I atmosfären, det fascinerande gashölje som omger jorden, pågår ständigt komplexa kemiska och fysiska processer i stora och små skalor. Processer som skapar förutsättningar för livet på jorden genom att påverka temperatur, klimat och väder, fotosyntesen och luften vi andas. 

Ilona Riipinen har varit intresserad av atmosfärens mikrofysiska processer sedan studierna i atmosfärsfysik vid Helsingfors universitet i hemlandet Finland. Numera är hon professor i atmosfärsvetenskap vid Stockholms universitet och leder sedan 2011 en forskargrupp som studerar hur aerosolpartiklar, små partiklar finfördelade i gas eller vätska, formas och transporteras i moln. 

– Även om vi har ökat kunskapen de senaste åren så är vi fortfarande i början på resan att reda ut hur interaktionen mellan aerosolpartiklar, moln och nederbörd fungerar.

Olika förbränningsprocesser, men också vulkanutbrott, skogar och öknar är vanliga källor för aerosolpartiklar. Partiklarna kan vara mellan några nanometer och hundratals mikrometer i storlek. Att studera dem är lite som att leta efter en nål i en höstack enligt Ilona Riipinen. 

Varför är då aerosolpartiklarna så intressanta och viktiga att studera? Jo, förklarar hon, aerosolpartiklarna har effekter på jordens energibalans och klimat, eftersom de interagerar med solens strålning och påverkar hur moln bildas. De är även luftföroreningar som vi andas in och kan påverka vår hälsa.

– Aerosolpartiklar och moln är också en av de största osäkerheterna i dagens klimatmodeller. Jag hoppas att vårt arbete kan förbättra modellerna och bidra till förståelsen för vad det betyder för jordens temperatur att göra specifika minskningar av utsläpp. 

Både sänkor och källor

Ilona Riipinen ägnar sig främst åt grundforskning, men målet på sikt är till exempel att kunna förutsäga hur olika politiska beslut påverkar utsläpp och luftens sammansättning. 

– Då behöver vi ha tillförlitliga luftkvalitetsmodeller och klimatmodeller. I dessa behöver de viktigaste processerna som kontrollerar hur mycket aerosolpartiklar som finns i luften finnas med. Här behöver vi även mer detaljerad kunskap om partiklarna och vilken del av atmosfären de finns i, på ytan eller högre upp. Vi vill också veta hur olika föroreningar transporteras in i atmosfären, hur långt kan de nå när de släpps ut, och hur de påverkar moln och nederbörd.

”Jag tror vi har en bra chans att göra något viktigt för världen med de frågor vi arbetar med, så jag känner mig inspirerad!”

Med teoretisk datamodellering av partikeldata från mätstationer och labbexperiment har Ilona Riipinen och hennes forskargrupp studerat vad som styr vilka aerosolpartiklar som blir upptagna av molndroppar och hur de avlägsnas. 

– Vi har tittat på de molekylära och mikrofysikaliska processerna kring hur molndroppar och iskristaller byggs inne i atmosfären och vilka parametrar som kontrollerar detta. Vi har också börjat titta på hur dessa processer är representerade i storskaliga modeller, till exempel klimatmodeller. 

Moln och nederbörd är inte bara partikelsänkor de kan också vara källor som kan transportera luftföroreningar inom atmosfären, från jordytan till övre delen av atmosfären eller ännu längre. De här processerna kommer Ilona Riipinen undersöka närmare i projektet hon driver som Wallenberg Scholar. 

– Jag får nu möjlighet att utforska något nytt, vilket är väldigt roligt. Jag kan vidga mig lite och inkludera mer experimentella delar, både ute på fältet och inne i labbet. 

Molnkammare i CERN

Att partikelprocesserna är icke-linjära och sker i mikroskalor, samtidigt som de kopplas till den storskaliga luftcirkulationen som till exempel transporterar vattenånga, gör dem krävande att studera.

– För att få den stora bilden behöver man ha långa tidsserier av data och det är något som vi brottas med hela tiden, att kunna samla tillräckligt mycket data i fält. 

Forskargruppen har ett tiotal flyttbara instrument som ryms i en container och fraktas till platser som har bra förutsättningar för fältstudier. 

– Med instrumenten samlar vi data som hjälper oss att koppla ihop den molekylära bilden och kemiska sammansättningen med storleksfördelning av partiklar och faser av iskristaller och molndroppar. Just nu är de i Italien där vi observerar förorenad luft, men vi ska också ta dem till ön Reunion Island öster om Madagaskar.

En annan viktig del i det nya projektet är mätningar på aerosolpartiklar i en molnkammare i CERN, världens största partikelfysiklaboratorium i Schweiz. Forskargruppen ingår sedan tidigare i CLOUD, ett internationellt experiment som tittar på hur partikelbildning går till i molnen. 

– Tack vare Scholaranslaget kan vi anställa en doktorand som ska vara på plats i CERN. Jag tror vi kommer upptäcka många häftiga saker de närmaste åren, och flytta fram kunskapsfronten när det gäller rollen som moln och nederbörd har som källor och sänkor av aerosolpartiklar. 

Text Susanne Rosén
Bild Magnus Bergström