Pienhiukkasten muodostuminen ilmakehässä on monimutkainen prosessi. Ilmiötä on alettu ymmärtää molekyylitasolla vasta viime aikoina, kun mittalaitteet ovat kehittyneet tasolle, jossa juuri muodostuneet, vain parin nanometrin eli metrin miljardisosan kokoiset hiukkaset voidaan havaita suoraan. Helsingin yliopiston tutkijat ovat olleet uranuurtajia ilmiön selvittämisessä.
Teollisuudesta ja liikenteestä peräisin olevat rikkidioksidi ja typen oksidit sekä tehomaatalouden päästöinä syntyvä ammoniakki reagoivat ilmakehässä keskenään ja erilaisten orgaanisten höyryjen kanssa. Orgaanisia höyryjä pääsee ilmakehään sekä luontaisesti kasvillisuudesta että ihmisen toiminnan seurauksena. Osa näiden reaktioiden tuottamista höyrymolekyyleistä voi tiivistyä ilmakehässä hiukkasiksi kaasuhiukkasmuuntuman seurauksena. Ilmakehässä on tuhansia erilaisia orgaanisia yhdisteitä, mutta vain pieni osa niistä pystyy muodostamaan hiukkasia.
Pitkään ajateltiin, että rikkidioksidin hapettuessa syntyvä rikkihappo on välttämätön osatekijä hiukkasmuodostukselle. Aiemmissa laboratoriokokeissa pystyttiin kuitenkin osoittamaan, että hiukkasia voi muodostua myös pelkästään kasvillisuudesta peräisin olevista orgaanisista höyryistä.
Tutkimus auttaa ymmärtämään, miten hiukkasmuodostus muuttuu, kun ihmisen tuottamia saastepäästöjä vähennetään ilmanlaadun parantamiseksi.
Nyt julkaistut tulokset osoittavat, että boreaalisella metsävyöhykkeellä – esimerkiksi suomalaisissa metsissä – hiukkasia muodostuu kaikkein eniten, kun saatavilla on sekä rikkihappoa, ammoniakkia että orgaanisia höyryjä. Typen oksidit sitä vastoin vähentävät hiukkasmuodostusta.
Tutkimus auttaa ymmärtämään, miten hiukkasmuodostus muuttuu, kun ihmisen tuottamia saastepäästöjä vähennetään ilmanlaadun parantamiseksi. Jos ilmaa puhdistetaan vähentämällä rikkidioksidia tai ammoniakkia, muodostuu hiukkasia vähemmän, kun taas typen oksidien vähentäminen saattaa johtaa hiukkasmuodostuksen lisääntymiseen.
– Pienhiukkaset vaikuttavat ilmastoon muun muassa osallistumalla pilvien muodostumiseen, sillä jokainen pilvipisara syntyy aerosolihiukkasen ympärille. Suurin epävarmuus ilmastomalleissa liittyy juuri tähän aerosolihiukkasten epäsuoraan ilmastovaikutukseen, kertoo tutkimusta johtanut apulaisprofessori Katrianne Lehtipalo Ilmakehätieteiden keskuksesta INARista.
CERNin CLOUD-kammiossa tutkitaan aerosolihiukkasten muodostumista. Kuva: Hanna Manninen
Tutkimukseen liittyvät laboratoriokokeet tehtiin Euroopan hiukkastutkimuskeskuksessa CERNissä, jossa on maailman puhtain kammio hiukkasmuodostuksen tutkimiseen. Tutkimukseen osallistui tutkijoita 25 eri instituutista yhdeksästä eri maassa.
Pitkäaikaiset mittaukset Hyytiälän metsäasemalla Pirkanmaalla auttoivat tutkijoita löytämään oikeat olosuhteet, joissa hiukkasia muodostuu.
– Halusimme luoda tutkimuskammioon boreaalisen metsän olosuhteet ja kaasukoostumuksen. Hiukkasten muodostuminen on herkkä prosessi, joten oikeanlaisen kaasusekoituksen löytyminen vei aikaa, mutta lopulta onnistuimme toistamaan ilmakehän havainnot lähes täydellisesti, Lehtipalo sanoo.
Lisätietoja:
apulaisprofessori Katrianne Lehtipalo
Ilmakehätieteiden keskus
katrianne.lehtipalo@helsinki.fi
puh. 040 663 0939