Corrigé bac SVT 2026 — Exercice 2 : Effets d'éruptions volcaniques majeures sur la température atmosphérique

EXERCICE 2 : Effets d'éruptions volcaniques majeures sur la température atmosphérique (8 POINTS)

La Terre a connu plusieurs périodes au cours desquelles l'activité volcanique a été très intense. Des géologues suggèrent que certaines de ces éruptions volcaniques majeures ont pu entraîner des modifications importantes de la température atmosphérique à différentes échelles de temps.

QUESTION :

Expliquer comment des éruptions volcaniques majeures ont pu provoquer des variations de température atmosphérique à différentes échelles de temps.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et des connaissances utiles.

Au cours de l'histoire de la Terre, de nombreux épisodes volcaniques majeurs, d'une durée de quelques centaines de milliers d'années à environ 2 millions d'années, ont eu lieu. Ils ont abouti à la mise en place de provinces magmatiques géantes (trapps), c'est-à-dire de régions de la surface du globe couvertes de roches magmatiques et d'une superficie de plus de 100 000 km².

Caractéristiques et localisations de provinces magmatiques géantes :

• Trapps de Sibérie : Date 252 Ma ; Volume de roche 4 millions de km³
• Trapps CAMP : Date 200 Ma ; Volume de roche 2 millions de km³
• Trapps du Deccan : Date 65 Ma ; Volume de roche 2 millions de km³

Une carte mondiale localise les principales provinces magmatiques géantes (Sibérie, CAMP, Deccan, Columbia River, Kerguelen, Karoo, Parana, Ontong Java, Emeishan, etc.).

Source : Boesch, Q. (2022). Climatologie : À la découverte des climats passés, présents et futurs de notre planète. De Boeck supérieur

La formation des provinces magmatiques géantes serait la conséquence de la remontée de grandes quantités de roches chaudes du manteau qui fondent partiellement à l'approche de la surface. Le magma formé s'épanche à la surface donnant naissance en refroidissant à des basaltes, roches magmatiques silicatées. Les différentes éruptions aboutissent à la superposition de nombreuses couches de basaltes (voir photographie). En milieu continental, les reliefs ainsi formés sont ensuite soumis à l'altération.

Photographie des trapps du Deccan (Inde) : empilement de coulées de basalte, échelle 30 m.

Source : Boesch, Q. (2022). Climatologie : À la découverte des climats passés, présents et futurs de notre planète. De Boeck supérieur

Les épisodes volcaniques qui ont conduit à la mise en place de provinces magmatiques géantes ayant eu lieu il y a plusieurs millions d'années, il est difficile d'accéder à la composition des gaz émis lors de ces éruptions. Il est cependant possible d'analyser les gaz libérés lors d'épisodes volcaniques actuels de même type mais d'ampleur bien moindre, comme ceux du volcan Kilauea, situé dans l'océan Pacifique, afin d'avoir une idée de la composition des gaz émis lors des éruptions majeures.

Composition des gaz émis par le volcan Kilauea le 25/03/2018 : Vapeur d'eau 37 %, CO2 49 %, SO2 12 %, Autres gaz 2 %.

Quand le dioxyde de soufre (SO2) est présent dans l'atmosphère, il peut réagir avec le dioxygène et l'eau et former des gouttelettes d'acide sulfurique appelées aérosols soufrés qui peuvent persister dans l'air avant de retomber au sol lors de précipitations. Dans l'atmosphère, ces aérosols ont la capacité de renvoyer l'énergie solaire, ce qui a un effet sur l'albédo terrestre global.

Après une éruption volcanique, une fraction significative de CO2 peut rester dans l'atmosphère.

Source : d'après Symonds, RB, Rose, WI, Bluth, GJ, & Gerlach, TM (1994). Études des gaz volcaniques : méthodes, résultats et applications. Mineralogical Society of America, 30, 1-66

La dernière éruption du volcan Pinatubo (Philippines) a eu lieu le 15 juin au 2 septembre 1991 mais l'activité intense n'a duré que quelques jours consécutifs au mois de juin. Plusieurs paramètres ont été évalués, avant et après cette éruption, afin notamment de comprendre comment une telle éruption pouvait modifier le climat à court terme :

• le volume de roches volcaniques mis en place a été estimé à environ 10 km³ ;
• la quantité de SO2 émise a été estimée à 17 millions de tonnes ;
• les anomalies de température et la profondeur optique des aérosols soufrés, qui reflète la quantité d'aérosols soufrés présents dans l'atmosphère, sont présentées dans le document 3a. Plus la profondeur optique des aérosols est élevée, plus il y a d'aérosols soufrés dans l'atmosphère ;
• la fraction de rayonnement solaire qui atteint le sol à la station de Mauna Loa (Hawaï, Pacifique), après passage dans l'atmosphère, est présentée dans le document 3b.

Deux graphiques de 1991 à 1994 : le premier représente l'anomalie de température par rapport à la moyenne des températures pour la période 1991-2020 (en °C) ; le second représente la profondeur optique des aérosols. Après l'éruption du Pinatubo (juin 1991), l'anomalie de température chute (jusqu'à environ -0,5 °C) tandis que la profondeur optique des aérosols augmente fortement, puis les deux reviennent progressivement vers leurs valeurs initiales.

Les anomalies de température sont calculées par rapport à la moyenne des températures pour la période 1991-2020, qui sert de référence. Une anomalie positive de température signifie que la température est supérieure à la température de référence, et une anomalie négative signifie que la température est inférieure à la température de référence.

Graphique de 1988 à 1998 : la fraction du rayonnement solaire qui atteint le sol après passage dans l'atmosphère (en %) chute fortement après l'éruption du Pinatubo (1993, environ 84 % au minimum, contre environ 93-94 % avant) puis remonte progressivement. Les points représentent les différentes mesures réalisées. La courbe en trait plein représente la moyenne des mesures.

Sources : Burton, M. R., Sawyer, G. M., & Granieri, D. (2013). Deep carbon emissions from volcanoes. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 75(1), 323-354. Douglass, D. H., & Knox, R. S. (2005). Climate forcing by the volcanic eruption of Mount Pinatubo. Geophysical Research Letters, 32(5), 2004GL022119. Dutton, E. G., & Bodhaine, B. A. (2001). Solar irradiance anomalies caused by clear-sky transmission variations above mauna loa : 1958–99. Journal of Climate, 14(15), 3255-3262.

Lorsque des roches comme le basalte, contenant des minéraux silicatés telle que l'anorthite, se retrouvent en surface, elles subissent une altération chimique sous l'effet des précipitations (étape 1 sur le schéma). Les ions produits par l'altération sont transportés par les cours d'eau (étape 2 sur le schéma) jusque dans des bassins de sédimentation où certains d'entre eux vont former des carbonates comme la calcite, constituant notamment les calcaires (étape 3 sur le schéma). Lors de ces étapes, des réactions chimiques faisant intervenir le CO2 ont lieu : l'une utilise le CO2 atmosphérique et l'autre libère du CO2.

Schéma : (1) Altération de silicates, (2) Transport d'ions en solution, (3) Précipitation de carbonates.

Altération de l'anorthite (silicate présent dans le basalte) en kaolinite : CaAl2Si2O8 + 2 CO2 + 3 H2O → Al2Si2O5(OH)4 + Ca²⁺ + 2 HCO3⁻ (anorthite → kaolinite)

Précipitation de la calcite (un carbonate) : Ca²⁺ + 2 HCO3⁻ → CaCO3 + CO2 + H2O (Calcite)

Source : Boesch, Q. (2022). Climatologie : À la découverte des climats passés, présents et futurs de notre planète. De Boeck supérieur

Après un épisode volcanique, de nombreux facteurs peuvent influencer la température atmosphérique mondiale. Tous n'agissent pas de façon prédominante aux mêmes échelles de temps, c'est-à-dire en même temps et pas sur les mêmes durées.

Frise chronologique du temps après l'épisode volcanique (en années, de 0,1 à 10⁷) indiquant les effets prédominants successifs :

• aérosols soufrés : de l'ordre de 0,1 à quelques années
• variation importante et rapide de concentration en CO2 dans l'atmosphère : de l'ordre de 10² à 10⁴ ans
• altération des silicates : de l'ordre de 10⁵ à 10⁷ ans

Source : Wever, P. de, David, B., Néraudeau, D., & Broutin, J. (2010). Paléobiosphère : Regards croisés des sciences de la vie et de la terre. Muséum national d'histoire naturelle Société géologique de France Vuibert.