Un nouveau ;” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>NASA climate simulation suggests that extremely large volcanic eruptions called “flood basalt eruptions” could significantly warm Earth’s climate and devastate the ozone layer that shields life from the Sun’s ultraviolet radiation.
The findings contradict prior research that found these volcanoes cool the climate. The simulation also suggests that while extensive flood-basalt eruptions on Mars and Venus may have helped warm their climates, they may have also doomed the long-term habitability of these worlds by contributing to water loss.
Une nouvelle simulation climatique de la NASA révèle que des éruptions volcaniques extrêmement importantes, appelées “éruptions de basalte inondé”, pourraient réchauffer considérablement le climat de la Terre et dévaster la couche d’ozone qui protège la vie des rayons UV du Soleil. Crédit : NASA/GSFC/James Tralie
Contrairement aux éruptions volcaniques brèves et explosives comme celles de Pinatubo ou celle de janvier Hunga Tonga-Hunga Ha’apai qui se produisent en quelques heures ou quelques jours, les basaltes d’inondation sont des régions avec une série d’épisodes éruptifs qui durent peut-être des siècles chacun, et qui se produisent sur des périodes de centaines de milliers d’années, parfois même plus. Certains se sont produits à peu près en même temps que des extinctions massives, et beaucoup sont associés à des périodes extrêmement chaudes de l’histoire de la Terre. Ils semblent également avoir été courants sur d’autres mondes terrestres de notre système solaire, comme Mars et Vénus.
“Nous nous attendions à un refroidissement intense dans nos simulations”, a déclaré Scott Guzewich du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. “Cependant, nous avons constaté qu’une brève période de refroidissement a été écrasée par un effet de réchauffement”. Guzewich est l’auteur principal d’un article sur cette recherche qui a été publié le 1er février 2022 dans la revue. Geophysical Research Letters.
Image d’un dépôt de basalte inondé sur Mars dans la région de Marte Vallis, prise par l’instrument HiRISE (High Resolution Science Imaging Experiment) à bord de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA. Crédit : NASA/Université de l’Arizona/HiRISE
Si la perte d’ozone n’a pas été une surprise, les simulations ont indiqué l’ampleur potentielle de la destruction, “environ deux tiers de réduction par rapport aux valeurs moyennes mondiales, ce qui équivaut à peu près à un amincissement de l’ozone sur toute la planète comparable à un grave trou d’ozone en Antarctique”, a déclaré Guzewich.
Les chercheurs ont utilisé le Modèle chimie-climat du système d’observation de la Terre Goddard. pour simuler une phase de quatre ans du cycle de l’eau. Basalte du fleuve Columbia (CRB). qui s’est produite il y a entre 15 et 17 millions d’années dans le nord-ouest du Pacifique des États-Unis. Le modèle a calculé les effets de l’éruption sur la troposphère, la couche turbulente la plus basse de l’atmosphère avec la plupart de la vapeur d’eau et du temps, et la stratosphère, la couche suivante de l’atmosphère qui est principalement sèche et calme. Les éruptions de CRB étaient probablement un mélange d’événements explosifs qui ont envoyé des matériaux dans la haute troposphère et la basse stratosphère (environ 8 à 10,5 miles ou 13 à 17 kilomètres d’altitude) et d’éruptions effusives qui n’ont pas dépassé 1,9 miles (environ 3 kilomètres) d’altitude. La simulation a supposé que les événements explosifs se produisaient quatre fois par an et libéraient environ 80 % du dioxyde de soufre de l’éruption. Les chercheurs ont constaté qu’à l’échelle mondiale, il y avait un refroidissement net pendant environ deux ans avant que le réchauffement ne dépasse l’effet de refroidissement. “Le réchauffement persiste pendant environ 15 ans (les deux dernières années de l’éruption et ensuite 13 autres années environ)”, a déclaré Guzewich.
“Nous nous attendions à un refroidissement intense dans nos simulations. Cependant, nous avons constaté qu’une brève période de refroidissement était submergée par un effet de réchauffement.” – Scott Guzewich
La nouvelle simulation est la plus complète jamais réalisée pour les éruptions de basalte inondé et intègre les effets de la chimie atmosphérique et de la dynamique du climat les uns sur les autres, révélant un important mécanisme de rétroaction que les simulations précédentes ont manqué.
“Des éruptions comme celle que nous avons simulée émettraient des quantités massives de gaz sulfureux”, a déclaré Guzewich. “La chimie dans l’atmosphère transforme rapidement ces molécules de gaz en aérosols solides de sulfate. Ces aérosols reflètent la lumière solaire visible, ce qui provoque l’effet de refroidissement initial, mais ils absorbent également le rayonnement infrarouge, qui réchauffe l’atmosphère en altitude dans la haute troposphère et la basse stratosphère. Le réchauffement de cette région de l’atmosphère permet à la vapeur d’eau (qui se trouve normalement dans l’atmosphère) de s’échapper.confinée près de la surface) pour se mélanger à la stratosphère (qui est normalement très sèche). Nous constatons une augmentation de 10 000 % de la vapeur d’eau stratosphérique. La vapeur d’eau est un élément très efficace gaz à effet de serreet elle émet un rayonnement infrarouge qui réchauffe la surface de la planète.”
L’afflux prévu de vapeur d’eau dans la stratosphère contribue également à expliquer la gravité de l’appauvrissement de la couche d’ozone. “L’appauvrissement de la couche d’ozone se produit de deux façons différentes”, a déclaré Guzewich. “Après l’éruption, la circulation de la stratosphère change d’une manière qui décourage la formation d’ozone. Deuxièmement, toute cette eau dans la stratosphère contribue également à détruire l’ozone avec le radical hydroxyle (OH).”
Les basaltes d’inondation libèrent également du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre, mais ils ne semblent pas en émettre suffisamment pour provoquer le réchauffement extrême associé à certaines éruptions. Le réchauffement excessif de la vapeur d’eau stratosphérique pourrait fournir une explication.
Bien que Mars et Vénus aient pu avoir des océans d’eau dans un passé lointain, toutes deux sont actuellement très sèches. Les scientifiques étudient comment ces mondes ont perdu la majeure partie de leur eau pour devenir inhospitaliers pour la vie. Si l’afflux de vapeur d’eau dans la haute atmosphère prévu par la simulation est réaliste, un volcanisme de crue important pourrait avoir contribué à leur destin aride. Lorsque la vapeur d’eau est élevée dans l’atmosphère, elle est susceptible d’être brisée par la lumière du soleil, et les atomes d’hydrogène légers des molécules d’eau peuvent s’échapper dans l’espace (l’eau est constituée de deux atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène atom). If sustained over long periods, this could deplete oceans.
Reference: “Volcanic Climate Warming Through Radiative and Dynamical Feedbacks of SO2 Emissions” by Scott D. Guzewich, Luke D. Oman, Jacob A. Richardson, Patrick L. Whelley, Sandra T. Bastelberger, Kelsey E. Young, Jacob E. Bleacher, Thomas J. Fauchez and Ravi K. Kopparapu, 1 February 2022, Geophysical Research Letters.
DOI: 10.1029/2021GL096612
The research was funded by the NASA Goddard Sellers Exoplanet Environments Collaboration and NASA’s Center for Research and Exploration in Space Science and Technology, NASA Cooperative Agreement Award #80GSFC17M0002.
