Suivre le deutérium dans les gouttes de pluie, une molécule à la fois

Une nouvelle recherche menée par l’Université du Massachusetts à Amherst affine notre compréhension des traces chimiques qui agissent comme l’empreinte digitale de la pluie. L’ouvrage, paru récemment dans Cycles biogéochimiques mondiauxest crucial pour comprendre le cycle de l’eau de la Terre, d’autant plus qu’il subit des changements rapides en raison du réchauffement climatique, de la déforestation et d’autres catastrophes environnementales.

Vous savez sans doute que l’eau (H2O) est composée de deux molécules d’hydrogène et une d’oxygène. Ce que vous ne savez peut-être pas, c’est qu’il existe différentes variétés d’hydrogène et d’oxygène. L’hydrogène « normal », par exemple, a un noyau avec un seul proton, mais il existe une autre version : « l’hydrogène lourd », ou deutérium, qui a à la fois un proton et un neutron dans son noyau. Ce deutérium est comparativement plus rare, et il peut être utilisé à la fois pour suivre les quantités de précipitations au fil du temps ainsi que pour comprendre l’évaporation et les changements saisonniers du climat. Il en va de même pour l’oxygène, qui a à la fois une version légère commune et une version lourde rare.

« Excès de deutérium », ou lorsque le rapport hydrogène lourd/oxygène lourd augmente, est une empreinte largement utilisée dans la modélisation climatique et hydrologique et pour reconstruire les climats passés afin de comprendre l’histoire d’une goutte de pluie. Mais les processus qui conduisent à l’excès de deutérium ne sont pas entièrement compris.

« Notre article est le premier à examiner les variations saisonnières de l’excès de deutérium dans les précipitations à travers le monde afin de mieux comprendre ce qui affecte ces traceurs chimiques à l’échelle régionale », déclare Matthew Winnick, professeur de géosciences à UMass Amherst et auteur principal de l’article.

Winnick et son équipe, dirigée par Zhengyu Xia, qui a terminé cette étude dans le cadre de ses recherches postdoctorales à l’UMass Amherst et est maintenant membre du corps professoral de l’École des sciences géographiques de la Northeast Normal University, en Chine, ont jeté un nouvel éclairage sur comment et où différents processus se combinent pour influer sur l’excès de deutérium. Par exemple, sous les tropiques, l’excès de deutérium reflète le plus clairement les changements saisonniers d’humidité et l’évaporation des gouttes de pluie lorsqu’elles tombent dans l’air. Aux latitudes moyennes, l’excès de deutérium est principalement lié aux conditions climatiques au-dessus des océans où les nuages ​​se forment pour la première fois, bien que ces signaux océaniques soient modifiés à mesure que les nuages ​​se déplacent vers l’intérieur des terres sur les continents.

« Il existe de multiples processus qui peuvent affecter l’excès de deutérium de la pluie et ceux-ci ont été bien reconnus, mais ont peut-être également intrigué la communauté des chercheurs », explique Xia. « Notre étude a combiné l’analyse des données et une modélisation simple pour démêler ces contrôles complexes à l’échelle mondiale, comblant ainsi un important manque de connaissances. »

« Mon espoir, » dit Winnick, « est que nos découvertes seront utilisées pour mieux suivre toute l’histoire d’une goutte de pluie, depuis le moment où elle s’évapore de l’océan jusqu’au moment où elle tombe sur la terre ferme, ruisselle dans une rivière puis reflue vers l’océan. »