Des échantillons d'air anciens provenant de l'un des sites de carottes glaciaires les plus enneigés de l'Antarctique pourraient ajouter une nouvelle molécule au dossier des changements de l'atmosphère terrestre au cours du dernier siècle et demi, depuis que la révolution industrielle a commencé à brûler des combustibles fossiles à grande échelle.

Alors que le dioxyde de carbone et le méthane sont bien connus, des chercheurs de l'Université de Washington et de l'Université de Rochester font partie d'une équipe travaillant à la recherche d'un gaz beaucoup plus rare, présent à moins d'une molécule sur un billion. Bien que rare, le détergent atmosphérique connu sous le nom d'hydroxyle peut nettoyer l'atmosphère et déterminer le sort de gaz plus abondants qui affectent le climat de la Terre.

Une campagne de terrain en Antarctique menée l'hiver dernier par les États-Unis et l'Australie a réussi à extraire certains des plus grands échantillons d'air datant des années 1870 à aujourd'hui. Ces échantillons sont une première étape pour apprendre les changements de concentration en hydroxyle au cours des 150 dernières années. Les premiers résultats du travail sur le terrain ont été partagés cette semaine lors de la réunion annuelle d'automne de l'American Geophysical Union à San Francisco.

"C'est probablement la chimie atmosphérique la plus extrême que vous puissiez faire à partir d'échantillons de carottes de glace, et la logistique était également extrême, " dit Peter Neff, chercheur postdoctoral avec double nomination à l'UW et à l'Université de Rochester.

Mais les mois que l'équipe a passés à camper sur la glace sur le site enneigé du Law Dome ont porté leurs fruits.

"C'est, à ma connaissance, le plus grand échantillon d'air des années 1870 jamais obtenu, " a déclaré Neff. Ses 10 semaines de camp sur la glace comprenaient des températures de moins -20 degrés Fahrenheit et plusieurs tempêtes de neige, dont certains qu'il a partagés depuis l'Antarctique via Twitter.

L'air provenant de carottes de glace plus profondes forées en Antarctique et au Groenland a fourni un record de dioxyde de carbone et de méthane, deux gaz à effet de serre, remonter des milliers d'années. Alors que le dioxyde de carbone a une durée de vie de plusieurs décennies à plusieurs siècles, un gaz encore plus puissant, méthane, a une durée de vie de seulement neuf ou dix ans.

Déterminer la durée de vie exacte du méthane, et comment cela a changé au fil des ans, dépend de la concentration en hydroxyle. Ce nombre est important pour les modèles climatiques mondiaux utilisés pour étudier le climat passé et futur.

Pour retracer l'histoire de l'hydroxyle, une molécule éphémère dont la durée de vie est inférieure au millionième de seconde, une campagne de terrain fin 2018 et début 2019 a foré de la glace pour étudier ce gaz très réactif en examinant son compagnon un peu plus abondant, carbone à 14 neutrons liés à un atome d'oxygène, ou "monoxyde de carbone 14, " qui est chimiquement détruit par l'hydroxyle et suit ainsi les concentrations d'hydroxyle.

Les chercheurs obtiennent le monoxyde de carbone 14 à partir de bulles dans la glace qui se forment lorsque la neige est comprimée.

"La particularité de la glace des glaciers est qu'elle a toujours ces bulles d'air, " a déclaré Neff. " N'importe quel glacier dans le monde aura cette texture pétillante, parce qu'il a commencé comme un tas de flocons de neige à six doigts, et entre ces doigts il y a de l'air."

Une ou plusieurs décennies après avoir touché le sol, les bulles deviennent complètement isolées de leur environnement en raison de la compression sous les couches de neige. La forte accumulation de neige à Law Dome signifie beaucoup de bulles d'air par an, et fournit un bouclier suffisamment épais pour protéger le monoxyde de carbone 14 du rayonnement solaire.

L'équipe internationale a extrait environ deux douzaines de sections de glace de 3 pieds de long par jour, puis placez les tubes de glace dans une grotte de neige pour les protéger des rayons cosmiques qui sont plus forts près des pôles. Ces rayons peuvent zapper d'autres molécules et fausser les archives historiques.

« Une fois les échantillons à la surface, ce sont des patates chaudes, " dit Neff.

Le lendemain de l'extraction d'un noyau, l'équipe nettoierait la glace et la placerait dans un appareil de la conception de Neff et de son superviseur postdoctoral de l'Université de Rochester, Vasilii Petrenko :une chambre à vide de 335 litres dans un bain chaud pour faire fondre la glace et traiter les échantillons à leur source, pour éviter la contamination et prélever les plus gros échantillons d'air.

"Un seul échantillon était d'environ 400 ou 500 kilogrammes de glace, environ le même poids qu'un piano à queue, pour obtenir assez de cette molécule de monoxyde de carbone-14, ", a déclaré Neff. "Au camp de terrain, nous avons transformé 500 kilos de glace en une cartouche d'air de 50 litres."

L'équipe a récupéré 20 cartouches d'air en forme de tonneau de différentes périodes.

L'analyse au cours des prochains mois visera à produire une courbe de concentration du monoxyde de carbone 14 et de l'hydroxyle au cours des décennies, similaire aux courbes désormais célèbres pour le dioxyde de carbone et le méthane. Les courbes montrent l'évolution des concentrations de gaz dans l'atmosphère depuis l'ère industrielle.

Tout au long de l'effort, Neff a également exploré des combinaisons plus légères de glace et d'air. Lors d'un voyage début 2016 pour préparer cet effort, Neff a fait une expérience non officielle qui est devenue virale sur les réseaux sociaux lorsqu'il l'a publiée en février 2018. La vidéo capture le son qu'un morceau de glace fait lorsqu'il tombe dans le tunnel créé par une carotteuse de glace.

Il a partagé plus de photos et de vidéos lors de l'expédition de l'hiver dernier en Antarctique, parfois quelques heures après le retour d'un camp éloigné à une station de recherche connectée à Internet.

"C'est formidable de pouvoir partager quelque chose sur l'Antarctique, de l'Antarctique, ", a déclaré Neff. "C'est un moyen pour nous, en tant que géoscientifiques, de partager avec les gens le travail qu'ils aident à soutenir."