Une vue de la troposphère depuis un avion. Crédit :Nick Juhasz
Les aérosols ambiants - ces minuscules mélanges de liquides et de solides en suspension dans l'air - jouent un rôle important dans le climat de la Terre, à tel point que les scientifiques se dirigent vers des endroits éloignés pour mieux les comprendre.
L'atmosphère terrestre est un système compliqué. Il est impossible d'en mesurer chaque aspect partout et tout le temps. Les modèles peuvent décrire l'atmosphère à grande échelle, mais ils reposent sur une compréhension des processus qui se produisent dans l'atmosphère. Des expériences en laboratoire et des observations sur le terrain peuvent fournir des informations sur ces processus. Les aérosols ambiants sont un ingrédient complexe de l'atmosphère qui est particulièrement difficile pour les modèles. Ils ont des effets importants, notamment leur capacité à absorber ou à réfléchir directement la lumière entrant dans l'atmosphère terrestre. Pour faire correspondre les observations, les modélisateurs doivent savoir comment et quand les composants chimiques des aérosols entrent et sortent du système.
Une pièce manquante du puzzle est ce qui arrive aux matières organiques, qui représentent environ la moitié de la masse des aérosols, dans la troposphère libre éloignée. La troposphère libre est la région normalement non turbulente de l'atmosphère au-dessus de la région qui est directement influencée par la surface de la Terre. Des scientifiques ont rapporté lors de la réunion d'automne 2017 de l'American Geophysical Union à la Nouvelle-Orléans que la durée de vie des aérosols organiques dans cette région est de l'ordre de 10 jours, beaucoup plus courte que les scientifiques ne le supposaient auparavant. Dans la nouvelle recherche, les scientifiques ont utilisé de nouvelles méthodes pour faire ces estimations sur la base des données collectées lors des vols des deux premières campagnes de la mission de tomographie atmosphérique (ATom).
Déterminer combien de temps les aérosols traînent est absolument nécessaire pour équilibrer les variables dans les modèles, selon Charles Brock, un physicien de la NOAA qui a travaillé sur un projet Atom distinct. "Les implications de cela sont très importantes pour le changement climatique, parce que ces particules affectent les nuages et le bilan radiatif de la Terre, " a déclaré Brock.
En moyenne, les aérosols organiques vivent dans l'atmosphère pendant 6 jours, mais cette valeur s'applique davantage aux régions bien étudiées situées au-dessus ou à proximité des continents, selon Pedro Campuzano Jost, un chimiste atmosphérique à l'Institut coopératif de recherche en sciences de l'environnement à Boulder, Colorado, qui a présenté la nouvelle recherche. Pour les régions océaniques reculées étudiées dans Atom, les modélisateurs ont supposé que les aérosols quittaient l'atmosphère en étant emportés par les précipitations ou en tombant au sol et que c'était un processus encore plus lent dans la troposphère libre non turbulente. Ainsi, leurs modèles actuels surestiment une durée de vie d'environ 40 jours.
Lignes d'échantillonnage à l'extérieur du NASA DC-8 utilisées pour Atom. Crédit :Benjamin Nault / CIRES
Atom utilise des instruments équipés d'un avion DC-8 de la NASA qui échantillonnent l'atmosphère au-dessus des océans Pacifique et Atlantique pour apprendre comment la pollution de l'air produite par l'homme transforme la chimie de l'atmosphère, en particulier dans les zones reculées où les mesures font défaut. Dans la nouvelle recherche, Jost et ses coauteurs ont utilisé les instruments de l'avion pour déterminer la composition chimique des aérosols au-dessus des deux océans. Atom leur a fourni des instantanés de la chimie atmosphérique au cours de l'été 2016 et de l'hiver 2017. Chaque campagne consistait en 11 vols sur une période de 23 jours. L'avion a volé de haut en bas d'environ 180 mètres (590 pieds) de la surface de l'océan jusqu'à 12 kilomètres (7,5 miles) d'altitude pour capturer les caractéristiques chimiques et physiques des gaz et des aérosols dans les échantillons d'air sur une plage continue d'altitudes. .
Les chercheurs ont utilisé ces mesures pour déterminer l'âge des masses d'air échantillonnées par l'avion - ou combien de temps les aérosols étaient restés dans l'atmosphère. Ils ont déterminé l'âge des aérosols organiques avec une horloge photochimique. Parce que les hydrocarbures non méthaniques sont omniprésents dans la troposphère, ils peuvent servir d'indicateurs des processus photochimiques de vieillissement. Des études antérieures ont montré que le rapport de concentration de deux hydrocarbures différents est le plus utile, car il n'est pas aussi sensible à la dilution que les concentrations seules. L'horloge basée sur le rapport éthane/propane était la plus adaptée à la période considérée dans cette étude, expliqua Jost.
Avec cette horloge, les chercheurs ont estimé la durée de vie des aérosols organiques dans la troposphère libre éloignée de 8 à 12 jours. Jost ne connaît pas encore le mécanisme exact de cette durée de vie plus courte, mais les futures simulations de modèles peuvent lui donner un indice. Les possibilités, il a dit, comprennent la dégradation directe des aérosols organiques par la lumière du soleil ou la dégradation de la matière organique par des traces de radicaux produits par la lumière du soleil.
"Nous savons qu'il existe une grande incertitude sur l'impact radiatif des aérosols, effets directs et indirects, " a déclaré Megan Willis, un chimiste de l'Université de Toronto qui n'était pas impliqué dans la nouvelle recherche. "L'une des quantités les plus importantes que nous devons maîtriser pour commencer à fermer ces barres d'erreur et à reproduire les modèles d'aérosol est l'efficacité avec laquelle il est supprimé ou l'échelle de temps sur laquelle il est supprimé." Willis a déclaré qu'elle était ravie de voir les mesures présentées dans l'affiche car elles peuvent améliorer les modèles actuels.
Jost prévoit ensuite d'intégrer les données Atom collectées à l'automne 2017 et les données à collecter au printemps 2018. L'ajout des données à venir rendra les résultats plus robustes, il a dit.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), une communauté de blogs sur les sciences de la Terre et de l'espace, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.
