Kemi af havsprøjtpartikler forbundet for første gang med dannelsesprocessen

Et team af forskere ledet af University of California San Diego har for første gang identificeret, hvad der driver de observerede forskelle i den kemiske sammensætning af havspraypartikler, der udstødes fra havet ved at bryde bølger.

Opdagelsen kan gøre det muligt for forskere bedre at forstå, hvordan havets kemi og fysik direkte påvirker skydannelsesprocesser. Den forbedrede forståelse kunne gøre klimamodeller mere præcise, især da skyer er den sværeste variabel at skildre i aktuelle simuleringer.

Kimberly Prather, Distinguished Chair in Atmospheric Chemistry og et fakultetsmedlem i Department of Chemistry and Biochemistry og Scripps Institution of Oceanography ved UC San Diego, ledet den National Science Foundation-støttede undersøgelse. Hun sagde, at dets vigtigste gennembrud involverede at vise, at de dråber, der sendes i luften af ​​brydende bølger, antager forskellige kemiske egenskaber afhængigt af de fysiske kræfter, som bølgerne inducerer.

"Det er første gang nogen har vist, at dråber fra havvand har forskellig sammensætning på grund af produktionsmekanismen, " sagde Prather. "Vi er ved at afdække, hvordan havets biologi påvirker de fysiske produktionsprocesser, der skaber havspray-aerosol. Tidligere undersøgelser har fokuseret på de processer, der er involveret i den fysiske produktion af havsprøjt, men vores undersøgelser har vist, at kemi er kernen i mange hav-atmosfære-overførselsprocesser, som har dybtgående indvirkning på sammensætningen af ​​vores atmosfære såvel som skyer og klima."

Nogle havsprøjteaerosoler er "filmdråber", der er fyldt med mikrober eller organisk materiale, der samler sig på havoverfladen. De dannes, når bobler ved havoverfladen brister. Forskere havde stort set antaget, at alle aerosoler mindre end en mikron i størrelse var af denne sort. Prather og andre forskere viste, imidlertid, at der er andre skydannende partikler afledt af "jet" dråber, der overvejende består af meget forskellige kemiske arter, herunder havsalt, mikrober, og andre biologiske arter. Disse nye dråber skydes ud i kølvandet på, at boblerne springer.

Disse to typer aerosoler har forskellige evner til at danne iskrystaller i skyer, hvilket betyder, at om en sky faktisk ikke producerer nogen nedbør, regn, eller sne kan bestemmes af typen af ​​mikrober og tilhørende biomolekyler, der udstødes fra havet. Vigtigere, tilstedeværelsen af ​​en stor opblomstring af planteplankton, som det sker under rødvande, ændrer forholdet mellem film og stråledråber, hvilket betyder, at biologiske processer kan føre til dybtgående ændringer i havsprøjtningskemi og i sidste ende skydannelse.

Studiet, "Jets og filmens rolle falder i at kontrollere blandingstilstanden af ​​submikron havspray-aerosolpartikler, " vises den 19. juni i de tidlige udgaver af tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences .

Forskerne fandt ud af, at jetproducerede partikler kan udgøre næsten halvdelen af ​​det samlede antal submicron sea spray aerosoler, der bidrager til skydannelse. For at nå denne konklusion, forskere inducerede fytoplanktonopblomstring i naturligt havvand pumpet ind i bølgegenererende tanke på et Scripps-laboratorium. Forholdene efterlignede dem i havet, der producerer havsprøjt. Forskerne adskilte filmen fra jetdråber, da de steg i luften over bølgerne ved at observere deres forskellige elektriske ladninger. Jet sea spray aerosoler har en større ladning end filmaerosoler.

Resultaterne er de seneste, der er kommet fra forskere ved UC San Diego på en af ​​de mest mystiske grænser for klimaet:hvordan aerosoler produceres på land og til vands - uanset om havsalt, organisk materiale, støv, eller forureningspartikler - afgør, om der dannes skyer, og om disse skyer kan producere nedbør. Prather, der var banebrydende metoder til at analysere den kemiske sammensætning af luftbårne partikler, er direktør for Center for Aerosol Impacts on Chemistry of the Environment (CAICE) ved UC San Diego, hvor arbejdet blev udført. I 2013 National Science Foundation udnævnte CAICE til et NSF Center for Chemical Innovation, et af ni sådanne centre i USA.

Medforfattere til undersøgelsen repræsenterede en række discipliner fra biokemi til marin mikrobiologi. Scripps oceanografer Grant Deane og Dale Stokes bidrog til undersøgelsen og vil i opfølgende arbejde forsøge at se, om de kan bestemme sammensætningen af ​​havoverflade-aerosolblandinger ved at måle, hvor længe boblefyldte havhvidhætter holder.

Deane sagde, at undersøgelsens bedrift sandsynligvis ikke kunne have været opnået af nogen af ​​forskerne, der arbejder alene, gør det til en model for, hvordan kompleks miljøforskning udføres.

"Det er et virkeligt samarbejde mellem kemikere, biologer, og fysiske oceanografer, " sagde Deane. "Det er måden, den slags arbejde skal udføres på."