Oceaner dækker næsten tre fjerdedele af kloden, men man ved ikke meget om, hvordan gasser og aerosoler fremstillet af havmikrober påvirker vejr og klima, eller hvordan menneskeskabt forurening kan påvirke denne proces. Nu rapporterer videnskabsmænd, at de har brugt et "hav-i-et-laboratorium" til at vise, at luftforurening kan ændre sammensætningen af gasser og aerosoler, som havspray frigiver til atmosfæren og til gengæld potentielt ændre vejrmønstre.
Forskerne vil præsentere deres resultater i dag ved American Chemical Society (ACS) Virtual Meeting & Expo i efteråret 2020.
"Det er overraskende, at vi ikke ved mere om havmikrobernes centrale rolle i at kontrollere klimaet," siger Kimberly Prather, Ph. D., projektets hovedforsker. "De har potentiale til at påvirke atmosfærisk sammensætning, skydannelse og vejr. Mennesker kan ændre disse naturlige processer på to måder: ved at ændre den mikrobielle samfundsstruktur i havet og ved at producere luftforurenende stoffer, der reagerer med forbindelser, som mikroorganismerne producerer."
Gennem naturlige biologiske processer producerer havets mikrober - inklusive bakterier, fytoplankton og vira - forbindelser, der kommer ind i atmosfæren som gasser eller aerosoler (små vanddråber eller partikler i luften, der dannes, når bølger slår ned). Derudover kan selve mikroorganismerne udstødes fra havet i form af aerosoliserede dråber. Nogle af disse partikler kan frø til skyer, absorbere eller reflektere sollys eller på anden måde påvirke atmosfæriske forhold og vejr.
"Der er en standard tro på, at en måde, havet kan regulere temperaturen på planeten på, er gennem udledning af gasser og partikler," siger Prather, som er ved Scripps Institution of Oceanography ved University of California San Diego. "Nogle videnskabsmænd omtaler havet som 'planetermostaten'."
Prather og kolleger undrede sig over, hvordan mennesker kunne påvirke denne termostat. Men først skulle de lære, hvordan havets mikrober påvirker klimaet uden mennesker. For at finde ud af det byggede forskerne en 108 fod lang bølgekanal og fyldte den med 3.400 liter havvand. De forårsagede en fytoplanktonopblomstring - en overvækst af mikroskopiske alger, der forekommer naturligt i havene - under visse forhold - i dette hav-i-et-laboratorium. De overvågede løbende de gasser og aerosoler, der blev produceret i luften over vandet, og målte ting som aerosolstørrelse, sammensætning, form, enzymatisk aktivitet og pH. De undersøgte også, hvordan naturlige ændringer i det mikrobielle samfund, for eksempel indførelse af visse arter af bakterier og fytoplankton, påvirkede aerosolens skydannende potentiale."Det korte svar er, at biologien havde meget lille effekt på havspray-aerosolsammensætningen," siger Prather. "Ændring af naturlige biologiske processer i havvand resulterede i en meget lille ændring i de primære partiklers evne til at danne skydråber."
Derimod forårsagede tilsætning af en lille mængde af en atmosfærisk oxidant (hydroxylradikal, som kan genereres naturligt og kan forstærkes i forurenede atmosfærer) et øjeblikkeligt skift i sammensætningen og skydannende potentiale af marine aerosoler. Ifølge Prather reagerede oxidanten med mikrobeproducerede gasser i luften og omdannede dem til forbindelser, der ændrede sammensætningen af den primære havsprayaerosol og dannede nye typer partikler. Selvom forskerne endnu ikke ved, hvordan andre individuelle forurenende stoffer påvirker havsprøjteaerosoler, siger Prather, at det er vigtigt at studere den komplette gasfaseblanding af forurenende stoffer for at efterligne og forstå kemiske reaktioner i den virkelige verden.
Teamet undersøger nu også, hvordan vandforurening - især spildevandsudledning og forureningsafstrømning, der løber ud i kystnære flodmundinger og oceaner - kan omstrukturere mikrobielle samfund og påvirke menneskers sundhed, klima og luftkvalitet. Tidligere undersøgelser har undersøgt, hvordan menneskelig forurening påvirker vandkvaliteten; Prathers er dog de første undersøgelser, der fokuserer på, hvordan vandbåren forurening, der kommer ind i surfzonen, påvirker luftkvaliteten og menneskers sundhed. Hendes forskergruppe foretager målinger i havet og atmosfæren i en region, der vides at være påvirket af forurening, der strømmer ind fra en stærkt forurenet flodmunding. Dette projekt har til formål at forstå, hvilke vira, bakterier og andre forurenende stoffer, der bliver luftbårne i surfzonen.
