TIEDEMEDIA

Victoria Median Tiedeuutiset

Pienhiukkasten määrä ilmakehän höyrysekoituksista voikin olla odotettua pienempi

aerial-view-of-the-sky

Tiedeyhteisö on nyt askeleen lähempänä ymmärtää pienhiukkasten syntyprosessia ilmakehässä löydettyään uuden yhteyden luonnollisten päästöjen ja keinotekoisten saasteiden väliltä.

Pienhiukkaset ovat ilmansaasteita, jotka liian suurina pitoisuuksina vaikuttavat negatiivisesti sekä ihmisten terveyteen, että maapallon ilmastoon. Tutkijoiden mukaan uusi läpimurto auttaa kehittämään voimakkaampaa ja entistä tarkempaa ilmastoon liittyvää lainsäädäntöä, sekä parantamaan ilmanlaatua.

Manchesterin yliopiston ja Jülichin tutkimuskeskuksen johtama kansainvälinen tutkijaryhmä selvitti sekundääristen orgaanisten aerosolien (SOA) vaikutusta ilman laatuun. Ilmastotutkijat ottivat uuden lähestymistavan ongelmaan: ensimmäistä kertaa huomioitiin systemaattisesti ilmakehän koostuminen sekä luonnollisista (biogeenisistä), että ihmisperäisistä (antropogeenisistä) yhdisteistä ja höyryistä vaihtelevissa sekoitussuhteissa. Tuloksista selviää, miksi todellinen syntynyt hiukkasten määrä ilmakehän höyrysekoituksissa voi olla huomattavasti pienempi kuin mitä aiemmista laboratoriotutkimuksista voisi päätellä.

SOA koostuu äärimmäisen pienistä hiukkasista, jotka syntyvät luonnollisten ja ihmisperäisten päästöjen reagoidessa ilmakehässä. Auringonvalo ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet esimerkiksi puista, kasveista, autoista, tai teollisuudesta muodostavat yhdessä monimutkaisen syntyprosessin ilmakehässä. Näillä pienillä hiukkasilla on suuri vaikutus ihmisten terveyteen ja mielenterveyteen, ja niiden on osoitettu aiheuttavan maailmanlaajuisesti 5.5 miljoonaa kuolemaa, vuosittain. Kyseessä olevat hiukkaset ja niiden vaikutus ilmastoon on myös yksi suurimpia epävarmuuksia ihmisperäisen ilmastonmuutoksen vaikutuksien arvioimisessa.

Hiukkasmassaa syntyi vähemmän, kun höyryn annettiin reagoida kasviperäisten ja ihmisperäisten höyryjen seoksessa

Kansainvälinen ryhmä, jossa oli mukana tutkijoita myös Itä-Suomen ja Helsingin yliopistoista, tutki laboratorio-olosuhteissa pienten SOA-hiukkasten syntyä erilaisista ilmakehän höyryistä, keskittyen sekä puhtaasti kasviperäisiin höyryihin että kasviperäisten ja ihmisperäisten höyryjen sekoituksiin. Kaikissa tapauksissa lopputulos oli, että hiukkasmassaa syntyi vähemmän samasta määrästä reagoineita höyryjä, kun höyryn annettiin reagoida seoksessa, verrattuna tilanteeseen, jossa höyryn annettiin reagoida itsekseen.

—Jo pitkään on ollut selvää, että jos tavoitteena on selvittää syntyvien epäpuhtauksien, kuten otsonin pitoisuus, meidän täytyy ottaa huomioon kaikki ilmakehässä läsnä olevat höyryt. Löydöksemme osoittaa, että saavuttaaksemme parempia arvioita hiukkasten määrästä, meidän täytyy myös tietää mitä ihmisperäisiä ja luonnollisia yhdisteitä ilmakehässä on, sanoo professori Gorgon McFiggans Manchesterin yliopiston ympäristötieteen laitokselta.

—Huolellisella koesuunnittelulla onnistuimme selvittämään kaksi eri syytä miksi hiukkasten massanmuodostus vähenee seoksissa. Huomasimme, että ensinnäkin pieninä pitoisuuksina läsnä olevat yhdisteet kilpailevat voimakkaasti saatavilla olevista hapettimista. Tämän lisäksi niiden hapettumisessa syntyvät reaktiotuotteet estävät itsessään tehokkaasti hiukkasmuodostusta. Yhdistämällä tämän kokeellisen havainnon globaaliin ilmanlaatumalliin, olemme osoittaneet edellä mainittujen prosessien voivan vaikuttaa ilman pienhiukkasten massaan huomattavasti myös ilmakehän todellisia pitoisuuksia vastaavissa olossa, ei pelkästään laboratorio-olosuhteissa, lisää professori Thomas Mentel Jülichin tutkimuskeskuksesta.

Havaintoihin perustuva määritys pienhiukkasia muodostavien höyryjen välisistä vuorovaikutuksista tarjoaa ensimmäisen silmäyksen ilman epäpuhtauksien vuorovaikutuksiin ilmakehässä löydetyissä monimutkaisissa sekoitussuhteissa. 

—Työmme tarjoaa työkaluja ymmärtämään, miten ilman pienhiukkaset tulevat vaikuttamaan ilmanlaatuun ja ilmastoon tulevaisuudessa. Sisällyttämällä saadut tutkimustulokset yhdessä tulevien tutkimustulosten kanssa numeerisiin malleihin, pystymme tarjoamaan päättäjille todellisuuteen pohjautuvia neuvoja, toteaa McFiggans.

—On todennäköistä, että tulevaisuudessa sekä reagoivien höyryjen pitoisuus, että hapettimien määrä ilmakehässä tulevat ilmastonmuutoksen vuoksi muuttumaan. Ilmakehän höyrypitoisuuksien vaikutukset syntyviin pienhiukkasiin on ymmärrettävä, jotta voidaan tuottaa luotettavia ennusteita ilman hiukkaspitoisuuksien tulevasta kehityksestä, kertoo Itä-Suomen yliopiston tutkijatohtori Iida Pullinen.

Nyt julkaistu tutkimus on ensimmäinen, joka selvittää monimutkaisten höyrysekoitusten vaikutusta ilmakehän hiukkasten massapitoisuuksiin. Tutkimuksen tulokset on julkaistu arvostetussa vertaisarvioidussa Nature -tiedejulkaisussa.

Alkuperäinen julkaisu:

Gordon McFiggans, Thomas F. Mentel, Jürgen Wildt, Iida Pullinen, Sungah Kang, Einhard Kleist, Sebastian Schmitt, Monika Springer, Ralf Tillmann, Cheng Wu, Defeng Zhao, Mattias Hallquist, Cameron Faxon, Michael Le Breton, Asa M. Hallquist, David Simpson, Robert Bergström, Michael E. Jenkin, Mikael Ehn, Joel A. Thornton, M. Rami Alfarra, Thomas J. Bannan, Carl J. Percival, Michael Priestley, David Topping, and Astrid Kiendler-Scharr: Secondary organic aerosol reduced by mixture of atmospheric vapours.

https://doi.org/10.1038/s41586-018-0871-y

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0871-y