Sademetsien tuottamat höyryt kiihdyttävät uusien hiukkasten muodostumista tropiikin yllä

Amazonin kaltaiset trooppiset alueet vaikuttavat koko maapallon ilmaston säätelyyn. Tropiikin yllä ilmakehässä muodostuu erityisen paljon uusia pienhiukkasia, jotka vaikuttavat maanpäällisiin ilmasto-olosuhteisiin. Ilmakehätieteen tutkijoita on 20 viime vuotta askarruttanut, miksi uusien hiukkasten muodostuminen on niin vilkasta juuri tropiikin yläpuolisessa ilmakehässä.

Helsingin yliopiston tutkijoiden johtama kansainvälinen ryhmä on selvittänyt, että vilkkaan hiukkasmuodostuksen syy voi olla isopreenissä. Isopreeni on yksi monista kaasumaisista hiilivedyistä, joiden hapetustuotteista voi muodostua pienhiukkasia. Isopreeniä erittyy ilmakehään etenkin kasvillisuudesta.

Nature-tiedelehdessä julkaistussa tutkimuksessa  tutkijat selvittivät, miten isopreenistä muodostuu uusia hiukkasia troposfäärin yläosassa. Troposfääri on ilmakehän alin kerros, joka päiväntasaajan kohdalla ulottuu maan pinnasta noin 18 kilometrin korkeuteen. Tutkijat hyödynsivät Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen CERNin hiukkaskiihdytintä ja CLOUD-kammiota selvittääkseen, voiko isopreenin hapetustuotteista muodostua uusia pienhiukkasia ylemmän troposfäärin olosuhteissa, eli noin 30–50 pakkasasteessa.

Tutkijat selvittivät myös, miten lämpötila, rikki- ja jodihappopitoisuus ja typpioksidit vaikuttavat hiukkasten muodostumiseen isopreeniyhdisteistä.

Isopreeni voi vauhdittaa hiukkasmuodostusta

Tutkijat havaitsivat, että hapettuneet isopreeniyhdisteet voivat muodostaa nopeasti uusia hiukkasia kylmissä lämpötiloissa, kuten ylemmässä troposfäärissä, jossa muita tiivistymiskykyisiä yhdisteitä esiintyy vain vähän. Aiemmin isopreenin roolia hiukkasten muodostuksessa on pidetty vähäisenä, sillä se ei muodosta hiukkasia maanpinnan tasolla korkeammissa lämpötiloissa.

– Havaitsimme myös, että erittäin pieni määrä rikkihappoa tai jodihappoa auttaa kiihdyttämään hiukkasten muodostumista entisestään. Tällöin hiukkasia muodostuu jopa sata kertaa nopeammin kuin pelkästä isopreenistä. Löydökset voivat selittää, miksi tropiikin yllä korkeassa ilmanalassa on havaittu suuria hiukkaspitoisuuksia, kertoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, tutkijatohtori Jiali Shen Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskus INARista.

Ymmärrys pilvien muodostumisesta ja ilmastosta paranee

Ilmakehän pienhiukkaset vaikuttavat ilmastoon, sillä ne sirottavat ja imevät itseensä auringon säteilyä. Hiukkaset vaikuttavat myös pilvien muodostumiseen toimimalla pilvipisaroiden tiivistymisytiminä. Uudet tutkimuslöydökset voivat vaikuttaa merkittävästi ymmärrykseen pilvien muodostumisesta ja ilmastosta.

– Nyt julkaistu tutkimus kytkee yhteen trooppisten sademetsien runsaat isopreenipäästöt sekä ylemmässä troposfäärissä tapahtuvan hiukkasmuodostuksen. Tämä on uusi näkökulma metsien ja ilmakehän vuorovaikutukseen. Tulokset voivat parantaa ilmakemian ja ilmaston mallintamisen menetelmiä ja auttaa meitä ennakoimaan ilmastonmuutosta ja sen vaikutuksia entistä paremmin, sanoo tutkijatohtori Xu-Cheng He Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskus INARista.

– Tutkimus korostaa metsien, ilmakehän ja ilmaston välisiä monimutkaisia vuorovaikutussuhteita. Puista haihtuvat kaasut voivat vaikuttaa pilvien muodostumiseen ja ilmastoon maailmanlaajuisesti. Tällainen perustutkimus on erittäin tärkeää, jotta ymmärrämme ilmakehän prosesseja aiempaa paremmin. Näin voimme myös ennakoida ilmaston muuttumista ja sopeutua siihen, sanoo ilmakehätieteiden ja fysiikan professori Katrianne Lehtipalo Helsingin yliopistosta. 

Julkaisu:

Shen, J., Russell, D.M., DeVivo, J. et al. New particle formation from isoprene under upper-tropospheric conditions. Nature 636, 115–123 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08196-0

Lisätiedot:

Katrianne Lehtipalo
Professori, ilmakehätieteet ja fysiikka
Ilmakehätieteiden keskus INAR, Helsingin yliopisto
katrianne.lehtipalo@helsinki.fi
0503119362

Jiali Shen (englanniksi)
Tutkijatohtori
Ilmakehätieteiden keskus INAR, Helsingin yliopisto
jiali.shen@helsinki.fi
0505560436

Xu-Cheng He (englanniksi)
Tutkijatohtori
Ilmakehätieteiden keskus INAR Helsingin yliopisto ja Cambridgen yliopisto
xucheng.he@helsinki.fi
0503185583