Kaikkea sitä, mikä leijailee ilmassa, kutsutaan aerosoleiksi. Aerosolit ovat pieniä nestemäisiä tai kiinteitä hitusia, vaikkapa siitepölyä.
– Siitepöly on suurimmasta päästä, senhän pystyy melkein näkemään. Me tutkimme paljon pienempiä hiukkasia. Sellaisia, jotka voi nähdä vain tarkoilla mittauslaitteilla, kertoo apulaisprofessori ja fyysikko Katrianne Lehtipalo Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskus INARista ja Ilmatieteen laitokselta.
Noin puolet ilmakehän aerosoleista on peräisin luonnosta, kuten meristä, tulivuorenpurkauksista tai siitä, että tuuli nostaa pölyä ilmaan. Toinen puoli taas on ihmisen tuottamaa: liikenne ja kaikenlaisten asioiden polttaminen lisäävät ilmakehän hiukkasten määrää.
Perustutkimus molekyyleistä tuo tietoa ilmansaasteista
Lehtipalon tutkimuskohde on mitä ajankohtaisin. Hiukkasilla on vaikutusta ilmastonmuutokseen – emme vain vielä tarkalleen tiedä, millaista. Esimerkiksi IPCC:n raportit osoittavat, että ilmastonmuutoksessa juuri aerosolien vaikutus ilmaston lämpenemiseen on eräs suurimmista epävarmuustekijöistä.
Aerosolit osallistuvat pilvien muodostamiseen ja heijastavat näin auringon säteilyä pois maapallolta. Niinpä aerosoleilla on ilmastoa viilentävä vaikutus. Samaan aikaan ne ovat myös haitallisia, sillä pienhiukkasten hengittäminen ei ole terveellistä. Kun puhutaan hyvästä tai huonosta ilmanlaadusta, puhutaan muun muassa aerosolihiukkasten määrästä ilmassa.
– Euroopassa ja vaikkapa Helsingissä ilmalaatu on parantunut viimeisten vuosikymmenten aikana. Globaalisti taas huonontunut, Lehtipalo sanoo.
Tällä hetkellä Lehtipalo tutkii sitä, miten aerosolit muodostuvat molekyylitasolla. Tämä on perustutkimusta, jota tutkijat ympäri maailmaa pääsevät myöhemmin hyödyntämään tehdessään soveltavaa tutkimusta. Tutkimusala on tärkeä esimerkiksi Kiinassa ja Intiassa, jossa ilmansaasteet ovat valtava ongelma.
Lehtipalo ajattelee, että tutkimus on kuin iso palapeli, jota tutkijat rakentavat yhdessä. Hänen oma tutkimuksensa on pieni ja tarkka osa suuren palapelin kuvaa.
– Ilmastomallien parantaminen on se suurempi asia, johon pyrin omalla pienellä osalla vaikuttamaan.
Suomalainen ilmakehätutkimus on maailman huippua
Aerosolien olemassaolosta on tiedetty 1800-luvun lopulta. Suomessa tutkimusta lähti kehittämään 1990-luvulla Helsingin yliopiston professori Markku Kulmala. Hän tutki, miten metsän tuottamat yhdisteet muodostavat hiukkasia. Nykyään Kulmala on ilmakehätutkimuksessa maailman siteeratuimpia tutkijoita ja hänen tutkimuksensa on laajentunut parinsadan tutkijan ryhmäksi.
– Olemme aerosolitutkimuksessa maailman huippua, ryhmään kuuluva Lehtipalo sanoo.
Paitsi että aerosolitutkimus on hyvin kansainvälistä, se on myös harvinaisen poikkitieteellinen ala. Fyysikkojen lisäksi tarvitaan kemistejä, meteorologeja ja ympäristötieteilijöitä.
Aerosolien perustutkimusta hyödynnetään muun muassa ilmastotutkimuksessa, hiukkasten terveysvaikutusten tutkimuksessa sekä ilmanlaadun parantamisessa. Alan perustutkimuksen ympärille on syntynyt esimerkiksi mittausasemaverkosto ACTRIS, ja Suomessakin on perustettu tutkimuksesta ponnistavia spin-off-yrityksiä, jotka valmistavat ja myyvät mittauslaitteita.
Aerosolihiukkasia on miltei kaikkialla, joten sovellusmahdollisuuksia on monilla aloilla. Alamme nähdä mahdollisuuksia vasta perustutkimuksen etenemisen myötä, sillä sovellukset syntyvät perustutkimuksen päälle.
– Kun palapelin reunat on laitettu valmiiksi, on helpompi lähteä tutkimaan uutta aluetta. Harva pystyy vain laittamaan palapelin palasta keskelle palapeliä ja sanoa, että tämä kuuluu tähän, Lehtipalo havainnollistaa tutkimuksen rakentumista aiemmin tutkitun tiedon varaan.
Tutkimuksella on itseisarvo
Lehtipalo korostaa, että tutkimus voi olla itseisarvoisesti tärkeää ilman, että se tähtää johonkin tiettyyn tavoitteeseen. Juuri tätä varten perustutkimusta tehdään.
– Tällä hetkellä emme voi tietää, mistä tutkimuksesta on eniten hyötyä ihmiskunnalle sadan tai edes kymmenen vuoden päästä.
Esimerkiksi perustutkimusta koronavirusten kanssa tehneet tutkijat ovat nyt päässeet nyt soveltamaan tutkimustaan aivan eri tavoin kuin aiemmin.
Lehtipalon mielestä tiedon arvostaminen itse tiedon vuoksi ei kuitenkaan poissulje sitä, että tutkimuksella voi olla myös välinearvo.
– Halutaan tietoa, jolla voidaan tuottaa rahaa, terveyttä, vapaa-aikaa tai muuta hyvää yhteiskunnalle, Lehtipalo avaa.
Tutkimusasemien verkosto tuottaa vertailukelpoista tietoa
Tutkimuksessa piilee aina pieni arvaamattomuus: Joskus syntyy jotain vallankumouksellista, toisinaan ei mitään. Aerosolitutkimuksessa olennaista on pitkäjänteisyys.
Lehtipalo on parhaillaan mukana perustamassa tutkimusasemien verkostoa, jossa mitataan ilmakehän hiukkasia ympäri Eurooppaa. Tarkoitus on tehdä mittauksia samaan aikaan, samalla tavalla ja samanlaisilla laitteitta, niin että saadaan vertailukelpoista tietoa. Kun tutkimuksessa saadaan pitkiä aikasarjoja, pystytään vertailemaan esimerkiksi sitä, mitä ilmakehässä tapahtuu yllättävien tapahtumien aikana – kuten silloin, kun lentoliikenne seisahtuu pandemian myötä.
Lehtipalo uskoo, että ilmakehätutkimus painottuu tulevaisuudessa yhä enemmän siihen, miten ilmastonmuutoksen vaikutuksiin voidaan valmistautua.
– Silti tarvitsemme edelleen myös perustutkimuksen tuomaa tietoa aerosolihiukkasten ominaisuuksista ja käyttäytymisestä ilmakehässä.