Ce n'est pas seulement la chaleur des feux, c'est aussi l'endroit où ils brûlent qui compte. Au cours de la récente saison extrême des incendies en Australie, qui a commencé en 2019 et a brûlé jusqu'en 2020, des millions de tonnes de particules de fumée ont été libérées dans l'atmosphère. La plupart de ces particules suivaient un schéma typique, s'installer au sol après une journée ou une semaine; pourtant, ceux créés par des incendies dans un coin du pays ont réussi à couvrir tout l'hémisphère sud pendant des mois. Une paire de scientifiques israéliens a 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 émises par ces incendies dans la haute atmosphère et les ont propagées sur tout l'hémisphère sud.

Les particules atteignant la stratosphère, la couche supérieure de l'atmosphère, y parviennent le plus souvent par le biais d'éruptions volcaniques. Les cendres émises lors des éruptions les plus extrêmes obscurcissent le soleil et refroidissent la planète, ainsi que de produire des couchers de soleil spectaculaires. Le professeur Ilan Koren du Département des sciences de la Terre et des planètes du Weizmann Institute of Science, qui a mené l'étude avec son ancien élève, 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, tracé en écart-type, a montré un écart trois fois supérieur à la normale - certaines des lectures les plus élevées jamais obtenues, supérieur même à ceux du mont Pinatubo en 1991. Mais le moment ne coïncidait avec aucune activité volcanique. Ils se demandaient si les incendies pouvaient être à blâmer, même s'il est rare que les fumées des incendies s'échappent en quantités significatives de la couche inférieure de l'atmosphère appelée troposphère. La troposphère s'étend du sol à une hauteur de plusieurs kilomètres, et si les particules de fumée parviennent à monter aussi haut, ils frappent une couche d'inversion appelée tropopause qui agit comme une sorte de plafond entre la troposphère et la stratosphère.

En travaillant à rebours et en utilisant les données de plusieurs satellites, comprenant, en plus de l'AOD, Les 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 pointes était des feux de brousse, en particulier ceux qui brûlaient dans le sud-est de l'Australie. Une analyse plus poussée 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, reposer dans un autre, feu de forêt lointain qui s'était produit il y a plusieurs années au Canada. Puis, trop, des niveaux élevés d'AOD avaient été enregistrés. Ces deux incendies se sont produits dans les hautes latitudes, loin de l'équateur.

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

Les nuages ​​​​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 au-dessus d'incendies brûlant sur la partie centrale de la côte. En d'autres termes, ces nuages ​​ne pouvaient pas expliquer les grandes quantités trouvées transportées vers la stratosphère, et un mécanisme supplémentaire pour soulever la fumée sous le vent des sources manquait.

Cela fait apparaître le deuxième élément :les conditions météorologiques dans la bande connue sous le nom de ceinture de cyclones 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 jusqu'à l'océan Pacifique, puis une partie a convergé dans 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 « revivification des nuages ​​par les aérosols » peut approfondir davantage 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 des nuages, 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 bas ils étaient à la merci du mélange et du brassage des courants d'air, au sommet, l'air se déplace de manière régulière, de façon linéaire. C'est-à-dire, il y avait un courant fort, et il les déplaçait vers l'est au-dessus de l'océan vers l'Amérique du Sud et de retour au-dessus de l'océan Indien vers l'Australie, et s'installant lentement dans tout l'hémisphère. "Les gens au Chili respiraient des particules des incendies australiens, " dit Hirsch. En naviguant sur un courant d'air sans fin, ces particules sont restées en suspension dans l'air beaucoup plus longtemps que les particules de fumée de la basse atmosphère.

"Pour les gens sur le terrain, l'air peut avoir semblé un peu plus brumeux ou les couchers de soleil un peu plus rouges. Mais un AOD si élevé—beaucoup, beaucoup plus élevé que la normale - signifie que la lumière du soleil était bloquée, comme après les éruptions volcaniques, " dit Koren. " Donc, l'effet ultime de cette fumée sur l'atmosphère était de refroidir, bien que nous ne sachions toujours pas quelle influence ce refroidissement et cette gradation ont pu avoir sur l'environnement marin ou les conditions météorologiques.

"Il y a toujours des incendies qui brûlent en Californie, en Australie et sous les tropiques, " ajoute-t-il. " Nous pourrions ne pas être en mesure d'arrêter tous les incendies, mais nous avons besoin de comprendre que les emplacements précis de ces incendies peuvent leur donner des effets très différents sur notre atmosphère. »