Les feux de forêt sont répandus dans le monde entier. Ils se produisent dans des endroits où les plantes sont abondantes, comme les incendies qui font actuellement rage en Amazonie brésilienne. Une telle combustion de biomasse (BB) peut être une calamité environnementale.

La fumée des événements BB produit de grandes quantités de particules d'aérosol et de gaz. Ces émissions peuvent poser des problèmes majeurs de visibilité et de santé, ainsi que pour le climat local et mondial.

Les émissions de BB devraient augmenter à l'avenir en raison du changement climatique. tarballs, qui sont des particules microscopiques organiques de BB, sont estimés contribuer jusqu'à 30 % de la masse des aérosols de BB. Parce que les tarballs sont dominants, type de particule d'aérosol absorbant la lumière dans la fumée BB, comprendre leur influence sur le climat est crucial. Mais les détails sur la façon dont ils se forment et influencent le changement climatique ne sont pas clairs.

Chercheur senior Kouji Adachi, travaille actuellement à l'Institut de recherche météorologique de Tsukuba, Japon, a été associé de recherche postdoctorale de 2005 à 2011 avec le professeur Peter Buseck de la School of Molecular Sciences et de la School of Earth and Space Exploration de l'Arizona State University.

Leurs travaux ont attiré l'attention de collègues du Brookhaven National Lab du ministère de l'Énergie à Upton, New York. Chercheurs principaux, Arthur Sedlacek III et Lawrence Kleinman, avec le soutien du Programme des sciences de l'atmosphère, planifiaient la campagne de terrain en période opérationnelle de combustion de la biomasse (BBOP), dans lequel un avion instrumenté mesurerait les changements chimiques rapides dans la fumée des incendies de forêt.

Sedlacek et Kleinman ont approché Buseck pour participer au BBOP, car la stratégie d'échantillonnage a fourni un laboratoire idéal dans le ciel pour étudier la formation de tarball.

Les résultats, publié en ligne le 5 septembre sont dans un Actes de l'Académie nationale des sciences article intitulé « Les particules de goudron sphérique se forment par des changements chimiques et physiques rapides de la matière organique dans la fumée de combustion de la biomasse ».

Les observations de l'équipe montrent que les boules de goudron se forment grâce à une combinaison de changements chimiques et physiques d'aérosols organiques formés dans les premières heures suivant la production de fumée.

"Je suis tellement content que les tarballs, le sujet de cet article, ont été signalés pour la première fois dans des articles de 2003 dans lesquels un étudiant diplômé en chimie de l'ASU, Li Jia, et associé de recherche postdoctoral, Mihaly Posfaï, ont été des contributeurs majeurs ; ainsi l'École des sciences moléculaires et l'École d'exploration de la Terre et de l'espace ont joué un rôle important, " dit Buseck.

Buseck, un professeur de l'ASU Regents, reçoit également la médaille Roebling 2019 ce mois-ci, la plus haute distinction de la Mineralogical Society of America pour des recherches originales exceptionnelles en minéralogie.

"Cette étude des particules de goudron et des effets possibles sur le changement climatique montre en outre l'étendue et la diversité des recherches de Buseck, " a déclaré le directeur de l'École d'exploration de la Terre et de l'espace, Meenakshi Wadhwa. " De la géochimie et de la minéralogie à l'état solide, à la géochimie atmosphérique, à la cosmochimie, il s'avère continuellement être un pionnier dans son domaine."

"Peter Buseck et son groupe ont développé l'utilisation de la microscopie électronique à transmission pour étudier les minéraux, météorites et particules d'aérosol d'une manière particulièrement intéressante, " a déclaré le professeur Neal Woodbury, directeur de l'École des sciences moléculaires. "Les découvertes actuelles de son équipe sur la formation de tarball sont un bon exemple et amélioreront considérablement les évaluations des impacts de la combustion de la biomasse sur le climat régional et mondial."

Les boules de goudron utilisées dans cette étude ont été collectées à partir de grands incendies de forêt échantillonnés lors de la campagne BBOP à l'été 2013 dans le nord-ouest des États-Unis. À l'aide d'un avion de recherche Gulfstream-1, l'équipe a collecté des particules d'aérosol de feux de forêt lors de vols répétés à travers des panaches de fumée. Formes et compositions de plus de 10, 000 particules ont été mesurées en microscopie électronique à transmission, avec une analyse chimique détaillée des boules de goudron effectuée à l'aide de la spectroscopie à rayons X par transmission à balayage.

L'analyse révèle que la fraction de particules d'aérosol qui sont des boules de goudron augmente avec l'âge des particules. En outre, les ratios tarball de l'azote et de l'oxygène par rapport au potassium, et la rondeur des particules, augmente également avec l'âge des particules.

En résumé, Les émissions de BB, y compris les boules de goudron, devraient augmenter au cours des prochaines décennies en raison du changement climatique. Cette étude révèle leur processus de formation grâce à des analyses chimiques et microphysiques. Les résultats peuvent être utilisés pour améliorer l'interprétation de la fumée de BB à partir de données satellitaires et d'observations au sol en tenant compte de la forme du tarball, les changements de viscosité et de composition au cours du vieillissement et de fournir de meilleures estimations de leurs effets dans les modèles climatiques.