nine to 12 months. It is typically associated with warming ocean surface temperatures in the central and eastern tropical Pacific Ocean. Increased rainfall is usually seen in parts of southern South America, the southern United States, the Horn of Africa and central Asia, while severe droughts can occur over Australia, Indonesia and parts of southern Asia. During summer in the northern hemisphere, El Niño’s warm water can also fuel hurricanes in the central and eastern Pacific Ocean, while hindering hurricane formations in the Atlantic Basin.

Source : World Meteorological Organization.

 

Répartition typique des précipitations sous El Niño et La Niña (Source : WMO)

Et si le Gulf Stream s’arrêtait? // What if the Gulf Stream stopped?

Ces jours-ci, la presse américaine explique que les habitants de la côte nord-est des Etats Unis, et en particulier ceux du New Jersey sont inquiets car ils sont de plus en plus souvent confrontés à des inondations littorales. Ils s’inquiètent aussi car il se demandent ce qui se passerait si le comportement des courants marins se modifiait avec le changement climatique.

Une étude récente a démontré que l’AMOC – Atlantic meridional overturning circulation, en français circulation de renversement méridien atlantique – dont le Gulf Stream fait partie, s’affaiblit comme cela ne s’est jamais produit au cours des 1000 dernières années. Si cette tendance se poursuit tout au long de ce siècle, on pourrait atteindre un point de non-retour,avec des implications sur le climat.

Le Gulf Stream est un courant océanique superficiel et non atmosphérique. En raison du grand volume d’eau qu’il transporte, il joue un rôle important dans le climat, exerçant une influence notable sur la façade atlantique de l’Europe.

Le Gulf Stream transporte l’eau chaude de la pointe sud de la Floride et des Bahamas jusqu’à la périphérie de l’Islande. En cours de route il se scinde en différentes branches qui se dirigent vers les côtes atlantiques du continent européen, de la Norvège au Portugal. Son débit, avant cette division en différentes branches, atteint 80 m3/s, avec des pics supérieurs à 100 m3/s, avec une vitesse moyenne de l’eau comprise entre 6 et 7 km/h. Au cours des dernières décennies, il a ralenti, ce qui inquiète les climatologues.

Une étude récente, publiée dans la revue Science Advances, a démontré que la décélération de l’AMOC – estimée à 15% depuis le milieu du 20ème siècle – est du jamais vu depuis 1000 ans. Cette décélération s’explique par l’accélération de la perte de glace au Groenland et dans d’autres régions de l’Arctique. Cette fonte de la glace de mer génère d’importants apports d’eau douce qui altèrent les courants océaniques dans l’Atlantique Nord.

L’AMOC est un réseau de courants marins superficiels et profonds, dont le Gulf Stream est le principal vecteur en raison du volume d’eau qu’il déplace. Selon les auteurs de la dernière étude, si la tendance actuelle se poursuit, l’affaiblissement de l’AMOC et, donc du Gulf Stream d’ici la fin du siècle pourrait passer de 15% actuellement à 35 à 40%.

Si on observe les cartes globales des anomalies de température, on se rend compte que les anomalies positives (de couleur rouge, orange et jaune) prédominent clairement sur les anomalies négatives (de couleur bleue). Sur toutes ces cartes, on observe une «goutte froide» bleue au sud du Groenland et de l’Islande qui indique des anomalies de température négatives.

Cette situation s’explique par le déplacement important de l’eau douce et froide de la fonte du Groenland. Le réchauffement climatique, dont l’ampleur dans l’Arctique est beaucoup plus grande que dans les autres régions du monde, y accumule de grandes quantités d’eau douce, en particulier dans la mer de Beaufort.

Est-ce à dire que si le Gulf Stream continue de s’affaiblir on se dirige vers une ère de glaciation? Comme écrit précédemment, si le Gulf Stream continue de s’affaiblir jusqu’à un arrêt de son fonctionnement, il pourrait atteindre un point de non-retour avec, à la clé, un changement climatique brutal. Au niveau de la surface de l’océan, il n’y aurait plus de transport de chaleur de la zone côtière orientale des États-Unis vers l’Europe, et le climat du Vieux Continent deviendrait plus froid et plus extrême, connaissant peut-être une mini-glaciation.

C’est ce qu’évoque le film-catastrophe «Le jour après demain» («The day after tomorrow» dans sa version anglaise), réalisé en 2004 par Roland Emmerich. Le film a bien sûr fait réagir la presse qui a vu un lien avec l’affaiblissement de l’AMOC. Pour le moment on est très loin du scénario du film. Toutes les projections climatiques montrent que le réchauffement climatique s’accentuera pendant le reste du 21ème siècle. Il faut donc continuer à surveiller l’évolution des courants de l’Atlantique Nord. Il ne faudrait pas qu’une surprise climatique vienne bouleverser les modèles de prévision.

Source: Météo France.

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These days, American news media explains that the residents of the northeast coast of the United States, and in particular those of New Jersey, are worried because they are more and more often confronted with coastal flooding. They are also worried because they wonder what would happen if the behaviour of ocean currents was altered by climate change.
A recent study has certified that the AMOC – Atlantic meridional overturning circulation – of which the Gulf Stream is a part, is weakening as never before in the last 1000 years. If this trend continues throughout this century, we could reach a point of no return, with implications for the climate.
The Gulf Stream is a shallow non-atmospheric ocean current. Due to the large volume of water it carries, it plays an important part in the climate, exerting a significant influence on the Atlantic seafront of Europe.
The Gulf Stream carries warm water from the southern tip of Florida and the Bahamas to the outskirts of Iceland. Along the way it splits into different branches that head towards the Atlantic coasts of the European continent, from Norway to Portugal. Its flow, before this division into different branches, reaches 80 m3/s, with peaks above 100 m3/s, with an average water speed of between 6 and 7 km/h. In recent decades, it has slowed, which worries climatologists.
A recent study, published in the journal Science Advances, demonstrated that the deceleration of the AMOC – estimated at 15% since the middle of the 20th century – has been unheard of for 1000 years. This deceleration is explained by the acceleration of the loss of ice in Greenland and in other regions of the Arctic. This melting of sea ice generates large inflows of fresh water that alter ocean currents in the North Atlantic.
The AMOC is a network of shallow and deep ocean currents, of which the Gulf Stream is the main vector due to the volume of water it moves. According to the authors of the latest study, if the current trend continues, the weakening of the AMOC and, therefore, of the Gulf Stream by the end of the century could become 35 to 40% higher than the situation observed today. .
If we observe the global maps of temperature anomalies, we realize that the positive anomalies (red, orange and yellow) clearly predominate over the negative anomalies (blue). On all of these maps, the blue “cold drop” south of Greenland and Iceland indicates negative temperature anomalies.
This situation is explained by the significant displacement of fresh and cold water from the melting of Greenland. Global warming, the magnitude of which in the Arctic is much greater than in other regions of the world, is accumulating large amounts of fresh water there, especially in the Beaufort Sea, which is the area with the greatest amount.
Does this mean that if the Gulf Stream continues to weaken, we are heading towards an ice age? As previously written, if the Gulf Stream continues to weaken until it stops working, it could reach a point of no return with, as a result, abrupt climate change. At ocean surface level, there would be no more heat transport from the eastern coastal zone of the United States to Europe, and the climate of the Old Continent would become colder and more extreme, possibly experiencing a mini-glaciation.
This is the main theme of the disaster film « The day after tomorrow », directed in 2004 by Roland Emmerich,. The film of course made the press react; it saw a link with the weakening of the AMOC. For the moment we are very far from the scenario of the film. All climate projections show that global warming will increase over the remainder of the 21st century. We must therefore continue to monitor the evolution of the currents of the North Atlantic. What if a climatic surprise upset the prediction models?
Source: Meteo France.

 

Schéma de l’AMOC dont le Gulf Stream fait partie (Source: Woods Hole Oceanographic Institution)

Le lent refroidissement de la lave du Kilauea (Hawaii) // The slow cooling of the Kilauea lava (Hawaii)

Le HVO a publié un article très intéressant qui explique pourquoi et comment la lave émise lors de l’éruption du Kilauea en 2018 se refroidit très lentement. La réponse est facile : c’est parce que la lave bénéficie de son propre pouvoir isolant. .
Depuis la fin de l’éruption de 2018, des mesures précises ont été effectuées sur l’épaisseur des coulées, leur temps de refroidissement et la relation entre le cœur encore très chaud et visqueux des coulées et la croûte solide en surface.
Les travaux effectués par des scientifiques du HVO et publiés en 1994 ont révélé la vitesse de refroidissement des coulées pahoehoe à Kalapana. Les volcanologues ont alors découvert que la croûte qui surmonte une coulée de lave basaltique s’épaissit en fonction de la racine carrée du temps. En d’autres termes, la croûte se développe plus lentement avec le temps. En conséquence, les coulées de lave plus épaisses prendront plus de temps à se solidifier.
La lave émise par le  Kilauea a une température d’environ 1150°C. En 1917, Thomas Jaggar a publié les résultats des mesures de température du lac de lave actif dans le cratère de l’Halema’uma ’u. On y apprend que le basalte pouvait rester encore visqueux à des températures entre 750 et 850°C. Ces chiffres servent aujourd’hui de référence. Ainsi, pour les derniers calculs relatifs à la lave de 2018, la croûte a été considérée comme solide quand elle présentait une température inférieure à 850°C. Cette même croûte montrait encore de l’élasticité (état semi-solide ou malléable) entre 850 et 1070°C.
Des études antérieures effectuées par le HVO sur les lacs de lave actifs dans le cratère du Kilauea Iki fournissent des informations supplémentaires. En forant la croûte refroidie à l’intérieur du cratère, les scientifiques ont constaté que la solidification prenait des décennies. En particulier, le lac de lave qui occupait le Kilauea Iki en 1959 avec une épaisseur de 44 mètres a mis environ 35 ans à se solidifier complètement. La température en profondeur est encore supérieure à 540°C.
En utilisant des drones, le HVO a pu élaborer une carte de l’épaisseur des coulées de lave de l’éruption de 2018. Cette carte indique qu’au carrefour connu sous le nom de «Four Corners», la lave présente une épaisseur d’une quinzaine de mètres. En utilisant cette valeur et les équations relatives à l’éruption de Kalapana en 1994, on peut calculer comment se sont solidifiées les coulées de 2018.  Ainsi, au cours des 14 mois qui ont suivi la fin de l’éruption, la partie supérieure de la coulée de « Four Corners » s’est solidifiée sur 7,80 mètres, tout comme les 5,50 mètres de sa partie inférieure. En revanche, une épaisseur de 1,70 mètre au cœur de la coulée est restée encore visqueuse. On estime qu’il faudra encore environ 3 ans pour que la température de ce cœur de coulée descende à 850°C et que la lave se solidifie complètement. Cela correspond aux dernières observations faites par les services de l’équipement qui ont remarqué des roches encore très chaudes lorsque les bulldozers ont effectué une tranchée le long de la Highway 132. Les géologues du HVO ont confirmé ces observations en août, lorsque une température de 425° C a été mesurée sur le site. Des températures élevées persisteront à plusieurs dizaines de centimètres sous la surface et généreront probablement de la vapeur lorsqu’il pleuvra.
Bien que l’éruption de 2018 du Kilauea se soit achevée il y a 14 mois, il faudra des années avant que les coulées de lave se solidifient complètement avec une température inférieure à 850°C, et il faudra attendre plus d’un siècle avant que la zone de 250 mètres d’épaisseur, là où la lave est entrée dans l’océan,  se solidifie complètement.
Source: USGS, HVO.

Cet article m’intéresse particulièrement car j’ai moi-même effectué un travail d’observation sur le processus de refroidissement de la lave sur le Kilauea, pour le compte du HVO et du Parc National des volcans d’Hawaii. Vous trouverez un résumé de mes travaux sous l’entête de ce blog.

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HVO has released a very interesting article which explains why and how lava from the Kilauea 2018 eruption is cooling very slowly. The short and simple answer is that lava insulates itself very well.

Since the end of the 2018 eruption, accurate measurements have been made on the flow field of lava thickness, cooling times, and the relative proportions of the internal molten core to the exterior solid crust.

Previous work by HVO scientists published in 1994 measured the cooling rate of pahoehoe lava at Kalapana. They found that the upper crust of a basalt lava flow grows thicker as a function of the square root of time. In other words, the lava flow crust grows more slowly with time. Therefore, thicker lava flows will take longer to become completely solid.

Lava erupts from Kilauea at a temperature of 1150°C. In 1917, Thomas Jaggar published results from the then-active Halema‘uma‘u lava lake that indicated basalt can remain molten at temperatures as low as 750–850°C. These figures are now the reference. For the current calculations, the crust has been considered solid when it is below 850°C and this crust is viscoelastic (semi-solid or malleable) at 850–1070°C.

Additional insight comes from previous HVO studies of active lava lakes in Kilauea Iki craters. By drilling into the cooled upper crusts of lava lakes within these craters, scientists documented that solidification takes decades. More specifically, the 44-metre-thick 1959 Kilauea Iki lava lake took about 35 years to fully solidify. Today, its core is still hotter than 540°C.

Using drones, HVO was able to create a lava flow thickness map of the 2018 eruption. This map indicates that at the intersection known as “Four Corners” there is a thickness of approximately 15 metres of lava. Using this value and the equations from the 1994 study of the Kalapana lava flows, one can calculate how much of the 2018 flows have solidified. Over the 14 months since the end of the eruption last year, the upper 7.8 metres and lower 5.5 metres at “Four Corners” should already be solidified crust, and the middle 1.7 metres should still be malleable.

It will take about 3 more years for the remaining 1.7 metres of malleable lava over the “Four Corners” intersection to reach 850°C and be completely solid. This matches recent observations by road-construction crews, who noticed hot rocks being exposed at a road cut along Highway 132. HVO geologists confirmed this in August, when temperatures of 425°C were measured at the newly-cut road site. Hot temperatures will remain several tens of centimetres below the surface for now and will likely generate steam when it rains.

Although Kilauea’s 2018 eruption ended 14 months ago, it will be years before the lava flows emplaced on land are entirely solidified below 850°C, and over a century before the 250-metre-thick area offshore fully solidifies.

Source: USGS, HVO.

This article is of particular interest to me because I performed an observation work on the cooling process of lava on Kilauea, on behalf of HVO and the Hawaii Volcanoes National Park. You will find an abstract of my work beneath the heading of this blog.

Refroidie et durcie en surface, une coulée de lave conserve pendant longtemps une température élevée à l’intérieur (Photo: C. Grandpey)