海洋几乎覆盖了地球的四分之三，但人们对海洋微生物产生的气体和气溶胶如何影响天气和气候，或人为污染如何影响这一过程知之甚少。现在，科学家报告说他们已经使用“海洋实验室”来证明空气污染可以改变海浪释放到大气中的气体和气溶胶的组成，进而可能改变天气模式。
研究人员今天将在美国化学学会 (ACS) 2020 年秋季虚拟会议和博览会上展示他们的结果。
“令人惊讶的是，我们对海洋微生物在控制气候方面的核心作用知之甚少，”该项目的首席研究员金伯利普拉瑟博士说。“它们有可能影响大气成分、云的形成和天气。人类可以通过两种方式改变这些自然过程：改变海洋中的微生物群落结构，以及产生与微生物产生的化合物反应的空气污染物。”
通过自然生物过程，海洋微生物——包括细菌、浮游植物和病毒——产生的化合物以气体或气溶胶(海浪撞击时形成的空气中的微小水滴或颗粒)的形式进入大气。此外，微生物本身可以以雾化液滴的形式从海洋中喷出。其中一些粒子可以播种云、吸收或反射阳光，或以其他方式影响大气条件和天气。
“人们普遍认为，海洋调节地球温度的一种方式是通过排放气体和粒子，”加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的普拉瑟说。“一些科学家将海洋称为‘行星恒温器’。”
普拉瑟及其同事想知道人类可能如何影响这个恒温器。但首先，他们需要了解海洋微生物如何在没有人类的情况下影响气候。为了找到答案，研究人员建造了一个 108 英尺长的波浪通道，并用 3,400 加仑的海水填充了它。它们导致浮游植物大量繁殖——在特定条件下——在这个海洋实验室中，自然发生在海洋中的微型藻类过度生长。他们持续监测水面上空气中产生的气体和气溶胶，测量气溶胶的大小、成分、形状、酶活性和 pH 值等。他们还研究了微生物群落的自然变化，例如，引入某些种类的细菌和浮游植物，如何影响气溶胶的云形成潜力。”
相比之下，添加少量大气氧化剂(羟基自由基，可以自然产生，可以在受污染的大气中增强)会立即导致海洋气溶胶的成分和成云潜力发生变化。根据普拉瑟的说法，氧化剂与空气中微生物产生的气体发生反应，将它们转化为化合物，从而改变了主要海浪气溶胶的成分并形成了新型颗粒。尽管研究人员还不知道其他个别污染物如何影响海浪气溶胶，但普拉瑟说，研究污染物的完整气相混合物以模拟和理解现实世界的化学反应非常重要。
该团队现在还在探索水污染——特别是排入沿海河口和海洋的污水排放和污染径流——如何重组微生物群落并影响人类健康、气候和空气质量。以前的研究已经研究了人类污染如何影响水质;然而，普拉瑟是第一批关注进入冲浪区的水源性污染如何影响空气质量和人类健康的研究。她的研究小组正在一个地区的海洋和大气中进行测量，该地区已知受到从严重污染的河口流入的污染的影响。该项目旨在了解哪些病毒、细菌和其他污染物会在冲浪区通过空气传播。
