Het is niet alleen hoe heet de vuren branden, het is ook waar ze branden die ertoe doen. Tijdens het recente extreme brandseizoen in Australië, die in 2019 begon en in 2020 brandde, miljoenen tonnen rookdeeltjes kwamen in de atmosfeer terecht. De meeste van die deeltjes volgden een typisch patroon, bezinken op de grond na een dag of week; maar degenen die ontstonden bij branden die in een hoek van het land brandden, slaagden erin om het hele zuidelijk halfrond maandenlang te bedekken. Een paar Israëlische wetenschappers slaagden erin om raadselachtige pieken in januari en februari 2020 te volgen in een mate van met deeltjes beladen waas naar die branden, en dan, in een paper onlangs gepubliceerd in Wetenschap , ze ontdekten de "perfecte storm" van omstandigheden die de deeltjes die door die vuren werden uitgestoten naar de bovenste atmosfeer brachten en ze over het hele zuidelijk halfrond verspreidden.

Deeltjes die de stratosfeer bereiken - de bovenste laag van de atmosfeer - komen daar meestal door vulkaanuitbarstingen. De as die vrijkomt bij de meer extreme uitbarstingen dimt de zon en koelt de planeet, evenals het produceren van spectaculaire zonsondergangen. Prof. Ilan Koren van de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen van het Weizmann Institute of Science, die het onderzoek samen met zijn oud-leerling uitvoerde, Dr. Eitan Hirsch, nu hoofd van de afdeling Milieuwetenschappen van het Israel Institute for Biological Research in Ness Tziona, had een extreme toename opgemerkt in een op satellieten gebaseerde meting van deeltjeslading in de atmosfeer genaamd AOD - of aerosol optische diepte. In januari 2020, die metingen, uitgezet in standaarddeviaties, vertoonde een afwijking die driemaal zo groot was als normaal - enkele van de hoogste meetwaarden die ooit zijn verkregen, zelfs hoger dan die van de berg Pinatubo in 1991. Maar de timing viel niet samen met enige vulkanische activiteit. Ze vroegen zich af of branden de schuld zouden kunnen zijn, hoewel het zeldzaam is dat de rook van branden in aanzienlijke hoeveelheden ontsnapt uit de onderste laag van de atmosfeer die bekend staat als de troposfeer. De troposfeer strekt zich uit van de grond tot een hoogte van enkele kilometers, en als rookdeeltjes erin slagen zo hoog op te stijgen, ze raken een inversielaag die de tropopauze wordt genoemd en die fungeert als een soort plafond tussen de troposfeer en de stratosfeer.

Achteruit werken en data van meerdere satellieten gebruiken, inclusief, naast AOD, LIDAR-metingen die onthulden hoe de deeltjes verticaal werden verdeeld in "plakken" van de atmosfeer, de twee waren in staat om te bewijzen dat de bron van de pieken bosbranden waren, met name de branden in Zuidoost-Australië. Verdere analyse van satellietgegevens onthulde dat de brede band van nevel in de stratosfeer zich uitbreidde naar het zuidelijk halfrond, piek van januari tot maart en aanhoudend tot juli; helemaal rond en terug naar de westkust van Australië.

Hoe drongen deze rookdeeltjes door het tropopauzeplafond en waarom kwamen ze van deze branden en niet van de andere? Een aanwijzing, zegt Hirsch, in een ander liggen, bosbrand in de verte die enkele jaren geleden in Canada had plaatsgevonden. Vervolgens, te, hoge AOD-niveaus waren geregistreerd. Beide branden vonden plaats op hoge breedtegraden, weg van de evenaar.

De hoogte van de troposfeer krimpt op deze breedtegraden:boven de tropen kan het bovenste plafond tot 18 km boven het oppervlak reiken, terwijl ergens boven de 45e breedtegraad - noord en zuid, het duurt een plotselinge stap naar beneden tot ongeveer 8-10 km hoog. Dus het eerste element dat de trans-laagvlucht van de deeltjes mogelijk maakte, was simpelweg minder atmosfeer om over te steken.

Pyrocumuluswolken - wolken gevoed door de energie van het vuur - werden beschouwd als een middel om rook naar de stratosfeer te transporteren. Echter, bij het inspecteren van de satellietgegevens, Hirsch en Koren merkten op dat pyrocumuluswolken zich slechts gedurende een klein deel van de duur van de branden vormden, en ze werden meestal gezien boven branden die op het centrale deel van de kust brandden. Met andere woorden, deze wolken konden de grote hoeveelheden die naar de stratosfeer werden getransporteerd niet verklaren, en een extra mechanisme om de rook met de wind mee uit de bronnen te halen ontbrak.

Dit brengt het tweede element naar voren:de weerpatronen in de strook die bekend staat als de cycloongordel op de middelste breedtegraad die door het zuidelijke uiteinde van Australië loopt, een van de meest stormachtige gebieden ter wereld. De rook werd eerst (horizontaal verplaatst) door de heersende winden in de lagere atmosfeer naar de Stille Oceaan gebracht, en toen kwam een ​​deel ervan samen in de diepe convectieve wolken daar en werd in de kern van de wolken naar de stratosfeer getild. Een interessant feedbackmechanisme dat bekend staat als "wolkversterking door aerosolen" kan de wolken verder verdiepen. In een eerdere studie, de auteurs hadden aangetoond dat in omstandigheden zoals de ongerepte omgeving boven de Zuidelijke Oceaan, de convectieve wolken zijn "aerosol beperkt". De verhoogde rookniveaus kunnen dus fungeren als condensatiekernen in de wolken, waardoor de wolken zich dieper kunnen ontwikkelen en zo het aantal wolken dat de tropopauze kan binnendringen en de rook in de stratosfeer kan injecteren, toeneemt.

Boven in de stratosfeer, de deeltjes bevonden zich in een andere wereld dan die ze net hadden verlaten. Als ze beneden waren overgeleverd aan het mengen en karnen van luchtstromen, bovenop beweegt de lucht in een gestage, lineaire mode. Dat is, er was een sterke stroming, en het bewoog hen oostwaarts over de oceaan naar Zuid-Amerika en terug over de Indische Oceaan naar Australië, en langzaam vestigend rond het hele halfrond. "Mensen in Chili ademden deeltjes van de Australische branden in, " zegt Hirsch. Door te zeilen op een eindeloze luchtstroom, deze deeltjes bleven veel langer in de lucht dan rookdeeltjes met een lagere atmosfeer.

"Voor mensen op de grond, de lucht leek misschien net een beetje waziger of de zonsondergang een beetje roder. Maar zo'n hoge AOD - veel, veel hoger dan normaal - betekent dat zonlicht werd geblokkeerd, net als na vulkaanuitbarstingen, " zegt Koren. "Dus het uiteindelijke effect van die rook op de atmosfeer was afkoeling, hoewel we nog steeds niet weten hoeveel invloed die koeling en dimming kunnen hebben gehad op het mariene milieu of op de weerspatronen.

"Er branden altijd vuren in Californië, in Australië en in de tropen, "voegt hij eraan toe. "We zijn misschien niet in staat om al het branden te stoppen, maar we moeten wel begrijpen dat de precieze locaties van die branden ze heel verschillende effecten op onze atmosfeer kunnen geven."