UEF: Savanni- ja ruohikkopalojen pienhiukkaset viilentävät ilmastoa

FT Petri Tiitta Itä-Suomen yliopiston ympäristötieteen laitokselta oli mukana hankkeessa, jossa tehtiin merkittävää ilmakehän tutkimusta Etelä-Afrikassa. Tiitan erikoisalaa on aerosolihiukkasten reaaliaikainen kemiallisen koostumuksen mittaus, ja tehty tutkimus on kautta aikojen ensimmäinen pitkä yhtäjaksoinen ilmakehän aerosolien kemiallisen koostumuksen mittaus Afrikassa. Tutkimus tehtiin hyödyntäen uutta ilmakehän mittausasemaa Etelä-Afrikassa, joka on rakennettu ja ylläpidetään Helsingin yliopiston ilmakehätieteiden osaston, Ilmatieteen laitoksen ja paikallisen North-West University (NWU Potchefstroom) kanssa yhteistyössä. Päätulokset on julkaistu neljässä korkeatasoissa kansainvälisessä tieteellisessä julkaisussa.

Ensimmäisessä tutkimuksessa ilmakehän pienhiukkasten havaittiin koostuvan suurelta osalta orgaanisista yhdisteistä. Sadekaudella, eli marras-helmikuussa happamat sulfaattihiukkaset kuitenkin dominoivat pienhiukkasten koostumusta varsinkin kun ilmamassa saapui Johannesburg-Pretoria metropolialueelta tai sitä ympäröivältä teollistuneelta alueelta. Kuivan kauden aikana touko-syyskuussa puolestaan biomassan poltto, muun muassa savannipalot, tuotti runsaasti orgaanista hiukkasmassaa, ja hetkellisesti pienhiukkaspitoisuus ylsi liian korkealle tasolle. Terveysvaikutusten kannalta keskimääräinen hiukkaspitoisuus ei kuitenkaan ollut hälyttävällä tasolla, koska puhdasta ilmaa saapui säännöllisesti Atlantin valtamereltä ja Kalaharin autiomaasta.

Työtä jatkettiin selvittämällä savanni- ja ruohikkopaloista eli biomassan palamisesta peräisin olevien pienhiukkasten ominaisuuksia. Yhdistämällä satelliittihavaintoja trajektorilaskentaan ja Welgegundin mittausasemalla tehtyihin havaintoihin voitiin identifioida päästöjä 60 eri palosta. Tutkimuksessa huomattiin, että biomassan poltosta peräsin olevat aerosolihiukkaset koostuvat pääasiassa orgaanisesta ja epäorgaanisesta hiilestä (keskimäärin 85 prosenttia hiukkasmassasta). Merkittävää oli, että ensimmäisen kahdesta neljään tunnin kuluessa palon jälkeen savupilvessä pienhiukkasmassa kasvaa merkittävästi, jopa viisinkertaiseksi. Tämä sekundäärinen hiukkasmuodostus lisäsi huomattavasti paloperäisten pienhiukkasten kykyä heijastaa auringon säteilyä ja toimia pilvien tiivistymisytiminä, pilvien rakennusaineina, mikä johtaa suurempaan ilmastoa viilentävään vaikutukseen.

Viimeisimpänä aerosolien kemiallisen koostumuksen mittauksia hyödynnettiin selvittämällä uusien hiukkasten syntyyn ja kasvuun vaikuttavaa ilmakehän kemiaa. Etelä-Afrikassa uusia hiukkasia havaittiin muodostuvan 75 prosenttia mittauspäivistä, mikä on yksi korkeimmista havaituista osuuksista globaalisti. Nanohiukkasten kasvuun vaikuttivat eniten rikkihappo yhdessä ammoniumin tai orgaanisen yhdisteiden kanssa, jotka olivat peräisin biogeenisistä lähteistä tai savannipaloista. Puhtaassa ilmassa orgaaniset yhdisteet dominoivat hiukkasten kasvua.

Hankittua aineistoa on hyödynnetty myös ilmakehän globaalimallien toiminnan arvioinnissa ja kehittämisessä.

Lisätietoja:

FT Petri Tiitta, Pienhiukkas- ja aerosoliteknologian laboratorio, p. 040 355 3024, petri.tiitta@uef.fi
FT Ville Vakkari, Ilmatieteen laitos, p. 050 407 6133, ville.vakkari@fmi.fi

Chemical composition, main sources and temporal variability of PM 1 aerosols in southern African grassland. Tiitta, P., Vakkari, V., Josipovic, M., Croteau, P., Beukes, J. P., van Zyl, P. G., Venter, A. D., Jaars, K., Pienaar, J. J., Ng, N. L., Canagaratna, M. R., Jayne, J. T., Kerminen, V.-M., Kulmala, M., Laaksonen, A., Worsnop, D. R., and Laakso, L., Atmos. Chem. Phys. 14, 1909-1927, 2014. http://www.atmos-chem-phys.net/14/1909/2014/acp-14-1909-2014.html

Reevaluation the contribution of sulfuric acid and the origin of organic compounds in atmospheric nanoparticle growth. Vakkari, V., Tiitta, P., Jaars, K., Croteau, P., Beukes, P., Josipovic, M., Kerminen, V-M, Kulmala, M., Venter, V., van Zyl, P., Worsnop, D. and Laakso, L., doi:10.1002/2015GL066459, 2015. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015GL066459/full  

Global transformation and fate of SOA: Implications of low-volatility SOA and gas-phase fragmentation reactions. Shrivastava, M., Easter, R., Liu, X., Zelenyuk, A., Singh, B., Zhang, K., Ma, P.-L., Chand, D., Ghan, S., Jimenez, J., Zhang, Q., Fast, J., Rasch, P., and Tiitta, P. Geophys. Res. Atmos., 120, 4169-4195. doi: 10.1002/2014JD022563, 2015. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014JD022563/full  

Rapid changes in biomass burning aerosols by atmospheric oxidation (2014) Vakkari, V., Kerminen, V-M., Beukes, P., Tiitta, P., van Zyl, P., Josipovic, M., Venter, A., Jaars, K., Worsnop, D., Kulmala, M., and Laakso, L., Geophys. Res. Lett., 41, 2644-2651, doi:10.1002/2014GL059396, 2014. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014GL059396/full

Welgegund -mittausaseman verkkosivut www.welgegund.org

Yrityksestä

Itä-Suomen yliopisto on yksi Suomen suurimmista tiedeyliopistoista. Yliopiston toiminnassa korostuu monitieteisyys. Opetusta on yli sadassa pääaineessa. Tasokkaan opetuksen lisäksi yliopisto tarjoaa opiskelijoilleen nykyaikaisen opiskeluympäristön, jota kehitetään jatkuvasti. Yliopistolla on kampukset Joensuussa, Kuopiossa ja Savonlinnassa. Tiedekuntia on neljä: filosofinen tiedekunta, luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunta, terveystieteiden tiedekunta sekä yhteiskuntatieteiden ja kauppatieteiden tiedekunta. Yliopistossa on noin 15 000 opiskelijaa ja se työllistää lähes 2 800 henkilöä.

Yhteyshenkilöt

  • Itä-Suomen yliopisto
    Joensuu / Kuopio / Savonlinna
    http://www.uef.fi
  • Joensuun kampus
    Yliopistokatu 2, PL 111, 80101 Joensuu
  • Kuopion kampus
    Yliopistonranta 1, PL 1627, 70211 Kuopio
  • Savonlinnan kampus
    Kuninkaankartanonkatu 5-7, PL 86, 57101 Savonlinna

Tilaa