L'interaction entre les éruptions volcaniques et le climat mondial

Tout au long de l'histoire de la Terre, qui a fait 4,5 milliards d'années, les éruptions volcaniques ont été parmi les événements naturels les plus dramatiques et les plus consécutifs qui ont façonné le système climatique de la planète. Ces phénomènes de feu font plus que remodeler les paysages et menacer les communautés voisines; ils injectent des quantités massives de gaz et de particules dans l'atmosphère, modifient l'équilibre énergétique de la Terre et entraînent des changements de température, de précipitations et de circulation qui peuvent persister pendant des années ou même des décennies.

La science du climat volcanique

Aérosols volcaniques et connexion au dioxyde de soufre

Lorsqu'un volcan éclate de façon explosive, il propulse un mélange complexe de matériaux dans la stratosphère : particules de cendres, vapeur d'eau, dioxyde de carbone et, de façon critique, dioxyde de soufre (SO2). Bien que la cendres plus lourdes tombe de l'atmosphère en quelques jours ou quelques semaines, le SO2 subit une transformation chimique, réagissant avec la vapeur d'eau et les radicaux hydroxyles pour former des aérosols sulfates – gouttelettes liquides de l'acide sulfurique.Ces aérosols sont exceptionnellement efficaces pour disperser le rayonnement solaire entrant dans l'espace, créant ainsi un parapluie réfléchissant qui réduit la quantité de lumière solaire atteignant la surface de la Terre. Ce phénomène est communément appelé hiver -volcanique ou, plus techniquement, un forçage radiatif négatif.

Temps de résidence stratosphérique et propagation mondiale

Contrairement à la troposphère, où les systèmes météorologiques éliminent rapidement les polluants, la stratosphère a un mélange horizontal lent et très peu de mélange vertical. Une fois que les aérosols sulfatés se forment à ces altitudes, ils se propagent à travers le globe par circulation atmosphérique, ce qui, en général, fait tourner les tropiques en quelques semaines et couvre la planète entière en quelques mois. La durée de séjour de ces aérosols peut être de un à trois ans, ce qui signifie qu'une seule grande éruption peut influencer les modèles climatiques pendant plusieurs saisons de croissance.

L'appauvrissement de la couche d'ozone et ses effets secondaires

Les particules de sulfates fournissent des surfaces pour des réactions chimiques hétérogènes qui activent le chlore et les composés bromes, qui détruisent alors l'ozone par catalyseur. Bien que l'effet n'est généralement pas aussi grave que celui des chlorofluorocarbones fabriqués par l'homme, il peut produire des trous temporaires dans la couche d'ozone, en particulier aux latitudes moyennes. Cela augmente le rayonnement ultraviolet à la surface, avec des effets potentiels sur la santé humaine, la croissance végétale et les écosystèmes marins.

Seuils de taille et classement

Les éruptions volcaniques ne touchent pas toutes le climat. Les événements plus petits qui ne font qu'éjecter du matériel dans la troposphère ont un impact mondial négligeable parce que les aérosols sont déversés rapidement. Pour causer des effets climatiques mesurables, une éruption doit généralement avoir un indice d'explosion volcanique (IEV) de 4 ou plus et injecter au moins 1 à 5 mégatonnes de dioxyde de soufre dans la stratosphère. Les éruptions historiques les plus puissantes, comme Tambora (1815, VEI 7) et Pinatubo (1991, VEI 6), dépassent facilement ce seuil.

Études de cas historiques : des éruptions qui ont changé le monde

L'éruption du Mont Tambora en 1815 et l'année sans été

L'éruption du mont Tambora sur l'île indonésienne de Sumbawa en avril 1815 est le plus grand événement volcanique de l'histoire enregistrée, avec une IEV de 7 et une cinquantaine de kilomètres cubes de magma éjecté. L'explosion a été entendue à plus de 2 600 kilomètres, et des cendres sont tombées à travers l'océan Indien. En termes d'impact climatique, Tambora a libéré 60 à 120 mégatonnes de dioxyde de soufre dans la stratosphère.

L'année suivante, 1816, devint célèbre comme l'année sans été en Europe et en Amérique du Nord. Les échecs de la culture étaient répandus: la neige tomba en Nouvelle-Angleterre en juin, le gel détruisit les récoltes en juillet et les rivières inondèrent les îles britanniques. Les pénuries alimentaires provoquèrent des émeutes, des pics de prix des céréales et une poussée de l'émigration d'Europe vers les États-Unis. L'éruption contribua aussi indirectement à la propagation du typhus et du choléra, car les populations mal nourries devinrent plus vulnérables aux maladies.

L'anomalie climatique 536 AD : un mystère volcanique

Les chroniques historiques du VIe siècle décrivent un événement climatique catastrophique : le soleil est apparu sombre et bleuâtre, les températures ont chuté, les récoltes ont échoué à plusieurs reprises et la famine a balayé l'Eurasie. Des études de dendrochronologie (anneaux d'arbres) confirment que 536 et les années suivantes ont été parmi les plus froides au cours des 2000 dernières années. La cause a été attribuée à une éruption volcanique massive, probablement en Islande ou en Amérique du Nord, qui a injecté des cendres et du soufre dans la stratosphère. Des éruptions multiples en 536, 540 et 547 ont peut-être aggravé l'effet, prolongeant le refroidissement depuis plus d'une décennie. Ce voile de poussières est maintenant lié au début de la Petite Ice Age de la fin de l'Antiquité, qui a duré au début du VIIe siècle.

Les éruptions de Laki de 1783–1784 : une catastrophe climatique et sanitaire

Alors que Tambora est célèbre pour la violence explosive, les éruptions de Laki en Islande (également connu sous le nom de Skaftáreldar) démontrent que même les éruptions effusives et de type fissure peuvent avoir d'énormes impacts climatiques et humains. De juin 1783 à février 1784, le système de fissure de Laki a éclaté, libérant environ 120 mégatonnes de dioxyde de soufre, comparables à Tambora, mais principalement dans la basse atmosphère (troposphère). Les aérosols de sulfates en résultant ont causé un brouillard sec sévère, décrit en Europe comme une brume bleue qui a bloqué la lumière du soleil.

Au-delà du refroidissement, les niveaux élevés de SO2 et d'autres gaz volcaniques ont provoqué des pluies acides, des fluoroses chez les animaux de ferme (qui affaiblissent les os) et des problèmes respiratoires chez l'homme. Les taux de mortalité ont augmenté en Angleterre et en France pendant l'hiver de 1783-1784, en partie attribuables à la brume volcanique.

L'éruption du mont Pinatubo en 1991 : un cas d'essai moderne

L'éruption du mont Pinatubo aux Philippines en juin 1991 a été le deuxième événement volcanique du XXe siècle (après Novarupta en 1912) et l'éruption la plus surveillée en termes d'effets climatiques. Pinatubo a libéré environ 20 mégatonnes de dioxyde de soufre dans la stratosphère, formant une couche d'aérosols globale qui a réduit d'environ 10 % le rayonnement solaire à la surface de la Terre et a fait chuter de 0,5 °C les températures moyennes mondiales en 1992-1993. Des scientifiques de la NASA et d'autres organismes ont suivi le nuage d'aérosols pendant des années à l'aide d'instruments satellites, fournissant une image détaillée de sa formation, de sa dispersion et de sa décomposition.

Autres éruptions notables: Krakatoa, El Chichón et Huaynaputina

L'éruption de 1883 de Krakatoa en Indonésie a produit des couchers de soleil spectaculaires pendant des années et a provoqué une chute de 0,5 °C des températures mondiales, bien que son impact climatique ait été plus court que celui de Tambora. L'éruption de 1982 d'El Chichón au Mexique a injecté 7 mégatons de SO2 dans la stratosphère et a contribué au refroidissement global, bien qu'elle ait été éclipsée par l'événement Pinatubo beaucoup plus grand. L'éruption de 1600 de Huaynaputina au Pérou (VEI 6) est liée à une période froide à travers l'hémisphère Nord qui a contribué à la famine russe de 1601 à 1603. Ces exemples montrent collectivement que les éruptions des volcans tropicaux ou de haute latitude peuvent perturber le climat, mais l'ampleur et la persistance de l'effet dépendent du style éruption, de la hauteur de l'injection, de la latitude et de l'état climatique de fond.

Effets à long terme du climat : des décennies à l'heure géologique

Refroidissement pluriannuel et modèles météorologiques anomaux

Bien que l'effet le plus connu des éruptions volcaniques soit un refroidissement global transitoire qui dure de un à trois ans, des recherches récentes ont révélé que des événements plus importants peuvent déclencher des réactions atmosphériques et océaniques à long terme. Par exemple, le refroidissement de Tambora a persisté dans certaines régions pendant jusqu'à cinq ans, en partie parce que le gradient de température modifié entre les modes de circulation atmosphérique terrestre et océanique a changé comme l'oscillation de l'Atlantique Nord (OAN) et la mousson asiatique.

Eruptions volcaniques et âges de glace passés

Les traînées sibériennes (il y a environ 252 millions d'années) et les traînées de déccan (il y a environ 66 millions d'années) sont des exemples classiques. Les traînées sibériennes ont éclaté pendant environ 1 million d'années et ont libéré d'énormes volumes de dioxyde de soufre, de dioxyde de carbone et d'halocarbures. Elles sont fortement impliquées comme la principale cause de l'extinction permienne-triassique, la plus grave extinction massive de l'histoire de la Terre. Le refroidissement initial du SO2 a été suivi d'un réchauffement à long terme du CO2, de l'acidification des océans et de l'appauvrissement de l'ozone, une combinaison qui a conduit les écosystèmes à s'effondrer. Comprendre ces événements anciens aide les scientifiques à mettre en perspective l'activité volcanique moderne : alors qu'une seule éruption à l'échelle de Tambora est un blip en temps géologique, le volcanisme soutenu peut remodeler tout le climat planétaire.

La circulation méridiene de l'Atlantique (AMOC) et les orgues froides volcaniques

Des études récentes ont suggéré qu'un groupe de plusieurs grandes éruptions en une courte période (p. ex. 536, 540 et 547 AD) pourrait potentiellement pousser le système climatique à passer un point de basculement. Par exemple, une impulsion soutenue de forçage volcanique pourrait affaiblir la circulation de la mer méridiene atlantique (AMOC)[, le système de courant océanique qui transporte de l'eau chaude vers le nord. Un AMOC plus faible amplifierait le refroidissement dans la région de l'Atlantique Nord, ce qui pourrait entraîner des changements dans les trajectoires de tempête, l'expansion de la glace de mer et des périodes froides prolongées en Europe.

Conséquences modernes : Volcans et changements climatiques

Contribution volcanique à la variabilité climatique actuelle

Dans le contexte du réchauffement climatique anthropique, les éruptions volcaniques peuvent fournir un répit temporaire de la hausse des températures.L'éruption Pinatubo de 1991 a causé une baisse mesurable de la tendance au réchauffement climatique depuis environ deux ans. Certains chercheurs ont émis l'hypothèse qu'une éruption importante pourrait masquer une partie du réchauffement causé par l'homme pendant une courte période, mais cet effet est éphémère et ne traite pas du problème sous-jacent de l'accumulation de gaz à effet de serre.

Émissions volcaniques par rapport aux émissions humaines

Il est important de noter que les volcans ne contribuent pas de façon significative à l'augmentation actuelle du CO2 atmosphérique. Les activités humaines émettent environ 35 milliards de tonnes de CO2 chaque année, tandis que les émissions volcaniques mondiales de CO2 sont estimées à environ 0,2 à 0,5 milliard de tonnes par an, soit moins de 1,5 % des émissions anthropiques. Même une éruption majeure comme Pinatubo n'a ajouté que 0,05 gigaton de CO2, négligeable par rapport à la production humaine annuelle.

Géo-ingénierie et analyse volcanique

La façon dont les éruptions volcaniques refroidissent la planète en injectant des aérosols dans la stratosphère a inspiré les propositions d'injection d'aérosols stratosphériques (SAI) comme forme de géoingénierie solaire pour contrer le réchauffement climatique. Les promoteurs soutiennent que l'effet d'une éruption à l'échelle de Pinatubo pourrait gagner du temps tandis que les sociétés réduisent les émissions. Cependant, les événements volcaniques révèlent également les risques : refroidissement inégal, perturbation de la mousson, appauvrissement de l'ozone et impacts régionaux incertains.

Surveillance et préparation

Étant donné la possibilité de nouvelles éruptions importantes pour perturber le climat et la société, une surveillance proactive est essentielle.Des organisations comme le Smithsonian Institution=S Global Volcanism Program[ et le U.S. Geological Survey=S Volcan Hazards Program[ suivent l'activité volcanique dans le monde entier et des missions satellitaires telles que NASA=S Ozone Monitoring Instrument (OMI)[ et le Copernicus Sentinel-5P satellite mesurent les émissions de SO2 en temps quasi réel.Ces efforts de surveillance aident les scientifiques à prévoir les éruptions, la dispersion des aérosols et avertissent les gouvernements des impacts potentiels sur le climat et la santé.

Conclusion

Depuis l'année sans été en 1816 jusqu'au mystérieux ralentissement climatique de 536 après JC, du brouillard mortel de Laki jusqu'à l'étalonnage moderne fourni par Pinatubo, chaque événement offre une fenêtre sur les interactions complexes entre l'intérieur de la Terre et son atmosphère. La science est claire : l'injection de dioxyde de soufre dans la stratosphère conduit au refroidissement mondial, à des modifications des modes de circulation et à l'appauvrissement potentiel de l'ozone.Ces effets peuvent durer plusieurs années et, dans de rares grappes, déclencher des anomalies climatiques à plus long terme.

Ressources externes : Pour plus de détails, voir le USGS Volcan Hazards Program : How Volcanes Influence Climate[, le NASA Earth Observatory: Volcanes and Climate[, le Smithsonian Institution Global Volcanism Program[], et le NOAA Paleoclimatology: Volcanic Impacts.