La santé des plantes comme nouveau système de surveillance efficace de l’activité volcanique

Les plantes entretiennent une relation symbiotique avec leur environnement, constituant un indicateur vital de la santé globale du paysage, ainsi que des changements importants qui s’y produisent. L’un de ces facteurs de réponse des plantes est les émissions de gaz, telles que celles provenant de l’activité volcanique, qui augmentent les émissions de dioxyde de carbone et d’eau dans la zone immédiate, affectant ainsi la surface des feuilles et la photosynthèse (le processus biologique par lequel des organismes tels que les plantes convertissent l’énergie lumineuse en produits chimiques). énergie utilisant la chlorophylle, produisant des sucres qui sont métabolisés pour alimenter les activités de l’organisme).

Nouvelle recherche, publiée dans Géochimie, Géophysique, Géosystèmesa étudié le lien entre l’absorption de dioxyde de carbone par les plantes en réponse à un dégazage volcanique élevé, ce qui était auparavant difficile à détecter à l’aide de satellites dans l’espace et à différencier des niveaux atmosphériques normaux.

Robert Bogue, titulaire d’un doctorat. chercheur à l’Université McGill, Montréal, Canada, et ses collègues ont surveillé les réponses des plantes aux émissions volcaniques dans la zone thermique du lac Tern de la caldeira de Yellowstone, Wyoming, États-Unis, pour déterminer leur réaction à l’activité hydrothermale (fluides en circulation à proximité d’une source de magma produisant eau chaude et vapeur).

L’équipe de recherche a utilisé des images Landsat conservées à distance provenant du United States Geological Survey sur une superficie d’environ 33 000 m.²pris à partir de satellites en orbite autour de la Terre entre 1984 et 2022, et comparé la santé des plantes dans la zone hydrothermale avec celle des forêts voisines non affectées par l’activité volcanique.

Ils ont utilisé l’indice de végétation par différence normalisée (NDVI), une mesure de l’abondance de chlorophylle dans une zone donnée, qui sert d’indicateur de la photosynthèse et donc de la santé des plantes. Le NDVI utilise des valeurs sans unité comprises entre -1 et 1, où une végétation saine obtient un score de 0,6 à 1 et tout ce qui est moins sain aura des valeurs inférieures.

Bogue et ses collègues ont constaté une augmentation constante de la santé des plantes entre 1984 et 2000, attribuée à la fertilisation du sol par l’expulsion du dioxyde de carbone et de l’eau magmatique. Cependant, un changement notable s’est produit au début des années 2000, avec une détérioration du NDVI (santé des plantes) et une mortalité considérable des arbres (en particulier du pin tordu) au sein de la zone hydrothermale, notamment dans son épicentre.

Cette diminution du NDVI s’est développée lentement entre 2000 et 2005, mais rapidement au cours de la décennie suivante jusqu’en 2015, date à laquelle elle s’est stabilisée, ce qui est déduit de l’expansion de la zone hydrothermale.

Ici, des températures du sol élevées > 50 °C, détectées par imagerie infrarouge thermique, et des émissions extrêmement élevées de dioxyde de carbone et de soufre ont créé une zone de sulfate d’acide, comme en témoignent les fumerolles fumantes et l’odeur distinctive d’œuf pourri du sulfure d’hydrogène. Ensemble, cela a causé un stress extrême aux arbres, quelque chose de visible sur les images Landsat avant d’être détecté par d’autres satellites. Ensemble, ils constituent également trois indicateurs clés d’un magma peu profond, et s’exacerbent encore à mesure que le magma continue de monter avec un événement volcanique imminent.

L’évolution physique de la santé de la végétation au cours de la période d’étude a également été suivie en sélectionnant des emplacements dans la zone thermique du lac Tern qui présentaient chaque année la valeur NDVI la plus élevée, en surveillant le mouvement de l’épicentre hydrothermal.

De 1985 à 1992, les valeurs NDVI (la plus mauvaise santé des plantes) se sont produites dans le sud de la zone, mais de 1993 à 2001, elles se sont déplacées vers le nord, puis vers le centre de la région. C’est à ce stade qu’une parcelle dénudée d’arbres morts est désormais visible sur l’imagerie aérienne ci-dessus. Les chercheurs suggèrent que la transition de l’épicentre au cours de la période d’étude pourrait résulter du blocage des voies de migration des fluides hydrothermaux au fil du temps en raison des dépôts minéraux provenant des eaux magmatiques, ce qui entraînerait la recherche de nouvelles routes.

Par conséquent, cette recherche confirme que l’activité hydrothermale a commencé dans la région 15 ans plus tôt que ce qui avait été signalé précédemment, ce qui suggère que le changement notable au début des années 2000 était un réveil du volcanisme, plutôt qu’un début initial.

Cette hypothèse est également étayée par des enregistrements d’activités sismiques mineures, qui sont souvent un indicateur du mouvement du fluide magmatique sous terre. Ces informations mettent en évidence l’avantage de cette technique car elle fournit une multitude de données qui pourraient autrement ne pas être détectées par l’imagerie infrarouge thermique ou visible.

Des travaux de terrain récents menés par l’équipe ont également révélé une nouvelle croissance d’arbres dans la zone aride, ce qui suggère que l’activité hydrothermale dans la région pourrait être en déclin et qu’une renaissance de la végétation pourrait avoir lieu au cours des années suivantes.

Cette recherche met en lumière un nouvel outil précieux pour mesurer les effets de l’activité volcanique dans des environnements qui peuvent être difficiles d’accès ou particulièrement dangereux pour les instruments in situ, étant particulièrement adapté aux stratovolcans dont les flancs sont souvent boisés.

Bien qu’elle soit utile en tant qu’avertissement préalable pour compléter d’autres formes de télédétection afin d’anticiper les risques volcaniques, la technique est actuellement limitée aux endroits abritant des espèces de végétation relativement homogènes, car cela peut avoir un impact sur les valeurs NDVI. Cela pose également des problèmes pour les zones sujettes à la sécheresse ou aux incendies de forêt, qui sont des stress non volcaniques susceptibles de fausser les résultats, tandis que les zones volcaniques situées à haute altitude ou dans les zones arides peuvent avoir une couverture arborée clairsemée qui inhibe les mesures du NDVI.

Néanmoins, le projet offre une méthode importante pour surveiller les volcans et la santé de leurs environnements afin d’atténuer les risques potentiels futurs.

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