Tuoreita havaintoja hiilivetyjen hapettumisesta ilmakehässä

Tutkijaryhmä on vaihe vaiheelta analysoinut, miten hiiliketjurakenne vastaanottaa ilmakehän happimolekyylejä reaktiosarjassa, joka johtaa erittäin hapettuneisiin lopputuotteisiin. Se löysi ja kuvasi sellaisia kemiallisia yhdisteitä, joiden rakenne on aiemmin ollut mysteeri. Pitkälle hapettuneet haihtumattomat yhdisteet voivat osallistua tehokkaasti hiukkasten kasvattamiseen.

- Otsonolyysin aloittaman hapetusketjun seurauksena ilmakehään syntyy uusia, käytännössä haihtumattomia orgaanisia eli eloperäisiä yhdisteitä. Nimitämme niitä englanninkielisen akronyymin mukaan ELVOC-yhdisteiksi (Extremely Low-Volatility Organic Compounds). Nämä ELVOC-yhdisteet ovat varsinaisten aerosolihiukkasten esiaste, kuvailee tutkijatohtori Matti Rissanen Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen ilmakehätieteiden osastolta.

- Juuri tunnistetut haihtumattomat yhdisteet tiivistyvät pienimpienkin hiukkasten pinnalle kasvattaen niiden kokoa hitaasti. Kun hiukkanen kasvaa, siitä voi tulla pilvipisara, uuden pilven alku. Pilvet taas vaikuttavat maapallon säteilytasapainoon viilentämällä ilmakehää, selventää Rissasen kollega, tohtorikoulutettava Tuija Jokinen.

­- Pystyimme ensimmäistä kertaa havaitsemaan myös lyhytikäisiä happikeskisiä radikaaleja ilmanäytteistä. Sitä on aiemmin pidetty lähes mahdottomana, Jokinen lisää.

Tutkimustyössä hyödynnettiin kvanttikemiaa

Rissasen ja Jokisen tutkimustulokset on saatu sekä kokeellisesti laboratoriossa että luonnossa, mutta myös kvanttikemiallisia tietokonemalleja hyödyntämällä. Tutkijakaksikko on osallistunut aktiivisesti instrumenttien kehittämiseen, jotta hiilivetyjen reaktioiden pienimmätkin yksityiskohdat pystytään havaitsemaan ja todentamaan luotettavasti.

- Saimme selville muun muassa sen, että syklohekseenin otsonolyysin seurauksena tapahtuva hapetusketju etenee paljon pidemmälle kuin aiemmin on oletettu, sanoo Rissanen.

- Otsonolyysissa on tiedetty syntyvän 4-5 happiatomia sisältäviä yhdisteitä, mutta meidän mittauksissamme havaittiin jopa 10 tai 11 happiatomia sisältäviä molekyylejä. Saman hapetusmekanismin havaittiin toimivan myös suuremmissa eloperäisissä yhdisteissä.

Tutkijat Rissanen ja Jokinen ovat taustaltaan kemistejä. Kumpikin työskentelee akatemiaprofessori Markku Kulmalan johtamassa ilmakehätutkimuksen huippuyksikössä. Otsonolyysitutkimuksen kvanttikemialliset laskelmat Rissanen teki yhteistyössä Helsingin ja Kööpenhaminan yliopistojen kemian laitosten kanssa. Jokinen toteuttaa tutkimustyönsä seuraavan vaiheen analysoimalla ELVOC-yhdisteitä Etelämantereen puhtaassa ilmassa.

Rissasen tulokset on julkaistu Journal of the American Chemical Societyssa, Jokisen artikkeli ilmestyi Angewandte Chemie Internationalissa. Näihin tieteellisiin julkaisuihin hyväksytään vain murto-osa ehdolle lähetetyistä, uusia tutkimustuloksia esittelevistä artikkeleista.

Kuvateksti:

Syklohekseenin otsonihapetuksessa autoksidaation kautta syntyvän C₁₂H₁₈O₁₀ - molekyylin mahdollinen molekyylirakenne. Harmaat pallot ovat hiiliatomeja, punaiset happiatomeja ja valkoiset vetyatomeja. Esimerkki on ELVOC-tyypisestä molekyylistä, joka on hapettuneempi ja haihtumattomampi kuin mikään näiden hiilivetyjen ilmakehähapetuksessa syntyvä yhdiste, jota on aiemmin mitattu tai havaittu.

Kuva: Theo Kurtén

Linkki Rissasen tutkimukseen

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja507146s

Linkki Jokisen tutkimukseen

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201408566/abstract

www.atm.helsinki.fi/

Lisätietoja:

tutkijatohtori Matti P. Rissanen +358 045 8730170, matti.p.rissanen@helsinki.fi

akatemiatutkija Theo Kurtén, kemian laitos, +358 50 526 0123, theo.kurten@helsinki.fi

tohtorikoulutettava Tuija Jokinen, tuija.jokinen@helsinki.fi (palaa Suomeen maaliskuussa)

akatemiaprofessori Markku Kulmala, markku.kulmala@helsinki.fi

Mai Allo, tutkimusavustaja, 050 319 9584

Ystävällisin terveisin
Minna Meriläinen-Tenhu, tiedottaja, 050 415 0316