Le volcan Turrialba est actif dans le centre du Costa Rica en mars, 2012. Crédit :Simon Carn / Université technologique du Michigan
Les volcans éclatent, ils crachent des cendres, leurs flancs marqués courent parfois à la fois avec de la lave et des glissements de terrain. Mais seulement occasionnellement. Un processus moins dramatique mais important est celui des émissions continues de gaz des volcans; en d'autres termes, comme ils expirent. Un certain nombre de volcans dans le monde exhalent en permanence de la vapeur d'eau chargée de métaux lourds, gaz carbonique, sulfure d'hydrogène et dioxyde de soufre, parmi de nombreux autres gaz. Parmi ceux-ci, le dioxyde de soufre est le plus facile à détecter depuis l'espace.
Dans une nouvelle étude publiée dans Rapports scientifiques cette semaine, une équipe dirigée par des chercheurs de la Michigan Technological University a créé le premier, inventaire véritablement mondial des émissions de dioxyde de soufre volcanique, en utilisant les données de l'instrument de surveillance de l'ozone néerlando-finlandais sur le satellite Aura du système d'observation de la Terre de la NASA lancé en 2004. Ils ont compilé les données d'émissions de 2005 à 2015 pour produire des estimations annuelles pour chacun des 91 volcans actuellement émetteurs dans le monde. L'ensemble de données aidera à affiner les modèles de chimie du climat et de l'atmosphère et à mieux comprendre les risques pour la santé humaine et environnementale.
"Beaucoup de gens ne réalisent peut-être pas que les volcans libèrent en permanence des quantités assez importantes de gaz, et peut le faire pendant des décennies voire des siècles, " dit le volcanologue Simon Carn, professeur agrégé à Michigan Tech à Houghton, Michigan, et l'auteur principal de la nouvelle étude. « Parce que les émissions quotidiennes sont inférieures à celles d'une grande éruption, l'effet d'un seul panache peut ne pas sembler perceptible, mais l'effet cumulatif de tous les volcans peut être important. En réalité, en moyenne, les volcans libèrent la plupart de leur gaz lorsqu'ils n'entrent pas en éruption."
Carn et son équipe ont découvert que chaque année, les volcans émettent collectivement 20 à 25 millions de tonnes de dioxyde de soufre dans l'atmosphère. Bien que ce nombre soit supérieur à l'estimation précédente faite à la fin des années 1990 sur la base de mesures au sol, la nouvelle recherche comprend des données sur plus de volcans, dont certains que les scientifiques n'ont jamais visités, et il est toujours inférieur aux émissions humaines des niveaux de pollution par le dioxyde de soufre.
Les activités humaines émettent environ deux fois plus de dioxyde de soufre dans l'atmosphère, selon le co-auteur Vitali Fioletov, un scientifique de l'atmosphère à Environnement et Changement climatique Canada à Toronto, Ontario. Il a dirigé les efforts visant à cataloguer les sources d'émissions de dioxyde de soufre provenant des activités humaines et des volcans et à retracer les émissions dérivées des observations satellitaires jusqu'à leur source en utilisant des données sur le vent.
Les émissions de dioxyde de soufre volcanique du satellite Aura sont représentées en tons orange sur cette vue de l'archipel des Aléoutiennes en Alaska. Crédit :Jesse Allen/ Observatoire de la Terre de la NASA
Cependant, les émissions humaines sont en baisse dans de nombreux pays en raison de contrôles de pollution plus stricts sur les centrales électriques comme la combustion de carburant à faible teneur en soufre et des avancées technologiques pour l'éliminer pendant et après la combustion. Au fur et à mesure qu'ils diminuent, l'importance des émissions volcaniques persistantes augmente. Les volcans fournissent des niveaux de fond naturels de dioxyde de soufre qui doivent être pris en compte lors de l'étude de l'atmosphère mondiale et des effets régionaux.
Les processus atmosphériques convertissent le gaz en aérosols de sulfate - de petites particules en suspension dans l'atmosphère - qui réfléchissent la lumière du soleil dans l'espace, provoquant un effet de refroidissement sur le climat. Les aérosols de sulfate près de la surface du sol sont nocifs pour la respiration. En outre, le dioxyde de soufre est la principale source de pluie acide et est un irritant pour la peau et les poumons. Les problèmes de santé liés aux panaches de dioxyde de soufre persistent dans les communautés situées sur les pentes des volcans au dégazage persistant comme le Kilauea à Hawaï et le Popocatepetl au Mexique.
Avec des observations quotidiennes, le suivi des émissions de dioxyde de soufre par satellite peut également aider à la prévision des éruptions. En plus de mesurer l'activité sismique et la déformation du sol, les scientifiques qui surveillent les données satellitaires peuvent potentiellement détecter des augmentations notables des émissions de gaz qui peuvent précéder les éruptions.
"C'est complémentaire à la surveillance au sol, " Carn dit, ajoutant que son équipe dit que les deux sont nécessaires. "Des mesures au sol de gaz volcaniques plus difficiles à mesurer depuis l'espace, comme le dioxyde de carbone, sont cruciaux. Mais les données satellitaires pourraient nous permettre de cibler plus efficacement de nouvelles mesures au sol sur des volcans non surveillés, conduisant à de meilleures estimations des émissions de dioxyde de carbone volcanique. »
Les données au sol sont plus détaillées, et dans des régions comme l'Amérique centrale où de grands volcans émetteurs de dioxyde de soufre sont proches les uns des autres, ils distinguent mieux de quels panaches de gaz volcaniques spécifiques proviennent. Cependant, alors que les mesures sur le terrain des émissions de dioxyde de soufre augmentent, ils restent encore trop clairsemés pour reconstituer une image globale cohérente.
Les émissions de dioxyde de soufre volcanique des nombreux volcans indonésiens sont représentées dans des tons orange. Les données ont été produites à partir des observations du satellite Aura de la NASA. Crédit :Jesse Allen/ Observatoire de la Terre de la NASA
C'est là que ce nouvel inventaire est pratique; il atteint les volcans reculés des îles Aléoutiennes et fournit des mesures cohérentes dans le temps des plus gros émetteurs du monde, dont Ambrym au Vanuatu et Kilauea à Hawaï.
« Les satellites nous fournissent une vue d'ensemble unique des émissions volcaniques qui est difficile à obtenir en utilisant d'autres techniques, " dit Carn. "Nous pouvons utiliser cela pour examiner les tendances des émissions de dioxyde de soufre à l'échelle d'un arc volcanique entier."
Le travail met en évidence la nécessité de données cohérentes à long terme, selon le co-auteur Nick Krotkov, un scientifique de l'atmosphère au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui produit les données sur le dioxyde de soufre du satellite Aura. "Si vous voulez regarder les tendances ou faire d'autres sciences, la série chronologique plus longue est vraiment critique. La valeur de la donnée augmente avec sa durée, " il a dit.
Les nouvelles informations sur les émissions volcaniques rassemblent des opportunités pour améliorer la surveillance des risques naturels, risques pour la santé humaine et processus climatiques – un souffle volcanique à la fois.
