5月20日消息，据物理学家组织网报道，一支由美国加利福尼亚州大学圣地亚哥分校挂帅的大气化学研究员小组向被视为的气候变化学的“圣杯”又迈进了一步：在研究过程中，他们首次直接探测到了冰云内部的生物粒子。

 

研究小组由大气化学教授金姆·普拉瑟(Kim Prather)的博士生克里·普拉特(Kerri Pratt)领导，普拉瑟任职于斯克里普斯海洋学研究所以及加州大学圣地亚哥分校的化学与生物化学系。2007年秋季，研究小组搭乘一架飞机穿过怀俄明州上空的云层，在高速飞行的情况下，提取了水滴和冰晶残余样本。

 

对冰晶进行的分析显示，它们几乎完全由尘埃或包括细菌、真菌孢子和植物材料在内的生物粒子构成。长久以来科学家便知道，微生物或微生物的某些部分可进入空中并借助空气传播这种方式进行长途旅行。但在直接获得有关其参与云冰形成过程的现场数据方面，这项研究还是第一次。

 

普拉特领导的研究小组进行的层状云内冰实验(以下简称ICE-L)获得美国国家科学基金会以及国家大气研究中心的资助。实验结果刊登在5月17日的在线版《自然—地球科学》杂志上。普拉特说：“如果我们了解使云集结的粒子来源及其丰富程度，我们便能确定不同来源对气候的影响。”

 

当时，研究人员搭乘由国家大气研究中心操作的一架装有特殊仪器的C-130飞机飞越怀俄明州上空，并在飞行过程中对研究对象进行观测。借助这架飞机，斯克里普斯海洋学研究所领导的研究人员第一次直接探测到了云中靠空气传播的细菌，探测结果同样刊登在5月17日的在线版《自然—地球科学》杂志上。

 

靠空气传播的微小粒子——浮质对云形成的影响是有关天气和气候问题中科学家最难理解的部分。在气候变化学领域，很多预测均来源于有关气候现象的电脑模拟，而在通过建模对未来气候进行预测时，浮质对云形成的影响则是科学家眼中最不确定的因素。

 

国家科学基金会大气学分部的安妮-玛丽娜·斯库莫尔特纳(Anne-Marine Schmoltner)表示：“通过从飞机上对云进行实时取样，这些研究人员能够获得有关云中冰粒子细节空前的信息。通过确定单个冰粒子核心的化学成分，他们得出惊人发现——矿物质尘埃和生物粒子在云形成过程中扮演了重要角色。”

 

浮质包括尘埃、烟灰、海盐以及有机材料，其中一些的传播距离可达到数千英里。浮质形成了云的“骨架”。在这些凝结核周围，大气中的水和冰不断液化和成长，最后形成降水。科学家一直试图了解这一过程，原因很简单：云在冷却空气和影响地区性降水过程中扮演了至关重要的因素。

 

ICE-L第一次利用飞机部署飞行器浮质飞行时间质谱仪(A-ATOFMS)，这个昵称“雪莉”的仪器是最近由加州大学圣地亚哥分校研制的，研制过程获得国家科学基金会资助。ICE-L小组将“雪莉”以及一个由科罗拉多州大学研究员保罗·德莫特(Paul DeMott)负责的冰库安装在C-130上，而后进行了一系列穿越波状云的飞行。在此过程中，研究人员对云冰晶残余进行了现场测量，结果发现一半由矿物质尘埃构成，大约三分之一含有氮、磷以及碳——构成生物物质的主要元素。

 

以秒计算的分析速度允许研究人员实时区分水滴与冰核残余之间的差异。冰核较水滴核相比更为罕见，同时更有可能形成降水。“雪莉”则允许研究人员对云冰内的生物粒子进行准确测量。此前，科学家曾根据在实验室进行的模拟以及对降水的测量得出结论——生物粒子扮演了冰核的角色。根据模型以及经过测量的尘埃化学成分，ICE-L小组得以确定尘埃来自亚洲还是非洲。

 

普拉瑟说：“对于我们来说，能够进行这种测量如同找到了基督教的‘圣杯’。了解哪些粒子形成冰核，哪些粒子在浓度极低时出现同时又极难进行测量，意味着我们可以进一步了解导致降水的过程。我们获取的任何新信息都具有非常重要的意义。”

 

研究发现显示，在尘暴中被卷走的生物粒子可帮助促进云冰的形成。普拉瑟表示，初步证据显示来自亚洲的尘埃可以影响北美的降水。研究人员希望利用ICE-L获取的数据设计未来的研究。在以后的日子里，类似这样的粒子可能在引起降雨或降雪中扮演越来越重要的角色。