Le pergélisol – le sol gelé dans le Grand Nord – est en train de dégeler, libérant des gaz à effet de serre et des microbes perdus depuis longtemps. Mais une chose que les scientifiques n'ont pas étudiée de manière approfondie est de savoir si le pergélisol contient certains types de particules qui pourraient affecter les nuages ​​et le temps.

En tant que scientifiques de l'atmosphère, nous avons découvert dans une étude récente que le dégel du pergélisol contient beaucoup de particules microscopiques de nucléation de glace. Ces particules facilitent le gel des gouttelettes d'eau; et si ceux du pergélisol prennent l'air, ils pourraient affecter les nuages ​​arctiques.

A l'été 2018, un de nous, Jessie Creamean, est allé à Fairbanks, Alaska, et collecté des échantillons de pergélisol dans un tunnel de recherche profondément souterrain. Ces échantillons allaient de 18, 000 à 30, 000 ans, et notre équipe les a testés pour voir combien de particules de nucléation de glace se cachent dans le pergélisol.

Il s'avère que le pergélisol en contient une tonne - jusqu'à 100 millions de particules individuelles hautement actives par gramme de microbes et de morceaux de plantes pour la plupart morts. Cette densité est comparable à ce que l'on trouve dans les sols fertiles, qui sont parmi les sources les plus concentrées de particules de nucléation de glace sur Terre. Partout dans le monde, les particules de nucléation de glace jouent généralement un rôle majeur dans le comportement des nuages, et la force de cet effet est encore à l'étude.

Pourquoi est-ce important

Personne ne sait encore si des particules de nucléation de glace provenant du pergélisol pénètrent dans l'atmosphère et affectent les nuages. Mais la théorie de la façon dont les particules de nucléation de glace modifient les nuages ​​est comprise.

Les nuages ​​sont constitués de milliards de minuscules gouttelettes d'eau ou de cristaux de glace, souvent un mélange des deux. Un nuage est comme une forêt d'arbres :toutes les gouttelettes d'eau du nuage ont besoin d'une graine, une minuscule particule d'aérosol, pour se former et se développer. Presque n'importe quel petit grain de matière provenant de la terre ou de l'océan peut être la graine d'une gouttelette de nuage liquide. En raison de leur capacité unique à aligner les molécules d'eau dans une grille semblable à de la glace, ils aident le liquide en surfusion dans un nuage à geler à des températures plus chaudes.

Les particules de nucléation de glace sont extrêmement efficaces pour former de petits cristaux de glace - une compétence rare trouvée dans moins d'une particule sur un million de toutes les particules flottant dans l'air. Les particules de nucléation de glace peuvent être de la poussière minérale provenant des déserts, des grains de terre provenant de champs agricoles ou, comme ce que nous avons trouvé dans le pergélisol, des bactéries et des morceaux de matière biologique provenant des océans ou des plantes.

La capacité de former facilement de la glace a de grandes conséquences pour les nuages ​​et la météo.

La plupart du temps, les gouttelettes d'eau en suspension dans l'air doivent geler avant de pouvoir tomber au sol sous forme de neige ou de pluie. Les particules de nucléation de glace permettent à la glace nuageuse de se former à des températures de l'air plus chaudes que la normale, jusqu'à environ 28 degrés Fahrenheit. Sans ces particules, une goutte d'eau peut surfusion jusqu'à environ 36 F négatif avant de geler. Lorsque des particules de nucléation de glace sont dans un nuage, les gouttelettes d'eau gèlent plus facilement. Cela peut faire pleuvoir ou neiger le nuage et disparaître plus tôt, et reflètent moins la lumière du soleil.

Ce qui n'est pas encore connu

Notre travail a révélé qu'il y a beaucoup de ces particules de nucléation de glace dans le dégel du pergélisol, ce qui est important car le pergélisol couvre 24% de la surface terrestre exposée dans l'hémisphère nord. La question est maintenant de savoir si ces particules pénètrent dans l'atmosphère ou non. Aucun autre chercheur à notre connaissance n'a examiné l'effet du pergélisol sur la formation des nuages, ou les mécanismes par lesquels les particules de nucléation de la glace provenant du pergélisol se dispersent dans l'air.

Nous émettons l'hypothèse que les particules de nucléation de glace provenant du dégel du pergélisol pourraient pénétrer dans les lacs et les rivières, se dirigent vers les eaux côtières de l'océan Arctique et s'étendent sur de vastes zones. Puis, les vents pourraient éjecter ces particules de nucléation de glace dans l'air, où ils pourraient augmenter le gel des nuages ​​et affecter le temps.

Il y a encore beaucoup d'inconnues et beaucoup de travail à faire.

Et après

Cet été, nous faisons équipe avec des collègues du Cold Regions Research and Engineering Laboratory à Fairbanks et du National Center for Atmospheric Research à Boulder, Colorado, partir pour une expédition de six semaines dans la toundra arctique de l'Alaska. Nous allons collecter des centaines d'échantillons de pergélisol, l'eau du lac, l'eau de rivière, des échantillons d'eau et d'air des océans côtiers pour voir si des particules de nucléation de glace provenant du pergélisol sont présentes, et dans quels montants. Notre objectif est d'utiliser ces résultats dans des modèles pour prédire comment le dégel du pergélisol pourrait altérer les nuages ​​de la région.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.