Ilona Riipinen: Muuttavatko kosmiset säteet ilmastoa?
Kosmisen säteilyn mahdollisella vaikutuksella ilmastoon on spekuloitu jo noin vuosikymmenen ajan, mutta lopullista selvyyttä asiaan ei ole vielä saatu. Suosituimman hypoteesin mukaan kosmisten säteiden ilmastovaikutukset liittyisivät niiden kykyyn edistää pienten aerosolihiukkasten muodostumista ilmakehässä. Tuoreen tutkimuksen valossa tämä selitys ei kuitenkaan vaikuta uskottavalta.
Kuva: Reini, flickr.com (Creative Commons)
Galaktisiksi kosmisiksi säteiksi kutsutaan aurinkokunnan ulkopuolelta peräisin olevaa hiukkassäteilyä, joka saapuessaan maan ilmakehään synnyttää sinne sähkövarausta ionisoimalla kaasumolekyylejä. Noin vuosikymmen sitten tutkimusryhmä Kööpenhaminan yliopistosta julkaisi tuloksia, joiden mukaan muutokset pilvisyydessä näyttäisivät korreloivan kosmisen säteilyn voimakkuuden kanssa. Havainto vauhditti spekulaatioita kosmisten säteiden vaikutuksesta maapallon ilmastoon – hurjimpien väitteiden mukaan kosminen säteily säätelisi maapallon lämpötilaa jopa merkittävämmin kuin ihmisten ilmakehään päästämä hiilidioksidi. Kuluneen vuosikymmenen aikana pitävää selitystä sille, miten kosmiset säteet voisivat liittyä pilviin ei kuitenkaan ole löytynyt, ja myös alkuperäiselle tutkimukselle vastakkaisia tutkimustuloksia on esitetty.
Ehkä suosituin selitys kosmisten säteiden ja pilvien mahdolliselle yhteydelle on liittynyt aerosolihiukkasiin. Näitä pieniä kiinteitä tai nestemäisiä hiukkasia leijuu ilmakehässä käytännössä kaikkialla ja niillä on tärkeä rooli pilvien syntymisessä ilmakehään: jokainen pilvipisara on muodostunut veden tiivistyessä aerosolihiukkasen pinnalle. Niinpä aerosolihiukkasten pitoisuuden muutokset vaikuttavat myös pilvien muodostumiseen ja ominaisuuksiin. Onkin ehdotettu, että kosmisten säteiden aiheuttama sähkövaraus vauhdittaisi aerosolihiukkasten muodostumista ilmakehässä, lisäisi pilvipisaroiden tiivistymisydinten määrää ja sitä kautta vaikuttaisi pilvipeitteeseen ja ilmastoon.
Vuosittaisten hiukkasmuodostustapahtumien lukumäärä (siniset palkit, “Number of nucleation events”) ja kosmisten säteiden voimakkuus (punainen käyrä, “CRII”) Hyytiälän metsäasemalla Juupajoella vuosina 1996-2008. Mikäli kosmiset säteet lisäisivät hiukkasmuodostusta, tulisi hiukkasmuodostustapahtumien määrän olla suurimmillaan silloin, kun kosminen säteilykin on voimakkaimmillaan. Näin ei kuitenkaan näyttäisi olevan – vaan jopa pikemminkin päinvastoin.
Selvittääksemme kosmisten säteiden mahdollista yhteyttä aerosolihiukksten muodostumiseen ja pitoisuuksiin, tutkimme, miten kosmisten säteiden voimakkuus sekä toisaalta pienhiukkasten määrä on vaihdellut kolmentoista viime vuoden aikana Hyytiälän metsäasemalla, Juupajoella. Emme havainneet minkäänlaista yhteyttä kosmisten säteiden ja aerosolihiukkasten muodostumisen välillä. Havaintomme on linjassa useiden muiden tutkimusten kanssa, joiden mukaan näyttäisi siltä, että sähkövarauksen merkitys ilmakehän hiukkasten muodostumisen vauhdittajana on huomattavasti vähäisempi kuin esimerkiksi sen, minkälaisia kaasuja ilmakehään päätyy. Tutkimuksemme on kuitenkin sikäli ainoa laatuaan, että mistään muualta maailmasta ei ole saatavilla yhtä pitkää aikasarjaa pienhiukkasten muodostumistapahtumista ja kokojakaumista. Koko tutkimusartikkelimme löydät englanninkielisenä Atmospheric Chemistry and Physics Discussions –verkkolehdestä täältä.
Ilona Riipinen on ilmakehäfyysikko ja toimii tutkijatohtorina Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella seka Carnegie Mellon -yliopistossa Pittsburghissa Yhdysvalloissa. Ilonan mielestä parasta tieteen tekemisessä on vapaus, luovuus ja totuuden metsästys.