Vi fangede bakterier fra den mest uberørte luft på jorden for at hjælpe med at løse et mysterium om klimamodellering

Det sydlige Ocean er et stort bånd af åbent vand, der omkranser hele planeten mellem Antarktis og den sydlige halvkugles landmasser. Det er det mest overskyede sted på Jorden, og mængden af ​​sollys, der reflekterer eller passerer gennem disse skyer, spiller en overraskende vigtig rolle i det globale klima. Det påvirker vejrmønstre, havstrømme, Antarktis havis, havoverfladetemperatur og endda nedbør i troperne.

Men på grund af hvor fjernt det sydlige hav er, der har været meget få faktiske undersøgelser af skyerne der. På grund af denne mangel på data, computermodeller, der simulerer nuværende og fremtidige klimaer, forudsiger, hvor meget sollys der når havoverfladen i forhold til, hvad satellitter faktisk observerer. Hovedårsagen til denne unøjagtighed skyldes, hvordan modellerne simulerer skyer, men ingen vidste præcis, hvorfor skyerne var slukket. For at modellerne kan køre korrekt, forskere skulle forstå, hvordan skyerne blev dannet.

For at opdage, hvad der rent faktisk sker i skyer over det sydlige hav, en lille hær af atmosfæriske forskere, inklusive os, gik for at finde ud af, hvordan og hvornår skyer dannes i denne fjerntliggende del af verden. Det, vi fandt, var overraskende - i modsætning til oceanerne på den nordlige halvkugle, den luft, vi tog ud over det sydlige ocean, indeholdt næsten ingen partikler fra land. Det betyder, at skyerne kan være forskellige fra dem over andre oceaner, og vi kan bruge denne viden til at hjælpe med at forbedre klimamodellerne.

Isskyer og flydende skyer

Skyer er lavet af små vanddråber eller iskrystaller, eller ofte en blanding af de to. Disse dannes på små partikler i luften. Partikeltypen spiller en stor rolle for at afgøre, om der dannes en flydende dråbe eller iskrystal. Disse partikler kan være naturlige - som havsprøjt, pollen, støv eller endda bakterier - eller fra menneskelige kilder som biler, komfurer, kraftværker og så videre.

For det utrænede øje, en issky og en flydende sky ser meget ens ud, men de har meget forskellige egenskaber. Isskyer reflekterer mindre sollys, udfældes mere og holder ikke så længe som flydende skyer. Det har betydning for vejret - og klimamodellerne - hvilken slags skyer der er omkring.

Klimamodeller har en tendens til at forudsige for mange isskyer over det sydlige hav og ikke nok flydende skyer sammenlignet med satellitmålinger. Men satellitmålinger omkring polerne er svære at foretage og mindre præcise end andre regioner, så vi ønskede at indsamle direkte bevis på, hvor mange flydende skyer der faktisk er til stede og bestemme, hvorfor der var mere end modellerne forudsiger.

Dette var mysteriet:Hvorfor er der flere flydende skyer, end modellerne tror, ​​der er? For at løse det, vi havde brug for at vide, hvilke slags partikler der flyder rundt i atmosfæren omkring Antarktis.

Inden vi gik derned, vi havde et par spor.

Tidligere modelleringsundersøgelser har antydet, at de isdannende partikler, der findes over det sydlige hav, kan være meget forskellige fra dem, der findes på den nordlige halvkugle. Støv er en stor issky såmaskine, men på grund af manglen på støvede jordkilder på den sydlige halvkugle, nogle forskere har antaget, at andre typer partikler kan drive isskydannelse over det sydlige hav.

Da de fleste modeller er baseret på data fra den nordlige halvkugle, hvis partiklerne i atmosfæren på en eller anden måde var forskellige på den sydlige halvkugle, det kan forklare fejlene.

Bakterielle kort

Det er svært at måle sammensætningen af ​​partikler direkte over det sydlige hav - der er simpelthen ikke ret mange partikler rundt. Så, for at hjælpe os med at spore hvad der er inde i skyerne, vi brugte en indirekte tilgang:bakterierne i luften.

Atmosfæren er fuld af mikroorganismer, der føres hundredvis til tusinder af kilometer på luftstrømme, før de vender tilbage til Jorden. Disse bakterier er som luftbårne nummerplader, de er unikke og fortæller dig, hvor bilen - eller luften - kom fra. Da forskere ved, hvor de fleste bakterier lever, det er muligt at se på mikroberne i en luftprøve og bestemme, hvor den luft kom fra. Og når du først ved det, du kan også forudsige, hvor partiklerne i luften også kom fra - det samme sted, som bakterierne normalt lever.

For at prøve luftbårne bakterier i denne afsidesliggende havregion, en af ​​os tog ud på Australian Marine National Facility's R/V Investigator for en seks ugers ekspedition. Vejret var uregerligt, og bølgerne var ofte hvide, men en til to dage ad gangen, vi sugede luft fra skibets forstævn gennem et filter, der fangede de luftbårne partikler og bakterier. Vi frøs derefter filtrene for at holde det bakterielle DNA intakt.

Havbakterier alene

I de fleste havområder rundt om i verden, især på den nordlige halvkugle, hvor der er meget jord, luften indeholder både marine og terrestriske partikler. Det var det, vi forventede at finde nede sydpå.

Med de frosne filtre sikkert tilbage på vores laboratorium i Colorado, vi ekstraherede DNA fra bakterierne og sekventerede det for at bestemme, hvilken art vi havde fanget. Meget til vores overraskelse, bakterierne var stort set alle marine arter, der lever i det sydlige hav. Vi fandt næsten ingen landbaserede bakterier.

Hvis bakterierne var fra havet, så var de sky-dannende partikler. Dette var det svar, vi ledte efter.

Iskernende partikler er meget sjældne i havvand og marine partikler er meget gode til at danne flydende skyer. Med for det meste marinebaserede partikler i luften, vi forventer, at skyerne for det meste består af flydende dråber, hvilket er hvad vi observerede. Da de fleste modeller behandler skyer i denne region på samme måde som de gør skyer på den mere støvede nordlige halvkugle, det er ikke underligt, at modellerne var slukket.

Fremadrettet

Nu hvor vi ved, at sommeren skyer i det sydlige hav dannes af rent marine partikler, vi skal finde ud af, om det samme er tilfældet i andre årstider og i højere højder. Det større projekt, som involverede fly såvel som skibe, har givet atmosfæriske forskere en meget bedre idé om skyerne både tæt på havoverfladen og højt oppe i atmosfæren. Klimamodellerne blandt os inkorporerer allerede disse nye data i deres modeller og vil forhåbentlig snart have resultater at dele.

At opdage, at de luftbårne partikler over det sydlige ocean for det meste kommer fra havet, er et bemærkelsesværdigt fund. Det forbedrer ikke kun globale klimamodeller, det betyder også, at vi har bekræftet, at det sydlige ocean er en af ​​de mest miljøvenlige områder på Jorden - et sted, der sandsynligvis har ændret sig meget lidt på grund af menneskelige aktiviteter. Vores arbejde vil forhåbentlig forbedre klimamodeller, men har også givet forskere en baseline for, hvordan et virkelig uberørt havmiljø ser ud.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.