Les deux tiers de la surface de la Terre sont recouverts d'eau et les deux tiers de l'atmosphère terrestre résident au-dessus des océans, loin de la terre et des méthodes traditionnelles utilisées par les gens pour mesurer les gaz et les polluants qui circulent dans l'air et dans le monde. Alors que les satellites dans l'espace mesurant les principaux gaz peuvent combler une partie de cet écart, il faut un avion pour découvrir ce qui se passe réellement dans la chimie de l'air au-dessus des océans. C'est là qu'intervient la mission de tomographie atmosphérique (ATom) de la NASA.

Depuis 2016, une équipe de scientifiques avec 25 instruments de pointe à bord de l'avion de recherche DC-8 de la NASA a échantillonné plus de 400 gaz différents et un large éventail de particules en suspension dans l'air lors d'excursions d'un mois de l'Alaska au Pacifique jusqu'en Nouvelle-Zélande, puis en Amérique du Sud et en remontant l'Atlantique jusqu'au Groenland, et à travers l'océan Arctique. Loin de la terre, l'atmosphère au-dessus de l'océan est l'endroit où trouver l'air le plus pur de la planète, du moins en théorie. Au cours de trois déploiements, et avec leur quatrième et dernier trek commençant fin avril, l'équipe a trouvé des niveaux surprenants de polluants au-dessus du Pacifique, Océans Atlantique et Arctique.

"C'est ahurissant de voir une pollution aussi dense au milieu de l'océan, si loin des régions sources, " a déclaré le chercheur principal d'ATom, Steve Wofsy de l'Université Harvard, rappelant leur remontée au centre de l'Atlantique et leur escale à l'île de l'Ascension à mi-chemin entre l'Afrique et l'Amérique du Sud, juste au sud de l'équateur.

"Comme nous sommes descendus la première fois, nous avons été stupéfaits de nous retrouver dans une épaisse brume de fumée et de poussière originaire d'Afrique, des milliers de kilomètres à l'est. La brume avait une teinte jaune-brun peu attrayante et était si épaisse que nous ne pouvions pas voir l'océan. Toutes les centaines de produits chimiques polluants que nous mesurons contenaient des quantités très élevées. À chaque revisite depuis la première, nous avons trouvé un tombeau similaire s'étendant sur des milliers de kilomètres, couvrant tout l'océan Atlantique tropical, " il a dit.

Des modèles informatiques qui simulent le mouvement des principaux gaz tels que le monoxyde de carbone, créé par la combustion incomplète des incendies, sont l'un des outils utilisés par l'équipe Atom pour avoir une idée de ce qu'ils pourraient voir sur chaque étape de leur vol. C'est aussi l'un des outils qu'ils évaluent.

"L'une des grandes choses à propos d'ATom est de montrer à quel point le modèle fonctionne généralement, " a déclaré Paul Newman, scientifique en chef des sciences de la Terre au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Le modèle combine les prévisions météorologiques avec la chimie atmosphérique connue pour leur dire où et quand un panache de pollution croisera la trajectoire de vol. "Mais il manque beaucoup de détails. Cela vous permet de comprendre d'où viennent les choses, et cela vous permet d'affiner votre science. Donc nous ne sommes pas là pour découvrir des terres inexplorées, mais c'est comme, J'ai une carte de l'Iowa, et je vais conduire là-bas, et cette carte est probablement, selon son âge, 95 pour cent à droite. C'est les 5 pour cent de faux qui sont intéressants."

L'une de ces déviations intéressantes s'est produite au-dessus de l'Arctique, selon Róisín Commane, scientifique de l'atmosphère et chercheur de l'équipe Atom à l'Université Columbia à New York. "L'un des plus gros panaches de pollution que nous ayons vu n'a pas été prédit par les modèles, qui provenait d'incendies en Sibérie. Atom nous a donc donné un aperçu de ce qui pourrait nous manquer, " elle a dit.

Le suivi des panaches n'est que la première étape. La prochaine étape consiste à mieux comprendre comment ils changent lorsqu'ils s'attardent au-dessus de l'océan. Par exemple, les hydrocarbures des panaches de fumée réagissent au soleil avec d'autres gaz pour former de l'ozone, un gaz à effet de serre et un polluant atmosphérique mieux connu comme le principal ingrédient du smog urbain. Les instruments à bord du DC-8 peuvent détecter à la fois l'ozone lui-même et tous les gaz qui produisent de l'ozone par des réactions chimiques. Cela signifie qu'en plus de suivre l'ozone dans les panaches provenant de la terre, l'équipe Atom peut également déterminer la quantité produite à partir d'autres gaz au-dessus de l'océan.

Le centre de l'océan Pacifique est beaucoup plus éloigné de la terre que l'Atlantique. Là, Atom a observé des niveaux d'ozone généralement faibles, mais la production de nouvel ozone au-dessus de l'océan sur la base de la suite mesurée de gaz ingrédients était plus élevée que les modèles prédits.

"Cela implique que le Pacifique éloigné est une plus grande source d'ozone troposphérique que nous ne le pensions auparavant, " a déclaré Michael Prather, scientifique adjoint du projet Atom à l'Université de Californie, Irvine. "C'est un résultat préliminaire, et nous devons encore analyser si cet ozone produit est naturel ou lié à la pollution, mais cela signifie que nous devrons repenser ce que nous pensons de la quantité d'ozone produite au-dessus des océans éloignés, et ce que cela signifie pour le climat et nos efforts pour réduire la pollution par l'ozone sur terre."

Le déploiement final de TTom aura lieu ce printemps. Avec les données atmosphériques qu'ils ont recueillies lors des vols de chaque saison de l'année, l'équipe scientifique continuera d'analyser les données et d'améliorer les modèles atmosphériques qui nous aident à comprendre notre planète natale.

Atom est financé par le programme Earth Venture de la NASA et géré par le Earth Science Project Office du centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley. L'avion de recherche DC-8 est géré par l'Armstrong Flight Research Center de la NASA dans le bâtiment 703 à Palmdale, Californie. Une équipe de plus de 100 personnes, scientifiques, ingénieurs, l'équipage de conduite et le personnel—à travers les agences gouvernementales et les universités soutiennent la mission à la fois dans les airs et depuis le sol.