La signature optique infrarouge révèle la source

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13252 (2023) Citer cet article

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Faire progresser les connaissances sur la composition minéralogique des poussières est essentiel pour comprendre et prévoir leurs impacts climatiques et environnementaux. La variabilité de la minéralogie des poussières d'une source à l'autre et son évolution au cours du transport atmosphérique ne sont pas mesurées à grande échelle. Dans cette étude, nous utilisons des mesures en laboratoire pour démontrer que la signature d'extinction des aérosols de poussières en suspension dans la fenêtre atmosphérique de 740 − 1 250 cm−1 peut être utilisée pour dériver la minéralogie des poussières en termes de principaux minéraux actifs dans l'infrarouge, à savoir le quartz, les argiles et les feldspaths. et calcite. Diverses signatures spectrales lors de l'extinction des poussières permettent de distinguer plusieurs sources globales dont la composition change, tandis que les modifications des spectres d'extinction des poussières avec le temps informent sur les changements minéralogiques des particules dépendant de la taille au cours du transport. La présente étude confirme que les observations par télédétection infrarouge spectrale et hyperspectrale offrent un grand potentiel pour élucider la minéralogie ségréguée par taille des poussières en suspension dans l'air à l'échelle régionale et mondiale.

La poussière minérale fait partie des espèces d’aérosols les plus abondantes et les plus répandues sur Terre1,2,3. Les aérosols de poussière affectent le système climatique de multiples manières, y compris des effets directs sur le bilan radiatif atmosphérique à ondes courtes et longues4,5,6,7,8, un effet indirect sur la formation et les propriétés des nuages ​​liquides et glacés9,10,11,12, et une contribution aux cycles biogéochimiques. en agissant comme source de nutriments pour les écosystèmes13,14, en participant aux réactions chimiques atmosphériques15,16 et en contribuant à la dégradation de la qualité de l'air et aux impacts sur la santé humaine17,18. Comme l'ont démontré de nombreux travaux scientifiques au cours des dernières décennies, l'intensité et la signification de ces différents effets dépendent de la composition minéralogique des poussières, c'est-à-dire de l'abondance, des proportions relatives et de l'état de mélange des différents minéraux composant les aérosols, qui comprennent principalement les silicates dans la sous forme d'argiles (kaolinite, illite, smectite, chlorite,..), de quartz et de feldspaths (orthose, albite,..), de carbonates (calcite, dolomite), de sulfates (gypse) et d'oxydes de fer et de titane19,20,21. En effet, différents minéraux présentent des caractéristiques différentes en termes de propriétés spectrales d’absorption et de diffusion, de capacité à agir comme des particules de condensation de nuages ​​ou de noyaux de glace, de réactivité chimique ou de solubilité22,23,24,25,26,27,28. La connaissance de la composition minéralogique des poussières est fondamentale pour évaluer leur rôle général dans le système climatique terrestre et dans l'environnement.

Les observations montrent que la minéralogie des aérosols de poussières est loin d'être homogène dans l'atmosphère3,19,20,29,30,31,32,33,34. Premièrement, en raison de la diversité minéralogique des sols des différentes zones sources, la composition de la poussière varie en fonction de la région d'émission, et ce à l'échelle mondiale, régionale et locale19,35,36,37. La composition minéralogique des poussières change également avec leur taille : le quartz, les feldspaths et les espèces riches en calcium sont généralement plus abondants dans la composante grossière, tandis que les argiles et les oxydes de fer dépendent principalement de la fraction fine inférieure à 2 µm20,38. En raison de sa dépendance en termes de taille, la minéralogie des poussières se modifie au cours du transport en raison de la perte progressive de particules grossières due à la sédimentation gravitationnelle33,39,40. Un mélange de panaches de poussières d’origines et d’histoires différentes peut également se produire dans l’atmosphère, affectant davantage la minéralogie des poussières en suspension.

À l'heure actuelle, les informations disponibles sur la composition minéralogique des poussières, leur dépendance en termes de taille et leurs changements spatio-temporels dans l'atmosphère restent encore rares et principalement limitées aux conditions spécifiques échantillonnées lors de campagnes intensives sur le terrain. La capacité d'obtenir une cartographie régionale et mondiale de la minéralogie des poussières en suspension dans l'air fait toujours défaut, ce qui constitue une limitation cruciale pour développer et valider correctement la représentation de la poussière dans les modèles du système terrestre, ainsi que pour limiter son forçage climatique régional et mondial7,26,41.