Une nouvelle loupe isotopique sur la chimie de l'ozone en Arctique

L’ozone est connu pour ses épisodes de disparition brutale dans les hautes couches de l’atmosphère arctique et antarctique (« trou d’ozone » dans la stratosphère) au retour du soleil après la longue nuit polaire, en relation avec les émissions humaines de chlorofluorocarbures. Mais qui a vraiment entendu parler des disparitions d’ozone se produisant dans la basse atmosphère lors du lever de soleil polaire au printemps ? Ces « curiosités » de la chimie atmosphérique des hautes latitudes intriguent les chercheurs, qui mènent des études de terrain depuis plusieurs années afin de comprendre le phénomène. Une équipe internationale impliquant notamment des chercheurs du CNRS vient ainsi de mettre à jour un nouveau marqueur isotopique présent dans le nitrate atmosphérique, marqueur directement relié à cette chimie particulière.

Dans l'Arctique, l'ozone des basses couches de l'atmosphère disparaît souvent subitement au moment du lever de soleil polaire. De teneurs proches de 40 milliardièmes de l’atmosphère [1], l’ozone passe brutalement à des teneurs égales à zéro. Ces “trous d'ozone de surface” impliquent des réactions chimiques complexes et particulières entre l'ozone et des composés chimiques émis par l'océan, via l'interface que constitue la banquise. Ces composés sont constitués notamment de l’élément brome, produit à partir du sel de mer. Lors de ces réactions chimiques, les oxydes d'azote (NOx), autres réactifs importants de la basse atmosphère, rentrent en ligne de compte. Or ces oxydes d’azote sont les précurseurs du nitrate atmosphérique que l’on peut retrouver ensuite préservé dans les neiges et glaces, contrairement à d’autres espèces plus réactives.

En collaboration avec des chercheurs du Service Météorologique du Canada, une équipe de chercheurs du LGGE [2] et du SA [3] a mesuré, pour la première fois au cours de ces événements de destruction de l'ozone, les trois isotopes stables ( ¹⁶O, ¹⁷O et ¹⁸O) de l’oxygène constituant le nitrate dans l'atmosphère polaire, sur le site d’Alert, Nunavut (Haut Arctique Canadien). Ils ont ainsi mis en évidence un lien étroit entre la teneur en ozone de la basse atmosphère et l'anomalie isotopique en ¹⁷ O de l'oxygène dans le nitrate atmosphérique. Ces résultats, qui viennent d'être publiés dans la revue européenne Atmospheric Chemistry and Physics, montrent que le nitrate enregistre jour après jour un signal isotopique qui lui est transmis par l'activité chimique de l'ozone et des oxydes de brome (BrO).

Le nitrate se dépose ensuite dans la neige et peut, si le taux d’accumulation de neige est suffisant, être préservé ensuite dans la glace naturelle constituant les principales calottes de glace. Ainsi, en mesurant l’anomalie isotopique en ¹⁷O du nitrate dans ces neiges et glace, on accède à un nouvel indicateur de l'intensité des processus chimiques affectant la molécule d'ozone dans l'atmosphère ; cet indicateur pourrait s'avérer particulièrement utile pour les reconstructions des climats passés incluant des mécanismes détaillés de chimie atmosphérique.

Référence : Morin, S., J. Savarino, S. Bekki, S. Gong and J.W. Bottenheim (2007), Signature of Arctic surface ozone depletion events in the isotope anomaly ( delta ¹⁷ O ) of atmospheric nitrate, Atmospheric Chemistry and Physics, 7, 1451-1469.

Évolution temporelle mesurée à Alert (Nunavut, Haut-Arctique Canadien) lors du printemps 2004, de la teneur en ozone (courbe violette) au niveau du sol, et de l'anomalie isotopique du nitrate (points rouges). Les valeurs faibles de cette anomalie (notée delta ¹⁷ O (NO _3- )) sont clairement associées à des minima de l’ozone.

[1] A titre de comparaison, un pic de pollution à l’ozone dans nos villes correspond à des teneurs d’environ 100 milliardièmes de l’atmosphère. [2] Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement, CNRS-Université Joseph Fourier de Grenoble [3] Service d’Aéronomie, CNRS-Université Pierre et Marie Curie, Paris VI

Pour obtenir d'autres renseignements

Lien utile : Projet OASIS de l'API

Contact chercheur : Joël Savarino, LGGE Contact doctorant : Samuel Morin, LGGE

Informations

Publication

Le 16/03/2007

Catégorie

Publications

Site web

Atmospheric Chemistry and Physics