Pilvien ytimessä – eli miten pienhiukkaset vaikuttavat maapallon ilmastoon

Kun lapsena matkustin ensimmäisen kerran lentokoneella, olin jotenkin epämääräisen pettynyt. Pilvien päällä ei voinutkaan lekotella, toisin kuin Muumilaakson tarinoissa annettiin ymmärtää. Ehkäpä juuri tämä ristiriita lastenohjelmien ja todellisten havaintojen välillä johti minut opiskelemaan fysiikkaa, ja päädyin tutkimaan työkseni ilmakehän pienhiukkasia.

Ilmakehässä leijuvat pienhiukkaset aiheuttavat vakavia terveyshaittoja ja lyhentävät ihmisten elinikää. Ihmisten aiheuttamia hiukkaspäästöjä tulisikin terveyssyistä vähentää. Päästöjen vähentyessä ilmasto saattaa kuitenkin lämmetä entistä nopeammin. Miksi näin on?

Pienhiukkaset vaikuttavat paitsi terveyteen, myös ilmastoon. Hiukkasten suora vaikutus on helppo ymmärtää lukion fysiikan tiedoilla. Kun valo osuu esteeseen, eli tässä tapauksessa aerosolihiukkaseen, valo joko heijastuu johonkin poikkeavaan suuntaan tai imeytyy ja muuttuu lämmöksi. Heijastumista kutsutaan siroamiseksi, imeytymistä absorboitumiseksi. Ilmakehässä tärkein absorboiva aine on musta hiili eli noki. Musta hiili lämmittää ilmastoa, kun taas muut ilmakehän hiukkaset pääosin sirottavat valoa ja näin viilentävät ilmastoa vähentämällä maanpinnalle asti pääsevää auringonsäteilyä.

Hiukkasten epäsuora ilmastovaikutus liittyy pilviin. Pilvet koostuvat pienistä vesipisaroista tai jääkiteistä, jotka ovat liian kevyitä pudotakseen alas sateena. Jokainen pilvipisara on syntynyt veden tiivistyessä aerosolihiukkasen ympärille. Ytimenä toimivia hiukkasia sanotaan pilvipisaroiden tiivistymisytimiksi.

Me ihmiset olemme muuttaneet ilmakehän koostumusta tupruttamalla piipuista ja pakoputkista paitsi hiilidioksidia, myös valtavasti aerosolihiukkasia. Ilmakehässä on siis enemmän tiivistymisytimiä kuin aiemmin. Kun pilvi muodostuu saastuneessa ilmassa, sama vesimäärä jakautuu useamman hiukkasen kesken kuin puhtaassa ilmassa. Kuten niukkuuden jakamisessa aina käy, ovat syntyneet pilvipisarat aiempaa pienempiä.

Pienistä pisaroista koostuva pilvi sirottaa enemmän valoa kuin suurista pisaroista koostuva. Vähemmän säteitä pääsee maanpinnalle, ja se viilentää ilmastoa. Näin aerosolihiukkasten määrä vaikuttaa pilvien albedoon, eli siihen, kuinka paljon säteilyä ne heijastavat.

Kaiken kaikkiaan hiukkaset siis viilentävät ilmastoa. Toisin kuin kasvihuonekaasujen vaikutus, hiukkasten aiheuttaman viilentävän säteilypakotteen suuruus ja vaikuttavuus ilmastonmuutoksessa tunnetaan kuitenkin vielä melko huonosti.

Se ei silti tarkoita, että hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä olisi varaa viivytellä. Päinvastoin, ilmakehän puhdistuessa hiukkasista kasvihuonekaasupäästöjä täytyy vähentää vielä enemmän, jotta ilmastonmuutosta voidaan hillitä.

Tutkin työssäni, miten pienhiukkasia syntyy ilmakehässä ja miten ne kasvavat kokoihin, joissa niillä on vaikutusta ilmastoon. Tutkimusryhmämme selvittää myös sitä, minkälaiset hiukkaset ovat erityisen hyviä ytimiä pilvipisaroille tai jääkiteille. Näin yritämme osaltamme vähentää epävarmuutta aerosolihiukkasten ilmastovaikutuksista.