Les grandes éruptions volcaniques ne refroidissent pas le climat, elles le réchauffent !

Parmi les manifestations volcaniques qu'a connues la Terre au cours de son histoire, les grands épanchements basaltiquesbasaltiques sont certainement les plus dévastateurs. Si les éruptions explosives, comme celles du Hunga-Tonga Ha’apai en janvier dernier, sont particulièrement spectaculaires et peuvent causer d'importants dégâts notamment en raison du risque de tsunami, ce type d'éruption ne se produit généralement que sur une duréedurée relativement courte, de quelques heures à quelques jours. À l'inverse, les grands épanchements basaltiques se caractérisent par l'émissionémission de gigantesques volumesvolumes de lave sur des périodes de plusieurs centaines d'années. Ces éruptions cataclysmiques se produisent par séries, l'ensemble de l'activité volcanique pouvant ainsi s'étaler sur plusieurs centaines de milliers d'années.

Les grands épanchements basaltiques en cause dans la plupart des extinctions de masse

Ces épisodes volcaniques produisent d'épais plateaux basaltiques désignés sous le nom de Grandes provinces magmatiques. Les laves, très fluides, peuvent en effet s'écouler sur des distances considérables, recouvrant des dizaines de milliers de kilomètres carrés. Les coulées successives vont également s'accumuler jusqu'à atteindre une épaisseur de plus de 1.000 mètres.

Exemple de plateau basaltique formé lors d'un épisode d'épanchement basaltique, Moses Coulee, États-Unis. © Wikimedia Commons, domaine public

Si ces événements volcaniques majeurs ont contribué de manière significative à la croissance de la croûte continentale, ils sont également souvent associés aux grandes extinctions de masse qui ont jalonné l'histoire de la Terre. Les Traps du Deccan auraient ainsi contribué à l’extinction des dinosaures. De même, les extinctions marquant la fin du PermienPermien, la fin du TriasTrias et le Toarcien sont à chaque fois associées à la formation de Grandes provinces magmatiques (respectivement les TrapsTraps de Sibérie, la Province Magmatique de l'Atlantique Central et les Provinces Magmatiques de Karoo-Ferrar). Car ces éruptions s'accompagnent d'une importante émission de gazgaz et de particules, qui va venir modifier le climat mais également la chimiechimie des océans.

Un bref hiver volcanique suivi d’un long réchauffement

De précédentes études ont montré que les importantes quantités de gaz, de poussières et notamment d'acide sulfuriqueacide sulfurique (H₂SO₄) délivrées dans l'atmosphèreatmosphère lors des grandes éruptions pouvaient engendrer un refroidissement global du climatclimat. La présence de ces aérosolsaérosols dans l'atmosphère perturbe en effet la transmission du rayonnement solairerayonnement solaire jusqu'au sol. Ce phénomène climatique est connu sous le nom d'hiver volcaniquehiver volcanique et a été observé après l'explosion du lac Toba il y a 74.000 ans, ou encore après l'éruption des champs Phlégréenschamps Phlégréens, il y a 36.000 ans.

Les importantes quantités de gaz et de poussières émises lors des grandes éruptions induisent en premier lieu un hiver volcanique, suivi par un réchauffement de l'atmosphère. © Wead, Adobe Stock

Cependant, une nouvelle étude, publiée dans la revue Geophysical Research Letters, montre que les grands épanchements basaltiques auraient plutôt tendance à réchauffer le climat. Le responsable n'en serait d'ailleurs pas le CO₂, mais la vapeur d'eau ! Les chercheurs du Goddard Space Flight CenterGoddard Space Flight Center à la NasaNasa ont ainsi observé les résultats sur le climat d'une simulation d'éruption volcaniqueéruption volcanique d'une durée de quatre ans, en se basant sur les volumes de gaz émis lors des grands épanchements basaltiques.

Il apparaît qu'un bref refroidissement survient effectivement dans un premier temps, mais que cet épisode climatique est rapidement remplacé par un réchauffement de l'atmosphère. En cause, deux mécanismes : la destruction à grande échelle de la couche d’ozone et le réchauffement de la haute atmosphère par la vapeur d'eau.

Un mécanisme à l’origine de la disparition de l’eau sur Mars ?

En effet, les aérosols formés à partir de l'acide sulfurique reflètent la lumièrelumière du soleilsoleil, induisant dans un premier temps un refroidissement du climat, mais ils absorbent en même temps les radiations infrarougesinfrarouges. Ce processus va entraîner un réchauffement de la haute troposphèretroposphère et de la basse stratosphèrestratosphère. Cette zone normalement sèche va alors se charger en vapeur d'eau. Or, la vapeur d'eau est un gaz à effet de serregaz à effet de serre très efficace, capable d'émettre des radiations infrarouges vers le sol. La surface de la Terre va ainsi progressivement se réchauffer. Mais la présence d'eau dans la stratosphère va également entraîner la destruction de la couche d'ozonecouche d'ozone. Dans leur simulation, les chercheurs observent ainsi une réduction drastique de la couche d'ozone, de l'ordre des deux tiers à l'échelle globale. Comme si la planète tout entière n'avait plus qu'une épaisseur d'ozone comparable au « trou » actuellement présent au niveau de l'AntarctiqueAntarctique.

La disparition de l'eau de la surface de la surface de Mars pourrait être expliquée par un mécanisme similaire, en lien avec de longues périodes d'activité volcanique. © Nasa, JPL-Caltech, USGS

Ces résultats pourraient notamment permettre d'expliquer pourquoi Mars est aujourd'hui si pauvre en eau. La planète aurait en effet connu d'importants épisodes d'épanchements basaltiques, qui auraient alors contribué à l'évaporation de l'eau dans son atmosphère, favorisant l'échappement dans l'espace des moléculesmolécules d'hydrogènehydrogène. Sur de très longues périodes de temps, ce processus aurait bien pu mener à l'assèchement de ses océans.