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Kilauea (Hawaii): les empreintes de l’éruption de 1790 // The footprints of the 1790 eruption

La dernière rubrique « Volcano Watch » publiée par l’Observatoire des Volcans d’Hawaii est consacrée à un événement qui s’est produit sur le Kilauea en 1790. Selon le HVO, il « a probablement tué à lui seul plus de personnes que toute autre éruption dans ce qui est maintenant les États-Unis. » Plusieurs centaines d’hommes, de femmes et d’enfants ont péri lors d’explosions au sommet du Kilauea.
La tragédie s’est apparemment produite le long d’un sentier traversant le flanc nord-ouest du Kilauea près de Namakanipaio, au moment où une déferlante de vapeur très chaude et de roches a balayé le sol à grande vitesse. Des cendres volcaniques humides sont tombées juste avant la déferlante mortelle et plusieurs centaines de personnes ont laissé des empreintes de pas dans cette cendre.

Il n’existe aucune relation contemporaine de cet événement. De brefs écrits rédigés dans les années 1820 ont été suivis en 1843 par une description beaucoup plus longue basée sur des souvenirs d’anciens collectés par des étudiants de l’école Lahainaluna. Ces récits ont, depuis cette date, été l’objet de nombreuses questions et ont été sujets à de multiples interprétations.
Une étude de terrain a été réalisée il y a plusieurs années et les résultats ont été publiés en 2015. Cette étude a identifié la plupart des dépôts laissés par l’éruption de 1790 et interprété les différents types d’explosions responsables des dépôts. Des incertitudes subsistent, mais l’étude dans son ensemble concorde assez bien avec les premiers récits et répond à certaines des questions les plus importantes.
Trois explosions ont eu lieu à quelques heures, voire quelques minutes d’intervalle, et il semble qu’elles aient été précédées de plusieurs jours d’explosions plus petites.

La première des trois explosions majeures a projeté des cendres humides qui ont été transportées vers le sud-ouest par les alizés. Ces cendres contiennent aujourd’hui les empreintes de pas, principalement de femmes et d’enfants, qui se trouvaient dans la zone au sud-ouest du sommet. Environ la moitié des empreintes de pas sont orientées vers le sommet. Les cendres étaient encore humides lorsque les deux explosions suivantes se sont produites.

L’explosion suivante fut la plus importante. Elle a émis une colonne de cendres qui s’est élevée à 12 – 15 km au-dessus du volcan. Les cendres ont atteint le jet-stream qui les a entraînées vers le sud-est au moins jusqu’à Kaimu, à plus de 30 km de distance. Autour du sommet, les matériaux émis par l’éruption se présentent sous forme de sable et de gravier et sont beaucoup plus grossiers que les cendres.

La troisième explosion a déclenché la déferlante mortelle qui a balayé le flanc ouest de la zone sommitale. Cette explosion était peut-être une phase tardive de l’explosion précédente car la colonne éruptive très dense s’est effondrée sous son propre poids. Tout de suite après avoir touché le sol, les débris à haute température ont dévalé la pente et piégé les gens sur le sentier. La mort a probablement été rapide, mais certaines victimes ont eu le temps de s’accrocher les unes aux autres pour éviter d’être emportées par la déferlante.

Pendant des années, les géologues ont supposé que la vaporisation des eaux souterraines avait déclenché les explosions, mais cette interprétation manque de preuves irréfutables. La nature humide de la cendre émise par la première explosion confirme cette idée. Une autre possibilité est que les gaz issus du magma aient été brièvement piégés sous terre, mis sous pression avant d’exploser. Un tel processus a provoqué une explosion mineure dans l’Halema’uma’u en 2008. Là encore, les preuves manquent pour confirmer cette hypothèse.

Les dépôts laissés par les explosions se composent principalement de roches solides arrachées à la paroi du conduit éruptif. Aucune pierre ponce ou cendre vitreuse bien vacuolée n’a été trouvée. Le verre relativement dense forme quelques petits morceaux et adhère à certains gros blocs. Un verre aussi dense indique la présence de magma, mais ce dernier avait probablement déjà perdu une partie de son gaz avant l’éruption.
De nombreux géologues pensent qu’une partie de la caldeira s’est effondrée en 1790, mais les travaux sur le terrain n’ont révélé aucune véritable preuve de l’effondrement. C’est une interprétation plausible, mais qui demande à être démontrée.

Certains géologues pensent qu’une coulée de lave dans la partie basse du district de Puna a été émise en 1790, mais c’est une interprétation, pas une observation. Si la coulée a bien été émise en 1790, alors, par analogie avec l’éruption de 2018, on pourrait émettre l’hypothèse qu’elle provient de la vidange du réservoir magmatique sommital, ce qui aurait provoqué l’effondrement du sommet et déclenché des éruptions explosives.
Les hypothèses mentionnées ci-dessus montrent qu’il reste beaucoup à faire pour comprendre l’éruption la plus meurtrière du Kilauea. La principale leçon de l’événement de 1790 est que de puissantes explosions peuvent se produire à nouveau sur le volcan.
Source : USGS/HVO. .

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The latest « Volcano Watch » released by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) is dedicated to an event that occured on Kilauea in 1790. It « probably killed more people than any other eruption in what is now the United States. »Several hundred men, women, and children perished during explosions at the summit of the volcano.

The deaths apparently occurred along a trail crossing the northwest flank of Kilauea near Namakanipaio, when a surge of hot steam and rocks swept across the ground at high speed. Wet volcanic ash fell just before the lethal surge, and several hundred people left footprints in the ash.

No contemporary accounts exist. Brief summaries written in the 1820s were supplanted in 1843 by a much longer description based on memories of old-timers that were assembled by students at Lahainaluna School. These accounts have posed many volcanic questions subject to multiple interpretations ever since.

A field study to understand better the tragic events was made several years ago, and the results were published in 2015. This study identified most of the deposits left by the 1790 eruption and interpreted the kinds of explosions responsible for the deposits. Uncertainties remain, but the general picture mostly agrees with the sketchy early accounts and answers some of the important questions.

Three main explosions took place within hours, perhaps minutes, of each other, though they were apparently preceded by several days of smaller explosions. The first main explosion ejected wet ash that was transported southwestward by the trade wind. This ash deposit now contains the footprints of mainly women and children who were mostly in the area southwest of the summit. About half of the footprints point back toward the summit. The ash remained wet when the following two explosions occurred.

The next explosion was the largest. Its column of ash rose 12–15 km above the volcano. The ash rose high into the jet stream and spread southeastward at least to Kaimu, more than 30 km away. Around the summit, the erupted material is of sand and gravel size, much coarser than the ash.

The third explosion produced the lethal surge that sped across the summit’s western flank. This explosion may actually be a late stage of the preceding explosion, as the towering eruption column collapsed under its own weight. The falling hot debris hit the ground and surged downslope, trapping people on the trail. Death was probably quick, but not before some victims grabbed onto one another to keep from being blown away by the hurricane-force surge.

For years geologists assumed that groundwater heated to steam triggered the explosions, but this interpretation lacks definitive evidence. The wet nature of the first explosive ash supports this idea. Another possibility is that gas leaving magma was trapped underground briefly, pressurizing and finally bursting out. Such a process drove a small explosion in Halemaʻumaʻu in 2008. But again, definitive evidence is missing.

The explosive deposits consist mostly of solid rocks broken from the wall of the eruptive conduit. No pumice or bubble-rich glassy ash has been found. Relatively dense glass forms a few small chunks and sticks to the sides of some large blocks. Such dense glass indicates the presence of magma, but it was not bubbling and so may have already lost some of its gas before eruption.

Many geologists assume that part of the caldera collapsed in 1790, but field work has found no clear evidence for collapse. It is a reasonable interpretation, but it cannot be demonstrated yet.

Some geologists assign an age of 1790 to a lava flow in lower Puna, but that is an interpretation, not an observation. If the flow were indeed erupted in 1790, then, by analogy with the 2018 eruption, one could hypothesize that its eruption drained the summit magma reservoir, causing the summit to collapse and triggering explosive eruptions.

The above mentioned hypotheses show that there is a long way to go to understand completely Kilauea’s most lethal eruption. The main lesson is that large explosions can happen again on the volcano.

Source : USGS / HVO.

Empreintes laissées dans la cendre lors de l’éruption de 1790 (Crédit photo : D. Swanson / USGS)

Nouvelles de l’éruption sur la péninsule de Reykjanes (Islande) // News of the eruption on the Reykjanes Peninsula (Iceland)

L’éruption de Fagradalsfjall continue sur la Péninsule de Reykjanes. Elle a commencé le 19 mars 2021 et ne semble pas avoir envie de s’arrêter, même si son comportement est très original et ne correspond guère à celui d’éruptions dans des contextes semblables, Piton de la Fournaise ou Kilauea, par exemple.

En ce moment, l’activité est cyclique et parfaitement transcrite par le tremor éruptif. On peut raisonnablement penser qu’il existe une chambre magmatique superficielle présentant des cycles de remplissage et de vidange assez réguliers. Elle est probablement alimentée par un réservoir profond si l’on se réfère à la haute température et à la fluidité de la lave émise par la bouche éruptive.

Sur le terrain, quand le brouillard le permet, les excellentes images des webcams montrent que le cratère est parfaitement calme et vide pendant les phases basses du tremor. Lorsque ce dernier entre en phase de croissance, le cratère commence à dégazer. Lorsque la croissance du tremor arrive à mi-chemin, la lave apparaît et bouillonne très vivement dans le cratère, avec de fréquents débordements qui vont alimenter le champ de lave. Une fois son maximum atteint, le tremor et l’activité éruptive déclinent rapidement et le cratère redevient parfaitement calme.

L’effusion de lave n’étant pas permanente, le champ de lave a davantage tendance à s’épaissir plutôt que s’agrandir, comme on peut le voir sur l’une des webcams. Sa superficie est actuellement de 4,44 km2.. Le débit effusif est estimé à 9,3 mètres cubes par seconde. Les émissions de SO2 atteignent en moyenne 4200 tonnes par jour.

Personne ne sait combien de temps durera cette éruption Va-t-elle donner naissance à un volcan bouclier, comme le prévoyaient certains scientifiques islandais ? Elle a au moins le mérite de favoriser le tourisme, même si ce sont essentiellement les Islandais qui ont profité de la splendeur du spectacle en mars et avril à cause de la pandémie de COVID-19.

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Dernière minute: Le volcan n’arrête pas de nous surprendre. Dans l’après-midi du 16 août 2021, un nouveau cône a commencè à se former en bordure du cratère initial, avec de superbes débordements de lave!

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The Fagradalsfjall eruption continues on the Reykjanes Peninsula. It started on March 19th, 2021 and shows no sign of stopping, even if its behaviour is very original and hardly corresponds to that of eruptions in similar contexts, like Piton de la Fournaise or Kilauea, for example.
At this moment, the activity is cyclical and perfectly transcribed by the eruptive tremor. It is reasonable to think that there is a shallow magma chamber with fairly regular filling and emptying cycles. It is probably fed by a deep reservoir if one refers to the high temperature and the fluidity of the lava emitted by the eruptive vent.
On the field, weather permitting, the excellent images of the webcams show that the crater is perfectly calm and empty during the low phases of the tremor. When the tremor enters the growth phase, the crater begins to degas. When the growth of the tremor reaches halfway, lava appears and bubbles very strongly in the crater, with frequent overflows that feed the lava field. Once its maximum is reached, the tremor and the eruptive activity decline rapidly and the crater becomes perfectly calm again.
As the lava effusion is not permanent, the lava field tends to thicken rather than enlarge, as can be seen on one of the webcams. Its surface area is currently 4.44 km2. The effusive flow is estimated at 9.3 cubic meters per second. SO2 emissions average 4,200 tonnes per day.
No one knows how long this eruption will last. Will it build a shield volcano, as some Icelandic scientists predicted? Ione positive point is that it promotes tourism, although Icelanders essentially enjoyed the splendour of the show in March and April because of the COVID-19 pandemic.

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Last minute: A new cone has been growing since the afternoon of August 16th, 2021 on the edge of the initial crater, with nive lava overflows.

Source: IMO

Capture d’écran de l’une des webcams le 14 août 2021

 

Eruptions volcaniques et réchauffement climatique // Volcanic eruptions and global warming

Il y a quelques jours, mon attention a été attirée par le titre d’un article paru sur le site du magazine GEO : «Pourquoi les fortes éruptions volcaniques sont-elles accentuées par le réchauffement climatique ?»

Même en me creusant les méninges, je n’arrivais pas à comprendre comment des éruptions pouvaient être amplifiées par la réchauffement climatique actuel.

En fait, en lisant l’article, on se rend compte que le contenu ne correspond pas au titre. On nous explique que « le réchauffement climatique va accentuer les conséquences des éruptions volcaniques de grande ampleur, amplifiant le refroidissement temporaire suivant ce type d’événements. » Il ne s’agit donc pas d’un scoop car le phénomène est étudié depuis plusieurs années.

Des chercheurs de l’université de Cambridge expliquent que « les éruptions de grande magnitude auront des effets plus importants à mesure que le climat continuera à se réchauffer. » Les panaches de cendres et de gaz émis par les éruptions volcaniques importantes s’élèveront de plus en plus haut dans l’atmosphère et ils se répandront répandront plus rapidement à la surface du globe. Cela empêchera la lumière du soleil d’atteindre la surface de la Terre, ce qui amplifiera l’effet de refroidissement temporaire survenant après une éruption, comme cela a été observé après celle du Pinatubo (Philippines) en 1991. Le panache éruptif avait alors provoqué une baisse globale de température de 0,5°C en 1992.

En revanche, selon les chercheurs anglais, pour les éruptions moins importantes qui sont les plus fréquentes,, un fort réchauffement climatique réduira de 75% les effets de refroidissement temporaire.

Selon les chercheurs, la fonte des calottes glaciaires devrait par ailleurs augmenter la fréquence et la taille des éruptions volcaniques dans des endroits comme l’Islande. Les scientifiques font référence au « rebond isostatique », mais à ce jour, aucun effet significatif n’a été observé en Islande.

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A few days ago, my attention was drawn to the title of an article that appeared on the website of the GEO magazine: « Why are strong volcanic eruptions accentuated by global warming? »  »
Even racking my brains, I couldn’t understand how eruptions could be magnified by the current global warming.
In fact, reading the article, you realize that the content does not match the title. We are told that “global warming will accentuate the consequences of large-scale volcanic eruptions, amplifying the temporary cooling following this type of event. This is not a scoop because the phenomenon has been studied for several years.
Researchers at Cambridge University explain that « large-scale eruptions will have greater effects as the climate continues to warm. » Plumes of ash and gas emitted by major volcanic eruptions will rise higher and higher in the atmosphere and will spread more rapidly over the surface of the globe. This will prevent sunlight from reaching the surface of the Earth, which will amplify the temporary cooling effect occurring after an eruption, as was observed after that of Pinatubo (Philippines) in 1991. The eruptive plume had then caused an overall temperature drop of 0.5°C in 1992.
On the other hand, according to the English researchers, for the smaller eruptions which are more frequent, a strong global warming will reduce by 75% the effects of temporary cooling.
Melting ice caps are also expected to increase the frequency and size of volcanic eruptions in places like Iceland, the researchers say. Scientists refer to “isostatic rebound”, but to date no significant effect has been observed in Iceland.

Eruption du Pinatubo en 1991 et couche d’aérosols générée par cet événement (Source: Wikipedia et NASA)

Utilisation des satellites en volcanologie // Use of satellites in volcanology

L’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le HVO, a publié un article très intéressant sur les différents types de satellites utilisés en volcanologie.
On apprend que de nombreux satellites d’imagerie sont en orbite polaire, ce qui les maintient près de la surface de la Terre sur une orbite basse. Ils réalisent des images de la Terre en bandes étroites et séquentielles en même temps que le satellite voyage d’un pôle à l’autre.
A côté des satellites en orbite polaire, il y a les satellites géostationnaires comme GOES (un acronyme pour Geostationary Operational Environmental Satellite) qui ont des orbites différentes car ils se situent au-dessus d’un seul point de la Terre. C’est pour cela qu’ils se trouvent à une plus grande distance de la Terre que les satellites à orbite polaire, mais avec l’avantage que le GOES peut « voir » tout un côté de la planète.
Les États-Unis utilisent deux satellites GOES pour couvrir l’ensemble du pays. GOES-16 (également appelé GOES-Est) survole la longitude 75° Ouest (près de la côte Est); il observe le continent et une grande partie de l’Océan Atlantique. GOES-17 (GOES-West) se situe au-dessus de 137° de longitude ouest (à mi-chemin entre Hawaï et le continent) et offre une vue de l’ouest des États-Unis et une grande partie de l’Océan Pacifique.
La mission première des satellites GOES n’est pas de détecter l’activité volcanique ou les feux de forêt, mais de surveiller en permanence la météo. La vue large qu’ils proposent permet aux scientifiques de suivre les systèmes météorologiques à mesure qu’ils évoluent et migrent, ce qui fournit des données essentielles pour les prévisions.
La surveillance météorologique utilise les longueurs d’onde de la lumière visible et infrarouge pour analyser l’atmosphère. Heureusement, les canaux infrarouges du satellite peuvent également capter des anomalies thermiques au sol, tels que ceux des incendies et des éruptions.
La nature géostationnaire de GOES-17 lui permet de réaliser rapidement des images des zones (toutes les 5 à 15 minutes) en fournissant au bon moment une vue de ce qui se passe de ce côté de la planète. Le satellite dispose également d’un mode pour réaliser des images de zones plus petites de la surface de la Terre à des intervalles encore plus brefs (toutes les 30 secondes), sur demande dans des cas particuliers, comme lors d’une éruption volcanique ou de grands incendies. Les satellites en orbite polaire, en revanche, ne peuvent couvrir un point donné de la Terre que deux fois par jour.
L’inconvénient de l’orbite géostationnaire lointaine de GOES est la résolution des images qui est généralement inférieure à celle des satellites en orbite polaire. Les canaux infrarouges de GOES-17 ont une résolution de 2 km, ce qui représente une amélioration par rapport à son prédécesseur, GOES-15, qui avait une résolution de 4 km.
La résolution inférieure signifie que les images GOES ne sont pas idéales pour déterminer le contour précis d’une coulée de lave ou localiser l’emplacement exact d’une bouche éruptive. Cependant, la fréquence élevée d’images proposée par GOES est parfaite pour détecter le début d’une nouvelle activité volcanique en surface, tout en donnant une idée de l’endroit où se situe cette activité.
D’une certaine manière, le satellite GOES joue un rôle de sonnette d’alarme et vient en complément d’autres outils de surveillance utilisés par les observatoires volcaniques pour détecter les éruptions. Alors que les réseaux sismiques et de déformation du sol sont sensibles aux changements sous la surface de la Terre, le satellite GOES est un outil très utile pour repérer de nouvelles laves au moment où elles atteignent la surface.
Le satellite GOES joue un rôle de sentinelle de haute technologie qui maintient une surveillance permanente de l’activité éruptive, non seulement à Hawaï, mais à travers tous les États-Unis.
Les images et les données brutes fournies par GOES sont accessibles en ligne, quelques minutes seulement après leur acquisition. Une interface en ligne est fournie par la NOAA :

https://www.star.nesdis.noaa.gov/GOES/index.php.

Source : USGS/HVO.

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The Hawaiian Volcano Observatory (HVO) has published a very interesting article about the different types of satellites used in volcanology.

The reader is informed that many imaging satellites are polar orbiting, staying closer to Earth’s surface in a low orbit. They image the Earth in narrow, sequential strips as the satellite traverses from pole to pole.

Geostationary satellites like GOES (an acronym which goes for Geostationary Operational Environmental Satellite), however, have orbits that hover over a single spot on the Earth. This requires being much farther from Earth than polar orbits, but it has the benefit that the satellite can “see” the entire side of the planet in one view.

The United States uses two GOES satellites to cover the whole country. GOES-16 (also called GOES-East) hovers over longitude 75° West (near the east coast), viewing the mainland and much of the Atlantic Ocean. GOES-17 (GOES-West) is over longitude 137° West (close to halfway between Hawaii and the mainland) and views the western U.S. and much of the Pacific Ocean.

The primary mission of GOES satellites is not to detect volcanic activity or forest fires, but to keep a constant watch over the weather. The broad view allows scientists to track weather systems as they evolve and migrate, providing critical data for forecasts.

Weather monitoring uses wavelengths of visible and infrared light to characterize the atmosphere. Fortunately, the satellite infrared channels can also pick up hot thermal signals on the ground, such as those from fires and eruptions.

The geostationary nature of GOES-17 allows it to image areas rapidly—every 5–15 minutes —providing a timely view of what is happening on this side of the planet. The satellite also has a mode to image smaller areas of Earth’s surface at even higher rates (every 30 seconds), by request in special cases, such as during a volcanic eruption or large fires. Polar-orbiting satellites, on the other hand, might only cover a given spot on the Earth twice a day.

The drawback of the distant geostationary orbit of GOES, however, is that the resolution of the images is generally lower than that of polar-orbiting satellites. The infrared channels on GOES-17 have a resolution of 2 km, an improvement over its predecessor, GOES-15, which had a resolution of 4 km.

The lower resolution means that GOES images are not adequate to map out the precise outline of a lava flow, or locate the exact location of a vent. However, the high image frequency provided by GOES is ideal for detecting the onset of new volcanic activity on the surface, while giving a general idea of where that activity is located.

In some way, the GOES satellite is used as a warning bell which comes as a complement to other monitoring tools used by volcano observatories to detect eruptions. While seismic and ground-deformation networks are sensitive to changes below the surface, the GOES satellite is a tool for spotting new lava reaching the surface.

The GOES satellite acts as a high-tech sentinel, maintaining an unwavering watch for eruptive activity, not only in Hawaii, but across the U.S.

GOES images and raw data are all publicly available online, just minutes after acquisition. One online interface is provided by NOAA:

https://www.star.nesdis.noaa.gov/GOES/index.php.

Source : USGS / HVO.

Image infrarouge GOES de l’île d’Hawaï du 31 juillet 2021. La zone avec les couleurs plus chaudes dans la partie nord de l’île correspond à un incendie de végétation.