La production de chlorofluorocarbures, qui endommagent la couche d'ozone, a été interdit dans la mesure du possible. Cependant, d'autres substances peuvent également percer la couche d'ozone en combinaison avec des particules de glace, comme celles que l'on trouve dans les nuages. Chercheurs de la Ruhr-Universität Bochum, l'Université de Duisburg-Essen et Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg ont découvert un mécanisme possible pour cela. Ils le décrivent dans le journal Lettres d'examen physique le 13 novembre 2018.

Ce travail s'inscrivait dans le cadre d'une coopération de longue date entre les équipes de Bochum, Duisbourg-Essen, et Erlangen-Nuremberg dirigé par le professeur Karina Morgenstern, Dr Cord Bertram, Professeur Uwe Bovensiepen et professeur Michel Bockstedte, qui se poursuit actuellement dans le cadre du pôle d'excellence Ruhr Explores Solvation, ou Resolv pour faire court.

Des molécules organiques se déposent sur des particules de glace

Les processus chimiques peuvent influencer considérablement le temps, le climat et la composition de l'atmosphère. Les rayons cosmiques ou la lumière UV fournissent l'énergie nécessaire pour séparer les composés chimiques. Dans le cas du brome, composés chlorés ou fluorés, radicaux, c'est-à-dire des molécules particulièrement réactives, sont formés. Ceux-ci attaquent les molécules d'ozone et peuvent déclencher des réactions en chaîne dans la couche d'ozone. Une étude antérieure en laboratoire avait montré que des particules de glace avec un noyau d'argent peuvent favoriser de telles réactions. L'équipe a étudié le mécanisme derrière cet effet dans la présente étude.

Dans le laboratoire, les scientifiques ont produit de minuscules particules de glace et analysé comment certains composés contenant du chlore ou du brome interagissaient avec elles. Ils condensaient les particules de glace sur du cuivre. Dans la nature, particules de poussière minérale, entre autres, former des noyaux de condensation pour les particules de glace.

En utilisant des méthodes microscopiques et spectroscopiques, ils ont observé que les molécules se fixaient préférentiellement sur des défauts de la structure de la glace. Les molécules d'eau environnantes de la structure de la glace se sont ensuite réorientées et ont hydrogéné les molécules. Cette, à son tour, facilité l'ionisation des molécules dans l'expérience.

Le rayonnement UV génère des radicaux

Les chercheurs ont irradié les cristaux de glace avec les molécules attachées à l'aide de lumière UV, qui a excité des électrons dans les particules de glace à proximité des molécules. Ces électrons excités ionisaient les molécules de chlore et de bromobenzène. Grâce à l'ionisation, les molécules se sont désintégrées en résidus organiques et en radicaux de chlore et de brome hautement réactifs.

"Le mécanisme pourrait expliquer ce qui se passe lorsque la lumière UV frappe de la glace contaminée par des minéraux, ", explique Cord Bertram. "Nos résultats pourraient ainsi aider à comprendre les processus fondamentaux à l'origine de phénomènes tels que les trous d'ozone."