DEVELOPING EXPERIMENTAL METHODS TO UNDERSTAND ATMOSPHERIC NUCLEATION

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-7276-10-5
Julkaisun nimi: DEVELOPING EXPERIMENTAL METHODS TO UNDERSTAND ATMOSPHERIC NUCLEATION
Tekijä: Vanhanen, Joonas
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
Ilmakehätieteiden tohtoriohjelma
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Tiivistelmä: The effects of human civilization on Earth’s climate are undeniable. Some are due to emissions of greenhouse gases, some are due to atmospheric aerosol particles. In this thesis, the focus is on the aerosols. The complexity of the effects of the aerosol particles on the climate strive from high dynamics of the aerosol populations. A fraction of the aerosol particles are formed in the atmosphere by secondary particle formation, but the articles are also emitted to the atmosphere as primary emission for example from engine exhaust or from sea spray. The particles can grow by condensation and coagulation and get lost by deposition due to gravity and wet deposition. All of the processes mentioned lead to a particle population with a highly varying chemical composition. The climatic effects of the aerosol particles can be either direct, by scattering of light by the particles or indirect through cloud formation. In addition to the climatic effects of the aerosol particles, they can have adverse effects on human health. The smallest particles are capable of, not only penetrating deep into the respiratory track and lungs, but also translocate from the nasal surfaces straight into human brain and thus penetrating the blood-brain barrier. This work concentrates on measurement methods of the very smallest particles and how they form in the atmosphere, but also touches upon the size range that is highly relevant with respect to the cloud formation. Gas to particulate phase transitions and interactions play crucial role in climate and are still quite poorly understood. The particles in the atmosphere provide a large surface area that can act as catalyst for gas phase chemistry and contribute to the cloud formation as this typically requires presence of aerosol particles. Majority of the aerosol particles are formed in the atmosphere due to a combination of natural, and anthropogenic precursor gases. In order to understand the climatic effects of these particles, their formation and growth toward larger sizes needs to be investigated. During this thesis work, several new instrumentation methods were developed. First one is a surface tension measurement apparatus that was used to measure the surface tension of atmospherically relevant aqueous mixture of organic acid and inorganic salt. Using a modelling approach, it was discovered that the surface tension had a slight effect on aerosol activation and cloud droplet formation in warm clouds. The second instrument is a new particle measurement system that is capable of counting the particles as small as 1 nm in diameter, making it possible to measure atmospheric new particle formation and their growth as it happens, particle per particle. The work illustrated that the particle counter needs to be able to detect the particles when they are formed in order to get correct information on the formation and growth rates relevant for the atmospheric aerosol population.Ihmiset vaikuttavat Maan ilmastoon monella tavalla. Ilmakehää lämmittävät kasvihuonepäästöt ja toisaalta siihen vaikuttavat myös ilmakehän aerosolihiukkaset. Tässä väitöskirjassa keskitytään ilmakehän aerosolihiukkasiin. Niiden vaikutus ilmakehään on monimutkainen johtuen niiden nopeista muutosprosesseista ilmakehässä. Osa hiukkasista muodostuu vasta ilmakehässä erilaisten kaasumaisten päästöjen hapettumisen johdosta ja osa pääsee ilmakehään suoraan ns. primääreinä hiukkasina, esimerkkeinä diesel moottoreiden nokihiukkaset tai vaikkapa autiomaiden hiekasta muodostuva pöly. Hiukkaset voivat kasvaa ilmakehässä kun niiden pinnalle tiivistyy höyryjä tai jos ne törmäilevät ja kiinnittyvät toisiinsa. Ne voivat poistua ilmakehästä muun muassa sateen vaikutuksesta tai painovoiman johdosta. Aerosolihiukkasiin vaikuttavat prosessit muodostavat aerosolipopulaatioon monimutkaisen kemiallisen koostumuksen riippuen niiden syntytavasta ja paikasta. Hiukkaset vaikuttavat ilmastoon joko suoraan sirottamalla tai absorboimalla auringon valoa, tai epäsuorasti vaikuttamalla pilvien muodostumiseen. Ilmastovaikutusten lisäksi aerosolihiukkaset voivat vaikuttaa ihmisten terveyteen. Pienimpien hiukkasten on todettu kulkeutuvan jopa ihmisten aivokudokseen saakka hermostoa pitkin. Tässä työssä keskitytään hiukkasten mittausmenetelmiin ja kuinka ne syntyvät ilmakehässä, ja toisaalta kuinka ne muodostavat pilvipisaroita. Kaasu-hiukkasmuuntuma vaikuttaa ilmastoon monella tapaa, mutta se tunnetaan kuitenkin vielä suhteellisen huonosti. Aerosolihiukkaset muodostavat ilmakehässä suuren aktiivisen pinta-alan, joka vaikuttaa monella tapaa ilmakehän kemiallisiin prosesseihin ja tätä kautta vaikuttavat esimerkiksi pilvien tai vaikkapa savusumun syntyyn. Suurin osa hiukkasista syntyy ilmakehässä kaasumaisten aineista niiden hapettumisen ansiosta. Jotta tämä prosessi ymmärrettäisiin, on aerosolihiukkaset mitattava juuri kun ne ovat syntyneet, eli noin 1-2 nm kokoisina. Tässä väitöskirjassa kehitettiin uusia mittaustapoja ja laitteita. Ensimmäinen mittalaite kehitettiin mittaamaan ilmakehälle tyypillisien aineiden ja veden yhdisteiden pintajännityksiä. Mittaustuloksia käytettiin arvioimaan pintajännityksen vaikutusta pilvipisaroiden muodostumiseen pilvimallin avulla. Toinen laite kehitettiin mittaamaan ilmakehän pienimpiä, juuri syntyneitä, aerosolihiukkasia aina 1 nm kokoon saakka. Tämän mittalaitteen avulla pystyttiin ensimmäisen kerran mittaamaan ilmakehässä tapahtuvaa hiukkasten muodostumista kaasuista. Tämän työn avulla pystyttiin todistamaan, että hiukkaset on mitattava juuri kun ne syntyvät, jotta muodostumisprosessi voitaisiin täysin ymmärtää. Lisäksi työssä pystyttiin näyttämään, että ilmakehässä tapahtuva hiukkasmuodostus voi vaikuttaa ilmastoon muodostamalla hiukkasia, jotka pystyvät muodostamaan pilvipisaroita ja lopulta pilviä.
URI: URN:ISBN:978-952-7276-10-5
http://hdl.handle.net/10138/247813
Päiväys: 2018-11-02
Avainsanat:
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
RS214_Vanhanen_intro[4].pdf 2.007MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot