Tutkimus

Männyn tuoksun ja otsonin yhdistelmä havumetsien hiukkaspäästöjen superlähteenä

Julkaistu 11.2.2021

Tampereen yliopisto

Pine trees. Photo: Pixabay

Tutkijat ovat onnistuneet selvittämään, miksi ja miten havumetsät tuottavat niin paljon pienhiukkasia ilmakehään. Aerosolihiukkasia syntyy erityisen runsaasti, kun männylle sen ominaistuoksun aiheuttava molekyyli reagoi ilmakehän otsonin kanssa.

Ilmakehän aerosolihiukkaset vaikuttavat maapallon ilmastoon muodostamalla pilviä, mutta samanaikaisesti ne myös saastuttavat ilmaa ja lisäävät siten kuolleisuutta.

Ilmakehään muodostuu aerosolihiukkasia monista lähteistä. Puiden ja muiden kasvien tuottamien hiilivetymolekyylien hapetus ilmakehässä tuottaa merkittävästi aerosolihiukkasia. Yksi tärkeimmistä hiukkasia muodostavista hiilivedyistä on a-pineeni, eli männyn tunnusomaisen tuoksun aiheuttava molekyyli.

– Erityisen tehokkaasti hiukkasiksi tiivistyviä höyryjä syntyy, kun a-pineeni reagoi otsonin, eli sähkön tunnusomaisen hajun aiheuttavan molekyylin, kanssa, kertoo lehtori Theo Kurtén Helsingin yliopiston kemian osastolta.

Tämän hiukkasmuodostuksen kemiallisia yksityiskohtia on tutkittu vuosikymmeniä, mutta vasta äskettäin Tampereen, Helsingin ja Washingtonin yliopistojen (USA) tutkijat ovat onnistuneet ratkaisemaan ongelman yhdistämällä kvanttimekaniikkaan perustuvaa mallinnusta tarkkoihin massaspektrometrisiin mittauksiin.

– Tutkimus osoittaa, että keskeinen selitys tehokkaalle hiukkasmuodostukselle on otsonin ja a-pineenin reaktiossa vapautuva ylimääräinen energia. Tämä energia, jonka vaikutusta ei aiemmissa tutkimuksissa ole kunnolla huomioitu, kykenee rikkomaan tietyt a-pineenimolekyylin sisäiset kemialliset sidokset, jotka muuten hidastaisivat tiivistymiskykyisten höyryjen syntyä. Tutkimuksessa löydetty uusi reaktiopolku johtaa sen sijaan näiden höyryjen syntyyn alle sekunnissa, sanoo tutkija Siddharth Iyer Tampereen yliopiston aerosolifysiikan laboratioriosta.

Ilmakehän aerosolien tutkimukselle uusi havainto on arvokas senkin takia, että sen ansiosta voidaan kytkeä yhteen aerosolifysiikka ja ilmakehän hapetuskemia.

Tutkimus tarjoaa myös työkaluja, joilla ylimääräisen reaktioenergian vaikutusta voidaan tutkia myös esimerkiksi muiden hiilivetyjen ilmakehähapetuksessa.

Tutkimusartikkeli Molecular mechanism for rapid autoxidation in α-pinene ozonolysis on julkaistu Nature Communications -tiedejulkaisussa. Sen ovat kirjoittaneet Siddharth Iyer, Matti Rissanen, Rashid Valiev, Shawon Barua, Jordan Krechmer, Joel Thornton, Mikael Ehn ja Theo Kurtén.