La NASA révèle que les arbres situés à proximité des volcans envoient des signaux d'alerte avant l'éruption

La végétation des zones volcaniques devient plus verte et plus luxuriante en raison de l'excès de dioxyde de carbone émis par le magma lors des phases d'ascension, selon une étude à laquelle la NASA a participé.

Arbres détruits après une éruption volcanique.

Il semble que la végétation des régions volcaniques puisse détecter la survenue plus ou moins imminente d'éruptions volcaniques et qu'elle soit capable d'émettre des signaux observables.

Une recherche menée par la NASA en collaboration avec le Smithsonian Institute explore la possibilité d’exploiter une propriété typique des plantes pour prévoir la survenue d’éruptions. Cela permettrait d’alerter à l’avance les populations potentiellement exposées.

Nous analysons ce phénomène

La propriété typique de la végétation dont nous parlons est la photosynthèse. Il s'agit du processus chimique par lequel la chlorophylle présente dans les feuilles des plantes capte le rayonnement solaire et l'utilise pour transformer l'eau (absorbée par les racines) et le dioxyde de carbone de l'air en sucre et donc en énergie vitale.

Le volcan Chaitén, dans le sud du Chili, est entré en éruption le 2 mai 2008, la première depuis 9 000 ans. Les satellites de la NASA qui surveillent l'évolution de la végétation à proximité des volcans pourraient permettre d'alerter rapidement les populations en cas d'éruption. Crédit : eff Schmaltz, MODIS Rapid Response Team, NASA Goddard Space Flight Center.

Lorsque l'eau et le dioxyde de carbone sont suffisants, la plante pousse de manière luxuriante. Lorsque la concentration de dioxyde de carbone augmente, les scientifiques ont observé que les plantes deviennent plus vertes et plus luxuriantes.

L’augmentation générale de la coloration des plantes, liée au reverdissement et à la densification du couvert végétal, est observable depuis l’espace, notamment grâce au satellite Landsat 8.

Landsat 8 est l'un des satellites de la constellation Landsat qui, comme son nom l'indique, vise à surveiller la surface de la Terre pour étudier la végétation, l'utilisation des sols, l'eau et le changement climatique. Les données qu'il recueille au fil des ans permettent d'étudier les changements environnementaux au fil du temps, tels que l'étalement urbain, la déforestation et la transformation des paysages.

Lorsque le magma commence à monter dans les conduits volcaniques, une phase qui peut même précéder de plusieurs mois son émergence à la surface et donc l'éruption, le dioxyde de carbone qu'il contient ainsi que d'autres gaz atteignent la surface plus rapidement que le magma lui-même.

Représentation schématique de la structure d'un volcan. La libération du magma par les cheminées est précédée par l'émission de CO2 par les zones supérieures. Crédit : Antonio Valdisturlo

Alors que le dioxyde de soufre émis lors d'une éruption est détectable par satellite, le dioxyde de carbone est beaucoup plus difficile à détecter. Or, c'est précisément le CO2 émis avant l'éruption qui fournit les premières indications qu'un volcan n'est plus en sommeil et qu'il pourrait entrer en éruption.

À l’avenir, lorsqu’une éruption se produira, une augmentation significative de la concentration de dioxyde de carbone sera enregistrée. La végétation réagit positivement à cette hausse, en intensifiant le verdissement de ses feuilles et en augmentant sa couverture foliaire, à tel point que ce phénomène pourra parfois être détecté depuis l’espace.

L'importance des alertes précoces

On estime qu'environ 10 % de la population mondiale vit dans des zones volcaniques et est donc susceptible de subir les conséquences désastreuses d'une éruption.

Les risques associés à une éruption comprennent l'éjection de roches, de poussières et de vagues de gaz toxiques et inflammables. Les personnes et les biens sont exposés aux glissements de terrain, aux chutes de cendres et aux tsunamis qui peuvent suivre les éruptions volcaniques.

Il n'existe aucun moyen de prévenir les éruptions volcaniques. Ou plutôt, les ondes sismiques et les variations de hauteur du sol sont des signaux indicatifs d'éruptions possibles. Ce que l'on souhaite, c'est améliorer les délais de prévision, en donnant l'alerte encore plus tôt et avec des indicateurs plus diversifiés.

Image de l'Etna prise par le satellite Landsat 8, capable de capturer les variations de la couleur verte de la végétation. Crédit : Images de Stuart Snodgrass, NASA Goddard SVS ; données Landsat 7 avec l'aimable autorisation du USGS Eros Data Center ; données MODIS avec l'aimable autorisation de Jacques Descloitres, MODIS Ground Rapid Response Team.

Par conséquent, l'ajout aux signaux de l'activité volcanique de la réponse de la végétation à l'excès de dioxyde de carbone est crucial pour la sécurité publique.

Il existe environ 1 350 volcans potentiellement actifs dans le monde. Nombre d'entre eux sont situés dans des régions éloignées et inaccessibles, ce qui rend difficile la surveillance in situ de toute augmentation des concentrations de CO2. En revanche, les satellites qui surveillent la surface de la terre peuvent le faire à partir des variations qui en résultent dans la nuance de vert de la végétation.

À l'aide d'images de Landsat 8, Terra, Sentinel-2 et d'autres satellites d'observation de la Terre, la volcanologue Nicole Guinn, de l'université de Houston, a surveillé les arbres autour du mont Etna, au large de la Sicile. L'étude a montré pour la première fois une forte corrélation entre la couleur des feuilles des arbres et le dioxyde de carbone libéré par le magma.

Les résultats des satellites doivent être validés par l'observation directe des feuilles. C'est ce que fait, par exemple, une équipe de recherche dirigée par le climatologue Josh Fisher de l'université Chapman à Orange, en Californie.

Le degré de verdure et la couverture foliaire augmentent considérablement dans les mois qui précèdent une éruption volcanique.

Cette recherche est également interdisciplinaire. Comme le dit lui-même Fisher : « Nous nous intéressons non seulement à la façon dont les arbres réagissent au dioxyde de carbone volcanique en tant que signal précoce d'une éruption, mais aussi à la quantité qu'ils seront capables d'absorber, en tant que fenêtre sur l'avenir de la Terre lorsque tous les arbres seront exposés à des niveaux élevés de dioxyde de carbone ».

Référence de l'article :

Nicole K. Guinn, Craig Glennie, Marco Liuzzo, Giovanni Giuffrida, Sergio Gurrieri, Monitoring volcanic CO2 flux by the remote sensing of vegetation on Mt. Etna, Italy, Remote Sensing of Environment, https://doi.org/10.1016/j.rse.2024.114408.