Väitös kehittää ilmakehän pienhiukkasten kemiallisen koostumuksen määrittämismenetelmiä
Väitöstutkimuksessa tuotettiin uutta tietoa vesiliukoisen orgaanisen hiilen pitoisuuksista, kokojakaumista ja lähteistä Pohjois-Euroopassa. Näytteenkeräys- ja analyysimenetelmiä kehitettiin edelleen jatkuvatoimiseksi, jolloin lähes reaaliaikaiset aerosolien kemiallisen koostumuksen mittaukset tulivat mahdolliseksi.
Ilmakehän aerosolit sisältävät pienhiukkasia, joiden koko, pitoisuus sekä kemiallinen koostumus täytyy tuntea, jotta niiden vaikutuksia pilvien muodostumiseen, ilmastoon ja terveyteen voidaan arvioida. Uusien aerosolihiukkasten synty-, kasvu- ja poistumisprosessit ovat nopeita, kestoltaan usein vain muutamista minuuteista tunteihin, minkä takia kemiallisen koostumuksen määrittämiseen tarvitaan jatkuvatoimisia, hyvän aikaresoluution tarjoavia laitteita.
Biomassan poltto vesiliukoisen hiilen päälähde talvisin
Hilkka Timosen väitöstyö keskittyy aerosolihiukkasten vesiliukoisen orgaanisen hiilen pitoisuuden, kokojakaumien sekä lähteiden tarkasteluun Pohjois-Euroopan boreaalisella vyöhykkeellä. Vesiliukoisen orgaanisen hiilen päälähteet olivat biomassan palamisessa syntyneet hiukkaset talvella ja sekundääristen aerosolihiukkasten muodostuminen kesällä. Helsingissä SMEAR III -mittausasemalla tehdyissä mittauksissa pienhiukkasissa (Dp < 1µm) vesiliukoisen orgaanisen hiilen osuus oli keskimäärin 50–60 prosenttia orgaanisesta hiilestä. Vesiliukoisten yhdisteiden määrän havaittiin kasvavan aerosolin iän kasvaessa johtuen todennäköisesti orgaanisten yhdisteiden hapettumisesta ja siten muuntumisesta vesiliukoisemmiksi. Vesiliukoisen hiilen kokojakaumissa valtaosa vesiliukoisesta hiilestä oli akkumulaatiomoodissa, 0,1–1 mikrometrin kokoisissa hiukkasissa. Mitatut vesiliukoisen orgaanisen hiilen kokojakaumat olivat erilaisia eri lähteistä peräisin oleville hiukkasille. Vesiliukoisen orgaanisen hiilen määrässä ja kokojakaumissa havaittiin myös selkeää vuodenaikaisvaihtelua.
Jatkuvatoimiset mittausmenetelmät kehitystyön alla
Toisena päätavoitteena väitöstyössä oli testata ja edelleen kehittää jatkuvatoimisia reaaliaikaisia mittausmenetelmiä aerosolien kemiallisen koostumuksen määrittämiseksi. Aerosolien pääkomponenttien (epäorgaaniset ionit, orgaaninen ja epäorgaaninen hiili) pitoisuuksia mitattiin reaaliaikaisesti vuoden ajan SMEAR III -asemalla Etelä-Suomessa. Väitöstyössä uutta on se, että koostumuksen muutokset tunnetaan tarkasti ajan funktiona, jolloin päästölähteiden selvittäminen on oleellisesti helpompaa kuin aiemmin. Väitöksessä yhdistettiin PILS-keräin ionikromatografiin ja orgaanisen hiilen kokonaispitoisuutta mittaavaan laitteistoon mahdollistettiin ionien ja vesiliukoisen orgaanisen hiilen hiukkaspitoisuuksien samanaikainen määritys hyvällä aikaresoluutiolla. Näin saatiin uutta tietoa vesiliukoisen hiilen ja ionien vuorokausivaihtelusta ja lyhytkestoisista pitoisuuden muutoksista.
Tutkija Hilkka Timonen on syntynyt vuonna 1976 Joensuussa. Hän on opiskellut Joensuun normaalilukiossa ennen filosofian maisterin tutkinnon suorittamista vuonna 1999 Joensuun yliopistossa. Timonen väittelee Helsingin yliopistossa 18. marraskuuta 2011 klo 12 Exactumin auditoriossa CK112, osoitteessa Gustaf Hällströmin katu 2b.
Vastaväittäjänä on professori Prof. Imre Salma from the Eötvös Loránd University. Väitöskirjan englanninkielinen otsikko on ”Chemical characterization of urban background aerosol using online and filter methods”
Lisätiedot:
Tutkija Hilkka Timonen, hilkka.timonen@fmi.fi