Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden ja orgaanisen aerosolin suurimmat lähteet liikenneympäristössä ovat tieliikenne, biogeeniset lähteet ja kaukokulkeuma

Ihmisen toiminnasta tulevien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC-yhdisteiden) pitoisuuksien todettiin olevan suuremmat kuin luonnosta tulevien VOC-yhdisteiden. Näistä niin kutsutuista antropogeenisistä VOC-yhdisteistä (aVOC:t) suurimmat pitoisuudet mitattiin tolueenille (keskiarvopitoisuus 1.6 μg m⁻³) ja p/m xyleenille (keskiarvopitoisuus 1.1 μg m⁻³). AVOC-pitoisuudet olivat korkeimmillaan ruuhka-aikaan, erityisesti aamuruuhkan aikaan. Tämän epäiltiin johtuvan liikennemäärien lisäksi heikommasta sekoittumisesta aamuruuhkan aikaan. Bentseenin keskimääräinen pitoisuus mittausten aikana oli 0.34 μg m⁻³, joka on paljon alhaisempi kuin EU:n vuosikeskiarvoraja bentseenipitoisuudelle (5 μg m⁻³).

Luontoperäisistä VOC-yhdisteistä (biogeeniset VOC:t, bVOC:t) suurimmat pitoisuudet mitattiin monoterpeeneille, joista suurin pitoisuus määritettiin α-pineenille (keskiarvopitoisuus 0.2 μg m⁻³). Terpeenien pitoisuudet olivat suurimmillaan aamuyöstä. BVOC-yhdisteitä emittoituu kuitenkin eniten iltapäivällä, mutta koska nämä yhdisteet reagoivat hyvin herkästi ilmakehässä, niiden pitoisuus riippuu päästön voimakkuuden lisäksi myös ilmakehän reaktioista ja sekoittumisesta.

iukkasmaisesta orgaanisesta aerosolista suurin osa (40 %) oli puolihaihtuvaa, hapettunutta orgaanista materiaalia. Se oli peräisin ainakin osittain biogeenisten VOC-yhdisteiden synnyttämästä sekundäärisestä orgaanisesta aerosolista. Noin neljäsosa orgaanisesta aerosolista oli liikenneperäistä ja 30 % oli peräisin kaukokulkeumasta tai oli alueellista taustapitoisuutta. Pieni osa (7 %) orgaanisesta aerosolista oli peräisin läheisestä kahvipaahtimosta. Kahvipaahtimosta peräisin oleva orgaaninen aerosoli havaittiin mittauksissa satunnaisesti, mutta silloin kuin tuulensuunta oli kahvinpaahtimon suunnalta, kahvipaahtimo aiheutti jopa 80 % mitatusta orgaanisesta aerosolista.

Kaasu- ja hiukkasmaisten yhdisteiden mittaaminen samanaikaisesti parantaa päästölähteiden selvittämistä

Tutkimuksessa havaittiin, että tutkitut VOC-yhdisteet ja orgaaninen aerosoli olivat osittain peräisin erilaisista lähteistä liikenneympäristössä. Liikenteen päästöt pystyttiin erottamaan sekä VOC- että orgaanisen aerosolin mittauksissa, kun taas biogeeniset päästöt havaittiin selvemmin VOCpitoisuuksissa, sillä tietyt VOC-yhdisteet ovat peräisin ainoastaan biogeenisistä lähteistä. Toisaalta kahvipaahtimon päästöt näkyivät ainoastaan hiukkasmaisessa orgaanisessa materiaalissa. Kahvipaahtimon hiukkaspäästöille havaittiin hyvin tunnusomainen massaspektri, jonka avulla paahtimon päästöt voitiin erottaa muusta hiukkasmateriaalista. Kaukokulkeuma vaikutti orgaanisen aerosolin pitoisuuteen ja hapetusasteeseen selvästi, kun taas kaukokulkeuman vaikutus moniin VOC-yhdisteisiin oli pieni, sillä VOC-yhdisteet hapettuivat kulkeutumisen aikana. Tämä tutkimus paljastikin, että pelkästään VOC-yhdisteiden tai -hiukkasten mittauksilla kaikkia kaupunkialueiden päästölähteitä on vaikea selvittää ja näin ollen onkin tärkeää mitata sekä kaasumaiset että hiukkasmaiset yhdisteet.

Tämän tutkimuksen mittaukset tehtiin HSY:n supermittausasemalla Mäkelänkadulla, Helsingissä elo-syyskuussa 2019. VOC-yhdisteiden pitoisuuksia mitattiin online kaasukromatografi-massaspektrometrillä (GC-MS:llä) ja hiukkasten kemiallista koostumusta sekä kokoa mitattiin nokiaerosolimassaspektrometrillä (soot particle aerosol mass spectrometer, SP-AMS). Tämä oli ensimmäinen kerta, kun Helsingissä mitattiin näin monia VOC-yhdisteitä suoraan ulkoilmasta ilman erillistä keräystä esimerkiksi adsorbenttiputkeen tai kanisteriin. Mittauksissa käytetty yhden tunnin aikaresoluutio mahdollisti nopeiden pitoisuusmuutosten seurannan sekä VOC-tulosten vertailun SP-AMS-mittauksiin. Orgaanisen aerosolin ominaisuuksia ja lähteitä tutkittiin tilastollisella menetelmällä (positive matrix factorization).

Tämä tutkimus tehtiin osana EU Horizon 2020-ohjelman ”Transport derived Ultrafines and the Brain Effects (TUBE)” -projektia, Business Finlandin BC Footprint -projektia, Suomen akatemian lippulaivaohjelmaa (Ilmakehän ja ilmaston osaamiskeskus ACCC), Suomen akatemian projekteja 316151, 307797 ja 323255 sekä Euroopan aluekehitysrahaston Urban innovative actions -aloitetta (projektinro. UIA03-240).

Lisätietoja:

Erikoistutkija Sanna Saarikoski, Ilmatieteen laitos, Sanna.Saarikoski@fmi.fi

Ryhmäpäällikkö Heidi Hellén, Ilmatieteen laitos, Heidi.Hellen@fmi.fi

Saarikoski, S., Hellén, H., Praplan, A. P., Schallhart, S., Clusius, P., Niemi, J. V., Kousa, A., Tykkä, T., Kouznetsov, R., Aurela, M., Salo, L., Rönkkö, T., Barreira, L. M. F., Pirjola, L., and Timonen, H.: Characterization of volatile organic compounds and submicron organic aerosol in a traffic environment, Atmos. Chem. Phys., 23, 2963–2982, https://doi.org/10.5194/acp-23-2963-2023, 2023.

Tieteellinen artikkeli luettavissa täällä.