Ilmakehän pienhiukkasten syntymisestä uutta tietoa: rikkihappomysteeri ratkaistu

Ilmakehän pienhiukkasten syntyyn liittynyt ns. rikkihappoarvoitus on ratkaistu kansainvälisessä tutkimuksessa, jota johdettiin Helsingin yliopistosta. Tällä on merkitystä ilmaston mallinnuksessa, koska nämä pienhiukkaset eli aerosolihiukkaset ovat oleellisia mm. pilvien syntymiselle. Aerosolihiukkaset heijastavat myös auringon valoa suoraan takaisin avaruuteen, joten pienhiukkaset vaikuttavat viilentävästi.

Ilmakehässä olevien rikkihappomolekyylien tiedetään vaikuttavan pienhiukkasten syntyyn merkittävästi vaikka rikkihappoa on ilmassa hyvin vähän. Rikkihappomolekyylejä on kuutiosenttimetrissä tyypillisesti 1-10 miljoonaa kappaletta eli alle tuhannesmiljardisosa ilmakehän molekyylien kokonaislukumäärästä.

Teoreettiset laskut ja laboratoriokokeet rikkihapon vaikutuksesta pienhiukkasten syntyyn ovat tähän mennessä tuottaneet hyvin ristiriitaisia tuloksia. Laboratoriomittaukset ovat antaneet yli miljoonakertaisesti liian pieniä muodostumisnopeuksia.

Suomessa tutkimukseen osallistuivat Helsingin yliopisto ja Ilmatieteen laitos ja lisäksi mukana oli tutkijoita Saksasta, Tsekistä ja Yhdysvalloista. Rikkihapon vaikutusta aerosolihiukkasten syntyyn mitattiin kahdessa virtauskammiossa, joista toinen on Ilmatieteen laitoksella. Ratkaiseva parannus aiempiin oli menetelmä, jolla syntyneet hiukkaset laskettiin.

Helsingin yliopistossa kehitetyllä uudella hiukkaslaskurilla pystyttiin mittamaan noin nanometrin kokoisia hiukkasia eli yli kaksi kertaa pienempiä aerosolihiukkasia kuin aiemmin. Lisäksi pystyttiin mittamaan vastasyntyneiden hiukkasten lukumäärä ja lukumäärän vaihtelu. Aiemmilla laitteilla tätä ei pystytty tekemään, vaan hiukkasten piti ensin kasvaa massaltaan suuremmiksi, jopa yli kymmenkertaiseksi. Pienillä rikkihappopitoisuuksilla tämä on ollut liian pitkä aika todellisen muodostumisnopeuden havaitsemiseksi.

Uusi menetelmä toimii kemialliseen ionisaatioon perustuvalla massaspektrometrilla. Kokeessa pystyttiin ensimmäisen kerran toistamaan laboratorio-oloissa havainnot, joita on tehty ilmakehässä hiukkasten syntynopeuksista. Näin voidaan tutkijoiden mukaan osoittaa vakuuttavasti että rikkihappo on tärkein ilmakehän uusien hiukkasten syntymiseen vaikuttava aine.

Ilmastonmuutoksen ymmärtämisen ja mallintamisen kannalta pitää tietää pienhiukkasten koko, lukumäärä, kemiallinen koostumus ja optiset ominaisuudet sekä näiden ominaisuuksien ajallinen ja paikallinen vaihtelu. Osa hiukkasista on seurausta ihmisen toiminnasta, mm. polttoaineiden palamisesta mutta hiukkasia tulee ilmakehään myös luonnollisista prosesseista. Niitä tuottavat esimerkiksi kasvit.

(YLE tiede, Helsingin yliopisto, Ilmatieteen laitos, Science)