Pienet hiukkaset, globaalit vaikutukset – Radiohiili kertoo mustan hiilen alkuperän

Helsingin yliopiston Kiihdytinlaboratorion ja Ajoituslaboratorion tekninen kehitystyö on tuottanut läpimurron hyvin pienten hiilinäytteiden alkuperämäärityksissä. Musta hiili koostuu äärimmäisen pienistä nokihiukkasista, joten kehitystyö on keskeinen osa ilmastonmuutostutkimusta.

Bioperäisen ja fossiilisen aineksen määrän missä tahansa hiiltä sisältävässä näytteessä voi mitata hiukkaskiihdyttimellä radiohiilimenetelmän avulla. Hiilen radioaktiivisen isotoopin (14C, radiohiili) määrä puoliintuu kuuden vuosituhannen aikana, joten fossiilisessa aineksessa sitä ei ole enää jäljellä.

Radiohiilen puoliintumiseen perustuvaa menetelmää on viime vuosina hyödynnetty etenkin Suomessa polttoaineiden bio-osuuksien määrityksissä – biotalouden tukena. Hiukkaskiihdytin vaatii tyypillisesti noin yhden milligramman kiinteää hiiltä, jotta näytteiden hyvin pienet radiohiilimäärät voidaan mitata.

– Radiohiilen määrä on miljoonasosan miljoonasosa hiilestä. Emme siis etsi neulaa heinäsuovasta, vaan neulan kärkeä koko maatilalta, havainnollistaa Ajoituslaboratorion johtaja Markku Oinonen.

Suolakiteen puolikkaan kokoinen näyte riittää

Mustan hiilen, eli ilmastoa lämmittävien nokihiukkasten, alkuperää tutkivassa hankkeessa on nyt pystytty määrittämään radiohiilen pitoisuuksia jopa sata kertaa pienemmistä, jopa 10–20 mikrogramman näytteistä. Saatujen tulosten mukaan erittäin pienten näytteiden radiohiilimääritykset vastaavat hyvin kiinteiden hiilinäytteiden tuloksia. Tekninen kehitys on äärimmäisen tärkeää, sillä yleisesti tutkimuksen trendi on kohti yhä pieneneviä näytekokoja.  

– Menetelmä perustuu kaasumaisia näytteitä hyödyntävään hybridi-ionilähteeseen ja sen yhteyteen kehitettyyn hiilidioksidin syöttölaitteistoon, kertoo tutkija Kenichiro Mizohata Kiihdytinlaboratoriosta.

Luonnosta kerätyt nokihiukkaset puhdistetaan kemiallisesti ja muunnetaan polttamalla hiilidioksidiksi. Talteen otettu hiilidioksidi syötetään ionilähteelle radiohiilimääritystä varten. Aiemmin radiohiilimäärityksiin vaadittiin palanen kiinteää hiiltä, mutta nyt määritys voidaan tehdä suoraan hiilidioksidista, mikä vähentää merkittävästi tarvittavan hiilen määrää.

– Tutkimuksessa mitatut nokinäytteet vertautuvat kooltaan suolakiteen puolikkaaseen tai kymmenesosa unikonsiemeneen, eli ne ovat niin pieniä, ettei niitä välttämättä olisi voitu mitata lainkaan perinteisellä mittaustekniikalla ilman kaasuionilähteen kehitystyötä, perustelee Ajoituslaboratorion laatukoordinaattori Antto Pesonen.

Musta hiili sulattaa ikijään

Musta hiili imee tehokkaasti auringonvaloa ja kiihdyttää sen myötä muun muassa napa-alueiden jäätiköiden sulamista. Noki on myös kansainvälisen poliittisen keskustelun ytimessä ja Helsingin yliopisto pioneeri tämän globaalin ongelman tutkimuksessa. 

Helsingin yliopisto pioneeri tämän globaalin ongelman tutkimuksessa. 

– Vastoin aiempaa käsitystä olemme havainneet, että mustan hiilen laskeumat ovat nousseet viimeisten vuosikymmenien aikana Euroopan ja Länsi-Venäjän arktisilla alueilla. Musta hiili näyttää olevan osasyy esimerkiksi Huippuvuorten jäätiköiden sulamisen lisääntymiseen, kertoo tutkija Meri Ruppel Helsingin yliopistosta.

Käynnissä olevassa tutkimuksessa selvitetään arktisella alueella esiintyvän mustan hiilen lähteitä, joita ovat esimerkiksi teollisuus, kotitaloudet, liikenne ja metsäpalot, sekä keskitytään erityisesti Venäjän öljy- ja kaasuteollisuuden soihdutuspäästöihin.

Radiohiilipohjaiset noen alkuperämääritykset tehtiin Ajoituslaboratorion ja Kiihdytinlaboratorion monitieteellisenä ja yksikkörajat ylittävänä yhteistyönä.

Tutkimus on tehty Helsingin yliopistolla Ilmatieteen laitoksen johtaman konsortion osahankkeena. Tutkimusta rahoittaa Suomen Akatemia.

Lisätiedot:

Antto Pesonen
laatukoordinaattori
Ajoituslaboratorio
Luonnontieteellinen keskusmuseo LUOMUS
antto.pesonen@helsinki.fi
050 3187301

Kenichiro Mizohata, FT
tutkija
Kiihdytinlaboratorio
kenichiro.mizohata@helsinki.fi
050 4160545

Meri Ruppel, FT
tutkijatohtori
Ekosysteemit ja ympäristö -tutkimusohjelma
meri.ruppel@helsinki.fi
050 4489006

Lue lisää aiheesta: Luonnontieteet