Browsing by Author "Tikkanen, Olli-Pekka"

Aerosolihiukkasten kasvu kokoon, missä niillä voi olla merkitystä ilmastolle, riippuu ilmakehässä olevien kaasujen ominaisuuksista ja pitoisuuksista sekä hiukkastenvälisestä koagulaatiosta. Hiukkasessa tapahtuvilla kemiallisilla reaktioilla on myös vaikutusta yhdisteiden tiivistymiseen ja haihtumiseen hiukkasesta. Tässä tutkielmassa perehdytään rikkihappo-dimetyyliamiiniklustereiden koagulaation vaikutukseen aerosolihiukkasten kasvunopeuteen, kun hiukkasen halkaisija on välillä 3-20 nm, mikä on tärkein kokoalue aerosolihiukkasen kasvun kannalta. Tarkastelun kohteena ovat klusterit, jotka koostuvat yhdestä rikkihappomolekyylistä ja yhdestä dimetyyliamiinimolekyylistä aina klusteriin joka koostu neljästä rikkihappo- ja dimetyyliamiinimoleekylistä. Työssä kehitettiin kaksi uutta versiota MABNAG-mallista, joka mallintaa aerosolihiukkasten kasvua kaasujen tiivistymisen kautta: ensimmäinen kehitetty versio sisälsi rikkihappo-dimetyyliamiiniklustereiden koagulaation aerosolihiukkasiin ja toisessa versiossa dimetyyliamiinin käsittely muutettiin aikaisemmasta tavasta, missä hiukkas- ja kaasufaasien oletettiin olevan jatkuvasti termodynaamisessa tasapainossa, tapaan missä dimetyyliamiinin tiivistyminen ratkaistaan yhdisteen massavuota kuvaavasta differentiaaliyhtälöstä. Kumpaakin uutta versiota verrattiin alkuperäiseen versioon ja muutoksia mallinnetussa aerosolihiukkasten kasvussa analysoitiin. Rikkihappo-dimetyyliamiiniklustereiden koagulaation vaikutukset MABNAG-mallista saatuihin aerosolihiukkasten kasvunopeuksiin olivat kahdenlaisia. Kun rikkihapon kaasufaasin pitoisuus oli 10^6 cm-3, eivät tutkitut klusterit juurikaan vaikuttaneet aerosolihiukkasten kasvunopeuteen. Korkeammilla rikkihappopitoisuuksilla (tässä työssä 10^7 cm-3 ja 10^8 cm-3) klusterit nostivat kasvunopeutta parhaimmillaan hieman yli viisikymmentä prosenttia, mutta tyypillisemmin 10-40 % riippuen simulaatioon asetettujen yhdisteiden kaasufaasin pitoisuuksista. Tulokset eivät kuitenkaan olleet täysin linjassa keskenenään, vaan esimerkiksi ammoniakin kaasufaasin pitoisuuden kasvattaminen saattoi pienintää kasvunopeutta verrattuna pienempään ammoniakkipitoisuuteen. Kokonaisuutena saadut tulokset osoittavat, että rikkihappo-dimetyyliamiiniklustereiden koagulaatio on otettava huomioon viimeistään mallinnettaessa aerosolihiukkasten kasvua systeemeissä, missä rikkihapon ja dimetyyliamiinin kaasufaasin pitoisuudet ovat suurempia kuin 10^6 cm-3. kertaluokka. Dimetyyliamiinin tiivistymisen laskentatapaa tutkittaessa tultiin tulokseen, että oletus välittömästä termodynaamisesta tasapainosta on pätevä tyypillisillä mallin sisäänsyöttöasetuksilla. Tuloksissa havaittiin pieniä poikkeamia yhdisteiden hiukkasfaasin massoissa eri yhdisteiden välillä, mutta mikään näistä ei ollut riitttävän suuri saamaan aikaa eroavaisuuksissa hiukkasen säteessä ajan funktiona.