L’éruption du Hunga-Tonga Hunga-Ha’apai ne cesse de surprendre // The Hunga-Tonga Hunga-Ha’apai eruption was really amazing

Des mois après qu’elle se soit produite (15 janvier 2022), l’éruption du volcan sous-marin Hunga-Tonga Hunga-Ha’apai intrigue toujours la communauté scientifique car sa puissance n’avait jamais été observée à l’occasion d’autres éruptions sur Terre.
Une analyse des ondes sismiques a révélé quatre événements qui ont été interprétés comme de puissantes poussées de roche en fusion sous le volcan. En l’espace de cinq minutes, chacun de ces coups de boutoir a probablement développé une force d’un milliard de tonnes.
Comme je l’ai écrit précédemment, le Hunga-Tonga Hunga-Ha’apai a généré la plus grande explosion atmosphérique jamais enregistrée par l’instrumentation moderne. Elle a déplacé environ 10 kilomètres cubes de roche, de cendres et de sédiments. Une grande partie a été évacuée par la caldeira du volcan et a été propulsée directement dans le ciel.
Des scientifiques se sont réunis à Chicago lors de la réunion d’automne de l’American Geophysical Union (AGU) pour comparer les derniers résultats de leurs études à propos de cette éruption hors du commun.
Un scientifique de l’Université de Houston (Texas) a détaillé l’analyse, par son équipe, des ondes sismiques qui ont accompagné l’événement de magnitude M 5,8 et qui se sont propagées pendant un peu plus de 10 minutes après le début de l’éruption. Ces signaux ont été captés par plus de 400 stations à travers le monde. Le chercheur les attribue à une poussée magmatique qui a percuté la base de la caldeira. Il semble qu’une nouvelle arrivée de magma ait tout à coup atteint la chambre magmatique et l’ait mise en surpression. Il ajoute : « Le magma a surgi à grande vitesse, comme un train qui aurait percuté un mur. Le phénomène s’est produit à quatre reprises en 300 secondes. »
Les satellites ont montré que les cendres du Hunga-Tonga ont atteint une altitude de 57 km; c’est le panache volcanique le plus élevé jamais enregistré. De nouvelles données présentées lors de la réunion de l’AGU ont indiqué que les cendres sont montées jusque dans l’espace. En effet, les capteurs des satellites de l’agence spatiale américaine et de l’US Air Force qui mesurent le rayonnement ultraviolet lointain du Soleil ont détecté dans leurs données un fort coefficient d’absorption à une altitude supérieure à 100 km, ce qui correspond à la ligne Karman, la frontière avec l’espace.
Les analyses de l’éruption ont également révélé que le volcan avait envoyé dans l’espace une masse de vapeur d’eau estimée entre 20 000 à 200 000 tonnes. Les scientifiques expliquent qu’il n’est pas surprenant qu’un volcan sous-marin envoie de l’eau dans le ciel lors d’une éruption, mais la hauteur atteinte par cette eau défie l’entendement.

Cette eau a de toute évidence contribué à créer les conditions nécessaires à la plus grande concentration de foudre jamais détectée. Le panache de l’éruption du Hunga-Tonga a produit 400 000 éclairs le 15 janvier, avec jusqu’à 5 000 à 5 200 événements par minute. C’est un ordre de grandeur supérieur à celui observé pendant les orages supercellulaires qui sont parmi les plus puissants sur Terre. La concentration d’éclairs était si élevée qu’elle a saturé les capteurs. Le nombre de 400 000 est donc très probablement en dessous de la vérité.
Une conséquence remarquable de tous ces éclairs est qu’ils ont produit un flash de rayons gamma détecté par un satellite de la NASA qui recherche dans l’Univers ces émissions à haute énergie. Elles sont censées provenir de trous noirs lointains ou d’explosions d’étoiles. C’était la première fois que le vaisseau spatial Fermi captait un tel flzsh en provenance d’un volcan sur Terre. Cela confirme le caractère extrême et exceptionnel de l’éruption Hunga-Tonga.
Source : la BBC.

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Months after it happened on January 15th 2022, the eruption of Hunga-Tonga Hunga-Ha’apai summarine volcano still puzzles scientists around the word as its power had never been observed on other eruptiond on Earth.

An analysis of seismic waves has revealed four individual events that are interpreted to be thrusts of molten rock beneath the underwater mountain. Occurring within a five-minute period, each of these blows is calculated to have had a force of a billion tonnes.

As I put it previously, the seamount produced the biggest atmospheric explosion ever recorded by modern instrumentation. It displaced some 10 cubic kilometers of rock, ash and sediment, much of it exiting through the volcano’s caldera, to shoot straight up into the sky.

Scientists have gathered in Chicago at the American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting to compare the latest results of their investigations into what happened.

A scientist from the University of Houston (Texas) detailed his team’s analysis of the Magnitude 5.8 seismic waves generated just over 10 minutes into the climactic eruption. These signals were picked up at more than 400 monitoring stations around the globe. The researcher attributes them to a pulse of magma moving up from below the mountain and hitting the base of the caldera. It looked as if a new batch of magma had suddenly just reached into the magma chamber and over-pressured the chamber. He adds : « The pulse of the magma was travelling up at high speed and it was like a train hitting the base of the wall. It hammered four times within 300 seconds. »

Ash from Hunga-Tonga was measured by weather satellites to have travelled 57 km above the Earth’s surface, the highest ever recorded volcanic plume. But new data presented at the AGU meeting indicated the disturbance went higher still, all the way to space. Sensors on US space agency and US Air Force satellites that measure far-ultraviolet radiation from the Sun noticed a strong absorption feature in their data correlated to an altitude above 100 km, which corresponds to the Karman Line, the recognised boundary to space.

Analyses of the eruption aloso revealed that the volcano sent into space a mass o water vapour estimated between 20,000 to 200,000 tonnes. Scientists say that a submarine volcano throwing so much water into the sky during an eruption is not a surprise, but the height to which that water travelled is. This water also clearly played a role in creating the conditions necessary to generate the greatest concentration of lightning ever detected. The Hunga-Tonga eruption plume produced 400,000 lightning events on January 15th, with rates of up to 5,000 to 5,200 events per minute. This is an order of magnitude higher than the one observed in super-cell thunderstorms, some of the strongest thunderstorms that exist on Earth. The rates were so high that they saturated the sensors. The 400,000 number is most probably below the truth.

One remarkable consequence of all this lightning is that it produced a gamma-ray flash detected by a Nasa satellite that normally looks out into the Universe for such high-energy emissions. These are expected to come from far-off black holes or exploding stars. This was the first time the Fermi spacecraft had caught a flash coming from a volcano on Earth. This confirms the extreme and exceptional nature of the Hunga-Tonga eruption.

Source: The BBC.

Images montrant l’étendue du nuage de cendres au moment de l’éruption du Hunga-Tonga Hunga-Ha’apai (Source: USGS)

Prévision volcanique et sismique // Volcanic and seismic prediction

L’éruption du Mauna Loa n’a surpris personne. Tout le monde l’attendait, d’autant plus que Madame Pele ne s’était pas mise en colère depuis 1984. Cela faisait plusieurs mois que les scientifiques américains enregistraient une inflation de l’édifice volcanique. Au cours des semaines qui ont précédé la sortie de la lave, la sismicité s’était intensifiée et des réunions avaient été organisées pour expliquer la situation aux populations susceptibles d’être menacées.

Mais la prévision éruptive s’arrêtait là. La suite dépendrait des humeurs de la déesse. Les volcanologues ne savaient pas où allait sortir la lave. Elle a commencé à apparaître le 27 novembre 2022 dans la zone sommitale du Mauna Loa, avant de migrer, au grand soulagement des scientifiques, vers la zone de rift nord-est où la menace pour les zones habitées étaient très faible, alors qu’elle aurait été très forte si la lave avait décidé de sortir dans le rift sud-ouest.

L’éruption s’est déroulée sans grande surprise, avec des coulées de lave à haute température, donc très fluides, comme cela s’était déjà produit en 1984.

Sans que les scientifiques sachent pourquoi, le débit éruptif a brusquement décliné vers le 8 décembre. Aujourd’hui, aucune reprise de l’éruption ne semble à l’ordre du jour et l’histoire éruptive du Mauna Loa montre qu’un tel retour d’activité est hautement improbable.

Quand l’éruption du Mauna Loa a débuté, le Kilauea voisin avait pris de l’avance avec une éruption qui avait débuté le 29 septembre 2021. Un petit lac de lave était apparu dans le cratère de l’Halema’uma’u. Or, vers le 8 décembre 2022, alors de l’éruption du Mauna Loa montrait des signes d’épuisement, celle du Kilauea a appuyé sur la touche « pause ». La lave a cessé de s’écouler sur le plancher du cratère et le lac de lave s’est recouvert d’une croûte. S’agit-il d’une simple interruption de l’éruption ou de son arrêt définitif? Personne ne le sait.

Est-ce à dire que les deux volcans sont en relation et qu’ils sont alimentés par une chambre magmatique commune? C’est ce que pensent depuis pas mal de temps les scientifiques américains. Il sera intéressant de voir comment se comporteront les deux volcans dans les prochaines semaines.

Comme je l’ai écrit précédemment, notre aptitude à prévoir les éruptions reste faible. Certes, celle du Mauna Loa n’a pas été une surprise, mais la difficulté était de prévoir où la lave allait sortir et les volcanologues américains ne savent pas le faire.

De la même façon, leurs collègues italiens n’ont pas vu venir la dernière crise éruptive du Stromboli. L’accès à la Fossa de Vulcano reste interdit car les émissions gazeuses sont trop importantes et personne ne connaît l’avenir éruptif de ce volcan. Une coulée de lave est apparue à la base du Cratère Sud-Est de l’Etna. Simple épisode éruptif ou annonce d’un événement de plus grande ampleur? Impossible de le dire.

Pourtant, le Mauna Loa, le Kilauea, le Stromboli et l’Etna sont truffés d’instruments. Aujourd’hui, nous savons décrire le déroulement des éruptions – c’est ce que je fais sur ce blog – mais nous sommes incapable de dire où, quand et comment une éruption va se dérouler.

C’est la même chose pour les séismes. Nous connaissons la plupart des zones où ils sont susceptibles de se déclencher, mais la prévision s’arrête là. Comme pour les volcans, nous savons décrire les conséquences et expliquer les causes. C’est ce qui vient de se passer pour les séismes qui ont secoué la Sicile ces derniers jours. Leur source se trouve sur le complexe Alfeo-Etna, un immense système de failles situé à l’est de l’escarpement ibléo-maltais et qui génère des séismes depuis novembre 2021. Ces derniers n’ont pas causé de dégâts majeurs, contrairement à la secousse de M 5,6 qui a tué plus de 300 personnes le 21 novembre 2022 dans la région de Cianjur sur l’île indonésienne de Java. Elle aussi était imprévisible.

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The Mauna Loa eruption came as no surprise. Everyone was waiting for it; Madame Pele had not been angry since 1984. American scientists had been recording inflation of the volcanic edifice for several months. In the weeks before the lava erupted, seismicity had intensified and meetings had been held to explain the situation to people who might be at risk.
But eruptive prediction did not go any further. What would happen next would depend on the moods of the goddess. The volcanologists did not know where lava would be emitted. The eruption began on November 27th, 2022 in the summit area of Mauna Loa, before migrating, to the relief of scientists, to the northeast rift zone where the threat to inhabited areas was very low, while it would have been very high if lava had decided to erupt in the southwest rift.
The eruption took place without great surprise, with lava flows at high temperature, therefore very fluid, as had already happened in 1984.
Without the scientists knowing why, the eruptive output abruptly declined around December 8th. Today, no resumption of the eruption seems on the agenda and the eruptive history of Mauna Loa shows that such a return of activity is highly unlikely.
When Mauna Loa’s eruption began, neighboring Kilauea had forged ahead with an eruption that began on September 29th, 2021. A small lava lake had appeared in Halema’uma’u crater. However, around December 8th, 2022, while the eruption of Mauna Loa was showing signs of exhaustion, Kilauea pressed the « pause » button. Lava stopped flowing on the crater floor and the lava lake became crusted over. Is it a simple interruption of the eruption or its permanent cessation? No one knows.
Does this mean that the two volcanoes are related and that they are fed by a common magma chamber? This is what American scientists have been thinking for quite a lot of time. It will be interesting to see how the two volcanoes behave in the coming weeks.
As I put it previously, our ability to predict eruptions remains low. Sure, the Mauna Loa eruption was not a surprise, but the difficulty was to predict where the lava was going to erupt and American volcanologists do not know how to do it.
In the same way, their Italian colleagues did not see the last eruptive crisis of Stromboli coming. Access to the Fossa di Vulcano remains prohibited because the gaseous emissions are too high and no one knows the eruptive future of this volcano. A lava flow appeared at the base of Mt Etna’s Southeast Crater. Is it a single eruptive episode or does it announce a larger event? No one knows.
However, Mauna Loa, Kilauea, Stromboli and Etna are full of instruments. Today, we know how to describe the course of eruptions – that’s what I’m doing on this blog – but we are unable to say where, when and how an eruption will take place.
It is the same for earthquakes. We know most of the areas where they are likely to occur, but the prediction stops there. As with volcanoes, we know how to describe the consequences and explain the causes. This is what has just happened for the earthquakes that have shaken Sicily in recent days. Their source is on the Alfeo-Etna complex, a huge fault system located east of the Ibleo-Maltese escarpment and which has been generating earthquakes since November 2021. The quakes have not caused major damage, unlike the M 5.6 quake that killed more than 300 people on November 21st, 2022 in the Cianjur region on the Indonesian island of Java. It was unpredictable.

Eruption du Mauna Loa…

Eruption du Kilauea…

…et la main de Pele!

 

 

 

 

 

 

La cause de la récente sismicité en Sicile // The cause of the recent seismicity in Sicily

On a assisté au cours de la semaine écoulée à une hausse de la sismicité en Sicile. Le dernier événement en date est un séisme de magnitude M 2,9 qui a été enregistré à 5 kilomètres au nord-est de Rosolini, dans la province de Syracuse, à une profondeur de 8 kilomètres. Le 8 décembre 2022, un nouveau séisme de magnitude M 4,1 a été enregistré avec un épicentre entre les municipalités de Mazzarone (Catane), Chiaramonte Gulfi et Acate, dans la région de Raguse.
Les scientifiques de l’INGV ont expliqué que la cause de cette sismicité se trouve sur le complexe Alfeo-Etna, un immense système de failles pouvant atteindre une centaine de kilomètres de long, situé à l’est de l’escarpement ibléo-maltais, qui génère un essaim sismique avec des événements mineurs depuis novembre 2021. Les données géologiques et géophysiques acquises en mer ces dernières années indiquent que la zone de déformation, d’une orientation nord-ouest-sud-est, de la faille Alfeo-Etna modifie le fond marin au large de la côte ionienne en rejoignant, le long de la Timpa d’Acireale, les systèmes de failles actives du versant oriental de l’Etna.
S’agissant de la surveillance de la faille Alfeo-Etna, je vous renvoie à une note que j’ai publiée sur ce blog le 15 février 2021:

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2021/02/15/letude-de-la-faille-au-pied-de-letna-the-study-of-the-fault-at-the-foot-of-mt-etna/

Un scientifique de l’INGV indique que le système de failles Alfeo-Etna représente une frontière cinématique importante entre des blocs qui se déplacent différemment dans l’ouest de la mer Ionienne, dans le contexte de la convergence entre les plaques africaine et européenne.

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The past week has seen an increase in seismicity in Sicily. The latest event is an earthquake with a magnitude M 2.9 which was recorded 5 kilometers northeast of Rosolini, in the province of Syracuse, at a depth of 8 kilometers. On December 8th, 2022, a new earthquake with a magnitude M 4.1 was recorded with an epicenter between the municipalities of Mazzarone (Catania), Chiaramonte Gulfi and Acate, in the Ragusa region.
The INGV scientists explained that the cause of this seismicity is on the Alfeo-Etna complex, a huge fault system, up to a hundred kilometers long, located east of the Ibleo-Maltese escarpment which has been generating a seismic swarm with minor events since November 2021. Geological and geophysical data acquired at sea in recent years indicate that the deformation zone, with a northwest-southeast orientation, of the Alfeo-Etna fault modifies the seabed off the Ionian coast as it merges, along the Timpa of Acireale, with the active fault systems of the eastern slope of Mt Etna.
Regarding the monitoring of the Alfeo-Etna fault, you can have a look at a post I published on this blog on February 15, 2021:
https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2021/02/15/letude-de-la-faille-au-pied-de-letna-the-study-of-the-fault-at-the-foot-of-mt- etna/

An INGV scientist indicates that the Alfeo-Etna fault system represents an important kinematic boundary between differently moving blocks in the western Ionian Sea, in the context of the convergence between the African and European plates.

Source: INGV

L’activité sismique et ses conséquences sur le Lac Taupo (Nouvelle Zélande) // Seismic activity and its consequences on Lake Taupo (New Zealand)

En Nouvelle-Zélande, le Taupo est le volcan rhyolitique le plus actif de la Zone Volcanique de Taupo TVZ). Il comprend une grande caldeira d’environ 35 km de diamètre avec des marges mal définies. La caldeira est maintenant occupée par le lac Taupo ; elle a été en grande partie formée par la volumineuse éruption de l’Oruanui Tephra environ 22 600 ans avant notre ère. C’est la plus grande éruption connue du Taupo, avec l’émission d’environ 1 170 km3 de tephra. Cette éruption a été précédée à la fin du Pléistocène par l’éruption d’un grand nombre de dômes de lave rhyolitique au nord du lac Taupo.
De grandes éruptions explosives se sont produites fréquemment au cours de l’Holocène à partir de nombreuses bouches éruptives dans le lac Taupo et près de ses rives. L’éruption majeure la plus récente a eu lieu il y a environ 1 800 ans avant notre ère, à partir d’au moins trois bouches le long d’une fracture orientée NE-SW. Cette éruption extrêmement violente a été la plus importante en Nouvelle-Zélande pendant l’Holocène. Elle a donné naissance à la Taupo Ignimbrite phréatoplinienne qui a recouvert 20 000 km2 de l’île du Nord.

Bien qu’il n’y ait pas eu d’éruptions puissantes au cours des derniers siècles, le Taupo est toujours considéré comme actif et la sismicité peut être importante. Un puissant séisme peu profond de M5.6 et de nombreuses répliques ont été enregistrés sur le volcan Taupo fin novembre 2022.
Aujourd’hui, les autorités néo-zélandaises indiquent qu’environ 20 mètres d’estran à Wharewaka, sur les berges du lac Taupo, ont disparu après le dernier séisme.
Les géologues néo-zélandais enquêtent sur la cause du phénomène. Il se peut que ce soit le résultat d’un affaissement des terres avec une vague générée par le séisme sur le lac. De plus, il y a des fissures parallèles au rivage qui indiquent que la zone est instable. Il existe des fissures semblables autour d’autres zones du lac, comme à l’extrémité sud, qui laissent supposer qu’une ou plusieurs grosses vagues ont parcouru plusieurs mètres de plus que d’habitude sur l’estran. Toutefois, jusqu’à présent, les dégâts les plus importants se sont produits à Wharewaka. Le niveau du lac était très élevé au moment du séisme, ce qui a probablement aggravé le problème.
Le séisme a été suivi de plus de 300 répliques; la plus importante avait une magnitude de M5.4. Il s’agit du plus puissant séisme dans la région du lac Taupo depuis un événement de M5,0 en 2019 et il fait suite à une augmentation de la sismicité dans la région depuis mai 2022.
Les scientifiques de GeoNet pensent que la séquence sismique a pu être causée par une activité associée au magma et aux fluides hydrothermaux à l’intérieur du volcan. Cette activité pourrait se poursuivre au cours des semaines ou des mois à venir, à des rythmes ou des intensités variables. Les scientifiques recherchent les preuves d’une seiche ou d’un petit tsunami sur les rives autour du lac Taupo qui auraient été causés par les derniers séismes. Ils disent que l’activité est cohérente avec l’activité volcanique mineure en cours sur le volcan Taupo et que le niveau d’alerte volcanique reste à 1.
Avant le séisme de M5.6, le réseau GNSS détectait toujours un soulèvement du sol sous le lac Taupo. Un instrument à Horomatangi Reef a révélé une inflation de 60 mm par an. Même si certains séismes ont été ressentis dans les zones autour du lac Taupo, la déformation n’est actuellement détectée que par un seul instruments de surveillance,
Dans sa conclusion, GeoNet se veut rassurant : « D’une manière générale, une telle activité volcanique se produit lorsque du magma ou de l’eau chaude et de la vapeur chauffées par du magma se déplacent en profondeur sous un volcan, ce qui modifie les contraintes et provoque des séismes et des mouvements de terrain. Il y a eu 17 épisodes d’activité semblables sur le Taupo au cours des 150 dernières années. Aucun n’a débouché sur une éruption.
Source : The Watchers, GeoNet, Smithsonian Institution.

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In New Zealand, Taupo is the most active rhyolitic volcano of the Taupo Volcanic Zone TVZ). It includes a large, roughly 35 km wide caldera with poorly defined margins. The caldera is now filled by Lake Taupo; it was largely formed bythe voluminous eruption of the Oruanui Tephra about 22 600 years before the present (BP). It was the largest known eruption at Taupo, producing about 1 170 km3 of tephra. This eruption was preceded during the late Pleistocene by the eruption of a large number of rhyolitic lava domes north of Lake Taupo.

Large explosive eruptions have occurred frequently during the Holocene from many vents within Lake Taupo and near its margins. The most recent major eruption took place about 1 800 years BP from at least three vents along a NE-SW-trending fissure. This extremely violent eruption was New Zealand’s largest during the Holocene. It produced the phreatoplinian Taupo Ignimbrite, which covered 20 000 km2 of North Island.

Although there have not been powerful eruptions in the last centuries, Taupo is still considered active and seismicity may be significant. A strong and shallow M5.6 earthquake and numerous aftershocks were registered at Taupō volcano at the end of November 2022.

Today, NZ authorities indicate that about 20 meters of foreshore in Wharewaka, Lake Taupo, disappeared after the earthquake.

NZ geologists are investigating the cause, but it may be a result of land slumping with a wave caused by the earthquake on the lake. Moreover, there are cracks running parallel to the shore which indicate the area is unstable. There is anecdotal evidence around other areas of the lake, like at the southern end, that suggest a large wave or waves have come several meters more than usual up the foreshore but so far, the most significant damage was at Wharewaka. The lake level was very high at the moment of the earthquake,which likely exacerbated the problem.

The quake has been followed by more than 300 aftershocks, the largest being a M5.4. This is the largest earthquake in the Lake Taupo region since an M5.0 earthquake in 2019 and follows an increase in the number of earthquakes in the region since May 2022.

GeoNet scientists believe the earthquake sequence might be caused by activity associated with magma and hydrothermal fluids inside the volcano. This activity could continue for the coming weeks or months, at varying rates or intensities. Scientists are still looking into the evidence of a potential seiche or small tsunami on the shorelines around Lake Taupō resulting from the last earthquakes. They say the activity is consistent with ongoing minor volcanic unrest at Taupo volcano and the Volcanic Alert Level remains at 1.

Prior to the M5.6 earthquake, the GNSS network continued to show ground uplift beneath Lake Taupo. The rate at an instrument at Horomatangi Reef was 60 mm per year. While some of the earthquakes have been felt in areas around Lake Taupo, the deformation was detected by one sensitive monitoring instrument.

As a conclusion, GeoNet wants to be reassuring : “In broad terms, such volcanic unrest occurs when magma or magma-heated hot water and steam moves deep within the ground beneath a volcano, changing stresses and causing earthquakes and ground movement. There have been 17 previous episodes of unrest at Taupo over the past 150 years. None of those have resulted in an eruption.”

Source: The Watchers, GeoNet, Smithsonian Institution.

Image satellite du Lac Taupo (Source: NASA)

Vue du lac depuis la berge nord (Photo: C. Grandpey)

Fissures à Wharewaka (Crédit photo: GeoNet)