Tiedehuiput eivät synny sattumalta

 

Vuonna 1995, keskellä Suomen taloushistorian pahinta lamaa, laitettiin Hyytiälän metsäntutkimusasemalla pöytää koreaksi. Uusi SMEAR II -mittausasema oli vihkiäisiä vaille valmis aloittamaan ilmakehän ja muun ekosysteemin välisten aine- ja energiavirtojen mittaukset. Mittausdataa tarvittiin, jotta voitaisiin ymmärtää ilmakehässä leijuvien nanometrikokoisten aerosolihiukkasten vaikutus maapallon ilmastoon. Kunniavieraana oli aikanaan valtakunnan vihatuin mies, säästäväisenä tunnettu valtiovarainministeri Iiro Viinanen. 

 

Diplomi-insinööri Viinanen oli itseoikeutettu kunniavieras, sillä hän oli kävellyt julkeasti asiasta vastaavan ministerin yli ja lisännyt aseman kuuden miljoonan markan rahoituksen valtion lisäbudjettiin. 

 

Isännille oli ilmoitettu etukäteen, että ministerin visiitti on lyhyt. Viinasen kun oli määrä lentää varhain seuraavana aamuna Atlantin yli vakuuttamaan USA:n sijoittajia Suomen lainanmaksukyvystä. 

 

Toisin kuitenkin kävi. Iiro Viinasella ei näyttänyt olevan kiire minnekään, kun hän uppoutui mittalaitteiston toimintaan, jäipä vielä illalliselle ja niitä seuranneisiin juhliin – mutta säntillisenä miehenä ehti kuin ehtikin lennolle lisää lainarahaa hankkimaan. 

 

Tämän ja monta muuta tarinaa voi lukea Mai Allon kirjasta Yhdessä ilmakehässä. Se on harvinainen sukellus tieteen huippuyksikön elämään. Tieteen maailmaan jo tutustuneita kirjan äärimmilleen viety kansantajuistaminen saattaa häiritä, mutta kadun miehelle esimerkiksi käsitteiden ”julkaisu”, ”viittaus” tai ”vertaisarviointi” avaaminen saattaa olla paikallaan. 

 

Viinasen vihkimä mittausasema on nyt ollut toiminnassa keskeytyksettä 20 vuotta, maassa on koettu jo uusia lama-aikoja ja Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden osasto on kasvanut yli 200 tutkijan monitieteiseksi huippuyksiköksi. Suomen Akatemia nimesi ilmakehätutkijat tieteen huippuyksiköksi ensimmäisen kerran vuonna 2002. Tänään he ovat tieteellisillä julkaisuillaan ylittäneet Science- ja Nature-lehtien julkaisukynnyksen useammin kuin mikään muu tieteenala Suomessa. 

 

Helsingin ilmakehätieteilijät ja sen SMEAR-tutkimusasemat ovat olleet avainasemassa, kun tutkitaan ilmakehän ja muun ekosysteemin välisiä takaisinkytkentöjä. Jokaisessa kuutiosentissä ilmaa leijuu 100–10 000 aerosolihiukkasta. Nämä pienhiukkaset ovat suurin tuntematon tekijä, kun yritämme ymmärtää esimerkiksi ilmastonmuutosta. Ilmakehätieteen tutkijat esittivät jo vuonna 2000 Science-lehdessä hypoteesin, että suuri osa ilmakehän pienhiukkasista syntyy biosfäärissä, ei pelkästään liikenteen tai teollisuuden seurauksena. Tutkijat olettivat, että ilmastoa viilentäviä aerosolihiukkasia syntyi erityisen runsaasti pohjoisella havumetsävyöhykkeellä yhteyttämisen sivutuotteena.

 

Kirja esittelee laajan henkilögallerian, jolla on ollut näppinsä pelissä huippuyksikön synnyssä. Varhaisin sankaritutkija on 1941 syntynyt emeritusprofessori Pertti Hari. Luonnossa viihtynyt nuori matemaatikko pohdiskeli 1960-luvulla, että matemaattisilla tieteillä olisi paljon annettavaa metsätieteille. Pian Hari valmistelikin itse väitöskirjaa metsätieteistä, työskenteli Hyytiälän metsäasemalla ja oli koonnut ympärilleen joukon ihmisiä, joiden mielestä metsäntutkimus ottaisi aimo harppauksen eteenpäin uuden mittaustekniikan ja laskennallisten menetelmien avulla. 

 

Huippuyksikön nykypäivän kirkkain tähti on Ilmakehätieteiden yksikön johtaja Markku Kulmala – tätä nykyä maailman siteeratuin geotieteiden tutkija. 1980-luvulla hän kirjoitti lisensiaattityötään pienhiukkasaerosolien synnystä ja kävi aiheesta pitkiä keskusteluja Pertti Harin kanssa. Kun Kulmalan esimies, professori Taisto Raunemaa vastaanotti vakituisen professuurin Kuopiosta, nuori tutkija huomasi käytännössä johtavansa Helsingin yliopiston ympäristöfysiikan laboratoriota. Hän tarttui haasteeseen, ja suuntasi laboratorion tutkimusta yhä enemmän aerosoleihin ja ilmakehän fysiikkaan. 

 

Kirjan parasta antia ovat tarinat ihmisistä huippuyksikön takana. Yllättävin heistä on juupajokelainen seppä Toivo Pohja, tätä nykyä Helsingin yliopiston kunniatohtori. Tekninen nero Pohja pystyi rakentamaan pajassaan lähes mitä tahansa, ja hänestä tuli nopeasti Harin, Raunemaan ja Kulmalan oikea käsi. Se oli menetys paikallisille koneurakoitsijoille ja maanviljelijöille, mutta onnenpotku Hyytiälän metsäaseman mittaustekniikalle ja koko ilmakehätieteiden tutkimukselle. Pohja osoittautui pilkuntarkaksi perfektionistiksi, joka hankki myös nopeasti laitteiden rakentamisen edellyttämän teoriasivistyksen. 

 

Kun uutinen Tšernobylin ydinonnettomuudesta saavutti Suomen, Hari ja Kulmala oivalsivat, että heillä olisi oiva tilaisuus tutkia aineiden siirtymistä ilmakehän pienhiukkasista maaperään. Säteilevää laskeumaa pitäisi saada talteen niin paljon kuin mahdollista. Toivo Pohja sai puhelun: pitäisi rakentaa ionipyydys seuraavaksi aamuksi. Ja toden totta, seuraavana aamuna alumiinifoliosta, huonekaluputkesta, pyykkipojista ja virtalähteestä improvisoitu pyydys houkutteli satimeen räjähtäneestä reaktorista Pirkanmaalle kulkeutuneita hiukkasia. Folionpalaset pantiin pinseteillä purkkiin ja lähetettiin Helsinkiin spektrometrianalyysiin.

 

 

 

Ydinonnettomuuden jälkimainingeissa ensimmäinen kiinteä SMEAR 1 -tutkimusasema pystytettiin Sallan Värriöön vuonna 1991. SMEAR-asemien myötä ilmakehätieteilijöiden mittaustekniikan maine lähti kiirimään. 

 

Nyt neljä suomalaista, yksi virolainen ja yksi kiinalainen SMEAR-mittausasema hankkivat jatkuvasti tietoa ilmakehän aerosoleista ja kasvihuonekaasuista sekä mittaavat ilmakehän, metsän ja maaperän välisiä aine- ja energiavirtoja. Hyytiälän SMEAR-asemalla työskentelee tutkijoita ympäri maailmaa, ja mittausasemien tuottamaa dataa on hyödynnetty yli 100 maassa. 

 

Yksi suomalaisosaamisesta kiinnostunut tutkija oli amerikkalainen aerosolikemisti Douglas Worsnop, joka muutti Helsinkiin vuonna 2006 kansainvälisiä huippututkijoita Suomeen tuovan FiDiPro-rahoituksen houkuttelemana. Urallaan 300 massaspektrometriä rakentanut tutkija rakensi Hyytiälään entistä tehokkaamman havaintolaitteen, jonka avulla päästiin vahvistamaan tutkijoiden vuonna 2000 esittämä hypoteesi ensi kertaa kokeellisesti. Vuonna 2013 Science-lehdessä julkaistu tutkimuspaperi kertoo ensi kertaa fysikaalisiin havaintoihin perustuen, miten havumetsä synnyttää aerosolihiukkasia ilmakehään. 

 

Mai Allon selitys suomalaisen ilmakehätutkimuksen menestykseen on kolmiosainen. 

 

Ensimmäinen menestystekijä oli oivallus nivoa metsäekosysteemi ja ilmakehän fysiikka yhdeksi tutkimusongelmaksi. Ilmakehän tutkimuksessa paljon mainostettu monitieteisyys on ollut totta jo 1970-luvulta lähtien, kun fyysikot, metsätieteilijät, insinöörit ja kädentaitajat ovat tehneet töitä sulassa sovussa. Toinen menestyksen avain oli SMEAR, aivan uudenlainen havaintoasema, joka mittaa samanaikaisesti  ilmakehän, metsän ja maaperän välisiä aine- ja energiavirtoja. Kolmas selitys on pitkäjänteisyys, jolla tutkijat ovat pureutuneet tutkimusongelmaansa vuosikymmeniä. 

 

Lisäksi on tarvittu pelisilmää, onnekkaita sattumia ja poikkeuksellista lahjakkuutta.