Utilisation de l’air vierge de l’océan Austral pour estimer la pollution préindustrielle

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Cette photo de la glace antarctique ressemble à une peinture abstraite en noir et blanc.
Agrandir / De longues lignes appelées «rues nuageuses» se forment au bord de la banquise antarctique.

L’une des complications scientifiques les moins connues qui complique l’évaluation du changement climatique causé par l’homme est qu’il ne s’agit pas uniquement de gaz à effet de serre. Les émissions d’aérosols – de minuscules particules atmosphériques provenant de diverses sources qui renvoient la lumière du soleil dans l’espace, par exemple – ont agi pour compenser une partie du réchauffement causé par l’homme. Et contrairement aux gaz à effet de serre à longue durée de vie, les aérosols sont évacués de l’atmosphère assez rapidement et ne laissent aucune trace historique. Cela rend difficile la reconstitution des niveaux d’aérosols avant la révolution industrielle.

Pour améliorer et recouper les estimations des niveaux d’aérosols passés, les chercheurs ont fait preuve de créativité. Une nouvelle étude menée par Isabel McCoy à l’Université de Washington utilise le fait que le ciel autour de l’Antarctique est proche de exempt de pollution par aérosols d’origine humaine pour définir une nouvelle base de référence préindustrielle.

Les aérosols ont une influence rafraîchissante à la fois par des effets directs (diffusion de la lumière du soleil) et indirects (modification des nuages). Dans ce cas, les chercheurs se penchent sur ce dernier en utilisant des données de nuages ​​satellitaires. Plus précisément, ils calculent le nombre de gouttelettes de nuage par centimètre cube en fonction des mesures de la taille des gouttelettes et de l’épaisseur des nuages. Les aérosols pouvant agir comme des noyaux de condensation autour desquels se forment des gouttelettes, ils ont tendance à conduire à des niveaux plus élevés de gouttelettes plus petites.

Alors que la pollution par aérosols due à la combustion du charbon et à d’autres activités de combustion a tendance à être présente dans tout l’hémisphère nord, l’isolement atmosphérique de l’Antarctique maintient ces aérosols à distance. En utilisant l’Antarctique comme indicateur des niveaux d’aérosols préindustriels, les chercheurs appliquent les données satellitaires à un certain nombre de modèles climatiques. Premièrement, ils comparent la mesure dans laquelle les modèles correspondent aux concentrations de gouttelettes de nuages ​​modernes dans le monde, puis ils calculent l’impact de la pollution par aérosols au fil du temps.

Il y a quelques régions où les simulations de modèles modernes ne correspondent pas très bien aux données satellitaires. Les modèles surestiment généralement les concentrations de gouttelettes dans l’hémisphère nord de latitude moyenne et sous-estiment les concentrations de gouttelettes estivales dans l’Antarctique. Alors que les modèles ne montrent qu’une augmentation modeste en été, les données satellitaires ont révélé que les concentrations de gouttelettes de l’Antarctique atteignent en fait des concentrations aussi élevées que l’hémisphère nord pollué – un résultat qui fait sourciller.

Simulations de modèles actuels (rouge) et préindustriels (bleu) de la concentration de gouttelettes de nuages ​​par rapport aux données satellitaires (noir).  Saison d'hiver à gauche, été à droite.

Simulations de modèles actuels (rouge) et préindustriels (bleu) de la concentration de gouttelettes de nuages ​​par rapport aux données satellitaires (noir). Saison d’hiver à gauche, été à droite.

Comment cela pourrait-il être dans cet environnement «vierge», demandez-vous? Ce n’est probablement pas une centrale électrique au charbon camouflée ou toute autre source humaine d’aérosols. Les aérosols se produisent naturellement, et une source importante est le phytoplancton et les bactéries dans l’océan. Ils produisent du sulfure de diméthyle, l’une des sources de l’odeur distincte de l’eau de mer ainsi qu’un composé qui conduit à la formation de minuscules aérosols contenant du soufre.

D’énormes proliférations de phytoplancton se produisent autour de l’Antarctique lorsque la glace de mer se rétrécit en été et que la vie profite des eaux riches en nutriments. Et cela produit beaucoup d’aérosols pour que les gouttelettes de nuages ​​se forment autour.

Ce qui est le plus intéressant à ce sujet, c’est ce que cela implique à propos de nos estimations de l’influence de refroidissement de la pollution par aérosols. Si les modèles surestiment essentiellement l’effet des aérosols d’origine humaine sur les nuages ​​et sous-estiment l’effet des aérosols naturels, alors l’effet calculé de la pollution par les aérosols humains sera trop important. Lorsque les chercheurs calculent la force de cet effet d’aérosol-nuage depuis 1850, ils obtiennent une réduction de 0,6 à 1,2 watts d’énergie dans le système climatique de la Terre par mètre carré. (Cela compense une partie de l’énergie ajoutée par les gaz à effet de serre.)

L’impact des aérosols a été étudié à l’aide de plusieurs éléments de preuve au-delà des seuls modèles, et la valeur nouvellement calculée soutient le meilleure estimation actuelle dérivé en utilisant l’ensemble des preuves, bien qu’il s’agisse d’une fourchette légèrement plus étroite. Les conclusions de l’étude concernent donc davantage les modèles climatiques, qui, selon les chercheurs, pourraient utiliser ces informations pour travailler à l’amélioration de la connexion nuage-aérosol des modèles. Mais c’est aussi un exemple fascinant d’accès au passé en étudiant un endroit sur Terre où la révolution industrielle n’a pas – d’une manière très spécifique du moins – eu beaucoup d’effet.

PNAS, 2020. DOI: 10.1073 / pnas.1922502117 (À propos des DOI).

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