Hav täcker nästan tre fjärdedelar av jorden, men lite är känt om hur gaser och aerosoler som tillverkas av havsmikrober påverkar väder och klimat, eller hur mänskligt producerad förorening kan påverka denna process. Nu, forskare rapporterar att de har använt ett "hav-i-ett-lab" för att visa att luftföroreningar kan förändra sammansättningen av gaser och aerosoler som havsspray släpper ut i atmosfären och, i tur och ordning, potentiellt förändra vädermönster.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag på American Chemical Society (ACS) höst 2020 Virtual Meeting &Expo.

"Det är förvånande att vi inte vet mer om havsmikrobers centrala roll för att kontrollera klimatet, " säger Kimberly Prather, Ph.D., projektets huvudutredare. "De har potential att påverka atmosfärens sammansättning, molnbildning och väder. Människor kan förändra dessa naturliga processer på två sätt:genom att ändra den mikrobiella samhällsstrukturen i havet, och genom att producera luftföroreningar som reagerar med föreningar som mikroorganismerna producerar."

Genom naturliga biologiska processer, havsmikrober - inklusive bakterier, växtplankton och virus – producerar föreningar som kommer in i atmosfären som gaser eller aerosoler (små vattendroppar eller partiklar i luften som bildas när vågorna slår in). Dessutom, själva mikroorganismerna kan kastas ut från havet i form av aerosoliserade droppar. Några av dessa partiklar kan fröa moln, absorbera eller reflektera solljus, eller på annat sätt påverka atmosfäriska förhållanden och väder.

"Det finns en vanlig uppfattning att ett sätt havet kan reglera planetens temperatur är genom utsläpp av gaser och partiklar, säger Prather, som är vid Scripps Institution of Oceanography vid University of California San Diego. "Vissa forskare kallar havet som" planettermostaten "."

Prather och kollegor undrade hur människor kan påverka denna termostat. Men först, de behövde lära sig hur havsmikrober påverkar klimatet utan människor. Att få reda på, forskarna byggde en 108 fot lång vågkanal och fyllde den med 3, 400 liter havsvatten. De orsakade en växtplanktonblomning - en överväxt av mikroskopiska alger som förekommer naturligt i haven - under vissa förhållanden - i detta hav-i-ett-lab. De övervakade kontinuerligt gaser och aerosoler som produceras i luften ovanför vattnet, mäta saker som aerosolstorlek, sammansättning, form, enzymaktivitet och pH. De studerade också hur naturliga förändringar i det mikrobiella samhället, till exempel, införa vissa arter av bakterier och växtplankton, påverkade aerosolens molnbildande potential. "Det korta svaret är att biologin hade väldigt liten effekt på aerosolsammansättningen av havsspray, "Säger Prather. "Ändring av naturliga biologiska processer i havsvatten resulterade i en mycket liten förändring i de primära partiklarnas förmåga att bilda molndroppar."

I kontrast, tillsätter en liten mängd av en atmosfärisk oxidant (hydroxylradikal, som kan genereras naturligt och kan förbättras i förorenade atmosfärer) orsakade en omedelbar förändring av sammansättningen och molnbildande potential hos marina aerosoler. Enligt Prather, oxidationsmedlet reagerade med mikrobproducerade gaser i luften, omvandla dem till föreningar som förändrade sammansättningen av den primära sjöspray -aerosolen och bildade nya typer av partiklar. Även om forskarna ännu inte vet hur andra enskilda föroreningar påverkar havssprayaerosoler, Prather säger att det är viktigt att studera hela gasfasblandningen av föroreningar för att efterlikna och förstå verkliga kemiska reaktioner.

Teamet undersöker nu också hur vattenföroreningar - i synnerhet avloppsutsläpp och föroreningsavrinning som mynnar ut i kustnära flodmynningar och hav – kan omstrukturera mikrobiella samhällen och påverka människors hälsa, klimat och luftkvalitet. Tidigare studier har undersökt hur mänsklig förorening påverkar vattenkvaliteten; dock, Prathers är de första studierna som fokuserar på hur vattenburna föroreningar som kommer in i surfzonen påverkar luftkvaliteten och människors hälsa. Hennes forskargrupp gör mätningar i havet och atmosfären i en region som är känd för att vara påverkad av föroreningar som strömmar in från en kraftigt förorenad flodmynning. Detta projekt syftar till att förstå vilka virus, bakterier och andra föroreningar blir luftburna i surfzonen.