Une réduction de la diversité génétique humaine

Saviez-vous que l’étude du génome humain a permis d’identifier une importante réduction du nombre d’individus existant sur notre planète il y a environ 75 000 ans ? Certains chercheurs estiment que notre civilisation aurait été réduite à moins de 10 000 individus pendant 20 000 ans. Comment expliquer cette observation surprenante ? Une hypothèse privilégiée par un groupe de chercheurs est que la super-éruption du volcan indonésien Toba il y a 73 500 ans pourrait être la cause de cet évènement. Que s’est-il passé durant cette super-éruption ? Quels effets ont pu impacter à ce point la population humaine – et peut-être d’autres espèces ? Plus généralement, qu’est-ce qu’un super-volcan et avons nous des chances d’assister à une super-éruption au cours de notre vie ?

Le Lac Toba occupe la dépression créée par la super-éruption du volcan. Le lac mesure 100km de long et a une profondeur de plus de 500m.

La super-éruption du volcan Toba

Selon l’estimation des géologues, le volcan Toba entra violemment en éruption il y a 73 500 ans. Une épaisse couche de cendres volcaniques persiste à ce jour à Sumatra en Indonésie et au fond de l’Océan Indien. L’étude de ces produits éruptifs a permis d’estimer l’âge de l’éruption ainsi que le volume de magma éjecté : 2800 kilomètres cubes ! En comparaison, la célèbre éruption explosive du Mont St Helens aux Etats-Unis en 1980 éjecta environ 1 kilomètre cube de magma et dévasta l’environnement du volcan sur des dizaines de kilomètres à la ronde. Plus de 30 ans plus tard, la dévastation est encore frappante, même si la recouverte écologique est en cours. Cette zone représente d’ailleurs une formidable opportunité pour les scientifiques d’étudier la colonisation progressive d’un espace laissé sans vie ! La super-éruption de Toba fut donc l’équivalent de l’éruption de 2800 Mont St Helens en même temps...

Des archéologues fouillant sous l’épaisse couche de cendres volcaniques de Toba pour trouver des vestiges des civilisations qui habitaient l’Indonésie avant la super-éruption.

La zone dévastée par l’éruption du Mont St Helens en 1980.

Que se passe-t-il pendant une super-éruption volcanique ?

La formation d’une caldera a lieu quand le toit de la chambre magmatique s’effondre suite à la vidange produite par l’éruption.

Une super-éruption débute lorsque la pression dans un énorme réservoir magmatique dépasse la résistance des roches de la croute terrestre. Les roches deviennent alors fracturées et le magma s’engouffre dans les failles, finissant par rejoindre la surface et créer une éruption. Lors de la vidange de la chambre magmatique, les roches formant le toit du réservoir se retrouvent sans soutien et peuvent s’effondrer. Par conséquent, une super-éruption forme typiquement une très large dépression géographique que l’on appelle une « caldera », un terme qui vient de l’espagnol signifiant « chaudron ». Cette dépression approximativement circulaire n’est donc pas du tout similaire à la forme conique que l’on associe généralement à un volcan !

Pendant l’éruption, le magma très visqueux empêche les gaz naturellement présents dans le magma de s’échapper. De surcroît, les gaz sont plus solubles dans le magma liquide à haute pression qu’à basse pression. Ainsi, de plus en plus de bulles de gaz apparaissent et grandissent lorsque le magma remonte des hautes pressions souterraines vers les plus basses pressions de la surface. Ces bulles sont tellement comprimées par le magma visqueux (imaginez faire grandir une bulle d’air dans du Nutella par exemple !) qu’elles finissent par exploser ! Il en résulte une très violente éruption explosive : plus le magma est visqueux et plus il y a de gaz naturellement dissous dans le magma, plus l’éruption sera puissante.

La colonne éruptive de l’éruption du Mont St Helens en 1980 atteignit 19km de hauteur.

L’explosion des bulles de gaz dans le magma produit ainsi un jet de gaz et de cendres volcaniques émanant des failles dans la roche de la croute terrestre. Ce jet émerge à la surface à une vitesse supersonique et avec une température avoisinant les 1000°C ! En se mélangant progressivement avec l’air ambiant, cette colonne éruptive peut monter dans l’atmosphère jusqu’à plusieurs dizaines de kilomètres. Quand le jet devient trop concentré en particules de cendres pour continuer à monter, il s’écroule en formant de très rapides coulées de cendres à très haute température que l’on appelle « nuées ardentes ». Ces coulées peuvent atteindre des distances de plusieurs dizaines de kilomètres de la source et sont un des aléas volcaniques les plus mortels pour les humains se trouvant à proximité du volcan. De plus, s’il pleut pendant l’éruption ou si celle-ci a lieu sous un glacier, les cendres volcaniques peuvent se mêler à l’eau de pluie ou de fonte et produire de volumineux écoulements de boue qui dévalent les vallées avoisinantes ! Ces coulées de boue portent d’ailleurs un nom Indonésien de par leur fréquence dans ce pays volcanique et tropical : des « lahars ».

L’éruption du Mont Mayon aux Philippines en 1984 produit des nuées ardentes qui dévalent les pentes du volcan à des vitesses de plus de 100km/h.

La destruction par des lahars suite à l’éruption en 1985 d’un volcan Colombien, le Nevado del Ruiz. La ville de Armero fut entièrement ensevelie sous la boue.

Quelles conséquences pour l’atmosphère et le climat terrestre ?

Les magmas produisant des super-éruptions sont riches en gaz tels que le dioxyde de carbone, la vapeur d’eau et le dioxyde de soufre. Les plus puissantes éruptions projettent ces gaz ainsi que de vastes quantités de fines particules de cendres dans la stratosphère. Hors, de tels polluants y resteront beaucoup plus longtemps que dans la basse atmosphère en raison de la différence des systèmes météorologiques. En effet, les gaz et les cendres volcaniques seront plus facilement retirés de la basse atmosphère par les précipitations alors que celles-ci sont absentes dans la stratosphère.

Une super-éruption injecte donc une très large quantité de produits étrangers dans la stratosphère. Les fines particules de cendres mettront plusieurs années voire des décennies à retomber de l’atmosphère, attirées par la gravité terrestre. Pendant ce temps, celles-ci créent un voile qui filtre les rayons solaires et réduit la luminosité atteignant la surface de notre planète. Cet effet résulte en un « hiver volcanique » car la température de l’atmosphère peut être réduite de plusieurs degrés Celsius pendant des années, des décennies ou même des siècles grâce à des effets en chaine suivant le refroidissement initial ! Ceci engendre de très graves conséquences pour les chaines alimentaires des écosystèmes terrestres, dont la base est souvent constituée d’organismes photosynthétiques dépendant de l’ensoleillement. De plus, le dioxyde de soufre se mêlant aux précipitations dans la basse atmosphère produit des pluies acides, ajoutant à la dégradation environnementale.

Mais ce n’est pas tout ! Le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau sont tous deux des gaz à effet de serre qui persisteront beaucoup plus longtemps dans l’atmosphère que les fines particules de cendres. En effet, les particules de cendres finiront par retomber à terre alors que les gaz volcaniques ne peuvent être éliminés que par diverses réactions chimiques à long terme. Suivant l’hiver volcanique, ces gaz à effet de serre peuvent alors produire un intense réchauffement climatique nécessitant une nouvelle adaptation pour les écosystèmes déjà en crise ! De surcroît, la forte concentration en dioxyde de carbone de l’atmosphère peut entraîner l’acidification des océans - une situation analogue à celle qui se produit à notre époque suite aux conséquences de l’industrialisation.

Y a-t-il d’autres super-volcans sur Terre ?

Bien-sûr ! Les super-volcans sont un phénomène tout à fait normal dans les provinces volcaniques continentales et leurs super-éruptions ont ponctué l’histoire de la Terre. Voici quelques exemples de super-volcans connus : Yellowstone, Crater Lake et Long Valley aux Etats-Unis, les Champs Phlégréens près de Naples en Italie, Santorin en Grèce, Taupo en Nouvelle-Zélande, Cerro Galan en Argentine… Mais rassurez-vous, il est très peu probable que nous soyions témoins d’une super-éruption dans notre vie car ces évènements ne surviennent qu’une fois tous les 100 000 à 1 million d’années en moyenne. De plus, les super-volcans dont nous connaissons l’existence grâce aux géologues sont tous éteints ou dormant et sont surveillés de très près. Mais y a-t-il des super-volcans sur Terre que nous n’avons pas encore repérés ? Le super-volcan de Yellowstone ne fut démasqué en tant que tel que dans les années 1970, alors cela reste une possibilité !

La caldera de Santorin en Grèce fut formée suite à la plus récente éruption de ce super-volcan, il y a 3600 ans.

La caldera de « Crater Lake » aux Etats-Unis fut formée durant la super-éruption du Mont Mazama il y a 7700 ans.

Le programme de Recherche et d’éducation EXPLOREARTH et Objectif Sciences International organisent chaque année des séjours et des sorties de classe au parc du Yellowstone. Pour plus d’informations, rendez-vous sur www.vacances-scientifiques.com/Yell...