La découverte de l’origine de l’acide sulfurique stratosphérique : une vraie saga

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Des études détaillées des carottes glaciaires tant du Groenland que de l’Antarctique ont indiqué la présence d’acide sulfurique dans l’atmosphère provenant d’éruptions volcaniques d’origine intertropicale pour celles qui coïncidaient au niveau de leur date. Ces travaux répertoriant tous ces évènements ne sont pas récents car ils datent de plusieurs années mais ils ont fait l’objet de nombreuses études ultérieures ayant permis de préciser l’effet des éruptions volcaniques majeures sur l’évolution des températures. Au cours des 1000 années passées de l’ère commune (après JC) il y eut trois éruptions volcaniques majeures ayant eu lieu dans la zone intertropicale puisqu’elles ont laissé leur empreinte sensiblement de la même amplitude tant dans les glaces du Groenland que de l’Antarctique. Il s’agit des éruptions cataclysmiques du Samalas en Indonésie, du Kuwae au Vanuatu et du Tambora également en Indonésie aux alentours respectivement de 1257, 1458 et 1815. Les dates 1257 et 1458 ont été déterminées par la chronologie glaciaire qui n’est exacte qu’à quelques années près compte tenu du tassement de la glace mais également des constantes remises en cause de cette datation. L’explosion du Kuwae a ainsi pu avoir lieu en 1452 ou 1453 et à ses effets sur le climat fut attribuée la chute de Constantinople.

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Ces éruptions ont propulsé dans l’atmosphère des oxydes de soufre, principalement du SO2, à des altitudes supérieures à 20000 mètres. L’éruption du Pinatubo a enfin permis il y a quelques dizaines d’années de bien explorer et comprendre quelle était l’incidence de ces émissions massives d’oxyde de soufre dans les hautes couches de l’atmosphère au niveau des températures relevées instrumentalement au sol. La présence d’aérosols (AOD = aerosol optical depth) a été reconstituée à partir des obervations relatives à l’éruption du Pinatubo et l’acide sulfurique (échelle de gauche) estimée à l’aide des analyses des carottes glaciaires. Une analyse isotopiques plus fine tant au niveau du soufre (teneur en S-33) que de l’oxygène (0-17) a confirmé la nature stratosphérique de l’acide sulfurique présent dans les carottes glaciaires. Les effets de ces très fortes éruptions sur le climat ont été bien répertoriés dans les chroniques passées. Lors d’une éruption volcanique de grande ampleur les températures chutent en moyenne de 1 degrés et le retour à la normale demande de 5 à 10 années. La perturbation isotopique fut particulièrement bien étudiée pour une éruption volcanique qui eut lieu aux alentour de l’année 566 de l’ère présente, et elle s’applique aux autres évènements volcaniques qui eurent lieu plus tard :

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La perturbation isotopique du SO2 est plus caractéristique encore en ce qui concerne l’oxygène-17 par rapport à la teneur moyenne. La seule explication qui puisse satisfaire ces observations est que la formation d’acide sulfurique ne peut avoir lieu que dans la stratosphère en présence de rayonnement UV intense et d’oxygène singulet coexistant avec l’ozone :

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Ceci constitue une sorte de vérification de la présence de ces « pluies acides » qui ne sont observées que lors d’éruptions volcaniques violentes expulsant de grandes quantités de SO2 dans la statosphère alors que les émissions de SO2 liées à l’activité humaine ne peuvent pas provoquer de pluies acides supposées dévastatrices pour les forêts et tant décriées par les écologistes.

Sources et illustrations : https://doi.org/10.1038/s41467-019-08357-0 et deux articles du Docteur Michael Sigl du Desert Research Institute à Reno, Nevada aimablement communiqués par le Docteur Elsa Gautier de l’Université de Grenoble ainsi que l’article cité en référence ci-dessus qui est chaleureusement remerciée ici.

L’impact des éruptions volcaniques sur le comportement des hommes.

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La légende orale dans le nord de l’île d’Efate au Vanuatu décrit un cataclysme volcanique qui eut lieu 25 générations avant aujourd’hui. « La montagne s’ouvrit comme les cuisses d’une femme, du feu jaillit de ses entrailles puis elle se reposa comme après avoir enfanté« . Les peuples qui se vivaient dans une île au nord d’Efate sur les flancs d’un volcan prirent la fuite dans leurs pirogues avant l’éruption emportant avec eux leurs cochons et quelques biens dont en particulier des hameçons pour pouvoir pêcher afin de se nourrir et des sagaies pour éventuellement se défendre.  » Ils savaient que leur île allait « enfanter » car elle était depuis plusieurs lunes agitée de soubresauts presque quotidiens« . Ils se réfugièrent donc sur l’île d’Efate, mirent leurs pirogues à l’abri sur des hauteurs et partirent dans les montagnes massacrant au passage quelques tribus locales pour s’approprier leurs jardins, leurs femmes et leurs cochons. Quand la montagne explosa il y eut probablement un gigantesque tsunami comme il y en a encore dans cet archipel presque chaque année. Cette légende fut transcrite bien plus tard lorsque les premiers missionnaires arrivèrent dans l’archipel. J’en ai cité quelques brefs passages de mémoire.

Cette éruption fut par la suite documentée en étudiant les carottes glaciaires du Pôle Sud et du Groenland. Elle eut lieu en 1453 et il ne reste aujourd’hui de l’île qui disparut presque totalement que quelques îlots dispersés appelés les Shepherds dont certains furent utilisés par la marine américaine en 1942 comme cibles pour régler le tir des canons des navires qui allaient appareiller pour les îles Salomon. Un volcan sous-marin actif émettant des gaz et des pierres ponces est la seule preuve d’une forte activité volcanique dans cette partie de l’archipel. D’ailleurs les marins Nivans (le nom des habitants du Vanuatu) évitent de naviguer dans cette zone car l’eau bouillonnante constitue un danger mortel où les bateaux peuvent couler à pic en une fraction de seconde.

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Quelques 500 ans plus tôt, presque aux antipodes, eut lieu l’éruption de l’Eldgja en Islande et cet évènement fut décrit dans les sagas poétiques des occupants de l’île car ils maîtrisaient l’écriture contrairement aux Nivans. Cet évènement volcanique fut tout aussi puissant que celui des Shepherds durant lequel environ 100 millions de tonnes d’oxydes de soufre furent émis dans l’atmosphère. Cette éruption débuta dans une fissure d’environ 75 km de long du système volcanique sous-glaciaire du volcan Katla. Elle émit près de 20 km3 de lave dont certaines coulées arrivèrent jusqu’à la mer. Les analyses des carottes glaciaires du Groenland ont permis de dater cette éruption au courant de l’automne de l’année 939 et elle dura plus de 6 mois. Cette datation corrobore les chroniques irlandaises (et non pas islandaises) faisant état cette année-là d’un Soleil « rouge-sang » dans le ciel.

Dans ces mêmes carottes glaciaires les spécialistes ont retrouvé la signature de l’éruption volcanique du Changbaishan situé à la frontière entre la Chine et la Corée du Nord qui eut lieu précisément à la fin de l’année 946 selon les registres officiels chinois. Il existe également toutes sortes de traces historiques écrites en Europe décrivant la rudesse des hivers qui suivirent cette éruption de l’Eldgja depuis la Chine jusqu’à la Sicile :

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La première illustration est la fissure près de la mer au sud de l’Islande près de la bourgade d’Ofaerufoss d’où le nom de la cascade en premier plan.

La calibration des carottes glaciaires a donc pu être précisément établie en se calant sur l’éruption chinoise de la fin 946. L’illustration ci-dessous ( https://doi.org/10.1007/s10584-018-2171-9 en accès libre) mérite quelques explications. À chaque hiver correspondent des pics de calcium et de chlore d’origine marine retrouvés dans la glace en raison des tempêtes sévissant aux latitudes comprises entre 60 et 75 degrés-nord. Le soufre d’origine non marine (nssS) évolue normalement erratiquement et le pic élevé de chlore succédant de quelques mois celui du soufre (volcanique) a été attribué à l’évaporation de quantités considérables d’eau de mer lorsque la coulée de lave est entrée par deux fois au moins en contact avec l’océan.

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Pourquoi ai-je mentionné le Vanuatu et sa légende au début de ce billet ? C’est tout simplement parce que la tradition écrite islandaise relate cet évènement de l’Eldgja dans le poème V Luspa. Ce poème décrit comment le dieu païen Odin enlève une prophétesse des morts. Elle annonce la fin du panthéon païen et l’arrivée d’un dieu nouveau dans une série de présages, l’un d’eux étant l’existence d’un monstrueux loup qui avale le Soleil. Il y a là une allusion à l’obscurcissement du Soleil par les fumées volcaniques. Plus précisément : « Le loup est rempli du sang de la vie des hommes condamnés, rougit les habitations avec des puissances horribles. Les rayons du Soleil deviennent noirs les étés suivants, le temps est tout triste. Vous savez encore quoi ? le Soleil commence à noircir, la terre s’enfonce dans la mer. La vapeur jaillit avec ce avec quoi se nourrit la vie, la flamme vole haut contre même le ciel« . Ce poème catalysa la conversion de l’Islande au christianisme qui eut lieu au tournant de l’an 1000. Faut-il que des évènements naturels violents aient suffisamment marqué les hommes pour qu’ils se réfugient dans une religion salvatrice alors que les dieux du panthéon scandinaves étaient tous plus ou moins maléfiques … les Nivans attendront plusieurs siècles l’arrivée des missionnaires pour se convertir au christianisme.

Source et illustrations : doi cité dans le texte, carte d’une partie de l’archipel du Vanuatu : Wikipedia.