Een team van onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Californië in San Diego heeft voor het eerst vastgesteld wat de waargenomen verschillen in de chemische samenstelling van zeespraydeeltjes die door brekende golven uit de oceaan worden uitgestoten, veroorzaakt.

De ontdekking zou onderzoekers in staat kunnen stellen beter te begrijpen hoe oceaanchemie en -fysica rechtstreeks van invloed zijn op wolkenvormingsprocessen. Het verbeterde begrip zou klimaatmodellen nauwkeuriger kunnen maken, vooral omdat wolken de moeilijkste variabele zijn om in huidige simulaties weer te geven.

Kimberly Prather, Distinguished Chair in Atmospheric Chemistry en een faculteitslid in de afdeling Chemie en Biochemie en Scripps Institution of Oceanography aan UC San Diego, leidde de door de National Science Foundation ondersteunde studie. Ze zei dat de belangrijkste doorbraak was dat ze aantoonden dat de druppels die door brekende golven in de lucht worden gestuurd, verschillende chemische eigenschappen aannemen, afhankelijk van de fysieke krachten die door de golven worden veroorzaakt.

"Het is de eerste keer dat iemand heeft aangetoond dat druppels uit zeewater een andere samenstelling hebben vanwege het productiemechanisme, " zei Prather. "We ontdekken hoe de oceaanbiologie de fysieke productieprocessen beïnvloedt die aërosol van de zeenevel creëren. Eerdere studies hebben zich gericht op de processen die betrokken zijn bij de fysieke productie van zeespray, maar onze studies hebben aangetoond dat chemie de kern vormt van veel oceaan-atmosfeer overdrachtsprocessen die een diepgaande invloed hebben op de samenstelling van onze atmosfeer, evenals op wolken en klimaat."

Sommige zeespray-aerosolen zijn "film" -druppels die beladen zijn met microben of organisch materiaal dat zich op het oceaanoppervlak verzamelt. Ze vormen zich wanneer bellen aan het oceaanoppervlak scheuren. Onderzoekers waren er grotendeels van uitgegaan dat alle aerosolen kleiner dan een micron van deze variëteit waren. Prather en andere onderzoekers toonden aan, echter, dat er andere wolkvormende deeltjes zijn die zijn afgeleid van "straal" -druppels die voornamelijk bestaan ​​uit zeer verschillende chemische soorten, waaronder zeezout, microben, en andere biologische soorten. Deze nieuwe druppels worden uitgeworpen in de nasleep van het knappen van bellen.

Deze twee soorten aerosolen hebben verschillende mogelijkheden voor het vormen van ijskristallen in wolken, wat betekent dat of een wolk eigenlijk geen neerslag produceert, regenen, of sneeuw kan worden bepaald door het type microben en bijbehorende biomoleculen die uit de oceaan worden uitgestoten. Belangrijker, de aanwezigheid van een grote bloei van fytoplankton, zoals gebeurt tijdens rode vloedgebeurtenissen, verandert de verhouding tussen film en straaldruppels, wat betekent dat biologische processen kunnen leiden tot ingrijpende veranderingen in de chemie van zeenevel en uiteindelijk tot wolkenvorming.

De studie, "De rol van straal- en filmdruppels bij het beheersen van de mengtoestand van submicron zeespray-aerosoldeeltjes, " verschijnt 19 juni in vroege edities van het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences .

De onderzoekers ontdekten dat door jets geproduceerde deeltjes bijna de helft van het totale aantal submicron zeespray-aerosolen kunnen uitmaken die bijdragen aan wolkenvorming. Om tot deze conclusie te komen, onderzoekers veroorzaakten fytoplanktonbloei in natuurlijk zeewater dat in golfgenererende tanks in een Scripps-laboratorium werd gepompt. De omstandigheden bootsten die in de oceaan na die zeespray produceren. De wetenschappers onderscheidden de film van straaldruppels terwijl ze in de lucht boven de golven opstegen door hun verschillende elektrische ladingen te observeren. Jetsea-spray-aerosolen hebben een grotere lading dan film-aerosolen.

De bevindingen zijn de nieuwste van onderzoekers van UC San Diego aan een van de meest mysterieuze grenzen van het klimaat:hoe aerosolen op het land en op zee werden geproduceerd - of het nu gaat om zeezout, organisch materiaal, stof, of vervuilingsdeeltjes - bepaal of zich wolken vormen en of die wolken neerslag kunnen produceren. Prather, die pionierde met methoden om de chemische samenstelling van deeltjes in de lucht te analyseren, is de directeur van het Center for Aerosol Impacts on Chemistry of the Environment (CAICE) aan de UC San Diego, waar het werk werd uitgevoerd. In 2013, de National Science Foundation noemde CAICE een NSF-centrum voor chemische innovatie, een van de negen van dergelijke centra in de Verenigde Staten.

Co-auteurs van de studie vertegenwoordigden een reeks disciplines, van biochemie tot mariene microbiologie. De oceanografen Grant Deane en Dale Stokes van Scripps hebben bijgedragen aan het onderzoek en zullen in vervolgonderzoek proberen te zien of ze de samenstelling van aërosolmengsels op het zeeoppervlak kunnen bepalen door te meten hoe lang met bellen gevulde oceaanwitte doppen meegaan.

Deane zei dat de prestatie van de studie waarschijnlijk niet kon worden bereikt door een van de onderzoekers die alleen werkte, waardoor het een model wordt voor hoe complex milieuonderzoek wordt gedaan.

"Het is echt een samenwerking tussen chemici, biologen, en fysieke oceanografen, "Zei Deane. "Dit is de manier waarop dit soort werk moet worden gedaan."