Metsäpalot tuottavat ilmakehään valtavan määrän pienhiukkasia

Helsingin yliopiston, Ilmatieteen laitoksen ja usean muun tutkimuslaitoksen hankkeessa on mitattu tarkkoja metsäpalosta tulevia päästöjä koekulotuksen avulla.

Itäisellä Pirkanmaalla, Hyytiälässä, sijaitsevan SMEAR II -tutkimusaseman läheisyydessä kulotettiin kesäkuussa 2009 noin 0,8 hehtaarin kokoinen hakkuuaukko. Kokeessa tutkittiin savukaasujen ja pienhiukkasten koostumusta ja pitoisuuksia, palon meteorologiaa sekä sen vaikutuksia maaperän ominaisuuksiin.

Savupilvestä tehtiin mittauksia useammalla tavalla

Kokeessa palaneen biomassan määrä oli noin 47 tonnia. Liekillinen palaminen kesti noin 2 tuntia 15 min ja kytevä palaminen noin 3 tuntia. Savua mitattiin sekä maan päälle kiinteästi sijoitetuilla analysaattoreilla että liikkuvilla alustoilla: lentokoneessa, metsässä kävelleiden opiskelijoiden kantamilla hiukkaslaskureilla ja erityisvarustellulla pakettiautolla, jolla kierreltiin alueen ympärillä olevia metsäautoteitä.

Pienhiukkasten määrä suuri keskellä paloaluetta

Keskellä paloaluetta olevassa mastossa, noin 10 metrin korkeudella maasta pystyvirtauksen huippunopeudet olivat noin 9 m/s ja hiilidioksidipitoisuudet olivat noin viisi kertaa korkeammat kuin 400 ppm:n (miljoonasosan) taustapitoisuus. Lentokoneella savupatsaan läpi tehdyissä mittauksissa havaittiin, että pienhiukkasten lukumääräpitoisuus oli noin 2–4 miljoonaa hiukkasta kuutiosenttimetrissä 100–200 metrin etäisyydellä palosta, kun normaalisti pienhiukkasten määrä on joitakin satoja tai tuhansia hiukkasia kuutiosenttimetrissä. "Maan päällä pienhiukkasten määrä on pienempi, koska kuuma ilma nostaa suurimmat pitoisuudet ylöspäin", Ilmatieteen laitoksen erikoistutkija Aki Virkkula toteaa.

Pääosa pienhiukkasista oli niin vaaleita, että ne jäähdyttävät ilmakehää. Mittausten perusteella voitiin arvioida ilmaan päässeiden hiukkasten määrä ja se, että hiilidioksidia pääsi noin 1,6 kiloa jokaista palanutta biomassakiloa kohden. "Tämä tarkoittaa sitä, että esimerkiksi Ruotsin laajassa metsäpalossa ilmaan päässeiden hiukkasten ja hiilidioksidin määrä voidaan arvioida, kun tiedetään palaneen biomassan määrä", Virkkula sanoo.

Hiukkasten kokojakauma oli laaja, kymmenistä nanometreista mikrometreihin, mutta maksimipitoisuudet vaihtelivat noin 80 – 120 nanometrin kokoalueella. Ihmisen hiukset ovat noin 100 mikrometrin paksuisia eli savuhiukkaset ovat noin tuhannesosa siitä.

Palokaasuissa havaittiin myös laaja joukko erilaisia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä eli VOC-yhdisteitä. Ne osallistuvat savusumun muodostumiseen ja osa niistä on vaarallisia ihmisille.

Vuoden kuluttua kulotuksesta maaperän hiilivetypäästöt olivat lähes samalla tasolla kuin ennen koetta. Avohakkuu ja kulotus lisäsivät maaperän pitkäaikaisia hiilidioksidipäästöjä ja muuttivat sen fysikaalisia, kemiallisia ja biologisia ominaisuuksia.

Kokeen suunnitteluun ja toteutukseen osallistui tutkijoita Helsingin yliopiston fysiikan laitokselta, Ilmatieteen laitokselta, Helsingin yliopiston maatalous-metsätieteellinen tiedekunnan Hyytiälän asemalta ja metsäekologian laitokselta, Metsäntutkimuslaitokselta, Metropolia-ammattikorkeakoulusta, San Josén valtionyliopistolta Kaliforniasta ja Manchesterin yliopistosta Englannista. Hanketta rahoitti mm. Suomen Akatemia ja TEKES.

Lisätietoja:

Erikoistutkija Aki Virkkula. puh.  029 539  2053, aki.virkkula@fmi.fi