Takaisin

Pilvien ja aerosolihiukkasten vuorovaikutuksen tutkimuksessa uusi edistysaskel

Tietämys ilmakehän pienhiukkasista eli aerosoleista kasvaa vähitellen. Tuore tutkimus vastaa aerosolien ja pilvipisaroiden vuorovaikutusta koskevaan kysymykseen. Nature-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa on pystytty osoittamaan, että pilvien tiivistymisytiminä toimivien aerosolien aiheuttama pintajännityksen aleneminen tehostaa pilvimuodostusta.

Jotta globaalia ilmastonmuutosta voitaisiin selittää, täytyy ymmärtää aerosolihiukkasten vuorovaikutus pilvien kanssa nykyistä täsmällisemmin. Aerosolien vaikutus ilmastonmuutokseen on vielä nykyäänkin ilmastonmuutoksen suurin epävarmuustekijä. Toisin kuin kasvihuonekaasut, aerosolit viilentävät ilmastoa, mutta arvio niiden jäähdyttävästä vaikutuksesta on vieläkin melko epätarkka. Se tiedetään, että aerosolit muodostavat pilvipisaroita ja pilvet vaikuttavat ilmakehän säteilytasapainoon. Tutkijat ovat jo vuosia halunneet kiivaasti selvittää, mitkä tekijät vaikuttavat pilvipisaroiden muodostumiseen. Nyt Naturessa julkaistu tutkimus vie tutkimusta jälleen eteenpäin.

Jokainen pilvipisara pitää sisällään vähintään yhden aerosolihiukkasen eli ne tarvitsevat niin sanotun tiivistymisytimen.

- Pääasiana on ollut selvittää, millaiset aerosolihiukkaset lopulta päätyvät pilvipisaroiksi ja millaiset eivät, Ilmatieteen laitoksen ja Itä-Suomen yliopiston professori Ari Laaksonen tiivistää.

- Veden korkea pintajännitys aiheuttaa osaltaan sen, että kovin pienet hiukkaset eivät yleensä ole tehokkaita tiivistysytimiä. Tilanne kuitenkin muuttuu, jos hiukkaset sisältävät riittävästi pintajännitystä alentavia aineita.


Osa pienhiukkasista muita tehokkaampia pilviytimiä

Vuonna 1999 Naturessa julkaistussa artikkelissa havaittiin, että kun sumuvettä oli kerätty suuri määrä astiaan, veden sisältämät orgaaniset aineet alensivat pintajännitystä tehokkaasti, mistä pääteltiin pintajännityksen alenemisen vaikuttaneen myös sumupisaroiden muodostumiseen. Laaksonen tutkimusryhmineen kuitenkin huomasi tuloksissa ajatusvirheen, jota artikkelin kirjoittaneet tutkijat eivät olleet ottaneet huomioon.

- Pintajännitystä alentavat aineet eli surfaktantit tietenkin vaikuttavat veden pinnalla. Jos laboratorioastiassa oleva vesi jaetaan pienenpieniksi pisaroiksi, kasvaa veden pinta-ala valtavasti. Tällöin orgaanisten aineiden pitoisuus vesipinnalla alenee niin paljon, että ne eivät enää välttämättä vaikutakaan pintajännitykseen kovin paljon, Laaksonen kertoo.

- Teoreettiset laskelmat kuitenkin kertoivat, että eräänlaiset super-surfaktantit voisivat vaikuttaa pilvipisaroiden muodostumiseen. Tällaisia aineita ei ilmakehän hiukkasista ole kuitenkaan tähän mennessä löydetty.

Nyt julkaistussa tutkimuksessa löydettiin Pohjois-Atlantilla tehdyissä mittauksissa pienhiukkasia, jotka olivat erittäin tehokkaita pilviytimiä. Hiukkaset koostuivat sulfaatista ja orgaanisista aineista, eikä niiden vaikutusta pilvenmuodostukseen kyetty selittämään muuten kuin pintajännityksen alenemisella. Vaikka hiukkasten sisältämiä orgaanisia molekyyleja ei kyetty tunnistamaan tarkasti, saatiin mittauksista riittävästi informaatiota ilmiön mallintamiseen. Näin saatiin selvitettyä, että pisaroiden faasiseparaation takia pisara jakautuu kahteen osaan, jolloin ainoastaan pisaran pinnalla on orgaanisia aineita. Tämä alentaa pintajännitystä riittävästi, minkä seurauksena tiivistymisydin kasvaa helpommin pilvipisaraksi. 

- Näin on voitu vahvistaa, että joissakin tapauksessa pintajännityksen aleneminen auttaa hiukkasia tulemaan pilvipisaroiksi. Pilvipisaroita voi tällöin syntyä jopa moninkertaisesti ilmastomallien nykytietoihin verrattuna. Seuraavaksi aletaan selvittää löydetäänkö tämä ilmiö eri puolilta maailmaa ja miten nämä uudet tiedot vaikuttavat ilmastonmuutoksen mallinnukseen, Laaksonen toteaa.

Lisätietoja: Tutkimusprofessori Ari Laaksonen, puh. 040 513 7900, ari.laaksonen@fmi.fi
   
Surface tension prevails over solute effect in organic-influenced cloud droplet activation. Jurgita Ovadnevaite, Andreas Zuend, Ari Laaksonen, Kevin J. Sanchez, Greg Roberts, Darius Ceburnis, Stefano Decesari, Matteo Rinaldi, Natasha Hodas, Maria Cristina Facchini, John H. Seinfeld & Colin O’ Dowd Nature (2017) doi:10.1038/nature22806

https://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature22806.html