Aero- ioonid

1. Aero-ioonid Aero-ioonid Hannes.Tammet@ut.eeUrmas Hõrrak, Jaan Salm, Hilja Iher, Aare Luts, Kaupo Komsaare, Tiia-Ene PartsKeskkonnafüüsika laboratoorium

2. SISUKORD: • Aeroioonide avastamine ja olemus • Aeroioonid – keskkonnaindikaator • Aeroioonid – kliimategur • Aeroioonid – biomeditsiiniline tegur ? • Klasterioonide keemiline kineetika • Aeroioonide liikuvus ja läbimõõt • Aeroioonide mõõtmine

3. Aeroioonide avastamine ja olemus Õhu elektrijuhtivus: Richmann 1744, Coulomb 1785 1834:William Whewell. Letter to Michael Faraday 5 May: ... For the two together you might use the term ions. 1834:Michael Faraday. Philosophical Transactions of the Royal Society. CXXIV. 79:....Finally, I require a term to express those bodies which can pass to the electrodes … I shall call them ions. Greek ion, something that goes, neuter present participle of ienai, to go. Thomson, J.J. (1898) Discharge of Electricity Through Gases, Westminster. Nobeli preemia võitjad: Thomson Rutherford Lenard Wilson Hess 1906 1908 1905 1927 1936

4. Veel aeroioonide avastamisest: Giese, W. (1882) Experimentelle Beiträge zur Kenntniss vom elektrischen Leitungs-vermögen der Flammengase. Ann. Phys. 17, 1–41 + 236–257 + 519–550. (95 pp.) Elster, J., Geitel, H. (1899) Über die Existenz elektrischer Ionen in der Atmosphäre. Terr.Magn.Atmos.Electr.4, 213-234. (Ajakiri Terrestrial Magnetismand Atmospheric Electricitysai 1949 uue nime Journal of Geophysical Research, 2005 a. ISI impact factor =2.784) Langevin, P. (1905) Sur les ions de l’atmosphère. C. R. Acad. Sci. 140, 232-234. Pollock, J.A. (1915) A new type of ion in the air. Phil. Mag. 29, 636-646. ........ ........ Israël, H. (1970) Atmospheric Electricity. Jerusalem.

5. Jaan Reinet alustas Tartus omal aja kohta suurejoonelisi aeroioonide mõõtmisi1951. a. 1964. a. kevadel asutas ta teaduslaboratooriumi, mille nimi on kaua olnud Aeroelektrilaboratoorium, nüüdsest aga KESKKONNAFÜÜSIKA LABORATOORIUM

6. GD AS AE Aeroioonid kolme tooli vahel: AS – Aerosol Science AEROIOONID GD – Gas Dischargeand Plasma Physics AE – Atmospheric Electricity

7. 1986 aprill-- mai 1986 Aeroioonid – keskkonnaindikaator

8. 3.8 d 3 min 27 min 20 min <1 ms 23 y 5 d 138 d 222Rn →218Po →214Pb →214Bi →214Po →210Pb → 210Bi →210Po →206Pb 5.5 MeV 5.2 Mev 7.7 MeV 5.3 MeV 56 s 0.2 s 1 h 183 s 220Rn →216Po →212Bi →208Tl →208Pb 6.3 MeV 6.8 MeV 6 MeV Klasterioonide bilanss (väga jäme lähendus) Rekombinatsiooni-tegur Klasterioonide kontsentratsioon Aerosooli-neel Ioonitekke intensiivsus 2...15% 85...98% Nd – ühes kuupmeetris leiduvatest osakestest moodustatud keti pikkus

9. Keskkonnaradioaktiivsuse looduslik integraator • Ioniseeriva kiirguse allikate jaotumine looduses on ebaühtlane. • Pinnakiirguste vahetu mõõtmine paari meetriga eraldatud punktides võib anda kordi erinevaid tulemusi. • Klasterioonide eluiga on 1-3 minutit ja selle aja jooksul kanduvad nad tuulega mitmesaja meetri kaugusele. • Olgugi, et klasterioonide kontsentratsioon fluktueerub mitmekümne protsendi ulatuses, iseloomustab see ioniseerivate kiirguste keskmist intensiivsust mõnesaja meetriga mõõdetaval alal.

10. Aeroioonid ja atmosfääriaerosool Allikas: Hõrrak, U., Mirme, A., Salm, J., Tamm, E., and Tammet, H. (1998) Air ion measurements as a source of information about atmospheric aerosols. Atmos. Res.46, 233–242.

11. Klasterioonide liikuvusjaotus ja õhukeemia

12. Klasterioonide liikuvusjaotus ja õhukeemia

13. Klasterioonid ja õhu analüütiline keemia

14. Reaalteaduste sotsiaalsed jalad • Energeetika jätkusuutlikkuse tagamine • Globaalse keskkonna ja kliima kaitsmine

15. Aeroioonid – kliimategur Svensmarki hüpotees (1997):

16. Krüptoon-85 From: Atmospheric Environment 28, 637-648, 1994 Krypton-85 pollution and atmospheric electricity Harrison, R.G.; ApSimon, H.M. Abstract Krypton-85 is a chemically inert radioactive gas present in the atmosphere, concentrations of which have been greatly increased by nuclear reprocessing and weapons testing since 1945. The long half-life (10.7 yr), allows the gas to mix thoroughly in the atmosphere. Ionization caused by Krypton-85 increases the electrical conductivity of atmospheric air. ....

17. Aeroioonid – biomeditsiiniline tegur ? ? ?

18. Klasterioonide keemiline kineetika Rekombinatsiooni-maatriks Kontsentratsiooni-vektor dY/dt = AY – BY + Q Reaktsiooni-maatriks Ioonitekke- vektor

20. Aeroiooni liikuvus ja läbimõõt Aeroioon= osake, mille keskmine Lagrange’i triiv õhus onpiisava täpsusega määratud elektrilise jõu poolt. Lagrange’i triiv: v = ZE Elektrivälja tugevus Iooni keskmine kiirus Elektriline liikuvus Euleri triiv: v = u + ZE Õhuvoolu kiirus

21. Aeroiooni liikuvus ja läbimõõt Aga mida tähendab 1 nm osakese läbimõõt ?

22. Chapman-Enskog’i mudel Gaasimolekulimass Iooni mass Gaasimolekulidekontsentratsioon Esimenepõrkeintegraal

23. Knudsen-Cunningham-Millikan’i mudel Gaasimolekulidevaba tee pikkus 1.2 0.5 1.0 Kerakujulise osakese läbimõõt ? Gaasi sisehõõrdetegur

24. Täpsustatud Millikani mudeli viga Täpsustuse sisu: d := (dm + 0.3 nm). T = 20ºC, p = 1013 mb.

25. Täpsemad mudelid .......................................................

26. Molekulaarklaster või nanomeeterosake?

27. Aeroioonide mõõtmine 1988. a. käivitati Tahkusel aparatuur,mis mõõdab aeroioone 16 paralleelse elektromeetri abil. Lisaks ka pingeid kommuteerides leitakse40 fraktsiooni kontsentratsioonid mõõtmevahemikus0.4 – 80 nm. Uuemast aparatuurist tuleb juttu teises ettekandes.

28. Tahkuse Tahkuse Õhuseirejaam asubPärnu jõe ääres 27 km Pärnu linnast kirdes. Seirejaama hooldab Hilja Iher. Aeroioonide mõõtmistega alustati 1984. aastal. Loodustekkega aeroioonide liikuvusjaotuste regulaarne mõõtmine algas 1985. juunis.

29. Tahkuse 1985–1994:

30. Aeroioonide mõõtmine Tahkusel 1985 – 1986 mõõdeti ainult klasterioone Positiivsete ja negatiivsete aeroioonide liikuvusjaotus Tahkusel,juuni – september 1985.

31. Keskmiste aeroioonide puhangute avastamine: Tahkuse 1985 Tammet, H., Salm, J. and Iher, H. (1988) Observation of condensation on small air ions in the atmosphere.Lecture Notes in Physics, 309, pp. 239–240. Hourly average 13 June 1985 at 03 a.m. Hourly average 05 September 1985 at 05 p.m.

32. Tahkuse 2007:

33. Urmas Hõrraku dissertatsioonist: Aeroioonide keskmine liikuvusjaotus Tahkusel. Sept. 1993 – Okt. 1994.

34. Tartu, Tähe 4 pööningukorrus ja katus

35. Soome,Hyytiälä

36. Hyytiälä 2005

37. Helsinki 2007

38. AIS ja NAIS laias maailmas

39. Hyytiälä 2005

40. Boreal Environment Research, Vol. 12, N3, June 2007 Lihavainen H., Komppula M., Kerminen V.-M., Järvinen H., Viisanen Y., Lehtinen K.E.J., Vana M. & Kulmala M. 2007. Size distributions of atmospheric ions inside clouds and in cloud-free air at a continental site. Boreal Env. Res. 12: 337-344. Venzac H., Sellegri K. & Laj P.2007. Nucleation events detected at the high altitude site Puy de Dome Research Station, France. Boreal Env. Res. 12: 345-359. Pugatsova A., Iher H. & Tamm E. 2007. Modal structure of the atmospheric aerosol particle spectrum for nucleation event days (in Estonia). Boreal Env. Res. 12: 361-373. Vartiainen E., Kulmala M., Ehn M., Hirsikko A., Junninen H., Petäjä T., Sogatcheva L., Kuokka S., Hillamo R., Skorokhod A., Belikov I., Elansky N. & Kerminen V.-M. 2007. Ion and particle number concentrations and size distributions along the Trans-Siberian railroad. Boreal Env. Res. 12: 375-396. Virkkula A., Hirsikko A., Vana M., Aalto P.P., Hillamo R. & Kulmala M. 2007. Charged particle size distributions and analysis of particle formation events at the Finnish Antarctic research station Aboa. Boreal Env. Res. 12: 397-408. Parts T.-E., Luts A., Laakso L., Hirsikko A., Grönholm T. & Kulmala M. 2007. Chemical composition of waterfall-induced air ions: spectrometry vs simulations. Boreal Env. Res. 12: 409-420. Tammet H. & Kulmala M. 2007. Simulating aerosol nucleation bursts in a coniferous forest. Boreal Env. Res. 12: 421-430. Kurtén T., Noppel M., Vehkamäki H., Salonen M. & Kulmala M. 2007. Quantum chemical studies of hydrate formation of H2SO4 and HSO4--. Boreal Env. Res. 12: 431-453. Kulmala M. & Tammet H. 2007. Finnish-Estonian air ion and aerosol workshops. Boreal Env. Res. 12, 237-245. Mirme A., Tamm E., Mordas G., Vana M., Uin J., Mirme S., Bernotas T., Laakso L., Hirsikko A. & Kulmala M. 2007. A wide-range multi-channel Air Ion Spectrometer. Boreal Env. Res. 12: 247-264. Hirsikko A., Paatero J., Hatakka J. & Kulmala M. 2007a. The 222Rn activity concentration, external radiation dose rate and air ion production rate in a boreal forest in Finland between March 2000 and June 2006. Boreal Env. Res. 12: 265-278. Laakso L., Grönholm T., Kulmala L., Haapanala S., Hirsikko A., Lovejoy E.R., Kazil J., Kurtén T., Boy M., Nilsson E.D., Sogachev A., Riipinen I., Stratmann F. & Kulmala M. 2007b. Hot-air balloon as a platform for boundary layer measurements during particle formation. Boreal Env. Res. 12: 279-294. Hirsikko A., Yli-Juuti T., Nieminen T., Vartiainen E., Laakso L., Hussein T. & Kulmala M. 2007. Indoor and outdoor air ions and aerosol particles in the urban atmosphere of Helsinki: characteristics, sources and formation. Boreal Env. Res. 12: 295-310. Tiitta P., Miettinen P., Vaattovaara P., Laaksonen A., Joutsensaari J., Hirsikko A., Aalto P. & Kulmala M. 2007. Road-side measurements of aerosol and ion number size distributions: a comparison with remote site measurements. Boreal Env. Res. 12: 311-321. Komppula M., Vana M., Kerminen V.-M., Lihavainen H., Viisanen Y., Hõrrak U., Komsaare K., Tamm E., Hirsikko A., Laakso L. & Kulmala M. 2007. Size distributions of atmospheric ions in the Baltic Sea region. Boreal Env. Res. 12: 323-336.

41. Tänan tähelepanu eest