Une nouvelle étude de l'Université de Harvard révèle que la couche d'ozone stratosphérique protectrice au-dessus du centre des États-Unis est vulnérable à l'érosion pendant les mois d'été à cause de réactions chimiques appauvrissant la couche d'ozone, exposer les gens, le bétail et les cultures aux effets nocifs des rayons UV.

De puissants systèmes orageux communs aux Grandes Plaines injectent de la vapeur d'eau qui, avec les variations de température observées, peut déclencher les mêmes réactions chimiques sur le centre des États-Unis qui sont à l'origine de la perte d'ozone sur les régions polaires, selon un nouvel article publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

Le papier, dirigé par James G. Anderson, le professeur Philip S. Weld de chimie atmosphérique à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), ont constaté que les concentrations d'ozone stratosphérique au-dessus des États-Unis en été sont vulnérables à la fois aux augmentations de la vapeur d'eau et aux variations observées de la température des systèmes orageux au-dessus des Grandes Plaines. Augmentation de la fréquence et de l'intensité de ces systèmes orageux, ainsi que des baisses à plus long terme des températures stratosphériques, devraient accompagner le changement climatique.

À l'aide d'observations aériennes approfondies dans la stratosphère arctique depuis le début des années 2000, les chercheurs ont établi le cadre chimique définissant les taux de perte d'ozone améliorés en fonction de la température et de la vapeur d'eau. Ensuite, ils ont utilisé les récentes observations du radar météorologique NEXRAD pour démontrer qu'en moyenne 4000 tempêtes chaque été pénètrent dans la stratosphère au-dessus du centre des États-Unis, ce qui est beaucoup plus fréquent qu'on ne le pensait auparavant.

Cette combinaison de circonstances place la stratosphère au-dessus d'États comme le Texas, Oklahoma, Kansas, Nebraska, Iowa, Missouri, les Dakotas et les États qui bordent les Grandes Plaines, à risque de réactions chimiques qui appauvrissent la couche d'ozone pendant l'été, conduisant potentiellement à des niveaux plus élevés d'exposition aux rayons UV nocifs du soleil.

"Ces développements n'étaient pas prévus auparavant et ils représentent un changement important dans l'évaluation du risque d'augmentation du rayonnement UV sur le centre des États-Unis en été, " a déclaré Mario J. Molina de l'Université de Californie à San Diego, le prix Nobel 1995 de chimie stratosphérique, qui n'a pas participé à cette recherche.

L'ozone stratosphérique est l'un des aspects les plus délicats de l'habitabilité de la planète. Il n'y a que très peu d'ozone dans la stratosphère pour protéger les humains des rayons UV, animaux et cultures. La recherche médicale spécifique aux États-Unis a déterminé qu'une diminution de 1 pour cent de la quantité d'ozone dans la stratosphère correspond à une augmentation de 3 pour cent de l'incidence du cancer de la peau chez l'homme. Il y a maintenant 3,5 millions de nouveaux cas de cancer de la peau chaque année signalés aux États-Unis seulement. Ainsi, pour chaque réduction de 1 pour cent de l'ozone, il y en aurait 100 supplémentaires, 000 nouveaux cas de cancer de la peau chaque année aux États-Unis.

"Les orages qui hydratent la stratosphère peuvent avoir des impacts locaux et régionaux importants sur le bilan radiatif et le climat de la Terre, " a déclaré Cameron R. Homeyer de l'Université de l'Oklahoma, un co-chercheur sur le papier. "Ce travail démontre notre connaissance croissante de ces tempêtes à l'aide d'observations au sol et aéroportées et évalue leur potentiel d'appauvrissement de l'ozone stratosphérique aujourd'hui et à l'avenir. Les résultats motivent fortement la nécessité d'augmenter les observations météorologiques et chimiques de ces tempêtes. "

"Chaque année, de fortes pertes d'ozone stratosphérique sont enregistrées dans les régions polaires, traçable au chlore et au brome ajoutés à l'atmosphère par les chlorofluorocarbures et les halons industriels, " a déclaré Steven C. Wofsy, le professeur Abbott Lawrence Rotch de sciences atmosphériques et environnementales à SEAS et co-auteur de l'étude. "Le nouvel article montre que le même type de chimie pourrait se produire sur le centre des États-Unis, déclenchée par des systèmes d'orage qui introduisent de l'eau, ou la prochaine éruption volcanique, ou en augmentant les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique. Nous ne savons pas encore à quel point nous sommes proches d'atteindre ce seuil."

La communauté scientifique a observé les réactions chimiques qui attaquent l'ozone au-dessus des régions polaires en hiver, mais la combinaison importante d'observations qui définissent la cause et le taux de perte d'ozone stratosphérique n'a jamais été faite au-dessus du centre des États-Unis en été. Cela représente une lacune majeure dans la capacité des chercheurs à prévoir les augmentations du rayonnement UV qui pourraient résulter d'un événement volcanique ou d'un changement climatique maintenant et dans les années à venir.

"Plutôt que la perte d'ozone à grande échelle continentale qui se produit au-dessus des régions polaires en hiver caractérisée, par exemple, par le terme trou d'ozone antarctique, les circonstances sur le centre des États-Unis en été sont très différentes, " dit Anderson. " En particulier, en raison des événements d'injection induits par les tempêtes très fréquents détaillés par des études de Texas A&M et de l'Université de l'Oklahoma utilisant des méthodes radar avancées, cette structure de régions très localisées mais nombreuses de perte d'ozone potentielle nécessite des stratégies d'observation soigneusement spécifiées et une surveillance systématique afin de fournir la base de prévisions hebdomadaires précises de perte d'ozone. »

Les chercheurs demandent une caractérisation approfondie de la stratosphère au-dessus du centre des États-Unis afin de prévoir la perte d'ozone à court et à long terme liée à l'augmentation de la fréquence et de l'intensité des systèmes orageux, des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone et de méthane atmosphériques, et d'autres facteurs.