Les microplastiques favorisent la formation de nuages, avec des effets probables sur les conditions météorologiques et climatiques

Les nuages ​​se forment lorsque la vapeur d'eau – un gaz invisible dans l'atmosphère – adhère à de minuscules particules flottantes, comme la poussière, et se transforme en gouttelettes d’eau liquide ou en cristaux de glace.Dans une étude récemment publiée, nous montrons que les particules microplastiques peuvent avoir les mêmes effets, produisant des cristaux de glace à des températures de 5 à 10 degrés Celsius (9 à 18 degrés Fahrenheit) plus chaudes que les gouttelettes sans microplastiques.

Cela suggère que les microplastiques présents dans l’air peuvent affecter le temps et le climat en produisant des nuages ​​dans des conditions où ils ne se formeraient pas autrement.

Nous sommes atmosphérique chimistes qui étudient comment différents types de particules forment de la glace lorsqu'elles entrent en contact avec de l'eau liquide.Ce processus, qui se produit constamment dans l'atmosphère, s'appelle la nucléation.

Les nuages ​​dans l'atmosphère peuvent être constitués de des gouttelettes d'eau liquide, des particules de glace ou un mélange des deux.Dans les nuages ​​​​de la moyenne à la haute atmosphère où les températures sont comprises entre 32 et moins 36 F (0 à moins 38 C), des cristaux de glace se forment normalement autour de particules de poussière minérale provenant de sols secs ou de particules biologiques, telles que le pollen ou les bactéries.

Les microplastiques mesurent moins de 5 millimètres de large, soit environ la taille d’une gomme à crayon.Certains sont microscopiques.Les scientifiques les ont trouvés dans Mers profondes de l'Antarctique, le sommet du mont Everest et neige fraîche de l'Antarctique.Ces fragments étant si petits, ils peuvent être facilement transporté dans les airs.

Pourquoi c'est important

La glace dans les nuages ​​a des effets importants sur le temps et le climat, car la plupart des précipitations commence sous forme de particules de glace.

De nombreux sommets nuageux dans les zones non tropicales du monde s'étendent suffisamment haut dans l'atmosphère pour que l'air froid fasse geler une partie de leur humidité.Puis, une fois la glace formée, elle aspire la vapeur d'eau des gouttelettes de liquide qui l'entourent, et les cristaux deviennent suffisamment lourds pour tomber.Si la glace ne se forme pas, les nuages ​​ont tendance à s’évaporer plutôt que de provoquer de la pluie ou des chutes de neige.

Même si les enfants apprennent à l’école primaire que l’eau gèle à 32 F (0 C), ce n’est pas toujours vrai.Sans quelque chose sur lequel se nucléer, comme des particules de poussière, de l'eau peut être surfondu à des températures aussi basses que moins 36 F (moins 38 C) avant de geler.

Pour que la congélation se produise à des températures plus chaudes, une sorte de matériau qui ne se dissout pas dans l’eau doit être présent dans la gouttelette.Cette particule constitue une surface sur laquelle le premier cristal de glace peut se former.Si des microplastiques sont présents, ils pourraient provoquer la formation de cristaux de glace, augmentant potentiellement la pluie ou les chutes de neige.

Les nuages ​​aussi affecter le temps et le climat de plusieurs manières.Ils réfléchissent la lumière solaire incidente loin de la surface de la Terre, ce qui a un effet de refroidissement, et absorbent une partie du rayonnement émis par la surface de la Terre, ce qui a un effet de réchauffement.

La quantité de lumière solaire réfléchie dépend de combien d'eau liquide vs.glace qu'un nuage contient.Si les microplastiques augmentent la présence de particules de glace dans les nuages ​​par rapport aux gouttelettes d’eau liquide, ce rapport changeant pourrait modifier l’effet des nuages ​​sur le bilan énergétique de la Terre.

Comment nous avons fait notre travail

Pour voir si des fragments de microplastiques pouvaient servir de noyaux à des gouttelettes d’eau, nous avons utilisé quatre des types de plastiques les plus répandus dans l’atmosphère :polyéthylène basse densité, polypropylène, chlorure de polyvinyle et polyéthylène téréphtalate.Chacun a été testé à la fois dans un état impeccable et après exposition à la lumière ultraviolette, à l’ozone et aux acides.Tous ces éléments sont présents dans l’atmosphère et pourraient affecter la composition des microplastiques.

Nous avons suspendu les microplastiques dans de petites gouttelettes d'eau et refroidi lentement les gouttelettes pour observer quand elles ont gelé.Nous avons également analysé la surface des fragments de plastique pour déterminer leur structure moléculaire, car la nucléation de la glace pourrait dépendre de la chimie de la surface des microplastiques.

Pour la plupart des plastiques que nous avons étudiés, 50 % des gouttelettes étaient gelées au moment où elles refroidissaient à moins 8 F (moins 22 C).Ces résultats sont parallèles à ceux d'une autre étude récente menée par des scientifiques canadiens, qui ont également découvert que certains types de microplastiques glace nucléée à des températures plus chaudes que des gouttelettes sans microplastiques.

L'exposition au rayonnement ultraviolet, à l'ozone et aux acides avait tendance à diminuer l'activité de nucléation de la glace sur les particules.Cela suggère que la nucléation de la glace est sensible aux petits changements chimiques à la surface des particules microplastiques.Cependant, ces plastiques nucléent toujours la glace, ils pourraient donc toujours affecter la quantité de glace dans les nuages.

Ce qu'on ne sait toujours pas

Pour comprendre comment les microplastiques affectent le temps et le climat, nous devons connaître leurs concentrations aux altitudes où se forment les nuages.Nous devons également comprendre la concentration de microplastiques par rapport à d’autres particules susceptibles de nucléer la glace, comme la poussière minérale et les particules biologiques, pour voir si les microplastiques sont présents à des niveaux comparables.Ces mesures permettraient de modéliser l’impact des microplastiques sur la formation des nuages.

Les fragments de plastique existent en plusieurs tailles et compositions.Dans les recherches futures, nous prévoyons de travailler avec des plastiques contenant des additifs, tels que des plastifiants et des colorants, ainsi qu'avec des particules de plastique plus petites.

Le Résumé de recherche est un bref aperçu d'un travail universitaire intéressant.