Studying the effective condensation sink based on heterogeneous nucleation theory and measurements in Beijing

Lukuisia hiukkasmuodostumistapahtumia on havaittu hyvin saastuneissa ympäristöissä Kiinassa. Saastuneessa ympäristössä höyryjen kondensaatiohäviö on hyvin suuri, eikä pitäisi teoriassa olla mahdollista, että näitä hiukkasmuodostumistapahtumia havaitaan. Tämä opinnäytetyö pyrkii os- altaan selittämään näitä havaintoja tutkimalla heterogeenista nukleaatiota erilaisissa olosuhteissa, erilaisille kondensoituville höyryille ja erilaisille hiukkasytimille. Pyrkimyksenä on löytää tilanteita, joissa heterogeenista nukleaatiota ei tapahdu tietyille höyryille ja tutkia kuinka tämä vaikuttaa kondensaatiohäviöön. Heterogeenista nukleaatiota tutkittiin teoreettisesti mallintaen. Tässä työssä tarkastellaan erityis- esti heterogeenisen nukleaation kontaktikulmaa θ. θ riippuu höyryn ja ytimen pintajännityksistä ja sillä on vahva vaikutus heterogeenisen nukleaation todennäköisyyteen. Suuremmilla kontaktikul- milla heterogeeninen nukleaatiotodennäköisyys on pienempi. Monia sellaisia tilanteita, joissa ei ainakaan teoriassa ole heterogeenista nukleaatiota, löydettiin. Tällaisia tilanteita voi syntyä es- imerkiksi silloin, kun kontaktikulma tai höyrymolekyylin massa on suuri. Heterogeenista nukleaatiota tutkittiin ilmakeähän olosuhteita vastaavissa olosuhteissa. Kontak- tikulmat,jotka vaadittiin, ettei heterogeenista nukleaatiota ole, määritettiin eri olosuhteille ja eri nukleoituville höyryille. Koska θ riippuu höyryn ja yhdinhiukkasen kemiallisista ominaisuuksista ja näiden välisestä vuorovaikutuksesta, tutkittiin lisäksi aerosolin kemiallista kompositiota sekä hiukkasten muodostumisnopeuksia ja kondensaatiohäviötä Pekingissä mitatusta datasta. Toiveissa oli löytää viitteitä siitä, kuinka efektiivinen kondensaatiohäviö ja kemiallinen kompositio mahdol- lisesti liittyvät toisiinsa. Vahvoja viitteitä tästä ei kuitenkaan vielä löydetty. Tehottoman heterogeenisen nukleaation vaikutusta efektiiviseen kondensaatiohäviöön tarkasteltiin. Löydettiin useita tilanteita, joissa teoriassa on mahdollista, että tehottomasta heterogeenisesta nukleaatiosta johtuen effektiivinen kondensaatiohäviö on merkittävästi pienempi kuin teoreettinen kondensaatiohäviö. On siis mahdollista, että heterogeenisen nukleaation tehottomuus osaltaan selittää, miksi hiukkasmuodostumistapahtumia havaitaan myös hyvin saastuneissa ympäristöissä.