La foudre derrière un porte-avions dans le détroit de Malacca. De nouvelles recherches révèlent que les coups de foudre se sont produits près de deux fois plus souvent directement au-dessus des voies de navigation très fréquentées dans l'océan Indien et la mer de Chine méridionale tout au long de l'année de 2005 à 2016. Crédit :domaine public.
Les orages directement au-dessus de deux des voies de navigation les plus fréquentées au monde sont nettement plus puissants que les tempêtes dans les zones de l'océan où les navires ne voyagent pas, selon de nouvelles recherches.
Une nouvelle étude cartographiant la foudre dans le monde révèle que les coups de foudre se produisent près de deux fois plus souvent directement au-dessus des voies de navigation très fréquentées dans l'océan Indien et la mer de Chine méridionale que dans les zones de l'océan adjacentes aux voies de navigation qui ont des climats similaires.
La différence d'activité de la foudre ne s'explique pas par les changements de temps, selon les auteurs de l'étude, qui concluent que les particules d'aérosol émises par les gaz d'échappement des navires modifient la façon dont les nuages de tempête se forment au-dessus de l'océan.
La nouvelle étude est la première à montrer que les gaz d'échappement des navires peuvent modifier l'intensité des orages. Les chercheurs concluent que les particules des gaz d'échappement des navires rendent les gouttelettes des nuages plus petites, les soulevant plus haut dans l'atmosphère. Cela crée plus de particules de glace et provoque plus d'éclairs.
Les résultats fournissent certaines des premières preuves que les humains modifient la formation des nuages de manière presque continue, plutôt qu'après un incident spécifique comme un incendie de forêt, selon les auteurs. La formation de nuages peut affecter les régimes de précipitations et modifier le climat en modifiant la quantité de lumière solaire réfléchie par les nuages dans l'espace.
"C'est l'un des exemples les plus clairs de la façon dont les humains modifient réellement l'intensité des processus orageux sur Terre par l'émission de particules provenant de la combustion, " a déclaré Joël Thornton, un scientifique de l'atmosphère à l'Université de Washington à Seattle et auteur principal de la nouvelle étude en Lettres de recherche géophysique , un journal de l'American Geophysical Union.
"C'est la première fois que nous avons, au sens propre, un pistolet fumant, montrant sur des zones océaniques vierges que la quantité d'éclairs a plus que doublé, " a déclaré Daniel Rosenfeld, un scientifique de l'atmosphère à l'Université hébraïque de Jérusalem qui n'était pas lié à l'étude. "L'étude montre, très clairement, la relation entre les émissions anthropiques - dans ce cas, des moteurs diesel - sur des nuages convectifs profonds."
Une carte des navires traversant l'océan Indien et les mers environnantes en juin 2012. La plupart des navires traversant le nord de l'océan Indien suivent un étroit, piste presque rectiligne autour de 6 degrés nord entre le Sri Lanka et l'île de Sumatra. A l'est de Sumatra, les navires voyagent vers le sud-est à travers le détroit de Malacca, contournant Singapour et s'étendant au nord-est à travers la mer de Chine méridionale. Les émissions de particules d'aérosols dans ces voies de navigation sont dix fois ou plus supérieures à celles des autres voies de navigation de la région, et sont parmi les plus importants au monde. Crédit :Shipmap.org, une carte interactive des mouvements maritimes commerciaux, créé par Kiln pour l'Energy Institute de l'University College London.
Cartographie de la foudre et de l'échappement
Tous les moteurs à combustion émettent des gaz d'échappement, qui contient des particules microscopiques de suie et des composés d'azote et de soufre. Ces particules, connu sous le nom d'aérosols, forment le smog et la brume typiques des grandes villes. Ils agissent également comme des noyaux de condensation des nuages - les graines sur lesquelles les nuages se forment. La vapeur d'eau se condense autour des aérosols dans l'atmosphère, créant des gouttelettes qui composent les nuages.
Les cargos traversant les océans émettent des gaz d'échappement en continu et les scientifiques peuvent utiliser les gaz d'échappement des navires pour mieux comprendre comment les aérosols affectent la formation des nuages.
Dans la nouvelle étude, co-auteur Katrina Virts, un scientifique de l'atmosphère au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama, analysait les données du World Wide Lightning Location Network, un réseau de capteurs qui localise les coups de foudre partout dans le monde, quand elle a remarqué une ligne presque droite de coups de foudre à travers l'océan Indien.
Virts et ses collègues ont comparé les données de localisation de la foudre aux cartes des panaches d'échappement des navires à partir d'une base de données mondiale des émissions des navires. En regardant les emplacements de 1,5 milliard de coups de foudre de 2005 à 2016, l'équipe a trouvé près de deux fois plus de coups de foudre en moyenne sur les routes principales empruntées par les navires à travers le nord de l'océan Indien, à travers le détroit de Malacca et dans la mer de Chine méridionale, par rapport aux zones adjacentes de l'océan qui ont des climats similaires.
Plus de 5 000 milliards de dollars du commerce mondial transitent chaque année par la mer de Chine méridionale et près de 100, 000 navires passent par le seul détroit de Malacca. La foudre est une mesure de l'intensité de la tempête, et les chercheurs ont détecté une légère augmentation de la foudre au moins dès 2005.
"Tout ce que nous avions à faire était de faire une carte de l'endroit où la foudre a été améliorée et une carte de l'endroit où les navires voyagent et il était assez évident juste à partir de la co-localisation des deux que les navires étaient d'une manière ou d'une autre impliqués dans l'amélioration de la foudre, " dit Thornton.
La carte du haut montre la densité de foudre moyenne annuelle à une résolution d'environ 10 kilomètres (6 miles), tel qu'enregistré par le WWLLN, de 2005 à 2016. La carte du bas montre les émissions d'aérosols des navires traversant les routes de l'océan Indien et de la mer de Chine méridionale à partir de 2010. Crédit :Thornton et al/Geophysical Research Letters/AGU.
Former des graines de nuages
Les molécules d'eau ont besoin d'aérosols pour se condenser en nuages. Là où l'atmosphère contient peu de particules d'aérosol - au-dessus de l'océan, par exemple - les molécules d'eau ont moins de particules autour desquelles se condenser, les gouttelettes de nuage sont donc grosses.
Lorsque plus d'aérosols sont ajoutés à l'air, comme les gaz d'échappement des navires, les molécules d'eau ont plus de particules à collecter. Plus de gouttelettes de nuage se forment, mais ils sont plus petits. Être plus léger, ces petites gouttelettes voyagent plus haut dans l'atmosphère et plus d'entre elles atteignent la ligne de congélation, créer plus de glace, ce qui crée plus d'éclairs. Les nuages d'orage s'électrisent lorsque des particules de glace entrent en collision les unes avec les autres et avec des gouttelettes non gelées dans le nuage. La foudre est le moyen utilisé par l'atmosphère pour neutraliser cette charge électrique accumulée.
Les navires brûlent des carburants plus sales en haute mer loin du port, crachant plus d'aérosols et créant encore plus d'éclairs, dit Thornton.
"Je pense que c'est une étude vraiment passionnante car c'est la preuve la plus solide que j'ai vue que les émissions d'aérosols peuvent affecter les nuages convectifs profonds et les intensifier et augmenter leur électrification, " a déclaré Steven Sherwood, un scientifique de l'atmosphère à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud à Sydney qui n'était pas lié à l'étude.
"Nous émettons beaucoup de choses dans l'atmosphère, y compris beaucoup de pollution de l'air, affaire particulière, et nous ne savons pas ce que cela fait aux nuages, " a déclaré Sherwood. " Cela a été une énorme incertitude pendant longtemps. Cette étude ne résout pas cela, mais cela nous donne un pied dans la porte pour pouvoir tester notre compréhension d'une manière qui nous rapprochera de la résolution de certaines de ces questions plus importantes sur les impacts généraux de nos émissions sur les nuages."
