Hämmentävä muodonmuutos: meren jodi muuntuu pienhiukkasiksi ilmassa

Atlantin vuorovesirannikkoa läntisessä Irlannissa

Nyt tiedetään, miten merten makrolevien ja kasviplanktonin tuottamat jodiyhdisteet muuntuvat ilmakehän pienhiukkasiksi. Pienhiukkasilla on merkittävä vaikutus ilmastoon, sillä ne toimivat pilvien tiivistymisytiminä ja säätelevät pilvien ominaisuuksia, kuten Auringon valon heijastumista takaisin avaruuteen.

Havainto on erittäin kiinnostava siksi, että se auttaa ymmärtämään luonnon ilmastoa sääteleviä omia mekanismeja herkillä arktisilla alueilla.

Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen apulaisprofessorin ja akatemiatutkijan Mikko Sipilän johdolla on tehty mittauksia Irlannissa, Grönlannissa ja Etelämantereella, ja tuloksena saatu tutkimus julkaistiin eilen illalla Nature-lehden ennakkoversiona verkossa.

Avainasia on vuorovesi!

Valtamerten rannikkoaluilla vuoroveden vaihtelut paljastavat rannikon makroleväesiintymät ja päästävät ne kosketuksiin ilmakehän kanssa. Levät päästävät ilmakehään erilaisia jodiyhdisteitä, jotka nyt reagoivat ilmakehässä synnyttäen jodihappoa ja muita tiivistymiskykyisiä jodipitoisia höyryjä.

"Heti kun jodiyhdisteet ovat syntyneet, ne takertuvat toisiinsa ja muodostavat pienen pieniä, alkujaan vain noin 1 nanometrin kokoisia, molekyyliryppäitä, klustereita, jotka jatkavat kasvuaan höyrymolekyylien törmäillessä näiden klustereiden pintaan", selittää Mikko Sipilä.

Kun pienhiukkasryppäät ovat kasvaneet riittävän suuriksi, hiukkaset voivat toimia tiivistymisytiminä, jotka synnyttävät pilviä.

Mace Headin tutkimusasema, National University of Ireland

Sama hiukkasten syntymekanismi näkyy napa-alueilla

Jodiyhdisteitä pääsee ilmaan paitsi rannikoiden makrolevistä myös valtamerien ja etenkin napa-alueiden merijäässä elävistä mikroskooppisista kasviplanktoneista.

Tutkijat havaitsivatkin, että sama pienhiukkasten syntymekanismi selittää hiukkasmuodostusta myös merijään alueella Pohjois-Grönlannissa sekä Etelämantereella, Weddellin meren läheisyydessä.

"Löytö on tärkeä, sillä se auttaa ymmärtämään luonnon ilmastoa sääteleviä omia mekanismeja, paitsi rannikkoseuduilla, myös arktisilla alueilla, jotka ovat erityisen herkkiä", Sipilä sanoo.

Tutkijan suunnitelmissa onkin jatkaa tutkimusta napa-alueilla entistä herkemmillä mittausmenetelmillä, joita hänen ryhmänsä jatkuvasti kehittää.

Mittaamiseen tarvitaan pienten pitoisuuksien laitteita

Hiukkasten, ja sitä kautta pilvien, kannalta oleellisten höyryjen pitoisuudet ilmakehässä ovat äärimmäisen pieniä, vain noin yksi molekyyli sataa biljoonaa ilmamolekyyliä kohti. Klustereiden pitoisuudet ovat vielä tätäkin pienempiä. Näin pienten pitoisuuksien poimiminen ilmanäytteestä vaatii kehittynyttä mittalaiteteknologiaa.

"Uusien menetelmien kehittäminen on tärkeää, kun yritetään ratkoa suuria tutkimuskysymyksiä", toteaa Sipilä.

Sipilän ryhmän tutkimus on uraa uurtava, sillä se on ensimmäinen laatuaan, jossa ilmakehässä syntyneiden sähköisesti neutraaleiden klustereiden kemiallinen koostumus on pystytty mittaamaan ja hiukkasmuodostus selittämään molekyylitasolla. 

Aiemmin Sipilä ja kumppanit ovat kyenneet tähän vain laboratoriokokeissa, jotka tehtiin Euroopan hiukkastutkimuskeskuksessa Cernissä, Genevessä.

Mikko Sipilän tutkimusryhmä on osa professori Markku Kulmalan johtamaa ilmakehätieteiden osastoa Helsingin yliopistossa.

Juttu perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen. Kuvissa on Atlantin vuorovesirannikkoa läntisessä Irlannissa ja Mace Headin tutkimusasema, National University of Ireland (kuvaaja Nina Sarnela)

Suora linkki artikkeliin: Molecular-scale evidence of aerosol particle formation via sequential addition of HIO3