Metsät osallistuvat pilvenmuodostukseen

Kimmo Salvén - 16.5.2014 - 15:03:58

Juuri julkaistu tutkimus osoitti, miten metsien tuottamat eloperäiset yhdisteet osallistuvat ilmakehän hiukkasmuodostukseen ja siten myös pilvien syntyyn.

Pilvillä tiedetään olevan maapalloa viilentävä vaikutus, mutta vaikutuksen suuruutta ei tarkkaan tunneta. Lisäksi on epäselvää, miten pilvien vaikutus ilmastoon muuttuu, jos lämpenevä suuntaus jatkuu. Pilvet mainittiin nykyisten ilmastomallien suurimmaksi epävarmuustekijäksi myös ilmastopaneeli IPCC:n uusimmassa raportissa. Uutta tietoa pilvien ja ilmaston yhteydestä on saatu osana CERNin CLOUD-projektia tehdyssä tutkimuksessa, joka valaisi pilvenmuodostuksen ensivaiheita. Suomesta Ilmatieteen laitos, Itä-Suomen yliopisto ja Helsingin yliopisto osallistuivat tutkimukseen, jonka tulokset julkaistiin 16. toukokuuta arvostetussa Science -lehdessä. Itä-Suomen yliopiston tutkijat osallistuivat kokeisiin mittaamalla orgaanisten aineiden ja rikkihapon suhteellisen osuuden muutosta hiukkasten kasvaessa.

Ilmakehään tulee hiukkasia luonnonlähteistä ja ihmisen toiminnan seurauksena, mutta useimmat hiukkaset muodostuvat vasta ilmakehässä kaasuista. Rikkihapon on jo pitkään tiedetty olevan keskeisessä roolissa tässä prosessissa. Sen pitoisuuden on havaittu olevan yhteydessä uusien hiukkasten muodostumiseen eli nukleaatioon. Rikkihappo näyttää kuitenkin olevan vain yksi osa kokonaisuutta eikä sen pitoisuus yksin selitä nukleaatiota.

Rikkihapon keskeinen rooli nukleaatiossa johtuu siitä, ettei se kaasuunnu kovin helposti. Kaasumolekyyleistä voi kuitenkin muodostua hiukkasia vain, jos ne ensin kertyvät molekyyliryhmiksi eli klustereiksi, jotka ovat riittävän suuria pysyäkseen koossa. Tutkijoiden mukaan rikkihappomolekyyleistäkin koostuvan klusterin koossa pitämiseen tarvitaan jokin ”liimana” toimiva yhdiste.

Nyt julkaistussa tutkimuksessa löydettiin tällainen yhdiste. Tutkijat havaitsivat rikkihappomolekyylien muodostamien klusterien säilyvän haihtumattomina sekä kasvavan ja synnyttävän hiukkasia, kun niihin liittyy tiettyjä korkeasti hapettuneita eloperäisiä yhdisteitä, joita ilmakehässä on yleensä hyvin pieniä pitoisuuksia. Tällaisia yhdisteitä syntyy alfapineenistä, molekyylistä, joka aikaansaa mäntymetsän ominaisen tuoksun. Puut vapauttavat alfapineeniä pääasiassa lämpimänä vuodenaikana, ja ilmakehässä se hapettuu nopeasti.

Kun rikkihappo ja alfapineenin hapettumistuote yhdistettiin ja niiden annettiin edelleen hapettua, nukleaatio nopeutui dramaattisesti. Tutkijat osoittivat nukleaation nopeutumisen sekä massaspektrometriamittauksin että kvanttikemiallisin laskelmin, jotka osoittivat, että erityyppisten molekyylien muodostama klusteri ei haihdu niin helposti kuin pelkkää rikkihappoa sisältävä klusteri.