De Zuidelijke Oceaan is een enorme strook open water die de hele planeet tussen Antarctica en de landmassa's van het zuidelijk halfrond omringt. Het is de meest bewolkte plek op aarde, en de hoeveelheid zonlicht die weerkaatst of door die wolken gaat, speelt een verrassend belangrijke rol in het mondiale klimaat. Het beïnvloedt weerpatronen, oceaanstromingen, Antarctische zee-ijsbedekking, zeewatertemperatuur en zelfs regenval in de tropen.

Maar vanwege de afgelegen ligging van de Zuidelijke Oceaan, er zijn maar heel weinig echte studies van de wolken daar geweest. Door dit gebrek aan gegevens, computermodellen die huidige en toekomstige klimaten simuleren, voorspellen hoeveel zonlicht het oceaanoppervlak bereikt in vergelijking met wat satellieten daadwerkelijk waarnemen. De belangrijkste reden voor deze onnauwkeurigheid is te wijten aan hoe de modellen wolken simuleren, maar niemand wist precies waarom de wolken weg waren. Om de modellen correct te laten werken, onderzoekers moesten begrijpen hoe de wolken werden gevormd.

Om te ontdekken wat er werkelijk in wolken boven de Zuidelijke Oceaan gebeurt, een klein leger van atmosferische wetenschappers, inclusief ons, ging uitzoeken hoe en wanneer wolken ontstaan ​​in dit afgelegen deel van de wereld. Wat we vonden was verrassend - in tegenstelling tot de oceanen op het noordelijk halfrond, de lucht die we boven de Zuidelijke Oceaan hebben bemonsterd, bevatte bijna geen deeltjes van het land. Dit betekent dat de wolken anders kunnen zijn dan die boven andere oceanen, en die kennis kunnen we gebruiken om de klimaatmodellen te verbeteren.

IJswolken en vloeibare wolken

Wolken zijn gemaakt van kleine waterdruppels of ijskristallen, of vaak een combinatie van beide. Deze vormen zich op kleine deeltjes in de lucht. Het type deeltje speelt een grote rol bij het bepalen of zich een vloeistofdruppel of ijskristal vormt. Deze deeltjes kunnen natuurlijk zijn, zoals zeespray, stuifmeel, stof of zelfs bacteriën - of van menselijke bronnen zoals auto's, kachels, elektriciteitscentrales enzovoort.

Voor het ongeoefende oog, een ijswolk en een vloeibare wolk lijken veel op elkaar, maar ze hebben heel verschillende eigenschappen. IJswolken weerkaatsen minder zonlicht, meer neerslaan en niet zo lang meegaan als vloeibare wolken. Het is van belang voor het weer - en voor klimaatmodellen - wat voor soort wolken er zijn.

Klimaatmodellen hebben de neiging om te veel ijswolken boven de Zuidelijke Oceaan te voorspellen en niet genoeg vloeibare wolken in vergelijking met satellietmetingen. Maar satellietmetingen rond de polen zijn moeilijk te maken en minder nauwkeurig dan in andere regio's, dus we wilden direct bewijs verzamelen van hoeveel vloeibare wolken er werkelijk aanwezig zijn en bepalen waarom er meer waren dan de modellen voorspellen.

Dit was het mysterie:waarom zijn er meer vloeibare wolken dan de modellen denken? Om het op te lossen, we moesten weten wat voor soort deeltjes er in de atmosfeer rond Antarctica rondzweven.

Voordat we naar beneden gingen, we hadden een paar aanwijzingen.

Eerdere modelstudies hebben gesuggereerd dat de ijsvormende deeltjes die boven de Zuidelijke Oceaan worden gevonden, heel anders kunnen zijn dan die op het noordelijk halfrond. Stof is een geweldige zaaimachine voor ijswolken, maar door het gebrek aan stoffige landbronnen op het zuidelijk halfrond, sommige wetenschappers hebben de hypothese geopperd dat andere soorten deeltjes de vorming van ijswolken boven de Zuidelijke Oceaan kunnen veroorzaken.

Aangezien de meeste modellen zijn gebaseerd op gegevens van het noordelijk halfrond, als de deeltjes in de atmosfeer op de een of andere manier anders waren op het zuidelijk halfrond, dat zou de fouten kunnen verklaren.

Bacteriële kaarten

Het is moeilijk om de samenstelling van deeltjes boven de Zuidelijke Oceaan direct te meten - er zijn gewoon niet veel deeltjes in de buurt. Dus, om ons te helpen op te sporen wat zich in de wolken bevindt, we gebruikten een indirecte aanpak:de bacteriën in de lucht.

De atmosfeer zit vol met micro-organismen die honderden tot duizenden kilometers op luchtstromen worden vervoerd voordat ze terugkeren naar de aarde. Deze bacteriën zijn als kentekenplaten in de lucht, ze zijn uniek en vertellen je waar de auto - of lucht - vandaan kwam. Omdat wetenschappers weten waar de meeste bacteriën leven, het is mogelijk om naar de microben in een luchtmonster te kijken en te bepalen waar die lucht vandaan kwam. En als je dat eenmaal weet, je kunt ook voorspellen waar de deeltjes in de lucht vandaan kwamen - dezelfde plaats waar de bacteriën gewoonlijk leven.

Om bacteriën in de lucht te bemonsteren in dit afgelegen oceaangebied, een van ons vertrok met de R/V Investigator van de Australian Marine National Facility voor een expeditie van zes weken. Het weer was onstuimig en de golven waren vaak witgekapt, maar voor één tot twee dagen per keer, we zogen lucht uit de boeg van het schip door een filter dat de zwevende deeltjes en bacteriën opving. Vervolgens hebben we de filters ingevroren om het bacteriële DNA intact te houden.

Alleen oceaanbacteriën

In de meeste oceaangebieden over de hele wereld, vooral op het noordelijk halfrond waar veel land is, de lucht bevat zowel mariene als terrestrische deeltjes. Dat is wat we verwachtten te vinden in het zuiden.

Met de bevroren filters veilig terug in ons lab in Colorado, we hebben DNA uit de bacteriën gehaald en de sequentie ervan bepaald om te bepalen welke soort we hadden gevangen. Tot onze verbazing, de bacteriën waren in wezen alle mariene soorten die in de Zuidelijke Oceaan leven. We vonden bijna geen bacteriën op het land.

Als de bacteriën van de oceaan waren, toen waren de wolkvormende deeltjes dat ook. Dit was het antwoord waar we naar op zoek waren.

IJskiemvormende deeltjes zijn zeer zeldzaam in zeewater en mariene deeltjes zijn zeer goed in het vormen van vloeibare wolken. Met voornamelijk op zee gebaseerde deeltjes in de lucht, we zouden verwachten dat de wolken grotendeels uit vloeibare druppels bestaan, dat is wat we hebben waargenomen. Aangezien de meeste modellen wolken in deze regio op dezelfde manier behandelen als wolken op het stoffige noordelijk halfrond, het is geen wonder dat de modellen uit waren.

Vooruit gaan

Nu we weten dat de wolken in de Zuidelijke Oceaan in de zomer worden gevormd uit puur mariene deeltjes, we moeten uitzoeken of hetzelfde geldt in andere seizoenen en op grotere hoogten. Het grotere project, waarbij zowel vliegtuigen als schepen betrokken waren, heeft atmosferische wetenschappers een veel beter idee gegeven van de wolken zowel dicht bij het oceaanoppervlak als hoog in de atmosfeer. De klimaatmodelleurs onder ons nemen deze nieuwe gegevens al op in hun modellen en zullen hopelijk binnenkort resultaten kunnen delen.

De ontdekking dat de deeltjes in de lucht boven de Zuidelijke Oceaan grotendeels uit de oceaan komen, is een opmerkelijke vondst. Het verbetert niet alleen mondiale klimaatmodellen, het betekent ook dat we hebben bevestigd dat de Zuidelijke Oceaan een van de meest milieuvriendelijke ongerepte regio's op aarde is - een plek die waarschijnlijk heel weinig is veranderd door menselijke activiteiten. Ons werk zal hopelijk klimaatmodellen verbeteren, maar heeft onderzoekers ook een basis gegeven voor hoe een werkelijk ongerepte mariene omgeving eruitziet.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.