markku kulmala

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.

Uudet Akateemikot nimetty: kasvifysiologi, aerosoliguru ja filosofi

Pe, 03/10/2017 - 14:19 Toimitus

Akatemiaprofessori Eva-Mari Aro, akatemiaprofessori Markku Kulmala ja emeritusprofessori Ilkka Niiniluoto ovat uusia tieteen akateemikoita.

Tasavallan presidentti Sauli Niinistö myönsi heille akateemikon arvonimen presidentin esittelyssä tänään.

Uudet akateemikot vastaanottavat arvonimensä torstaina 16.3. Helsingissä pidettävässä juhlatilaisuudessa. Tieteen akateemikon arvonimi voi olla samanaikaisesti kuudellatoista erittäin ansioituneella suomalaisella tieteentekijällä.

Kasvimolekyylibiologisen tutkimuksen pioneeri

Akatemiaprofessori Eva-Mari Aro (s.1950) on toiminut Turun yliopiston kasvifysiologian professorina vuodesta 1998 alkaen.

Hänen erityisalanaan on kasvimolekyylibiologinen tutkimus. Aro on luonut uuden fotosynteesitutkimuksen vahvuusalueen Suomen tieteeseen. Samalla hänen johtamastaan laboratoriosta on kehittynyt yksi kansainvälisesti arvostetuimmista fotosynteesitutkimuksen keskuksista.

Viime vuosina Aron ryhmä on selvittänyt, miten fotosynteesikoneisto saadaan valjastettua tuottamaan ihmisille hyödyllisiä yhdisteitä kestävän kehityksen periaatteella. Tutkimuksessa synteettistä biologiaa sovelletaan kemikaalien ja energian tehokkaaseen tuottamiseen yhteyttävien organismien, lähinnä syanobakteerien, avulla.

Tutkimuksessa syanobakteereja ei valjasteta biomassan tuottamiseen kuten yleensä levien bioenergiatutkimuksissa, vaan niistä muokataan ”eläviä” tehtaita, joissa solut toimivat katalyytteinä ja erittävät soluistaan energiarikkaita kemikaaleja kuten esimerkiksi aurinkopolttoaineita. Alan tutkimuksen toivotaan johtavan käytännön läpimurtoon, joka mahdollistaisi luopumisen fossiilisista polttoaineista.

Eva-Mari Aron mielestä tutkimuksen yhteiskunnallinen merkitys kasvaa kovalla vauhdilla.

”Tutkimus on perusedellytys niin erilaisten sovellusten keksimiseksi ja tuottamiseksi kuin poliittisen päätöksenteonkin tueksi. Tutkittuun tietoon perustuva neuvonanto käy entistä tärkeämmäksi hauraaksi ja pieneksi osoittautuneella planeetallamme. Oma vastuuntuntoni tässä asiassa heräsi kymmenisen vuotta sitten, mutta toivon, että nuoremmat ikäpolvet ovat valveutuneempia.”

Akatemiaprofessorina Eva-Mari Aro on toiminut nykyisen, vuoteen 2018 jatkuvan kautensa lisäksi vuosina 1998-2008. Aro johti vuosina 2008-2013 Suomen Akatemian Integroidun fotosynteesi- ja metaboliittitutkimuksen huippuyksikköä, ja parhaillaan hän johtaa Primaarituottajien molekyylibiologian huippuyksikköä (2014-2019). 

Eva-Mari Aro on saanut useita kansainvälisiä kunnianosoituksia ja palkintoja ja hänellä on lukuisia kansallisia ja kansainvälisiä luottamustehtäviä.

Hän toimii monissa EU:n tutkimusverkostoissa, niin tieteellisissä kuin tiedepoliittisissakin ja kuuluu useiden isojen tiedepalkintojen kansainvälisiin valintapaneeleihin. Parhaillaan hän on varapresidentti Euroopan Akatemioiden yhteiselimessä (EASAC), joka tuottaa tutkittuun tietoon perustuvia raportteja EU:n komission ja parlamentin päätöksentekoa varten aihepiireinä ympäristö, energia ja biotieteet yleisesti. Vuoden professoriksi Eva-Mari Aro valittiin vuonna 2013.

Markku Kulmala

Ekosysteemien ja ilmakehän vuorovaikutuksia tutkivan tieteenalan uranuurtaja

Akatemiaprofessori Markku Kulmala (s. 1958) on maailman johtava ilmakehän aerosolien fysiikan ja kemian tutkija.

Kulmalan alan kansainvälisessä eturivissä tekemä tutkimus on lisännyt merkittävästi ymmärrystä ilmastonmuutokseen vaikuttavista mekanismeista, mikä luo mahdollisuuksia ilmastonmuutoksen hillitsemiseen ja muutoksen vaikutusten vähentämiseen. Kulmala on yksi ekosysteemien ja ilmakehän vuorovaikutuksia tutkivan uuden tieteenalan perustajista. Varsinkin hänen integroiva lähestymistapansa on muuttanut tutkimusympäristöä ja -asetelmia merkittävästi.

Kulmalan tutkimusryhmä selvittää ihmistoiminnan ja luonnollisten prosessien vaikutusta ilmastoon ja ilman laatuun. Ilmanlaadun ja ilmaston väliset vuorovaikutukset ovat moninaisia ja monimutkaisia. Saasteinen ilma voi muuttaa paikallista ja jopa globaalia ilmastoa ja ilmasto vaikuttaa monella tavalla ilmanlaatuun. Tutkimuksella on merkittävät ympäristölliset, sosiaaliset ja taloudelliset vaikutukset.

”Ilmaston ja ympäristönmuutoksen monimutkaisten keskinäisten riippuvuuksien ja vuorovaikutusten ratkaisemiseen tarvitaan monipuolista kokeellista ja teoreettista työtä sekä jatkuvia mittauksia. Vain näin saadaan riittävästi faktoja, joita voidaan käyttää päätöksenteon tueksi esimerkiksi sellaisissa haasteissa kuin Kiinan ilmanlaadun ratkaisemisessa.”

Markku Kulmala on työskennellyt Helsingin yliopiston fysiikan professorina vuodesta 1996 lähtien. Parhaillaan hän on akatemiaprofessori. Hän oli akatemiaprofessorina myös vuosina 2004-2009 ja 2011-2015. Kulmala on julkaissut yli 900 tieteellistä alkuperäisartikkelia.

Hänen ohjauksessaan on valmistunut 67 tohtoria. Kulmalan julkaisuihin on viitattu ainakin 35 000 kertaa, ja hän on maailman viitatuin geotieteiden tutkija. Vuoden professoriksi Kulmala valittiin vuonna 2012.

”Minua kiehtoo tutkimustyössä uuden löytäminen ja rajojen ylittäminen. On mielenkiintoista pohtia uusia asioita, yhtälöitä ja syy-yhteyksiä ja lopulta ymmärtää niitä”, Kulmala kuvailee.

Kulmala on johtanut Suomen Akatemian huippuyksikköä Ilmakehän koostumuksen ja ilmaston muutoksen fysiikka, kemia ja biologia vuosina 2002-2007 ja Ilmakehän koostumuksen ja ilmaston muutoksen fysiikka, kemia, biologia ja meteorologia vuosina 2008-2013.

Parhaillaan hän johtaa Ilmakehäntutkimuksen huippuyksikköä - molekyyleistä ja biologisista prosesseista globaaliin ilmastotutkimukseen (2014-2019). Arvostetun Euroopan tutkimusneuvoston ERC:n viisivuotisen Advanced Grant -rahoituksen Kulmala sai vuonna 2008.

Markku Kulmala on ollut keskeisessä roolissa myös kansainvälisten tutkimusinfrastruktuurien kehittäjänä ja merkittävän havaintoverkoston perustajana. Useita vuosia kestäneet jatkuvat mittaukset Suomen SMEAR-kenttäasemilla ovat lisänneet Kulmalan johtamien tutkimusyksiköiden kansainvälistä painoarvoa.

Tämä näkyy esimerkiksi kasvihuonekaasujen havaintojärjestelmän (ICOS) -tutkimusinfrastruktuurin päämajan ja koordinaatiovastuun saamisessa Suomeen sekä aerosolin, pilvien ja hivenkaasujen eurooppalaisen infrastruktuurin (ACTRIS) koordinaatiovastuun saamisena Suomeen.

Kulmalan uudet aloitteet Global SMEAR, Pan Eurasian Experiment sekä osallistuminen Kiinan ilmanlaadun ratkaisemiseen ja Silk Road -hankkeisiin lisäävät oleellisesti suomalaisen tutkimuksen näkyvyyttä ja kansainvälistä vaikuttavuutta.

”Odotan, että meillä on merkittävä panos Kiinan ilmanlaadun kohentamisessa. Uskon, että kansainväliset mittausverkot monipuolistuvat ja antavat laadullista tietoa erilaisista ilmastoon vaikuttavista takaisinkytkennöistä”, Markku Kulmala sanoo.

Tieteenfilosofi ja merkittävä tiedevaikuttaja 

Emeritusprofessori Ilkka Niiniluoto (s. 1946) on tehnyt erittäin merkittävän uran tiedeyhteisössä ja yliopistomaailmassa. Filosofina hän on kirjoittanut laajasti tieteen luonteesta ja tieteellisestä ajattelusta. Samalla hän on koko uransa ajan ollut aktiivinen ja monipuolinen yhteiskunnallinen vaikuttaja ja keskustelija.

Hän on aktiivisesti osallistunut yliopistojen uudistamiseen ja yliopistoista käytävään keskusteluun. Erinomaisena esimerkkinä tästä on Niiniluodon kokoomateos Dynaaminen sivistysyliopisto: sata puhetta ja kirjoitusta vuosilta 1987-2010. Niiniluodon vankkumattoman analyyttinen ote hankaliinkin asioihin on tehnyt hänestä erittäin arvostetun tiedevaikuttajan.

Tieteenfilosofina Niiniluodon kiinnostuksen kohteena on ollut muun muassa tieteellisen tiedon edistyminen: kun kaksi teoriaa kuvaa samaa ilmiötä eri tavoin, niin millä perusteilla voidaan sanoa, että toinen on oikeampi kuin toinen?

Tämä teoksessa Truthlikeness (1987) kehitelty totuudenkaltaisuuden käsite on tieteen kannalta erittäin merkittävä. Tieteellisen realismin merkitystä hän on puolestaan nostanut esiin laajasti siteeratussa kirjassaan Critical Scientific Realism (1999). Hän on julkaissut 200 tieteellistä alkuperäisartikkelia ja kirjoittanut tai toimittanut lukuisia kirjoja.

Niiniluoto pitää tieteentekijöiden roolia keskeisenä, kun yhteiskunnassa haetaan ratkaisuja ajankohtaisiin kansainvälisiin haasteisiin kuten globaaliin monikulttuurisuuteen, digitalisaatioon ja ilmaston lämpenemiseen.

”Kriittistä tieteellistä ajattelua tarvitaan jatkuvasti uudistamaan sivistyksen tietopohjaa ja siihen perustuvaa osaamista. Emme saa alistua demokratiaa rapauttavaan totuudenjälkeiseen aikaan, vaan tieteen on ylläpidettävä totuuden ja oikeudenmukaisuuden kunnioitusta.”

Suomen nousu ja menestys kansakuntana on Niiniluodon mukaan perustunut juuri tieteeseen ja yliopistojen tarjoamaan tutkimuspohjaiseen koulutukseen.

”Jo 1800-luvulta lähtien Suomesta on koulutuksen ja tutkimuksen avulla rakennettu sivistysvaltiota, jolla on oma kieli, historia ja kulttuuri. Itsenäisestä Suomesta on kehitetty demokraattinen oikeusvaltio, turvallinen hyvinvointiyhteiskunta ja dynaaminen tietoyhteiskunta. Kaikissa näissä vaiheissa avoin kansainvälinen vuorovaikutus on ollut avainasemassa”, Niiniluoto korostaa.

Hänestä Suomen tulevaisuudesta voidaan pitää huolta näiden vahvuuksien varassa, kun samalla varmistetaan keskusteluyhteys politiikan ja talouden päätöksentekijöihin kaikille tieteille, jotka arvioivat kriittisesti maailman monimutkaista tilaa ja toiminnan vaihtoehtoja.

”Päätöksentekijät on myös vakuutettava siitä, että tiede on monin tavoin arvokasta ja hyödyllistä, joten tieteelliseen sivistykseen kannattaa sijoittaa. Suomessa toimivilla tieteenharjoittajilla on erinomaiset kansainväliset yhteydet ja verkostot. Kovassa kilpailussa tieteen tason ylläpitäminen ja läpimurtojen saavuttaminen edellyttävät kuitenkin riittäviä voimavaroja.”

Ilkka Niiniluoto oli Helsingin yliopiston matematiikan apulaisprofessori 1973-77, teoreettisen filosofian professori vuosina 1977-2014, vararehtori 1998–2003, rehtori 2003-2008 ja kansleri 2008-2013. Hän toimi puheenjohtajana Suomen Filosofisessa Yhdistyksessä 1975-2015 ja Tieteellisten Seurain Valtuuskunnassa 2000-2014. Niiniluoto on lukuisien kansallisten ja kansainvälisten tieteellisten seurojen jäsen ja on uransa aikana toiminut monissa merkittävissä kansainvälisissä ja kansallisissa luottamustehtävissä.

Juttu perustuu Suomen akatemian tiedotteeseen.

Vuosikymmeniä kestävä arktiksen tutkimusohjelma käynnistyy

Ti, 02/10/2015 - 09:29 Toimitus

Joukko eurooppalaisia, venäläisiä ja kiinalaisia tiedevaikuttajia ja tutkijoita kokoustaa parhaillaan Helsingissä suuren, vuosikymmeniä kestävän tutkimusohjelman käynnistyskonfrenssissa.

Kyseessä on Pan-Eurasian Experiment, eli PEEX; monialainen, pohjoisen ja arktisen alueen tutkimusohjelma, joka sisältää pääasiassa luonnontieteellistä perustutkimusta ja jonka suunnitellaan kestävän usean kymmenen vuoden ajan. Perustutkimuksen ohella ohjelman odotetaan tuottavan myös konkreettisia ja teknisiä ratkaisuja ympäristöongelmiin.

"Ilmaston lämpeneminen ja monet vastaavat ekosysteemin muutokset vaikuttavat dramaattisesti arktisella ja boreaalisella seudulla, mutta nämä ovat myös juuri niitä alueita, joista tiedämme vähiten", toteaa PEEX-ohjelman primus motor, akatemiaprofessori Markku Kulmala Helsingin yliopistosta. 

"Nämä ovat perimmäisiä syitä siihen, että esimerkiksi ilmastomallit ovat monelta kohdin puutteellisia. PEEXin avulla on tarkoitus paikata näitä aukkoja."

Kulmala lisää, että ohjelmalla halutaan myös tukea niitä pohjoisen vyöhykkeen ihmisiä, joiden elinkeinot ja kulttuuri ovat vaarantuneet ilmastonmuutoksen vuoksi. Heidän sopeutumistaan voidaan helpottaa esimerkiksi parantamalla sään ääri-ilmiöistä varoittavia laitteita ja järjestelmiä.

Havaintoasemien ketju Skandinaviasta Siperian yli Kiinaan

Ilmakehän, kasvillisuuden ja maaperän vuorovaikutusten ymmärtämiseksi tarvitaan alueellisesti kattavaa mittausdataa. Sama pätee ilmaston ja yhteiskunnan välisten takaisinkytkentöjen tuntemiseen. Dataa saadaan esimerkiksi havaintoasemilta tai kaukokartoitusmenetelmillä, kuten satelliittien avulla.

Siksi yhtenä PEEXin tavoitteena on rakentaa ja varustaa laaja havaintoasemien ketju Skandinaviasta Siperian yli Kiinaan. Tämän osahankkeen alkuvaiheessa aiotaan keskittyä jo olemassa olevien havaintoasemien kehittämiseen ja niiden yhteensopivuuden varmistamiseen. Valmiita, mutta teknistä parantelua ja harmonisointia vaativia asemia on esimerkiksi Tiksissä ja Tomskissa.    

PEEX-ohjelmaa on tähän mennessä laadittu satojen fyysikoiden, kemistien ja biotieteilijöiden voimin. Jos suunnitelma uusien havaintoasemien rakentamisesta toteutuu, tarvitaan lisäksi myös insinöörejä, ammattitaitoisia rakentajia ja logistiikan asiantuntijoita.

"PEEX:in kaltaisen monialaisen ohjelman läpivieminen onnistuneesti vaatii usean maan hallituksen tuen", pohtii professori Sergej Zilitinkevich Ilmatieteen laitokselta. Hän on Kulmalan ohella PEEX-ohjelman kantava voima.

"Toivomme myös elinkeinoelämän, yritysten ja kansalaisjärjestöjen osallistuvan PEEXiin", Zilitinkevich lisää.

"CERNiin verrattava investointi"

PEEX on mittasuhteiltaan ja mahdollisilta tuloksiltaan hanke, jota hankkeen vetäjät vertaavat Euroopan hiukkastutkimuskeskuksen Cernin perustamiseen 60 vuotta sitten.

"PEEXin kokonaiskustannukset nousevat satoihin miljooniin euroihin", kertoo Kulmala. 

"Esimerkiksi yhden ainoan havaintoaseman rakentaminen maksaa noin kaksikymmentä miljoonaa euroa, eikä siinä vielä ole ylläpito- eikä henkilöstökuluja. Myös Cern oli aikanaan ja edelleen on valtava investointi, mutta se on tuottanut yli odotusten sekä tieteen sisäisillä kriteereillä että kaupallisilla sovelluksilla mitaten."

"Lähdemme PEEXissä aidosti kohti tuntematonta. Monista ilmakehän molekyyli- ja atomitason tapahtumista meillä on vain aavistus, eikä välttämättä sitäkään. Emme ehkä vielä osaa edes kysyä oikeita asioita."

Kulmalan johtama ilmakehätutkijoiden ryhmä on tähän mennessä saavuttanut paljon: Kulmala on maailman viitatuin tutkija geotieteiden alalla, ja hänen ryhmänsä tutkimuksia on julkaistu muiden muassa Sciencessä ja Naturessa. Ryhmä on rakentanut Suomeen viisi havaintoasemaa, joista tunnetuin sijaitsee Hyytiälässä (ks. Tiedeuubin juttu asemasta). Lisäksi asemia on tehty yksi Viron Järvseljaan ja yksi Kiinan Nanjingiin.  

Havaintoasemat ovat maastoon sijoitettuja, teknisesti huippuvarustettuja laboratorioita, joilla mitataan ympäristön aine- ja energiavirtoja, esimerkiksi säteilyä tai kasvien kaasunvaihtoa. Kulmalan ryhmä on kehittänyt perustutkimuksesta myös teollisia sovelluksia, kuten ilmakehän hiukkaslaskurin.

Kulmalan ryhmään kuuluu fyysikoita, kemistejä, bio- ja yhteiskuntatieteilijöitä kaikkialta maailmasta. Kulmala itse työskentelee Helsingin yliopiston fysiikan professorina. PEEXiä vievät Suomessa eteenpäin myös Ilmatieteen laitos ja International Eurasian Academy of Sciences.

Juttu perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen.

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.

Zeppeliini tulossa pian kohti Suomea

To, 04/11/2013 - 17:49 Toimitus
Zeppelin NT valmiina matkaan!

Suuri Zeppelin NT -ilmalaiva lähtee ensi viikolla kohti Suomea, kunhan se on saanut koelentonsa tehtyä Saksan Friedricshafenissa. Zeppeliinin tehtävänä on nuuskia ja maistella ilmassa olevia pienhiukkasia, eli aerosoleja, ja tämänvuotinen tutkimusmatka ulottuu lähes Lappiin saakka.

Hankkeeseen osallistuvan kansainvälisen tutkijajoukon kiinnostuksen kohteena on ilmakehän alimmat kaksi kilometriä, joiden vaikutusta ilmastonmuutokseen ja sääilmiöihin ei täysin tunneta. Se on myös meille ihmisille, muille eläimille ja kasveille kaikkein tärkein ilmakehän osa, koska suurin osa päästöistä on siellä. Saasteet kulkeutuvat toki vähitellen korkeammallekin ja huuhtoutuvat sateen mukana takaisin maahan, mutta niitä on runsaasti hengitysilmassamme.

Hitaasti lentävä ja käytännössä täysin tärinätön ilmalaiva soveltuu erinomaisesti nyt tehtäviin havaintoihin. Kyseessä on maailman suurin operatiivisessa käytössä oleva ilmalaiva, saksalainen Zeppelin NT, eli perinteikkäiden Zeppeliinien uudella tekniikalla varustettu ja nykyaikaisesti rakennettu malli - siitä kirjaimet NT, Neue Technologie, tai New Technology.

Mittauksia varten alun perin maisemalentoihin tehdyn aluksen matkustamo on muutettu pieneksi tietokonesaliksi ja ilmalaivan ulkopuolelle on asennettu runsaasti mittalaitteita. Sikarimaisen ilmalaivan päällä on jopa kymmenmetrinen mittauspuomi. Monet putket imevät ilmaa ulkopuolelta ja johtavat sitä matkustamon sisälle tutkittavaksi.

Zeppeliinissä on mukana monien muiden mittalaitteiden lisäksi myös laboratoriotasoinen massaspektrometri, joka kykenee analysoimaan 50-1000 nanometriä kooltaan olevia hiukkasia ja niiden koostumusta erittäin tarkasti.

Eräs koko hankkeen suurimmista ongelmista olikin saada pienhiukkasia mittaavat suuret laitteet pakattua matkustamoon siten, että ilmalaivan suurin sallittu lentoonlähtöpaino ei ylity.

Zeppelin NT voi ottaa maksimissaan 1900 kg painavan kuorman, jolloin koko laivan massa lentoon lähdettäessä on tarkalleen 10690 kg. Se voi lentää 2,6 kilometrin korkeuteen ja olla ilmassa yhtäjaksoisesti noin 24 tuntia.

Aerosoleja imemässä

Pegasokseksi nimetyn lennon pääsaaliina ovat aerosolit, eli ilmassa olevat pienhiukkaset, jotka ovat peräisin ihmisen toiminnasta sekä luonnosta. Pakokaasuissa on aerosoleja, asfalttia vasten pyörivät renkaat nostavat ilmaan hiukkasia ja katupöly sisältää runsaasti pienhiukkasia. Myös esimerkiksi siitepöly koostuu aerosoleista, pienenpienistä siitepölyhiukkaista.

"Eräs esimerkki runsaasti aerosoleja sisältävästä kaasusta ovat rikkidioksidipäästöt", kertoo Thomas F. Mentel saksalaisesta Jülich-instituutista Euronewsin uutisessa. "Olemme jo pitkään koittaneet vähentää rikkidioksidipäästöjä, koska ne saavat aikaan hapanta sadetta. Olemme onnistuneetkin tässä oikein hyvin, mutta samalla tällä voi olla vaikutusta pilvien muodostumiseen. Rikkidioksidilla ja pilvien synnyllä on tekemistä keskenään, ja tämä vaikuttaa puolestaan ilmakehän viilenemiseen. Voi siis olla, että sulfaattiaerosolien määrän vähentäminen toimi ilmastonmuutosta vastaan."

Tutkijat ovat erityisen kiinnostuneita ns. ilmakehän puhdistusaineita, luonnollisista kemiallisista yhdisteistä, jotka heikentävät ilmansaasteiden vaikutusta ja siten parantavat ilmanlaatua.

Tavoitteena on myös määrittää tarkasti luonnollisten ja ihmisen toiminnasta peräisin olevien aerosolien määrä ja laatu. Siksi ilmalaivan avulla halutaan lentää eri puolilla Eurooppaa erilaisissa maastoissa ja eri tyyppisissä ympäristöissä, eri korkeuksilla ja eri sääolosuhteissa.

Helsingin yliopiston logo ilmalaivassa

Lentoja melkein Lappiin saakka

Viime vuonna Pegasos (tunnukseltaan D-LZFN) lensi mm. Italiassa ja Hollannissa, ja tänä kesänä kohteena on ennen kaikkea Suomi. Sen tieteellinen tukikohta Suomessa on Helsingin yliopiston mittausasema Hyytiälässä ja itse ilmalaiva majailee ainakin 22.4.-31.5. välisenä aikana Jämin lentokentällä, missä kentän eteläosa ja yksi kiitoteistä suljetaan muulta liikenteeltä tuoksi ajaksi. Jämiltä alus tekee lentojaan ympäri eteläistä Suomea ja pohjoisemmaksikin, lähes Lappiin saakka.

Suomesta tutkimuksiin osallistuu akatemiaprofessori Markku Kulmalan tutkijaryhmä, joka on niittänyt mainetta maailmalla eturivin aerosolitutkimuksesta. Ryhmä on hyvin poikkitieteellinen ja siihen kuuluu koko joukko fyysikoita, kemistejä ja insinöörejä.

Vaikka Zeppelin NT onkin suunniteltu alun perin matkustajalentoihin, ei tämä tutkimusalus ota kyytiläisiä.

Koska sää ja tilanteen mukaan kiinnostavat tutkimuskohteet vaikuttavat lento-ohjelmaan, ei aluksen reittejä voida suunnitella pitkälle tulevaisuuteen. Pegasoksen sijaintia voi kuitenkin seurata netissä reaaliajassa osoitteessa zeppelin.iek.fz-juelich.de/zeppelinlocation

Suomeen Zeppeliini lentää tämänhetkisen suunnitelman mukaan Mainzin, Hildesheimin, Lübeckin ja Ruotsin kautta. Läntisessä naapurimaassamme ensimmöinen etappi on Ljungbyhed ja sen jälkeen Skavsta, minne matka koitetaan taittaa mahdollisimman nopeasti. Tutkijat seuraavat ilmalaivaa autoilla ja saattueessa on mukana myös ilmalaivan pysäköimiseen käytettävä raskan kuorma-auto, jonka lavalta nousee pystyyn masto. Alus kiinnitetään siihen sen ollessa maassa.

Kunhan Zeppeliini saapuu Suomeen toukokuussa, palaa Tiedetuubi varmasti asiaan!

PEGASOS-projekti on laaja yhteiseurooppalainen tutkimushanke, jonka rahoitus tulee Euroopan Komission ns. seitsemännestä puiteohjelmasta. Lennon ja mittausten etenemisestä kerrotaan Pegasos-blogissa.

Kuvat: Jari Mäkinen