L’Arctique perd rapidement de la glace de mer, et moins de glace signifie plus d’eau libre, et plus d’eau libre signifie plus d’émissions de gaz et d’aérosols de l’océan dans l’air, réchauffant l’atmosphère et la rendant plus nuageuse.
Ainsi, lorsque des chercheurs du laboratoire de Kerri Pratt, spécialiste des aérosols à l’Université du Michigan, ont collecté des aérosols de l’atmosphère arctique au cours de l’été 2015, Rachel Kirpes, alors doctorante, a découvert une chose curieuse : les particules de sulfate d’ammonium aérosolisées ne ressemblaient pas à des aérosols liquides typiques.
En collaboration avec son collègue scientifique sur les aérosols Andrew Ault, Kirpes a découvert que les particules de sulfate d’ammonium, qui auraient dû être liquides, étaient en fait solides. Les résultats de l’équipe sont publiés dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.
Les aérosols solides peuvent modifier la formation des nuages dans l’Arctique. Et, à mesure que l’Arctique perd de la glace, les chercheurs s’attendent à voir davantage de ces particules uniques formées à partir des émissions océaniques combinées à l’ammoniac des oiseaux, ce qui aura un impact sur la formation des nuages et le climat. De plus, la compréhension des caractéristiques des aérosols dans l’atmosphère est essentielle pour améliorer la capacité des modèles climatiques à prédire le climat actuel et futur dans l’Arctique et au-delà.
« L’Arctique se réchauffe plus rapidement que partout ailleurs dans le monde. Comme nous avons plus d’émissions d’eau libre dans l’atmosphère, ces types de particules pourraient devenir plus importantes », a déclaré Pratt, professeur agrégé de chimie et de sciences de la terre et de l’environnement. « Ces types d’observations sont si critiques parce que nous avons si peu d’observations pour même évaluer la précision des modèles de l’atmosphère arctique.
« Avec si peu d’observations, vous avez parfois des surprises comme celle-ci lorsque vous effectuez des mesures. Ces particules ne ressemblaient à rien de ce que nous avions jamais vu dans la littérature, dans l’Arctique ou ailleurs dans le monde. »
Les aérosols observés dans l’étude mesuraient jusqu’à 400 nanomètres, soit environ 300 fois plus petit que le diamètre d’un cheveu humain. Ault, professeur agrégé de chimie, dit que les aérosols dans l’Arctique sont généralement supposés être liquides.
Une fois que l’humidité relative de l’atmosphère atteint 80 %, soit environ le niveau d’une journée humide, la particule devient liquide. Lorsque vous séchez l’aérosol, il ne se transforme pas en solide tant que l’humidité relative n’est pas d’environ 35 à 40 %. Parce que l’air au-dessus de l’océan Arctique – ou de n’importe quel océan – est humide, les chercheurs s’attendent à voir des aérosols liquides.
« Mais ce que nous avons vu est un phénomène assez nouveau où une petite particule entre en collision avec nos gouttelettes lorsqu’elle est inférieure à 80% d’humidité, mais supérieure à 40% d’humidité. Essentiellement, cela fournit une surface pour que l’aérosol se solidifie et devienne un solide à un niveau relatif plus élevé. d’humidité que vous ne l’auriez imaginé », a déclaré Ault.
« Ces particules ressemblaient beaucoup plus à une bille qu’à une gouttelette. C’est vraiment important, en particulier dans une région où il n’y a pas eu beaucoup de mesures, car ces particules peuvent éventuellement finir par agir comme des graines de nuages ou provoquer des réactions. . »
De plus, selon les chercheurs, la taille, la composition et la phase des aérosols atmosphériques ont un impact sur le changement climatique par l’absorption d’eau et la formation de nuages.
« C’est notre travail de continuer à aider les modélisateurs à affiner leurs modèles », a déclaré Ault. « Ce n’est pas que les modèles soient erronés, mais ils ont toujours besoin de plus de nouvelles informations à mesure que les événements sur le terrain changent, et ce que nous avons vu était quelque chose de complètement inattendu. »
L’équipe de Pratt a collecté des aérosols en août-septembre 2015 à Utqiaġvik, le point le plus au nord de l’Alaska. Pour ce faire, ils ont utilisé ce qu’on appelle un impacteur à plusieurs étages, un appareil qui comporte plusieurs étages qui collectent les particules en fonction de leur taille. Kirpes a ensuite analysé ces particules dans le laboratoire d’Ault en utilisant des techniques de microscopie et de spectroscopie qui peuvent examiner la composition et la phase des particules de moins de 100 nanomètres.
« Si nous devions remonter plusieurs décennies en arrière lorsqu’il y avait de la glace près du rivage, même en août et septembre, nous n’observerions pas ces particules. Nous observons les conséquences de ce climat déjà en train de changer », a déclaré Pratt. « Nous devons avoir la réalité capturée dans des modèles qui simulent les nuages et l’atmosphère, qui sont essentiels pour comprendre le bilan énergétique de l’atmosphère arctique, pour cet endroit qui change plus rapidement que partout ailleurs. »
Rachel M. Kirpes et al, Particules solides de sulfate d’ammonium à revêtement organique à humidité relative élevée dans l’atmosphère arctique estivale, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2104496119