Le 16 septembre, 1987, décideurs et scientifiques du monde entier se sont réunis au siège de l'Organisation de l'aviation civile internationale à Montréal, se préparer à agir sur le sujet le plus urgent de la journée :l'épuisement de la couche d'ozone protectrice de la Terre.

Deux ans auparavant, des chercheurs du British Antarctic Survey avaient stupéfié le monde avec le premier article démontrant que les niveaux d'ozone atmosphérique au-dessus de l'Antarctique diminuaient à un rythme étonnant au cours du printemps de l'hémisphère sud. Peu de temps après le journal britannique, La NASA a montré des images de son spectromètre de cartographie de l'ozone total (TOMS) qui ont non seulement confirmé la baisse des niveaux d'ozone, mais a également montré que l'étendue était plus large que quiconque ne le pensait. Le "trou d'ozone, " comme la région gravement appauvrie a été surnommée, était de la taille de tout le continent antarctique.

Certains scientifiques avaient averti depuis les années 1970 que les produits chimiques appelés chlorofluorocarbures (CFC) représentaient une menace pour la couche d'ozone, mais personne ne savait avec certitude ce qui causait le développement du trou dans la couche d'ozone. La découverte a donné une urgence à la discussion :comment le monde pourrait-il réparer la couche d'ozone avant qu'il ne soit trop tard ?

L'ozone - un produit chimique composé de trois atomes d'oxygène - se trouve principalement dans une couche à environ 8-30 miles au-dessus de la surface de la Terre, dans la stratosphère. Il absorbe les rayons ultraviolets (UV) nocifs du soleil, usines de protection, les animaux et les humains contre des dommages allant de la mort des cultures au cancer de la peau.

"S'il n'y avait pas de couche d'ozone, le Soleil stériliserait la surface de la Terre, " a déclaré Paul Newman, scientifique en chef pour les sciences de la Terre au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.

Le 16 septembre, 1987, Newman était un jeune scientifique de l'atmosphère à Goddard, analyser les données provenant de l'expédition aéroportée d'ozone en Antarctique (AAOE) - où un autre scientifique de la NASA, Susan Strahan, se tenait avec ses collègues en train de regarder un babillard à Punta Arenas, Chili. Strahan a analysé les données de chimie atmosphérique de l'élégant, avion ER-2 à longues ailes volant dans le vortex polaire antarctique pour mesurer l'ozone et les produits chimiques qui pourraient réagir avec lui.

Les données de ce jour-là donneraient le fameux "complot fumant des armes à feu" :les données montrant qu'en tant que produit chimique appelé monoxyde de chlore a augmenté dans la stratosphère antarctique, l'ozone a diminué. Le monoxyde de chlore était connu pour être présent dans l'atmosphère, mais n'avaient été observés auparavant qu'à des concentrations inférieures à celles mesurées par l'équipe de l'AAOE. Ces niveaux provenaient d'un ensemble complexe de réactions chimiques se produisant dans l'Antarctique à la suite de la décomposition des CFC par le rayonnement UV dans la stratosphère. Les données ont réfuté d'autres théories et ont donné aux scientifiques la preuve que les CFC étaient à l'origine du trou dans la couche d'ozone.

Les données de Strahan et de ses collègues ne seraient publiées que plus tard, mais à la fin de ce jour en 1987, vingt-sept pays ont signé le Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d'ozone :« Peut-être l'accord international le plus réussi à ce jour, " a déclaré l'ancien Secrétaire général des Nations Unies Kofi Annan en 2003. Le Protocole de Montréal a établi un calendrier de contrôle de la production et de la consommation de CFC. Au cours des prochaines années, la science de l'appauvrissement de la couche d'ozone était plus solidement établie, les fabricants ont introduit des produits chimiques de remplacement plus sûrs pour l'environnement, et le Protocole de Montréal a été renforcé à plusieurs reprises pour arrêter la production et l'utilisation à grande échelle de CFC et de molécules apparentées.

Le long voyage vers la guérison avait commencé.

Aujourd'hui, Newman et Strahan sont des chefs de file des sciences de l'atmosphère et siègent tous deux à la NASA Goddard :Newman en tant que scientifique en chef pour les sciences de la Terre et coprésident du Groupe d'évaluation scientifique (SAP) du Protocole de Montréal, Strahan en tant que scientifique principal pour l'Association de recherche spatiale des universités. Et aujourd'hui, ils surveillent tous les deux l'atmosphère terrestre, poursuivre les efforts de recherche et de surveillance de longue date de la NASA sur l'ozone stratosphérique (qui remontent aux années 1970) dans le futur.

CFC :danger en haute altitude

Les CFC n'ont pas toujours été le méchant dans cette histoire. Inventé pour être utilisé comme réfrigérant dans les années 1920, Les CFC représentaient une rupture technologique :ils étaient polyvalents, mais plus important, ils n'étaient ni toxiques ni inflammables. Les anciens produits chimiques de réfrigération étaient mortels en cas de fuite; Les CFC ne nuisaient pas à la santé humaine et ne réagissaient pas avec d'autres produits chimiques dans la basse atmosphère.

Le problème est que si les CFC sont inertes en surface, l'histoire change dans la stratosphère.

"Les CFC sont émis en surface. Nous fabriquons un frigo, et le composé s'échappe, ", a déclaré Strahan. "Les émissions commencent dans la troposphère (la couche atmosphérique la plus proche de la surface de la Terre) et remontent jusqu'à la stratosphère."

Une fois que les CFC diffusent au-dessus de la protection de la couche d'ozone, Le rayonnement UV les sépare, libérant des atomes de chlore hautement réactifs. En premier, ceux-ci réagissent avec d'autres produits chimiques pour créer de l'acide chlorhydrique et du nitrate de chlore, appelés « gaz de réservoir », " Strahan a dit, car ils stockent généralement le chlore dans des molécules stables.

Mais les régions polaires supportent des réactions chimiques qui ne pourraient se produire nulle part ailleurs sur Terre. Le froid intense des hivers polaires permet la formation de minces nuages, malgré une faible humidité atmosphérique. Et les vents du vortex polaire encerclent la région de l'Antarctique, piégeant les produits chimiques dans ses limites. L'acide chlorhydrique et le nitrate de chlore réagissent à la surface de ces fines particules de nuage pour libérer à nouveau le chlore réactif, et quand le soleil revient au printemps, le rayonnement UV initie les réactions catalytiques chlore-ozone qui détruisent la couche d'ozone. Un atome de chlore peut détruire des milliers de molécules d'ozone - et avec des millions de tonnes de CFC pompées dans l'atmosphère des années 1920 au début des années 1990, la région polaire antarctique a subi le plus gros des dégâts.

« Si nous n'avions rien fait, si le protocole de Montréal n'avait pas été signé, à ce moment-là, les choses auraient été assez désastreuses, " a déclaré Newman. " Les niveaux d'ozone seraient très bas; Les niveaux d'UV seraient en hausse. En raison de l'augmentation du rayonnement UV à la surface, nous aurions eu des pertes de récoltes mondiales, les gens auraient des coups de soleil plus rapides et le cancer de la peau augmenterait. Les prix des denrées alimentaires monteraient en flèche ; les pauvres du monde auraient beaucoup souffert."

Premiers pas vers la récupération

Aujourd'hui, 33 ans plus tard, le trou dans la couche d'ozone montre ses premiers signes de reprise. Strahan et sa collègue Anne Douglass ont publié l'une des premières études en 2018 confirmant que les niveaux de chlore dans l'atmosphère diminuent parallèlement à l'appauvrissement de la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique, preuve que le protocole de Montréal fonctionne.

Ces premiers signes encourageants représentent une réussite mondiale :les décideurs, des scientifiques et des entreprises du monde entier ont uni leurs forces pour trouver une solution à un problème urgent. Une grande partie des données qui ont permis ces décisions provenaient de scientifiques et d'instruments de la NASA. Surveillance continue au sol et dans l'espace de l'ozone et d'autres gaz traces, par la NASA et d'autres institutions, contribuera à éclairer l'élaboration de politiques environnementales conçues pour s'assurer que les niveaux continuent d'évoluer dans une direction positive, même au milieu d'autres changements, comme le réchauffement climatique de la Terre.

"Si vous ne savez pas combien d'ozone il y a là-haut, vous ne savez pas si ça va mieux ou pire, " dit Strahan. " Si ça change, Était-ce la variabilité naturelle ou était-ce causé par les humains? Avoir un long enregistrement de données sur l'ozone et d'autres gaz directement liés à sa chimie est vraiment important."

Aujourd'hui, La NASA surveille l'ozone depuis l'espace à l'aide du sondeur Microwave Limb Sounder (MLS) et de l'instrument de surveillance de l'ozone à bord de son vaisseau spatial Aura, et le MLS mesure également les traces de gaz contenant du chlore. L'étude 2018 de Strahan et Douglass a utilisé des mesures MLS d'acide chlorhydrique, forme que prend le chlore après avoir détruit l'ozone, pour calculer le chlore inorganique stratosphérique total au-dessus de l'Antarctique. Les composés chlorés inorganiques comme l'acide chlorhydrique n'ont pas de molécules de carbone, ce qui permet aux chercheurs de les différencier du chlore encore emprisonné dans les CFC.

En outre, l'expérience stratosphérique sur les aérosols et les gaz III mesure l'ozone et les gaz à l'état de traces depuis son point de vue à bord de la Station spatiale internationale, et la suite NASA-NOAA Ozone Mapping Profiler à bord du satellite Suomi-NPP mesure à la fois l'ozone total de la colonne et les profils d'ozone. Ces instruments avaient des précurseurs sur les satellites antérieurs de la NASA, et ils - avec l'espace, Les mesures aériennes et terrestres d'organisations partenaires telles que la National Oceanic and Atmospheric Administration et des partenaires mondiaux aideront les scientifiques à suivre la récupération du trou d'ozone.

"Quand il s'agit d'un signe clair que le trou dans la couche d'ozone disparaît, il pourrait encore s'écouler quelques décennies avant que nous puissions lever les yeux et dire qu'il est plus petit chaque année qu'il ne l'était au début des années 2000, " dit Strahan. " La plupart des années depuis lors, c'est un peu plus petit, mais de temps en temps, nous aurons une année très froide et un gros trou à nouveau. Nous allons avoir ce genre de variabilité à l'avenir, mais une fois que nous arrivons à 2040 environ, il y aura tellement moins de chlore que les trous seront plus petits même les années froides. ça va être long, route cahoteuse, mais nous allons dans la bonne direction. Nous devons juste être patients et continuer notre bon travail."