otsoni

Iolanda Ialongo on tutkijana Ilmatieteen laitoksen "Ilmakehän kaukokartoitus" -nimeä kantavassa ryhmässä. Hän on kotoisin Italiasta, missä hän opiskeli fysiikkaa Rooman yliopistossa.

"Työssäni tutkin ilmakehän koostumusta satelliittihavaintojen avulla", kertroo Iolanda esittelyssään. "Tutkimuksessani käytän muun muassa suomalais-hollantilaisen OMI:n (Ozone Monitoring Instrument) mittauksia."

Viikon kuluessa saatamme kuulla muutaman sanan Sentinel-5P -satelliitista ja siinä olevasta Tropomi-mittalaitteesta. Satelliitti lähetettiin avaruuteen vasta viime kuussa ja Tropomin ensimmäiset havainnot julkistettiin viime viikolla – ne ovat upeita ja paljon parempia kuin OMI:n tekemät havainnot. Se on varsin ymmärrettävää, sillä OMI alkaa olla jo vanha ja Tropomi on kuin paranneltu OMI.

Satelliittien tekemiä ilmakehämittauksia voidaan käyttää monissa sovelluksissa.

"Tällaisia ovat muun muassa kaupunkien ilmanlaadun tarkkailu ja samalla voimaloista, sulattamoista, jalostamoista ja laivoista tulevat päästöt sekä muut ihmisten aiheuttamat hiilidioksidipäästöt. Tiedoista näkee myös hyvin tulivuorten ja metsäpalojen savukaasus sekä otsonikerroksen ja UV-säteilyn muutokset."

Iolanda vetää tällä hetkellä Suomen Akatemian rahoittamaa ILMApilot -kärkihanketta, joka tähtää satelliittipohjaisen ilmakehädatan hyödyntämiseen yhteiskunnallisesti merkittävissä ilmanlaatusovelluksissa. Hän kirjoittaa myös blogia, johon Iolanda kerää tarinoita tutkimustyöstä, sekä projektin edistymisestä. 

Alla viikon twiitit Storify-tarinana:

Tarkalleen ottaen tänään on Kuun puolivarjopimennys, eli kyseessä ei ole aivan täydellinen pimennys, vaan Kuu kulkee taivaalla "vain" Maan täydellisen varjon sivusta, jolloin se on ainoastaan varjon ns. puolivarjossa.

Puolivarjo on täyden varjon sivuilla oleva hieman valaistu alue oikealla olevan piirroksen mukaisesti.

Käytännössä siis Kuu himmenee vain vähän, mutta silti se voi näyttää omituiselta ja hieman punertavalta. Tämä johtuu siitä, että Maan ilmakehä taittaa valoa, mutta samalla se sirottaa sitä. Sironnan voimakkuus riippuu aallonpituudesta eli väristä: sininen valo siroaa voimakkaimmin, punainen heikoimmin.

Otsikkokuvassamme on täydellisen kuunpimennuksen kulku vuonna 2007, eikä luvassa ole nyt siis ihan näin näyttävää ilmiötä.

Huomisaamuna kannattaa herätä tavallista aikaisemmin – tai jos maanantaipäivän on vapaalla, voi tänä iltana jättää menemättä nukkumaan: aamuyöllä Kuu pimenee täydellisesti.

Pimennys alkaa jo kello 3.10. Silloin Kuu alkaa lipua hitaasti Maan puolivarjoon, mutta sitä ei juurikaan huomaa. Vasta jonkin verran ennen osittaisen vaiheen alkua Kuun toinen reuna tummuu selvästi. 

Maan täysvarjoon Kuun reuna osuu kello 4.07, mutta täydellisen vaiheen alkuun on siitäkin vielä yli tunti: se alkaa kello 5.11. Sinä aikana Kuu himmenee yhä enemmän ja alkaa samalla saada punaista sävyä. Syynä on auringonvalo, jota tihkuu jopa keskelle täysvarjoa.

Maan ilmakehä taittaa valoa, mutta samalla sirottaa sitä. Sironnan voimakkuus riippuu aallonpituudesta eli väristä: sininen valo siroaa voimakkaimmin, punainen heikoimmin.

Siksi täysvarjoon lankeava himmentynyt auringonvalo on voimakkaasti punertunutta. Kuu näkyy täydellisen vaiheen aikanakin taivaalla kuparin- tai verenpunaisena kiekkona.

Osa Maan varjoon taittuvasta valosta kulkee kuitenkin ilmakehän ylempien kerrosten läpi. Siellä oleva otsoni absorboi eli imee itseensä punaista valoa, joten stratosfäärin yläosien läpi kulkenut valo onkin sinisävyistä.

Siksi Maan punaisen täysvarjon reunoilla voi näkyä aavistus sinistä. Ilmiö ei ole kovin voimakas eikä sininen reunus näy pitkään, mutta täydellisen vaiheen alku- ja loppuhetkillä sen voi erottaa. Parhaiten siinä onnistuu katselemalla pimentyvää Kuuta kiikarilla tai pienellä kaukoputkella.

Maan täysvarjon tummuus ja värisävy vaihtelevat pimennyksestä toiseen. Siihen vaikuttaa esimerkiksi vulkaaninen tuhka, jota voi leijua korkealla ilmakehässä voimakkaan tulivuorenpurkauksen seurauksena. Silloin täydellisesti pimentynyt Kuu on tavallista himmeämpi. 

Etukäteen on kuitenkin vaikea ennustaa, miltä Kuu täydellisen vaiheen aikana näyttää. Sama pätee siniseen reunukseen: sen näkyminen on tuurista kiinni.

Aamuvarhaisen pimennyksen syvin vaihe on kello 5.47. Punaisena hohtavan Kuun alareuna on hieman vaaleampi, sillä Kuu kulkee Maan täysvarjon alaosan poikki. 

Kuu alkaa jättää täysvarjon taakseen kello 6.24. Taivas alkaa silloin jo selvästi vaalentua, sillä auringonnousuun on aikaa enää tunnin verran. Kuu on myös matalalla läntisessä horisontissa, sillä se laskee taivaanrannan taakse puoli kahdeksan aikoihin.

Pimennyksen loppuvaiheita on siten vaikea tai mahdoton havaita. Osittainen vaihe päättyy kello 7.28 ja lopullisesti Kuu poistuu Maan puolivarjosta 8.24. Silloin Kuu ei ole ollut toviin enää taivaallakaan.

Maanantaisen pimennyksen tekee erikoiseksi se, että samalla on niin sanottu superkuu. Monissa medioissa hehkutettu ilmiö ei ole erityisen näyttävä spektaakkeli. Superkuu sattuu silloin, kun Kuu on täydenkuun aikaan kiertoratansa Maata lähimmässä pisteessä tai lähellä sitä. 

Silloin Kuu näyttää taivaalla läpimitaltaan noin seitsemän prosenttia suuremmalta ja 30 prosenttia kirkkaammalta kuin ollessaan ratansa etäisimmässä pisteessä. Ongelmana on se, että superkuun aikana taivaalla ei ole "tavallista" Kuuta, johon sitä voisi verrata. Superkuun "maagisuus" on muistikuvien varassa.

Superkuun koosta saa jonkinlaisen käsityksen, jos euron kolikkoa katselee ensin kahden metrin etäisyydeltä ja siirtyy sitten parikymmentä senttiä lähemmäs. ”Supereuro” ei näytä kovin paljon tavallista kookkaammalta.

Siitä huolimatta maanantaina kannattaa laittaa herätyskello soimaan tavallista aikaisemmin ja vilkaista taivaalle. Jos pilvet ovat suvainneet pysyä poissa, voi katsella länsilounaassa pimentyvää Kuuta. Seuraavan kerran Kuu nimittäin pimentyy täydellisesti vasta 31. tammikuuta 2018.

Kuva: Joshua Valcarcel/United States Navy (3.3.2007)

Tieteellä on sormensa pelissä myös siinä miellyttävässä tuoksussa, mikä on ilmassa raikkaan sateen jälkeen. Se, että rankan sateen tauottua näyttää ja tuoksuu hyvältä, saa yhden kerroksen lisää kokemukseemme, kun tiedämme mistä tuoksut johtuvat.

Kaksi Australian kansallisessa tieteellisen tutkimuksen keskuksessa työskennellyttä tutkijaa, Isabel Joy Bear ja R.G. Thomas, tutkivat asiaa 1960-luvun alussa ja julkaisivat löydöksistään artikkelin Nature-lehdessä syyskuussa 1965. Heidän mukaansa sade paitsi pudottaa vesipisaroita maahan, niin pisarat irrottavat maaperästä erilaisia aineita. Kaupungissa pölyä ja asfaltista sekä betonista irronnutta ainetta, mutta lähellä kasveja osa ilmaan nousevista tuoksuvista aineista ovat orgaanisia.

Bear ja Thomas olivat erityisen kiinnostuneita juuri tästä tuoreen vegetaalisesta, hieman happamasta mutta samalla raikkaasta kasviperäisestä tuoksusta, jonka monet meistä yhdistävät juuri sateenjälkeiseen hetkeen. He antoivat tuoksulle nimenkin: Petrichor. Sana tulee kreikan kielen sanoista "petros" ja "ichor", jotka tarkoittavat kiveä sekä mytologiassa kreikkalaisjumalien suonissa virrannutta nestettä.

Petrichorin tuoksu tulee siitä, kun maaperässä olleista mädäntyneistä kasveista ja eläimistä peräisin olevat aineet nousevat ilmaan sateella ja kiinnittyvät kiviin tai kivisiin pintoihin, kuten esimerkiksi betoniin. Kosteuden ansiosta nämä aineet alkavat päästää ilmaan alkoholeja, hiilivetyjä ja rasvahappoja.

Sateen jälkeen ilmaan nousee toinenkin tuoksu, geosmiini. Se on märässä maassa olevien bakteerien ja vihreiden levien aineenvaihdunnan tuloksena syntyvä aromi. Etenkin kuivan kauden jälkeen, kun bakteerit ja levät ovat kituneet, ne innostuvat, ja siten tuoksua syntyy enemmän. Nenässä geosmiini tuoksuu hyvältä ja tuoreelta maalta, mutta mikäli sitä joutuu juomaveteen, se saa aikaan tunkkaisen vaikutelman.

Myös otsonin tuoksu on tyypillinen sateeseen liittyvä tuoksu. Sitä syntyy ukkosilmalla salamoinnin seurauksena happiatomien yhdistyessä. Ja otsonilla on oma, selvä tuoksunsa, mistä se on saanut nimensäkin: se tulee kreikan hajua tarkoittavasta sanasta "ozein".

Ilmakehän hiilidioksidia mittaava Nasan OCO-2 (Orbiting Carbon Observatory 2) -satelliiti laukaistiin tänään puoleltapäivin Suomen aikaa onnistuneesti avaruuteen. Laukaisua lykättiin vuorokaudella maanantaista laukaisualustan pienen toiminahäiriön vuoksi, mutta tänään uudella yrittämällä satelliittia kuljettanut Delta II kantoraketti nousi matkaan ilman ongelmia. Laukaisu tapahtui Kaliforniasta Vandenbergin rakettitukikohdasta.

OCO-2 on suomalaisittainkin hyvin kiinnostava satelliitti, koska Ilmatieteen laitos osallistuu satelliitin tekemien havaintojen laadun varmistamiseen ja parantamiseen Sodankylässä tehtävien hiilidioksidimittausten avulla. Sodankylä on valittu yhdeksi hankkeen tärkeimmäksi maanpintareferenssiasemaksi, sillä Lapin ilmatieteellisen tutkimuskeskuksen FTS-mittalaite (Fourier Transform Spectrometer) pystyy takaamaan OCO-2:n mittausten tarkkuuden etenkin pohjoisilla alueilla. Sodankylän FTS-mittaukset aloitettiin vuonna 2009 ja niitä on jo aiemmin käytetty japanilaisen GOSAT- satelliitin laadun parantamiseen. Sodankylässä on myös kehitetty viime aikoina ns. AirCore -mittaussysteemiä, jolla saadaan kasvihuonekaasujen tarkkoja korkeusprofiileja. Näitä käytetään myös OCO-2-satelliittihavaintojen tulkinnan parantamiseen.

Kasvihuonekaasujen kaukokartoitus- ja luotaushavaintojen lisäksi maanpinnalta ilmapitoisuuksia monitoroidaan jatkuvatoimisesti eurooppalaisessa Integrated Carbon Observing System (ICOS) mittausverkossa, johon Suomesta kuuluu viisi asemaa mukaan lukien Sodankylä ja Pallas.

Kaikkein aikojen voimakkaimpien myrskyjen joukkoon lukeutuva supertaifuuni Haiyan surmasi Filippiineillä ainakin 10 000 ihmistä, yli 600 000 joutui jättämään kotinsa ja miljoonat ovat välittömän avun tarpeessa. Tuulet puhalsivat yli 300 kilometrin tuntinopeudella, nostattivat metrien korkuisia aaltoja ja piiskasivat kaatosateen maahan ankaralla voimalla. Onko tällaiseen tottuminen? Ilmastotutkijoiden mukaan on – eikä pelkästään seuduilla, joilla myrskyjä on ollut ennenkin.

Ilmastonmuutoksen kieltävien vakioväitteenä on todeta, että ilmasto on vaihdellut aina eikä ihmisen toiminnalla ole mitään tekemistä asian kanssa. Uskonasioissa mitkään todisteet eivät tunnetusti riitä, mutta yhdysvaltalaistutkijat ovat vastikään julkaisseet tutkimuksen, jonka mukaan sademäärien kasvuun ja sadealueiden siirtymiseen vaikuttavat nimenomaan ”ulkoiset” tekijät – eli ihminen.

Tutkimuksen mukaan kasvihuonekaasujen lisääntyminen ja stratosfäärin otsonikato aiheuttavat maailmanlaajuisesti sademäärien kasvua ja jakautumista aiemmasta poikkeavalla tavalla. Asiaa ei ole helppo osoittaa, sillä havaintoaineistossa on runsaasti kohinaa, sademääriin vaikuttavia tekijöitä on paljon ja laskentamalleissa on usein virhelähteitä.

Muutokset sademäärissä ovat kuitenkin ilmastonmuutoksen merkittävimpiä seurauksia, mutta kuten tutkijat toteavat, ne ovat myös huonoimmin tunnettuja. Kasvihuonekaasujen määrän kasvu vaikuttaa mallien mukaan sademääriin ensinnäkin nopeuttamalla hydrologista kiertoa – lämpötilan noustessa haihdunta kasvaa – ja toisaalta muuttamalla ilmakehän virtausjärjestelmiä siten, että maapallon trooppinen vyöhyke laajenee, jolloin sekä sade- ja myrskyalueet että kuivat seudut siirtyvät kauemmas päiväntasaajasta.

Kate Marvel ja Céline Bonfils ovat kehittäneet Lawrence Livermoren kansallisessa laboratoriossa Kaliforniassa tilastollisen menetelmän, jolla voidaan tarkastella yhtä aikaa kumpaakin ilmiötä ja samalla erottaa ihmisen vaikutus luonnollisista vaihteluista.

Verrattuaan saamiaan tuloksia yli 30 vuoden aikana tehtyihin mittauksiin he totesivat sademäärien todellakin kasvaneen ja myrskyjen voimistuneen sekä samalla siirtyneen päiväntasaajaseuduilta kohti napa-alueita. Samanaikaisesti havaittujen ilmiöiden selitykseksi ei tutkimuksen mukaan riitä ilmaston luonnollinen vaihtelu.

Tutkimus julkaistiin 11. marraskuuta Proceedings of the National Academy of Sciences -tiedejulkaisussa ja alkuperäinen artikkeli löytyy täältä.