Merelises kliimas on pilvede tekkes võtmeroll joodil

Tartu Ülikooli keskkonnafüüsika labori osalusel toimunud uuringus leidis rahvusvaheline teadusrühm, et merelistes ja arktilistes piirkondades mängib uute atmosfääriosakeste tekkel võtmerolli jood. Tegemist on atmosfääriosakeste tekkemehhanismiga, mis oli teadlastele seni tundmata. Äsja ajakirjas Science kirjeldatud avastus aitab väga palju kaasa kliimasüsteemi mõistmisele. 

Meie planeeti ülekuumenemise eest kaitsva pilvkatte tekkes on põhitähtsus nanomõõtmeis atmosfääriosakestel, mis tekivad nii taimede elutegevusega kui ka inimtegevusega kaasnevate keemiliste protsesside käigus. Äsja avaldatud uuringus analüüsiti atmosfääri aerosooliosakeste teket joodi oksüdeerumise tagajärjel. Selline protsess toimub eriti hoogsalt merelises keskkonnas, sest joodi eraldub merevette näiteks planktonite ja taimestiku elutegevuse tulemusena.

Teadlased uurisid osakeste moodustumise ja kasvu kiirust temperatuurivahemikus –10 kuni +10 kraadi. Leiti, et molekulaarne jood laguneb ka nõrga päikesevalguse korral ja UV-kiirgust polegi vaja. Joodist tekkinud osakeste kasvukiirus on väga suur, ületades isegi väävelhappe ja ammoniaagi tekitatud osakeste kasvutempot samadel tingimustel. Tekkinud osakesed koosnevad ainult joodiühenditest ja nende kasvu piirab vaid molekulide põrketihedus. See protsess on eriti oluline merelises keskkonnas ja piirkondades, kus teiste osakesi tekitavate ühendite kogused on väikesed, näiteks Arktika ja Antarktika rannikualasid.

Uuringu tulemused näitavad, et joodhape on väga oluline atmosfääri aerosooliosakesi moodustav ühend puhtas merelises keskkonnas. Seal on tema tähtsus isegi suurem kui enamasti inimtekkelisel väävelhappel. Samuti on joodist tekkinud osakesed väga tõhusad pilvetekke tuumad. Arktikas on mõõdetud regulaarseid atmosfääri aerosooliosakeste puhanguid ja nende algaineks on just jood. Uued atmosfääriosakesed moodustavad ka pilvi. Joodiheide on viimase 70 aasta jooksul kolmekordistunud ja ilmselt kasvab see merejää kahanedes veelgi. Kui tavaliselt on aerosooliosakeste tekkel täiendava peegelduvuse tõttu kliimat jahutav efekt, siis polaaraladel on selle mõju sootuks vastupidine – kuna seal on maapind valge, võib lisandunud pilvkate kliimat hoopis soojendada.

Tartu Ülikooli keskkonnafüüsika professori ja uuringu ühe kaasautori Heikki Junnineni sõnul on selline atmosfääriosakeste tekkemehhanism teadlaste jaoks täiesti uus. Seepärast on avastusel laiaulatuslik mõju kogu kliimasüsteemi mõistmisele.

Tuumauuringutest kliimasüsteemi mõistmiseni

Uuring sai alguse Euroopa Tuumauuringute Keskuse (CERN) projektist CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets), mille eesmärk on uurida kliimamuutusi mõjutavaid atmosfääriprotsesse molekulaarsel tasandil. Saadud teadmised on väga olulised selleks, et hinnata üleilmset kliimamuutust kohalikust vaatepunktist.

Projekti seos CERN-i kiirendiga tuleb sellest, et uuritakse muu hulgas ka kosmilise kiirguse mõju pilvede tekkele. Selleks kasutatakse CERN-i prootonite sünkrotroni, milles tekitatud kiirgus juhitakse CLOUD-i eksperimendi ülipuhtasse atmosfäärikambrisse. Kiirgust saab vajadust mööda sisse ja välja lülitada ning selle võimsust on võimalik muuta. Praegu on see maailmas ainus koht, kus sellist katset saab teha. CLOUD on ainuke ja esimene projekt, kus üleüldse kasutatakse kõrgenergeetilisi osakesi atmosfääri, aerosoolide, pilvede ja kliima uuringuteks.

Professor Junnineni sõnul on ioonide roll atmosfääris lõpuni veel mõistmata. „Mida kõrgemale atmosfääris läheme, seda olulisemaks muutuvad ioonid, sest lisandub ka kosmiline kiirgus. Ühtlasi muutub eksperimentide tegemine keerulisemaks. CLOUD-i kamber annab võimaluse „reisida“ atmosfääri eri kihtidesse, simuleerides kas puhta männimetsa atmosfääri või hoopis 30 kilomeetri kõrguseid stratosfääri tingimusi,“ selgitas ta.

Heikki Junninen toonitas, et iga riigi jaoks on väga oluline tunda globaalse kliimamuutuse kohalikke mõjutegureid. „Piirkondlikest oludest teadlikuna on parem kaasa rääkida ka kliimamuutuste pidurdamise meetmete väljatöötamisel. Atmosfääri koostist mõjutavad piirkondlikud lähtetingimused on aga igas riigis erinevad, mistõttu on nende tundmaõppimine äärmiselt tähtis,“ ütles ta.

CLOUD-is osaleb mitut eriala esindavate teadlaste meeskond 17 teadusasutusest ja 9 riigist. Eesti pole projekti ametlik partner, kuid Tartu Ülikoolil õnnestus projektis osaleda tänu tihedale koostööle Helsingi Ülikooliga. CERN-i värske liikmena teeb Eesti nüüd ettevalmistusi CLOUD-iga liitumiseks. See avaks Junnineni sõnul meie teadlastele väärtusliku võimaluse osaleda suurimas atmosfääri ja kliimat uurivas laborikatses, kujundada tulevikus korraldatavaid eksperimente ja parandada Eesti ettevõtete võimalusi osaleda CERN-i hangetes.

Lisateave: Heikki Junninen, Tartu Ülikooli füüsika instituudi keskkonnafüüsika labori juhataja, keskkonnafüüsika professor, heikki.junninen@ut.ee, 737 4774