Le jet stream de la Terre aide à créer les graines des nuages

Les scientifiques ont découvert une nouvelle source pour les graines des nuages. Lorsque la couche stratosphérique de l'atmosphère terrestre plonge un orteil dans la troposphère sous-jacente, le mélange chimique qui en résulte devient un environnement fertile où de minuscules nouvelles particules, y compris les aérosols microscopiques autour desquels les nuages commencent à se former, peuvent se former.

Les données collectées par quatre vols d'avions de la NASA dans différentes régions de l'hémisphère nord en 2016 et 2017 ont confirmé que ce mécanisme, appelé intrusion d'air stratosphérique, n'est pas seulement une source de nouvelles particules, mais pourrait également être l'endroit le plus productif pour ces particules sur Terre, rapportent Jiaoshi Zhang, scientifique spécialiste des aérosols à l'Université de Washington à St. Louis, et ses collègues dans l'édition du 12 juillet de la revue Science.

Auparavant, les scientifiques pensaient que la plupart des nouvelles formations de particules se produisaient dans les régions de l'atmosphère où les nuages flottaient vers le haut dans la haute troposphère et se dissipaient. Lorsque les nuages là-bas se décomposent en pluie, toutes les particules existantes sont éliminées avec l'eau de pluie. Ce qui reste dans ces régions de "décharge de nuages" est une page blanche, essentiellement exempte de particules, de sorte que les molécules gazeuses n'ont rien sur quoi se fixer. À la place, elles forment de nouvelles particules.

Mais les observations aériennes suggèrent que les intrusions d'air stratosphériques sont encore plus productives en ce qui concerne la formation de particules. Les turbulences dans l'atmosphère causées par le jet-stream, un courant d'air rapide, peuvent faire descendre des doigts d'air stratosphérique et les faire s'enrouler dans la troposphère en dessous.

Les deux couches atmosphériques ont des compositions chimiques très différentes, et là où ces masses d'air se mélangent, elles génèrent des usines de production de particules très productives, déclare Jian Wang, coauteur de l'étude et également scientifique spécialiste des aérosols à l'Université de Washington à St. Louis. La stratosphère est froide et riche en ozone, tandis que la troposphère est plus chaude, plus humide et contient une variété de molécules telles que le dioxyde de soufre. Catalysées par la lumière du soleil et l'eau, les réactions chimiques de ces masses d'air peuvent générer une variété de petites particules, y compris du sulfate de semence de nuage.

Quels et combien de particules sont formées par ces intrusions d'air stratosphérique font l'objet de travaux futurs, déclare Wang. "Nous ne comprenons pas vraiment les mécanismes en détail. Nous savons à partir des données que ... vous avez besoin de soleil, d'ozone élevé et d'humidité" pour produire des molécules hautement réactives appelées radicaux OH (SN: 6/4/09). Ces molécules interagissent volontiers avec d'autres gaz dans l'atmosphère. Il y a donc probablement de nombreuses réactions chimiques différentes se produisant dans ces régions, produisant une variété de nouvelles molécules et particules.

La sinuosité du jet-stream peut entraîner une intrusion d'air stratosphérique (illustrée ci-dessous), où la stratosphère riche en ozone (O3) descend dans la troposphère riche en eau. La troposphère contient également une variété de molécules gazeuses telles que le dioxyde de soufre (SO2), émises par les combustibles fossiles et les volcans. Les réactions chimiques entre les deux couches, catalysées par la lumière du soleil et la vapeur d'eau, génèrent les précurseurs de fines particules d'aérosol, telles que l'acide sulfurique (H2SO4). Des recherches antérieures ont suggéré que le principal mécanisme de formation de nouvelles particules dans l'atmosphère était les régions de "décharge de nuages", où les nuages se désintègrent dans la haute troposphère.

Malgré ces incertitudes, l'analyse de l'équipe sur la fréquence et la productivité des intrusions d'air stratosphérique, comparées aux événements de décharge de nuages, suggère que les intrusions peuvent être une source plus importante de nouvelles particules, notamment dans les régions de moyennes latitudes de la Terre. Et le changement climatique devrait intensifier la circulation stratosphérique autour de la Terre, ce qui pourrait à son tour augmenter la fréquence à laquelle la stratosphère plonge dans la troposphère à l'avenir. Cela suggère que ce mécanisme pourrait devenir encore plus important pour la formation de nouvelles particules, déclare Wang.

Ces découvertes mettent en lumière une source importante de formation de nouvelles particules longtemps négligée mais qui s'avère se produire "de manière ubiquitaire et fréquente" dans l'atmosphère, déclare Yuanlong Huang, chimiste des aérosols atmosphériques à l'Institut oriental d'études avancées de Ningbo, en Chine, qui n'a pas été impliqué dans la nouvelle étude. "C'est un mécanisme qui n'est pas encore inclus dans les modèles actuels du système terrestre."

Et une source aussi grande et auparavant méconnue de nouvelles particules pourrait signifier que la génération de ces particules joue un rôle plus important dans la répartition du rayonnement solaire entrant sur Terre - y compris la quantité qui atteint la surface de la planète, par rapport à celle qui est absorbée par les aérosols et les nuages haut dans l'atmosphère - que ce que les scientifiques pensaient auparavant.