A)Gaz à effet de serre et aérosol 

Un Gaz à effet de serre est une substance gazeuse qui a la caractéristique d'absorber le rayonnement infrarouge produit par la Terre. Les gaz à effet de serre sont considérés comme l'une des causes du réchauffement climatiques.

Dans " l'experience n°1" on prouve que le gaz présent dans la boisson gazeuse influence la température de son milieu , la boisson gazeuse qui est composée de gaz tel que le CO2 (qui joue le rôle de gaz à effet de serre), étant donc l'une des causes du rechauffement climatique. On en déduit donc que les volcans qui éjectent aussi du CO2 jouent aussi un rôle dans l'effet de serre.

Cependant les gaz à effet de serre ne sont pas les seuls acteurs dans les changements climatiques, nous avons aussi les aérosols.

Quand le dioxyde de soufre éjecté dans stratosphère se mélange avec la vapeur d'eau de l'atmosphère, alors ce gaz se transforme en acide sulfurique H2SO4 et devient de fines goutellettes de quelques dixièmes de microns de diamètre.

Gaz à effet de serre et aérosols sont des acteurs du climat, aux rôles bien distincts. Le dioxyde de carbone, la vapeur d'eau, le méthane ou le protoxyde d'azote, sont des gaz qui émis dans l'air contribuent au rechauffement de la troposphère. Ils amplifient l'effet de serre , c'est ce phénomène naturel qui permet de conserver une température global moyenne de 15°C. Les aérosols en revanche sont des particules en suspension, et jouent donc un rôle bien différent. Suivant leur composition, les particules peuvent reflechir le rayonnement solaire vers l'espace, et donc refroidir l'atmosphère, ou bien absorber la lumière et donc la réchauffer.

Les gaz à effet a effet de serre se distinguent des aérosols par leur répartition spatiale et leur durée de vie dans l'atmosphère. Les gaz, légers et circulants facilement dans l'atmosphère, sont globalement bien répartis dans le monde. Par exemple, le dioxyde de carbone a une durée de vie de 15 ans dans l'atmosphère. Un aérosol, en raison de son poids par rapport aux gaz, ne reste jamais bien longtemps dans l'atmosphère, il est souvent lessivé par les précipitations.

Une étude dans un article de Nature Geoscience prouve que les gaz à effet de serre et les aerosols agissent de la même manière sur le climat. Les modèles utilisés, issus du projet CMIP5(Coupled model intercomparison project = Projet de recherche sur le climat ), ont permis d'isoler le forçage des aérosols de celui des gaz à effet de serre. Et quel que soit le forçage la réponse climatique sur les océans est très simillaire. L'étude nous montre finalement que les réponses climatiques causées par les gaz à effet de serre et des aérosols sont les mêmes , c'est pourquoi nous allons nous interesser d'avantage aux aerosols et à ces changements climatiques qui sont en commun avec les gaz à effet de serre.

Les éruptions volcaniques rejettent ponctuellement d'énormes quantités de gaz et de particules (ou aérosols) dans l'atmosphère , tel l'éruption du volcan philippin Pinatubo , le 15 juin 1991 a éjecté entre 15 et 30millions de tonnes de dioxyde de soufre (SO2) dans la stratosphère. Les aérosols volcaniques résident peu de temps dans l'atmosphère : un mois pour les particules les plus lourdes jusqu'à trois ans pour les plus légères.
Lors d'une éruption volcanique , les aérosols émis sont de deux types :
- Les cendres constitués d'aérosols de type silicate (=Minéral formé à partir d'un motif élémentaire
tétraédrique (SiO4) , résultant de la pulvérisation des roches magmatiques, et dont le diamètre
moyen et de l'ordre de quelques microns. Ces cendres sont très rapidement lessivés avec l'eau par la troposphère , les silicates transportés jusque dans la stratosphère peuvent y résider de un a trois mois.
- Le second type d'aérosols est constitué de sulfates. Il s'agit de de soufre (SO2) qui se transforment par oxydation en gouttelette d'acide sulfurique (H2SO4). Ce sont des aérosols qui , par leur plus grande durée de vie , induisent les perturbations climatiques les plus significatives.

Dans le schéma ci-dessus on voit que la figure 1 représentant l'évolution de silicates et de sulfates après une éruption. Initialement la concentration en silicates est très importante et décroit très rapidement jusqu'à en devenir négligeable après 200 jours. Contrairement à la figure 2 représentant l'évolution des aérosols en acide sulfurique augmente jusque environ 200 jours, c'est vers 1200 jours qu'elle atteint des valeurs très faible. Ce qui nous prouve bien ce qu'a été dit précédemment, les aérosols composés de sulfates ont une durée de vie plus longue donc peuvent créer des perturbations climatiques plus significative que le type 1.

Après une éruption volcanique l'effets du volcanisme sur le climat se fait en plusieurs étapes. Comme vous pouvez le voir sur le graphique ci dessus nous pouvons observés les changements climatiques en fonction du temps dût au volcanisme.

Les premières semaines / mois après une éruption volcanique l'effet climatique se résulte en un "réchauffement régional" dût au Soufre qui joue le rôle de gaz à effet de serre en absorbant le rayonnement des infrarouges.

Au bout d'un an jusqu'à environ dix ans après l'éruption on parle alors de refroidissement dût aux aérosols d'acidie sulfurique qui en réfléchissant les rayons du soleil vers l'espace engendre un refroidissement de la Terre. D'autres phénomènes se passent durant cette periode comme une pluie acide , et la destruction d'ozone dût au chlore mais ce n'est pas ce qui nous avance le plus sur notre problématique.

C'est ensuite dans la dernière période entre dix à plus de cent mille ans qui d'après des estimations de Wignall le réchauffement s'effectue le plus sur Terre , on parle alors de "réchauffement global" dût au dioxyde de carbone qui va jouer son rôle de gaz à effet de serre en absorbant lui aussi le rayonnement des infrarouges.

Ce graphique nous montre donc bien l'impact des gaz à effet de serre sur le climat. Cependant nous allons étudiés d'avantage le refroidissement des aérosols d'acide sulfurique pour mieux comprendre le mécanisme tout en s'appuyant sur "l'experience n°2"