Suomalaistutkijoiden kehittämällä laitteistolla päästiin ensi kertaa mittaamaan pienimpiä vasta muodostuneita ilmakehän hiukkasia. 

Aerosolihiukkaset viilentävät ilmastoa heijastamalla auringonvaloa ja muodostamalla pilvipisaroita, mutta miten ne oikein syntyvät?

Tätä ilmastomallien luotettavuutta hiertävää kysymystä ratkoi Euroopan hiukkastutkimuskeskuksen Cernin fyysikoiden ja ilmakehätieteiden tutkijoiden yhteistyöhanke CLOUD, jossa ovat mukana myös Helsingin ja Itä-Suomen yliopistot sekä Ilmatieteen laitos.

Hiukkasmuodostuksen eli nukleaation tutkimiseksi Cerniin rakennettiin ultrapuhdas kammio, jonka oloja pystytään kontrolloimaan äärimmäisen tarkasti eivätkä epäpuhtaudet pääse vaikuttamaan tulokseen.

CLOUD-kammiossa selvitettiin, miten ionisaatio vaikuttaa hiukkasten muodostumiseen. Nukleaatiota kyettiin mittaamaan erikseen joko luontaisen kosmisen säteilyn tuottamien ionien ollessa läsnä, protonisynkrotronilla
tuotetun pionisuihkun aiheuttaman ionisaation avulla tai täysin ilman varauksia.

Hiukkasia tuotettiin CLOUD-kammiossa rikkihaposta ja ammoniakista, joiden uskotaan olevan tärkeimmät ilmakehässä nukleoituvat höyryt. Analyysi osoitti, että rikkihappo ja ammoniakki yhdessä muodostavat uusia aerosolihiukkasia, mutta ne eivät riitä kokonaan selittämään alailmakehässä havaittavaa hiukkasmuodostusta, vaan prosessiin osallistuu yksi tai useampi muukin yhdiste.

Lisäksi havaittiin, että kosmisen säteilyn aiheuttama ionisaatio voi lisätä hiukkasmuodostusta. Kosmisten säteiden vaikutus korostui kylmissä lämpötiloissa, joten sillä näyttäisi olevan merkitystä lähinnä ylempänä ilmakehässä.

Helsingin yliopiston vastuulla olivat erityisesti laitteistot, jotka mittaavat kaikkein pienimpiä juuri muodostuneita hiukkasia ja ioneja, joita ei aiemmin ole suoraan pystytty havaitsemaan. Laitteiden avulla pystyttiin seuraamaan hiukkasten muodostusprosessia molekyylitasolta alkaen ja tunnistamaan hiukkasten muodostumiseen osallistuvat höyryt.

Tutkijatohtori Katrianne Lehtipalo Helsingin yliopiston fysiikan laitokselta analysoi tuloksia, jotka on mitattu uudella Suomessa kehitetyllä hiukkaslaskurilla, joka pystyy näkemään jopa vain nanometrin kokoisia hiukkasia.

"Nyt pystytään ensimmäistä kertaa laskemaan hiukkasten muodostumisnopeus suoraan mittauksista koossa, jossa hiukkaset syntyvät", Lehtipalo sanoo.

CLOUD-hankkeen ensimmäiset tulokset julkaisi Nature.