6. Ilmakehä ja ilmastonmuutos

2. Ilmakehän rakenne ja merkitys

Ilmakehän koostumus vaihtelee. Siihen vaikuttavat energiantuotannossa lämmityksessä, liikenteessä, teollisuudessa ja jätteiden poltossa muodostuneet aineet. Ilma koostuu kaasumaisessa olomuodossa olevista molekyyleistä ja eri tavoin rakentuneista, mikroskooppisista hiukkasista kuten noesta, tuhkasta ja pölystä.




Ilmakehä on monin tavoin elämän edellytys planeetallamme. Eliöt tarvitsevat ilman happea aineenvaihduntaansa. Ilmakehä suojaa maata haitalliselta säteilyltä, ulkoavaruuden kylmyydeltä sekä meteoriiteilta. Valtaosa maapallolle saapuvista meteoriiteista tuhoutuu ilmanvastuksen takia. Ilmiö nähdään taivaalla tähdenlentona.





Ilmakehän otsoni muodostaa noin 25 kilometrin korkeudessa Maata suojaavan kerroksen auringon haitallista UV-säteilyä vastaan. Ilmakehä on hyvin ohut. Sen paksuutta voi verrata omenan kuoreen. Jos omenan sisus vastaisi maapalloa, niin omenan kuori vastaisi suunnilleen ilmakehän paksuutta.




Ilman saastumisen johdosta suojaava otsonikerros on vaurioitunut ja on muodostunut otsonikato. Otsonikadosta aiheutuu haittaa ihmisille ja muille eläville olennoille. Osa ilmansaasteista aiheuttaa otsonin muodostumista alailmakehään. Ylempänä ilmakehässä otsoni suojaa maapalloa, mutta alailmakehässä se on myrkyllisyytensä vuoksi haitallista eliöille ja aiheuttaa materiaalivahinkoja myös elottomille kohteille.

Ilmakehän kaasut päästävät lävitseen suurimman osan auringon säteilyn valkoisen valon aallonpituuksista. Maanpinnalle saapuva lyhytaaltoinen säteily absorboituu maaperään ja muuntuu pitkäaaltoisemmaksi säteilyksi eli ns. lämpösäteilyksi. Kasvihuonekaasut absorboivat tehokkaasti maaperän lämpösäteilyä, minkä seurauksena alailmakehä lämpenee. Merkittävimpiä kasvihuonekaasuja ovat vesihöyry ja hiilidioksidi.





Hengittäminen ja palaminen poistavat ilmakehästä happea ja samalla muodostuu hiilidioksidia. Vihreät kasvit käyttävät ilmassa olevaa hiilidioksidia ja valmistavat siitä veden kanssa ja auringon energian avulla hiilihydraatteja. Samalla muodostuu happea. Ilmakehässä olevat happivarat ovat muodostuneet pääasiassa kasvien toiminnan tuloksena. Pimeänä aikana kasvit tarvitsevat happea muuttaessaan tuottamiensa ravintoaineiden kemiallista energiaa omaan käyttöönsä, samoin kuin eläimet. Tämä hapen ja ravinteiden reaktio tapahtuu soluissa, ja sitä kutsutaan soluhengitykseksi. Prosessissa vapautuu vettä ja hiilidioksidia sekä energiaa. Reaktio on palamista, koska siinä aine yhtyy happeen. Happi siis kiertää jatkuvasti ilmasta eliöihin ja takaisin ilmaan.





Muiden planeettojen kaasukehät eivät ole ilmakehiä. Neptunusta ympäröi kaasukehä, joka on koostunut lähinnä metaanista. Jupiterilla ja Saturnuksella on vedystä koostuvat, sakeat ja pilviset kaasukehät.


3. Ilman saastuminen

Energiantuotanto ja liikenne aiheuttavat merkittävän osan ilmansaasteista. Polttomoottoreiden palamisreaktioissa rikki ja typpi muodostavat oksideja, joista seuraa sadeveden happamoitumista. Se nopeuttaa metallien ruostumista ja marmorista valmistettujen patsaiden vahingoittumista sekä pilaa metsien ja vesistöjen ekosysteemejä.





Kaupunkien keskustoissa lähinnä liikenteen päästöistä muodostuu erilaisia hiilen epäpuhtaan palamisen tuotteita, kuten hiilimonoksidia eli häkää ja hiilivetyjä. Lyijy-yhdisteiden määrää on onnistuttu vähentämään autojen katalysaattoreilla. Häkä ja hiilivedyt muuntuvat vaarattomiksi melko nopeasti, mutta lyijy-yhdisteet ovat hankalia, koska ne säilyttävät myrkyllisyytensä ja rikastuvat ravintoketjussa.





Teollisuustuotannon päästöissä muodostuva noki, pöly ja kemialliset yhdisteet sekä liikenteessä muodostuva hienojakoinen kivipöly aiheuttavat erilaisia hajuhaittoja ja allergisia reaktioita.





Ihminen tuottaa ympäristöön vaarallisia kaasuja harkitsemattomalla toiminnalla, esimerkiksi polttamalla painekyllästettyä puuta tai PVC-muovia.

Painekyllästetty puu sisältää muuan muassa kuparia ja arseenia, joiden palaessa muodostuu myrkyllisiä yhdisteitä. Painekyllästettyä puuta ovat esimerkiksi ratapölkyt.

PVC-muovi sisältää klooria, jonka palaessa muodostuu muun muassa haitallista vetykloridia eli suolahappoa ja muita myrkyllisiä yhdisteitä. PVC-muovi kestää vettä, minkä vuoksi se on yleinen materiaali. Siitä tehdään esimerkiksi putkia, laukkuja ja sadetakkeja. PVC-muovia ei saa polttaa kotona, vaan se kierrätetään sekajätteenä.

Muita ilmansaasteita ovat hiilidioksidi, freonit ja radioaktiiviset saasteet. Hiilidioksidia muodostuu energiantuotannon ja liikenteen päästöinä ja se aiheuttaa ilmaston lämpenemistä. Ponnepakkauksissa ja kylmälaitteiden jäädytysaineena käytetyt freonit tuhoavat yläilmakehän otsonia. Radioaktiivista saastetta muodostuu lähinnä ydinräjäytysten yhteydessä tai energian tuotannon onnettomuuksissa, kuten Fukushiman ydinvoimalaonnettomuudessa vuonna 2011.


Kuvia Fukushiman ydinvoimalaonnettomuuden räjähdyksestä. Onnettomuus johtui maanjäristyksestä sekä siitä syntyneestä tsunamista.

4. Ilman puhdistaminen

Ilman puhdistamiseen on nykyisin monia tapoja, joista ilman saastumisen ehkäiseminen on tärkein. Teollisuus ehkäisee ilman saastumista puhdistamalla savukaasuja suodattimilla ja kemiallisilla tekniikoilla. Kiinteitä hiukkasia poistetaan muun muassa sähkösuodattimilla ja märkätekniikoilla. Sähkösuodattimessa pöly kerääntyy varautuneelle pinnalle, ja märkätekniikassa hiukkaset kerääntyvät vesipisaroihin.

Useissa kodeissa on ilmanpuhdistimia, jotka imevät huoneilmaa sisäänsä ja suodattavat siitä pölyä ja muita epäpuhtauksia. Tuloksena on puhtaampaa ilmaa.





Ilmanpuhdistus perustuu kemialliseen tai fysikaaliseen muutokseen tai molempiin yhtä aikaa. Kemiallisessa puhdistuksessa poistettava aine reagoi puhdistimessa olevan aineen kanssa ja poistuu ilman joukosta.

Fysikaaliseen muutokseen perustuvassa puhdistuksessa poistettava aine erotellaan ilman joukosta esimerkiksi suodattimella. Suodatin on paperista, muovista tai metallista valmistettu verkko tai monikerroksinen verkosto, jossa on tietynkokoisia reikiä tai tiehyitä. Vain riittävän pienikokoiset hiukkaset mahtuvat suodattimen läpi. Suodattimen paksuudella voidaan vaikuttaa erottumisen tehokkuuteen. Mitä useampia kerroksia on peräkkäin ja mitä monimutkaisemman tiehytverkoston läpi ilma joutuu kulkemaan, sitä tehokkaammin suodatin toimii.

Joissain tilanteissa kodin ilmanpuhdistuksessa käytetään apuna sähköä tai säteilyä. Sähköllä saadaan aikaan esimerkiksi otsonin muodostumista. Otsoni reagoi herkästi muiden aineiden kanssa, esimerkiksi pahaa hajua aiheuttavan aineen kanssa, ja hajuhaitta poistuu. Säteilyä, kuten UV-säteilyä, käytetään ilmanpuhdistuksessa tappamaan taudinaiheuttajia.

Kemiallisessa puhdistuksessa poistettava aine joko reagoi puhdistimessa olevien aineiden kanssa tai kiinnittyy puhdistimessa olevan aineen pintaan. Esimerkiksi suojanaamareissa oleva aktiivihiilisuodatin poistaa sisäänhengitysilmasta terveydelle vaarallisia kaasuja siten, että aineet kiinnittyvät suodattimessa olevan hiilen pintaan.




Monet teollisuuslaitokset puhdistavat terveydelle haitallisia aineita kuten typen ja rikin oksideja savukaasuistaan kemiallisin ja fysikaalisin menetelmin. Polttomoottorin palamiskaasujen puhdistukseen on kehitetty erityinen laite, katalysaattori, joka on nykyään pakollinen varuste kaikissa uusissa autoissa. Katalysaattori on osa pakoputkistoa.




Katalysaattori on kuvassa vasemmalla ylhäällä.

5. Ilmastonmuutos

Ilmastonmuutoksella tarkoitetaan ihmisen ja luonnon toiminnoista seurannutta maapallon ilmakehän keskilämpötilan ennakoitua suurempaa kasvua. Ilmastonmuutos liittyy kasvihuoneilmiöön.

Kasvihuoneilmiössä maapallolle saapuva auringon säteily lämmittää ilmakehää. Auringon säteilyenergia varastoituu ilmakehässä oleviin kasvihuonekaasuihin, kuten metaaniin, hiilidioksidiin, dityppioksidiin ja vesihöyryyn. Ihmisen toimien seurauksena näiden kaasujen määrä ilmakehässä on lisääntynyt, samoin myös niihin varastoituvan lämpöenergian määrä. Seurauksena on ollut ilmakehän keskilämpötilan kohoaminen maapallon laajuisesti.


NASA: Maapallon lämpötilamuutokset 1880–2015

​Thinglink. Auringon säteilyenergia varastoituu kasvihuonekaasuihin. Ilmastonmuutosta selitetään kiihtyneellä kasvihuoneilmiöllä.


On tärkeä ymmärtää, että kasvihuoneilmiö on elämälle välttämätön. Ilman kasvihuoneilmiötä maapallon keskilämpötila olisi liian alhainen ylläpitääkseen nykyisenmuotoista elämää. Elämä siinä muodossa, jossa me sen tunnemme, ei olisi todennäköisesti koskaan kehittynytkään maapallolle ilman kasvihuoneilmiötä. Ilmastonmuutoksessa on kyse siitä, että kasvihuoneilmiö on voimistunut liikaa suhteessa siihen, mikä ilmaston normaali vuosituhantinen vaihtelu on ollut.



Kasvihuoneilmiö imee osan lämpösäteilystä, joka taas palautuu takaisin maan pinnalle. Tämä mahdollistaa elämälle soveltuvan lämpötilan.


Ihminen voi vaikuttaa omalla toiminnallaan etenkin veden, metaanin ja hiilidioksidin määrään ilmakehässä. Tutkijoiden luomat ilmastonmuutosta kuvaavat teoreettiset mallit ovat monimutkaisia. Hiilidioksidin määrään perustuvat selitysmallit ovat helposti ymmärrettäviä, mutta suuresti yksinkertaistettu kuva monimutkaisesta ja moniulotteisesta ongelmasta. Tutkijat tarvitsevat lisää tietoa muun muassa ilmakehän pienhiukkasten, rikin oksidien, kuivien alueiden maatalouden keinokastelun ja avaruussäteilyn vaikutuksen osuudesta. Jokainen voi kuitenkin omilla valinnoillaan vaikuttaa helposti etenkin hiilidioksidin määrään. Esimerkiksi huviajelua mopolla kannattaa tehdä harkiten ja roskat lajitella kunnan ohjeen mukaisesti.

Keskeisin ilmastonmuutoksen syy on ihmispopulaation voimakas kasvu ja sen energiantarve. Sitä voidaan pitää primäärisenä eli ensisijaisena ongelmana. Kasvihuonekaasujen lisääntyminen on sekundäärinen eli toissijainen ongelma. Se on seurausta ihmispopulaation kasvusta ja sen energiantarpeesta. Liikakansoittuminen on poliittisesti ja yhteiskunnallisesti kuitenkin kaikkein vaikeimmin ratkaistavissa. Hiilidioksidipäästöjen hillitseminen on poliittisesti paljon helpompi ratkaisu kuin ihmispopulaation lisääntymisen säännöstely. Sekundääristen syiden ratkaisuilla saavutetaan kuitenkin vain lyhytaikaisia vaikutuksia. Monimutkaisiin ongelmiin ei ole yksinkertaisia ja helppoja ratkaisuja.



Maapallon väkiluku on tuplaantunut viimeisimmän 50 vuoden aikana. Väestönkasvun ennustetaan jatkuvan samalla nopeudella.

Tiivistelmä

  • Ilmakehän paksuus on noin 25 km.
  • Ilman saastumisen johdosta suojaava otsonikerros on vaurioitunut ja on muodostunut otsonikato.
  • Energiantuotanto ja liikenne aiheuttavat merkittävän osan ilmansaasteista.
  • Ilmanpuhdistus perustuu kemialliseen tai fysikaaliseen muutokseen tai molempiin yhtä aikaa.
  • Ilmastonmuutoksella tarkoitetaan ihmisen ja luonnon toiminnoista seurannutta maapallon ilmakehän keskilämpötilan ennakoitua suurempaa kasvua.
  • Kasvihuoneilmiö on elämälle välttämätön.
  • Keskeisin ilmastonmuutoksen syy on ihmispopulaation voimakas kasvu ja sen energiantarve.