科学家们描述了在高海拔云层中形成冰晶的海浪颗粒

虽然大气中有多种结冰颗粒的来源，但海喷雾气溶胶(SSA)被认为是冰核颗粒(INP)的重要来源。但是，SSA的组成、它们如何影响云的形成以及它们如何反过来影响气候对于大气科学家来说仍然是悬而未决的重要问题。

现在，石溪大学的研究人员已经开发出一种方法，可以在模拟海洋条件的实验室水箱中模拟SSA。这使他们能够确定与生长的海洋微生物相关并由其释放的有机化合物，并发现这些化合物作为INP的作用的线索。他们还研究了冰的形成本身就是一个复杂的过程，可以通过各种机制形成。他们的发现在《科学进展》上发表的一篇论文中有详细介绍。

风吹过海洋表面产生的气溶胶和气泡形成细盐颗粒喷雾，这些细盐颗粒涂有有机化合物，可以高空输送到形成云的大气中。它们属于其他各种颗粒类型，包括导致大气中结冰的野火产生的灰尘、煤烟和灰烬。

海洋覆盖了地球70%的面积，在远离大陆的区域中，SSA是INP和云形成的主要贡献者。为了让科学家预测云的形成并评估其对气候的影响，他们首先需要了解在何种条件下冰晶可以由来自最大来源海洋的颗粒形成。

通讯作者、大气化学教授DanielKnopf和合著者、石溪大学海洋与大气科学学院(SoMAS)微生物海洋学家JosephineAller教授及其研究团队模拟海水并生成冰形成SSA颗粒。他们检查了这些，发现SSA颗粒是由生活在海洋表面附近的微生物的代谢产物组成的。

在StonyBrook的SoMAS气溶胶研究实验室，SSA颗粒在密封的模拟罐中生产，以重现海洋的状况。产生的气载粒子用于他们的云形成实验。他们的实验表明，这些颗粒在典型的大气条件下通过两种截然不同的途径产生冰晶——冰既可以通过水蒸气形成到SSA颗粒上，也可以通过液态SSA液滴形成。

“我们的研究结果明确地将海洋表层水中的微生物过程与云的形成联系起来，”Knopf说。“研究表明，微生物释放的多糖和蛋白质可作为SSA颗粒中的成核剂。因此，我们能够在分子物种水平上识别引发冰成核的有机物质。”

Knopf说，该团队只能通过在劳伦斯伯克利国家实验室的同步加速器光源上使用X射线显微镜技术详细检查单个粒子的组成来实现这一发现。

“这项研究不仅确定了冰成核剂，而且还提供了第一个整体参数化来预测SSA颗粒的冻结，”Aller补充道。“这种新的参数化包括浸没冷冻，因为INP被液体(通常是水)吞没，以及在INP上形成冰而没有任何可见水的沉积冰核化。我们的新参数化涵盖了两种冷冻场景，可以应用于云-解析和气候模型，以评估含冰晶云的气候影响。”

这种冰层和云层的建模可以提供帮助的一个地区是极地北极。Knopf和A​​ller都表示，在预测极地地区未来将如何变暖时，该模型可能有助于限制不确定性——该地区的变暖速度比世界其他地区更快。

总体而言，作者指出，这些新的冷冻过程结果的应用，结合其他研究的数据，产生了一个更清晰的模型来描述冰形成过程是如何发生的，以及如何仅知道温度、湿度、和SSA粒径。

这项研究是一项多学科研究，将海洋表层水中微生物的生物化学分析与大气中冷云的形成过程相结合。

该项目由Aller和Knopf研究团队牵头，其中包括三名前石溪大学研究生的工作：主要作者PeterAlpert，现为瑞士Paul-Scherrer研究所的研究科学家;现在在梅花岛动物疾病中心工作的WendyKilttau和现在在中国厦门大学担任教授的王冰冰。