Les volcans sont généralement associés à de brèves secousses climatiques, mais de nouvelles recherches indiquent que leurs cendres pourraient aussi contribuer à un refroidissement durable.
Une étude portant sur d’anciennes éruptions dans les Andes montre comment des retombées de cendres dans l’océan peuvent déclencher des changements biologiques qui se propagent à l’ensemble des réseaux trophiques marins.
Ces transformations peuvent retirer du dioxyde de carbone de l’atmosphère et l’emprisonner en profondeur dans l’océan, révélant un processus naturel puissant capable de modeler le climat sur des millions d’années.
Lire les archives cachées de la Terre
Des sédiments riches en cendres et des archives fossiles le long des marges de l’océan Austral conservent un enregistrement étroitement synchronisé de pulsations volcaniques, de proliférations d’algues et de vastes changements marins.
En suivant ces signaux dans les dépôts géologiques, Mark Clementz, de l’Université du Wyoming, a relié des éruptions andines répétées à des variations de la productivité océanique et du carbone atmosphérique.
Sur la même période, on observe une hausse de l’abondance des algues et une baisse des niveaux de dioxyde de carbone, qui se produisent en parallèle de chaque grande phase d’activité volcanique.
Cette concordance suggère une réponse océanique soutenue plutôt que des épisodes isolés, ce qui amène à expliquer comment des cendres ont pu, à plusieurs reprises, provoquer des effets biologiques et climatiques d’une telle ampleur.
Quand les cendres nourrissent la mer : éruptions andines et nutriments
Des éruptions explosives ont projeté des cendres chargées en fer, phosphore et silicium dans les eaux autour de l’Antarctique, où la moindre pénurie peut freiner une croissance pourtant considérable.
Le fer, le phosphore et le silicium favorisent particulièrement les diatomées, de minuscules algues à coque vitreuse qui assurent environ un cinquième de la production primaire mondiale.
Des expériences classiques ont montré qu’un apport supplémentaire en fer peut déclencher des efflorescences dans les eaux de l’océan Austral lorsque les autres nutriments sont déjà disponibles.
Davantage de croissance à la base de l’océan a donc signifié plus de nourriture aux niveaux supérieurs, préparant le terrain aux changements écologiques plus larges conservés dans les fossiles.
De la surface aux profondeurs
À mesure que les proliférations d’algues s’étendaient, une plus grande quantité de carbone quittait les eaux de surface pour être transférée vers l’océan sombre en dessous.
Les océanographes appellent ce transfert vers le bas la « pompe biologique » : le processus par lequel le carbone de surface est exporté en profondeur lorsque la matière vivante coule.
Lorsque une partie de cette matière atteint les eaux profondes ou les sédiments, il reste moins de dioxyde de carbone dans l’air. Une seule efflorescence s’éteint rapidement, mais des impulsions répétées peuvent continuer à alimenter le stockage à long terme bien après que les cendres se sont déposées.
Les baleines suivent la nourriture
Les fossiles de mammifères marins indiquent que la vie des baleines changeait rapidement durant la même période que les pulsations de cendres. La longueur médiane des baleines à fanons est passée d’environ 4,9 m à 11,9 m, tandis que les zones d’alimentation et les littoraux se réorganisaient.
Aujourd’hui, les baleines à fanons déplacent plus de 3 700 tonnes d’azote par an entre les eaux d’alimentation et les eaux de reproduction.
Des baleines anciennes plus grandes ont probablement renforcé le recyclage des nutriments et stocké du carbone dans des carcasses qui coulent, même si les nouveaux modèles n’ont pas entièrement intégré ces effets.
Reconstituer les éruptions anciennes
Pour vérifier si le calendrier observé était autre chose qu’une coïncidence, les chercheurs ont recréé les panaches de cendres et la réponse de l’océan.
La plupart des cendres simulées se sont déplacées vers l’est, au-dessus de l’Amérique du Sud, jusqu’à l’Atlantique Sud, puis plus loin vers l’océan Indien austral.
Une partie des cendres est aussi retombée près des côtes le long du Pacifique, offrant aux eaux voisines un apport direct en nutriments.
Ces trajectoires vers l’est faisaient de la ceinture océanique autour de l’Antarctique la cible la plus évidente d’un effet de fertilisation répété.
Les cendres déclenchent un refroidissement océanique rapide
Lorsque les cendres simulées atteignaient les eaux de surface, l’océan du modèle réagissait fortement et presque immédiatement.
La croissance des diatomées en surface plus que doublait au cours des deux premières années suivant chaque impulsion de nutriments.
Sur 300 ans, quatre éruptions ont aidé l’océan à retirer, à chaque cycle répété, un peu plus de dioxyde de carbone de l’air.
Ainsi, des éruptions de courte durée pourraient empiler leurs effets climatiques au fil du temps, au lieu de s’évanouir comme des événements indépendants.
Petites impulsions, effets durables
Des simulations plus longues ont montré que l’espacement des épisodes comptait presque autant que la taille des éruptions pour façonner la perte de carbone à long terme dans l’air.
Une seule impulsion de nutriments faisait baisser le dioxyde de carbone brièvement, avant que l’océan ne revienne progressivement à son état antérieur.
Lorsque ces impulsions se répétaient, la baisse de dioxyde de carbone devenait plus importante et persistait bien plus longtemps, surtout lorsque poussières et cendres s’accumulaient ensemble.
Des apports répétés de nutriments peuvent donc peser davantage sur le climat à long terme qu’une seule explosion gigantesque.
Des forces combinées pour refroidir la Terre
Les scientifiques appellent cette période le Miocène supérieur, l’intervalle géologique allant d’environ 11,6 à 5,3 millions d’années.
« Identifying the mechanisms that drove this transition is critical, particularly for understanding how Earth systems may respond to ongoing and future climate change », a déclaré Clementz.
L’extension des glaces, l’évolution des vents et la réorganisation des courants intervenaient aussi, de sorte que les cendres ont probablement agi avec d’autres forces plutôt qu’à elles seules.
L’article soutient que les cendres étaient un facteur sous-estimé, et non l’unique moteur du refroidissement de la planète.
Leçons d’un climat ancien
L’étude ne propose pas de solution au réchauffement moderne, car la hausse actuelle du carbone se produit beaucoup plus rapidement.
« By identifying links between volcanism, ocean productivity and carbon dioxide drawdown, it provides insight into mechanisms that can influence global climate over long time scales », a indiqué Clementz.
Le climat n’évolue pas uniquement dans l’air : l’eau, les réseaux alimentaires et les sédiments en fixent aussi le rythme.
Pris ensemble, cendres, efflorescences, renouvellement des baleines et baisse du dioxyde de carbone ressemblent moins à des phénomènes séparés qu’à un seul épisode connecté.
Cette vision d’ensemble peut affiner les décisions relatives à la résilience climatique, aux ressources naturelles et aux risques liés à des changements rapides. De meilleures archives sur la taille des éruptions, la chimie des cendres et la circulation océanique ancienne devraient préciser l’ampleur du refroidissement réellement provoqué par cette chaîne de processus.
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