Merituulen tuoksahdus CERN:issä – CLOUD kokeessa tutkitaan ilmakehän pienhiukkasten muodostumista

CERN:issä tutkitaan muitakin hiukkasia kuin alkeishiukkasia. Aerosolihiukkasiksi kutsutaan ilmassa leijuvia kiinteitä tai nestemäisiä pienhiukkasia, joiden koko vaihtelee molekyylitasolta eli noin nanometrin kokoluokasta kymmeniin mikrometreihin. Aerosolihiukkaset vaikuttavat ilmastoon sirottamalla ja absorboimalla auringonsäteilyä, sekä osallistumalla pilvien muodostumiseen. Suurina pitoisuuksina aerosolihiukkaset huonontavat ilmanlaatua ja lisäävät kuolleisuutta keuhko- ja verisuonisairauksiin.

Tutkimme aerosolihiukkasten syntyä CERN:issä sijaitsevan CLOUD kammion avulla. CLOUD (Cosmics Leaving Outdoors Droplets) projektin tavoitteena on ymmärtää paremmin niitä fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja, joiden seurauksena aerosolihiukkasia muodostuu ilmakehässä. Eräs hiukkasmuodostukseen vaikuttavista tekijöistä on kosminen säteily, joka synnyttää ilmakehässä ioneja. CERN:in protonisynkrotronin avulla voimme säädellä tutkimuskammiossa muodostuvien ionien määrää ja siten simuloida olosuhteita ilmakehän eri korkeuksilla.

Kuva 1. CLOUD kammio CERN:issä mittauslaitteistojen ympäröimänä.

Tutkimuskammioon syötettävä ilma sekoitetaan hapesta ja typestä, jonka jälkeen seokseen lisätään tarvittava määrä hivenkaasuja, kuten otsonia ja vesihöyryä. Kammion ja kokeissa tarvittavan kaasuseoksen on oltava äärimmäisen puhtaita. Aiemmissa kokeissa osoitimme, että erittäin pienet pitoisuudet (jopa pptv) tiettyjä emäksiä, kuten ammoniakkia ja amiineja, voivat ratkaisevasti vaikuttaa hiukkasmuodostukseen.

Viime aikoina olemme tehneet kokeita, joiden tarkoitus on selvittää muodostuuko hiukkasia merestä peräisin olevista kaasumaisista yhdisteistä. Biologinen toiminta merissä tuottaa jodia ja rikkiä sisältäviä yhdisteitä, esimerkiksi dimetyylisulfidia, joka aiheuttaa merivedelle ominaisen hajun. Näiden yhdisteiden tietyt hapetustuotteet voivat muodostaa aerosolihiukkasia, mutta mekanismi on mittausdatan puuteen vuoksi vielä huonosti tunnettu, vaikka meret peittävät suurimman osan maapallosta! Ensimmäisiä tuloksia meriin liittyvästä mittaussarjasta odotetaan julkaistavaksi pian.

Toinen uusi aluevaltaus CLOUD projektille on jäänukleaatiotutkimus. Kylmässä ilmassa jääkiteitä voi alkaa muodostua suoraan aerosolihiukkasten pinnalle, mikä on pilvien syntymisen ja siten ilmaston kannata oleellinen prosessi. Hiukkasten koostumus vaikuttaa niiden kykyyn toimia jäänukleaatioytiminä. Mittaussarjan avulla pyrimme vastaamaan kysymykseen siitä mitkä ilmakehässä muodostuneista hiukkasista voisivat toimia jäänukleaatioytiminä.

Kuva 2. CLOUD projektin väitöskirjatutkijat pääsivät osallistumaan järjestämäämme talvikouluun Hyytiälässä viime keväänä juuri ennen pandemiarajoitusten alkua.

Katrianne Lehtipalo
Apulaisprofessori
INAR Helsingin Yliopisto ja Ilmatieteen laito
s

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *