Hyppää sisältöön

Syrjäisellä asemalla Itä-Lapissa tehdään ilmastonmuutosta torjuvaa huippututkimusta – mökissä oleva "Kärsä" tunnistaa jopa yksittäisen molekyylin

Pienhiukkasilla on tärkeä rooli ilmastonmuutoksen torjunnassa, sillä niillä on ilmastoa viilentävä vaikutus. Kasvihuonekaasuista johtuva ilmaston lämpeneminen kiihtyy, jos pienhiukkasten määrä vähenee.

Pienhiukkasia on kahdenlaisia. Kasvillisuus, metsä ja merien levät tuottavat luonnollisia yhdisteitä. Tehtaista puolestaan vapautuu rikkidioksidi-molekyylejä, ne muuntuvat pienhiukkasiksi. Vesi tiivistyy hiukkasten pinnoille pisaroiksi. Pilvet, joissa on runsaasti pienhiukkasia heijastavat auringon säteilyn tehokkaasti takaisin avaruuteen. Sillä on maapalloa viilentävä vaikutus. Animaatio: Jyrki Lyytikkä / Yle
Pienhiukkasia on kahdenlaisia. Kasvillisuus, metsä ja merien levät tuottavat luonnollisia yhdisteitä. Tehtaista puolestaan vapautuu rikkidioksidi-molekyylejä, ne muuntuvat pienhiukkasiksi. Vesi tiivistyy hiukkasten pinnoille pisaroiksi. Pilvet, joissa on runsaasti pienhiukkasia heijastavat auringon säteilyn tehokkaasti takaisin avaruuteen. Sillä on maapalloa viilentävä vaikutus. Animaatio: Jyrki Lyytikkä / Yle

Pienet aerosolihiukkaset ympäröivät meitä kaikkialla. Värriön tutkimusasemalla Itä-Lapissa, luonnonpuiston sydämessä, tehdään uraauurtavaa työtä pienhiukkastutkimuksessa.

Pienhiukkaset ovat tärkeä palanen ilmastonmuutosta, sillä ne viilentävät ilmastoa ja niiden merkitys ilmastonmuutoksessa on ratkaiseva. Värriön tutkimusasemalla selvitetään pienhiukkasten syntymekanismeja arktisilla ja antarktisilla alueilla.

– Tieto pienhiukkasten syntymekanismeista parantaa ilmastomallien kykyä kuvata nykyilmastoa ja ennustaa tulevaa ilmastoa, kertoo Värriön tutkimusaseman johtaja ja fysiikan professori Mikko Sipilä.

Itä-Lappi on suotuisa paikka tutkia ilmakehää, koska ympäröivä ilma on erittäin puhdasta. Ihmislähtöisiä päästöjä Värriön alueelle saapuu välillä Montsegorskista Venäjän puolelta. Rajan läheisyydessä on raskasta teollisuutta ja suuria metallisulattoja.

– Sieltä itätuulella tulee hyvinkin korkeilla pitoisuuksilla ilmansaasteita, kuten rikkioksidia, typenoksidia ja pienhiukkasia.

Värriössä tutkitaan puhtaan ilman pienhiukkasia, mutta myös ihmistoiminnan, kuten raskaan teollisuuden vaikutusta pienhiukkasten pitoisuuksiin, alueen pilvisyyteen ja sitä kautta alueen ilmastoon.

Värriön tutkimusaseman johtaja Mikko Sipilä esittelee SMEAR-aseman tekniikkaa. Jokaisella mittalaitteella on oma tehtävänsä. Kuva: Pekka Viinikka / Yle

Pienhiukkaset viilentävät ilmastoa päinvastoin kuin kasvihuonekaasut

Pienhiukkasten vaikutus ilmastoon on kiistaton, mutta tietoa tarvitaan lisää. Pienhiukkaset muodostuvat erilaisista yhdisteistä, hyvin pienistä molekyyleistä.

Molekyylit alkavat kerääntyä yhteen ja rakentuvat pieniksi pienhiukkasiksi vesipisaraan. Pilvet koostuvat pienistä vesipisaroista, jotka syntyvät, kun vesi tiivistyy pienhiukkasten pinnoille.

– Ne tekevät pilvistä pitkäikäisempiä ja lisäävät pilvipeiton laajuutta. Pilvet puolestaan vuorovaikuttavat auringon säteilyn ja maan lämpösäteilyn kanssa. Sitä kautta ne vaikuttavat lämpötiloihin ja ilmastoon, valaisee hiukkastutkimuksen pioneeri Sipilä.

SMEAR-asema sisältä Värriön tutkimusasemalla.
Suomessa on erittäin tarkkoja ilmakehän pienhiukkasia ja molekyylejä mittaavia SMEAR-asemia neljä. Koko maailmassa niitä on ainoastaan 6-7 kappaletta. Osa mittalaitteista on kehitelty Suomessa Ilmakehätieteen keskuksessa.

Pienhiukkasia on kahta eri tyyppiä

Pienhiukkaset voidaan jakaa kahteen eri tyyppiin, luonnonmukaisiin ja ihmisen aiheuttamiin hiukkasiin. Luonto tuottaa jatkuvasti pienhiukkasia, joita muodostuu metsien, merilevien ja maaperän kasvillisuuden yhdisteistä.

– Jopa merien pärskeistä tulee piensuolahiukkasia. Niitä muodostuu myös muun muassa tulivuorten toiminnasta ja Saharan pölystä. Ne ovat luonnollisia pienhiukkaslähteitä, kertoo Mikko Sipilä.

Ihmisen tuottamat pienhiukkaset muodostuvat muun muassa rikkidioksidista, joka on peräisin liikenteestä, tehtaista ja muista ihmisen tuottamista päästöistä. Niilläkin on ilmakehässä viilentävä vaikutus, mutta toisaalta esimerkiksi rikkidioksidi muuttuu ilmakehässä haitalliseksi rikkihapoksi. Ilmansaasteet aiheuttavat ihmisille eri puolilla maailmaa terveyshaittoja.

Poikkeuksena on niin sanottu musta hiili eli noki, jonka pienhiukkaset aiheuttavat ilmaston lämpenemistä.

Ilmastonmuutokseen vaikuttaa yleisesti kaksi toimintamekanismia. Niitä ovat ihmisen tuottamat kasvihuonekaasut, kuten hiilidioksidi ja metaani, ja pienhiukkaset. Kasvihuonekaasuilla on maapalloa lämmittävä vaikutus ja pienhiukkasilla päinvastainen. Niiden yhteisvaikutus on näkyy maapallolla ilmastonmuutoksena.

– Lopputulos on, että ilmasto lämpenee. Mahdollisten pienhiukkaspäästöjen ja ilmanlaadun parannustoimenpiteiden johdosta viilentävä vaikutus saattaa heiketä. Se taas saattaa kiihdyttää lämpenemistä.

SMEAR-asema vaikuttaa ulkoapäin vaatimattomalta, mutta sisällä on useita erittäin herkkimä mittalaitteita. Kuva: Pekka Viinikka / Yle

Värriön SMEAR-asemalla on huippumoderneja laitteistoja

Värriön päärakennuksen lähellä, vajaan kilometrin päässä Kotovaaran huipulla sijaitsee huippumoderni tutkimusyksikkö SMEAR. Vastaavia asemia on maailmassa 6-7 kappaletta, joista neljä Suomessa.

SMEAR-aseman pihalla on erilaisia rakennelmia, kuten antureita, pylväitä ja korkeita metallisia torneja. Maassa vilisee kaapeleita.

Metsäisen piha-alueen keskellä on pieni, vaatimattoman näköinen hongasta rakennettu kaksiosainen erämaamökki. Sisällä avautuu uskomaton näky. Huoneessa on useita erilaisia päätteitä ja tutkimuslaitteita, joilla voidaan analysoida pienhiukkasia ja niiden koostumusta.

Maallikon on lähes mahdoton käsittää, millaisella tarkkuudella laitteisto pystyy tekemään havaintoja.

– Meillä pystytään mittaamaan erittäin vähäisiä määriä tiettyjä kaasumolekyylejä. Laitteillamme pystytään havaitsemaan yksi molekyyli rikkihappoa miljoonan miljardin ilmamolekyylin joukosta, laskee Helsingin yliopiston tutkijatohtori Kimmo Neitola.

SMEAR-tutkimusaseman mittaustuloksia analysoidaan paikan päällä Värriössä tai etäluetaan Helsingin yliopiston ilmakehätieteiden keskuksessa.

Yksi mittalaitteista on osin tutkimusaseman aseman johtajan, ilmakehätutkija Mikko Sipilän suunnittelema. Nykyisin se tunnetaan tutkijoiden keskuudessa kotoisasti nimellä Kärsä. Sillä pystytään erottelemaan ja nimeämään ilmasta äärimmäisen pieniä pitoisuuksia eri yhdisteitä.

– Sen tarkkuus on sama kuin ihmisen jalanjäljen erottaminen maapallolla, kuvailee Sipilä laitteen tehokkuutta.

Tutkijoiden keskuudessa lempinimen saanut Kärsä pystyy erottelemaan ilmasta yksittäisiä molekyylejä. Kuva: Pekka Viinikka / Yle

Kärsästä apu lentoturvallisuudelle

Kärsää on kehitelty Suomessa Karsa Oy:ssä lisää ja siitä uskotaan olevan tulevaisuudessa hyötyä muuallakin kuin pienhiukkasten tutkimuksessa. Lentoturvallisuusala on kiinnostunut sen hyödyntämisessä lentokentillä ja rahtitarkastuksissa.

– Äärimmäisen herkkä laite pystyy havaitsemaan kaasumaiset kemikaalit, joita voi olla lentokoneiden rahdin joukossa, toteaa Sipilä.

Värriön tutkimusaseman johtaja Mikko Sipilä huomauttaa, että mittalaitteen käyttötarkoitus alunperin oli pienhiukkasten esiasteena olevien molekyylien erottaminen ja siihen sitä käytetään edelleen. Sen käyttö ja hyöty muussakin tarkoituksessa on myönteinen asia, mutta sivutuote.

– Lentoturvallisuuden osalta laite vaatii vielä EU:n hyväksynnän ja siihen voi vierähtää aikaa 1-2 vuotta, arvioi Värriön tutkimusaseman johtaja Mikko Sipilä.

Suomalaisten tutkijoiden ilmakehätutkimus on maailman huipputasoa. Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden osaston tutkimustuloksia on julkaistu useita useissa eri arvostetuissa tiedejulkaisuissa

Lue myös:

Syrjäinen Värriön tutkimusasema on keskeinen paikka ilmakehätutkimuksessa – tutkija huomaa ilmastonmuutoksen havainnoissa ja ympäristössä

Mitä ajatuksia juttu herätti? Voit osallistua keskusteluun Yle Tunnuksella 22.9. klo 23 saakka.