A5 Perturbations de forçage externe extrêmes

Topique

Les forçages externes extrêmes sont des anomalies du système climatique qui proviennent de processus extérieurs, sans lien avec la dynamique interne du système climatique lui-même. Les trois principaux exemples de ces forçages sont les éruptions volcaniques explosives, qui injectent du dioxyde de soufre dans la stratosphère et y forment des aérosols de sulfate dont la demi-vie est comprise entre un et trois ans ; les impacts de gros astéroïdes ou de météorites, qui déposent de la poussière et de la suie dans l’atmosphère ; et les variations extrêmes de l’irradiance solaire, comme le Minimum de Maunder, période de déclin constant de l’activité solaire entre 1645 et 1715, associée au Petit Âge glaciaire.

Parmi ces trois forçages externes extrêmes, le forçage volcanique est le mieux documenté. Un volcan comme le mont Pinatubo, entré en éruption en 1991, injecte environ 20 téragrammes de dioxyde de soufre dans la stratosphère. Ce dioxyde de soufre injecté se transforme en environ 30 téragrammes d’aérosols de sulfate, composés dans ce cas d’acide sulfurique. Ces aérosols de sulfate d'acide sulfurique exercent un forçage radiatif négatif de 3 à 4 watts par mètre carré pendant un à deux ans, ce qui entraîne un refroidissement du système climatique global de 0,3 à 0,5 degré Celsius. La réponse du système climatique à ce forçage ne se limite pas à un refroidissement direct : ce même forçage réduit également les précipitations mondiales, modifie la circulation stratosphérique et réchauffe la stratosphère elle-même, car les aérosols de sulfate absorbent le rayonnement infrarouge. Une fois le forçage radiatif dissipé, le rétablissement du système climatique suit une courbe exponentielle qui dépend de la durée de présence des aérosols de sulfate dans la stratosphère : plus cette durée est longue, plus le système climatique retrouve lentement sa température d'avant l'éruption volcanique explosive.

Pour des éruptions volcaniques explosives bien plus importantes que celle du Pinatubo, comme l'éruption de type Toba survenue il y a environ 74 000 ans et qui a injecté près de 3 000 téragrammes de dioxyde de soufre, ou pour des impacts de gros astéroïdes ou de météorites, la réponse du système climatique n'est plus proportionnelle au forçage négatif comme c'était le cas pour un volcan de type Pinatubo : le forçage négatif induit par ces perturbations externes extrêmes, bien plus importantes, pourrait entraîner un refroidissement global de 5 à 15 degrés Celsius, suffisant pour paralyser la photosynthèse et provoquer ce que l'on appelle un hiver d'impact. Contrairement au forçage volcanique modéré décrit précédemment, où le système climatique réagit puis se rétablit selon une courbe exponentielle fixe, face à un forçage négatif de cette ampleur, le système climatique peut continuer à réagir longtemps après la fin du forçage négatif initial. En effet, chaque perturbation, même brève, laisse une empreinte qui s'accumule et se propage dans le temps au lieu de se dissiper immédiatement.

Considérés ensemble, les trois forçages externes extrêmes — éruptions volcaniques explosives, impacts de gros astéroïdes ou de météorites et variations extrêmes de l'irradiance solaire — démontrent que le système climatique peut se refroidir brutalement sous l'effet de causes totalement extérieures à sa dynamique interne. Ces refroidissements varient de quelques dixièmes de degré sur une durée d'un à deux ans, comme lors d'une éruption volcanique explosive modérée, à plusieurs degrés susceptibles d'interrompre la photosynthèse, comme lors d'une éruption volcanique explosive extrême ou de l'impact d'un gros astéroïde ou d'une météorite. La compréhension de ces forçages externes extrêmes nous permet d'anticiper l'ampleur et la durée de la réponse du système climatique à un forçage qui, contrairement au réchauffement progressif dû à d'autres causes, survient soudainement et provient de l'extérieur du système climatique lui-même.

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