Ohuen merijään paksuutta voidaan tutkia satelliittikuvista

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Ilmatieteen laitoksella on tutkittu ohuen arktisen merijään paksuuden määrittämistä satelliittikuvien avulla. Tietoa ohuen jään paksuudesta ja laajuudesta tarvitaan säämalleissa ja laivaliikenteessä.

MODIS-jäänpaksuuskartta Karamerelle 22.3.2010. Punainen väri osoittaa maa-alueet, tumman sininen pilviset alueet ja vaalean sininen alueet, joissa paksuuden laskenta ei onnistunut. Nämä alueet ovat yleensä yli yhden metrin paksuista jäätä. Arvioitu jäänpaksuus on luotettava puoleen metriin asti. Kuva: Ilmatieteen laitos.

Jään paksuutta on määritelty Ilmatieteen laitoksessa MODIS-satelliittikuvista HIRLAM-säämallin tuottamaa dataa apuna käyttäen. Satelliittimenetelmiä on käytetty aikaisemminkin merijään paksuuden määrittämiseen. Tutkimuksen tuloksena saatiin kuitenkin aikaisempaa parempi käsitys menetelmän tarkkuudesta ja mahdollisista kehityskohteista.

Merijään paksuus ja peittävyys tärkeitä tietoja

Merijään paksuus ja alueellinen peittävyys ovat keskeisiä asioita tutkittaessa ilmastonmuutosta polaarialueilla. Merijään peittämillä alueilla meren ja ilmakehän välinen lämpö-, kaasu- ja liikemäärävaihto tapahtuu pääasissa siellä, missä on ohutta jäätä. Ohuen merijään lisäämä meriveden pintasuolaisuus vaikuttaa suuresti arktikassa meriveden thermohaliinikiertoon. Myös laivaliikenne tarvitsee tietoa ohuen jään esiintymisalueista ja jään paksuudesta merenkulun helpottamiseksi.

Käytetty menetelmä ei ole uusi, mutta sen tarkkuutta ei ole tilastollisesta tutkittu yhtä kattavasti aikaisemmin. Ilmatieteen laitoksen tekemän tutkimuksen pohjalta voidaan arvioida, että jään mittaustulokset ovat tyypillisesti luotettavia 35 – 50 senttimetrin jäänpaksuuteen asti, mikä on varovaisempi arvio kuin aikaisemmissa tutkimuksissa. Menetelmä vaatii täysin pilvettömän kelin, koska ohuetkin pilvet vääristävät jään pintalämpötilamittausta satelliitilla. Automaattiset menetelmät, joilla pilviä saadaan poistettua kuvista, eivät ole vielä tarpeeksi tarkkoja yöaikaan tähän sovellutukseen, joten pilviä jouduttiin tunnistamaan myös manuaalisesti.

Menetelmä sovellettavissa kaikille merialueille

Käytettyä menetelmää voidaan käyttää ohuen jään paksuuden määrittämiseksi kaikilla merialueilla. Itämerellä menetelmää on jo testattu, mutta Itämeren alueella pilvisyys estää kuitenkin usein paksuuden laskennan. Menetelmän käyttö Itämerellä vaatii luotettavan automaattisen tavan poistaa pilvet yöajan satelliittikuvista.

Ohuen merijään paksuutta voi arvioida MODIS-spektrometrin infrapunakuvista lasketusta jään pintalämpötilasta ja merijään lämpötasopainoyhtälöstä. Osa yhtälön lämpövuotekijöistä saadaan HIRLAM-säämallin datasta. Ohuen jään pintalämpötila riippuu voimakkaasti sen paksuudesta. Paksuuden arviointi toimii parhaiten yöaikaan, jolloin auringon säteilyvuot puuttuvat. Toinen ajankohta ovat kovat pakkaset, jolloin ohuen jään pintalämpötilan ja ilmanlämpötilan ero on suuri. MODIS-pohjaisten jäänpaksuuskarttojen pikselikoko on yksi kilometri.

Tutkimuksen rahoittivat TEKES ja Ilmatieteen laitos.

Lisätietoja:

Marko Mäkynen, puh. 050 568 7758, marko.makynen@fmi.fi

Hiilidioksidipitoisuus ylitti 400 ppm – onko se tärkeää?

Viime aikoina mediassa on kohistu siitä, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on ylittänyt 400 ppm. Asian merkitystä on mediassa liioiteltu. Kyseisellä lukemalla ei ole kovin tärkeää merkitystä tieteellisessä kirjallisuudessa, eikä se myöskään ole historiallisessa mielessä tärkeä, sillä ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on ylittänyt historialliset rajat aikoja sitten ja sen jälkeen tehnyt uuden ennätyksen vuosittain. Tämä kehitys jatkuu edelleen.

Kuva 1. Ennätysmurskajaiset.

Tämä asia onkin herättänyt huomiota lähinnä siksi, että kyseessä on tasaluku. Tosin se on tasaluku vain käyttämässämme desimaalilukujärjestelmässä. Jos käyttäisimme desimaalilukujen sijasta oktaalilukuja (8-kantainen lukujärjestelmä), olisimme nyt saavuttaneet 620 ppm:n rajan (400 on oktaalilukuna 620). Oktaaliluvuissa olisimme viimeksi saavuttaneet tasarajan silloin, kun ilmakehän hiilidioksidipitoisuus ylitti desimaalilukuna 384 ppm, joka oktaalilukuna on 600 ppm. Jos käyttäisimme heksalukuja (16-kantainen lukujärjestelmä, jossa desimaaliluku 400 on 190H), tasaluku olisi viimeksi ollut desimaalilukuna 256 ppm, joka heksalukuna on 200. Seuraava tasaluku heksajärjestelmässä olisi 200H, joka desimaalilukuna on 512 ppm. Desimaaliluku 400 on binäärilukuna (2-kantainen lukujärjestelmä) 110010000.

Pitoisuuden rajana 400 ppm on siis vain näennäinen tasaluku, joka johtuu käytössämme olevasta lukujärjestelmästä. Pitoisuuden tärkeänä rajana ei 400 ppm:ää ole juurikaan mainittu tieteellisessä kirjallisuudessa. Joissakin tutkimuksissa luku on esiintynyt. Esimerkiksi Billingsin ja muiden (1983) tundraekosysteemien reagointia hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistumiseen selvittelevässä tutkimuksessa yhdessä tutkimuskammioista pidettiin hiilidioksidipitoisuutena 400 ppm kun toisessa kammiossa oli 800 ppm. Tässä siis 400 ppm oli lähtötasona, eikä suinkaan merkittävänä kohderajana – ja tutkimus on julkaistu jo vuonna 1983.

Kuuluisan ilmastotutkijan James Hansenin ja kollegoiden (2008) tutkimuksessa 400 ppm mainitaan siinä yhteydessä, että tietyssä tulevaisuuden skenaariossa ilmakehän hiilidioksidipitoisuus pysyy suunnilleen alle 400 ppm:ssä. Tässä tutkimuksessa puhutaan myös merkityksellisemmistä rajoista. Hiilidioksidipitoisuus 450 ppm mainitaan rajana, jossa maapallo muuttuu jäästä vapaaksi (mutta ei tietenkään hetkessä). Hansen ja muut mainitsevat myös, että jos lämpeneminen halutaan rajata yhteen celsiusasteeseen, niin myös silloin ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden rajaksi saadaan 450 ppm. Heidän tutkimuksensa tulokset kuitenkin saavat Hansenin ja muut ehdottamaan paljon alempaa rajaa ilmakehän hiilidioksidipitoisuudelle. He ehdottavat, että pitoisuus tulisi laskea alle 350 ppm. Heidänkään mielestään 400 ppm ei näytä olevan kovinkaan merkityksellinen raja, koska he eivät sitä sellaisena mainitse.

Löytyy kuitenkin ainakin yksi tutkimus, joka käyttää 400 ppm:ää ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden rajana (Azar ja muut, 2010). Tosin tämän asian uutisoinnin yhteydessä ei ole puhuttu 400 ppm:stä rajana, jonka yli pitoisuus ei saisi mennä, vaan enimmäkseen on puhuttu ennätyspitoisuudesta, jota Guardianin artikkelissa kutsutaan “symboliseksi tärkeäksi”. YLE puhuu “haamurajasta” ja mainitsee tärkeimpänä kyseiseen rajaan liittyvänä asiana sen, että “hiilidioksidia on ilmakehässä nyt enemmän kuin koskaan ihmiskunnan historiassa”. On totta, että hiilidioksidia on tällä hetkellä ilmakehässä enemmän kuin koskaan ihmiskunnan historian aikana, mutta se ei tee 400 ppm:ää mitenkään merkittäväksi. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nimittäin nousi korkeimmaksi ihmiskunnan historiassa jo vuosikymmeniä sitten ja on sen jälkeen jatkuvasti noussut aina vain korkeammalle. Olisimme siis ihan yhtä hyvin voineet juhlia ihmiskunnan historian korkeinta ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta montakymmentä vuotta putkeen.

Selvitetäänpä vielä, milloin hiilidioksidi nousi ihmiskunnan historian korkeimmaksi. Moderni ihminen on ollut olemassa ainakin 200 000 vuotta. Katsotaan siis, mitä tutkimustieto kertoo ilmakehän hiilidioksidipitoisuudesta vaikkapa 500 000 vuoden ajalta:

Kuva 2. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus viimeisen 500 000 vuoden ajalta. Mustat pisteet esittävät suoraan ilmakehästä mitattuja pitoisuuksia, siniset pisteet jääkairanäytteistä mitattuja pitoisuuksia ja punaiset pisteet muiden proksien antamia pitoisuuksia. X-akselilla aika on esitetty vuosina ennen vuotta 1950, eli nolla on vuosi 1950 ja akselin oikeassa laidassa oleva -60 on vuosi 2010.

Kuvasta 2 nähdään, että ennen nykyistä tasaista nousua hiilidioksidipitoisuuden ennätys, 341 ppm, tehtiin noin 85 000 vuotta sitten yhden proksimittauksen mukaan. Tämän lukeman yli ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousi pysyvästi 1980-luvun alkuvuosina. Kyseinen lukema on kuitenkin vain yhdestä proksista ja jääkairanäytteiden pitoisuudet samalta ajalta ovat paljon pienempiä. Jos oletamme, että kyseinen pitoisuuslukema on virheellinen niin silloin nykyistä nousua edeltävä ennätys oli 300,4 ppm, joka syntyi noin 126 000 vuotta sitten. Tämän yli ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousi pysyvästi vuoden 1915 tienoilla.

Lehtijutuissa on myös kirjoittu siitä, että nyt ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousi yli 400 ppm:n ensimmäisen kerran kolmeen miljoonaan vuoteen. Tarkastellaan tilannetta lähemmin:

Kuva 3. Sama kuin kuva 1, mutta viimeisen 50 miljoonan vuoden ajalta.

Kuvasta 3 nähdään, että vaikka yksittäisiä yleisestä linjasta poikkeavia proksien antamia lukemia yli 400 ppm:n on myöhemminkin, niin pitoisuuden yleinen trendi näytti olevan näin korkealla viimeksi noin 25 miljoonaa vuotta sitten. Eli tästä olisi voinut repiä vielä dramaattisempia otsikoita. Toisaalta, jos katsomme myös yksittäisiä lukemia, niin jo miljoona vuotta sitten yksi proksilukema on yli 400 ppm, mutta se onkin ainoa viimeisen kolmen miljoonan vuoden aikana nykyaikaa lukuunottamatta. Lisäksi kyseisenä aikana muut proksilukemat ovat pienempiä. Tuolta ajalta yksittäisten lukemien välillä on tuhansia vuosia, joten emme voi sulkea pois mahdollisuutta, että miljoona vuotta sitten ilmakehän hiilidioksidipitoisuus olisi käynyt korkeammalla kuin nykyään. Kyseinen kolmen miljoonan vuoden väite ei siis myöskään näyttäisi pitävän paikkaansa.

Asiaan liittyy kuitenkin paljon epävarmuuksia ja ainakin yhdessä tutkimuksessa (Seki ja muut, 2010) ilmakehän hiilidioksidipitoisuus kolme miljoonaa vuotta sitten todella oli hetkellisesti hiukan yli 400 ppm. Nykyinen 400 ppm:n ylitys ei myöskään ole vielä varma. Kasvillisuuden toiminnan vuodenaikaisvaihtelusta aiheutuvan vuotuisen vaihtelun takia pitoisuus tulee todennäköisesti vielä laskemaan tänä vuonna alle 400 ppm ja keskimääräisen pitoisuuden 400 ppm:n ylitysajankohta ei ole vielä tiedossa. Näköpiirissä ei tosin ole mitään asiaa, joka rajan lopullisen ylityksen voisi estää. Mittauksissa on myös epävarmuutta ja ensimmäinen ylitysuutinen otettiinkin jo takaisin tarkistusten jälkeen.

Hiilidioksidi on ilmakehässä hyvin sekoittunut kaasu, mutta sen pitoisuus vaihtelee silti alueellisesti jonkin verran riippuen siitä, miten lähellä voimakkaita hiilidioksidin lähteitä (kuten esimerkiksi kaupunkeja) tai nieluja on.

Ilmatieteen laitoksen johtaja Mikko Alestalo kertoo: “Ilmatieteen laitoksen mittausasemalla Pallaksella (Sammaltunturilla) hiilidioksidin kuukausikeskiarvot ylittivät ensimmäisen kerran 400 ppm huhtikuussa 2012. Pitoisuudet ovat mantereilla, missä antropogeeniset CO2-lähdealueet pääsosin ovat, korkeammat kuin merillä. Vastaavasti pohjoisen pallonpuoliskon pitoisuudet kulkevat eteläisen edellä. Viimeisimpänä eventtinä 400 ppm rikkoutuu eteläisen pallonpuoliskon eteläisillä leveysasteilla, johon kulunee vielä jokunen vuosi.”

Lähteet:

Christian Azar, Kristian Lindgren, Michael Obersteiner, Keywan Riahi, Detlef P. van Vuuren, K. Michel G. J. den Elzen, Kenneth Möllersten, Eric D. Larson, The feasibility of low CO2 concentration targets and the role of bio-energy with carbon capture and storage (BECCS), Climatic Change, May 2010, Volume 100, Issue 1, pp 195-202, DOI: 10.1007/s10584-010-9832-7. [tiivistelmä, koko artikkeli]

W. D. Billings, J. O. Luken, D. A. Mortensen, K. M. Peterson, Increasing atmospheric carbon dioxide: possible effects on arctic tundra, Oecologia, June 1983, Volume 58, Issue 3, pp 286-289, DOI: 10.1007/BF00385225. [tiivistelmä]

James Hansen, Makiko Sato, Pushker Kharecha, David Beerling, Robert Berner, Valerie Masson-Delmotte, Mark Pagani, Maureen Raymo, Dana L. Royer and James C. Zachos Pp 217-231, Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity Aim? The Open Atmospheric Science Journal, DOI: 10.2174/1874282300802010217. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Osamu Seki, Gavin L. Foster, Daniela N. Schmidt, Andreas Mackensen, Kimitaka Kawamura and Richard D. Pancost, Alkenone and boron-based Pliocene pCO2 records, Earth and Planetary Science Letters, Volume 292, Issues 1-2, 15 March 2010, Pages 201-211, doi:10.1016/j.epsl.2010.01.037. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Hiilidioksidipitoisuus ylittänyt Pallaksella 400 ppm:n tason

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Maailman ilmatieteen järjestö WMO on raportoinut, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on ylittänyt 400 ppm:n tason useilla mittauksia tekevillä asemilla.

Kuva: Juha Hatakka, Ilmatieteen laitos.

Hiilidioksidipitoisuuden on ylittänyt 400 ppm:n tason usealla Maailman ilmatieteen järjestön WMO:n Global Atmosphere Watch -verkosto (GAW) kuuluvalla asemalla. Tuon tason ylittymistä pidetään merkittävänä symbolisena rajapyykkinä ja ylittyminen muistuttaa jatkuvasta kasvihuonepäästöjen lisääntymisestä. Kuukausittaisella tasolla Ilmatieteen laitoksen Pallaksen asemalla ylitettiin 400 ppm:n taso huhtikuussa 2012.

Suurin osa siitä on peräisin fossiilisten polttoaineiden käytöstä. Hiilidioksidi on tärkein pitkäikäisistä kasvihuonekaasuista. Kasvihuonekaasujen lisääntyvät pitoisuudet ilmakehässä kiihdyttävät ilmastonmuutosta. Pitoisuudet edustavat sitä osuutta kasvihuonekaasuista, joka jää ilmakehään biosfäärin ja valtamerten sidottua osan päästöistä. GAW-asemat raportoivat kasvihuonekaasujen pitoisuuksista ilmakehässä, ei niiden päästöistä.

Raja rikottu usealla eri asemalla

Toukokuun 9. päivänä mitattiin lähes 400 ppm:n lukemat Mauna Loan asemalla, Hawaijilla. Mauna Loan asema on vanhin jatkuvia ilmakehähavaintoja tuottava taustamittausasema maailmassa ja se toimii esimerkkinä monille muille asemille. Useat muut GAW-asemat ovat raportoineet 400 ppm:n ylittyneen jo aiemmin. Pitoisuudet nousevat pohjoisella pallonpuoliskolla korkeiksi joka kevät ennen kuin kasvillisuus alkaa sitoa hiilidioksidia.

Kynnys on ylittynyt monella pohjoisen pallonpuoliskon asemalla. Myös Ilmatieteen laitoksen Pallaksen asemalla 400 ppm:n raja ylitettiin ensimmäistä kertaa huhtikuussa 2012. Ylityksiä havaittiin samaan aikaan mm. Alaskan Barrown ja Alertin asemilla Yhdysvalloissa ja Kanadassa sekä vuoden 2013 puolella Ny-Ålesundissa Norjassa. Myös lähempänä päiväntasaajaa on 400 ppm:n raja ylitetty huhtikuussa 2013 ainakin Izañassa Kanarian saarilla.

Suomessakin havaitaan kasvihuonekaasujen pitoisuuksien jatkuva nousu

WMO:n Global Atmosphere Watch -verkosto (GAW) kattaa yli 50 maata ja tuottaa tarkkoja mittaustuloksia, jotka luovat pohjan sille, kuinka ymmärrämme kasvihuonekaasujen pitoisuuksia sekä niiden lukuisia lähteitä, nieluja ja ilmakehässä tapahtuvia kemiallisia muutoksia.

Ilmatieteen laitos on osallistunut GAW-ohjelmaan vuodesta 1994 lähtien. Ilmatieteen laitoksen ylläpitämä GAW-mittausasema sijaitsee Sammaltunturin laella Ylläs-Pallas-tunturin kansallispuistossa. Vastaavia mittauksia tehdään tällä hetkellä myös Siperian Tiksiin perustetulla Ilmatieteen laitoksen ylläpitämällä asemalla.

Hiilidioksidipitoisuuksien kasvu näkyy myös Ilmatieteen laitoksen Pallaksella tekemissä mittauksissa. Pallaksen pitoisuuksien nousua on noin 2,0 ppm vuodessa. ”Kasvu jatkui myös viime vuonna. Mittauksissa erottuu myös selkeästi vuodenaikaisvaihtelu, sillä kasvukaudella metsät toimivat voimakkaana hiilinieluna, mutta syksyllä ja talvella vuorostaan maaperä hiilen lähteenä”, tutkimusprofessori Ari Laaksonen kertoo.

Kasvihuonekaasujen lisääntyvät pitoisuudet ilmakehässä kiihdyttävät ilmastonmuutosta. Pitoisuudet edustavat sitä osuutta kasvihuonekaasuista, joka jää ilmakehään biosfäärin ja valtamerten sidottua osan päästöistä. GAW-asemat raportoivat kasvihuonekaasujen pitoisuuksista ilmakehässä, ei niiden päästöistä.

Lisätietoja:

Tutkimusprofessori Ari Laaksonen, puh.029 539 5530, ari.laaksonen@fmi.fi
Erikoistutkija Tuula Aalto, puh. 029 539 5406, tuula.aalto@fmi.fi

http://ilmatieteenlaitos.fi/kasvihuonekaasujen-tutkimus

Energiaa rautalangasta? Kolme kirjaa tulevasta energiakriisistä

Ilmastokysymyksen ratkaisemisen kannalta keskeisessä roolissa on energiantuotannon muuttaminen vähähiiliseksi. Miten tämä tehdään ja mitä rajoituksia eri energianmuotoihin voi liittyä, onkin sitten monimutkaisempi kysymys. Perustietoa voi nyt hakea kolmesta viime vuosina ilmestyneestä suomenkielisestä energiakirjasta.

 

Kolme suomenkielistä kirjaa energiasta: Ihmiskunnan energiakriisi, Valomerkki ja Suomi öljyn jälkeen.

Yksi tämän vuosituhannen alkupuolen tärkeimmistä yksittäisistä kysymyksistä on energia. Maailman väkiluvun ennustetaan kasvavan 9–10 miljardiin vuoteen 2050 mennessä, ja kaikki merkit viittaavat siihen, että nämä miljardit ihmiset kaipaavat samoja asioita kuin mekin: edullisen, luotettavan energian mahdollistamaa hyvinvointia. Samaan aikaan maailman energiavarat ovat hupenemassa, kun helposti hyödynnettävät fossiiliset energianlähteet – mitkä nykyisin kattavat jo liki 85% maailman energiankulutuksesta – toisaalta hupenevat, toisaalta pahentavat entisestään liki sietämättömiä ympäristövahinkoja.

Tietoisuuden lisääntyminen tästä aikamme kenties tärkeimmästä kysymyksestä on alkanut näkyä ilahduttavasti myös suomenkielisessä tietokirjallisuudessa. Tyydyttävän energiatietoisuuden hankkiminen ei olekaan enää kielitaidosta kiinni, sillä Jorma Keskitalon faktapitoisen, hyvän mutta hieman kuivahkon Ihmiskunnan energiakriisin (Gaudeamus, 2011) jälkeen aihetta on käsitellyt myös Jussi Laitinen kirjassaan Valomerkki (Atena, 2012), ja nyt uusimpana tulokkaana vuorossa on Rauli Partasen, Harri Paloheimon ja Heikki Wariksen Suomi öljyn jälkeen (Into, 2013).

Kaikkien kolmen kirjan perusviesti on sama: ihmiskunnalla on edessään ehkäpä sen kaikkien aikojen suurin haaste, kun yhteiskuntamme perustana ollut edullinen, fossiilinen energia käy vähiin ja samalla sen vähäinenkin käyttäminen vaikeutuu, kun tietoisuus fossiilisten polttoaineiden aiheuttamista ympäristötuhoista leviää. Siinä missä Ihmiskunnan energiakriisi paneutuu laaja-alaisesti ja kriittisesti mutta silti ilahduttavan kiihkottomasti energian tuotantoon ja sen ympäristöongelmiin, Valomerkki ja Suomi öljyn jälkeen keskittyvät tavallista ihmistä lähempänä olevaan ongelmakenttään: miten käy helpon elämän, kun edullinen energia käy syystä tai toisesta vähiin – ja kuinka lähellä loppu on. Yksin tästä syystä niille voi ennustaa merkittävästi laajempaa suosiota kuin ansioistaan huolimatta oppikirjamaiselle Ihmiskunnan energiakriisille, mutta kirjat ovat lukemisen arvoisia myös muista syistä.

Tärkein näistä syistä on se, että kirjat vääntävät rautalangasta, miten edullinen energia on yhteydessä talouteen. Nykyaikainen talousjärjestelmä kun perustuu voittopuolisesti ihmisten ja eläinten työpanoksen korvaamiseen ylimääräisellä energialla, ja talouskasvu on käytännössä tämän ylimääräisen energian käytön kasvattamista. Teknologia ja koneet ovat oleellisesti ottaen tapoja muuttaa energiaa ihmisten arvostamiksi hyödykkeiksi; tekniikan kehitys höyrykoneesta eteenpäin onkin tarina siitä, miten ei-ihmisperäistä energiaa käytetään asioihin, joihin sitä ei ole aiemmin käytetty, tai miten enemmän energiaa voidaan muuttaa hyödykkeiksi vähemmässä ajassa. Pankki- ja luottojärjestelmineen talousjärjestelmä muistuttaakin enenevässä määrin pyramidihuijausta, jonka taustalla on luottamus talouskasvun jatkumiseen. Kun energia käy vähiin, talouden kone alkaa yskiä ja voi lopulta tikahtua oman mahdottomuutensa käynnistämään ketjureaktioon. Samaan aikaan pahenevat ympäristöongelmat voivat vain vaikeuttaa sopeutumista, kuten Jussi Laitisen mainio esimerkki havainnollistaa: on kuin joutuisimme vaihtamaan matkustajakoneen polttoaineen lennon aikana, samalla kun vaihdamme moottorit ja lennämme läpi aikaisemman polttoaineen aiheuttaman hirmumyrskyn.

Valomerkki käsittelee energian roolia laajemmin, huomioiden öljyn lisäksi periaatteessa tasapuolisesti kaikki muutkin energianlähteet. Tämä on kirjan vahvuus, mutta samalla myös heikkous: energiakysymys on kokonaisuutena monimutkainen eikä sen tiivistäminen yhteen 240-sivuiseen kirjaan ole helppoa. Erityisen ansiokasta kirjassa on kriittinen keskustelu ehdotettujen ratkaisujen kuten uusiutuvan energian sekä energiansäästön rajoista. Huomion ansaitsee etenkin tiettävästi ensimmäinen suomenkielinen ja kansantajuinen selvitys rebound-ilmiöstä, jonka johdosta säästetty energia saatetaan hyvin vain käyttää jossain muualla. Kirjassa myös esitetään hyvin perusteltuja epäilyksiä kunnianhimoisten uusiutuvan energian suunnitelmien toteutumiskelpoisuudesta ja puhkotaan armotta tiettyjä hellittyjä käsityksiä, kuten pienten tekojen merkitys: esimerkiksi kännykän laturin irroittaminen seinästä ei käytännössä auta juuri mitään. Tälläisiä realistisia puheenvuoroja kaivataankin kipeästi keskustelussa, jota ovat tähän saakka hallinneet lähinnä konservatiivisen, fossiilisista luopumista vastustavan teollisuuden business as usual-mielipiteet ja uusiutuviin kritiikittömästi suhtautuvien kansalaisjärjestöjen kannanotot, jotka voisivat usein olla suoraan tuuli- ja aurinkoenergiateollisuuden lobbareiden kirjoittamia. Jälkimmäisestä hyvänä esimerkkinä on Greenpeacen energiavallankumous-skenaario, jonka viimeisimmän version kolmesta pääkirjoittajasta kaksi onkin uuden energiateollisuuden etujärjestöjen GWEC:in ja EREC:in työntekijöitä; lisäksi laskelmien ja kustannusarvioiden taustalla olevat pohjatiedot tulevat suoraan kyseisiltä etujärjestöiltä.

Hyvässäkin kirjassa on kuitenkin väistämättä puutteita, eikä edes Valomerkki ole poikkeus. Energiakysymystä laajalti käsittelevältä kirjalta toivoisi suurempaa paneutumista uusiutuvien todennäköisesti merkittävimpään ongelmaan, energiantuotannon tasapainottamiseen ja/tai varastointiin. Jos näitä erittäin vaikeita teknisiä ongelmia ei kyetä tyydyttävästi ratkaisemaan jo lähivuosikymmeninä, maailman energiannälkää ei yksinkertaisesti kyetä ratkaisemaan uusiutuvilla riittävän nopeasti ilmastokatastrofin torjumiseksi. Suurin havaitsemani virhe on kuitenkin ydinenergian hyvin yksipuolinen käsittely ja ydinvoimaa lähtökohtaisesti vastustavien kirjoittajien väitteiden nieleminen sellaisinaan. Kirjassa toistetaankin kritiikittä sekä vääriä, harhaanjohtavia että merkityksettömiä väitteitä, kuten Fukushiman uhrien määrä (kirjan mukaan jopa 440 000, kun pessimistisetkin vertaisarvioidut laskelmat pääsevät enintään 1300 ja todennäköisemmin 130 uhriin 50 vuoden kuluessa), uraania tehokkaammin käyttävien hyötöreaktoreiden poikkeuksellinen vaarallisuus (tosiasiassa esitetyt hyötöreaktorit olisivat käytännössä todennäköisesti nykyisiä kevytvesireaktoreita merkittävästi turvallisempia) ja ydinvoiman rakentamisen erityisen suuri aineellinen jalanjälki (tosiasiassa nykyisenkin kaltaisella ydinvoimalla tuotettu yksikkö energiaa vaatii enintäänkin kolmanneksen tuulivoimalla tuotetun vastaavan energiayksikön vaatimasta materiaalista). Vaikka väitteet ovatkin yleisiä, tietokirjalta odottaisi parempaa lähdekritiikkiä. Vastaavia lapsuksia en muita energiamuotoja käsitelleistä osista havainnut, mutta ne heittävät väistämättä epäilyksen varjon muidenkin väitteiden ylle.

Valomerkkiin ja Ihmiskunnan energiakriisiin verrattuna Suomi öljyn jälkeen keskittyy tiukasti kolmeen asiaan: Suomi, öljy, ja (edullisen) öljyn loppu. Tämä on kirjan ehdoton vahvuus ja se, mikä tekee juuri tästä kirjasta sen yhden energiakirjan, minkä jokaisen – etenkin jokaisen päättävissä asemissa olevan – soisi lukevan. Kirjassa on paitsi kerrottu yleisellä tasolla öljyhuipusta, myös kartoitettu oman tutkimuksen ja asiantuntijahaastattelujen avulla ennennäkemättömän kattavasti öljyn merkitystä Suomelle ja vaihtoehtojamme öljyn käydessä vähiin. Lyhyesti sanoen, öljy on mahdollisesti tärkein elämäntapaamme vaikuttava yksittäinen raaka-aine, eikä meillä ole juuri mitään hyvää vaihtoehtoa sen tilalle. Ongelmaa mutkistaa se, että vaihtoehtoiset energiamuodot eivät pääsääntöisesti kykene suoraan korvaamaan öljyä, tuota erinomaisen kätevää nestemäistä polttoainetta.

Yksi asia on tehtävä selväksi: öljyhuipusta puhuttaessa kysymys on siis edullisen öljyn hupenemisesta, ei öljyn loppumisesta. Kun öljyä joudutaan hankkimaan entistä hankalammista lähteistä, yhä enemmän energiaa ja rahaa kuluu sen hankkimiseen, ja yhä vähemmän öljyn energiasta voidaan käyttää muuhun. Kirjan mukaan tällä hitaasti kroonistuvalla öljykriisillä tulee olemaan vakavia vaikutuksia etenkin teollisuusmaiden talouksiin. Kehittyvät taloudet kärsivät vähemmän: maissa, joissa öljyä käytetään vielä vähän, jokaisesta lisäöljytipasta saadaan irti enemmän iloa kuin täällä pohjoisessa, joten niillä on – kenties intuition vastaisesti – varaa maksaa öljystä enemmän. Öljyn hinta on taas yhteydessä talouden tilaan: hinnan noustessa talous alkaa yskimään.

Huono uutinen on siis se, että öljylle ei ole olemassa helppoja korvikkeita ja vaikeidenkin riittävyys on kyseenalainen. Edes metsäisen ja harvaanasutun Suomen kaikesta biomassasta puristettavissa oleva bioöljy ei riittäisi edes oman kulutuksemme korvaamiseen, saati sitten vientiin. Jos samaan aikaan tavoitteena on myös ympäristönsuojelu ja maapallon elinkelpoisuuden säilyttäminen vielä 2100-luvulla, vaihtoehtoja on vielä vähemmän. Lisäksi vaihtoehdot ovat pääasiassa tapoja siirtää muualla tuotettua energiaa kätevämmässä, esimerkiksi nestemäisessä muodossa. Ne siis eivät ole energian lähteitä, kuten öljy on. Kirjan johtopäätös onkin pessimistinen: ellei ihmiskunta koe äkillistä valaistumista, on todennäköistä, että kroonisesti kriisiytyvässä taloudessa ympäristöarvoista tulee ylimääräistä luksusta, ja öljynkorvikkeet – huonotkin – tullaan käyttämään hetkellisen helpotuksen toivossa. Samalla kalliimmat mutta vähäpäästöisemmät vaihtoehdot käyvät entistä hankalammiksi toteuttaa, koska niiden etupainotteisiin investointeihin ei talouskaaoksen oloissa saataisi kerättyä rahoitusta. Tämä tarkoittaisi käytännössä mm. ilmastotalkoiden lopullista loppua.

Tätä kohtalonyhteyttä ei näe juuri lainkaan käsiteltävän kotimaisessa energiakeskustelussa, joka on jumiutunut fossiilisten polttoaineiden tuotantohuippua huomioimattomiin sähkönkulutusennusteisiin ja eri energianlähteiden lyhyen tähtäimen hintakehitykseen. Kaiken hyväksi energiakeskustelu on hiilidioksidipäästöjä lukuunottamatta pitkälti irrallaan ympäristönsuojelukeskustelusta, mikä lieneekin taustalla siinä, että samat poliitikot voivat vaatia sekä metsien suojelun vahvistamista että biomassan polton merkittävää lisäämistä – mitkä ovat kaksi keskenään ristiriitaista tavoitetta. Lieneekin todennäköistä, että sekä viralliset strategiat että kansalaisjärjestöjen vaihtoehdot aliarvioivat pahasti tulevan energiapulan; kuten kirjassa todetaan, numeroiden valossa on vaikea ymmärtää, miten meillä tuntuu edelleen olevan varaa vastustaa kaikkia vaihtoehtoisia energianmuotoja tuulivoimasta ydinvoimaan.

Kirjan sanoma tulee varmasti herättämään keskustelua ja vastustustakin, eikä se välttämättä ole viimeinen totuus. Kirjoittajat toteavatkin olevansa tyytyväisiä, mikäli he ovat väärässä. Mutta pelkästään mahdollisuus siitä, että he ovatkin oikeassa, on riittävä syy lukea kirja.

Jorma Keskitalo: Ihmiskunnan energiakriisi

Gaudeamus, 2011

232 s.

Jussi Laitinen: Valomerkki: Energiapula ja makean elämän loppu

Atena, 2012

240 s.

Rauli Partanen, Harri Paloheimo ja Heikki Waris Suomi öljyn jälkeen

Into, 2013

300 s.

Puun polttaminen näkyy Helsingin ilmanlaadussa

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Ilmatieteen laitoksen mukaan pienhiukkasten pitoisuuksiin Helsingissä vaikuttavat lukuisat paikalliset lähteet, kuten puunpoltto sekä muualta kaukokulkeutuneet ilmansaasteet.

Ilmatieteen laitos on tutkinut pienhiukkasten koostumusta ja lähteitä SMEAR III -asemalla Helsingin Kumpulassa. Tulokset osoittivat, että orgaanisen hiilen paikalliset lähteet Helsingin paikallisilmassa olivat puunpoltto, liikenne, biogeeniset hiukkaset sekä aika ajoin kahvinpaahtimosta syntyneet pienhiukkaspäästöt. Tämän lisäksi ison osan päästöistä muodostivat muualta, kuten Etelä-Euroopan metsäpaloista ja merialueilta, kaukokulkeutuneet hiukkaset.

Pienhiukkasista tietoa reaaliajassa

Orgaaninen hiili on ollut lukuisten tieteellisten tutkimusten kohteena viime aikoina. Vaikka orgaaninen hiili on yksi pienhiukkasten pääkomponenteista, sen kemiallinen koostumus, lähteet ja terveysvaikutukset tunnetaan edelleen huonosti. Ilmatieteen laitos on tutkinut pienhiukkasten orgaanisen hiilen lähteitä ja ominaisuuksia aerosolimassaspektrometrillä, joka pystyy määrittämään pienhiukkasten kemiallisen koostumuksen hyvin tarkalla aikaresoluutiolla.

Aerosolimassaspektrometri kertoo myös hiukkasten alkuainekoostumuksen eli hiilen, typen, hapen, rikin ja vedyn määrän hiukkasissa. Selvä ero pienhiukkasten alkuainekoostumuksessa huomattiin paikallisten ja kaukokulkeumalähteiden välillä. Kaukokulkeutuneiden hiukkasten havaittiin olevan selkeästi hapettuneempia ja vesiliukoisempia kuin paikallisista lähteistä peräisin oleviin hiukkasiin verrattuna. Tämän tulkittiin osoittavan, että pienhiukkaset hapettuessaan ja ilmakehässä prosessoituessaan muuttuvat vesiliukoisemmiksi. Hiukkasten vesiliukoisuuden on todettu lisäävän hiukkasten kykyä toimia pilvipisaroiden tiivistymisytiminä ja vaikuttavan siten pilvien muodostumiseen ja ilmastoon.

Lisätietoja:

Tutkimusprofessori Risto Hillamo, puh.029 539 5500, risto.hillamo@fmi.fi

Tutkija Hilkka Timonen, hilkka.timonen@fmi.fi

Porojen laiduntaminen vaikuttaa lumen sulamisnopeuteen tundra-alueilla

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Poronhoitotalouden avulla voidaan suojella tundra-alueita ja siirtää lumen sulamista myöhemmäksi keväällä.

Kuva: Eija Vallinheimo, Ilmatieteen laitos.

Lumen hitaampi sulaminen vaikuttaa maanpinnan albedon määrään ja sitä kautta maapallon energiatasapainoon.

Ilmaston lämpenemisen myötä kasvillisuus on lisääntynyt pohjoisilla tundra-alueilla, koska kasvit selviävät sellaisissa paikoissa, joissa olisi ennen ollut liian kylmä. Kasvillisuuserot Suomen ja Norjan välillä johtuvat pääasiassa porojen eri laidunnusmenetelmistä. Porojen laiduntaminen voi hidastaa tai jopa estää alueiden liiallista pensastumista ja muuttumista metsäksi, sekä vaikuttaa maan pinnan lämpenemiseen sulamiskaudella.

Ilmatieteen laitoksen tutkimuksessa selvitettiin satelliittihavaintojen avulla porojen laiduntamisen vaikutusta lumen sulamisen ajankohtaan ja sitä kautta myös maan pinnan albedoon pohjoisilla tundra-alueilla. Satelliittihavaintoja kerättiin sulamiskausilta (maaliskuu–kesäkuu) vuosilta 2000–2011.

Norjassa lumi sulaa nopeammin kasvillisuuden takia

Tutkimuksessa havaittiin, että Norjan puolella lumi suli lähes aina aikaisemmin kuin Suomen puolella. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että Norjan puolella kasvillisuus on tiheämpää ja korkeampaa kuin Suomen puolella. Myös muut lumen sulantaan mahdollisesti vaikuttavat tekijät, kuten lämpötila, sadanta ja auringon säteily otettiin tutkimuksessa huomioon.

Ero lumen sulamisessa Suomen ja Norjan välillä vaikuttaa maan pinnan albedoon, joka oli sulamiskaudella lähes aina suurempi Suomen puolella. Kasvillisuuden vähentäminen tai paljaan tundran säilyttäminen voisi lykätä lumen sulamista keväällä, mikä puolestaan vähentäisi maan pinnan lämpenemistä sulamiskaudella.

Maissa eri porotalousmenetelmät

Lumen aikaisempi sulaminen vaikuttaa suuresti maan pinnan heijastuvuuteen eli albedoon. Maan pinnan albedo vaikuttaa olennaisesti maapallon energiatasapainoon, koska se määrittää maan pinnalta heijastuneen ja pinnalla imeytyvän auringon säteilyn välisen suhteen. Lumen albedo on huomattavasti korkeampi kuin paljaan maan tai kasvillisuuden, koska lumi on kirkasta ja se heijastaa takaisin avaruuteen suurimman osan siihen säteilevästä auringon valosta. Sen sijaan lumeton maa on paljon tummempi, jolloin se imee suurimman osan siihen tulleesta auringon energiasta.

“Kasvillisuuserot Suomen ja Norjan välillä johtuvat pääasiassa porojen eri laidunnusmenetelmistä. Suomen puolella poroja laidunnetaan myös kesällä, mutta Norjan puolella porot vaeltavat kesäksi meren rannikolle. Pensaskasvuston kokoon ja tiheyteen vaikuttaa eniten juuri alkukesän laidunnus, koska silloin porot syövät kasvien versoja ja nuppuja, mikä hidastaa pensaiden kasvua. Lumen nopeampi sulaminen Norjan puolella johtuu siitä, että enemmän pensaiden oksia yltää lumen pinnan yläpuolelle. Tämä vähentää pinnan kokonaisalbedoa, koska oksat ovat huomattavasti tummempia kuin lumen pinta, jolloin aurinko lämmittää enemmän oksien ympärillä olevaa lunta ja maan pintaa. Joillakin alueilla laidunmaita erottavien poroaitojen eri puolilla kasvillisuuserot ovat jopa niin suuret, että ne voidaan selvästi havaita satelliittikuvista”, Ilmatieteen laitoksen tutkija Juval Cohen kertoo.

Tutkimuksessa laskettiin myös ero Suomen ja Norjan puolella imeytyvän auringon energian välillä sulamiskaudella, jotta voitaisiin paremmin ymmärtää porojen laiduntamisen vaikutusta maan energiatasapainoon. Laskelmien mukaan Norjassa imeytyvän auringon säteilyn määrä oli suurempi kuin Suomessa johtuen pienemmästä albedosta. 15.4 ja 15.5 välisenä aikana Norjan puolella imeytyvän auringon säteilyn määrä oli peräti 4.5 W/m2 suurempi kuin Suomen puolella. Norjan puolella 10 x 10 kilometrin kokoinen alue absorboi huhti- ja toukokuun aikana noin 1000 terajoulea enemmän auringon säteilyä kuin vastaavan kokoinen alue Suomen puolella. Tällaisella energiamäärällä voitaisiin sulattaa jääkuutio, jonka koko on noin 150 m x 150 m x 150 m.

Lisätietoja:

Tutkija Juval Cohen, puh. 029 539 2082, juval.cohen@fmi.fi
http://www.ncoetundra.utu.fi/

Väitöksessä tutkittiin lumisateen tutkamittausten tulkintaa

[Ilmatieteen laitoksen tiedote:]

Ilmatieteen laitoksen tutkija Jussi Leinonen väittelee sateen ja hydrometeorien rakenteen vaikutuksesta monitaajuustutkahavaintoihin.

© Jeanette Dietl – Fotolia.com

Väitöksessä tutkittiin korkeiden leveysasteiden sateen, erityisesti lumisateen, tutkamittausten tulkintaa ja laskennallista mallinnusta monitaajuustutkien näkökulmasta.

Sään ja ilmaston sekä niissä tapahtuvien muutosten seurantaan tarvitaan jatkuvia ja tarkkoja havaintoja, myös alueilta, joille ei ole pysyvää mittausverkostoa. Sateen mittaamiseen tällaisilla alueilla voidaan käyttää satelliiteissa olevia sadetutkia. Varsinkin napa-alueilla ja niiden lähistöllä tutkamittauksia hankaloittavat sateen keskimääräinen heikkous ja lumisateen yleisyys. Lumihiutaleiden monimutkaisen ja vaihtelevan rakenteen vuoksi on lumisateen tarkkaa voimakkuutta vaikea päätellä tutkan vastaanottamista signaaleista. Lumihiutaleiden muotoa on tämän vuoksi yritetty mallintaa erilaisilla yksinkertaistetuilla, keskimääräistä lumihiutaletta kuvaavilla malleilla. Näiden soveltamisessa millimetrialueen aallonpituuksien tutkiin, joita käytetään satelliiteissa, on kuitenkin ollut ongelmia.

Väitöstutkimuksessa selvitettiin, miten pohjoisten alueiden sateen tyypilliset ominaisuudet vaikuttavat sen voimakkuuden mittaamiseen sadetutkilla, painottaen erityisesti kahta tai useampaa taajuutta samanaikaisesti käyttäviä tutkia. Lumihiutaleiden erilaisten muotomallien käyttökelpoisuuden rajoja tutkittiin yhdistämällä lumihiutaleiden rakenteen fysiikkaa sähkömagneettisen sironnan laskennalliseen mallinnukseen, sekä analysoimalla sadetutkamittauksia teoriaa mallinnustuloksia soveltaen. Osoittautui, että yleisimmät muotomallit toimivat riittävän pitkillä aallonpituuksilla, mutta niistä ei saada yksiselitteisiä tuloksia lyhyemmillä aallonpituuksilla. Väitöstutkimuksessa annettiin yksinkertaistettua sähkömagneettista mallia käyttäen selitys sille, miksi näin on, ja esitettiin uudenlainen, laajemmin soveltuva tapa mallintaa lumihiutaleiden muotoa tutkasovellutuksissa.

Diplomi-insinööri Jussi Leinonen väittelee perjantaina 17. toukokuuta klo 12 Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa, salissa L, Otakaari 1, Espoo. Vastaväittäjä: Assistant Professor Tristan L’Ecuyer, University of Wisconsin-Madison, USA

Lisätietoja:

Tutkija Jussi Leinonen, jussi.leinonen@fmi.fi

Elektroninen väitöskirja: http://lib.tkk.fi/Diss/2013/isbn9789516977785/isbn9789516977785.pdf