Martinsson, Bengt

Svenningsson, Birgitta

Swietlicki, Erik

Swedish

Lund University Publications

LUND UNIVERSITYPO Box 117221 00 Lund+46 46-222 00 00Atmosfäriska aerosolerLuftburna partiklar och gaser bildar tillsammans aerosoler - med betydelse för hälsa ochklimat.Svenningsson, Birgitta; Swietlicki, Erik; Martinsson, Bengt; Forkman, Bengt; Holmin Verdozzi,KristinaPublished in:Fysik i Lund i tid och rum2016Document Version:Förlagets slutgiltiga versionLink to publicationCitation for published version (APA):Svenningsson, B., Swietlicki, E., Martinsson, B., Forkman, B. (Red.), & Holmin Verdozzi, K. (Red.) (2016).Atmosfäriska aerosoler: Luftburna partiklar och gaser bildar tillsammans aerosoler - med betydelse för hälsa ochklimat. I Fysik i Lund i tid och rum Gidlunds förlag i samarbete med Fysiska institutionen, Lunds universitet.Total number of authors:5Creative Commons License:CC BYGeneral rightsUnless other specific re-use rights are stated the following general rights apply:Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authorsand/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by thelegal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private studyor research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portalRead more about Creative commons licenses: https://creativecommons.org/licenses/Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will removeaccess to the work immediately and investigate your claim.Atmosfäriska  aerosolerLuftburna partiklar och gaser  bildar tillsammans aerosoler  – med betydelse för hälsa och klimat. Atmosfäriska aerosoler 150  151PIXE och aerosoler i begynnelsenEn stor fördel med PIXE-metoden (particle-induced X-ray analysis) är att den möjliggör snabba multiele-mentanalyser av mycket små prov. Detta gör metod- en särskilt lämplig för aerosolprov och i slutet av 1960-talet byggdes ett aerosollaboratorium upp vid avdelningen för kärnfysik. 1973 inleddes ett nära samarbete med en forskargrupp vid Florida State University i Tallahassee, USA. Detta bidrog starkt  till en snabb utveckling av insamlingsteknik och an-vändningen av PIXE i studier av luftföroreningar i både Sverige och USA.Aerosol (från grekiska: aer, luft och latin:  solutio, lösning) är små partiklar som är fin-fördelade i en gas. Partiklarna kan endera vara fasta eller flytande, och aerosolen innefattar både gasen och partiklarna.  Typiska exempel på aerosoler är rök, dim-ma och luftföroreningar.  Atmosfäriska aerosoler 152OriginalmätningNär de miljöengagerade innovatörerna av PIXE-metoden, professor Sven Johansson och de dåvaran-de doktoranderna Roland Akselsson och Thomas B  Johansson, i början av 1970-talet sökte tillämpnings-områden blev partikulära luftföroreningar det om-råde som utvecklades snabbast.Originalutskrift från den första serien PIXE-analyser av aerosol-prov som gjordes 15 december 1969. Resultaten publicerades  i den första PIXE-artikeln 1970.  153Aerosolverksamheten vid avdelningen KärnfysikUr det tidiga arbetet inom PIXE växte en forskar-grupp fram inriktad mot aerosolpartiklar i atmos- fären där bland andra Hans-Christen Hansson, Bengt Martinsson, Erik Swietlicki och Birgitta Svenningsson ingick. Till en början siktade man in sig på långdistanstransport av aerosol över na-tionsgränser och käll-receptorstudier relaterade till försurning av marker. Senare kom aerosolens roll i klimatet mer i fokus, med bland annat samspelet mellan moln och partiklar.Hans-Christen Hansson, professor på  Stockholms universitet sedan 1994.Bengt Martinsson, Erik Swietlicki och Birgitta Svenningsson blev Fysicum i Lund trogna och de bedriver idag arbete kring atmosfärsaerosolens effekter på klimat och hälsa. Aerosoler i inomhusmiljö studeras numera inom avdelningen för ergonomi och aerosolteknik. Det finns ett fortsatt starkt samarbete mellan de två grupperna.Birgitta SvenningssonErik SwietlickiBengt Martinsson  Atmosfäriska aerosoler 154Käll-receptor-modelleringEtt sätt att med hjälp av PIXE-metoden spåra källor till partiklar i utomhusluften är att leta efter karakteris-tiska fingeravtryck i sammansättningen hos de partiklar som samlas in. Man utgår då från att de partiklar som släpps ut från olika källor skiljer sig åt vad gäller de- ras grundämnessammansättning. Redan 1978 gjorde Hans Lannefors och Hans-Christen Hansson de första studierna i Landskrona för att utröna vilka källor som påverkade luften i staden, och flera uppföljande studier har gjorts där under åren.Examensarbetare Hanna-Maria Frankman ser till provtagningsutrust-ningen i Lundåkrahamnen i Landskrona 2008. I bakgrunden syns Boli-den Bergsöe AB som återvinner bly ur gamla batterier.  155Isbrytarfärder till ArktisAerosolgruppen har deltagit i expeditioner till Arktis med isbrytaren Ymer 1980 och Oden 1991, 1996, 2001 och 2008. Syftet med dessa expeditioner var att studera hur partiklar bildas och påverkar den rena arktiska bakgrundsluften som återfinns över packisen under sommaren. Dessa partiklar påverkar i sin tur molnen och därmed även strålningsbalansen och issmältningen. Det är en stor utmaning att mäta partiklarnas antal och fysikaliska och kemiska egen-skaper i en ovanligt ren luft som nästan är fri från partiklar.Isbrytaren Oden under expeditionen till högarktis under sommaren 2001.  Atmosfäriska aerosoler 156MolndropparMolndroppar bildas genom kondensation av vatten-ånga på aerosolpartiklar och partikulära luftförore-ningar påverkar molnens ljusspridning vilket utgör en stor osäkerhet i klimatmodellerna. Aerosolgrup-pen har deltagit i flera internationella molnexperi-ment och har då bidragit med unika specialbyggda instrument som uppfanns och utvecklades av Bengt Martinsson och vidareutvecklades av Göran Frank. För förorenade moln fann man bland annat att de kan innehålla betydligt fler droppar än som tidigare påvisats samt att moln med svag dynamik kan ha låg visibilitet utan att termodynamiskt aktiverade moln-droppar bildas.  157PartikelegenskaperAerosolforskare från Lund var också föregångare inom mätningar av partiklars vattenupptag genom att utveckla Europas första H-TDMA (Hygroscopi-city Tandem Differential Mobility Analyzer) under ledning av Hans-Christen Hansson. Inom flera in-ternationella projekt undersökte Birgitta Svennings-son och Erik Swietlicki partiklarnas vattenupptag  vid undermättnad med avseende på vattenånga (re-lativ luftfuktighet 85 % eller 90 %) och kunde bland annat visa att denna partikelegenskap, tillsammans med partikelstorlek, är viktig för att beskriva vilka och hur många partiklar som agerar kondensations-kärnor för molndroppar.Vid mätningarna på Great Dun Fell, Cumbria, England 1993  var H-TDMA-instrumentet placerat vid Fell Gate, en bit under toppen på bergsryggen som syns i bakgrunden. På så sätt kunde vi karaktärisera de aerosoler ur vilken molnen bildades. På bilden ser vi moln vars bas var högre än toppen, men när toppen var i moln kunde mätinstrumenten där ge information om molnegen-skaper (se tex DAA i tidigare avsnitt).  Atmosfäriska aerosoler 158Fältstationen VavihillRedan på 1990-talet insåg Erik Swietlicki och kol-leger från kärnfysikavdelningen att det fanns ett behov av stationer i Sverige för att mäta hur mycket gränsöverskridande partikelföreningar påverkar vår hälsa och klimatet. Ett arbete påbörjades för att få till stånd mätningar vid stationen Vavihill på Söderåsen. Denna station har sedan 1999 blivit en permanent del av verksamheten och ingår i ett stör-re europeiskt nätverk av mätstationer (ACTRIS), och har visat sig vara mycket viktig för många fors-kare i hela Europa och i det globala klimatarbetet.  159Fördubbling av partiklarEtt exempel på forskning från Vavihill är studien av Adam Kristensson som visar att fartygsemissioner  i Östersjön ger upphov till en fördubbling av antals-halten av partiklar när luften färdas över havet.Bilden visar emissioner av  partiklar (mindre än 2,5 mik- rometer i diameter, PM2.5)  längs med trafikerade far- tygsstråk i Östersjön.  Atmosfäriska aerosoler 160FlygmätningarKärnfysikavdelningen har under ledning av Bengt Martinsson sedan 1990-talet varit del av det europeiska konsortiet CARIBIC (numera IAGOS-CARIBIC) där övre troposfären och lägsta stratosfären regelbundet undersöker aero-soler och spårgaser från ett interkontinentalt  passagerarflygplan.Detalj från den Airbus 340-600 från Lufthansa som används av IAGOS-CARIBIC. I mitten syns intaget för luft och aerosolpartiklar (orange) för atmosfärisk provtagning.  161Aktiva vulkanerAerosolgruppen samlar prov som analyseras med de acceleratorbaserade metoderna PIXE och PESA. Arbetet har resulterat i unika tidsserier av aeroso-lens elementkoncentrationer. Resultaten har sedan i kombination med mätningar från satelliterna CALIPSO och MODIS bland annat använts för  att bättre beskriva den naturliga klimatvariationen  i samband med vulkanism.Tidsserie för svavel (S) i stratosfärens aerosolpartiklar. Vulkanism leder till förhöjd kvot till ozonkoncentrationen (S/O3) pga ökad  S-koncentration. Markörernas färg visar latitudområde för mätning-en. Vertikala linjer markerar de kraftigaste vulkanutbrotten under perioden: Kasatochi (Ka), Sarychev (Sa) och Nabro (Na).  Atmosfäriska aerosoler 162Partikelstudier i aerosollaboratorietPå senare år har flera studier av sot, molndropps-bildning och simulerad atmosfärisk åldring ge-nomförts i det aerosollaboratorium av mycket hög internationell klass som är en gemensam resurs för CAST (Consortium for Aerosol Science and Technology at Lund University). Tack vare direkt-visande instrument är det möjligt att detaljstudera processer såsom sotpartiklars transformation till molndroppar och partikelbildning av flyktiga kol-väten från vegetation och mänskliga aktiviteter.PAM (Potential Aerosol Mass)-reaktorn används för att snabb-spola den atmosfäriska åldring av gaser och partiklar som sker naturligt genom oxidation.Konceptuell bild av en kärna bestående av en agglomererad sotpartikel med kon-denserat organiskt material som börjat ta upp vatten för att bilda en molndroppe. Denna bild utgör grund för den teoretiska modell som utvecklats för att beskriva de experimentella resultaten.Aerosolmasspektrometern som slår sönder partiklarna och visar deras kemiska sammansättning.  163Satelliter som verktyg i aerosolforskningenSatellitmätningar kan användas för att få en global bild av hur aerosolpartiklar påverkar moln och kli-mat. Aerosolgruppens direkta mätningar på marken eller från flygplan kan jämföras med satelliternas fjärranalys. Exempelvis har man studerat hur antalet partiklar i den luft som går in i molnet inverkar på molndropparnas storlek och molnens förmåga att reflektera solstrålning tillbaka ut i rymden. På så vis kan man undersöka om luftföroreningar i form av små aerosolpartiklar faktiskt bidrar till att kyla ner jorden och i så fall i vilken utsträckning. Även vul-kaniska aerosolpartiklar i stratosfären kan påverka  de höga cirrusmolnen och klimatet.Vertikal profil av atmosfären tagen med hjälp av en lidar (laser-radar) på satelliten CALIPSO. Både varma (vatten) och kalla (is) moln bildas på aerosolpartiklar.Exempel på molnbilder från satellitinstrumentet MODIS.  Atmosfäriska aerosoler 164Aerosoldynamiska modellerUtvecklingen av två aerosoldynamiska modeller (ADCHEM och ADCHAM) startades av Pontus Roldin 2008. ADCHEM används för att modellera aerosolsammansättningen i atmosfären. Modellen har bland annat använts för att studera spridningen av luftföroreningar från städer som Köpenhamn  och Malmö. ADCHAM används som ett verktyg vid design och analys av aerosolexperiment i smog-kammare. Ett viktigt tillämpningsområde är studier av sekundär organisk aerosolbildning. Båda model-lerna bidrar till arbetet inom MERGE, ett strate-giskt forskningsområde inom klimatmodellering.Jämförelse mellan den uppmätta (med aerosolmasspektrometer, AMS) och modellerade aerosolpartikelsammansättningen 50 km nedvinds Malmö vid mätstationen Vavihill på Söderåsen. Den model-lerade organiska aerosolsammansättningen har delats upp i ämnen som oxiderats i atmosfären och sedan kondenserat på befintliga aerosolpartiklar (Ox. org.) och icke-oxiderade organiska ämnen som emitterats som primärpartiklar eller kondenserat direkt utan att oxide-ras i atmosfären (Non-ox. org.). Nästa kapitel >>Innehållsförteckningen >>

Atmosfäriska aerosoler : Luftburna partiklar och gaser bildar tillsammans aerosoler - med betydelse för hälsa och klimat.

https://lup.lub.lu.se/search/files/120349760/SV_Bok_09a_AA_web.pdf

Atmosfäriska aerosoler : Luftburna partiklar och gaser bildar tillsammans aerosoler - med betydelse för hälsa och klimat.

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Lund University Publications