Laveuse de rigoles. Noyeur de canard. Étrangleur de crapaud. Flotteur en épi. Trempeur de gazon. Quel que soit leur nom, l'été dans le Midwest n'est pas un été sans tempêtes fortes et soudaines avec des nuages imposants. Alors que le sous-continent indien est célèbre pour sa saison de mousson, ce que beaucoup de gens ignorent, c'est que le Midwest des États-Unis a sa propre saison de mousson, presque aussi forte.
Et ces moussons du Midwest traversent de plus en plus le plafond du ciel et pénètrent dans la stratosphère, une couche généralement non perturbée de l’atmosphère, introduisant de la biomasse en feu et des aérosols provenant des incendies de forêt occidentaux, avec des conséquences potentiellement préoccupantes pour la couche d’ozone et le climat.
Comme un trou dans la coque d'un bateau qui fuit de l'eau de mer sale, ces tempêtes permettent aux aérosols et aux particules de la basse atmosphère de pénétrer, selon de nouvelles recherches.
La recherche a été menée en partenariat avec la NASA à l'aide d'un avion de recherche à haute altitude prenant des mesures dans les régions reculées de la stratosphère. Dan Cziczo, professeur au Département des sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes du Purdue's College of Science, a dirigé l'équipe en collaboration avec le chercheur Xiaoli Shen.
Le document a été publié dans Géosciences naturelles.
« En été, ici dans le Midwest en particulier, nous recevons tous ces avertissements concernant la qualité de l'air en raison d'incendies de forêt, car le climat se réchauffe et les terres deviennent plus sèches », a déclaré Cziczo.
« Cela devient de plus en plus courant, mais tout cela est proche de la surface de la planète, là où nous pensions qu'il se trouvait. Nous avons fait voler cet avion de recherche dans la stratosphère, la couche suivante de l'atmosphère, qui devrait être séparée. Stratosphère signifie stratifié; elle devrait être séparée. Mais ce que nous avons découvert, c'est que pendant ces grandes saisons d'incendies de forêt, la partie inférieure de la stratosphère est simplement jonchée de ces particules de biomasse. «
Une déchirure dans la voûte céleste
Cziczo et son équipe étudient la mécanique de l'atmosphère, notamment comment, pourquoi, quand et où se forment les nuages et les tempêtes. Ils sont particulièrement intéressés par la manière dont l'air chaud et humide monte du golfe du Mexique, s'écrase contre les montagnes Rocheuses et forme de violentes tempêtes et pluies estivales, un peu comme la mousson d'été en Inde se forme lorsque des vents chauds et humides entrent en collision avec l'Himalaya.
Les grosses tempêtes et les nuages ne peuvent généralement pas s'étendre au-delà de la couche de pression et de vent qui marque le changement entre la troposphère, la couche de l'atmosphère la plus proche du sol, et la stratosphère. C'est pourquoi tant de nuages ressemblent à des buttes ou à des mesas au sommet plat.
Mais ce n'est pas toujours vrai. Comme un titan traversant la couche nuageuse, le sommet de la tempête peut devenir trop puissant pour être contenu et éclater dans la stratosphère elle-même dans une formation appelée sommet dépassant. C'est une fontaine de nuages, un geyser de tempête qui fait irruption dans la paisible couche protectrice de la stratosphère. Lorsqu'il jaillit, il entraîne avec lui une explosion d'air, ainsi que des courants d'aérosols et tout ce qui se trouve dans l'air en dessous, y compris les polluants, les aérosols et la biomasse en combustion.
L'atmosphère terrestre est une simple bulle qui protège notre planète comme une boule à neige. La stratosphère est le royaume de la couche d'ozone, le tampon qui absorbe une grande partie du rayonnement solaire et aide à empêcher la Terre de se transformer en une serre vénusienne.
En règle générale, les seules particules qui pénètrent dans la stratosphère proviennent d’événements rares, remarquables et dramatiques à l’échelle mondiale : des volcans violents et des météores massifs.
Les incursions découvertes par les scientifiques dans cette étude ne constituent pas nécessairement des failles dans la carapace de la planète, pour le moment. Mais il pourrait s’agir de microfractures. Et les scientifiques ne savent pas encore exactement quels types d’effets ces modifications pourraient avoir.
« Cela pourrait être très important pour plusieurs raisons », a déclaré Cziczo. « D'une part, pendant si longtemps, nous avons supposé que la stratosphère était une zone vierge. Mais cela montre que les impacts humains dus au changement climatique peuvent affecter la chimie et la capacité radiative de la stratosphère.
Ces particules peuvent interagir avec la lumière du soleil et chauffer la stratosphère. Cela pourrait affecter sa stabilité, qui est vitale pour la planète. »
Il ne s’agit pas uniquement des tempêtes estivales. Parfois, les incendies de forêt eux-mêmes deviennent si importants qu’ils créent leur propre climat, générant directement leurs propres nuages orageux, appelés pyrocumulus, si puissants qu’ils catapultent leurs propres cendres brûlantes et leur biomasse directement dans la stratosphère au-dessus du feu. Cziczo note qu'ils ont observé cela lors des incendies en Australie au cours de la saison des feux de brousse de 2019, mais qu'à mesure que la saison des tempêtes se réchauffe, sèche et s'aggrave, cet effet devient plus fréquent.
« Cette perforation de la stratosphère peut se produire de deux manières », a déclaré Cziczo. « Il peut s'agir d'un incendie grave, mais il peut aussi s'agir d'une série de petits incendies qui perturbent constamment la stratosphère d'une manière que nous n'avions pas reconnue auparavant. »
De haut en bas dans le bleu sauvage là-bas
La stratosphère est un endroit élevé et solitaire, généralement réservé aux avions militaires, aux ballons météorologiques et de recherche, au Concorde au sol et aux vaisseaux spatiaux qui la traversent en montant ou en descendant, ainsi qu'à quelques phénomènes météorologiques remarquables, notamment les sprites rouges et les éclairs bleus.
Pour l'étudier, la NASA a construit une variante de l'avion Lockheed Martin U-2, baptisée ER-2 pour Earth Resources 2.
Équipé pour détecter les aérosols, les particules et les changements de pression, de température, d'humidité et de vent plutôt que les forces et ressources adverses, l'avion peut atteindre des altitudes de 70 000 pieds, soit plus de 95 % de l'atmosphère terrestre avec un horizon effectif de 300 milles. (En comparaison, les avions à gravité réduite – également appelés « comètes vomissantes » – qui aident fréquemment à entraîner les astronautes et à mener des expériences scientifiques en faible gravité, n’atteignent qu’une altitude d’environ 35 000 pieds.)
Ces deux avions sont basés en Californie, au centre de recherche Armstrong Flight Research Center de la NASA, et les tempêtes se produisaient dans le Midwest, ce qui a incité l'un d'eux à être temporairement transféré au Kansas.
« Ce qui est intéressant à ce sujet, et c'est une de ces choses dont je ne suis pas sûr que tout le monde soit au courant, c'est que l'Amérique du Nord connaît une mousson », a déclaré Cziczo.
« La plupart d'entre nous ont entendu parler de la mousson asiatique sur le sous-continent indien, de ces puissantes tempêtes qui s'abattent sur l'Himalaya et laissent tomber toute cette pluie. Le Midwest a quelque chose d'analogue à cela, et on l'appelle la mousson nord-américaine. L'air chaud et humide du golfe du Mexique monte et se bloque dans les Rocheuses.
« C'est ce qui crée beaucoup de ces orages puissants sur le Midwest et dans la région des Grandes Plaines. C'est pourquoi nous voulions être au Kansas pendant l'été ; vous pouvez atteindre tous ces différents systèmes à partir de là. Nous avons volé vers le Wisconsin, l'Illinois, l'Indiana, le Haut-Midwest, les Grandes Plaines et partout. Je pense que nous sommes même allés jusqu'au Texas. »
L'ER-2, actif depuis les années 1980, est équipé pour mesurer les changements infimes dans la qualité de l'air et la chimie, permettant à Cziczo et à son équipe de suivre les empreintes des tempêtes et des incendies d'été à travers la stratosphère.
« Grâce à ces outils très sophistiqués, nous avons pu comprendre que nous ne lançons pas simplement un tas d'air troposphérique et le mettons dans la stratosphère », a déclaré Cziczo.
« Placer ces particules dans la stratosphère change la dynamique ; cela change la chimie et la façon dont cette partie de l'atmosphère fonctionne. Cela change la façon dont elle gère la chaleur – elle la réchauffe plus rapidement. Et c'est ce qui nous inquiète. C'est ce que nous devons vraiment étudier, comprendre. Nous nous sommes donnés tant de mal pour sauver la couche d'ozone. «
