Группа исследователей под руководством Калифорнийского университета в Сан-Диего впервые определила причины наблюдаемых различий в химическом составе частиц морских брызг, выбрасываемых из океана прибоями.
Открытие может позволить исследователям лучше понять, как химия и физика океана напрямую влияют на процессы образования облаков. Улучшение понимания может сделать климатические модели более точными, особенно потому, что облака - самая сложная переменная для отображения в текущих симуляциях.
Кимберли Пратер, почетный заведующий кафедрой химии атмосферы и преподаватель кафедры химии и биохимии и Института океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего, возглавила исследование, поддержанное Национальным научным фондом. Она сказала, что ее ключевой прорыв заключался в том, чтобы показать, что капли, поднимаемые в воздух прибойными волнами, приобретают различные химические характеристики в зависимости от физических сил, создаваемых волнами.
«Впервые кто-либо показал, что капли из морской воды имеют различный состав из-за механизма производства», - сказал Пратер. «Мы выясняем, как биология океана влияет на физические процессы образования аэрозолей морских брызг. Предыдущие исследования были сосредоточены на процессах, связанных с физическим образованием морских брызг, но наши исследования показали, что химия лежит в основе многих процессов переноса океан-атмосфера, которые оказывают глубокое влияние на состав нашей атмосферы, а также облаков и климата."
Некоторые аэрозоли морских брызг представляют собой «пленочные» капли, наполненные микробами или органическим материалом, которые собираются на поверхности океана. Они образуются при разрыве пузырьков на поверхности океана. Исследователи в основном предполагали, что все аэрозоли размером менее микрона относятся к этому типу. Однако Пратер и другие исследователи показали, что существуют и другие образующие облака частицы, полученные из «струйных» капель, которые преимущественно состоят из очень разных химических видов, включая морскую соль, микробы и другие биологические виды. Эти новые капли выбрасываются после того, как лопнут пузыри.
Эти два типа аэрозолей обладают разной способностью образовывать кристаллы льда в облаках, а это означает, что действительно ли облако не производит осадков, дождя или снега, можно определить по типу микробов и связанных с ними биомолекул, выбрасываемых из океана.. Что еще более важно, наличие большого цветения фитопланктона, как это происходит во время красных приливов, изменяет соотношение пленки и струйных капель, а это означает, что биологические процессы могут привести к глубоким изменениям в химическом составе морских брызг и, в конечном итоге, к образованию облаков.
Исследование «Роль струйных и пленочных капель в управлении состоянием смешивания субмикронных аэрозольных частиц морских брызг» опубликовано 19 июня в первых выпусках журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследователи обнаружили, что частицы, создаваемые струями, могут составлять почти половину общего количества субмикронных аэрозолей морских брызг, которые способствуют образованию облаков. Чтобы прийти к такому выводу, исследователи вызвали цветение фитопланктона в естественной морской воде, закачиваемой в резервуары, генерирующие волны, в лаборатории Скриппса. Условия имитировали те, что в океане, где образуются морские брызги. Ученые отличили пленку от струйных капель, когда они поднимались в воздух над волнами, наблюдая за их разным электрическим зарядом. Аэрозоли Jet Sea Spray имеют больший заряд, чем пленочные аэрозоли.
Новости, сделанные исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Диего на одной из самых загадочных границ климата: как аэрозоли образуются на суше и в море - будь то морская соль, органический материал, пыль или частицы загрязнения - определить, образуются ли облака и могут ли эти облака вызывать осадки. Пратер, который впервые разработал методы анализа химического состава частиц в воздухе, является директором Центра изучения воздействия аэрозолей на химию окружающей среды (CAICE) в Калифорнийском университете в Сан-Диего, где выполнялась работа. В 2013 году Национальный научный фонд назвал CAICE Центром химических инноваций NSF, одним из девяти таких центров в Соединенных Штатах.
Соавторы исследования представляли целый ряд дисциплин от биохимии до морской микробиологии. Океанографы Скриппса Грант Дин и Дейл Стоукс внесли свой вклад в исследование и в последующей работе попытаются выяснить, смогут ли они определить состав аэрозольных смесей на поверхности моря, измеряя, как долго сохраняются белоснежные шапки океана, заполненные пузырьками.
Дин сказал, что подвиг исследования, вероятно, не мог быть достигнут ни одним из исследователей, работающих в одиночку, что делает его образцом того, как проводятся сложные исследования окружающей среды.
«Это настоящая совместная работа химиков, биологов и океанографов», - сказал Дин. «Вот как нужно выполнять такую работу».