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Nouvelle histoire d’eau à Hawaii // New story about water in Hawaii

Quand on me parle d’Hawaii, ce mot est synonyme de volcans, d’éruptions et de coulées de lave. En ce moment, les éruptions sont au point mort et le Kilauea a cessé d’émettre de la lave au mois d’août 2018. La dernière éruption a laisse derrière elle un immense gouffre au sommet du volcan, là où mijotait un superbe lac de lave. Au fond de ce gouffre de 500 mètres, les scientifiques du HVO ont vu apparaître en juillet 2019 une poche d’eau qui a fini par former une mare puis un petit lac dont la superficie et la profondeur augmentent semaine après semaine. Début novembre 2020, cette profondeur était d’une cinquantaine de mètres.

Dans une note rédigée le 12 octobre 2019, j’explique l’origine cette eau.

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2019/10/12/kilauea-hawaii-leau-de-lhalemaumau-the-water-in-halemaumau-crater/

Quand ils ont vu l’eau apparaître au fond de l’Halema’uma’u, les scientifiques ont proposé deux hypothèses : ce pouvait être le résultat de l’accumulation d’eau de pluie, ou bien une résurgence de la nappe phréatique qui se trouve sous le cratère de l’Halemau’mau. Au moment de l’éruption, quand le plancher de la caldeira s’est effondré et a été remplacé par le gouffre profond que l’on observe aujourd’hui, le niveau de la nappe phréatique s’est abaissé sous le cratère nouvellement formé, tout en étant isolée de la lave par un manchon de matériaux.. Une fois l’éruption terminée en août 2018, la situation géologique du sommet du Kilauea s’est stabilisée, de sorte que le niveau de la nappe phréatique a commencé à s’élever et, peu à peu, a probablement retrouvé son niveau d’origine, autrement dit un équilibre hydraulique avec la nappe phréatique.

La poche d’eau au fond de l’Halema’uma’u confirme donc la présence d’une vaste nappe phréatique sous la partie sommitale du Kilauea. C’est important car à Hawaii, comme dans beaucoup d’îles, l’eau est un bien précieux. Essentiellement à cause de l’afflux de touristes, la demande en eau est très forte dans l’archipel hawaiien et une grande partie de l’eau qui s’accumule à la surface au moment des précipitations disparaît avant de pouvoir être utilisée. On sait toutefois que la majeure partie de l’eau s’infiltre dans des d’aquifères côtiers, couches souterraines de roches poreuses.

Un article paru dans Courrier International offre de grands espoirs aux Hawaiiens quant à leur alimentation en eau. Grâce à une nouvelle technique qui repose sur le traçage de la résistivité électrique, une équipe d’hydrogéologues a découvert que le sol volcanique de l’archipel hawaiien collectait et accumulait l’eau douce sous le fond de l’océan. Les scientifiques ont détecté un immense réservoir d’eau douce qui n’avait jamais été identifié jusque-là, à 500 mètres sous le plancher océanique. Les Les résultats de leur étude ont été publiés dans Science Advances le 25 novembre 2020.

Situé à 4 kilomètres au large de la côte ouest de la Grande Ile, ce réservoir contiendrait 3,5 kilomètres cubes d’eau douce. Il pourrait constituer une aide précieuse pour éviter les pénuries et éloigner les menaces de sécheresse. En outre, il semble que l’eau de ce vaste réservoir soit plus facile à pomper que les aquifères côtiers, car elle est sous haute pression. L’équipe de chercheurs estime que ce nouveau réservoir offshore est constitué par l’eau qui s’écoule des aquifères côtiers.

Si le pompage de cette eau sous le plancher océanique ne semble pas poser de gros problèmes techniques, il soulève toutefois un certain nombre de questions. Certains scientifiques se montrent prudents. L’ensemble du système aquifère est probablement connecté et le pompage de cette eau au large de Big Inland pourrait avoir un impact négatif sur les écosystèmes et sur les quantités d’eau disponibles pour les pompes sur l’île.

En dépit de ces réserves, la découverte de cet immense réservoir d’eau douce est une bonne nouvelle. Certains imaginent même une situation identique dans d’autres îles volcaniques comme la Réunion, les archipels du Cap-Vert et des Galapagos, qui présentent une géologie similaire.

Source : Courrier International.

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When people talk to me about Hawaii, the word is synonymous with volcanoes, eruptions and lava flows. These days, the eruptions are at a standstill and Kilauea stopped emitting lava in August 2018. The last eruption left behind a huge chasm at the top of the volcano, instead of the superb lava lake. At the bottom of this 500-metre chasm, HVO scientists saw a pocket of water appear in July 2019; it eventually formed a pond and then a small lake whose area and depth increased week after week. Early in November 2020, its depth was around 50 metres. In a post written on October 12th, 2019, I explained the origin of this water. https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2019/10/12/kilauea-hawaii-leau-de-lhalemaumau-the-water-in-halemaumau-crater/

When they saw water appear at the bottom of Hale’uma’u, the scientists proposed two hypotheses: it could be the result of the accumulation of rainwater, or a resurgence of the water table which is located under the Halemau’mau Crater. At the time of the eruption, when the caldera floor collapsed and was replaced by the deep chasm seen today, the groundwater level dropped below the newly formed crater, while being isolated from the lava by a layer of materials .After the eruption ended in August 2018, the geological situation of the summit of Kilauea stabilized, so that the groundwater level began to rise and, little by little, probably regained its original level, in other words a hydraulic equilibrium with the water table.

The pocket of water at the bottom of Halema’uma’u therefore confirms the presence of a large water table below the summit of Kilauea. This is important because in Hawaii, like many islands, water is a precious commodity. Mainly because of the influx of tourists, the demand for water is very high in the Hawaiian archipelago and much of the water that collects on the surface during rainfall disappears before it can be used. However, most of the water is known to seep into coastal aquifers which are subterranean layers of porous rocks.

An article in Courrier International offers Hawaiians high hopes for their water supply. Using a new technique that relies on electrical resistivity tracing, a team of hydrogeologists discovered that the volcanic soil of the Hawaiian archipelago collects and accumulates fresh water under the ocean floor. The scientists have detected a huge reservoir of freshwater that had never been identified before, 500 meters below the sea floor. The results of their study were published in Science Advances on November 25, 2020.

Located 4 kilometres off the west coast of the Big Island, this reservoir is said to contain 3.5 cubic kilometres of fresh water. It could be of great help in avoiding shortages and warding off threats of drought. In addition, the water from this vast reservoir appears to be easier to pump than coastal aquifers because it is under high pressure. The research team believes that this new offshore reservoir is made up of water flowing from coastal aquifers.

If pumping this water under the ocean floor does not seem to pose major technical problems, it does raise a number of questions. Some scientists are cautious. The entire aquifer system is likely connected, and pumping this water off Big Inland could have a negative impact on ecosystems and the amount of water available for pumps on the island.

Despite these reservations, the discovery of this immense reservoir of fresh water is good news. Some even imagine a similar situation in other volcanic islands such as Réunion, the archipelagos of Cape Verde and the Galapagos, which have similar a geology.

Source: Courrier International.

Une réserve d’eau douce au large de Green Sand Beach ? (Photo : C. Grandpey)

La fonte des glaciers chinois // The melting of Chinese glaciers

Le réchauffement climatique fait fondre les glaciers de la planète et la Chine ne fait pas exception. S’étendant sur plus de 18 kilomètres carrés, le glacier Laohugou n°12 est le plus grand glacier de la chaîne des Monts Qilian, dans le nord de la Chine, mais la hausse des températures le fait reculer à une vitesse record. Par exemple, depuis 2005, le glacier a reculé de plus de 150 mètres et l’avenir est sombre pour l’ensemble des 2 684 glaciers des Monts Qilian. La température moyenne a augmenté de façon vertigineuse depuis les années 1950. La neige a aussi été plus abondante, mais elle n’a pas suffi pour compenser la fonte des glaciers sous les coups de boutoir du réchauffement climatique.

Comme dans la plupart des autres endroits du monde, le glacier Laohugou a accéléré sa fonte au milieu des années 1980. À la fin des années 1990, il a commencé à reculer à un rythme encore plus rapide. Ensuite, le processus de fonte s’est poursuivi au même rythme tout au long du 21ème siècle.

Les mesures montrent que le glacier recule à raison d’une dizaine de mètres par an depuis l’an 2000. Pour le glacier, ce n’est pas une bonne nouvelle, mais la fonte du glacier présente un avantage : elle permet une bonne alimentation en eau de la région. Dans le cours d’eau à proximité du Laohugou, le débit a pratiquement doublé en 60 ans. Dans une région sèche et aride comme le nord-ouest de la Chine, l’eau est essentielle pour les agriculteurs. Mais cette abondance d’eau de fonte ne durera pas éternellement. Les glaciologues chinois pensent que les glaciers de la région pourraient disparaître d’ici 2050, entraînant avec eux une inévitable crise de l’eau.

Source: Yahoo News.

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Global warming is melting glaciers around the world and China is no exception. Spanning over 18 square kilometres, the Laohugou No.12 glacier is the largest glacier in the Qilian mountain range of northern China. But rising temperatures are causing it to shrink at a record pace. For instance, since 2005 the glacier has shrunk by more than 150 metres, and the outlook is grim for all of the 2,684 glaciers in the Qilian mountain range. Average temperatures have risen incredibly since the 1950s. Snowfall has increased too, but it has not been nearly enough to compensate for the loss to the glaciers caused by global warming.

Like in most other places of the world, the Laohugou glacier accelerated its melting in the mid 1980s. By the end of the 1990s it started shrinking at an even faster rate. Then the melting process continued a rapid rate through the 21st century.

Initial monitoring results suggest that the glacier has been shrinking at a rate of about 10 or so metres per year since the year 2000. For the glacier this is not a healthy sign because the rate that it is shrinking just keeps getting faster. At present however, glacial melt is a temporary bonus for the water supply in the region. In the stream near the Laohugou No.12, runoff is around double what it was 60 years ago. In a dry and arid region like north-western China, water is a lifeline for local farmers. But this bounty of extra melting water will not go on forever. Chinese glaciologists predict the glaciers might disappear by 2050, leading to a future water crisis.

Source: Yahoo News.

Localisation du glacier Laohugou No.12 (LHG)

Colorimétrie de la pièce d’eau de l’Halema’uma’u (Hawai) // Colorimetry of Halema’uma’u’s water pond (Hawaii)

Aujourd’hui, le Kilauea n’est plus en éruption. Sans coulées de lave à étudier, les scientifiques du HVO se tournent désormais vers la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u. Cela fait maintenant 15 mois que des eaux souterraines chaudes s’infiltrent dans le cratère d’effondrement apparu suite à l’évacuation du lac de lave et d’une partie de la chambre magmatique sommitale en 2018. Étant donné que le fond du cratère d’effondrement et la pièce d’eau sont physiquement inaccessibles, le HVO utilise des techniques à distance pour surveiller cet environnement changeant et potentiellement dangereux. Le HVO utilise des drones pour collecter des échantillons d’eau et les analyses chimiques donnent une idée de leur composition. Des caméras conventionnelles et thermiques surveillent en permanence la surface du lac et les fumerolles tout autour. Le LiDAR (Light Detection and Ranging) permet d’analyser l’évolution de la morphologie du lac. Un modèle numérique de terrain (MNT) est intégré aux mesures du niveau d’eau pour calculer la profondeur, le volume et le débit du lac. Ces ensembles de données quantitatives sont complétés par les comptes rendus écrits fournis par les scientifiques du HVO. Lorsque la pièce d’eau a été observée pour la première fois, c’était une mare de couleur turquoise à l’aspect laiteux. Plus tard sont apparues des teintes jaunes et des bordures vertes. Aujourd’hui, la surface du lac présente des lobes d’eau couleur rouille au-dessus d’une couche de couleur brun foncé, avec des taches brun clair. Des apports d’eau verdâtre émergent de la berge rocheuse le long de laquelle plusieurs taches rouges ont récemment été observées. La surface de l’eau est une mosaïque en mouvement constant. Ce patchwork de couleurs indique probablement des zones de température et des composants dissous différents. Leur mouvement est probablement provoqué par des différences de densité et d’apport d’eau douce.

Les scientifiques du HVO ont jugé nécessaire d’ajouter des mesures quantitatives à ces  observations visuelles de la couleur du lac.

Un colorimètre portatif, capable de mesurer la chromaticité et la luminosité, est actuellement testé sur le terrain. Ce type d’instrument a été utilisé sur le volcan Aso au Japon en 2010, et les scientifiques du HVO s’en sont inspirés. Les colorimètres sont  plus fréquemment utilisés dans l’industrie alimentaire et textile qu’en volcanologie.

La colorimétrie consiste à mesurer la longueur d’onde et l’intensité de la lumière. La quantification de la couleur peut être divisée en deux parties. La luminosité est la quantité de lumière réfléchie, émise par un objet ou qui le traverse. La chromaticité mesure la teinte et la couleur, indépendamment de la luminosité. La colorimétrie relie ces variables à la réception de la couleur par l’œil humain et à notre jugement sur le stimulus physique de la lumière. Sur le terrain, les scientifiques font des observations visuelles sur un champ large, puis orientent le colorimètre vers un centre d’intérêt. L’enregistrement de la chromaticité et de la luminosité s’appuie sur des ensembles de données hydrologiques et géologiques ; cela contribue à fournir des informations qui peuvent compléter d’autres observations à distance. Grâce à cette technique expérimentale, les scientifiques sont en mesure d’expliquer les couleurs dynamiques observées dans la pièce d’eau de l’Halema’uma’u. Il se peut que le changement de couleur du lac indique un jour une évolution de l’activité volcanique sur le Kilauea. En effet, des changements de couleur et d’apparence de l’eau ont déjà été observés dans d’autres lacs de cratère actifs dans le monde. Par exemple, sur le volcan Aso au Japon en 2003, le lac Yudamari est passé du bleu-vert au vert uni avant qu’une éruption se produise au fond du lac. Bien que l’on ne sache pas si le lac au fond de l’Halema’uma’u montrera un changement de couleur similaire avant une éruption, c’est un indicateur potentiel que les scientifiques du HVO vont continuer à étudier dans le cadre de la surveillance de l’activité du Kilauea.

Source: USGS / HVO.

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Today, Kilauea is no longer eruptive. With no lava flows to study, HVO scientists are turning to the water like at the bottom of Halema’uma’u Crater.

For 15 months now, hot groundwater has been seeping into the collapse pit created by the evacuation of the 2008–2018 Halema‘uma‘u lava lake and part of the underlying summit magma chamber. Since the gaping pit and the water lake rising within are physically inaccessible, HVO uses remote techniques to monitor this changing, and potentially hazardous, environment.

HVO uses Unoccupied Aircraft Systems (UAS, or drones) to collect water samples, the chemical analyses of which are snapshots of lake composition. Visual and thermal cameras keep constant watch on the lake surface and the hot fumaroles surrounding it. LiDAR (Light Detection and Ranging) helps to reveal the lake’s growing form. A Digital Elevation Model (DEM) is integrated with frequent water level measurements to calculate lake depth, volume, and inflow rate. These quantitative data sets are complemented by the written accounts of HVO scientists.

When the water pond first emerged, it was described as a pond of milky turquoise water. Later, it developed yellow hues and green shoreline margins. Today, the lake surface has lobes of rust orange water over expanses of deep brown, with patches of light brown and tan. Elongated green inflows emerge from the rocky shoreline, along which several ruddy spots have recently upwelled.

The water surface is a mosaic in constant motion. This patchwork may indicate zones of distinct temperature and dissolved constituents, and their movement is likely driven by differentials of density, wind, and fresh groundwater inflow.

HVO scientists recognized the need to define these valuable visual observations of colour with quantitative measurements.

A colorimeter instrument, a handheld optical device that measures chromaticity and brightness, is being field-tested for this purpose. A similar type of colour measurement was conducted at Aso Volcano in Japan in 2010, inspiring the techniques used by HVO. Colorimeters are more commonly used in industries like food processing and textile manufacturing than in volcanology.

Colorimetry is the measurement of the wavelength and intensity of light. The quantification of colour can be divided into two parts. Brightness, or luminicity, is the quantity of light that is reflected, emitted from, or passes through an object. Chromaticity is a measurement of hue and colorfulness, independent of brightness. Colorimetry relates these variables to the human eye’s sensation of colour, and to our judgment of the physical stimulus of light.

In the field, scientists make broad visual observations, then sight the colorimeter at a point of interest. The record of chromaticity and brightness builds upon hydrologic and geologic data sets, contributing insight that may help link other remote observations. Analysis of the colorimetry data from this experimental technique may help scientists explain the dynamic colours seen at the Halema‘uma‘u lake.

Lake colour changes may possibly even signal changing volcanic conditions beneath the watery depths.  Water colour and appearance changes have been observed at other active crater lakes around the world. For example, at Aso Volcano in Japan in 2003, Yudamari lake changed from blue-green to solid green before an eruption occurred at the lake bottom.

While it is not known if the water lake within Halema‘uma‘u would have a similar colour change prior to an eruption, it is a potential indicator that HVO scientists will be looking for as part of routine monitoring of Kīlauea activity.

Source: USGS / HVO.

Vue de la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u fin octobre 2020 (Source : HVO)

Une histoire d’eau // About water

Ce n’est pas de la volcanologie, mais il est intéressant de connaître les origines de notre planète. Une récente étude parue dans la revue Science explique comment l’EAU a pu apparaître sur Terre.

L’eau recouvre 70 % de la surface de la Terre et est essentielle à la vie. Toutefois, son apparition fait l’objet d’un vieux débat scientifique. Une équipe de chercheurs français du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CNRS/Université de Lorraine) explique  que notre planète, dès son origine, était riche en eau, vraisemblablement contenue en abondance dans les roches qui l’ont constituée.

Les conclusions de l’étude vont à l’encontre de la thèse dominante selon laquelle l’eau aurait été apportée par des astéroïdes et comètes ayant bombardé une Terre initialement sèche. Au vu des anciennes modélisations scientifiques, les disques de gaz et de poussière qui entouraient le Soleil avaient des températures trop élevées pour que l’eau condense et s’agglomère aux autres solides sous forme de glace. C’est ce qui expliquerait les conditions désertiques sur des planètes comme Mercure, Vénus et Mars, mais pas sur Terre.

Les scientifiques ont alors imaginé que l’eau était venue sur Terre beaucoup plus tard et les premiers responsables étaient des météorites dont les chondrites carbonées qui sont riches en eau. Toutefois, leur composition chimique ne correspond pas étroitement aux roches de notre planète. Les chondrites carbonées se sont également formées dans le système solaire externe, et il est donc peu probable qu’elles aient pu bombarder la Terre primitive.

Un autre groupe de météorites, les chondrites à enstatite, a la particularité d’avoir une composition chimique proche de celle de la Terre car elles contiennent des isotopes semblables d’oxygène, titane et calcium. Cependant, s’étant formés à proximité du Soleil, ont pensait que ces roches étaient probablement trop sèches pour avoir apporté beaucoup d’eau à la Terre. .

Afin de vérifier cette hypothèse, les scientifiques français se sont appuyés sur la spectrométrie de masse pour mesurer la teneur en hydrogène de 13 chondrites à enstatite. Ils ont alors constaté que les roches primitives en décelaient suffisamment pour fournir à la Terre au moins trois fois la masse d’eau de ses océans, voire plus encore. Les chercheurs ont aussi découvert que la composition isotopique de l’hydrogène des chondrites à enstatite était semblable à celle de l’eau stockée dans le manteau terrestre.

La composition isotopique des océans est pour sa part compatible avec un mélange contenant 95 % d’eau de ces chondrites, ce qui vient étayer la thèse selon laquelle elles sont à l’origine de l’eau terrestre. Les auteurs ont également trouvé que les isotopes de l’azote de ces météorites sont similaires à ceux de l’azote de la Terre.

L’étude n’exclut pas un apport ultérieur en eau par d’autres sources, comme des comètes, mais insiste sur le fait que les chondrites à enstatite ont contribué de manière significative à l’apport d’eau sur Terre, dès la formation de la planète.

Source : Presse scientifique.

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This is not volcanology, but it is always interesting to know more about the origins of our planet. A recent article released in the journal Science explains how WATER may have appeared on Earth. Water covers 70 percent of the Earth’s surface and is crucial to life as we know it, but how it got here has been a longstanding scientific debate.

The puzzle was a step closer to being solved after a French team from the Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CNRS/Université de Lorraine) reported they had identified which space rocks were responsible, and suggested our planet has been wet ever since it formed. The findings of the study contradict the prevalent theory that water was brought to an initially dry Earth by far-reaching comets or asteroids.

According to early models for how the Solar System came to be, the large disks of gas and dust that swirled around the Sun and eventually formed the inner planets were too hot to sustain ice. This would explain the barren conditions on Mercury, Venus and Mars, but not our Earth.

Scientists therefore theorized that the water came along after, and the prime suspects were meteorites known as carbonaceous chondrites that are rich in hydrous minerals. The problem was that their chemical composition doesn’t closely match our planet’s rocks. The carbonaceous chondrites also formed in the outer Solar System, making it less likely they could have pelted the early Earth.

Another group of meteorites, called enstatite chondrites, are a much closer chemical match, containing similar isotopes of oxygen, titanium and calcium. However, because these rocks formed close to the Sun, they had been assumed to be too dry to account for Earth’s rich reservoirs of water.

To test whether this was really true, the French scientists used mass spectrometry to measure the hydrogen content in 13 enstatite chondrites. The team found that the rocks contained enough hydrogen in them to provide Earth with at least three times the water mass of its oceans, and possibly much more. The researchers found the hydrogen isotopic composition of enstatite chondrites was similar to the one of the water stored in the terrestrial mantle.

The isotopic composition of the oceans was found to be consistent with a mixture containing 95 percent of water from the enstatite chondrites, one more proof these were responsible for the bulk of Earth’s water. The authors further found that the nitrogen isotopes from the enstatite chondrites are similar to Earth’s. They proposed these rocks could also be the source of the most abundant component of our atmosphere.

The research doesn’t exclude later addition of water by other sources like comets, but indicates that enstatite chondrites contributed significantly to Earth’s water budget at the time it formed.

Source: Scientific press.

La Planète Bleue vue depuis la Lune (Source : NASA)