Laboratorio-olosuhteissa Sveitsin CERNissä tutkijat tarkastelivat ilmakehän pienhiukkasten muodostumista ja löysivät uutta tietoa liikenteestä ja energiateollisuudesta peräisin olevien typen oksidien yhteydestä ilmastoon ja ilmanlaatuun. Kansainvälisessä tutkimusryhmässä on mukana tutkijoita Helsingin yliopistosta. Tulokset julkaistiin Nature ja Science Advances lehdissä.

Tulosten perusteella typpiyhdisteet voivat tilanteesta riippuen joko hidastaa tai nopeuttaa aerosolihiukkasten kasvua. Tämä tarkoittaa, ettei pelkkä rikkidioksidin vähentäminen riitä torjumaan suurkaupunkien savusumuongelmaa, vaan tarvitaan kokonaisymmärrys ilmakehän hiukkasmuodostusprosessista.

Aiemmin ei uskottu typpihapon vaikuttavan merkittävästi aerosolihiukkasten muodostumiseen tai alkuvaiheen kasvuun, vaikkakin nitraattiyhdisteitä esiintyy yleisesti isommissa hiukkasissa. Nature-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa kuitenkin osoitetaan, että kylmässä ilmastossa typpihappo voi huomattavasti edistää hiukkasten kasvua, ja alle -15 Celsius asteen lämpötiloissa jopa muodostaa hiukkasia yhdessä ammoniakin kanssa. Tämä on merkittävää, koska typpihappoa ja ammoniakkia on ilmakehässä jopa tuhat kertaa enemmän kuin rikkihappoa.

Tulos voisi selittää miksi hiukkasia muodostuu jopa erittäin saastuneissa suurkaupungeissa, vaikka perinteisen tiedon mukaan saasteiden pitäisi estää uusien hiukkasten muodostuminen ja kasvu. Samalla mekanismilla saattaa syntyä hiukkasia myös ylempänä ilmakehässä, jossa on aina kylmää ja typen oksideja syntyy salamoinnin vaikutuksesta.

Toisaalta typen oksidit vaikuttavat myös orgaanisten yhdisteiden hapetuskemiaan ilmakehässä. Helsingin Yliopiston tutkijoiden johtamassa tutkimuksessa havaittiin, että typen oksidien takia orgaanisten aineiden hapetustuotteista tulee helpommin haihtuvia. Tällöin hiukkasten kasvu hidastuu ja pienempi osa niistä selviää verrattuna tilanteeseen, jossa ilma on puhdasta. Alueilla, joissa hiukkasten kasvu tapahtuu pääosin orgaanisten yhdisteiden vaikutuksesta, esimerkiksi boreaalisella metsävyöhykkeellä, ilmiö voi vähentää pilviä muodostavien aerosolien määrää ja siten epäsuorasti lämmittää ilmastoa. Tutkimus julkaistiin Science Advances -lehdessä.

Molemmat tutkimukset perustuvat Euroopan Hiukkastutkimuskeskuksessa, CERNissä, tehtyihin laboratoriokokeisiin. CERNissa sijaitsevassa CLOUD-kammiossa on mahdollista tutkia aerosolihiukkasten muodostumista ja kasvua ennennäkemättömällä tarkkuudella. Suomesta CLOUD-kokeissa on mukana Helsingin Yliopiston Ilmakehätieteen keskus INAR, Ilmatieteen laitos ja Itä-Suomen yliopisto.

Lisätietoa:

Tutkijatohtori Chao Yan, Helsingin Yliopiston Ilmakehätieteen keskus ja Aerosol and Haze laboratory, Beijing University of Chemical Technology, chao.yan@helsinki.fi (englanniksi)

Apulaisprofessori Katrianne Lehtipalo, Ilmatieteen laitos ja Helsingin Yliopiston Ilmakehätieteen keskus, katrianne.lehtipalo@helsinki.fi

Akateemikko Markku Kulmala, Helsingin Yliopiston Ilmakehätieteen keskus, markku.kulmala@helsinki.fi

Julkaisut:

Wang, M., Kong, W., Marten, R., He X.-C., Chen, D. et al. Rapid growth of new atmospheric particles by nitric acid and ammonia condensation. Nature 581, 184–189 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2270-4

C. Yan, W. Nie, A. L. Vogel, L. Dada, K. Lehtipalo et al. Size-dependent influence of NOx on the growth rates of organic aerosol particles. Sci. Adv. 6, eaay4945 (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aay4945 https://advances.sciencemag.org/content/6/22/eaay4945