Värriön luontopäiväkirja - Varrio nature diary

Värriön tutkimusaseman SMEAR-mittauksissa mitataan monipuolisesti auringosta Kotovaaran männikköön saapuvaa säteilyä. Auringon hetkellinen kokonaissäteily mitataan yksikössä wattia neliömetrille (W/m²). Kirkkaana alkukesän päivänä (kuten kuvassa, 8. kesäkuuta) päästään parhaimmillaan noin 800 watin tehoon neliöllä.

Maan päällisissä mittauksissa ei voi ylittää vertailusuuretta, joka on aurinkovakio, 1360 W/m². Se on auringon jatkuva säteilyteho maan ulkopuolella, ilmakehän ylärajalla.

Puut kuten muutkaan kasvit eivät pysty käyttämään kaikkea auringon säteilyä fotosynteesissään. Siksi Värriön SMEAR-asemalla mitataan myös niin sanottua PAR-säteilyä (Photosynthetically Active Radiation). Se huomioi auringon sekavalosta vain ne aallonpituuden jaksot (värit), joita kasvit tarvitsevat kasvaakseen.

PAR-säteily mitataan yksikössä mikromoolia neliömetrille sekunnissa (u mol/m²/s). Yksikkö on toiselta nimeltään microEinstein. Sen monikerta, yksi einstein vastaa yhtä moolia auringon valon fotoneja. Toisin sanoen, yhdessä einsteinissä on yhtä monta fotonia kuin Avogadron luvussa, eli 6.022 x 10²³ kappaletta.

Monimutkaiselta tuntuvien yksiköiden käyttö puiden fotosynteesin tutkimuksessa perustuu siihen kasvifysiologiassa selvitettyyn peruslakiin, että muuntaaksen tietyn määrän ilmakehästä ottamaansa hiilidioksidia tietyksi määräksi sokereita (jotka muuntuvat lopulta esimerkiksi puuksi), kasvi tarvitsee energiakseen tietyn määrän valon fotoneita, eli tietyn määrän einsteineja. Tiedämme sen vakion kasvifysiologiasta: yhtä hiilidioksidin molekyyliä kohti tarvitaan 10 fotonia.

Toisin sanoen: kun kasvit sieppaavat ilmasta yhden moolin eli 44 grammaa hiilidioksidia, siihen kuluu PAR-säteilyä 10 einsteinia. Käytännössä kasvit eivät ole täydellisiä valon hyödyntäjiä. Osa PAR-säteilystä menee aina hukkaan. PAR-säteilystä voi siis laskea vain teoreettisen ylärajan esimerkiksi sille, kuinka paljon ihannetilassa kasvava metsikkö voisi siepata päivittäin ilmakehän hiilidioksidia.

Kokonaissäteilyn ja fotosynteesille käyttökelpoisen PAR-säteilyn välillä on selvä yhteys (kuvat 1 ja 2). Yhteys ei ole kuitenkaan vakio, koska maan pinnalle asti tulevan auringon säteilyn koostumus (ja muun muassa näkemämme auringon valon väri) vaihtelee auringon korkeuden, pilvisyyden ja ilmakehässä olevien hiukkasten myötä. Käyttökelpoinen nyrkkisääntö kuitenkin on, että yhtä auringonsäteilyn kokonaistehon wattia vastaa fotosynteesivalon (PAR-säteilyn) teho kaksi mikromoolia sekunnissa.

Kesäpäivän aikana sekä auringon säteilyn kokonaisteho että fotosynteesivalon teho saattavat vaihdella päivän mittaan äkillisesti. Se näkyy esimerkkikuvissa jo noin klo 7 lähtien. Jyrkkä vaihtelu johtuu pilvistä, jotka tuona puolipilvisenä päivänä peittivät usein suoran auringon säteilyn.

Värriön tutkimusaseman tuorein kokonaissäteilyn ja fotosynteesivalon tilanne päivittyy joka aamu siten, että edellisen päivän säteily- ja valohistoria näkyy vuorokauden ajan.