美科學(xué)家首次探測到高空冰云內有生物粒子

據物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，一支由美國加利福尼亞州大學(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(guò)程中，他們首次直接探測到了冰云內部的生物粒子。
　　
　　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，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穿過(guò)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。
　　
　　對冰晶進(jìn)行的分析顯示，它們幾乎完全由塵�；虬�括細菌、真菌孢子和植物材料在內的生物粒子構成。長(cháng)久以來(lái)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(cháng)途旅行。但在直接獲得有關(guān)其參與云冰形成過(guò)程的現場(chǎng)數據方面，這項研究還是第一次。
　　
　　普拉特領(lǐng)導的研究小組進(jìn)行的層狀云內冰實(shí)驗(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ICE-L)獲得美國國家科學(xué)基金會(huì )以及國家大氣研究中心的資助。實(shí)驗結果刊登在5月17日的在線(xiàn)版《自然地球科學(xué)》雜志上。普拉特說(shuō)：“如果我們了解使云集結的粒子來(lái)源及其豐富程度，我們便能確定不同來(lái)源對氣候的影響。”
　　
　　當時(shí)，研究人員搭乘由國家大氣研究中心操作的一架裝有特殊儀器的C-130飛機飛越懷俄明州上空，并在飛行過(guò)程中對研究對象進(jìn)行觀(guān)測。借助這架飛機，斯克里普斯海洋學(xué)研究所領(lǐng)導的研究人員第一次直接探測到了云中靠空氣傳播的細菌，探測結果同樣刊登在5月17日的在線(xiàn)版《自然地球科學(xué)》雜志上。
　　
　　靠空氣傳播的微小粒子——浮質(zhì)對云形成的影響是有關(guān)天氣和氣候問(wèn)題中科學(xué)家最難理解的部分。在氣候變化學(xué)領(lǐng)域，很多預測均來(lái)源于有關(guān)氣候現象的電腦模擬，而在通過(guò)建模對未來(lái)氣候進(jìn)行預測時(shí)，浮質(zhì)對云形成的影響則是科學(xué)家眼中最不確定的因素。
　　
　　國家科學(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(guò)從飛機上對云進(jìn)行實(shí)時(shí)取樣，這些研究人員能夠獲得有關(guān)云中冰粒子細節空前的信息。通過(guò)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——礦物質(zhì)塵埃和生物粒子在云形成過(guò)程中扮演了重要角色。”
　　
　　浮質(zhì)包括塵埃、煙灰、海鹽以及有機材料，其中一些的傳播距離可達到數千英里。浮質(zhì)形成了云的“骨架”。在這些凝結核周?chē)�，大氣中的水和冰不斷液化和成長(cháng)，最后形成降水�？茖W(xué)家一直試圖了解這一過(guò)程，原因很簡(jiǎn)單：云在冷卻空氣和影響地區性降水過(guò)程中扮演了至關(guān)重要的因素。
　　
　　ICE-L第一次利用飛機部署飛行器浮質(zhì)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(A-ATOFMS)，這個(gè)昵稱(chēng)“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(guò)程獲得國家科學(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)負責的冰庫安裝在C-130上，而后進(jìn)行了一系列穿越波狀云的飛行。在此過(guò)程中，研究人員對云冰晶殘余進(jìn)行了現場(chǎng)測量，結果發(fā)現一半由礦物質(zhì)塵埃構成，大約三分之一含有氮、磷以及碳——構成生物物質(zhì)的主要元素。
　　
　　以秒計算的分析速度允許研究人員實(shí)時(shí)區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(jiàn)，同時(shí)更有可能形成降水。“雪莉”則允許研究人員對云冰內的生物粒子進(jìn)行準確測量。此前，科學(xué)家曾根據在實(shí)驗室進(jìn)行的模擬以及對降水的測量得出結論——生物粒子扮演了冰核的角色。根據模型以及經(jīng)過(guò)測量的塵�；瘜W(xué)成分，ICE-L小組得以確定塵埃來(lái)自亞洲還是非洲。
　　
　　普拉瑟說(shuō)：“對于我們來(lái)說(shuō)，能夠進(jìn)行這種測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)出現同時(shí)又極難進(jìn)行測量，意味著(zhù)我們可以進(jìn)一步了解導致降水的過(guò)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，初步證據顯示來(lái)自亞洲的塵�？梢杂绊懕泵赖慕邓�。研究人員希望利用ICE-L獲取的數據設計未來(lái)的研究。在以后的日子里，類(lèi)似這樣的粒子可能在引起降雨或降雪中扮演越來(lái)越重要的角色。