Une étude examine comment l’éruption massive de 2022 a modifié la chimie et la dynamique de la stratosphère

Lorsque le volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai est entré en éruption le 15 janvier 2022 dans le Pacifique Sud, il a produit une onde de choc ressentie dans le monde entier et déclenché des tsunamis aux Tonga, aux Fidji, en Nouvelle-Zélande, au Japon, au Chili, au Pérou et aux États-Unis. .

Elle a également modifié la chimie et la dynamique de la stratosphère au cours de l’année qui a suivi l’éruption, entraînant des pertes sans précédent dans la couche d’ozone pouvant atteindre 7 % sur de vastes zones de l’hémisphère sud, selon une étude récente publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciences de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) et de l’Université du Maryland.

Selon les recherches, ces changements atmosphériques sont dus à la simple quantité de vapeur d’eau injectée dans la stratosphère par le volcan sous-marin. L’emplacement de la stratosphère se situe à environ 8 à 30 milles au-dessus de la surface de la Terre et c’est là que réside la couche protectrice d’ozone.

“L’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai a été vraiment extraordinaire dans le sens où elle a injecté environ 300 milliards de livres d’eau dans la stratosphère normalement sèche, ce qui représente une quantité d’eau absolument incroyable provenant d’un seul événement”, a déclaré David Wilmouth, un responsable du projet. scientifique à SEAS et premier auteur de l’article.

“Cette éruption nous a mis en territoire inconnu”, a déclaré Ross Salawitch, professeur au Centre interdisciplinaire des sciences du système terrestre de l’Université du Maryland et co-auteur de l’étude. “Nous n’avons jamais vu, dans l’histoire des enregistrements satellitaires, autant de vapeur d’eau injectée dans l’atmosphère et notre article est le premier à examiner les conséquences en aval sur de vastes régions des deux hémisphères dans les mois qui ont suivi l’éruption en utilisant des données satellite et un modèle global.”

L’éruption du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai a été la plus grande explosion jamais enregistrée dans l’atmosphère. L’éruption a projeté des aérosols et des gaz profondément dans la stratosphère. Certains matériaux ont atteint la mésosphère inférieure, à plus de 30 milles au-dessus de la surface de la Terre, à des altitudes jamais enregistrées lors d’une éruption volcanique. Des études antérieures ont révélé que l’éruption avait augmenté la vapeur d’eau dans la stratosphère de 10 % à l’échelle mondiale, avec des concentrations encore plus élevées dans certaines régions de l’hémisphère sud.

Wilmouth, Salawitch et le reste de l’équipe de recherche ont utilisé les données du micro-ondes Limb Sounder (MLS) à bord du satellite Aura de la NASA, pour suivre non seulement la façon dont la vapeur d’eau s’est déplacée à travers le globe, mais également pour surveiller la température et les niveaux de monoxyde de chlore (ClO). , l’ozone (O₃), acide nitrique (HNO₃), et du chlorure d’hydrogène (HCl) dans la stratosphère pour l’année suivant l’éruption. Ils ont ensuite comparé ces mesures aux données collectées par MLS de 2005 à 2021 avant l’éruption.

L’équipe a découvert que l’injection de vapeur d’eau et de dioxyde de soufre (SO₂) a modifié à la fois la chimie et la dynamique de la stratosphère. En termes de chimie, le SO₂ a conduit à une augmentation des aérosols sulfatés, qui ont fourni de nouvelles surfaces pour que des réactions chimiques se produisent.

“Certaines réactions qui pourraient ne pas se produire du tout ou se produire lentement peuvent se produire plus rapidement s’il existe des aérosols disponibles sur lesquels ces réactions peuvent avoir lieu”, a déclaré Wilmouth. “L’injection de SO₂ du volcan a permis la formation d’aérosols sulfates et la présence de vapeur d’eau a conduit à la production supplémentaire d’aérosols sulfates.

L’augmentation des aérosols sulfatés et de la vapeur d’eau a déclenché une chaîne d’événements dans la chimie atmosphérique complexe qui a conduit à des changements généralisés dans les concentrations d’un certain nombre de composés, dont l’ozone.

La vapeur d’eau supplémentaire a également eu un effet de refroidissement dans la stratosphère, entraînant une modification de la circulation, ce qui a entraîné une diminution de l’ozone dans l’hémisphère sud et une augmentation de l’ozone au-dessus des tropiques.

Les chercheurs ont découvert que la diminution maximale de la couche d’ozone s’est produite en octobre, neuf mois après l’éruption.

“Nous avons eu cette énorme augmentation de la vapeur d’eau dans la stratosphère avec de modestes augmentations des sulfates qui ont déclenché une série d’événements entraînant des changements significatifs dans la température et la circulation, ClO, HNO.₃HCl, O₃et d’autres gaz”, a déclaré Wilmouth.

Ensuite, les chercheurs espèrent poursuivre l’étude en suivant l’impact du volcan jusqu’en 2023 et au-delà, alors que la vapeur d’eau se déplace des tropiques et des latitudes moyennes vers le pôle de l’hémisphère sud, où elle a le potentiel d’amplifier les pertes d’ozone dans l’Antarctique. La vapeur d’eau devrait rester élevée dans la stratosphère pendant plusieurs années.

La recherche a été co-écrite par James Anderson, professeur Philip S. Weld de chimie atmosphérique à SEAS ; Freja Østerstrøm et Jessica Smith.