Aerosolihiukkasten nopea kasvu laboratorio-olosuhteissa yllätti tutkijat

Tähän päätyivät tutkijat, jotka yhdistivät hiukkaslaskureista ja massaspektrometreistä saatavan uusimman tiedon. He myös selvittivät, että syynä olivat pienet happo-emäs -klusterit, joita aiemmin ei ole voitu edes havaita. Sopivissa olosuhteissa näitä molekyyliklustereita voi muodostua ilmakehässä hyvin paljon.

- Ihan uutta tietoa on se, että klusterit voivat osallistua myös hiukkasten kasvuun, sanoo tutkija Katrianne Lehtipalo Helsingin yliopiston fysiikan laitokselta.

Tänään 20.5.2016 Nature Communications -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa saatiin myös ensimmäinen kokeellinen varmistus ilmiöstä, joka on aiemmin ennustettu teoreettisesti: sähkövaraus voi kiihdyttää aerosolihiukkasen kasvua, kun hiukkanen on hyvin pieni.

- Ilmiön arvioidaan olevan merkittävä erittäin puhtaissa olosuhteissa, esimerkiksi yläilmakehässä, siis siellä, missä rikkihappo ei voi muodostaa pysyviä klustereita muiden molekyylien kanssa, Lehtipalo sanoo.

Kammiossa tutkitaan hiukkasten syntyä ja kasvua ilmakehän kaasuista

Aerosolihiukkasten kasvuprosessin ymmärtäminen on olennaista ilmastomallien kannalta, sillä nanohiukkaset vaikuttavat ilmastoon vasta kun ne ovat kasvaneet ilmakehässä tarpeeksi suuriksi. Silloin ne voivat muodostaa pilvipisaroita tai sirottaa auringonvaloa. Kaikkein pienimmät hiukkaset ovat hyvin alttiita häviämään, ne tarttuvat esimerkiksi erilaisille pinnoille, ja siksi niiden mittaaminen on vaikeaa.

Nature Communications -lehdessä nyt ilmestynyt artikkeli on ensimmäinen CLOUD-projektin (Cosmics Leaving OUtdoors Droplets) tuloksista kertova julkaisu, jossa keskitytään selvittämään nanohiukkasten kasvumekanismeja ilmakehän olosuhteissa.

Tässä projektissa uusien aerosolihiukkasten syntyä ja kasvua ilmakehän kaasuista tutkitaan Euroopan hiukkastutkimuskeskuksessa Cernissä sijaitsevan CLOUD-kammion avulla. Kammiossa vallitsevia olosuhteita, kuten lämpötilaa, kosteutta ja ionisaatiota kontrolloidaan äärimmäisen tarkasti, minkä jälkeen sinne valitaan haluttu kaasuseos tutkittavaksi. Ionien eli sähkövarattujen hiukkasten syntymistä kammiossa voidaan muuttaa kohdistamalla siihen hiukkaskiihdyttimestä tuleva alkeishiukkassuihku tai poistamalla ionit voimakkaan sähkökentän avulla.

Uusimmat mittalaitteet mahdollistavat työn molekyylitasolla

Uusimman mittalaiteteknologian ansiosta hiukkasten muodostumis- ja kasvuprosessia voidaan tutkia molekyylitasolta lähtien, mikä on johtanut jo useisiin tieteellisiin läpimurtoihin.

Nyt julkaistussa tutkimuksessa hiukkasia tuotettiin ja kasvatettiin kammiossa rikkihapon, ammoniakin ja dimetyyliamiinin avulla. Rikkihapon tiedetään olevan merkittävä tekijä ilmakehän hiukkasten muodostumisessa. Sitä muodostuu ilmakehässä pääasiallisesti rikkidioksidin hapettuessa auringonvalon ansiosta. Ammoniakkia ja erilaisia amiineja esiintyy ilmakehässä myös luontaisesti, mutta ihmisen toiminta, esimerkiksi karjankasvatus, on lisännyt niiden päästöjä huomattavasti.

CLOUD-projektiin osallistuu tutkijoita 18 eri instituutista ympäri maailman. Suomesta mukana ovat Helsingin ja Itä-Suomen yliopistot sekä Ilmatieteen laitos.

Julkaisu:

Nature Communications 20.5.5.2016, Lehtipalo K. et al., The effect of acid-base clustering and ions on the growth of atmospheric nano-particles

Kuvateksti:

CLOUD-kammiossa tutkitaan aerosolihiukkasten kasvua ja syntyä. Kuvassa kammion lämpöeristettyä seinämää ja hiukkasten havainnointiin käytettyjä mittalaitteistoja.

Kuva: Katrianne Lehtipalo

Lisätietoja:

Tutkija Katrianne Lehtipalo, 040 663 0939, katrianne.lehtipalo@helsinki.fi, Helsingin yliopisto

Professori Markku Kulmala, 040 596 2311, markku.kulmala@helsinki.fi, Helsingin yliopisto

Ystävällisin terveisin
Minna Meriläinen-Tenhu, @MinnaMeriTenhu, 050 415 0316, minna.merilainen@helsinki.fi