Artikkelit jotka sisältää sanan 'hajoaminen'

Puun lämpökäsittely on laajalti käytetty menetelmä, jolla vähennetään puuaineen muodonmuutoksia ja parannetaan sen biologista kestävyyttä. Lämpökäsitellyn puun käyttäytymistä muuttuvissa sää- ja kosteusolosuhteissa ei kuitenkaan täysin tunneta. Tässä väitöskirjassa tutkittiin lämpökäsiteltyjen kuusi-, mänty-, saarnikoekappaleiden kemiallisia, rakenteellisia ja fysikaalisia muutoksia lämpötila- ja kosteusaltistuksessa sekä pitkäaikaisessa säärasituksessa.

Tulokset osoittavat, että korkeampi käsittelylämpötila alentaa puun tasapainokosteutta ja parantaa sen mittapysyvyyttä erityisesti tangentiaalisuunnassa. Lämpökäsittely ei vaikuttanut puulajien Brinell-kovuuteen, mutta tasapainokosteuden kohoaminen alensi kovuutta. Pitkäaikainen kosteusrasitus muutti erityisesti hemiselluloosien ja selluloosan rakennetta ja lisäsi puun hygroskooppisuutta sekä lämpökäsitellyissä että -käsittelemättömissä koekappaleissa. Lämpökäsitellyn puun happamuus nopeutti soluseinämän hajoamista, kun koekappale upotettiin veteen lämpökäsittelyn jälkeen.

Säärasituksessa ligniinin pilkkoutuminen ja hajoamistuotteiden huuhtoutuminen aiheuttavat koekappaleen pinnan harmaantumisen ja pintaosan suhteellisen selluloosa- ja hemiselluloosapitoisuuden kohoamisen. Koska lämpökäsitellyn puun hygroskooppisuus on alhaisempi kuin käsittelemättömän, muuttuivat lämpökäsiteltyjen koekappaleiden ligniinin rakenne ja pinnan väri säärasituksen aikana vähemmän kuin käsittelemättömien verrokkien. Lämpökäsitellyn puun alhaisempi tasapainokosteus ja puun syiden kyllästymispiste aiheuttavat sen, että lämpökäsitelty puu pysyy säärasituksessa käsittelemätöntä puuta kuivempana. Niinpä lämpökäsitelty puu myös kupertuu kastuessaan vähemmän kuin käsittelemätön puu. Säärasituskokeen seurauksena puun pinnan Brinell-kovuus aleni kaikilla puulajeilla hieman soluseinämien rapautumisen ja tasapainokosteuden kohoamisen vuoksi. Korkeammassa lämpötilassa käsiteltyjen koekappaleiden kemialliset muutokset säärasituksen seurauksena olivat vähäisempiä kuin käsittelemättömien ja alemmassa lämpötilassa käsiteltyjen koekappaleiden. Korkeampi käsittelylämpötila alentaa puun huokoisuutta ja veden pääsyä puuhun, mikä selittää parantunutta säänkestoa.

• Cai, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences Sähköposti: chenyc@uef.fi

Lämpökäsitellyn ja kuumakuivatun kuusipuun (Picea abies) rakenteeseen ja ominaisuuksiin vaikuttavat mekanismit Puu on luonnon polymeerimateriaali, jota yleisesti käytetään rakentamisessa, huonekaluissa ja muissa tuotteissa. Moni sovellus vaatii puun kuivaamista johonkin soluseinämän kyllästymispistettä alempaan kosteuteen. Kuivauksessa puun rakenne ja ominaisuudet muuttuvat. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena on ollut tutkia mekanismeja, jotka ilmenevät puun kuivauksessa sekä selvittää näiden mekanismien vaikutusta puun rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Mekanismien vaikutusten ymmärtäminen on tärkeää, jos halutaan kehittää materiaaliominaisuuksia parantavia kuivausmenetelmiä. Tulosten mukaan puun pitkäaikainen lämpökäsittely aiheuttaa termistä hajoamista. Hajoamislämpötila alenee kosteuden vaikutuksesta, esimerkiksi jos puuta kuivataan normaalia kosteammissa olosuhteissa. Termisen hajoamisen aiheuttama massahäviö heikentää puun mekaanisia ominaisuuksia ja alentaa kostumistaipumusta. Jälkimmäinen alenee myös palautumattomien vetysidosten muodostuessa kuivauksen aikana ns. sarveistumisilmiössä. Sarveistuminen lisääntyy kuivausolojen muuttuessa rajummiksi. Tuotteen jäykkyyden ja lujuuden kannalta massahäviö ja sarveistuminen ovat kilpailevia mekanismeja. Kuivaus aiheuttaa mikroskooppisia vaurioita, kun puun soluseinien kerrokset kutistuvat anisotrooppisesti. Korkeassa lämpötilassa tapahtuva hidas kuivaus minimoi nämä vauriot. Termisen hajoamisen vaikutukset kuitenkin kompensoivat jännitysten laukeamisen tuomat edut tuotteen mekaanisissa ominaisuuksissa. Näitä ominaisuuksia voidaan parantaa nopealla kuivauksella korkeassa lämpötilassa termistä hajoamista välttäen ja sarveistumista edistäen. Vähentyvä kostumistaipumus parantaa myös muita ominaisuuksia kuten mittapysyvyyttä. Kevätpuun makrohuokosia sulkeutui kuumakuivauksessa, mikä voidaan tulkita palautumattomien vetysidosten muodostumiseksi. Jännityksen relaksaatio hitaassa kuumakuivauksessa vähensi mikrohalkeamia kevätpuussa ja tästä seurasi pienempi jäätymättömän veden määrä. Jäätymättömän veden määrä ylipäätään oli pienempi kuin aiemmin on raportoitu, kun laskelmissa otettiin huomioon faasimuutoksen vaikutus veden lämpökapasiteettiin.

• Borrega, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: marc.borrega@aalto.fi

Metsien maaperä on merkittävä hiilen varasto. Ilmastonmuutos ja erilaiset metsänkäsittelyt vaikuttavat paitsi puuston biomassan myös maaperän hiilivarastoon. Näitä vaikutuksia ei kuitenkaan vielä täysin tunneta. Kansainvälinen ilmastosopimus kuitenkin velvoittaa sopijamaat raportoimaan myös maaperän hiilivarastossa tapahtuvat muutokset. Maaperän hiilivaraston muutosten arviointi mittaamalla on hyvin vaikeaa ja työlästä, koska varaston spatiaalinen vaihtelu on suurta verrattuna ajallisiin muutoksiin. Tämän vuoksi hiilivaraston ja sen muutosten arvioinnissa käytetään usein malleja. Tässä väitöskirjassa kehitettiin ja testattiin kivennäismaiden metsien orgaanisen aineen hajoamista ja maaperän hiilivaraston dynamiikkaa kuvaava YASSO-malli. Mallilla pyrittiin kuvaamaan tärkeimmät hiilivaraston dynamiikkaan vaikuttavat tekijät, mutta silti pitämään malli niin yksinkertaisena, että sen toimintaperiaatteiden ymmärtäminen ja käyttö sovelluksissa olisi helppoa. Väitöskirja sisältää mallin rakenteen ja oletusten kuvauksen sekä mallin parametrien määrityksen mittausten avulla. Mallin toimintaa arvioitiin tarkastelemalla mallitulosten herkkyyttä parametriarvojen muutoksille, tutkimalla mallitulosten tarkkuutta epävarmuusanalyysin avulla ja vertaamalla mallituloksia mitattuihin havaintoihin ja toisen maamallin antamiin tuloksiin. Väitöskirjassa esitetään lisäksi kolme erilaista mallin sovellusta, joista kaksi käsittelee hakkuutähteiden talteenoton ja energiakäytön vaikutusta maaperän hiilivarastoon metsikkötasolla. Kolmannessa mallia käytetään osana metsien inventointitietoihin perustuvaa hiilitaseen arviointimenetelmää kansallisella tasolla. Kyseisessä osatutkimuksessa Suomen metsien kasvillisuuden ja kivennäismaiden maaperän hiilitase arvioitiin vuosina 1922-2004. Epävarmuus- ja herkkyysanalyysien mukaan YASSO-mallin hiilivarastoarviot ovat epävarmoja, sillä näihin arvioihin vaikuttavat malliparametrit tunnetaan huonosti. Hiilivarastomuutosten arviot sen sijaan ovat verrattain tarkkoja, sillä näihin vaikuttavat parametrit tunnetaan paremmin. Mallin testaus laajalla kanadalaisella karikepussiaineistolla osoitti, että malli onnistui kohtalaisesti kuvaamaan erilaisten karikkeiden hajoamisen erilaisissa ilmasto-olosuhteissa. Mallin dynaaminen lähestymistapa osoittautui tehokkaaksi sovelluksissa, joissa se yhdistettiin metsikkömalliin tai inventointitietoihin ja biomassa- ja karikemalleihin. Jotta malli paremmin soveltuisi maaperän hiilivaraston dynamiikan arvioimiseen laajemmilla maantieteellisillä alueilla, erilaisilla maankäyttömuodoilla ja laajemmissa tutkimuskysymyksissä, mallin oleellisia kehitysalueita ovat ilmastotekijöiden vaikutusten kuvauksen tarkentaminen sekä typpidynamiikan ja maalajin huomioiminen. Mallisovellusten mukaan hakkuutähteiden keruu hakkuiden jälkeen vähentää maaperään siirtyvää hiilen määrää ja tämä hiilivarastomuutos on merkittävä verrattuna muihin hakkuutähteiden energiakäytön aiheuttamiin kasvihuonekaasupäästöihin. Kansallisella tasolla metsien maaperän hiilivarastolla on merkittävä rooli metsien hiilitaseessa.

• Palosuo, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: taru.palosuo@efi.int