Development of biogenic VOC emission inventories for the boreal forest

Luonnosta haihtuvat orgaaniset yhdisteet, joita pääsee ilmaan etenkin metsistä, voivat vaikuttaa paikalliseen ja alueelliseen ilmanlaatuun, koska ne reagoivat ilmakehässä. Niiden reaktiotuotteet voivat myös osallistua uusien hiukkasten muodostumiseen ja kasvuun, millä voi olla vaikutusta ilmakehän säteilytaseeseen ja tätä kautta myös ilmastoon. Hiukkaset absorboivat ja sirottavat auringon säteilyä ja maapallon lämpösäteilyä minkä lisäksi ne vaikuttavat pilvien säteilyominaisuuksiin, määrään ja elinikään. Koko maapallon mittakaavassa luonnosta tulevat hiilivetypäästöt ylittävät ihmistoiminnan aiheuttamat päästöt moninkertaisesti. Tämän vuoksi luonnon päästöjen arviointi on tärkeää kun halutaan kehittää tehokkaita ilmanlaatu- ja ilmastostrategioita. Tämä tutkimus käsittelee boreaalisen metsän hiilivetypäästöjä. Boreaalinen metsä eli pohjoinen havumetsä on suurin maanpäällinen ekosysteemi, ja se ulottuu lähes yhtenäisenä nauhana koko pohjoisen pallonpuoliskon ympäri. Sille on tyypillistä puulajien suhteellisen pieni kirjo sekä olosuhteiden ja kasvun voimakkaat vuodenaikaisvaihtelut. Työssä on tutkittu Suomen yleisimmän boreaalisen puun eli männyn hiilivetypäästöjen vuodenaikaisvaihtelua sekä päästöjen riippuvuutta lämpötilasta ja valosta. Saatuja tuloksia on käytetty yhdessä muiden boreaalisilla puilla tehtyjen päästömittaustulosten kanssa Suomen metsiä varten kehitetyssä päästömallissa. Malli perustuu lisäksi maankäyttötietoihin, suomen metsille kehitettyyn luokitukseen ja meteorologisiin tietoihin, joiden avulla se laskee metsien hiilivetypäästöt kasvukauden aikana. Suomen metsien päästöt koostuvat koko kasvukauden ajan suurelta osin alfa- ja beta-pineenistä sekä delta-kareenista. Kesällä ja syksyllä päästöissä on myös paljon sabineenia, jota tulee etenkin lehtipuista. Päästöt seuraavat lämpötilan keskimääräistä vaihtelua, ovat suurimmillaan maan eteläosissa ja laskevat tasaisesti pohjoiseen siirryttäessä. Metsän isopreenipäästö on suhteellisen pieni – Suomessa tärkein isopreeniä päästävä puu on vähäpäästöinen kuusi, koska runsaspäästöisten pajun ja haavan osuus metsän lehtimassasta on hyvin pieni. Tässä työssä on myös laskettu ensimmäinen arvio metsän seskviterpeenipäästöistä. Seskviterpeenipäästöt alkavat Juhannuksen jälkeen ja ovat kasvukauden aikana samaa suuruusluokkaa kuin isopreenipäästöt. Vuositasolla Suomen metsien hiilivetypäästöt ovat noin kaksinkertaiset ihmistoiminnasta aiheutuviin päästöihin verrattuna.

Studies of electronic structure by x-ray Raman and emission spectroscopy: applications to MgB2 superconductors and high pressure physics

X-ray Raman scattering and x-ray emission spectroscopies were used to study the electronic properties and phase transitions in several condensed matter systems. The experimental work, carried out at the European Synchrotron Radiation Facility, was complemented by theoretical calculations of the x-ray spectra and of the electronic structure. The electronic structure of MgB2 at the Fermi level is dominated by the boron σ and π bands. The high density of states provided by these bands is the key feature of the electronic structure contributing to the high critical temperature of superconductivity in MgB2. The electronic structure of MgB2 can be modified by atomic substitutions, which introduce extra electrons or holes into the bands. X ray Raman scattering was used to probe the interesting σ and π band hole states in pure and aluminum substituted MgB2. A method for determining the final state density of electron states from experimental x-ray Raman scattering spectra was examined and applied to the experimental data on both pure MgB2 and on Mg(0.83)Al(0.17)B2. The extracted final state density of electron states for the pure and aluminum substituted samples revealed clear substitution induced changes in the σ and π bands. The experimental work was supported by theoretical calculations of the electronic structure and x-ray Raman spectra. X-ray emission at the metal Kβ line was applied to the studies of pressure and temperature induced spin state transitions in transition metal oxides. The experimental studies were complemented by cluster multiplet calculations of the electronic structure and emission spectra. In LaCoO3 evidence for the appearance of an intermediate spin state was found and the presence of a pressure induced spin transition was confirmed. Pressure induced changes in the electronic structure of transition metal monoxides were studied experimentally and were analyzed using the cluster multiplet approach. The effects of hybridization, bandwidth and crystal field splitting in stabilizing the high pressure spin state were discussed. Emission spectroscopy at the Kβ line was also applied to FeCO3 and a pressure induced iron spin state transition was discovered.