Океаны являются домом для фитопланктона, который при распаде производит молекулы, которые переносятся по воздуху – если бактерии не съедают молекулы в первую очередь.
Группа исследователей под руководством ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружила, что процесс, посредством которого морские бактерии потребляют фитопланктон, имеет очевидную прямую роль в влиянии на свойства облаков. По мере того, как бактерии питаются, фитопланктон распадается на составляющие молекулы, такие как жиры и липиды. Молекулы, которые бактерии оставляют неиспользованными, могут переноситься по воздуху, когда поверхность океана взбалтывается.
Попадая в атмосферу, эти обогащенные органическими веществами частицы морских брызг присоединяются к пыли и другим частицам или аэрозолям, становясь каркасом для капель влаги, которые в конечном итоге превращаются в облака.
Этот вывод, опубликованный в журнале ACS Central Science 18 мая, был сделан почти через год после того, как исследователи создали копию океана в кампусе Института океанографии Скриппса в Калифорнийском университете в Сан-Диего, чтобы в контролируемых условиях наблюдать за типами морских частиц, которые способствуют формированию образование облаков и, возможно, проблемы со здоровьем человека после их переноса в воздух.
Поскольку облачный покров и осадки являются основными переменными в климате, в последние десятилетия область исследований аэрозолей приобрела все большее значение. Понимание динамики облаков необходимо для создания моделирования климата, которое пытается воспроизвести атмосферные явления.
«Приятно, наконец, найти связь между микробами в морской воде и атмосферными морскими брызгами», – сказала Кимберли Пратер, выдающийся председатель кафедры химии атмосферы с назначениями в Scripps и на кафедре химии и биохимии Калифорнийского университета в Сан-Диего. "Эти химические изменения в конечном итоге влияют на отражательную способность морских облаков и, таким образом, могут иметь серьезные последствия для климата на большей части планеты."
Исследование основано на данных исследования исследования химии и переноса материалов в морской среде (IMPACTS), финансируемого Национальным научным фондом, проведенного в Гидравлической лаборатории Скриппса летом 2014 года. Пратер, возглавляющий Центр воздействия аэрозолей на климат и окружающую среду Калифорнийского университета в Сан-Диего (CAICE), и его коллеги начали с наблюдения, что при расщеплении планктона бактериями они могут выделять множество различных нерастворимых жироподобных соединений, которые позже становятся аэрозольными, когда волны разбиваются, производя морские брызги. Эти химические вещества включают в себя широкий спектр молекул, включая белки и их строительные блоки, а также сахара и жиры.
Но понимание факторов, контролирующих перенос химических веществ из океана в атмосферу в виде морских брызг, оказалось труднодостижимым. В некоторых предыдущих исследованиях сообщалось, что фитопланктон является основным фактором, определяющим содержание органических веществ в морских брызгах, но это не всегда наблюдалось в полевых исследованиях.
В IMPACTS команда CAICE стремилась проанализировать морские брызги в контролируемой среде океана и атмосферы, чтобы выявить, какие химические компоненты переносятся и когда. Группа воссоздала океан в большом экспериментальном масштабе, импортировав 13000 литров (3400 галлонов) природной морской воды с побережья Калифорнии в 33-метровый резервуар, который механически генерирует волны. Их результаты показывают, что вариации конкретных микробов в цветении влияют на концентрацию менее растворимых в воде молекул, таких как липиды, в морской воде.
В свою очередь, лопнувшиеся пузыри от волн выбрасывали эти молекулы в атмосферу.
Пратер сказал, что исследование дало новое понимание важности сложных взаимодействий между микробами в морской воде и того, как они контролируют состав и способность образования облаков аэрозолей из морских брызг. Такая информация поможет исследователям построить более качественные климатические модели. Среди свойств облаков, на которые влияет этот микробный процесс, – яркость облаков.
Эта яркость помогает определить, поглощается ли солнечная энергия поверхностью Земли или отражается от нее, и, таким образом, влияет на температуру.
Благодаря способности генерировать морские аэрозоли в лаборатории во время цветения, будущие исследования будут сосредоточены на улучшении понимания воздействия биологических соединений в морских брызгах на здоровье человека. Учитывая, что биологические соединения ежедневно вдыхаются пляжниками и жителями прибрежных сообществ, их воздействие может быть значительным, но пока эти эффекты неясны.
Соавторами исследования «Микробный контроль состава аэрозолей в морских брызгах: история двух цветков» были ученые из Университета Айовы, Университета штата Колорадо, Национального института океанографии и экспериментальной геофизики, Триест, Италия, Школы Науки о жизни, Сямэньский университет, Сямынь, Китай, Висконсинский университет и Калифорнийский университет в Дэвисе.
Помимо NSF, исследование было поддержано Фондом Гордона и Бетти Мур и Советом по стипендиям Китая.