Regen is van cruciaal belang voor al het leven op onze planeet. Regen is de start van de hydrologische cyclus. Regen kan alleen plaatsvinden als er wolken vormen. Wolken vormen zich doordat waterdamp van fase verandert: de waterdamp condenseert tot waterdruppels of desublimeert /rijpt tot ijs. In heel schoon water wat wordt afgekoeld onder de 0 graden C, zullen geen ijskristallen vormen tot ongeveer -40 graden als ineens alles bevriest. Om wel de eerste ijskristallen te laten vormen zijn condensatiekernen (condensatie kernen, Condensation Nuclei, CN) en bevriezingskernen (Ice Nuclei, IN) nodig, waar het ijskristal op kan vormen. Hiervoor moet het water dus een beetje vervuild zijn. Hier zijn heel veel verschillende materialen voor, stof, roet, klei, zoutkristallen, vulkanische as etc.
De natuur blijkt echter ook een bijdrage te leveren en allerlei producten te leveren waarop condensatie dan wel sublimatie kan plaatsvinden. De natuur (planten en bodemleven) beinvloeden in die zin dus ons klimaat in zeer sterke mate (zie ook
deze video).
In zes blogs binnen de serie
"verbeterde voedselproductie" wordt stilgestaan bij verschillende natuurlijke materialen of producten waarop condensatie kan plaatsvinden en naar wanneer de productie van deze kernen (verhoogd) plaatsvind:
-
In blog vv 3a wordt uitgelegd hoe bomen stoffen (zogeheten VOC's) produceren die als condensatiekernen kunnen dienen. Bossen kunnen dus hun eigen wolken creeeren (zie daarvoor ook blog vv3b en blog vv3c).
-
In blog vv 8a (deze blog) wordt ingezoomd op schimmels: de sporen van schimmels blijken ook condensatiekern te zijn. Mogelijk dat zelfs 25% van alle condensatiekernen sporen van schimmels zijn.
-
In blog vv 8b wordt gekeken naar andere natuur producten waarop condensatie kan plaatsvinden: bacterien, pollen en de door plankton en algen geproduceerde stof dimethyl sulfide (DMS) kunnen allemaal als condensatiekern optreden.
-
In blog vv 8e wordt gekeken naar welke bijdrage virussen kunnen leveren als condensatiekern.
- In blog vv 8f
wordt gekeken naar hoe de neerslagkernen toenemen tijdens
regenbuien en wat de invloed van deze extra wolken boven bossen
vervolgens is.
- In blog vv 8g wordt gekeken naar de samenhang tussen verdamping, luchttemperatuur, aerosolen en extreme dan wel milde neerslag.
Onderstaande figuur laat de impact van verschillende ijskernen duidelijk zien. Het laat het aantal nucleaties (faseovergangen van gas naar vloeibaar of vaste vorm) zien van verschillende typen ijskernen bij verschillende temperaturen. Bij deze publicatie is
1 onderzoek meegenomen waarbij schimmels van de stam
Cladosporium zijn onderzocht; dit is een schimmel die veel binnen- en buitenshuis voorkomt. De sporen van deze schimmel worden passief (door de wind) verspreid.
 |
| Bron: http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2012/cs/c2cs35200a |
Recent onderzoek laat zien dat sporen van andere schimmelsoorten mogelijk een zeer belangrijke rol spelen bij de vorming van neerslagkernen. Om dit beter te snappen wordt eerst gekeken naar sporen verspreiding en daarna ingezoomd op de impact van sporen op neerslag.
Hoe verspreiden schimmels hun sporen
In het rijk der schimmels worden de sporen op ontzettend
veel verschillende manieren verspreid. Sommige schimmels, (maar ook planten), schieten hun sporen weg, zoals deze
overzichtsstudie laat zien. Andere schimmels verspreiden hun sporen door gebruik te maken van de energie van vallende regendruppels etc.
De verspreidingsmechanismen kunnen als volgt worden opgedeeld:
Passieve verspreiding
- Verspreiding van droge sporen door de wind
- Verspreiding van plakkerige groepen sporen via dieren, insecten of drijvend op water
Actieve verspreiding
- Openbarsten: het openbarsten van een reservoir, waardoor de daarop gelegen sporen worden gelanceerd.
- Osmotische drukverandering. Hierbij wordt door de osmotische drukverandering een membraan wat hol is, naar buiten geklapt. Hierdoor wordt de spore gelanceerd. Dit komt bijvoorbeeld voor bij de genus Sphaerobolus.
 |
| Bron: https://www.researchgate.net/publication/305645932_Shooting_Mechanisms_in_Nature_A_Systematic_Review |
-
Vloeistof jetstraal. Hierbij is een reservoir gevuld met cel vloeistof. Als de druk groot genoeg is (boven de 0,55 mPa), breekt het reservoir open en wordt de spore gelanceerd door een jetstraal van de opgeslagen vloeistof. Doordat het schimmellichaam zich ook terugtrekt/samentrekt wordt de versnelling van de spore verder vergroot. Dit mechanisme komt voor bij de Pilobolus kleinii.
 |
| Bron: https://www.researchgate.net/publication/305645932_Shooting_Mechanisms_in_Nature_A_Systematic_Review |
-
Momentum katapult:
hierbij wordt het water gebruikt om een opwaartse versnelling te bereiken: op 2 plekken op de schimmel spore vormt zich een druppel water, de adaxiale druppel en de Buller's druppel. Als deze 2 groot genoeg zijn, smelten ze samen, waarbij zodanig veel energie vrij komt, dat de spore wordt gelanceerd. Dit komt bijvoorbeeld voor bij de Itersonilia perplexans.
 |
| Bron: https://www.researchgate.net/publication/305645932_Shooting_Mechanisms_in_Nature_A_Systematic_Review |
-
Snelle verandering van vorm: Hierbij vormt zich op de top van de schimmel een conodium (waarin zich de sporen bevinden). De schimmel en de conodium vervormen, waardoor de conodium losschiet en wordt gelanceerd. Dit komt bijvoorbeeld voor bij de Entomophthora coronata.
 |
| Bron:http://www.biologydiscussion.com/botany/general-considerations-of-fungi-botany |
- Verandering door hygroscopische beweging. Hierbij veranderd de vorm door het uitdrogen van de schimmel. Door de verandering van vorm die optreedt, worden de sporen gelanceerd.
 |
| Bron: http://www.biologydiscussion.com/botany/general-considerations-of-fungi-botany |
- Plotseling afbreken van sporen door onderdruk: De conodium, waar de sporen zich in bevinden, drogen langzaam uit. Doordat ze stijf zijn, keren ze ondanks dat ze bij verdamping iets vervormen steeds terug naar hun oorspronkelijke vorm. Hierdoor wordt de druk in de conodium steeds lager, totdat door de onderdruk de conocium afbreekt van de schimmel. Bij deze breuk ontstaat er door de onderdruk in de conodium een gasbelletje, waardoor deze zich goed kan verspreiden. Dit komt bijvoorbeeld voor bij de deightoniella torulosa.
 |
| Bron:https://www.researchgate.net/publication/305645932_Shooting_Mechanisms_in_Nature_A_Systematic_Review |
- Verspreiding door impact (van bijvoorbeeld een regendruppel). Dit kan zijn doordat een regendruppel in een reservoir van de schimmel valt en daardoor de sporen worden verspreid. Een andere manier is bijvoorbeeld dat een regendruppel op een "luchtballon" (het schimmellichaam met daarin de sporen) valt; de kracht van de regendruppel, maakt dat de sporen in luchtballon uit de ballon worden geblazen (Geastrum).
 |
| Bron: http://www.biologydiscussion.com/botany/general-considerations-of-fungi-botany |
Neveneffecten van de gelanceerde schimmels
Voor de verspreiding van de sporen hebben al deze schimmels hun eigen effectieve manier ontwikkeld om voor nieuwe schimmels te zorgen. Het blijkt echter dat 2 verspreidingsmechanismen nog een interessant neveneffect hebben: invloed te hebben op regenvorming. Hiernaar is
recent onderzoek naar gedaan. In dit onderzoek zijn 7 verschillende schimmel soorten onderzocht:
- 2 schimmel soorten verspreiden hun sporen middels impact (regendruppel op de "luchtballon")
- 5 schimmel soorten verspreiden hun sporen de momentum katapult.
 |
| Bron: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0140407 |
Het onderzoek heeft onverwachte resultaten opgeleverd. Het blijkt dat de momentum katapult sporen in de lucht opdrogen en verder zweven. Maar daarna blijkt dat water opnieuw kan condenseren op het oppervlak van de spore en dat de sporen hierbij als condensatie kernen blijken te functioneren.
 |
| Bron: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0140407 |
De schimmels die deze sporen produceren komen vooral voor in gebieden met veel regen (schimmels zijn immers gebaat bij vochtige omstandigheden). De schimmels produceren hun sporen voornamelijk als het regent. Doordat ze ook als condensatiekern fungeren versterken ze daarmee de neerslag. Dit werkt echter ook andersom door: als de bossen verdwijnen, en daarmee ook de schimmels, worden de sporen en dus deze condensatiekernen niet meer geproduceerd, en worden eventuele droogtes daarmee mogelijk ook ernstiger.
De sporen van de "regendruppel op de luchtballon"-schimmels blijken ook een interessante karakteristiek te hebben, die van belang is bij neerslagvorming. Als de luchtvochtigheid toeneemt van 100 naar 102% blijken om deze sporen een dun laagje water te condenseren.
Belang van schimmels voor neerslag
Hoewel in dit onderzoek maar 7 schimmelsoorten zijn bekeken, blijkt op al deze sporen condensatie van waterdamp plaats te (kunnen) vinden. Dit duidt er opnieuw op dat schimmels een onderdeel zijn in het deel van de wolken- en neerslagvorming welke tot nog toe sterk werd onderschat (zie ook
deze studie naar fusarium schimmel sporen).
Een
studie uit 2007 heeft laten zien dat schimmelsporen van groot belang zijn voor de neerslagvorming.
Bij deze studie is ingeschat dat wereldwijd per jaar schimmels ongeveer 50 Tg/jaar aan sporen produceren. Organische aerosolen (die dus als ijs- en condenskernen optreden) zijn ongeveer 47 Tg/jaar, terwijl door de mens geproduceerde / veroorzaakte aerosolen ongeveer 12 tot 70 Tg/jaar bijdragen. Deze gegevens laten zien dat zelfs als de helft van de geproduceerde sporen van schimmels een zeer belangrijke condensatiekern zijn, ze al van wezenlijk belang zijn in het wereldwijde klimaat. Als nu wereldwijd de hoeveelheid schimmels afnemen, zal dit dus ook een grote invloed hebben op de hoeveelheid neerslag, en meer droogtes tot gevolg hebben.
Geen opmerkingen:
Een reactie posten