Uusi tutkimusala selvittää nano- ja mikromuovien vaikutuksia ilmakehässä

Nano- ja mikromuovit tunnetaan yleensä vesistöjen ja vesieläinten ongelmana, mutta viime vuosina on tullut ilmi, että nano- ja mikromuovihiukkasia löytyy myös ilmasta. Pienen pieniä, lähes näkymättömiä, muovihiukkasia on havaittu kaupunki-ilmassa, mutta ne voivat kulkeutua ilmavirtausten mukana jopa tuhansia kilometrejä.

“Kun muoveja havaittiin kaukana asutuksesta lumen peittämillä alueilla ja jäätiköillä, oli melko selvää, että muovihiukkaset ovat maailmanlaajuinen ongelma, joka ei rajoitu pelkästään asutuille alueille”, Ilmatieteen laitoksen johtava tutkija Hilkka Timonen taustoittaa.

Ilmatieteen laitos tutkii parhaillaan ACINMUA- ja PlasticFinder -yhteistyöhankkeissa, miten ilmakehän nano- ja mikromuoveja voidaan havaita, kerätä ja analysoida. Lisäksi tutkitaan sitä, minkä verran muovihiukkasia ilmakehässä ylipäätänsä esiintyy.

Nano- ja mikromuovit syntyvät useista lähteistä

Hilkka Timonen kertoo, että nimitys mikromuovi on ilmakehän tutkimuksessa hieman harhaanjohtava: vaikka mikromuoveiksi lasketaan kaikki alle viiden millimetrin kokoiset muovihiukkaset, näin suuret hiukkaset eivät pysy ilmassa kovin pitkään ja eivät siten ole ilmanlaadun kannalta merkittäviä. Ilmakehän kannalta merkittäviä muovihiukkasia ovat alle mikrometrin halkaisijan omaavat nanomuovit ja pieni osa mikromuoveista. “Puhutaan hyvin pienistä hiukkasista, joita silmällä ei voi havaita”, hän toteaa.

Ilmakehän muovit ovat peräisin monista eri lähteistä: esimerkiksi maatalous, rakennusmateriaalit, tekstiilit, kosmetiikka, huonekalut ja käyttötarvikkeet levittävät muovia ilmakehään. Toisaalta on kuitenkin epävarmaa, voiko ympäristössä olevien suurten muoviesineiden, kuten muovipussien, hajoaminen edetä niin pitkälle, että syntyisi ilmassa pysyviä muovihiukkasia.

Jo nyt ACINMUA-hankkeessa tehdyt mittaukset ovat osoittaneet, että liikenneympäristössä suurin osa ilmakehän muoveista on ajoneuvojen renkaista irtoavaa kumiainetta.

Ilmatieteen laitoksen erikoistutkija Sanna Saarikosken mukaan ajoneuvojen renkaista syntyvät hiukkaspäästöt ovatkin nousemassa entistä tärkeämmäksi tutkimusaiheeksi, kun autojen pakokaasupäästöt vähenevät teknologian kehittymisen ja sähköautojen yleistymisen myötä. Vaikka siis pakokaasuista peräisin olevien hiukkasten määrä vähenee, samaan aikaan liikenteen muiden hiukkaslähteiden, kuten renkaiden, jarrujen ja tien pinnan suhteellinen osuus kasvaa. Sähköautot tekevät ilmiöstä erityisen ajankohtaisen.

“Sähköautoissa haaste on erityisen merkittävä, sillä ne ovat usein polttomoottoriautoja painavampia. Mitä painavampi ajoneuvo on, sitä enemmän renkaista irtoaa materiaalia. Rengasperäiset hiukkaspäästöt ovatkin nousemassa tärkeäksi osaksi tulevaisuuden päästönormeja”, Sanna Saarikoski toteaa.

Ilmatieteen laitos on mukana myös rengaspäästöjä tutkivassa Business Finlandin rahoittamassa NEX-EL-hankkeessa. Hankkeessa tutkitaan renkaista irtoavia hiukkasia laboratorio-olosuhteissa, jolloin voidaan tarkastella muun muassa erilaisten ajotilanteiden (ajonopeus, jarrutukset, kiihdytykset) ja rengastyyppien vaikutusta rengaspäästöihin.

Ilmakehän muovit ovat peräisin monista eri lähteistä. Kuva: Ilmatieteen laitos

Uusia mittausmenetelmiä tarvitaan kriittisesti 

Ilmakehän mikromuoveja on pyritty havaitsemaan esimerkiksi laskeumakeräimiä käyttämällä. Hilkka Timonen kertoo tutkimuksen tarkoittaneen käytännössä usein sitä, että rakennuksen katolle asetetaan keräysastioita ja seurataan, mitä niihin kertyy. Menetelmä ei kuitenkaan ole tehokkain ilmakehän nanomuovihiukkasten kartoittamisessa.

“Menetelmä ei ole optimaalinen, kun halutaan tutkia ilmakehässä leijuvia muoveja, sillä astioihin päätyy väistämättä myös paljon muuta ainesta. Tämän vuoksi hankkeissa onkin ryhdytty kehittämään uusia menetelmiä nanomuovihiukkasten määrän selvittämiseksi. Aerosolien koostumuksen tutkimus -ryhmällämme on useiden vuosikymmenien kokemus hiukkaskeräimien kehittämisessä ja tätä osaamista voimme hyödyntää myös näissä hankkeissa”, Hilkka Timonen kertoo.

Sanna Saarikoski puolestaan kertoo, kuinka uusien mittausmenetelmien kehittämisellä pyritään myös saamaan reaaliaikaista tietoa hiukkasista. ”Meidän on tarkoitus kehittää laitteita, joilla pitoisuuksia voidaan seurata reaaliajassa. Näin voidaan esimerkiksi havaita vaihtelevatko muovipitoisuudet vuorokauden aikana”, hän selittää.

Tutkija Delun Li tuottaa hiukkasia autonrenkaasta laboratoriossa. Hiukkasten koko ja kemiallinen koostumus mitataan taustalla olevalla aerosolimassaspektrometrillä. Kuva Sanna Saarikoski.

Tutkimus avaa uusia näkökulmia ilmakehän muoveista

Ilmakehän muovit ovat kuitenkin vielä tutkimusaiheena melko uusi ja muovihiukkasten kokonaisvaltaiset vaikutukset ilmastoon, ilmanlaatuun sekä ihmisen terveyteen ovat vasta hahmottumassa. Aihetta on tutkittu aiemmin yksittäisissä tutkimuksissa eri puolilla maailmaa, mutta eri maiden väliset erot ilmanlaadussa, muovin lähteissä ja ilmakehän muovipitoisuuksista hankaloittavat kokonaiskuvan saamista. Dataa on olemassa erityisen vähän Pohjoismaista, eikä reaaliaikaisia mittauksia ilmakehän nano- ja mikromuoveista ole juurikaan tehty.

ACINMUA ja PlasticFinder -tutkimushankkeilla pyritäänkin nyt rakentamaan osaamista sen arvioimiseksi, kuinka huolissaan ilmiöstä pitäisi olla. Hilkka Timonen ja Sanna Saarikoski summaavat, että vaikka moneen kysymykseen ei ole vielä olemassa vastausta, on selvää, että ilmakehän nano- ja mikromuovit ovat ilmiö, johon on syytä suhtautua vakavasti.

Hiukkasen määränpää määräytyy sen koon ja muodon mukaan 

• Pienet hiukkaset voivat pysyä ilmassa pitkiä aikoja, ja kulkeutua ilmavirtausten mukana tuhansia kilometrejä aina jäätiköille asti. Suuremmat hiukkaset taas laskeutuvat muodostumispaikkansa läheisyyteen, sillä ne ovat liian raskaita kulkeakseen ilmavirran mukana. Toisaalta myös pienet hiukkaset voivat takertua pintoihin tai törmäillä toisiinsa muodostaen isompia kokonaisuuksia ja siten jäädä lähteensä lähelle.

• Koko on muovihiukkaselle merkittävä ominaisuus myös sen vaikutusten kannalta: hiukkasen koko määrittelee sen, kuinka syvälle ihmiskehoon se voi kulkeutua. Pienimmät hiukkaset voivat päätyä jopa keuhkoihin asti, kun taas isommat hiukkaset jäävät ylempiin hengitysteihin. Myös ilmastovaikutusten kannalta muovihiukkasen koko on ratkaiseva tekijä: pienet hiukkaset voivat toimia esimerkiksi pilvipisaroiden tiivistymisytiminä.

• Osa jäätiköiltä löydetyistä hiukkasista on kuitenkin ollut yllättävän suuria. Tutkijat arvioivat, että niiden muoto on voinut olla aerodynaamisesti sellainen, että ne ovat kyenneet kulkeutumaan odotettua pidemmälle. Tämä osoittaa, että hiukkasen koon lisäksi ilmassa pysymiseen vaikuttavat sen muoto ja tiheys.

Lisätietoa hankkeista

• ACINMUA-hankkeen tarkoituksena on kehittää keräys- ja analyysimenetelmiä ilmakehän nano- ja mikromuovien tutkimukseen sekä selvittää muovihiukkasten pitoisuuksia ilmakehässä. Hanke toteutetaan Ilmatieteen laitoksen ja Suomen ympäristökeskuksen yhteistyönä. Hankkeen kesto: 1.9.2023–31.8.2027. Lue lisää ACINMUA-hankkeesta.

• PlasticFinder-hankkeessa kehitetään ainutlaatuista menetelmää ilmassa olevien nano- ja mikromuovien reaaliaikaiseen havaitsemiseen kenttäolosuhteissa. Hanke toteutetaan Ilmatieteen laitoksen ja Helsingin yliopiston yhteistyönä. Hankkeen kesto: 1.9.2025–31.8.2029. Lue lisää PlasticFinder-hankkeesta.

Teksti Jenni Korpela