多糖、蛋白质和浮游植物碎片:四个不同类型的海洋化学主要由单粒子Spectromicroscopy有机气溶胶分类

文摘

含碳气溶胶粒子收集在北极和东南太平洋海洋边界层显示不同的蛋白质化学特征,钙质浮游植物,两种类型的多糖在靠近边缘x射线吸收精细结构(NEXAFS) spectromicroscopy。北极样本包含主要supermicron海盐长方体polysaccharide-like有机涂层。东南太平洋样本包含大陆和海洋气溶胶类型;28分析海洋的粒子,19日被锋利的烷烃特征和无机碳酸盐NEXAFS谱峰值和被确定为钙质浮游植物的碎片。亚微米的球形粒子与光谱相似性carbohydrate-like也观察到太平洋海洋沉积物样品。在这两个地区,supermicron酰胺和alkane-containing粒子像海洋观察蛋白质的物质。这四个化学类型提供了一个框架,包含几个独立的报道以前海洋气溶胶观测显示成分的多样性和ocean-derived初级粒子的形态。

1。介绍

从海洋表面有机成分的转移到海洋气溶胶通过泡沫破裂了40多年前(1- - - - - -3]。这些组件,被称为“海洋主要有机气溶胶”或海洋行动纲领》(4),导致有机质量没有观察到在偏远和沿海海洋位置(3,5- - - - - -8]。在某些情况下,没有观察到主要组件组成大于70%的测量亚微米OC (6,7]。亚微米粒子的生产从泡沫破裂仍是全球辐射的一个关键方面的预算,因为大粒子来源仅限于大陆和沿海地区9];然而远程大气海洋覆盖了地球表面的一半以上。在偏远地区,marine-derived粒子估计占到90%的云凝结核(CCN) [10]。减少预计北极海冰范围应对气候变暖可能造成额外的40 - 200 ng气溶胶有机碳(OC)在2100年从海洋表面增加生产力和增加空间的波浪作用[11]。这种变化在OC的重要考虑到背景浓度小于1g m在远程MBL[很常见8,10,12- - - - - -15]。

在海洋表面水域,上升的气泡清除有机材料转移到大气的泡沫破裂(1,16,17]。这回收有机材料被归类为“exopolymers”,这主要是由多糖(18]。潜在的碎波贡献有机质量与高浓度的气溶胶粒子增加表面活性的有机化合物和微生物丰富的表面微层(SML),相对于底层水(19- - - - - -21]。观察浓缩因子(EFs)是几个数量级的溶解和颗粒有机碳(OC)和特定的组件,如细菌和病毒。浪花的生产泡沫破裂导致进一步浓缩OC (8,21,22]。EFs有机组件已报告在海洋气溶胶粒子从5(病毒和细菌)到100(有机碳)SML [8,21]。由于海洋表面的主要来源海洋POA,有机化合物的种类和相对贡献将是相似的。SML和表面水的化学特征表明,碳水化合物占80%的TOC (23),尽管脂质和蛋白质成分也被观察到21,24]。调查机载海洋有机的组成粒子的证据显示多行碳水化合物(5,7,8,22,25- - - - - -27),氨基酸(22,28,海洋微生物(21,25),确认SML的许多发现的有机成分和海洋表面转移到海洋大气。是至关重要的对于理解浪花气溶胶的作用在海洋气溶胶云相互作用,我们不仅量化有机分数还描述其组成、自吸湿性的有机成分不同,因此。一个重要的问题是如何将这些海洋有机成分混合在空气中,由于CCN活动的有机颗粒可以显著改变少量可溶性物质(29日]。

更好地描述海洋POA在遥远的海洋边界层气溶胶粒子收集在北极科考船在当地春天和太平洋东南部。单粒子射线spectromicroscopy用于独立的单个粒子成四个不同类型的海洋POA使用有机官能团,粒子形貌和元素组成。这个分析的结果比较之前的背景下海洋POA观察使用各种分析技术。

2。方法

2.1。样品收集

环境扫描透射x射线显微术的气溶胶粒子靠近边缘x射线吸收精细结构(STXM-NEXAFS)收集分析2008年的国际化学实验在北极低对流层(ICEALOT)和我们海洋云大气土地研究区域试验(VOCALS-REx)研究邮轮,使用几乎相同的样本收集技术。ICEALOT克鲁斯通过北大西洋和北极海洋是在2008年3月和4月在进行UNOLS R / V克诺尔研究大气气溶胶的组成和来源和气态物种北方极地。ICEALOT巡航轨迹的详细描述,采样气团历史,描述和相关的气溶胶测量(8)和相关的辅助材料。所有ICEALOT单一粒子是收集北63N;大多数粒子收集在北极圈以北(66.56N)。在2008年10月和11月,NOAA R / V罗纳德·布朗旅行在东南太平洋地区20年代作为VOCALS-REx的一部分,多平台运动旨在调查海气界面探测气溶胶云相互作用的过程和stratocumulus-topped MBL [30.]。的细节VOCALS-REx巡航轨迹,采样气团历史,描述和气溶胶化学(15]。沿着20 VOCALS-REx单粒子样本收集年代的巡航轨迹,包括沿海和远程海军的位置。为了简单起见,所有ICEALOT粒子将被称为“北极”和所有VOCALS-REx粒子将被称为“太平洋”。

粒子通过一个共享的收集,等速采样进口18米(31日(Si)和影响到氮化硅窗口N、Silson有限公司,北安普顿,英国)在1升分钟(2.5提供一个规模效率降低50%)使用一个旋转的撞击器(裸跑者,PIXE国际集团,塔拉哈西,FL)。这个撞击器位于一个湿度外壳;相对湿度低于30%时ICEALOT VOCALS-REx期间,控制在55%。窗户密封储存冷冻,直到分析。

2.2。分析

2.2.1。STXM-NEXAFS

分析了粒子在Beamline 5.3.2在劳伦斯伯克利国家实验室先进的光源下(伯克利,CA)在大气温度和干他(atm)。STXM-NEXAFS分析大气气溶胶粒子的细节描述(32,33这里提供),和一个简短的描述。图像扫描从278年到320年,电动汽车(0.2 eV分辨率)单个粒子提供碳K-edge的x射线吸收光谱特征峰与各种能源转换的碳原子。有机和无机含碳官能团被其特定吸收能量在280年和320年之间eV(表1)。钾L-edge转换也发生在这个地区。只有颗粒测量吸光度差在280年和292年之间eV(碳边缘)选择图像扫描。能量校准进行48小时内的粒子分析使用有限公司作为参考资料。所有必要的调整都小于0.05 eV。吸收光谱二维粒子图像中的每个像素的平均和规范化描述的过程(33]。光谱归一化方式减去背景吸光度(278 - 283 eV)其次是正常化总碳含量(301 - 305 eV)。这个正常化提供更一致的光谱定性比较。在Matlab图像进行比对(Mathworks Inc .)使用归一化互相关算法在Matlab中实现图像处理工具箱(33]。一个自动算法峰值拟合(33]提供的相对吸收芳香族/烯烃(C = C) R酮(C = O) R烷基R(碳氢键)R羰基,羧基的R (C = O)哦,酒精R-COH和碳酸盐碳。与几何直径是用来近似粒度,等于一个球体的直径相同的区域每个像素的总和与信号高于背景值。

单个粒子光谱集群使用指导病房的谱聚类算法基于训练集描述的14个粒子类(32]。聚类后,目视检查生成的类标识4光谱类型的随堂作业不准确地代表他们的光谱特性。这些光谱没有前面STXM-NEXAFS大气粒子的研究中观察到的,因此并不代表14-class训练集。这些光谱的解释是详细描述部分3。

2.2.2。SEM-EDX

STXM-NEXAFS分析后,分析了含碳的一个子集单粒子粒子(11)追究元素成分使用扫描电子显微镜和能量色散x射线(SEM-EDX)在斯克里普斯海洋研究所的分析工具(拉霍亚,CA)使用一个模型范广达600 keV 10点显微镜。样本裸和温和的真空下进行了分析。所有样本显示Si和N吸收由于样品基质。确定元素包括C、O、钙、年代,Na, Mg, Cl。

3所示。结果与讨论

图1显示分析碳质颗粒的分布在太平洋和北极由particle-average光谱分类的样本。非海成的粒子类型包括土壤尘、燃烧和次级粒子。这些粒子类型曾被观察到在以前的测量在城市的位置(例如,墨西哥城)和地区影响城市流出(如中国近海、加勒比海和太平洋西北部)(32]。土壤尘粒的特点是碳酸盐、钾、和羧基acid-containing有机成分(“f”型(32]),并归因于气团经过圣地亚哥附近和其他城市地区干旱智利海岸到达船(15]。

燃烧粒子表示强烈芳香/烯烃吸光度在285 eV和广泛的烷基碳吸收292 eV(类似于“d”型(32])。但有一个例外,这些粒子是亚微米,四个八的粒子低于300纳米球形当量直径。二次粒子类型(“a”型(32)的特点是广泛的碳吸收超过300 eV羰基和羧基的吸收288.7 eV。在先前的研究在海洋的位置,这些粒子被观察到的最常见的类型(32]。然而在太平洋的样品,大部分的羧基acid-containing有机土壤质量与尘粒,符合测量报告(37)内部的酢浆草的混合物和丙二酸的酸与矿物灰尘。

土壤中的所有有机粒子不包括灰尘、燃烧,或二次粒子类型被确定为海相成因,可分为四种类型:羧基acid-containing多糖(北极),low-solubility多糖(太平洋)、钙质浮游植物碎片(太平洋)和蛋白质的物质(北极和太平洋)(表2)。海洋观察粒子在太平洋和北极样本;然而,大多数粒子的收集supermicron北极地区。NEXAFS谱的特性和解释和STXM形态的粒子在每个海洋类型将在以下部分中详细讨论。此外,三个太平洋粒子与碳酸盐和钾吸收但没有任何有机碳的签名。他们的光谱非常相似类型海洋沉积物中发现“E”粒子(38),确定为海洋碳酸钙。这些粒子CaCO标记”“在图1但不包括低于因为他们缺乏有机组成部分。

3.1。羧基Acid-Containing多糖在海盐

图2(一个)显示了单粒子谱(和类别平均)最常见的观察海洋粒子类型。这类光谱有强壮的羧基羰基峰和疲软的酒精,碳酸盐,钾的山峰。这些粒子被认为在北极样品和组成43 48分析北极的粒子。两个粒子收集在加州沿海站点,也经常受到海洋气团的影响,分享这些特性(39]。这个粒子类型是不同于“a”型粒子(32]的强大贡献烷基羧基羰基峰和广泛吸收附近293 eV。过滤来自北极的亚微米粒子的测量显示酒精(c)组织的巨大贡献,OM归因于海洋carbohydrate-like化合物(8),与以前一致表面微层80%碳水化合物的化学特性(23]和exopolymer分泌物(系统)反复确认在亚微米海洋气溶胶(7,25- - - - - -27]。将近90%的观察北极supermicron粒子没有显示显著峰值289.5 eV (c哦产品化),这是不同于大部分的碳水化合物报道参考光谱(35]。这些观察光谱的一小部分有一个肩膀附近289.5电动汽车;然而,所有光谱是由附近的一个大型峰值288.7 eV(羧基羰基)。相对NEXAFS羧基羰基的吸收和酒精组acid-group-containing参考多糖中显示了一个类似的趋势;例如,胞壁酸和海藻酸显示更强的羧基羰基(产品化)峰值比酒精(过渡)高峰35)尽管羧酸的摩尔比率在胞壁酸醇组是0.33和0.5在海藻酸。这些化合物中发现细菌胞壁和褐藻(海藻)细胞壁结构多糖。葡萄糖醛酸是另一个羧酸含多糖的成分,显示了强大的羧基羰基吸收(288.65 eV) (35]。

海藻酸是一个相关的例子对海洋POA因为褐藻家庭包含巨大的海带和海藻发现在寒冷,北半球海洋(40]。图3显示了这类粒子的平均光谱相似性和海藻酸参考光谱(41]。两个光谱显示一个强大的、狭窄的峰值288.7 eV和弱势,广泛吸收293 eV,没有任何其他有机碳的山峰。碳酸盐岩和钾的平均羧基酸性光谱吸光度可以归因于与这些相关的海盐粒子。很多这种类型的特点是无机粒子的长方体结构不均匀,有机涂层(图4(一)),这在以前观察到的次级粒子也缺席。EDX四粒子从这个类的光谱图所示5罗素的et al。8];观察到山峰包括Na和Cl四粒子。这少量的有机相对于低结晶海盐符合有机浓缩supermicron粒子而不是亚微米粒子。这个形态表明有机组件这些粒子比之前报道的可溶性多糖,它通常是胶体球与海盐[无关25- - - - - -27]。协会与海水组件也符合转让这些粒子就像羧基acid-containing多糖藻朊酸,因为它有很强的倾向于水。这些粒子被称为“I型多糖”或PsI。

3.2。Low-Solubility多糖

图2 (b)显示了单粒子谱(和类别平均)粒子的可见吸收酒精哦(289.5 eV)伴随着芳香,酮羰基和羧基的碳峰发现只有在太平洋样本。这里的羧基羰基吸收约等于碳吸收酒精。参考多糖与等效高度达到或接近峰值288.7(羧基羰基)和289.5 eV(酒精)包括甲壳素和L-rhamnose [35]。甲壳素不包含任何羧基的羰基化合物,但含有酰胺羰基化合物(单体N-acetylglucosamine)这可能是负责峰值288.4 eV。葡萄糖胺也出现在1:1的比例与胞壁酸单体在肽聚糖,这已被证明是一个主要组成部分海洋溶解有机物(DOM) (43]。因此,观察到附近的平均抗溶频谱峰值288.7 eV可以归结在酰胺羰基集团或与羧基carbonyl-containing多糖混合物。更可能的是,这些粒子包含结构多糖的混合物比孤立的化合物,导致更少的明显比参考光谱的光谱特性。事实上,最相似的光谱类别平均来自海洋颗粒有机质的沉积物样本(POM, [38)(图3)。(38)因子分析来分离不同的生物化合物用于海洋POM和重要噢的一个因素被确认为碳水化合物吸收材料。含碳水化合物的海洋POM股票的芳香和酮碳吸光度光谱这些粒子,同时参考(纯)结构性多糖光谱[35不。这种类型的粒子被称为“II型多糖”或PsII。

基于过滤器的红外光谱光谱测量太平洋亚微米粒子显示重大贡献从海洋OM(从因素分析)中最突出的采样点较低的空气质量粒子质量(1g m)和氡浓度较低(200兆贝可),表明大陆影响(15]。互补离子色谱法(IC)测量显示低浓度的亚微米Na(0.1g m)或Cl(0.07g m),这是符合巡航期间遇到的相对平静的海面。PsII粒子是球形,没有立方形的无机核心(图4 (b)),类似于球形胶体结构在TEM观察(25- - - - - -27]。缺乏长方体是一致的低分数Na / OM预期在亚微米粒子44]。

3.3。钙质浮游植物碎片

图2 (c)显示了单粒子谱(和类别平均)粒子和三个强劲,窄峰值为288.1,290.4,292电动汽车与烷基R(碳氢键)R(),无机碳酸盐()和烷基R(碳氢键)R(分别)转换。这些粒子是严格亚微米和中太平洋样本。粒子与相同的特征信号收集样品中还发现在加州沿海站点(39]。与所有其他particle-average光谱相比,这些光谱更为强大的信噪比和particle-to-particle可变性。这些粒子也很少pre-edge吸光度,表明它们是完全由吸收的碳质材料,符合他们的强烈信号。狭窄的烷基峰值显示小的变化的邻居吸收烷基碳原子(如直链烷烃化合物)没有其他有机碳的山峰。

碳酸盐峰值为290.4 eV也窄,表明除了长链碳氢化合物,粒子主要是某种形式的碳酸盐。参考光谱CaCO如图3。CaCO股290.4 eV和多个顶点,广泛的山峰295 eV平均频谱的权利。确定carbonate-based矿物的类型,6的19粒子与SEM-EDX这类进行了分析;所有粒子表现出强烈的C、O和Ca信号虽然年代,Na, Mg, Cl缺席或弱(图5 (c))。这些粒子显示各种nonspherical形状。一些粒子出现椭圆与锋利的点(图4 (c))和其他非晶态。根据他们的外表,粒子像小,尘埃碎片。然而,它们的化学成分不符合年龄或处理远程MBL沙尘。此外,长链碳氢化合物不典型的二次有机气溶胶45];没有年代EDX光谱也使得它不太可能,大气处理负责大部分的有机这些粒子的质量。

以前的观测多余的Ca相对于海盐比率,在海洋气溶胶归因于碎片的钙carbonate-producing浮游植物(颗石藻)排放到大气中的泡沫破裂期间(46]。其他可能的高钙的来源包括每股收益,这已经被证明将钙凝胶形成(47]。这些单细胞浮游植物产生精致,碳酸钙尺度(颗石藻)不断抛弃的生物在他们的增长和在捕食时释放(48]。这些尺度是椭圆形的,通常500 - 3000 nm长,导致片段符合观察这些烷烃/碳酸钙粒子的尺寸范围。颗石藻(特别是Emiliania huxleyi)丰富的高收入和低纬度海洋和负责海洋碳酸盐岩总产量的一半(49]。他们的花朵是如此之大,持久,他们可以看到卫星图像空间的海洋颜色亮绿色的补丁在深蓝色的海洋。最近的一项研究测量整颗石藻,分离尺度,方解石碎片在同一地区地表水VOCALS-REx克鲁斯已经记录了丰富的Peru-Chile上升流(PCU)和南太平洋环流(SPG) [49]。测量海水碳酸盐颗粒表面积分布在工作中显示一个大峰在2和3之间(对应于整颗石藻直径介于1.6和2m)和更小的峰值在250海里(对应于颗石藻碎片直径大约560海里)。这种小模式符合观察粒子的尺寸范围在这个类别。

除了生产大部分的海洋碳酸盐岩、颗石藻已知产生非常稳定的,类脂化合物称为alkenones (nC- c),它包含一个不饱和酮组和两个或三个学位(50]。尽管这些化合物的确切功能尚不清楚,调查各种细胞器和膜的alkenones Emiliania huxleyi已经表明,他们主要是位于coccolith-producing舱(CPC)的细胞和最有可能membrane-unbound脂质与中共的功能(51]。这些长链烷烃与方解石颗石藻的协同生产符合强,锋利的烷基碳酸高峰出现在我们的烷烃/粒子光谱和缺乏其他组的情况下,如羧酸。协同生产也会导致类似的比率的两个物种(烷烃和碳酸盐)粒子,而不是单独的碳酸盐和alkane-dominated地区。图5 (b)显示的像素归一化烷烃吸收与归一化碳酸盐吸收为每个19烷烃/ carbonate-type粒子。这两个团体之间的相关性是强烈的19(12粒子)。这些强烈的相关性表明两组在单个粒子的均匀性,虽然烷烃的相对量和碳酸盐组(即。安装斜坡)粒子之间的不同。考虑到这些观测,烷烃/碳酸盐岩颗粒将被称为“钙质浮游植物碎片”剩下的部分。

3.4。蛋白质的粒子

图2 (d)显示了单粒子谱(和类别平均)粒子与芳香族/烯烃,烷基,和酰胺的碳吸收285年,287.7,和288.2 eV。芳香族/烯烃峰值在285 eV肩膀285.4 eV所有6粒子显示多个不饱和碳环境的存在。这些光谱,像钙质浮游植物光谱,噪音低,非常类似于另一个峰值的位置,形状,和相对峰高。不同于其他类别,粒子与这个签名在太平洋和北极样本被发现,但稍微不同的形态。两个太平洋粒子是球形和所有四个北极的粒子是含碳物质(图的松散的城市群4 (d))。这些光谱最独特的特点是在288.2 eV的肩膀,相应的羰基碳的酰胺基(34,35]。从CNH酰胺组织也被确认转变为289.5 eV (34,52]。酰胺组中发现的蛋白质)时(称为肽债券是由脱水反应的一个氨基酸单体的羧酸组胺组的另一个地方。因此,参考光谱氨基酸有强壮的羧基羰基吸收(35)并不代表一定氨基酸单体的蛋白质。烷基广泛吸收附近292 eV表明各种烷基碳环境存在于这些粒子,对比的顶点292 eV钙质浮游植物碎片。此外,两个烷基碳的存在高峰和缺乏这些蛋白质的羧基羰基峰表明化合物可能与脂蛋白中发现叶绿体膜。脂蛋白含有脂质和蛋白质组件,负责重大烷基吸收。芳烃和烯烃组织中发现的蛋白质。苯丙氨酸、酪氨酸、组氨酸,色氨酸是所有与芳香氨基酸或烯烃侧组。

第四条光谱图3光谱相似性平均amide-type粒子谱和蛋白质像组件的海洋POM中确定(38]。两个光谱共享小肩膀285.4 eV和烷基酰胺和广泛吸收区域。然而,amide-type平均频谱有更多烷基吸收(287.7 eV)(这是与长链碳氢化合物如脂质)比蛋白质像海洋砰的一声。脂质成分可能会给这些粒子表面活性和可能导致优惠浓度表面微层。如果是这种情况,lipid-containing蛋白质物质会优先转移到大气中泡沫破裂期间在nonlipid蛋白质的化合物。在这种粒子图像,球形和凝结的,展示的海盐,几乎没有证据表明,与疏水的有机材料是一致的。在配置过滤测量太平洋和北极MBL气团,一级胺组成8%的海洋OM(从因素分析)。事实上,伯胺组已确定在海洋OM因素从所有环境测量海洋因素被识别(8]。太平洋和北极蛋白质的POA光谱区别反映了明显的化学相似的蛋白质部分海洋POA。

3.5。协调海洋POA观察

超过10年的海洋POA总结在表的测量3;虽然集合包含粒子属性来自不同技术从TEM-EDX HNMR,大多数观测可以分配给三个主要类型之一:(1)多糖,(2)蛋白质和氨基酸,或(3)微生物及其碎片。图6说明了三种主要类型和海洋表面同行使用四种海洋小粒子在这项研究中观察到。单一海洋小粒子的化学特征表明,生物有机成分和微生物中观察到这和之前的研究存在一个外部混合物包括但不局限to-polysaccharides,蛋白质,和微生物。

利用TEM照片的胶体球、x光后向散射的基本组件,溶解度和测试,硬粘土和反感25,26推断水化,耐热,疏水性有机物质出现在亚微米海洋气溶胶与exopolymer分泌物(系统)、高分子量、水化多糖。这一发现与众多的报道是一致的大浓度的EPS表面海水(18,47]。疏水粒子的胶体结构也符合凝胶形成的观察从海军EPS (47,53]。虽然属性的测量粒子的形状、大小、和溶解度与EPS特征一致,可用小化学证据证实他们的成分是多糖。同时,附近环境海洋粒子从地中海和大西洋被证明含有polysaccharide-rich凝胶使用阿尔新蓝染料,染色剂敏感的所有类型的多糖(22]。EI-MS测量海洋气溶胶在西太平洋还展示了大量来自碳水化合物(即。左旋葡聚糖和葡萄糖)部分归因于海洋表面的有机物(5]。随后HNMR laboratory-generated气溶胶(使用北大西洋海水)的研究证实polysaccharide-like有机成分的存在在海洋POA报告脂肪族和羟化官能团除了类脂签名(7]。作者提出了脂多糖作为观察组的一个可能的解释。证据表明,多糖占44 - 61%的海洋提供了亚微米OM罗素et al。8使用红外光谱)。工作使用酒精的化学相似性c组在周围海洋亚微米气溶胶红外光谱与参考光谱的11种不同的多糖(例如,果胶、葡萄糖和木糖)。这项研究是第一个报道大量的特定签名的多糖与海盐在亚微米环境海洋气溶胶,符合这两个报告的物理属性(25,27)和模拟海洋气溶胶的化学特征7]。使用单粒子spectromicroscopy,我们已经观察到polysaccharide-containing粒子构成大多数测量碳质单粒子在两个海洋地区。我们也从这些单粒子测量估计北极的质量分布和太平洋海洋粒子,利用球面当量直径为每个粒子近似和平均密度为1g m(为简单起见)。图7显示了合并,近似质量分布的北极和太平洋海洋POA。I型和II多糖组成57%的测量亚微米粒子质量(总粒子质量的83%),与观测一致的8]。我们还表明,多种类型的多糖,包括像几丁质水不溶性化合物,存在于机载海洋粒子。

之前的发现多糖在海洋气溶胶、TEM分析北极亚微米气溶胶粒子表示,球形,疏水性有机粒子可能与氨基酸(即。L-methionine)基于气溶胶粒子的表面活性的性质和测量表面活性蛋白被海水泡沫回收(28]。然而,相同的特性归因于蛋白质在硬粘土和反感28)也可以归因于EPS (25- - - - - -27]。最近,库兹涅佐娃et al。22]Coomassie蓝色染料用于确认一些胶体凝胶状物质周围的细菌和病毒在地中海和大西洋海洋气溶胶样品的确是蛋白质的。在这里,我们报告的观察amide-containing疏水性海洋气溶胶粒子从两个遥远的海洋环境相匹配的特征光谱特征蛋白质的海洋POM,表明蛋白质像有机化合物也有助于海洋POA许多地区的海洋大气。

海洋微生物显然起到了很大的作用在海洋气溶胶的形成和构成。除了分泌非易失性有机组件(如多糖、脂质和蛋白质)和排放气相前驱海洋气溶胶(如二甲基硫醚,DMS),他们本身就可以漂浮到大气中,在那里他们可以作为异构反应和表面作为云凝结核(1,21,25,28]。报告的大多数观察空气微生物细菌或硅藻片段,主要是因为这些粒子有不同的形状与其他粒子在TEM图像容易辨别的。亚微米片段,尤其是混合凝胶状有机物质集中在表面微层,是极难识别完全基于形态学。SEM加上EDX可以证实的存在C、O,和nutrient-affiliated氮和磷等元素,但不能提供完整的化学特异性识别组件所需的细胞壁、叶绿体,或其他细胞器。为此,x射线spectromicroscopy是适合38,41]。使用STXM-NEXAFS我们已经确定了亚微米的碎片钙质浮游植物(颗石藻)之前建议贡献大量的nss-Ca MBL气溶胶(46]。CaCO独特的签名加上直链烷烃组的平均光谱结合亚微粒子决议spectra-confirming均匀分布的两个组件来支持这些粒子作为生物的分类。

4所示。结论

环境子任务和收集supermicron海洋气溶胶粒子在太平洋和北极海洋边界层,随后分析了使用单粒子STXM-NEXAFS,露出四个不同类型的海洋POA。尽管三分之二的海洋粒子被认为是多糖,存在重要的差异即使在那些看似相似的生物化合物,包括与海盐和推断吸湿性的差异。我们也报告的证据的钙质浮游植物蛋白质的化合物和第一次观察到海洋POA。

在先前的海洋气溶胶的化学特征,大多数观测海洋POA显示疏水性,polysaccharide-like材料或形态不同的微生物(即。、细菌和硅藻)。这里介绍的粒子,而与观测一致,提供一个更详细的,化学的特定海洋气溶胶的照片,解决一些与以前的观测相关的不确定性。这些观察结果也证实,多个不同类型的海洋被排放到大气中的粒子外部混合物。

确认

这项工作是由NSF资助支持atm - 0744636。作者感谢乔治·弗林提供碳酸钙参考光谱。作者要感谢Satoshi Takahama和刘商造成的分析单粒子STXM-NEXAFS和David Kilcoyne Beamline 5.3.2与Beamline操作技术援助。他们还要感谢德里克带给人詹姆斯·约翰逊,汉密尔顿,凯瑟琳·霍伊尔的援助在样本收集和分析以及NOAA的船长和船员R / V罗纳德·布朗和UNOLS R / V克诺尔对他们的支持。

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