Ympäristötieteen alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa Kuopion kampuksella.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe?
Väitöstutkimukseni keskittyy hyvin pieniin aerosolihiukkasiin, joita vapautuu, kun biomassaa – kuten puuta, turvetta ja ruohoa – palaa joko pienissä kotitalouksien tulisijoissa tai maastopaloissa. Nämä hiukkaset, joita kutsutaan mustaksi ja ruskeaksi hiileksi, ovat huomattavasti hiuksen halkaisijaa pienempiä, mutta niillä on merkittäviä vaikutuksia hengitysilman laatuun ja ilmastoon. Ne ovat haitallisia ihmisten terveydelle, ja niiden rakenne ja kemiallinen koostumus määrittävät, lämmittävätkö ne vai viilentävätkö Maan ilmakehää.
Aiheen tutkiminen on tärkeää, koska boreaalisten metsien ja turvemaiden palojen ennustetaan yleistyvän ilmastonmuutoksen myötä, mikä lisää aerosolipäästöjä.
Pohjois-Euroopassa puun pienpoltto kotitalouksissa on merkittävä pienhiukkasten ja mustan hiilen lähde ulkoilmassa. Näiden hiukkasten muodostumisen ja muuntumisen ymmärtäminen on tärkeää ilmastomallien kehittämiseksi, ilmastoennusteiden epävarmuuden vähentämiseksi sekä terveyttä ja ympäristöä suojelevien strategioiden luomiseksi.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset?
Keskeiset tulokset osoittavat, että biomassan poltossa vapautuvien hiiliaerosolien määrä ja tyyppi riippuvat polttoaineesta, palamisolosuhteista sekä siitä, kuinka kauan hiukkaset viipyvät ilmakehässä. Kytevä palaminen tuottaa enemmän orgaanisia aerosoleja, joka sisältää valoa absorboivaa ruskeaa hiiltä, kun taas liekehtivä palaminen tuottaa enemmän mustaa hiiltä.
Hiukkasten vanhetessa ilmakehässä niiden ominaisuudet muuttuvat: ne hapettuvat, niiden koko ja muoto muuttuvat, ja ne absorboivat usein enemmän valoa niiden ympärille muodostuvan kerroksen vuoksi. Ruskean hiilen valonabsorption muutos riippuu myös päästön lähteestä.
Toinen tärkeä havainto on, että turpeen ja boreaalisen metsän palaminen – joka on tavallista Pohjois-Euroopassa – tuottaa runsaasti orgaanisia aerosoleja, joilla on erityisiä optisia ominaisuuksia, joita nykyiset ilmastomallit eivät vielä kuvaa riittävän hyvin. Lisäksi osoitimme, että sähkösuodattimet voivat vähentää haitallisia aerosolipäästöjä tehokkaasti kotitalouksien puulämmityksessä.
Tutkijoille tulokset tarjoavat keinoja parantaa ilmastomalleja vähentämällä epävarmuuksia aerosolien vaikutuksista auringon säteilyyn. Suurelle yleisölle tulokset osoittavat, että kotitalouksien lämmitysvalinnoilla ja yleistyvillä maastopaloilla on suora vaikutus ilmanlaatuun, ilmastoon ja terveyteen.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Ensinnäkin väitöstyöni tarjoaa päästökertoimia ja yksityiskohtaista tietoa aerosolien ominaisuuksista, joita voidaan käyttää suoraan ilmanlaatu- ja ilmastomalleissa. Tämä auttaa mallintajia arvioimaan tarkemmin saasteiden lähteitä ja ilmastovaikutuksia.
Toiseksi tulokset tukevat puhtaampien puun pienpolttoteknologioiden kehittämistä ja optimointia, kuten sähkösuodattimien (ESP) käyttöä, sekä edistävät parempia palamiskäytäntöjä haitallisten päästöjen vähentämiseksi.
Lisäksi tutkimus korostaa, että ruskeaa hiiltä sisältävät aerosolipäästöt ja ilmakehän vanhenemisprosessit tulisi huomioida, jotta päästöinventaarioita ja päästöjen vähentämisstrategioita voidaan parantaa. Suurelle yleisölle tulokset korostavat, kuinka arkipäiväiset lämmitysvalinnat vaikuttavat ilmanlaatuun ja terveyteen ja kannustavat kestävämpiin käytäntöihin.
Kokonaisuudessaan tutkimus edistää tehokkaampien strategioiden kehittämistä pienhiukkaspäästöjen vähentämiseksi, ihmisten terveyden suojelemiseksi ja ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi.
Mitkä ovat väitöstutkimuksessasi käytetyt keskeiset tutkimusmenetelmät ja aineistot?
Väitöstutkimus toteutettiin kontrolloiduissa kokeissa ILMARI-laboratoriossa. Erilaisia kasvillisuusnäytteitä – kuten pyökkipuuta, eteläafrikkalaista savannikasvillisuutta, suomalaista boreaalista metsäpintaa sekä turvetta Suomesta, Venäjältä ja Huippuvuorilta – poltettiin erilaisissa realistisissa olosuhteissa. Ilmakehän valokemiallisia ja pimeämuuntuntareaktioita simuloitiin altistamalla päästöjä muutuntakammiossa sekä hapetusvirtausreaktorissa (PEAR).
Päästöhiukkasten lukumäärä- ja kokojakaumia mitattiin hiukkasten liikkuvuusanalysaattoreilla (SMPS), kun taas hiukkasten massaa, efektiivistä tiheyttä ja morfologiaa analysoitiin esimerkiksi aerosolihiukkasten massa-analysaattorilla (APM) ja elektronimikroskopialla.
Hiukkasten kemiallinen koostumus määritettiin aerosolimassaspektrometrian ja termis-optisen hiilianalyysin avulla. Optisia ominaisuuksia, mukaan lukien mustan ja ruskean hiilen valonabsorptio, mitattiin etalometreillä ja UV–Vis-spektrofotometreillä.
MSc Arya Mukherjeen ympäristötieteen alaan kuuluva väitöskirja Characterization of black and brown carbon aerosols from closed and open biomass burning tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa Kuopion kampuksella 22.5.2026. Vastaväittäjänä toimii Coordinating Researcher Célia Alves (University of Aveiro, Aveiro, Portugal) ja kustoksena professori Olli Sippula (Itä-Suomen yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.
Lisätietoja:
Väitöskirjatutkija Arya Mukherjee, [email protected]