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 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 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 (deze blog) 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.
Virussen als condensatie kern
In het algemeen is er zeer weinig bekend over of virussen als condensatie kern (in het Engels afgekort tot CCN) kunnen functioneren.In 2008 is een artikel gepubliceerd waarin het onderzoek naar het Colwellia phage virus werd beschreven; van dit virus kon niet worden aangetoond dat het een condensatie kern was. In 2020 is er een artikel verschenen waarin voor het tabaksmozaiekvirus werd aangetoond dat het als condensatie kern kon optreden.
In februari 2021 is een concept artikel gepubliceerd waarin naar alle virussen is gekeken en een inschatting is gemaakt over de bijdrage van virussen aan condensatie.
In het proces van condensatie spelen deeltjes van verschillende grootte allemaal hun eigen rol. Virussen zijn relatief klein, ca 25 tot 100 nm en kunnen dus vooral in het begin stadium van wolkenvorming een rol spelen (zie onderstaande figuur).  |
| Bron: http://www.dwd.de/EN/research/observing_atmosphere/composition_atmosphere/aerosol/cont_nav/particle_size_distribution.html |
Virussen worden overal gevonden, zowel in de lucht boven land en boven zee als in de bodem. In 2000 waren er ongeveer 1500 virussen geidentificeerd en volledig geclassificeerd, in 2019 was dit echter al gegroeid tot bijna 6600 verschillende erkende en geclassificeerde virussoorten (bron, virusdatabase). Dat aantal is ondoenlijk om te onderzoeken. Daarom hebben de onderzoekers een truc bedacht waarmee ze het aantal te onderzoeken virussen sterk konden verminderen: virussen hebben een beperkt aantal vormen waarin ze voorkomen. In het onderzoek zijn de 4 belangrijkste representatieve vormen onderzocht (zie onderstaande afbeelding):
A. een twintigvlak,
B. een twintigvlak met intern lipidemembraan,
C. een omhuld twintigvlak en
D. een citroenvormig virus.
 |
| Bron: https://www.researchgate.net/publication/349154772_Ice_nucleation_by_viruses_and_their_potential_for_cloud_glaciation |
Deze 12 virussen zijn onderzocht op hoe snel en goed water condenseert op deze virussen. Het resultaat is weergegeven in de onderstaande figuur. Hierbij zijn de resultaten van de mate van condensatie bij verschillende temperaturen vergeleken met de bandbreedtes op basis van literatuurwaarden van andere CCN's. Hierbij is onderscheid gemaakt tussen CCN-bandbreedte boven land (oranje) en boven zee (groen). Hierbij geldt, hoe hoger in de grafiek, en hoe meer naar rechts, hoe groter de invloed op druppelvorming.
Te zien is dat virussen vooral in het onder en linksonder zitten. Hierbij overlappen ze enigszins met de groene (mariene) CCN-bandbreedte. Dit betekent dat virussen boven oceanen een rol kunnen spelen als CCN, boven land zijn er echter veel meer CCN's waarop veel betere condensatie kan plaatsvinden.
 |
| Bron: https://www.researchgate.net/publication/349154772_Ice_nucleation_by_viruses_and_their_potential_for_cloud_glaciation |
Conclusie
Biologische CCN's is een relatief nieuw onderzoeksveld, maar wel een veld waar steeds weer blijkt dat de natuur zeer interessante manieren heeft gevonden om het ecosysteem naar zijn hand te zetten, zodat er steeds weer voldoende regen valt. Bomen, bacterien, schimmels: allemaal dragen ze bij aan wolkenvorming.
Virussen zijn echter minder goed in staat om te functioneren van CCN. Voor vier representatieve virusvormen zijn 12 virussen onderzocht op hoe goed condensatie kan plaatsvinden op de virussen. De mate waarin dit gebeurt blijkt minder goed te zijn, dan andere tot nog toe onderzochte CCN's. Vooral boven land zijn er veel betere CCN's, boven oceanen kunnen bepaalde virussen echter wel een rol spelen bij wolkenvorming.
Bronnen:
- https://www.researchgate.net/publication/349154772_Ice_nucleation_by_viruses_and_their_potential_for_cloud_glaciation
Geen opmerkingen:
Een reactie posten