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Impact du volcanisme sur le climat passé et présent de la Terre

De
8 pages
Face aux interrogations des climato-sceptiques, nous proposons de dégager quelques ordres de grandeur quant à l’impact potentiel du volcanisme sur le climat. Après un rappel du contexte médiatique, nous abordons les principales actions et rétroactions des gaz à effet de serre sur le climat. Nous comparons ensuite l’impact des gaz d’origine volcanique (H2O, CO2, SO2 et Cl2) aux émissions anthropiques actuelles. Nous distinguons une période normale, correspondant au bruit de fond volcanique pour envisager, dans un second temps, le volcanisme historique structurant : paroxystique, supervolcans, mégacoulées, pulses et mégapulses caractéristiques des périodes de mise en place de trapps responsables des grandes provinces magmatiques. Nous mettons également en perspective la forte correlation qui existe entre la mise en place des trapps et les grandes crises biologiques.
Article publié dans : LAVE, revue de l’association de volcanologie européenne, 162, 19-31 (2013).
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Étude

Impact du volcanisme
sur le climat passé et présent de la TERRE
Michel DETAY
Fac ax inrrogaions s cliao-sciqs, nos roosons  égagr qlqs orrs  granr
qan à l’iac onil  volcanis sr l clia.
Arès n ral  conx éiaiq, nos aborons ls rincials acions  réroacions s gaz à ff  srr
sr l clia. Nos coarons nsi l’iac s gaz ’origin volcaniq (H2O, CO2, SO2 Cl2)
ax éissions anhroiqs aclls. Nos isingons n ério noral, corrsonan a bri  fon
volcaniq or nvisagr, ans n scon s, l volcanis hisoriq srcran : aroxysiq, srvolcans,
égacolés, lss  égalss caracérisiqs s érios  is n lac  ras
rsonsabls s grans rovincs agaiqs. Nos ons égaln n rsciv la for corrélaion
qi xis nr la is n lac s ras  ls grans criss biologiqs.

I - Problématique
Qui, de l’homme ou des olcans, émet le plus
de ga à effet de serre (GES) ? Cette question
intéresse les médias depuis l’attribution du prix
Nobel de la paix à Al Gore et au GIEC1en 2007.
Aujourd’hui, la question semble aoir sa
réponse : l’homme serait le plus grand pollueur
de la planète. Cependant, de nombreux cher-
cheurs – y compris des géologues, géographes et
autres enironnementalistes ou écologistes –
semblent surpris par cette réponse. Le débat
médiatique dédié au réchauffement climatique a
conduit à l’émergence de nombreux climato-
sceptiques. Les interrogations sur le changement
climatique ont, d’une certaine façon, renforcé la
coniction de certains que les olcans produisent
– ou ont produit – bien plus de ga à effet de
serre que les actiités humaines. Plusieurs argu-
ments justifient ces interrogations :
– les scientifiques mettent en éidence une
forte corrélation entre la mise en place desras
et les grandes crises biologiques. Les trapps sont
des objets olcaniques importants, qui seraient
corrélés aux grandes extinctions (donc à des
changements enironnementaux majeurs).
Serait-ce sans impact sur le climat ?
– parmi les GES relâchés par les olcans, on
se focalise sur le CO2qui représente en moyenne
10 %, alors que la apeur d’eau représente 85 %
des éléments olatils et elle ne semble pas prise
en compte. On ne s’intéresse pas non plus au
SO2et au chlore, qui semblent bien plus
actifs/toxiques ;
– les chercheurs ne s’intéressent qu’au bruit
de fond en période dite « normale ». Qu’en est-il
des éruptions majeures, pliniennes ou ultra-pli-
niennes, des superolcans, des pulses et méga-
pulses associés à la mise en place des trapps et

1. Groupe d’experts Intergouernemental sur l’Éolution
du Climat.

des grandes proinces magmatiques (LIPs), qui
ont existé tout au long de l’histoire de la Terre ?
– le débat médiatique est anthropocentrique
alors que l’ère industrielle n’a que quelques
années face à une Terre de 4,5 milliards d’an-
nées. Dans le passé de la Terre, la teneur en CO2
a été 100 à 1 000 fois plus importante qu’au-
jourd’hui. Que nous enseigne le temps géo-
logique ?
– l’Eyjafjöll, éruption pourtant mineure,
bloque l’espace aérien européen pendant une
semaine en mars 2010. Que donnerait une érup-
tion plus importante, est-ce sans impact sur le
climat ?
Toutes ces interrogations semblent justifiées.
Pour tenter d’y oir plus clair, nous faisons appel
à des traaux scientifiques(référncés n bibliogra-
hi)et articulons quelques ordres de grandeur
cohérents et raisonnables pour faire émerger des
tendances et proposer une mise en perspectie
rationnelle.
II L’environnement médiatique
-
À la décharge des climato-sceptiques, il faut
reconnaître que l’impact du message médiatique
semble l’emporter sur la éracité de son
contenu. Il est de plus en plus difficile de distin-
guer le rai du faux. Le réel deient impalpable.
Dans ce contexte,L’iosr cliaiqde
Claude Allègre donne un éclairage asse édifiant
sur le fonctionnement des institutions, des sys-
tèmes et des technostructures internationales.
« Qi a crvé ls yx s hos lr rroch ’êr
avgls »,écriait John Milton. En effet, com-
ment ne pas s’interroger quand on se réfère à
certaines escroqueries scientifiques ?
– la théorie génétique de Lyssenko, qui régna
plus de ingt ans, selon laquelle les gènes pou-
aient être modifiés par l’enironnement ;
– la mémoire de l’eau, en 1988, théorie selon
laquelle l’eau mise en contact aec un corps chi-
mique consere l’image structurale de ce corps ;

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LAvEN° 162 - MAI2013Étude
– l’homme de Piltdown, imposture paléonto- sage thermique s’opère donc sur la planète grâce
logique, qui a été considéré, au début du XXe, aux deux fluides géophysiques que sont l’eau et
comme un chaînon manquant entre le singe et l’air. Compte tenu de l’albédo terrestre (31 %),
l’homme ; seulement 1015 Watts eniron sont transportés à
–l’escroquerie des «aions renifleurs», enrpiaqrutes s éegta leosc éaennitrqeu els.e s Cceiprceunldatainotnsl ’eaatum oas puhnée-
1983, qui étaient censés rééler des gisementschaleur spécifique éleée(4,18jou,l es) alors que
pétroliers. Elf Aquitaine, pourtant haut lieu de la
géologie française, a été jusqu’à réaliser un l’air aut par conention 1 joule. En termes de
forage dans les basaltes sud-africains à la itesse de déplacement, ces deux fluides ont
recherche des gisements de pétrole alors que donc des comportements bien différents à la
tout géologue débutant sait qu’il n’y a pas de surface de la Terre.
pétrole dans les laes ; En l’absence d’effet de serre, la température
– la découerte de traces de ie sur Mars, en de la Terre, déduite des lois de Stefan-
1984, dans la météorite d’Allan Hills (Antarc- Boltmann, serait de – 18 °C. La différence entre
tique) ALH 84001, juste aant le ote du budgetcette aleu°rC )e t la température moyenne de la
de la NASA au Congrès américain (découerte Terre (15 est due au ga à effet de serre
qui s’aérera être un artefact) ; (H2O, CO2, CH4, N2O et O3). L’éolution de la
– la disparition des neiges du Kilimandjaro ; teneur de certaines de ces molécules, en particu-
– le débat sur les OG oitation des
ga de schistes, qui représMesn toeur ali’eenxtp lune autono-lsiuesr cleap tiablpee udre d’ceraéue,r lue n CeOff2rrsesue léppt -em elahté ,entseted e
mie éne i mentaire (forçage de l’effet de serre). Cet effet
l’on s’inrtgerétdiqt ude’ edxep l1o5it0e ra...ns en France, mais quede serre permet la ie sur Terre.
giqIul ese,x icstoe mdm’aeu tlree sr émiasniiopnunliastimoen s,e tp ll’uos fifdeénoilo-Des rétroactions positives et négatives
s e Les GES, dont l’origine peut être naturelle ou
cMréaaytai oetn naiusttree, fli’ni ndlul igmnondes iàg n,uej ne tnetontem ,odcégléasi tlceiyc cems adl.. Alorsugariahch-.B,ficiellearti
comment ne pas s’interroger sur le CO2 miques et toute modification dans le cycle peut, les
induire un effet climatique. Certains de ces
GES et les olcans ? cycles peuent entraîner des rétroactions qui
III - Effet de serrepeuent être posities ou négaties(fig. 1). Dans
Sur Terre, l’effet de serre est d’abord sous le le cas du CO2, une augmentation de sa teneur
entraîne un réchauffement de la troposphère par
gcaon trcôalre bdoen ilaq utee nenu’ir netne reaieu ndt e lq’aut’emno sdpehuèxrieè. mLeeeffet de serre. Ce dernier conduit à une augmen-
tation de l’éaporation de l’eau des océans (donc
position. C’est grâce à la apeur d’eau que la à une augmentation de la apeur d’eau) et à un
température moyenne à la surface de la Terre est accroissement encore plus important de l’effet
de 15 °C et non de – 18 °C. de serre. Ceci représente une rétroaction dite
Sans effet de serre, une Terre geléecar elle ient se surimposer à l’effet ini-positie,
L’énergie disponible sur Terre proient tial. Dans le même temps, les mêmes causes pro-
presque exclusiement du Soleil. Le olcanisme duisant ici des effets contraires, dans un eniron-
et la géothermie y contribuent peu en « période nement plus chaud et plus humide la égétation
normale ». Ils ont une influence négligeable. Des se déeloppera et entraînera une rétroaction
éénements géologiques majeurs comme la mise négatie en fixant le CO2pour la croissance des
en place de trapps ou des impacts de météorites arbres dans le processus de photosynthèse. Cette
ont en reanche certainement joué un rôle signi- rétroaction négatie a pour conséquence de faire
fiant sur le climat, mais il s’agit d’éénements descendre la teneur en CO2et donc de diminuer
extraordinaires qui n’entrent pas en compte dans l’effet de serre.
le calcul en « période normale ». L’énergie reçue Les océans ont aussi cette action bialente.
du Soleil est de 342W.m-2 masses d’eau océaniques dissolent une Lesau sommet de l’atmo-
sphère et de l’ordre de 160 à 180 W.m-2 quantité de COau sol. grande2. La mise en solution du
La quantité d’énergie arie également dans le CO2est d’autant plus importante que l’océan est
temps en fonction des caractéristiques orbitales froid (le coefficient de solubilité du CO2dans
de la Terre dans l’espace et dans le temps (cycles l’eau est de 0,9 g.cm-3à 20 °C et de 1,7 g.cm-3à
de Milankoitch, ariation de l’excentricité, de 0 °C). Cependant, ce phénomène entraîne un
l’obliquité et précession des équinoxes). Le flux abaissement du pH qui a pour conséquence de
thermique n’est éidemment pas le même sui- modifier les équilibres géochimiques des carbo-
ant la position géographique. Il est maximum à nates. Les océans se comportent ainsi en tant
l’équateur et minimum aux pôles. Un certain lis- que puits ou en tant que source de CO2en fonc-

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MICHELDETAY

ImpACt du VOLCANISme SuR Le CLImAt pASSÉ et pRÉSeNt de LAteRRe

Fig. 1 - Rrésnaion schéaiq s rincials inracions volcan-aoshèr. d’arès V. Corillo 2009, oifié.
tion de la température qui, elle-même, fluctue en atmosphérique. Ce processus de puits de CO2
fonction de la teneur en CO2 estdans l’atmosphère. éoqué pour rendre compte de l’épisode
Des rétroactions entre les eneloppes fluidessnowball earhdu Protérooïque supérieur.
peuent ainsi se déclencher dans le cas d’unIV - GES volcaniques et anthropiques en
réchauffement et en cas de refroidissement. normal e
Le olcanisme se comporte comme une«Lepsé riéoddifices olcea»niques produisent une
source de ga carbonique, qui a participer à l’ef- grande quantité de ga aant, pendant et après
fet de serre, mais l’altération des basaltes fraîche- l’éruption. On peut considérer que le dégaage
ment créés a engendrer un puits de CO2. Ainsi,
le ga carbonique libéré lors de l’altérationdiffus des flancs du olcan et les phénomène-s
rapide des basaltes des LIPs peut conduire à un secondaires (fumerolles, solfatares, etc.) produi
refroidissement significatif de l’atmosphère. En sentHa2uOtant de ga que l’éruption elle-même.
effet, lors de l’altération des roches silicatées, le L’eau sous forme apeur contribue pou 60 %
CO2eux ga eneapsstuois lo fuirbpuorni der umie oqriaténalptnoc ,er eesrr ee’ffted r à l
l’acide carbonique (H2CO3l’oère nsidqs’u euj %is à09ontntmo)q iuc à laontribuessuael is
dissolution des minéraux et à la formation d’ions n co
bicarbonates (HCO3-Cependant, la apeur d’eau a un temps de). Ces ions se retrouent nuages.
ensuite dans l’océan où, à saturation, ils partici-rqéusieldqeunecse jrédrsui–t , dtaannsd isl ’aqtum’uosnp hgèare c–oàm mpee inlee
pent à la précipitation de carbonates (CaCO3). ou
Lors de l’altération des minéraux silicatés, laSdii olxeys deé mdies sciaornbso ndee y adpeemuer urde’ eeanu iarnotnh ruonp isiècelse,.
totalité des ions bicarbonates proient de l’atmo-is des tours de refroidissement des centqruales
sphère, ce qui représente la consommationnssuucleéaies ou de l’incinération des déchets par
d’une mole de bicarbonate ou de CO2atmo- r
sphérique. En reanche, dans l’altération desebixeenm lp’ilne,f ljuoeunecnet udne sr ôplea nmaicnheeusr , oonl cnaen icqounena îtL epuars
roches carbonatées, seule une mole2.isc bboar-it cet esant pendede blr caglnéeaiged e elmulo
nate sur les deux consommées précipite lors demappeaucr d’eau apporté par le olcanisme est infim
la réaction, la seconde mole est relarguée dans e
l'atmosphère sous forme de CO2 par– en terme de 000 km rapport aux 5053d’eau qui s’éapo-
ga carbonique, le bilan est nul. À l’échelle dureonlct aanniqnuuee llen’ma enqtu ’suunr e Tecrorne.s éLq’eufefnect e dul opcaalnea cdhee
million d'années, c’est uniquement l’altération courte durée (de quelques jours à de semaines).
des silicates qui consomme réellement du CO2ux
Par ailleurs, le stock d’eau terrestre est stable
2. Mole : unité permettant de mesurer la quantité demilliards d’années, il s’agit donc d’undepuis des
matière et correspondant à 6,02.1023entités élémentairesrecyclage permanent (en négligeant la photodis-
(atomes, molécules, ions etc).sociation dans la haute atmosphère et les apports

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LAvEN° 162 - MAI2013Étude
d’eau juénile lors du dégaage olcanique). La ant la position géographique. Ainsi, les érup-
apeur d’eau d’origine olcanique a donc un rôle tions olcaniques se produisant à une latitude
insignifiant dans l’augmentation de l’effet de supérieure à 45 °, où la stratosphère est moins
serre. Il apparaît ainsi justifié de ne pas le prendre haute, peuent atteindre cette stratosphère aec
en compte. Cependant cette équation serait sus- un panache plus réduit.
ceptible d’éoluer si la Terre se réchauffe (rétroac- Le olume de SO2émis est ariable en fonc-
tions au sein du cycle de l’eau). tion de la nature des laes et du olume de
CO2magma émis(fig. 2). Le temps de séjour de l’aé-
l - rosol dans la stratosphère est généralement de
cipaLl eg gaa à ceafrfbeot ndieq usee rerset, rceatre snou nc toemmmpse dee prréisni-l’ordre de quelques mois (5 à 8), mais il peut être
de 12 mois lors d’éruptions importantes comme
dence dans l’atmosphère est long. Il pourrait celle du El Chichón (Mexique).
catetleuii nddre e laq uealqpueeusr cde’enataui nne’se sdt ’aqnuneé edse, aqluorels qquueseDans la stratosphère, l’aérosol sulfurique a la
jours et, pour le SO2 propriété d’absorber une partie importante de, de l’ordre de quelques
mois (oire années). l’énergie solaire incidente, de la réfléchir (aug-
Pour estimer l’impact du CO2d’origine ol- de l’albédo) ou de la rétrodiffuser. mentation

canique, nous considérons le dégaage olca- L’effet le plus immédiat se traduit par une dimi-
nique global, en « période normale », c’est-à-dire nution de la chaleur au sol. Le SO2prooque un
réchauffement quand il est présent en quantité
–prdo’éernuapntito:ns olcaniques: 31±22 Mt.an-1; suffisante à basse altitude ou, au contraire,
refroidit la stratosphère lorsqu’il y est présent
––ddus dréigdaes agmeé ddieos- loaccsé aanciidqeuse s(~117 ± 19 Mt.an-1) ; la forme d’un aérosol d’acide sulfurique. sous
e La compilation de données réalisée par
(~81,5±15,5 Mt.an-1 H. (2008) réèle une production) ; Shinohara
–chmauaids audssi lel ed égoalcaagnies, mà el ’adp’alrocm, be stdiems ép opionutsrannuelle de SO2par dégaage continu de
l’ensesm,blea ndse s olcans a1n9).7,tMa.-1. Le SO2est principalement produit
ériens à (34±24 Mt.an-par le olcanisme d’arc aec 9,2 Mt.an-1(95 %).
La totalité des émissions olcaniques en La contribution du olcanisme explosif serait de
période normale est estimée entre 183 et l’ordre de 3,7 Mt.an-1.
3m4o4Mt.an-d1ral une en généaelruEOn. om ca,l2 n0uGdtS6 al L,et obti tairlaapnoséitneiter nO .2d’origine olcanique en
yenne e année normale serait de 13 Mt.an-1(moyenne des
3d5e s Gétm.iss1(al dnsCOe oi02 rue2. 7)ttCe aàe urleeeé ntns9m1i eséàq i0e7u9e9 1t sntaophrm yoneenreual las oai5f13 tios ,)01
olcaniaqnu- s d’une anné d’origine olcanique est à comparer auxe. Ainsi, les olcans, l
normale, ne contribuent qu’à unorhuteur infée-79Mt.an-1d’origine anthropique. Le olcanisme
ieure à 1%. Selon Gerlach (1991)e, lealcanismecontribue ainsi à hauteur de 16% ce qui est
r o significatiement plus que le CO2. Par ailleurs, le
csoointt r1i/b1u5e 0à dhea luat ecuorn tdrei b3u.1ti0o1n2 aàn 4t.h1r0o1p2i qmueo.l eNs.aonu-s1l’élément le plus toxique, et serait lesoufre serait
principal responsable des extinctions.
sommes dans les mêmes ordres de grandeur.Cl2
SSiOl’2lelei rmPaattention s’est algrmene tofaciland ileroluq ,l ,shc eanlcueiqgas o
CO2il ne faut pas dédaigner le SO2e sér sued elibptceus sst eé,q autnti nrgnaedt émis eescar tss lie su-
ceptible d’être injecté directement dans la h prooquer des modifications substantielles de
atmosphèosés soufrés forment,a uptaerl’enironnement. Il peut, en effet, être à l’origine
re. Les comp de pluies acides. Les aérosols peuent également
oxydation puis par condensation au contact de réagir aec le chlore et les radicaux libres, parti-
l’eadue sosuulsf froirqumee (aHp2eur,SO4ne seaptnicosér aeschris olirtéastoasreday aols tendl on os àsiin as)h.d éCa l stratosphère d
aci u et à l’attaque de la couche d’oone.
rgiéqnuéeraltedmee n2t5 c%o md’peaousés de 75% d’acide sulfu-Le chlore est principalement émis dans des
e . contextes de olcanisme d’arc où la croûte océa-
La position géographique du olcan est pri- nique subduite renferme de l’eau de mer dont le
mordiale pour ce ga. En effet, la stratosphère sel sera à l’origine du chlore. L’éruption de
ls’earéar oasttoeli snet er éapaerct iuran, ppalunsa cohue mdeo itnasil lei tea reita lbalreg eet-l’Augustine (1986) en Alaska a permis de
mesurer des aleurs de 10 000 t.j-1d’HCl [ Rose
ment, autour du globe selon la latitude. et al., 1988]. L’éruption ayant duré deux mois
L’aérosol doit atteindre la stratosphère pour (mars-aril), sa contribution est de l’ordre de
aoir un impact sur le climat. Or, la stratosphère grandeur de la pollution anthropique en chlore.
se situe à une altitude ariant de 10 à 50 km sui- Selon Ryan & Mukherjee (1975), le chlore

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MICHELDETAY

ImpACt du VOLCANISme SuR Le CLImAt pASSÉ et pRÉSeNt de LAteRRe

Fig. 2 - Éission  SO2 (A) Agng 1963, (eC) el Chichón 1882, (e) :vol  aga or ls érions sivans
ena 1975, (F) Fgo 1974, (L) Láscar 1989, (Lk) Laki 1783-84, (Lq) Lonqiay 1989, (mL) mana Loa 1984, (m)
mon S-Hlns 1980, (pc) pacaya 1972, (p) pinabo 1991, (Rb) Rabal 1994, (R) Rob 1989-90, (Rz) Riz 1985,
(S) Sroboli valr oynn. d’arès Wallac p. J. (2001), oifié.
d’origine olcanique (0,1 Mt) dans la strato- sembles parfois gigantesques. De même, l’im-
sphère serait deux fois plus important que le pact sur le climat et la température historique
chlore d’origine anthropique atteignant la tropo- perçue sont des indicateurs agues, liés à l’étude
pause. de textes anciens, parfois difficiles à interpréter.
Contribution en période normaleLes chiffres que nous articulons doient être
considérés comme des ordres de grandeur. Leur
féreEnnts pgéari oàd ee ffneotrdmea lsee,r rlae cd’oonrtirgiibnuet ioonl cdaensi qduife-,impact sur le climat est également extrêmement
complexe à modéliser compte tenu des multiples
comparés à la production anthropique, repré- actions et rétroactions. Une certaine prudence
smenotiens: udne e1ff%e t pionsuirg lnei fCiaOnt2% pour l; 16ruop al O S e’epea dur2nsi-réheacclel socpmlu surPo. see dren rau;opmi’ste
bles, nous aons choisi de traailler en millions
une à deux fois plus importante pour le chlore. de tonnes par an (Mt.an-1) plutôt qu’en moles de
PVo-u rV toelcntaenri sdmeeqhuiasnttoifriieqruaeu stmriuecutxu rl’ainmtt COalenquipeanct é uo ag2. Ces aleurs proien-
du olcanisme his rique il est nécessaire de nent de la littérature scientifique citée en biblio-
plus tlooin dans l géolo-graphie.
rgeiqmuoens.t eCr etatue démarche introduiets d et efmorptses incer-Émissions volcaniques paroxystiques
titudes. Autant la composition des laes et leur Les changements de la composition chimique
datation sont « simples » à appréhender, autant de l’atmosphère modifient son albédo. De 31 %
les olumes initiaux aant érosion, la quantité en période normale, celui-ci peut être perturbé
d’éléments olatils libérés lors de l’éruption sont par les ga à effet de serre. Dans ce contexte,
plus difficiles à estimer dans l’état actuel de nos quelles sont les conséquences du olcanisme à
connaissances. Si le SO2 caractèrepeut être mesuré dans qui explosif injecte dans la haute atmo-
des inclusions fluides dans certains minéraux, en sphère (stratosphère) un olume important de
reanche, le CO2 et de ga à effet de serre (H particulesdemande souent à être recal-2O, CO2,
culé à partir de la masse de magma émise et de CH4, SO2notamment) ? Leur impact climatique
sa composition. Il en découle des aleurs parfois semble encore difficile à éaluer, car l’obsera-
contradictoires, de plusieurs ordres de grandeur, tion précise des modifications atmosphériques
en fonction des techniques analytiques utilisées, induites par le olcanisme fait appel à l’analyse
des ratios employés, ou encore du nombre satellitaire où l’on ne possède pas encore un
d’échantillons étudiés pour rendre compte d’en- recul suffisant.

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LAvEN° 162 - MAI2013Étude
Cependant, les éruptions pliniennes et ultra- pollution industrielle actuelle ou encore 168 fois
pliniennes prooquent une baisse sensible de la le bruit de fond « normal » olcanique(cf. chair
température moyenne du globe qui perdureSO2). En huit mois, du 8 juin 1783 au 7 férier
pendant quelques années : 1784, le Laki a émis 15 km3de lae qui ont
– l n du Kra ntraîné un recouert une surface de 565 km2. Il a émis
’éruptio0kataCu s(u1r8 8t3o)u at ee la surface120Mt de SO2et 1 100 Mt de cendres et
fdour çgalogeb ed;e 3W.m-2~ Toutes choses égales par ailleurs, l’érup- téphras.,4 °
tion du Laki est donc cinq fois plus polluante (en
un f–ol’réçraugpe tidoen 2dWu mP-i2letem sedS orptéurqeo1990) a natubo (ésabsiOmpéra tee a atur2) que la pollution anthropique
. actuelle. Le panache éruptif aurait atteint 13km
de –0,l2’ éàr u0p,4ti°oCn pdeun daCnhti c2h oóun , 3 aaun s;Mexique, ende hauteur. On estime que l’éruption du Laki a
1882, a imposé une baisse de 35 W.m-2 000 personnes la mort d’au moins 50; prooqué
r uit (certaines estimations atteignent 160 000).
150–kl’mér3el tcer éd tneito-d orsthipdo ) aon eectiprojde noitpu1518 (raboam TduContribution paroxystique
rique. De ce fait, en 1816, il neigeait à Londres et La contribution du olcanisme paroxysmal
des récoltes furent perdues aux États-Unis et en comparée à la production anthropique est de
Europe. En Europe, l’année 1815 a été baptisée l’ordre de 1/80 en terme de CO2. En reanche,
« l’année sans été ». On estime que l’éruption a l’émission journalière de SO2peut atteindre un
imposé un refroidissement de 3-5 °C ; mois de production anthropique. Dans le cas du
– l’éruption du Huaynaputina, au Pérou, en Laki, l’impact annuel a été de cinq fois la aleur
sode anthropique. Sur le plan du chlore, la pollution
1d6a0ns0 l’ah éenmtirsapînhéè reu nn oérpdi. de froid prononcéolcanique est de 70 à 135fois la aleur anthro-
es arox pique. L’impact sur le climat est réel, de l’ordre
injeLctees nt éumnies siqounasn titéo licmapnioqrtuante pde CyOs2ièixs mequel desduq equestiquessnad s àuqleedd geér
. Ce end degrés pendant une année eniron. Les impacts
ld’aétpmasossepnht èpraes le sepuil dea n0t,,4 4leGs t.aens-t1 edce s, consé-tees rui qatimritoishoeits nmne sqeu ne tnetecnedié
faible par rapport aux émissions anthropiques quences mortelles pour le bétail et la population.
(1/80). Par exemple, l’éruption du Mont SaintSupervolcans
Helens, du 18 mai 1980, n’a contribuaél e qud’uàLes superolcans sont caractérisés par un
0P,i0n1atGutb o,d lee 1C5O j2e év(IEiti élé L’é.oi nurtpyxmsaporu,0991 nielâc a r,05Ghé 0osiple.xtdS’ x dein>8) et un olume
l’on regarde les émissions instantanées, rame-dd’eé j1ec0t0a0s k(dm3R.eC edtynpse dR’oécrku petiqoinv aelstnr)aer .nOe ne dorl’edr
nées à l’heure d’éruption, le Saint Helens et le
Pinatubo ont respectiement eu des taux d’émis- dénombre 42 dans les derniers 36 millions d’an-
sion de 1 et 6 Mt.h-1 a aC leelc té éal r euées.,nne tocpmuq iedia-atn:snscaui sler olstnemuop r samecé
rable au taux d’émission horaire du CO2anthro-
pique de 4 Mt.h-1. Bien éidemment, le olca- – Yellowstone (2,1 Ma, 1,3 Ma et 0,63 Ma)
nisme paroxysmal est bref, alors que la pollution qui a produit 2 500, 280 et 1 000 km3d’éjectas ;
anthropique est continue. Une autre image300–0Tkomb3alaéroà Dde, REdorpitcud no nu’ (73000ans) érupitnos puréeiru e
consiste à dire que les émissions anthropiques so
sont équialentes à un paroxysme du Mt Saint sulfaté de 2,2 à 4,4 Gt, baisse significatie de la
Helens toutes les 2,5 heures et un Pinatubo température de 3,5 °C ;
toutes les 12,5 heures. Ou encore que tous les – Taupo (26 500 ans), éruption de 530 km3de
2,7 jours, les émissions anthropiques équialent magma ; 340 000 ans, éruption de 1 200 km3de
à la contribution annuelle du CO2d’origine ol- magma.
canique. Pour dégager des ordres de grandeur, exami-
Les émissions pliniennes et ultra-pliniennes nons les conséquences d’une super-éruption du
ne sont pas les seules à prooquer un refroidis- type Toba ou Yellowstone, produisant 2 000 à
sement climatique. Les éruptions fissurales de 3 000 km3de magma (équialent à 5 000 -
l’Eldgjá (934-940) et du Laki (1783-84), en 8 000 km3de cendres). Localement, l’éruption
Islande, ont également entraîné une baisse de la produit une caldeira importante (la caldeira
température en Europe. L’été 1783 a été celui de consécutie à l’éruption de Toba mesure 100x
la grande famine de ri au Japon. En Alaska, la 40 km) et coure de cendres des diaines de mil-
température a été de 5 °C inférieure à la normale. liers de km2(dans le cas de Toba, les dépôts
Pendant l’éruption du Laki, le taux d’injection de d’ignimbrites et de cendres ont couert
SO2dans l’atmosphère a atteint 6 Mt.j-1 000 km 20, soit une2). En termes de SO2, le olume sus-
production journalière équialente à un mois de ceptible d’être libéré serait de 3 500 à 20 000 Gt.

24

MICHELDETAYImpACt du VOLCANISme SuR Le CLImAt pASSÉ et pRÉSeNt de LAteRRe
L’aérosol pourrait être d’une opacité telle qu’un était plus de dix fois supérieur à celui du Laki et
« hier olcanique » serait à craindre. D’après les maintenu pendant des diaines d’années. Or, les
simulations réalisées, l’aérosol derait rester dans trapps sont composés de diaines (oire de cen-
l’atmosphère une diaine d’années et prooque- taines) de coulées géantes.
rait une baisse de la température de l’ordre de La coulée de Roa, située dans le trapp de
10 °C, capable d’initier une glaciation. Une Columbia, peut être comparée à l’éruption du
gsunpéee r-dérupotni ocno retsèt,g eb ide’né éénideemmenmtes nsti,s amcicqoumesp ae-tLaki. Cette coulée, d’un olume de 1300km3de
e s lae, se serait mise en place en moins de 15 ans.
de tsunamis potentiels. L’impact sociétal d’une Elle aurait généré une émission de SO2de 12 Gt
telle éruption serait considérable. Les télécom- (soit un aérosol d’H2SO4~ Mt 60023 Gt) ; de
munications et le transport aérien sont particu- Cl2 de CO; 23 Gt2). Si l’éruption du Laki aait
lièrement ulnérables et sensibles à ce type engendré une diminution de 25 % de l’intensité
d’éénement. des rayons lumineux atteignant le sol, la coulée
Contribution d’un su ervolcande Roa aurait prooqué une diminution de
p % pendant une décennie. 90est susc
de dL’éécrleunpctihoenr ud’nu hni seurp erolcoalnciaqnu e. Les oelputimbelseLes olumes de SO2peuent être estimés
à effet de s rdre de 45 à 250 grâce aux études des inclusions fluides dans les

fdoei sg ala pollution aenrtrhe rsoopnitq udee l’poour le SO2 basaltiques. Pour le CO; une erres2, on est obligé de
ol faire appel à des pourcentages pondéraux
diaine à quelques idèirea idnee sC Ode fois 7l5a àp 15l0u tfiooins(typiquement ~0,5 %) ou à l’équation de Leaitt.
anthrr loep icqhluoer ee.n mat2; de Ainsi, 13 Mt de CO2sont libérés par km3de lae
pouMégaco léesbasaltique. Cela reient à 13 Gt de CO2pour une
u 000 kméruption de 13 de flux annuel %, soit 37
On obsere des coulées géantes dans la plu- de CO2anthropique actuel. Le flux de CO2
part des trapps. Ce sont des épanchements éruptif reste, même dans le cas de ces énormes
majeurs, comme lagran ron foraion éruptions, très faible au regard du flux anthro-
Colbia Floo Basal En reanche, le SOqui représente à elle seule pique.2apparaît être le ga
un olume de 5 000 km3 du climat. Un is-à-is le plus actif olcanique. Les coulées géantes
sont 100 à 1 000 fois plus olumineuses que celle flux d’un Gt de SO2par an est équialant à
du Laki. Elles se sont mises en place en quelques 12 fois la aleur anthropique. Il est susceptible
années, oire en quelques diaines d’années d’imposer un hier olcanique pendant des
(100 ans maximum). Le flux gaeux instantané diaines d’années, oire daantage.

Fig. 3 : Localisaion s rincials grans rovincs agaiqs (LIps= laax océaniqs)  lacn sras
oins chas qi lr son associés. (d’arès V. Corillo 1995).

25

LAvEN° 162 - MAI2013Étude
Trapps, LIPs et CFBs Trapps et extinctions
Les grandes proinces magmatiques basal- Il existe une remarquable corrélation entre la
tl’iaqcuteisi t(éL IdP’u=nL aprgan aIcgnheo smarnotveilnlciq)résue (ufilgt.en3)det .I l-en ééandss grt lespe rtpaed sca epln esemi
ments géologiques catastrophiques (extinctions
se’amgpitil edmee nttrsa pdpes , cotuelrémese dde ésbiagsnaalnet. Cd’eésnormesde masse, anoxie océanique, modifications eni-
forment des ensembles encore pltus gra ntdrsa, plpessronnementales majeures...) qui ont justifié des
changements stratigraphiques(fig. 4). La biodi-
cCoFnBti (Cnotnauinx noaul dFelso op laBteasaaulxs )ante deo cnéoamnbirqeuuexs(s rPtOi )ése tédepdncaf ruetsuandqetnos sli
ne géologiques, comme la répartition des conti-
quand ils sont émergés. nents et des océans (tectonique des plaques), les
Typiquement, la mise en place de trapps oscillations du nieau de la mer (eustatisme), et
impose des flux magmatiques considérables, de la composition de l’atmosphère (climat). Plu-
l’ordre de 100 à 1 000 km3par éruption. Ces épi- sieurs crises biologiques semblent étroitement
sodes olcaniques sont relatiement courts (<1 liées aec le olcanisme. En effet, toutes les
Ma oire 104 ans ou 103 ans selon les auteurs). extinctions massies des derniers 300 Ma corres-
Les flux gaeux sont de l’ordre de 1 Gt de CO2pondent à l’âge de mise en place de trapps. Le
et de SO2 de la plupart de ces épanchements se olumependant une période de plusieurs
diaines d’années. Ces éénements peuent chiffre en millions de kilomètres cube de lae. Le
influencer l’enironnement de deux manières : olcanisme apparaît ainsi comme un agent de
– réchauffement climatique par l’injection changement enironnemental extrêmement
dans l’atmosphère de ga à effet de serre puissant.
(principalement le CO2 périodes de olcanisme intense ont Plusieurs) ;
furi–qrueef rqoiudi isasbesmorebnte lilée aruaxy oanérnoesmolesn td ’sacoildaier es uel-tmarqué durablement l’histoire de notre planète.
L’étude de la limite crétacé-tertiaire (K/T) a fait
opacifie l’atmosphère. éoluer la compréhension de tels phénomènes.
Il s’agit d’une simplification de phénomènes En effet, cette limite a été interprétée comme la
beaucoup plus complexes. Ces objets géolo- résultante d’un impact majeur de météorite
giques sont généralement initiés par la remontée (théorie d’Alare). Sans entrer dans les détails,
d’un point chaud. Ils se caractérisent par une cette théorie est organisée autour de la décou-
actiité olcanique intense où plusieurs millions erte du cratère météoritique de Chicxulub
de kilomètres cubes de magma ont être libérés. (150 km de diamètre) dans le Yucatan. Impact
Ainsi, 2 millions de km3 majeur,de basalte correspon- contemporain de la limite K/T, dont on
draient à une couche de 4 000 m d’épaisseur sur a retroué des traces tout autour de la planète
l’ensemble de la France. (nieau à iridium).
Trapps sous marinsEn parallèle, vincent Courtillot et ses équipes
Lors de la mise en place d’un plateau océa- mettaient en éidence une forte corrélation entre
ous-marin la mise en place du trapp du Deccan (Inde) et la
ennique basaltique, un trapp speutcrise biologique majeure K/T il y a 65 Ma.
effgeet,n ddreesr huynder aatneso xdiee omcéétahnainqeu e( cgléatnhérraatliessé) e.s oEnntL’étude des couches de lae deait, en effet, met-
présents dans les pergélisols et dans les sédi- tre en éidence que les pulses (paquets) olca-
ments niques ont été très brefs (10 à 100 ans). La mise
1000 md edse mpraorfgoesn dceounrt,i oneù nlteasl etes msiptuéréas tàu rpelsu sso dneten place des trapps a été l’objet de pulses et
’ordre de méga-pulses olcaniques très importants aec
i1n0féMriePua.res à 10°C et les pressions de ldes coulées pouant atteindre 20000 km3mises
L e réseroir d’ drates de en place en quelques années seulement. On parle

méth’iamnep orftaaitn cee ncdoe rec l’objet de nhoymbreusesdonc de olume de lae de 100 à 200km3par an.
controerses et les estimations arient entre 500 Le trapp de Columbia (d’un olume initial estimé
ue le méthane à 2 Mkm3), qui héberge la coulée géante de Roa,
eest t 1u0n0 0g0a Gàt .e fOfent pdeeu st ecroren seitd iélr esr’ aqgit de olumesaurait libéré entre 7000 et 17000Gt de SO2.
considérables de CH4susceptible d’être libéré, L’impact météoritique est également puissant,
sous forme gaeuse, dans l’atmosphère. Ce phé- mais presque instantané par rapport au olcanisme
nomène s’est produit dans le passé, il y a 120 Ma, de trapp. Pour fixer les idées, un impact de type
lors de la mise en place du plateau d’Ontong- Chicxulub relâche dans l’atmosphère 50 à 500 Gt
Jaa. L’effet cumulatif du olcanisme de trapp de SO2alors que, aec le mégapulse terminal du
couplé à une libération massie de méthane Deccan, ce serait 5 000 Gt, soit un rapport de 10 à
aurait nécessairement un effet très significatif 100 fois plus important que Chicxulub. Au nieau
sur le climat. du ga carbonique, Chicxulub a relâché 6 Tt de

26

MICHELDETAY

ImpACt du VOLCANISme SuR Le CLImAt pASSÉ et pRÉSeNt de LAteRRe

Fig. 4 - Corrélaion nr ls âgs s rinciax ras  ls xincions  ass (changn ’èr géologiq). L vol s
éissions volcaniqs s ras figr nr arnhèss n illions  kiloèrs cbs. d’arès V. Corillo, 2009, oifié.
CO2alors que la mise en place des trapps du nature et à la quantité de ga libéré et à son
Deccan est éaluée à 15 à 35 Tt. temps de résidence dans l’atmosphère. En
Trapps et rétroactionpériode normale, il apparaît clairement que l’eau,
Il semble que l’éruption des trapps dutperimnpcisp dale rgéasi deà ncefef tertè sd fea isbeler,r ea, unm iaims paaycatnté ulin-
Deccan se soit soldée par un refroidissement degeable sur le climat. Le ga carboniqu e,n gi
la planète. En mesurant la itesse d’altérationconstitue le point de focale de la comparaisqoun
des basaltes sur l’île de la Réunion, qui est l’émis- des rejets olcaniques et anthropiques, apparaît
saire actuel du point chaud à l’origine des trapps ’ oir pratiquement aucun impact sur l’effet de
du Deccan, il est possible de calculer commentnare(0,7% du CO2anthropique). En reanche,
l’excès de CO2 serémis il y a 65 Ma s’est résorbé et
en combien de temps. Les résultats sont surpre-leit éS bOie2t raremen eoclnanq eul serée ntmeisep ra %61l edol negiri’odsulp tse euqinac
nants, il apparaît que le CO2 c tributioninjecté dans anthropique. La quantité de chlore
l’atmosphère s’est résorbé en 100000ans par lelciobnéré, susceptible de réagir aec la couche
rétrocontrôle négatif de l’altération des basaltes d’ one, correspond à une à deux fois la aleur
suiie de la précipitation de calcaire en mer. o
Ceci souligne la complexité que représente la anthropique. La contribution olcanique aug-
m
tenoud édliessa taicotnio ndse elt’ érétorloutaicotino ndsu mculiltmipalte s.compteàm uenn tée psiisgondiefi caotlicaenmiqeunte ddèe st yqpuee Ll’aokni (sf’iign.t5é)r.esse
IV - Résultats et conclusionTous ces processus sont complexes et notre
Pour quantifier l’impact des ga à effet de connaissance en est encore imparfaite(fig. 6). Les
serre d’origine olcanique, il faut s’intéresser à la interactions, souent contradictoires, restent

27

LAvEN° 162 - MAI2013

Étude

tabla 1 - Orrs  granr (lils)  l’iac  volcanis coaré à la ollion anhroiq. Nos coarons ici s
éisos volcaniqs ranés à n anné y ar raor à la ollion anhroiq annll acll, à l’xcion s ras
(iac  l événn).

encore bien difficiles à appréhender et à modéliser. – les éruptions explosies (olcanisme acide
Il se dégage cependant de cette rapide synthèse de type arc insulaire) ne sont pas les seules à
quelques règles simples en « période normale » : pouoir impacter significatiement le climat,
– le olcanisme est susceptible de modifier le comme en atteste l’éruption tholéiitique du Laki
climat à court terme (refroidissement annuel ou ou de l’ Eldgjá ;
sploulsr iad’nanciudele) , sunloftuarimqumee. nItl ppaer l’actilonm ednets ianéfrluo --–le forçage climatique d’une éruption est
ut éga e également sensible à des éénements extérieurs.
reéncchear ulfef ecmliemnatt lài é plàu sl al olnibg étreartimone, sdoei t gpraarn duensUne éruption en été peut se combiner à El Niño
(chaud) ou à La Niña (froid), ce qui a amplifier
quantités de CO2 contrebalancer son effet. L’effet combiné et/ouou, au contraire, imposer un
lraefreso ibdiasssiequmeesn;t prooqué par l’altération despeut alors être plus important que la somme des
éènements indiiduels. De même en hier, le
– une éruption est susceptible d’induire un olcanisme peut surimposer son effet et étendre
changement de climat local (rarement global). une période de froid.
L’impact sera typiquement de 0,2-0,3 °C pendant Cependant, dès que l’on quitte l’ère indus-
quelques années. Cas de l’éruption du Katmai trielle
(1912) qui a entraîné une baisse de 9 W.m-2., ets mptes lea gfoéroiloorgil i’eu,sqicani olt dumpacpsrep ne tem no etiecqaudnems
– pour produire un impact plus global, l’érup- est significatiement plus important que les
tion doit proenir des régions équatoriales (cas contributions anthropiques(fig. 5). Le tableau 1
du Pinatubo et du Chichón). Les éruptions pro- résume les ordres de grandeur de l’impact
enant des moyennes aux hautes latitudes n’au- potentiel du olcanisme sur le climat. Il met en
ront d’effet que sur l’hémisphère d’origine. Bien perspectie, pour chaque éénement olcanique,
que cet élément soit à nuancer, car les olcans les flux potentiels et les impacts probables. Les
situés dans cette one, peuent atteindre plus trapps, cependant, sont considérés comme un
facilement la haute atmosphère (basse tropo- éénement à part entière, car leur impact ne peut
pause à 8-10 km) que lorsqu’ils sont situés en pas être ramené à une unité de temps annuelle.
région équatoriale (basse tropopause à 15 km) ; En effet, la mise en place d’un trapp est par défi-
– pour qu’une éruption olcanique soit sus- nition, un éénement, ou plutôt une suite d’éé-
ceptible de produire un impact sur le climat, elle nements, qui s’inscrit dans une durée
doit injecter au moins 1 Mt de SO2dans la stra- incompressible (103 à 106 ans).
tosphère (soit un aérosol de 12,5 Mt d’H2SO4) ;la ie sur Terre a été ponctuée L’histoire de
– pour aoir un impact significatif sur le cli- de grands éénements structurants où le olca-
mat, il faut faire appel à plusieurs éruptions ou à nisme a joué un rôle central. Les éruptions
une méga éruption. Leur effet cumulé est alors paroxysmales, les superolcans, les mégacoulées
susceptible d’aoir un impact plus long (diaines de type Roa Flow, eta forioriles trapps consti-
oire de centaines d’années) ; tutifs des LIPs sont susceptibles de produire des
28

MICHELDETAY

ImpACt du VOLCANISme SuR Le CLImAt pASSÉ et pRÉSeNt de LAteRRe


Fig. 5 - mis n rsciv s conribions annlls n CO2 SO2n orcnags ar raor à la conribion anhroiq.

Fig. 6 - princiax ffs s gaz volcaniqs sr l clia  orr  granr  s  l’iac. d’arès p.B. Wignall, 2001,
oifié.
29

LAvEN° 162 - MAI2013

Étude

quantités considérables de ga à effet de serre. tion des basaltes, se succédant, peut imposer à la
Un trapp est constitué de diaines (oire de cen- Terre une séquence « froid-chaud-froid » dont les
taines) de mégacoulées. La séquence des méga conséquences sont considérables pour l’eniron-
éruptions, leur nombre, le flux magmatique et nement. Les trapps répartis tout au long de l’his-
surtout leur rapprochement dans le temps impo- toire de la Terre se réèlent être positionnés aux
sent des modifications drastiques du climat et de changements stratigraphiques majeurs (oire
l’enironnement. La manifestation ultime d’un d’ère). Autant le olcanisme en période normale
tel éénement est généralement l’amorce d’un n’a qu’un faible impact sur le climat, autant le
hier olcanique. Dans certains cas, la mise en olcanisme structurant (olcanisme paroxys-
place des trapps peut déclencher la sublimation tique, superolcans, mégacoulées, pulses et
des chlatrates. L’effet consécutif des aérosols mégapulses) a un impact majeur sur le climat
sulfuriques, du ga carbonique puis de l’altéra- passé de la Terre.o

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