Comment la fumée de Bushfire a voyagé dans le monde

Ce n’est pas seulement à quel point les feux brûlent, c’est aussi là où ils brûlent qui compte. Au cours de la récente saison des incendies extrêmes en Australie, qui a commencé en 2019 et a brûlé en 2020, des millions de tonnes de particules de fumée ont été rejetées dans l’atmosphère. La plupart de ces particules ont suivi un schéma typique, se déposant au sol après une journée ou une semaine; pourtant, ceux créés par des incendies qui brûlaient dans un coin du pays ont réussi à couvrir tout l’hémisphère sud pendant des mois. Deux scientifiques israéliens ont réussi à suivre les pics déroutants de janvier et février 2020 dans une mesure de brume chargée de particules à ces incendies, puis, dans un article récemment publié dans Science, ils ont découvert la «tempête parfaite» des circonstances qui ont balayé les particules. émis par ces incendies dans la haute atmosphère et les répandre dans tout l’hémisphère sud.

Les particules atteignant la stratosphère – la couche supérieure de l’atmosphère – y parviennent le plus souvent par des éruptions volcaniques. Les cendres émises lors des éruptions les plus extrêmes assombrissent le soleil et refroidissent la planète, tout en produisant des couchers de soleil spectaculaires. Le professeur Ilan Koren du département des sciences de la terre et des planètes de l’Institut Weizmann des sciences, qui a mené l’étude avec son ancien étudiant, le Dr Eitan Hirsch, maintenant chef de la division des sciences de l’environnement à l’Institut israélien de recherche biologique à Ness Tziona, avait remarqué une augmentation extrême d’une mesure satellitaire de la charge de particules dans l’atmosphère appelée AOD – ou profondeur optique des aérosols. En janvier 2020, ces mesures, tracées en écarts-types, ont montré un écart trois fois la normale – certaines des lectures les plus élevées jamais obtenues, même supérieures à celles du mont. Pinatubo en 1991. Mais le moment n’a coïncidé avec aucune activité volcanique. Ils se sont demandé si les incendies pouvaient être à blâmer, même s’il est rare que la fumée des incendies s’échappe de la couche inférieure de l’atmosphère connue sous le nom de troposphère en quantités significatives. La troposphère s’étend du sol à une hauteur de plusieurs kilomètres, et si les particules de fumée parviennent à s’élever aussi haut, elles touchent une couche d’inversion appelée tropopause qui agit comme une sorte de plafond entre la troposphère et la stratosphère.

Dans la stratosphère, les particules se sont retrouvées dans un monde différent de celui qu’elles venaient de quitter

En travaillant à l’envers et en utilisant les données de plusieurs satellites, y compris, en plus de l’AOD, des lectures LIDAR qui ont révélé comment les particules étaient réparties verticalement dans des «tranches» d’atmosphère, les deux ont pu prouver que la source des pics était des feux de brousse – en particulier ceux brûlant dans le sud-est de l’Australie. Une analyse plus approfondie des données satellitaires a révélé la large bande de brume dans la stratosphère s’étendant pour couvrir l’hémisphère sud, culminant de janvier à mars et persistant jusqu’en juillet; atteignant tout le tour et retour à la côte ouest de l’Australie.

Comment ces particules de fumée ont-elles pénétré à travers le plafond de la tropopause et pourquoi provenaient-elles de ces incendies et pas des autres? Un indice, dit Hirsch, réside dans un autre feu de forêt éloigné qui s’est produit il y a plusieurs années au Canada. Ensuite, aussi, des niveaux élevés d’AOD avaient été enregistrés. Ces deux incendies se sont produits à des latitudes élevées, loin de l’équateur.

La hauteur de la troposphère diminue à ces latitudes: sous les tropiques, son plafond supérieur peut atteindre jusqu’à 18 km au-dessus de la surface, tandis que quelque part au-dessus du 45^e parallèle – Nord et Sud, il fait un pas brusque vers le bas à environ 8-10 km de hauteur. Ainsi, le premier élément permettant le vol trans-couche des particules était simplement d’avoir moins d’atmosphère à traverser.

Les nuages ​​de Pyrocumulus – des nuages ​​alimentés par l’énergie des incendies – étaient considérés comme un moyen de transporter la fumée vers la stratosphère. Cependant, lors de l’inspection des données satellitaires, Hirsch et Koren ont remarqué que les nuages ​​de pyrocumulus ne se sont formés que sur une petite fraction de la durée des incendies, et ils ont surtout été vus sur des incendies qui brûlaient sur la partie centrale de la côte. En d’autres termes, ces nuages ​​ne pouvaient pas expliquer les grandes quantités trouvées transportées dans la stratosphère, et un mécanisme supplémentaire pour soulever la fumée sous le vent des sources manquait.

Cela amène le deuxième élément: les conditions météorologiques dans la bande connue sous le nom de ceinture cyclonique des latitudes moyennes qui traverse l’extrémité sud de l’Australie, l’une des régions les plus orageuses de la planète. La fumée a d’abord été advectée (déplacée horizontalement) par les vents dominants dans la basse atmosphère vers l’océan Pacifique, puis une partie de celle-ci a convergé vers les nuages ​​convectifs profonds là-bas et a été soulevée dans le noyau des nuages ​​dans la stratosphère. Un mécanisme de rétroaction intéressant connu sous le nom de «dynamisation des nuages ​​par les aérosols» peut encore approfondir les nuages. Dans une étude précédente, les auteurs avaient montré que dans des conditions telles que l’environnement vierge au-dessus de l’océan Austral, les nuages ​​convectifs sont «limités en aérosols». Les niveaux élevés de fumée pourraient ainsi agir comme des noyaux de condensation nuageuse, permettant aux nuages ​​de se développer plus profondément et augmentant ainsi le nombre de nuages ​​capables de pénétrer la tropopause et d’injecter la fumée dans la stratosphère.

Dans la stratosphère, les particules se sont retrouvées dans un monde différent de celui qu’elles venaient de quitter. Si en dessous ils étaient à la merci du mélange et du brassage des courants d’air, en haut, l’air se déplace de manière régulière et linéaire. Autrement dit, il y avait un fort courant, et il les déplaçait vers l’est au-dessus de l’océan vers l’Amérique du Sud et de nouveau au-dessus de l’océan Indien vers l’Australie, et se déposait lentement dans tout l’hémisphère. «Les habitants du Chili respiraient les particules des incendies australiens», dit Hirsch. En naviguant sur un courant d’air sans fin, ces particules sont restées en suspension beaucoup plus longtemps que les particules de fumée de basse atmosphère.

«Pour les personnes au sol, l’air a peut-être semblé un peu plus brumeux ou les couchers de soleil un peu plus rouges. Mais un AOD aussi élevé – beaucoup, beaucoup plus élevé que la normale – signifie que la lumière du soleil était bloquée, tout comme après les éruptions volcaniques », explique Koren. «L’effet ultime de cette fumée sur l’atmosphère était donc le refroidissement, bien que nous ne sachions toujours pas quelle influence le refroidissement et la gradation ont pu avoir sur l’environnement marin ou les conditions météorologiques.

«Il y a toujours des incendies en Californie, en Australie et sous les tropiques», ajoute-t-il. «Nous ne pourrons peut-être pas arrêter tous les incendies, mais nous devons comprendre que les emplacements précis de ces incendies peuvent leur conférer des effets très différents sur notre atmosphère.»