Puunpoltto ja liikenne tuottavat suurimman osan mustasta hiilestä Helsingissä
Kuva: Adobe StockPientaloalueella suurin osa mustasta hiilestä oli peräisin paikallisen puunpolton päästöistä talvella. Puunpolton vaikutus mustan hiilen pitoisuuksiin havaittiin erityisesti iltaisin. Toisaalta arviolta puolet mustasta hiilestä oli paikallista taustapitoisuutta tai peräisin kaukokulkeumasta. Tällä osuudella mustasta hiilestä ei ollut selkeää vuorokausivaihtelua.
Vilkasliikenteisen kadun varressa taas suurin osa mustasta hiilestä oli peräisin autojen pakokaasuista. Liikenteen vaikutus mustahiilipitoisuuksiin painottui ruuhka-aikoihin, erityisesti aamuruuhkaan, jolloin päästöjen sekoittuminen on huonompaa kuin iltaruuhkan aikaan. Myös liikenneympäristössä merkittävä osuus mitatusta mustasta hiilestä oli paikallista taustapitoisuutta tai kaukokulkeutunutta.
Mustan hiilen hiukkaskoko vaihtelee päästölähteestä riippuen
Mustan hiilen lähde vaikutti selvästi havaitun mustan hiilen hiukkaskokoon: liikenteestä peräisin olevat mustahiilihiukkaset olivat kooltaan pienempiä kuin puunpoltosta peräisin oleva musta hiili. Myös mustahiilihiukkasten ytimen päällä oleva muista aineista koostuva kerros oli erilaista pientalo- ja liikenneympäristössä, sillä puunpoltosta peräisin olevilla mustahiilihiukkasilla oli peitteenään paljon enemmän orgaanista ainesta kuin liikennehiukkasilla.
Mustan hiilen lähteitä tutkittiin kahdella erilaisella lähdeanalyysimenetelmällä. Toinen menetelmistä oli tilastollinen menetelmä (Positive Matrix Factorization, PMF), jossa lähteiden tunnistaminen perustuu yleensä hiukkasten kemialliseen koostumukseen. Tässä tutkimuksessa PMF-analyysi tehtiin massaspektreille, jotka sisälsivät tietoa sekä hiukkasten orgaanisesta koostumuksesta että mustasta hiilestä. Toinen menetelmä oli etalometrimalli (Aethalometer model), joka jaottelee mustan hiilen joko fossiilisten polttoaineiden palamisesta tai puunpoltosta peräisin olevaan mustaan hiileen perustuen hiukkasten optisiin ominaisuuksiin.
Lähdeanalyysimenetelmiä vertailtaessa havaittiin, että jos mittauspaikalla vain toinen, joko puupoltto tai liikenne, on selvästi vallitseva mustan hiilen lähde, menetelmät antavat vertailukelpoisia tuloksia. Kuitenkin, jos lähteitä oli useita ja erityisesti, jos suuri osa mustasta hiilestä ei ole paikallisista lähteistä, menetelmien tuottamat tulokset erosivat toisistaan. Yleisesti PMF-menetelmä mahdollisti useampien lähteiden havainnoinnin, ja erotti esimerkiksi paikallisen ja alueellisen tai kaukokulkeutuneen mustan hiilen. Etalometrimalli on yksinkertaisempi laskentamalli ja vaatii vähemmän tietoa hiukkasten ominaisuuksista. Etalometrimallin käytössä on kuitenkin tärkeää arvioida oikeat parametrit puun ja fossiilisen polttoaineen polton mustan hiilen aallonpituusriippuvuudelle.
Tämän tutkimuksen mittaukset tehtiin kahdella eri HSY:n mittausasemalla Helsingissä: Pirkkolan pientaloalueella ja supermittausasemalla Mäkelänkadulla. Hiukkasten kemiallista koostumusta, musta hiili mukaan lukien, mitattiin Nokiaerosolimassaspektrometri-laitteella. Hiukkasten sisältämää mustaa hiiltä mitattiin lisäksi optisesti seitsemää aallonpituutta mittaavalla etalometri-laitteella.
Tämä tutkimus tehtiin osana Business Finlandin BC Footprint -projektia, Suomen akatemian lippulaivaohjelmaa (Ilmakehän ja ilmaston osaamiskeskus ACCC) sekä Euroopan aluekehitysrahaston Urban innovative actions -aloitetta (projektinro. UIA03-240).
Lisätietoja:
Erikoistutkija Sanna Saarikoski, Ilmatieteen laitos, p. 050 5906091, sanna.saarikoski@fmi.fi
Saarikoski, S., Niemi, J. V., Aurela, M., Pirjola, L., Kousa, A., Rönkkö, T., and Timonen, H.: Sources of black carbon at residential and traffic environments obtained by two source apportionment methods, Atmos. Chem. Phys., 21, 14851–14869, https://doi.org/10.5194/acp-21-14851-2021, 2021.