Arktisten alueiden lämpeneminen ja katoava merijää muuttavat ilmakehää

Helsingin yliopiston tutkijat selvittivät ensimmäistä kertaa, kuinka ympäristö vaikuttaa ilmakehän pienhiukkasten syntyyn ilmakehän kaasuista arktisella alueella. Tulokset kertovat sulavien merialueiden ja koko ilmakehän tulevaisuudesta.

Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskuksen tutkijat ovat selvittäneet, millä tavalla ilmakehän pienhiukkasia syntyy arktisilla napa-alueilla. Pienhiukkasten syntytapaa näin pohjoisessa on aiemmin pidetty mysteerinä.

Tutkijat tekivät mittauksia yhteensä 12 kuukautta kestäneillä tutkimusmatkoilla.  Mittavan tutkimusprojektin tulokset on julkaistu Geophysical Research Letters -lehden ennakkoversiona verkossa.

Tutkimuksessa kävi ilmi, että ilmakehän höyryjen, pienhiukkasten ja pilvien muodostumisessa on selkeitä eroja erityyppisillä arktisilla napa-alueilla. Tutkimuksen mukaan arktisten alueiden lämpeneminen ja merijään sulaminen vahvistavat prosesseja, joissa erilaisia höyryjä pääsee ilmakehään. Merijään oheneminen aiheuttaa suurempia jodiyhdistepitoisuuksia samalla kuin laajemmat avomerialueet mahdollistavat suurempia rikkiyhdistepitoisuuksia.

Suuremmat höyrymäärät taas muodostavat enemmän pienhiukkasia ja pilviä, jotka voivat vuodenajasta ja paikasta riippuen joko hidastaa tai vahvistaa arktisen ilmaston lämpenemistä. Näiden prosessien tunteminen on välttämätöntä, jotta voidaan ymmärtää ilmaston lämpenemisen seurauksia.

– Havaintomme auttavat ymmärtämään, mitä arktisessa ilmakehässä tapahtuu, kun ilmasto lämpenee. Pienhiukkaset ja pilvet ovat tärkeitä osia ilmaston säätelyssä ja muutokset niissä vaikuttavat ilmaston lämpenemiseen. Arktiset alueet ovat erityisen herkkiä pilvisyyden ja heijastuskyvyn muutoksille, sanoo tohtorikoulutettava Lisa Beck Helsingin yliopiston ilmakehätieteiden keskus INARista

Sulavien merialueiden tulevaisuudesta lisätietoa

Tutkijat tekivät mittauksia Pohjois-Grönlannissa Villum-mittausasemalla ja Huippuvuorilla Ny-Ålesundin mittausasemalla puolen vuoden ajan. Molemmat sijaitsevat yhtä pohjoisessa, mutta ympäristöltään erilaisessa paikassa noin tuhannen kilometrin etäisyydellä pohjoisnavalta. Villum-mittausasema on merijään ympäröimänä vuoden ympäri, ja Ny-Ålesundin mittausasemaa ympäröivä merialue pysyy lämpimien merivirtojen ansiosta aina sulana.

Pohjois-Grönlannissa kävi ilmi, että keväällä kaamoksen jälkeen merijään alla olevat mikrolevät alkoivat tuottaa jodiyhdisteitä ilmakehään. Kevään edetessä merijää ohentuu, jolloin mikrolevät saavat lisää auringon säteilyä ja tuottavat yhä enemmän jodiyhdisteitä. Nämä jodiyhdisteet muodostivat molekyyliryppäitä, jotka kasvoivat suuremmiksi hiukkasiksi.

Huippuvuorilla avoimen meren ympäristössä puolestaan huomattiin, kuinka meren kasviplanktoneista lähtöisin olevat rikkiyhdisteet muodostivat paljon pienhiukkasia, jotka pystyivät kasvamaan nopeasti suuremmiksi, jopa pilvipisaroiksi. Huippuvuorten tutkimuksissa havaittiin myös orgaanisia yhdisteitä.

Orgaanisten yhdisteiden suuri määrä ja keskeinen rooli hiukkasmuodostuksessa rikkiyhdisteiden rinnalla yllätti tutkijat.

– Emme olleet olettaneet, että kylmillä ja karuilla arktisilla seuduilla voisi juurikaan tavata orgaanisia höyryjä, joita löytyy useammin metsien peittämiltä alueilta. Aiommekin jatkaa tutkimuksia Huippuvuorilla ja selvittää, mitä nämä orgaaniset yhdisteet tarkalleen ovat ja mistä ne ovat peräisin, Beck sanoo.

Huippuvuorilla mitattiin huomattavasti suurempia hiukkaspitoisuuksia kuin Pohjois-Grönlannissa.

– Tällä hetkellä arktisten alueiden merijää sulaa ennätyksellistä tahtia. Tämän seurauksena voimme olettaa, että Huippuvuorten mittausasemalla havaitut ilmiöt vallitsevat tulevaisuudessa muillakin merijäästä vapautuvilla merialueilla, Beck kertoo.

Nyt julkaistu tutkimus edelsi Polarstern-tutkimusaluksella viime vuonna tehtyjä mittauksia, jotka voivat tuoda lisää tietoa arktisen ilmakehän prosesseista.

Artikkeli:
Beck, L. J., Sarnela, N., Junninen, H., Hoppe, C. J. M., Garmash, O., Bianchi, F., et al. (2021). Differing mechanisms of new particle formation at two Arctic sites. Geophysical Research Letters, 48, e2020GL091334. https://doi.org/10.1029/2020GL091334

Nina Sarnela tekemässä mittauksia Pohjois-Grönlannissa. Kuvaaja Heikki Junninen

Tutkijatohtori Nina Sarnela tekemässä mittauksia Pohjois-Grönlannissa. Kuvaaja: Heikki Junninen
 
Lisätiedot:

Lisa Beck (englanniksi)
Tohtorikoulutettava, Ilmakehätieteiden keskus INAR
Helsingin yliopisto
lisa.beck@helsinki.fi

Nina Sarnela
Tutkijatohtori, Ilmakehätieteiden keskus INAR
Helsingin yliopisto
+358505741513
nina.sarnela@helsinki.fi
@NinaSarnela

Mikko Sipilä
Apulaisprofessori, Ilmakehätieteiden keskus INAR
Helsingin yliopisto
+358407093103
mikko.sipila@helsinki.fi

Lue lisää:
Polar and Arctic atmospheric research (PANDA) -tutkimusryhmä