Siteeratuimpia tutkijoita: geotieteet

Fysiikan professori Markku Kulmala (*1958) on ollut maailman viitatuin geotieteilijä 1.5.2011 lähtien. Kärkiasemaan hänet on siivittänyt uraauurtavat tutkimukset ilmakehän pienhiukkasten muodostumisesta sekä ilmakehän ja metsän vuorovaikutuksesta. Kulmala on ensimmäisenä maailmassa keksinyt teorioita, todentanut niitä ja rakentanut tutkimusinfrastruktuuria, joista keskeisimmät ovat 1990-luvulla perustetut Värriön SMEAR I ja Hyytiälän SMEAR II -tutkimusasemat.

Vuosituhannen vaihteessa Kulmala ensin loi teorian, että ilmakehässä on oltava 1–3 nanometrin kokoisia molekyyliklustereita ja hiukkasia. Sitten hän todisti niiden olemassaolon ja sen, että ne merkittäviltä osin koostuvat fotosynteesin sivutuotteena syntyvistä orgaanisista aineista.

Metsät tuottavat tällaisia aerosoleja. Aerosolit toimivat pisaroiden tiivistymiskeskuksina ja edesauttavat pilvien syntymistä. Pilvet puolestaan heijastavat auringonvaloa takaisin avaruuteen ja viilentävät näin ilmastoa.

Näistä lähtökohdista Kulmala kehitti teorian ilmastonmuutoksen ja metsien takaisinkytkentämekanismista eli että metsät hidastavat ilmastonmuutosta. SMEAR II -asemalla tehtyjen tutkimusten avulla hän on osoittanut teorian todeksi.

Mekanismi on seuraava: Kun ilmakehän hiilidioksidipitoisuus lisääntyy, myös yhteyttäminen lisääntyy. Yhteyttämisen sivutuotteena syntyy entistä enemmän hiilivetyjä, jotka reagoivat ilmakehässä ja muodostavat varsin pysyviä aerosolihiukkasia. Hiukkaset toimivat tiivistymiskeskuksina pilville, jotka sirottavat auringonvaloa takaisin avaruuteen.

Aerosolihiukkasten määrän kasvaessa sironta voimistuu myös alailmakehässä. Kimpoilun seurauksena havunneulaset, jotka ovat latvuksen alapuolella, saavat osakseen enemmän fotoneita ja pystyvät näin yhteyttämään entistä enemmän, mikä sitoo hiilidioksidia ilmakehästä ja tuottaa yhä lisää aerosolihiukkasia.

Viime vuosina Kulmala on keskittynyt ilmanlaadun ja ilmastonmuutoksen välisiin yhteyksiin ja muun muassa pohtinut keinoja Kiinan ilmanlaadun parantamiseksi.

Vapaa-ajallaan Kulmala toimii vaimonsa kanssa vertaistukena pariskunnille ja perheille. Vapaaehtoistyö liittyy Parempi avioliitto ry:n toimintaan.

Tutkija Markku Kulmala

Fysiikan professori Tuukka Petäjä (*1975) on paljon viitattu tutkija eritoten mittalaitteiden ja -menetelmien kehittäjänä. Hän on esimerkiksi toteuttanut kaasumaisen rikkihapon massaspektrometriamittauksia Hyytiälän SMEAR II -asemalla.

Petäjän työn ansiosta Hyytiälän mittalaitteisto on kehittynyt ja mittausten monipuolisuus on lisääntynyt. Perusperiaate on, että mittauksia tehdään vuorokauden ympäri, kesät talvet. Jatkuvien mittausten lisäksi Petäjä on koordinoinut intensiivisiä mittauskampanjoita, joissa mittauskapasiteettia täydentäviä laitteistoja ja tutkimusryhmiä on vieraillut Hyytiälässä. Merkittävin näistä on USA:n energiaministeriön rahoittaman liikkuvan laboratorion kahdeksan kuukauden mittauskampanja Hyytiälässä vuonna 2014.

Hyytiälässä on viime vuosina tehty paljon uraauurtavaa tutkimusta ilmakehän ja metsän vuorovaikutuksesta. On havaittu, että puiden emittoimat orgaaniset höyryt osallistuvat pienten aerosolihiukkasten klusteroitumiseen ja kasvuun. Lopulta klusteri kasvaa niin suureksi, että sen ympärille voi muodustua pilvipisara. Pilvet ja aerosolihiukkaset heijastavat auringonvaloa takaisin avaruuteen, mikä viilentää ilmastoa.

Ilmastonmuutos vaikuttaa metsien kasvuun, mutta samalla metsien tuottamat aerosolihiukkaset vaikuttavat ilmastoon. Tämän takaisinkytkennän tutkimus on Hyytiälässä ollut viime vuosina vilkasta.

Petäjä kiinnostui aerosolien ilmastovaikutuksista jo fysiikan opiskelijana, ja gradussaan hän kehitti ensimmäisen aerosolimittalaitteensa. Vuosina 2007–2008 hän teki post doc -tutkimusta Yhdysvaltain kansalliseen ilmakehätutkimuskeskukseen NCAR:iin ja tutustui siellä syvällisesti massaspektrometriamenetelmiin rikkihapon ja hydroksyyliradikaalin mittaamiseksi ilmakehästä.

Vuonna 2008 hän toi tämän osaamisensa Helsingin yliopiston ja SMEAR II -aseman palvelukseen.

Petäjä johtaa fysiikan laitoksen ilmakehätieteiden osastolla aerosolihiukkasten havaintolaitteiston kehitystä. Laboratoriokokeiden ja eri puolilla maailmaa tehtyjen pitkäaikaisten mittausten ansiosta voidaan nyt molekyylitasolla ymmärtää askel askelelta, kuinka aerosolit liittyvät yhteen muodostaen uusia hiukkasia ja siten vaikuttavat maapallon säteilytasapainoon ja ilmastonmuutokseen.

Tutkija Tuukka Petäjä