Une étude menée par l’université de Dartmouth sur des carottes de glace d’Alaska et du Groenland a révélé que la pollution atmosphérique due à la combustion de combustibles fossiles atteint l’Arctique en quantités suffisamment importantes pour altérer la chimie fondamentale de l’atmosphère. Ces résultats illustrent la portée considérable des émissions de combustibles fossiles et confirment l’importance des règles de qualité de l’air, qui, selon l’équipe, peuvent inverser cet effet.
Selon une étude, l’impact de la pollution sur l’Arctique a commencé dès l’apparition de l’utilisation généralisée des combustibles fossiles à l’ère industrielle. rapport dans Géosciences de la nature. Les chercheurs ont détecté cette empreinte dans un endroit inattendu : ils ont mesuré le déclin d’un sous-produit atmosphérique de l’activité du phytoplancton marin connu sous le nom d’acide méthanesulfonique, ou MSA, capturé dans les carottes de glace lorsque la pollution de l’air a commencé à augmenter.
Le phytoplancton est une espèce clé dans les réseaux trophiques océaniques et les cycles du carbone sont considérés comme un indicateur de la réponse de l’océan au changement climatique. Le MSA a été utilisé par les scientifiques comme indicateur de la productivité réduite du phytoplancton et, par conséquent, d’un écosystème océanique en détresse.
Mais l’équipe dirigée par Dartmouth rapporte que le MSA chute également dans les environnements riches en émissions générées par la combustion de combustibles fossiles, même si les effectifs de phytoplancton sont stables. Leurs modèles ont montré que ces émissions provoquent la transformation de la molécule initiale produite par le phytoplancton, le sulfure de diméthyle, en sulfate au lieu de MSA, ce qui conduit à une baisse trompeuse des niveaux de MSA.
Les chercheurs ont constaté une chute vertigineuse de l’AMS qui a coïncidé avec le début de l’industrialisation. Lorsque l’Europe et l’Amérique du Nord ont commencé à brûler de grandes quantités de combustibles fossiles au milieu des années 1800, l’AMS a commencé à chuter dans les carottes de glace du Groenland. Puis, près d’un siècle plus tard, le même biomarqueur a chuté dans les carottes de glace d’Alaska à l’époque où l’Asie de l’Est a connu une industrialisation à grande échelle.
« Notre étude est un exemple frappant de la façon dont la pollution atmosphérique peut altérer considérablement la chimie atmosphérique à des milliers de kilomètres de distance. La pollution émise en Asie ou en Europe n’y était pas contenue », explique Jacob Chalif, premier auteur de l’étude et étudiant diplômé dans le laboratoire de l’auteur principal Erich Osterberg, professeur associé de sciences de la terre à Dartmouth.
« En libérant toute cette pollution dans le monde, nous modifions fondamentalement les processus atmosphériques », explique Chalif. « Le fait que ces zones reculées de l’Arctique soient marquées par des traces indéniables de l’activité humaine montre qu’il n’existe littéralement aucun recoin de cette planète que nous n’ayons pas touché. »
La nouvelle étude résout un mystère marin de longue date entourant l’importance de l’AMS, déclare Osterberg, qui a dirigé l’extraction d’une carotte de glace de 700 pieds du parc national et réserve de Denali que les chercheurs ont utilisée dans leur analyse. a récupéré le noyau en 2013 avec les co-auteurs de l’étude et professeurs Cameron Wake de l’Université de Nouvelle-Angleterre, et Karl Kreutz et l’ancien élève de Dartmouth Dominic Winski ’09 – qui a également obtenu son doctorat de Dartmouth en 2018 – à l’Université du Maine.
Le noyau du Denali contient un millénaire de données climatiques sous forme de bulles de gaz, de particules et de composés piégés dans la glace, y compris l’AMS, qui est une cible courante dans l’analyse des carottes de glace. Pendant des siècles, l’AMS dans le noyau du Denali a subi des fluctuations mineures, « jusqu’au milieu du 20e siècle où il s’est effondré », explique Osterberg.
Les chercheurs du laboratoire ICE d’Osterberg, initialement dirigés par le co-auteur de l’étude et ancien élève de Dartmouth, David Polashenski ’17, ont commencé à enquêter sur ce que la chute précipitée des niveaux d’AMS indiquait sur le Pacifique Nord. Osterberg et la co-auteure de l’étude Bess Koffman, professeure au Colby College et chercheuse postdoctorale à Dartmouth, ont ensuite testé de nombreuses théories pour expliquer le déclin de l’AMS de Denali.
Comme dans l’étude sur le Groenland, ils ont d’abord cherché à savoir si la chute de la MSA était la preuve d’une chute de la productivité marine, « mais rien ne collait », explique Osterberg. « C’était un mystère. »
Chalif a repris le projet à peu près au même moment où Ursula Jongebloed ’18, co-auteure de l’étude et ancienne élève de Dartmouth, aujourd’hui étudiante diplômée à l’Université de Washington, réévaluait une étude de 2019 sur les carottes de glace du Groenland, rapportant que l’AMS y avait subi une baisse constante à partir des années 1800. Cette étude a lié le déclin à un effondrement des populations de phytoplancton dans l’Atlantique subarctique en raison d’un ralentissement des courants océaniques.
Mais les travaux de Jongebloed ont conduit à une étude publiée l’année dernière, qui indique que le déclin de l’AMS observé dans les carottes de glace du Groenland n’est pas dû à l’effondrement de l’écosystème marin. Il pourrait plutôt être causé par la pollution qui empêche la formation de l’AMS en premier lieu.
Chalif et Jongebloed se sont rencontrés lors d’une conférence en Suisse en 2022 et ont discuté des enregistrements MSA du Groenland et de Denali.
« Nous avons repensé toutes nos hypothèses », explique Chalif. « Nous savions que le déclin de l’AMS à Denali n’était pas dû à la productivité marine, nous savions donc qu’un changement dans la chimie atmosphérique devait être en cause. »
Ils ont discuté des effets possibles de la pollution aux nitrates, qui sont généralement émis par la combustion de combustibles fossiles. Chalif a commencé à étudier l’impact des nitrates sur l’AMS le soir même.
« Presque chaque année, lorsque l’AMS diminue à Denali, les nitrates montent en flèche. Une situation très similaire s’est produite au Groenland », explique Chalif. « À Denali, l’AMS est restée relativement stable pendant 500 ans, sans tendance notable. Puis, en 1962, elle a chuté. Le nitrate a connu la même situation, mais dans la direction opposée : il est resté pratiquement stable pendant des siècles, puis il a augmenté. Lorsque j’ai vu cela, j’ai eu un éclair de génie. »
Leurs résultats ont montré que la pollution atmosphérique issue de la combustion de combustibles fossiles se disperse dans les océans Atlantique et Pacifique et inhibe la production d’AMS dans l’Arctique. En plus d’exclure un effondrement généralisé de l’écosystème marin, ces résultats ouvrent une nouvelle voie à l’utilisation des niveaux d’AMS pour mesurer la pollution dans l’atmosphère, en particulier dans les régions sans sources d’émissions évidentes, rapportent les chercheurs.
« L’effondrement de l’écosystème marin ne pouvait tout simplement pas expliquer le déclin de l’AMS, et ces jeunes scientifiques ont compris ce qui se passait réellement », explique Osterberg.
« Pour moi, c’est une nouvelle façon de comprendre comment la pollution affecte notre atmosphère », dit-il. « La bonne nouvelle, c’est que nous ne constatons pas l’effondrement des écosystèmes marins auquel nous nous attendions. La mauvaise nouvelle, c’est que c’est la pollution de l’air qui en est la cause. »
Mais les données du noyau du Groenland montrent que l’atmosphère locale a commencé à se stabiliser lorsque la pollution atmosphérique européenne et américaine a été mieux réglementée, explique Osterberg. L’AMS a rebondi dans les années 1990 lorsque les niveaux de pollution à l’azote ont chuté. Cela s’explique par le fait que les oxydes d’azote, le type de pollution qui affecte l’AMS, se dissipent en quelques jours, contrairement au dioxyde de carbone qui persiste dans l’atmosphère pendant des siècles.
« Ces données montrent le pouvoir des réglementations pour réduire la pollution de l’air, et leur effet immédiat dès que l’on ferme le robinet », explique Osterberg. « Je m’inquiète de voir les jeunes se résigner à une crise environnementale, car tout ce que nous entendons, ce sont des mauvaises nouvelles. Je pense qu’il est important de reconnaître les bonnes nouvelles quand nous en recevons. Ici, nous voyons que les réglementations peuvent fonctionner. »
Plus d’informations :
Jacob I. Chalif et al., La pollution entraîne un déclin multidécennal de l’acide méthanesulfonique subarctique, Géosciences de la nature (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01543-w