Tiedotearkisto: 2010

Ilmakehän pienhiukkasten syntymisestä uutta tietoa: rikkihappomysteeri ratkaistu

4.3.2010 21:00

Kuva: Eija Vallinheimo

Suurin epävarmuus ilmastonmuutostutkimuksessa ja -ennusteissa liittyy tällä hetkellä ilmakehän pienhiukkasiin. Merkittävä osa tästä on aerosolihiukkasten syntymisen ymmärtäminen. Helsingin yliopiston ja Ilmatieteen laitoksen tutkijat ovat selvittäneet rikkihapon olevan tärkein pienhiukkasten syntymiseen vaikuttava aine. Tutkimustulokset julkaistaan 5. maaliskuuta ilmestyvässä Science-lehdessä.

Eräs merkittävimmistä pienhiukkaslähteistä on niiden muodostuminen ilmakehässä kaasu-hiukkas -muuntuman seurauksena. Yleisesti tiedetään, että hiukkasten syntyyn liittyvät rikkihappomolekyylit. Kuitenkaan rikkihapon osuutta hiukkasmuodostukseen ei ole laboratoriokokein pystytty osoittamaan, vaan erilaiset laboratoriomittaukset ovat antaneet pääsääntöisesti yli miljoonakertaisesti liian pieniä muodostumisnopeuksia. Tätä ns. rikkihappomysteeriä on yritetty ratkaista useilla eri tavoilla. Nyt Helsingin yliopiston tutkijoiden johtama kansainvälinen ryhmä on ratkaissut tämän mysteerin ja samalla todistanut, että rikkihappo on tärkein ilmakehän uusien hiukkasten syntymiseen vaikuttava aine.
Tutkimus tehtiin käyttäen kahta eri virtauskammiota, joista toinen on Ilmatieteen laitoksen kammio. Avain mysteerin ratkaisemiseen on ollut se, että juuri syntyneet hiukkaset mitattiin uudella Helsingin yliopistossa kehitetyllä hiukkaslaskurilla, joka pystyy mittamaan yli kaksi kertaa pienempiä aerosolihiukkasia kuin aiemmat hiukkaslaskurit. Tällä uudella laitteella pystytään mittamaan juuri syntyneiden hiukkasten lukumäärä ja lukumäärän vaihtelu. Varhaisemmilla laitteilla tätä ei pystytty tekemään, vaan hiukkasten piti ensin kasvaa massaltaan jopa yli kymmenkertaiseksi. Tähän tarvittava kasvuaika pienillä rikkihappopitoisuuksilla on useissa vanhoissa mittauksissa ollut liian pitkä todellisen muodostumisnopeuden havaitsemiseksi.

Tutkimuksessa on myös ensimmäistä kertaa pystytty laboratorio-oloissa toistamaan ilmakehässä havaitut hiukkasten syntynopeudet ilmakehässä havaituilla rikkihappopitoisuuksilla. Ilmakehän rikkihappopitoisuudet ovat tyypillisesti miljoonasta kymmeneen miljoonaan molekyyliin kuutiosenttimetrissä. Tämä on alle tuhannesmiljardisosa ilmakehän molekyylien kokonaislukumäärästä. Rikkihappopitoisuudet mitattiin kemialliseen ionisaatioon perustuvalla massaspektrometrilla.

Aerosolit vaikuttavat Maan säteilytasapainoon suoraan heijastamalla ja absorboimalla auringon valoa sekä toimimalla pilvien tiivistymisytiminä. Toisin kuin kasvihuonekaasuilla, ilmakehän pienhiukkasilla oletetaan olevan globaalia ilmastoa viilentävä vaikutus. Ilmastonmuutoksen kannalta tärkeimmät pienhiukkasten ominaisuudet ovat hiukkasten koko, lukumäärä, kemiallinen koostumus ja optiset ominaisuudet, sekä näiden ominaisuuksien ajallinen ja paikallinen vaihtelu. Ilmakehässä olevat hiukkaset voivat olla ihmisen toiminnan, kuten polttamisen, sinne tuottamia. Myös kasvillisuuden tuottamat höyryt osallistuvat pienhiukkasten syntyyn.

Lisätietoja:

Ilmatieteen laitos:
Tutkija Antti Hyvärinen, p. (09) 1929 5444, antti.hyvarinen@fmi.fi
Helsingin yliopisto:
Tutkija Mikko Sipilä, p. 040 709 3103, mikko.sipila@helsinki.fi
Professori Markku Kulmala, p. 040 596 2311, markku.kulmala@helsinki.fi

Science, The Role of Sulphuric Acid in Atmospheric Nucleation:
Mikko Sipilä, Torsten Berndt, Tuukka Petäjä, David Brus, Joonas Vanhanen, Frank Stratmann, Johanna Patokoski, Roy L. Mauldin III, Antti-Pekka Hyvärinen, Heikki Lihavainen, Markku Kulmala (2010)

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