Getting to the Core of Climate Change: A Look at How Refrigerants Are Affecting Our Environment through Ice Cores
Au cœur du changement climatique : Grâce aux carottes de glace, voyons comment les réfrigérants affectent notre environnement
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Origin Story: Drilling for Air
When a harmful chemical, called a pollutant, gets into the air, water, or land, it can end up in a plant and animal that are important to the food chain. The food chain shows how different living things in nature depend on one another for food. Now imagine predators will eat these plants and animals. Since the food they eat daily is contaminated, they will also absorb the pollutant. This continues all the way up the food chain, where apex or top predators might be eating high amounts of that pollutant too. This process is called bioaccumulation.
Ice cores are long cylinders of ice that are drilled from ice sheets and glaciers. Some ice does not melt, even in the summer, so the snow that falls on it buries snow from past years. That snow eventually turns into ice that has captured the chemicals that were in the air and on the snow when it formed, including pollutants. Ice cores can reveal atmospheric particles or aerosols (which are tiny invisible pieces of solids or liquids that float in the air and even in our atmosphere!) from thousands of years ago and tell us a lot about what the world used to be like.
What Is in Your Fridge?
Refrigerators work by pulling heat away from the inside and absorbing it into a refrigerant. Refrigerant is a chemical that helps carry away the hot air leaving in the fridge nice cool air. For the most of its life, this special substance is contained in the tubes at the back of your fridge. But it can sometimes leak especially if a device is not disposed of properly.
Chlorofluorocarbons (CFCs) are types of refrigerants that were used in air conditioners, fridges, and aerosol cans from the 1920s until the 1990s. These chemicals are damaging to our ozone layer. The ozone layer is incredibly important because it shields us from the harmful ultraviolet (UV) radiation that comes from the sun by absorbing most of the radiation and filtering it out, keeping us safe from getting severe sunburns and other health problems. Luckily, most of CFCs are not used anymore, thanks to the Montreal Protocol, an agreement to stop using this type of chemical, signed by many countries in 1989. CFCs were replaced by hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) and hydrofluorocarbons (HFCs), these chemicals do not damage our ozone layer, but when both HCFCs and HFCs break down, they can release another harmful pollutant that has an environmental impact.
HCFCs and HFCs that have leaked into our air eventually break down into smaller chemicals like trifluoroacetic acid (TFA), which can fall to the ground as part of rain or snow. TFA takes a long time to break apart, often being absorbed by plants and animals that cannot break them down easily. This means that when TFA is in the environment, it stays for a long time and can be introduced into the food chain. We do not know every problem that might be caused by TFA, but it can be toxic to living things. We have even found TFA in humans!
A team of scientists wanted to figure out the amount of TFA that has been introduced to the environment in the last few decades, and ice cores are the perfect record for figuring that out. When TFA is created, it mixes with rain and snow and falls to the ground. In most places, this spreads out as water, but in the Arctic, the snow piles on top of other snow, and on Mount Oxford and in the Devon Ice Cap, the snow does not melt. This gives us layers of packed snow that can be melted and checked for TFA.
The team found that the amount of TFA and other chemicals like it have increased since 1990. This is because in 1990, we started replacing ozone-damaging CFCs with HCFCs and HFCs . Saving the ozone layer was a big accomplishment, and now that we have realized that HCFCs and HFCs might be causing other types of damage, we are in need for better solutions to keep our food cold.
Finding so much TFA in the Arctic means that when we throw out refrigerators and air conditioners, leaking HCFCs and HFCs end up moving all over the world. Everything we do can affect the world near us and far from us.
Try This at Home: Moving Currents
When it is time to clean under the fridge, ask an adult to let you take a look at the back. Some will have coils attached to the back, which contain HCFCs or HFCs. Most of new fridges will have the coils covered, but they will have a fan that blows hot air away from the fridge; this is the heat that is removed from the inside!
Our atmosphere moves air between lots of spaces through convection currents that is a natural process of heat transfer. To understand how these currents work, try placing a coloured ice cube on top of warm water in a clean container and watch how the colour moves through the water. This shows that air containing pollutants does not stay in one place, these pollutants travel with the air as it moves and changes temperature.
Climate Action: Recycle Your Fridge
If your family is getting a new fridge or air conditioner, make sure to recycle the old one properly, so that harmful chemicals do not leak into our atmosphere.
Here are some other actions that are in your power to take.
• Use a spritz bottle instead of an aerosol bottle.
• Learn more about how the Montreal Protocol has been updated over time.
• Investigate other types of bioaccumulations affecting climate change, and what is being done to better control them.
Meet Our Local Science Hero:
Dr. Alison Criscitiello is an ice core scientist, and high-altitude mountaineer. Criscitiello's research explores the history of sea ice in polar regions using ice core chemistry, which involves long months of living in a tent and drilling ice cores in places like Antarctica, Alaska, the Canadian High Arctic, and Greenland. She is the Director of the Canadian Ice Core Lab (CICL) at the University of Alberta, and an Adjunct Assistant Professor at the University of Calgary. Criscitiello holds a bachelor’s degree in Earth and Environmental Science from Wesleyan University, a master’s degree in Geophysics from Columbia University, and the first PhD in Glaciology ever conferred by Massachusetts Institute of Technology (MIT).
When not busy shivering for science, Criscitiello seeks out the cold for fun, whether working as a climbing ranger in the national parks or guiding expeditions to the major peaks in the Andes, Alaska, and the Himalaya. In 2010, she led the first all-woman ascent of Lingsarmo (6955m) in the Indian Himalaya. She has been the recipient of three American Alpine Club (AAC) climbing awards including one for Borderski, her two-month winter ski traverse of Tajikistan's border in the eastern Pamirs with two other Canadian women. In 2016 she was awarded the Mugs Stump Award and John Lauchlan Award to attempt the first alpine ascent in the Indian Himalaya. Dr. Alison Criscitiello has been named a National Geographic Explorer, and a Fellow of the Explorers Club and the Royal Canadian Geographical Society. Criscitiello is founder and co-director of Girls on Ice Canada.
Credit
This Science Spotlight was written based on Pickard, H.M., Criscitiello, A.S., Persaud, D., Spencer, C., Muir, D.C.G., Lehnherr, I., et al. 2020. “Ice Core Record of Persistent Short-Chain Fluorinated Alkyl Acids: Evidence of the Impact from Global Environmental Regulations” Geophysical Research Letters, 47, e2020GL087535. https://doi.org/10.1029/2020GL087535
Histoire de la genèse : Forer à la recherche d’air
Quand un produit chimique nocif, qu’on appelle polluant, entre dans l’air, l’eau ou la terre, il peut aboutir dans une plante et un animal qui sont importants pour la chaîne alimentaire. La chaîne alimentaire montre comment différents organismes vivants dans la nature dépendent les uns des autres pour la nourriture. Maintenant, imaginez ce qu’il se passera lorsque les prédateurs mangeront ces plantes et ces animaux. Comme la nourriture qu’ils consomment quotidiennement sera contaminée, cela signifie qu’ils absorberont le polluant. Et cela se poursuivra jusque tout en haut de la chaîne alimentaire où les superprédateurs (les prédateurs « apex » se trouvant au sommet de la chaîne alimentaire) pourraient également ingérer de grandes quantités de ce polluant. On appelle ce processus la bioaccumulation.
Les carottes de glace, aussi appelées carottes glaciaires, sont de longs cylindres de glace que l’on fore dans les inlandsis (calottes glaciaires) et les glaciers. Il y a de la glace qui ne fond pas, même en été, alors la neige qui tombe dessus enterre la neige des années passées. Cette neige finit par se transformer en glace, une glace qui a capturé les produits chimiques qui étaient dans l’air et sur la neige quand elle s’est formée, incluant des polluants. Les carottes de glace peuvent révéler des particules atmosphériques ou aérosols (qui sont de toutes petites parcelles invisibles de solides ou de liquides flottant dans l’air et même dans notre atmosphère !) vieilles de milliers d’années, et nous en dire ainsi beaucoup sur comment était le monde autrefois.
Qu’y a-t-il dans votre réfrigérateur ?
Les réfrigérateurs fonctionnent en retirant la chaleur de l’intérieur et en l’absorbant dans un réfrigérant. Un réfrigérant est un produit chimique qui aide à éliminer l’air chaud pour qu’il ne reste que de l’air froid dans le réfrigérateur. Pour la plus grande partie de sa durée de vie, cette substance spéciale est contenue dans les tubes qui se trouvent à l’arrière de votre réfrigérateur. Mais parfois, il se peut qu’elle s’en échappe, en particulier si on ne se débarrasse pas du réfrigérateur correctement.
Les chlorofluorocarbones (CFC) sont des types de réfrigérants qui étaient utilisés dans les climatiseurs, les réfrigérateurs et les bombes aérosols depuis les années 1920 jusqu’aux années 1990. Ces produits chimiques endommagent notre couche d’ozone. La couche d’ozone est incroyablement importante car elle nous protège des rayons ultraviolets nuisibles du soleil (UV), en absorbant la plus grosse partie de ces rayons et en les filtrant, ce qui nous protège contre de sévères coups de soleil et autres problèmes de santé. Heureusement, la plupart des CFC ne sont plus utilisés grâce au Protocole de Montréal, une entente visant à arrêter d’utiliser ce type de produits chimiques, et signée par de nombreux pays en 1989. Les CFC ont été remplacés par les hydrochlorofluorocarbones (HCFC) et les hydrofluorocarbures (HFC), ces produits chimiques n’endommagent pas notre couche d’ozone, mais quand les HCFC et les HFC se décomposent, ils peuvent libérer un autre polluant nocif qui a un effet sur l’environnement.
Les HCFC et les HFC qui s’échappent dans notre air finissent par se décomposer en des produits chimiques de plus petite taille comme de l’acide trifluoroacétique (TFA), qui peuvent tomber au sol lors de chutes de pluie ou de neige. Le TFA prend du temps à se décomposer, étant souvent absorbé par des plantes et des animaux qui ne peuvent pas le décomposer facilement. Cela signifie qu’une fois que le TFA est dans l’environnement, il y reste longtemps, et peut être introduit dans la chaîne alimentaire. Nous ne connaissons pas tous les problèmes que pourrait causer le TFA, mais il peut être toxique pour les organismes vivants. Nous avons même trouvé du TFA chez les humains !
Une équipe de scientifiques a voulu voir la quantité de TFA qui a été introduite dans l’environnement au cours des dernières décennies, et les carottes de glace sont le moyen idéal pour le faire. Quand du TFA est créé, il se mélange avec la pluie et la neige, et il tombe sur le sol. Dans la plupart des endroits, il se propage sous forme d’eau, mais dans l’Arctique, la neige s’accumule sur la couche de neige précédente, et sur le Mont Oxford et dans la calotte glaciaire Devon, la neige ne fond pas. Cela nous donne des couches de neige compactée que l’on peut faire fondre pour vérifier la présence de TFA.
L’équipe a découvert que la quantité de TFA et d’autres produits chimiques semblables a augmenté depuis 1990. C’est parce qu’en 1990, nous avons commencé à remplacer les CFC qui étaient nuisibles pour l’ozone, par des HCFC et des HFC. Sauver la couche d’ozone a été un grand accomplissement, mais maintenant que nous avons réalisé que les HCFC et les HFC pourraient causer d’autres types de dommage, nous avons besoin de trouver de meilleures solutions pour conserver notre nourriture au froid.
Trouver tant de TFA dans l’Arctique signifie que nous jetons nos réfrigérateurs et nos climatiseurs qui fuient et qui laissent échapper des HCFC et des HFC qui finissent par se déplacer dans le monde entier. Tout ce que nous faisons affecte le monde près de nous et loin de nous.
Essayez ça chez vous : Des courants en mouvement
Quand ce sera le temps de nettoyer sous le réfrigérateur, demandez à un.e adulte de regarder à l’arrière. Certains réfrigérateurs y ont des bobines qui contiennent des HCFC ou des HFC. La plupart des nouveaux réfrigérateurs ont des bobines couvertes, mais ils ont un ventilateur qui éloigne l’air chaud du réfrigérateur ; il s’agit de la chaleur qui est retirée de l’intérieur !
Notre atmosphère fait se déplacer l’air entre de nombreux espaces par le biais de courants de convection qui constituent un processus naturel de transfert de chaleur. Pour comprendre comment ces courants fonctionnent, essayez de placer un cube de glace coloré sur de l’eau chaude dans un contenant propre, et regardez comment la couleur se déplace dans l’eau. Cela montre que l’air qui contient les polluants ne reste pas à un seul endroit. Ces polluants voyagent avec l’air et, ce faisant, ils changent la température.
Action pour le climat : Recyclez votre réfrigérateur
Si votre famille fait l’acquisition d’un nouveau réfrigérateur ou d’un nouveau climatiseur, assurez-vous de recycler correctement les vieux appareils, de sorte que les produits chimiques nocifs qu’ils contiennent ne s’échappent dans notre atmosphère.
Voici d’autres actions que vous avez le pouvoir de poser.
• Utilisez un vaporisateur au lieu d’une bombe aérosol.
• Apprenez-en plus sur la manière dont le Protocole de Montréal a été mis à jour au fil du temps.
• Effectuez des recherches sur d’autres types de bioaccumulations affectant le changement climatique, et sur ce qui est en train d’être fait pour mieux les contrôler.
Rencontrez notre héroïne scientifique locale :
Alison Criscitiello est glaciologue et alpiniste de haute montagne. La recherche d’Alison explore l’histoire de la glace de mer dans les régions polaires en utilisant la chimie des carottes de glace, ce qui implique de vivre sous une tente pendant de longs mois et de forer des carottes glaciaires dans des endroits comme l’Antarctique, l’Alaska, l’Extrême Nord canadien, et le Groenland. Elle est la directrice du Canadian Ice Core Lab (CICL) de l’Université de l’Alberta, et est professeure associée à l’Université de Calgary. Mme Criscitiello détient un baccalauréat en science de la Terre et de l’environnement qu’elle a obtenu à l’Université Wesleyan, une maîtrise en géophysique obtenue à l’Université Columbia, ainsi que le premier doctorat en glaciologie jamais décerné par le Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Quand elle n’est pas en train de grelotter pour la science, Alison Criscitiello recherche le froid pour le fun, que ce soit en travaillant comme garde de parc de montagne dans les parc nationaux ou comme guide pour des expéditions vers les grands sommets des Andes, de l’Alaska, et de l’Himalaya. En 2010, elle a dirigé la première ascension entièrement féminine du Lingsarmo (6955 m) dans l’Hymalaya indien. Elle a été la récipiendaire de trois prix d’escalade de l’American Alpine Club (AAC) dont un prix pour Borderski, sa traversée d’hiver en ski de deux mois de la frontière du Tajikistan dans les Pamirs de l’Est avec deux autres Canadiennes. En 2016, elle a reçu les prix Mugs Stump et John Lauchlan pour sa tentative de premier sommet dans l’Himalaya indien. Alison Criscitiello a été nommée Exploratrice National Geographic, et Fellow du Explorers Club et de la Société géographique royale du Canada. Alison Criscitiello est fondatrice et codirectrice de Girls on Ice Canada.
Contribution
Ce guide « Pleins feux sur la science » a été écrit sur la base de l’article Pickard, H.M., Criscitiello, A.S., Persaud, D., Spencer, C., Muir, D.C.G., Lehnherr, I., et al. 2020. « Ice Core Record of Persistent Short-Chain Fluorinated Alkyl Acids: Evidence of the Impact from Global Environmental Regulations » (Carottes de glace d’acides alkyles à chaîne courte fluorés persistants : Preuve de l’effet de la règlementation environnementale mondiale (Traduction libre)) Geophysical Research Letters, 47, e2020GL087535. https://doi.org/10.1029/2020GL087535