Un immense laboratoire volant révèle les secrets de la façon dont la vie marine affecte la formation des nuages

La vue depuis l’avion de recherche DC-8 alors qu’il survole la couche limite marine, la partie de l’atmosphère près de la surface de l’océan où l’océan influence des processus tels que la formation des nuages. Crédit : Sam Hall

La vie dans l’océan aide à produire des nuages, mais les nuages ​​existants gardent les nouveaux nuages ​​à distance

Tenez-vous au bord de l’océan et respirez une grande bouffée de brouillard salin et vous sentirez l’arôme incomparable de la mer. Cette odeur de mûr, presque de moisi ? 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 aigre, qui aide à la formation de nuages ​​en fournissant un site pour la formation de gouttelettes d’eau. A l’échelle des océans du globe, 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 former de nouveaux nuages, car ils se perdent dans les nuages ​​eux-mêmes. Les nouvelles découvertes changent radicalement la compréhension actuelle de la façon dont la vie marine affecte les nuages ​​et pourraient changer la façon dont les scientifiques prédisent comment la formation des nuages ​​réagira aux changements dans les océans.

Gordon Novak

Le premier auteur de l’étude, Gordon Novak, a été photographié à l’aide de 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 prédire avec précision est essentiel pour comprendre les effets du changement climatique.

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“Il s’avère que cette histoire de formation de nuages ​​était vraiment incomplète”, déclare Tim Bertram, professeur de chimie à l’Université du Wisconsin-Madison et auteur principal du nouveau rapport. « Au cours des trois ou quatre dernières années, nous nous sommes interrogés sur certaines parties de cette histoire, que ce soit par le biais d’expériences en laboratoire ou d’expériences sur le terrain à grande échelle. Maintenant, nous pouvons mieux relier les points entre ce qui sort de l’océan et comment ces particules qui encouragent la formation de nuages ​​se forment. »

Avec des collaborateurs de 13 autres institutions, Gordon Novak, étudiant diplômé de l’Université du Wisconsin-Madison, a mis l’analyse publiée le 11 octobre 2021 dans Actes de l’Académie nationale des sciences.

Il y a quelques années, ce groupe de collaborateurs, dirigé par Patrick Ferris 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’a pas été reconnue auparavant. Pour la nouvelle étude, l’équipe a utilisé NasaUn avion chargé d’instruments exclusifs pour prendre des mesures détaillées de ces produits chimiques au-dessus de l’océan dans les 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 des instruments chimiques très précis ont été mis en place qui permettent à l’équipe de mesurer, à de très faibles concentrations, les deux molécules libérées dans l’atmosphère et tous les intermédiaires chimiques », dit-il. Bertram.

L’équipe a découvert à partir des données de vol que HPMTF se dissout facilement dans les gouttelettes d’eau des nuages ​​existants, éliminant définitivement ce soufre du processus de nucléation du nuage. Dans les zones sans nuages, il reste plus de HPMTF pour devenir de l’acide sulfurique et aider à former de nouveaux nuages.

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Animé par des collaborateurs Université d’État de FlorideL’équipe a pris en compte ces nouvelles mesures dans un grand modèle global de chimie atmosphérique 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 rejet de plancton marin sulfureux tel que le DMS peut aider à former des nuages ​​nucléaires.

“La 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’effet sur la luminosité des nuages ​​et d’autres propriétés devra être exploré à l’avenir”, explique Bertram.

Jusqu’à récemment, les chercheurs ignoraient largement 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 de la couche nuageuse. Mais la nouvelle étude montre la puissance des bons outils 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 produits d’oxydation du sulfure de diméthyle limite la production de nucléation de SO et de condensation des nuages ​​dans l’atmosphère marine » Gordon A. Novak, Charles H. Fett, Christopher D. Holmes, Patrick R. Ferris, J. Andrew Newman, Ian Valona, ​​​​Joël A. Thornton, Glenn M. Wolf, Michael B. Vermeuil, Christopher M. Jernigan, Jeff Peschel, Thomas B. Kanako Sekimoto, T. Bullboy, Jonathan Dean Day, Glenn S. Diskin, Joshua B. Deganji, 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, Bernadette Wenzierl, Donald R. Blake et Timothy H. Bertram, 11 octobre 2021, Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2110472118

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Ce travail a été soutenu en partie par la National Science Foundation (subvention GEO AGS 1822420 et CHE 1801971), la NASA (subvention 80NSSC19K1368 et NNX16AI57G) et le ministère de l’Agriculture des États-Unis (subvention CA-D-LAW-2481-H).

Jacinthe Poulin

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