Un accident climatique discuté (Spé)

A partir de l'ensemble des documents proposés et de vos connaissances, expliquez en quoi la présence l'éruption du lac Toba a pu jouer sur l'évolution humaine.

Sous la forme d'un article de journal synthétique (2 à 3 pages de texte tapé sur ordinateur + des illustrations intégrées, si vous le désirez), vous aborderez la géologie régionale (pourquoi une éruption volcanique à cet endroit), les causes et les conséquences écologiques et climatiques de l'éruption et, si vous en avez le temps les conséquences éventuelles sur les populations humaines.*

* Vous trouverez souvent dans les documents, l'indication YTT qui signifie Youngest Toba Tuf. Les tufs volcaniques sont le résultat de la consolidation des débris volcaniques souvent de petite taille. Comme le Toba a eu plusieurs phases éruptives au cours du temps, on désigne les tufs de la dernière période d'activité par l'acronyme YTT.

Carte de Sumatra

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Structure géologique simplifiée de l'île de Sumatra

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Vue satellite du lac Toba

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Carte de la zone du Toba

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Photographie du lac Toba prise sur la rive sud

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Résumé d'un article sur l'éruption du Toba

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Importance relative de quelques évènenements volcaniques

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Travaux récents sur la structure du super-volcan Toba (2014)

Depuis les travaux des pionniers qu’étaient Emil Wiechert, Richard Dixon Oldham et Harold Jeffreys au début du XXe siècle, la sismologie continue à faire des progrès. Cette science s’est avérée précieuse pour l’établissement de la théorie de la tectonique des plaques, conjointement à la découverte des inversions magnétiques. Elle peut être utilisée pour mieux comprendre la structure des volcans, avec l'espoir de mieux évaluer les risques d'éruption.

On aimerait bien notamment pouvoir prédire à l’avance l’occurrence d’éruptions cataclysmiques comme celle du Santorin il y a 3.600 ans environ ou celles survenues il y a respectivement 640.000 et 39.000 ans à Yellowstone (États-Unis) et dans les Campei Flegrei (en Italie, près de Naples) et que l’on associe à ce qu’on appelle des supervolcans. S'il s'en produisait de semblables aujourd’hui, les conséquences seraient dramatiques pour notre civilisation. De telles éruptions, au cours desquelles plusieurs dizaines à plusieurs centaines de kilomètres cubes de matériaux sont brutalement éjectés en quelques heures, sont heureusement rarissimes mais nous ne savons pas quels en sont les signes précurseurs.

Un supervolcan qui aurait pu faire disparaître l'Homme

On étudie en particulier l'éruption qui s’est produite Il y a environ 74.000 ans dans l’île de Toba en Indonésie. Elle aurait mené l’humanité au bord de l’extinction si l’on en croit les horloges moléculaires indiquant que la population humaine sur la planète s’est alors brutalement réduite à un groupe de quelques milliers à quelques dizaines de milliers d’individus tout au plus. On estime en effet aujourd’hui que l’éruption du supervolcan de Toba a projeté dans l’atmosphère pas loin de 2.800 km3 de cendres et autres produits volcaniques. Quand on sait que les 10 km3 de cendres crachés par le Pinatubo au début des années 1990 ont suffi, en modifiant l’albédo de la Terre, à faire baisser sa température moyenne de 0,6°C pendant deux à trois ans, on imagine aisément qu’un changement climatique majeur a dû se produire avec le Toba. De nos jours, la caldeira qui s’est formée suite à l’expulsion des matières volcaniques est occupée par un lac de 80 km de long.
Une équipe internationale composée de chercheurs de l’institut de physique du globe de Paris (Sorbonne Paris-Cité, université Paris Diderot, CNRS), du Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics de l’Académie des sciences de Russie et de l’université de Novosibirsk, ainsi que du German Research Centre for Geosciences à Potsdam a réussi à en savoir plus sur le supervolcan de Toba en utilisant une nouvelle technique en sismologie. Ils viennent de publier les résultats de leurs travaux dans un article du journal Science.

Des supervolcans en sommeil pendant des millions d'années ?

Les géophysiciens ont réussi en quelque sorte à faire une échographie de la croûte sous la caldeira du Toba. Les ondes sismiques se propagent en effet à différentes vitesses et dans différentes directions en réponse à la composition des roches et à leur répartition. En mesurant les caractéristiques de ces ondes, on peut donc faire de l’imagerie sismique renseignant sur la structure d'un édifice volcanique. Mais au lieu d’utiliser les ondes sismiques produites par d’importants séismes (n’oublions pas que la région de Toba fait partie de la ceinture de feu volcaniquement et sismiquement très active), les chercheurs ont mis a profit le bruit de fond permanent résultant des vagues, des marées et du vent de l’océan. Quarante sismomètres l'ont enregistré en continu pendant six mois. C’est un peu comme si on réalisait une photographie avec un très faible éclairage avec un long temps de pose.

Sous les 7 km de dépôts laissés par la formation de la caldeira il y a environ 74.000 ans, cette technique a révélé la présence de sills, c'est-à-dire des intrusions de roches magmatiques quasi horizontales qui se sont mises en place dans la croûte lors de la naissance du volcan. Ce sont ces sills qui forment la chambre magmatique du volcan, qui n’est donc pas sous la forme d’une seule structure compacte. Cela n’a pas complètement surpris les volcanologues qui en avaient inféré la présence par de précédentes observations. Selon eux, une telle structure impliquerait qu'il faille des millions d'années pour que le magma s'accumule en quantité suffisante avant qu'un supervolcan n'entre en éruption.

Structure de la chambre magmatique du Toba

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Interprétation de la structure sismique sous la caldeira de Toba. De la surface jusqu'à 7 km de profondeur, une zone de faible vitesse (en rouge sur la figure) a été formée par les dépôts de la dernière éruption. En dessous de cette profondeur, on trouve dans la croûte (crust) des couches de roches magmatiques horizontales (sills), dont certaines sont encore partiellement fondues, surplombant le manteau (mantle). © Ivan Koulakov, CNRS-Insu

Présence d'acide sulfurique dans les glaces du Groenland et de l'Antarctique.

Cette présence correspond à une présence massive d'H2S dans l'air qui retombe sous forme de pluies acides.

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Evolution du ∂18O relevé dans des carottes de glace en fonction de la profondeur (donc du temps) entre - 130 000 et - 63 000 ans

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OIS5: Oxygen Isotope Stage 5: hot and humid (from 130,000 to 73,000 years ago)
OIS4: Oxygen Isotope Stage 4: cold and dry (from 73,000 to 63,000 years ago), in fact the coldest OIS for the past 110,000 years

Nombre de taxons d'arbres présents au Pléistocène dans le Basilicate (une région d'Italie)

Nombre de taxons d arbre dans le basilicate

Pourcentages d'espèces de pollen découverts dans la tourbière de la Grande-Pile (Haute-Saône) en fonction de la profondeur

Pourcentage de pollen dans la tourbie re de la grande pile

Hypothèse de l'effet de l'éruption du Toba en "goulot d'étranglement (bottleneck)" sur la population humaine

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Autres résultats contredisant l'hypothèse précédente

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Pour vous aider dans votre analyse, voci un petit texte sur l'éruption de la fissure Laki en Islande en 1783 et sur ses conséquences. Attention, d'un point de vue géologique, l'Islande et l'Indonésie n'ont rien à voir… (cours de 1ère S)

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