De minuscules particules dans l'air appelées aérosols jouent un rôle important dans la formation des nuages, qui à son tour a un impact sur le climat de notre planète. Cependant, à ce jour, l'effet des aérosols sur la formation des nuages ​​reste plein d'incertitudes. Parmi ces incertitudes figure la réactivité des films organiques qui se sont avérés recouvrir les aérosols atmosphériques. À présent, les chercheurs se sont penchés sur leur étude à l'aide de la ligne de lumière de diffraction de surface et d'interface (I07) de la source lumineuse Diamond.

Dans un ouvrage récemment publié dans Environnement atmosphérique les chercheurs ont étudié la réactivité des films organiques trouvés à la surface d'un aérosol. Après avoir extrait la matière organique des échantillons d'aérosols atmosphériques, ils l'ont placée sur une interface air-eau, exposé au gaz ozone. L'ozone est un oxydant atmosphérique courant. Grâce aux mesures de réflectivité des rayons X recueillies sur la ligne de lumière I07 de Diamond, ils ont découvert de manière très surprenante que les échantillons organiques étaient inertes à l'oxydation par l'ozone gazeux. Cependant, les échantillons ont réagi lorsqu'ils ont été exposés à des radicaux hydroxyles dans les mêmes conditions.

Pour expliquer l'absence de réaction avec l'ozone, l'équipe propose que les échantillons collectés puissent contenir des quantités plus élevées de matières saturées que de matières insaturées. Ils disent que leurs résultats indiquent que les aérosols atmosphériques pourraient être moins réactifs dans l'atmosphère qu'on ne le pensait auparavant. Ils prévoient maintenant de tester cette théorie en étudiant d'autres échantillons organiques prélevés sur différents types d'aérosols atmosphériques afin de cartographier leur réactivité.

Les nuages ​​et notre climat

Les nuages ​​dans notre atmosphère ont un effet significatif sur le climat de la Terre, car ils sont incroyablement réfléchissants, renvoyant une proportion importante de la lumière du Soleil dans l'espace. La réflexion agit pour refroidir la surface de la planète, leur effet de refroidissement étant presque aussi important que l'effet de réchauffement des gaz à effet de serre.

La clé de la formation des nuages ​​sont les aérosols, de minuscules particules dans l'air autour desquelles les gouttelettes d'eau se condensent pour éventuellement former des nuages. Toutes les gouttelettes de nuages ​​dans l'atmosphère se sont formées sur les aérosols atmosphériques. Si les propriétés chimiques des aérosols sont modifiées, elles peuvent affecter la taille et le nombre de gouttelettes de nuage dans un nuage, la quantité de pluie et la quantité de lumière réfléchie vers l'espace. La modification de la taille et de la densité numérique des gouttelettes nuageuses modifie la réflectivité du nuage. "Un petit changement chimique peut provoquer une différence climatique, " dit le professeur Martin King, de l'Université Royal Holloway de Londres et auteur correspondant de l'étude.

Des études ont montré que ces aérosols sont souvent enrobés de films organiques, ce qui pourrait affecter la réactivité globale et le comportement de ce type de particules. Donc, pour en savoir plus sur les propriétés des aérosols qui sont au cœur de la formation des nuages, Le professeur King et ses collègues, dont des chercheurs du Laser Science Facility (RAL) et de l'Université d'Uppsala, tourné leur attention vers les films.

Techniques de lignes de lumière

L'équipe a extrait la matière organique d'échantillons d'aérosols atmosphériques avant de placer le matériau sur une interface air-eau et d'exposer l'échantillon à l'ozone gazeux. C'était la première fois que des échantillons réels des films étaient étudiés, car les études précédentes ont toutes utilisé des proxys pour les films organiques.

Pour déterminer si les films réagissaient avec l'ozone, l'équipe a utilisé des mesures de réflectivité des rayons X sur la ligne de lumière de diffraction de surface et d'interface de Diamond (I07). Les mesures aux rayons X ont fourni des informations sur le changement d'épaisseur et d'identité du film avant et après exposition à l'ozone.

La ligne de lumière I07 offrait un très bon rapport signal/bruit jusqu'à des angles de réflexion élevés et une acquisition rapide des données, caractéristiques essentielles pour ce type d'expérience. "Les échantillons étaient très difficiles, " dit le professeur King, "ils ressemblaient essentiellement à de l'eau sale." Comme l'équipe était de nouveaux utilisateurs, le personnel Diamond a joué un rôle essentiel dans les études et les a aidés à obtenir des résultats utilisables. La géométrie de la ligne de lumière était également importante - permettant à l'équipe de dévier le faisceau de rayons X tout en gardant l'échantillon horizontal, leur permettant de rebondir sur la surface du liquide. Il s'agit d'un dispositif expérimental disponible uniquement sur quelques lignes de rayonnement synchrotron dans le monde.

Conclusion

Étonnamment, l'équipe a découvert que l'échantillon organique était inerte à l'oxydation par l'ozone. Cependant, lorsque l'expérience a été répétée avec des radicaux hydroxyles, une réaction entre le film et le radical a bien eu lieu. Les chercheurs disent que les résultats indiquent que les films organiques de l'échantillon sont principalement composés de plutôt qu'un matériau non saturé. Ceci a été soutenu par des études de chromatographie en phase gazeuse et de spectrométrie de masse à ionisation par électronébulisation.

"C'était un résultat inattendu et inhabituel, " explique le professeur King. L'équipe suggère que l'absence de réactivité des échantillons organiques pourrait être due à la durée de leur séjour dans l'atmosphère. Ils prévoient maintenant de tester d'autres échantillons prélevés dans des environnements différents, comme les pinèdes où les particules d'aérosols sont fraîchement formées, pour cartographier comment leur comportement peut différer.