Impact des éruptions volcaniques sur la couche d’ozone stratosphérique
Une étude pluridisciplinaire menée par des chercheurs de l’Institut des sciences de la Terre d’Orléans (ISTO/OSUC, CNRS / Université d’Orléans / BRGM), du Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (LATMOS/IPSL - CNRS / UVSQ / UPMC / CNES), de l’Université de Cambridge (UK) et du Laboratoire magmas et volcans (LMV/OPGC, CNRS / Université Blaise Pascal / IRD / Université Jean Monnet) démontre que, contrairement à ce qu’avait laissé supposer l’éruption du Pinatubo de 1991, les halogènes (chlore, brome) gazeux d’origine volcanique sont capables de causer un appauvrissement conséquent de l’ozone stratosphérique, un gaz important dans l’équilibre radiatif de l’atmosphère, à l’échelle globale. Ce résultat suggère que les grandes éruptions volcaniques pourraient impacter le climat non seulement à travers les émissions de soufre mais aussi les émissions d’halogènes.
L’ozone est un gaz dont la présence dans la stratosphère (haute atmosphère ( 1 ) où se situe la "couche d’ozone") est indispensable à la vie sur Terre car l’ozone stratosphérique est capable de filtrer les rayons UV nocifs émis par le soleil. Un appauvrissement de cet ozone stratosphérique peut ainsi avoir un impact significatif sur la santé humaine et les écosystèmes ainsi que sur le climat.
Certains composés halogénés d’origine anthropique (de la famille des chlorofluorocarbures ou des halons par exemple) ont été identifiés comme étant responsables de la destruction de la couche d'ozone. Sous l’effet des rayons UV solaires, ces composés se fragmentent dans la stratosphère et libèrent des halogènes gazeux (chlore, brome) qui accélèrent fortement la destruction de l’ozone. Si le rôle de ces halogènes d’origine anthropique a été clairement établi, celui des halogènes naturels issus du dégazage volcanique a longtemps été considéré comme négligeable. On pensait en effet jusqu’à récemment que les halogènes volcaniques comme le chlore et le brome étaient capturés dans la troposphère (basse atmosphère) par les hydrométéores (
2
) et ne pouvaient donc atteindre la stratosphère.
Les observations réalisées suite à la plus grande éruption volcanique observée par satellite, l’éruption plinienne du Mont Pinatubo (Philippines) en 1991 ont conforté cette idée. En effet, bien que la colonne éruptive ait atteint 25-30 km d’altitude (bien au-delà de la troposphère) et que les satellites aient permis d’observer un appauvrissement transitoire de l’ozone global de l’ordre de 5 %, les mesures atmosphériques réalisées après l’éruption ont montré que le niveau de chlore dans la stratosphère n’avait pas augmenté significativement. Il a donc été conclu que la grande majorité des halogènes gazeux issus de l’éruption n’avaient pas atteint la stratosphère et ne pouvaient donc être impliqués dans l’appauvrissement de l’ozone global.
Néanmoins, l’éruption du Pinatubo est un cas bien particulier :
- les études pétrologiques des roches volcaniques produites ont montré que "seulement" 3 mégatonnes de chlore auraient été relâchées lors de l’éruption, ce qui est peu comparé à d’autres éruptions connues ;
- le typhon Yunya, qui est passé assez près du mont Pinatubo au moment de l’éruption, a très bien pu lessiver efficacement le chlore du panache volcanique ;
- les grandes quantités d’aérosols soufrés injectées dans la stratosphère lors de cette éruption ont favorisé la destruction d’ozone par les composés halogénés d’origine anthropique dont la stratosphère était encore, en 1991, particulièrement chargée.
Alors qu’en est-il au juste ?
Des études récentes ont montré que la fraction d’halogènes volcaniques pouvant atteindre la stratosphère pouvait aller jusqu’à 25 % d’après les modélisations et même au-delà d’après certaines observations, ce qui est bien supérieur à ce qui avait été suggéré jusque là. Ces résultats suggéraient que les halogènes d’origine volcanique pourraient jouer un rôle significatif dans la chimie de la stratosphère.
Des chercheurs d’une équipe pluridisciplinaire franco-britannique ont étudié le cas bien documenté de l’éruption minoenne du volcan Santorin (Grèce), une des éruptions majeure des derniers 5000 ans. Elle a déchargé 40 à 60 km3 de magma et a éjecté cendres et gaz jusqu’à environ 36 km d’altitude.
|
|
Vue aérienne de la caldera (~ 60 km2) créée par l’éruption minoenne du Santorin, il y a environ 3600 ans. Les deux îles situées au centre de la caldera (Palea et Nea Kameni) sont les produits de l’activité volcanique qui s’est développée ultérieurement.
|
A partir des données précédemment acquises sur les teneurs en volatils du magma minoen, les chercheurs ont déterminé les masses respectives des gaz climatiquement actifs (soufre, chlore, fluor, brome) relâchés lors de l’éruption. Ils ont ensuite simulé l’impact de ces gaz sur la composition chimique de la stratosphère à l’échelle globale à l’aide d’un modèle numérique de chimie-transport atmosphérique.
De ces simulations, il ressort que même si seulement 2 % des halogènes émis par l’éruption atteignent la stratosphère, il en résulte un fort appauvrissement de l’ozone stratosphérique (de 20 à plus de 90 % dans l’hémisphère nord) qui met ensuite environ 10 ans pour revenir à sa concentration normale.
En modélisant l’impact d’halogènes volcaniques à une période pré-industrielle, les chercheurs soulignent leur rôle important sur la chimie d’une stratosphère dépourvue d’halogènes organiques issus de l’activité humaine. Les halogènes volcaniques devraient donc être pris en compte dans la reconstitution des impacts des éruptions passées sur l’ozone, les écosystèmes et le climat, mais aussi dans la modélisation de l’évolution future de la couche d’ozone puisque des éruptions de plus faible ampleur que la minoenne mais plus fréquentes pourraient perturber la restauration en cours de la couche d’ozone.
|
|
Pourcentage d’appauvrissement de l’ozone stratosphérique calculé par le modèle, en fonction du temps (années depuis l’éruption) et de la latitude, dans le cas d’un scénario de dégazage minimal (a) et maximal (b), en considérant que 2 % seulement des halogènes volcaniques émis atteignent la stratosphère. La croix noire indique la localisation du volcan Santorin.
|
Ce travail a été réalisé dans le cadre du, et partiellement financé par, le projet du Laboratoire d’excellence VOLTAIRE intitulé : "Le milieu stratosphérique ouvert : impact des feux de biomasse et du volcanisme sur l’ozone et le changement global ; bilan et tendance des halogènes". La modélisation numérique a été partiellement financée par le projet européen StratoClim.
Notes :
- La limite basse de la stratosphère est à environ 18 km d’altitude aux tropiques et 8 km d’altitude dans les régions polaires.
- On désigne sous le terme d’hydrométéore toutes les formes sous lesquelles se présente l'eau dans l'atmosphère : la pluie, la neige, la grêle, le brouillard, la rosée, le givre…
Références :
Stratospheric Ozone destruction by the Bronze-Age Minoan eruption (Santorini Volcano, Greece) . Anita Cadoux, Bruno Scaillet, Slimane Bekki, Clive Oppenheimer, Timothy H. Druitt. Nature, Scientific Reports, 5, 12243; doi: 10.1038/srep12243 (2015).
Contact(s):
Slimane Bekki , LATMOS/OVSQ, Tél : 01 44 27 84 43
Anita Cadoux , ISTO/OSUC, Tél : 01 64 92 20 69
Source : INSU