La prochaine éruption volcanique majeure pourrait déclencher des réactions chimiques qui endommageraient gravement la couche d'ozone déjà assiégée de la planète.

L'étendue des dommages causés à la couche d'ozone résultant d'une l'éruption explosive dépend d'une chimie atmosphérique complexe, y compris les niveaux d'émissions d'origine humaine dans l'atmosphère. Grâce à une modélisation chimique sophistiquée, des chercheurs de l'Université Harvard et de l'Université du Maryland ont exploré ce qui arriverait à la couche d'ozone en réponse aux éruptions volcaniques à grande échelle au cours du reste de ce siècle et dans plusieurs scénarios d'émission de gaz à effet de serre différents. La recherche a été publiée récemment dans Lettres de recherche géophysique .

La stratosphère terrestre se remet encore de la libération historique de chlorofluorocarbures (CFC) et d'autres produits chimiques appauvrissant la couche d'ozone. Même si les CFC ont été éliminés par le Protocole de Montréal il y a 30 ans, les niveaux de molécules contenant du chlore dans l'atmosphère sont encore élevés. Les éruptions volcaniques explosives qui injectent de grandes quantités de dioxyde de soufre dans la stratosphère facilitent la conversion chimique du chlore en des formes plus réactives qui détruisent l'ozone.

Les chercheurs savent depuis longtemps que lorsque les concentrations de chlore provenant des CFC d'origine humaine sont élevées, l'appauvrissement de la couche d'ozone se produira à la suite d'une éruption volcanique. Lorsque les niveaux de chlore des CFC sont faibles, les éruptions volcaniques peuvent en fait augmenter l'épaisseur de la couche d'ozone. Mais exactement quand cette transition se produit - des éruptions qui appauvrissent la couche d'ozone aux éruptions qui augmentent l'épaisseur de la couche d'ozone - a longtemps été incertaine. Des recherches antérieures ont placé la fenêtre de transition n'importe où entre 2015 et 2040.

Les chercheurs de Harvard ont découvert que les éruptions volcaniques pourraient entraîner un appauvrissement de la couche d'ozone jusqu'en 2070 ou au-delà, malgré la baisse des concentrations de CFC d'origine humaine.

"Les résultats de notre modèle montrent que la vulnérabilité de la colonne d'ozone aux grandes éruptions volcaniques se poursuivra probablement vers la fin du 21e siècle, beaucoup plus tard que les estimations précédentes, " a déclaré David Wilmouth, qui a dirigé la recherche et est un scientifique de projet à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences et au Département de chimie et de biologie chimique.

Donc, pourquoi ce changement se produit-il beaucoup plus tard qu'on ne le pensait auparavant ?

"Les estimations précédentes ne prenaient pas en compte certaines sources naturelles de gaz halogènes, tels que les bromocarbures à très courte durée de vie provenant du plancton marin et des microalgues, " a déclaré Eric Klobas, auteur principal et doctorant en physique chimique à Harvard.

La comptabilisation de ces émissions permet d'affiner le moment du passage des éruptions qui provoquent l'appauvrissement de la couche d'ozone aux éruptions qui augmentent l'épaisseur de la couche d'ozone. Ces sources naturelles de brome deviennent particulièrement importantes dans la basse stratosphère après que les concentrations de CFC émis par l'homme ont diminué.

"Nous avons constaté que la concentration de brome d'origine naturelle, composés organiques à très courte durée de vie est d'une importance critique, " dit Klobas. " Même petit, Des changements de partie par billion dans la quantité de brome provenant de ces sources peuvent faire la différence entre une éruption volcanique de la fin du 21e siècle entraînant un appauvrissement de la colonne d'ozone ou une augmentation de la colonne d'ozone. »

Les chercheurs ont ensuite exploré comment un événement volcanique de la taille de l'éruption du mont Pinatubo, qui a projeté environ 20 millions de tonnes de dioxyde de soufre dans la stratosphère en 1991, aurait un impact sur la couche d'ozone en 2100. L'équipe a modélisé quatre scénarios d'émission de gaz à effet de serre différents, allant de très optimiste à ce qui est communément considéré comme le pire des cas.

L'équipe a découvert que la projection la plus optimiste des futures concentrations de gaz à effet de serre entraînait le plus grand appauvrissement de la couche d'ozone à la suite d'une éruption volcanique. Inversement, dans le scénario pessimiste où les émissions de gaz à effet de serre continueront d'augmenter rapidement tout au long du 21e siècle, une éruption de la taille du mont Pinatubo entraînerait en fait une légère augmentation de l'ozone. Les chercheurs ont découvert que les températures stratosphériques plus froides et les niveaux de méthane plus élevés dans ce scénario freineraient d'importantes réactions chimiques appauvrissant la couche d'ozone.

Mais, voici le kicker :tous les scénarios ci-dessus supposaient que l'éruption volcanique n'injecterait que du soufre dans la stratosphère, comme l'éruption du mont Pinatubo en 1991 aux Philippines. Si l'éruption devait également injecter des produits chimiques contenant des halogènes tels que le chlorure d'hydrogène (HCl) dans la stratosphère, les résultats pourraient être désastreux.

"Si les halogènes volcaniques, qui sont couramment présents en grande quantité dans les éruptions volcaniques, devaient se répartir substantiellement dans la stratosphère - dans n'importe quel scénario d'émission de gaz à effet de serre, à n'importe quel moment dans le futur - cela pourrait potentiellement causer de graves pertes d'ozone stratosphérique, " a déclaré Klobas.

Dans ce cas, les États-Unis pourraient voir une diminution prolongée et significative de l'épaisseur de la couche d'ozone - jusqu'à 15 à 25 pour cent dans le scénario d'halogène le plus élevé modélisé. Même de petites réductions de l'épaisseur de la couche d'ozone, qui protège la surface de la Terre des rayons ultraviolets destructeurs de l'ADN, peut avoir un impact négatif sur la santé humaine et d'autres formes de vie sur cette planète.

"Ces éruptions sont des événements très inhabituels mais la possibilité existe, comme en témoignent les archives historiques, " dit Wilmouth.