Hausse 2, 225 mètres de haut sur une île de l'archipel des Açores, L'observatoire de Pico Mountain est un endroit idéal pour étudier les aérosols (particules ou liquides en suspension dans les gaz) qui ont parcouru de grandes distances dans la troposphère.

La troposphère est la portion de l'atmosphère qui s'étend du sol jusqu'à environ 10 kilomètres dans les airs. La quasi-totalité de la vapeur d'eau et des aérosols de l'atmosphère se trouve dans la troposphère, et c'est aussi là que le temps se produit. L'observatoire Pico s'élève au-dessus de la première couche de nuages ​​dans la troposphère, connue sous le nom de couche limite marine atmosphérique. A cette limite, la température chute rapidement, et l'humidité relativement élevée diminue à mesure que l'air de refroidissement force l'eau à se condenser en gouttelettes de nuages.

Pico est souvent entouré de nuages, avec son sommet s'élevant au-dessus d'eux. Cette fonctionnalité permet aux scientifiques d'étudier les aérosols au-dessus de la couche limite, comprenant un ensemble de trois échantillons, une équipe de recherche de la Michigan Technological University a récemment observé que cela remet en question la façon dont les scientifiques de l'atmosphère envisagent le vieillissement des aérosols.

Dans « Caractéristiques moléculaires et physiques des aérosols sur un site distant de la troposphère libre :implications pour le vieillissement atmosphérique » publié mardi, 2 octobre dans le journal Chimie et physique de l'atmosphère , Les chimistes de Michigan Tech démontrent que certaines particules d'aérosols - celles qui proviennent de la combustion d'incendies de forêt - existent pendant de plus longues périodes dans l'atmosphère et subissent moins d'oxydation qu'on ne le pensait auparavant.

"Précédemment, on s'attendait à ce que le carbone brun s'épuise en grande partie dans les 24 heures environ, mais nos résultats suggèrent la présence de carbone brun significatif environ une semaine sous le vent de sa source initiale de feu de forêt dans le nord du Québec, " dit Siméon Schum, un doctorant en chimie à Michigan Tech et le premier auteur de l'article.

« Si ces aérosols ont une durée de vie plus longue que prévu, alors ils peuvent contribuer plus à l'absorption de la lumière et au réchauffement que prévu, ce qui pourrait avoir des implications pour les prévisions climatiques. »

Ce travail s'appuie sur un article précédent publié dans la même revue, « Caractérisation moléculaire des aérosols troposphériques libres collectés à l'observatoire de Pico Mountain :une étude de cas avec un panache de combustion de biomasse transporté à longue distance » (DOI :https://digitalcommons.mtu.edu/chemistry-fp/17/).

Miel ou billes ? La consistance des aérosols expliquée

Afin de déterminer d'où proviennent les molécules des aérosols, l'équipe, dirigé par l'auteur correspondant de l'article et professeur agrégé de chimie, Lynn Mazzoleni, utilisé un spectromètre de masse à résonance cyclotron à transformée de Fourier, situé à l'Institut océanographique de Woods Hole, pour analyser les espèces chimiques des molécules à l'intérieur des échantillons.

Aérosols, selon leur composition chimique et moléculaire, peuvent avoir des effets directs et indirects sur le climat. En effet, certains aérosols ne diffusent que la lumière, tandis que d'autres absorbent également la lumière, et d'autres absorbent la vapeur d'eau, modifier les propriétés du nuage. Les aérosols jouent un rôle de refroidissement dans l'atmosphère, mais il existe de grandes incertitudes quant à l'ampleur du forçage et des effets climatiques.

Comprendre comment des aérosols spécifiques s'oxydent - se décomposent - dans l'atmosphère est une pièce du puzzle pour comprendre comment le climat de la Terre change. Les aérosols prennent une variété de consistances, appelées viscosités, en fonction de leur composition et de leur environnement. Certains ont une consistance proche de l'huile d'olive ou du miel, et celles-ci ont tendance à s'oxyder plus rapidement que les particules d'aérosol plus solidifiées, qui peut devenir comme de la poix, ou même en marbre.

Les trois échantillons analysés par l'équipe de Michigan Tech sont nommés PMO-1, PMO-2 et PMO-3. PMO-1 et PMO-3 se sont rendus à Pico dans la troposphère libre, tandis que PMO-2 s'est rendu à Pico dans la couche limite. Les aérosols sont moins susceptibles de se produire dans la troposphère libre que dans la couche limite, mais la pyro-convection des incendies de forêt peut soulever les particules plus haut dans l'air. Bien que le PMO-2 n'ait été dans l'atmosphère que depuis deux ou trois jours, il s'était plus oxydé que le PMO-1 et le PMO-3, qui était dans l'atmosphère depuis environ sept jours et dont la consistance était estimée vitreuse.

"Nous avons été intrigués par la différence substantielle entre PMO-2 par rapport à PMO-1 et PMO-3. Donc, on s'est demandé pourquoi on verrait à la station des aérosols peu oxydés après avoir passé une semaine dans l'atmosphère, " dit Mazzoleni. " Typiquement, si vous mettez quelque chose dans l'atmosphère, qui est un milieu oxydant, pendant sept à dix jours, il doit être très oxydé, mais nous ne le voyions pas."

Aérosols froids et secs

Schum a déclaré que l'équipe de recherche a émis l'hypothèse que les premier et troisième échantillons s'étaient oxydés plus lentement en raison de la voie de transport libre troposphérique de l'aérosol après avoir été injectés à ce niveau par des incendies de forêt au Québec. Un tel chemin vers Pico signifiait une température et une humidité moyennes plus basses, ce qui rendait les particules plus solides, et donc moins sensible aux processus de destruction oxydative dans l'atmosphère.

Le fait qu'une particule s'oxyde à un rythme plus lent malgré plus de temps dans l'atmosphère en raison de son état physique offre de nouvelles perspectives pour mieux comprendre comment les particules affectent le climat.

"Les feux de forêt sont une source énorme d'aérosols dans l'atmosphère avec une combinaison de propriétés de refroidissement et de réchauffement, que comprendre l'équilibre délicat peut avoir des conséquences profondes sur la précision avec laquelle nous pouvons prédire les changements futurs, " dit Claudio Mazzoleni, professeur de physique, et l'un des auteurs de l'article.

Alors que les incendies de forêt augmentent en taille et en fréquence dans les régions arides du monde, plus de particules d'aérosol pourraient être injectées dans la troposphère libre où elles sont plus lentes à s'oxyder, contribuant à une autre considération importante à l'étude de la science atmosphérique et du changement climatique.