Une équipe de chercheurs dirigée par l'Université de Californie à San Diego a identifié pour la première fois ce qui explique les différences observées dans la composition chimique des particules d'embruns éjectés de l'océan par les vagues déferlantes.

La découverte pourrait permettre aux chercheurs de mieux comprendre comment la chimie et la physique des océans influencent directement les processus de formation des nuages. Une meilleure compréhension pourrait rendre les modèles climatiques plus précis, d'autant plus que les nuages ​​sont la variable la plus difficile à représenter dans les simulations actuelles.

Kimberly Prather, Distinguished Chair in Atmospheric Chemistry et membre du corps professoral du Département de chimie et de biochimie et de la Scripps Institution of Oceanography de l'UC San Diego, a dirigé l'étude financée par la National Science Foundation. Elle a déclaré que sa percée clé consistait à montrer que les gouttes envoyées dans l'air par les vagues déferlantes prennent différentes caractéristiques chimiques en fonction des forces physiques induites par les vagues.

"C'est la première fois que quelqu'un montre que les gouttes d'eau de mer ont une composition différente en raison du mécanisme de production, " a déclaré Prather. "Nous découvrons comment la biologie océanique influence les processus de production physique créant des aérosols d'embruns marins. Des études antérieures se sont concentrées sur les processus impliqués dans la production physique des embruns marins, mais nos études ont démontré que la chimie est au cœur de nombreux processus de transfert océan-atmosphère qui ont de profonds impacts sur la composition de notre atmosphère ainsi que sur les nuages ​​et le climat. »

Certains aérosols d'embruns marins sont des gouttes de "film" chargées de microbes ou de matières organiques qui s'accumulent à la surface de l'océan. Ils se forment lorsque des bulles à la surface de l'océan se rompent. Les chercheurs avaient largement supposé que tous les aérosols de taille inférieure à un micron appartenaient à cette variété. Prather et d'autres chercheurs ont montré, cependant, qu'il existe d'autres particules formant des nuages ​​dérivées de gouttes de "jet" qui sont principalement composées d'espèces chimiques très différentes, y compris le sel marin, microbe, et d'autres espèces biologiques. Ces nouvelles gouttes sont éjectées à la suite de l'éclatement de bulles.

Ces deux types d'aérosols ont des capacités différentes pour former des cristaux de glace dans les nuages, ce qui signifie que si un nuage ne produit réellement aucune précipitation, pluie, ou la neige peut être déterminée par le type de microbes et de biomolécules associées éjectés de l'océan. Plus important, la présence d'un bloom important de phytoplancton, comme cela se produit lors des événements de marée rouge, modifie le rapport entre le film et les gouttes de jet, ce qui signifie que les processus biologiques peuvent entraîner de profonds changements dans la chimie des embruns et, finalement, la formation de nuages.

L'étude, « Le rôle des gouttes de jet et de film dans le contrôle de l'état de mélange des particules d'aérosol de pulvérisation marine submicroniques, " paraît le 19 juin dans les premières éditions de la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

Les chercheurs ont découvert que les particules produites par les jets peuvent représenter près de la moitié du nombre total d'aérosols d'embruns marins submicroniques qui contribuent à la formation de nuages. Pour arriver à cette conclusion, des chercheurs ont induit des proliférations de phytoplancton dans de l'eau de mer naturelle pompée dans des réservoirs générateurs de vagues dans un laboratoire Scripps. Les conditions imitaient celles de l'océan qui produisent des embruns. Les scientifiques ont différencié le film des gouttes de jet alors qu'elles s'élevaient dans les airs au-dessus des vagues en observant leurs différentes charges électriques. Les aérosols d'embruns marins ont une charge plus élevée que les aérosols en film.

Les découvertes sont les dernières à venir des chercheurs de l'UC San Diego sur l'une des frontières les plus mystérieuses du climat :comment les aérosols produits sur terre et en mer - que ce soit le sel de mer, matériau organique, poussière, ou particules de pollution - déterminez si des nuages ​​se forment et si ces nuages ​​peuvent produire des précipitations. Prather, qui a été le pionnier des méthodes d'analyse de la composition chimique des particules en suspension dans l'air, est le directeur du Center for Aerosol Impacts on Chemistry of the Environment (CAICE) à l'UC San Diego où le travail a été effectué. En 2013, la National Science Foundation a nommé CAICE un NSF Center for Chemical Innovation, l'un des neuf centres de ce type aux États-Unis.

Les co-auteurs de l'étude représentaient un éventail de disciplines allant de la biochimie à la microbiologie marine. Les océanographes de Scripps Grant Deane et Dale Stokes ont contribué à l'étude et, dans le cadre de travaux ultérieurs, tenteront de voir s'ils peuvent déterminer la composition des mélanges d'aérosols à la surface de la mer en mesurant la durée de vie des chapeaux blancs des océans remplis de bulles.

Deane a déclaré que l'exploit de l'étude n'aurait probablement pas pu être réalisé par l'un des chercheurs travaillant seul, ce qui en fait un modèle pour la façon dont la recherche environnementale complexe est effectuée.

"C'est un vrai travail de collaboration entre chimistes, biologistes, et les océanographes physiques, " Dit Deane. " C'est ainsi que ce genre de travail doit être fait. "