Colorado State University Distinguished Professor Sonia Kreidenweis en haar onderzoeksgroep identificeerden een atmosferisch gebied onveranderd door menselijke activiteiten in de eerste studie om de bioaerosolsamenstelling van de Zuidelijke Oceaan ten zuiden van 40 graden zuiderbreedte te meten.

Kreidenweis' groep, gevestigd in de afdeling Atmosferische Wetenschappen, ontdekte dat de lucht in de grenslaag die de lagere wolken boven de Zuidelijke Oceaan voedt, ongerept is - vrij van deeltjes, aerosolen genoemd, geproduceerd door antropogene activiteiten of vervoerd uit verre landen. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences .

Weer en klimaat zijn complexe processen die elk deel van de wereld met elke andere regio verbinden, en met het klimaat dat snel verandert als gevolg van menselijke activiteit, het is moeilijk om een ​​gebied of proces op aarde te vinden dat onaangetast is door mensen. Kreidenweis en haar team vermoedden dat de lucht direct boven de afgelegen Zuidelijke Oceaan die Antarctica omringt, het minst zou worden aangetast door mensen en stof van continenten. Ze gingen op zoek naar wat er in de lucht was en waar het vandaan kwam.

"We waren in staat om de bacteriën in de lucht boven de Zuidelijke Oceaan te gebruiken als een diagnostisch hulpmiddel om belangrijke eigenschappen van de lagere atmosfeer af te leiden, " zei onderzoeker Thomas Hill, co-auteur van het onderzoek. "Bijvoorbeeld, dat de aërosolen die de eigenschappen van SO-wolken beheersen sterk verbonden zijn met biologische processen in de oceaan, en dat Antarctica geïsoleerd lijkt te zijn van de zuidelijke verspreiding van micro-organismen en de depositie van voedingsstoffen vanuit de zuidelijke continenten. Algemeen, het suggereert dat de SO een van de weinige plaatsen op aarde is die minimaal is aangetast door antropogene activiteiten."

Er werden monsters verzameld tijdens de door het NSF gefinancierde SOCRATES-veldcampagne, geleid door onderzoeker en coauteur Paul DeMott. Afgestudeerde student Kathryn Moore bemonsterde de lucht in de mariene grenslaag, het onderste deel van de atmosfeer dat direct contact heeft met de oceaan, aan boord van de Research Vessel Investigator terwijl het zuidwaarts stoomde van Tasmanië naar de Antarctische ijsrand. Onderzoekswetenschapper en eerste auteur Jun Uetake onderzocht de samenstelling van microben in de lucht die van het schip werden gevangen. De atmosfeer zit vol met deze micro-organismen die door de wind over honderden tot duizenden kilometers worden verspreid.

Met behulp van DNA-sequencing, bron volgen en wind terug trajecten, Uetake stelde vast dat de oorsprong van de microben marien was, afkomstig uit de oceaan. Bacteriële samenstelling werd ook gedifferentieerd in brede breedtegebieden, suggereert aërosolen van verre landmassa's en menselijke activiteiten, zoals vervuiling of bodememissies veroorzaakt door veranderingen in landgebruik, reisden niet naar het zuiden naar de Antarctische lucht.

Deze resultaten zijn in tegenspraak met alle andere studies van oceanen in de subtropen en het noordelijk halfrond, waaruit bleek dat de meeste microben afkomstig waren van bovenwindse continenten. Planten en grond zijn sterke bronnen van deeltjes die bevriezing van onderkoelde wolkendruppels veroorzaken, bekend als ijskiemvormende deeltjes. Dit proces vermindert de reflectie van wolken en verbetert de neerslag, het vergroten van de hoeveelheid zonlicht die het oppervlak bereikt en het veranderen van de stralingsbalans van de aarde.

Boven de Zuidelijke Oceaan, emissies van zeespray domineren het materiaal dat beschikbaar is voor het vormen van vloeibare wolkendruppels. IJskiemvormende deeltjesconcentraties, zeldzaam in zeewater, zijn de laagste die overal op de planeet zijn geregistreerd.

De lucht boven de Zuidelijke Oceaan was zo schoon dat er heel weinig DNA was om mee te werken. Hill schreef de kwaliteit van hun resultaten toe aan het schone laboratoriumproces van Uetake en Moore.

"Jun en Kathryn, in elke fase, behandelde de monsters als kostbare items, uitzonderlijke zorg te besteden en de schoonste techniek te gebruiken om besmetting door bacterieel DNA in het laboratorium en reagentia te voorkomen, ' zei Heuvel.