Oceanen beslaan bijna driekwart van de wereld, toch is er weinig bekend over hoe gassen en aerosolen gemaakt door oceaanmicroben het weer en klimaat beïnvloeden, of hoe door de mens veroorzaakte vervuiling dit proces zou kunnen beïnvloeden. Nutsvoorzieningen, wetenschappers melden dat ze een "oceaan-in-een-lab" hebben gebruikt om aan te tonen dat luchtvervuiling de samenstelling van gassen en aerosolen die zeespray in de atmosfeer afgeeft, kan veranderen en, beurtelings, mogelijk weerspatronen veranderen.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting &Expo.

"Het is verrassend dat we niet meer weten over de centrale rol van oceaanmicroben bij het beheersen van het klimaat, " zegt Kimberly Prather, doctoraat, hoofdonderzoeker van het project. "Ze hebben het potentieel om de samenstelling van de atmosfeer te beïnvloeden, wolkenvorming en het weer. Mensen kunnen deze natuurlijke processen op twee manieren veranderen:door de microbiële gemeenschapsstructuur in de oceaan te veranderen, en door luchtverontreinigende stoffen te produceren die reageren met verbindingen die de micro-organismen produceren."

Door natuurlijke biologische processen, oceaanmicroben, inclusief bacteriën, fytoplankton en virussen - produceren verbindingen die de atmosfeer binnenkomen als gassen of aerosolen (kleine waterdruppeltjes of deeltjes in de lucht die ontstaan ​​wanneer golven neerslaan). In aanvulling, de micro-organismen zelf kunnen in de vorm van vernevelde druppeltjes uit de oceaan worden uitgestoten. Sommige van deze deeltjes kunnen wolken zaaien, zonlicht absorberen of weerkaatsen, of anderszins de atmosferische omstandigheden en het weer beïnvloeden.

"Er is een standaard overtuiging dat een manier waarop de oceaan de temperatuur van de planeet kan regelen, is door de uitstoot van gassen en deeltjes, " zegt Prater, die aan de Scripps Institution of Oceanography van de University of California San Diego werkt. "Sommige wetenschappers noemen de oceaan de 'planetaire thermostaat'."

Prather en collega's vroegen zich af hoe mensen deze thermostaat zouden kunnen beïnvloeden. Maar eerst, ze moesten leren hoe oceaanmicroben het klimaat beïnvloeden zonder mensen. Er achter komen, de onderzoekers bouwden een 108 voet lang golfkanaal en vulden het met 3, 400 liter zeewater. Ze veroorzaakten een fytoplanktonbloei - een overgroei van microscopisch kleine algen die van nature in oceanen voorkomt - onder bepaalde omstandigheden - in deze oceaan-in-a-lab. Ze bewaakten continu de gassen en aerosolen die in de lucht boven het water worden geproduceerd, het meten van dingen zoals aerosolgrootte, samenstelling, vorm, enzymatische activiteit en pH. Ze bestudeerden ook hoe natuurlijke veranderingen in de microbiële gemeenschap, bijvoorbeeld, introductie van bepaalde soorten bacteriën en fytoplankton, beïnvloedde het wolkvormend vermogen van de aerosolen. "Het korte antwoord is dat de biologie heel weinig effect had op de samenstelling van de aërosols van de zeespray, " zegt Prather. "Het veranderen van natuurlijke biologische processen in zeewater resulteerde in een zeer kleine verandering in het vermogen van de primaire deeltjes om wolkendruppels te vormen."

In tegenstelling tot, toevoeging van een kleine hoeveelheid van een atmosferisch oxidatiemiddel (hydroxylradicaal, die op natuurlijke wijze kan worden gegenereerd en kan worden versterkt in vervuilde atmosferen) veroorzaakten een onmiddellijke verschuiving in de samenstelling en het wolkenvormende vermogen van mariene aerosolen. Volgens Prater, het oxidatiemiddel reageerde met door microben geproduceerde gassen in de lucht, ze transformeren in verbindingen die de samenstelling van de primaire zeespray-aerosol veranderden en nieuwe soorten deeltjes vormden. Hoewel de onderzoekers nog niet weten hoe andere individuele verontreinigende stoffen zeespray-aerosolen beïnvloeden, Prather zegt dat het belangrijk is om het volledige gasfasemengsel van verontreinigende stoffen te bestuderen om echte chemische reacties na te bootsen en te begrijpen.

Het team onderzoekt nu ook hoe watervervuiling, in het bijzonder afvalwaterlozingen en vervuiling die uitmonden in estuaria en oceanen van de kust – kunnen microbiële gemeenschappen herstructureren en de menselijke gezondheid aantasten, klimaat en luchtkwaliteit. Eerdere studies hebben onderzocht hoe menselijke vervuiling de waterkwaliteit beïnvloedt; echter, Prather's zijn de eerste onderzoeken die zich richten op de invloed van waterverontreiniging die de brandingszone binnendringt, de luchtkwaliteit en de menselijke gezondheid. Haar onderzoeksgroep doet metingen in de oceaan en de atmosfeer in een regio waarvan bekend is dat deze wordt beïnvloed door vervuiling die vanuit een zwaar vervuild estuarium binnenstroomt. Dit project heeft tot doel te begrijpen welke virussen, bacteriën en andere verontreinigende stoffen komen in de lucht terecht in de brandingszone.