Une nouvelle analyse des nuages de cendres créés par de grandes éruptions volcaniques montre que les effets de refroidissement temporaires sont modifiés à mesure que l’environnement devient plus chaud.
Le 15 juin 1991, le volcan du mont Pinatubo aux Philippines est entré en éruption avec une explosion cataclysmique si violente que le volcan s’est effondré sur lui-même. Son nuage de gaz et de cendres a atteint environ 40 km dans les airs, et dans les semaines qui ont suivi, le nuage est entré dans la stratosphère et s’est répandu autour du globe. Au cours de l’année suivante, la température mondiale moyenne a chuté d’environ 0,5 degré Celsius.
Un volcan est une ouverture dans la croûte terrestre qui permet à la roche chaude en fusion de s’échapper à la surface. Il permet également au gaz et aux cendres de s’échapper de l’intérieur à haute température de la terre.
Les éruptions volcaniques jouent un rôle important dans le refroidissement de la planète. Les gaz soufrés des panaches volcaniques se combinent avec d’autres gaz dans l’atmosphère, et ces aérosols dispersent le rayonnement solaire, le reflétant dans l’espace. Mais les scientifiques craignent que le changement climatique ne rende les éruptions moins efficaces pour réduire les températures mondiales. Cette boucle de rétroaction, dans laquelle le changement climatique pourrait entraver ou amplifier la capacité des éruptions volcaniques à lutter contre la hausse des températures, n’est actuellement pas incluse dans les scénarios climatiques futurs.
La VOLCPRO projet a entrepris d’étudier deux types différents d’éruptions pour voir si le réchauffement global compromettrait leur effet de refroidissement.
Thomas Aubry, chercheur à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni et boursier Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) sur VOLCPRO, s’est demandé si une éruption comme le mont Pinatubo aurait eu le même effet de refroidissement si elle s’était produite cent ans plus tard dans un monde où l’augmentation de la température mondiale, due aux effets du changement climatique, se poursuit sans contrôle.
Éruption de haute intensité
Le premier type d’éruption, similaire au mont Pinatubo, est connu comme une éruption de haute intensité. Ce type émet des panaches de cendres et de particules qui atteignent 25 km ou plus dans l’atmosphère et contiennent des milliards de tonnes de gaz sulfureux. Relativement rare, une éruption de ce type puissant se produit toutes les quelques décennies – le mont Pinatubo était l’une des plus grandes éruptions que le monde ait connues depuis un siècle.
Le deuxième type est plus petit, mais plus fréquent. « Nous nous demandions comment le changement climatique affectera ces deux différents types d’éruptions, les petites par rapport aux grandes », a déclaré Aubry.
L’équipe VOLCPRO a modélisé des éruptions historiques montrant leur influence sur le climat, puis a simulé ce qui se passerait si ces mêmes éruptions se produisaient à l’avenir, lorsque le climat a changé et que les températures mondiales sont plus chaudes.
Leurs simulations s’appuyaient sur Modèle climatique avancé du Met Office britannique. « À l’intérieur de ce modèle (UK Met Office), nous avons ajouté un autre modèle qui peut simuler la montée d’un panache volcanique et la hauteur de cette colonne volcanique en fonction, par exemple, des conditions de vent pendant le jour de l’éruption ou de la température dans l’atmosphère. le jour, et ainsi de suite », a déclaré Aubry.
Pour les grandes éruptions, ils ont constaté que le refroidissement serait amplifié par le réchauffement climatique, « ce qui est plutôt une bonne nouvelle », a déclaré Aubry. « Plus de réchauffement climatique, plus de refroidissement volcanique. »
Dans une atmosphère plus chaude, les panaches d’éruptions de haute intensité monteront encore plus haut, permettant aux minuscules particules volcaniques de voyager plus loin. Cette brume d’aérosols couvrira une zone plus large, reflétant plus de rayonnement solaire et amplifiant l’effet de refroidissement temporaire de ces volcans.
L’inverse était vrai pour les éruptions volcaniques plus petites et plus fréquentes. Dans ces cas, les températures plus chaudes ont contrecarré les effets de refroidissement des éruptions.
Cependant, avant de faire pression pour que leurs découvertes soient incluses dans les projections des scientifiques sur le changement climatique mondial, Aubry souhaite étudier d’autres volcans et d’autres modèles pour renforcer leurs résultats.
VOLCPRO s’est concentré sur les volcans tropicaux, car les éruptions autour de l’équateur ont tendance à affecter le climat à l’échelle mondiale car les particules volcaniques se propagent facilement aux deux hémisphères. En incluant des volcans plus proches des pôles, les chercheurs pourront déterminer comment d’autres éruptions réagissent à des températures plus élevées. Ils souhaitent également inclure davantage de modèles climatiques, pas seulement ceux du Royaume-Uni, pour s’assurer que leurs conclusions sont solides.
Cendre volcanique
Pendant ce temps, Elena Maters, une ancienne boursière MSCA désormais basée à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni, s’efforce de comprendre ce qu’il advient des cendres volcaniques dans l’atmosphère et comment elles influencent la formation des nuages et, finalement, le climat.
Les cendres volcaniques favorisent la formation de glace dans l’atmosphère, qui remplace finalement l’eau dans les nuages. Les nuages sont l’un des plus grands points d’interrogation dans la recherche sur le climat, et plus nous comprenons comment ils se forment et se comportent, plus nos modèles sont précis.
« L’hypothèse courante est que l’eau liquide se transformera en glace en dessous de zéro (degrés) », a expliqué Maters. Ce n’est pas toujours le cas et de petites gouttelettes peuvent rester sous forme liquide jusqu’à environ moins 35 degrés Celsius. Mais les particules dans l’atmosphère créent « des surfaces catalytiques qui permettent aux molécules d’eau de former plus facilement un cristal de glace ».
La poussière minérale, provenant du sable provenant des régions désertiques du monde entier telles que les déserts du Sahara et de Gobi, est la principale source de particules solides dans l’atmosphère. Cependant, il existe de nombreuses autres sources, y compris les cendres volcaniques.
La INoVA Le projet visait à déterminer dans quelle mesure les cendres volcaniques contribuent à la formation de glace.
« En moyenne annuelle, il y a environ 10 fois moins de cendres volcaniques (que de poussière minérale) dans l’atmosphère », a déclaré Maters. « Mais vous pouvez avoir de grandes éruptions qui peuvent rapidement, en quelques heures ou quelques jours, libérer d’énormes quantités de particules, et cela a été négligé dans de nombreuses modélisations climatiques et même dans les cas qui examinent les impacts des volcans. »
Formation de glace
Dans le cadre d’INoVA, Maters et ses collègues ont étudié l’efficacité des cendres volcaniques dans la promotion de la formation de glace. Ils ont comparé cela à la poussière minérale omniprésente, en testant pour voir quels types étaient les plus efficaces.
Les cendres volcaniques sont principalement constituées de verre, avec une pincée de minéraux comme les feldspaths et les oxydes de fer. La composition des cendres dépend de la composition du magma qui s’écoule en dessous et de la vitesse à laquelle il est éjecté de manière explosive du volcan, entre autres choses.
Des études antérieures n’ont comparé qu’une poignée de types de cendres, a déclaré Maters, dont les recherches se concentrent sur la réactivité et la chimie des cendres volcaniques. « Vous ne pouvez pas mesurer deux ou trois échantillons, puis tirer une conclusion pour toutes les cendres volcaniques et les éruptions volcaniques dans le monde. Ils varient énormément dans la composition du verre, la proportion de verre par rapport aux minéraux, les types de minéraux, et donc les expériences que j’ai faites. essayaient d’aller au fond de la gamme d’efficacité des cendres volcaniques provenant de différents types d’éruptions », a-t-elle déclaré.
Maters a pris neuf échantillons de cendres avec une gamme de compositions et les a utilisés pour créer neuf échantillons synthétiques par fusion et refroidissement rapide. Elle a comparé ces 18 échantillons pour identifier les propriétés qui rendent les cendres volcaniques plus actives dans la création de glace. Dans une autre étude avec un groupe de l’Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne, Maters et ses collègues ont analysé 15 autres échantillons volcaniques pour identifier leurs propriétés de fabrication de glace.
Elle a suggéré que le composant le plus actif sur la glace dans les cendres volcaniques est le feldspath alcalin, un minéral composé d’aluminium, de silicium et d’oxygène que l’on trouve couramment dans la croûte terrestre. « Maintenant, ayant cette compréhension des minéraux contenus dans les cendres qui sont bons pour nucléer (former) de la glace », a déclaré Maters, « vous pourriez être en mesure de prédire quand un volcan entre en éruption si ce volcan, en fonction de sa composition magmatique, pourrait produire de la glace active. cendre. »
Alors que son travail était auparavant très basé sur le laboratoire, la pandémie de COVID l’a forcée à devenir mannequin, a-t-elle plaisanté. Elle enquête actuellement sur les éruptions volcaniques Eyjafjallajökull de 2010 en Islande pour voir comment cela a introduit des particules formant de la glace dans l’atmosphère, et comment ces particules se comparent à l’abondance de poussière minérale.
L’étude examinera comment la cendre volcanique joue un rôle dans la formation de la glace lorsque nous la branchons réellement dans l’atmosphère. Il le comparera à d’autres types de particules, comme la poussière minérale, et posera la question : « Est-ce important ? »
Au fur et à mesure que de meilleurs modèles climatiques sont développés, « c’est une preuve de concept pour démontrer que les éruptions explosives pourraient être importantes à inclure », a déclaré Maters.
Fourni par Horizon : le magazine européen de la recherche et de l’innovation