Skyetækket, nedbør, vandcyklus og endda Amazonasbassinet kan spores tilbage til salte fra svampe og planter i den uforstyrrede jungel.
Det er morgen, dybt inde i Amazonas-junglen. I den stille luft utallige blade glister med fugtighed, og tåge trækker gennem træerne. Når solen står op, vises skyer og flyder hen over skovbaldakinen ... men hvor kommer de fra? Vanddamp har brug for opløselige partikler for at kondensere. Luftbårne partikler er frøene fra flydende dråber i tåge, tåge og skyer.
Vanddråber om morgenen tåger Amazonas-junglen kondenserer omkring aerosolpartikler. På sin side kondenserer aerosolerne omkring små partikler af salt, der udsendes af svampe og planter i løbet af natten. Billedkredit: Fabrice Marr / Creative Commons.
For at lære, hvordan aerosolpartikler dannes i Amazonas, arbejdede Mary Gilles fra Chemical Sciences Division ved US Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) og David Kilcoyne fra Labs Advanced Light Source (ALS) med Christopher Pöhlker fra Tysklands Max Planck Institute for Chemistry (MPIC) som en del af et internationalt team af videnskabsfolk ledet af MPICs Meinrat Andreae og Ulrich Pöschl. De analyserede prøver af naturligt dannede aerosoler opsamlet over skovbunden, dybt i regnskoven.
Kombineret med resultater fra andre faciliteter leverede ALS-analysen væsentlige ledetråder til udviklingen af fine partikler, som Amazon skyer og tåge kondenserer, begyndende med kemikalier produceret af levende organismer. Holdet fandt, at blandt de vigtigste indledende triggere af processen er kaliumsalte.
Dissektering af usynlige aerosoler
Ved ALS-strålelinje 5.3.3.2 udførte forskerne scanning af transmissionsrøntgenmikroskopi (STXM) for at bestemme den nærkanten røntgenoptagelsesfinstruktur (NEXAFS) af partikler opsamlet i den våde sæson i den fjerne, uberørte skov nordøst for Manaus , Brasilien.
"Gennem absorption af bløde røntgenstråler fra et atoms kernelektroner og efterfølgende emission af fotoner kan identiteten og den nøjagtige placering af elementerne i aerosolprøverne identificeres," siger Kilcoyne. ”Essensen af STXM er, at det ikke kun fortæller dig, om kulstof er til stede, men hvordan dette kulstof er bundet til andre elementer i aerosolpartiklerne. Dette giver os mulighed for at skelne mellem sod, som er grafitisk, og organisk kulstof. ”
Forskerne fandt tre forskellige typer organiske aerosolpartikler, der alle ligner laboratorie-genererede referenceprøver: oxidationsprodukter baseret på precursor-kemikalier, der udsendes i gasfasen af træer, herunder terpener (den største komponent i terpentin) fra træharpiks, og isopren, en anden organisk forbindelse frigivet rigeligt gennem blade.
Prøverne var på skalaen kun milliondele eller milliarddele af en meter. Jo mindre aerosol, desto større er andelen kalium - de indsamlet tidligt om morgenen var de mindste og rigeste med kalium. Større partikler indeholdt mere organisk materiale, men ikke mere kalium. Disse kendsgerninger antyder, at kaliumsalte produceret i løbet af natten fungerede som frø til gasfaseprodukter til kondens på og dannede aerosoler af forskellige slags.
”Biomassaforbrænding er også en rig kilde til kaliumholdige aerosoler i skovområder, men kalium fra skovbrande er korreleret med tilstedeværelsen af sod, en grafisk form for kulstof,” siger Gilles. ”Før og under opsamlingsperioden var der ingen dokumenterede brande, der kunne have påvirket den biosfære, hvor prøverne blev opsamlet, og der blev ikke observeret noget bevis for sod i prøverne. Derfor kunne kaliumkilden kun have været naturlige skovorganismer. ”
Premier mistænkt
Svampesporer i de større aerosolprøver pegede på den største mistænkte. Nogle svampe lancerer sporer ved at opbygge vandtryk gennem osmose i sække (asci), der indeholder sporerne; når trykket er stort nok, sprænger ascussen og spreder sporerne i luften sammen med væske, der indeholder kalium, klorid og sukkeralkohol. Andre svampe fyrer "ballistosporer", når vanddamp i atmosfæren kondenserer og forårsager en pludselig frigørelse af fastholdende overfladespænding, hvorved også kalium, natrium, fosfater, sukker og sukkeralkohol udsættes.
Andre biogene mekanismer frigiver også salte i de tidlige morgentåger, der dækker skoven, herunder salte, der er opløst i vand ved transpiration i løbet af dagen, og om natten udstråling af saft rig på sukker, mineraler og kalium fra bladkanterne.
Således spiller usynlige små kerner af kaliumsalte, der er produceret af naturlige planter og andre levende ting om natten og tidligt om morgenen, en nøglerolle i dannelsen af aerosoler i regnskoven.
Terpener og isoprener frigøres primært i gasfasen af planter i junglen, og en gang i atmosfæren reagerer de med vand, ilt og organiske forbindelser, syrer og andre kemikalier, der udstråles af oprindelige planter. Disse reaktionsprodukter er mindre flygtige og indleder kondens i den lavtliggende skovbiosfære. Da de mindste partikler typisk er de vigtigste ved kondensation, udfylder kaliumsalte rollen. Efterhånden som dagen går, fortsætter gasfaseprodukter med at kondensere, og partiklerne fortsætter med at vokse.
I løbet af regntiden kan skydækket, nedbør, vandcyklus og til sidst klimaet i Amazonasbassinet og tilbage spores tilbage til salte fra svampe og planter i den uforstyrrede jungel, hvilket giver forstadierne til naturlige sky-kondensationskerner og direkte indflydelse hvordan tåge og skyer dannes og udvikles i regnskoven.
Via Lawrence Berkeley National Laboratory