De minuscules fissures dans la banquise arctique, parfois larges de quelques mètres seulement, déclenchent des boucles de rétroaction puissantes entre la chaleur, la pollution et les nuages. Ces phénomènes transforment rapidement le climat de la région et accélèrent la fonte des glaces, selon une étude récente.
Ces découvertes proviennent de la campagne aérienne CHACHA (Chemistry of the Arctic Boundary Layer), menée début 2022. Des chercheurs ont survolé les mers de Beaufort et des Tchouktches en Alaska pendant deux mois. Le Dr Jose D. Fuentes de Penn State a dirigé cette étude, soutenue par la National Science Foundation des États-Unis.
Points Clés
- Les fissures de la banquise arctique libèrent chaleur et humidité dans l'atmosphère.
- Ces ouvertures favorisent la formation de nuages et de brouillard marin.
- Les émissions industrielles des champs pétroliers modifient la chimie atmosphérique locale.
- La perte d'ozone printanière est amplifiée par le soleil et le sel marin.
- Ces processus accélèrent le réchauffement de l'Arctique plus que prévu.
Les Fissures de Glace Créent des Panaches de Chaleur
Les « leads », ces fractures d'eau libre entre les plaques de glace de mer arctique, agissent comme des sources de chaleur et d'humidité au printemps. Lorsque l'air polaire sec passe au-dessus de ces eaux plus chaudes, il capte la chaleur et la vapeur. Ces éléments sont ensuite libérés vers le haut en panaches tourbillonnants.
Ce processus alimente la formation de nuages peu profonds mais très actifs. Le « brouillard marin », une formation semblable à de la brume, s'élève de l'évaporation au-dessus des leads. Selon l'équipe de recherche CHACHA, cette couche de mélange convectif atteint une profondeur de 250 à 850 mètres. Elle génère des courants ascendants et descendants qui modifient l'humidité et transportent des aérosols et des produits chimiques dans l'atmosphère.
Fait Marquant
L'air au-dessus des fissures de glace était en moyenne 10°C plus chaud que l'air au-dessus de la glace environnante, selon les mesures de la campagne. Cette chaleur contribue à ouvrir davantage de fissures, amplifiant le processus.
Des nuages stratiformes se sont formés directement au-dessus et sous le vent de ces leads. Leurs propriétés ont changé avec la distance : la taille et la concentration des gouttelettes de nuage diminuaient en s'éloignant de la fissure, tandis que les particules de glace augmentaient. Les instruments à bord des avions ont enregistré des vents verticaux turbulents atteignant des vitesses de ±3 mètres par seconde. Ces mouvements d'air dynamiques ont non seulement facilité le développement des nuages, mais ont également affecté la façon dont les polluants et les éléments réactifs se déplaçaient dans l'atmosphère.
La Pollution des Champs Pétroliers Modifie la Chimie Atmosphérique
L'Arctique est souvent perçu comme une région isolée et propre. Cependant, les émissions des opérations pétrolières et gazières voisines se sont avérées significatives. Des avions volant près des champs pétroliers de Prudhoe Bay ont enregistré des niveaux de dioxyde d'azote (NO₂) allant jusqu'à 67 parties par milliard. Ces niveaux approchent les limites sanitaires américaines.
Dans une atmosphère déjà riche en halogènes comme le brome, ces émissions ont déclenché des réactions chimiques inattendues. Les données montrent que les émissions de NO₂ ont inhibé une partie de la chimie du brome. Elles ont produit du BrONO₂, un composé qui met fin aux cycles de réaction basés sur le brome. Cela a eu pour effet de supprimer les niveaux de BrO, un indicateur de la chimie active du brome, en particulier dans les zones où les concentrations de NO₂ étaient élevées.
Contexte
La campagne CHACHA a révélé comment les « leads » (fissures de glace ouvertes) et les émissions industrielles s'associent pour modifier la chimie et la physique de la basse atmosphère arctique. Ces changements, invisibles de loin, altèrent la formation des nuages et l'absorption de la lumière solaire. Les données recueillies lors de 57 vols de recherche, combinées à des instruments au sol près d'Utqiaġvik, en Alaska, offrent une image plus précise de la vulnérabilité du système arctique.
La campagne CHACHA a également constaté que les panaches industriels restaient piégés près de la surface dans un air extrêmement stable. Cette stabilité empêchait la dispersion verticale. Dans ces couches, les réactions chimiques impliquant des halogènes et des composés azotés ont donné naissance à de nouveaux radicaux libres et à une brume semblable au smog. Cette brume peut se propager sur des centaines de kilomètres. Le transport à longue distance de ces produits chimiques réactifs signifie que la pollution arctique ne se limite pas aux zones des champs pétroliers, elle dérive avec le vent.
Soleil, Sel Marin et Neige Amplifient la Perte d'Ozone
Avec le retour de la lumière solaire printanière en Arctique après des mois d'obscurité, un autre processus s'est mis en place. Le long des accumulations de neige côtières recouvertes de sel marin, les rayons UV du soleil ont activé les émissions de brome. Ce phénomène est particulièrement marqué lorsqu'il est mélangé à la pollution issue de l'extraction pétrolière.
Cela a entraîné des explosions d'atomes de brome réactifs qui ont décomposé l'ozone dans l'atmosphère proche de la surface. Les moniteurs au sol près d'Utqiaġvik ont enregistré plusieurs événements d'appauvrissement de l'ozone (ODEs). Certains ont duré plusieurs jours, où les niveaux d'ozone ont chuté en dessous de 10 parties par milliard. Quelques cas sont même descendus en dessous de 0,5 ppb.
« Ces processus complexes et étroitement liés, combinant chaleur, dynamique des nuages, émissions industrielles et chimie réactive, accélèrent le réchauffement de l'Arctique plus que les modèles climatiques actuels ne le prédisent. »
Ces zones de faible ozone étaient confinées aux 300 premiers mètres au-dessus du sol. Elles ont modifié l'équilibre des oxydants dans la région. Cet amincissement de la couche d'ozone a permis à davantage de lumière solaire d'atteindre la surface, réchauffant la neige et libérant encore plus de brome. La boucle de rétroaction était auto-renforçante : le réchauffement déclenchait la libération chimique, qui déclenchait une plus grande perte d'ozone, qui déclenchait un réchauffement supplémentaire.
Cette chimie s'est déroulée à la fois sur la banquise couverte de neige et sur la toundra. Cela suggère un impact spatial plus large que ce qui était précédemment compris. L'équipe CHACHA a conclu que ces processus complexes, combinant chaleur, dynamique des nuages, émissions industrielles et chimie réactive, accélèrent le réchauffement de l'Arctique plus que les modèles climatiques actuels ne le prévoient. Les données de la campagne sont maintenant utilisées pour améliorer la précision des modèles pour les projections locales et mondiales.
- Impact sur le climat: Accélération du réchauffement arctique.
- Rôle des fissures: Sources de chaleur et d'humidité.
- Effet de la pollution: Altération de la chimie atmosphérique.
- Perte d'ozone: Amplification par le soleil et le sel.
- Modélisation climatique: Les données CHACHA améliorent la précision des prévisions.
