Ilmakehän tapahtumia voidaan tutkia kokeellisesti suurehkoissa laatikoissa, mittauskammioissa, jotta pienhiukkasten muodostumiseen liittyviä mekanismeja voidaan ymmärtää paremmin. Kammiossa ilmakehän olosuhteita kuten lämpötilaa, ilmanpainetta, kosteutta, kaasuja ja hiukkasia muutetaan kontrolloidusti.

Nyt tuon laatikon olosuhteet ja tutkimuksessa käytetyt menetelmät on standardoitu Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskuksen (INAR) johtamassa tutkimuksessa. Kymmenet kammiomittauksia tekevät tutkimusryhmät seuraavat jatkossa tutkimuksessa laadittuja sääntöjä. Tutkimus julkaistiin arvostetussa Nature Protocols -lehdessä.

Ilmaston lämpeneminen riippuu myös pienhiukkasista

Mitä tapahtuu, kun maapallon lämpötila nousee? Mitä tapahtuu pilville, mitä niiden heijastavuudelle, mitä pienhiukkasten synnylle?

Ilman pienhiukkaset vaikuttavat oleellisesti ilmaston lämpenemiseen. Esimerkiksi pilviä ei synny ilman hiukkasia: pilvet tarvitsevat syntyäkseen siemenen, ytimen, jonka ympärille kosteus alkaa tiivistyä. Myös pilvien väri ja heijastavuus riippuvat pilvien sisältämistä pienhiukkasista.

Nykyisillä laitteilla pystytään seuraamaan, kuinka ilman kaasuista syntyy pienhiukkasia, aivan hiukkasten synnyn ensimmäisestä vaiheesta alkaen, nanometrin mittaisten molekyyliklusterien tasolla. Kuinka ne muodostuvat, kuinka katoavat? Hiukkasten synnyssä kiinnostaa erityisesti, kuinka nopeasti molekyyliklusterit muodostuvat ja kasvavat ja kuinka paljon hiukkasia lopulta syntyy.

Tutkimuksessa laadittu standardi määrittää, kuinka kammiomittaukset tulisi suorittaa ja miten niistä lasketaan hiukkasten muodostumis- ja kasvunopeudet virherajoineen. Standardisoinnin jälkeen eri kammiomittaukset ovat helposti verrattavissa toisiinsa.

Simuloinnilla menneeseen ja tulevaan

Osa ilman pienhiukkasista on peräisin ihmisten toiminnasta, osa luonnosta. Nykyisin noin 10-50 % koko ilmakehän kaasuista ja hiukkasista – aerosoleista – on ihmisen toiminnan tuottamaa.

Kammiomittauksilla pystytään simuloimaan paitsi tulevia, myös vuosisatojen tai -tuhansien takaisia maapallon olosuhteita. Voidaan esimerkiksi simuloida, millaisia ilma ja pilvet olivat ennen teollista aikaa tai ennen ihmisiä.

Nanometrien kokoisten pienhiukkasten syntyä ja vaikutusta tutkimalla voimme ymmärtää paremmin valtavia globaaleja ilmiöitä, jotka vaikuttavat meidän kaikkien elämään – kuten ilmastonmuutosta.

Lubna Dada, Katrianne Lehtipalo, Jenni Kontkanen, Tuomo Nieminen, Rima Baalbaki, Lauri Ahonen, Jonathan Duplissy, Chao Yan, Biwu Chu, Tuukka Petäjä, Kari Lehtinen, Veli-Matti Kerminen, Markku Kulmala & Juha Kangasluoma. Formation and growth of sub-3-nm aerosol particles in experimental chambers.Nature Protocols, 12 February 2020.

Lisätietoja:

Tutkijatohtori Lubna Dada, Helsingin yliopisto
050 448 8568
lubna.dada@helsinki.fi