Ilmakehän jodilla voi olla aiemmin tuntematon vaikutus pilvien muodostumiseen ja ilmastoon

Rikkihappoa ja ammoniakkia on pidetty pitkään merkittävimpinä uusia pienhiukkasia synnyttävinä höyryinä. Molemmilla on sekä luonnollisia että ihmisperäisiä lähteitä. Arktisilla alueilla ja valtamerten rannikoilla hiukkasia syntyy rikkihapon ja ammoniakin lisäksi myös luonnollisista jodiyhdisteistä. 

Arvostetussa Science-tiedelehdessä julkaistussa tutkimuksessa Helsingin yliopiston tutkijat selvittivät ensi kertaa, kuinka nämä jodipitoiset höyryt tuottavat hiukkasia yhdessä rikkihapon ja ammoniakin kanssa. Tutkimus julkaistiin 15. joulukuuta.

Aiemmissa laboratoriotutkimuksissa Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskuksen INARin tutkijat olivat selvittäneet, kuinka jodioksohapoista, eli jodihaposta (HIO₃) ja jodihapokkeesta (HIO₂), syntyy pienhiukkasia. Nyt tutkittiin jodioksohappojen, rikkihapon ja ammoniakin yhteisvaikutusta.

Tutkimuksen mukaan jodioksohapot nopeuttavat uusien, pääosin rikkihaposta koostuvien aerosolihiukkasten muodostumista 10–10 000-kertaiseksi. Ilmakehässä rikkihappoa syntyy etenkin kasviplanktonin ilmakehään päästämistä luonnollisista rikkiyhdisteistä sekä fossiilisten polttoaineiden käytöstä ja terästeollisuudesta ilmaan pääsevästä rikkidioksidista.

Uusi mekanismi tehokas etenkin arktisella merialueella

Ilmakehän pienhiukkaset eli aerosolihiukkaset vaikuttavat pilvipeitteeseen ja siten ilmastoon. Hiukkaset toimivat pilvien tiivistymisytiminä ja säätelevät pilvien ominaisuuksia, kuten auringonvalon heijastumista takaisin avaruuteen. Pilvet toimivat myös peittona, joka estää maapallon lämpösäteilyä karkaamasta avaruuteen. Ihmisen toiminta on lisännyt pienhiukkasia ja niitä synnyttävää rikkidioksidia ja ammoniakkia ilmakehään.

– Merkittävä uusi tutkimuslöytömme osoittaa, että ilmakehän pienhiukkasten kokonaisvaltaisessa ymmärryksessä on vielä paljon parannettavaa. Meret peittävät suurimman osan maapallon pinta-alasta, ja siten merialueilla muodostuvilla pilvillä on suuri merkitys ilmaston säätelyssä, toteaa tutkimusta vetänyt INARin johtaja, akateemikko Markku Kulmala.

– Nyt löytynyt uusi mekanismi on todennäköisesti erityisen tehokas jodirikkaalla arktisella merialueella. Arktis lämpenee huimaavaa vauhtia, neljä kertaa nopeammin kuin maapallo keskimäärin, ja siksi uuden arktista ilmastoa säätelevän mekanismin löytyminen on erittäin merkittävää, kertoo Värriön tutkimusaseman johtaja, professori Mikko Sipilä.

Jodiyhdisteiden vaikutus kasvanee tulevaisuudessa

Ilmakehän jodipitoisuus on kasvanut kolminkertaiseksi 70 viime vuoden aikana. Yhtenä syynä kasvaneille jodipitoisuuksille on esitetty arktisen merijään ohenemista ja lisääntynyttä alailmakehän otsonipitoisuutta. Ihmistoiminnan rikkipäästöt pienenevät tulevaisuudessa, mikä kasvattanee jodin suhteellista merkitystä hiukkasmuodostuksessa.

– Löytämämme mekanismi on siksikin tärkeä, että ilmakehän koostumus on näiden yhdisteiden osalta muuttumassa, päätutkijana hankkeessa toiminut tutkijatohtori Xu-Cheng He kertoo.

Hän uskoo, että uudet tulokset parantavat ilmakehän ja ilmaston ymmärrystä sekä ilmastonmuutoksen ennustettavuutta.

– Tutkimuksemme auttaa ymmärtämään, miten rajussa muutoksessa oleva ilmakehän jodipitoisuus ja toisaalta laskevat rikkipäästöt vaikuttavat hiukkasmuodostuksen kautta pilvipeitteen ominaisuuksiin ja sitä kautta lopulta ilmastoon.  

Julkaisu:

Xu-Cheng He et al.,Iodine oxoacids enhance nucleation of sulfuric acid particles in the atmosphere.Science382,1308-1314(2023).DOI:10.1126/science.adh2526

Kansainvälinen yhteishanke perustui laajaan havaintoaineistoon 

• Science-tiedelehdessä 15. joulukuuta julkaistussa tutkimuksessa Helsingin yliopiston tutkijat hyödynsivät Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen CERNin hiukkaskiihdytintä ja CLOUD-kammiota selvittääkseen, miten pienhiukkasia syntyy rikkihappo-, jodi- ja ammoniakkihöyryistä ja kuinka kosminen säteily vaikuttaa hiukkasten syntyyn.
• Kansainvälisenä yhteistyönä toteutettu laboratoriotutkimus perustuu Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskuksen (INAR) tutkijoiden aiempiin havaintoihin jodi- ja rikkihappohiukkasten synnystä. Havaintoja on tehty muun muassa Atlantilla, Etelämantereella, Huippuvuorilla, Grönlannissa ja SMEAR-tutkimusasemilla.
• Suomesta hankkeessa oli Helsingin yliopiston lisäksi mukana tutkijoita myös Fysiikan tutkimuslaitoksesta, Itä-Suomen ja Tampereen yliopistoista sekä Ilmatieteen laitokselta.

 

Lisätiedot:

Xu-Cheng He (kiina, englanti)
Tutkijatohtori, Ilmakehätieteiden keskus INAR (sekä University of Cambridge, UK)
0044 7405679042
xh346@cam.ac.uk

Markku Kulmala
Akateemikko, Professori, Ilmakehätieteiden keskus INAR
Helsingin yliopisto
+358 40 596 2311
markku.kulmala@helsinki.fi

Mikko Sipilä
Professori, Värriön tutkimusasema, Ilmakehätieteiden keskus INAR
Helsingin yliopisto
+358 40 709 3103
mikko.sipila@helsinki.fi