Une révélation sur les arbres perturbe les calculs climatiques

[duJambon]

Les scientifiques en apprennent davantage sur les vapeurs « sesquiterpènes » produites par les arbres. (essayez de le placer celui-là)

Le soleil du petit matin brille à travers le brouillard matinal sur la campagne de Chongqing, en Chine, le 14 septembre 2023.

Chaque année entre septembre et décembre, Lubna Dada fait des nuages. Dada, une scientifique atmosphérique, se réunit avec des dizaines de ses collègues pour mener des expériences dans une chambre en acier inoxydable de 7 000 gallons au CERN en Suisse. «C’est comme un camp scientifique», explique Dada, qui étudie la façon dont les émissions naturelles réagissent avec l’ozone pour créer des aérosols qui affectent le climat.

Les nuages ​​constituent la plus grande source d’ incertitude dans les prévisions climatiques. Selon l’endroit, la couverture nuageuse peut refléter la lumière du soleil loin de la terre et de l’océan, qui autrement absorberaient sa chaleur – un avantage rare dans un monde en réchauffement. Mais les nuages ​​peuvent également emprisonner la chaleur au-dessus des glaces de l’Arctique et de l’Antarctique . Les scientifiques veulent en savoir plus sur les causes de la formation des nuages ​​et si cet effet est un refroidissement ou un réchauffement. Et surtout, dit Dada, « nous voulons savoir comment nous, les humains, avons modifié les nuages ​​».

Dans le ciel, les particules d’aérosol attirent la vapeur d’eau ou la glace. Lorsque les minuscules boules humides deviennent suffisamment grosses, elles deviennent des graines pour les nuages . La moitié de la couverture nuageuse de la Terre se forme autour de substances comme le sable, le sel, la suie, la fumée et la poussière. L’autre moitié se nuclée autour des vapeurs libérées par des êtres vivants ou des machines, comme le dioxyde de soufre provenant de la combustion de combustibles fossiles .

Au CERN, les scientifiques reproduisent ce processus en injectant dans la chambre en acier des vapeurs représentant des environnements spécifiques. (Cela s’appelle la chambre CLOUD, pour Cosmics Leaving Outdoor Droplets.) Par exemple, ils peuvent imiter les gaz trouvés au-dessus des villes. Mais Dada, qui travaille habituellement à l’Institut Paul Scherrer en Suisse, s’est rendu au CERN pour se pencher sur le passé. Son équipe de scientifiques du monde entier souhaitait recréer l’air au-dessus des forêts, car une atmosphère « vierge » suggère à quoi ressemblait la formation des nuages ​​avant l’industrialisation. « Nous avons besoin de cette comparaison avec l’époque où il n’y avait pas d’émissions humaines », dit-elle, « afin de pouvoir corriger nos modèles climatiques ».

Dans un article publié ce mois-ci dans Science Advances, l’équipe de Dada établit un nouveau poids lourd dans la création de nuages : une sorte de produit chimique libéré par les arbres. Les arbres émettent des substances volatiles naturelles comme l’isoprène et les monoterpènes, qui peuvent déclencher formant des nuages des réactions chimiques . Les nouveaux travaux de Dada se concentrent sur une classe négligée de substances volatiles moins abondantes appelées sesquiterpènes, qui ont une odeur boisée, terreuse, citronnée ou épicée, selon la molécule et le type de plante ou de microbe qui les émet.

L’équipe montre que les sesquiterpènes sont plus efficaces que prévu pour l’ensemencement des nuages. Un simple rapport de 1 à 50 entre le sesquiterpène et les autres substances volatiles a doublé la formation de nuages.

Le rôle des arbres dans l’ensemencement des nuages ​​est important, car il suggère à quoi pourrait ressembler le ciel au-dessus de certaines régions si les gouvernements parvenaient à réduire les émissions de soufre. Dans un monde moins pollué, les plantes et les arbres deviendront des moteurs plus importants de la formation des nuages, un écho du monde prémoderne.

Ces recherches pourraient permettre d’affiner les estimations de l’atmosphère avant l’industrialisation. Peut-être avons-nous sous-estimé la population mondiale d’aérosols en négligeant une grande partie de ceux qui proviennent des arbres. Si tel est le cas, les modèles climatiques devront être réorganisés.

“La formation de nouvelles particules est un sujet très brûlant en ce moment”, déclare Paquita Zuidema, une spécialiste de l’atmosphère à l’Université de Miami qui n’a pas participé à l’étude. « Nous réalisons de plus en plus que nous ne savons pas exactement à quoi ressemble une atmosphère vierge. »

Alors que les émissions anthropiques dominent la formation des nuages ​​dans les zones peuplées, les substances volatiles végétales dominent ailleurs sur des terres plus vierges. Les outils de laboratoire ne sont devenus suffisamment sensibles que récemment pour comprendre lesquels contribuent le plus.

De nombreuses découvertes sur les sesquiterpènes sont relativement récentes. En 2010, des chercheurs les ont détectés près du sol forestier amazonien. Plus haut dans la canopée, les sesquiterpènes étaient plus difficiles à suivre. Cela suggérait que l’ozone transformait les sesquiterpènes en aérosols ensemençant les nuages. Dada a signalé un système similaire dans les forêts et tourbières finlandaises l’année dernière. « Nous en voyons de plus en plus parce que nos instruments sont désormais bien meilleurs », dit-elle. “Ils ne sont pas seulement en Amazonie.”

Lorsque Dada et ses collègues ont commencé la nouvelle étude, ils avaient pour objectif de tester la capacité des sesquiterpènes à créer des nuages ​​en imitant l’air d’une forêt qui n’a pas été corrompue par les émissions anthropiques. Ils ont commencé avec une base de référence : mesurer ce qui se passe après l’ionisation d’un mélange atmosphérique des substances volatiles « biogéniques » les plus courantes : l’isoprène et l’α-pinène, un monoterpène. Cette combinaison a semé des nuages, comme prévu. Ensuite, l’équipe a fait de même et a mélangé un sesquiterpène appelé β-caryophyllène. Il provient de pins et d’agrumes et sent le poivre concassé.

Dada a émis l’hypothèse que le β-caryophyllène devrait réagir chimiquement, formant des aérosols et éventuellement un nuage. Elle et son équipe se trouvaient dans la salle de contrôle et surveillaient 15 écrans affichant des lectures en temps réel de données telles que la taille et les concentrations des aérosols. Ils sauraient qu’elle avait raison si un graphique de la taille des particules sur l’un des écrans changeait de couleur. Il grandissait et passait du bleu au jaune banane à mesure que les graines de nuages ​​devenaient plus nombreuses.

Lors du premier passage, le graphique est devenu jaune. Dada avait raison. (“Nous criions tous ‘Banane ! Banane ! Banane !’”, se souvient-elle.) L’ajout de seulement 2 % en volume de β-caryophyllène au mélange a doublé la formation de nuages ​​et a accéléré la croissance des particules . Il s’agissait de la première expérience démontrant comment les sesquiterpènes sèment les nuages. Dada dit que cela a montré que même si ces composés ne représentent qu’une fraction des composés exhalés par les arbres, « la contribution est énorme ».

“Un peu de sesquiterpène ajouté a un effet très important”, explique Jiwen Fan, un scientifique atmosphérique du Argonne National Lab non impliqué dans l’étude. Même lorsque les sesquiterpènes créent des aérosols « ultrafins » qui ne sont pas assez gros pour former des nuages, ils peuvent quand même affecter les conditions météorologiques. En 2018, Fan a montré que lorsque d’énormes nuages ​​de pluie « ingèrent » des aérosols ultrafins, ils forment de nouvelles gouttelettes qui revigorent les orages .

Pour Fan, les nouvelles données suggèrent que les sesquiterpènes pourraient aider à mieux prendre en compte le flux mondial d’aérosols. Les aérosols font que les nuages ​​détournent davantage de chaleur de la Terre – un effet connu sous le nom de « forçage radiatif ». (C’est l’idée derrière les complots visant à géo-ingénierier l’atmosphère avec des aérosols : semer artificiellement des nuages ​​​​qui peuvent refroidir le sol.) Plus d’aérosols signifie plus de nuages ​​réfléchissants qui semblent plus blancs, durent plus longtemps et pleuvent moins.

Mais les scientifiques ont du mal à simuler exactement combien d’aérosols doivent être pris en compte dans les modèles. «C’est un problème de longue date», dit Fan. « De nombreux modèles climatiques surestiment le forçage anthropique des aérosols. » C’est peut-être parce qu’ils sous-estiment la prévalence des aérosols naturels – provenant des microbes, des plantes et des arbres – avant la révolution industrielle. “Peut-être que ce que nous utilisons comme point de référence n’est peut-être pas aussi faible en aérosol que nous le pensions”, convient Zuidema.

En quantifiant la manière dont les arbres forment les nuages, les scientifiques pourraient mieux prédire l’avenir et le passé du climat. Les émissions industrielles réduisent une partie du réchauffement grâce au forçage radiatif, car les aérosols de soufre peuvent créer des nuages ​​réfléchissants. Mais si les aérosols biogéniques étaient plus abondants que prévu avant l’industrialisation, alors les contributions de l’industrie importent moins.

Il est difficile de prédire ce que ce nouveau calcul nous apprendra sur le réchauffement climatique, car un climat dynamique comporte de nombreux éléments en mouvement. Par exemple, le stress thermique, les conditions météorologiques extrêmes et les sécheresses amènent les plantes à libérer davantage de substances volatiles biogènes , ce qui génère davantage de nuages. La déforestation et le stress thermique poussent les limites forestières à migrer vers des altitudes et des latitudes plus élevées. Cela affecte l’endroit où se forment les nuages.

«C’est une boucle de rétroaction», explique Dada. “Le climat affecte la formation des nuages, et les nuages ​​affectent le climat.”

De meilleurs modèles climatiques aideront les scientifiques à prédire les meilleures mesures d’atténuation : « Si nous avons besoin de plus de nuages, si nous avons besoin de moins de nuages ​​», dit Dada. Le problème, cependant, c’est que les modèles climatiques sont incroyablement exigeants en termes de calcul. Il n’est peut-être pas facile d’incorporer la physique de quelque chose d’aussi petit que ces aérosols d’arbres.

Dada est de retour au CERN cet automne pour d’autres tests. Son équipe souhaite maintenant voir comment les émissions anthropiques, comme le dioxyde de soufre, affectent la capacité des plantes à ensemencer les nuages. Ils pourraient se ralentir ou s’accélérer. Leur objectif est d’élargir leurs conclusions à des régions qui ne sont pas aussi vierges qu’une forêt, où de nombreux types d’émissions se mélangent. « Nous essayons d’ajouter des facteurs anthropiques, pour avoir une vision plus réaliste de presque partout dans le monde », dit-elle.

Cette histoire a été initialement publiée sur wired.com .

Source: https://arstechnica.com/science/2023/09/this-cloud-particle-is-making-climate-calculations-hazy/