Helsingin yliopisto

 

Helsingin yliopiston verkkojulkaisut

University of Helsinki, Helsinki 2006

Experiments on homogeneous nucleation and physicochemical properties related to atmospheric new particle formation

Antti-Pekka Hyvärinen

Doctoral dissertation, August 2006.
University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physical Sciences, Division of Atmospheric Sciences and Finnish Meteorological Institute.

Ilmakehässä esiintyvillä aerosolihiukkasilla on tärkeä osa maapallon ekosysteemissä. Lisäksi ne vaikuttavat ihmisen terveyteen. Eräs tärkeä uusien hiukkasten lähde ilmakehässä on ns. homogeeninen nukleaatio, jossa tiivistymiskykyisistä kaasuista muodostuu uusia hiukkasia. Tätä hiukkasmuodostusilmiötä ei vielä ymmärretä täysin. Tässä väitöskirjassa suoritettiin hiukkasmuodostumiseen liittyviä kokeita laboratorio-olosuhteissa. Kokeita tehtiin itse nukleaatioprosessista, sekä mitattiin hiukkasmuodostukseen osallistuvien yhdisteiden fysikokemiallisia ominaisuuksia.

Nukleaatioteorioiden avulla voidaan ennustaa hiukkasmuodostusta ilmakehässä. Koska yleisesti käytössä olevan teorian tiedetään sisältävän useita tuloksiin vaikuttavia yksinkertaistuksia, pyritään teoriaa jatkuvasti parantamaan. Uusia teorioita voidaan verrata laboratoriokokeissa, tarkoissa olosuhteissa, mitattuihin tuloksiin.

Tässä väitöskirjassa mitattiin suoraketjuisten alkoholien nukleaationopeuksia. Systemaattiset mittaussarjat samankaltaisista aineista ovat ihanteellisia uusien teorioiden tarkastelua varten. Tärkeää tietoa nukleaatiomittausten virhelähteistä saatiin tekemällä vertaileva tutkimus kahdella diffuusioperiaatteeseen perustuvalla laitteella. Lisäksi tutkittiin, miksi nukleaation havaitaan joissakin kokeissa riippuvan kokonaispaineesta, vaikka yleisesti käytetty teoria ei sitä ennusta. Todettiin, että samankaltainen riippuvuus havaitaan yleisesti diffuusioperiaatteeseen perustuvissa laitteissa, eikä ilmiö todennäköisesti siten ole yhdessä laitteessa havaittava mittausvirhe. Nukleaatiomittausten lisäksi väitöskirjaan mitattiin ilmakehän hiukkasmuodostukseen osallistuvien aineiden pintajännityksiä ja tiheyksiä. Nämä fysikokemialliset ominaisuudet ovat keskeisiä hiukkasmuodostusta kuvaavissa laskukaavoissa. Mittauksia suoritettiin rikkihapon ja ammoniakin vesiseoksista, yhdiste, minkä oletetaan pääsääntöisesti osallistuvan ilmakehän homogeeniseen nukleaatioon. Toinen mitattava kohde oli rikkihappo + dimetyyliamiini + vesi, joka on vaihtoehtoinen yhdiste nukleoitumaan pohjoisilla havumetsäalueilla. Lisäksi mitattiin erilaisten orgaanisten happojen vesiseosten ominaisuuksia. Orgaaniset yhdisteet ottavat todennäköisesti osaa vastamuodostuneiden hiukkasten kasvuun. Suoritetut mittaukset mahdollistavat rakentamaan tarkempia malleja ilmakehän hiukkasmuodostuksesta, ja siten parantavat tietämystä aerosolien vaikutuksesta ilmakehässä.

Antti Hyvärinen on syntynyt vuonna 1977 Kannonkoskella. Hän on kirjoittanut ylioppilaaksi vuonna 1996 Saarijärven lukiosta. Hyvärinen väittelee 18.8. klo 12 Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksen salissa E204 osoitteessa Gustav Hällströmin katu 2. Vastaväittäjänä on professori Paul Wagner Wienin yliopistosta Itävallasta. Väitöksen suomenkielinen otsikko on "Kokeita homogeenisestä nukleaatiosta ja ilmakehän hiukkasmuodostukseen liittyvien aineiden fysikokemiallisista ominaisuuksista".

Julkaisun nimiösivu

This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

© University of Helsinki 2006

Last updated 08.08.2006

Yhteystiedot, Contact information E-thesis Helsingin yliopisto, University of Helsinki