美科學家首次探測到高空冰云內有生物粒子

據物理學家組織網報道，一支由美國加利福尼亞州大學圣地亞哥分校掛帥的大氣化學研究員小組向被視為的氣候變化學的“圣杯”又邁進了一步：在研究過程中，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教授金姆·普拉瑟(KimPrather)的博士生克里·普拉特(KerriPratt)領導，普拉瑟任職于斯克里普斯海洋學研究所以及加州大學圣地亞哥分校的化學與生物化學系。2007年秋季，研究小組搭乘一架飛機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。
　　
　　對冰晶進行的分析顯示，它們幾乎完全由塵埃或包括細菌、真菌孢子和植物材料在內的生物粒子構成。長久以來科學家便知道，微生物或微生物的某些部分可進入空中并借助空氣傳播這種方式進行長途旅行。但在直接獲得有關其參與云冰形成過程的現場數據方面，這項研究還是第一次。
　　
　　普拉特領導的研究小組進行的層狀云內冰實驗(以下簡稱ICE-L)獲得美國國家科學基金會以及國家大氣研究中心的資助。實驗結果刊登在5月17日的在線版《自然地球科學》雜志上。普拉特說：“如果我們了解使云集結的粒子來源及其豐富程度，我們便能確定不同來源對氣候的影響。”
　　
　　當時，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，并在飛行過程中對研究對象進行觀測。借助這架飛機，斯克里普斯海洋學研究所領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日的在線版《自然地球科學》雜志上。
　　
　　靠空氣傳播的微小粒子——浮質對云形成的影響是有關天氣和氣候問題中科學家最難理解的部分。在氣候變化學領域，很多預測均來源于有關氣候現象的電腦模擬，而在通過建模對未來氣候進行預測時，浮質對云形成的影響則是科學家眼中最不確定的因素。
　　
　　國家科學基金會大氣學分部的安妮-瑪麗娜·斯庫莫爾特納(Anne-MarineSchmoltner)表示：“通過從飛機上對云進行實時取樣，這些研究人員能夠獲得有關云中冰粒子細節空前的信息。通過確定單個冰粒子核心的化學成分，他們得出驚人發現——礦物質塵埃和生物粒子在云形成過程中扮演了重要角色。”
　　
　　浮質包括塵埃、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。浮質形成了云的“骨架”。在這些凝結核周圍，大氣中的水和冰不斷液化和成長，最后形成降水。科學家一直試圖了解這一過程，原因很簡單：云在冷卻空氣和影響地區性降水過程中扮演了至關重要的因素。
　　
　　ICE-L第一次利用飛機部署飛行器浮質飛行時間質譜儀(A-ATOFMS)，這個昵稱“雪莉”的儀器是最近由加州大學圣地亞哥分校研制的，研制過程獲得國家科學基金會資助。ICE-L小組將“雪莉”以及一個由科羅拉多州大學研究員保羅·德莫特(PaulDeMott)負責的冰庫安裝在C-130上，而后進行了一系列穿越波狀云的飛行。在此過程中，研究人員對云冰晶殘余進行了現場測量，結果發現一半由礦物質塵埃構成，大約三分之一含有氮、磷以及碳——構成生物物質的主要元素。
　　
　　以秒計算的分析速度允許研究人員實時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，同時更有可能形成降水。“雪莉”則允許研究人員對云冰內的生物粒子進行準確測量。此前，科學家曾根據在實驗室進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。根據模型以及經過測量的塵埃化學成分，ICE-L小組得以確定塵埃來自亞洲還是非洲。
　　
　　普拉瑟說：“對于我們來說，能夠進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出現同時又極難進行測量，意味著我們可以進一步了解導致降水的過程。我們獲取的任何新信息都具有非常重要的意義。”
　　
　　研究發現顯示，在塵暴中被卷走的生物粒子可幫助促進云冰的形成。普拉瑟表示，初步證據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獲取的數據設計未來的研究。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。