Levende snøkrystaller

Snøfnugget som faller på armen din, kan ha oppstått rundt en bakterie. Amerikanske forskere tror ørsmå bakterier, sporer, sopp og alger kan være viktige for dannelsen av nedbør.

Publisert

Hvordan snøkrystaller blir til

http://www.forskning.no/Artikler/2008/februar/1202055188.1

Snøflakets intrikate og vakre symmetri har en egen evne til å pirre nysgjerrigheten. Hvordan blir snøkrystallene til? Klikk på bildet for å finne ut mer.

Snøen eller regnet som faller kan faktisk være et transportmiddel for små livsformer som fyker rundt i atmosfæren, og må ned på bakken for å spre seg.

En ny amerikansk studie viser at såkalte biologiske kondensasjonskjerner finnes i hele atmosfæren, og at de kan være en viktig faktor i nedbørssyklusen.

Forskerne tror de kan påvirke alt fra nedbør til jordbruk og global oppvarming.

- Vi har alltid visst at de er til stede og at de bidrar til nedbørsdannelse, men vi har ikke regulære målinger som sier hvor, eller hvor ofte, kommenterer Viel Ødegaard ved Meteorologisk institutt.

Bioaerosoler

Slike små, biologiske partikler har også fått navnet bioaerosoler, og kan være begynnelsen på både regn, sludd, snø eller hagl. Så langt har de ikke fått mye oppmerksomhet, men det kan forandre seg.

- Rollen biologiske partikler spiller i atmosfæriske prosesser har i stor grad blitt oversett. Vi har imidlertid funnet biologiske kondensasjonskjerner i snøprøver fra Antarktis til Louisiana, sier Brent Christner.

- De er over alt, forteller han.

"Kan bakterier bruke skyer og nedbør som transportmiddel?"
"Kan bakterier bruke skyer og nedbør som transportmiddel?"

Christner er professor i biologi ved Louisiana State University i USA.

- Våre resultater gir et utgangspunkt for atmosfæreforskere til å tenke på hvilken rolle disse partiklene spiller for nedbør, sier mikrobiologen i en pressemelding fra universitetet.

- Dette representerer et helt nytt forskningsfelt, og demonstrerer klart at vi bare så vidt har begynt å forstå det intrikate samspillet mellom planetens klima og biosfæren, sier Christner.

Kondensasjonskjerner

For å skjønne hvorfor bakterier kan lage snø og regn, må vi vite litt om hvordan nedbøren blir til høyt der oppe.

Skyer består av partikler. Det er snakk om vanndråper eller iskrystaller som er så små at de holder seg svevende i atmosfæren.

 

Kondensasjon er et viktig begrep når det gjelder skydannelse.

Det beskriver overgangen fra gass til væske, altså det motsatte av fordamping. Kondensasjoner altså et resultat av at lufta kjøles ned.

For at ispartikler skal kunne dannes, må det som oftest være aerosoler tilstede.

- Hvis det ikke er kondensasjonskjerner der, må det veldig lave temperaturer til, ned til minus 38 - 40 grader celsius, for at vanndamp spontant skal kondensere til is, forteller Ødegaard.

Lavere energibarriere for vann

Energibarrieren for at vanndamp skal kondensere til is er mye større enn energibarrieren for at vanndamp skal kondensere til vanndråper.

- Der det er 100 prosent luftfuktighet vil nesten hvilken som helst flate, eller hva som helst, gjøre terskelen for faseovergangen til vanndråper lavere, sier Ødegaard.

- Det kan du selv se når du står i dusjen, og det blir dannet vanndråper på veggen selv om du ikke spruter, forklarer hun.

Aerosoler som svever rundt i atmosfæren fungerer som kondensasjonskjerner, og gjør det lettere for vanndamp å kondensere.

Aerosolene kan for eksempel være ørsmå støv-, røyk- og saltpartikler.

Forskjellige prosesser inne i skyene kan derfor få noen av partiklene til å vokse. Blir de store nok, faller de ut av skyene og ned mot bakken.

Biologiske kondensasjonskjerner

Men det finnes andre partikler i lufta også - og de er levende. Denne typen biologiske kondensasjonskjerner kan faktisk katalysere frysing av vann ved betraktelig varmere temperatur enn støv-, røyk-, og saltpartikler.

"Noen bakterier har en egen evne til å katalysere isdannelse."
"Noen bakterier har en egen evne til å katalysere isdannelse."


 

Enkelte små, levende bakterier kan for eksempel katalysere isdannelse selv ved temperaturer som nærmer seg 0 grader celsius.

Disse bakterienes triks er proteiner på overflaten som ligner på molekylstrukturen i is.

- Energibarrieren blir lavere hvis vanndampen kan kondensere på et molekyl som har en struktur som ligner litt på is. Da vil det bli dannet små ispartikler ved høyere temperatur, sier Ødegaard.

Dermed er spørsmålet hvilken rolle de levende kondensasjonskjernene spiller. Selv om det kanskje er færre av dem, så er de nemlig mer effektive.

Nysnø

Studier av isdannelse i skyer har så langt ignorert biologiske partikler i stor grad.

Christners forskningsgruppe har undersøkt de regn- og snøproduserende mikrobene ved å se på nysnø samlet inn ved ulike breddegrader i Nord-Amerika, Europa og Antarktis. De har undersøkt snø fra 19 forskjellige steder.

Forskerne filtrerte snøprøvene for å hente ut partiklene, som de deretter la i beholdere med rent vann. Så senket de temperaturen sakte, og fulgte nøye med for å se om vannet frøs.

De var på jakt etter biologiske kondensasjonskjerner som ble aktive ved varmere temperaturer enn 10 kuldegrader.

Jo høyere frysetemperaturen var for en prøve, jo større var antallet kondensasjonskjerner, og jo mer sannsynlig var det at de var biologiske.

På denne måten fant de mengden kondensasjonskjerner som var aktive i temperaturer over 10 minustrader, per liter smeltet snø.

Over alt

De laveste nivåene, det vil si fire kondensasjonskjerner per liter smeltet snø, ble funnet i Antarktis.

De høyeste nivåene, altså opp til 120 kondensasjonskjerner per liter smeltet snø, fant forskerne i Montana og Frankrike.

For å skille effektene av levende og ikke levende kondensasjonskjerner fra hverandre, behandlet forskerne vannprøvene med varme eller kjemikalier for å drepe eventuelle bakterier.

Deretter sjekket de frysetemperaturen på nytt.

Forskerne beregner ut fra dette at 69-100 prosent av kondensasjonskjernene var biologiske.

Plantesykdom

De fleste regndannende bakterier lever som sykdomsfrembringende organismer. De bruker sin evne til å sette i gang fysing ved relativt varme temperaturer, til å ødelegge celleveggen til planter som de spiser.

Det gjelder for eksempel bakterien Pseudomonas syringae.

Det har blitt bemerket at denne egenskapen også betyr at bakteriene kommer seg raskere ut av skyene og ned igjen på bakken, noe som kan være en fordel.

Dette er en del av tankegangen bak den såkalte Gaia-hypotesen, som går ut på at levende og ikke-levende deler av kloden påvirker hverandre på sammensatte måter, hvor levende skapninger har en regulerende effekt som fremmer liv på jorda generelt.

"Hvor mange av snøfnuggene har en bakterie i midten?"
"Hvor mange av snøfnuggene har en bakterie i midten?"

Menneskene har en innvirkning på disse prosessene. Vi gjør landskapsendringer, hugger skoger ned og dyrker jorda, som igjen kan forandre på sammensetningen av mikrober i atmosfæren.

- Det er på tide at atmosfære- og klimaforskere begynner å tenke på implikasjonene, sier Christner.

Usikkerhet

Funnene tyder på at mikrober kan reise over lange avstander i skyer, og antyder at det foregår en betraktelig biologidrevet nedbør over alt på kloden.

- Dette er en vekker som minner oss om at noen av de mest aktive katalysatorene i skyer er stort sett ignorert, sier Christner.

- Biologiske partikler synes å spille en veldig viktig rolle i å generere snø og regn, spesielt ved relativt varme skytemperaturer, sier han.

Selv om Christner og kolleganene fant mikrobene over alt, er det imidlertid ikke helt sikkert at de virkelig startet nedbøren. De kan teoretisk sett ha kommet med seinere på ferden gjennom atmosfæren.

- Men hvis disse partiklene kommer inn i en sky, kan de ha en effekt på nedbøren, sier Christner.

Mer effektivt

Dersom bakterier forårsaker mye isdannelse ved lavere temperaturer enn andre kondensasjonskjerner, kan det ha en viktig effekt på nedbørsdannelsen.

- At nedbør starter som is er en mye mer effektiv nedbørsprosess, sier Ødegaard.

En ispartikkel som dannes i luft med 100 prosent luftfuktighet relativt til vann, vil vokse mye raskt på bekostning av vanndråpene, fordi metningstrykket er lavere for is enn for vann.

Dermed er sjansene også større for at den blir tung nok til å begynne å falle.

De tyngste regndråpene som faller på bakken har for eksempel alltid begynt som is. Nedbør som starter som is i skyene, kan smelte på veien ned og bli til regn.

- Hvis biologiske kondensasjonskjerner blir mer tilstede i atmosfæren, kan det bidra til mer effektivt å trekke fuktigheten ut av atmosfæren og få dannet nedbør, sier Ødegaard.

- Den største barrieren for nedbørdannelse er nemlig at partiklene skal bli så store at de faller ned, sier hun.

Avlinger som lager regn?

Fordi Christner mener at hovedkilden til biologiske kondensasjonskjerner er planter, tenker han seg også at det finnes en mulighet for at avlinger kan brukes til å lage mer nedbør.

- Noen planter vil ha flere kondensasjonskjerne-bakterier enn andre. I områder som i Vest-Afrika, som opplever tørke, er det mulig at det vil være en løsning å plante spesielle avlinger som faktisk har disse bakteriene, sier han.

Kunnskap om bioaerosolene kan kanskje også gi oss bedre værmelding?

- I dag har vi ingen regulære målinger av kondensasjonskjerner i atmosfæren. Alt som måles er for forskningsprosjekter, sier Ødegaard.

- Dette håndterer vi ikke i værvarslingen i dag, sier hun.

Referanse:

Brent C. Christner, Cindy E. Morris, Christine M. Foreman, Rongman Cai, David C. Sands; Ubiquity of Biological Ice Nucleators in Snowfall; Science 29. february 2008; vol. 319. no. 5867, s. 1214; DOI: 10.1126/science.1149757.

Lenker:

Louisiana State University: LSU Scientist Finds Evidence of “Rain-Making” Bacteria. Could have implications for climate and understanding dissemination of agricultural pathogens
Nature: Rain-making bacteria found around the world
New Scientist: Airborne bugs may trigger rain to get home
Meteorologisk institutt: Skydannelse