Södra oceanen är ett stort band med öppet vatten som omger hela planeten mellan Antarktis och södra halvklotets landmassor. Det är den grumligaste platsen på jorden, och mängden solljus som reflekteras eller passerar genom dessa moln spelar en överraskande viktig roll i det globala klimatet. Det påverkar vädermönster, havsströmmar, Havsisskydd i Antarktis, havets yttemperatur och till och med nederbörd i tropikerna.

Men på grund av hur avlägset södra havet är, det har varit väldigt få faktiska studier av molnen där. På grund av denna brist på data, datormodeller som simulerar nuvarande och framtida klimat förutspår hur mycket solljus som når havsytan jämfört med vad satelliterna faktiskt observerar. Huvudorsaken till denna felaktighet beror på hur modellerna simulerar moln, men ingen visste exakt varför molnen var av. För att modellerna ska fungera korrekt, forskare behövde förstå hur molnen bildades.

För att upptäcka vad som faktiskt händer i moln över södra oceanen, en liten armé av atmosfäriska forskare, inklusive oss, gick för att ta reda på hur och när moln bildas i denna avlägsna del av världen. Det vi fann var överraskande - till skillnad från norra halvklotets hav, luften vi provade över södra oceanen innehöll nästan inga partiklar från land. Det betyder att molnen kan skilja sig från dem ovanför andra hav, och vi kan använda denna kunskap för att förbättra klimatmodellerna.

Ismoln och flytande moln

Moln består av små vattendroppar eller iskristaller, eller ofta en blandning av de två. Dessa bildas på små partiklar i luften. Partikeltypen spelar en stor roll för att avgöra om en flytande droppe eller iskristall bildas. Dessa partiklar kan vara naturliga - som havsspray, pollen, damm eller till och med bakterier - eller från mänskliga källor som bilar, spisar, kraftverk och så vidare.

För det otränade ögat, ett ismoln och ett flytande moln ser ungefär likadant ut, men de har väldigt olika egenskaper. Ismoln reflekterar mindre solljus, fälls ut mer och håller inte så länge som flytande moln. Det spelar roll för vädret - och klimatmodellerna - vilken typ av moln som finns.

Klimatmodeller tenderar att förutsäga för många ismoln över södra oceanen och inte tillräckligt med flytande moln jämfört med satellitavläsningar. Men satellitmätningar runt polerna är svåra att göra och mindre exakta än andra regioner, så vi ville samla direkt bevis på hur många flytande moln som faktiskt finns och avgöra varför det fanns fler än modellerna förutsäger.

Detta var mysteriet:Varför finns det mer flytande moln än modellerna tror att det finns? För att lösa det, vi behövde veta vilka typer av partiklar som flyter runt i atmosfären runt Antarktis.

Innan vi åkte dit, vi hade några ledtrådar.

Tidigare modelleringsstudier har antytt att de isbildande partiklarna som finns över södra oceanen kan skilja sig mycket från de som finns på norra halvklotet. Damm är en stor ismoln såmaskin, men på grund av bristen på dammiga markkällor på södra halvklotet, vissa forskare har antagit att andra typer av partiklar kan driva ismolnbildning över södra oceanen.

Eftersom de flesta modeller är baserade på data från norra halvklotet, om partiklarna i atmosfären på något sätt var annorlunda på södra halvklotet, som kan förklara felen.

Bakteriekartor

Det är svårt att direkt mäta sammansättningen av partiklar över södra oceanen - det finns helt enkelt inte så många partiklar runt. Så, för att hjälpa oss att spåra vad som finns inne i molnen, vi använde ett indirekt tillvägagångssätt:bakterierna i luften.

Atmosfären är full av mikroorganismer som transporteras hundratals till tusentals kilometer på luftströmmar innan de återvänder till jorden. Dessa bakterier är som luftburna registreringsskyltar, de är unika och berättar var bilen - eller luften - kom ifrån. Eftersom forskare vet var de flesta bakterierna bor, det är möjligt att titta på mikroberna i ett luftprov och avgöra varifrån luften kommer. Och när du väl vet det, du kan också förutsäga var partiklarna i luften kommer ifrån - samma plats som bakterierna brukar leva.

För att prova luftburna bakterier i denna avlägsna havsregion, en av oss begav oss ut på Australian Marine National Facilitys R/V Investigator för en sex veckors expedition. Vädret var oroligt och vågorna var ofta vita, men en till två dagar i taget, vi sög luft från fartygets föra genom ett filter som fångade luftburna partiklar och bakterier. Vi frös sedan filtren för att hålla bakterie -DNA intakt.

Havsbakterier ensamma

I de flesta havsregioner runt om i världen, särskilt på norra halvklotet där det finns mycket mark, luften innehåller både marina och markbundna partiklar. Det var vad vi förväntade oss att hitta söderut.

Med de frysta filtren säkert tillbaka på vårt labb i Colorado, vi extraherade DNA från bakterierna och sekvenserade det för att avgöra vilken art vi fångat. Till vår stora förvåning, bakterierna var i princip alla marina arter som lever i södra oceanen. Vi hittade nästan inga landbaserade bakterier.

Om bakterierna var från havet, då var det också de molnbildande partiklarna. Detta var svaret vi letade efter.

Iskärnande partiklar är mycket sällsynta i havsvatten och marina partiklar är mycket bra på att bilda flytande moln. Med mestadels marinbaserade partiklar i luften, vi förväntar oss att molnen mestadels består av flytande droppar, vilket är vad vi observerade. Eftersom de flesta modeller behandlar moln i denna region på samma sätt som de gör moln på det dammigare norra halvklotet, det är inte konstigt att modellerna var avstängda.

Går framåt

Nu när vi vet att sommartid bildas molnen i södra oceanen av rent marina partiklar, vi måste ta reda på om samma sak gäller under andra årstider och på högre höjder. Det större projektet, som involverade flygplan såväl som fartyg, har gett atmosfäriska forskare en mycket bättre uppfattning om molnen både nära havsytan och högt upp i atmosfären. Klimatmodellerna bland oss ​​införlivar redan dessa nya data i sina modeller och kommer förhoppningsvis att ha resultat att dela med sig av snart.

Att upptäcka att de luftburna partiklarna över södra oceanen mestadels kommer från havet är en anmärkningsvärd upptäckt. Det förbättrar inte bara globala klimatmodeller, det betyder också att vi bekräftade att södra oceanen är en av de mest miljömässigt orörda regionerna på jorden - en plats som förmodligen har förändrats väldigt lite på grund av mänsklig verksamhet. Vårt arbete kommer förhoppningsvis att förbättra klimatmodeller, men har också gett forskare en baslinje för hur en verkligt orörd havsmiljö ser ut.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.