Les chercheurs ont foré plusieurs carottes de glace du Dôme C, l'un des points les plus élevés de la calotte glaciaire de l'Antarctique, pour reconstituer les enregistrements de grandes éruptions volcaniques stockées dans des couches de glace. La nouvelle méthode des chercheurs est plus précise que les techniques précédentes, offrant une nouvelle perspective sur le passé 2, 600 ans d'histoire volcanique de la Terre. Crédit :Bruno Jourdain
Pour tout leur pouvoir destructeur, la plupart des éruptions volcaniques sont des événements locaux. Les coulées de lave ont tendance à n'atteindre que quelques kilomètres au maximum, tandis que les cendres et la suie en suspension dans l'air voyagent un peu plus loin. Mais occasionnellement, des éruptions plus importantes peuvent lancer des particules dans la stratosphère, à plus de 6 miles au-dessus de la surface de la Terre. L'éruption de 1991 du mont Pinatubo aux Philippines - la plus grande éruption au monde au cours des 100 dernières années - est un excellent exemple d'éruption stratosphérique.
Lorsque les particules volcaniques atteignent la stratosphère, elles restent longtemps en l'air, réfléchissant la lumière du soleil et refroidissant temporairement la planète. En comprenant l'histoire de ces grandes éruptions, les chercheurs peuvent commencer à placer de courts épisodes de refroidissement et d'autres événements climatiques discrets dans le contexte des modèles climatiques à grande échelle.
Des chercheurs travaillant à l'Université du Maryland, l'Université Grenoble Alpes en France, l'Ecole Normale Supérieure en France et le Tokyo Institute of Technology ont conçu un nouveau, système plus précis pour identifier les grandes éruptions stratosphériques enregistrées dans les couches des carottes de glace de l'Antarctique.
En utilisant leur méthode, les chercheurs ont apporté d'importantes révisions à l'histoire connue des grandes éruptions, corrigeant le dossier de plusieurs événements mal identifiés tout en découvrant quelques éruptions stratosphériques encore inconnues. Les chercheurs ont décrit leur approche, qui identifie les particules volcaniques en suspension dans l'air avec une signature chimique spécifique, dans un article publié le 28 janvier, 2019, dans la revue Communication Nature .
« Je trouve très excitant que nous puissions utiliser des signaux chimiques pour créer un enregistrement très précis de grandes, éruptions stratosphériques liées au climat, " dit James Farquhar, professeur de géologie à l'UMD et co-auteur du document de recherche. "Ce record historique sera très utile pour les climatologues cherchant à comprendre le rôle des grandes éruptions dans les oscillations climatiques. Mais il y a aussi la merveille fondamentale de lire une empreinte chimique laissée dans la glace."
Finalement, des particules volcaniques tombent de la stratosphère, s'installer sur le sol en contrebas. Quand ils atterrissent sur la neige, les particules sont recouvertes par plus de neige qui se compacte en glace. Cela préserve un enregistrement de l'éruption qui survit jusqu'à ce que la glace fonde. Les chercheurs peuvent forer et récupérer des carottes de glace dans des endroits comme l'Antarctique et le Groenland, révélant des enregistrements d'éruptions qui remontent à plusieurs milliers d'années.
Cette photo, prise le 12 juin, 1991, montre la colonne d'éruption du mont Pinatubo sur l'île de Luzon aux Philippines. L'éruption - la plus importante sur Terre au cours des 100 dernières années - a éjecté des particules dans la stratosphère, à plus de 10 km au-dessus de la surface de la planète. Une nouvelle recherche utilise des données de carottes de glace pour réécrire le passé 2, 600 ans de grandes éruptions stratosphériques comme celle-ci. Crédit :Dave Harlow/USGS
Parce que les particules provenant de grandes éruptions stratosphériques peuvent se propager à travers le globe avant de tomber au sol, les méthodes précédentes identifiaient les éruptions stratosphériques en recherchant des couches de particules de sulfate dans la glace des deux hémisphères, généralement de l'Antarctique et du Groenland. Si les mêmes couches de sulfate apparaissaient dans les deux noyaux, déposés en même temps dans l'histoire de la Terre, les chercheurs concluraient que les particules provenaient du même grand, éruption stratosphérique.
"Pour les éruptions suffisamment intenses pour injecter de la matière dans la stratosphère, il y a une signature révélatrice dans les rapports isotopiques du soufre du sulfate conservé dans les anciennes couches de glace, " a expliqué Farquhar, qui a également un rendez-vous au Centre interdisciplinaire des sciences du système terrestre de l'UMD. "En se concentrant plutôt sur cette signature isotopique distincte du soufre, notre nouvelle méthode a donné des résultats surprenants et utiles. Nous avons découvert que les reconstructions antérieures manquaient certains événements stratosphériques et en identifiaient faussement d'autres."
L'auteur principal de l'étude, Elsa Gautier de l'Université Grenoble Alpes, a effectué une partie importante des analyses à l'UMD lors d'une bourse Fulbright pour travailler avec Farquhar en 2013. Suivant l'exemple de Gautier, les chercheurs ont développé leur méthode en utilisant des carottes de glace recueillies sur un site éloigné de l'Antarctique appelé Dome C. L'un des points les plus élevés de la calotte glaciaire de l'Antarctique, Le dôme C abrite des couches de glace qui s'étendent sur près de 50, 000 ans.
Gautier et son collègue Joël Savarino, également à l'Université Grenoble Alpes, carottes de glace collectées au Dôme C qui contiennent des enregistrements remontant à environ 2, 600 ans, couvrant une grande partie de l'histoire humaine enregistrée.
Les chercheurs ont utilisé leur méthode pour confirmer que de nombreux événements avaient en effet été correctement identifiés par l'ancienne méthode consistant à faire correspondre les couches de sulfate correspondantes dans les carottes de glace des deux hémisphères. Mais certains événements, autrefois considérés comme de grandes éruptions stratosphériques, n'avaient pas la signature isotopique du soufre révélatrice dans leurs couches de sulfate. Au lieu, les chercheurs ont conclu, ces couches doivent avoir été déposées par deux ou plusieurs volcans plus petits qui sont entrés en éruption à peu près au même moment à des latitudes élevées dans les deux hémisphères.
Les chercheurs ont également découvert de grands événements stratosphériques contenant la signature isotopique, mais étaient en quelque sorte limités à l'hémisphère sud.
"C'est une force de notre approche, car ces événements auraient un impact climatique mais sont manqués par d'autres méthodes, " Farquhar a déclaré. "Nous avons fait une amélioration significative à la reconstruction des grandes éruptions stratosphériques qui se sont produites au cours des 2 dernières, 600 ans. Ceci est d'une importance cruciale pour comprendre le rôle des éruptions volcaniques sur le climat et éventuellement pour comprendre certains événements de l'histoire humaine, telles que les famines généralisées. Cela peut également aider à éclairer les futurs modèles climatiques qui prendront en compte les grands événements volcaniques. »
Le document de recherche, "2600 ans de volcanisme stratosphérique à travers les isotopes de sulfate, " Elsa Gautier, Joël Savarino, Joost Hoek, Joseph Erbland, Nicolas Caillon, Shohei Hattori, Naohiro Yoshida, Emmanuelle Albalat, Francis Albarede et James Farquhar, a été publié dans la revue Communication Nature le 28 janvier, 2019.
