Độ che phủ của mây, lượng mưa, chu kỳ nước và thậm chí khí hậu của lưu vực sông Amazon có thể được truy nguyên từ muối từ nấm và thực vật trong khu rừng nguyên sinh.
Nó buổi sáng, sâu trong rừng rậm Amazon. Trong không khí tĩnh lặng, vô số lá cây lấp lánh hơi ẩm và sương mù len lỏi qua những tán cây. Khi mặt trời mọc, những đám mây xuất hiện và bay ngang qua tán rừng, nhưng chúng đến từ đâu? Hơi nước cần các hạt hòa tan để ngưng tụ. Các hạt trong không khí là hạt của các giọt chất lỏng trong sương mù, sương mù và mây.
Những giọt nước vào buổi sáng của rừng rậm Amazon ngưng tụ xung quanh các hạt aerosol. Đổi lại, các sol khí ngưng tụ xung quanh các hạt muối cực nhỏ phát ra từ nấm và thực vật trong đêm. Tín dụng hình ảnh: Fabrice Marr / Creative Commons.
Để tìm hiểu làm thế nào các hạt aerosol hình thành ở Amazon, Mary Gilles thuộc Phòng Khoa học Hóa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) và David Kilcoyne của Nguồn sáng tiên tiến của Phòng thí nghiệm (ALS) đã làm việc với Christopher Pöhlker của Đức Max Viện Hóa học Planck (MPIC) là một phần của một nhóm các nhà khoa học quốc tế do Meinrat Andreae và Ulrich Pöschl của MPIC lãnh đạo. Họ đã phân tích các mẫu sol khí hình thành tự nhiên được thu thập trên tầng rừng, sâu trong rừng nhiệt đới.
Kết hợp với kết quả từ các cơ sở khác, phân tích ALS đã cung cấp manh mối thiết yếu cho sự phát triển của các hạt mịn xung quanh đám mây và sương mù của Amazon, bắt đầu bằng các hóa chất được tạo ra bởi các sinh vật sống. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng trong số các yếu tố khởi phát quan trọng nhất của quá trình là muối kali.
Phân tích sol khí vô hình
Tại ALS Beamline 5.3.3.2, các nhà nghiên cứu đã thực hiện kính hiển vi quét tia X (STXM) để xác định cấu trúc mịn hấp thụ tia X gần cạnh (NEXAFS) của các hạt được thu thập trong mùa mưa ở vùng rừng nguyên sinh xa xôi phía đông nam Manaus , Brazil.
Thông qua việc hấp thụ tia X mềm bởi một electron nguyên tử, và sự phát xạ tiếp theo của photon, có thể xác định được vị trí và vị trí chính xác của các nguyên tố trong các mẫu aerosol, theo Kilcoyne. Bản chất của STXM là nó không chỉ cho bạn biết nếu có carbon mà là carbon này liên kết với các yếu tố khác trong các hạt aerosol như thế nào. Điều này cho phép chúng ta phân biệt giữa bồ hóng, đó là graphitic và carbon hữu cơ.
Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy ba loại hạt aerosol hữu cơ khác nhau, tất cả đều giống với mẫu tham chiếu do phòng thí nghiệm tạo ra: các sản phẩm oxy hóa dựa trên các hóa chất tiền chất phát ra trong pha khí của cây, bao gồm terpen (thành phần chính của nhựa thông) từ nhựa cây và isopren, một hợp chất hữu cơ khác được giải phóng dồi dào qua lá.
Các mẫu này có quy mô chỉ một phần triệu hoặc một phần triệu mét. Bình xịt càng nhỏ, tỷ lệ kali càng lớn - những chất thu được vào sáng sớm là nhỏ nhất và giàu kali nhất. Các hạt lớn hơn chứa nhiều vật liệu hữu cơ nhưng không nhiều kali. Những sự thật này cho thấy rằng muối kali được tạo ra trong đêm đóng vai trò là hạt giống cho các sản phẩm pha khí ngưng tụ lại, tạo thành các sol khí các loại khác nhau.
Đốt cháy sinh khối cũng là một nguồn phong phú cho các sol khí chứa kali ở các khu vực có rừng, nhưng kali từ các vụ cháy rừng có tương quan với sự hiện diện của bồ hóng, một dạng than chì của carbon, theo ông Gilles. Trước đó và trong giai đoạn thu thập, không có vụ cháy nào được ghi nhận có thể ảnh hưởng đến sinh quyển nơi các mẫu được thu thập và không có bằng chứng nào về bồ hóng được quan sát trong các mẫu. Do đó, nguồn kali chỉ có thể là các sinh vật rừng tự nhiên.
Nghi phạm chính
Các bào tử nấm trong các mẫu khí dung lớn hơn chỉ vào nghi phạm chính. Một số nấm phóng bào tử bằng cách xây dựng áp lực nước thông qua thẩm thấu trong túi (asci) có chứa bào tử; khi áp suất đủ lớn, ascus vỡ ra và phun các bào tử vào không khí, cùng với chất lỏng chứa kali, clorua và rượu đường. Các loại nấm khác cháy Ballistospores, khi hơi nước trong khí quyển ngưng tụ và gây ra sự giải phóng đột ngột của sức căng bề mặt, cũng đẩy kali, natri, phốt phát, đường và rượu đường.
Các cơ chế sinh học khác cũng giải phóng muối vào sương sớm bao phủ khu rừng, bao gồm muối hòa tan trong nước bằng cách thoát hơi nước vào ban ngày và vào ban đêm, chất nhựa cây giàu đường, khoáng chất và kali từ rìa lá.
Do đó, những hạt muối kali vô hình, được tạo ra bởi thực vật tự nhiên và các sinh vật khác vào ban đêm và sáng sớm, đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành các sol khí trong rừng nhiệt đới.
Terpen và isoprenes chủ yếu được giải phóng trong pha khí bởi thực vật trong rừng và một lần trong khí quyển chúng phản ứng với nước, oxy và các hợp chất hữu cơ, axit và các hóa chất khác do thực vật bản địa tiết ra. Các sản phẩm phản ứng này ít bay hơi hơn và bắt đầu ngưng tụ trong sinh quyển rừng thấp. Vì các hạt nhỏ nhất thường quan trọng nhất trong ngưng tụ, muối kali đóng vai trò. Khi ngày trôi qua, các sản phẩm pha khí tiếp tục ngưng tụ và các hạt tiếp tục phát triển.
Trong suốt mùa mưa, mây, mưa, chu kỳ nước và cuối cùng là khí hậu của lưu vực sông Amazon và xa hơn có thể được truy nguyên từ muối từ các loại nấm và thực vật trong rừng rậm không bị xáo trộn, cung cấp tiền chất của các hạt nhân ngưng tụ tự nhiên và ảnh hưởng trực tiếp sương mù và mây hình thành và phát triển như thế nào trong rừng nhiệt đới.
Qua phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley