Une nouvelle étude menée par des chercheurs de Penn State révèle que des boucles de rétroaction complexes, impliquant des ouvertures dans la glace de mer et des émissions de champs pétroliers, accélèrent le réchauffement de l'Arctique. Ces interactions chimiques modifient l'atmosphère de manière significative, contribuant à une fonte rapide de la glace et à une amplification des températures polaires.
Points Clés
- Les ouvertures dans la glace de mer (leads) influencent fortement la chimie atmosphérique et la formation de nuages.
- Les émissions des champs pétroliers modifient la composition atmosphérique régionale de l'Arctique.
- Ces deux phénomènes créent des boucles de rétroaction qui intensifient la fonte de la glace et le réchauffement.
- Des niveaux de pollution comparables à ceux des grandes villes sont observés dans certaines zones de l'Arctique.
Impact des Ouvertures dans la Glace de Mer
Les chercheurs ont découvert que les « leads », ces fissures dans la glace de mer qui exposent l'eau de l'océan, jouent un rôle crucial. Elles provoquent des panaches convectifs intenses et la formation de nuages. Ces ouvertures, dont la largeur varie de quelques mètres à plusieurs kilomètres, projettent des molécules potentiellement nocives, des polluants en aérosol et de la vapeur d'eau à des centaines de mètres dans l'atmosphère.
Ces éléments contribuent directement au réchauffement climatique. Le processus accélère la perte de glace de mer. Il force davantage de convection et de formation de nuages, augmentant ainsi le transfert d'humidité et de chaleur. Cela conduit à la formation de toujours plus de leads, créant une boucle de rétroaction négative pour l'environnement.
Fait Marquant
Entre février et avril 2022, la campagne CHACHA a utilisé deux avions instrumentés et des mesures au sol pour analyser les processus chimiques dans l'Arctique, notamment près du plus grand champ pétrolier d'Amérique du Nord.
Influence des Émissions de Champs Pétroliers
L'étude met également en évidence l'impact des émissions provenant des champs pétroliers. Les panaches de gaz issus des zones d'extraction réagissent dans la basse atmosphère. Cela acidifie la masse d'air et produit des substances nocives et du smog. Ces réactions chimiques, en particulier celles impliquant les halogènes, créent des radicaux libres. Ceux-ci se transforment ensuite en substances plus stables capables de parcourir de longues distances.
Ces substances contribuent aux changements environnementaux régionaux. Elles peuvent avoir des effets durables sur la qualité de l'air et les écosystèmes arctiques. L'Arctique, souvent perçu comme une région immaculée, subit désormais une pollution atmosphérique mesurable et significative.
« Cette campagne de terrain représente une opportunité sans précédent d'explorer les changements chimiques dans la couche limite atmosphérique et de comprendre comment l'influence humaine altère le climat dans cette région importante. »
Jose D. Fuentes, professeur de météorologie à Penn State.
Boucles de Rétroaction sur Terre et en Mer
Boucles en Milieu Marin
Les leads ne sont pas les seuls éléments en jeu. Le mouvement de l'air arctique extrêmement froid et sec au-dessus de l'eau libre relativement plus chaude des leads entraîne une évaporation intense. Cette évaporation sature l'air juste au-dessus de la surface. Lorsque cet air chaud et humide se mélange à l'air glacial sus-jacent, la vapeur d'eau se condense en minuscules gouttelettes. Elles s'élèvent sous forme de panaches tourbillonnants, semblables à de la vapeur, connus sous le nom de « fumée de mer ».
Ce phénomène n'est pas seulement visuel. Il transporte également de la chaleur et de l'humidité. Cela contribue directement à la formation de plus de leads et à la fonte de la glace. C'est un cycle auto-entretenu qui amplifie le réchauffement.
Boucles en Milieu Terrestre
Sur terre, les chercheurs ont identifié une autre boucle de rétroaction. Des produits chimiques présents dans les couches de neige saline le long de la côte réagissent avec les émissions des champs pétroliers. Ils ont observé une production de brome le long de ces couches de neige saline, un phénomène unique aux régions polaires. Ces molécules de brome appauvrissent rapidement l'ozone dans la couche limite, créant une nouvelle boucle de rétroaction.
Cet appauvrissement de l'ozone permet à davantage de rayons du soleil d'atteindre la surface. Cela réchauffe les couches de neige et libère encore plus de brome. C'est un mécanisme complexe où les activités humaines et les processus naturels se combinent pour accélérer le changement climatique.
Contexte de l'Étude CHACHA
Le travail s'inscrit dans le cadre du projet multi-institutionnel CHACHA (Chemistry in the Arctic: Clouds, Halogens, and Aerosols). Ce projet examine les changements chimiques qui se produisent lorsque l'air de surface est aspiré dans la basse atmosphère, entraînant des interactions entre les particules d'eau, les nuages bas et la pollution.
La campagne s'est déroulée à Utqiaġvik, en Alaska, entre le 21 février et le 16 avril 2022. Cette période suit le lever du soleil polaire, lorsque l'augmentation des rayons UV intensifie les changements chimiques à la surface et dans la basse atmosphère.
Conséquences de la Pollution en Arctique
Les chercheurs du projet CHACHA étudient désormais comment ces réactions affectent l'environnement arctique plus large. Ils s'intéressent notamment à la formation de panaches de smog. Malgré leur apparition dans une région par ailleurs considérée comme vierge, ces panaches atteignent des niveaux de pollution comparables à ceux des grandes zones urbaines comme Los Angeles.
Les niveaux de dioxyde d'azote, par exemple, ont atteint environ 60 à 70 parties par milliard. Ce sont des niveaux associés aux gaz nocifs responsables du smog urbain. Cela souligne l'ampleur inattendue de la pollution dans cette région éloignée.
Les prochaines étapes de la recherche consistent à créer des ensembles de données. Ces données serviront aux modélisateurs numériques. Ils pourront ainsi mieux comprendre comment le climat mondial pourrait évoluer en raison de ces facteurs localisés dans l'Arctique. L'objectif est d'affiner les prévisions climatiques et d'élaborer des stratégies d'atténuation plus efficaces.
Les interactions entre les aérosols de sel marin, les nuages de surface, les émissions des champs pétroliers et la chimie multiphasique des halogènes sont désormais mieux comprises. Ces découvertes sont essentielles pour anticiper les futurs changements climatiques et leurs impacts sur notre planète.
