Unhiver volcanique est une baisse de la température provoquée par des cendresvolcaniques et des gouttelettes d'acide sulfurique, dues à une forteéruption volcanique, présentes dans l'atmosphère et réfléchissant les rayons dusoleil. On parle aussi deforçage volcanique, expression construite à partir de l'anglais« volcanic forcing ».
Une éruption volcanique peut avoir de nombreux effets sur l'atmosphère et la météorologie. Il faut ici distinguer les effetstroposphériques en général limités géographiquement et temporellement, des effetsstratosphériques qui peuvent concerner le globe terrestre et durer des mois, seuls ces derniers effets pouvant entraîner un « hiver volcanique ». Les matières, gaz et poussières, éjectées à haute altitude par les éruptions les plus puissantes se répartissent assez rapidement sur une grande surface terrestre, en raison des courants aériens. Certains desgaz volcaniques réagissent alors avec l'air et forment des aérosols perturbant la transmission du rayonnement solaire. C'est notamment le cas du dioxyde de soufre qui forme des gouttelettes d'acide sulfurique en réagissant avec l'eau de l'atmosphère. L'opacité de la haute atmosphère est accrue : moins de rayonnement solaire parvient au sol. Dans le cas des éruptions les plus importantes le climat peut ainsi être refroidi sur de vastes zones. Toutefois ce refroidissement n'est pas le seul effet des aérosols : si à basse altitude la température baisse, dans la stratosphère, les aérosols déclenchent au contraire, par effet de serre, une élévation des températures. Les aérosols volcaniques ont donc un effet dynamique sur le climat et agissent non seulement en refroidissant la basse atmosphère mais aussi en perturbant les courants de la haute atmosphère. Ces effets sont cependant limités dans le temps car les aérosols retombent en quelques mois. Les plus puissantes éruptions peuvent cependant occasionner la présence d'aérosols durant un à trois ans. Une éruption volcanique agit donc sur le climat en fonction de la violence de l'éruption, de la composition des éjectats, mais aussi de la position du volcan. Un volcan situé dans la zone équatoriale disperse plus largement et plus rapidement ses aérosols dans l'atmosphère et a donc plus facilement un effet global sur l'atmosphère. Enfin l'effet de l'éruption dépend aussi de la période d'éruption dans l'année ainsi que de l'état du système climatique au moment de l'éruption (par exemple la vigueur de l'ENSO).
On a pu voir pour les hivers volcaniques censés être les plus importants, comme celui duToba (voirinfra) les causes du phénomène dit de « goulot d'étranglement » (c’est-à-dire une chute brutale des populations d'espèces suivie immédiatement par une période de grandedivergence génétique parmi les survivants). Selon l'anthropologisteStanley Ambrose, de tels évènements diminuent l'importance de populations à des niveaux suffisamment bas pour que des évolutions puissent survenir plus vite sur de petites populations d'individus (par le phénomène de ladérive génétique) et produire une rapide « différenciation de population ».
On a pu supposer un important phénomène d'hiver volcanique après lasuper-éruption (super-volcan) dulac Toba sur l'île deSumatra, îleindonésienne située sur l'équateur, il y a environ 74 000 ans[1]. L'impact de l'éruption, en particulier sur le climat, a été l'objet de discussions, les propositions allant d'un impact faible à fort[2]. Parmi les conséquences envisageables on a pu avancer une probabledéforestation enAsie du Sud-Est et le refroidissement desocéans de3 à 3,5 °C. L'éruption pourrait aussi avoir accéléré la tendance glaciaire déjà amorcée, entraînant l'effondrement de lapopulation humaine etanimale. Cette possibilité, combinée au fait que la plupart des différenciations humaines se produisirent à la même période, a été vue comme un cas probable de « goulet d'étranglement » de population lié aux hivers volcaniques[3],[4]. Toutefois les études paléoclimatiques récentes pratiquées dans les sédiments dulac Malawi infirment cette théorie catastrophiste et montrent que le climat de l'Afrique de l'Est ne fut pas sensiblement et durablement affecté par l'éruption[5]. De même le témoignage des carottes glaciaires et les simulations récentes laissent plutôt penser à l'absence d'effet à long terme sur le climat[6] : un refroidissement supérieur à un siècle après l'éruption est impossible et supposer un refroidissement de plusieurs décennies nécessite d'envisager l'intervention de rétroactions qui sont mal connues et hypothétiques[7].Cependant la polémique est très loin d'être tranchée, notamment à cause de difficultés à dater précisément la catastrophe et les restes fossiles ou d'outils découverts[8],[9], même si l'étude des pollens montre bien un changement de la flore[10], synonyme de changement climatique et/ou d'occupation humaine.
Il y a 36 000 ans, un épisode explosif intense produisit entre 80 et 150 km3 de matériel volcanique de compositiontrachytique (« tuf gris » campanien, en fait uneignimbrite). La caldeira se forme à la suite de cet évènement, qui pourrait avoir contribué àl'extinction de l'Homme de Néandertal[11]. En effet, comme en témoignent de nombreux dépôts de cendres, cette explosion a plongé en hiver volcanique tout l’Est de l'Europe et l'Asie du Sud-Ouest, à savoir la plus grande partie de leur habitat.
Les effets des récents hivers volcaniques sont plus modestes, mais ils sont malgré tout significatifs. Ils sont cependant difficile à quantifier pour les éruptions anciennes et les cas antérieurs auXVIIIe siècle sont encore mal connus.
L'identification de ces hivers volcaniques repose sur la confrontation de sources historiques, géologiques et paléoclimatiques. Ces dernières sont avant tout constituées par lescarottes glaciaires. Celles-ci, prélevées dans les calottes polaires (Groenland ou Antarctique) présentent une stratigraphie annuelle qui permet de retracer des événements climatiques et météorologiques. On peut y retrouver les dépôts sulfurés résultant des retombées desgaz volcaniques. Ces gaz peuvent être identifiés par analyse de la résistance électrique de la glace — plus acide à cet endroit — ou par des analyses chimiques plus précises. Pour les éruptions les plus anciennes, seule la confrontation de plusieurs carottes permet de quantifier avec une assez grande précision l'ampleur des dépôts et donc de la perturbation climatique. Elle peut alors être recherchée dans d'autres types de sources, notamment par des analysesdendrochronologiques. L'analyse géologique du volcan responsable de la perturbation, lorsqu'il est connu, peut permettre de préciser la violence de son explosion (VEI) et surtout de rapporter sa situation géographique à la quantité de dépôt sulfuré mesurée aux pôles. Les sources historiques sont susceptibles d'apporter de nombreux éléments : indication de perturbations météorologiques notées par les contemporains (hiver rigoureux, été pluvieux, etc.), indication de phénomènes typiques de telles éruptions (coucher de soleil particulièrement rougeoyant, phénomène de brouillard sec), elles peuvent éclairer enfin sur les conséquences indirectes de ces perturbations, disettes, famines, épidémies et tensions sociales consécutives.
L'impact climatique global de l'éruption deSantorin à l'époqueminoenne a été discuté ainsi que ses conséquences sur les sociétés de l'âge du bronze. Si l'éruption a souvent été liée à de nombreux mythes (l'Atlantide, l'Exode biblique), il est difficile de trouver des sources non ambiguës, d'autant plus que la datation de l'éruption est controversée[13]. Selon D. M. Pyle, il convient de relativiser les hypothèses avancées et ne pas exagérer cet impact[14]. Une perturbation climatique notable est cependant enregistrée dans les données dendrochronologiques pour l'année 1628 avant notre ère, perturbation qui peut correspondre à l'éruption[15]. On sait par ailleurs depuis 2002 que l'éruption fut plus puissante que ce que l'on pensait auparavant[16]. Ses conséquences sur les sociétés antiques restent du domaine de la spéculation[17].
Un certain nombre de cas de forçages volcaniques sont attestés à l'époque romaine. Cette période présente cependant de ce point de vue une activité plutôt faible[18]. Sur la base des carottes glaciaires des épisodes ont été placés en particulier vers-44[19],[20], dans les années160[21],[22] ainsi qu'au troisième siècle[19],[23],[24]. La chronologie des forçages volcanique élaborée dans les années 2000 à partir des carottes glaciaires a été contestée par le dendrochronologiste Mike Baillie pour qui les dates attribuées aux événements dans les carottes devraient être descendues de quelques années[25]. Une étude dirigée par Michael Sigl a confirmé son affirmation et a permis de mieux dater les forçages volcaniques de la période antique[26].
Une des plus anciennes descriptions d’un hiver volcanique se trouve dans lesVies dePlutarque :
« Il y eut aussi l’obscurcissement de la lumière du soleil : toute cette année-là, en effet, son disque resta pâle ; il n’avait aucun rayonnement à son lever et ne produisait qu’une chaleur faible et languissante, l’air demeurait ténébreux et lourd parce que la chaleur qui le traversait était trop faible, et les fruits à demi-mûrs, se gâtaient et pourrissaient avant d’être parvenus à terme, à cause de la fraîcheur de l’atmosphère. »
— Plutarque, Vie de César[27]
On a pu y voir les conséquences d’une éruption de l’Etna en-44[28]. Les dernières recherches ont cependant démontré qu'il s'agissait des conséquences de l'éruption de l'Okmok, enAlaska[29]. Les conséquences atmosphériques de l’éruption furent aussi visibles en Chine. L’éruption, attestée par les carottes glaciaires, fut contemporaine de la mort deJules César. À ce titre, elle marqua, avec le passage d’une comète[30], l’imagination des contemporains[28]. Les conséquences climatiques de l'éruption peuvent avoir aggravé les difficultés des sociétés méditerranéennes alors plongées dans la guerre civile romaine, et en particulier pour le royaume d'Égypte puisque la crue du Nil fut perturbée.
Selon le géologue Wolfgang Vetters et l'archéologue Heinrich Zabehlicky, l'éruption du volcan néo-zélandaisTaupo vers200 causa une perturbation climatique dont les conséquences se firent sentir sur l'Empire romain[31]. L'éruption de ce volcan est souvent datée de186 en raison de phénomènes célestes notés à Rome et en Chine[32]. Cette date est discutée et l'on peut trouver aussi181 (+/-2) ou232 (+/- 15)[33] ou236 (+/- 4)[34].
Lesperturbations climatiques attestées pour l'année535 et les années suivantes, sur plusieurs zones de la planète ont été attribuées, mais sans faire consensus, à une éruption volcanique, parfois associée auKrakatoa, parfois auRabaul[35] et parfois à l'Ilopango[36]. De possibles traces de l'éruption ont été retrouvées dans les carottes glaciaires prélevées au Groenland[37], mais l'hypothèse de l'impact d'un astéroïde est aussi défendue. L'ampleur et les conséquences exactes de cet événement climatique restent très discutées et seule la multiplication des études de terrain pourra éclaircir sinon trancher le débat[38].
Si, selon John Grattan, les difficultés climatiques de cette époque ne doivent pas être liées à des perturbations volcaniques et sont au contraire l'exemple d'une variabilité ordinaire du climat à cette époque[17], Michael McCormick et Paul Dutton ont proposé d'identifier plusieurs cas de forçage volcanique au cours de la période : en763-764, entre821 et824, en855-856 et859[39]-860, en873-874, en913[40].
La grande éruption basaltique de l'Eldgja auXe siècle a vraisemblablement eu des conséquences climatiques semblables à celles des Lakagígar en1783. Les perturbations climatiques semblent avoir entraîné des famines et des épidémies en Europe[41]. Selon Michael McCormick et Paul Dutton l'éruption doit être datée de939 et a causé un trèsdur hiver en Europe en939-940[40]:888-889.
Les carottes glaciaires prélevées au Groenland et en Antarctique ont montré un important dépôt de sulfures. Selon Richard Stothers, les conséquences climatiques de l'éruption du Samalas en 1257 sont visibles dans les sources médiévales et ont pu entraîner des famines et des épidémies[42],[43]. Toutefois les effets de cette éruption ne semblent pas aussi importants qu'ils auraient dû l'être : au regard du signal retrouvé dans les carottes glaciaires, l'éruption semble la plus importante des 7 000 dernières années et, pourtant, le refroidissement ne fut pas beaucoup plus important que celui occasionné par lePinatubo. Cet apparent paradoxe s'expliquerait par la taille des particules composant les aérosols présents dans l'atmosphère à la suite de l'éruption[44]. Une étude utilisant des simulations climatiques explique le déclenchement duPetit âge glaciaire vers1275 par une succession, dans une période d'un demi-siècle, de quatre forçages volcaniques importants et par la mise en place de phénomènes de rétroaction positive liés à la banquise et aux courants marins[45]. Le volcan responsable de l'éruption de 1257 a été identifié en Indonésie : il s'agit du Samalas dont l'effondrement a créé laCaldeira Segara Anak[46].
L'éruption duKuwae (Vanuatu) à la fin de l'année1452 ou au début de1453 a sans doute surpassé celle du Tambora en quantité de sulfure envoyée dans l'atmosphère[47]. Les conséquences climatiques de l'éruption furent importantes et sensibles plusieurs années durant.
L'éruption de l'Huaynaputina auPérou en1600 causa des perturbations atmosphériques et climatiques qui se firent sentir en Europe et en Chine[48].
Un article écrit parBenjamin Franklin accusait la poussière volcanique venant d'Islande d'être la cause d'un été très frais en 1783 aux États-Unis. En effet, l'éruption desLakagígar avait relâché dans l'atmosphère d'énormes quantités de dioxyde de soufre[49]. Cela provoqua la mort de la plus grande partie du bétail de l'île et une terriblefamine, qui tua le quart de la population.
Les températures enregistrées dans l'hémisphère nord chutèrent d'environ1 °C dans l'année qui suivit cette éruption.
L'éruption de cestratovolcan provoqua desgelées en plein milieu de l'été dans l'État de New York et des chutes de neige en juin enNouvelle-Angleterre, provoquant ce qui allait être connu sous le nom d'« année sans été » aux États-Unis en1816. C'est durant cet été queMary Shelley écrivitFrankenstein dont l'imagerie est souvent associée à l'histoire de l'éruption du Tambora.
Dans le détroit de la Sonde, proche de la côte ouest deJava, sur l’île de Krakatoa se trouve lePerbuatan, appelé par raccourciKrakatoa.
Le27 août 1883, l'explosion duKrakatoa (Krakatau) créa aussi les conditions d'un hiver volcanique. Les quatre années qui suivirent furent inhabituellement froides et l'hiver de1888 fut le premier avec des chutes de neige dans cette région. Des chutes de neige record furent enregistrées dans le monde entier.
Plus récemment, l'explosion en1991 du montPinatubo, un autrestratovolcan, auxPhilippines, refroidit les températures mondiales pendant deux à trois ans, interrompant la tendance auréchauffement climatique constatée depuis1970.
Exception faite desLakagígar, la plupart des volcans précités (qu'ils se trouvent enIndonésie ou auxPhilippines), appartiennent à l'immense arc océanique dénommé par les volcanologues « ceinture de feu du Pacifique ».
Certains volcanologues ont chiffré enmégatonnes la puissance de ces différentes éruptions. Ainsi, sachant que labombe atomique d'Hiroshima eut une puissance estimée de 20 kT, la puissance estimée de l'éruption duTambora, elle-même égale à huit fois celle duVésuve, fut plus de cent fois supérieure à celles desbombes d'Hiroshima et deNagasaki réunies. D'ailleurs, et pour avoir une idée plus imagée de la puissance de l'explosion lebruit de l'explosion fut entendu à plus de 1 400 km de distance ; desbombes volcaniques de plus de 20 cm de diamètre furent projetées à 80 km de distance sur une île voisine, et la colonne de cendres qui en résulta s'éleva à 35 km de hauteur.
,JSTOR 20078878,S2CID 161801562,lire en ligne).
