Des molécules biologiques sont à l’origine de la formation de glace nuageuse dans l’Arctique

Toundra près du village de Ny Alesund à l’été 2019 avec l’observatoire Zeppelin en arrière-plan (côté gauche, immergé dans les nuages). La toundra est probablement une source majeure de bioaérosols dans l’Arctique. Crédit : Gabriel Freitas

Une équipe internationale de scientifiques de Suède, de Norvège, du Japon et de Suisse a présenté les résultats de leurs recherches révélant le rôle essentiel des molécules biologiques, notamment le pollen, les spores et les bactéries, dans la formation de glace dans les nuages ​​arctiques. Ces résultats, publiés aujourd’hui dans Communications naturellesa des implications considérables pour la science du climat et notre compréhension de l’évolution rapide du climat arctique.

La recherche, dont les résultats ont révélé la relation entre les particules biologiques et la formation de glace dans les nuages ​​arctiques, a été menée sur plusieurs années à l’Observatoire Zeppelin, situé dans l’archipel norvégien isolé du Svalbard, en Norvège, dans le Haut-Arctique.

Gabriel Freitas, auteur principal et doctorant à l’Université de Stockholm, a détaillé leur approche innovante : « Nous avons identifié et compté individuellement ces molécules biologiques en utilisant une technique optique sensible basée sur la diffusion de la lumière et la fluorescence induite par les UV. Cette précision est essentielle alors que nous relevons le défi. de détecter ces particules. » À des concentrations infimes, c’est comme chercher une aiguille dans une botte de foin.

Alcools de sucre et spores fongiques

L’étude a porté sur la dynamique saisonnière des particules biologiques et a établi des corrélations avec des variables telles que la couverture neigeuse, la température et les paramètres météorologiques. En outre, la présence de molécules biologiques a été confirmée par diverses méthodologies, notamment la microscopie électronique et la détection de substances spécifiques, telles que les alcools de sucre tels que l’arabitol et le mannitol.

Gabriel Freitas, auteur principal de l’article et doctorant à l’Université de Stockholm. Crédit : Paul Zeiger

Karl Espen Jitter, scientifique principal à l’Institut de recherche sur le climat et l’environnement NILU et co-auteur de l’étude, a souligné : « Bien que l’arabitol et le mannitol soient présents dans de nombreux micro-organismes, leur présence dans l’air est associée à des spores fongiques et peut survenir. soit à partir de sources locales, soit à partir du transport. » Air à longue distance.

Comprendre les noyaux de glace

Quantifier les particules de nucléation de glace et comprendre leurs propriétés s’est avéré être un défi de taille. Les chercheurs ont utilisé deux méthodes distinctes, qui consistent à collecter des particules sur des filtres pendant une semaine, suivies d’une analyse minutieuse en laboratoire.

Yutaka Tobo, professeur agrégé à l’Institut national de recherche polaire du Japon et co-auteur de l’étude, a décrit leur stratégie : « Notre méthode peut mesurer la capacité de nucléation de glace de particules d’aérosol immergées dans des gouttelettes d’eau à des températures allant de 0°C ( 32 °F) jusqu’à environ -30 °C (-22 °F), révélant la concentration de particules actives de nucléation de glace ambiante dans les nuages ​​​​bas de l’Arctique.

« En soumettant les filtres à un chauffage supplémentaire à 95 degrés Celsius (203 degrés Fahrenheit), nous pouvons identifier le composant protéique des molécules de nucléation de la glace, soulignant ainsi leur potentiel biologique », a ajouté Franz Kuhnen, chercheur à l’Université de Bâle en Suisse. Origine. Nos résultats déterminent sans ambiguïté la prévalence des molécules biologiques qui contribuent à la nucléation de la glace à l’observatoire Zeppelin.

Paul Seeger, professeur agrégé à l’Université de Stockholm et co-auteur de l’article. Crédit : Stella Papadopoulou

Implications pour la science du climat

Paul Seeger, professeur agrégé à l’Université de Stockholm et co-auteur, a souligné l’importance de ces résultats pour la science du climat : « Cette recherche fournit des informations essentielles sur l’origine et les propriétés des particules biologiques et des particules nucléaires glacées dans l’Arctique, qui peuvent permettre aux développeurs de modèles climatiques de pour mieux représenter les interactions aérosols-nuages. » dans les modèles et réduire les incertitudes liées aux estimations du forçage radiatif anthropique.

On s’attend à une augmentation des zones océaniques ouvertes et de la toundra sans neige, deux sources de molécules biologiques dans l’Arctique, dans les décennies à venir. Par conséquent, mieux comprendre la relation entre ces particules et les nuages ​​pourrait fournir des informations précieuses sur les transformations en cours et futures qui se produisent dans l’Arctique.

Référence : « Les bioaérosols d’origine régionale entraînent des particules de nucléation de glace à haute température dans l’Arctique » 28 septembre 2023, Communications naturelles.
est ce que je: 10.1038/s41467-023-41696-7