Sunderdhunga-jäätikön pintakerroksen mittaukset Himalajalla 2016

Vuonna 2016 4. -- 9. lokakuuta toteutettiin mittausjakso kenttätyönä Intian Himalajalla sijaitsevalla Sunderdhunga-jäätiköllä. Tämä työ käsittelee jäätikön päällä tehtyjä lumikuoppa-, säteily- ja lumiasemamittauksia. Lumikuoppia kaivettiin kaksi Sunderdhunga-jäätikölle ja viereiselle Panuti-jäätikölle neljä. Lumikuopille toteutettiin tyypillisimmät lumikuoppamittaukset, joita ovat lämpötila-, tiheys-, kovuus- ja raekoon ja -muodon mittaukset. Lisäksi kosteus- ja tiheysmittauksia tehtiin neljässä lumikuopassa lumihaarukka-mittalaitteella. Säteilymittauksia toteutettiin Sunderdhungalla pyranometrillä, nettosäteilymittarilla ja PAR-sensoreilla, joilla mitattiin myös Panuti-jäätiköllä. Tässä työssä käsitellään mittausten perusteella jäätikön pinnan kerrostuneisuutta ja tarkastellaan pinnan ja ilman välistä lämmönvaihtoa, jossa suurimmaksi tekijäksi osoittautui pitkäaaltosäteily. Kenttämittauksissa havaittiin likainen kerros lumen ja ylivuotisen lumen välissä. Likaisessa kerroksessa oli paljon mustia partikkeleita ja tämän kerroksen vaikutuksia mm. lämmönjohtavuuteen ja tiheyteen tutkitaan. Tämä työ on osa Akatemian rahoittamaa Himalaja-projektia (toiminnassa 2013 -- 2017), jossa Helsingin yliopiston, Ilmatieteen laitoksen ja TERIn (The Energy and Resource Institute, Intiasta) oli tarkoitus yhdessä selvittää aerosolien kuten mustan hiilen määrä, kulkeutuminen ja vaikutukset jäätikön pintakerrokseen

Minor effects of no-till treatment on GHG emissions of boreal cultivated peat soil

The greenhouse gas (GHG) emissions of spring cereal monoculture under long-term conventional tillage (CT) and no-till (NT) treatment established in 2018 were measured in a peatland in Southwestern Finland during the period 2018–2021. Nitrous oxide (N2O), carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) fluxes were measured with chambers approximately every two weeks throughout the period under study. Net ecosystem exchange was measured during the growing seasons, and hourly ecosystem respiration (ER) and gross photosynthesis (GP) were modelled with empirical models. Across the whole period, annual emissions were 6.8 ± 1.2 and 5.7 ± 1.2 Mg CO2–C ha −1 yr−1 (net ecosystem carbon balance), 8.8 ± 2.0 and 7.1 ± 2.0 kg N2O–N ha−1 yr−1, and − 0.43 ± 0.31 and − 0.40 ± 0.31 kg CH4-C ha−1 yr−1 for CT and NT, respectively. The global warming potential was lower in NT (p = 0.045), and it ranged from 26 to 34 Mg CO2 eq. ha−1 yr−1 in CT and from 19 to 31 Mg CO2 eq. ha−1 yr−1 in NT. The management effect on the rates of single GHGs was not consistent over the years. Higher GP was found in CT in 2019 and in NT in 2020. Differences in ER between treatments occurred mostly outside the growing season, especially after ploughing, but the annual rates did not differ statistically. NT reduced the N2O emissions by 31% compared to CT in 2020 (p = 0.044) while there were no differences between the treatments in other years. The results indicate that NT may have potential to reduce slightly CO2 and N2O emissions from cultivated peat soil, but the results originate from the first three years after a management change from CT to NT, and there is still a lack of long-term results on NT on cultivated peat soils

Nanolaminate structures fabricated by ALD for reducing propagation losses and enhancing the third-order optical nonlinearities

We demonstrate a novel atomic layer deposition (ALD) process to make high quality nanocrystalline titanium dioxide (TiO2) and zinc oxide (ZnO) with intermediate Al2O3 layers to limit the crystal size. The waveguide losses of TiO2/Al2O3 nanolaminates measured using the prism coupling method for both 633 nm and 1551 nm wavelengths are as low as 0.2 ± 0.1 dB/mm with the smallest crystal size. We also show that the third-order optical nonlinearity in ZnO/Al2O3 nanolaminates can be enhanced by nanoscale engineering of the thin film structure.Peer reviewe

Deposition of light-absorbing particles in glacier snow of the Sunderdhunga Valley, the southern forefront of the central Himalayas

Anthropogenic activities on the Indo-Gangetic Plain emit vast amounts of light-absorbing particles (LAPs) into the atmosphere, modifying the atmospheric radiation state. With transport to the nearby Himalayas and deposition to its surfaces the particles contribute to glacier melt and snowmelt via darkening of the highly reflective snow. The central Himalayas have been identified as a region where LAPs are especially pronounced in glacier snow but still remain a region where measurements of LAPs in the snow are scarce. Here we study the deposition of LAPs in five snow pits sampled in 2016 (and one from 2015) within 1 km from each other from two glaciers in the Sunderdhunga Valley, in the state of Uttarakhand, India, in the central Himalayas. The snow pits display a distinct enriched LAP layer interleaved by younger snow above and older snow below. The LAPs exhibit a distinct vertical distribution in these different snow layers. For the analyzed elemental carbon (EC), the younger snow layers in the different pits show similarities, which can be characterized by a deposition constant of about 50 mu g m(-2) mm(-1) snow water equivalent (SWE), while the old-snow layers also indicate similar values, described by a deposition constant of roughly 150 mu g m(-2) mm(-1) SWE. The enriched LAP layer, contrarily, displays no similar trends between the pits. Instead, it is characterized by very high amounts of LAPs and differ in orders of magnitude for concentration between the pits. The enriched LAP layer is likely a result of strong melting that took place during the summers of 2015 and 2016, as well as possible lateral transport of LAPs. The mineral dust fractional absorption is slightly below 50% for the young- and old-snow layers, whereas it is the dominating light-absorbing constituent in the enriched LAP layer, thus, highlighting the importance of dust in the region. Our results indicate the problems with complex topography in the Himalayas but, nonetheless, can be useful in large-scale assessments of LAPs in Himalayan snow.Peer reviewe

Kohti ilmastoviisaampia turvepeltojen viljelykäytäntöjä

Turvepellot varastoivat runsaat määrät hiiltä ja typpeä. Suon kuivatus ja pellon viljelytoimet, kuten muokkaus, käynnistävät maaperän prosesseja, joiden seurauksena nämä runsaat hiili- ja typpivarastot alkavat vapautua. Osa niistä sitoutuu kasveihin, osa kulkeutuu sade- ja valumavesien mukana muualle ympäristöön ja merkittävä osa haihtuu kaasumaisina yhdisteinä, kuten hiilidioksidina ja typpioksiduulina, ilmakehään. Ilmastoviisaiden viljelykäytäntöjen tavoitteena on hidastaa turpeen hajoamista ja siten hillitä kasvihuonekaasujen vapautumista ilmakehään. Ilmastonäkökulmasta ensisijainen toimenpide olisi ehkäistä turvemaiden raivaamista uusiksi pelloiksi. Joskus raivauksia turvemaille ei voida välttää. Yksinkertainen mutta silti merkittävä ilmastoteko olisi uusien ja vanhojen viljelyssä olevien turvepeltojen pitkäaikainen nurmiviljely. Mikäli turvepellolla olisi mahdollista nostaa pohjavedenpintaa esimerkiksi padotuksin tai säätösalaojituksella, tämä vähentäisi päästöjä jo merkittävästi. Aktiivisesti viljeltyjen lohkojen ohella jotkut turvepeltolohkot voivat olla heikkotuottoisia, märkiä tai sellaisia, että sato jää niiltä vuosi toisensa jälkeen korjaamatta. Ilmastotoimia voisi silloin tehdä esimerkiksi ennallistamalla tai siirtämällä lohkon kosteikkoviljelyyn. Vedenpinnan noston ei tarvitse tarkoittaa lohkon poistamista viljelystä. Kosteikkoviljelyssä voidaan tuottaa esimerkiksi nurmea rehuksi, marjoja elintarvikkeeksi tai ruokohelpeä tai pajua energiaksi sekä kuivikkeeksi. Omalle tilalle soveltuvia keinoja tulee tarkastella tila- ja lohkokohtaisesti. Erilaisten keinojen soveltuvuuden ja tukimahdollisuuksien kartoittamiseksi kannattaa hyödyntää neuvontajärjestelmää

Response of boreal clay soil properties and erosion to ten years of no-till management

We compared soil physical, chemical and biological properties, erosion rate and carbon allocation to soil physical fractions between conventional tillage (CT) and no-till (NT) management at a clay soil site under spring cereal monoculture in southwestern Finland. Subsurface drain discharge, surface runoff and soil erosion were continuously monitored in 2008 − 2018. At the end of the 10-year monitoring period in 2018, various soil properties and earthworm total density, mass and species richness were determined. Total soil erosion was 56 % less in NT than in CT although surface water discharge was higher in NT. NT had a clear effect on the topsoil physical structure by decreasing the pore size and increasing soil aggregate size. The total soil carbon stock in the 700 kg m−2 mineral topsoil layer (approx. 0−60 cm layer) was slightly lower in NT (108 ± 12 Mg C ha-1) than in CT (118 ± 9.0 Mg C ha-1) due to lower carbon content of the 10−30 cm layer in NT. In NT the proportion of large macroaggregates was higher and more organic carbon was bound to large macroaggregates in the 0−10 cm layer which may be related to the higher abundance of earthworms in NT. The results showed that NT is an effective method to reduce erosion rates but other means to increase carbon input especially below the topsoil layer are likely required to achieve a significant increase in the carbon stock of boreal clay soils. For both tillage managements, the rate of erosion through subsurface drains depended clearly on annual precipitation and winter temperature, posing a challenge in the future climate with mild winters and more extreme discharges.202

Snow albedo and its sensitivity to changes in deposited light-absorbing particles estimated from ambient temperature and snow depth observations at a high-altitude site in the Himalaya

Snow darkening by deposited light-absorbing particles (LAP) accelerates snowmelt and shifts the snow meltout date (MOD). Here, we present a simple approach to estimate the snow albedo variability due to LAP deposition and test this method with data for 2 seasons (February-May 2016 and December 2016-June 2017) at a high-altitude valley site in the Central Himalayas, India. We derive a parameterization for the snow albedo that only depends on the daily observations of average ambient temperature and change in snow depth, as well as an assumed average concentration of LAP in snow precipitation. Linear regression between observed and parameterized albedo for the base case assuming an equivalent elemental carbon concentration [ECeq] of 100 ng g(-1) in snow precipitation yields a slope of 0.75 and a Pearson correlation coefficient r(2) of 0.76. However, comparing the integrated amount of shortwave radiation absorbed during the winter season using observed albedo versus base case albedo resulted in rather small differences of 11% and 4% at the end of Seasons 1 and 2, respectively. The enhanced energy absorbed due to LAP at the end of the 2 seasons for the base case scenario (assuming an [ECeq] of 100 ng g(-1) in snow precipitation) was 40% and 36% compared to pristine snow. A numerical evaluation with different assumed [ECeq] in snow precipitation suggests that the relative sensitivity of snow albedo to changes in [ECeq] remains rather constant for the 2 seasons. Doubling [ECeq] augments the absorption by less than 20%, highlighting that the impact on a MOD is small even for a doubling of average LAP in snow precipitation.Peer reviewe

Askeleita kohti ilmastoviisaampia turvepeltojen viljelykäytäntöjä : Orgaanisten maiden ilmastopäästöjen hillintä nautakarjatiloilla (OMAIHKA) -hankkeen loppuraportti

Eloperäisiä eli orgaanisia maita on Suomen viljelyalasta noin 10 %. Niiden osuus maatalouden kasvihuonekaasupäästöistä on 50–60 %, kun huomioidaan viljeltyjen orgaanisten maiden päästöt sekä maatalous- että maankäyttösektoreilla. Tietoa viljelyteknisistä keinoista alkutuotannon päästöjen hillitsemiseksi orgaanisilta mailta on vähän. Suomen ilmastopolitiikka, EU:n maataloustukipolitiikka sekä Suomen alkutuotannon kilpailukyvyn säilyttäminen kaipaavat lisätietoa kestävän ruoantuotannon kehittämiseksi ja maatalouden ympäristövaikutusten tarkentamiseksi. Yli puolet (60 %) Suomen maataloustuotannon arvosta tulee maidon ja naudanlihan tuotannosta, joten nautasektorin kilpailukyvyn säilyttäminen ja parantaminen sekä negatiivisten ympäristövaikutusten minimointi ovat alalle tärkeitä tavoitteita. Orgaanisten maiden ilmastopäästöjen hillintä nautakarjatiloilla (OMAIHKA) -hankkeen keskeisimmät tavoitteet olivat 1) kehittää ja jalkauttaa viljelyteknisiä ratkaisuja orgaanisten peltomaiden päästöjen hillitsemiseksi ja vähentämiseksi nautakarjatiloilla, 2) kehittää päästölaskentaa 3) tuottaa taustatietoa ja kehittää ratkaisuja käytännön toimien avulla Suomen kansalliseen ilmastopolitiikkaan ja 4) luoda LCA-mallinnuksesta luotettavampi laskentatyökalu tuomalla pellon hiilitase osaksi laskentamenetelmää. Näitä tavoitteita lähdettiin toteuttamaan neljän työpaketin avulla. Hankkeessa tarkasteltiin eri maaperätietokantojen käytettävyyttä turvemaiden tunnistamiseksi. Hankkeessa todennettiin nurmikierrossa olevien turvemaiden kasvihuonekaasupäästöjä ja testattiin eri viljelykiertojen vaikutusta viljeltyjen turvemaiden nurmikierron päästöihin. Lisäksi hankkeessa kokeiltiin kartografisia ja maankäytön päästöihin liittyviä laskentamenetelmiä tilatasolla päästövähennystoimenpiteiden kohdentamiseksi. Mittauksista saatavilla tuloksilla pyrittiin tarkentamaan turvemaiden päästöjä elinkaarilaskennassa. Hankkeen tulokset osoittavat, että kokonaisten pitkäkestoisten nurmikiertojen päästöistä tiedetään vielä varsin vähän. Erityisesti tietoa tarvitaan kokonaisten nurmikiertojen eri vaiheista aina nurmen perustamisesta seuraavaan uusintaan saakka. Kahden vuoden tutkimusten perusteella oli lopulta mahdotonta sanoa, voisiko viljelyteknisin keinoin saavuttaa päästövähennyksiä turvemailla tai parantaa niiden perusteella maidon ja lihan elinkaarimallia. Saadut tulokset tukivat nykyisten päästökerrointen käyttöä turvemaiden dityppioksidi- ja metaanipäästöjen osalta. Hankkeessa saatujen rohkaisevien kokemusten perusteella aktiiviviljelijöitä tulisi nykyistä enemmän osallistaa käytännön viljelykokemusten jakamiseen tiedeyhteisössä. Tarvetta olisi esimerkiksi turvepeltojen viljelykokemusten ja tutkimustiedon vuoropuhelulle

Askeleita kohti ilmastoviisaampia turvepeltojen viljelykäytäntöjä : Orgaanisten maiden ilmastopäästöjen hillintä nautakarjatiloilla (OMAIHKA) -hankkeen loppuraportti (2. painos)

Eloperäisiä eli orgaanisia maita on Suomen viljelyalasta noin 10 %. Niiden osuus maatalouden kasvihuonekaasupäästöistä on 50–60 %, kun huomioidaan viljeltyjen orgaanisten maiden päästöt sekä maatalous- että maankäyttösektoreilla. Tietoa viljelyteknisistä keinoista alkutuotannon päästöjen hillitsemiseksi orgaanisilta mailta on vähän. Suomen ilmastopolitiikka, EU:n maataloustukipolitiikka sekä Suomen alkutuotannon kilpailukyvyn säilyttäminen kaipaavat lisätietoa kestävän ruoantuotannon kehittämiseksi ja maatalouden ympäristövaikutusten tarkentamiseksi. Yli puolet (60 %) Suomen maataloustuotannon arvosta tulee maidon ja naudanlihan tuotannosta, joten nautasektorin kilpailukyvyn säilyttäminen ja parantaminen sekä negatiivisten ympäristövaikutusten minimointi ovat alalle tärkeitä tavoitteita. Orgaanisten maiden ilmastopäästöjen hillintä nautakarjatiloilla (OMAIHKA) -hankkeen keskeisimmät tavoitteet olivat 1) kehittää ja jalkauttaa viljelyteknisiä ratkaisuja orgaanisten peltomaiden päästöjen hillitsemiseksi ja vähentämiseksi nautakarjatiloilla, 2) kehittää päästölaskentaa 3) tuottaa taustatietoa ja kehittää ratkaisuja käytännön toimien avulla Suomen kansalliseen ilmastopolitiikkaan ja 4) luoda LCA-mallinnuksesta luotettavampi laskentatyökalu tuomalla pellon hiilitase osaksi laskentamenetelmää. Näitä tavoitteita lähdettiin toteuttamaan neljän työpaketin avulla. Hankkeessa tarkasteltiin eri maaperätietokantojen käytettävyyttä turvemaiden tunnistamiseksi. Hankkeessa todennettiin nurmikierrossa olevien turvemaiden kasvihuonekaasupäästöjä ja testattiin eri viljelykiertojen vaikutusta viljeltyjen turvemaiden nurmikierron päästöihin. Lisäksi hankkeessa kokeiltiin kartografisia ja maankäytön päästöihin liittyviä laskentamenetelmiä tilatasolla päästövähennystoimenpiteiden kohdentamiseksi. Mittauksista saatavilla tuloksilla pyrittiin tarkentamaan turvemaiden päästöjä elinkaarilaskennassa. Hankkeen tulokset osoittavat, että kokonaisten pitkäkestoisten nurmikiertojen päästöistä tiedetään vielä varsin vähän. Erityisesti tietoa tarvitaan kokonaisten nurmikiertojen eri vaiheista aina nurmen perustamisesta seuraavaan uusintaan saakka. Kahden vuoden tutkimusten perusteella oli lopulta mahdotonta sanoa, voisiko viljelyteknisin keinoin saavuttaa päästövähennyksiä turvemailla tai parantaa niiden perusteella maidon ja lihan elinkaarimallia. Saadut tulokset tukivat nykyisten päästökerrointen käyttöä turvemaiden dityppioksidi- ja metaanipäästöjen osalta. Hankkeessa saatujen rohkaisevien kokemusten perusteella aktiiviviljelijöitä tulisi nykyistä enemmän osallistaa käytännön viljelykokemusten jakamiseen tiedeyhteisössä. Tarvetta olisi esimerkiksi turvepeltojen viljelykokemusten ja tutkimustiedon vuoropuhelulle

Purilaiden hakettamisen kannnattavuus ja sorvauksen sivutuotteiden korvauksen optimointi Metsä Wood Punkaharjun kertotehtaalla

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää sorvauksen sivutuotteena syntyvien purilaiden taloudellisesti kannattavin jatkokäsittely. Vaihtoehtoina olivat myyminen kokonaisina tai niiden hakettaminen osaksi massahaketta. Lisäksi massahakkeen laatua pyrittiin paran-tamaan hakkurin syöttönopeuden muutoksilla ja seulan toiminnan tehostamisella. Tutkimus toteutettiin Metsä Woodin Punkaharjun Kerto-tehtaalla tutkimalla eri syöttöno-peuksien vaikutusta hakkeen palakokoon sekä massa- ja polttohakkeen jakaumaan. Näiden perusteella purilaiden haketustestit päädyttiin kohdentamaan kahdelle parhaita tuloksia antaneelle nopeudelle viiluhakkurilla sekä perusnopeudelle purilashakkurilla. Tarvittavia laskelmia varten tähän tutkimukseen luotiin erillinen laskuri, jolla laskelmat toteutettiin. Laskelmien pohjalta voitiin todeta, ettei purilaiden hakettaminen nykyisellään ole kannat-tavampaa kuin niiden myyminen kokonaisina. Syöttönopeuden huomattiin olevan sidok-sissa polttohakkeen määrään ja hakkeen palajakauman keskikokoon. Viiluhakkurin syöt-tönopeuden 100 % todettiin olevan paras hakkeen laadun kannalta. Seulan toimintaa ei tutkimuksessa tulosten perusteella saatu parannettua peitelevyn avulla. Tutkimuksen tulosten myötä Metsä Woodin Punkaharjun Kerto-tehtaalla on tieto siitä, millä hinnalla purilaat olisi kannattavampaa myydä kuin hakettaa sekä myös millä tavoin hakettaminen olisi kannattavinta, mikäli hakettamiseen päädyttäisiin. Myös tuotannon keinot syöttönopeuden ja seulan toiminnan osalta hakkeen laadun parantamiseksi on tämän tutkimuksen myötä kartoitettu.The purpose of this study was to investigate the most viable processing of peeler core. The alternatives were selling them whole and chipping. In addition, this study was aimed at improving the quality of pulp chip by changing the speed of chippers feed roller and intensifying the function of sieve. This study was implemented in Metsä Woods factory of laminated veneer lumber in Pun-kaharju. First, investigations were targeted to the changes of feed roll speed and its ef-fects on relation to pulp chip and wood chips for fuel. Second, on the basis of those in-vestigations peeler core chipping tests focused on the two best speeds for veneer chip-per and to basic speed for peeler core chipper. All calculations were accomplished by calculator which was made only for this study. According to the calculations, peeler cores are more viable to sell whole than to be chipped. The speed of feed roll has an effect on relation to pulp chip and wood chip for fuel. It also effects on pulp chips piece size. The best speed for pulp chips quality is ve-neer chippers with 100 % speed. The sieves function seemed not to be improved with the help of the cover plate. Metsä Woods factory of laminated veneer lumber in Punkaharju is able to use the results of this study to determine if the prize peeler cores would be more viable to sell whole than to be chipped. The factory has also information on the most viable way of chipping peeler cores if they would end up chipping them. The ways of production for improving the qual-ity of pulp chip are now solved as well as the intensifying of sieves function