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Processus de refroidissement de la lave sur le Kilauea (Hawaii) // Lava cooling process on Kilauea Volcano (Hawaii)

Le dernier article « Volcano Watch » du HVO aborde le thème du refroidissement des coulées de lave, son déroulement et sa durée. C’est un aspect du volcanisme que j’ai étudié il y a quelques années sur la Grande Ile d’Hawaii pour le compte de l’Observatoire et du Parc des Volcans d’Hawaii. Vous trouverez un résumé de mon travail sous l’entête de ce blog: « Processus de refroidissement de la lave sur le Kilauea« .
https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/processus-de-refroidissement-de-la-lave-sur-le-kilauea-hawaii/

L’article du HVO présente de nombreuses similitudes avec ma propre étude qui fournit des détails supplémentaires sur la composition de la lave.

Maintenant que l’éruption de 2018 du Kilauea est terminée, on peut se demander combien de temps il faudra aux dernières coulées de lave pour se refroidir et se solidifier complètement. La réponse n’est pas aisée car différents facteurs sont à prendre en compte pour évaluer le processus de refroidissement de la lave. La température de lave émise pendant l’éruption de 2018 a atteint environ 1140°C. Lorsque la température de surface d’une coulée est inférieure à environ 1000°C, elle se solidifie, mais l’intérieur reste très chaud.
Le facteur le plus important pour déterminer la vitesse à laquelle la lave refroidit est l’épaisseur de la coulée. D’autres facteurs incluent la perte de chaleur en surface (contact avec l’atmosphère) et en profondeur (contact avec le sol). La température de l’air, les précipitations et le vent contribuent également à la perte de chaleur de surface d’une coulée. Le contact entre une coulée de lave, l’air ambiant et la surface du sol favorise le durcissement rapide de la partie supérieure et inférieure de la coulée. C’est ce qui explique la présence d’une croûte argentée à la surface des coulées de lave pahoehoe et le cliquetis que l’on peut entendre sur les coulées de lave a’a. Lorsque la croûte se refroidit et s’épaissit, elle retient la chaleur à l’intérieur de la coulée car la lave est un bon isolant.
Une fois que la croûte s’est formée, la coulée continue à perdre de la chaleur par radiation et par conduction, phénomène facilité par le vent et la pluie. Lorsque l’eau de pluie pénètre dans les fissures à la surface de la coulée et rencontre la chaleur de l’intérieur, elle produit de la vapeur qui forme les panaches blancs souvent observés au-dessus des coulées actives ou qui l’ont été récemment. Cette vapeur peut persister pendant des décennies, longtemps après la solidification de la lave, en fonction de l’épaisseur de la coulée et de la température à l’intérieur.
Une étude du refroidissement de la surface des coulées de lave pahoehoe émises lors de l’éruption du Kupaianaha en 1990 a servi de référence pour estimer le temps de solidification des coulées dans la Lower East Rift Zone (LERZ) en 2018. Dans la mesure où l’équation ne porte que sur le refroidissement de la croûte supérieure de la coulée de lave, on suppose que l’épaisseur de la croûte à la base de la coulée correspond à 70% de la croûte supérieure. Les mesures effectuées sur le  Kupaianaha l’ont été sur des coulées pahoehoe de faible épaisseur, alors que la plus grande partie de la lave émise en 2018 dans la LERZ était de type a’a. Malgré tout, comme l’intérieur de chaque type coulée (pahoehoe ou a’a) est censé refroidir à la même vitesse, le HVO estime sue l’on peut s’appuyer sur la vitesse de refroidissement de 1990 pour estimer celle de 2018.
Des analyses préliminaires effectuées suite à l’éruption de 2018 montrent que l’épaisseur moyenne des coulées dans la LERZ est d’environ 10 à 15 mètres. Sur la base du calcul de la vitesse de refroidissement, on peut déduire qu’il pourrait s’écouler entre 8 mois et un an et demi pour que des coulées présentant une telle épaisseur se solidifient. Le refroidissement et la solidification de coulées d’une épaisseur de 20 à 30 mètres pourraient prendre entre deux ans et demi et six ans. D’autres coulées de la LERZ, d’une épaisseur pouvant atteindre 55 mètres, mettront probablement une vingtaine d’années pour refroidir et se solidifier complètement.
Étant donné que l’épaisseur de la coulée, la vitesse du vent, les précipitations, la température de l’air ambiant et du sol et d’autres facteurs influent sur la vitesse de refroidissement de la lave, il existe une marge d’incertitude sur la durée pendant laquelle l’intérieur d’une coulée reste liquide. Ainsi, après l’éruption du Kilauea Iki en 1959, il a fallu environ 35 ans au lac de lave d’une profondeur d’environ 135 mètres pour se solidifier complètement. Il n’est pas impossible que la lave soit encore incandescence en profondeur. C’est la raison pour laquelle, les jours de pluie, on peut voir la vapeur monter du plancher du cratère du Kilauea Iki, ainsi que du plancher de la caldeira du Kilauea.
Source: USGS / HVO.

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HVO’s latest « Volcano Watch » article is about the cooling of lava flows, how it happens and how long it takes. This is an aspect of volcanism I studied a few years ago on Hawaii Big Island on behalf of the Observatory and the National park. You will find an abstract of my work beneath the title of this blog: “Processus de refroidissement de la lave sur le Kilauea”.

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/processus-de-refroidissement-de-la-lave-sur-le-kilauea-hawaii/

The HVO article holds many similarities with my own study which provided more details about lava composition.

Since the end of the 2018 eruption on Kilauea, questions have surfaced concerning how long it will take for the new lava flows to solidify. This is a difficult question to answer, because the initial eruptive temperatures along with many different factors can influence the rate of cooling. Eruptive lava temperatures of the 2018 eruption reached a maximum of approximately 1140°C. When the surface of the flow cools below about 1000°C, it solidifies, but the interior is still very hot.

The most influential factor determining how fast lava cools is the thickness of the flow. Other factors include heat loss from both the top (to the atmosphere) and bottom of a flow (into the ground). Contributing to heat loss at the flow’s surface are air temperature, rainfall, and wind. The initial contact between a lava flow, the air above it, and ground surface below it, quickly hardens the outer crust (top and bottom) of the flow. This can be seen in the silvery crust that forms on active pahoehoe flows and the rubbly clinker that surrounds active a’a flows. As the crust cools and thickens, it retains heat within the flow’s interior. This is because the crust is a good insulator, meaning it poorly conducts heat.

After the initial formation of crust, the flow continues to lose heat through radiation and conduction, facilitated by wind and rain. As rain water percolates into cracks in the flow’s surface and encounters the hot interior, it produces steam, forming the white plumes often seen over active or recently active flows. This steaming can persist for decades, long after the lava has solidified, depending on the thickness of the flow and the temperature of its interior.

Based on a study of crustal cooling of pahoehoe lava flows erupted from the Kupaianaha vent in 1990, one can estimate the solidification time for the 2018 LERZ flows. Because the equation only looks at cooling of the lava flow’s upper crust, the basal crust thickness is assumed to equal 70 percent of the upper crust. The Kalapana measurements were made on thin pahoehoe flows, but most of the 2018 Lower east Rift Zone (LERZ) lava is a’a. But, because the core of each flow type should cool at similar rates, one can base the 2018 cooling rates on the 1990 study.

Preliminary analyses of the 2018 LERZ eruption flow thicknesses, suggest that the average flow thickness is around 10–15 metres. Based on the cooling rate calculation, it could take between 8 months and one and a half years for flows of these thicknesses to solidify. Solidification of flows ranging 20–30 metres thick could take about 2.5 – 6 years. The thickest LERZ flows on land, which are approximately 55 metres thick, may take 20 years to reach a completely solid state.

Because flow thickness, wind speeds, rainfall amounts, air and ground temperatures, and other factors all affect lava cooling rates, there is a range of uncertainty on how long the interior of a flow remains liquid. For example, after the 1959 Kilauea Iki eruption, the approximately 135-metre-deep lava lake took about 35 years to completely solidify. Lava may still be incandescent in depth. This is why, on rainy days, you can see steam rising from the Kilauea Iki crater floor, as well as the Kilauea caldera floor.

Source : USGS / HVO.

Coulée de lave a’a pendant l’éruption 2018 du Kilauea (Photo: USGS / HVO)

Coulée de lave pahoehoe sur le Kilauea (Photo: C. Grandpey)

Prélèvemet d’échantillons de lave pour analyse en laboratoire

(Photo: Ch. Grandpey)

Réchauffement climatique, fonte des calottes glaciaires et effets sur les courants océaniques // Global warming, melting ice caps and effects on ocean currents

Avec la fonte des calottes glaciaires arctique et antarctique, on sait d’ores et déjà que des milliards de tonnes d’eau douce vont se déverser dans l’océan. On sait aussi que ce phénomène va avoir un double effet dévastateur. D’une part, on va assister à une rapide hausse du niveau des océans. D’autre part, cette arrivée d’eau douce et très froide risque fort d’entraîner un dérèglement des grands courants océaniques, donc du climat du globe, avec des effets catastrophiques faciles à imaginer.

Une étude internationale qui vient d’être publiée début février 2019 dans la revue Nature prévient que la fonte des calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique, en plus d’augmenter le niveau des océans, va aussi multiplier les événements météo extrêmes et déstabiliser le climat de certaines régions dans les prochaines décennies. On peut lire que les milliards de tonnes d’eau issues de la fonte des glaces, en particulier au Groenland, vont affaiblir les courants océaniques qui aujourd’hui transportent l’eau froide vers le sud en plongeant vers le fond de l’Atlantique, tout en repoussant les eaux tropicales vers le nord plus près de la surface. Ce phénomène est connu sous l’appellation anglaise Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) – circulation méridienne de retournement de l’Atlantique, ou circulation thermohaline. C’est une espèce de grand tapis roulant océanique qui joue un rôle crucial dans le système climatique et aide à maintenir une certaine chaleur sur l’hémisphère nord.

Selon les modèles établis par des chercheurs néo-zélandais dans le cadre de l’étude, la fonte des banquises va provoquer des perturbations importantes dans les courants océaniques et changer les niveaux de réchauffement à travers le globe.

Jusqu’à présent, de nombreuses études sur les calottes glaciaires se sont concentrées sur la vitesse de leur fonte sous l’effet du réchauffement, et sur leur point de basculement (« tipping point ») autrement dit le niveau de hausse de température à partir duquel leur disparition sera inévitable, même si la fonte totale pourrait prendre des siècles.

Les changements à grande échelle observés par les scientifiques dans leurs simulations révèlent que le climat sera plus chaotique dans les prochaines années, avec des événements météo extrêmes plus nombreux, des canicules plus fréquentes et plus intenses.

Selon des chercheurs californiens, d’ici le milieu du 21ème siècle, l’eau de fonte de la calotte du Groenland perturbera sensiblement l’AMOC, qui montre déjà des signes de ralentissement. L’échéance serait beaucoup plus courte que prévu. Les conclusions des chercheurs s’appuient sur des simulations détaillées et des observations satellitaires des changements des calottes depuis 2010. Parmi les conséquences probables de l’affaiblissement de l’AMOC, la température de l’air sera plus élevée dans le haut Arctique, l’est du Canada et l’Amérique centrale, et au contraire plus basse sur l’Europe de l’Ouest.

Source : Presse scientifique.

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With the melting of the Arctic and Antarctic ice sheets, we know that billions of tons of fresh water will flow into the ocean. We also know that this phenomenon will have a double devastating effect. On the one hand, we will witness a rapid rise in the level of the oceans. On the other hand, this arrival of fresh and very cold water is likely to cause a disruption of major ocean currents, and therefore of the global climate, with disastrous effects easy to imagine.
An international study just published early February 2019 in the journal Nature warns that the melting of the icecaps of Greenland and Antarctica, in addition to increasing the level of the oceans, will also multiply extreme weather events and destabilize the climate of certain regions in the coming decades. One can read that the billions of tons of water from melting ice, especially in Greenland, will weaken the ocean currents that today carry cold water to the south by diving towards the bottom of the Atlantic, while pushing tropical waters further north closer to the surface. This phenomenon is known as the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). It is a sort of large oceanic treadmill that plays a crucial role in the climate system and helps maintain some warmth in the northern hemisphere.
According to models developed by New Zealand researchers who took part in the study, melting sea ice will cause major disturbances in ocean currents and change warming levels across the globe.
So far, many studies on ice caps have focused on the speed of their melting under the effect of warming, and on their tipping point, in other words the level of temperature rise from which their disappearance will be inevitable, even if total melting could take centuries.
The large-scale changes observed by scientists in their simulations reveal that the climate will be more chaotic in the coming years, with more extreme weather events, more frequent and more intense heat waves.
According to California researchers, by the middle of the 21st century, meltwater from the Greenland ice cap will significantly disrupt AMOC, which is already showing signs of slowing down. The deadline is thought to be much shorter than expected. The researchers’ conclusions are based on detailed simulations and satellite observations of ice sheet changes since 2010. Among the likely consequences of the weakening of AMOC, the air temperature will be higher in the high Arctic. East of Canada and Central America, and on the contrary lower in Western Europe.
Source: Scientific Press.

Schémas montrant la circulation thermohaline [Source : GIEC]

Température globale sur Terre : Janvier 2019 encore au-dessus de la normale // Global Earth temperature : January 2019 still above normal

Selon les premières estimations d’institutions américaines comme le National Center for Environmental Prediction (NCEP) et le National Center for Atmospheric Research (NCAR)  (celles de la NASA arriveront vers la mi février), le mois de janvier 2019 a été le 4ème plus chaud des archives de ces deux organismes. La température globale de la planète se situe à +0,34°C au-dessus de la moyenne 1981-2010 L’anomalie thermique se situe donc dans la lignée des derniers mois de l’année 2018. Elle est en très légère baisse par rapport à décembre 2018 et au même niveau que novembre dernier.

Comme je l’ai indiqué dans une note précédente, l’événement de ce début 2019 est le réchauffement stratosphérique soudain qui a provoqué l’éclatement du vortex polaire. L’un des lobes est descendu jusqu’aux Etats-Unis (Midwest et Nord-est), avec comme conséquence une vague de froid intense. Le réchauffement stratosphérique soudain peut perturber les températures des moyennes latitudes sur près de deux mois. Dans le même temps, les régions arctiques comme l’Alaska ont connu des températures au-dessus de la normale, à tel point que la fonte de la neige et de la glace a perturbé les courses de chiens de traîneau.

Dans l’hémisphère sud, l’Australie a connu une vague de chaleur exceptionnelle. Le mois de janvier 2019 a été dans ce pays le plus chaud jamais enregistré, tous mois confondus, avec une température moyenne de 30,8°C. La barre des 30°C a été dépassée pour la première fois depuis le début de l’ère instrumentale. Le précédent record datait de janvier 2013 avec 29,8°C. A Borrona Downs, dans l’Etat de New South Wales, une température de 36,6°C a été relevée au plus « froid » lors d’une nuit de ce mois de janvier 2019. C’est la température minimale la plus élevée jamais observée en Australie. Port Augusta, dans le sud, a connu une pointe à 49,5°C.

Les observations récentes et les modèles climatiques suggèrent que le risque immédiat d’El Niño est moins grand que ne le prévoyaient les modèles il y a quelques semaines. Les conditions sont considérées comme neutres actuellement. Les températures à la surface et sous la surface de la mer du Pacifique tropical restent plus chaudes que la moyenne, mais depuis fin 2018, elles sont passées à des valeurs neutres.

En retenant comme base la période 1880-1899 (représentative de la période préindustrielle), l’anomalie thermique est de +1,12°C en janvier 2019, donc sous l’objectif le plus ambitieux de la COP 21 (+1,5°C).

Source : global-climat.

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According to early estimates from US institutions such as the National Center for Environmental Prediction (NCEP) and the National Center for Atmospheric Research (NCAR) (NASA’s will arrive in mid-February), January 2019 was the 4th warmest month in the archives of these two institutions. The global temperature of the planet is + 0.34°C above the 1981-2010 average. The thermal anomaly is therefore in the line of the last months of the year 2018. It is very slightly down compared to December 2018 and at the same level as last November.
As I put it in a previous post, the main event of early 2019 is the sudden stratospheric warming that caused the split of the polar vortex. One of the lobes descended toward the United States (Midwest and Northeast), resulting in an intense cold wave. The sudden stratospheric warming can disrupt mid-latitude temperatures for almost two months. At the same time, Arctic regions such as Alaska experienced temperatures above normal, so much so that melting snow and ice disrupted sled dog racing.
In the southern hemisphere, Australia has experienced an exceptional heat wave. January 2019 was the hottest ever recorded in the country, all months combined, with an average temperature of 30.8°C. The 30°C bar was exceeded for the first time since the beginning of the instrumental era. The previous record was January 2013 with 29.8°C. At Borrona Downs, in New South Wales, a temperature of 36.6°C was recorded during the coldest night of January 2019. This is the highest minimum temperature ever seen in Australia. Port Augusta, in the south, peaked at 49.5°C.
Recent observations and climate models suggest that the immediate risk of El Niño is less than predicted by models a few weeks ago. Conditions are considered neutral at this time. The surface and subsurface temperatures of the tropical Pacific Ocean remain warmer than average, but since the end of 2018 they have moved to neutral values.
Based on 1880-1899 (representative of the pre-industrial period), the thermal anomaly is + 1.12°C in January 2019, which is below the most ambitious objective of COP 21 (+1.5°C).
Source: global-climat.
Anomalies thermiques à la surface de la Terre pour le mois de janvier 2019. (Source : NCEP-NCAR)

Hawaii: Pas d’éruption, mais encore des problèmes pour les habitants de Puna // Hawaii: No eruption but more problems for Puna residents

Cela fait quatre mois que la dernière éruption du  Kilauea est terminée dans le district de Puna et la Federal Emergency Management Agency (FEMA) qui gère les situations d’urgence n’accepte plus de nouvelles demandes d’aide en cas de problèmes liés à l’éruption. Pourtant, les habitants de la région subissent encore les conséquences de l’éruption, même s’il n’y a plus de nouveau magma dans le sous-sol.

Dans le secteur des Leilani Estates, des fractures qui émettent de la vapeur continuent à s’ouvrir sous les habitations. Les arbres meurent car leurs racines sont carrément cuites par la chaleur. Les fractures ont contraint les habitants du lotissement à quitter au moins trois maisons jusqu’à présent, et plusieurs autres sont menacées. La température de la vapeur qui sort des fractures atteint plus de 65°C et est parfois proche du point d’ébullition de l’eau. Certaines fractures ont continué à se propager dans la forêt et sur certaines propriétés, avec augmentation de leur température.
Les personnes victimes de ces problèmes ont tenté d’entrer en contact avec le HVO, mais ont entendu un message préenregistré en raison du shutdown. Il indiquait que « tout employé avait l’interdiction d’exercer ses fonctions, y compris de répondre aux appels téléphoniques et aux courriels, jusqu’à nouvel ordre». Cependant, il existe un numéro de téléphone pour les appels d’urgence. Malgré le shutdown, le HVO surveille la situation dans les Leilani Estates et a déclaré qu’il n’avait décelé «aucun signe de magma approchant de la surface dans le secteur. La zone de fractures continue de s’ajuster et l’apparition de nouvelles fractures n’est pas trop surprenante.»
La FEMA est également victime du shutdown, mais elle «continue de traiter les dossiers» liés à l’éruption. L’article cite l’exemple de résidents qui se sont vus offrir un prêt de 47 000 dollars sur 30 ans, mais ils ont calculé que le remboursement des intérêts sur cette période coûterait 160 000 dollars, sans aucune garantie que Madame Pele leur permette de garder ou même vendre leur maison. Comme beaucoup de rescapés de la dernière éruption, ils ont des démêlés avec la compagnie d’assurance Lloyd’s de Londres. La Lloyd’s a envoyé un ingénieur examiner leur maison, mais ils n’ont reçu aucun dédommagement pour le moment.
D’autres habitants ne sont pas assurés. Ils avaient acheté le terrain parce qu’il était bon marché et les maisons ont été édifiées sans respecter les codes légaux  de construction. C’était un rêve qui pourrait bien ne jamais se réaliser avec les nouvelles fractures dans le sol…
Source: Honolulu Civil Beat.

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Four months after the end of Kilauea’s latest eruption in Lower Puna, and the refusal of the Federal Emergency Management Agency to accept new registrations for eruption-related disaster aid, residents are still facing the consequences of the eruption, although there is no sign of new magma in the ground. .

In the Leilani Estates area, steaming cracks are still opening up under people’s houses. Trees are dying, cooked from the roots up. The cracks have forced neighbourhood residents to leave at least three homes so far, and several more are threatened. Temperatures of the steam coming out of the cracks have been measured more than 65°C and sometimes near the boiling point of water. Cracks have spread from the original steam vent, creeping through the forest and onto residents’ properties, and the temperatures in those cracks have been rising.

The persons suffering from these problems tried to get in touch with HVO but received a pre-recorded message because of the shutdown. It said any employee was “prohibited from conducting work as a Federal employee, including returning phone calls and emails, until further notice.” However, there is a phone number for emergency calls. Despite the shutdown, HVO is monitoring the situation in the Leilani Estates and said there was “certainly no sign of magma nearing the surface there. The rift zone is still adjusting and cracking isn’t too surprising.”

The Federal Emergency Management Agency (FEMA) is also a victim of the shutdown but is “still working the cases” related to the eruption. The article gives the example of residents who were offered a $47,000, 30-year loan, but they calculated that repaying it with interest over that time would cost $160,000, with no guarantee that Madame Pele would let them keep the house or even sell it.  Like many survivors of the last eruption, they are also involved in a fight with Lloyd’s of London to get action on their insurance claims. Lloyd’s sent an engineer to examine their home, but they have yet to see any payment.

Other residents are not insured. They bought the land because it was cheap and it did not meet Hawaii’s building codes. It was a dream that may never come true with the new fissures…

Source : Honolulu Civil Beat.

Fractures avec émissions de vapeur à Hawaii (Photos: C. Grandpey)