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Super éruptions et refroidissement de l’atmosphère // Super eruptions and atmosphere cooling

Une nouvelle étude publiée dans le Journal of Climate explique qu’en entravant la lumière du soleil, les particules émises lors d’ une super éruption ne refroidissent probablement pas la température à la surface de la Terre aussi fortement qu’on l’avait estimé précédemment. La super éruption du volcan Toba (Indonésie) il y a environ 74 000 ans a déployé une énergie 1 000 fois plus puissante que l’éruption du mont St. Helens en 1980.

Image satellite du Lac Toba (Source: NASA)

S’agissant des éruptions les plus puissantes, les chercheurs se demandent depuis longtemps quel niveau de refroidissement causé par ces éruptions, et souvent appelé hiver volcanique, pourrait potentiellement constituer une menace pour l’humanité. Les études déjà effectuées s’accordent pour dire que notre planète subirait un refroidissement, mais elles divergent sur son ampleur. Les estimations varient entre 2 et 8 degrés Celsius.
La nouvelle étude, réalisée par une équipe du Goddard Institute for Space Studies de la NASA et de l’Université Columbia à New York, a utilisé une modélisation informatique de haute technologie pour simuler des super-éruptions comme celle du Toba. Les chercheurs ont alors constaté que le refroidissement post-éruption ne dépasse probablement pas 1,5 degré Celsius, même pour les événements les plus puissants.
Pour mériter le titre de « super éruption », un tel événement doit libérer plus de 1 000 kilomètres cubes de magma, avec un VEI 8, le maximum sur cette échelle. Ces éruptions sont extrêmement puissantes ; heureusement, elles sont rares. La super-éruption la plus récente s’est produite il y a plus de 22 000 ans au niveau du Lac Taupo en Nouvelle-Zélande.

Le Lac Taupo vu depuis l’espace (Source: NASA)

L’événement le plus connu est la super éruption qui a eu pour cadre le cratère de Yellowstone il y a environ 2 millions d’années.

Photo: C. Grandpey

Les auteurs de l’étude ont tenté de comprendre quelle était la cause de la divergence dans les estimations de température fournies par les modélisations. Il faut savoir que « les modélisations sont le principal outil permettant de comprendre les changements climatiques survenus il y a trop longtemps pour laisser des traces de leur impact ». Les scientifiques ont étudié plus particulièrement une variable qui peut être difficile à cerner : la taille des particules microscopiques de soufre injectées à des kilomètres de hauteur dans l’atmosphère.
Dans la stratosphère (entre 10 et 50 kilomètres d’altitude environ), le dioxyde de soufre gazeux émis par des volcans subit des réactions chimiques pour se condenser en particules de sulfate liquide. Ces particules peuvent influencer la température de surface sur Terre de deux manières : en réfléchissant la lumière solaire entrante (ce qui provoque un refroidissement), ou en piégeant l’énergie thermique sortante (ce qui génère une sorte d’effet de serre).
Au fil des années, ce phénomène de refroidissement a également suscité des questions sur la manière dont les humains pourraient inverser le réchauffement climatique, un concept baptisé géo-ingénierie. Il consiste à injecter volontairement des particules d’aérosol dans la stratosphère pour favoriser un effet de refroidissement.
Les chercheurs ont montré dans quelle mesure le diamètre des particules d’aérosol volcanique influençait les températures post-éruption. Plus les particules sont petites et denses, plus leur capacité à bloquer la lumière du soleil est grande. Mais estimer la taille des particules est extrêmement difficile car les super éruptions du passé n’ont pas laissé de traces physiques fiables. Dans l’atmosphère, la taille des particules change à mesure qu’elles coagulent et se condensent. Lorsque les particules retombent sur Terre et sont conservées dans des carottes de glace, elles ne laissent pas de traces physiques claires en raison du mélange et du compactage.
En simulant des super-éruptions sur une gamme de tailles de particules, les chercheurs ont découvert que les super-éruptions sont probablement incapables de modifier la température globale davantage que les plus grandes éruptions des temps modernes. Par exemple, l’éruption du mont Pinatubo aux Philippines en 1991 n’a provoqué qu’une baisse d’environ un demi-degré Celsius de la température sur Terre pendant deux ans.

Eruption du Pinatubo en 1991 et nuage d’aérosols (Source: Wikipedia)

La compréhension du refroidissement causé par les super-éruptions nécessite davantage de recherches. Selon les chercheurs de la NASA, la voie à suivre consiste à comparer des modèles de manière exhaustive, ainsi qu’à effectuer davantage d’études en laboratoire, en insistant sur les facteurs déterminant la taille des particules d’aérosols volcaniques. Compte tenu des incertitudes dans ce domaine, le recours à la géo-ingénierie via l’injection d’aérosols dans la stratosphère ne semble pas la meilleure solution.
Source : NASA.

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A new study published in the Journal of Climate. suggests that sunlight-blocking particles from a super eruption would not cool surface temperatures on Earth as severely as previously estimated.

Some 74,000 years ago, the Toba volcano in Indonesia exploded with a force 1,000 times more powerful than the 1980 eruption of Mount St. Helens.

When it comes to the most powerful volcanoes, researchers have long speculated how post-eruption global cooling – sometimes called volcanic winter – could potentially pose a threat to humanity. Previous studies agreed that some planet-wide cooling would occur but diverged on how much. Estimates have ranged from 2 to 8 degrees Celsius.

The new study, by a team from NASA’s Goddard Institute for Space Studies and Columbia University in New York used advanced computer modeling to simulate super-eruptions like the Toba event. They found that post-eruption cooling would probably not exceed 1.5 degrees Celsius for even the most powerful blasts.

To qualify as a super eruption, a volcano must release more than 1,000 cubic kilometers of magma, with a VEI 8, the maximum on the scale. These eruptions are extremely powerful and rare, fortunately. The most recent super-eruption occurred more than 22,000 years ago in New Zealand’s Lake Taupo. The best-known example may be the eruption that blasted Yellowstone Crater about 2 million years ago.

The authors of the study tried to understand what was driving the divergence in model temperature estimates because “models are the main tool for understanding climate shifts that happened too long ago to leave clear records of their severity.” They settled on a variable that can be difficult to pin down: the size of microscopic sulfur particles injected kilometers high into the atmosphere.

In the stratosphere (about 10 to 50 kilometers in altitude), sulfur dioxide gas from volcanoes undergoes chemical reactions to condense into liquid sulfate particles. These particles can influence surface temperature on Earth in two ways: by reflecting incoming sunlight (causing cooling) or by trapping outgoing heat energy (a kind of greenhouse warming effect).

Over the years, this cooling phenomenon has also spurred questions about how humans might turn back global warming – a concept called geoengineering – by intentionally injecting aerosol particles into the stratosphere to promote a cooling effect.

The researchers showed to what extent the diameter of the volcanic aerosol particles influenced post-eruption temperatures. The smaller and denser the particles, the greater their ability to block sunlight. But estimating the size of particles is challenging because previous super eruptions have not left reliable physical evidence. In the atmosphere, the size of the particles changes as they coagulate and condense. Even when particles fall back to Earth and are preserved in ice cores, they don’t leave a clear-cut physical record because of mixing and compaction.

By simulating super-eruptions over a range of particle sizes, the researchers found that super-eruptions may be incapable of altering global temperatures dramatically more than the largest eruptions of modern times. For instance, the 1991 eruption of Mount Pinatubo in the Philippines caused about a half-degree drop in global temperatures for two years.

The mysteries of super-eruption cooling invite more research. The NASA researchers say that he way forward is to conduct a comprehensive comparison of models, as well as more laboratory and model studies on the factors determining volcanic aerosol particle sizes. Given the ongoing uncertainties, geoengineering via stratospheric aerosol injection is a long way from being a viable option.

Source : NASA.

Chasse aux fuites de méthane dans le monde // Chasing methane leaks around the world

C’est bien connu : le méthane (CH4) est l’un des gaz à effet de serre les plus agressifs. Il ne reste dans l’atmosphère que pendant environ une décennie, mais il a un effet destructeur intense pendant cette période. Il est donc évident que le colmatage des fuites de méthane, en grand nombre sur Terre, aurait un effet immédiat. J’ai consacré plusieurs articles sur ce blog (juillet – août 2020) aux fuites de méthane au Canada, en Antarctique et en mer du Nord.
Grâce à de nouveaux moyens de surveillance depuis l’espace, les 1 300 sites les plus polluants ont été identifiés sur notre planète. Grâce aux instruments de surveillance satellitaire fournis par la société Kayrros, l’emplacement des sources exactes de pollution par le méthane,qui contribuent au réchauffement de la planète, a pu être enfin identifié. Jusqu’à présent, on savait mesurer la quantité de méthane dans l’atmosphère, mais on peut désormais savoir exactement d’où vient ce gaz et par qui il est émis.
La surveillance de ces fuites polluantes a conduit Kayrros à contrôler des forages de gaz, des pipelines, des mines de charbon et des décharges dans des pays comme le Turkménistan, l’Inde, la Russie, l’Australie et les États-Unis.
Le colmatage de toutes ces fuites pourrait ralentir considérablement et rapidement la hausse des températures, tout en améliorant la qualité de l’air et la santé de la population. Les chercheurs issus d’universités comme le MIT font de gros efforts pour développer des moyens de capturer le méthane qui s’échappe de l’atmosphère.
Les États-Unis ont récemment mis en œuvre des politiques de surveillance et de réparation destinées à réduire les fuites de méthane. Elles devraient permettre d’éliminer 58 millions de tonnes de gaz toxiques sur 15 ans. En outre, plus de 150 gouvernements ont rejoint le Global Methane Pledge dont le but est de réduire la production de méthane de 30 % d’ici 2030. En cas de succès, cette initiative pourrait rapidement freiner la hausse des températures et éviter plus de 250 000 décès liés aux vagues de chaleur chaque année, comme le prévoit l’Organisation mondiale de la santé (OMS).
Avec une meilleure connaissance, grâce aux satellites, des emplacements exacts des fuites de méthane, les prochaines années pourraient permettre d’avoir une atmosphère moins polluée. Kayrros a l’intention de développer l’accès aux données climatiques et d’obtenir une meilleure connaissance des dégâts causés par le méthane. Cela permettra aussi de repérer les nombreux gouvernements et organisations qui sont dans l’incapacité de déclarer avec précision leurs émissions polluantes.
C’est une bonne nouvelle, mais d’autres efforts devront être déployés pour réduire les émissions – et donc les concentrations – de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère.

Exemple flagrant de fuite de méthane :

https://us.yahoo.com/news/methane-well-leaked-6-months-054744086.html

Source  : Yahoo Actualités.

 

Puits de gaz et de pétrole en Colombie Britannique, là où se concentrent les principales fuites de méthane au Canada (Source: The Conversation)

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It is well known that methane CH4) is one of the most aggressive greenhouse gases. It only lingers in the atmosphere for about a decade, but it has an intense effect during that time, so fixing methane leaks is immediately impactful. I have devoted several posts on this blog (July – August 2020) to methane leaks in Canada, Antarctica and the North sea

Thanks to new means of surveillance from space, the world’s 1,300 largest methane-polluting sites have been identified. The instruments were provided by the environmental intelligence company Kayrros.

Thanks to Kayrros’ satellite surveillance, the exact sources of potent planet-warming pollution are finally exposed. Previously, one could measure the amount of methane in the atmosphere, but now one can really know exactly where the gas is coming from.

The surveillance of these polluting leaks has led Kayrros to gas wells, pipelines, coal mines, and waste sites in countries like Turkmenistan, India, Russia, Australia, and the United States.

Simultaneously, plugged leaks can significantly slow near-term temperature rises while improving air quality and public health. Researchers at universities like MIT are also hard at work developing ways to capture escaped methane from the atmosphere.

The U.S. recently implemented national methane monitoring and repair policies, which are expected to eliminate 58 million tons of toxic gas over 15 years. Additionally, over 150 world governments have joined the Global Methane Pledge to cut methane output by 30% by 2030. If successful, the Pledge could quickly curb rising temperatures and prevent over 250,000 heat-related deaths annually, as projected by the World Health Organization.

With exact methane leak sources now in plain view from space, the path to a cooler future is getting brighter.

Kayrros intends to increase access to climate data and increase the basic knowledge and understanding of the harm methane does and of the failure of many governments and organizations to report their emissions of it accurately.

This is good news, but other efforts should be made to reduce emissions – and as such, concentrations – of carbon dioxyde (CO2) in the atmosphere.

A perfect example of methane leak :

https://us.yahoo.com/news/methane-well-leaked-6-months-054744086.html

Source : Yahoo News.

Les concentrations de CO2 à des niveaux record // CO2 concentrations at record levels

C’est ce qui s’appelle enfoncer une porte ouverte car on le sait depuis pas mal de temps. France Info a annoncé le 15 novembre 2023 avec tambours et trompettes que les concentrations de gaz à effet de serre, responsables du réchauffement climatique, ont battu des records en 2022. La chaîne d’information relayait le message de l’Organisation météorologique mondiale. L’OMM explique que, pour la première fois, en 2022, les concentrations moyennes mondiales de dioxyde de carbone (CO2) ont dépassé de 50% les valeurs préindustrielles. Et la tendance n’est pas près de s’inverser. Autre mauvaise nouvelle : les concentrations de méthane (CH4) et de protoxyde d’azote (N2O) ont également battu des records en 2022, avec leur plus forte progression annuelle jamais observée.

Cette information intervient à deux semaines de la COP 28 de Dubaï du 30 novembre au 12 décembre. Il devient de plus en plus évident que l’objectif de la COP 21 de Paris en 2015 de limiter le réchauffement de la planète « bien en deçà » de 2°C par rapport à l’époque préindustrielle (1850-1900), et de 1,5°C si possible, sera très largement dépassé d’ici la fin de ce siècle.

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  This is called breaking down an open door. France Info announced on November 15th, 2023 with fanfare that concentrations of greenhouse gases, responsible for global warming, have broken records in 2022. The news channel relayed the message from the World Meteorological Organization. The WMO explains that, for the first time, in 2022, global average concentrations of carbon dioxide (CO2) will exceed pre-industrial values by 50%. And the trend is not about to reverse. More bad news: concentrations of methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) also broke records in 2022, with their largest annual increase ever observed.
This information comes two weeks before COP 28 in Dubai from November 30th to December 12th. It is becoming more and more obvious that the objective of COP 21 in Paris in 2015 to limit global warming « well below » 2°C compared to the pre-industrial era (1850-1900), and to 1.5°C if possible, will be greatly exceeded by the end of this century.

Evolution des concentrations de CO2 entre novembre 2022 et novembre 2023.

Evolution des concentrations de CO2 depuis 1700, avec une accélération très visible depuis les années 1970

Source : Keeling Curve (Scripps Institution)

La NASA montre le CO2 dans l’atmosphère ! // NASA shows CO2 in the atmosphere !

Le dioxyde de carbone (CO2) est le principal gaz à effet de serre responsable du réchauffement climatique que nous connaissons à l’heure actuelle. Cependant, son augmentation dans l’atmosphère serait encore plus rapide sans les puits de carbone terrestres et océaniques qui absorbent ensemble environ la moitié des émissions anthropiques chaque année. Les techniques de modélisation informatique du Global Modeling and Assimilation Office de la NASA ont permis aux scientifiques de faire apparaître les sources et les puits de CO2 et de mieux comprendre d’où vient le carbone et où il va.
Les vidéos réalisées par la NASA ont été mises en ligne en juin 2023. Elles ont été créées à partir des données relatives aux émissions de dioxyde de carbone en 2021. Elles ont l’aspect de tourbillons sur toute la planète et montrent l’évolution de ces émissions entre le début et la fin de l’année 2021.

https://svs.gsfc.nasa.gov/5110

On s’attardera sur les 3 animations proposées par la NASA.

La première animation montre le CO2 entré dans l’atmosphère terrestre au cours de l’année 2021. Il est réparti entre les quatre principaux contributeurs : les combustibles fossiles en orange, la biomasse en rouge, les écosystèmes terrestres en vert et l’océan en bleu. Les points à la surface montrent comment le dioxyde de carbone atmosphérique est absorbé par les écosystèmes terrestres (en vert) et les océans (en bleu). Bien que les terres et les océans soient des puits de carbone, certains endroits peuvent être des sources à différents moments.
L’animation met en évidence l’Amérique du Nord et l’Amérique du Sud. Les plantes absorbent du CO2 par photosynthèse pendant leur saison de croissance, mais libèrent une grande partie de ce carbone pendant les mois d’hiver. Parmi les caractéristiques intéressantes, on notera les émissions de combustibles fossiles provenant du corridor urbain nord-est qui s’étend de Washington D.C. à Boston aux États-Unis. L’oscillation rapide au-dessus de la forêt amazonienne montre l’absorption du carbone par les plantes pendant la journée, lorsque le soleil brille, et sa libération pendant la nuit.

La deuxième animation met en évidence les sources et les puits de CO2 en Asie et en Australie. On remarquera en particulier les émissions de combustibles fossiles de la Chine, qui ont contribué à l’augmentation de la charge atmosphérique de CO2 au cours de l’année 2021. En revanche, l’absorption par la biosphère terrestre est visible en Australie pendant la majeure partie de l’année car les émissions et la densité de population y sont beaucoup plus faibles. À la fin de l’animation, les émissions de combustibles fossiles, qui sont libérées, principalement dans l’hémisphère nord, se mélangent vers le sud et obscurcissent l’Australie.

La troisième animation met en évidence l’Europe, le Moyen-Orient et l’Afrique. Les émissions de combustibles fossiles en Europe sont visibles, de même que le rouge qui représente les émissions provenant des incendies en Afrique centrale. Les feux représentent une source de CO2 dans l’atmosphère bien moins importante que les émissions de combustibles fossiles, mais ils sont significatifs car ils peuvent altérer la capacité d’un écosystème à séquestrer le carbone par la suite. Les scientifiques surveillent attentivement la manière dont les émissions de CO2 dues aux incendies sont modifiées par le réchauffement climatique qui allonge la saison des incendies et les rend plus sévères dans de nombreuses régions.

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Carbon dioxide (CO2) is the most prevalent greenhouse gas driving global climate change. However, its increase in the atmosphere would be even more rapid without land and ocean carbon sinks, which collectively absorb about half of human emissions every year. Advanced computer modeling techniques in NASA’s Global Modeling and Assimilation Office allow scientists to disentangle the influences of sources and sinks and to better understand where carbon is coming from and going to.

The videos of the swirling emissions were released in June 2023. They are recreated from 2021 carbon dioxide emissions data. They’re shown as swirls all over the planet and how those emissions progressed from the beginning of 2021 to the end of that calendar year.

https://svs.gsfc.nasa.gov/5110

Let’s have a look at the 3 visualizations suggested by NANA.

The first visualization shows the CO2 being added to Earth’s atmosphere over the course of the year 2021, split into four major contributors: fossil fuels in orange, burning biomass in red, land ecosystems in green, and the ocean in blue. The dots on the surface also show how atmospheric carbon dioxide is also being absorbed by land ecosystems in green and the ocean in blue. Though the land and oceans are each carbon sinks in a global sense, individual locations can be sources at different times.

For example, in this view highlighting North America and South America, during the growing season plants absorb CO2 through photosynthesis, but release much of this carbon through respiration during winter months. Some interesting features include fossil fuel emissions from the northeastern urban corridor that extends from Washington D.C. to Boston in the United States. The fast oscillation over the Amazon rainforest shows the impact of plants absorbing carbon while the sun is shining and then releasing it during nighttime hours.

The second visualization highlights CO2 sources and sinks over Asia and Australia. The most notable feature is fossil fuel emissions from China, which contribute to the increasing atmospheric burden of CO2 over the course of 2021. In contrast, drawdown from the land biosphere is visible over Australia for much of the year because emissions and population density are much lower. By the end of the animation, fossil fuel emissions which are released predominantly in the Northern Hemisphere are mixing southward obscuring Australia.

The third visualization highlights Europe, the Middle East, and Africa. European fossil fuel emissions are visible as is red representing emissions from fires over central Africa. Fires represent a much smaller source of CO2 to the atmosphere than fossil fuel emissions, but are significant because they can alter the ability of an ecosystem to sequester carbon in the future. Scientists are carefully monitoring how CO2 emissions from fires are altered by climate change, which is bringing longer and more severe fire seasons to many areas.