Boreal forests are the most significant source of volatile organic compounds (VOCs) in Northern Europe, emissions originating both from trees and forest floor. The VOCs are reactive trace gases that participate in chemical reactions in the atmosphere, thus affecting aerosol formation and climate.
The overall aim was to characterize the temporal and spatial variability of VOC emissions and explain the processes and phenomena affecting those. Extensive field measurements were used, including both gas chromatograph and mass spectrometer as VOC analyzers. A dynamic enclosure method was utilized in measuring VOC fluxes from the forest floor and emissions from Scots pine shoots.
The genetic background determines the blend of terpenoids emitted by Scots pine, thus having effect on the atmospheric composition. Forest floor and soil also has substantial effect on VOC fluxes on the ecosystem scale. In addition to the considerable spatial variation in VOC fluxes from the forest floor, there is variation of VOC emissions from Scots pine shoots; differences were associated with needle age, seasonality and growth processes. New foliage dominates the VOC emissions from Scots pine foliage during spring and early summer, when growth processes release significant amounts of VOCs, especially monoterpenes. Scots pine shoots are a strong source of monoterpenes during the early stages of photosynthetic recovery; these periods last from a couple of days to about one week and are likely related to the protection of evergreen foliage against photo-oxidative stress.
The studies challenge the presumption of constant emission capacities, which is currently a common presumption in VOC emission inventories. Atmospheric concentrations of VOCs result from an output of the existing sources and their seasonal and spatial variation; this underlines the relevance and importance of details on large a scale. The findings provide new opportunities for developing VOC emissions models based on underlying physico-chemical processes.Boreaaliset metsät ovat Pohjois-Euroopan merkittävin haihtuvien hiilivetyjen (VOC) lähde. Haihtuvat hiilivedyt ovat reaktiivisia kaasuja, jotka ottavat osaa kemiallisiin reaktioihin ilmakehässä ja vaikuttavat siten mm. hiukkasmuodostukseen ja ilmastoon.
Työn tavoitteena oli kuvata haihtuvien hiilivetyjen emissioiden ajallista ja paikallista vaihtelua sekä selittää emissioita ajavia ilmiöitä ja niihin vaikuttavia prosesseja. Työtä varten suoritettiin laajoja kenttämittauksia jotka sisälsivät sekä kaasukromatografiaa että massaspektrometriaa. Dynaamista kammiomenetelmää sovellettiin sekä metsänpohjan että metsämännyn versojen hiilivetyemissioiden tutkimiseen.
Tutkimuksissa havaittiin, että metsämännyllä on yksilöllistä vaihtelua emittoidussa terpenoidiseoksessa, millä on vaikutusta ilmakehän koostumukseen. Metsänpohjasta haihtuvilla hiilivedyillä on selvä vaikutus ekosysteemitason voihin. Metsämaassa havaitun suuren paikallisen vaihtelun lisäksi myös männyn hiilivetyemissioilla on suurta vaihtelua mm. suhteessa neulasten ikään, vuodenaikaan sekä kasvuprosesseihin. Uudet neulaset ovat hallitseva hiilivetylähde männyn latvustossa keväällä ja alkukesästä, jolloin kasvuprosessit vapauttavat suuria määriä hiilivetyjä. Keväisen fotosynteesin toipumisen aikaan männynversot ovat voimakas monoterpeenilähde; tämä jakso kestää vain joitain päiviä tai viikon ja on nähtävästi suojaamassa valostressiä vastaan toipumisen kriittisinä hetkinä.
Tutkimus haastaa perinteisen näkemyksen vakioisista emissiopotentiaaleista, joka on nykyisten emissiomallien keskeinen oletus. Ilmakehän hiilivetykoostumus on tulosta lähteiden emissioista ja niiden vaihtelusta; siksi yksityiskohdat ovat merkittäviä kokonaisuuden kannalta. Löydöksen avaavat mahdollisuuksia kehittää hiilivetyemissiomalleja, jotka perustuvat fysiologisiin ja kemiallisiin prosesseihin
