Les éclairs brisent les molécules d'azote et d'oxygène dans l'atmosphère et créent des produits chimiques réactifs qui affectent les gaz à effet de serre. Maintenant, une équipe de chimistes atmosphériques et de spécialistes de la foudre a découvert que les éclairs et, étonnamment, des décharges subvisibles qui ne peuvent pas être vues par des caméras ou à l'œil nu produisent des quantités extrêmes de radical hydroxyle - OH - et de radical hydroperoxyle - HO 2 .

Le radical hydroxyle est important dans l'atmosphère car il initie des réactions chimiques et décompose des molécules comme le gaz à effet de serre, le méthane. L'OH est le principal moteur de nombreux changements de composition dans l'atmosphère.

"Initialement, nous avons regardé ces énormes OH et HO 2 signaux trouvés dans les nuages ​​et demandé, qu'est-ce qui ne va pas avec notre instrument ?", a déclaré William H. Brune, professeur distingué de météorologie à Penn State. "Nous avons supposé qu'il y avait du bruit dans l'instrument, nous avons donc supprimé les énormes signaux de l'ensemble de données et les avons mis de côté pour une étude ultérieure. »

Les données provenaient d'un instrument à bord d'un avion survolé au-dessus du Colorado et de l'Oklahoma en 2012 et examinaient les changements chimiques que les orages et les éclairs apportent à l'atmosphère.

Mais il y a quelques années, Brune a sorti les données de l'étagère, vu que les signaux étaient vraiment hydroxyle et hydroperoxyle, et a ensuite travaillé avec un étudiant diplômé et un associé de recherche pour voir si ces signaux pouvaient être produits par des étincelles et des décharges subvisibles en laboratoire. Ensuite, ils ont effectué une réanalyse de l'ensemble de données sur l'orage et la foudre.

"Avec l'aide d'un excellent stagiaire de premier cycle, " dit Brune, "nous avons pu relier les énormes signaux vus par notre instrument volant à travers les nuages ​​orageux aux mesures de foudre effectuées depuis le sol."

Les chercheurs publient leurs résultats en ligne aujourd'hui (29 avril) dans Science Première version et le Journal of Geophysical Research—Atmosphères .

Brune note que les avions évitent de voler à travers les noyaux d'orages qui montent rapidement parce que c'est dangereux, mais peut échantillonner l'enclume, la partie supérieure du nuage qui s'étend vers l'extérieur dans la direction du vent. La foudre visible se produit dans la partie de l'enclume près du noyau de l'orage.

« A travers l'histoire, les gens ne s'intéressaient aux éclairs qu'à cause de ce qu'ils pouvaient faire sur le terrain, " a déclaré Brune. " Maintenant, il y a un intérêt croissant pour les décharges électriques plus faibles dans les orages qui conduisent à des éclairs. "

La plupart des éclairs ne frappent jamais le sol, et la foudre qui reste dans les nuages ​​est particulièrement importante pour affecter l'ozone, et important gaz à effet de serre, dans la haute atmosphère. On savait que la foudre peut diviser l'eau pour former de l'hydroxyle et de l'hydroperoxyle, mais ce processus n'avait jamais été observé auparavant dans les orages.

Ce qui a dérouté l'équipe de Brune au départ, c'est que leur instrument a enregistré des niveaux élevés d'hydroxyle et d'hydroperoxyle dans les zones du nuage où il n'y avait pas de foudre visible depuis l'avion ou le sol. Des expériences en laboratoire ont montré qu'un courant électrique faible, beaucoup moins énergétique que celle de la foudre visible, pourrait produire ces mêmes composants.

Alors que les chercheurs ont trouvé de l'hydroxyle et de l'hydroperoxyle dans les zones avec des éclairs subvisibles, ils ont trouvé peu de traces d'ozone et aucune trace d'oxyde nitrique, qui nécessite un éclair visible pour se former. Si la foudre subvisible se produit régulièrement, alors l'hydroxyle et l'hydroperoxyle que ces événements électriques créent doivent être inclus dans les modèles atmosphériques. Actuellement, ils ne sont pas.

Selon les chercheurs, "L'OH (hydroxyle) généré par la foudre dans toutes les tempêtes qui se produisent dans le monde peut être responsable d'une oxydation très incertaine mais substantielle de 2 % à 16 % de l'oxydation atmosphérique mondiale de l'OH."

« Ces résultats sont très incertains, en partie parce que nous ne savons pas comment ces mesures s'appliquent au reste du globe, " a déclaré Brune. "Nous n'avons survolé que le Colorado et l'Oklahoma. La plupart des orages sont sous les tropiques. La structure entière des tempêtes des hautes plaines est différente de celles des tropiques. Il est clair que nous avons besoin de plus de mesures d'avions pour réduire cette incertitude."