Kuni juuni keskpaigani mõõdavad teadlased Soomes Hyytiälä mõõtejaama kohal atmosfääri piirkihis toimuvaid protsesse, et paremini aru saada kliimamuutuste põhjustest. Teadusaparatuuri viib kuni kilomeetri kõrgusele tsepeliin.

Et õhulaeva kabiin ehk gondel ei ole väga ruumikas (näiteks turismireisidel mahub sinna kuni 12 inimest) ning mõõteaparaadid vajavad eri tingimusi, vahetatakse iga õhureisi eel suuremad masinad välja. Vahetatavaid komplekte on kokku kolm: sekundaarse orgaanilise aerosooli, fotokeemia ja nukleatsiooni paketid.

«Iga paketi eesmärgid on natuke erinevad,» seletab TÜ aerosoolifüüsika teadur Sander Mirme, kes on üks projektis osalevatest teadlastest. Tartu teadlaste ehitatud NAIS, nanoosakeste ja õhuioonide spektomeeter, kuulubki kolmandasse, nukleatsiooni paketti.

Mirme sõnul on selle mõõteaparaatide komplekti eesmärk uurida seda, kuidas täpselt aerosool atmosfääri tekib. «Me teame, et näiteks autod paiskavad aerosooliosakesi õhku nii väljalasketorudest kui ka teepinnalt kummide kaudu, aga aerosool tekib ka iseenesest keemiliste protsesside käigus. Nende toimemehhanismides on praegu veel palju teadmatust,» räägib mees.

Kiire ja täpne aparaat hoolt ei vaja

Tartlaste NAIS mõõdab aerosooliosakeste suurusjaotust õhus vahemikus 0,8 kuni 40 nanomeetrit ehk molekulide suuruses. Mirme täpsustab, et see on maailmas unikaalne mõõteriist just selle poolest, et suudab mõõta nii väikeseid osakesi ning teeb seda kiiresti ja täpselt.

«See mõõdab osakeste jaotuse korraga terves vahemikus, nii et hetkega on näha, kui palju ühe või teise suurusega osakesi mõõdetavas õhus on. Seade võtab arvesse ka temperatuuri ja õhurõhu iseärasusi ning annab kõige täpsema tulemuse.»

Näiteks on üks NAIS töös ka Šveitsis, Euroopa nukleaaruuringute keskuses CERN, kus see mõõdab ekstreemolukordades toimuvaid muutusi. Nn pilvekambris tekitatakse ja muudetakse ultraviolettkiirgust, õhurõhku ja -niiskust ning kosmilisi kiiri, sealsed mõõtmistulemused annavad teadlastele täpsema arusaama, mis elemendid mängivad rolli pilvede tekkimisel ja hajumisel ning kuidas kogu protsessi mõjutavad.

Lisaks kiirusele ja täpsusele on NAIS-i pluss just rasketes tingimustes vastupidamine. «Meie masin on eriti töökindel tänu sellele, et see ei vaja inimese hoolt. Ei ole vaja mingeid kemikaale juurde valada ega filtreid vahetada nagu tavaliselt sarnastel mõõteaparaatidel. Põhimõtteliselt võib NAIS rahumeeli kuskil metsas kolm kuud töötada, ilma et keegi seda näpiks,» toob ta näiteks.

Nii Soomes kui ka projekti eelmisel mõõtekampaanial Itaalias on töökindlus end suuresti ära tasunud. Kui Soomes on probleeme kiiresti muutuvate ilmastikutingimustega, siis Itaalias oli mureks suur kuumus.

«Lendasime eelmisel suvel Po oru kohal San Pietro Capofiume mõõtejaama läheduses. Alustasime lennuga tavaliselt hommikul kell neli ja selleks ajaks, kui tsepeliin keskpäeval tagasi jõudis, ei saanud masinaid katsudagi, õhk ja metall olid tulikuumad,» meenutab Mirme.

Projekti mõõtekohad valiti võimalikult erinevad, et tulemusi saaks võrrelda ja paremini üldistusi teha. Lõunakampaania Itaalias tähendas stabiilset kuuma ilma ja rohke õhureostusega põllumajanduspiirkonda, põhjakampaania Soomes korraldatakse metsasel alal, kus on väga puhas õhk ning looduslikud protsessid paremini jälgitavad.

«Muidugi valiti ka kohad, kus maa peal oleks olemas nn supermõõtejaamad. Kuna seal on maapinna lähedal tehtud paljude aparaatidega väga põhjalikke uuringuid, teame täpsemalt, mida oodata ja saame õhust saadud tulemusi teiste andmetega võrrelda,» täpsustab teadlane.

Õhulaev aitab atmosfääri uurida

Et NAIS-i ja teisi nukleatsioonipaketi mõõteaparaate huvitab just konkreetse koha atmosfääri vertikaalprofiil, tehakse ühe lennu vältel umbes kilomeetri raadiusega ringe otse mõõtejaama kohal. Just see vajadus oligi määrav, miks valida uurimisplatvormiks õhulaev.

«Tavaliselt uuritakse õhus toimuvaid protsesse lennukite pealt, aga tsepeliin suudab erinevalt neist ühe koha peal väikseid tiire teha ja liigutab ise õhku väga vähe. Meie masin on lennanud ka kuumaõhupalliga, aga seda ei ole võimalik juhtida ja Soome metsades oleks sellega ka võimatu maanduda,» loetleb Mirme õhulaeva eeliseid.

Muidugi ei suuda tsepeliin eriti kõrgele lennata, seda enam, kui pardal on rasked mõõteaparaadid. Iga lisagramm tähendab, et õhulaev suudab vähem kõrgele ja kaugele lennata. Koos pilootide ja masinatega võib kaasa sõita vaid üks teadlane. Samas on umbes kilomeetri kõrgusele tõusev lennumasin sellist laadi uuringute jaoks just väga sobilik.

«Umbes kilomeetri kõrgusele ulatuv atmosfääri piirikiht on tihedalt seotud kõige sellega, mis maapinnal toimub. Kui see soojeneb või jahtub, tekivad piirikihis omaette kihid. Lende alustamegi tavaliselt varahommikul, et näha, kui kõrgel midagi toimuma hakkab ja kuidas see asi areneb.»

See, mis kellaajal aerosoolipuhangud toimuvad, on umbes teada. Õhus pidevalt eksisteerivad väikesed molekulide kogumid (klastrid) hakkavad soodsatel tingimustel, sobilike gaaside ja päikesekiirguse koosmõjul, kasvama suuremateks aerosooliosakesteks ja kui nad on piisavalt suured, hakkavad mõjutama ilmastikku. Aerosoolid mängivad olulist rolli näiteks pilvede ja vihma tekkes.

«Aga üldiselt on aerosoolide puhul suur teadmatus, milline mõju neil täpselt kliimale on. Kõik see, mida me praegu teada saame, on teadlaste jaoks suhteliselt uus info,» seletab Mirme ja lisab, et kui pilt atmosfääri toimimisest ja mõjudest saab järjest selgemaks, osatakse tulevikus ehk inimtekkeliste aerosoolide hulka paremini reguleerida.

Kuigi mõõtmiskampaania lõpeb Soomes juuni keskpaigas ja tsepeliin lendab tagasi Saksamaale, läheb andmete analüüsi tõttu teadusartiklite avaldamiseni veel vähemalt aasta aega. Praegu loodavad PEGASOS-e projekti eestvedajad, et uuringu tulemused mõjutavad otseselt riikide keskkonnapoliitikat nii Euroopas kui ka ülejäänud maailmas.