Det arktiske område er meget følsomt over for klimaændringer, og de igangværende ændringer i Arktis har en afgørende effekt på det globale klima. Derfor er det vigtigt at forstå, hvad der betinger processerne i det arktiske klima. Med en bevilling fra Villum Fonden vil forskerne bag ICARUS-projektet undersøge, hvordan særlige mikroorganismer påvirker dannelsen af is i skyerne.
Årsagerne bag klimaændringerne i Arktis er vigtige at undersøge og kortlægge. Hidtil har megen forskning drejet sig om at forstå drivhusgassernes rolle i klimaændringerne. Nu ser en række forskere i stedet mod skyerne.
Adjunkt på Institut for Biologi ved Aarhus Universitet Tina Šantl-Temkiv er en af dem. Hun leder projekt ICARUS, som vil undersøge mikrobielle aerosoler og deres indflydelse på dannelsen af arktiske skyer.
”Dannelse af skyer og processer i dem er afhængige af de små partikler, som vi kalder aerosoler. Aerosoler fungerer som kim for dannelsen af de vanddråber og ispartikler, som skyer består af. Vi ved, at aerosolerne er afgørende for dannelsen af skyer, men vi ved ikke meget om, hvordan typen af biologiske aerosoler påvirker dannelsen af skyer og påvirker klimaet,” siger hun.
For at rode bod på dette vil data genereret af ICARUS blive inkluderet i klimamodeller. På den måde skal ICARUS hjælpe til forståelsen af, hvordan biologiske aerosoler påvirker det arktiske klima. På længere sigt kan bedre klimamodeller hjælpe med at finde de faktorer, som kan påvirkes for at imødegå vigtige klimaudfordringer.
I atmosfæren findes forskellige typer af biologiske aerosoler. Nogle af dem er bakterieceller, der bærer proteiner, som understøtter dannelsen af is. De kaldes iskerneproteiner, og det er netop dem, ICARUS har fokus på.
”Iskerneproteiner kan igangsætte isdannelse, og isdannelse er en meget vigtig del af skydannelse. For eksempel dannes al nedbør i skyer over land ved først at danne is i form af hagl,” siger Tina Šantl-Temkiv og fortsætter:
”Ispartiklerne er meget gode til at samle vanddamp på deres overflader, og på den måde vokser de sig store og tunge nok til at falde til jorden som nedbør.”
Proteiner har en struktur, som gør, at de får is til at danne sig ved højere temperaturer, end støvkorn gør. For at forstå aerosolernes betydning for isdannelse skal man vide, at meget rent vand kan afkøles til -40°C, inden det spontant fryser til is. Forureninger, som for eksempel i form af støvpartikler, øger vands frysetemperatur. Mineralpartikler som ørkenstøv vil typisk få is til at dannes ved temperaturer under -20 °C. Til sammenligning kan iskerneproteiner få is til at danne sig ved temperaturer lige under 0 °C.
”Iskerneproteiner er aktive isdannere ved meget højere temperaturer end mineralpartikler. Og selvom de forekommer i et lavere antal i atmosfæren sammenlignet med støv, ser det ud til, at de er vigtige for skydannelse. Det understøttes af stadig mere forskning på området, ”siger hun.
Igennem isdannelse i skyer vil iskerneproteiner forandre skyernes optiske egenskaber. De vil påvirke skyernes albedo, hvilket vil sige skyernes evne til at reflektere lyset fra solen tilbage ud i rummet og dermed energi væk fra jorden.
Formålet med ICARUS er både at undersøge iskerneproteinernes grundlæggende fysiske egenskaber og at identificere kilderne til iskerneproteiner i Arktis.
”Det er vigtigt at finde ud af, om antallet og aktiviteten af de mikroorganismer, som danner iskerneproteinerne, vil ændre sig på sigt på grund af klimaændringer. For eksempel kan mikroorganismernes dynamik ændres pga. tilstrømning af næringsstoffer til havet fra den smeltende is. Hvis vi kender de mikroorganismer, som producerer disse proteiner, så kan vi undersøge deres egenskaber og finde ud af, hvordan de påvirkes af de ændringer, der kommer til at ske i Arktis,” siger Tina Šantl-Temkiv.
Data fra ICARUS bliver inkluderet i klimamodeller, som vil blive brugt til at undersøge, hvordan de biologiske aerosoler påvirker det arktiske klima.
”Hvis organismer, som bærer iskerneprotein, viser sig at spille en vigtig rolle i skydannelse, bør deres antal og virkemåde introduceres i klimamodellerne. På den måde kan modellerne blive mere nøjagtige, og bedre modeller tillader os at lave mere nøjagtige forudsigelser. Forudsigelserne kan bruges af beslutningstagere til at træffer beslutninger på et mere oplyst grundlag til glæde for os allesammen,” siger hun.
Tina Šantl-Temkiv modtager 6 mio. kr. til projektet fra Villum Fondens Villum Young Investigators-program. Bevillingen finansierer opbygningen af et laboratorie til forskning i isdannelse, en ph.d.-studerende og to postdocs.
For at undersøge iskerneproteiner vil ICARUS kombinere teknikker, som benyttes i atmosfærevidenskab med mikrobiologiske og molekylærbiologiske teknikker. For at sikre den nødvendige faglige ekspertise består forskningsgruppen både af en mikrobiolog, en atmosfæreforsker og en molekylærbiolog.
”Jeg glæder mig til at opbygge laboratoriet og til at arbejde sammen med dygtige kolleger på Aarhus Universitet og i udlandet. Villum Young Investigators-programmet tillader, at vi nu kan gøre en stor fokuseret indsats for at forstå de her udfordringer, og jeg forventer, at vi med bevillingen kan tage et stort skridt fremad,” siger Tina Šantl-Temkiv.
