La science simplifiée : Que sont les nuages et les aérosols ?

Les nuages sont un élément essentiel du climat de la Terre. Les nuages bloquent le soleil et font de l’ombre au sol, ce qui refroidit la surface de la planète et l’atmosphère. Ils retiennent également la chaleur et l’humidité dans l’atmosphère, ce qui réchauffe l’air. Les nuages transportent l’eau autour du globe sous forme d’humidité et de précipitations, affectant le climat, la végétation, l’érosion et d’autres éléments de notre Terre. Les nuages sont incroyablement complexes et constituent l’une des principales sources d’incertitude dans le domaine des sciences de la vie. les modèles climatiques et les modèles du système terrestre. Pour les climatologues, l’étude de la formation des nuages et de leur influence sur le temps et le climat est essentielle pour comprendre l’évolution de notre monde et prévoir son avenir.

Les nuages se forment généralement autour de minuscules particules en suspension dans l’air appelées aérosols. Les nuages sont constitués de gouttelettes d’eau, de cristaux de glace ou d’un mélange des deux. Lorsque le soleil réchauffe la surface de la Terre, l’eau des océans et des lacs, du sol et des plantes passe de l’état liquide à l’état de vapeur. Ce processus s’appelle l’évaporation. Lorsque l’air s’élève dans l’atmosphère, il se refroidit et ne peut plus contenir autant de vapeur d’eau. Si l’air plus froid rencontre le bon type de particules d’aérosol, la vapeur d’eau peut se rassembler sur les particules d’aérosol sous forme de gouttelettes de nuage ou de cristaux de glace. La formation de gouttelettes de nuage ou de cristaux de glace dépend de la température de l’air. Cela dépend également du type d’aérosols : certaines particules sont plus propices à la formation de nuages que d’autres. Lorsque de nombreuses gouttelettes ou cristaux de glace se développent, un nuage est créé.

Nuages au-dessus de l’installation mobile de mesure du rayonnement atmosphérique (ARM) du Département de l’énergie (DOE) à La Porte, Texas, alors que les chercheurs installent l’équipement pour l’expérience TRACER (TRacking Aerosol Convections interactions ExpeRiment). Crédit : Image fournie par le DOE ARM.

De nombreux aérosols sont des matériaux naturels provenant des embruns marins, des volcans et de la poussière des roches et du sol. Ces aérosols sont naturels mais ne proviennent pas de plantes ou d’animaux. D’autres aérosols proviennent de plantes et de microbes et de la combustion de matériaux à base de carbone. Les particules de sel marin sont de bonnes graines pour les gouttelettes d’eau, tandis que les particules de poussière sont souvent de bonnes graines pour les cristaux de glace.

D’autres aérosols proviennent de sources artificielles. L’un de ces types d’aérosols est appelé carbone noir. La plupart du carbone noir provient de la combustion de combustibles fossiles tels que le pétrole, l’essence et le charbon, ainsi que de la combustion du bois et d’autres matières végétales. Les scientifiques pensent que le carbone noir est l’un des facteurs les plus importants du réchauffement de notre climat.

Comment les nuages et les aérosols affectent-ils le climat ? Les nuages peuvent réfléchir la lumière, les rayons ultraviolets et la chaleur du soleil pour les éloigner de la Terre. Cela contribue à stabiliser la température de l’atmosphère terrestre. Mais les nuages peuvent également retenir la chaleur qui se trouve dans l’air ou qui émane du sol. Cela peut réchauffer l’atmosphère. Les nuages et le climat interagissent de manière complexe. Par exemple, les scientifiques prévoient que l’augmentation des températures mondiales pourrait réduire la taille et le nombre de nuages dans certaines parties du globe. Cela permettrait à davantage de lumière solaire d’atteindre le sol et de réchauffer davantage l’atmosphère.

Les particules d’aérosol affectent le climat de la Terre en agissant comme des graines sur lesquelles se forment les nuages. Un plus grand nombre de particules d’aérosol peut entraîner la formation d’un plus grand nombre de gouttelettes de nuage, mais plus petites. Cela peut réduire la pluie qui tombe de ce nuage. Les particules d’aérosol façonnent également le climat lorsqu’elles circulent dans l’atmosphère. Certaines de ces particules peuvent réfléchir la lumière du soleil, contribuant ainsi à refroidir l’atmosphère. D’autres particules d’aérosol absorbent la chaleur de la lumière solaire. Cela entraîne un réchauffement de l’atmosphère. C’est particulièrement vrai pour le carbone noir. Parce qu’il est noir, il est très efficace pour absorber la lumière du soleil.

Faits rapides

• Les nuages sont constitués de gouttelettes beaucoup plus petites qu’une goutte de pluie. Une goutte de pluie typique a un diamètre de 2 millimètres (2000 microns). Une gouttelette de nuage typique n’a que 20 microns de diamètre.
• La différence entre une gouttelette de nuage et une goutte de pluie est la taille : les gouttes de pluie sont des gouttelettes de nuage qui deviennent suffisamment grosses pour tomber. De même, les flocons de neige sont des cristaux de glace dans les nuages qui ont grandi suffisamment pour tomber.
• Les nuages peuvent être constitués de gouttelettes de liquide, de cristaux de glace ou d’un mélange.
• Les particules d’aérosol se présentent sous forme de de nombreuses formes et tailles.
• Vous pouvez faire votre propre nuage avec les instructions de NASA.

DOE Office of Science : Contributions à la recherche sur les nuages et les aérosols

L’Office of Science Biological and Environmental Research (BER) du département de l’énergie (DOE) soutient des recherches approfondies sur les nuages, les aérosols et leur rôle dans le climat de la Terre.Par exemple, la recherche sur le système atmosphérique du DOE se concentre sur des études visant à traiter l’incertitude des prévisions climatiques due aux nuages, aux aérosols et aux précipitations. Par exemple, un projet en cours examine comment l’interaction entre les nuages et les aérosols change selon la saison dans l’Atlantique Sud. La plupart des données utilisées dans ce travail sont collectées par l’installation de mesure du rayonnement atmosphérique (ARM) du DOE. ARM se compose de plusieurs sites stationnaires, mobiles et même aéroportés qui collectent des données sur l’atmosphère. Les données ARM sont librement accessibles à tous. Le DOE soutient également la recherche par l’intermédiaire de son activité de modélisation des systèmes terrestres et environnementaux, qui développe et applique des méthodes de modélisation de l’atmosphère. Modèles du système terrestre et du climat.