1500 ans d'archives volcaniques

Pinatubo : éruption du 12 juin 1991

Cette étude, récente, confirme, en les précisant, les travaux précédents (références présentes dans l'étude) concernant l'histoire et les effets des éruptions volcaniques depuis le premier millénaire de notre ère.

avant de passer à l'examen de l'étude elle-même, quelques rappels rapides concernant l'effet radiatif des éruptions.

effets radiatifs

Parmi les forçages naturels qui influencent le climat terrestre, le forçage volcanique est sans aucun doute un des plus importants.

Les volcans émettent des particules solides et des gaz qui ont une action radiative très significative.

Si les particules solides retombent très vite (de quelques secondes à quelques semaines) sur la surface, il n'en est pas de même des gaz.

De plus la hauteur des panaches de certaines éruptions est telle que les gaz sont directement émis dans la stratosphère.

Parmi ces gaz, ceux contenant du soufre (SO2 et H2S), entrent en réaction avec les gaz et leurs dérivés présents dans l'atmosphère.

Le produit final de la réaction est principalement H2SO4 gazeux, qui va ensuite s'associer à des molécules d'eau pour former des aérosols d'acide sulfurique ou aérosols sulfatés d'un diamètre de l'ordre de 0.5 microns.

Comme pour les aérosols sulfatés provenant de la combustion du C fossile, ceux présents dans la troposphère sont rapidement « lavés » par les précipitations, et ont des durées de vie maximum de quelques semaines.

Il n'en est pas de même pour ceux présents dans la stratosphère, qui ont des durées de vie de 1 à 2 ans.

L'action radiative de ces aérosols, comme pour toutes les particules, comprend des phénomènes de diffusion et d'absorption, selon la longueur d'onde du rayonnement incident.

Pour les aérosols sulfatés, les phénomènes de diffusion concernent d'avantage les courtes longueurs d'ondes (en gros le visible) tandis que les phénomènes d'absorption concernent d'avantage le rayonnement IR (proche et lointain).

Le bilan radiatif simplifié est schématisé dans la figure ci-dessous.

Ce bilan, à la surface, est négatif, moins de rayonnement y parvient.

La surface se refroidit.

Le bilan est par contre positif en ce qui concerne la stratosphère (du moins la couche occupée par le nuage d'aérosols) qui, par conséquent, se réchauffe.

propagation

Elle est relativement rapide, et l'image ci-dessous, issue de earthobservatory.nasa,

montre qu'au bout de 2 mois, l'intégralité de la planète est concernée.

On notera que les régions polaires, échappant aux mesures, sont cependant touchées comme les autres.

En conséquence, les retombées d'aérosols à la surface des calottes glaciaires, sont piégées par la neige puis la glace, dont les couches successives constituent ainsi un archivage remarquable des éruptions volcaniques, tant en ce qui concerne leur datation, que leur intensité.

C'est donc par l'analyse des carottes glaciaires issues de forages que l'on a accès à cet archivage.

l'étude elle-même

« Volcanic forcing of climate over the past 1500 years: An improved ice

core-based index for climate models

Chaochao Gao, Alan Robock, and Caspar Ammann »

Les spécialistes, ou les "particulièrement intéressés", liront avec attention le détail des méthodes employées.

Nous nous contenterons, pour ceux qui sont plus pressés, de faire une traduction rapide de la conclusion de l'étude.

"54 enregistrements glaciaires (32 en Arctique et 22 en Antarctique) ont été utilisés pour générer un nouvel indice de forçage volcanique pour ces 1500 dernières années.

Cet index est une fonction du mois, entre les années 501 et 2000, de la latitude (10 bandes), et de la hauteur entre 9 et 30 km avec une résolution de 0.5km.

C'est la série temporelle de forçage volcanique la plus longue et la plus avancée car elle est basée sur les enregistrements glaciaires les plus exhaustifs, une méthode d'extraction du signal volcanique la plus à jour, des facteurs de conversion entre quantité d'aérosols émises et dépôts trouvés dans les carottes glaciaires, et une paramétrisation plus avancée du schéma de transport spatio-temporel.

Les résultats du modèle sont en accord avec les observations instrumentales pendant la période 1850-2000 et avec les reconstructions climatiques pour le dernier millénaire.

En appliquant l'index de forçage volcanique global moyen avec les forçages solaire et anthropique à un modèle à équilibre d'énergie (upwelling diffusion energy balance model) la réponse de la température pour les 1500 dernières années a été simulée.

Le modèle reproduit précisément le refroidissement de 0.2 à 0.3°C survenu pour 3 éruptions tropicales récentes (Krakatoa 1883, Agung 1933, Pinatubo 1991).

Les réponses décennales simulées par le modèle de température pour les très importantes éruptions telles que Kuwae en 1453 et Tambora en 1815, sont aussi en bon accord avec les reconstructions par proxy.

Le même index est entrain d'être utilisé dans des modèles GCM pour mieux évaluer le changement climatique pendant le dernier millénaire.

Les résultats seront publiés dans une autre étude.

En utilisant 54 enregistrements glaciaires et en tenant compte de la variation spatiale des dépôts au Groenland et en Antarctique, nous avons réduit considérablement l'incertitude du nouvel indice de forçage volcanique , comparé aux précédentes études.

Cette incertitude est inférieure à 50% alors que les index précédents comprenaient des incertitudes d'un facteur 2.

Les données sont disponibles à l'adresse suivante : http://climate.envsci.rutgers.edu/IVI2/"

Ci-dessous, la simulation, en rouge, par le modèle MAGICC, par-dessus le graphe (GIEC AR4) de  différentes reconstructions de température.