A8 Anomalies daérosols et de composition

Topique

Les anomalies de la composition atmosphérique et des aérosols sont des épisodes où la concentration de particules ou de gaz réactifs dans l'atmosphère augmente considérablement par rapport à ses valeurs de fond habituelles. Ces anomalies ont des répercussions sur le bilan radiatif de la planète, la formation des nuages, les précipitations, la santé humaine et les écosystèmes. Quatre sources distinctes sont à l'origine de ces anomalies : les éruptions volcaniques explosives, qui projettent des gaz et des cendres directement dans la stratosphère ; les tempêtes de poussière sahariennes, qui transportent d'énormes quantités de poussières minérales à travers l'océan Atlantique ; les feux de forêt de grande ampleur, dont les panaches de fumée les plus intenses peuvent également atteindre la stratosphère ; et les épisodes de pollution extrême qui s'accumulent au-dessus des mégapoles.

Parmi ces quatre sources, les éruptions volcaniques explosives qui atteignent la stratosphère ont l'impact climatique le plus important : le dioxyde de soufre injecté par l'éruption s'oxyde dans la stratosphère et se transforme en acide sulfurique, qui forme à son tour des aérosols de sulfate. Ces aérosols de sulfate diffusent le rayonnement solaire avant qu'il n'atteigne la surface. Plus la masse de ces aérosols qui s'accumule dans la stratosphère est importante, plus le refroidissement global induit par cette diffusion est marqué. L'éruption du mont Pinatubo en 1991 constitue l'exemple le mieux documenté de ce mécanisme : elle a généré un forçage radiatif négatif d'environ trois watts par mètre carré qui a persisté pendant un à deux ans, refroidissant ainsi la planète d'environ un demi-degré en moyenne. Les feux de forêt de grande ampleur peuvent produire un effet similaire lorsque leurs panaches de fumée les plus intenses se transforment en nuages ​​de convection pyrogéniques capables d'injecter de la fumée dans les basses couches de la stratosphère, entre 15 et 20 kilomètres d'altitude, où cette fumée peut persister pendant plusieurs mois, voire plusieurs années.

Les tempêtes de poussière sahariennes, seconde source de ce phénomène, transportent chaque année entre 500 millions et 1 milliard de tonnes de poussières minérales du Sahara vers l'Atlantique tropical, les Caraïbes et le bassin amazonien. Ces poussières minérales ont des effets radiatifs directs car elles diffusent et absorbent le rayonnement solaire de la même manière que les aérosols sulfatés d'origine volcanique, et également des effets radiatifs indirects car elles agissent comme noyaux de condensation de la glace et favorisent la formation de grêle dans les nuages ​​qu'elles traversent. Outre ces effets radiatifs, ces poussières fertilisent les écosystèmes océaniques et terrestres qu'elles survolent car elles transportent du fer et du phosphore, éléments essentiels à ces écosystèmes et qui y sont autrement rares.

La quatrième source, la pollution extrême des mégapoles, se manifeste principalement par un smog photochimique urbain : les oxydes d'azote et les composés organiques volatils émis par ces mégapoles réagissent avec la lumière du soleil et produisent, de ce fait, de l'ozone troposphérique et des aérosols organiques secondaires – ces mêmes aérosols qui affectent ensuite la santé des habitants des mégapoles.

Ainsi, les quatre sources d'anomalies de la composition atmosphérique et des aérosols — les éruptions volcaniques explosives, les feux de forêt et leurs nuages ​​de convection pyrogéniques, les tempêtes de poussière sahariennes et le smog photochimique des mégapoles — convergent vers les cinq mêmes fronts qui ouvrent cette description : toutes modifient le bilan radiatif de la planète, soit en le refroidissant par les aérosols de sulfate et les poussières minérales, soit en le réchauffant localement par l'ozone troposphérique ; toutes modifient la formation des nuages, soit par les noyaux de condensation fournis par la poussière, soit par les aérosols organiques secondaires présents dans le smog ; toutes finissent par influencer les précipitations ; et toutes laissent une trace, positive ou négative, sur la santé humaine et sur les écosystèmes qui reçoivent leurs particules et leurs gaz.

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