Hyytiälä

Huima ehdotus: Tuhat mitta-asemaa tutkimaan maapallon kuntoa

Ma, 01/08/2018 - 10:43 Toimitus
Hyytialan asemaa (Kuva: Helsingin yliopisto, ATM)

Tunnettu aerosolitutkija, akateemikko Markku Kulmala ehdottaa Nature-lehdessä maailmanlaajuisen mittausverkoston rakentamista planeettamme tilan selvittämiseksi ja jatkuvaksi seuraamiseksi. Tuhat asemaa riittäisi – esimerkkinä suomalaisten SMEAR.

Hyytiälässä, Juupajoella, on Helsingin yliopiston SMEAR II -asema, missä mitataan jatkuvasti yli 1200 erilaista muuttujaa ilmassa ja ympäristössä.

Kasvihuonekaasujen pitoisuudet, pienhiukkasten pitoisuudet ja koostumus, otsoni, typen oksidit, rikki- ja typpihappo, sadat erilaiset hiilivedyt, molekyyliklusterit, maaperän ominaisuudet, fotosynteesi ja puiden kaasuaineenvaihdunta – nämä kaikki ja paljon muuta kirjautuvat tietokoneisiin ympäri vuorokauden.

Mittaustiedot näyttävät miten Hyytiälän metsämaasto hengittää ja elää, sekä kuinka muualta tulleet ilmavirtaukset tuovat sinne aineita ympäröivästä maailmasta.

Markku Kulmala ehdottaa viime torstaina, 4. tammikuuta Nature -lehdessä olleessa artikkelissa Build a global Earth Observatory SMEAR:in ottamista esimerkiksi hankkeessa, joka rakentaisi maailmanlaajuisen mittausverkoston maapallon tarkan tilan kartoittamiseen ja seuraamiseen.

Ympäri maailman tehdään koko ajan paljon mittauksia, joten niistä ei sinällään ole pulaa, mutta yhtenäinen, samalla tavalla samoja merkkikaasuja pitkäaikaisesti ja luotettavasti mittaava järjestelmä, jonka tuottamat havainnot olisivat vapaasti kaikkien maailman tutkijoiden käytössä, olisi huima askel eteenpäin.

Tiedot auttavat erilaisten luonnonilmiöiden takaisinkytkentöjen ja vuorovaikutusten selvittämisessä.

Kulmalan ehdottama maapallonlaajuinen uusi Global SMEAR (Stations for Measuring Earth Surface Atmosphere Relations) -verkko tarvitsee noin tuhat Hyytiälän kaltaista asemaa.

"Investointikustannukset asemaa kohden ovat 10 miljoonaa euroa, joten investoinnit Global SMEAR -verkkoon olisivat samaa suuruusluokkaan kuin Trumpin muuri Meksikon rajalle", akateemikko Kulmala sanoo.

Global Observatory (Global SMEAR) mittaisi kasvihuonekaasuja, pienhiukkasia, hivenkaasuja, oksidantteja, pilvien ominaisuuksia, sadetta, ekosysteeminen tilaa ja yleisesti ottaen ympäristön muutoksia, ihan niin kuin Hyytiälässä jo tehdään.

Lisäksi mukaan olisi hyvä ottaa myös uutta teknologiaa, kuten massaspektrometria, joka pystyy ilmakehässä mittaamaan erittäin pieniä hiukkaspitoisuuksia.

"Global SMEARin toteuttaminen vaatii laajaa kansainvälistä yhteistyötä, jota voisi pitkällä aikavälillä johtaa esimerkiksi meteorologian kansainvälinen järjestö WMO yhdessä suomalaisten toimijoiden kanssa", Kulmala arvelee viitaten Hyytiälän SMEAR-asemalta saatuun korkeatasoiseen aineistoon.

Hyytialan asemaa (Kuva: Helsingin yliopisto, ATM)
Hyytiälän SMEAR II -asema. Kuva: Helsingin yliopisto.

Kes­tä­viä pää­tök­siä teh­dään vain riit­tä­väl­lä ai­neis­tol­la

Helsingin yliopiston ilmakehätutkijat ovat kehittäneet SMEAR-konseptia vuodesta 1989, jolloin professori Pertti Hari ja Markku Kulmala aloittivat ensimmäisen SMEAR-aseman suunnittelun. Konseptin oleellisena osana on avoin data ja datavirrat.

"Kun on riittävästi avointa dataa maapallon tilasta, se mahdollistaa riittävän monipuolisen analyysin. Näin saadaan tietoa esimerkiksi siitä, mitkä alueet maapallolla voivat vahvistaa hiilinieluja ja lisätä ilmakehää viilentävien pienhiukkasten syntyä."

Kulmala uskoo myös, että uusia ilmastonmuutosta hillitseviä takaisinkytkentöjä voi löytyä.

"Vain riittävällä datalla ja monipuolisella analyysillä päästään tekemään kestäviä päätöksiä, hän sanoo.

Se jo tiedetään kipeän hyvin, että ilmaston muuttuessa kaupungistuminen lisääntyy, ruoka ei riitä, ja puhdas vesi muuttuu yhä vaikeammin saatavaksi; ilma saastuu, biodiversiteetti kärsii, ympäristö kemikalisoituu, epidemiat globaalistuvat ja energia on käymässä niukaksi – kaikki ovat ilmiöitä, jotka liittyvät oleellisesti toisiinsa eikä niitä voi ratkaista yksitellen.

*

Juttu perustuu Helsingin yliopiston viestinnän tiedoteeseen.

Hyytiälän metsähöyryt kiinnostavat

Pe, 10/24/2014 - 00:35 Marja Saarikko

Pirkanmaalla, keskellä vihreää, sankkaa suomalaismetsää sijaitsee Hyytiälän metsäasema, jolla on tehty merkittäviä ilmastonmuutosta koskevia havaintoja. Siellä sijaitsee myös maailman tunnetuin ilmakehän tutkimiseen tarkoitettu mittausasema nimeltä SMEAR II.

Helsingin yliopiston maatalous-metsätieteelliseen tiedekuntaan kuuluvalla metsäasemalla on tehty metsien ja soiden tutkimusta jo yli sata vuotta. Asemalla järjestetään vuosittain myös kenttäkursseja ja kesäkouluja sadoille tutkijoille.

Opiskelijat ja opettajat elävät metsän keskellä idyllisessä kartanomiljöössä, uivat, saunovat, syövät hyvin sekä pitävät hauskaa opiskelun lomassa.

Mutta tärkeintä on tutkimus ja koulutus: ne liittyvät jollain tapaa ilmastonmuutokseen. SMEAR II –mittausasema valmistui 20 vuotta sitten ja sen jälkeen siellä on tehty merkittäviä havaintoja esimerkiksi siitä, miten metsä tuottaa aerosolihiukkasia ja miten ilmansaasteet vaikuttavat ilmastonmuutokseen.

Kulmala johtaa huippututkimusta

Yksi metsäasemalla usein vieraileva tutkija on Suomen Akatemian huippututkimusyksikön johtaja, akatemiaprofessori Markku Kulmala Helsingin yliopistosta (kuvassa alla).

Kulmalaa pidetään maailman johtavana ilmakehän aerosolien fysiikan ja kemian tutkijana. Jo muutamia vuosia hän on ollut oman tieteenalansa viitatuin tutkija. Hyytiälän SMEAR II -mittausasema on tärkeä osa huippututkimuksen yksikköä. Kulmalan vetämä huippututkimuksen yksikkö on hyvin poikkitieteellinen ja siihen kuuluu monia fyysikoita, kemistejä, metsäekologeja, meteorologeja ja insinöörejä.

Julkaisujen takana on Kulmalan mukaan yhä isompia ryhmittymiä. Esimerkiksi Science-lehden aerosolihiukkasten muodostumista käsitelleessä artikkelissa oli yli sata kirjoittajaa.

"Kaikki työ tehdään nykyään isolla porukalla", toteaa Kulmala.

Uusia laitteita on kehitettävä

Hyytiälän metsikössä edetään pitkospuita pitkin. Polun varrella ja alueen mittauspisteissä on kontteja täynnä mittalaitteita. Keskellä aluetta on 128 metriä korkea masto useine antureineen.

"Mittalaitteiden avulla saadaan selville ilmakehän UV-säteilyn muutoksia", kertoo Kulmala. "Yksi laite mittaa halkaisijaltaan 1-3 nanometrin aerosolihiukkasia, toinen jatkuvatoiminen laite monitoroi niiden koostumusta".

Hänen mukaansa uusien laitteiden kehittäminen on erittäin tärkeää. Niiden on oltava jatkuvatoimisia eli kyettävä antamaan reaaliaikaista tietoa eri prosesseista.

Yksikön hiukkastutkija Mikko Sipilä Helsingin yliopistosta on Kulmalan mukaan juuri saavuttanut huomattavia tuloksia työryhmänsä kanssa kehittämällään laitteella.

Uusi laite on selventänyt, mikä kemiallinen prosessi muuntaa metsän höyryt sellaisiksi, että ne muodostavat uusia aerosolihiukkasia ja kasvattavat niistä pilviä. Mekanismin löytyminen parantaa muun muassa ilmastomallien kykyä ennustaa tulevaisuuden ilmastoa.

Juho Aalto
Metsäekologi Juho Aalto Helsingin yliopistosta selvittää haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöjä boreaalisista metsistä, erityisesti puista.

Puhdas ilma Kiinaan

Metsillä on Kulmalan mukaan erittäin tärkeä rooli ilmastonmuutoksen torjunnassa, koska ne toimivat tehokkaasti hiilinieluina.

"Ne ovat antaneet maapallolle lisäaikaa jo 40-50 vuotta. Nuori nopeasti kasvava metsä on parempi hiilinielu kuin ikimetsä, mutta vanhoja metsiä ei silti kannata vetää kerralla kumoon."

Yksi tärkeä tavoite on hänen mukaansa löytää takaisinkytkentöjä, jotka hidastavat ilmastonmuutosta tuoden lisäaikaa. Toinen tärkeä tavoite on osallistua Kiinan ilmanlaadun parantamiseen.

Kiinalaiset ovat olleet hyvin kiinnostuneita mittausasemasta. Hyytiälän SMEAR II –mittausaseman mallin mukaisia uusia asemia ollaan parhaillaan rakentamassa esimerkiksi Kiinaan ja Etelä-Viroon.

Kulmalan mukaan kiinalaiset haluaisivat kopioida koko aseman itselleen, mutta tutkijoiden tietotaidon siirtäminen ei onnistu niin vain.

Kiinaan rakennettava SMEAR II –kopio, monet tutkimuksesta alkunsa saaneet spinoff-yritykset ja Mikko Sipilän edistysaskeleet ovat kaikki esimerkkejä perustutkimuksen sovelluksista.

Kulmalan mielestä oli jo aikakin, että niitä syntyy.

"Olen tehnyt tätä tutkimusta järjestelmällisesti 30 vuotta. Viimeinkin se kantaa hedelmää."


    Akatemiaprofessori Markku Kulmalan vetämän Suomen Akatemian huippututkimusyksikön tärkeimpiä saavutuksia ovat:

  • Ilmakehän 1-3 nanometrin hiukkasten olemassa olon ennustaminen ja todentaminen
  • Metsien merkityksen selvittäminen ilmakehän aerosolihiukkasten syntymiselle
  • Uuden merkittävän ilmakehässä esiintyvän oxidantin löytäminen
  • SMEAR-asemien suunnittelu ja rakentaminen
  • Merkittävien ilmastonmuutosta hidastavien metsän ja ilmakehän takaisinkytkentöjen löytäminen
  • Uusien mittalaitteiden suunnittelu ja rakentaminen
  • Merkittävien laajojen kansainvälisten aloitteiden käynnistäminen, kuten PEEX (Pan Euraasian Experiment) ja ICOS-päämajan saaminen Suomeen

Otsikkokuva: Polku metsässä vie takana pilkottavaan ns. Hitumökkiin. Se on SMEAR II –aseman kaikkein kuuluisin rakennus. Se sisältää lukuisia mittalaitteita, joilla on selvitetty, miten metsä tuottaa aerosolihiukkasia. Kaikki kuvat: Marja Saarikko.