Laves des Volcans d'Hawaii

 


Pahoehoe près de la côte de Kilauea. Photo par ãSteve Mattox, 1989.

Il y a trois types de lave et d'écoulements de lave: oreiller, pahoehoe, et aa. Les lave en oreiller sont volumétriquement le type le plus abondant parce qu'elles sont éjectées aux rides médio-océaniques et parce qu'elles composent la partie immergée des seamounts et des grands volcans intraplaques, comme la chaîne de seamount de Hawaii-Emperor. Pahoehoe est le deuxième type abondant d'écoulement de lave.

PILLOW LAVA


Photographie par ãGordon Tribble U.S. Geological Survey .

 Éruptions sous de l'eau ou de la glace produit des pillow lava James Moore de l'U.S. Geological Survey a fait les premières observations sous-marines de la formation des lave d'oreiller (Moore et d'autres, 1973). Moore et ses collègues ont étudié la lave de l'éruption de Mauna Ulu . Ils ont décrit des laves en oreiller en tant que lobes allongés et interconnectés d'écoulement qui sont elliptiques ou circulaire dans la section transversale (Moore, 1975). Cette photo montre la lave en oreiller formant  la côte du sud du volcan de Kilauea, Hawaï.


Pillow Lava ãU.S. Geological Survey .

ECOULEMENTS CÔTIERS
Les écoulements de lave près de la côte tendent à s'étendre latéralement et à entrer dans l'océan sur un large front. Plusieurs tubes de lave peuvent être en activité à travers la coulée frontale. De plus grands tubes de lave alimentent le bas de la pente et maintiennent la pression dans les coulées qui avancent dans l'eau. Les lobes d'écoulement se développent le plus aisément sur les pentes raides et ont comme conséquence la formation des pillow-lavas (laves en coussins) en parallèle à la pente de la côte qui plonge en mer. Le contact de la lave et de l'eau provoque un éclatement des pillows et produit des lits de débris parallèles à la pente en mer. Les géologues appellent ces lits en forte pente des dépôts deltaïques frontaux.

Photographie par ãChristina Heliker, U.S. Geological Survey, mai 12, 1993. 		Le 8 novembre 1992, la lave est entré dans l'océan juste à l'est des sites archéologiques à Kamoamoa sur le flanc du sud du volcan de Kilauea. Vers la fin du mois, presque tout le Kamoamoa a été enterré sous la lave. En mai 1993, un delta de lave avait étendu le littoral environ 1.600 pieds (500 m) au sud. Cette vue aérienne donne vers  l'ouest.
Les lits de dépôts deltaïques font partie d'un delta de lave qui croît vers l'océan et fournit une plate-forme sur laquelle les laves subaériennes peuvent s'étendre, et ainsi ajouter une nouvelle terre à l'île. Cependant, quelques tubes ne sont pas continus et se cassent pour former des oreiller autonomes, séparés du tube, de ce fait ajoutant des débris au flanc du volcan. L'avant actif d'un delta de lave s'appelle une plate-forme. Comme le delta, la plate-forme est construite sur des débris. Cependant, la plate-forme  est relativement instable et peut s'effondrer, tombant dans l'océan (Mattox, 1993).
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Photographie par ãChristina Heliker, U.S. Geological Survey, août 25, 1994. 		Une plate-forme  s'est effondré à l'entrée de Lae Apuki en avril 1993, retirant un bloc de 210 m de large, 14 m de long, et 8 m d'épaisseur de l'avant du delta. Un visiteur, se tenant sur le banc au moment de l'effondrement, a disparu dans l'océan. Cette vue aérienne montre une plate-forme active ajoutant de nouveaux terrains au-delà de la vieille falaise (bas de photo). Les zones foncées sont du sable noir.

PILLOW LAVAS
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Fig. 21,11 de ãPorter, 1987. 		Des lave en coussins sont également trouvées près du sommet de Mauna Kea . Ces lave en coussin ont été produites par une éruption sub-glacial qui s'est produite il y a 10.000 ans. Le coussin a environ1 m de diamètre et a une bordure vitreuse. 
Les lave en coussin peuvent également se former quand les écoulements entrent dans un fleuve ou un lac. Les coussins de la photo se sont formés dans le fleuve de Wailuku prés de Hilo, à Hawaï il y a environ 3.500 ans. Les galets ronds ont été transportés par le fleuve. Slide28.jpg
Photographie par ãJack Lockwood, enquête géologique des États-Unis, juin 14, 1982.

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Photo par ãSteve Mattox, 1988

Lave aa sur lave pahoehoe, Hilina Pali, Kilauea. " Pahoehoe " et " aa " sont des mots hawaïens d'abord présentés dans la littérature géologique par Dutton (1884).
Lave Pahoehoe, Kilauea, Hawaï. La lave Pahoehoe se caractérise par une surface douce, ondulée, ou cordée. Une surface cordée se développe quand une  mince épaisseur de lave refroidie sur la surface de l'écoulement est poussée dans des plis par de la lave juste sous la surface plus fluide et rapide.

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Photographie par ãJ.D. Griggs, U.S. Geological Survey, juin 15, 1989.

Tubes de lave

Photo de volcanologue regardant par une lucarne pour voir à l'intérieur d'un tube de lave. Photographie par ãJ.D. Griggs, U.S. Geological Survey, février 2, 1989.		 Les écoulements de Pahoehoe peuvent se transformer en des tubes de lave. Les tubes se forment par la formation d'une croûte sur une coulée de lave chenalisée. Lorsque  la croûte sur l' écoulement devient plus épais, elle isole la lave à l'intérieur de l'écoulement. La lave s'écoule selon la pente et alimente la zone frontale ou les coulées avançant dans l'océan. Quand l'éruption s'arrête ou l'évent est abandonné, la lave s'écoule le tube. Le tube de lave de Thurston est un excellent exemple d'un tube de lave. La roche entourant un tube de lave sert d'isolateur pour maintenir la lave chaude et liquide. Puisque la lave reste chaude, elle peut voyager à de grandes distances de l'évent . Par exemple, le tube-alimenté par la lave pahoehoe a voyagé 11,7 kilomètres de l'évent de Kupaianaha au village de Kalapana (Mattox et d'autres, 1993).
Les écoulements de Pahoehoe tendent à être relativement minces, de quelques pouces à quelques pieds épais. La route et les cratères coupe les coulées de lave et expose les piles qui font le volcan.

Coulées Aa et Pahoehoe
Depuis le milieu des années 1800s, les géologues ont essayé d'expliquer les causes de la formation de pahoehoe et la lave de aa. Plusieurs facteurs ont été avancés pour expliquer cette  transition: empêchement d'écoulement par des obstacles, écoulement pendant le refroidissement, quantité de lave, conditions sous la coulée, et épaisseur du refroidissement. Dans les dernières décennies, avec des observations précises de nombreux écoulements de lave, les géologues sont parvenus à un meilleur compréhension de la transition du pahoehoe au aa. Une influence importante est la viscosité de la lave. La viscosité est la résistance d'un fluide à l'écoulement. Par exemple, la mélasse a une viscosité plus élevée que l'eau. Les paragraphes suivants tracent les grandes lignes de certaines des observations les plus importantes sur la transition du pahoehoe au aa.

Photographie par ãR.B. Moore, U.S. Geological Survey, novembre 16, 1979.

Lave Pahoehoe croisant la route de la Chaîne des cratères. Une étude par Macdonald (1953) a noté plusieurs généralisations au sujet de la transition du pahoehoe au aa:

1.     Pahoehoe et aa peuvent être trouvés comme parties du même écoulement de lave, sans de différence significative en composition chimique entre les deux formes.

2.     Pahoehoe peut en changer aa, mais jamais l'inverse.

3.     La plupart des écoulements actifs de pahoehoe sont moins visqueux et ont les températures plus élevées que des écoulements de aa.

4.     Les vésicules dans le pahoehoe tendent à être des sphéroïdes, tandis que ceux dans le aa tendent à être irrégulièrement formées, suggérant la déformation provoquée par le mouvement continu pendant les étapes finales de la solidification.

5.     Quoique le aa tende à être plus visqueux, la lave fondue avec la même viscosité initiale peut former du pahoehoe ou du aa.

6.     En plus des effets liés à l'augmentation de la viscosité, la lave tend à changer en aa au moment où elle est soumise à la turbulence d'écoulement et de cisaillement interne, comme pendant les fontaines de lave, circulant en bas des pentes raides ou sur des précipices, ou pendant le l'écoulement prolongé sur de grandes distances. Macdonald a conclu qu'un rapport critique entre la viscosité et la quantité de perturbation interne due à l'écoulement détermine si du pahoehoe ou du aa est formé.

Coulées Aa

Photo par ãSteve Mattox, octobre 12, 1990 		Aa se caractérise par une surface rugueuse, déchiquetée, aigue, et généralement vitreuse. Les écoulements de aa avancent tout comme la bande de roulement d'un bulldozer. Cette photo montre un canal de aa. Notez le caractère du aa qui forme le mur du canal.


Photo par ãPeter Lipman, enquête géologique des États-Unis, mars, 1984.

Front d'un écoulement avançant de aa de l'éruption 1984 du Mauna Loa . Le noyau fondu de l'écoulement de aa est visible.

Intérieur d'un écoulement de lave de aa. Notez l'intérieur dense et les scories à la base et au sommet. L'intérieur de l'écoulement est fondu et a plusieurs métres d'épaisseur. On va du noyau fondu au centre vers le haut et le bas vers des scories rugueuses. Pendant que l'écoulement avance, des scories sur la surface sont portées vers l'avant et à l'intérieur fondu. Les scories continuent à avancer jusqu'à ce qu'elles roulent en bas du front raide. Les scories sont alors absorbées par le noyau fondu. Les écoulements de lave de aa tendent à être relativement épais comparés aux écoulements de pahoehoe. La coulée Aa  du Mauna Loa  de l'éruption de 1984 à une épaisseur de 2 à 7 m.
Photo par ãSteve Mattox, juillet 25, 1995.

À la différence du front avançant d'un écoulement de pahoehoe, qui est alimenté par un tube de lave, un écoulement avançant de aa est alimenté par un canal (Lipman et Banks, 1987).


Courtoisie de photographie ãd'enquête géologique des États-Unis, mars 25, 1984.

Le canal alimentant l'écoulement de lave de aa, éruption 1984 de Mauna Loa


Photographie par ãR.W. Decker, U.S. Geological Survey, juillet 2, 1983.

 

 

Pendant les épisodes précoces de l'éruption actuelle, l'épaisseur des coulées aa qui allaient jusqu'à 11 m, avaient un débit au niveau de la zone des Jardins Royaux allant jusqu'à 33 m/min (Neal et Decker, 1983). Le noyau fondu de l'écoulement est exposé. Notez les véhicules pour l'échelle.

Pahoehoe

Un article récent de Peterson et Tilling (1980) a inclus la contrainte de cisaillement comme mesure de cisaillement interne de Macdonald. Des facteurs influençant la viscosité ou la contrainte de cisaillement sont énumérés ci-dessous:

viscosité

contrainte de cisaillement

la température

vitesse et durée d'écoulement

contenu de gaz

dimensions d'écoulement

vésicularité de lave

pente au sol

cristalinité

configuration de canal

Peterson et labourage (1980, p. 273) suggérèrent deux conditions générales qui déterminent si pahoehoe ou formes de aa:

1.     Si la lave ralentit, se refroidit, et s'arrête en réponse direct à l'augmentation correspondante de la viscosité seulement, elle maintient sa forme de pahoehoe.

2.     Si de la lave est forcée pour continuer de couler entre après qu'un certain rapport critique la viscosité et la contrainte de cisaillement soit réalisé, la lave change en le aa.

 

Lave de Pahoehoe la nuit. ãSteve Mattox, Octobre, 1990.


Pahoehoe sur le sable noir, Kamoamoa. Photo par 
ãSteve Mattox, novembre, 1992.

Peterson et Tilling (1980, p. 273) suggérèrent deux conditions générales qui déterminent si la forme est pahoehoe ou  aa:

1.     Si la lave ralentit, se refroidit, et s'arrête en réponse direct à l'augmentation correspondante de la viscosité seulement, elle maintient sa forme de pahoehoe.

2.     Si de la lave est forcée pour continuer de couler entre après qu'un certain rapport critique entre la viscosité et la contrainte de cisaillement soit réalisé, la lave change en aa.

Peterson et Tilling ont appelé ce rapport critique le " seuil de transition. " Ils ont constaté que si la contrainte de cisaillement est haute, le seuil de transition est atteint à une viscosité inférieure que si la contrainte de cisaillement est basse. L'inverse est également vrai. Si la viscosité de la lave est haute, une  contrainte relativement basse de cisaillement peut réaliser le seuil de transition, et les changements de lave en aa.

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