Les éruptions volcaniques peuvent avoir un effet massif sur le climat de la Terre. Les cendres et les gaz volcaniques de l’éruption du mont Tambora, en Indonésie, en 1815, par exemple, ont contribué à ce que 1816 soit « l’année sans été », avec des mauvaises récoltes et des famines dans l’hémisphère Nord. En 1991, l’éruption du mont Pinatubo aux Philippines a refroidi le climat pendant environ 3 ans.
De grandes éruptions volcaniques comme Tambora et Pinatubo envoient des panaches de cendres et de gaz dans l’atmosphère. Les aérosols de sulfate de ces panaches dispersent la lumière du soleil, en réfléchissant une partie dans l’espace. Cette diffusion réchauffe la stratosphère mais refroidit la troposphère (la couche la plus basse de l’atmosphère terrestre) et la surface de la Terre.
» Ce qui compte vraiment, c’est de savoir si ceux-ci sont injectés dans la stratosphère. »
Maintenant, de nouvelles recherches publiées dans Nature Communications ont révélé que le changement climatique pourrait augmenter l’effet de refroidissement de grandes éruptions comme celles-ci, qui se produisent généralement plusieurs fois par siècle. L’étude a également révélé, cependant, que les effets de refroidissement des éruptions plus petites et plus fréquentes pourraient être considérablement réduits.
« Ce qui compte vraiment, c’est de savoir si ceux—ci sont injectés dans la stratosphère – c’est-à-dire au-dessus de 16 kilomètres sous les tropiques dans les conditions climatiques actuelles et plus près de 10 kilomètres aux hautes latitudes », a expliqué Thomas Aubry, géophysicien à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni et auteur principal de la nouvelle étude. « S’ils sont injectés à ces altitudes, ils peuvent rester dans l’atmosphère pendant quelques années. S’ils sont injectés à des altitudes plus basses, ils vont essentiellement être emportés par les précipitations dans la troposphère. L’effet climatique ne durera que quelques semaines. »
La puissance d’une éruption volcanique influence l’altitude à laquelle les gaz pénètrent dans l’atmosphère, les éruptions plus fortes injectant plus d’aérosols dans la stratosphère. La flottabilité des gaz contribue également à l’élévation à laquelle ils se déposent dans l’atmosphère. Le changement climatique pourrait affecter cette flottabilité: à mesure que l’atmosphère se réchauffe, elle devient moins dense, augmentant l’altitude à laquelle les aérosols atteignent une flottabilité neutre.
Modélisation du mont Pinatubo
Aubry et ses collègues ont utilisé des modèles de panaches climatiques et volcaniques pour simuler ce qui arrive aux aérosols émis par une éruption volcanique dans le climat actuel et comment cela pourrait changer d’ici la fin du siècle avec le réchauffement climatique continu. Dans leurs modèles, toutes les éruptions se sont produites au mont Pinatubo.
Ils ont constaté que pour les éruptions de magnitude modérée, la hauteur à laquelle les aérosols de sulfate se déposent dans l’atmosphère restait la même dans un climat plus chaud. Mais l’effet de refroidissement de telles éruptions a été réduit d’environ 75%. Cet écart a moins à voir avec les émissions volcaniques qu’avec l’atmosphère: la hauteur de la stratosphère devrait augmenter avec le changement climatique. Les aérosols provenant d’éruptions volcaniques modérées seront donc plus susceptibles de rester dans la troposphère et d’être éliminés par la pluie, ce qui réduira leur puissance.
Les panaches volcaniques s’élèveront environ 1,5 kilomètre plus haut dans la stratosphère sous un climat plus chaud.
Pour les grandes éruptions, les modèles ont indiqué que les panaches volcaniques s’élèveront d’environ 1,5 kilomètre plus haut dans la stratosphère sous un climat plus chaud. Ce changement d’altitude entraînera une propagation plus rapide des aérosols dans le monde entier. Cette augmentation de la propagation des aérosols est principalement due à une accélération prévue de la circulation de Brewer-Dobson, qui déplace l’air de la troposphère vers le haut dans la stratosphère, puis vers les pôles. Le changement de circulation du brasseur-Dobson est associé au changement climatique.
En plus d’améliorer l’effet de refroidissement global des aérosols, l’augmentation de la propagation des aérosols réduit la vitesse à laquelle les particules de sulfate se heurtent et se développent. Cela augmente encore leur effet de refroidissement en leur permettant de mieux réfléchir la lumière du soleil.
« Il y a un point faible en termes de taille de ces particules minuscules et brillantes où elles sont très efficaces pour disperser la lumière du soleil », a expliqué Anja Schmidt, scientifique de l’atmosphère à l’Université de Cambridge et coauteure de l’article. « Il se trouve que dans ce scénario de réchauffement climatique simulé, ces particules se développent près de la taille où elles sont très efficaces en termes de diffusion. »
« Nous constatons que le forçage radiatif (la quantité d’énergie retirée du système planétaire par l’aérosol volcanique) serait 30% plus important dans le climat chaud, par rapport au climat actuel », a déclaré Aubry. « Ensuite, nous suggérons que cela amplifierait le refroidissement de surface de 15%. »
Stefan Brönnimann, climatologue à l’Université de Berne qui n’a pas participé à la nouvelle recherche, a déclaré que l’étude était intéressante car « elle nous fait réfléchir sur les processus impliqués d’une manière nouvelle. »
Brönnimann a cependant noté que les simulations limitaient leurs modèles aux éruptions du mont Pinatubo en été. Il serait intéressant de voir si les conclusions tiennent toujours pour les éruptions à différentes latitudes et à différentes saisons, a-t-il déclaré.
Une Stratosphère changeante
Il est difficile de dire si le refroidissement amplifié des grandes éruptions volcaniques ou la diminution du refroidissement des petites éruptions auront un effet net sur le climat, a déclaré Aubry.
Schmidt a déclaré que les augmentations actuelles de la fréquence et de l’intensité des feux de forêt pourraient également modifier les effets climatiques des éruptions volcaniques car elles affectent la composition de la stratosphère. « Il y a vraiment beaucoup de pollution par aérosols dans la stratosphère, probablement à une échelle que nous n’avons jamais vue auparavant. »
— Michael Allen ([email protected] ), Écrivain scientifique
Citation:
Allen, M. (2021), Le changement climatique modifiera les effets de refroidissement des éruptions volcaniques, Eos, 102, https://doi.org/10.1029/2021EO163297. Publié le 20 septembre 2021.