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Retour sur l’éruption de Kamoamoa (Hawaii) en 2011 // The Kamoamoa eruption (Hawaii) in 2011

Au cours des 35 années qu’elle a duré, l’éruption du Pu’uO’o dans la Middle East Rift Zone (MERZ) du Kilauea a été l’occasion pour les scientifiques d’améliorer leur travail de recherche et de surveillance des volcans hawaiiens. Même les éruptions de courte durée, comme celle de Kamoamoa qui a duré quatre jours en 2011, ont offert des informations importantes.
Dans les mois qui ont précédé l’éruption de Kamoamoa, la lave a rempli le cratère du Pu’uO’o. Une inflation continue a été enregistrée au sommet du Kilauea et le long de la MERZ. Au fur et à mesure que le système se pressurisait, la sismicité augmentait dans la partie supérieure de la Zone de Rift Est (East Rift Zone) et le lac de lave sommital atteignait ses niveaux les plus élevés..
Le 5 mars 2011, une secousse et une augmentation de l’activité sismique, accompagnées d’une déflation rapide du Pu’uO’o, ont été observées en début d’après-midi. Un intrusion dans la partie supérieure de la zone de rift a fait s’évacuer le magma qui se trouvait sous le Pu’uO’o. Peu de temps après, le plancher du Pu’uO’o a commencé à s’affaisser et le niveau du lac de lave sommital a chuté.
Alertés par des alarmes sismiques en temps quasi réel et des données de déformation, les scientifiques du HVO ont rapidement effectué un survol de la zone et ont pu assister au début de l’éruption de Kamoamoa entre le Pu’uO’o et le cratère Napau.
Au cours des premiers jours, l’activité éruptive a oscillé entre deux systèmes de fractures, avec des bouches dont l’activité alternait. En début de journée le 8 mars 2011, l’éruption s’est concentrée sur les deux extrémités opposées des fractures. L’activité a diminué dans l’après-midi du 9 mars, et l’épisode éruptif de Kamoamoa a pris fin vers 22h30..
Le dyke et l’éruption qui a suivi ont joué un rôle de soupape et permis l’évacuation de la pression qui s’était accumulée depuis des mois dans le système d’alimentation du Kilauea.
Pendant l’éruption, afin de compléter les données en temps quasi réel fournies par les stations de surveillance du HVO, les scientifiques ont également récolté des échantillons de lave, effectué des mesures de gaz, cartographié les coulées de lave et les fractures, pris des photos et des notes sur le terrain. Toutes ces données importantes permettent de mieux comprendre les éruptions volcaniques et leurs processus.
Les analyses de plusieurs échantillons de lave prélevés tout au long de l’éruption ont montré que la lave était initialement plus évoluée que celle collectée sur le champs de lave du Pu’uO’o avant l’éruption de Kamoamoa. Cela signifie que le dyke qui a alimenté l’éruption a d’abord émis – ou s’est mélangé à – un magma plus ancien qui était stocké dans la zone de rift. Au fur et à mesure que l’éruption s’est poursuivie et que du magma juvénile est arrivé dans le système, la composition de lave a évolué pour ressembler à celle qui avait été émise précédemment au niveau du Pu’uO’o. Il est intéressant de noter qu’une évolution semblable de la composition de la lave a été observée au début de l’éruption de 2018.
Source : USGS, HVO.

J’étais à Hawaii quelques jours avant le début de l’éruption de Kamoamoa. Vous pourrez voir ci-dessous quelques photos du puits de lave sommital, du cratère du Pu’uO’o et de l’East Rift Zone où la lave commençait déjà à s’écouler.

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The 35-year-long Pu’uO’o eruption on Kilauea’s Middle East Rift Zone (MERZ) was a remarkable opportunity for scientists to improve volcano research and monitoring. Even short-lived episodes in this eruption, like the four-day-long Kamoamoa eruption, offered important insights.

In the months leading up to the 2011 Kamoamoa eruption, lava filled Pu’uO’o crater. Steady inflation was recorded at the summit and the MERZ. As the system pressurized, seismicity increased in the upper East Rift Zone and the summit lava lake rose to the highest levels recorded before that time.

On March 5th, 2011, seismic tremor and increased earthquake activity, accompanied by rapid deflation at Pu’uO’o, began abruptly in the early afrternoon. An intrusion uprift drew magma away from beneath Pu’uO’o. Shortly after, the Pu’uO’o crater floor began to subside and the summit lava lake level dropped.

HVO alerted by near real-time seismic alarms and deformation data, quickly conducted an overflight of the area and witnessed the start of the Kamoamoa eruption between Pu’uO’o and Napau craters.

In the first few days, eruptive activity shifted around two fissure systems with vents repeatedly starting and stopping. Early on March 8th, the eruption focused on the two opposite ends of the fissures. The activity waned in the afternoon of March 9th, and around 10:30 p.m. the Kamoamoa eruptive episode was over.

The dike and subsequent eruption acted as a pressure release valve of Kilauea’s magma plumbing system that had been pressurizing for months.

During the eruption, to supplement the near real-time data from HVO monitoring stations, scientists also collected lava samples and gas measurements, mapped lava flows and ground cracks, took photos and detailed field notes. These important data sets help to better understand volcanic eruptions and their processes.

Analyses of multiple lava samples taken throughout the eruption showed that the erupted lava was initially more evolved than the lava collected on the Pu’uO’o flow fields prior to the Kamoamoa eruption. This means that the dike which fed the eruption either pushed out, or mixed with, a body of cooler magma that had been stored in the rift. As the eruption continued, the lava compositions began to resemble those previously erupted at Pu’uO’o, as juvenile lava flushed through the system. This is what happened in the beginning of the 2018 eruption.

Source : USGS, HVO.

I was in Hawaii a few days before the start of the Kamoamoa eruption. Here are some photos of the summit lava pit crater, the Pu’uO’o crater and the East Rift Zone where lava was already beginning to flow.

Photos : C. Grandpey

Le flanc sud du Kilauea (suite) // Kilauea Volcano’s south flank (continued)

Dans une note publiée le 4 septembre 2018, j’expliquais que la partie visible du Kilauea ne représente qu’une petite partie de l’édifice volcanique. Une grande partie du volcan se trouve sous la mer.
Au fur et à mesure que le volcan se développe au rythme de son activité, la partie sous-marine du flanc sud glisse lentement vers le sud. Ce déplacement est ponctué de séismes qui durent quelques secondes – comme celui de magnitude M 6,9 enregistré le 4 mai 2018 – et de glissements de terrain qui s’étalent sur plusieurs jours ou semaines.

Bien que la partie sous-marine du flanc sud du Kilauea soit une partie importante du volcan, son mouvement est beaucoup plus difficile à contrôler que la partie qui se trouve au-dessus du niveau de la mer. Bien que l’on soit en mesure d’enregistrer des séismes se produisant sous le flanc sud, seuls les plus significatifs et les plus proches du littoral sont bien captés par le réseau sismique.
Pour mieux comprendre ce qui se passe à l’intérieur du flanc sud du Kilauea et déterminer son impact sur l’éruption, un groupe de scientifiques a déployé au mois de juillet 2018 12 sismomètres sur le plancher océanique du flanc sud du Kilauea. Les sismomètres ont été positionnés sur tout le flanc sud pour que les séismes en bordure de ce versant puissent être enregistrés eux aussi, afin de voir si le champ de contrainte au large s’est modifié. Ils ont également été positionnés sur la zone de répliques du séisme de M 6.9 pour mieux comprendre cet événement, et près de l’entrée en mer de l’éruption dans la Lower East Rift Zone pour étudier la progression de la lave et sa pénétration dans l’eau.

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Dans un nouvel article, l’Observatoire des volcans d’Hawaiis (HVO) nous donne plus de détails sur les dernières observations du flanc sud du Kilauea.

Le mouvement du flanc sud qui a accompagné le séisme de M 6.9 en 2018 a été causé par des mouvements du sol sous la surface de l’océan, à des profondeurs de 6 à 9 kilomètres, à l’interface entre le volcan et le plancher océanique. Cette interface est connue sous le nom de « faille de détachement. »

Pendant l’éruption de Pu’uO’o-Kupaianaha de 1983 à 2018 et avant le séisme M6.9 de 2018, la vitesse moyenne de déplacement du flanc sud du Kilauea était d’environ 7,5 cm par an. Le flanc peut se déplacer plus vite ou plus lentement, selon la période et le type d’activité sur le volcan. Cette vitesse peut varier, mais elle reste souvent stable pendant les éruptions de longue durée, avec des changements à court terme lors d’intrusions magmatiques majeures dans le rift et de séismes lents.

Depuis la fin de l’activité éruptive en 2018, on a observé au cours des derniers 36 mois une dizaine de centimètres d’ajustements le long du flanc sud du Kilauea. Ce réajustement était à prévoir et il n’y a pas de quoi s’inquiéter.

Le déplacement du flanc sud du Kilauea qui a suivi le séisme de M6.9 du 4 mai 2018 a été causé par l’intrusion magmatique dans l’East Rift Zone du volcan car le magma a exercé une pression sur le flanc sud. Le volcan s’est réajusté après ces deux événements.

Suite au séisme et à l’éruption observés en 2018, l’East Rift Zone du Kilauea a montré une inflation correspondant à l’apport de magma dans la chambre superficielle du volcan.

Au début de l’éruption sommitale en décembre 2020, la partie supérieure de l’East Rift Zone a commencé à montrer des signes de contraction. Les stations GPS situées le long des parties supérieure et médiane de la zone de rift ont commencé à se déplacer vers le nord, ce qui est rare sur une échelle de temps aussi courte.

La réaction du flanc sud du Kilauea aux variations de pression magmatique a été étudiée au cours des  éruptions et intrusions précédentes. Par exemple, l’intrusion de la «Fête des Pères» en 2007 a également conduit à une légère contraction de la zone de rift suite à l’intrusion magmatique et à l’éruption qui a suivi.

Il est courant de voir des déplacements de failles significatifs après de puissants séismes. Le flanc sud du Kilauea a été le site de cinq séismes de magnitude M 4,0 ou plus au cours de l’année écoulée. Le séisme M 4.1 du 1er février 2021, sous le flanc sud, est l’un des cinq et il a été ressenti sur la Grande Ile d’Hawaï. Ces séismes sont provoqués par le déplacement brusque de la faille de détachement vers le sud-est au-dessus de la croûte océanique.

Source : USGS/ HVO.

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In a post released on September 4th, 2018, I explained that the visible part of Kilauea makes up only a small portion of the total volcano. Much of the volcano lies beneath the sea.

As the volcano grows, this underwater region of the south flank creeps slowly to the south, moving in fits and starts with earthquakes that last seconds (such as the May 4th M 6.9 event) and in slow slip events, which last for days or weeks.

Although Kilauea’s submarine south flank is a major part of the volcano, its motion is much harder to monitor than the part above sea level. While we can record earthquakes occurring beneath the flank, only the largest, and those closest to shore, are well-captured by the seismic network.

To better understand what is going on within Kilauea’s south flank and help determine how it has been affected by the eruption, a group of scientists deployed 12 ocean bottom seismometers in July 2018 on the submarine Kilauea south flank. Seismometers were positioned over the whole south flank so earthquakes associated with the edges of the flank could be recorded to see if the offshore stress field has changed. They also were positioned on the M6.9 aftershock zone to try to better understand that earthquake, and near the LERZ eruption ocean entry to study how lava enters the water and progresses downslope.

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In a new article, the Hawaiian Volcanoes Observatory (HVO) gives us more details about the latest observations of Kilauea’s south flank.

The south flank motion resulting from the M6.9 quake in 2018 was caused by motion deep below the surface, at depths of 6 to 9 kilometres, at the interface between Kilauea Volcano and the ocean floor. This interface is known as a décollement or detachment fault…

During the 1983–2018 Pu’uO’o-Kupaianaha eruption, and prior to the 2018 M6.9 earthquake, the average rate of motion on Kīlauea’s south flank was around 7.5 cm per year. The flank can move faster or slower, depending on the time period and type of activity on the volcano. Rates can be variable but often remain near-constant during long-duration eruptions, with short-term changes during major rift intrusions and slow-slip earthquakes.

Since the activity in 2018, there has been roughly 10 centimetres of adjustments along Kilauea’s south flank surface in the last two and a half years. This amount is to be expected and is nothing to be alarmed about.

The motion following the 2018 M6.9 earthquake and eruptive activity was caused by the magmatic intrusion in Kilauea’s East Rift Zone exerting pressure on the south flank. The volcano adjusts after the combined effects of both the intrusion along the East Rift Zone and the large earthquake.

Following the M6.9 earthquake and 2018 eruption, Kilauea’s East Rift Zone had been showing inflation consistent with magma supply to the volcano’s shallow magma storage system. However, at the start of Kilauea’s ongoing summit eruption in December 2020, the upper portion of the East Rift Zone started to show signs of contraction. GPS stations along the upper and middle parts of the rift zone started to move northward, which is a rare occurrence on such a short timescale.

Kilauea’s south flank’s response to changing magma pressure has been studied extensively through many previous eruptions and intrusions. For example, the 2007 middle East Rift Zone “Father’s Day” intrusion also led to a slight contraction of the rift zone following the intrusion and subsequent eruption.

It is also common to see elevated rates of motion on faults after large earthquakes. Kilauea’s south flank was the site of five earthquakes of magnitude M 4.0 or greater in the past year. The M 4.1 earthquake on February 1st, 2021, beneath the south flank is one of the five and it was felt across the Island of Hawaii. These earthquakes happen in response to abrupt motion of the detachment fault which moves to the southeast over the oceanic crust.

Source: USGS / HVO

Le schéma illustre le mouvement du flanc sud du Kilauea ainsi que l’emplacement des séismes et de leurs répliques. La faille représentée sur le schéma est la faille de détachement (ou décollement). On peut voir que l’intrusion d’un dyke dans la Lower East Rift Zone en 2018 a exercé une pression sur le flanc sud du volcan (Source : USGS)