Uutta tietoa pilvipisaroiden ominaisuuksista ja ilmastovaikutuksista röntgenspektroskopialla ja laskennallisella kemialla

Aerosolihiukkasilla on merkittävä rooli ilmakehän prosesseissa, mutta niiden vaikutuksiin liittyy suuria epävarmuuksia ilmastoennusteissa. Tässä tutkielmassa on tehty laskennallisia ja kokeellisia tutkimuksia orgaanisten aineiden vesiliuoksista sekä epäorgaanisten suolojen kanssa että ilman niitä. Nämä vesiliuokset ovat mallisysteemejä pilvipisaroille, ja niiden tutkimus auttaa ymmärtämään paremmin aerosoleja ja niiden ilmastovaikutuksista.
Hiilen ja hapen K-kuoren röntgenabsorptiospektroskopialla tutkittiin molekyylitason vuorovaikutuksia glyoksaalin ja metyyliglyoksaalin vesiliuoksissa ja näiden orgaanisten aineiden aiheuttamia mahdollisia muutoksia epäorgaanisten suolojen liukoisuuteen. Röntgenabsorptiospektrejä käytettiin kemiallisten sidosten ja hydratoituneiden muotojen tunnistamiseen.
Hiilen K-kuoren röntgenabsorptiospektroskopiaa sovellettiin myös pinta-aktiivisia aineita (natriumheksanoaattia ja -oktanoaattia) sisältävien vesiliuosten tutkimiseen. Mittauksia tehtiin pinta-aktiivisten aineiden pitoisuuksille molemmin puolin ns. kriittistä misellikonsentraatiota, jossa misellien muodostumisen tulisi alkaa; natriumoktanoaatin vesiliuoksen tapauksessa spektrien muoto muuttui pitoisuuden kasvaessa, mikä kertoo hiiliatomien kemiallisen ympäristön muutoksesta mahdolliseen misellien muodostumiseen liittyen.
COSMOtherm on COSMO-RS-menetelmään (COnductor like Screening MOdel for Real Solvents) perustuva mallinnusohjelma, jota käytettiin ennustamaan parillisen määrän hiiliatomeja sisältävien C2-C12 rasvahappojen ja niiden natriumsuolojen liukoisuuksia ja aktiivisuusvakioita vesiliuoksissa ja epäorgaanisia suoloja sisältävissä vesiliuoksissa. Laskennalliset tulokset osoittivat, että COSMOtherm voi antaa arvokasta tietoa ilmakehässä esiintyvien orgaanisten aineiden vesiliuoksista, erityisesti tapauksissa, joissa kokeellisia arvoja ei ole vielä saatavilla. Tutkimusten tulokset auttavat ymmärtämään pilvien mikrofysiikkaa ja niitä voidaan käyttää ilmakehämallien ennusteiden tarkentamisessa.