Havumetsien aerosoleja tutkimalla päästään ilmastonmuutoksen jäljille

Mikä on havumetsien vaikutus ilmastonmuutokseen? Helsingin yliopistolla kemian väitöskirjaa valmisteleva Jevgeni Parshintsev etsii vastausta analyyttisen kemian keinoin.

Ympäristökemisti Jevgeni Parshintsev

Jevgeni Parshintsev tutkii aerosoleja eli kaasussa leijuvia kiinteitä tai nestemäisiä hiukkasia. Aerosoli sanana yhdistyy monen mielessä hiuslakkoihin, mutta kyse on paljon suuremmin elämänlaatuumme vaikuttavista asioista.

"Tänään oli lehdessä uutinen huonosta ilmanlaadusta", Parshintsev kertoo. Pienhiukkasten määrä ylitti Helsingissä mittausten mukaan tammikuun lopussa 82 mikrogrammaa. Vuorokauden keskiarvo hengitettäville hiukkasille saisi olla korkeintaan 50 mikrogrammaa kuutiometrissä ilmaa. Pienhiukkasista osa on antropogeenisia eli ihmisen toiminnasta aiheutuvia. Liikenne, suolaaminen ja katupöly kaikki vaikuttavat hengittämämme ilman laatuun.

Suuri osa aerosoleista syntyy luonnossa ilman ihmisen vaikutusta. "Merivedestä tuuli ottaa mukaansa vettä, josta suola jää hiukkasina ilmaan. Kuusi ja mänty päästävät ilmaan yhdisteitä, jotka hapettuessaan muuttuvat painaviksi hapoiksi, aldehydeiksi ja ketoneiksi. Ne ovat ilmassa nesteenä tai kiinteinä hiukkasina ja niiden ympärille kasaantuu muitakin yhdisteitä”, Parshintsev selittää.

Mikä yhteys on havumetsillä, pilvillä ja ilmastonmuutoksella?

Ilman sateen siemeninä toimivia pienhiukkasia vesihöyry ei koskaan tiivistyisi pisaroita ja sataisi alas pilvistä. Jos hiukkaset eivät kasva suuriksi, pilvet ovat pitkäikäisempiä.

"Kun ilmaston lämpötila nousee, metsät kasvavat nopeammin ja päästävät enemmän kaasumaisia yhdisteitä ja sitä kautta syntyy enemmän aerosoleja. Aerosolit vaikuttavatkin ilmastoon viilentävästi", tutkija kertoo. Globaalisti pilvet viilentävät ilmastoa heijastamalla valoa.

Parshintsev tutkii havumetsissä syntyvien aerosolien vaikutuksia ilmastonmuutokseen: "Käykö esimerkiksi niin, että metsä kasvaa nopeammin, kun hiukkasia on ilmassa enemmän, joka puolestaan viilentää ilmakehää. Onko niin, että Maapallo säätelee lämpöään?"

Suomessa tutkitaan boreaalisen vyöhykkeen eli pohjoisen havumetsävyöhykkeen metsissa syntyviä yhdisteitä ja selvitetään mikä saa aikaan metsäaerosolin synnyn ja kasvun. Tämän selvittämiseksi tutkijat keräävät hiukkasia niiden kasvun alkuvaiheessa. Parshintsev kertoo, että kyseessä on miljoonia erilaisia yhdisteitä: "Löydät sieltä melkein mitä vaan."

"Analyttiisen kemian hyvä puoli on että mistä tahansa näytteestä voi sanoa mitä se on oikeasti", Parshintsev kertoo opiskelemastaan kemian alasta. Analyyttinen kemia tutkii aineiden koostumuksia ja niiden kemiallisiin ja fysikaalisiin reaktioihin perustuvia määritysmenetelmiä. Samoja taitoja ja tietoja tarvitaan lääketieteessä, ympäristötieteissä, teollisuudessa ja rikospaikkatutkimuksessa.

Loppusuora häämöttää väitöskirjan kanssa

Parshinsevin väitöskirjatutkimus on osa ilmakehän ja ilmastonmuutoksen kysymyksiin erikoistuneen tutkimuksen huippuyksikköä.

"Jos tutkitaan jotain erittäin hyvin tunnettua aihetta, siitä on vaikeaa tehdä aivan uutta tutkimusta", Partshintsev kertoo. Ala on maailmallakin vielä hyvin nuori. Näytteiden keräämiseen käytetty hiukkasnesteeseen keräinlaite on tullut markkinoille vasta 7 vuotta sitten. Samalla tutkimusmenetelmät ovat muuttunee. Aiemman ilman kationien mittamisen sijaan Parshintsev uuttaa ilmasta biogeenisiä happoja ja tutkii niitä nestetomografiamassaspektrometrilla. Hän keräsi tutkimusaineistonsa vuonna 2007 Hyytiälän tutkimusasemalla. Asemaa ympäröi 20 kilometriä istutettua havumetsää joka suuntaan.

Kun professori tarjosi maisterin tutkintoa suorittavalle Parshintseville paikkaa väitöskirjatyötä tekevänä jatko-opiskelijana, nuori kemisti mietti asiaa viikon ja päätti yrittää. Oman tutkimuksen teon lisäksi hän on ohjannut pro-gradu- ja kandidaattitutkielmien kokeellisia osuuksia.

Nyt loppusuora häämöttää väitöskirjan kanssa. Parshinsev on työstänyt sitä samassa hankkeessa mukana olevan professori Marja-Liisa Riekkolan ohjauksessa. Enää puuttuu yksi tutkimuksesta kirjoitettu artikkeli, joka julkaistaan alan lehdessä tutkijoiden vertaisarvioinnin jälkeen. Luonnontieteellisillä aloilla väitökirjat eroavat humanististen tieteiden perinteestä. Kemiassa väitöstyö koostuu 4–5 samaa aihepiiriä käsittelevästä artikkelista, joiden mukaan varsinaiseen väiröskirjaan kirjoitetaan lisäksi alustus.

Parshintsev opiskeli kemiaa laajasti jo lukioaikaan teknillisessä lyseossa. Se ei alkuun ei ollut helppoa ja kemian maailmaan sisään pääseminen vaati ponnisteluja. Luovuttaa ei silti kannata. "Alkuvaiheessa voi lannistua helposti, jos menettää sen hetken, mutta jos jaksaa yrittää vielä hetken, niin sitä alkaa ymmärtää."