La vue depuis l’avion de recherche DC-8 qui vole à travers la couche limite marine, la partie de l’atmosphère proche de la surface de l’océan où l’océan affecte des processus tels que la formation des nuages. Crédit : Sam Hall
Ocean Life aide à produire des nuages, mais les nuages existants en gardent les nouveaux à distance
Tenez-vous sur le rivage de l’océan et prenez une grande bouffée d’embruns salés et vous sentirez l’odeur indubitablement piquante de la mer. Cette odeur mûre, presque pourrie ? C’est du soufre.
Le plancton marin respire plus de 20 millions de tonnes de soufre dans l’air chaque année, principalement sous forme de sulfure de diméthyle (DMS). Dans l’air, ce produit chimique peut se transformer en soufre acide, qui aide à produire des nuages en offrant un site pour la formation de gouttelettes d’eau. À l’échelle des océans du monde, ce processus affecte l’ensemble du climat.
Mais de nouvelles recherches de l’Université du Wisconsin-Madison, de la National Oceanic and Atmospheric Administration et d’autres révèlent que plus d’un tiers du DMS émis par la mer ne peut jamais aider à la formation de nouveaux nuages, car il est perdu pour les nuages eux-mêmes. Les nouvelles découvertes modifient considérablement la compréhension actuelle de la façon dont la vie marine influence les nuages et pourraient changer la façon dont les scientifiques prédisent comment la formation des nuages réagit aux changements dans les océans.
Premier auteur de l’étude Gordon Novak photographié avec l’équipement de détection chimique de la National Oceanic and Atmospheric Administration utilisé dans l’étude. Crédit : Avec l’aimable autorisation de Gordon Novak
En réfléchissant la lumière du soleil dans l’espace et en contrôlant les précipitations, les nuages jouent un rôle important dans le climat mondial. Les prévoir avec précision est essentiel pour comprendre les effets du changement climatique.
“Il s’avère que cette histoire de formation de nuages était vraiment incomplète”, déclare Tim Bertram, professeur de chimie à l’UW-Madison et auteur principal du nouveau rapport. « Au cours des trois ou quatre dernières années, nous avons remis en question des éléments de cette histoire, à la fois par le biais d’expériences en laboratoire et d’expériences sur le terrain à grande échelle. Maintenant, nous pouvons mieux relier les points entre ce qui est émis par l’océan et la façon dont vous formez ces particules qui encouragent la formation de nuages. »
Avec des collaborateurs de 13 autres institutions, Gordon Novak, un étudiant diplômé de l’UW-Madison, a construit l’analyse qui a été publiée le 11 octobre 2021 dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.
Il y a quelques années, ce groupe de collaborateurs, dirigé par Patrick Veres à la NOAA, a découvert qu’en train de devenir de l’acide sulfurique, le DMS se transforme d’abord en une molécule connue sous le nom de HPMTF, qui n’avait jamais été identifiée auparavant. Pour la nouvelle étude, l’équipe a utilisé Nasades avions équipés d’instruments pour capturer des mesures détaillées de ces produits chimiques au-dessus de l’océan, à la fois à l’intérieur des nuages et sous un ciel ensoleillé.
« C’est un énorme DC-8. C’est un laboratoire volant. Essentiellement, tous les sièges ont été retirés et une instrumentation chimique très précise a été installée qui permet à l’équipe de mesurer, à de très faibles concentrations, à la fois les molécules émises dans l’atmosphère et tous les intermédiaires chimiques », explique Bertram.
À partir des données de vol, l’équipe a découvert que HPMTF se dissout facilement dans les gouttelettes d’eau des nuages existants, ce qui élimine définitivement ce soufre du processus de nucléation des nuages. Dans les zones sans nuages, davantage de HPMTF survit pour devenir de l’acide sulfurique et aider à former de nouveaux nuages.
Animé par des collaborateurs de Université d’État de Floride, l’équipe a pris en compte ces nouvelles mesures dans un grand modèle mondial de la chimie de l’atmosphère océanique. Ils ont découvert que 36% du soufre du DMS est ainsi perdu dans les nuages. Un autre 15 % de soufre est perdu par d’autres processus, de sorte que moins de la moitié du soufre du plancton marin libéré sous forme de DMS peut aider à nucléer les nuages.
« Cette perte de soufre dans les nuages réduit le taux de formation de petites particules, donc elle réduit le taux de formation des noyaux de nuages eux-mêmes. L’impact sur la luminosité des nuages et d’autres propriétés devra être exploré à l’avenir », déclare Bertram.
Jusqu’à récemment, les chercheurs ont largement ignoré les effets des nuages sur les processus chimiques au-dessus de l’océan, en partie parce qu’il est difficile d’obtenir de bonnes données à partir de la couche nuageuse. Mais la nouvelle étude montre à la fois la puissance des bons instruments pour obtenir ces données et les rôles importants que les nuages peuvent jouer, influençant même les processus qui donnent naissance aux nuages eux-mêmes.
«Ce travail a vraiment rouvert ce domaine de la chimie marine», explique Bertram.
Référence : « L’élimination rapide des nuages des produits d’oxydation du sulfure de diméthyle limite la production de noyaux de condensation de SO et de nuages dans l’atmosphère marine » Gordon A. Novak, Charles H. Fite, Christopher D. Holmes, Patrick R. Veres, J. Andrew Neuman, Ian Faloona , Joel A. Thornton, Glenn M. Wolfe, Michael P. Vermeuel, Christopher M. Jernigan, Jeff Peischl, Thomas B. Ryerson, Chelsea R. Thompson, Ilann Bourgeois, Carsten Warneke, Georgios I. Gkatzelis, Mathew M. Coggon, Kanako Sekimoto, T. Paul Bui, Jonathan Dean-Day, Glenn S. Diskin, Joshua P. DiGangi, John B. Nowak, Richard H. Moore, Elizabeth B. Wiggins, Edward L. Winstead, Claire Robinson, K. Lee Thornhill , Kevin J. Sanchez, Samuel R. Hall, Kirk Ullmann, Maximilian Dollner, Bernadett Weinzierl, Donald R. Blake et Timothy H. Bertram, 11 octobre 2021, Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2110472118
Ce travail a été soutenu en partie par la National Science Foundation (subventions GEO AGS 1822420 et CHE 1801971), la NASA (subventions 80NSSC19K1368 et NNX16AI57G) et le département américain de l’Agriculture (subvention CA-D-LAW-2481-H).