本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
地球上最原始的空氣在哪裡？
對於大部分人來說，地球上最原始的空氣早已消失殆盡了吧？其實不然，科學家們剛剛對地球上最原始的空氣進行了採樣，並且還發現了一些重要的信息！
說實話，最原始的空氣所在地確實鮮有人問津，它就在南大洋。南大洋是一個巨大的開闊水域，環繞著整個地球南極洲和南半球大陸之間。它是地球上雲量最大的地方，反射或穿過雲層的陽光能量在全球氣候中佔比相當高。它極大地影響地球的天氣模式、洋流、南極海冰覆蓋、海面溫度，甚至熱帶地區的降雨量。
但由於南大洋距離人類居住區域相對遙遠，因此人類對那裡雲層的實際研究很少。由於缺乏數據，模擬當前和未來氣候的計算機模型預測到，與衛星實際觀測到的相比，太陽光到達海洋表面的程度差異過高。造成這種不準確的主要原因是模型模擬雲的過程有些出入，為了使模型正確運行，研究人員需要了解雲如何形成的過程。
因此，為了研究在南大洋上空的雲層中到底發生了什麼，大氣科學家開始著手研究這塊「世外桃源」。結果，他們的發現令人驚訝，與北半球的海洋不同，科學家在南大洋上空取樣的空氣幾乎不含陸地顆粒物。這意味著雲層可能不同於其他海洋之上的雲層，這些結果可以幫助我們改進氣候模型。
雲的構成
我們知道，雲是由微小的水滴或冰晶組成的，或者通常是兩者的混合物。這些形成於空氣中的小顆粒類型在決定液滴或冰晶的形成中起著很大的作用。這些粒子可以是自然的，如海霧、花粉、灰塵甚至細菌，也可以是來自汽車、爐子、發電廠等人類來源的。
在行外人看來，冰雲和液態雲看起來大同小異，其實它們有著截然不同的性質。冰雲反射的陽光較少，沉澱較多，而且不會像液態雲那樣持續很久。這與天氣和氣候模型有關，也與周圍雲層的種類有關。
原始的氣候模型對預測南大洋上的冰雲值過高，與正常的衛星讀數相比，液態雲值顯然不夠。但是，圍繞兩極的衛星測量很難進行，而且比其他地區更不精確，因此科學家希望收集實際存在多少液態雲的直接證據，並確定液態雲的真正值。
這就是科學家目前想要解開的謎團：為什麼液態雲比模型想像的要多？為了解決這個問題，我們需要知道南極洲周圍大氣中漂浮著什麼樣的粒子。
南大洋上空的雲數據線索：細菌
先前的模擬研究表明，在南大洋上發現的形成冰的粒子可能與在北半球發現的粒子大不相同。我們知道塵埃相當於一種催化劑，可以導致冰雲的擴散，但由於南半球缺乏塵埃的陸地資源，一些科學家推測，其他類型的粒子可能正在推動南大洋上的冰雲形成。由於大多數模型都是基於北半球的數據，如果大氣中的粒子在南半球有所不同，那就可能解釋錯誤。
由於南大洋周圍的粒子並不多，所以我們很難直接測量南大洋上空的粒子組成。因此，為了幫助我們追蹤雲層內部的物質，科學家採用了一種間接的方法：空氣中的細菌。
毫無疑問，大氣中充滿了微生物，在返回地球之前，它們被氣流攜帶了數百到數千公裡。這些細菌是獨一無二的，它們可以告訴我們空氣的來源。由於科學家知道大多數細菌生活的環境，所以可以通過觀察空氣樣本中的微生物來確定空氣的來源。一旦我們知道了這一點，我們就可以預測空氣中的微粒來自何處，也就是細菌通常生活的地方。
海洋細菌
在世界上大多數海洋地區，特別是北半球有很多陸地，空氣中既含有海洋顆粒物，也含有陸地顆粒物，這就是科學家在南大洋找到的證據。
在科羅拉多的實驗室裡，科學家用冷凍過濾器安全地將細菌的DNA提取出來，並對其進行測序，以確定他們捕獲的物種。令人驚訝的是，這些細菌基本上都是生活在南大洋的海洋物種，裡面幾乎沒有發現陸地細菌。如果細菌來自海洋，那麼形成雲的粒子也來自海洋。這就是我們要找的答案。
冰核粒子在海水中非常罕見，海洋粒子非常容易 形成液態雲。由於空氣中大部分是海洋顆粒物，科學家預計雲層主要由液滴構成，再加上大多數模型對這一地區的雲層的處理方式與對北半球更為塵囂的雲層的處理方式相同，所以這些模型會出現誤差。
結論
現在我們知道夏季南大洋雲團是由純海洋粒子形成的，下一步我們需要弄清楚在其他季節和更高海拔地區是否也是如此。因此科學家必須對靠近海洋表面和高空的雲層有了更好的了解。
發現南大洋上空的空氣粒子主要來自海洋是一個了不起的發現。它不僅改善了全球氣候模型，還意味著我們確認南大洋是地球上環境最原始的地區之一！