Havupuumetsien aerosolit eivät enää viilennä ilmastoa kuten ennen
Kasvihuonekaasupäästöt lämmittävät ilmastoa, kun taas pienet ilman mukana liikkuvat hiukkaset eli aerosolit jäähdyttävät sitä. Näin ainakin aiemmin luultiin. Uusi tutkimus osoittaa, että kaikkein pienimmät aerosolit yleistyvät normaalikokoisten ja suurempien aerosolien kustannuksella ja ainoastaan viimeksi mainituilla on jäähdyttävä vaikutus. Tutkimus voi auttaa vähentämään epävarmuutta, joka liittyy aerosolihiukkasten vaikutuksiin pilviin ja ilmastoon.
Ilma on täynnä siinä liikkuvia hiukkasia - aerosoleja. Osa niistä syntyy luonnostaan ja osan aiheuttavat ihmisen käyttämät polttoaineet. Jotkut ovat terveydelle vaarallisia kun taas toiset heijastavat auringonsäteitä.
Yksi merkittävistä luonnossa esiintyvistä aerosolilähteistä on havumetsissä syntyvät tuoksuvat terpeenit. Esimerkiksi pohjoinen havumetsäalue ”taiga”, joka ulottuu nauhana ympäri maailmaa, on 14 prosenttia maailman kasvillisuudesta ja maailman suurin yhtenäinen maaekosysteemi.
Terpeenit reagoivat kemiallisesti ilmakehän otsonin kanssa ja muuttuvat voimakkaasti hapettuneiksi orgaanisiksi molekyyleiksi, jotka tarttuvat ilmassa valmiiksi oleviin aerosolipartikkeleihin. Tämä johtaa uusiin pilvipisaroihin, koska jokainen pilvipisara muodostuu höyryn tiivistyessä riittävän suuren aerosolihiukkasen pinnalle. Pilvipisaroiden suurempi määrä johtaa tiheämpiin pilviin ja vähentyneeseen auringonsäteilyyn.
Uusi malli paljastaa prosessin, jolla hiukkaset syntyvät
Uusi Nature Communications -tiedelehdessä julkaistu tutkimus kuitenkin osoittaa, että “havupuumetsäefekti” on teollistumisen myötä pienentynyt.
Maatalouden ammoniakkipäästöt ja fossiilisten polttoaineiden rikkidioksidipäästöt muuttavat pelisääntöjä, jolloin terpeenien ja muiden orgaanisten molekyylien hapetustuotteet jakaantuvat moniin useampiin, mutta pienempiin, aerosolihiukkasiin. Koska hyvin pienten aerosolien halkaisija on pienempi kuin valon aallonpituus, hiukkaset eivät pysty heijastamaan valoa.
Vaikka rikkidioksidi ja ammoniakki ovat kaasuja, ne tuottavat uusia hiukkasia ilmakehän kemiallisten reaktioiden kautta.
– Paradoksaalisesti suurempi määrä aerosolihiukkasia voi johtaa metsistä vapautuvien orgaanisten molekyylien jäähdytysvaikutuksen vähentymiseen tai jopa katoamiseen, sanoo Pontus Roldin, ydinfyysikko Lundin yliopistosta ja artikkelin ensimmäinen kirjoittaja.
Kansainvälisen tutkimusryhmä kehitti mallin, joka paljastaa ensimmäistä kertaa prosessin näiden hiukkasten muodostumisen takana.
– Pitkälle hapettuneilla orgaanisilla molekyyleillä on oletettu olevan merkittävä jäähdytysvaikutus ilmastoon. Asia ei kuitenkaan ole niin yksinkertainen, vaan vaikutuksen laajuus riippuu myös rikkidioksidin ja ammoniakin päästömääristä tulevaisuudessa. Ihmisen toiminnan ja näiden kaasujen johdosta vaikutus voi olla päinvastainen kuin ensin näyttäisi, tutkimuksessa mukana oleva tenure track -professori Matti Rissanen Tampereen yliopistosta kertoo.
Rikkidioksidipäästöt ovat jo vähentyneet huomattavasti Euroopassa ja Yhdysvalloissa 1980-luvulta lähtien, ja oikean suuntaisia askeleita on nyt havaittu myös Kiinassa.
– Rikkidioksidin vähentämiseksi tarvitaan suhteellisen yksinkertaisia teknisiä ratkaisuja, esimerkiksi laivojen ja hiilivoimaloiden tuottamien pakokaasujen puhdistamista. On paljon haastavampaa vähentää ammoniakkia, koska sitä vapautuu suoraan eläimistä ja maaperän lannoituksesta, Pontus Roldin sanoo.
Lihantuotannon on arvioitu kasvavan tulevaisuudessa huomattavasti, kun köyhät maat lähinnä Aasiassa vaurastuvat. Vielä ei tiedetä, mitä seurauksia muutoksilla on, mutta arviointien tekeminen edellyttää nyt kehitetyn kaltaisten yksityiskohtaisten mallien käyttöä.
Ei viikoissa vaan sekunnin murto-osissa
Seuraavien vuosien aikana Tampereen yliopiston tutkijat selvittävät tarkemmin, miten eri päästölähteet vuorovaikuttavat molekyylitasolla. Pienimpien hiukkasten muodostumiseen tarvitaan vahvoja vuorovaikutuksia, joita on vasta hiljattain pystytty tutkimaan teoreettisin ja kokeellisin keinoin.
– Luonnolliset, kasvuston muodostamat haihtuvat yhdisteet sekoittuvat ihmiskunnan saastepäästöjen kanssa ja johtavat hiukkasten kasvuun, jota tässä tutkimuksessakin valotettiin. Molekyylimittakaavan vuorovaikutukset ovat vielä huonosti tunnettuja, Matti Rissanen kertoo.
Näihin vuorovaikutuksiin pureudutaan yksityiskohtaisten laboratoriomittausten ja teoreettisten mallien avulla Tampereen yliopistossa ja yhteistyöyliopistoissa.
– Olemme hiljattain havainneet, miten pitkälle hapettuneet yhdisteet ovat äärimmäisen tärkeitä ilmakehän hiukkasten synnylle ja kasvulle, etenkin kriittisissä pienimmissä kokoluokissa. Nämä lähes haihtumattomat ja paljon happea sisältävät yhdisteet muodostuvat erittäin nopeasti, jopa sekunnin murto-osissa. Aiemmin ajateltiin, että tällaisten molekyylien muodostuminen kestää ilmakehässä päiviä tai jopa viikkoja. Osana nyt julkaistua tutkimusta kehitettiin ensimmäistä kertaa laaja reaktiomekanismi kuvaamaan näiden tärkeiden molekyylien nopeaa syntyä eloperäisistä, kasvien muodostamista terpeeneistä. Mekanismia käytettiin ymmärtämään pienhiukkasten syntyä ja kasvua boreaalisessa metsässä. Uusi mekanismi ja ilmakehähavainnot tukevat toisiaan, Matti Rissanen kertoo.
Tutustu julkaisuun: The role of highly oxygenated organic molecules in the Boreal aerosol-cloud-climate system
Lisätiedot: Tenure track -professori Matti Rissanen, Tampereen yliopisto, puh. 045 8730170, matti.rissanen [at] tuni.fi
