Puiden öiset höyryt muodostavat pienhiukkasia ilman rikkihappoa

Ilmakehän pienhiukkasten vaikutus on edelleen yksi suurimmista ilmastomallien epävarmuustekijöistä. Nämä aerosolihiukkaset vaikuttavat ilmastoon pääosin viilentävästi varsinkin silloin, kun ne osallistuvat pilvien muodostumiseen. Koska eri tekijöiden aiheuttama ilmastopakote määritellään suhteessa esiteolliseen aikaan, on tärkeää, että tutkijat pystyvät mallintamaan luotettavasti hiukkasten lähteet ja muodostumistavat niin esiteollisella ajalla kuin nykyäänkin.

Tutkijat onnistuivat minimoimaan rikkihapon vaikutuksen ilmakehämittauksista

Tuoreessa Helsingin yliopiston työssä tutkittiin hiukkasten muodostusmekanismia, jonka merkitys voi tulevaisuudessa jopa kasvaa, jos rikkidioksidipäästöt pienentyvät ja orgaanisten höyryjen pitoisuus kasvaa. – Tässä koeasetelmassa ikään kuin luotiin tilanne, joka vastaisi esiteollista aikaa puhtaassa ympäristössä ennen ihmisen vaikutusta siihen. 

Ilmakehätutkijat analysoivat mittauksia Hyytiälän SMEAR II -tutkimusasemalta Juupajoella. Keskittymällä erityisesti ilta- ja yöaikaan, he pystyivät minimoimaan rikkihapon vaikutuksen tuloksiin.

Käyttämällä erittäin herkkiä mittalaitteita, massaspektrometrejä, tutkijat osoittivat, että ilta-aikaan muodostuu usein samanlaisia suurikokoisia orgaanisia molekyylejä kuin laboratoriokokeissa. Nämä molekyylit muodostavat keskenään klustereita ja lopulta pienenpieniä hiukkasia. Juuri muodostuneet hiukkaset eivät kuitenkaan yöaikaan jatkaneet kasvuaan muutamaa nanometriä, eli metrin miljardisosaa suuremmiksi. Päiväsaikaan kasvu jatkuu.

– Seuraava tutkimuskysymys on selvittää, miksi näin on, ja minkälaiset olosuhteet ovat otollisia juuri muodostuneiden orgaanisten hiukkasten kasvulle, sanoo Clémence Rose, joka on vastikään julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja

Puiden tuottamat orgaaniset yhdisteet on tunnettava, kun selvitetään, miten ilmakehän aerosolihiukkaset muodostuvat

Aerosolihiukkasia pääsee ilmakehään ihmisen toiminnan seurauksena, mutta niitä muodostuu myös ilmakehän kaasuista monimutkaisten kemiallisten ja fysikaalisten prosessien seurauksena.

Ihmisen vaikutus on kuitenkin hyvin suuri. Pääosin teollisuudesta ja liikenteestä peräisin oleva rikkidioksidi hapettuu auringonvalossa rikkihapoksi, joka pystyy tiivistymään hiukkasiksi. Aiemmin luultiin, että rikkihappoa tarvitaan hiukkasten muodostumiseen aina.

Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa Cernissä tehdyissä laboratoriokokeissa on kuitenkin aiemmin havaittu, että eräät puiden tuottamat haihtuvat orgaaniset yhdisteet voivat hapettuessaan muodostaa hiukkasia täysin ilman rikkihappoa. Tällä mekanismilla hiukkasia voisi muodostua myös täysin puhtaassa ympäristössä, esimerkiksi esiteollisena aikana ennen ihmisen vaikusta.

Boreaalinen mäntymetsä tuottaa runsaasti näitä orgaanisia höyryjä, mutta ennen nyt julkaistua tutkimusta ilmiötä ei kuitenkaan ole pystytty varmistamaan ilmakehässä.

­–Tulevaisuutta ajatellen kiinnostavaksi nousee kysymys, mitä tapahtuu, jos rikkidioksidipäästöt pienentyvät ja orgaanisten höyryjen pitoisuus kasvaa lämpötilan nousun takia, arvelee apulaisprofessori Katrianne Lehtipalo.

Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskuksen tutkijat raportoivat uusista havainnoistaan Science Advances lehdessä huhtikuussa. Science Advances, 25.4.2018, Observations of biogenic ion-induced cluster formation in the atmosphere, http://advances.sciencemag.org/content/4/4/eaar5218, DOI: 10.1126/sciadv.aar5218

Kuva: Juho Aalto

Yhteystiedot:

PhD Clémence Rose, clemence.rose@helsinki.fi (englanniksi tai ranskaksi), elokuusta 2018 alkaen c.rose@opgc.univ-bpclermont.fr

Apulaisprofessori Katrianne Lehtipalo, 040 663 0939, katrianne.lehtipalo@helsinki.fi

Akateemikko Markku Kulmala, 040 596 2311, markku.kulmala@helsinki.fi