Крошечные биологические частицы влияют на формирование облаков над Арктикой

Ученые давно поняли, что облакам необходимы поверхности из мельчайших частиц, на которых может конденсироваться вода. От морской соли и частиц пыли до микропластика — многие вещества могут играть ведущую роль в зарождении облаков.

Исследователи теперь провели точные расчеты, которые проясняют неопределенность относительно того, какой вклад биологические аэрозоли вносят в этот процесс над Арктикой. Это исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

«Мы смогли идентифицировать белковый компонент зародышеобразующих частиц льда, проливая свет на их потенциальное биологическое происхождение», — объясняет геолог из Базельского университета Франц Конен. «Наши результаты однозначно устанавливают преобладание биологических частиц, способствующих зарождению льда в обсерватории Цеппелин».

Физик Стокгольмского университета Габриэль Фрейтас и его коллеги отфильтровали материалы микрометрового размера из атмосферы над обсерваторией на горе Цеппелинфьеллет в Норвегии.

Команда проанализировала образцы, используя светорассеяние, методы УФ-флуоресценции и просвечивающую электронную микроскопию, собрав достаточно информации для идентификации и измерения наименьших концентраций каждого типа частиц.

«Точность очень важна, когда мы решаем задачу обнаружения этих частиц в мизерных концентрациях, это сродни поиску иголки в стоге сена», — говорит Фрейтас.

Когда температура и влажность подходят, вода в атмосфере конденсируется на мельчайших частицах и замерзает в кристаллы льда, которые образуют облака.

Природа этих частиц остается основным источником неопределенности в климатических моделях, и по сравнению с другими регионами в Арктике относительно низкие концентрации аэрозолей, поэтому небольшие изменения в них могут оказать глубокое влияние на погоду.

Плавая высоко среди атмосферных газов, пыли и водяного пара, исследователи обнаружили частицы биологического происхождения. В их число входила фруктоза, а также сахарные спирты маннит и арабитол , на долю которых приходилось более 90 процентов всех биологических частиц в летний период.

«Хотя арабит и маннит присутствуют в различных микроорганизмах, их присутствие в воздухе связано со спорами грибов и может происходить как из местных источников, так и в результате переноса в атмосфере на большие расстояния», — объясняет Карл Эспен Иттри, ученый-атмосферник из Норвежского института воздуха.

Уровень биологических аэрозолей колебался в зависимости от сезона, отмечают Фрейтас и его коллеги. Самые высокие концентрации наблюдались, когда температура превышала -15 °C, температуру зарождения льда, которая, как ранее было установлено, была связана с повышенной биологической активностью в Арктике.

«Мы обеспечиваем прямую наблюдательную связь между биологическими аэрозольными частицами и высокотемпературными частицами льда в Арктике», — пишут исследователи.

В совокупности это предполагает, что по мере того, как все больше суши и океана подвергаются воздействию из-за повышения температуры Земли, таяния большего количества льда и снега, ожидается, что концентрации биологических частиц будут увеличиваться, что, вероятно, будет способствовать увеличению облачного покрова и количества осадков, что, в свою очередь, еще больше растопит некогда замороженные ландшафты.

«Это исследование дает важное представление о происхождении и свойствах биологических частиц и частиц, образующих ледяные ядра в Арктике», — говорит ученый-эколог Стокгольмского университета Пол Цигер. «Это может позволить разработчикам климатических моделей улучшить представление взаимодействий аэрозоля и облаков в моделях и уменьшить неопределенности, связанные с оценками антропогенного радиационного воздействия».