Les intrusions d'air stratosphérique dans la troposphère engendrent une prolifération de nouvelles particules !
L'air de la stratosphère descend souvent dans la troposphère en raison des méandres des courants-jets et peut générer une forte concentration de radicaux hydroxyles avec des conséquences importantes.
Nous pouvons considérer notre atmosphère comme un vaste laboratoire chimique, un tourbillon global de molécules et de particules gazeuses qui rebondissent constamment et se modifient mutuellement de manière complexe. Bien que les particules soient très petites, souvent moins de 1 % de l'épaisseur d'un cheveu humain, elles ont un impact énorme. Par exemple, les particules sont à l'origine des gouttelettes de nuages, et leur abondance modifie la réflectivité et la quantité de nuages, la pluie et le temps.
La recherche, publiée dans Science ce mois-ci, a été dirigée par Jian Wang, professeur et directeur du Center for Aerosol Science and Engineering de l'université de Washington. L'équipe de recherche comprend Lu Xu, professeur associé au département de l'énergie, de l'environnement et du génie chimique de la McKelvey School of Engineering de l'université de Washington, ainsi que des scientifiques de la NASA, de la NOAA, de la NCA et d'universités européennes.
Intrusions stratosphériques dans la troposphère et création de nouvelles particules
L'idée conventionnelle était que la plupart des particules se forment dans les régions d'écoulement des nuages, où les nuages flottent dans la haute troposphère et finissent par s'évaporer. Au cours de ce processus, les nuages sont expulsés et la plupart des particules sont emportées par la pluie. Par conséquent, l'air dans les régions d'écoulement est clair et propre, laissant quelques molécules gazeuses qui n'ont rien d'autre à faire que de former de nouvelles particules.
« Toutefois, en utilisant les données recueillies par les mesures aériennes à l'échelle mondiale de la NASA, nous avons constaté que la plupart des nouvelles particules ne se forment pas dans les régions d'écoulement comme on le pensait auparavant », a déclaré M. Wang.
En réfléchissant à cette observation surprenante, Wang et ses collègues ont fini par découvrir un mécanisme complètement différent qui intervient lorsque le mélange de l'air stratosphérique et troposphérique produit des conditions propices à la formation de particules.
Comment les nouvelles particules se forment-elles ?
"Le plus souvent, l'air de la stratosphère plonge dans la troposphère en raison des courants-jets sinueux. À mesure que l'air stratosphérique riche en ozone et l'air troposphérique plus humide se mélangent, une haute concentration de radicaux hydroxyles (OH) se produit, un oxydant important qui aide à produire le type de molécules qui se nucléent et forment de nouvelles particules", a déclaré Jiaoshi Zhang, premier auteur de l'étude et chercheur scientifique dans le laboratoire de Wang.
"Nous avons découvert que ce phénomène est très répandu dans le monde entier et qu'il se produit probablement plus fréquemment que la formation de particules aux sorties des nuages", a-t-il ajouté.
D'autres observations nécessaires
De futures observations sur le terrain et des études de modélisation seront nécessaires pour confirmer et quantifier l'importance de ce mécanisme de formation de particules récemment découvert. Il est évident que l'homme contribue à la formation de ses propres particules sous la forme de pollution atmosphérique, mais M. Wang a déclaré que ce qui a été découvert dans le cadre de cette recherche est un processus naturel qui se produit partout dans le monde, même dans des régions éloignées et vierges.
Certains éléments indiquent également que l'air stratosphérique descendra plus fréquemment dans la troposphère dans le climat futur, de sorte que ce mécanisme pourrait devenir encore plus important, a déclaré M. Wang. La prise en compte de ce processus inconnu jusqu'à présent pourrait améliorer les modèles climatiques et permettre de mieux simuler le changement climatique et de prédire le climat futur.
« Bien que cette observation nous ait d'abord laissés perplexes, une fois que nous l'avons mise bout à bout, elle n'est plus si surprenante », a déclaré M. Wang.
« Il est bien connu que les molécules qui forment de nouvelles particules sont générées par l'oxydation dans l'atmosphère. Lorsque l'air stratosphérique et l'air troposphérique se mélangent, la concentration de OH est très élevée et favorise la formation de particules ».
Référence de l'article :
Jiaoshi Zhang et al, Stratospheric air intrusions promote global-scale new particle formation, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adn2961