L'histoire enchevêtrée de l'éruption de 2018 de Kīlauea racontée par la surveillance géochimique ✔️ Avis forum


Effondrement de la caldera et éruption du flanc

La surveillance en temps réel des éruptions volcaniques impliquant des événements de formation de caldera est rare (voir Perspective de Sigmundsson). Anderson et al. a utilisé plusieurs types d'observations géophysiques pour suivre l'effondrement formant une caldeira au sommet du volcan Kīlauea, à Hawaii, lors de l'éruption de 2018. Gansecki et al. a utilisé une analyse de la composition de lave en temps quasi réel pour déterminer le moment où le magma est passé d'une lave très visqueuse se déplaçant lentement à une lave peu visqueuse et se déplaçant rapidement. Patrick et al. a utilisé divers outils géophysiques pour relier les processus du sommet aux vitesses de lave sortant de fissures lointaines. Ensemble, les trois études améliorent les modèles d’effondrement des calderas et pourraient contribuer à améliorer les réactions aux risques en temps réel.

Science, ce numéro p. p. p. ; p. ; voir aussi p.

Résumé structuré

INTRODUCTION

Des fissures ont traversé la zone de rift est du volcan Kīlauea, le 3 mai 2018, engloutissant finalement des centaines de structures dans des coulées de lave et provoquant un effondrement au sommet. Au cours de l'éruption, nous avons utilisé une routine rapide d'analyse géochimique de la lave, élaborée au cours d'une période de 6 ans de surveillance de l'éruption continue antérieure à Kīlauea. L'application de cette routine de chimie de la lave élevée à un flux de données en temps quasi réel dans la surveillance des éruptions, similaire aux données sismiques et géodésiques. Cela a fourni une occasion sans précédent de comprendre les changements dans les caractéristiques du magma au cours d'une crise éruptive en évolution rapide.

RAISONNEMENT

La chimie de la lave fournit des informations vitales sur les sources souterraines de magma, les conditions éruptives, la température et les propriétés physiques des coulées de lave. Cependant, les techniques analytiques sont généralement lentes, laissant l'analyse chimique de la lave comme outil rétrospectif dans les sciences du volcan. Nous avons développé une procédure analytique pour caractériser la géochimie de la lave quelques heures après le prélèvement de l’échantillon, nous permettant ainsi d’identifier une suite spécifique d’éléments majeurs et d’oligo-éléments permettant de suivre la composition de la lave et d’estimer la température de la lave à l’aide de géothermomètres chimiques. Cette information a été utilisée pour informer les équipes d'intervention des changements dans les conditions éruptives.

RÉSULTATS

Les fissures initiales ont éclaté du 3 au 9 mai, de faibles volumes de laves basaltiques chimiquement évoluées, visqueuses et froides (~ 1110 ° C). Le 13 mai, nous avons détecté des compositions moins évoluées et une augmentation des températures de lave inférées (~ 1130 ° C). Nous avons informé les scientifiques et les équipes d'intervention que l'arrivée d'une lave plus fluide et volumineuse était probable. Du 17 au 18 mai, la lave des fissures primaires est devenue de moins en moins chimique, plus chaude et plus fluide. Le 28 mai, l'activité portait sur un seul évent (fissure 8). Cet évent alimentait un déversement massif de lave plus chaude (~ 1145 ° C) qui dura plus de 2 mois. Au cours de cette étape, les laves sont devenues légèrement plus chaudes et ont perdu la cargaison de minéraux à basse température qui étaient initialement abondants. La lave portait des cristaux d'olivine avec une teneur en MgO anormalement élevée, ce qui indique la présence de magma beaucoup plus chaud (> 1270 ° C) quelque part dans le système de plomberie. Une deuxième population d’olivine dominante s’est formée dans un magma plus froid, semblable à ce qui se produisait précédemment au lac de lave au sommet.

Nous avons également identifié des explosions répétitives simultanées, mais plus explosives, de lave andésite. Cette composition hautement visqueuse et évolutive, inconnue auparavant de Kīlauea, a éclaté à basse température (1060 ° C à 1090 ° C) sur une fissure décalée par rapport aux autres fissures éruptives. Les empreintes chimiques et minéralogiques de cette lave ont également été détectées dans d'autres fissures situées à plusieurs kilomètres de l'évent andésite.

CONCLUSION

L'analyse des données pendant l'éruption a révélé qu'au moins trois sources différentes de magma alimentaient l'éruption. Les deux premiers étaient le basalte chimiquement développé des fissures initiales et l'andésite très visqueuse. Les deux sont des sources volumétriquement mineures qui représentent des poches distinctes de vieux magma résiduel de la zone du rift est de Kīlauea, qui ont évolué pendant plus de 55 ans, se refroidissant et se cristallisant en profondeur. La troisième et volumétrique source la plus importante était le basalte de fissure 8, moins évolué et plus chaud. Cette source avait une composition similaire à celle du magma qui a éclaté à Kīlauea dans les années précédant 2018 et a finalement été dérivée de la région du sommet. Le drainage et l'effondrement du sommet provoqués par cette éruption volumineuse ont peut-être remué des parties plus profondes et plus chaudes du système magma du sommet et envoyé du magma mixte dans la faille. Au cours des 20 derniers jours de l'éruption, la plus grande partie du magma stocké dans le système de rift actif avait disparu. Les analyses de post-absorption effectuées à l'aide de méthodes géochimiques traditionnelles ont confirmé que la routine de réponse rapide produisait des données comparables et validait les modèles proposés lors de l'éruption active. Nos travaux ont démontré que les analyses géochimiques d'échantillons de lave en temps quasi réel peuvent fournir des informations essentielles qui améliorent l'évaluation des risques et l'atténuation des risques lors d'une éruption.

L'éruption du volcan Kīlauea dans la zone du rift inférieur en 2018 avec des sources et des voies de magma inférées.

(UNE) Modèle simplifié du système magma de Kīlauea alimentant l’éruption de la zone de faille est inférieure à 2018 et les emplacements des membres extrêmes supposés du magma (b.s.l., en dessous du niveau de la mer). (B) Basalte fluide sortant de la fissure 20 le 20 mai 2018. (C) Fissure 17 andésite en éruption plus explosive à 800 m. Photos de la Commission géologique des États-Unis.

Abstrait

Des changements dans la chimie du magma qui affectent le comportement éruptif se produisent pendant de nombreuses éruptions volcaniques, mais les techniques d'analyse typiques sont trop lentes pour contribuer à la surveillance des dangers. Nous avons utilisé une analyse de fluorescence X à dispersion d'énergie rapide pour mesurer les éléments de diagnostic dans des échantillons de lave quelques heures après leur collecte lors de l'éruption du Kīlauea en 2018. Les données géochimiques ont fourni des informations importantes aux équipes de terrain et aux autorités civiles avant que les aléas ne changent pendant l'éruption. L'apparition de magma plus chaud a été reconnue plusieurs jours avant le début d'éruptions volumineuses d'écoulements rapides qui ont détruit des centaines de maisons. Nous avons identifié, en temps quasi réel, les interactions entre un magma plus ancien, plus froid et stocké, y compris l'éruption inattendue d'andésite, et un magma plus chaud délivré lors de la mise en place de digues.