美科學(xué)家首次探測(cè)到高空冰云內(nèi)有生物粒子

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，一支由美國(guó)加利福尼亞州大學(xué)圣地亞哥分校掛帥的大氣化學(xué)研究員小組向被視為的氣候變化學(xué)的“圣杯”又邁進(jìn)了一步：在研究過程中，他們首次直接探測(cè)到了冰云內(nèi)部的生物粒子。
　　
　　研究小組由大氣化學(xué)教授金姆·普拉瑟(KimPrather)的博士生克里·普拉特(KerriPratt)領(lǐng)導(dǎo)，普拉瑟任職于斯克里普斯海洋學(xué)研究所以及加州大學(xué)圣地亞哥分校的化學(xué)與生物化學(xué)系。2007年秋季，研究小組搭乘一架飛機(jī)穿過懷俄明州上空的云層，在高速飛行的情況下，提取了水滴和冰晶殘余樣本。
　　
　　對(duì)冰晶進(jìn)行的分析顯示，它們幾乎完全由塵埃或包括細(xì)菌、真菌孢子和植物材料在內(nèi)的生物粒子構(gòu)成。長(zhǎng)久以來科學(xué)家便知道，微生物或微生物的某些部分可進(jìn)入空中并借助空氣傳播這種方式進(jìn)行長(zhǎng)途旅行。但在直接獲得有關(guān)其參與云冰形成過程的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)方面，這項(xiàng)研究還是第一次。
　　
　　普拉特領(lǐng)導(dǎo)的研究小組進(jìn)行的層狀云內(nèi)冰實(shí)驗(yàn)(以下簡(jiǎn)稱ICE-L)獲得美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)以及國(guó)家大氣研究中心的資助。實(shí)驗(yàn)結(jié)果刊登在5月17日的在線版《自然地球科學(xué)》雜志上。普拉特說：“如果我們了解使云集結(jié)的粒子來源及其豐富程度，我們便能確定不同來源對(duì)氣候的影響。”
　　
　　當(dāng)時(shí)，研究人員搭乘由國(guó)家大氣研究中心操作的一架裝有特殊儀器的C-130飛機(jī)飛越懷俄明州上空，并在飛行過程中對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行觀測(cè)。借助這架飛機(jī)，斯克里普斯海洋學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)的研究人員第一次直接探測(cè)到了云中靠空氣傳播的細(xì)菌，探測(cè)結(jié)果同樣刊登在5月17日的在線版《自然地球科學(xué)》雜志上。
　　
　　靠空氣傳播的微小粒子——浮質(zhì)對(duì)云形成的影響是有關(guān)天氣和氣候問題中科學(xué)家最難理解的部分。在氣候變化學(xué)領(lǐng)域，很多預(yù)測(cè)均來源于有關(guān)氣候現(xiàn)象的電腦模擬，而在通過建模對(duì)未來氣候進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，浮質(zhì)對(duì)云形成的影響則是科學(xué)家眼中最不確定的因素。
　　
　　國(guó)家科學(xué)基金會(huì)大氣學(xué)分部的安妮-瑪麗娜·斯庫莫爾特納(Anne-MarineSchmoltner)表示：“通過從飛機(jī)上對(duì)云進(jìn)行實(shí)時(shí)取樣，這些研究人員能夠獲得有關(guān)云中冰粒子細(xì)節(jié)空前的信息。通過確定單個(gè)冰粒子核心的化學(xué)成分，他們得出驚人發(fā)現(xiàn)——礦物質(zhì)塵埃和生物粒子在云形成過程中扮演了重要角色。”
　　
　　浮質(zhì)包括塵埃、煙灰、海鹽以及有機(jī)材料，其中一些的傳播距離可達(dá)到數(shù)千英里。浮質(zhì)形成了云的“骨架”。在這些凝結(jié)核周圍，大氣中的水和冰不斷液化和成長(zhǎng)，最后形成降水�？茖W(xué)家一直試圖了解這一過程，原因很簡(jiǎn)單：云在冷卻空氣和影響地區(qū)性降水過程中扮演了至關(guān)重要的因素。
　　
　　ICE-L第一次利用飛機(jī)部署飛行器浮質(zhì)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(A-ATOFMS)，這個(gè)昵稱“雪莉”的儀器是最近由加州大學(xué)圣地亞哥分校研制的，研制過程獲得國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助。ICE-L小組將“雪莉”以及一個(gè)由科羅拉多州大學(xué)研究員保羅·德莫特(PaulDeMott)負(fù)責(zé)的冰庫安裝在C-130上，而后進(jìn)行了一系列穿越波狀云的飛行。在此過程中，研究人員對(duì)云冰晶殘余進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一半由礦物質(zhì)塵埃構(gòu)成，大約三分之一含有氮、磷以及碳——構(gòu)成生物物質(zhì)的主要元素。
　　
　　以秒計(jì)算的分析速度允許研究人員實(shí)時(shí)區(qū)分水滴與冰核殘余之間的差異。冰核較水滴核相比更為罕見，同時(shí)更有可能形成降水。“雪莉”則允許研究人員對(duì)云冰內(nèi)的生物粒子進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。此前，科學(xué)家曾根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的模擬以及對(duì)降水的測(cè)量得出結(jié)論——生物粒子扮演了冰核的角色。根據(jù)模型以及經(jīng)過測(cè)量的塵埃化學(xué)成分，ICE-L小組得以確定塵埃來自亞洲還是非洲。
　　
　　普拉瑟說：“對(duì)于我們來說，能夠進(jìn)行這種測(cè)量如同找到了基督教的‘圣杯’。了解哪些粒子形成冰核，哪些粒子在濃度極低時(shí)出現(xiàn)同時(shí)又極難進(jìn)行測(cè)量，意味著我們可以進(jìn)一步了解導(dǎo)致降水的過程。我們獲取的任何新信息都具有非常重要的意義。”
　　
　　研究發(fā)現(xiàn)顯示，在塵暴中被卷走的生物粒子可幫助促進(jìn)云冰的形成。普拉瑟表示，初步證據(jù)顯示來自亞洲的塵埃可以影響北美的降水。研究人員希望利用ICE-L獲取的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)未來的研究。在以后的日子里，類似這樣的粒子可能在引起降雨或降雪中扮演越來越重要的角色。