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La conversation

Nous avons capturé des bactéries dans l'air le plus vierge du monde pour aider à résoudre un mystère de modélisation climatique

L'océan Austral est une vaste bande d'eau libre qui encercle la planète entière entre l'Antarctique et les masses continentales de l'hémisphère sud. C'est l'endroit le plus nuageux sur Terre et la quantité de lumière solaire qui se reflète ou passe à travers ces nuages ​​joue un rôle étonnamment important dans le climat mondial. Il affecte les conditions météorologiques, les courants océaniques, la couverture de glace de mer de l'Antarctique, la température de surface de la mer et même les précipitations sous les tropiques, mais en raison de l'éloignement de l'océan Austral, il y a eu très peu d'études réelles sur les nuages. En raison de ce manque de données, les modèles informatiques qui simulent les climats actuels et futurs surestiment la quantité de lumière solaire atteignant la surface de l'océan par rapport à ce que les satellites observent réellement. La principale raison de cette inexactitude est due à la façon dont les modèles simulent les nuages, mais personne ne savait exactement pourquoi les nuages ​​étaient éteints. Pour que les modèles fonctionnent correctement, les chercheurs devaient comprendre comment les nuages ​​se formaient.Pour découvrir ce qui se passe réellement dans les nuages ​​au-dessus de l'océan Austral, une petite armée de scientifiques atmosphériques, dont nous, est allée découvrir comment et quand les nuages ​​se forment. dans cette partie reculée du monde. Ce que nous avons trouvé était surprenant – contrairement aux océans de l'hémisphère nord, l'air que nous avons prélevé au-dessus de l'océan Austral ne contenait presque aucune particule terrestre. Cela signifie que les nuages ​​peuvent être différents de ceux au-dessus des autres océans, et nous pouvons utiliser ces connaissances pour aider à améliorer les modèles climatiques. Les nuages ​​de glace et les nuages ​​liquides Les nuages ​​sont constitués de minuscules gouttelettes d'eau ou de cristaux de glace, ou souvent d'un mélange des deux. Ceux-ci se forment sur de petites particules dans l'air. Le type de particule joue un grand rôle pour déterminer si une goutte de liquide ou un cristal de glace se forme. Ces particules peuvent être naturelles – comme les embruns, le pollen, la poussière ou même les bactéries – ou d'origine humaine comme les voitures, les poêles, les centrales électriques, etc. Pour un œil non averti, un nuage de glace et un nuage liquide se ressemblent beaucoup, mais ils ont des propriétés très différentes. Les nuages ​​de glace reflètent moins la lumière du soleil, précipitent plus et ne durent pas aussi longtemps que les nuages ​​liquides. La nature des nuages ​​est importante pour la météo – et pour les modèles climatiques. Les modèles climatiques ont tendance à prédire trop de nuages ​​de glace sur l'océan Austral et pas assez de nuages ​​liquides par rapport aux lectures satellitaires. Mais les mesures satellitaires autour des pôles sont difficiles à faire et moins précises que dans d'autres régions, nous voulions donc collecter des preuves directes du nombre de nuages ​​liquides réellement présents et déterminer pourquoi il y en avait plus que ce que les modèles prédisent. y a-t-il plus de nuages ​​liquides que les modèles ne le pensent? Pour le résoudre, nous devions savoir quels types de particules flottent dans l'atmosphère autour de l'Antarctique. Avant de nous y rendre, nous avions quelques indices. Des études de modélisation antérieures ont suggéré que les particules formant de la glace trouvées au-dessus de l'océan Austral peuvent être très différentes de celles trouvées dans l'hémisphère nord. La poussière est un excellent semoir de nuages ​​de glace, mais en raison du manque de sources terrestres poussiéreuses dans l'hémisphère sud, certains scientifiques ont émis l'hypothèse que d'autres types de particules pourraient être à l'origine de la formation de nuages ​​de glace au-dessus de l'océan Austral. l'hémisphère nord, si les particules dans l'atmosphère étaient quelque peu différentes dans l'hémisphère sud, cela pourrait expliquer les erreurs. Cartes bactériennes Il est difficile de mesurer directement la composition des particules au-dessus de l'océan Austral – il n'y a tout simplement pas beaucoup de particules autour. Donc, pour nous aider à localiser ce qui se trouve à l'intérieur des nuages, nous avons utilisé une approche indirecte: les bactéries présentes dans l'air. L'atmosphère est pleine de micro-organismes qui sont transportés sur des centaines à des milliers de kilomètres par les courants d'air avant de retourner sur Terre. Ces bactéries sont comme des plaques d'immatriculation aéroportées, elles sont uniques et vous indiquent d'où vient la voiture – ou l'air -. Étant donné que les scientifiques savent où vivent la plupart des bactéries, il est possible d’observer les microbes dans un échantillon d’air et de déterminer d’où provient cet air. Et une fois que vous savez cela, vous pouvez également prédire d'où proviennent les particules dans l'air – le même endroit où les bactéries vivent habituellement.Afin d'échantillonner les bactéries en suspension dans cette région océanique éloignée, l'un de nous s'est rendu à l'Australian Marine National. R / V Investigator de l'établissement pour une expédition de six semaines. Le temps était indiscipliné et les vagues étaient souvent couvertes de blanc, mais pendant un à deux jours à la fois, nous avons aspiré l'air de la proue du navire à travers un filtre qui captait les particules et les bactéries en suspension dans l'air. Nous avons ensuite gelé les filtres pour garder l'ADN bactérien intact. Bactéries océaniques seules Dans la plupart des régions océaniques du monde, en particulier dans l'hémisphère nord où il y a beaucoup de terres, l'air contient à la fois des particules marines et terrestres. C'est ce que nous nous attendions à trouver dans le sud. Avec les filtres congelés de retour dans notre laboratoire du Colorado, nous avons extrait l'ADN des bactéries et l'avons séquencé pour déterminer quelles espèces nous avions capturées. À notre grande surprise, les bactéries étaient essentiellement toutes des espèces marines vivant dans l'océan Austral. Nous n'avons trouvé presque aucune bactérie terrestre. Si les bactéries venaient de l'océan, les particules formant des nuages ​​l'étaient également. C'était la réponse que nous recherchions. Les particules de nucléation de glace sont très rares dans l'eau de mer et les particules marines sont très bonnes pour former des nuages ​​liquides. Avec des particules principalement d'origine marine dans l'air, nous nous attendons à ce que les nuages ​​soient principalement constitués de gouttelettes de liquide, ce que nous avons observé. Étant donné que la plupart des modèles traitent les nuages ​​de cette région de la même manière qu'ils le font dans l'hémisphère nord plus poussiéreux, il n'est pas étonnant que les modèles soient éteints. Maintenant que nous savons que les nuages ​​estivaux de l'océan Austral se forment à partir de particules purement marines, nous devons déterminer si la même chose est vraie pendant d'autres saisons et à des altitudes plus élevées. Le projet plus vaste, qui impliquait des avions ainsi que des navires, a donné aux scientifiques de l'atmosphère une bien meilleure idée des nuages ​​à la fois près de la surface de l'océan et en hauteur dans l'atmosphère. Les modélisateurs du climat parmi nous intègrent déjà ces nouvelles données dans leurs modèles et auront, espérons-le, des résultats à partager bientôt.Découvrir que les particules en suspension au-dessus de l'océan Austral proviennent principalement de l'océan est une découverte remarquable. Cela améliore non seulement les modèles climatiques mondiaux, mais cela signifie également que nous avons confirmé que l'océan Austral est l'une des régions les plus écologiques de la planète – un endroit qui a probablement très peu changé en raison des activités humaines. Nous espérons que nos travaux amélioreront les modèles climatiques, mais ils ont également donné aux chercheurs une base de référence sur ce à quoi ressemble un environnement marin vraiment vierge. (Vous êtes intelligent et curieux du monde. Les auteurs et éditeurs de The Conversation le sont aussi. Vous pouvez consulter nos moments forts chaque week-end.) Cet article est republié à partir de The Conversation, un site d'actualités à but non lucratif dédié au partage d'idées d'experts universitaires. En savoir plus: * * * Cette recherche a été financée par la National Science Foundation (NSF). Des recherches connexes ont été financées par le ministère de l'Énergie. Je reçois également un financement de la NSF par le biais d'une bourse de recherche pour les diplômés. La recherche est financée par la National Science Foundation. Cette recherche a été soutenue par le US NSF Award 1660486 à l'appui de SOCRATES. Des recherches connexes ont été financées par le ministère de l'Énergie.



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