La capacité d’auto-rougeur de l’atmosphère suivie d’une étude à long terme

L’atmosphère terrestre a renforcé sa capacité à éliminer les polluants atmosphériques, y compris le puissant méthane de gaz réchauffant le climat, selon la recherche publié dans Communications de la nature.

Considéré comme une percée pour la science du climat et la compréhension de la chimie atmosphérique, l’étude de la capacité d’auto-rougeur de l’atmosphère s’est concentrée sur la détermination de la quantité de son conducteur insaisissable, le radical hydroxyle (OH), surnommé le « détergent de l’atmosphère » par Nobel Gagnant du prix Paul Crutzen.

En appliquant une méthode avancée pour analyser deux mesures de longue durée d’échantillons d’air de la Nouvelle-Zélande et de l’Antarctique datant de la fin des années 1980, la recherche de l’Institut national de la recherche de l’eau et de l’atmosphère de la Nouvelle-Zélande a révélé une tendance importante dans le soi de l’atmosphère. -Conceansing Capacité.

La recherche souligne que sans l’augmentation de la capacité de nettoyage de l’hydroxyle, le méthane aurait contribué encore plus au réchauffement climatique.

L’étude à long terme des scientifiques de la NIWA, ainsi que des chercheurs de l’Université Victoria de Wellington, GNS Science, et un collaborateur de Finlande, révèle que la capacité d’auto-rouge de l’atmosphère se renforce dans l’hémisphère sud depuis environ 1997.

L’enquête scientifique de 33 ans s’est concentrée sur l’oxydant le plus fort de l’atmosphère, OH, et a identifié le monoxyde de radiocarbone (14CO) comme un traceur fiable. La forme ultra-rare de monoxyde de carbone est produite lorsque les rayons cosmiques frappent l’atmosphère terrestre, avec son taux de production bien compris, ainsi que son retrait par OH.

OH est très réactif et de très courte durée, explique Sylvia Nichol, scientifique atmosphérique de Niwa. « Oh est un minuscule piégeur chimique. Composé d’un hydrogène et d’un atome d’oxygène, avec un électron non apparié libre, il est formé dans l’atmosphère lorsque la lumière ultraviolette du soleil frappe l’ozone en présence de vapeur d’eau.

« Il réagit avec des gaz traces nocifs, notamment le monoxyde de carbone et le méthane dans la couche la plus basse de l’atmosphère, la troposphère, qui s’étend jusqu’à une hauteur moyenne de 11 km (36 000 pieds) de la surface de la Terre.

« Ce fut une découverte majeure dans les années 1970 que l’OH est produit dans la troposphère par des réactions pour permettre l’oxydation des gaz tels que le monoxyde de carbone, le méthane et l’éthane. Même si la durée de vie de l’OH peut être inférieure à une seconde environ, elle joue Un rôle vital dans le nettoyage de l’atmosphère. « 

Avec l’hydroxyle hautement réactif contrôlant la durée de vie atmosphérique de la plupart des gaz, la présence d’OH est essentielle pour contrôler les concentrations de certains gaz à effet de serre, en particulier le méthane, explique Nichol. « Même si les radicaux hydroxyles apparaissent en petites quantités pendant une courte période, ils éliminent le monoxyde de carbone et près de 90% du méthane dans l’air, il est donc vital pour maintenir la qualité de l’air. »

La nature dynamique de OH, ainsi que ses très faibles concentrations, signifie qu’il est notoirement difficile à observer et à quantifier avec précision, explique le technicien principal de Niwa, Gordon Brailsford, qui a passé des décennies à prélever des échantillons d’air.

« La lumière ultraviolette influence la production d’hydroxyle, donc les niveaux de ce nettoyant atmosphérique ont de très grandes fluctuations sur une base quotidienne et annuelle. Oh ne se forme que pendant les heures de clarté, ce qui signifie qu’elle tombe à presque zéro la nuit et est plus répandue en été. »

Les tentatives passées pour surveiller les tendances de l’OH ont utilisé du chloroforme de méthyle, mais cela a été supprimé dans le protocole de Montréal de 1987 pour protéger la couche d’ozone, ce qui le rend peu pratique, explique Brailsford.

« Les méthodes et modèles traditionnels prédisant l’abondance de l’hydroxyle basé sur le chloroforme de méthyle et d’autres gaz industriels similaires ont également produit des estimations déduites conflictuelles des changements dans les niveaux d’hydroxyle et sa capacité à nettoyer l’atmosphère. Donc, au lieu de cela, nous avons utilisé le monoxyde de radiocarbone produit naturellement (14CO), un traceur dont la production par les rayons cosmiques, nous comprenons beaucoup mieux, nous permettant de déterminer une tendance dans son taux d’élimination par OH sur une longue période. « 

Les enregistrements de deux stations de surveillance de l’hémisphère sud éloigné datant de la fin des années 80 ont donné des données de qualité pour l’analyse, explique Brailsford. «Des mesures régulières et cohérentes s’étendant sur 33 ans sur deux sites fournissent la première preuve d’une augmentation à long terme de l’OH.

«La station de recherche atmosphérique Baring Head à l’extérieur de la capitale venteuse de la Nouvelle-Zélande, Wellington, est reconnue internationalement pour sa surveillance à long terme de l’air pur.

« Quelque 4 000 km (2 500 mi) plus au sud, le laboratoire conjoint de la Nouvelle-Zélande – US Arrival Heights sur l’île Ross de l’Antarctique est loin de la contamination humaine, les échantillons d’air étant prélevés même pendant les cinq mois de chaque année. De loin les enregistrements les plus longs et les plus cohérents au monde pour 14CO en tant que traceur pour les changements de chimie atmosphérique. « 

Le traitement des échantillons nécessite de nombreuses étapes, explique le technicien principal Rowena Moss, qui a consacré plus de 10 000 heures au projet. « De grands échantillons d’air jusqu’à 1 000 litres ont été prélevés dans des cylindres à gaz, puis séchés, comprimés, refroidis pour éliminer le CO2 ambiant et concentrés jusqu’à une quantité microscopique de monoxyde de carbone et ses isotopes.

« Ces procédures sont entreprises afin que des échantillons puissent être envoyés pour la mesure 14CO par spectrométrie de masse accélérateur au laboratoire de dating radiocarbone de GNS Science. Le contrôle de la qualité est essentiel à travers ces différentes étapes pour déterminer la concentration de l’échantillon d’air d’origine 14CO. »

Les échantillons des deux stations d’observation différentes se sont révélés perspicaces sur le rôle d’OH, a déclaré l’auteur principal de la revue Paper, Atmospheric and Climateuse, le Dr Olaf Morgenstern, dont le travail a étendu un modèle de climatisation de chimie développé plus tôt.

« Les données néo-zélandaises depuis 1997 montrent une diminution annuelle annuelle de 12% (± 2%) de 14CO. Les mesures de l’Antarctique montrent une baisse encore plus grande de 43% (± 24%) mais uniquement pendant la période de décembre à janvier, la hauteur de l’hémisphère sud été.

« Ces résultats de la recherche suggèrent que la capacité d’oxydation de l’atmosphère, motivée par l’hydroxyle, s’est renforcée au cours des dernières décennies. Les résultats confirment et soutiennent nos modèles et corroborent avec ceux du monde entier qui suggèrent que l’OH a augmenté à l’échelle mondiale. »

Les chercheurs ont examiné quels processus et composés atmosphériques entraînent des changements dans les niveaux OH, identifiant trois principaux moteurs d’augmentation hydroxyle et un conducteur atténuant l’augmentation de l’OH. «L’augmentation des tendances hydroxyle est entraînée par des oxydes d’azote principalement produits par les véhicules à moteur, la combustion industrielle, la foudre et les incendies de forêt.

« L’hydroxyle est également affecté par l’épuisement de l’ozone stratosphérique, et la vapeur d’eau, qui augmente sous le réchauffement climatique, tandis que OH a un compensation significative en raison du méthane, augmente également rapidement, qui agit pour diminuer l’hydroxyle. La connaissance de ces quatre facteurs nous dit ce qui peut mentir À l’avance pour oh, en particulier que l’augmentation pourrait bien se transformer en une baisse due aux changements dans nos activités. « 

La tendance croissante de l’OH trouvée dans cette étude implique qu’il y a eu une augmentation plus importante des taux d’émission de méthane que ceux estimés en supposant une constante OH, dit-il. « Ou mis différemment, le méthane aurait contribué au réchauffement climatique encore plus sans ce renforcement de la capacité de nettoyage atmosphérique.

« Les quatre facteurs – les oxydes d’azote, l’ozone, le réchauffement climatique et le méthane – présentent des tendances induites par l’homme. L’activité humaine affecte la capacité du système climatique à renforcer son pouvoir oxydant. Système, affectant la capacité de l’hydroxyde pour nettoyer l’atmosphère et maintenir la qualité de l’air. «