Quelle relation entre volcanisme et climat

Sous la poussée et la traction du magma sous-jacent, les rifts sont une soupape de sécurité, indispensable à l’échappement de l’énergie sans cesse renouvelée, sous le couvercle que forme l’écorce terrestre, par la décomposition d’éléments radioactifs magmatiques comme l’uranium.

La dorsale océanique, soulevée et fracturée sur toute sa longueur, est ainsi le siège permanent de séismes et d’un épanchement de lave. Cette turbulence nous échappe puisque elle est sous-marine !
l’Islande produit 1/5 de la lave du monde

Mais, en Islande, fragment de 25 km de la Dorsale medio-atlantique, le rift, succession de 135 cônes, est aérien, avec une production de lave évaluée à 1/5 de la production mondiale !

VOLCANISME ET CLIMAT DE LA TERRE

Le volcan islandais qui vient d’entrer en activité, en plus du fait qu’il souligne que le calme apparent cache une agitation sous-jacente capable d’apparaitre de manière brutale et de jouer un rôle majeur au plan global, a l’avantage de rappeler la prépondérance dans l’histoire de la terre du volcanisme et des phénomènes liés aux profondeurs magmatiques.

– D’où vient la chaleur de la Terre ? -

L’origine des volcans se trouve profondément enfouie dans le sol, parfois à plusieurs centaines de kilomètres de profondeur. Quand on descend sous terre, on sent une certaine fraîcheur, celle des caves, des grottes, des gouffres ou des carrières qui conservent le frais : celui de la surface. Cette sensation est trompeuse. Il fait plus frais en dessous, tout simplement parce que le soleil n’y pénètre pas et que la chaleur reste stable : 12, 13°. Idéal pour conserver le vin ou le fromage. :-)

Mais plus on descend, plus la température augmente, d’environ 3° tous les 100m. On peut ainsi, atteindre plus de 1000° sous les océans. Plus le thermomètre grimpe, plus la pression s’élève ; à partir d’environ 100km, on atteint la température de fusion des roches. Cette température augmente encore plus rapidement dans les régions où le volcanisme connaît une forte activité. Et pourtant…. La roche reste solide, même à des profondeurs encore plus importantes. [voir geopedia, le fluage]

La Terre emmagasine ainsi la chaleur qu’elle reçoit du soleil et l’entretient sous forme de réactions nucléaires internes qui alimentent un cœur toujours en activité.

Ce noyau terrestre stocke, et libère également de grandes quantités d’énergie renvoyées vers la surface sous forme de chaleur, celle qui réchauffe notre atmosphère. C’est cette même chaleur qui se dégage lors des tremblements de terre, de l’activité volcanique, des collisions et des mouvements des plaques. Cette énergie se dissipe à travers les roches et parvient progressivement jusqu’à nous.

Comment se forme le magma ?

– Les chambres magmatiques -

Avec cet aperçu des échanges de chaleur de la Terre et des températures souterraines, on va pouvoir expliquer le mécanisme de fusion qui produit à certains endroits des poches de magma. Des réservoirs de roche fondues qu’on appelle des « chambres magmatiques ».

Au delà de 100km de profondeur ces roches commencent a atteindre la limite du point de fusion. Elles vont pouvoir devenir liquides, se transformer en magma… il faudra juste les aider un peu pour qu’elles dépassent cette limite : une pression ou une décompression de la roche produite sous terre, un échauffement local, un choc ou un glissement des plaques terrestres. La déformation de l’écorce, les mouvements tectoniques peuvent aussi créer ces conditions. Parfois, il suffit d’infiltrations d’eaux souterraines pour que la fusion s’amorce.

Ces roches en fusion vont ainsi se former à des profondeurs variables. Elles utilisent les fractures du manteau ou de la croûte terrestre pour se déplacer créant parfois un réseau de filons reliés entre eux. Si elles trouvent un terrain suffisamment poreux (instable ou fissuré) et elles pourront se faire une petite place, pousser les roches qui les entourent et s’accumuler jusqu’à former un réservoir magmatique emprisonné sous terre.

Tous les magmas ne forment pas des chambres et toutes les chambres magmatiques, des volcans. Si le magma ne peut s’en échapper, il va essayer de « pousser » les couches qui se trouvent à proximité, les décoller, les compresser, les déplacer. Et quand ça bouge en dessous… souvent ça bouge au dessus, et ça donne…des secousses sismiques, des tremblements de terre, une augmentation de la température, des émanations de gaz, une modification des reliefs. Des signes annonciateurs d’une certaine activité volcanique. La poche pourra même s’agrandir du fait de ces nouvelles pressions qui vont fusionner plus de roches, ou les mettre en contact direct avec ces températures élevées qui vont les faire fondre.

Volcans, lignes de faille entre les blocs et zones d’émergence de chaleur interne

Le volcanisme a eu une grande importance dans les climats et les aléas du vivant. « Une éruption volcanique exceptionnelle a eu lieu il y a 65 millions d’années en Inde dans le Deccan. Causée par un point chaud aujourd’hui situé à la Réunion, elle est responsable de la formation des trapps du Deccan et pourrait être à l’origine de la crise biologique. La plupart des crises biologiques connues sont liées au volcanisme formant de vastes épanchements basaltiques de type trapps. Il s’agit d’un volcanisme intense de point chaud qui se déclare en zone continentale. Ses éruptions sont explosives et très productives. Elles projettent d’énormes quantités de gaz (CO2 et SO2) ainsi que des poussières volcaniques dans l’atmosphère pendant des centaines de milliers d’années. Cette durée longue s’accorde avec les disparitions plus lentes de certaines espèces. » CNRS

Les volcans résultent de la remontée du magma issu des profondeurs de la terre. La théorie de la tectonique des plaques (les plaques ne flottent pas sur l’eau mais sur le magma en fusion du fait de la chaleur interne de la terre due aux décompositions radioactives des matériaux) a expliqué la distribution des volcans sur la planète ; ceux-ci sont localisés au niveau des dorsales océaniques (écartement des plaques), des zones de subduction (résorption des plaques) et des points chauds. Il existe différents types de dynamismes éruptifs (hawaïen, strombolien, vulcanien, péléen-plinien) qui se traduisent par des manifestations variées (coulée pyroclastique, coulée de lave, coulée de boue, bombe volcanique, nuée ardente, fumerolle…).
On sait que la chaleur ne vient pas seulement du rayonnement solaire mais également des profondeurs. On en connaît de nombreuses manifestations : augmentation de chaleur en profondeur dans les mines, geysers, sources thermales terrestres ou sous-marines, volcans… Parmi les thèses sur le réchauffement existe celle du volcanisme. « Le réchauffement des eaux est dû à : un accroissement des éruptions volcanique et comme 80% des volcans sont sous l’eau. » écrit ainsi la revue « New Glaciers climat » en 2007. Un volcan subglaciaire serait en partie à l’origine de la diminution de l’épaisseur de la calotte à l’ouest du continent antarctique. Le site des monts Hudson, en terre d’Ellsworth, près du glacier de l’île de Pine, est aujourd’hui recouvert d’un lit de cendres, enfouies sous des couches successives d’enneigement. Cette découverte apporte une piste d’explication à la fonte du glacier de l’île de Pine. L’écoulement du glacier vers la côte s’est accéléré au cours des décennies récentes et il est possible que la chaleur provenant du volcan ait participé à cette accélération. Car si la calotte polaire est plutôt stable dans la partie est de l’Antarctique, il n’en va pas de même à l’ouest. Ce phénomène s’accélère même. Des données d’interférométrie radar obtenues par satellite, couvrant 85 % des côtes du pôle Sud, ont pu démontrer que la fonte des glaces de l’Antarctique Ouest a représenté 132 milliards de tonnes en 2006, contre 83 milliards en 1996, soit une hausse de 75 % en dix ans. Les chercheurs de l’Université d’Oslo, après une analyse détaillée des rapports entre isotopes du carbone entrant dans les composés carbonés concluaient en 1992 leur étude : " Au moins 96% du CO² atmosphérique actuel vient de sources non fossiles ; autrement dit de sources marines naturelles et de sources volcaniques. Donc les dégazages marin et volcanique sont très importants dans le budget du CO² atmosphérique et la combustion de combustibles fossiles ou de matières organiques est beaucoup moins importante que l’on ne l’estimait jusqu’ici. " Cette conclusion du climatologue Segalstad était publiée en 1994 et confirmée ensuite par les travaux d’autres climatologues comme Dave Keeling, Scripps et Mauna Loa.

L’ouvrage collectif « Sciences de la terre et de l’Univers » dirigé par André Brahic et J-Yves Daniel « expose ainsi :
« Le volcanisme de grande ampleur (…) peut avoir un cortège de conséquences (…) : refroidissements, acidification des océans et effet de serre.
Une corrélation assez étroite peut être observée entre certains épanchements volcaniques et les extinctions majeures :
–  crise fini-permienne et trapps de Sibérie
–  - crise fini-triassique et trapps d’Amérique du Nord-est
–  crise fini-jurassqiue et trapps du paran
–  - crise fini-cénomanienne et plateau sous-marin d’Otong (Java)
–  - crise Eocène-oligocène et trapp d’Ethiopie, etc…
(…) Les plus grandes éruptions volcaniques engendrent des effets climatiques. (…) La plupart des grands plateaux océaniques a été produite durant le Crétacé, entre – 135 Ma (plateau de Nauru) et – 90 Ma (plateau Caraïbe). Cette même période étant marquée par une élévation de plus de 100 mètres du niveau marin et par un réchauffement général de près de 10°C, on établit une corrélation entre une crise volcanique planétaire majeure et les modifications environnementales globales. »

Le mécanisme par lequel la chaleur s’évacue vers la surface de la terre n’a rien de graduel. Adolphe Nicolas expose, dans son ouvrage « Les montagnes de la mer », le mode révolutionnaire d’évacuation de la chaleur du centre de la Terre :
« L’extraction du magma basaltique à partir du manteau par les fractures-filons est donc un phénomène violent. La fracture qui ouvre la voie au magma se propage très vite, produisant des secousses sismiques. Ces mêmes secousses, senties sous les volcans, sont annonciatrices d’une montée de magma. Le magma lui-même circule dans le filon-fracture avec une vitesse de l’ordre du km/h tant qu’il est dans le manteau ; près de la surface, cette vitesse peut être accélérée par la poussée des gaz se libérant du liquide par baisse de pression. (…) Ainsi la croûte volcanique se crée de façon discontinue à chaque fois qu’une colonne de liquide magmatique s’ouvre et draine le manteau. »

Le réchauffement (ou le refroidissement) global peut être produit par d’autres mécanismes que l’effet de serre. Par exemple, le volcanisme.
Le lien entre volcanisme et climatologie est maintenant bien établi. On connaît le « forçage négatif » lié à la réduction d’énergie solaire reçue par la terre du fait de l’émission de gaz et de poussières volcaniques dans l’atmosphère. Il s’agit de l’influence des volcans continentaux que nous allons d’abord développer même s’ils représentent moins de 30% des volcans, 70% se trouvant dans les océans. On estime que 75 % des volcans et des matériaux ignés émis par les volcans le sont au niveau des dorsales océaniques .(selon le Smithsonian Institute) Il ne faut jamais omettre la grande différence entre les deux car les volcans sous-marins transforment directement la température du globe via l’océan. Ils ont donc un effet inverse : « forçage positif ». Une éruption très importante sur un continent (ou une série d’éruptions proches dans le temps) peut avoir une influence refroidissante sur le climat du globe, alors qu’une très grande éruption sous-marine (ou des séries d’éruptions proches) peut avoir une influence réchauffante. Une baisse des éruptions sur les continents peut avoir le même effet réchauffant qu’une hausse des éruptions sous-marines.
D’autre part, l’effet de serre naturel (sans intervention humaine) peut avoir une origine volcanique. Ainsi, l’effet de serre a été reconnu ayant comme origine le volcanisme et non l’homme à la fin du Crétacé il y a 10.000 ans produisant alors 65 m de recul d’épaisseur du glacier des Bossons, dans les Alpes.
En somme, les volcans ont une importante rétroaction sur le climat global. Par exemple, en avril 1815, les grandes éruptions du Tambora, dans l’île indonésienne de Sumabawa, a entraîné un été particulièrement orageux en 1816. Les trois derniers minima d’énergie solaire à l’échelle du globe correspondent à trois éruptions volcaniques continentales de grande ampleur.
Les grandes éruptions continentales récentes sont : Akan (Japon) date : 1000 Quilotouf 1200 Pelée (Martinique) 1540 Kuwae (Nouvelle-Calédonie) 1452 Huaynaputina (Pérou) 1600 Tongkoko (Indonésie) 1680 Tambora (Indonésie) 1815
Krakatoa (Inde) 1883 Agung (Indonésie) 1963 Pinatubo (Philipinnes) 1991
Mais ces exemples ne signifient pas que toutes les éruptions volcaniques continentales entraînent une diminution de températures comme le montre l’article suivant : « De violentes éruptions provoquent un réchauffement climatique » Par Jean Etienne, Futura-Sciences « Le climat de notre planète s’est considérablement réchauffé voici 55 millions d’années, durant une période de 220.000 ans appelée le Maximum Thermique du Paléocène-Eocène, ou PETM. Les indices qui en témoignent sont nombreux, notamment la présence au-delà du cercle arctique, notamment au Groenland, de fossiles d’animaux proches de ceux vivant actuellement dans les zones tempérées. En se basant sur les données géologiques et l’analyse de fossiles, une équipe de scientifiques a récemment démontré que de violentes éruptions volcaniques ont remodelé la Terre entre le Groenland et la Grande-Bretagne il y a 55 millions d’années, libérant d’énormes quantités de dioxyde de carbone et de méthane dans l’atmosphère et augmentant la température de surface de cinq degrés, jusqu’à six degrés dans les zones arctiques. "Il y a des indications dans l’histoire marine du globe de ce réchauffement planétaire ainsi que des indices géologiques témoignant des éruptions volcaniques à la même période, mais une relation directe entre ces événements n’avait pas jusqu’alors été établie", déclare Robert Duncan, professeur au collège des sciences océaniques et atmosphériques de l’Université d’Oregon et membre de l’équipe. Il ajoute aussi que cette étude présente un très grand intérêt dans la compréhension et l’établissement d’un modèle climatique permettant de mieux appréhender les mécanismes du réchauffement global en cours. Selon lui, la vague d’éruptions a débuté il y a environ 61 millions d’années et dix millions de kilomètres cubes de magma sont remontés depuis les entrailles de la Terre durant six millions d’années, dont il reste des traces visibles sous la forme de coulées de lave, notamment dans l’ouest de l’Ecosse et au Groenland. Mais surtout, cette période particulièrement agitée sur le plan géologique a séparé le Groenland du reste de l’Europe, en donnant naissance à l’océan Atlantique nord. » Les éruptions volcaniques, imprédictibles, brutales et violentes, ont souvent été choisies pour imager la révolution sociale ou « volcan social ». Et ce n’est pas par hasard ! Les volcans sont créateurs de nouvelles structures, tant sur le plan physique de la terre (notamment l’apparition de l’oxygène et de l’eau en surface), sur le plan climatique, sur le plan de la biosphère (peut-être apparition de la vie sur le dorsales, en tout cas extinctions massives d’espèces et changements d’espèces en conséquence et finalement transformations de sociétés (apparitions de croyances, disparitions de régimes et de systèmes sociaux), ….

Selon l’ouvrage intitulé « Les volcans » de Jacques-Marie Barointzeff, il y a 10.000 volcans dont 1500 actifs sur les continents et beaucoup plus dans les océans. Au cours des derniers 10.000 ans, il y a eu 8500 éruptions volcaniques. Le nombre d’éruptions sous marines est plus important en nombre et en sortie en surface de magma : « Les océans recouvrant 70% de la surface du globe, il n’est pas étonnant que la plupart des volcans terrestres soient sous-marins. (….) Chaque année, l’ensemble des dorsales produit 21 kilomètres-cubes de magma soit beaucoup plus que les volcans situés sur les continents. » Près des dorsales, des fumeroles augmentent la température de l’eau. Les fumeroles noires sont à 330-400). Les fumeroles blanches sont à 160-300°. Ce sont des fumeroles hautes températures qui accompagnent les événements volcaniques. L’auteur explique dans « Volcanologie » qu’un volcanisme à grande échelle a parfois eu lieu au cours de l’histoire de la terre : « A l’échelle mondiale, des périodes de volcanisme plus intense sont mises en évidence. Ainsi, à partir de la comparaison des forages océaniques pour arcs volcaniques principaux autour du Pacifique, Combrey et Cadet (1994) identifient 2 crises majeures au Miocène moyen (18-13 Ma) et au Plio-Quaternaire (5-0 Ma). Ces pics d’activité coïncident avec des événements tectoniques majeurs dans les axes de subduction péri-pacifiques. »

Le lien entre le climat et les mouvements du sous-sol ont lieu dans les deux sens (rétroaction). Des scientifiques ont montré que l’érosion entraîne un soulèvement des roches et une remontée de roches chaudes, produisant un réchauffement. Le géologue Russel Pysklywec de l’université de Toronto (Canada) souligne cette « rétroaction entre climat et terre solide ». D’autres scientifiques comme Laurent Bollinger du CEA de Bruyères-le-Chatel soulignent l’importance de la pluviosité. Le poids de l’eau sur le sol modifie (diminue) les possibilités du volcanisme. A l’Himalaya, il y a deux fois plus de séismes l’hiver que l’été, selon une étude du début 2007 d’une équipe internationale de sismologues.

Selon J-P Poirier, dans « Les profondeurs de la terre », il y a un lien entre les phases de réchauffement, l’activité volcanique accrue et les mouvements du noyau terrestre : « Nous tenterons de montrer comment l’inaccessible noyau, malgré son éloignement, exerce sans doute une influence non négligeable sur la mince, mais combien importante, pellicule de matière vivante à la surface de la terre, la biosphère. Or, il est aussi possible de transférer du moment angulaire de la Terre solide à l’atmosphère, modifiant ainsi le régime de la circulation atmosphérique et la température moyenne à la surface du globe. On conçoit donc que des variations de régime des mouvements dans le noyau (mises en évidence par le comportement de la variation séculaire) puissent provoquer des variations de la longueur du jour, qui elles-mêmes pourraient causer des variations dans le régime de la circulation atmosphérique et un refroidissement ou un réchauffement du climat de quelques dixièmes de degrés. C’est ce que parait suggérer la corrélation entre variation séculaire, longueur du jour et température globale moyenne : les impulsions de variation séculaire précèdent d’environ 10 ans les augmentations brusques de longueur du jour et d’environ 20 ans celles de température globale. (voir article de « Nature » 1982 de Courtillot - Le Mouël - Dacroix et Cazenave) » D’autre part, l’auteur remarque le lien entre les grandes éruptions volcaniques continentales et les extinctions d’espèces : « Il existe une excelelnt corrélation entre les dates des épanchements basaltiques continentaux de vaste ampleur et celles des extinctions majeures d’espèces. »

On note en effet les correspondances suivantes :
Eruption – Période d’extinctions
Columbia – Miocène moyen
Ethiopie - Eocène
Arctique – Paléocène
Deccan – Maestrichtien
Madagascar – Cénomanien
Rarnaira – Aotien
Parana – Jurassique
Antarctique – Bajocien
Afrique de l’Est – Plansbachien
Amérique du Nord-est – Trias
Sibérie – Permien

« Volcanisme et évolution de la vie sur terre
« Les causes les plus fréquemment citées des extinctions en masse des espèces biologiques comprennent les impacts d’astéroïdes, les éruptions volcaniques massives (traps), les variations du niveau de la mer, les événements anoxiques (plus d’oxygène dans les eaux profondes des océans), et aussi des mécanismes purement biologiques liés a la dynamique des espèces. Cet exposé fera le point sur les résultats récents concernant l’âge des principaux traps continentaux et océaniques et montrera un nombre croissant de corrélations avec les extinctions et les événements anoxiques. Seule la limite Jurassique-Crétacé (145 millions d’années) ne semble pas correspondre à un trap et pourtant il en existe un, le Parana en Amérique du Sud, de quelques millions d’années plus jeune (coïncidence ou erreur de datation ?). Une des prédictions récentes couronnée de succès est la coïncidence entre les traps d’Emeishan et la fin du Guadalupien (il y a 258 millions d’années), et les traps de la limite Frasnien-Famennien (360 millions d’années) viennent peut être d’être trouvés, étendant la corrélation pratiquement "sans faute" au moins jusqu’au début du Dévonien. En contraste, l’impact de la limite Crétacé-Tertiaire, dont l’existence n’est pas mise en cause, reste à ce jour le seul cas bien établi d’un impact coïncidant avec une limite. La question est alors de savoir quelle aurait été l’amplitude de l’extinction coïncidant avec l’impact si la biosphère n’avait pas été préalablement stressée par le volcanisme qui se poursuivait alors depuis quelques centaines de milliers d’années. Les variations du niveau de la mer, qui ne peuvent évidemment être associes aux impacts, peuvent très bien l’être aux traps. Il semble donc que ce soit des "pulsations internes" caractéristiques de la dynamique du globe qui soient responsables la plupart du temps au Phanérozoique de ces brefs épisodes où ce ne sont plus les mieux adaptés mais les plus chanceux qui survivent. » Université de tous les savoirs

Le site Terre et volcans