Quand un volcan entre en éruption violente, un panache de cendres et de gaz jaillit vers le ciel. Le lisier chaud monte rapidement dans l'atmosphère, où diverses dynamiques atmosphériques interagissent pour façonner la composition du nuage volcanique, la taille, et propriétés radiatives. Les nuages ​​volcaniques reflètent le rayonnement solaire, Terre fraîche, provoquer des phénomènes météorologiques extrêmes, et retarder le réchauffement climatique, mais les scientifiques se demandent depuis longtemps comment exactement la matière volcanique évolue et s'analyse après une éruption. À ce jour, les observations du stade initial des fortes éruptions ont été rares, et les modèles climatiques conventionnels utilisés pour étudier l'impact des éruptions volcaniques ne peuvent pas capturer cette étape initiale de manière très détaillée.

Dans une nouvelle étude, Stenchikov et al. modifié un modèle régional de chimie atmosphérique, WRF-Chem, pour mieux saisir le stade initial du développement des nuages ​​volcaniques. Les chercheurs ont modélisé l'éruption volcanique du Pinatubo de 1991 aux Philippines pour leur étude, en supposant qu'avec le jet éruptif, une quantité importante de débris volcaniques a été livrée dans la basse stratosphère. Ils ont effectué des simulations avec un espacement de grille de 25 kilomètres en considérant des injections simultanées de dioxyde de soufre (SO2), cendre, sulfate, et la vapeur d'eau. En outre, ils tenaient compte des effets de chauffage et de refroidissement radiatifs de tous les composants du panache, y compris le SO2 gazeux.

Les chercheurs ont découvert que le chauffage différentiel jouait un rôle essentiel dans l'évolution initiale d'un nuage volcanique et sa séparation en couches, qui se sont ensuite dispersés ou sont tombés au sol. Leur nouveau modèle a montré que pendant la première semaine après l'éruption, le nuage volcanique s'est élevé dans l'atmosphère 1 kilomètre par jour, entraîné initialement par l'absorption solaire de cendres et plus tard par l'absorption d'aérosols de sulfate du rayonnement solaire et terrestre.

Les chercheurs notent que leurs découvertes pourraient être utiles dans de nombreuses applications, de la sécurité aérienne à la compréhension des technologies climatiques et de géo-ingénierie.