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Halema’uma’u (Hawaii): Résultats de l’analyse de l’eau // Results of water analysis

Comme prévu, le HVO a récemment échantillonné l’eau du lac qui est apparu au fond du cratère de l’Halema’uma’u, au sommet de Kilauea. Le niveau de cette eau a augmenté d’environ 90 centimètres par semaine depuis sa première apparition le 25 juillet 2019. Jusqu’à présent, le HVO ne pouvait qu’évaluer à distance la taille du lac, observer sa couleur et estimer sa température. En voyant la lac s’agrandir, le HVO a décidé d’élaborer une stratégie pour échantillonner son eau. En effet, la chimie du lac est une bonne indication de la provenance de l’eau, de son influence possible sur le dégazage et donc des risques potentiels au sommet du Kilauea.
Il a été décidé qu’un drone serait la meilleure solution pour l’échantillonnage. Le 26 octobre, un engin a prélevé avec succès 0,73 litre d’eau du lac. L’échantillon a ensuite été envoyé à des laboratoires sur le continent pour des analyses exhaustives.
Les résultats obtenus jusqu’à maintenant indiquent que l’eau est acide, avec un pH de 4,2 (le pH neutre est de 7). Il est intéressant de noter que la plupart des lacs de cratères ont un pH inférieur à 3,5 (plus acide) ou supérieur à 5 (moins acide), ce qui place le lac de l’Halema’uma’u dans la moyenne.
Une modélisation mathématique effectuée avant l’apparition du lac indiquait que l’eau de la nappe phréatique était susceptible de pénétrer dans le cratère de l’Halema’uma’u une fois que l’environnement se serait suffisamment refroidi, après la disparition du lac de lave qui avait séjourné dans le cratère entre 2008 et 2018. Il n’est donc pas surprenant de voir de l’eau appraître dans le cratère.
Cependant, il est important de noter que l’Halema’uma’u est l’endroit où les émissions sommitales de dioxyde de soufre (SO2) sont les plus importantes, et que le SO2 se dissout facilement dans l’eau.
Lorsque l’eau souterraine s’écoule en direction du cratère en cours de refroidissement, elle dissout le SO2 provenant du magma situé en dessous. Cela conduit à des concentrations élevées d’ions sulfate dans le lac (53 000 milligrammes par litre) et à un pH plus acide.
A côté de cela, cette eau acide réagit chimiquement avec le basalte du Kilauea, ce qui diminue son acidité et augmente donc son pH. On observe aussi des concentrations élevées de magnésium dans l’eau. Les rapports magnésium / sodium et sodium / potassium dans l’eau du lac sont semblables à ceux du basalte du Kilauea, confirmation des réactions chimiques entre l’eau et la roche.
Les concentrations de calcium ne sont pas très élevées dans l’échantillon d’eau prélevé. Cela s’explique par le fait que le calcium se combine avec des ions sulfate pour former des minéraux solides qui précipitent dans l’eau. Le fer est également susceptible de former divers minéraux, ce qui explique les teintes jaunâtres du lac.
Les réactions complexes entre les gaz et les roches environnantes expliquent pourquoi l’eau du lac dans l’Halema’uma’u est chimiquement différente de la nappe phréatique au fond d’un puits de recherche situé au sud de Halema’uma’u et aussi de l’eau de pluie. Les tests effectués sur l’oxygène et l’hydrogène qui forment les molécules d’eau révèlent que l’eau du lac était à l’origine une eau de pluie qui a percolé dans le sous-sol où sa chimie a évolué.
Le niveau du lac au fond de l’Halema’uma’u continue à s’élever. Le pH actuel reflète un équilibre entre les eaux souterraines qui y pénètrent et le niveau des émissions de SO2 en provenance du sous-sol. Si le niveau du lac se stabilise ou si la quantité de SO2 change, le pH est susceptible de se modifier. Sur le Pinatubo aux Philippines, après l’éruption de 1991, un lac de cratère s’est formé avec un pH presque neutre, mais l’eau est devenue plus acide quand le dégazage de SO2 s’est intensifié, avec l’apparition d’une activité volcanique ultérieure.
Les analyses chimiques confirment que le lac au fond du cratère de l’Halema’uma’u dissout le SO2 d’origine magmatique. Cela signifie que les niveaux d’émission de SO2 mesurés par le HVO (environ 30 tonnes par jour) sous-estiment le SO2 émis globalement par le Kilauea. Sans le lac, les émissions de SO2 au sommet du volcan seraient probablement plus élevées. Cette découverte est importante car un niveau d’émission de SO2 en hausse peut indiquer la présence de magma à faible profondeur.  .
Source: HVO.

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As expected, HVO recently sampled the Halema‘uma‘u water lake at the bottom of Kilauea’s summit crater. The water has risen about 90 centimetres per week since first spotted on July 25th, 2019. Initially, HVO was limited to remote observations of lake size, colour, and surface temperature. As the lake grew, HVO began formulating a plan to sample the water. Indeed, the lake’s chemistry could reveal where the water was coming from and what it might mean for degassing and potential hazards at Kilauea’s summit.

It was decided that a UAS was the best option for sampling. On October 26th, a drone successfully collected about 0.73 litres of water from the lake. The sample was then shipped to mainland USGS laboratories for sophisticated analyses.

Results thus far indicate an acidic lake, with a pH of 4.2 (neutral is pH 7). Interestingly, most volcanic crater lakes have a pH of less than 3.5 (more acidic) or higher than 5 (less acidic), which places the Halema’uma’u lake in the midddle range.

Mathematical modelling performed prior to the lake’s appearance predicted that groundwater could flow into Halema‘uma‘u once the area had cooled enough after the 2008-18 lava lake drained away. So, it was not entirely a surprise when water began to pond in the crater.

But, it’s important to note that Halema‘uma‘u is where most summit sulfur dioxide (SO2) degassing takes place, and that SO2 dissolves readily in water.

As water flows underground toward the now-cooling crater, it dissolves SO2 rising from magma below. This leads to high concentrations of sulfate ions in the lake (53,000 milligrams per liter) and a tendency towards a more acidic pH.

However, that acidic water reacts chemically with Kilauea’s basaltic rock, which makes the lake less acidic (raises the pH) and results in high concentrations of magnesium in the water. The ratios of magnesium to sodium and of sodium to potassium in the lake water are similar to those ratios in Kilauea’s basalt, which is further evidence of chemical reactions between the water and rocks.

Calcium concentrations are not very high in the water sample; calcium is instead combining with sulfate ions to form solid minerals that precipitate from the water. Iron is also likely forming various minerals, contributing to the lake’s yellowish colours.

Complex gas/rock reactions result in Kilauea’s lake water being chemically different from groundwater in a research well south of Halema‘uma‘u and from rainwater. Testing of oxygen and hydrogen that form the water molecules indicate that the lake water was originally rain that percolated into the subsurface where it became groundwater and the chemistry changed.

The Halema’uma’u lake is still rising. The current pH reflects the balance between incoming groundwater and the degree of SO2 degassing from below. If the lake level stabilizes, or the amount of SO2 changes, the pH may also change. At Mount Pinatubo (Philippines), after the 1991 eruption, a crater lake formed with a nearly-neutral pH but became more acidic with increased SO2 degassing and later volcanic activity.

Chemical analyses confirm that the Halema’uma’u crater lake dissolves magmatic SO2. This implies that HVO’s measured SO2 emission rates (about 30 tonnes per day) underestimate the total outgassed SO2 at Kilauea. Without the lake, SO2 emissions from the summit would likely be higher. This finding is important given that an increasing SO2 emission rate can indicate shallowing magma.

Source : HVO.

Le lac acide au fond du cratère de l’Halema’uma’u (Crédit photo: HVO)

Kilauea (Hawaii): L’eau de l’Halema’uma’u // The water in Halema’uma’u Crater

Au cours de l’éruption du Kilauea en 2018, le plancher de l’Halema’uma’u s’est effondré lorsque le magma a quitté le réservoir sommital pour se diriger vers la Lower East Rift Zone où la lave a détruit quelque 700 structures. Aujourd’hui, le plancher de la caldeira a été remplacé par un gouffre profond d’environ 500 mètres, et une petite mare d’eau est apparue en juillet 2019 au fond du nouveau cratère qui a la forme d’un cône inversé.

L’USGS a mis en ligne un document dans lequel Matt Patrick et Jim Kauahikaua (géologue et géophysicien au HVO) expliquent comment et pourquoi cette eau est apparue au fond du cratère, et comment pourrait évoluer la situation. Vous pourrez visionner le document en anglais en cliquant sur ce lien :

https://youtu.be/WLpBMa1576I

En voici une petite synthèse en français :

Au début la mare d’eau était relativement petite, d’une dizaine de mètres de diamètre, et peu profonde.

Les scientifiques se sont demandés quelle pouvait en être l’origine. Il y avait deux possibilités : 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’lau’.

Avant l’éruption, des forages avaient révélé que la partie supérieure de la nappe phréatique se trouvait à environ  500 mètres sous le plancher de la caldeira.

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.. On peut voir le comportement de la nappe phréatique pendant et à la fin de l’éruption sur ces deux schémas :

 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, va probablement retrouver son niveau d’origine, autrement dit un équilibre hydraulique avec la nappe phréatique. C’est un phénomène que l’on a déjà observé dans les mines où la nappe phréatique a occupé à nouveau les puits une fois que leur exploitation a été abandonnée.

 Aujourd’hui, la mare d’eau  présente une longueur d’une centaine de mètres de longueur sur une cinquantaine de largeur et une profondeur estimée à une dizaine de mètres. Son niveau s’élève d’une douzaine de centimètres par jour.

Les vidéos en accéléré montrent que la surface est agitée par de nouvelles arrivées d’eau en provenance de la bordure sud de la mare et présente des couleurs allant du jaune au vert, ce qui montre des concentrations importantes de soufre. Il sera intéressant – quand il sera techniquement possible de prélever des échantillons – d’analyser cette eau chauffée par le magma en dessous et dont la température très stable se situe autour de 70°C.

(Photos et schémas: HVO / USGS)

 S’agissant de l’évolution de la situation, le risque serait qu’une arrivée de magma juvénile entre en contact avec cette eau, ce qui ne manquerait pas de provoquer des explosions. Toutefois, les deux scientifiques pensent que ces explosions seraient relativement modestes, avec des projections qui ne dépasseraient pas l’enceinte du cratère de l’Halema’uma’u.

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During the 2018 Kilauea eruption, the Halema’umau’ crater floor collapsed when magma travelled to the East Rift Zone where it erupted, destroying about 700 structures. Today a huge gap about 500 metres deep has replaced the caldera floor and a small water pond appeared in July 2019 at the bottom of the inverted cone.

USGS has released a document in which Matt Patrick and Jim Kauahikaua (HVO geologist and geophysicist) explain how and why the water pond appeared and what could be its evolution for the future. You will see the document by clicking o this link:

https://youtu.be/WLpBMa1576I

La fonte des glaciers boliviens et ses conséquences // The melting of Bolivian glaciers and its consequences

Comme je l’explique dans chacune de mes conférences sur la fonte des glaciers, de nombreuses villes d’Amérique du Sud dépendent des glaciers de la Cordillère des Andes pour leur approvisionnement en eau. Si le réchauffement climatique actuel se poursuit, la situation deviendra bientôt intenable dans des pays comme le Pérou ou la Bolivie.
En Bolivie, les ressources en eau s’épuisent à La Paz, la capitale la plus haute du monde, sous l’effet conjugué de la fonte des glaciers andins, de la sécheresse et d’une mauvaise gestion de la ville. Cependant, au lieu d’abandonner la partie, les habitants de La Paz découvrent de nouveaux moyens de faire face au changement climatique.
Les 2,7 millions d’habitants de la capitale ont déjà dû faire face à une grave sécheresse qui a duré plusieurs mois de 2016 à 2017 ; ce fut la pire connue par la Bolivie en 25 ans, entraînant un rationnement de l’eau et d’importantes manifestations dans plusieurs villes.
Le pire est probablement à venir. Les calottes de glace et de neige au sommet de la Cordillère, qui permettaient de remplir les réservoirs de la ville, disparaissent à un rythme alarmant. En conséquence, les gens commencent à s’adapter à la disparition des ressources en eau. Par exemple, dans la Valle de las Flores, à l’est de La Paz, les habitants lavent leurs vêtements dans un lavoir municipal alimenté en eau de source. Les lavoirs publics où l’eau est gratuite deviennent de plus en plus populaires, car les habitants changent leurs habitudes en matière de consommation d’eau, de lavage du linge et échappent ainsi à la hausse des taxes sur l’eau. Dans certains quartiers, les habitants stockent désormais l’eau de pluie dans des citernes, en prévision de la saison sèche.
La grave sécheresse qui a duré de novembre 2016 à février 2017 a été imputée aux effets combinés d’El Niño, de la mauvaise gestion de l’eau et au changement climatique. Le gouvernement a déclaré l’état d’urgence nationale. À La Paz, des dizaines de milliers de personnes ont dû faire face à un rationnement de l’eau pour la première fois de leur vie. Les mesures ont été étendues à au moins sept autres villes et, à la campagne, il y a eu des affrontements entre les agriculteurs et les mineurs à propos de l’utilisation des aquifères.
Le gouvernement bolivien s’est lancé dans un vaste programme d’investissement afin de garantir les futurs approvisionnements en eau. Selon des données récentes fournies par la compagnie nationale des eaux EPSAS, le gouvernement a dépensé 58,7 millions d’euros pour la construction de quatre réservoirs d’eau et de systèmes d’approvisionnement sur les hauts plateaux andins autour de la capitale. La sécheresse a presque complètement vidé les barrages, qui ont mis des mois à rétablir des niveaux d’eau suffisants.
L’UNESCO a présenté un « Atlas sur le recul des glaciers andins et la réduction des eaux glaciaires » pour cartographier les effets du réchauffement planétaire en 2018. L’UNESCO a expliqué que le réchauffement planétaire pourrait entraîner «la perte de 95% du pergélisol actuel en Bolivie d’ici 2050, et 99% d’ici 2099.  »
Une étude récente publiée dans la revue Nature, citant l’analyse d’images satellite, a indiqué que « les glaciers andins font partie de ceux qui reculent le plus rapidement ». Entre 2000 et 2018, ils ont perdu en moyenne 23 milliards de tonnes de glace par an. Par exemple, le glacier Chacaltaya, qui hébergeait autrefois la plus haute station de ski du monde, a déjà disparu. Les scientifiques ont déclaré que le glacier avait commencé à fondre au milieu des années 1980. En 2009, il avait disparu. Le barrage d’Inkachaka, situé à quelques kilomètres de La Paz, est actuellement à moitié plein, alimenté par les chutes de neige de l’hiver austral, mais les calottes de neige et de glace, visibles toute l’année sur les montagnes voisines il y a 30 ans à peine, ont aujourd’hui disparu.
Source: Journaux boliviens.

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As I explain in each of my conferences about the melting of glaciers, many cities in South America depend on the Andean glaciers for their water supplies. If the current global warming continues, the situation will soon become disastrous in countries like Peru or Bolivia.

Water resources are running dry in La Paz, the world’s highest-elevation capital, due to the combined effect of the Andean glaciers melting, drought and mismanagement. However, instead of surrendering, the locals in La Paz are finding new ways to tackle the changing climate.

The 2.7 million people who live in the capital have already been confronted with a severe drought that lasted for several months from 2016 into 2017 was Bolivia’s worst in 25 years, leading to water rationing and widespread protests in several cities.

In a sign of possibly worse to come, the Andean snowcaps – which have been relied on to fill the city’s reservoirs – are disappearing at an alarming rate. As a consequence, people are beginning to adapt to disappearing water resources. For instance, in the Valle de las Flores district in the east of the city, the inhabitants wash clothes for a living at a municipal wash-house, which is fed by spring water. Public wash-houses where the water is free are becoming more popular, as residents change their habits around water use, getting their laundry done and escaping rising water charges. In some neighbourhoods, locals have become accustomed to storing rainwater in cisterns, ready for when the dry season comes.

The severe drought that lasted from November 2016 to February 2017 was blamed on the combined effects of the El Niño weather cycle, poor water management and climate change. A state of national emergency was declared by the government and tens of thousands of people in La Paz faced imposed water rationing for the first time.

The measures were expanded to at least seven other cities, and in the countryside, farmers clashed with miners over the use of aquifers.

The Bolivian government has rmbarked on a vast investment program in a bid to ensure future water supplies. According to recent data from the national water company EPSAS, the government has spent 58.7 million euros to construct four water reservoirs and supply systems in the surrounding Andean highlands. The drought had left the dams almost completely depleted, and they took months to recover ample water levels.

UNESCO introduced an « Atlas on the retreat of Andean glaciers and the reduction of glacial waters » to map the effects of global warming in 2018. It explained that global warming could cause “the loss of 95 percent of the current permafrost in Bolivia by 2050, and 99 percent by 2099.”

A recent study published in the journal Nature, citing analysis of satellite images, reported that « the Andean glaciers are among those that shrink the fastest ». Between 2000 and 2018, the glaciers lost an average of 23 billion tonnes of ice a year. For example, the Chacaltaya glacier, once the world’s highest ski resort, has already disappeared. Scientists said the glacier started to melt in the mid-1980s. By 2009, it had vanished. The Inkachaka dam, a few kilometres outside La Paz, is currently more than half-full, fed by snowfalls during the austral winter, but the year-round snowcaps on nearby mountains, visible as recently as 30 years ago, no longer exist.

Source: Bolivian newspapers.

Images montrant la fonte rapide du glacier Chacaltaya, aujourd’hui disparu (Source : Inside Climate News)

Sécheresse et manque d’eau en Alaska ! // Drought and water shortage in Alaska !

Comme je l’ai écrit précédemment (voir mes messages des 4 et 6 juillet 2019), l’Alaska a connu une vague de chaleur sévère cet été, une situation sans précédent. La conséquence est que plusieurs régions souffrent d’une sécheresse et d’un manque d’eau jamais observés auparavant. Dans un village, les autorités coupent12 heures par jour l’approvisionnement en eau destiné à la population. Dans un autre, les toilettes à chasse automatique sont basculées en mode et les restaurants servent des repas sur des assiettes en carton.
L’été chaud et sec en Alaska a entraîné des conditions extrêmes dans les communautés autochtones de Nanwalek et de Seldovia, dans la Péninsule de Kenai. Les autorités en charge de la région ont été contraintes de publier une déclaration de catastrophe naturelle.
Des conditions de sécheresse intense affectent de plus en plus l’État, exacerbées par les feux de forêt qui continuent de brûler. La ville d’Anchorage est envahie par la fumée en provenance d’un important incendie de forêt qui brûle depuis plusieurs semaines dans la Péninsule de Kenai. La ville dispose d’une bonne quantité d’eau dans ses réservoirs, contrairement à certaines petites communautés comme Nanwalek et Seldovia qui dépendent de la fonte des neiges et de la pluie pour remplir leurs réserves. La pénurie d’eau se fait durement sentir. En moyenne annuelle, la région reçoit près de 22 centimètres de pluie de juin à août; cet été, elle a reçu un peu moins de 8 centimètres.
Selon des chercheurs en climatologie de l’université d’Alaska à Fairbanks, de tels scénarios deviendront de plus en plus fréquents avec le réchauffement climatique, mais cela ne signifie pas pour autant qu’une telle sécheresse se produira chaque année.
Dans la Péninsule de Kenai, le réservoir d’eau de Nanwalek ne contient que 210 000 litres, autrement dit moins de deux jours d’approvisionnement en temps normal, lorsque le village consomme environ 115 000 litres par jour. Chaque jour, les autorités locales coupent l’eau la nuit, entre 21 heures et 9 heures. Comme l’eau stagne dans les citernes la nuit, il est conseillé aux habitants de faire bouillir leur eau pour éviter toute contamination.
Comme Nanwalek, Seldovia, à 15 kilomètres au nord-est, n’a reçu qu’une fraction de ses précipitations normales. De juin à août, le village de 220 habitants en temps normal a reçu un peu moins de 4 centimètres de précipitations, contre une moyenne d’environ 14 centimètres. Le 5 septembre 2019, Seldovia avait pour environ 16 jours et demi d’eau dans son réservoir. Pour l’économiser, les gens utilisent de l’eau non potable pour des usages non alimentaires comme la lessive. L’école a désactivé la chasse automatique dans les toilettes et a imité les restaurants en utilisant des assiettes et des couverts jetables.
Selon le National Weather Service, il devrait pleuvoir au cours de la fin de semaine sur les zones arides du centre-sud, notamment sur les deux villages, mais il ne devrait pas s’agir de précipitations abondantes. La semaine prochaine devrait revenir à des conditions plus sèches. Dans l’ensemble, il semblerait que la région commence à retrouver un peu d’humidité, mais le déficit en eau persistera cette année.
Source: Anchorage Daily News.

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As I put it before (see my posts of 4 and 6 July 2019), Alaska went through a severe heatwave this summer, a situation that had never been seen before. The consequence is that several regions are suffering from a drought and a lack of water. In one Alaska village, officials are shutting off the public water supply 12 hours each day. In another, automatic flush toilets have been switched to manual flushing, and restaurants are serving meals on paper plates.

Alaska’s hot, dry summer has led to extreme measures in the Native communities of Nanwalek and Seldovia in the Kenai Peninsula, prompting regional officials to issue a disaster declaration.

The arid conditions are more widespread in the State, exacerbated by wildfires still burning. Anchorage is still fielding smoke drifting from a major wildfire that has been burning for several weeks in the Kenai Peninsula. The city has plenty of water in its system, unlike a handful of small communities that rely on snow melt and rain like Nanwalek and Seldovia to fill their reserves. Their water shortages are acutely felt. In an average year, the area receives nearly 22 centimetres of rain from June to August; this summer, it received slightly less than 8 centimetres.

According to climate researchers at the University of Alaska Fairbanks, such scenarios could become more common with climate warming, but that doesn’t mean it will happen every year.

In the Kenai peninsula, Nanwalek’s water tank has only 55,000 gallons in it, less than a two-day supply in normal times when the village goes through about 30,000 gallons a day. So local leaders are shutting off the water system between 9 p.m. and 9 a.m. daily. Because the tanked reserve is standing still at night, residents must boil their water to ward off possible contamination.

Seldovia, 15 kilometres to the northeast, also received a fraction of its normal rainfall. From June to August, the community of about 220 fulltime residents received slightly about 4 centimetres, compared with the average of about 14 centimetres. Seldovia has about 16½ days of water left in its reservoir, as of September 5th. To conserve, people are using non-potable water for nonfood uses like laundry. The school has turned off the automatic flushing in toilets and joined restaurants by using disposable plates and utensils.

Over the weekend, some rain is forecast for parched south-central areas, including the two villages, but it is not expected to be a super wet storm, according to the National Weather Service.

Next week is expected to return to drier conditions. Overall, however, the area is expected to begin a wetter pattern, but it won’t be as wet as expected this time of year.

Source : Anchorage Daily News.

Vue de la Péninsule de Kenai, durement touchée par la sécheresse et les incendies de forêt cet été (Source: Google Maps)