Un an après une éruption massive dans le Pacifique Sud, l’atmosphère en ressent toujours les effets


À la mi-janvier de l’année dernière, le volcan sous-marin Hunga Tonga-Hunga Ha’apai est entré en éruption, envoyant des masses d’eau de mer et de matériaux volcaniques dans l’atmosphère. Il s’agissait de l’éruption volcanique la plus puissante depuis près de 140 ans et des images satellites extraordinaires ont capturé l’énorme panache de cendres et l’onde de choc déclenchée par l’explosion.

Un tsunami atteignant 20 m de haut a tué au moins quatre personnes à proximité des Tonga, la nation insulaire du Pacifique Sud étant également recouverte d’une épaisse couche de cendres. D’autres effets ont été ressentis tout le long du pourtour du Pacifique, avec deux autres personnes tuées par des vagues aussi loin que le Pérou. L’explosion a même été détectée par des sismomètres à 18 000 km.

Un an après, l’énorme volume de matière injecté dans l’air continue d’affecter la chimie atmosphérique de notre planète.

Un événement gigantesque

Le panache créé par Hunga Tonga a atteint 58 km dans le ciel, battant le record de 35 km établi par l’éruption du mont Pinatubo en 1991. Cela en fait la première éruption que nous connaissons où le sommet du panache s’est élevé au-delà de la stratosphère et dans la mésosphère.

Au lendemain de l’éruption, de nombreux groupes ont commencé à analyser la composition chimique du panache. Des instruments montés sur ballon et des systèmes de surveillance par satellite ont tous été utilisés pour suivre le dioxyde de soufre, les aérosols sulfatés, les cendres et la vapeur d’eau soufflés vers le ciel par l’explosion. Comprendre le contenu du panache et les interactions entre les différentes espèces chimiques fournit des informations importantes sur la façon dont l’événement pourrait affecter la couche d’ozone et le changement climatique.

Dans le cas de Hunga Tonga, la teneur en eau du panache était bien plus importante que les autres éruptions, avec d’énormes quantités d’eau de mer vaporisées au contact du magma chaud. Alors que de nombreux volcans sous-marins existent, Hunga Tonga était unique en raison de la taille de l’explosion et de son emplacement à seulement 150 m sous la surface de la mer. Une grande partie de la matière émise par les volcans plus profonds reste piégée sous l’eau, tandis que le panache de Hunga Tonga a pu éclater.

L’énorme teneur en eau du panache signifiait que dans les jours qui ont suivi l’éruption, les satellites ont d’abord eu du mal à surveiller ce qui se passait. En effet, les instruments n’ont jamais été conçus pour mesurer de si grandes quantités d’eau, explique le chercheur du Colorado Holger Vömel de l’University Corporation for Atmospheric Research.

Au lendemain de l’éruption, Vömel explique que des collègues de la National Oceanic and Atmospheric Administration des États-Unis ont organisé une campagne d’intervention rapide sur le terrain alors que le panache passait au-dessus de l’île de la Réunion dans l’océan Indien. « Exactement une semaine après l’éruption, ils ont pu lancer un certain nombre de ballons pour mesurer la vapeur d’eau, l’ozone, le SO2, particules grandes et petites. Et juste au moment où le panache arrivait au-dessus de la station, j’ai vu les sondages de vapeur d’eau. Et j’ai tout de suite vu qu’il s’agissait d’un événement gigantesque », déclare Vömel. «Normalement, nous parlons de cinq parties par million, c’était 350 parties par million. Nous sommes excités quand il y a des variations de 5 ou 10 % – ici, il y a un facteur de 80. C’était donc absolument énorme.

D’autres mesures prises par des stations de radiosondage à travers l’Australie ont pu aider à quantifier la taille du panache. «Le 18 janvier, neuf des stations au-dessus de l’Australie ont pu détecter ce panache simultanément», explique Vömel. « Alors maintenant, nous n’avions pas seulement un profil vertical, mais nous en avions également une distribution horizontale. »

Avec ces données, Vömel et ses collègues ont donné une « estimation prudente » selon laquelle Hunga Tonga a injecté au moins 50 millions de tonnes d’eau dans la stratosphère. Cela représente une augmentation de 5 % de la teneur totale en eau de la stratosphère.

Depuis lors, les données satellitaires ont révélé que la quantité d’eau injectée dans la stratosphère par l’éruption était probablement encore plus élevée. L’un des instruments satellites les plus importants qui a suivi le panache au cours de l’année qui s’est écoulée depuis l’éruption est le sondeur micro-ondes (MLS) à bord du satellite Aura de la Nasa.

« Cela nous a surpris au début, car les grandeurs [of water vapour] étaient si grands – je parle de plus de 100 écarts-types de ce que nous voyons normalement », explique Luis Millán, chercheur au Jet Propulsion Laboratory de la Nasa au California Institute of Technology. Mais alors que la MLS continuait de suivre le panache au cours des mois suivants, Millán et son équipe ont pu vérifier les données. Ils estiment qu’environ 146 millions de tonnes d’eau ont été injectées dans la stratosphère. «Nous n’avons jamais rien vu de tel depuis des décennies d’observations de la vapeur d’eau», déclare Millán.

Où est le SO2?

La teneur en eau sans précédent du panache de Hunga Tonga a un certain nombre d’implications. La première est que cela pourrait expliquer une autre observation faite par les scientifiques qui suivent l’événement : la teneur apparemment faible en dioxyde de soufre.

« Dans la colonne d’éruption directement au-dessus du volcan, toute la stratosphère était probablement saturée », explique Vömel. ‘Vous avez donc beaucoup de particules de glace là-dedans et elles peuvent certainement éliminer beaucoup de SO2. Il y a donc un autre sujet de recherche très, très intéressant : ce qui s’est passé – n’y avait-il pas beaucoup de SO2 sortant du volcan, ou y en avait-il beaucoup et tout a été emporté ? »

Un autre processus qui a contribué aux faibles quantités de SO2 détecté après l’éruption, est sa conversion rapide en aérosols sulfatés – encore une fois, entraînée par la grande teneur en eau du panache. Habituellement, ce processus prend plusieurs semaines, mais dans le cas de Hunga Tonga, il semble s’être déroulé beaucoup plus rapidement.

‘En raison de la quantité d’eau dans le panache, SO2 a été oxydé en acide sulfurique puis en aérosols sulfatés très rapidement», explique Pasquale Sellitto, spécialiste de l’atmosphère basé à l’Institut Pierre Simon Laplace en France.

Impacts climatiques

À l’aide de radiosondes et de données satellitaires, l’équipe de Sellitto a modélisé l’impact radiatif du panache de Hunga Tonga. Immédiatement après l’éruption, ils ont noté un effet de refroidissement dû aux aérosols sulfatés dans le panache. Mais avec le temps, les sulfates produits par l’éruption ont chuté en altitude, et les chercheurs ont observé un décollement de la couche de sulfate, en dessous de la couche de vapeur d’eau. Désormais, la vapeur d’eau domine les effets radiatifs, ce qui signifie un réchauffement net du système climatique. On prévoit en fait que le volcan augmentera de 7% les chances de réchauffement global de la Terre de 1,5 ° C au cours des cinq prochaines années. « Ceci était une éruption volcanique qui se réchauffait – je n’ai jamais vu quelque chose comme ça, il n’y a rien dans la littérature à ce sujet », dit Sellitto. «Toutes les éruptions produisent un refroidissement transitoire du système climatique. Celui-ci réchauffait le système climatique.

Les effets de réchauffement du panache d’eau de Hunga Tonga devraient durer quelques années, et les chercheurs souhaitent obtenir autant d’informations que possible alors qu’il continue de se répandre dans le monde entier. Cependant, l’instrument MLS qui a fourni l’image la plus détaillée des mouvements du panache devrait être éteint cet été, ayant déjà fait le tour de la planète pendant 18 ans.

« C’est un instrument phénoménal. Il a fourni des cartes quotidiennes de la vapeur d’eau stratosphérique à l’échelle mondiale», déclare Vömel. « Et pas seulement la vapeur d’eau : l’ozone, un tas d’espèces chlorées, des espèces azotées. Nous avons donc une très bonne image globale de la chimie stratosphérique à partir de ce seul instrument.

Selon Vömel, aucun autre instrument ne peut fournir des données comparables aux cartes quotidiennes fournies par le MLS, et il existe un risque que les scientifiques de l’atmosphère « deviennent assez aveugles à ce qui arrive au panache ». Des discussions sont en cours sur l’opportunité de prolonger la durée de vie du satellite Aura jusqu’à deux ans, et Vömel espère que les personnes impliquées prendront cette option afin que le MLS puisse continuer à fonctionner.

« Deux ans de plus, c’est important, car dans deux ans, la plupart des aérosols auront probablement disparu », dit-il. « Et la vapeur d’eau se sera en grande partie homogénéisée – quelle quantité aura quitté la stratosphère ? Je ne sais pas.’

‘Si [Hunga Tonga] avait éclaté l’année prochaine et la MLS n’aurait pas été là, oh mon Dieu, quelle énorme perte », ajoute-t-il. « Nous avons pu en voir au moins la première année … mais nous devons tout de même voir comment cela se déroule aussi longtemps que possible – c’est un événement unique dans une vie. »

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