Die Wolkendecke, der Niederschlag, der Wasserkreislauf und sogar das Klima des Amazonasbeckens lassen sich auf Salze von Pilzen und Pflanzen im ungestörten Dschungel zurückführen.
Es ist Morgen, tief im Amazonas-Dschungel. In der stillen Luft glitzern unzählige Blätter vor Feuchtigkeit, und Nebel zieht durch die Bäume. Wenn die Sonne aufgeht, erscheinen Wolken und schweben über das Walddach ... aber woher kommen sie? Wasserdampf benötigt lösliche Partikel, um zu kondensieren. Partikel aus der Luft sind die Keime flüssiger Tröpfchen in Nebel, Nebel und Wolken.
Morgendliche Wassertröpfchen des Amazonas-Dschungels kondensieren um Aerosolpartikel. Die Aerosole kondensieren wiederum um winzige Salzpartikel, die nachts von Pilzen und Pflanzen emittiert werden. Bildnachweis: Fabrice Marr / Creative Commons.
Um zu erfahren, wie sich Aerosolpartikel im Amazonas bilden, arbeiteten Mary Gilles von der Abteilung für chemische Wissenschaften des Lawrence Berkeley National Laboratory des US-Energieministeriums (Berkeley Lab) und David Kilcoyne von der Advanced Light Source (ALS) des Labors mit Christopher Pöhlker von Deutschlands Max -Planck-Institut für Chemie (MPIC) als Teil eines internationalen Wissenschaftlerteams unter der Leitung von Meinrat Andreae und Ulrich Pöschl vom MPIC. Sie analysierten Proben von natürlich gebildeten Aerosolen, die tief im Regenwald über dem Waldboden gesammelt wurden.
In Kombination mit den Ergebnissen anderer Einrichtungen lieferte die ALS-Analyse wichtige Hinweise auf die Entwicklung feiner Partikel, um die sich die Wolken und der Nebel des Amazonas ansammeln, beginnend mit Chemikalien, die von lebenden Organismen produziert werden. Das Team stellte fest, dass Kaliumsalze zu den wichtigsten anfänglichen Auslösern des Prozesses zählen.
Zerlegen von unsichtbaren Aerosolen
An der ALS-Strahllinie 5.3.3.2 führten die Forscher eine Raster-Durchstrahlungs-Röntgenmikroskopie (STXM) durch, um die Feinstruktur (NEXAFS) der während der Regenzeit im unberührten Wald nordöstlich von Manaus gesammelten Partikel zu bestimmen , Brasilien.
"Durch die Absorption weicher Röntgenstrahlen durch die Kernelektronen eines Atoms und die anschließende Emission von Photonen können die Identität und die genaue Position der Elemente in den Aerosolproben identifiziert werden", sagt Kilcoyne. „Das Wesentliche an STXM ist, dass es nicht nur anzeigt, ob Kohlenstoff vorhanden ist, sondern auch, wie dieser Kohlenstoff an andere Elemente innerhalb der Aerosolpartikel gebunden ist. Dadurch können wir zwischen graphitischem Ruß und organischem Kohlenstoff unterscheiden. “
Die Forscher fanden drei verschiedene Arten von organischen Aerosolpartikeln, die alle mit laborgenerierten Referenzproben vergleichbar sind: Oxidationsprodukte auf der Basis von Vorläuferchemikalien, die von Bäumen in der Gasphase emittiert werden, einschließlich Terpene (der Hauptbestandteil von Terpentin) aus Baumharz und Isopren. eine andere organische Verbindung, die reichlich durch Blätter freigesetzt wird.
Die Proben hatten eine Größe von nur einem Millionstel oder Milliardstel Meter. Je kleiner das Aerosol, desto größer der Anteil an Kalium - die am frühen Morgen gesammelten waren die kleinsten und kaliumreichsten. Größere Partikel enthielten mehr organisches Material, jedoch nicht mehr Kalium. Diese Tatsachen legen nahe, dass während der Nacht erzeugte Kaliumsalze als Keime für Gasphasenprodukte dienten, auf denen sie kondensierten und Aerosole verschiedener Art bildeten.
„Die Verbrennung von Biomasse ist auch eine wichtige Quelle für kaliumhaltige Aerosole in Waldgebieten. Kalium aus Waldbränden ist jedoch mit dem Vorhandensein von Ruß korreliert, einer graphitischen Form von Kohlenstoff“, sagt Gilles. „Vor und während des Entnahmezeitraums gab es keine dokumentierten Brände, die die Biosphäre, in der die Proben entnommen wurden, hätten beeinflussen können, und in den Proben wurden keine Anzeichen von Ruß beobachtet. Die Quelle für Kalium konnten daher nur natürliche Waldorganismen sein. “
Hauptverdächtiger
Pilzsporen in den größeren Aerosolproben wiesen auf den Hauptverdächtigen hin. Einige Pilze setzen Sporen frei, indem sie durch Osmose in Säcken (Asci), die die Sporen enthalten, Wasserdruck aufbauen. Wenn der Druck groß genug ist, platzt der Ascus und spritzt die Sporen zusammen mit der Flüssigkeit, die Kalium, Chlorid und Zuckeralkohol enthält, in die Luft. Andere Pilze feuern „Ballistosporen“ an, wenn Wasserdampf in der Atmosphäre kondensiert und eine plötzliche Freisetzung der Oberflächenspannung bewirkt, wodurch auch Kalium, Natrium, Phosphate, Zucker und Zuckeralkohol ausgestoßen werden.
Andere biogene Mechanismen setzen auch Salze in den frühen Morgennebel frei, die den Wald bedecken, einschließlich der durch Transpiration im Wasser gelösten Salze und nachts das Heraussickern von Saft, der reich an Zucker, Mineralien und Kalium ist, von den Blatträndern.
So spielen unsichtbar kleine Körnchen von Kaliumsalzen, die in der Nacht und in den frühen Morgenstunden von natürlichen Pflanzen und anderen Lebewesen erzeugt werden, eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Aerosolen im Regenwald.
Terpene und Isoprene werden hauptsächlich in der Gasphase von Pflanzen im Dschungel freigesetzt und reagieren in der Atmosphäre mit Wasser, Sauerstoff und organischen Verbindungen, Säuren und anderen Chemikalien, die von einheimischen Pflanzen abgesondert werden. Diese Reaktionsprodukte sind weniger flüchtig und lösen die Kondensation in der tief liegenden Waldbiosphäre aus. Da bei der Kondensation in der Regel die kleinsten Partikel am wichtigsten sind, spielen Kaliumsalze die Rolle. Im Laufe des Tages kondensieren Gasphasenprodukte weiter und die Partikel wachsen weiter.
Während der Regenzeit lassen sich Bewölkung, Niederschlag, Wasserkreislauf und schließlich das Klima des Amazonasbeckens und darüber hinaus auf Salze von Pilzen und Pflanzen im ungestörten Dschungel zurückführen, die die Vorläufer natürlicher Wolkenkondensationskerne darstellen und direkt beeinflussen wie sich Nebel und Wolken im Regenwald bilden und entwickeln.
Über das Lawrence Berkeley National Laboratory