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以北极海藻为食的细菌可以为云层播下种子

2019-11-08 18藻类

一项新的研究发现,以北极海藻为食的细菌可以为云层播下种子,北冰洋洋流和风暴正在将海洋藻类繁殖的细菌转移到大气中,在那里,这些微粒有助于云层的形成。根据发表在AGU杂志《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)上的一项新研究,这些起源于生物学的粒子可以影响全世界的天气模式。

以北极海藻为食的细菌可以为云层播下种子

悬浮在空气中的气溶胶粒子有时会加速云中的冰晶形成,影响天气、气候和天气模式。这些成冰粒子包括尘埃、烟雾、花粉、真菌和细菌。先前的研究表明,以北极海藻为食的细菌可以为云层播下种子,但它们是如何从海洋进入云层的却是一个谜。

在这项新的研究中,研究人员采集了白令海峡的水和空气样本,并测试了这些样本中是否存在生物冰成核粒子。通常在海底附近发现的细菌存在于海洋表面以上的空气中,这表明洋流和混乱有助于细菌在空气中传播。

根据这项新研究,洋流和天气系统使细菌以海藻繁殖为食,在海洋表面的海面上形成水雾,帮助在大气中形成云。

“这些特殊类型的气溶胶实际上可以‘播种’云,有点类似于种子长成植物。其中一些种子确实能有效地形成云冰晶体,”位于科罗拉多州柯林斯堡的科罗拉多州立大学的大气科学家、这项新研究的主要作者Jessie Creamean说。

了解云层是如何被播种的可以帮助科学家了解北极的天气模式

云层中的纯水滴在大约零下40摄氏度(零下40华氏度)时才会结冰。它们在冰点以下被过冷,但仍然是液体。气溶胶将过冷云层的冰点温度提高到零下5摄氏度(23华氏度),为水提供了一个结晶的表面,并与过冷的水滴和冰晶混合在一起。混合云是地球上最常见的云类型,最适合产生雨或雪。

“云种子”,就像在海藻中发现的细菌一样,可以用不同数量的冰和水制造出更多的云。云层的增加会影响大气中的热量,从而影响气候。这些云的组成可以影响北极的水循环,改变产生的雨雪量。这项新研究的作者说,增加云层数量和改变北极云层的组成也会影响北方的天气系统,可能会影响全球的天气趋势。

德国莱比锡莱布尼茨对流层研究所的大气科学家Heike Wex解释说,如果没有冰成核粒子,云的降水就不太可能发生。

从海洋到大气层

为了了解生物的“云种子”是如何从海洋深处传播到大气中的,Creamean和她的同事们在白令海峡的一次藻类爆发期间,从海平面以下8米(26英尺)的地方采集样本,从海平面以上20米(66英尺)的地方采集空气样本。

藻类大量繁殖是许多海洋动物食用的光合作用类植物微生物的大量增加,包括一些细菌。研究人员发现,在白令海峡浮游植物繁殖期的底部,有一种已知的可以在云层中播撒种子的细菌,但在周围的空气中却没有。科学家们在绿潮西北部约250公里处发现了同样的细菌,这表明一股强大的水流将细菌带到了一个新的地点。水中的空气中也有细菌。一场风暴把海洋深处的细菌带到海面,把细菌的“云种子”以水滴的形式输送到空气中。

Creamean说:“在海洋底部存在的东西正在向水面移动。”

由于科学家们只能从20米(66英尺)高的地方采集样本,他们还不知道冰成核粒子如何上升到云的高度,云的高度平均从地表以上1.9公里(1.2英里)处开始。

由于气候变化,极地地区正在迅速变暖。作者认为,北极加速变暖可能会导致更多的藻类繁殖和更多的细菌,从而进一步影响其天气系统。

Creamean说:“这些云是如何在北极形成的,并可能影响世界各地的天气模式,这是一个谜。”

引用

American Geophysical Union. "Bacteria feeding on Arctic algae blooms can seed clouds." ScienceDaily. ScienceDaily, 29 August 2019.
www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190829115428.htm.

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