Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa (CERN) Sveitsissä tehdyissä laboratoriokokeissa tarkasteltiin, miten ilmakehän pienhiukkasia muodostuu jodipitoisista höyryistä etenkin valtamerten rannikoilla sekä arktisilla merijään peittämillä alueilla. Tutkimus perustuu Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskuksen (INAR) tutkijoiden aiempiin Atlantilla, Grönlannissa ja Etelämantereella tehtyihin havaintoihin jodihiukkasten synnystä. Uudet tulokset julkaistaan Science-tiedelehdessä 5. helmikuuta 2021.
Ilmakehän pienhiukkaset eli aerosolihiukkaset vaikuttavat pilvien muodostumiseen ja ilmaston lämpenemisen mekanismeihin. Hiukkaset toimivat pilvien tiivistymisytiminä ja säätelevät pilvien ominaisuuksia, kuten auringonvalon heijastumista takaisin avaruuteen. Pilvet toimivat myös peittona, joka estää maapallon lämpösäteilyä karkaamasta ilmakehästä.
– Ilmakehän pienhiukkasten muodostumista ei vielä kattavasti ymmärretä. Maapallon pinta-alasta suurin osa on merten peitossa, ja siten merialueilla muodostuvilla pilvillä on suuri merkitys ilmaston säätelyssä, kertoo apulaisprofessori Mikko Sipilä Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskuksesta.
INARin ja Fysiikan tutkimuslaitoksen (HIP) tutkijat Tutkijat hyödynsivät CERNin hiukkaskiihdytintä selvittääkseen, miten avaruuden kosminen säteily vaikuttaa aerosolihiukkasten muodostumiseen jodipitoisista höyryistä niin maan pinnan tasolla kuin troposfäärin yläosaa vastaavissa olosuhteissa. Tutkijat mittasivat myös, mitä hiukkasmuodostukselle tapahtuu, jos kosmisen säteilyn vaikutus estetään kokonaan.
Jodihapolla suuri merkitys
Tutkimuksessa saatiin uutta tietoa jodiyhdisteiden merkityksestä ilmastolle. Jodipitoisia höyryjä muodostuu etenkin merialueilla muun muassa kasviplanktonin ja merilevien tuottamana. Ilmaan haihtuvat jodiyhdisteet hajoavat nopeasti vähäisenkin valon vaikutuksesta ja reagoivat ilmakehän otsonin kanssa, jolloin syntyy jodihappoa. Jodihappo puolestaan muodostaa nopeasti uusia pienhiukkasia. Erityisen nopeaa uusien jodihappohiukkasten muodostuminen on, jos kosminen säteily vaikuttaa hiukkasmuodostukseen.
Tutkimuksessa selvisi myös, että muodostuneet hiukkaset koostuvat lähes kokonaan jodihaposta. Jodihappo myös kasvattaa juuri syntyneet nanometrin kokoiset hiukkaset halkaisijaltaan noin satakertaisiksi pilviytimiksi. Yhtenä tuloksena havaittiin myös toisen jodipitoisen höyryn, jodihapokkeen, vaikuttavan merkittävästi hiukkasmuodostuksen alkuvaiheisiin. Jodin merkitys hiukkasmuodostuksessa on erityisen merkittävää sellaisilla alueilla, joilla kilpailevia kaasuja, kuten rikkihappoa, ammoniakkia ja orgaanisia yhdisteitä on vähän.
Kaavakuva pilvien muodostumisesta jodipitoisista höyryistä arktisilla merialueilla. Kuva: Helen Cawley
Ilmakehän jodipitoisuus kasvaa
Ilmastonmuutoksen tarkkaa ennustamista vaikeuttaa se, että ei tarkasti tiedetä, paljonko aerosolien ja pilvien määrä on kasvanut verrattuna esiteolliseen aikaan. Sitäkään ei tiedetä, paljonko aerosolien ja pilvien määrä muuttuu tulevaisuudessa, jos ihmisten aiheuttamat päästöt vähenevät. Se kuitenkin tiedetään, että ilmakehän jodipitoisuus on kasvanut kolminkertaiseksi 70 viime vuoden aikana.
– Ilmakehän jodipitoisuudet todennäköisesti kasvavat myös tulevaisuudessa, kun auringonvalo ja sen myötä planktonkukinnat lisääntyvät ohenevan merijään alla ja vapauttavat jään läpi lisää jodiyhdisteitä ilmakehään, Sipilä kertoo.
– Tästä saattaa seurata, että jodiyhdisteistä alkunsa saava pilvien muodostus voi yhä enemmän estää lämpöä haihtumasta avaruuteen, mikä vähentää merijään määrää entisestään arktisilla alueilla. Tutkimuksemme auttaa osaltaan ymmärtämään, miten rajussa muutoksessa oleva ilmakehän jodipitoisuus vaikuttaa hiukkasmuodostuksen prosessin kautta pilvipeitteen ominaisuuksiin ja sitä kautta lopulta ilmastoon.
Julkaisu: He, X.-Ch., et al. Role of iodine oxoacids in atmospheric aerosol nucleation. Science, doi 10.1126/science.abe0298 (2021)
Lisätietoja:
Xu-Cheng He (kiina, englanti)
Tohtorikoulutettava, Ilmakehätieteiden keskus INAR
xucheng.he@helsinki.fi
+358 29 415 0284
Mikko Sipilä
Apulaisprofessori, Ilmakehätieteiden keskus INAR
Helsingin yliopisto
+358 40 709 3103
mikko.sipila@helsinki.fi
Lue lisää:
Polar and Arctic atmospheric research (PANDA) -tutkimusryhmä
Arktisten alueiden lämpeneminen ja katoava merijää muuttavat ilmakehää