Tutupan awan, curah hujan, siklus air, dan bahkan iklim lembah Amazon dapat ditelusuri kembali ke garam dari jamur dan tanaman di hutan yang tidak terganggu.
Ini pagi, jauh di dalam hutan Amazon. Di udara yang masih tak terhitung, daun-daun berkilau karena lembab, dan kabut melayang melalui pepohonan. Saat matahari terbit, awan muncul dan melayang melintasi kanopi hutan ... tetapi dari mana mereka berasal? Uap air membutuhkan partikel yang larut untuk mengembun. Partikel-partikel udara adalah biji-biji tetesan cair dalam kabut, kabut, dan awan.
Tetesan air di kabut pagi hutan Amazon mengembun di sekitar partikel aerosol. Pada gilirannya, aerosol mengembun di sekitar partikel garam sangat kecil yang dipancarkan oleh jamur dan tanaman pada malam hari. Kredit Gambar: Fabrice Marr / Creative Commons.
Untuk mempelajari bagaimana partikel aerosol terbentuk di Amazon, Mary Gilles dari Divisi Ilmu Kimia di Laboratorium Nasional AS Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) dan David Kilcoyne dari Advanced Light Source (ALS) Laboratorium bekerja dengan Christopher Pöhlker dari Max Jerman Planck Institute for Chemistry (MPIC) sebagai bagian dari tim ilmuwan internasional yang dipimpin oleh MPIC's Meinrat Andreae dan Ulrich Pöschl. Mereka menganalisis sampel aerosol yang terbentuk secara alami yang dikumpulkan di atas lantai hutan, jauh di dalam hutan hujan.
Dikombinasikan dengan hasil dari fasilitas lain, analisis ALS memberikan petunjuk penting untuk evolusi partikel halus di mana awan Amazon dan kabut berkondensasi, dimulai dengan bahan kimia yang diproduksi oleh organisme hidup. Tim menemukan bahwa di antara pemicu awal yang paling penting dari proses ini adalah garam kalium.
Membedah aerosol yang tak terlihat
Di ALS beamline 5.3.3.2, para peneliti melakukan pemindaian transmisi x-ray microscopy (STXM) untuk menentukan struktur halus penyerapan sinar-X (NEXAFS) dekat-tepi dari partikel yang dikumpulkan selama musim hujan di hutan terpencil, timur laut hutan Manaus , Brazil.
"Melalui penyerapan sinar-x lunak oleh elektron inti atom, dan emisi foton berikutnya, identitas dan lokasi yang tepat dari unsur-unsur dalam sampel aerosol dapat diidentifikasi," kata Kilcoyne. “Inti dari STXM adalah bahwa ia tidak hanya memberi tahu Anda jika ada karbon tetapi juga bagaimana karbon ini terikat pada unsur-unsur lain di dalam partikel aerosol. Ini memungkinkan kita untuk membedakan antara jelaga, yaitu karbon organik dan grafit. ”
Para peneliti menemukan tiga jenis partikel aerosol organik, semua mirip dengan sampel referensi yang dihasilkan laboratorium: produk oksidasi berdasarkan bahan kimia prekursor yang dipancarkan dalam fase gas oleh pohon, termasuk terpen (komponen utama terpentin) dari resin pohon, dan isoprena, senyawa organik lain yang banyak dilepaskan melalui daun.
Sampel dalam skala hanya sepersejuta atau sepersejuta meter. Semakin kecil aerosol, semakin besar proporsi kalium - yang dikumpulkan pada pagi hari adalah yang terkecil dan terkaya kalium. Partikel yang lebih besar mengandung lebih banyak bahan organik tetapi tidak lebih banyak kalium. Fakta-fakta ini menunjukkan bahwa garam kalium yang dihasilkan pada malam hari bertindak sebagai benih untuk produk fase gas untuk mengembun, membentuk aerosol dari berbagai jenis.
“Pembakaran biomassa juga merupakan sumber yang kaya untuk aerosol yang mengandung kalium di daerah berhutan, tetapi kalium dari kebakaran hutan berkorelasi dengan keberadaan jelaga, bentuk karbon karbon,” kata Gilles. “Sebelum dan selama periode pengumpulan tidak ada kebakaran yang terdokumentasi yang dapat mempengaruhi biosfer tempat sampel dikumpulkan, dan tidak ada bukti jelaga yang teramati dalam sampel. Karenanya sumber potasium hanya bisa berupa organisme hutan alami. ”
Tersangka utama
Spora jamur dalam sampel aerosol yang lebih besar menunjuk pada tersangka utama. Beberapa jamur meluncurkan spora dengan membangun tekanan air melalui osmosis di kantong (ASCI) yang mengandung spora; ketika tekanannya cukup besar, ascus meledak dan menyemprotkan spora ke udara, bersama dengan cairan yang mengandung kalium, klorida, dan gula alkohol. Jamur lainnya menembakkan “ballistospores” ketika uap air di atmosfer berkondensasi dan menyebabkan pelepasan tegangan permukaan secara tiba-tiba, juga mengeluarkan kalium, natrium, fosfat, gula, dan gula alkohol.
Mekanisme biogenik lainnya juga melepaskan garam ke kabut pagi yang menutupi hutan, termasuk garam yang larut dalam air oleh transpirasi di siang hari dan, pada malam hari, mengalirnya getah yang kaya akan gula, mineral, dan kalium dari tepi daun.
Karenanya butiran kecil garam kalium, yang ditimbulkan oleh tanaman alami dan makhluk hidup lainnya di malam hari dan dini hari, memainkan peran penting dalam pembentukan aerosol di hutan hujan.
Terpen dan isopren terutama dilepaskan dalam fase gas oleh tanaman di hutan, dan begitu di atmosfer mereka bereaksi dengan air, oksigen, dan senyawa organik, asam, dan bahan kimia lainnya yang dikeluarkan oleh tanaman asli. Produk-produk reaksi ini kurang mudah menguap dan memulai kondensasi di dalam biosfer hutan dataran rendah. Karena partikel terkecil biasanya yang paling penting dalam kondensasi, garam kalium mengisi peran. Seiring berjalannya waktu, produk fase gas terus mengembun dan partikel terus tumbuh.
Sepanjang musim hujan tutupan awan, presipitasi, siklus air, dan akhirnya iklim cekungan Amazon dan sekitarnya dapat ditelusuri kembali ke garam dari jamur dan tanaman di hutan yang tidak terganggu, menyediakan prekursor inti kondensasi awan alami dan secara langsung memengaruhi bagaimana kabut dan awan terbentuk dan berevolusi di hutan hujan.
Melalui Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley