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Expédition MOSAiC : Le trou dans la couche d’ozone arctique // The hole in the Arctic ozone layer

Dans trois notes publiés le 12 mai, le 4 juin et le 22 août 2020, j’expliquais que l’expédition MOSAiC ((Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) était la plus importante jamais mise en place dans l’Arctique. Le nom reflète la complexité et la diversité de cette expédition. Le projet MOSAiC, doté d’un budget total supérieur à 140 millions d’euros, a été conçu par un consortium international d’institutions de recherche polaire de premier plan, avec à sa tête l’Institut Alfred Wegener et le Centre Helmholtz pour la recherche polaire et marine.
Le 20 septembre 2019, le vaisseau amiral Polarstern (Etoile Polaire) de l’Institut Alfred Wegener a levé l’ancre dans le port de Tromsø en Norvège pour rejoindre le cœur de l’Océan Arctique et y faire des mesures scientifiques. La mission impliquait 600 chercheurs de dix-sept pays. Une fois dans l’Océan Arctique, le Polarstern s’est laissé emprisonner par les glaces et s’est laissé dériver vers le sud.
En plus des 50 membres d’équipage, une cinquantaine de scientifiques ont mené des recherches sur 5 principaux domaines d’intérêt (atmosphère, océan, banquise, écosystème, biogéochimie). L’équipe scientifique était renouvelée tous les deux mois.
L’expédition MOSAiC a récemment attiré l’attention sur l’ampleur de l’appauvrissement de la couche d’ozone au niveau de l’Arctique. Même après l’interdiction par toutes les nations (Protocole de Montréal en 1987) des substances nocives pour la couche d’ozone, le plus grand trou jamais observé dans la couche d’ozone a été détecté au-dessus de l’Arctique à une altitude d’une vingtaine de kilomètres.
Selon un chercheur allemand de l’Université de Potsdam, « la couche d’ozone ne s’améliore pas. Au contraire, les choses s’aggravent dans l’Arctique. Nous comprenons maintenant que c’est parce que les décomposeurs du gaz sont toujours présents dans l’atmosphère. Le changement climatique les rend plus agressifs : c’est une mauvaise nouvelle pour l’avenir de la couche d’ozone dans l’Arctique. » [NDLR : il faut noter, comme le rappelait souvent le regretté Haroun Tazieff, que le trou dans la couche d’ozone existait déjà avant l’utilisation des CFC].
Néanmoins, le chercheur allemand voit quelques raisons d’espérer. Il a déclaré : « Nous avons vu que sous la glace, la mer atteint un point de congélation à une profondeur de 14 mètres en hiver. Il existe donc une base saine pour la formation de glace pendant cette saison. Nous pensons qu’il est toujours possible de sauver la glace, à condition d’arrêter le réchauffement climatique. La glace réagit de manière très linéaire au réchauffement, et si nous arrêtons le réchauffement, sa fonte s’arrêtera. Cela met une grande responsabilité sur nos épaules. Nous sommes la dernière génération en mesure de sauver la glace de mer dans l’Arctique. »
Source : Iceland Review.

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In three posts published on My 12th, June 4th and August 22nd, 2020, I explained that the Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC) expedition was the largest ever set up in the Arctic. The name mirrors the complexity and diversity of this expedition. The MOSAiC project with a total budget exceeding € 140 Million has been designed by an international consortium of leading polar research institutions, led by the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI).

On September 20th, 2019, the Alfred Wegener Institute’s flagship Polarstern (or Polar Star) weighed anchor in the port of Tromsø in Norway to reach the heart of the Arctic Ocean for scientific measurements. The mission involved 600 researchers from seventeen countries. Once in the Arctic Ocean, the Polarstern got caught in the ice and started drifting south.
In addition to the 50 crew members, around fifty scientists carried out research on 5 main areas of interest (atmosphere, ocean, sea ice, ecosystem, biogeochemistry). The scientific team was renewed every two months.
The research expedition has recently shed new light on the extent to which the Arctic ozone layer has been depleted. Even after the international banning of ozone-harming substances (Montreal Protocol in 1987), the largest hole ever found in the ozone was detected over the Arctic at an altitude of some 20 km.

According to a German researcher at the University of Potsdam, « the ozone layer is not improving. Things are getting worse in the Arctic. Now we understand that it is because the decomposers from the gas are still present in the atmosphere. Climate change makes them more aggressive: it’s bad news for the future of the ozone layer in the Arctic. » [Editor’s note : it should be noted, as the late Haroun Tazieff often reminded it, that the hole in the ozone layer already existed before the use of CFCs].

Nevertheless, the researcher sees some reason for hope. He said : « We saw that under the ice the sea reaches a freezing point down to a depth of 14 meters in the winter. There is a healthy base for winter ice formation, and we believe we are still in a position to save the ice if we stop global warming.The ice responds very linearly to warming, and if we stop the warming, the melting of the ice will stop. This puts a lot of responsibility on our shoulders. We are the last generation that can save the sea ice in the Arctic. »

Source: Iceland Review.

Le Polarstern (Source: Alfred Wegener Institute)

Le protoxyde d’azote, un puissant gaz à effet de serre // N2O, a powerful greenhouse gas

Parmi les gaz à effet de serre qui contribuent à l’accélération actuelle du réchauffement climatique, les plus connus sont le dioxyde ce carbone (CO2) et le méthane (CH4). Un autre gaz, le protoxyde d’azote (N2O), est surtout connu pour être un gaz hilarant de plus en plus utilisé par les jeunes dans notre société, avec des risques d’asphyxie par manque d’oxygène, perte de connaissance, brûlure par le froid du gaz expulsé, désorientation, vertiges, chutes… En cas de consommation excessive, de sévères troubles neurologiques, hématologiques, psychiatriques ou cardiaques peuvent survenir. La consommation associée à d’autres produits (alcool, drogues) majore les risques.

En plus d’être un gaz hilarant, le protoxyde d’azote est le troisième plus important gaz à effet de serre après le CO2 et le CH4 ; il contribue environ à 6 % au forçage radiatif direct induit par les gaz à effet de serre. Ses émissions connaissent une augmentation bien plus forte que prévue.

Un rapport publié en 2013, mettait en garde sur les risques du NO2 pour la couche d’ozone. Jusqu’à présent, la destruction de la couche d’ozone était principalement due aux chlorofluorocarbones et autres produits chimiques halogénés. Or depuis le protocole de Montréal ; ces produits chimiques ont été largement encadrés. Le N2O, lui, ne figure pas dans ce protocole. D’après les estimations, ses émissions pourraient doubler d’ici 2050, avec des conséquences désastreuses pour la couche d’ozone et une contribution réelle à l’accélération  du changement climatique.

Les sources d’émission de N2O sont à la fois naturelles (océans, sols) et anthropiques : agriculture intensive (décomposition des engrais, déjections), combustion de la biomasse (feux de savane par exemple en Afrique), combustibles fossiles, procédés industriels chimiques (production d’acide nitrique et d’acide adipique), combustion des carburants pour l’aviation et aérosols.

Selon plusieurs institutions à travers l’Europe et les Etats-Unis, les pratiques agricoles ont fortement augmenté les émissions de protoxyde d’azote dans l’atmosphère depuis le début des années 2000 et plus particulièrement 2009. Ainsi, la production d’engrais azoté a été multipliée par 10 entre 1961 et 2017 passant de 11 millions de tonnes à 119 millions de tonnes, alors que la population mondiale n’a été multipliée que par 2,5. L’apport humain d’azote dans le sol, sous forme d’engrais, renforce l’effet de serre. Environ 60 % du protoxyde d’azote est émis via les champs fertilisés, fumiers et autres sources agricoles.

Dans un article publié dans Nature Climate Change, des scientifiques expliquent que les émissions de N2O ont augmenté plus rapidement au cours de la dernière décennie que ne l’estimait le GIEC. A côté de l’utilisation de plus en plus massive des engrais azotés, l’exploitation des combustibles fossiles et des agrocarburants (maintenant généralisés à la pompe) sont également des sources d’émissions de N2O.
L’étude publiée dans Nature Climate Change propose que les régions déjà excédentaires en azote limitent l’utilisation d’engrais azotés. C’est le cas de l’Asie de l’Est, où l’engrais azoté pourrait être utilisé plus efficacement sans réduire les rendements des cultures. En effet, quelque 60 % de l’azote contenu dans les engrais ne s’incorpore jamais aux plantes et est éliminé des racines pour ensuite contaminer les cours d’eau, les lacs, les nappes aquifères et les régions côtières par le processus d’eutrophisation.

Source : Presse scientifique internationale.

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Among the greenhouse gases that contribute to the current acceleration of global warming, the best known are carbon dioxide (CO2) and methane (CH4). Another gas, nitrous oxide (N2O), is best known for being a laughing gas more and more used by young people in our society, with the risk of suffocation from lack of oxygen, loss of consciousness, burns by the cold of the expelled gas, disorientation, dizziness, falls … In case of excessive consumption, severe neurological, hematological, psychiatric or cardiac disorders can occur. Consumption associated with other products (alcohol, drugs) increases the risks.
Besides being a laughing gas, nitrous oxide is the third most important greenhouse gas after CO2 and CH4; it contributes about 6% to the direct radiative forcing induced by greenhouse gases. Its emissions are increasing much faster than expected.
A report published in 2013 warned of the risks of NO2 for the ozone layer. Until now, the destruction of the ozone layer has been mainly due to chlorofluorocarbons and other halogenated chemicals. Now since the Montreal Protocol; these chemicals have been largely regulated. N2O is not included in this protocol. Its emissions are estimated to double by 2050, with disastrous consequences for the ozone layer and a real contribution to accelerating climate change.
The sources of N2O emissions are both natural (oceans, soils) and anthropogenic: intensive agriculture (decomposition of fertilizers, animal droppings), combustion of biomass (savannah fires for example in Africa), fossil fuels, chemical industrial processes (production of nitric acid and adipic acid), combustion of aviation fuels and aerosols.
According to several institutions across Europe and the United States, agricultural practices have sharply increased emissions of nitrous oxide into the atmosphere since the early 2000s and more particularly 2009. Thus, the production of nitrogen fertilizers increased tenfold between 1961 and 2017 from 11 million tonnes to 119 million tonnes, while the world’s population only increased by 2.5. The human input of nitrogen into the soil, in the form of fertilizer, enhances the greenhouse effect. About 60% of nitrous oxide is emitted via fertilized fields, manure and other agricultural sources.
In an article published in Nature Climate Change, scientists explain that N2O emissions have increased faster in the past decade than estimated by the IPCC. Along with the increasingly massive use of nitrogen fertilizers, the exploitation of fossil fuels and agrofuels (now widespread at the pump) are also sources of N2O emissions.
The study published in Nature Climate Change suggests that areas that already have nitrogen surpluses limit the use of nitrogen fertilizers. This is the case in East Asia, where nitrogen fertilizer could be used more efficiently without reducing crop yields. In fact, some 60% of the nitrogen contained in fertilizers never becomes incorporated into plants and is eliminated from the roots to later contaminate rivers, lakes, aquifers and coastal regions through the process of eutrophication.
Source: International scientific press.

Structure du protoxyde d’azote (Source : Wikipedia)

Dans la vie courante, le protoxyde d’azote est souvent utilisé comme gaz propulseur, notamment dans les bonbonnes de crème chantilly.

Les trous dans les couches d’ozone arctique et antarctique // The holes in the Arctic and Antarctic ozone layers

Dans des notes publiées le 29 avril et 1er mai 2020, j’indiquais que le plus grand trou jamais observé dans la couche d’ozone au-dessus de l’Arctique était en train de se refermer. Cependant, les scientifiques du Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) faisaient remarquer que ce n’était probablement pas la pandémie et la réduction significative de la pollution de l’air qui avait provoqué la fermeture du trou. En effet, elle avait été générée par la présence d’un vortex polaire inhabituellement fort et prolongé, sans lien avec le changement de qualité de l’air.
Selon les données de la NASA, le niveau d’ozone au-dessus de l’Arctique avait atteint un niveau record en mars 2020. 1997 et 2011 sont les seules autres années où l’on avait enregistré un tel appauvrissement stratosphérique au-dessus de l’Arctique.

On ne connaît pas la cause de la présence du trou dans la couche d’ozone en 2020, mais les scientifiques affirment que sans le Protocole de Montréal en 1987 interdisant l’injection de chlorofluorocarbones dans l’atmosphère, il aurait été bien pire.

Source: CBS News.

Alors que le trou dans la couche d’ozone arctique est en voie de comblement, celui observé en 2020 au-dessus de l’Antarctique est l’un des plus grands et des plus profonds de ces dernières années. Les scientifiques du Copernicus Climate Change Service (C3S) expliquent que le trou atteint actuellement une superficie de 23 millions de kilomètres carrés, soit plus du double de la surface des États-Unis. Le trou observé en 2020 se situe au-dessus de la moyenne de la dernière décennie et recouvre une grande partie du continent antarctique. Il ressemble à celui de 2018, qui était également assez grand, et compte parmi les plus vastes des quinze dernières années.
Avec le retour du soleil au pôle Sud au cours des dernières semaines, l’appauvrissement de la couche d’ozone s’est poursuivi dans la région. Au vu de la présence de cet immense trou, les scientifiques insistent – comme ils l’ont fait à propos de l’Arctique – que nous devons continuer d’appliquer le Protocole de Montréal interdisant les émissions de produits chimiques qui appauvrissent la couche d’ozone.

L’Ozone Watch de la NASA ajoute que la valeur la plus faible a été de 95 unités Dobson, enregistrée le 1er octobre 2020. Selon les scientifiques, le trou dans la couche d’ozone semble avoir atteint son maximum cette année.
La taille et la profondeur du trou s’expliquent par un vortex polaire froid, puissant et stable, qui a contribué à maintenir une très basse température au-dessus de l’Antarctique. Le trou s’est développé rapidement à partir de la mi-août et a atteint environ 24 millions de kilomètres carrés au début du mois d’octobre. Il couvre maintenant 23 millions de kilomètres carrés, ce qui est au-dessus de la moyenne de la dernière décennie.
La superficie du trou dans la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique augmente pendant la saison printanière dans l’hémisphère sud, qui va d’août à octobre. Il atteint son maximum entre mi-septembre et mi-octobre. Lorsque les températures dans la stratosphère commencent à augmenter à la fin du printemps dans l’hémisphère sud, l’appauvrissement de la couche d’ozone ralentit à mesure que le vortex polaire s’affaiblit. À la fin du mois de décembre, le niveau d’ozone revient à la normale.
Source: Copernicus Atmospheric Monitoring Service.

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In two posts published on April 29th and May 1st, 2020, I indicated that the largest ozone hole to ever open up over the Arctic was closing. However, the scientists at the Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) said the pandemic and the significant reduction in air pollution likely were not the reason for the ozone hole closing. Indeed, the hole was driven by an unusually strong and long-lived polar vortex, and was not related to air quality changes.

According to NASA data, ozone levels above the Arctic reached a record low in March 2020. 1997 and 2011 are the only other years on record when similar stratosphere depletions took place over the Arctic.

It is not known what caused the ozone hole in 2020, but scientists are sure that that without the 1987 Montreal Protocol which forbade putting chlorofluorocarbons into the atmosphere, the Arctic depletion this year would have been much worse.

Source: CBS News.

While the hole in the Arctic ozone layer is closing, the 2020 ozone hole over the Antarctic is one of the largest and deepest in recent years. Scientists with the Copernicus Climate Change Service (C3S) explain that the hole has grown to 23 million square kilometres, more than twice the size of the U.S. The 2020 hole is above average for the last decade and is spreading over much of the Antarctic continent. It resembles the one from 2018, which also was also quite large, and is among the largest of the last fifteen years or so.

With the sunlight returning to the South Pole in the last weeks, ozone depletion has continued over the area. The presence of this large hole is inciting scientists to confirm that we need to continue enforcing the Montreal Protocol banning emissions of ozone-depleting chemicals. They already insisted on this crucial point about the Arctic ozone hole.

NASA’s Ozone Watch reports the lowest value of 95 Dobson Units recorded on October 1st, 2020, and scientists are seeing indications that this year’s ozone hole has appeared to have reached its maximum extent.

The large and deep ozone hole has been driven by a strong and stable cold polar vortex, which kept the temperature over Antarctica consistently cold. The hole grew fast from mid-August and peaked at around 24 million square kilometres in early October. It now covers 23 million square kilometres, which is above average for the past decade.

The ozone hole over the Antarctic increases in size during the Southern Hemisphere spring season, which is from August to October. It reaches its maximum between mid-September and mid-October. When temperatures in the stratosphere begin to rise in the late Southern Hemisphere spring, ozone depletion slows down as the polar vortex weakens. By the end of December, ozone levels return to normal.

Source: Copernicus Atmospheric Monitoring Service,

Evolution du trou dans la couche d’ozone antarctique (Source : Copernicus)

Fermeture du trou dans la couche d’ozone au-dessus de l’Arctique // The ozone hole above the Arctic has closed

Voici enfin une bonne nouvelle : le plus grand trou jamais observé dans la couche d’ozone au-dessus de l’Arctique s’est refermé. Les scientifiques du Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) ont annoncé la bonne nouvelle la semaine dernière. Cependant, les chercheurs font remarquer que ce n’est probablement pas la pandémie et la réduction significative de la pollution de l’air qui a provoqué la fermeture du trou. En effet, il a été généré par la présence d’un vortex polaire inhabituellement fort et prolongé, sans lien avec le changement de qualité de l’air.
Selon les données de la NASA, le niveau d’ozone au-dessus de l’Arctique a atteint un niveau record en mars. Le trou dans la couche est tout à fait exceptionnel. 1997 et 2011 sont les seules autres années où l’on a enregistré un tel appauvrissement stratosphérique au-dessus de l’Arctique. Des scientifiques de l’Agence Spatiale Européenne ont indiqué que le trou de cette année couvrait une superficie d’environ trois fois la taille du Groenland. Ils s’attendaient à ce qu’il disparaisse avec la hausse des températures, ce qui aurait pour effet de briser le vortex polaire arctique et de  permettre à l’air pauvre en ozone de se mélanger à l’air riche en ozone des latitudes plus basses.
On ne connaît pas la cause de la présence du trou dans la couche d’ozone cette année, mais les scientifiques affirment que sans le Protocole de Montréal en 1987 interdisant l’injection de chlorofluorocarbones dans l’atmosphère, il aurait été bien pire.

Source: CBS News.

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Here is some good news today : the largest ozone hole to ever open up over the Arctic is now closed. Scientists at the Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) announced the closure last week. However, researchers said the pandemic and the significant reduction in air pollution likely were not the reason for the ozone hole closing. Indeed, the hole was driven by an unusually strong and long-lived polar vortex, and was not related to air quality changes.

According to NASA data, ozone levels above the Arctic reached a record low in March. The « severe » ozone depletion was unusual. 1997 and 2011 are the only other years on record when similar stratosphere depletions took place over the Arctic. Scientists from the European Space Agency said that this year’s hole covered an area about three times the size of Greenland. They expected it to heal as temperatures increased, breaking down the Arctic polar vortex and allowing ozone-depleted air to mix with ozone-rich air from lower latitudes.

It is not known what caused the ozone hole this year, but scientists are sure that that without the 1987 Montreal Protocol which forbade putting chlorofluorocarbons into the atmosphere, the Arctic depletion this year would have been much worse.

Source: CBS News.

Exemple d’appauvrissement de la couche d’ozone en 2016 (Source: NASA)