Crédit d'image: NASA / JPL
Un aspect du climat de la Terre, la distribution de vapeur d'eau, pourrait avoir des implications importantes pour le changement climatique et l'appauvrissement de la couche d'ozone. Pour comprendre son importance, les scientifiques de la NASA utilisent des avions spéciaux pour construire une carte détaillée de la façon dont la vapeur d'eau se déplace dans l'atmosphère, de la surface de la Terre jusqu'à une altitude de 40 km, où l'air se dessèche complètement. Ils ont pu dire quelle vapeur était créée à haute altitude et laquelle était remontée par les courants d'air.
Les scientifiques de la NASA ont ouvert une nouvelle fenêtre pour comprendre la vapeur d'eau atmosphérique, ses implications pour le changement climatique et l'appauvrissement de la couche d'ozone.
Les scientifiques ont créé la première carte détaillée de l'eau contenant de l'hydrogène lourd et des atomes d'oxygène lourds à l'intérieur et à l'extérieur des nuages, de la surface de la Terre à environ 25 miles vers le haut, pour mieux comprendre la dynamique de la façon dont l'eau pénètre dans la stratosphère.
Seules de petites quantités d'eau atteignent la stratosphère aride, à 10 à 50 kilomètres (6 à 25 miles) au-dessus de la Terre, donc toute augmentation de la teneur en eau pourrait potentiellement conduire à la destruction de certaines capacités de protection contre l'ozone dans cette partie de l'atmosphère. Cela pourrait produire des appauvrissements d'ozone plus importants sur les pôles Nord et Sud ainsi qu'aux latitudes moyennes.
L’eau façonne le climat de la Terre. La grande quantité de cette substance dans la basse atmosphère, la troposphère, contrôle la quantité de lumière solaire pénétrant dans la planète, la quantité emprisonnée dans notre ciel et la quantité qui retourne dans l'espace. Plus haut dans la stratosphère, où la majeure partie du bouclier d'ozone de la Terre protège la surface des rayons ultraviolets nocifs, il y a très peu d'eau (moins de 0,001 de la concentration en surface). Les scientifiques ne comprennent pas bien comment l'air est séché avant d'arriver dans cette région.
Dans la troposphère, l'eau existe sous forme de vapeur dans l'air, de gouttelettes liquides dans les nuages et de particules de glace gelée dans les nuages de cirrus de haute altitude. Puisqu'il y a tellement d'eau plus près de la Terre et si peu de kilomètres au-dessus, il est important de comprendre comment l'eau entre et sort de la stratosphère. Le «contenu isotopique», l'empreinte naturelle laissée par les formes lourdes de l'eau, est essentiel pour comprendre le processus. Un isotope est l'une quelconque de deux ou plusieurs formes d'un élément ayant les mêmes propriétés chimiques ou très étroitement apparentées et le même numéro atomique, mais des poids atomiques différents. Un exemple est l'oxygène 16 contre l'oxygène 18 - les deux sont de l'oxygène, mais l'un est plus lourd que l'autre.
L'eau lourde est plus facilement condensée ou congelée de sa vapeur, ce qui fait que la nature de sa distribution diffère quelque peu de la forme isotopique habituelle de l'eau. Une mesure de la composition isotopique de la vapeur d'eau permet aux scientifiques de déterminer comment l'eau pénètre dans la stratosphère.
«Pour la première fois, le contenu des isotopes de l'eau est cartographié avec des détails incroyables», a déclaré le Dr Christopher R. Webster, chercheur principal au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, Pasadena, Californie. Webster est l'auteur principal d'un article scientifique annonçant la nouvelle résultats de la revue Science. Le Dr Andrew J. Heymsfield, du National Center for Atmospheric Research, Boulder, Colorado, est co-auteur.
La mesure des isotopes de l'eau est extrêmement difficile, car ils ne représentent qu'une petite fraction, moins d'un pour cent, de l'eau totale dans l'atmosphère. Des mesures détaillées ont été prises en juillet 2002 à l'aide d'un spectromètre d'absorption infrarouge (Alias) Aircraft volant à bord du jet à haute altitude WB-57F de la NASA. Cette nouvelle technique laser permet de cartographier les isotopes de l'eau avec une résolution suffisante pour aider les chercheurs à comprendre à la fois le transport par eau et la microphysique détaillée des nuages, paramètres clés pour comprendre la composition atmosphérique, le développement des tempêtes et les prévisions météorologiques.
"La technique du laser nous donne la possibilité de mesurer les différents types d'isotopes présents dans toutes les eaux", a déclaré Webster. "Avec l'empreinte isotopique, nous avons découvert que les particules de glace trouvées sous la stratosphère ont été soulevées par le bas, et certaines y ont été cultivées sur place."
Les données aident à expliquer comment la teneur en eau de l'air entrant dans la stratosphère est réduite et montrent que l'ascension progressive et le mouvement ascendant rapide associés aux systèmes de nuages élevés (grenaillage convectif) jouent tous deux un rôle dans l'établissement de la sécheresse de la stratosphère.
Le but de la mission de l'avion était de comprendre la formation, l'étendue et les processus associés aux nuages de cirrus. La mission a utilisé six avions de la NASA et d'autres agences fédérales pour effectuer des observations au-dessus, dans et au-dessous des nuages. En combinant les données des avions avec les données au sol et les satellites, les scientifiques ont une meilleure image de la relation entre les nuages, la vapeur d'eau et la dynamique atmosphérique qu'auparavant. Ils peuvent également mieux interpréter les mesures satellitaires effectuées régulièrement par la NASA.
La mission a été financée par Earth Science Enterprise de la NASA. L'entreprise se consacre à comprendre la Terre en tant que système intégré et à appliquer les sciences du système terrestre pour améliorer la prédiction du climat, des conditions météorologiques et des risques naturels en utilisant le point de vue unique de l'espace. Pour plus d'informations sur Alias, visitez: http://laserweb.jpl.nasa.gov.
Pour plus d'informations sur la NASA, visitez: http://www.nasa.gov.
Le JPL est géré pour la NASA par le California Institute of Technology de Pasadena
Source d'origine: communiqué de presse NASA / JPL
