Когато започва да вали?
Представете си, нараства водни пари в атмосферата. Те се охлажда до образуване на фини кристали или капчици, които се натрупват, образуващи облаци и когато теглото на отделните кондензиран частиците стане твърде голям, небето е дъжд или сняг върху нас. Но до каква температура на водата се охлажда в облаците? Ако водата е много ясно, че не се замразява при 0 ° С, и да остане течност до -36 ° С или дори по-долу - явление, наречено преохлажда вода. Обичайната температура в облака, в която започва на дъжд или сняг от -10 до -15 ° С
Експериментирайте с преохлажда вода.
Фигура 1. Схема на утаяването. Моля, имайте предвид, че от сняг и дъжд започва с образуването на ледени висулки. Фигура [1].
Утаяването се осъществява от въздуха ядра на кондензация. генерираните капчици или фини прахови частици като прах и сажди, около която отделните водни молекули натрупват. Те не престава да бъде пара или капчици (среден диаметър 20 микрона (0,006-0,035 мм) - е много малък в сравнение с шлифована инцидент капка дъжд), но вероятността за преход към твърдо състояние се увеличава значително вече: тези водни агрегати са в метастабилната състояние , т.е. преходен позиция между въздуха течна вода здраво и лед образува около сърцевината. В зависимост от температурата скок всички водни молекули в твърда фаза се провежда с повече или по-малко вероятно, че се увеличава с намаляване на температурата. За всеки кондензация ядро специална характеристика температура на образуване на лед. По този начин, процесът на образуване на лед отразява на утаяването и, в допълнение, количеството на слънчевата радиация отразена или не отразяват облаци [1]. Трябва да се добави, че в повечето случаи от облака първи капки градушка или сняг, който се топи и се превръща в дъжд по-близо до земята (фиг. 1).
От края на 1950 г., учените по целия свят започнаха да се замъгли пресъздаде в лабораторията и тестване на различни кондензационни ядра, изчисляване на температурата на образуването на лед. За тази цел, внимателно почистени и преохлажда вода добавят различни вещества. Установено е, че ако се използва като ядра частици от минерален прах, лед се образува при температура под -15 ° С Въпреки това, както е отбелязано по-горе, в облаците, този процес протича при по-високи температури [1].
Изпитания различни екстракти от почвата, листни промивки от повърхността или дори бактерии и гъбички, взети от растения показват, че органични молекули могат да служат като кондензационни ядра, образуване на лед, понякога дори и при -1,3 ° С [1].
Така, че е възможно за водния цикъл в природата и "дозиране" на светло инцидента на земята - за това, че е от съществено значение за продължаването на живота на Земята - отговарят животинки, които живеят на тази земя.
собствениците на лед
Много същества са в състояние да отделят молекули, които имат способността да се оформи леда около тях. Смята се, че основната функция на тези молекули - защита на тялото от остри ледени кристали, където те могат да повредят живи клетки. За да направите това, водата замръзва на безопасно разстояние. Ролята на ядрата на кондензация са предимно протеини, понякога липопротеини. но съществуват доказателства, че полена Сахара повърхност може също така да се превърне студена течност вода в лед [2].
Молекули, които служат като кондензационни ядра, са били открити в растения, насекоми, риби кръв, земноводни и влечуги, т.е. организми, живеещи в условия на близост или под 0 ° С и да се поддържа постоянна температура на тялото. Но изглежда малко вероятно, че животински произход на молекулата ще бъде във въздуха в достатъчни количества, за да се регулира работата на облаците. Но прашец, между другото, доста често се срещат в капки дъжд. Но, разбира се, важна роля в биологичния ефект на утаяване играе микроорганизми: водорасли, гъби (гъби дори symbiont на лишеи) и бактерии. Тези структури се могат да служат като кондензационни ядра поради молекули в рамките на тяхната повърхност [2].
Сред възможностите на водорасли лед, образуващи да има точно вида Хлорела рода - общи обитатели на почвата и водата. Тези клетки индуцират образуването на лед дори при -6 ° С Известно е, че Хлорела SPP. лесно извършва чрез въздушни маси, но тяхното участие не е изследван в образуването на утаяване. [2]
Свободна микроскопични гъбички на фузариум рода също е в състояние на замръзване на водата, и може да направи това при -5 ° С Беше установено, че облаците на различни щамове на Fusarium SPP. Но споровете небето повдигнати общо взето, и все още не е доказано дали те носят на повърхността си ледените формиране на молекулите [2].
По-добре, разбира се, бактерии, описани замразяване вода. Интересното е, че всички известни видове бактерии, участващи в образуването на лед, принадлежат към същата група от γ-протеобактерии (грам-отрицателни подвижни прът, не образуват спори). Повечето от тях в един или друг начин свързани с растения (гама-протеобактерии може да бъде патогени, така и коменсали и дори промотор растежа на растенията). Списък само някои от тях: Pseudomonas syringae, P. viridiflava, P. fluorescens, P. Borealis, Pantoea agglomerans, Pantoea ananatis и Xanthomonas campestris [2].
Способността за индуциране на образуването на лед от Pseudomonas syringae е открит през 1972 godu (фиг. 2). Дължината на своята клетка около 2 микрона, така че те да могат да се загубиш в капчица дъжд (20 хм, не помниш ли?). Тази бактерия се счита за опасен вредител в селското стопанство, като причиняват сериозни наранявания растителни тъкани: ледени кристали Pierce клетъчните стени, освобождаващ достъпа до хранителни вещества в клетките (Фиг 3.).
Фигура 3. Ледът листа krapivy.Foto: Робърт Reisman.
Протеините в слана
Всички у-протеобактерии на образуването на лед реагира много подобен на всеки други протеини 800-1200 аминокиселини в дължина. Името на тази група от протеини (INA) ни напомня на измръзване, и се получава от английските думи Ice Образуването дейност. Единият край фиксиран INA протеин на външната мембрана на клетката, както и тяхната централна част за образуване на множество примки β полагане (фиг. 4). Това ясно структура помага за регулиране на водните молекули и да предизвика образуването на лед. протеин е способен на замразяване вода при -1 ° С, но е рядко, обикновено се комбинират в комплекси (около 50 копия на протеина) до повърхността на бактериите и участва в образуването на лед при -2 ° С при оптимални условия (Фиг. 5) [2 ].
Пречистените протеини INA и техните производни се използват за получаване на изкуствен сняг, като ски курорти или незабавен замразяване на продукти.
Фигура 4. Схематична структура на централната част на INA протеин. Светеща присъстват във всички протеини от този вид аминокиселини. Смята се, че вериги образуват слаби донор-акцепторни връзки с водородните атоми във водните молекули. Фигура [2].
Фигура 5. Получаване на лед бактериален повърхностен протеин в растения. Green показва паралелно вериги протеин INA. Червени и бели молекули - замръзнала вода, пункции остър игли растителна листа. Фигура - Tobias Weidner (Макс Планк Институт за полимерни изследвания).
Бактериите се отпуснат воден цикъл
Микроорганизмите могат да се издигат във въздуха от почти всяка повърхност и се разпространяват като успоредно на земята и при висока надморска височина, например, бяха открити живи бактерии и гъбички в стратосферата. Концентрацията на микроорганизми в облака се оценява на около 30 хиляди клетки на кубичен метър от облаци или 100 хиляди клетки на милилитър на кондензирана вода (изследователи скринират порции облаци и броят на броя на микроорганизмите) [3]. Но до този момент, малко се знае за точните движения, броя и разнообразието на клетките.
Благодарение на способността за образуване на леда и да предизвика валежи микроорганизми са в състояние да слезе на земята след въздушния транспорт. Учените са предложили следния цикъл: бактерии, издигаща се от листа на растения, заедно с изпаряването на влага са в облака, движейки се на големи разстояния (типичен почвени микроорганизми са открити дори в снеговете на Антарктида), а след това спуска към земята със сняг или дъжд. Утаяване ускоряване растежа на растенията на повърхността, които се размножават бактерии, готов за плаване отново (фиг. 6).
Фигура 6. Бактериите в атмосферата допринасят за формирането на валежите (дъжд и сняг) и могат да бъдат върнати на земята по време на дъжд (и без тях също) .Risunok с microbewiki.kenyon.edu сайт.
За да проверите колко често бактериите служат като кондензационни ядра, изследователите събират проби сняг в района на град Боузман, Монтана (северно от САЩ, 1451 m надморска височина), от склоновете на френските Алпи и Пиринеите, с остров Рос, в близост до Антарктика и леда на Юкон (Северна Канада) , Оказа се, че повечето от ядрата на кондензиране се в снега, който падна в по-ниските географски ширини (САЩ и Франция в сравнение с Юкон и Антарктида). Очевидно е, че в тези температурни зони вътре в облаците е значително по-висока от тази при полюсите. Но във всички проби са открити кондензационни ядра от биологичен произход. И сред тези, приблизително 40% са бактерии [4].
По този начин, всяко въздействие върху движението на бактериите в атмосферата - засяване области, обезлесяването, градското развитие - може да повлияе на неизвестно количество на валежите. На юг от Америка, е доказано, че през по-големите градове, където топлият въздух се издига много по-бързо, отколкото през провинцията, вали по-често [5]. Съществува хипотеза, че тропическите гори в изобилие дъждове, причинени от различни бактерии, които живеят в гората. Въпреки това, има работа, в които ефекта на бактерии в атмосферата се оценява по-малко от 1% [6].
Над 60 години на изследвания в тази област, се оказа в ролята на бактериите във формирането на валежите, но ролята на бактерии, водорасли, гъби, възможността за тяхното възпроизводство на пътя на въздушния поток в атмосферата, както и много други въпроси остават тема за по-нататъшно проучване.
Прекрасен удар, реализираща бързо преохладени вода замръзва, ако добавят бактерии протеин INA. Имайте предвид, че термостатът показва температура, при която водата не се замразява - и -7 ° С
интересни връзки
Сайт. , където можете да гледате на движението на облаци в света през последните 10 години.
Малко по-интересни хипотези и въпроси, свързани с списание "Batrahospermum".
Популярна наука книга на руски около облака: Гавин Pretor-Pinney. Забавните oblakovedenie. Учебник облаци любовник. (На сайта може да бъде изтеглен в най-различни формати).
литература
Свързани статии