Un team di ricercatori guidato dall'Università della California di San Diego ha identificato per la prima volta cosa determina le differenze osservate nella composizione chimica delle particelle di spruzzi marini espulse dall'oceano dalle onde che si infrangono.

La scoperta potrebbe consentire ai ricercatori di comprendere meglio come la chimica e la fisica degli oceani influenzino direttamente i processi di formazione delle nuvole. La migliore comprensione potrebbe rendere i modelli climatici più accurati, soprattutto perché le nuvole sono la variabile più difficile da rappresentare nelle simulazioni attuali.

Kimberly Prather, Distinguished Chair in Atmospheric Chemistry e membro di facoltà presso il Dipartimento di Chimica e Biochimica e Scripps Institution of Oceanography presso l'UC San Diego, ha condotto lo studio sostenuto dalla National Science Foundation. Ha detto che la sua svolta chiave consiste nel dimostrare che le gocce inviate nell'aria dalle onde che si infrangono assumono caratteristiche chimiche diverse a seconda delle forze fisiche indotte dalle onde.

"È la prima volta che qualcuno ha dimostrato che le gocce di acqua di mare hanno una composizione diversa a causa del meccanismo di produzione, " ha detto Prather. "Stiamo scoprendo come la biologia oceanica influenzi i processi fisici di produzione creando aerosol di spruzzi marini. Precedenti studi si sono concentrati sui processi coinvolti nella produzione fisica degli spruzzi marini, ma i nostri studi hanno dimostrato che la chimica è al centro di molti processi di trasferimento oceano-atmosfera che hanno un profondo impatto sulla composizione della nostra atmosfera, nonché sulle nuvole e sul clima".

Alcuni aerosol marini sono gocce "film" cariche di microbi o materiale organico che si accumula sulla superficie dell'oceano. Si formano quando le bolle sulla superficie dell'oceano si rompono. I ricercatori avevano ampiamente supposto che tutti gli aerosol di dimensioni inferiori a un micron fossero di questa varietà. Prather e altri ricercatori hanno mostrato, però, che ci sono altre particelle che formano nuvole derivate da gocce "jet" che sono prevalentemente composte da specie chimiche molto diverse tra cui sale marino, microbi, e altre specie biologiche. Queste nuove gocce vengono espulse all'indomani dello scoppio delle bolle.

Questi due tipi di aerosol hanno diverse capacità di formare cristalli di ghiaccio nelle nuvole, il che significa che se una nuvola effettivamente non produce precipitazioni, piovere, oppure la neve può essere determinata dal tipo di microbi e dalle biomolecole associate che vengono espulse dall'oceano. Ma ancora più importante, la presenza di una grande fioritura di fitoplancton, come accade durante gli eventi di marea rossa, altera il rapporto tra film e gocce di getto, il che significa che i processi biologici possono portare a profondi cambiamenti nella chimica degli spruzzi marini e, infine, alla formazione di nubi.

Lo studio, "Il ruolo del getto e delle gocce di pellicola nel controllo dello stato di miscelazione delle particelle di aerosol marino spray submicronico, " appare il 19 giugno nelle prime edizioni della rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

I ricercatori hanno scoperto che le particelle prodotte dal getto possono costituire quasi la metà del numero totale di aerosol marini submicronici che contribuiscono alla formazione di nubi. Per giungere a questa conclusione, i ricercatori hanno indotto fioriture di fitoplancton nell'acqua di mare naturale pompata in serbatoi che generano onde in un laboratorio Scripps. Le condizioni imitavano quelle dell'oceano che producono spruzzi marini. Gli scienziati hanno differenziato il film dalle gocce di getto mentre si alzavano nell'aria sopra le onde osservando le loro diverse cariche elettriche. Gli aerosol jet sea spray hanno una carica maggiore rispetto agli aerosol a film.

I risultati sono gli ultimi arrivati ​​dai ricercatori della UC San Diego su una delle frontiere più misteriose del clima:come gli aerosol prodotti sulla terra e in mare - se sale marino, materiale organico, polvere, o particelle di inquinamento - determinare se si formano nuvole e se quelle nuvole possono produrre precipitazioni. Prather, che ha aperto la strada ai metodi per analizzare la composizione chimica delle particelle sospese nell'aria, è il direttore del Center for Aerosol Impacts on Chemistry of the Environment (CAICE) presso l'UC San Diego, dove è stato eseguito il lavoro. Nel 2013, la National Science Foundation ha nominato CAICE un NSF Center for Chemical Innovation, uno dei nove centri di questo tipo negli Stati Uniti.

I coautori dello studio hanno rappresentato una gamma di discipline dalla biochimica alla microbiologia marina. Gli oceanografi di Scripps Grant Deane e Dale Stokes hanno contribuito allo studio e nel lavoro successivo cercheranno di vedere se sono in grado di determinare la composizione delle miscele di aerosol sulla superficie del mare misurando la durata dei whitecap oceanici pieni di bolle.

Deane ha affermato che l'impresa dello studio probabilmente non avrebbe potuto essere raggiunta da nessuno dei ricercatori che lavoravano da soli, rendendolo un modello per come viene svolta la ricerca ambientale complessa.

"È un lavoro veramente collaborativo tra chimici, biologi, e oceanografi fisici, " Ha detto Deane. "Questo è il modo in cui questo tipo di lavoro deve essere fatto."