2019年夏天，Ny-?lesund村附近的苔原，背景是齐柏林天文台(左手边，被云层吞没)。冻土带可能是北极地区生物气溶胶的主要来源。来源:Gabriel Freitas

一个能一个由来自瑞典、挪威、日本和瑞士的科学家组成的研究小组公布了一项研究成果，揭示了包括花粉、孢子和细菌在内的生物颗粒在北极云层中冰的形成过程中起着至关重要的作用。这些发现发表于今天《自然通讯》对气候科学和我们对快速变化的北极气候的理解有着深远的影响。

这项研究的结果揭示了生物颗粒与北极云层中冰的形成之间的联系，这项研究是在位于挪威偏远的斯瓦尔巴群岛的齐柏林天文台进行的，该天文台位于北极高地。

斯德哥尔摩大学的博士生、主要作者Gabriel Freitas详细介绍了他们的创新方法:“我们使用一种依赖于光散射和紫外线诱导荧光的敏感光学技术，分别识别和计数了这些生物颗粒。这种精度至关重要，因为我们面临着检测这些微小浓度颗粒的挑战，就像大海捞针一样。”

糖醇和真菌孢子

该研究深入研究了生物颗粒的季节性动态，建立了与积雪、温度和气象参数等变量的相关性。此外，通过各种方法证实了生物颗粒的存在，包括电子显微镜和特定物质的检测，如糖醇化合物阿拉伯糖醇和甘露醇。

Gabriel Freitas是该研究的主要作者，也是斯德哥尔摩大学的博士生。来源:保罗·齐格

气候与环境研究所(NILU)的资深科学家、该研究的合著者卡尔·埃斯彭·伊特里(Karl Espen Yttri)强调说:“虽然阿拉伯糖醇和甘露醇存在于各种微生物中，但它们在空气中的存在与真菌孢子有关，可能来自当地来源，也可能来自远距离大气运输。”

了解冰核

冰成核粒子的量化和理解它们的性质被证明是一项繁琐的挑战。研究人员采用了两种截然不同的方法，包括在一周内收集过滤器上的颗粒，然后进行严格的实验室分析。

日本国家极地研究所副教授、该研究的合著者Yutaka Tobo描述了他们的策略:“我们的方法可以量化在0°C(32°F)到-30°C(-22°F)的温度范围内浸入水滴的气溶胶颗粒的冰核能力，从而揭示在北极低层云中活跃的环境冰核颗粒的浓度。”

瑞士巴塞尔大学的研究员Franz Conen补充说:“通过将过滤器置于95°C(203°F)的额外加热下，我们可以识别冰核颗粒的蛋白质成分，从而揭示其潜在的生物起源。我们的研究结果明确地确立了生物粒子在齐柏林天文台形成冰核的普遍性。”

斯德哥尔摩大学副教授、该研究的合著者保罗·齐格说。来源:Stella Papadopoulou

对气候科学的影响

斯德哥尔摩大学副教授保罗·齐格(Paul Zieger)和合著者强调了这些发现对气候科学的重要意义:“这项研究为北极生物和冰成核粒子的起源和特性提供了重要见解，可以使气候模型开发人员改进模型中气溶胶-云相互作用的表示，并减少与人为辐射强迫估计相关的不确定性。”

在未来的几十年里，北冰洋开放海域和无雪苔原的面积预计会增加，这两个地区都是北极生物颗粒的来源。因此，更深入地了解这些粒子和云之间的关系可能为了解北极正在发生的和未来发生的变化提供有价值的见解。

参考文献:“区域来源的生物气溶胶驱动北极高温冰成核粒子”，2023年9月28日，《自然通讯》。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 41696 - 7