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Volcan en indonésie.
Volcan en indonésie.
©Agung Supriyanto / AFP

Volcans et gaz carbonique

Les volcans et le climat sur Terre : une "soupape de sécurité" ?

Des chercheurs ont construit un nouveau réseau terrestre, intégrant des algorithmes d'apprentissage automatique et des reconstitutions de la tectonique des plaques. L'étude a révélé que les arcs volcaniques continentaux étaient le principal moteur d'érosion au cours des 400 derniers millions d'années.

Thomas Gernon

Thomas Gernon

Professeur associé en sciences de la Terre et de l'océan, à l'Université de Southampton.

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Atlantico : Dans un article récemment publié, vous constatez que "l'activité des plaques tectoniques de la Terre régule le cycle du carbone et, par conséquent, le climat, par le biais du dégazage volcanique et de l'altération des roches silicatées". Comment fonctionne cette régulation ? Vous comparez le phénomène à un "thermostat autorégulateur", comment cela ?

Thomas Gernon : Les arcs volcaniques continentaux - ces chaînes volcaniques qui se forment lorsque la croûte océanique est subduite sous des plaques tectoniques continentales - sont généralement considérés comme un émetteur majeur de CO2 dans l'atmosphère terrestre. En effet, la génération de magma dans ces environnements provoque des réactions de décarbonatation (c'est-à-dire la libération de CO2) en profondeur dans la plaque continentale.

Notre réseau terrestre, un cadre statistique reposant sur l'apprentissage automatique, révèle que les proxies d'altération globale dans l'eau de mer au fil du temps sont dominés par l'altération des arcs volcaniques continentaux. Ces volcans sont parmi les éléments les plus élevés et les plus rapides à s'éroder sur Terre. Les roches volcaniques étant fragmentées et chimiquement réactives, elles sont rapidement altérées et rejetées dans les océans. L'altération entraîne ces éléments chimiques vers les océans via les rivières, où ils forment des minéraux qui retiennent le CO2. Ce processus conduit donc naturellement à l'élimination du CO2 de l'atmosphère. On pense que les taux d'altération sont plus élevés dans des conditions de serre (c'est-à-dire à forte teneur en CO2) comme celles produites par les fortes émissions volcaniques.

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Cela signifie que les importantes émissions de CO2 de ces volcans sont compensées par l'absorption de CO2 par l'altération des volcans eux-mêmes. C'est ce que nous entendons par "thermostat autorégulateur" : les volcans qui émettent de grandes quantités de CO2 dans l'atmosphère au cours des temps géologiques compensent efficacement leurs propres émissions en permettant à des réactions d'altération importantes de se produire après leur formation.


Quelle est l'importance de la régulation produite par le dégazage volcanique et l'altération des roches silicatées dans la détermination globale du climat terrestre ? Comment l'avez-vous mesurée ? Pourquoi l'altération des arcs volcaniques joue-t-elle le rôle le plus important ?

Nous proposons que les arcs volcaniques continentaux aient été le facteur le plus important de l'intensité de l'altération au cours des 400 derniers millions d'années, et qu'ils aient joué un rôle majeur dans la stabilisation de la température de la surface de la Terre (pour les raisons mentionnées ci-dessus). Nous avons mesuré cette altération en utilisant la composition isotopique du strontium de l'eau de mer au fil du temps, qui est traditionnellement considérée comme reflétant un équilibre entre l'altération des surfaces continentales et celle du plancher océanique.

À l'aide de notre réseau d'apprentissage automatique, nous avons introduit plusieurs autres ensembles de données relatifs à différents processus tectoniques mondiaux (par exemple, la quantité de plancher océanique formée au fil du temps) et à la répartition des continents à la surface de la Terre au fil du temps. Le réseau d'apprentissage automatique a recherché le facteur le plus fortement corrélé avec le signal d'altération de l'eau de mer, puis a recherché le facteur suivant le plus important (en fonction du premier, etc.). Cette méthode nous a permis d'identifier les principaux processus moteurs et les échelles de temps caractéristiques sur lesquelles ils opèrent.

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Comment expliquer que nous ayons cru pendant si longtemps que la stabilité naturelle du climat était due à l'équilibre entre l'altération du plancher océanique et celle de l'intérieur des continents, si les données ne le confirment pas ?

Il s'agit tout simplement d'un problème complexe. Jusqu'à présent, il s'est avéré extrêmement difficile d'établir quel(s) processus influence(nt) le plus fortement la réponse météorologique/climatique - en particulier lorsque plusieurs de ces processus sont liés d'une manière ou d'une autre. En outre, il existe des décalages temporels dans le système - des réponses retardées entre un événement tectonique global (comme la formation d'une montagne) et un changement de la chimie dans l'océan, que nous trouvons dans certains cas substantiels (de l'ordre de dizaines de millions d'années). Notre étude a mis au point une nouvelle approche d'apprentissage automatique pour démêler cette complexité et déterminer comment de multiples processus fonctionnent *ensemble* pour entraîner des changements dans le système terrestre.


Comment votre travail peut-il s'articuler avec la lutte contre le changement climatique ?

Nos résultats fournissent des indications essentielles sur la manière dont la société pourrait gérer la crise climatique à l'avenir. Il s'agit du rôle que " l'altération renforcée des roches " ⎯ où les roches sont pulvérisées et répandues sur le sol pour accélérer les taux de réaction chimique ⎯ pourrait jouer pour éliminer en toute sécurité le CO2 de l'atmosphère.  Nos résultats suggèrent que de tels dispositifs peuvent être déployés de manière optimale en utilisant des matériaux volcaniques calco-alcalins (ceux qui contiennent du calcium, du potassium et du sodium), comme ceux que l'on trouve dans les environnements d'arc continental.

Il ne s'agit en aucun cas d'une solution miracle à la crise climatique ⎯ nous devons de toute urgence réduire les émissions de CO2 conformément aux voies d'atténuation du GIEC,. Notre évaluation des rétroactions de l'altération sur de longues périodes peut aider à concevoir et à évaluer des programmes d'altération améliorée à grande échelle, ce qui n'est qu'une des étapes nécessaires pour contrer le changement climatique mondial. 

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