Palapeli täydentyi – uutta tietoa ilmakehän pienhiukkasten muodostumisesta
Ilmakehän pienhiukkasten muodostuminen on äärimmäisen tärkeä ilmiö, joka kytkeytyy sekä suoraan että epäsuorasti jokapäiväiseen hyvinvointiimme. Hiukkasten muodostuminen vaikuttaa sekä paikalliseen ilmanlaatuun että pilvien muodostumiseen ja sitä kautta ilmastoon.
Huolimatta ilmiön tärkeydestä ja vuosikymmeniä jatkuneesta tutkimuksesta, molekyylitason yksityiskohtia ei tähän asti ole juuri tunnettu.
Tutkijat ovat vihdoin pystyneet kuvaaman kvanttikemiallisten mallinnusten avulla ensimmäiset molekulaariset askeleet jodihöyryjen hiukkastenmuodostuksessa. Tampereen yliopiston tutkijat onnistuivat kuvaamaan molekyylitason reaktiomekanismia tietokonemallinnuksella. Nämä laskelmat toistettiin laboratoriokokeissa Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen CERNin CLOUD-kammiossa ja havainnoitiin Réunionin saarella tehdyissä kenttäkokeissa. Tulokset julkaistiin äskettäin arvostetussa Nature Chemistry -tiedelehdessä
Kvanttikemian mallinnus suomalaisvoimin
Tutkimuksen ydinryhmään kuului tutkijoita Tampereen, Helsingin ja Coloradon yliopistoista. Suomalaistutkijoiden työpanos oli erityisen tärkeä sekä kvanttikemiallisen mallinnuksen tekemisessä että ilmiön havainnoinnissa kenttäolosuhteissa.
– Tarvittiin moniuloitteinen tutkimusyhteistyö, joka ulottui hyvin korkean tason kvanttikemiallisista molekyylimallinnuksista erittäin tarkkoihin kammiokokeisiin ja mittauksiin valtameren korkeimmassa paikassa kaukaisella saarella, jotta tutkimuksen kaikki kulmat saatiin tarkasti ankkuroitua, kertoo aerosolifysiikan apulaisprofessori (tenure track) Matti Rissanen Tampereen yliopistosta.
Rissasen mukaan jodiin liittyvät kemialliset reaktiot ovat poikkeuksellisen haastavia, sillä jodiatomin suuren koon ansiosta sen sisimpien elektronien käsittelyssä täytyy kvanttimekaniikan lisäksi huomioida myös suhteellisuusteoria.
Jodikemian reaktiiviset välituotteet sekä hiukkasten muodotukseen liittyvät lopputuotteet havaittiin yhtä aikaa kemiallisen ionisaation massaspektrometrillä ja optisella absorptiospektroskopialla.
Ilmakehän jodipitoisuus on noussut
Ilmakehän sekundääriset hiukkaset syntyvät lähinnä rikin, hiilen ja jodin hapettuneista yhdisteistä. Pienhiukkaset muodostuvat, kun kaasumaiset molekyylit hapettuvat ja takertuvat toisiinsa.
Rikkiyhdisteiden merkitys hiukkasten muodostumisessa on pienentynyt viimeisten vuosikymmenien ajan, kun liikenteen ja teollisuuden polttoaineita ja niiden palamisprosessia on saatu puhdistettua, mutta samaan aikaan ilmakehän jodipitoisuus on tasaisesti noussut.
Uusi tutkimustulos kuvaa jodiemissioiden muuntumista kaasumaisista lähtöaineista hiukkasmaisiksi lopputuotteiksi ja täydentää käsitystämme muuntuvasta ilmakehästä.
Artikkeli The gas-phase formation mechanism of iodic acid as an atmospheric aerosol source on julkaistu Nature Chemistry -tiedejulkaisussa 14.11.2022.
Lisätiedot
Matti Rissanen
045 873 0170
matti.rissanen [at] tuni.fi
