"После многих десятилетий попыток понять, как океан влияет на атмосферу и облака над ней, стало ясно, что для исследования сложной системы океан-атмосфера необходим новый подход. Перенос химической сложности океана в лабораторию стал крупным достижением, которое позволит провести множество новых исследований ", — сказала Кимберли Пратер, заслуженный председатель кафедры химии атмосферы Калифорнийского университета в Сан-Диего и директор Центра аэрозольных воздействий. по климату и окружающей среде, который возглавлял команду из более чем 30 ученых, участвовавших в этом проекте. Они сообщают о своих выводах в раннем онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences за неделю от 22 апреля.
Крошечные пузырьки воздуха образуются в океане, когда волны разбиваются, затем поднимаются на поверхность и лопаются, выделяя газы и аэрозоли в атмосферу. Морские аэрозоли бывают самых разных размеров и форм с химической сложностью, от простых солей до сложных биологических смесей и бактериальных клеток.
На протяжении десятилетий ученые изучали, как химический состав аэрозолей влияет на их способность поглощать воду, семена облаков и реагировать в атмосфере. Поскольку аэрозоли из других источников превосходят результаты полевых измерений, было трудно изолировать и изучить морские аэрозоли над реальным океаном.
«После того, как система океан-атмосфера была изолирована, мы могли систематически исследовать, как изменения в морской воде, вызванные биологической активностью, влияют на состав и климатические свойства аэрозолей в виде морских брызг», — сказал Пратер, профессор кафедры химии и биохимии. совместная встреча в Институте океанографии Скриппса.
Они закачивали морскую воду прямо из Тихого океана в специально модифицированный закрытый волновой лоток в гидравлической лаборатории Scripps Oceanography. Строго фильтруя воздух внутри волновой камеры, команда устранила загрязнение из других источников, что позволило им впервые исследовать аэрозоль из морских брызг сразу после того, как он был образован прибойными волнами.
В течение пяти дней команда систематически изменяла биологические сообщества в лотке, добавляя различные комбинации культур морских бактерий и микроскопических морских водорослей или фитопланктона. Затем, когда гидравлическое весло отправило волны, разбивающиеся о искусственный мелководье, инструменты, расположенные вдоль 33-метрового лотка, проанализировали химический состав морской воды, воздуха и аэрозолей.
По мере изменения морской воды и увеличения уровня бактерий состав аэрозолей изменялся таким образом, что уменьшалась их способность образовывать облака. В частности, через день после добавления новых культур уровни бактерий выросли в пять раз, а потенциал засевания облаков упал примерно на треть.
Эти изменения произошли даже тогда, когда концентрация фитопланктона упала вместе с уровнем хлорофилла-а, пигмента, необходимого для фотосинтеза. Это важный вывод, потому что текущие оценки биологической активности в поверхностных водах океана основаны на приборах на борту спутников, которые измеряют цвет морской поверхности, который изменяется вместе с уровнями хлорофилла-а, оценка, которая не учитывает цветение других организмов. , например, бактерии.
Полученные данные демонстрируют ценность нового подхода центра для сортировки взаимозависимых факторов, определяющих влияние океана и морских брызг на климат.
Соавторы из Калифорнийского университета в Сан-Диего: Тимоти Бертрам, Дуглас Коллинз, Луис Куадра-Родригес, Тимоти Гуаско, Мэтью Руппел, Оливия Райдер, Натан Шопп и Дефенг Чжао из Департамента химии и биохимии; Грант Дин, Дейл Стоукс, Лихини Алувихар, Брайан Паленик, Фарук Азам, Грегори Робертс, Линн Рассел, Крейг Коррига, Мишель Ким, Уильям Ламберт, Робин Модини и Байрон Эванс Педлер из Института океанографии Скриппса; и Марио Молина, у которого есть совместная встреча. Дополнительные соавторы включают ученых из Университета Айовы, Государственного университета Колорадо, Калифорнийского технологического института, Тихоокеанского университета, Калифорнийского университета в Дэвисе, Северо-Западного университета и Национального центра метеорологических исследований.
Центр химических инноваций Национального научного фонда поддерживает Центр воздействия аэрозолей на климат и окружающую среду (CHE 1038028).