Det är inte bara hur heta eldarna brinner – det är också var de brinner som spelar roll. Under den senaste extrema brandsäsongen i Australien, som började 2019 och brann in 2020, miljontals ton rökpartiklar släpptes ut i atmosfären. De flesta av dessa partiklar följde ett typiskt mönster, sätter sig på marken efter en dag eller vecka; ändå lyckades de som skapades i bränder som brann i ett hörn av landet täcka hela södra halvklotet i månader. Ett par israeliska forskare lyckades spåra förbryllande toppar i januari och februari 2020 i ett mått av partikelladdat dis till dessa bränder, och då, i en tidning som nyligen publicerats i Vetenskap , de avslöjade den "perfekta stormen" av omständigheter som svepte de partiklar som släpptes ut från dessa bränder in i den övre atmosfären och spred dem över hela södra halvklotet.

Partiklar som når stratosfären – det övre lagret av atmosfären – kommer oftast dit genom vulkanutbrott. Askan som släpps ut i de mer extrema utbrotten dämpar solen och kyler planeten, samt producera spektakulära solnedgångar. Prof. Ilan Koren från Weizmann Institute of Sciences Earth and Planetary Science Department, som genomförde studien tillsammans med sin tidigare elev, Dr Eitan Hirsch, nu chef för miljövetenskapsavdelningen vid Israel Institute for Biological Research i Ness Tziona, hade noterat en extrem ökning av ett satellitbaserat mått på partikelbelastningen i atmosfären som kallas AOD – eller aerosoloptiskt djup. I januari 2020, dessa mått, plottas i standardavvikelser, visade en avvikelse tre gånger det normala - några av de högsta avläsningarna som någonsin erhållits, högre till och med de från berget Pinatubo 1991. Men tidpunkten sammanföll inte med någon vulkanisk aktivitet. De undrade om bränder kunde vara skyldiga, även om det är sällsynt att röken från bränder flyr ut det nedre skiktet av atmosfären som kallas troposfären i betydande mängder. Troposfären sträcker sig från marken till en höjd av flera kilometer, och om rökpartiklar lyckas stiga så högt, de träffar ett inversionslager som kallas tropopausen som fungerar som ett slags tak mellan troposfären och stratosfären.

Arbeta baklänges och använda data från flera satelliter, Inklusive, förutom AOD, LIDAR-avläsningar som avslöjade hur partiklarna fördelades vertikalt i "skivor" av atmosfären, de två kunde bevisa att källan till spikarna var skogsbränder – särskilt de som brinner i sydöstra Australien. Ytterligare analys av satellitdata avslöjade det breda bandet av dis i stratosfären som spred sig för att täcka det södra halvklotet, toppar från januari till mars och kvarstår till och med juli; når hela vägen runt och tillbaka till Australiens västkust.

Hur trängde dessa rökpartiklar genom tropopaustaket och varför kom de från dessa bränder och inte de andra? En ledtråd, säger Hirsch, låg i en annan, en avlägsen skogsbrand som inträffade för flera år sedan i Kanada. Sedan, för, höga AOD-nivåer hade registrerats. Båda dessa bränder inträffade på höga breddgrader, bort från ekvatorn.

Troposfärens höjd krymper på dessa breddgrader:Över tropikerna kan dess övre tak nå upp till 18 km över ytan, medan någonstans ovanför den 45:e breddgraden – norr och söder, det tar ett plötsligt steg ner till runt 8-10 km i höjd. Så det första elementet som möjliggjorde partiklarnas flykt över skikten var helt enkelt att ha mindre atmosfär att passera.

Pyrocumulusmoln – moln som drivs av brändernas energi – betraktades som ett sätt att transportera rök till stratosfären. Dock, när du inspekterar satellitdata, Hirsch och Koren märkte att pyrocumulusmoln endast bildades under en liten bråkdel av brändernas varaktighet, och de sågs mestadels över bränder som brann på den centrala delen av kusten. Med andra ord, dessa moln kunde inte förklara de stora mängder som transporterades till stratosfären, och en ytterligare mekanism för att lyfta upp rök i vinden från källorna saknades.

Detta tar upp det andra elementet:vädermönstren i remsan som kallas cyklonbältet på mitten av latitud som löper genom den södra änden av Australien, en av de stormigaste regionerna på planeten. Röken fördes först upp (flyttades horisontellt) av de rådande vindarna i den lägre atmosfären till Stilla havet, och sedan konvergerade en del av det in i de djupa konvektiva molnen där och lyftes i molnens kärna in i stratosfären. En intressant återkopplingsmekanism känd som "molnupplivande av aerosoler" kan ytterligare fördjupa molnen. I en tidigare studie, författarna hade visat att under förhållanden som den orörda miljön över södra oceanen, de konvektiva molnen är "aerosolbegränsade". De förhöjda röknivåerna skulle alltså kunna fungera som molnkondensationskärnor, att tillåta molnen att utvecklas djupare och därmed öka antalet moln som kan penetrera tropopausen och injicera röken i stratosfären.

Uppe i stratosfären, partiklarna befann sig i en annan värld än den de just lämnat. Om de nedan var utlämnade till att blanda och kärna luftströmmar, uppe på toppen rör sig luften i ett stadigt, linjärt mode. Det är, det fanns en stark ström, och den förde dem österut över havet till Sydamerika och tillbaka över Indiska oceanen mot Australien, och sakta lägger sig runt hela halvklotet. "Människor i Chile andades partiklar från de australiensiska bränderna, säger Hirsch. Genom att segla på en oändlig luftström, dessa partiklar förblev luftburna mycket längre än rökpartiklar i lägre atmosfär.

"För människor på marken, luften kan bara ha verkat lite disigare eller solnedgångarna lite rödare. Men en så hög AOD – mycket, mycket högre än normalt – betyder att solljuset blockerades, precis som det gör efter vulkanutbrott, " säger Koren. "Så den ultimata effekten av den röken på atmosfären var kylande, även om vi fortfarande inte vet hur mycket inflytande den kylningen och dämpningen kan ha haft på den marina miljön eller vädermönster.

"Det brinner alltid i Kalifornien, i Australien och i tropikerna, " tillägger han. "Vi kanske inte kan stoppa all brinnande, men vi behöver förståelse för att de exakta platserna för dessa bränder kan ge dem mycket olika effekter på vår atmosfär."