Pegamos bactérias do ar mais puro da Terra

O Oceano Antártico é uma vasta faixa de águas abertas que circunda todo o planeta entre a Antártica e as massas terrestres do Hemisfério Sul. É o lugar mais nublado da Terra, e a quantidade de luz solar que reflete ou passa por essas nuvens desempenha um papel surpreendentemente importante no clima global. Afeta os padrões climáticos, as correntes oceânicas , a cobertura de gelo do mar da Antártica , a temperatura da superfície do mar e até as chuvas nos trópicos .

Mas devido ao quão remoto é o Oceano Antártico, houve muito poucos estudos reais das nuvens lá. Devido a essa falta de dados, modelos de computador que simulam climas atuais e futuros superestimam a quantidade de luz solar que atinge a superfície do oceano em comparação com o que os satélites realmente observam. O principal motivo dessa imprecisão se deve à maneira como os modelos simulam nuvens , mas ninguém sabia exatamente por que as nuvens estavam apagadas. Para os modelos funcionarem corretamente, os pesquisadores precisavam entender como as nuvens estavam sendo formadas.

Para descobrir o que realmente está acontecendo nas nuvens sobre o Oceano Antártico, um pequeno exército de cientistas atmosféricos , incluindo nós , foi descobrir como e quando as nuvens se formam nesta parte remota do mundo. O que descobrimos foi surpreendente – ao contrário dos oceanos do Hemisfério Norte, o ar que coletamos sobre o Oceano Antártico quase não continha partículas da terra . Isso significa que as nuvens podem ser diferentes daquelas acima de outros oceanos, e podemos usar esse conhecimento para ajudar a melhorar os modelos climáticos.

Nuvens de gelo e nuvens líquidas

As nuvens são feitas de pequenas gotas de água ou cristais de gelo, ou geralmente uma mistura dos dois. Estes se formam em pequenas partículas no ar. O tipo de partícula desempenha um grande papel na determinação da formação de uma gota de líquido ou de cristal de gelo. Essas partículas podem ser naturais – como spray do mar, pólen, poeira ou até bactérias – ou de fontes humanas, como carros, fogões, usinas de energia etc.

Para os olhos destreinados, uma nuvem de gelo e uma nuvem líquida têm a mesma aparência, mas elas têm propriedades muito diferentes. As nuvens de gelo refletem menos luz solar , precipitam mais e não duram tanto quanto as nuvens líquidas. É importante para o clima – e para os modelos climáticos – que tipos de nuvens existem.

Os modelos climáticos tendem a prever muitas nuvens de gelo sobre o Oceano Antártico e nuvens líquidas insuficientes quando comparadas às leituras de satélite. Mas as medições de satélite ao redor dos polos são difíceis de serem feitas e menos precisas do que outras regiões , portanto, queríamos coletar evidências diretas de quantas nuvens líquidas estão realmente presentes e determinar por que havia mais do que os modelos previram.

Esse era o mistério: por que existem mais nuvens líquidas do que os modelos pensam? Para resolvê-lo, precisávamos saber que tipos de partículas estão flutuando na atmosfera ao redor da Antártica.

Antes de descermos lá, tínhamos algumas pistas.

Estudos de modelagem anteriores sugeriram que as partículas formadoras de gelo encontradas no Oceano Antártico podem ser muito diferentes daquelas encontradas no Hemisfério Norte. O pó é um grande semeador de nuvens de gelo, mas devido à falta de fontes de terra empoeiradas no Hemisfério Sul, alguns cientistas levantaram a hipótese de que outros tipos de partículas podem estar impulsionando a formação de nuvens de gelo no Oceano Antártico.

Como a maioria dos modelos se baseia em dados do Hemisfério Norte , se as partículas na atmosfera fossem de alguma forma diferentes no Hemisfério Sul, isso poderia explicar os erros.

Mapas bacterianos

É difícil medir diretamente a composição das partículas no Oceano Antártico – simplesmente não existem muitas partículas por aí. Então, para nos ajudar a rastrear o que está dentro das nuvens, usamos uma abordagem indireta: as bactérias no ar.

A atmosfera está cheia de microorganismos que são transportados de centenas a milhares de quilômetros nas correntes de ar antes de retornar à Terra. Essas bactérias são como placas aéreas, são únicas e informam de onde o carro – ou o ar – veio. Como os cientistas sabem onde a maioria das bactérias vive, é possível observar os micróbios em uma amostra de ar e determinar de onde veio esse ar. E depois que você souber disso, poderá prever de onde as partículas do ar também vieram – o mesmo local em que as bactérias geralmente vivem.

Para amostrar bactérias transportadas pelo ar nessa região oceânica remota, um de nós partiu para o R / V Investigator da Australian Marine National Facility para uma expedição de seis semanas. O tempo estava indisciplinado e as ondas eram geralmente brancas, mas, durante um a dois dias de cada vez, sugamos o ar da proa do navio através de um filtro que capturava as partículas e bactérias transportadas pelo ar. Em seguida, congelamos os filtros para manter intacto o DNA bacteriano.

Bactérias oceânicas sozinhas

Na maioria das regiões oceânicas do mundo, especialmente no Hemisfério Norte, onde há muita terra, o ar contém partículas marinhas e terrestres . Era o que esperávamos encontrar no sul.

Com os filtros congelados em segurança em nosso laboratório no Colorado, extraímos o DNA das bactérias e o sequenciamos para determinar quais espécies capturamos. Para nossa surpresa, as bactérias eram essencialmente todas as espécies marinhas que vivem no Oceano Antártico. Não encontramos quase nenhuma bactéria terrestre.

Se as bactérias eram do oceano, o mesmo ocorria com as partículas formadoras de nuvens. Esta foi a resposta que estávamos procurando.

Partículas de nucleação de gelo são muito raras na água do mar e partículas marinhas são muito boas na formação de nuvens líquidas. Com principalmente partículas marinhas no ar, esperamos que as nuvens sejam principalmente de gotículas líquidas, o que observamos. Como a maioria dos modelos trata as nuvens nessa região da mesma forma que as nuvens no Hemisfério Norte, mais poluído, não é de admirar que os modelos estejam desligados.

Daqui para frente

Agora que sabemos que as nuvens do verão no Oceano Antártico estão sendo formadas a partir de partículas puramente marinhas, precisamos descobrir se o mesmo acontece em outras estações e em altitudes mais altas. O projeto maior, que envolveu aviões e navios , deu aos cientistas atmosféricos uma idéia muito melhor das nuvens próximas à superfície do oceano e altas na atmosfera. Os modeladores climáticos entre nós já estão incorporando esses novos dados em seus modelos e esperamos ter resultados para compartilhar em breve.

Descobrir que as partículas transportadas pelo ar sobre o Oceano Antártico são provenientes principalmente do oceano é uma descoberta notável. Além de melhorar os modelos climáticos globais, também confirmamos que o Oceano Antártico é uma das regiões ambientalmente mais primitivas da Terra – um lugar que provavelmente mudou muito pouco devido às atividades humanas. Esperamos que nosso trabalho melhore os modelos climáticos, mas também forneceu aos pesquisadores uma base para a aparência de um ambiente marinho verdadeiramente intocado.