Uusi mittalaite ilmaisee ilmakehän pienhiukkasten kiinteyden reaaliajassa

Väitös aerosolifysiikan alalta
Väittelijä: DI Aki Pajunoja
Aika ja paikka: 27.4.2017, 12.00, MD100, Mediteknia, Kuopion kampus

Diplomi-insinööri Aki Pajunojan väitöskirjatyössä on jatkokehitetty pienhiukkasten olomuotoa ilmaiseva mittalaite, joka kertoo hiukkasten tilan jatkuva-aikaisesti. Laite perustuu impaktoriin, jossa hiukkaset ohjataan hallitulla nopeudella törmäämään metallista alustaa vasten. Hiukkasten todennäköisyys pompata alustasta takaisin näytevirtaan riippuu hiukkasten olomuodosta; nestemäiset hiukkaset jäävät kiinni alustaan, kun taas riittävän kiinteän olomuodon omaavat hiukkaset pomppaavat siitä pois.

Ilmakehätutkimuksen saralla kyseinen menetelmä teki läpimurtonsa vuonna 2010, kun Pajunojan väitöskirjatyön pääohjaaja professori Annele Virtanen julkaisi Tampereen teknillisessä yliopistossa työskennellessään menetelmään perustuvan tutkimuksen tiedemaailman arvostetuimmassa Nature -julkaisusarjassa. Tämän jälkeen Virtanen ja tekniikan tohtori Erkka Saukko kehittivät Tampereella laitteesta laboratorio-olosuhteissa toimivan version, jonka pohjalta Pajunoja jatkoi laitteen kehittämistä Itä-Suomen yliopistossa. Menetelmästä innostui myös Harvardin yliopiston ympäristökemian ryhmä, joka alkoi kehittää samaan aikaan omaa versiotaan laitteesta.

Tutkimuksen pääkohteena olivat puiden luovuttamien hapettuneiden hiilivetymolekyylien avulla kasvaneet orgaaniset pienhiukkaset, joiden havaittiin muuttavan olomuotoaan lähes lasimaisen kiinteästä nestemäiseen ilmankosteuden noustessa täysin kuivasta lähelle kyllästyspistettä. Lisäksi hiukkasten olomuodon muutosten havaittiin olevan yhteydessä lähtöaineen molekyylikokoon ja muodostuneiden hiukkasten hapetusasteeseen sekä vedenotto- ja haihtumiskykyyn. Löytö haastaa nykyiset ilmastomallit, joissa luonnosta peräisin olevien orgaanisten hiukkasten on oletettu olevan pääsääntöisesti täysin nestemäisiä ilmankosteudesta riippumatta.

Ilmakehän orgaaniset pienhiukkaset muodostavat suuren osan ilmakehähiukkasten kokonaismäärästä. Pienhiukkaset sirottavat tulevaa auringonvaloa takaisin avaruuteen sekä toimivat pilvipisaroiden tiivistymisytiminä, ja molemmista mekanismeista muodostuu ilmakehää keskimääräisesti viilentävä vaikutus. Hiukkasten kiinteys ja rajoittunut kyky sitoa ilmankosteutta voivat hidastaa hiukkasten kasvua, vähentää hiukkasten todennäköisyyttä aktivoitua pilvipisaroiksi ja pienentää hiukkasten valonsirontakykyä.

DI Aki Pajunojan aerosolifysiikan alaan kuuluva väitöskirja Physical phase transitions of secondary organic aerosol particles tarkastetaan Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä tilaisuudessa toimii professori Jonathan P. Reid, Bristolin yliopisto, ja kustoksena professori Annele Virtanen, Itä-Suomen yliopisto.



Takaisin tämän vuoden artikkeleihin