Il y a une course dans l'atmosphère au-dessus de l'Arctique, et la couche d'ozone qui protège la Terre des rayonnements ultraviolets (UV) nocifs perdra la course si les émissions de gaz à effet de serre ne sont pas réduites assez rapidement.

Une nouvelle étude d'une équipe internationale de scientifiques, dont le professeur Ross Salawitch de l'Université du Maryland, montre que les températures hivernales extrêmement basses et élevées dans l'atmosphère au-dessus de l'Arctique deviennent plus fréquentes et plus extrêmes en raison des modèles climatiques associés au réchauffement de la planète. L'étude montre également que ces températures extrêmement basses provoquent des réactions parmi les produits chimiques que les humains ont pompés dans l'air il y a des décennies, entraînant des pertes d'ozone plus importantes.

Les nouvelles découvertes remettent en question l'hypothèse communément admise selon laquelle la perte d'ozone s'arrêterait en quelques décennies seulement après l'interdiction mondiale de 2010 de la production de produits chimiques appauvrissant la couche d'ozone appelés chlorofluorocarbures (CFC) et halons.

L'étude, menée conjointement par l'UMD, le Centre Helmholtz de recherche polaire et marine de l'Institut Alfred Wegener, et l'Institut météorologique finlandais — a été publié dans la revue Communication Nature le 23 juin 2021.

« Nous sommes dans une sorte de course entre la baisse lente et régulière des CFC, qui mettent 50 à 100 ans à disparaître, et le changement climatique, qui provoque un refroidissement rapide des températures extrêmes du vortex polaire, " a déclaré Ross Salawitch, qui est professeur au département des sciences atmosphériques et océaniques de l'UMD, le département de chimie et biochimie, et le Centre interdisciplinaire des sciences du système terrestre. « Les températures de plus en plus froides créent des conditions qui favorisent l'appauvrissement de la couche d'ozone par les CFC. même si ces composés disparaissent lentement, L'appauvrissement de la couche d'ozone dans l'Arctique augmente à mesure que le climat change."

De nouvelles données de l'étude ont montré les températures les plus basses du vortex polaire arctique et les pertes d'ozone les plus élevées jamais enregistrées en 2020, battre les records précédents établis il y a neuf ans en 2011.

Le vortex polaire est un vortex relativement autonome, système de basse pression qui se forme dans la stratosphère - à une altitude d'environ 12 à 50 kilomètres (7,5 à 31 miles) - au-dessus de l'Arctique chaque automne et reste pendant des durées variables tout au long de l'hiver au printemps. Le schéma des températures hivernales chaudes et froides dans le vortex polaire est très irrégulier, donc tous les hivers ne sont pas extrêmement froids.

Mais la tendance à des températures basses plus fréquentes et plus extrêmes dans le vortex polaire inquiète les chercheurs, car ces conditions favorisent la formation de nuages, et qui favorise la perte d'ozone dans la stratosphère polaire.

La majeure partie du chlore et une quantité importante de brome dans la stratosphère proviennent de la décomposition des CFC, halons et autres substances appauvrissant la couche d'ozone. Normalement, dans le vortex polaire arctique, le chlore est non réactif, mais les nuages ​​fournissent les bonnes conditions pour que le chlore change de forme et réagisse avec le brome et la lumière du soleil pour détruire l'ozone.

Malgré la réduction drastique de la production industrielle de CFC et de halons depuis le Protocole de Montréal en 1987 et l'interdiction mondiale qui a suivi en 2010, ces composés de longue durée sont encore abondants dans l'atmosphère. Selon l'Organisation météorologique mondiale, le chlore et le brome atmosphériques produits par les humains ne devraient pas tomber en dessous de 50 % de leurs niveaux les plus élevés avant la fin de ce siècle.

Pour déterminer ce que cette situation signifie pour l'avenir, les chercheurs ont projeté la perte d'ozone jusqu'en 2100 sur la base de la tendance à long terme de la température dans le vortex polaire et du déclin attendu des composés de chlore et de brome. Ils ont basé leurs prévisions sur les résultats des 53 meilleurs modèles climatiques utilisés par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat.

"Tous les modèles climatiques que nous avons examinés sauf un montrent que les hivers exceptionnellement froids dans le vortex polaire deviendront plus froids avec le temps, " a déclaré Salawitch. " Et plus il y a d'émissions de gaz à effet de serre, plus la tendance est raide, ce qui signifie un plus grand appauvrissement de la couche d'ozone."

En combinant ces projections avec des analyses de données météorologiques des 56 dernières années, les chercheurs ont confirmé que l'Arctique connaît déjà une tendance significative vers des températures stratosphériques plus basses et des augmentations associées des pertes d'ozone. Quoi de plus, leurs observations révèlent que ces tendances se produisent à un rythme compatible avec les modèles climatiques les plus rapides.

« Cela fait plusieurs années qu'on dit qu'un train arrive, " dit Salawitch, faisant référence à des articles de recherche qu'il a publiés en 2004 et 2006 qui montraient que les hivers extrêmes dans l'Arctique devenaient de plus en plus froids. "Nous avons maintenant vu le train filer avec une perte d'ozone record en 2011 et maintenant en 2020. Alors, ce document est vraiment un signal d'alarme que quelque chose se passe dans l'atmosphère qui est vraiment important pour l'ozone, et il semble que les gaz à effet de serre le conduisent. »

Salawitch et ses collègues ne comprennent pas encore pleinement comment l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre et les changements associés au climat mondial sont à l'origine des hivers extrêmement froids dans la couche stratosphérique du vortex polaire. Mais certains des mécanismes sous-jacents sont compris. Le réchauffement climatique se produit en partie parce que les gaz à effet de serre piègent la chaleur plus près de la surface de la Terre, qui permet le refroidissement des couches supérieures de la stratosphère, où se trouve la couche d'ozone. Le réchauffement à la surface entraîne des changements dans la configuration des vents dominants, et les chercheurs suggèrent que ces changements produisent également des températures plus basses dans le vortex polaire.

Les chercheurs notent également que ces dernières années ont vu une augmentation rapide du méthane, un gaz à effet de serre plus puissant que le dioxyde de carbone, dans la basse atmosphère. Comme ce gaz se déplace vers la stratosphère, il augmente l'humidité, ce qui conduit également à des conditions qui favorisent les réactions chimiques destructrices de la couche d'ozone dans l'Arctique.

Parce que l'ozone filtre une grande partie des rayons UV potentiellement nocifs du soleil, une couche d'ozone appauvrie au-dessus de l'Arctique peut entraîner une augmentation du rayonnement UV atteignant la surface de la Terre au-dessus de l'Europe, Amérique du Nord et Asie lorsque le vortex polaire plonge vers le sud.

Mais il y a de l'espoir pour éviter un futur appauvrissement de la couche d'ozone, selon les chercheurs. Leur étude montre que des réductions substantielles des émissions de gaz à effet de serre au cours des prochaines décennies pourraient entraîner un déclin constant des conditions propices à une perte importante d'ozone dans la stratosphère arctique.

Le document de recherche, Le changement climatique favorise une perte saisonnière importante d'ozone arctique, Peter von der Gathen, Rigel Kivi, Ingo Wohltmann, Ross J. Salawitch, Markus Rex, a été publié dans la revue Communication Nature le 23 juin 2021.