La Terre est dans l'ère de l'Holocène depuis environ 12 000 ans, une période plus chaude suivant une époque glaciaire. Cependant, au cours de cette époque, il y a eu environ 22 phases plus froides qui ont surgi abruptement, durant parfois plusieurs siècles, entraînant l'expansion des glaciers.
«Jusqu'à présent, il n'y avait pas d'explication convaincante à ce phénomène. Il semblait toujours manquer quelque chose», déclare Alice Paine, soutenue par le FNS, de l'Université de Bâle. On soupçonnait notamment l'influence des icebergs dérivant vers le sud, des fluctuations de l'activité solaire ou des changements dans les courants marins.
La postdoctorante, avec une équipe internationale, a exploré une autre hypothèse de manière plus approfondie: l'activité volcanique. Leur étude, publiée dans la revue Nature Communications, prouve que les éruptions ont très probablement déclenché ces longues périodes de froid. Les chercheurs fournissent également une explication convaincante du mécanisme sous-jacent.
Éruptions volcaniques simultanées et expansion des glaciers
L'équipe a rassemblé toutes les informations sur les fortes éruptions volcaniques durant l'Holocène à partir de diverses sources. Il y en avait 51, beaucoup situées dans le Pacifique occidental le long de la ceinture de feu. Dans cette région, de nombreux volcans actifs se trouvent où les plaques de la croûte terrestre convergent et glissent l'une sous l'autre, pouvant provoquer des éruptions puissantes et explosives.
La chronologie de ces événements volcaniques a été déterminée avec une grande précision à l'aide de carottes de glace de l'Arctique et de l'Antarctique et par la datation de matériaux organiques piégés dans des dépôts de cendres. Une datation mise à jour des roches volcaniques a apporté des informations supplémentaires.
Les chercheurs ont ensuite comparé ces données à l'occurrence des longues périodes de froid de l'Holocène. La datation de ces phases a été principalement effectuée grâce aux informations sur l'expansion maximale des glaciers, par l'analyse des moraines, les matériaux rocheux poussés par les langues de glace.
Le résultat: plus de quatre-vingt pour cent des expansions glaciaires ont coïncidé avec au moins une des éruptions volcaniques. «En combinant les résultats de notre analyse statistique avec les reconstructions paléoclimatiques existantes, nous sommes très sûrs que ce n'est pas une coïncidence. De plus, l'analyse intègre toutes les connaissances précédentes sur les mécanismes», déclare Paine.
Les températures deviennent déséquilibrées
Selon ces mécanismes, une éruption volcanique perturbe parfois l'équilibre énergétique de la Terre au point de changer le climat à l'échelle mondiale: l'éruption projette des particules de soufre dans l'atmosphère, qui réfléchissent la lumière solaire entrante. En conséquence, la surface terrestre de l'hémisphère nord se refroidit.
La glace de mer arctique s'étend, réduisant le transfert de chaleur de l'océan vers l'atmosphère, ce qui modifie la trajectoire des courants marins. En outre, une dépression pluvieuse autour de l'équateur se déplace vers le sud - et la zone froide s'agrandit.
«Tous ces effets se renforcent mutuellement, selon un effet boule de neige», dit Paine. À un moment donné, il devient si froid que les glaciers commencent à croître, particulièrement en altitude, comme en Suisse.
Pour que cela se produise, certaines conditions doivent être réunies. Si l'éruption volcanique est trop faible, les particules de soufre n'atteignent pas la haute atmosphère. Si elle est trop forte, la colonne de poussière peut s'effondrer sous son propre poids, de sorte que relativement peu de soufre atteint les couches supérieures de l'atmosphère.
Paine souligne que le phénomène ne doit pas être confondu avec ce qui s'est passé en 1816 lors de l’année sans été. À l'époque, l'éruption du volcan Tambora en Indonésie actuelle provoqua une chute de température de plusieurs degrés, causant des récoltes catastrophiques et des famines dans le monde. L'effet ne dura cependant qu'un an, jusqu'à ce que les particules de poussière disparaissent de l'atmosphère.
Cependant, pour les périodes de froid à long terme, c'est différent. «Les particules de soufre ne font que déclencher le mouvement du boule de neige. Mais leurs effets sur le système terrestre durent des décennies ou même des siècles, longtemps après que les particules ont été éliminées de l'atmosphère.»
Les prévisions sont difficiles
Une grande question est de savoir si une telle période de froid induite par les volcans pourrait se produire dans un avenir proche. «Pour les événements que nous avons étudiés, le climat était dans un état plutôt naturel», note la chercheuse. Mais actuellement, il se trouve dans un état sans précédent en raison de l'influence humaine.
Certains chercheurs pensent que cela pourrait rendre le climat beaucoup plus sensible à des événements comme les éruptions volcaniques. D'autres, en revanche, soutiennent qu'une éruption volcanique ne serait aujourd'hui guère plus qu'une goutte d'eau sur une pierre chaude - face aux gigantesques changements atmosphériques actuels. «Plus notre climat change, plus les processus deviennent complexes», dit Paine. «Il reste une énorme lacune de connaissance à combler ici.»
Contact presse :
Alice R. Paine
Département des Sciences de l'Environnement
Université de Bâle
Bernoullistrasse 32
4056 Bâle
Tél. : +41 61 207 2880
E-mail : alice.paine@unibas.ch