Takaisin

Ihmisperäiset päästöt ja bioottinen stressi vaikuttavat luonnosta peräisin olevien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden ilmakehän kemiaan

Väitös sovelletun fysiikan alalta
Väittelijä: FM Eetu Kari
Aika ja paikka: 25.6.2019 klo 12, SN201, Snellmania, Kuopion kampus

FM Eetu Karin väitöskirjatyössä tutkittiin kuinka erilaiset olosuhteet, kuten ihmisperäisten päästöjen läsnäolo sekä mäntyjen kokema bioottinen stressi, vaikuttavat luonnosta peräisin olevien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden ilmakehän kemiaan ja sitä kautta sekundäärisen orgaanisen aerosolin muodostukseen.

Väitöstyön kokeissa käytettiin kahta polttolähdetyyppiä, bensiiniajoneuvoa ja pellettipoltinta, esimerkkeinä ihmisperäisistä päätöistä. Väitöskirjatyön tulokset osoittavat tutkittujen ihmisperäisten päästöjen alentavan yli 50 prosenttia pääasiassa havupuista peräisin olevan yhdisteen, alfa-pineenin, sekundäärisen orgaanisen aerosolin saantoa. Tämä sekundäärisen orgaanisen aerosolin saannon aleneminen aiheutui alfa-pineenin reaktioteiden muutoksesta ihmisperäisten päästöjen vaikuttaessa alfa-pineenin läpikäymiin reaktioihin. Tietoa siitä, kuinka luonnosta peräisin olevien yhdisteiden ilmakehässä läpikäymät reaktiotiet muuttuvat, kun ne ovat sekoittuneet samaan ilmamassaan ihmisperäisten päästöjen kanssa, tarvitaan arvioitaessa sekundäärisen orgaanisen aerosolin muodostumista ympäristöissä, joissa erilaisista päästölähteistä vapautuneet yhdisteet ovat läsnä samanaikaisesti.

Tutkimuksen tulokset osoittivat myös, että haihtuvien orgaanisten yhdisteiden emissiot männyistä kasvoivat huomattavasti, kun tukkimiehentäit söivät männyn kaarnaa aiheuttaen männyille bioottista stressiä. Erityisesti kasvoivat ilmakehän kemiassa merkittävää roolia näyttelevien monoterpeenien emissiot, 90-kertaisesti lähtötasoon verrattuna. Tutkimuksessa havaittiin, että monoterpeenien emissioiden huomattava kasvaminen johti pienentyneeseen sekundäärisen orgaanisen aerosolin massa-saantoon männyistä. Saannon pieneneminen johtui emissioiden laadussa tapahtuvista muutoksista. Tätä uutta tietoa tarvitaan, kun sekundäärisen orgaanisen aerosolin muodostumista havumetsistä arvioidaan ilmastomallien avulla. Erityisen tärkeätä tämä on siksi, että useat julkaisut ovat ennustaneet puiden kokeman bioottisen stressin kasvavan erityisesti boreaalisella alueella ilmaston lämmetessä.

Väitöskirjatyössä käytettiin protonin-siirto-reaktio -massaspektrometriä haihtuvien orgaanisten yhdisteiden mittaamiseen ja pitoisuuden määrittämiseen reaaliaikaisesti. Johtuen kyseisen massaspektrometrin tärkeästä roolista tehdyissä tutkimuksissa, väitöskirjatyössä osoitettiin massaspektrometrin kalibroinnin tärkeys ennen kuin erilaisten haihtuvien orgaanisten yhdisteiden pitoisuuksia pystytään määrittämään luotettavasti. Väitöskirjatyön tulokset osoittivat kalibroinnin välttämättömyyden, kun erilaisten terpeeniyhdisteiden pitoisuuksia pyritään määrittämään mahdollisimman pienillä virhemarginaaleilla. Puutteellinen kalibrointi saattaa johtaa terpeenien kohdalla jopa yli 25 prosentin virheeseen ilmoitetussa pitoisuudessa. Väitöskirjatyön tulokset tulevat auttamaan muita samaa massaspektrometriä käyttäviä tutkimusryhmiä ymmärtämään paremmin kalibroinnin merkityksen, kun erilaisten haihtuvien orgaanisten yhdisteiden pitoisuuksia määritetään protonin-siirto-reaktio -massaspektrometrillä.

FM Eetu Karin sovelletun fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Proton-transfer-reaction mass spectrometer measurements of volatile organic compound mixtures, and secondary organic aerosol formation from the photochemistry of these compound tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii professori Armin Hansel, University of Innsbruck, ja kustoksena professori Annele Virtanen, Itä-Suomen yliopisto.