Väitös: Huipputason pienhiukkastutkimusta Puijon tornissa

Puijon tornin ylimmässä kerroksessa sijaitseva mittausasema on etenkin syksyisin usein pilvien peitossa, joten siellä voidaan tutkia hiukkasten vaikutusta pilvien ominaisuuksiin. Nämä tiedot ovat tärkeitä ilmastonmuutostutkimukselle, sillä ymmärrys hiukkasten ja pilvien välisestä vuorovaikutuksesta on vielä puutteellinen.

Portinin väitöstutkimuksessa selvitettiin eri lähteistä Puijolle saapuneiden pienhiukkasten ominaisuuksia. Tulosten perusteella on mahdollista erotella toisistaan esimerkiksi pohjoisesta puhtaan ilman mukana saapuneet hiukkaset, etelästä saastuneemman ilman mukana kulkeutuneet hiukkaset sekä paikallisten päästölähteiden hiukkaset. Myös kesällä 2010 Venäjältä kulkeutuneet metsäpalosavuhiukkaset erottuivat selkeästi. Puhtaiden ilmamassojen hiukkaspitoisuudet olivat alhaisimpia.

Metsäpalosavuhiukkaset ja etelästä saapuneet hiukkaset sitä vastoin olivat runsaslukuisempia ja keskimäärin suurempia. Paikallisista lähteistä erityisesti teollisuus ja energiantuotanto erottuivat. Niiden havaittiin tuottavan suuria, hiiltä ja rikkiyhdisteitä sisältäviä hiukkasia, kun taas muualta tulleet hiukkaset koostuivat pääosin orgaanisista yhdisteistä.

Hiukkasten lukumäärän havaittiin vaikuttavan pilvien ominaisuuksiin verrattaessa puhtaan ja likaisen ilman pilviä. Korkeampi hiukkaspitoisuus tuotti enemmän pilvipisaroita ja siten tiheämpiä pilviä. Myös paikallisten lähteiden päästöillä todettiin vastaava vaikutus. Viitteitä saatiin myös hiukkasten kemiallisen koostumuksen vaikutuksesta. Ihmistoiminnan tuloksena syntyneet epäorgaaniset hiukkaset olivat hieman herkempiä muodostamaan pilvipisaroita verrattuna orgaanisista yhdisteistä koostuviin hiukkasiin.

Käytössä monipuolisia havaintomenetelmiä

Ilmatieteen laitoksen ja Itä-Suomen yliopiston ylläpitämä Puijon tornin asema on ollut toiminnassa jo vuodesta 2006. Jatkuvatoimisesti asemalla havainnoidaan muun muassa pienhiukkasten pitoisuutta ja kokoa. Syksyisin, jolloin esiintyy eniten matalia pilviä, on käytössä myös erikoisempia mittalaitteita, joilla voidaan tutkia esimerkiksi hiukkasten kemiallista koostumusta sekä pilvipisaroiden lukumäärää ja kokoa.

Metsäpalojen tutkimuksessa käytettiin apuna Kuopion kaupungin ylläpitämiä ilmanlaatuasemia eri puolilla keskustaa. Lisäksi savupilviä tutkittiin kaukokartoitusmenetelmillä, eli laitteilla, jotka havainnoivat ilmakehää joko maanpinnalta tai satelliiteista käsin. Kaukokartoituslaitteilla saatiin tietoa savupilvien reitistä sekä pienhiukkasten ja kaasujen pitoisuuksista laajemmalla alueella.

Pienhiukkaset vaikuttavat merkittävästi ilmastoon

Pienhiukkasia on hengittämässämme ilmassa yllättävän paljon. Yhdessä kuutiosenttimetrissä ilmaa voi olla tuhansia hiukkasia, kooltaan yleensä muutamista nanometreistä (metrin miljardisosa) muutamaan mikrometriin (metrin miljoonasosa). Ilmakehän pienhiukkaset vaikuttavat ilmastoon monin tavoin. Ne heijastavat auringon säteilyä takaisin avaruuteen, millä on ilmastoa viilentävä vaikutus. Joidenkin hiukkasten tiedetään imevän säteilyä ja siten lämmittävän ympäröivää ilmakehää. Esimerkkinä tästä ovat metsäpaloissa muodostuvat hiiltä sisältävät hiukkaset.

Pienhiukkaset ovat myös välttämättömiä pilvien muodostumiselle, sillä vesihöyry tarvitsee ytimen mihin tiivistyä. Hiukkasten ja pilvien vuorovaikutuksiin liittyvät suurimmat ilmastonmuutoksen ennustamisen epävarmuudet. Ilmakehän hiukkaspitoisuudet ovat kohonneet ihmisten toiminnan vuoksi. Tällöin myös pilvipisaroita muodostuu enemmän mutta ne jäävät kooltaan pienemmiksi. Pilvet ovat aiempaa tiheämpiä ja heijastavat enemmän auringon säteilyä. Lisäksi pienhiukkasilla on todettu olevan vaikutusta sademääriin.

FM Harri Portinin väitöskirja Observations of aerosols, clouds and their interactions at Puijo measurement station (Pienhiukkasten, pilvien ja niiden vuorovaikutusten havainnointi Puijon mittausasemalla) tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä on tohtori Peter Tunved Tukholman yliopistosta ja kustoksena professori Kari Lehtinen, Itä-Suomen yliopisto. Väitösaika- ja paikka 28.2.2014 klo 12, L22, Snellmania, Kuopion kampus.

Harri Portin on syntynyt vuonna 1982 Lapualla. Hän on kirjoittanut ylioppilaaksi Suonenjoen lukiosta vuonna 2001 ja valmistunut filosofian maisteriksi Kuopion yliopistosta vuonna 2007. Portin on toiminut tutkijana Ilmatieteen laitoksen Kuopion yksikössä vuodesta 2007.

Lisätietoja: Harri Portin, Itä-Suomen ilmatieteellinen tutkimuskeskus, puh. 029 539 5773, harri.portin@fmi.fi