Température de l'air (noir) et mesure de l'abondance relative de l'ozone (rouge) par rapport aux radicaux hydroperoxy et autres détergents. Le panneau supérieur montre les 100 complets, Record de carottes de glace de 000 ans. Alors que la Terre se réchauffe après la dernière période glaciaire (à l'extrême gauche dans le panneau supérieur), l'abondance relative de l'ozone diminue. Le panneau du bas est un gros plan d'un événement Dansgaard-Oeschger, une variation de température plus rapide. Ici, la température chute soudainement tandis que l'abondance relative de l'ozone augmente. Crédit :Becky Alexander/Université de Washington
On ne voit pas dans l'air qui nous entoure de minuscules molécules qui entraînent le cocktail chimique de notre atmosphère. En tant que plantes, animaux, volcans, les feux de forêt et les activités humaines crachent des particules dans l'atmosphère, certaines de ces molécules agissent comme des équipes de nettoyage qui éliminent cette pollution.
Les principales molécules responsables de la décomposition de toutes ces émissions sont appelées oxydants. Les molécules contenant de l'oxygène, principalement des détergents à base d'ozone et d'hydrogène, réagir avec les polluants et les gaz à effet de serre réactifs, comme le méthane.
Une étude de l'Université de Washington publiée le 18 mai dans la revue La nature constate que pendant les grandes fluctuations climatiques, les oxydants se déplacent dans une direction différente de celle attendue par les chercheurs, ce qui signifie qu'ils doivent repenser ce qui contrôle ces produits chimiques dans notre air.
« Les oxydants sont très réactifs, et ils réagissent avec les polluants et les gaz à effet de serre et assainissent l'atmosphère, " a déclaré l'auteur correspondant Becky Alexander, professeur agrégé de sciences de l'atmosphère à l'UW. "Nous voulions voir comment la capacité de l'atmosphère à se nettoyer pourrait changer avec le climat."
Premier auteur Lei Geng, un ancien post-doctorant UW aujourd'hui à l'Université Grenoble Alpes, analysé des tranches d'une carotte de glace du Groenland dans le laboratoire de chimie isotopique de l'UW. Le 100, Le noyau de 000 ans commence dans une période relativement chaude, couvre un âge glaciaire complet et se termine de nos jours, avec plusieurs variations de température plus courtes en cours de route. Les chercheurs ont utilisé une nouvelle méthode pour obtenir une première lecture des changements dans les oxydants atmosphériques, des produits chimiques volatils qui ne sont pas directement conservés dans les carottes de glace.
Les chercheurs ont alimenté en eau de fonte des bactéries qui ont bu le liquide, puis ont excrété un gaz qui peut être mesuré par des machines qui suivent la composition isotopique du gaz. L'examen du poids des atomes d'oxygène de l'eau de fonte a permis à l'équipe de voir combien provenaient des deux principaux oxydants :l'ozone, qui varie dans l'atmosphère au cours du temps, versus les molécules détergentes, qui devraient rester assez constants.
Becky Alexander dans la chambre froide de l'IsoLab de l'UW avec des sections d'une carotte de glace. Son groupe analyse ces échantillons de l'Antarctique pour voir s'ils montrent la même tendance que les carottes du Groenland. Crédit :Mark Stone/Université de Washington
"Nous avons constaté que le signe du changement était tout le contraire de ce à quoi nous nous attendions, " a déclaré Alexander. " Et cela indique que ce que nous pensions être les principaux moteurs de l'abondance d'oxydants n'étaient pas en fait les principaux contrôles, et nous avons dû trouver d'autres mécanismes."
Les scientifiques de l'atmosphère pensaient que les niveaux d'ozone augmentent à mesure que la température augmente. L'ozone est produit avec la vapeur d'eau et les émissions des plantes, bactéries du sol et autres êtres vivants. Tout cela augmente à mesure que la température se réchauffe. Les auteurs s'attendaient donc à trouver plus d'ozone dans les climats plus chauds.
Au lieu, la proportion d'ozone a en fait augmenté dans les climats plus froids. Lorsque les changements de température étaient faibles, l'ozone a augmenté avec la température, mais pour les grandes variations de température, cette relation a basculé, avec plus d'ozone dans les périodes froides.
Une hypothèse proposée par les auteurs est une modification de la circulation entre la troposphère, l'air au dessus de nos têtes, et la stratosphère, la couche d'altitude à proximité de l'endroit où la plupart des avions volent. L'air circule entre ces deux, remontant sous les tropiques et redescendant aux pôles. La stratosphère contient plus d'ozone qui se forme en grande partie à ces altitudes sous les tropiques, donc si la circulation s'accélère, alors plus d'ozone de la stratosphère serait transporté vers la surface.
"Il existe des preuves - des preuves solides - montrant que la circulation Brewer-Dobson est devenue plus forte pendant le dernier maximum glaciaire, " a déclaré le co-auteur Qiang Fu, un professeur UW de sciences atmosphériques. "Cela signifie qu'il y avait moins d'ozone stratosphérique sous les tropiques mais plus sous les hautes latitudes, et puis plus d'ozone descendant de la stratosphère à la troposphère."
C'est une des raisons pour lesquelles l'ozone augmenterait à la surface pendant les climats froids. Ce changement de circulation entraînerait également une augmentation du rayonnement ultraviolet dans les tropiques, et les UV et la vapeur d'eau sont les principaux moteurs de la formation de l'autre groupe principal d'oxydants, les détergents. Les tropiques de l'ère glaciaire pourraient alors devenir une riche source de détergents, qui décomposent la pollution et les gaz à effet de serre comme le méthane.
Gros plan sur une carotte de glace de l'Antarctique avec une couche plus sombre de cendres volcaniques. Le groupe UW analyse actuellement ces échantillons pour voir s'ils présentent la même tendance que les carottes du Groenland. Crédit :Mark Stone/Université de Washington
"Traditionnellement, les enregistrements de méthane dans les carottes de glace ont été interprétés uniquement comme un changement de source, ", a déclaré Alexander. "Mais les modèles de surface terrestre n'ont pas été en mesure de simuler à pleine échelle le changement de méthane observé dans les carottes de glace. Cela suggère que la durée de vie du méthane a peut-être changé, et la seule façon d'y parvenir est de changer la quantité de détergent dans l'atmosphère."
Une deuxième explication possible de la tendance déconcertante de l'ozone, les chercheurs ont dit, est un groupe d'oxydants moins connu :les halogènes. Ces molécules sont peu étudiées, et on ne sait pas exactement comment ils influencent le climat, mais les chercheurs soupçonnent qu'ils pourraient réagir pour affecter les niveaux d'autres oxydants.
"La plus grande source d'halogènes est le sel de mer, et nous savons d'après les carottes de glace que le sel de mer est beaucoup plus élevé dans les climats plus froids, " a dit Alexander. " La banquise change aussi avec le climat, bien sûr."
Les auteurs soupçonnent que les deux mécanismes - la circulation à haut niveau et les réactions chimiques avec les halogènes - pourraient affecter les oxydants lors de grandes fluctuations de la température de la Terre.
"Les changements que nous avons mesurés dans les niveaux d'ozone semblent être assez importants si vous ne considérez qu'un mécanisme à la fois, suggérant qu'ils pourraient agir simultanément, et pas nécessairement indépendamment les uns des autres, ", dit Alexandre.
