Tiedotearkisto: 2009

Väitös: Orgaanisilla yhdisteillä merkittävä vaikutus pienhiukkasten ominaisuuksiin

30.11.2009 13:10

Kuva: Eija Vallinheimo

Ilmatieteen laitoksen tutkija Tomi Raatikainen väittelee 4. joulukuuta. Väitöskirjatutkimuksessa havaittiin, että pienhiukkasten kasvuominaisuudet riippuvat niiden sisältämistä orgaanisista yhdisteistä.

Ilmakehän pienhiukkasilla on ilmastonmuutoksen kannalta tärkeitä ominaisuuksia, sillä ne vaikuttavat maan säteilytasapainoon sekä suoraan että välillisesti pilvien ominaisuuksien kautta. Toisin kuin kasvihuonekaasuilla, ilmakehän pienhiukkasilla oletetaan olevan ilmastoa viilentävä vaikutus. Tomi Raatikaisen väitöstutkimuksessa keskityttiin erityisesti hiukkasten koostumuksesta riippuvaan kykyyn muodostaa nestemäisiä pisaroita, eli hygroskooppisuuteen. Pienhiukkasista muodostuvien pisaroiden ja pilvien ilmastovaikutukset riippuvat tiivistymisytimien hygroskooppisuudesta. Tämän vuoksi hygroskooppisuus on tärkeä parametri ainakin ilmastomalleille. Tutkimuksessa keskityttiin erityisesti hiukkasten orgaaniseen osuuteen, koska epäorgaanisten yhdisteiden ominaisuudet ovat jo varsin hyvin tiedossa. Orgaanisten yhdisteiden osuus on merkittävä myös siksi, että keskimäärin puolet pienhiukkasten massasta on peräisin orgaanisista yhdisteistä.

Pienhiukkasten kasvua mallinnettiin laboratoriokokeiden avulla
Pienhiukkasten vesitasapainoa mallinnettiin käyttäen mahdollisimman tarkkoja yhtälöitä kuvaamaan liuosten ominaisuuksia. Väitöskirjatyössä tutkittiin pinta-aktiivisten orgaanisten yhdisteiden vaikutusta pilvipisaroiden muodostumiseen. Nimensä mukaisesti pinta-aktiiviset aineet kertyvät pisaroiden pintakerroksiin. Tämän seurauksena pisaran pintajännitys pienenee. Tämä on huomioitu joissakin malleissa. Toinen usein huomiotta jätetty pinta-aktiivisuuden seuraus on se, että pintaan siirtyvät aineet muuttavat liuoksen pitoisuuksia. Mallisimulaatiot ja laboratoriokokeet osoittivat selvästi, että pinta-aktiivisilla aineilla on selvästi oletettua pienempi vaikutus pienhiukkasten hygroskooppisuuteen. Käytännössä pintajännitys- ja pitoisuusmuutoksien vastakkaiset vaikutukset kumoavat toisensa.

Malliyhdisteiden lisäksi tutkittiin myös ulkoilman pienhiukkasten ominaisuuksia. Kun pienhiukkasten koostumusta ja hygroskooppisuutta mitattiin eteläsuomalaisella mittausasemalla, havaittiin hiukkasten orgaanisen osuuden iän vaikuttavan hiukkasten hygroskooppisuuteen. Lähialueilta olevat tuoreet hiukkaset olivat vähemmän hygroskooppisia kuin ilmamassojen mukana tulleet vanhentuneet hiukkaset. Erityisesti tiheään asutuilta alueilta eli tässä tapauksessa Keski-Euroopasta peräisin olevat ilmamassat sisälsivät lähinnä hygroskooppisia hiukkasia.

Koska useimmat aikaisemmin julkaistut yhtälöt eivät sovellu ilmakehän pienhiukkasten sisältämille orgaanisille yhdisteille, laskuja varten jouduttiin kehittämään uusia yhtälöitä. Kehitetyllä mallilla pystyttiin ennustamaan erityisesti laboratoriokokeiden tuloksia aikaisempaa tarkemmin.

Tomi Raatikainen on syntynyt vuonna 1978 Kuopiossa. Hän on kirjoittanut ylioppilaaksi vuonna 1997 Minna Canthin lukiosta. Raatikainen väittelee 4.12. klo 12 Kuopion yliopiston Snellmaniassa salissa L22. Vastaväittäjänä on professori Athanasios Nenes, joka työskentelee Georgia Institute of Technologyssä USAssa. Väitöksen otsikko on Thermodynamic modelling of multicomponent aerosols / Monikomponenttisten aerosolien termodynaaminen mallinnus.

Lisätiedot:
Tutkija Tomi Raatikainen, puh. 040 7791782, Tomi.Raatikainen@uku.fi tai Tomi.Raatikainen@fmi.fi

Ilmatieteen laitoksen tiedotteet ovat saatavilla myös RSS-syötteenä osoitteesta http://ilmatieteenlaitos.fi/tiedotteet/rss.