Ilmakehän pienhiukkasten muodostuminen on äärimmäisen tärkeä ilmiö, joka kytkeytyy sekä suoraan että epäsuorasti jokapäiväiseen hyvinvointiimme. Hiukkasten muodostuminen vaikuttaa sekä paikalliseen ilmanlaatuun, että pilvien muodostumiseen ja sitä kautta ilmastoon.
Huolimatta ilmiön tärkeydestä tai vuosikymmeniä jatkuneesta tutkimuksesta, molekyylitason yksityiskohdat ovat edelleen huonosti tunnettuja.
Tutkijat ovat vihdoin pystyneet kuvaaman kvanttikemiallisten mallinnusten avulla ensimmäiset molekulaariset askeleet jodihöyryjen hiukkastenmuodostuksessa ja tulokset julkaistiin äskettäin arvostetussa Nature Chemistry -tiedelehdessä. Laskelmissa yhdistettiin Réunionin saarilla tehtyjen kenttäkokeiden tuloksia sekä Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa (CERN) Sveitsissä CLOUD kammiosta tehtyjä laboratoriokokeita, jotka simuloivat tarkasti ilmakehän olosuhteita.
Kvanttikemian mallinnus suomalaisvoimin
Tutkimuksen ydinryhmä koostui tutkijoista Helsingin, Tampereen ja Coloradon yliopistoista mutta suomalaistutkijoiden työpanos oli erityisen tärkeä kvanttikemiallisen mallinnuksen tekemisessä.
–Kemiallisten reaktioiden mekanismeja ja nopeuksia ennustettiin kvanttimekaniikan perusteista lähtien, kertoo professori Theo Kurten Helsingin yliopistosta.
Kurtenin mukaan jodiin liittyvät kemialliset reaktiot ovat tässä suhteessa poikkeuksellisen haastavia, sillä jodiatomin suuren koon ansiosta sen sisimpien elektronien käsittelyssä täytyy kvanttimekaniikan lisäksi huomioida myös suhteellisuusteoria.
Ilmakehän jodipitoisuus on noussut
Ilmakehän sekundääriset hiukkaset syntyvät lähinnä rikin, hiilen ja jodin hapettuneista yhdisteistä. Nämä ilmakehän yhdisteet muodostuvat kaasumaisten molekyylien hapettumisesta ja sen jälkeisestä takertumisesta toisiinsa.
Rikkiyhdisteiden merkitys hiukkasten muodostumisessa on pienentynyt viimeisten vuosikymmenien ajan, kun polttoaineita ja palamisprosessia on saatu puhdistettua, mutta samaan aikaan ilmakehän jodipitoisuus on tasaisesti noussut.
Tämä uusi tutkimustulos kuvaa jodiemissioiden muuntumista kaasumaisista lähtöaineista hiukkasmaisiksi-lopputuotteiksi ja on erittäin tärkeä osanen, joka täydentää käsitystämme muuntuvasta ilmakehästä.
Lähde: Finkenzelleret.al., The gas-phase formation mechanism of iodic acid as an atmospheric aerosol source. Nature Chemistry 2022 https://www.nature.com/articles/s41557-022-01067-z