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Posté par Isabelle le Jeudi 30/07/2015 à 00:12
Impact des éruptions volcaniques sur la couche d'ozone stratosphérique
Une étude pluridisciplinaire menée par des chercheurs de l'Institut des sciences de la Terre d'Orléans (ISTO/OSUC, CNRS / Université d'Orléans / BRGM), du Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (LATMOS/OVSQ, CNRS / UVSQ / UPMC / CNES), de l'Université de Cambridge (UK) et du Laboratoire magmas et volcans (LMV/OPGC, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Université Blaise Pascal (Blaise Pascal (19 juin 1623, Clermont (Auvergne) - 19 août 1662, Paris) est un mathématicien et physicien, philosophe, moraliste et théologien français.) / IRD / Université Jean Monnet) démontre que, contrairement à ce qu'avait laissé supposer l'éruption du Pinatubo de 1991, les halogènes (chlore, brome) gazeux d'origine volcanique sont capables de causer un appauvrissement conséquent de l'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois états. Métastable aux conditions ambiantes,...) stratosphérique, un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas...) important dans l'équilibre radiatif de l'atmosphère, à l'échelle globale. Ce résultat suggère que les grandes éruptions volcaniques pourraient impacter le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps...) non seulement à travers les émissions de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) mais aussi les émissions d'halogènes.


Vue aérienne de la caldera (~ 60 km2) créée par l'éruption minoenne du Santorin, il y a environ 3600 ans. Les deux îles situées au centre de la caldera (Palea et Nea Kameni) sont les produits de l'activité volcanique qui s'est développée ultérieurement.
L'ozone est un gaz dont la présence dans la stratosphère (haute atmosphère où se situe la "couche d'ozone") est indispensable à la vie (La vie est le nom donné :) sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive...) car l'ozone stratosphérique est capable de filtrer les rayons UV nocifs émis par le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...). Un appauvrissement de cet ozone stratosphérique peut ainsi avoir un impact significatif sur la santé humaine et les écosystèmes ainsi que sur le climat.

Certains composés halogénés d'origine anthropique (de la famille des chlorofluorocarbures ou des halons par exemple) ont été identifiés comme étant responsables de la destruction de la couche d'ozone. Sous l'effet des rayons UV solaires, ces composés se fragmentent dans la stratosphère et libèrent des halogènes gazeux (chlore, brome) qui accélèrent fortement la destruction de l'ozone. Si le rôle de ces halogènes d'origine anthropique a été clairement établi, celui des halogènes naturels issus du dégazage volcanique a longtemps été considéré comme négligeable. On pensait en effet jusqu'à récemment que les halogènes volcaniques comme le chlore (Le chlore est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole Cl, et de numéro atomique 17.) et le brome étaient capturés dans la troposphère (basse atmosphère) par les hydrométéores et ne pouvaient donc atteindre la stratosphère.

Les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête...) réalisées suite à la plus grande éruption volcanique observée par satellite (Satellite peut faire référence à :), l'éruption plinienne du Mont Pinatubo (Philippines) en 1991 ont conforté cette idée. En effet, bien que la colonne éruptive ait atteint 25-30 km d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et...) (bien au-delà de la troposphère) et que les satellites aient permis d'observer un appauvrissement transitoire de l'ozone global de l'ordre de 5 %, les mesures atmosphériques réalisées après l'éruption ont montré que le niveau de chlore dans la stratosphère n'avait pas augmenté significativement. Il a donc été conclu que la grande majorité des halogènes gazeux issus de l'éruption n'avaient pas atteint la stratosphère et ne pouvaient donc être impliqués dans l'appauvrissement de l'ozone global.

Néanmoins, l'éruption du Pinatubo est un cas bien particulier:
- les études pétrologiques des roches volcaniques produites ont montré que "seulement" 3 mégatonnes de chlore auraient été relâchées lors de l'éruption, ce qui est peu comparé à d'autres éruptions connues ;
- le typhon Yunya, qui est passé assez près du mont Pinatubo au moment de l'éruption, a très bien pu lessiver efficacement le chlore du panache volcanique ;
- les grandes quantités d'aérosols soufrés injectées dans la stratosphère lors de cette éruption ont favorisé la destruction d'ozone par les composés halogénés d'origine anthropique dont la stratosphère était encore, en 1991, particulièrement chargée.

Alors qu'en est-il au juste ?

Des études récentes ont montré que la fraction d'halogènes volcaniques pouvant atteindre la stratosphère pouvait aller jusqu'à 25 % d'après les modélisations et même au-delà d'après certaines observations, ce qui est bien supérieur à ce qui avait été suggéré jusque là. Ces résultats suggéraient que les halogènes d'origine volcanique pourraient jouer un rôle significatif dans la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage...) de la stratosphère.


Pourcentage d'appauvrissement de l'ozone stratosphérique calculé par le modèle, en fonction du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) (années depuis l'éruption) et de la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre (ou sur une autre planète), au nord ou au sud de l'équateur.), dans le cas d'un scénario de dégazage minimal (a) et maximal (b), en considérant que 2 % seulement des halogènes volcaniques émis atteignent la stratosphère. La croix noire indique la localisation du volcan (Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé par l'éjection et l'empilement de matériaux issus de la montée d'un magma sous forme de lave et...) Santorin.
Des chercheurs d'une équipe pluridisciplinaire franco-britannique ont étudié le cas bien documenté de l'éruption minoenne du volcan Santorin (Grèce), une des éruptions majeure des derniers 5000 ans. Elle a déchargé 40 à 60 km3 de magma et a éjecté cendres et gaz jusqu'à environ 36 km d'altitude.

A partir des données précédemment acquises sur les teneurs en volatils du magma minoen, les chercheurs ont déterminé les masses respectives des gaz climatiquement actifs (soufre, chlore, fluor (Le fluor est un élément chimique de symbole F et de numéro atomique 9. Il s'agit du premier élément de la famille des halogènes, de masse atomique 19.), brome) relâchés lors de l'éruption. Ils ont ensuite simulé l'impact de ces gaz sur la composition chimique de la stratosphère à l'échelle globale à l'aide d'un modèle numérique de chimie-transport atmosphérique.

De ces simulations, il ressort que même si seulement 2 % des halogènes émis par l'éruption atteignent la stratosphère, il en résulte un fort appauvrissement de l'ozone stratosphérique (de 20 à plus de 90 % dans l'hémisphère nord) qui met ensuite environ 10 ans pour revenir à sa concentration normale.

En modélisant l'impact d'halogènes volcaniques à une période pré-industrielle, les chercheurs soulignent leur rôle important sur la chimie d'une stratosphère dépourvue d'halogènes organiques issus de l'activité humaine. Les halogènes volcaniques devraient donc être pris en compte dans la reconstitution des impacts des éruptions passées sur l'ozone, les écosystèmes et le climat, mais aussi dans la modélisation de l'évolution future de la couche d'ozone puisque des éruptions de plus faible ampleur que la minoenne mais plus fréquentes pourraient perturber la restauration en cours de la couche d'ozone.

Ce travail a été réalisé dans le cadre du, et partiellement financé par, le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) du Laboratoire d'excellence VOLTAIRE intitulé: "Le milieu stratosphérique ouvert: impact des feux de biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le...) et du volcanisme sur l'ozone et le changement global ; bilan et tendance des halogènes". La modélisation numérique a été partiellement financée par le projet européen StratoClim.

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Source: CNRS-INSU