Luento 15.4.2009 1. Aerosolit 2. Aerosolien lähteet 3. Aerosolit ja kasvihuoneilmiö 4. Pilvien tiivistymisytimet 5. Kosmoklimatologia Kyösti Ryynänen 15.4.2009 1
AEROSOLIT Aerosolit ovat kiinteitä tai nestemäisiä hiukkasia ilmassa Hiukkasia syntyy luonnossa ja ihmisen toimesta Hiukkasia myös tiivistyy ilmakehässä kaasusta vesi, rikkihappo ja orgaaniset aineet jäätymis ja tiivistymiskeskuksina kokoluokka 3 nanometristä 10 mikrometriin hiukkasen elinaika päivästä viikkoihin hiukkasen vaikutus muutamista tunneista päiviin Hiukkaset viilentävät ilmastoa heijastamalla suoraan auringonvaloa takaisin toimimalla epäsuorasti pilvien tiivistymisytiminä Lumen ja jään päälle laskeutuneet tummat nokihiukkaset lämmittävät ilmastoa merkitystä ehdotettu jopa kasvihuonekaasujen luokkaa olevaksi Kyösti Ryynänen 15.4.2009 2
VAIKUTUS ILMASTOON Aerosoleilla on etenkin paikallisesti ja alueellisesti suuri vaikutus ilmastoon Aerosolien lähteet ja poistuminen ilmakehästä alailmakehästä troposfääristä poistuu nopeasti yläilmakehästä stratosfääristä poistuu hitaasti Aerosolien määrän ilmakehässä ennustetaan lisääntyvän hitaammin kuin kasvihuonekaasujen pitoisuuksien, tähän vaikuttavat puhtaammat palamisprosessit ja hiukkassuodattimet Maapallon keskilämpötilan nousun arvellaan lisäävän aerosolien määrää ilmakehässä (negatiivinen takaisinkytkentä) Vaikutus ilmastoon 1. Suuri taustahiukkasten määrä aikaansaa pienipisaraisempia pilviä, jotka heijastavat voimakkaammin säteilyä 2. Vaikutus pilvien muodostumiseen, elinikään ja sateiden voimakkuuteen Kyösti Ryynänen 15.4.2009 3
AEROSOLIEN LÄHTEET 1. Saastepäästöt fossiilisista polttoaineista (noki, rikkidioksidi, sulfaattihiukkaset, muut yhdisteet) Energiantuotanto Teollisuus Liikenne 2. Kasvillisuus (orgaaniset hiilivedyt, metsät, siitepöly) 3. Merien plankton (sulfaattihiukkaset) 4. Merenpärskeiden suolakiteet 5. Metsäpalot (tumma noki, sulfaattihiukkaset) 6. Hiekkamyrskyt (vaalea hiekkapöly) 7. Tulivuorenpurkaukset (tuhka, rikkidioksidi > sulfaattihiukkaset) 8. Supertulivuorten räjähdykset (mahdollista Yellowstonessa) 9. Laakiopurkaukset (hitaat massiiviset tulivuoren rakopurkaukset) 10. Asteroidien ja komeettojen törmäykset Maahan (pölyä) Kyösti Ryynänen 15.4.2009 4
TERVEYS JA HIUKKASET Vaikutus näkyvyys, ilmasto, terveys Alle 1 mikrometrin kokoiset pääsevät keuhkoihin Antarktiksella 200 hiukkasta/cm3 Suomen maaseudulla 2000 3000/cm3 Helsingissä 10 000 /cm3 New Delhissä 250 000 /cm3 Suurkaupunkien saastuneilla alueilla jopa 1 000 000 hiukkasta/cm3 Kyösti Ryynänen 15.4.2009 5
PILVET JA VESIHÖYRY Vesi vaikuttaa kasvihuoneilmiön voimakkuuteen kahdensuuntaisesti Vesihöyry lämmittää maapalloa Pilvien vaikutus vaihtelee Eri korkeudella ilmakehässä olevat pilvet Heijastuskyvyltään erilaiset pilvet Absorbtiokyvyltään erilaiset pilvet Paikallisesti maanpinnan tai merenpinnan heijastuskykyyn verrattuna Kyösti Ryynänen 15.4.2009 6
PILVET Suurin osa ilmakehän kosteudesta ja siten myös pilvistä on lähellä maanpintaa alailmakehässä Alatroposfäärin suuripisaraiset ja korkeat pilvet heijastavat noin 60% auringonsäteilystä takaisin avaruuteen Yläilmakehän ohuet pilvet absorboivat auringonsäteilyä (lentoliikenne lisää cirruspilvien määrää) Kyösti Ryynänen 15.4.2009 7
PILVET Vaaleissa pilvissä on enemmän pisaroita ja niiden elinikä on pidempi, heijastavat enemmän valoa Tummissa pilvissä on vähemmän pisaroita ja elinikä on lyhyempi, heijastavat vähemmän valoa (metsän yläpuolella muodostuvat pilvet ovat tummempia ja puhtaampia) Kyösti Ryynänen 15.4.2009 8
PILVET Napa alueilla pilvet lämmittävät (albedo pienempi kuin lumella ja jäällä) ja muualla kylmentävät maapalloa (albedo suurempi kuin mantereella ja kasvillisuudella) Pilvien vaikutus ilmastoon vaihtelee lumipeitteen (vuodenajan) mukaan Pilvet osaltaan aikaansaavat ja säätelevät ilmastoa Kyösti Ryynänen 15.4.2009 9
KEINOTEKOISET PILVET Ilman vesihöyry tiivistyy lentokoneiden pakokaasuissa olevien pienten hiukkasten ympärille Lentokoneiden tiivistymisjuovat ovat keinotekoisia pilviä (condensation trail), tiivistyy pilveksi muutamassa sekunnissa, 6 11 km korkeudessa, 40 50C pakkasessa Kosteassa ilmassa vana säilyy pitkään ennustaen sadetta Kuivassa ilmassa jääkiteet haihtuvat pian vesihöyryksi, jolloin vana jää lyhyeksi Juovista nähdään ilmakerroksen tuulen nopeus ja suunta Rakettilaukaisut aiheuttavat samallatavoin juovia Ilmakehän tutkimuksiin käytettiin aikaisemmin keinotekoisia bariumpilviä Kyösti Ryynänen 15.4.2009 10
PILVIEN TIIVISTYMISYTIMET Hiukkaset keräävät pinnalleen lisää materiaalia Kosmisten säteiden ionisoimat hiukkaset kasvavat nopeammin kuin varaukseltaan neutraalit hiukkaset Kasvuprosessi orgaanisesta kaasusta pilvien tiivistymisytimiksi muutama molekyyli ~1 nm kasvavat suuremmiksi 1 3 nm pilvien tiivistymisytimiksi 50 100 nm Kyösti Ryynänen 15.4.2009 11
EVENTTIEN ESIINTYMINEN Hiukkasmuodostus kasvaa päiväsaikaan Auringon säteilyssä Keväisin hiukkaskasvutapahtumia (eventtejä) enemmän kuin muulloin Tropiikin metsien yllä hiukkasista kasvaa todennäköisemmin ja/tai nopeammin tiivistymisydinten kokoisia Taustahiukkasten määrä ja koko (valmiina ilmamassassa olevat hiukkaset) tärkeä tekijä hiukkasten kasvulle Ilmamassan historia, edeltävinä vuorokausina kulkema reitti, selittää ilmamassan ominaisuuksia esim. kuivan meren yli tullut ilmamassa aiheuttaa enemmän tiivistymiseventtejä suhteellinen ilmankosteus estää hiukkasten syntyä kaupunkisaasteet estävät hiukkasten syntyä Kyösti Ryynänen 15.4.2009 12
PLANEETTA JA AVARUUS Maa planeetta ei sijaitse tyhjiössä, vaan on muodostunut Linnunradan interstellaarisen aineen kaasu ja pölypilvestä ja kiertää keskustähteään Linnunradassa Ympäröivän avaruuden tapahtumat osaltaan vaikuttavat Maa planeetan ilmastoon Vaikutusyhteys planeetan ja avaruuden välillä voi muodostua ainakin muiden planeettojen aiheuttamista gravitaatiohäiriöistä vuorovesivoimista (Maa Kuu Aurinko) aurinkotuulesta Auringon säteilystä eri aallonpituuksilla Auringon magneettikentästä Auringon muusta aktiivisuudesta Maan magneettikentästä asteroidien ja komeettojen pöly ja kaasuvanojen osumisesta Maan radalle Linnunradassa kiitävistä kosmisista säteistä (suurenergisia varattuja ytimiä ja elektroneja) Kyösti Ryynänen 15.4.2009 13
KOSMOKLIMATOLOGIA Avaruudesta tulevat kosmiset säteet (suurenergisia varattuja protoneja, heliumytimiä, raskaampia ytimiä ja elektroneja) aikaansaavat alailmakehässä ionisaatiojuovia, joista edelleen saa alkunsa pilvien tiivistymisytimiä Supernovaräjähdykset Linnunradassa lisäävät kosmisten säteiden määrää, minkä seurauksena alailmakehän tiivistymisytimet lisääntyvät ja pilviä muodostuu enemmän Kyösti Ryynänen 15.4.2009 14
KOSMOKLIMATOLOGIA Auringon magneettikenttä estää kosmisia säteitä pääsemästä Maa planeetan ilmakehään Samalla Auringon magneettikentän vaihtelut säätelevät kosmisten säteiden pääsyä ilmakehään Maan oman magneettikentän vaikutus alailmakehän kosmisten säteiden vaihteluun arvioidaan pieneksi Kyösti Ryynänen 15.4.2009 15
LÄHDEKIRJALLISUUS John Houghton: Global Warming, The Complete Briefing, Cambridge University Press, 2004 (1994) Hannu Karttunen, : Ilmakehä, sää ja ilmasto, Ursa, 2008 Henrik Svensmark & Nigel Calder: The Chilling Stars, A New Theory of Climate Change, Icon Books Ltd., 2007 Ilmasto ja ilmanlaatu tutkimuksen nykytuulet, SMFL:n syyspäivät 13. 14.10.2007 Hyytiälän tutkimusasemalla,esitelmät ja mittauslaitteisiin tutustumiskierros Maan ytimestä avaruuteen, Suomalaisen Tiedeakatemian 100 vuotta 2008 juhlaseminaari 10. 11.1.2008, esitelmät ja esitelmätiivistelmät Kyösti Ryynänen 15.4.2009 16