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Hawaii: Concurrence entre hydrogène sulfuré et dioxyde de soufre // H2S vs. SO2

Au cours des derniers mois, avec l’éruption du Kilauea, les Hawaiiens ont souvent eu l’occasion de sentir le dioxyde de soufre (SO2), un gaz typique émis au moment des éruptions. Il apparaît lorsque le magma se trouve à faible profondeur. Actuellement, le volcan émet moins de 200 tonnes de SO2 chaque jour. C’est plus de 20 fois moins que la moyenne enregistrée au cours des 10 années d’activité du lac de lave dans l’Halema’uma’u et au moins 200 fois moins que le pic des émissions au cours de l’éruption dans la Lower East Rift Zone en 2018.
Depuis la fin de l’éruption, les gens respirent parfois un autre gaz: l’hydrogène sulfuré (H2S), le cousin malodorant du SO2. En ce moment, le magma se trouve à plus grande profondeur, ce qui induit des températures plus basses au niveau des bouches éruptives. Comme il n’y a plus de magma à faible profondeur pour faire évaporer les eaux souterraines, le sous-sol est également beaucoup plus humide. Ces conditions moins chaudes et plus humides sont parfaites pour provoquer la formation de petites quantités de H2S. On sent en général le gaz lorsque les alizés cessent de souffler et dans les endroits sous le vent à proximité du sommet du Kilauea, du Pu’u O’o, et du système de fractures dans la Lower East Rift Zone, site de l’éruption de 2018.
Le SO2, qui a une odeur âcre et piquante, comme celle émise par les feux d’artifice ou lorsqu’on craque une allumette, est perceptible à raison de 0,3 à 1 partie par million (ppm), c’est-à-dire 0,3 à 1 partie de gaz par million de parties d’air.
A côté de cela, les gens perçoivent généralement l’odeur d’œuf pourri du H2S à des concentrations allant de 0,0005 à 0,3 ppm. L’odeur du H2S est bien connue des habitants des sources thermales ou des zones géothermales comme le parc national de Yellowstone. Ce gaz est également produit par la décomposition de matières organiques et on le rencontre dans les égouts et les marécages. Même le corps humain produit une petite quantité de H2S. Au cours des dernières semaines, une forte odeur de H2S a envahi les Caraïbes, provoquant de graves problèmes de santé parmi la population. La cause en était les énormes quantités de sargasses, un type d’algues qui ont atteint les côtes des îles.
L’État d’Hawaï a fixé le «niveau de nuisance» pour le H2S à 0,025 ppm, sur la base du seuil olfactif. Les symptômes négatifs de l’exposition au H2S ne se manifestent que lorsque les concentrations sont bien supérieures au seuil olfactif. Selon l’OSHA (Occupational Safety and Health Administration), une exposition prolongée à des quantités de 2-5 ppm peut provoquer des maux de tête, une irritation des yeux, des nausées ou des problèmes respiratoires chez certains asthmatiques. Les concentrations mesurées dans les zones habitées autour du Kilauea sont inférieures à 1 ppm.
Bien que l’être humain puisse détecter le H2S à de très faibles concentrations, son odorat ne le détecte plus à des concentrations élevées. Par exemple, une exposition de deux à cinq minutes à 100 ppm peut provoquer une adaptation sensorielle appelée «fatigue olfactive». Il est rassurant de noter que les concentrations de H2S mesurées sur le Kilauea, même directement au niveau des bouches éruptives, sont bien inférieures à ce niveau.
Pour les Hawaïens qui vivent depuis des décennies avec l’odeur familière du vog empreinte de SO2, l’arrivée du H2S malodorant peut être quelque peu déconcertante. Quand surviendra la prochaine éruption du Kilauea, avec une remontée du magma vers la surface, il faudra s’attendre à une diminution des émissions de H2S et à un retour à l’odeur plus familière du SO2 et du vog à dominance particulaire.
Source: USGS / HVO.

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In the past months, with the eruption of Kilauea Volcano, Hawaiians could often smell sulphur dioxide (SO2), a typical gas emitted during eruptions. It is released when magma is at a shallow depth. Currently, less than 200 tons of SO2 are emitted from the volcano each day. This is more than 20 times less than the average emissions during the 10 years of lava lake activity at Halema’uma’u, and at least 200 times less than peak emissions during the 2018 lower East Rift Zone eruption.

Since the end of the eruption, people have smelled another gas: hydrogen sulphide (H2S), the smelly cousin of SO2. With the current volcanic conditions, deeper magma has led to cooler vent temperatures. Without shallow magma to boil off ground water, the sub-surface environment is also much wetter. These cooler and wetter conditions cause a small amount of H2S to form. H2S is most commonly detected during interruptions in trade wind conditions and in locations downwind of Kilauea’s summit, Pu’u O’o, and the 2018 lower East Rift Zone fissure system.

SO2, which produces a sharp pungent aroma like that emitted when setting off fireworks or striking a kitchen match, is noticeable to most people at 0.3 to 1 parts per million (ppm) – 0.3 to 1 parts gas in 1 million parts of air.

On the other hand, people can usually smell the rotten egg odor of H2S at lower concentrations ranging from 0.0005 to 0.3 ppm. The smell of H2S is a familiar odour to people from hot spring or geothermal areas like in Yellowstone National Park. It is also produced by decaying organic material and is released by sewers and swamps. Even the human body produces a small amount of H2S. During the past weeks, a strong H2S smell invaded the Caribbean which caused severe health problems among the population. The cause lay with the huge amounts of sargassum that had reached the coasts of the islands.

The State of Hawaii has set a “nuisance level” for H2S at 0.025 ppm, based on the odour threshold. Negative symptoms of H2S exposure do not occur until concentrations are well above the odour threshold. According to the Occupational Safety and Health Administration (OSHA), prolonged exposure to 2-5 ppm may cause headaches, eye irritation, nausea or breathing problems in some asthmatics. Measured concentrations in populated areas around Kilauea are less than 1 ppm.

Although H2S can be detected by humans at very low concentrations, a person’s sense of smell to the gas is lost at high concentrations. For instance, two to five minutes of exposure at 100 ppm can cause a sensory adaptation known as “olfactory fatigue.” But concentrations of H2S measured at Kilauea, even directly at volcanic vents, are well below this level.

For Hawaiians who have spent decades living with the familiar aroma of “classic” vog, the introduction of smelly H2S can be curious or even disconcerting. When the next eruption of Kilauea occurs, when magma eventually rises toward the surface,  a decrease in H2S emissions is to be expected, with a return to the more familiar smell of the SO2 and particle-dominated vog.

Source: USGS / HVO.

Panache de gaz riche en SO2 au sommet du Kilauea

L’odeur de H2S est présente aux abords des zones géothermales

(Photos: C. Grandpey)

 

Des éruptions phréatiques sur le Mayon (Philippines) // Phreatic eruptions on Mayon Volcano (Philippines)

Dans un bulletin publié le 26 novembre 2018 à 10h15, le PHIVOLCS indique que deux éruptions phréatiques ont été observées entre 7h59 et 8h05 sur le Mayon. Les événements ont généré des panaches de cendre grisâtre qui se sont élevés jusqu’à 300 – 500 mètres au-dessus du sommet avant de s’étirer vers le sud-ouest. Les émissions de SO2 atteignaient une moyenne de 1943 tonnes par jour le 25 novembre. On observe actuellement une inflation de l’édifice volcanique dans le secteur sud-est, tandis que le secteur nord montre une déflation à court terme par rapport à la période du 30 août au 3 septembre 2018.
Le niveau d’alerte est maintenu à 2.
Source: PHIVOLCS.
Il convient de noter que de telles explosions phréatiques se produisent de temps en temps sur le Mayon mais ne sont pas le signe qu’une éruption majeure est sur le point de se produire.

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In a bulletin released on 26 November 2018 at 10:15 a.m., PHIVOLCS indicates that two phreatic eruptions were observed between 7:59 and 8:05 on Mayon Volcano. The events generated greyish ash plume that rose 300 to 500 metres above the summit before drifting southwest. SO2 emission reached an average of 1943 tonnes/day on November 25th. There is currently an inflation of the edifice in the southeast sector while the north sector indicates short-term deflation relative to August 30th to September 3rd, 2018.

The alert level is kept at 2.

Source: PHIVOLCS.

It should be noted that such phreatic explosions occasionally occur on Mayon but are not the sign that a major eruption is about to happen.

Crédit photo: Wikipedia

Quelques réflexions sur la dernière éruption du Kilauea (Hawaii) // A few thoughts about Kilauea’s last eruption (Hawaii)

C’est un comportement bien connu chez les Américains: ils ont souvent tendance à dire qu’ils sont les meilleurs et les plus forts! Ils adorent aussi utiliser les superlatifs. Ce qui se passe dans leur pays ne se produit nulle part ailleurs. C’est un état d’esprit que l’on retrouve dans le dernier « Volcano Watch » publié par l’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le HVO. Selon l’Observatoire, la dernière éruption du Kilauea « marque un tournant décisif pour la volcanologie, non seulement à Hawaii, mais également dans le monde entier ».
L’article nous rappelle que des effondrements sommitaux comme celui qui a profondément remodelé la caldeira du Kilauea sont relativement rares. Sur le Kilauea, ce fut le plus important effondrement sommital depuis au moins l’année 1800, avec les explosions les plus fortes jamais enregistrées depuis 1924. Seuls trois événements comparables se sont produits sur les volcans basaltiques dans le monde au cours des 50 dernières années: au Piton de la Fournaise (Île de la Réunion). ), sur le Miyakejima (Japon) et sur le Fernandina (Galapagos). Des événements explosifs bien plus puissants se sont produits dans le passé sur le Kilauea, mais pas depuis 1790.
D’autres facettes de l’activité du Kilauea en 2018 sont sorties de l’ordinaire:
– Le séisme de M 6,9 qui a frappé le flanc sud du Kilauea le 4 mai 2018 fut le plus important enregistré à Hawaï depuis 1975.
– Les émissions de SO2 au cours de la phase principale de l’éruption dans la Lower East Rift Zone, avec au moins 50 000 tonnes par jour, n’avaient encore jamais été mesurées à un tel niveau sur le Kilauea.
– Le volume de lave émis par la Fracture n° 8 fut également inhabituellement élevé pour le Kilauea ; il fut environ trois fois plus élevé que lors des éruptions de la Lower East Rift Zone en 1955 et 1960.
De tels événements extraordinaires donnent aux scientifiques l’occasion d’étudier attentivement le comportement du Kilauea, de remettre en question des idées anciennes et d’en tester de nouvelles. Par exemple, sur la base d’observations visuelles de l’activité explosive de 1924 dans l’Halema’uma’u, les scientifiques pensaient que de tels événements étaient causés par l’interaction des eaux souterraines avec des roches ou du magma à haute température et craignaient que cela se reproduise en 2018. [Note personnelle: La vidange régulière de l’Overlook Crater a montré qu’il n’y avait pas d’interaction avec les eaux souterraines. De ce point de vue, les craintes du HVO étaient infondées.]
Un autre événement intéressant a été le processus d’effondrement de l’Halema ’uma ’u. Selon le HVO, la situation était « remarquablement prévisible ». En effet, la sismicité a progressivement évolué en crescendo en l’espace de 1 à 3 jours, jusqu’au moment où le plancher de la caldeira s’est affaissé soudain de plusieurs mètres en quelques secondes. Le phénomène s’est répété des dizaines de fois entre mai et août 2018 (voir le graphique ci-dessous). Un phénomène similaire a été constaté lors de l’effondrement sommital du volcan Miyakejima au Japon, en 2000.
La question est maintenant de savoir comment va évoluer la situation. Le HVO persiste en affirmant que l’éruption traverse « une accalmie » et pourrait redémarrer à tout moment. L’Observatoire fait référence à plusieurs événements du passé. Après l’effondrement et les explosions du Kilauea en mai 1924, la lave est revenue sur le plancher de l’Halema’uma’uu au cours de sept brefs épisodes éruptifs entre juillet 1924 et septembre 1934. Les géologues du HVO pensent que la même chose pourrait se reproduire dans les mois ou les années à venir. La plus longue période de repos éruptif dans l’histoire du Kilauea a eu lieu de 1934 à 1952, sans lave active sur le volcan pendant 18 ans! Cela montre que le Kilauea peut se tenir tranquille pendant des décennies.
[Ma question est la suivante: Comment le HVO peut-il affirmer que si la lave apparaît à nouveau, elle fera partie de la même éruption? Tous les paramètres sont actuellement proches de la normale et cela fait deux mois qu’aucune lave active n’a été observée dans la Lower East Rift Zone! Sur le Piton de la Fournaise, à la Réunion, les éruptions sont généralement espacées de quelques mois et sont considérées comme des événements distincts. Le Kilauea et le Piton de la Fournaise sont tous deux des volcans de «point chaud». Pourquoi les observatoires devraient-ils adopter des politiques différentes? Si l’OVPF raisonnait comme le HVO, les épisodes éruptifs à répétition du Piton de la Fournaise pourraient être considérés une seule et même éruption susceptible de durer des mois, voire des années. En tant que tel, le Piton rivaliserait avec le Kilauea! Les scientifiques américains avaient laissé entendre que l’éruption de 2018 durerait des mois, voire un an. Madame Pelé en a décidé autrement. Dans la mesure où nous ne savons pas prévoir les éruptions, des erreurs sont possibles. Il n’y a pas de honte à cela. Les scientifiques du HVO devraient admettre que la dernière éruption du Kilauea est bel et bien terminée et que la prochaine sera une nouvelle éruption! C’est une question d’honnêteté scientifique.]

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It is a well-known behaviour among Americans: They often tend to say they are the best and the strongest! They are fond of using superlatives. What happens in their country happens nowhere else. This is the spirit that underlies the latest “Volcano Watch” released by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO). According to the Observatory, Kilauea’s latest eruption “marks a watershed for volcano science, not only in Hawaii but also worldwide.”

The article reminds us that summit collapses like the one that profoundly reshaped the Kilauea caldera are relatively rare. At Kilauea, it was the largest summit collapse since at least the year 1800, and it included the strongest summit explosions since 1924. Only three comparable events have occurred at basaltic volcanoes worldwide in the past 50 years, at Piton de la Fournaise (Reunion Island), Miyakejima (Japan) and Fernandina (Galapagos). Much larger explosive events have occurred in Kilauea’s past but not since 1790.

Other aspects of the 2018 activity were also unusual :

– The M 6.9 earthquake that struck Kilauea’s south flank on May 4th, 2018 was the largest in Hawaii since 1975.

– The SO2 emission rate during the main phase of the Lower East Rift Zone eruption, at least 50,000 tons per day, was the highest ever measured at Kilauea.

– The lava production rate from Fissure 8 also was unusually high for Kilauea, about three times higher than during the 1955 and 1960 Lower East Rift Zone eruptions.

Such extraordinary events give scientists an opportunity to study aspects of Kilauea’s behaviour first-hand, to challenge old ideas, and to test new ones. For example, based on visual observations of the 1924 explosive activity at Halema‘uma‘u, scientists thought such events were caused by the interaction of groundwater with hot rock or magma and feared it might happen again in 2018. [Personal note]: The regular drainage of the Overlook Crater showed there was no interaction with groundwater. From that point of view, the HVO’s fears were unfounded. .

Another interesting event was the process that left the deep pit where Halema‘uma‘u had been. HVO says it was “remarkably predictable.” A regular pattern emerged in which seismicity gradually built to a crescendo over 1-3 days, until the caldera floor suddenly dropped several metres in a matter of seconds. The pattern repeated dozens of times from May to August 2018 (see graph below). A similar pattern was recognized during summit collapse at Miyakejima volcano, Japan, in 2000.

The question is to know what will happen next. HVO persists in saying that the eruption is going through “a lull” and might restart at nay moment. The observatory refers to several events of the past. Following Kilauea’s collapse and explosions in May 1924, lava returned to the floor of Halema‘uma‘u during seven brief eruptions from July 1924 to September 1934. HVO geologists think the same could happen again in the coming months or years. The longest period of eruptive quiescence in Kilauea’s recorded history followed from 1934 to 1952, with no active lava on the volcano for 18 years! So, Kilauea could stay quiet for decades.

[My question is: How can HVO say that if lava emerges again it will the same eruption that is continuing? All parameters are currently close to background levels and no lava has been seen in the Lower East Rift Zone for two months! On Piton de la Fournaise on Reunion Island, eruptions are usually spaced by a few months and are considered as different eruptions. Both Kilauea and Piton de la Fournaise are ‘hotspot’ volcanoes. Why should observatories adopt different policies? If OVPF reasoned like HVO, the Piton de la Fournaise repetitive eruptive episodes might become a single eruption lasting for months and even years. As such, it would rival with Kilauea’s eruptions! U.S. scientists suggested that the 2018 eruption would last for months or even a year. Madame Pele decided differently. As we are not able to predict eruptions, mistakes are possible. HVO scientists should admit the last eruption is over and that the next one will be a new one! It’s a matter of scientific honesty.]

Les tiltmètres ont parfaitement montré les événements successifs d’effondrement et d’affaissement de la caldeira sommitale du Kilauea (Source : HVO)

La dernière éruption du Kilauea, avec ses énormes coulées de lave et les effondrements sommitaux fut l’une des plus extraordinaires des dernières décennies (Crédit photo: USGS / HVO)

La cendre volcanique du Kilauea (Hawaii) // Kilauea’s volcanic ash (Hawaii)

Dans son dernier article de la série «Volcano Watch», le HVO examine les effets et les dangers de la cendre volcanique émise lors de la dernière éruption du Kilauea. Au cours d’une éruption, les concentrations de dioxyde de soufre (SO2) dans l’air revêtent une grande importance car elles sont étroitement liées aux émissions de lave. Cependant, l’émission considérable de cendre volcanique lors de l’éruption du Kilauea en 2018 a suscité des inquiétudes quant aux impacts potentiels sur les zones sous le vent.
Lors d’une éruption, les réactions chimiques qui se produisent entre la cendre volcanique et le panache riche en SO2 provoquent des dépôts de couches de sels à la surface des particules de cendre. Elles contiennent toute une gamme de composants solubles. Au contact de l’eau, que ce soit lors des retombées de cendre dans les bassins de captage d’eau potable ou lorsque la pluie s’abat sur la cendre, les composants solubles sont lessivés. Cela peut avoir un impact positif sur les activités humaines et agricoles (si les cendres apportent des éléments nutritifs) ou bien un effet négatif (si la cendre libère des éléments potentiellement toxiques, telles que le fluor).
La composition de la couche d’éléments à la surface de la cendre peut être mesurée en laboratoire par des expériences de lixiviation, une technique d’extraction de produits solubles par un solvant, et notamment par l’eau. Dans le cas de la cendre volcanique, la lixiviation consiste à mélanger des échantillons récents avec de l’eau extrêmement pure et à mesurer l’évolution de la chimie de l’eau. Les résultats des mesures en laboratoire peuvent ensuite être mis en parallèle avec la quantité de cendre retombée au sol afin d’évaluer son impact potentiel sur les ressources en eau, l’agriculture et la santé humaine. Si la couche de cendre présente un danger, des actions de protection appropriées peuvent être envisagées.
L’USGS a collecté et analysé près de 30 échantillons de cendre émise lors d’effondrements au sommet du Kilauea en 2018. Toutes ces données sont consultables en ligne auprès de l’USGS.
La contamination de l’eau potable par le fluor est une préoccupation majeure pour la santé humaine. La bonne nouvelle, c’est que les dernières retombées de cendre du Kilauea n’ont pas déposé suffisamment de fluor sur les systèmes de captage d’eau potable pour causer des effets néfastes sur la santé. En fait, les analyses ont révélé des concentrations au moins dix fois inférieures au niveau maximal fixé par l’Environmental Protection Agency (EPA). La concentration de fluor dans la cendre émise pendant la dernière éruption du Kilauea est inférieure à 100 milligrammes par kilogramme. Ce chiffre est inférieur à la moyenne pour les autres éruptions dans le monde (129 mg par kg de cendre).
Les échantillons de cendre recueillis lors de la dernière éruption du Kilauea contiennent beaucoup de soufre, avec des concentrations dépassant tout ce qui a été mesuré lors d’éruptions volcaniques dans le monde. Cela n’est guère surprenant, au vu des émissions considérables de SO2 pendant l’éruption du Kilauea. Certains échantillons de cendre contenaient près de 25 000 milligrammes de soufre par kilogramme de cendre, ce qui correspond à plus de 2 cuillerées à café de soufre natif pour 450 grammes de cendre. L’impact de ce soufre sur l’eau potable à Hawaii ne concerne que son aspect visuel et n’affecte que le goût. Les concentrations étaient toujours inférieures au niveau maximum déterminé par l’EPA, malgré la quantité remarquable de soufre à la surface de la cendre.
Seuls le manganèse, l’aluminium et le fer ont été mesurés sur la cendre à des concentrations pouvant atteindre les seuils définis par l’EPA et provoquer un goût et une couleur indésirables de l’eau. Cependant, les concentrations ne constituent pas une menace pour la santé.
Bien que le danger pour l’homme soit faible, l’ingestion de grandes quantités de soufre peut entraîner des carences nutritionnelles chez les animaux en pâturage, et l’exposition au fluor peut entraîner l’érosion des dents, affecter les os et générer d’autres anomalies de croissance. En conséquence, le département d’agriculture tropicale et de ressources humaines de l’Université d’Hawaï a formulé des recommandations sur la protection du bétail.
Source: HVO.

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In its latest “Volcano Watch” article, HVO examines the effects and dangers of volcanic ash during Kilauea’s last eruption. During an eruption, a great importance is given to the sulphur dioxide (SO2) concentrations in the air because they are closely linked with lava emissions. However, vigorous volcanic ash production during the 2018 eruption of Kilauea raised new concerns about potential impacts for downwind communities.

During an eruption, chemical reactions that occur between volcanic ash and the SO2-rich plume form salt coatings on the surfaces of ash particles. These coatings contain a wide range of soluble components. Upon contact with water, either through ash falling into water catchments or by rain falling on ash, the soluble components are washed from the ash. This can impact human and agricultural activities, both positively (if ash supplies nutrient elements) and negatively (if ash releases potentially toxic species, such as fluoride).

The composition of the ash coating can be measured in the laboratory through ash leaching experiments. This is performed by mixing samples of freshly erupted volcanic ash with ultrapure water and measuring the change in the water chemistry. The results from the laboratory measurements can then be scaled with the amount of ashfall to evaluate the potential impact on water resources, agriculture, and human health. If the ash coating poses a hazard, then appropriate protective actions can be communicated.

USGS collected and analyzed almost 30 ash samples produced by collapse events at the summit of Kilauea in 2018. All data are available online from the USGS.

Contamination of drinking water by fluoride is of primary concern for human health. Some good news is that recent ashfall at Kilauea did not contribute sufficient fluoride to water catchment systems to cause adverse health effects. In fact, it was determined to be at least ten times lower than the maximum contaminant level (MCL) goal set by the U.S. Environmental Protection Agency (EPA). The concentration of fluoride on ash from the recent activity of Kilauea is below 100 milligrams of fluoride per kilogram of ash. This is lower than the average for other eruptions worldwide (129 mg per kg of ash).

Ash samples collected during the last Kilauea eruption contain a tremendous amount of sulphur, exceeding anything measured at previous eruptions from volcanoes around the world. This may not be surprising given the massive output of SO2 throughout Klauea’s eruption. Some of the Kilauea ash samples had nearly 25,000 milligrams of sulphur per kilogram of ash, which is over 2 teaspoons of native sulphur for every pound of ash. The impact of this sulphur on drinking water in Hawai‘i is largely aesthetic, affecting taste only. Concentrations were still below the EPA maximum contaminant level, despite the remarkable amount of sulphur on the ash surfaces.

Only manganese, aluminum, and iron were measured on the ash at concentrations that may reach defined EPA thresholds for causing undesirable taste and colour of water. However, the concentrations are not a threat to health.

Although the hazard to humans is low, grazing animals can experience nutritional deficiencies from ingesting high amounts of sulphur, and fluoride exposures can result in the erosion of teeth, loss of bone, and other growth abnormalities. Accordingly, recommendations for protecting livestock were issued by the University of Hawaii’s College of Tropical Agriculture and Human Resources.

Source: HVO.

Retombées de cendre sur l’Etna (Photo: C. Grandpey)

Emissions de SO2 sur le Kilauea (Photo: C. Grandpey)