Itä-Suomen yliopiston sovelletun fysiikan laitoksella Aerosolifysiikan ryhmässä on viime aikoina ahkeroitu tavallistakin enemmän keskeisten ilmakehän aerosoleihin liittyvien kysymysten parissa. Tästä kirkkaimpana esimerkkinä ovat hiljattain ilmestyneet Sveitsin CERNissä CLOUD-yhteistyön tuloksena syntyneet Nature ja Science Advances -lehdissä julkaistut tutkimukset, jotka pureutuvat ilmansaasteiden, etenkin typpiyhdisteiden vaikutukseen hiukkasten syntyyn ja kasvuun.
Aerosolifysiikan ryhmän tutkijat, apulaisprofessori Taina Yli-Juuti ja jatko-opiskelija Arto Heitto, osallistuivat Naturessa julkaistuun typenoksidien ja ammoniakin roolia käsittelevään tutkimukseen kehittämällä saasteisille ympäristöille soveltuvaa hiukkasten kasvua kuvaavaa prosessimallia.
— Tutkimustulokset osoittavat, että typpihapon ja ammoniakin yhtäaikainen tiivistyminen voi kasvattaa ilmakehässä muodostuneita nanometrinkokoluokkaa olevia hiukkasia 10-100 kertaa nopeammin kuin aiemmin tunnistetut mekanismit, joskin vain lyhyinä kasvupyrähdyksinä. Tämä uusi mekanismi saattaa selittää viime vuodet tutkijoita kummastuttaneet saastuneiden suurkaupunkien hiukkasmuodostustapahtumat erityisesti talvikuukausina, kertoo Yli-Juuti.
Hiukkasten muodostuminen ja kasvu ilmakehän eri olosuhteissa on ryhmän yksi keskeisiä tutkimusteemoja. Isossa osassa tutkimuksessa on boreaalisessa metsäympäristössä syntyvien hiukkasten muodostumisen, ominaisuuksien sekä ilmastovaikutusten tutkiminen. Tähän aiheeseen liittyen on tutkimusryhmä julkaissut lähiaikoina useita korkean profiilin julkaisuja, joista hyvinä esimerkkeinä on vuoden 2019 loppupuolella ilmestyneet kaksi Nature Communications -julkaisua ja tämän vuoden alussa ilmestynyt Nature Protocols -julkaisu, jotka pureutuvat metsässä syntyvien orgaanisten hiukkasten kasvun kannalta keskeisiin kysymyksiin.
Myös aivan viime aikoina on tähän aihepiiriin saatu uusia kiinnostavia tuloksia, jotka ovat juuri ilmestyneet tai tulleet hyväksytyksi alan kärkijulkaisussa. Tähän kokonaisuuteen liittyvät, uudet tutkimustulokset osoittavat, että sekä hiukkasten kasvun, että niiden haihtumisen kannalta keskeistä on orgaanisten yhdisteiden haihtuvuus, mutta myös hiukkasfaasin reaktioilla on merkitystä.
—Olemme määrätietoisesti ja pitkäjänteisesti kehittäneet sekä kokeellisia, että mallinnukseen perustuvia menetelmiä, joiden avulla voimme uusilla tavoilla tutkia hiukkasten synnyn ja ominaisuuksien kannalta keskeisiä prosesseja. Nyt, kun menetelmäpakkimme alkaa olla kansainvälisestikin terävässä kunnossa, alkaa mielenkiintoisia tutkimustuloksia syntyä entistä kiivaammalla tahdilla, summaa professori Annele Virtanen.
Tutkimustulosten vaikuttavuutta lisää, jos ne saadaan vietyä globaaleihin ilmastomalleihin esimerkiksi uusien parametrisaatioiden muodossa, jotka parantavat aerosolien ilmastovaikutusten ennusteita. Ryhmä tekeekin aktiivista ilmastomalleihin keskittyvää yhteistyötä Ilmatieteenlaitoksen Kuopiossa sijaitsevan yksikön kanssa.
— Vaikuttavuutta on lisännyt myös viime vuosina alkanut yhteistyö Itä-Suomen yliopiston ilmasto-oikeustieteilijöiden kanssa, kertoo professori Kari Lehtinen.
— Juuri Atmospheric Chemistry and Physics -lehdessä julkaistu tutkimus selvitti miten mustan hiilen päästöjen rajoittaminen Arktisen Neuvoston jäsenmaissa ja tarkkailijamaissa vaikuttaisi sekä Arktisen alueen että globaaliin ilmastoon.
Lisätietoja:
Apulaisprofessori Taina Yli-Juuti, taina.yli-juuti (a) uef.fi
Apulaisprofessori Siegfried Schobesberger, siegfried.schobesberger (a) uef.fi
Professori Annele Virtanen, annele.virtanen (a) uef.fi
Professori Kari Lehtinen, kari.lehtinen (a) uef.fi)
Tutkimusartikkelit:
Wang, M., Kong, W., Marten, R., He, X.-C., Chen, D., Pfeifer, J., Heitto, A., Kontkanen, J., Dada, L., Kürten, A., Yli-Juuti, T. et al. Rapid growth of new atmospheric particles by nitric acid and ammonia condensation. Nature, 581(7807), 184–189, doi:10.1038/s41586-020-2270-4.
C. Yan, et al. Size-dependent influence of NOx on the growth rates of organic aerosol particles. Sci. Adv. 6, eaay4945 (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aay4945 https://advances.sciencemag.org/content/6/22/eaay4945
Dada, L., K. Lehtipalo, J. Kontkanen, T. Nieminen, R. Baalbaki, L. Ahonen, J. Duplissy, C. Yan, B. Chu, T. Petäjä, K. Lehtinen, V.-M. Kerminen, M. Kulmala & J. Kangasluoma. (2020)
Formation and growth of sub-3-nm aerosol particles in experimental chambers.
Nature Protocols. doi:10.1038/s41596-019-0274-z.
Mohr, C., Thornton, J. A., Heitto, A., Lopez-Hilfiker, F. D., Lutz, A., Riipinen, I., Hong, J., Donahue, N. M., Hallquist, M., Petäjä, T., Kulmala, M. and Yli-Juuti, T. (2019)
Molecular identification of organic vapors driving atmospheric nanoparticle growth. Nature Communications, 10(1), 4442, doi:10.1038/s41467-019-12473-2.
Roldin, P., Ehn, M., Kurtén, T., Olenius, T., Rissanen, M. P., Sarnela, N., Elm, J., Rantala, P., Hao, L., Hyttinen, N., Heikkinen, L., Worsnop, D. R., Pichelstorfer, L., Xavier, C., Clusius, P., Öström, E., Petäjä, T., Kulmala, M., Vehkamäki, H., Virtanen, A., Riipinen, I. and Boy, M. (2019)
The role of highly oxygenated organic molecules in the Boreal aerosol-cloud-climate system. Nature Communications, 10(1), 4370, doi:10.1038/s41467-019-12338-8.
Ylisirniö, A., Buchholz, A., Mohr, C., Li, Z., Barreira, L., Lambe, A., Faiola, C., Kari, E., Yli-Juuti, T., Nizkorodov, S. A., Worsnop, D. R., Virtanen, A., and Schobesberger, S. (2020)
Composition and volatility of secondary organic aerosol (SOA) formed from oxidation of real tree emissions compared to simplified volatile organic compound (VOC) systems. Atmos. Chem. Phys., 20, 5629–5644, doi:10.5194/acp-20-5629-2020.
Kühn, T., Kupiainen, K., Miinalainen, T., Kokkola, H., Paunu, V.-V., Laakso, A., Tonttila, J., Van Dingenen, R., Kulovesi, K., Karvosenoja, N., and Lehtinen, K. E. J. (2020)
Effects of black carbon mitigation on Arctic climate. Atmos. Chem. Phys., 20, 5527–5546, doi:10.5194/acp-20-5527-2020.
Buchholz, A., Ylisirniö, A., Huang, W., Mohr, C., Canagaratna, M., Worsnop, D. R., Schobesberger, S., and Virtanen, A. (2019)
Deconvolution of FIGAERO-CIMS thermal desorption profiles using positive matrix factorisation to identify chemical and physical processes during particle evaporation. Accepted to Atmos. Chem. Phys., doi:10.5194/acp-2019-926.
