Kasveista ilmaan pääsevien hiilivetyjen hapetustuotteet osallistuvat ilmassa hiukkasmuodostukseen

Ilmatieteen laitoksen projektissa tutkittiin kasviperäisten hiilivetyjen hapetustuotteita Helsingin yliopiston Hyytiälän metsäasemalla puolentoista vuoden mittaisessa kampanjassa vuosina 2010 - 2011.

Luonnosta pääsee ilmaan runsaasti sekä haihtuvia (mm. monoterpeenit), että puolihaihtuvia (seskviterpeenit) hiilivety-yhdisteitä. Näiden biogeenisten hiilivetyjen määrä ylittää selvästi ihmistoiminnasta johtuvien hiilivetypäästöjen määrän. Ilmakehässä nämä yhdisteet hapettuvat ja vaikuttavat alailmakehän otsonin muodostukseen. Tämän lisäksi yhdisteiden reaktiotuotteet voivat osallistua uusien hiukkasten muodostukseen ja kasvuun. Sekä hiukkasilla että otsonilla arvioidaan olevan ilmasto- ja terveysvaikutuksia. Laboratoriokokeiden perusteella eri mono- ja seskviterpeenien vaikutus hiukkasten muodostukseen vaihtelee merkittävästi, jonka takia yksityiskohtainen tieto ilmakehän mono- ja seskviterpeenikoostumuksesta ja niiden reaktiotuotteista on tärkeää.

Boreaalinen metsävyöhyke on yhtenäinen havumetsäalue, joka ulottuu halki pohjoisen pallonpuoliskon. Tämän takia havumetsistä tulevilla hiukkasilla on suuri vaikutus näiden alueiden ja koko maapallon ilmastoon. 

Terpeenien ja niiden hapetustuotteiden pitoisuuksia mitattu Hyytiälässä

Tutkimuksessa mitattiin kasveista pääsevien kaasumaisten lähtöaineiden eli terpeenien ja niiden hiukkasissa olevien hapetustuotteiden eli karboksyylihappojen pitoisuuksia puolentoista vuoden ajan Hyytiälän metsäasemalla.

Tulosten perusteella eri mono- ja seskviterpeenien vaikutus hiukkasmuodostukseen vaihtelee merkittävästi. Mitatuista yhdisteistä suurin massa hiukkasissa oli seskviterpeenien reaktiotuotteilla, joita ei ole ennen juurikaan mitattu. Mitatuista yhdisteistä pinonihapon (monoterpeenin hapetustuote) ja β-karyofylleenihapon (seskviterpeenin hapetustuote) osuus oli kesäaikaan suurin. Seskviterpeenejä ei voida mitata ilmasta johtuen niiden nopeasta hapettumisesta. 

Hapetustuotteita mittaamalla saatiin kuitenkin selville, että seskviterpeenien osuutta metsien päästöissä on todennäköisesti aikaisemmin aliarvioitu. Tutkimuksessa selvisi myös että β-karyofylleenin ja Δ-3-kareenin (monoterpeeni) hapetustuotteiden pitoisuus hiukkasissa korreloi jonkin verran pienhiukkasten massan ja akkumulaatiomoodin (100-1000nm hiukkasten) lukumääräpitoisuuden kanssa. Nämä yhdisteet osallistuvat siis hiukkasten kasvuun.

Lisätietoja: 

tutkija Mika Vestenius, puh 050 524 1975, mika.vestenius@fmi.fierikoistutkija Heidi Hellén, puh. 050 524 2529, heidi.hellen@fmi.fi

M. Vestenius, H. Hellén,  J. Levula, P. Kuronen, K.J. Helminen, T. Nieminen, M. Kulmala, and H. Hakola: Acidic reaction products of monoterpenes and sesquiterpenes in atmospheric fine particles in a boreal forest, Atmospheric Chemistry and Physics, 14, 7883-7893, 2014(http:// www.atmos-chem-phys.net/14/7883/2014/, doi:10.5194/acp-14-7883-2014)