"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8342
ETF8342 "Atmosfääri ioon-aerosoolprotsesside analüüs vaatlusandmetele ja füüsikalis-keemilisele teooriale tuginevate mudelite abil (1.01.2010−31.12.2013)", Urmas Hõrrak, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut.
ETF8342
Atmosfääri ioon-aerosoolprotsesside analüüs vaatlusandmetele ja füüsikalis-keemilisele teooriale tuginevate mudelite abil
Analysis of atmospheric ion-aerosol processes by means of models based on observational data and on physical-chemical theory
1.01.2010
31.12.2013
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.2. MaateadusedP500 Geofüüsika, füüsikaline okeanograafia, meteoroloogia 1.4. Maateadused ja sellega seotud keskkonnateadused (geoloogia, geofüüsika, mineroloogia, füüsiline geograafia ning teised geoteadused, meteoroloogia ja ning teised atmosfääriteadused, klimatoloogia, okeanograafia, vulkanoloogia, paleoökoloogia50,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP400 Füüsikaline keemia1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)50,0
PerioodSumma
01.01.2010−31.12.2010187 200,00 EEK (11 964,26 EUR)
01.01.2011−31.12.201111 964,00 EUR
01.01.2012−31.12.201211 964,00 EUR
01.01.2013−31.12.201311 964,00 EUR
47 856,26 EUR

Kasvuhoonegaaside emissiooni kujunemine majandusteguriks kinnitab vajadust mõista kliimamuutuste füüsikalisi põhjusi. Inimtegevusest tugevasti mõjustatud atmosfääriaerosool on kasvuhoonegaasidega võrdväärne kliimategur. Aerosooli tekkimise ja evolutsiooni seaduspärasustes on palju tundmatut ja kliimamuutuste kontrollimise vajaduse tõttu on atmosfääriaerosooli uurimine muutunud eelisarendatud teadussuunaks. Oluline osa aerosoolist tekkib õhu saastegaasidest. Gaasiliste ainete kondenseerumist aerosooliosakesteks takistab termodünaamiline barjäär, mida on võimalik ületada vaid tänu klastrite ja nanomeeterskaala füüsika iseärasustele. Viimaste tulemuste kohaselt on atmosfääriaerosooli ja selle kaudu Maa kiirgusbilansi ning kliima kujunemisel olulised klastrite elektrilaengud ehk teisisõnu õhu ionisatsioon, mida mõjustab energiatootmisega kaasnev radioaktiivne Kr-85 ja pinnase töötlemisest sõltuv loodusliku radooni emissioon. Granti taotleva uurimisgrupi kogemusi atmosfääri ioonide uurimisel võib rakendada kliimamuutuste füüsikaliste tegurite selgitamisel. On teostatud atmosfääri ioonide ja aerosooli pikaajalisi pidevaid mõõtmisi Eestis (Tahkuse õhuseirejaamas ja Tartus) ja Soomes (Hyytiälä uurimisjaamas), kus uurimistööd on tehtud koostöös Helsingi Ülikooliga. Kogunenud suurest iooni- ja aerosoolimonitooringu andmestikust on ka seni tehtud palju olulisi järeldusi. Üks näide on keskmise liikuvusega ioonide puhangute avastamine, millest sai alguse maailma aerosooliteaduses uus oluline uurimissuund. Tänaseks kogutud andmestik lubab teha statistikameetodeid kasutades uusi usaldusväärselt argumenteeritud järeldusi nanomeeterskaalas toimuvate ioon-aerosoolprotsesside kohta. Andmeanalüüsi toetavad uurimisgrupi poolt arendatud teoreetilised mudelid ja tarkvara: 1) keemilis-kineetiline mudel, mis võimaldab modelleerida klasterioonide arenguid kuni diameetrini 1.5 nm, 2) termodünaamiline mudel, mis kirjeldab suuremate osakeste kasvu, 3) rutiinsete keskkonnamõõtmiste haldamisele orienteeritud tarkvara. Olemasolevad andmestik ja teoreetilised mudelid on eelduseks uute teaduslike tulemuste saamiseks. Ühtaegu sisaldab projekti tööplaan ka andmekogumise jätkamist ning teoreetiliste mudelite edasiarendamist. Projekti põhieesmärk on teha kindlaks, millisel määral mõjutavad atmosfääri ionisatsiooni muutused aerosooliosakeste tekkimist ja mõõtmestruktuuri olenevalt konkreetsest meteoroloogilisest tingimustest ja õhukeemia foonist.
Economic impact of the emission of greenhouse gases points out the need for full-scale understanding of the physical roots of climate changes. Atmospheric aerosol is another effectual climate factor sensitive to the human activity. The formation of airborne particles is not well understood and the study of atmospheric aerosols has become a high priority. Most of the aerosol particles are generated from the air polluting gases. The condensation of gaseous compounds is hindered by a thermodynamic barrier that can be surpassed only due to peculiarities of the physics of clusters and nanoparticles. According to the recent results, the electrically charged clusters known as air ions are important in the formation of atmospheric aerosol and thereby air ionization is a factor of the Earth’s radiative balance and climate. Air ionization is influenced by the emission of Kr-85 in nuclear power plants and the soil treatment that affects the emission of natural radon. The experience of the applicants in the research of atmospheric ions can be implemented in the studies of physical factors of climate change. The research team has accomplished long term measurements of air ions and atmospheric aerosols in Estonia and in Finland, where the research was carried out in cooperation with the University of Helsinki. The existing data made it possible to draw essential scientific results, e.g., the discovery of the bursts of intermediate air ions, which opened an important research area in aerosol science. The data can be used to draw new reliable and well-argued conclusions about ion-aerosol processes on the nanometer scale using the statistical methods. The analysis of measurements will be supported by theoretical models and software created by the research team: 1) chemical kinetic model simulating the evolution of cluster ions up to the diameter of 1.5 nm; 2) thermodynamic model describing the growth of bigger aerosol particles; 3) software for the management of environmental measurements data. The existing database and the theoretical models are the premises for getting new scientific results. In addition, the project includes the continuation of measurements and the further development of theoretical models. The main goal of the project is to clarify how changes in atmospheric ionization influence the generation and size distribution of aerosol particles depending on air pollution and the meteorological situation.