Nature Communications: Микробы влияют на образование льда в арктических облаках

Международная группа ученых из Швеции, Норвегии, Японии и Швейцарии представила результаты исследования, которые свидетельствуют о решающей роли биологических частиц, включая пыльцу, споры и бактерии, в образовании льда в арктических облаках.

Результаты, опубликованные сегодня в журнале Nature Communications, имеют далеко идущие последствия для климатологии и нашего понимания быстро меняющегося арктического климата.

Исследование, результаты которого позволили выявить связь между биологическими частицами и образованием льда в арктических облаках, проводилось в течение нескольких лет в обсерватории Цеппелин, расположенной на удаленном норвежском архипелаге Шпицберген (Норвегия) в высоких широтах Арктики. Габриэль Фрейтас, ведущий автор работы и аспирант Стокгольмского университета, рассказал о новаторском подходе:

Мы индивидуально идентифицировали и подсчитали эти биологические частицы с помощью чувствительной оптической техники, основанной на рассеянии света и флуоресценции, вызванной ультрафиолетовым излучением. Такая точность очень важна, поскольку мы решаем задачу обнаружения этих частиц в мизерных концентрациях, что сродни поиску иголки в стоге сена.

Сахарные спирты как индикаторы спор грибов

В ходе исследования была изучена сезонная динамика биологических частиц, установлены корреляции с такими переменными, как снежный покров, температура и метеорологические параметры. Кроме того, наличие биологических частиц подтверждалось различными методами, включая электронную микроскопию и обнаружение специфических веществ, таких как сахароспиртовые соединения арабитол и маннитол.

Карл Эспен Иттри, старший научный сотрудник Института климатических и экологических исследований NILU и соавтор исследования, подчеркнул:

Хотя арабитол и маннитол присутствуют в различных микроорганизмах, их присутствие в воздухе связано со спорами грибов и может происходить как из местных источников, так и в результате дальнего атмосферного переноса.

Микробы способствуют зарождению льда в обсерватории Цеппелин

Количественное определение частиц, зарождающих лед, и понимание их свойств оказалось сложной задачей. Исследователи использовали два различных метода, включающих сбор частиц на фильтрах в течение недели и последующий тщательный лабораторный анализ.

Ютака Тобо, доцент Национального института полярных исследований в Японии и соавтор исследования, рассказал о своей стратегии:

Наш метод позволяет количественно оценить способность аэрозольных частиц, погруженных в капли воды, к образованию льда при температурах от 0 до -30°C, и таким образом определить концентрацию частиц, образующих лед, активных в арктических низкоуровневых облаках.

Франц Конен, научный сотрудник Базельского университета (Швейцария), добавил:

Подвергнув фильтры дополнительному нагреву при 95°C, мы смогли выявить белковый компонент частиц, образующих лед, что пролило свет на их возможное биологическое происхождение. Наши результаты однозначно подтверждают наличие биологических частиц, способствующих зарождению льда в обсерватории Цеппелин.

Пол Зигер, доцент Стокгольмского университета и соавтор работы, подчеркнул важное значение полученных результатов для климатологии:

Данное исследование предлагает критические сведения о происхождении и свойствах биологических и ледообразующих частиц в Арктике, что может позволить разработчикам климатических моделей улучшить представление взаимодействия аэрозолей и облаков в моделях и уменьшить неопределенности, связанные с оценками антропогенного радиационного воздействия.

В ближайшие десятилетия ожидается увеличение площади открытого океана и бесснежной тундры — источников биологических частиц в Арктике. Поэтому более глубокое понимание взаимосвязи между этими частицами и облаками может дать ценные сведения о происходящих и будущих преобразованиях в Арктике.

28.09.2023