La dispersion stratosphérique des aérosols du Pinatubo (1991)

Benoît Urgelli

ENS Lyon

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

10/03/2001

Résumé

Cartes TOMS, SAGE II et MLS montrant l'évolution de la quantité de SO2 dans la stratosphère après l'éruption du Pinatubo (Philippines) en 1991.


Introduction

Après une période calme de 600 ans, le Pinatubo (Philippines) est entré en éruption en juin 1991, atteignant son paroxysme le 15 juin. En 1991, 20 millions de tonnes de dioxyde de soufre ont été dispersées dans l'atmosphère. Le 07 juillet, 22 jours après l'éruption principale, le nuage avait réalisé le tour complet de la planète. Sur cette page, des cartes NASA de type Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS), Stratospheric Aerosol and Gas Experiment (SAGE II) et MLS (Microwave Limb Sounder) vous permettent de suivre la progression du nuage d'aérosols volcaniques.

Images provenant de Pat McCormick du NASA Langley Research Center, Gregg Bluth et Arlin Krueger du NASA Goddard Space Flight Center et Joe Waters et Bill Read du Jet Propulsion Laboratory.

Figure 1. Éruption du Mont Pinatubo, Philippines, le 12 juin 1991.

Éruption du Mont Pinatubo, Philippines, le 12 juin 1991.

Le nuage d'aérosols volcaniques a une hauteur de plus de 20 km. Les volcans rejettent des mégatonnes de dioxyde de soufre dans la stratosphère. Cette molécule réagit avec l'eau pour former des aérosols d'acide sulfurique, qui absorbent et réfléchissent le rayonnement solaire. Il se produit alors un refroidissement de la surface de la Terre. Photographie prise depuis la Clark Air Base.


Figure 2. Éruption du Mont Pinatubo, Philippines, juillet 1991.

Éruption du Mont Pinatubo, Philippines, juillet 1991.

Photographie prise depuis la tour de contrôle de Clark Air Base.


Figure 3. Photographie prise par la navette Atlantis durant la mission STS-43, trois semaines après l'éruption du 15 juillet 1991.

Photographie prise par la navette Atlantis durant la mission STS-43, trois semaines après l'éruption du 15 juillet 1991.

La couche d'aérosols est visible au dessus d'une fine couche de nuages.


Figure 4. Estimations de la surcharge stratosphérique en aérosols pour différentes éruptions volcaniques (mass loading en km3).

Estimations de la surcharge stratosphérique en aérosols pour différentes éruptions volcaniques (mass loading en km3).

Cartes TOMS

Le spectromètre TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) a été embarqué sur une série de satellites (Nimbus 7 (1978-1993), Meteor 3 (1991-1994), Earth Probe (depuis 1996). Il permet entre autre de mesurer la quantité d'aérosols (les particules solides ou liquides) présents dans l'atmosphère, par exemple la poussière, les cendres volcaniques, la fumée. Les aérosols absorbent et réfléchissent la lumière du soleil, réduisant la visibilité et augmentant la profondeur optique (la mesure de l'opacité de l'atmosphère). On relie la profondeur optique mesurée à la quantité d'aérosols présents. Le dioxyde de soufre (SO2) émis se transforme chimiquement en aérosols sulfatés dont on peut mesurer la concentration dans la stratosphère grâce au TOMS, deux de ses canaux de mesure étant sensibles aux longueurs d'ondes absorbées par le SO2.

Les cartes ci-dessous sont issues des mesures du TOMS du satellite Nimbus 7 a partir du 16 juin 1991. Le point rouge situe le Mont Pinatubo. L'échelle en "Milli Atm cm" indique l'épaisseur de la colonne verticale de dioxyde de soufre, ramenée à une température de 0°C et une pression moyenne de 1 atm. Les unités milli-atm-cm, sont également connues sous le nom d'unités Dobson (DU), où 1 milli-atm-cm = 1 DU = 0,01 mm (ou 1 "millicm") d'épaisseur aux conditions standard de température et pression (STP : T= 0°C P = 1013,25 hPa).

Figure 5. Carte TOMS du 16 juin 1991.

Carte TOMS du 16 juin 1991.

Figure 6. Carte TOMS du 17 juin 1991.

Carte TOMS du 17 juin 1991.

Figure 7. Carte TOMS du 18 juin 1991.

Carte TOMS du 18 juin 1991.

Figure 8. Cartes TOMS des 16, 19, 22 et 25 juin 1991.

Cartes TOMS des 16, 19, 22 et 25 juin 1991.

Cartes SAGE II

L'instrument SAGE II (Stratospheric Aerosol and Gas Experiment II), lancé en octobre 1984 à bord du satellite ERBS, mesure la lumière du soleil à travers l'atmosphère à 7 longueurs d'ondes différentes. La lumière mesurée qui a été diffusée et absorbée par les gaz zt les aérosols de l'atmosphère est convertie en profils atmosphériques de la concentration en ozone, en vapeur d'eau, en dioxyde d'azote et en aérosols.



Figure 11. Carte SAGE II entre le 13 février et le 26 mars 1993.

Carte SAGE II entre le 13 février et le 26 mars 1993.

18 mois après les éruptions du Pinatubo, l'épaisseur optique atmosphérique est encore perturbée.


Figure 12. Cartes SAGE II entre le 10 avril 1991 et le 16 janvier 1994.

Cartes SAGE II entre le 10 avril 1991 et le 16 janvier 1994.

Cartes MLS

Le MLS (Microwave Limb Sounder) mesure l'émission thermique micro-onde naturelle à la périphérie de l'atmosphère. On peut ainsi obtenir de nombreuses informations sur la composition de l'atmosphère entre autre déterminer la quantité de SO2 d'origine volcanique injecté dans la stratosphère. Le premier appareillage de ce type a été lancé à bord du satellite UARS en septembre 1991

Figure 13. Mesures satellitaires dans la haute atmosphère (22 km d'altitude) de la dispersion du dioxyde de soufre provenant du Pinatubo (21 septembre, 2 octobre, 16 octobre et 17 novembre 1991).

Mesures satellitaires dans la haute atmosphère (22 km d'altitude) de la dispersion du dioxyde de soufre provenant du Pinatubo (21 septembre, 2 octobre, 16 octobre et 17 novembre 1991).

Ces mesures sont effectuées par une antenne micro-onde (Microwave Limb Sounder MLS) orientée à 90° par rapport à l'orbite du satellite UARS. Cette antenne permet d'enregistrer un profil vertical à travers l'atmosphère. La première image est prise environ 100 jours après l'explosion principale. Le SO2 encore présent dans la stratosphère est en dessous de la limite de détection par le TOMS.


Source des images :

EOS Volcanology Slide Set #1

Image 8 : Volcanic Eruption Monitoring from Space, Tokai University.

Image 13 : MLS, the Microwave Limb Sounder (MLS) Web Site du Jet Propulsion Laboratory.

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