Une nouvelle simulation climatique de la NASA suggère que des éruptions volcaniques extrêmement importantes appelées « éruptions de basalte d’inondation » pourraient considérablement réchauffer le climat de la Terre et dévaster la couche d’ozone qui protège la vie des rayons ultraviolets du soleil.
Le résultat contredit les études précédentes indiquant que ces volcans refroidissent le climat. Cela suggère également que si de vastes éruptions de basalte sur Mars et Vénus ont peut-être contribué à réchauffer leurs climats, elles pourraient avoir condamné l’habitabilité à long terme de ces mondes en contribuant à la perte d’eau.
Contrairement aux éruptions volcaniques brèves et explosives telles que Pinatubo ou Hunga Tonga-Hunga Ha’apai de janvier qui se produisent sur des heures ou des jours, les basaltes inondés sont des régions avec une série d’épisodes éruptifs pouvant durer peut-être des siècles chacun et se produisant sur des périodes de centaines de milliers d’années. , parfois même plus longtemps. Certains se sont produits à peu près au même moment que des événements d’extinction de masse, et beaucoup sont associés à des périodes extrêmement chaudes de l’histoire de la Terre. Ils semblent également avoir été communs sur d’autres mondes terrestres de notre système solaire, tels que Mars et Vénus.
« Nous nous attendions à un refroidissement intense dans nos simulations », a déclaré Scott Guzewich du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. « Cependant, nous avons constaté qu’une brève période de refroidissement était submergée par un effet de réchauffement. » Guzewich est l’auteur principal d’un article sur cette recherche publié le 1er février dans Lettres de recherche géophysique.
Bien que la perte d’ozone n’ait pas été une surprise, les simulations ont indiqué l’ampleur potentielle de la destruction, « une réduction d’environ deux tiers par rapport aux valeurs moyennes mondiales, à peu près équivalente à l’ensemble de la planète ayant un amincissement de la couche d’ozone comparable à un grave trou d’ozone dans l’Antarctique », a déclaré Guzewich.
Une nouvelle simulation climatique de la NASA suggère que des éruptions volcaniques extrêmement importantes appelées « éruptions de basalte d’inondation » pourraient considérablement réchauffer le climat de la Terre et dévaster la couche d’ozone qui protège la vie des rayons ultraviolets du soleil. Crédit : NASA/GSFC/James Tralie
Les chercheurs ont utilisé le modèle chimique et climatique du système d’observation de la Terre Goddard pour simuler une phase de quatre ans de l’éruption du basalte du fleuve Columbia (CRB) qui s’est produite il y a entre 15 et 17 millions d’années dans le nord-ouest du Pacifique des États-Unis. Le modèle a calculé les effets de l’éruption sur la troposphère, la couche la plus basse turbulente de l’atmosphère avec la majeure partie de la vapeur d’eau et du temps, et la stratosphère, la couche suivante de l’atmosphère qui est principalement sèche et calme. Les éruptions CRB étaient probablement un mélange d’événements explosifs qui ont envoyé des matériaux haut dans la haute troposphère et la basse stratosphère (environ 8 à 10,5 miles ou 13 à 17 kilomètres d’altitude) et des éruptions effusives qui ne se sont pas étendues au-dessus de 1,9 miles (environ 3 kilomètres) d’altitude. La simulation supposait que des événements explosifs se produisaient quatre fois par an et libéraient environ 80% du dioxyde de soufre gazeux de l’éruption. Ils ont constaté qu’à l’échelle mondiale, il y avait un refroidissement net pendant environ deux ans avant que le réchauffement ne submerge l’effet de refroidissement. « Le réchauffement persiste pendant environ 15 ans (les deux dernières années de l’éruption, puis encore 13 ans environ) », a déclaré Guzewich.
La nouvelle simulation est la plus complète jamais réalisée pour les éruptions de basalte et intègre les effets de la chimie atmosphérique et de la dynamique climatique les uns sur les autres, révélant un mécanisme de rétroaction important que les simulations précédentes avaient manqué.
« Des éruptions comme celle que nous avons simulée émettraient des quantités massives de dioxyde de soufre », a déclaré Guzewich. « La chimie dans l’atmosphère convertit rapidement ces molécules de gaz en aérosols de sulfate solide. Ces aérosols réfléchissent la lumière solaire visible, ce qui provoque l’effet de refroidissement initial, mais absorbent également le rayonnement infrarouge, qui réchauffe l’atmosphère en altitude dans la haute troposphère et la basse stratosphère. Réchauffer cette région de l’atmosphère permet à la vapeur d’eau (qui est normalement confinée près de la surface) de se mélanger à la stratosphère (qui est normalement très sèche). Nous constatons une augmentation de 10 000 % de la vapeur d’eau stratosphérique. La vapeur d’eau est un gaz à effet de serre très efficace, et elle émet un rayonnement infrarouge qui réchauffe la surface de la planète. »
L’afflux prévu de vapeur d’eau dans la stratosphère contribue également à expliquer la gravité de l’appauvrissement de la couche d’ozone. « L’appauvrissement de la couche d’ozone se produit de différentes manières », a déclaré Guzewich. « Après l’éruption, la circulation de la stratosphère change de manière à décourager la formation d’ozone. Deuxièmement, toute cette eau dans la stratosphère aide également à détruire l’ozone avec le radical hydroxyle (OH). »
Les basaltes d’inondation libèrent également du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre également, mais ils ne semblent pas en émettre suffisamment pour provoquer le réchauffement extrême associé à certaines éruptions. Le réchauffement excessif de la vapeur d’eau stratosphérique pourrait fournir une explication.
Bien que Mars et Vénus aient pu avoir des océans d’eau dans un passé lointain, les deux sont actuellement très secs. Les scientifiques étudient comment ces mondes ont perdu la majeure partie de leur eau pour devenir inhospitaliers à la vie. Si l’afflux de vapeur d’eau dans la haute atmosphère prédit par la simulation est réaliste, un volcanisme d’inondation important pourrait avoir contribué à leur destin aride. Lorsque la vapeur d’eau est élevée dans l’atmosphère, elle devient susceptible d’être brisée par la lumière du soleil et les atomes d’hydrogène légers des molécules d’eau peuvent s’échapper dans l’espace (l’eau est constituée de deux atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène). S’il est maintenu sur de longues périodes, cela pourrait épuiser les océans.
Scott D. Guzewich et al, Volcanic Climate Warming Through Radiative and Dynamical Feedbacks of SO 2 Emissions, Lettres de recherche géophysique (2022). DOI : 10.1029/2021GL096612