Lonnie Thompsonin haastattelu, osa 4/4

[osa 1, osa 2, osa 3]

Olet kutsunut jäätiköitä ilmaston lämpenemisen kanarialinnuiksi kaivoksessa. Ne antavat merkkejä tulevasta. Mikä odottaa jäätiköitä ja erityisesti trooppisia jäätiköitä tulevaisuudessa? Onko jäätiköiden kannalta jo liian myöhäistä vai päätyvätkö ne kaikki sinun pakastimeesi?

Uskoakseni monet niistä tulevat valitettavasti katoamaan. Meiltä on ilmestymässä tutkimusartikkeli Proceedings of the National Academy of Sciences –lehdessä Kilimanjaron jäätiköstä. Ajoimme sinne vuonna 2000 ja Furtwängler-jäätikkö ja kraateri on menettänyt 50 prosenttia jäämassastaan vuoden 2000 jälkeen, eli yhdeksässä vuodessa. Se jäätikkö tulee katoamaan vuoteen 2018 mennessä. Näemme samanlaisia asioita tapahtuvan jäätiköille täällä Perussa.

Vaikka ihmiskunta heräisikin ja päättäisi tehdä jotain ilmastonmuutokselle, meillä on jo 0,6 – 0,7 celsiusasteen verran lämpenemistä järjestelmässä, koska kasvihuonekaasujen pitoisuuksien nousun ja sen aiheuttaman lämpenemisen välillä on noin 20 – 30 vuoden viive. Siksi monien jäätiköiden kohtalo on jo sinetöity. Ne tulevat katoamaan ja niiden sisältämä tieto historiasta katoaa niiden mukana.

Mitä se tarkoittaa ihmiskunnalle? Kioton protokollan aikakausi on päättymässä ja uudet ilmastoneuvottelut ovat alkamassa. Mitä trooppiset jäätiköt meille lopulta opettavat?

Nähdäkseni jäätiköiden viesti on selvä esimerkiksi Perussa ja Intiassa. On katsottava, miten jäätiköiden menetykseen voidaan sopeutua ja miten tehdään itse se, minkä jäätiköt tekivät ilmaiseksi.

Sanoit, että jäätiköt tarjosivat muun muassa vesihuollon ilmaiseksi. Tekevätkö ne myös muita asioita?

Ne tarjoavat elinympäristön monille kasveille, eläimille ja ihmisille, jotka asuvat jäätiköiden lähellä. Jäätiköiden lähellä asuvat ovat sopeutuneet elämään jäätiköiden kanssa. Ne ovat osa heidän ympäristöään ja tärkeä osa. Peru on tässä mielessä haavoittuvaisempi kuin monet muut paikat. Perussa 80 prosenttia väestöstä elää Andien kuivalla puolella aavikkoalueilla. Perussa 76 prosenttia sähköstä tulee vesivoimasta. Suurin osa vesivoiman käyttämistä joista alkaa Andien jäätiköistä. Nämä järjestelmät ovat uhattuna erityisesti kuivan kauden aikana, jos jäätiköt katoavat. Tropiikissa on 2 – 4 kuukauden ajanjakso, joka oikeastaan määrittelee kokonaan alueen sadannan. Tähän asti jäätiköt ovat toimineet jokien virtauksen ylläpitäjänä kuivan kauden aikana. Ne syöttävät vettä vesivoimalaitoksille, kasteluun ja kunnalliselle vesihuollolle. Nuo kaikki ovat uhattuina jäätiköillä tapahtuvien muutoksien takia.

Mitä me voimme tehdä ja mitä meidän pitäisi tehdä tulevaisuutta silmällä pitäen?

Meidän täytyy miettiä keinoja varastoida vettä sadekaudella ja vapauttaa sitä kuivan kauden aikana. Tässä tulee kysymykseen jonkinlainen patojärjestelmä veden varastointiin. On myös katsottava mihin ihmiset muuttavat. Meillä on samoja ongelmia Yhdysvalloissa. Monet ihmiset muuttavat Lounais-Yhdysvaltoihin Etelä-Kaliforniaan, missä on jo nyt ongelmia veden kanssa ja ne tulevat vain pahenemaan ilmastonmuutoksen myötä. Perussa vesi on Andien itäpuolella. Jos minä olisin suunnittelemassa asioita, suunnittelisin rakentavani kaupunkeja sille puolelle vuoristoa, enkä jatkaisi kasvua lännen aavikkoalueille.

Vaikuttavatko jäätiköt veden kiertoon Amazonin alueella ja uhkaako jäätiköiden sulaminen siten myös Amazonin aluetta?

Sellainen uhka varmasti on olemassa. Quelccaya-jäätikön vedet virtaavat Titicaca-järveen ja Amazonjokeen Urubambajoen kautta. Urubambajoessa on Macchu Picchun vesivoimalaitos, joka tuottaa sähköä Keski-Perulle. Siellä virtaavan veden määrä tulee vähenemään kuivalla kaudella.

Voimme myös katsoa joitakin täällä Limassa tehtyjä suunnitelmia menetettävän veden korvaamiseksi. Näihin kuuluu muun muassa tunnelien rakentaminen Andien läpi. Niillä kerättäisiin Amazoniin menevä vesi ja siirrettäisiin se takaisin länteen. Amazoniin menisi silloin vähemmän vettä, mikä vaikuttaisi koko Amazonin altaaseen. Kaikki nämä järjestelmät ovat siis yhteydessä toisiinsa. Jos joltain alueelta otetaan vettä, niin se on pois veden alajuoksulla asuvilta ihmisiltä.

Puhuit maapallon lämpenemis- ja viilenemissykleistä, jotka riippuvat maapallon ratamuutoksista. Puhuit myös mullistavan tapahtuman mahdollisuudesta. Jos ilmaston lämpeneminen johtuu näistä tekijöistä, niin vapauttaako se meidät vastuusta kasvihuonekaasujen osalta? Olemmeko niin vastuullisia ilmaston lämpenemisestä kuin sanotaan ja jos suuria ilmastonmuutoksia tulee tapahtumaan meistä huolimatta, niin miksi meidän pitäisi välittää?

Mayojen kalenteriin liittyy paljon tuntemattomia asioita ja sen tulkinta riippuu siitä, kenen arkeologin kanssa asiasta puhutaan. On kuitenkin varmaa, etteivät mayat tienneet ihmiskunnan väestön kasvavan 6,7 miljardin kokoiseksi, tai että kuluttaisimme niin paljon fossiilisia polttoaineita, että se vaikuttaisi merkittävästi ilmakehän koostumukseen. Maapallon järjestelmää tarkasteltaessa on ymmärrettävä, että sen toimintaan kuuluu luonnollisia tapahtumia. Kun luonnollisia tapahtumia tapahtuu, ihmisten täytyy reagoida niihin. Niitä ei pystytä kontrolloimaan.

Tämänhetkisen ongelman hienous on siinä, että me olemme luoneet sen itse. Koska se on meidän itsemme luoma ongelma, me voimme tehdä sille jotain. Mayoilla ei ollut mahdollisuutta tehdä mitään luonnollisille sykleille.

Nykytilanteeseen liittyen tutkijat ovat tarkastelleet kaikkia mahdollisia ilmastoon vaikuttavia asioita ja ainoastaan yksi asia on kyennyt selittämään nähdyt muutokset esimerkiksi lämpötiloissa ja jäätiköissä. Tuo yksi asia on ihmisen vaikutus, eli fossiilisten polttoaineiden käyttö. Koko maailman täytyy liittyä yhteen parantaaksemme teknologiaa, energiatehokkuutta ja suojelutoimenpiteitä, joilla voimme vähentää ihmiskunnan vaikutusta. Se on kuitenkin asia, jonka pystymme tekemään, koska me aiheutimme sen.

Fossiilisten polttoaineiden käyttö ulottuu enintään 1300 – 1400 -luvuille Euroopassa metsien kaadon ja teollistumisen myötä. Sitten tuli teollinen vallankumous, joka voimisti tätä prosessia. Geologisella aikaskaalalla se on hyvin lyhyt aika – puhumme muutamasta sadasta vuodesta kuluneiden miljoonien vuosien aikana. Mistä tiedämme, ettei kyseessä ole vain yksittäinen piikki, joka olisi saattanut tapahtua meistä huolimatta? Mistä tiedämme, että ihmisen vaikutus on todella niin tärkeä kuin sanot?

Olemme onnekkaita siinä mielessä, että meillä on jääkairanäytteitä erityisesti Etelämantereelta, jotka ulottuvat ajassa taaksepäin jopa yli 800 000 vuoden taakse. Niistä olemme kyenneet mittaamaan hiilidioksidin, metaanin ja dityppioksidin pitoisuudet ja näkemään luonnolliset syklit. Se on hämmästyttävää, kun sitä katsoo. Siinä näkyvät Milankovichin jaksot hiilidioksidin pitoisuudessa. Siinä näkyy, että niin aikoina, kun maapalloa on peittänyt jää, hiilidioksidipitoisuus on ollut 180 – 190 tilavuuden miljoonasosaa. Lämpimämpinä jaksoina, kun jääpeite oli vähentynyt, hiilidioksidipitoisuus nousi noin 300 miljoonasosaan. Nykyään ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on 386 miljoonasosaa. Emme ole nähneet sellaista 800 000 vuoteen siinä historiassa, mikä näkyy jääkairanäytteissä. Valitettavasti sille, mihin hiilidioksidipitoisuuden ennustetaan nousevan, ei ole luonnollista vastaavuutta jääkairanäytteiden historiassa.

Jos katsotaan ihmisen vaikutusta, niin muutos on tapahtunut viimeisen 500 vuoden aikana, mutta erityisesti viimeisen 150 vuoden aikana. Koko maailma on teollistunut ja puhutaan väestönkasvusta, joka jatkuu, mutta talouskehitys tapahtuu 4 – 7 kertaa nopeammin ympäri maailman. Se vaatii energiaa. Juuri nyt suurin osa siitä energiasta tulee fossiilisista polttoaineista. Se laittaa meidät sellaiselle kehityspolulle, jossa lämpötila muuttuu yhä nopeammin, jäätä menetetään nopeammin ja merenpinta nousee maailmanlaajuisesti.

Fossiilisten polttoaineiden vähentämisestä puhutaan paljon, mutta sen lisäksi puhutaan paljon myös keinoista vaikuttaa maapallon heijastuskykyyn keinotekoisesti. Esimerkiksi hiljattain ehdotettiin, että viljelisimme vaaleamman värisiä viljalajeja, jotta valoa heijastuisi pois enemmän ja maapallo viilenisi. Ovatko tällaiset keinot toimivia ja järkeviä?

Meidän pitää olla tässä asiassa hyvin varovaisia. Ihmiset menevät hyvin nopeasti ilmaston lämpenemisen epäilemisestä siihen, että uskotaan ilmaston lämpenemisen olevan kauheaa ja että meidän on tehtävä sille jotain todella nopeasti. Niinpä monet ihmiset puhuvat ilmastonmuokkauksesta, kuten sulfaatin laittamisesta stratosfääriin lentokoneiden avulla, jotta maan pinnalle tulevan säteilyn määrä pienenisi. On myös ehdotettu raudan kylvämistä meriin, mikä lisäisi meren kykyä sitoa ilmakehän hiilidioksidia. On jopa ehdotettu varjostimien laittamista meidän ja Auringon väliin.

Näiden kaikkien ongelma on se, että kun aletaan muuttaa koko järjestelmää, tulee tapahtumaan seurauksia, joita ei tarkoitettu tapahtuvaksi. Jotkut aiheutuvista muutoksista ovat hyviä ja jotkut huonoja. Rehellisesti sanottuna emme ymmärrä maapallon järjestelmää tarpeeksi hyvin, jotta voisimme tehdä niin suuria muutoksia.

Tutkijana uskon toki, että meidän tulisi tutkia ilmastonmuokkauskeinoja. Minua huolestuttaa se, että tutkijat ovat hyvin konservatiivisia (varovaisia) ihmisiä. Heillä on tapana aliarvioida kaikki sanomansa. Mitä jos meidät yllättääkin hyvin nopea ilmastonmuutos ja meidän pitäisi alkaa torjuntatoimiin hyvin nopeasti? Sellaisessa tilanteessa olisi hyvä, jos meillä olisi perustutkimus tehtynä ilmastonmuokkauskeinoista, jotta tietäisimme millä keinoilla olisi vähäisimmät epätoivotut seuraukset.

Ilmastonmuokkauskeinoista puhutaan kuitenkin koko ratkaisuna – mielestäni tärkeimmät ratkaisut ovat kuitenkin suojelutoimenpiteet, parempi energiatehokkuus ja tuotteiden (esimerkiksi autojen tai tietokoneiden) hyötysuhteen parantaminen, jotta voimme tehdä toimiamme vähemmällä energialla. Nämä asiat ovat se ensimmäinen askel, joka meidän täytyy ottaa. Emme voi laittaa toivoamme johonkin suunnitteluprojektiin, joka saattaisi pelastaa meidät. Ihmiskunnan tulevaisuuden kannalta on liikaa esimerkkejä menneisyyden suurista projekteista, jotka eivät olekaan toimineet.

Kun katsot tulevaisuuteen, oletko optimistinen vai pessimistinen?

No… se oikeastaan riippuu päivästä. Minun on sanottava oman tutkimusohjelmani näkökulmasta, että tutkimusprojektimme ovat kansainvälisiä ja toimimme maapallon vaikeimpiin kuuluvissa ympäristöissä. Toimimme paikoissa, joissa on tuulta, kylmää ja hyvin vähän happea. Olemme ruokaketjun ääripäässä. Jotenkin kuitenkin pystymme asettamaan tavoitteen ja toteuttamaan sen. Olemme tehneet sen 55:llä eri tutkimusretkellä. Niinpä minusta tuntuu, että kun ihmiset lopulta tajuavat sen kriisin, minkä olemme kohtaamassa, ja kun alamme käsitellä sitä yhdessä, me voimme tehdä sen. Ennen kuin kaikki tajuamme, että olemme osa maapallon järjestelmää ja elämme vain tällä yhdellä maapallolla, emme kuitenkaan tule tekemään tarvittavia toimenpiteitä. On olemassa toimia, jotka on tehtävä, ja on tehtävä uhrauksia, mutta me tulemme tekemään ne. Luulenpa, että maailmassa on kuitenkin enemmän hyvää kuin pahaa. Siitä näkökulmasta olen optimistinen.

[osa 1, osa 2, osa 3]

Lonnie Thompsonin haastattelu, osa 3/4

[osa 1, osa 2, osa 4]

Menette kahdelle jäätikölle Blanca-vuoristossa. Miksi olette valinneet juuri ne ja mitä toivotte löytävänne sieltä?

Jääkairanäytteiden ottaminen Perussa on osa ohjelmaa, jossa tarkastellaan El Niñoa ja Walker-oskillaatiota Tyynellämerellä. Tänä vuonna otamme näytteitä täällä Blanca-vuoristossa. Ensi vuonna otamme näytteitä Uudessa-Guineassa, joka on keskellä lämmintä aluetta. El Niñon aikana lämmin vesimassa liikkuu Perun pohjoisrannikkoa pitkin ja aavikolla tulee sateita. Indonesia ja Uusi-Guinea taas sijaitsevat siellä mistä lämmin vesi poistuu El Niñon aikana. Noilla alueilla vallitsee silloin voimakas kuivuus. Siellä tapahtuu siis sään heilahtelua. Toivomme, että katsomalla jään vuotuisia kerroksia sekä Tyynenmeren tällä puolella että toisella puolella, voisimme ehkä nähdä miten tuo heilahtelu on toiminut menneisyydessä.

Miten pitkälle menneisyyteen voitte päästä? Miten pitkälle menneisyyteen jääkairanäytteet ulottuvat? Miten pitkälle menneisyyteen Perun Andien jääkairanäytteet ulottuvat?

Olen optimistisempi pääsystä pidemmälle menneisyyteen täällä Andeilla, koska vuoret ovat korkeampia ja kylmempiä. Lisäksi jää on paremmin säilynyttä. Voimme päästä ehkä 20000 vuotta menneisyyteen esimerkiksi Blanca-vuoriston Hualcán-jäätiköllä. Olemme valinneet kaksi paikkaa. Toinen sijaitsee korkealla, joten siellä voi päästä pitkälle historiaan. Lisäksi olemme valinneet Pucajirca-vuoren, jossa otamme näytteitä noin 5300 metrin korkeudessa. Sieltä saamme uskoakseni vuotuisia kerroksia vähintään viimeisen tuhannen vuoden ajalta. Sen avulla voimme mitata yksittäisten vuosien sademäärän täällä. Sitten vertaamme sitä siihen, mitä löydämme Uudesta-Guineasta Tyynenmeren toiselta puolelta.

Onko sinulla mitään käsitystä siitä, mitä te sieltä löydätte?

Tässä on luultavasti paljon tuntemattomia tekijöitä. Jääkairanäytteitä ei ole aiemmin otettu Uudesta-Guineasta. Näytteenottopaikka on ollut suljettuna 30 vuoden ajan. Uuden-Guinean jäätiköt sijaitsevat maailman suurimman kultakaivoksen päällä, joten sinne ei ole ollut pääsyä 30 vuoteen. Kaikki jäätiköt siellä ovat häviämässä, kuten täällä Andeillakin. Tavoitteenamme on saada sieltä jääkairanäyte talteen, mitä se sitten sisältääkin, ennen kuin ne jäätiköt häviävät. Kaikki jäätiköt häviävät Uudesta-Guineasta 30 vuoden sisällä. Heilahteluun liittyvän lämpimän alueen sisällä on vain se yksi vuori, jossa on jäätiköitä. Kyseessä on siis tavallaan pelastusoperaatio – otamme mitä jäätikkö antaa. Vertaamme sitä sitten siihen, mitä löydämme täältä Andeilta.

Olet ottanut jääkairanäytteitä ympäri maailmaa ja sinulla täytyy olla niitä pakastin täynnä. Miksi talletat jääkairanäytteitä?

Tällä hetkellä meillä on tallessa 7000 metriä jääkairanäytteitä ja laitoimme juuri ehdotuksen varastointitilamme kaksinkertaistamiseksi. Jääarkistot ovat häviämässä. Jää pitää sisällään tietoa historiasta. Se on luullakseni paras arkisto planeettamme ilmaston historiasta. Nuo arkistot ovat häviämässä. Monien vuorenhuippujen jäätiköt ovat jo nyt uhattuna.

Me otamme jääkairanäytteen ja halkaisemme sen puoliksi. Toinen puolisko menee pakastimeen, koska tiedämme, että 20 vuoden kuluttua tekniikka on parantunut ja nuoret tutkijat, jotka ovat paljon meitä fiksumpia, voivat tulkita niitä paljon paremmin kuin me pystymme tällä hetkellä. Valitettava tosiasia on se, että nämä luonnonarkistot häviävät. Osa työstämme on siis säilyttää tämä arkisto tulevaisuutta varten. Meille tulee tutkijoita ympäri maailman ottamaan näytteitä jääarkistoistamme. Se on maailman ainoa trooppinen jääkairanäytteiden arkisto. Mielestäni on erittäin tärkeää säilyttää nämä arkistot tuleville sukupolville.

Minkälaisia asioita niistä voi selvitä tulevaisuudessa? Siis sellaista, mitä ei pystytä selvittämään tällä hetkellä.

Tiedämme teknologiasta sen, että ajan myötä mittaukseen tarvittavan näytteen määrä vähenee. Teknologian kehittyessä voimme myös mitata asioita paremmin ja voimme myös mitata sellaisia asioita, joista emme vielä edes tiedä. Jääkairanäytteissä on mikro-organismeja. Ne sisältävät planeetallamme eläneiden mikrobien historian. Jään hieno puoli on se, että mitä tahansa se pitää sisällään, se säilyttää ne. Jäässä olevat asiat ovat hyvin säilyneitä, koska ne ovat pakastuneita. Voimme ottaa jäässä olevan materiaalin pois ja jopa elvyttää organismeja, jotka ovat olleet jäässä 40000 – 50000 vuotta. Siihen liittyvä teknologia ja tutkimus ovat vasta aluillaan. Kun säilytämme jäänäytteet, ne ovat käytettävissä 20 – 30 vuoden kuluttua.

Orgaaninen geokemia tutkii aineita, jotka ovat lähteneet liikkeelle tulipaloista tai etäällä olevista lähteistä. Täälläpäin maailmaa jääkairanäytteistä löytyy nitraattiarkisto. Nitraateille on viisi lähdettä. Ne tulevat salamoista, Amazonin sademetsästä, maaperästä ja fossiilisista polttoaineista. Nitraatin isotooppeja tarkastelemalla voidaan selvittää, mistä lähteestä nitraatit ovat peräisin – mistä ne tulevat nyt ja mistä ne tulivat tuhat vuotta sitten. Olemme vasta nyt kehittämässä teknologiaa ja menetelmiä tämän asian tutkimiseksi.

Yksi asia on se, että jos katsotaan vaikka tapahtumaa 5200 vuotta sitten, sen aiheuttaja on suuri kysymysmerkki. Voimme ottaa jäänäytteen ja tarkastella 5200 vuotta vanhaa pölyä. Tuolla pölyllä on vielä se sama koostumus kuin sillä oli silloin, kun se laskeutui ilmakehästä 5200 vuotta sitten, koska se on ollut pakastuneena jäähän. Se ei ole hajonnut. Yksi mahdollinen selitys tapahtumalle oli se, että kyseessä oli jonkun taivaankappaleen törmäys maahan 5200 vuotta sitten. Jäästä voidaan mitata iridiumin ja cesiumin pitoisuudet. Jos niitä löytyy, tiedämme lähteen. Itse asiassa olemme pystyttämässä juuri nyt laboratoriota tuota tarkoitusta varten, eli pölyn alkuperän määrittämiseen ja erityisesti sen, mikä aiheutti tapahtuman 5200 vuotta sitten.

Mitkä asiat olisivat voineet aiheuttaa sen?

Meteorin tai komeetan törmäys tai suuri tulivuorenpurkaus, mutta olemme jo etsineet tulivuoren tuhkaa (tefraa) ja sulfaatteja, emmekä löytäneet niitä. Yksi mielenkiintoinen vaihtoehto on se, että aiheuttaja olisi prekessio – siis yksi maapallon radallaan tekemistä liikkeistä. Maapallo on kallellaan, mutta sen lisäksi se myös vaappuu akselinsa ympäri. Tuolla vaappumisella on 22000 vuoden sykli. Se sykli määrää, mihin auringonsäteily tropiikissa osuu. Auringonsäteilyn osumispaikka taas määrittelee maapallon märän vyöhykkeen sijaintipaikan. Märkä vyöhyke liikkuu pohjoiseen ja etelään vaappumisen mukana. Yksi teoria 5200 vuotta sitten tapahtuneen tapahtuman selittämiseksi on se, että Hadley-solun nousevan liikkeen alue ei ole vakaa.

Onko tämä alue päiväntasaajalla?

Juuri nyt se on viisi astetta pohjoiseen päiväntasaajalta, mutta se liikkuu päiväntasaajaa kohti. On paljon teorioita, joiden mukaan järjestelmä ei ole vakaa päiväntasaajalla. Järjestelmän liikkuessa maapallon kaltevuuskulman muutoksien aiheuttamana kohti päiväntasaajaa, järjestelmä siirtyy äkillisesti eteläiselle pallonpuoliskolle. Jos niin tapahtuisi, se aiheuttaisi muutoksia sadevyöhykkeisiin. Kosteista alueista tulisi kuivia ja kuivista alueista kosteita. Se olisi erittäin nopea muutos.

Joidenkin mielestä mayojen kalenteri viittaa siihen, että mayat pystyivät näkemään järjestelmän muutokset pitkän ajan kuluessa. Nykyinen kalenteri on viidennen auringon kalenteri, mikä viittaa siihen, että on ollut neljä kalenteria ennen nykyistä. Heidän kalenterinsa alkaa äkillisellä ilmastotapahtumalla. Voisiko tämä olla jotain mitä he näkivät ja mitä me emme ole huomanneet?

Näiden äkillisten tapahtumien syyn ymmärtäminen on tärkeää erityisesti silloin, kun on kyseessä jaksottainen tapahtuma, joka olisi mahdollista ennustaa.

[osa 1, osa 2, osa 4]

Lonnie Thompsonin haastattelu, osa 2/4

[osa 1, osa 3, osa 4]

Kerro hieman enemmän mitä jäätiköistä saa selville. Sanot jäätiköiden yhdistävän näitä asioita. Sinä poraat jäänäytteitä. Mitä sinä oikeastaan otat sieltä ja mitä voit lukea siitä?

Uskon, että jää on paras planeettamme historian tallennusväline. Syy siihen on se, että jää tallentaa sellaisia asioita, kuten lämpötila hapen ja vedyn vakaiden isotooppien kautta. Jää tallentaa myös sademäärän. Vain hyvin harvat tallennusvälineemme kertovat paljonko satoi tuhat vuotta sitten, mutta mittaamalla jääkerrosten paksuuden voimme todella saada sen selville.

Kun sanot jääkerrosten paksuuden, tarkoittaako se vuosittaista sademäärää?

Kyllä. Perussa on vuosittain erittäin selvä märkä kausi ja kuiva kausi. Kuivan kauden aikana jäähän muodostuu pölykerros, koska koko alue on kuiva. Pölykerros voidaan mitata jäästä jokaista vuotta kohden. Pölykerrosten paksuus voidaan mitata ja määritellä sen perusteella kuinka paljon Perussa satoi esimerkiksi vuonna 925.

Jään mukana tallentuu myös tulivuorien aktiivisuuden historia. Tuhka, sulfaatti ja mikä muu tahansa, minkä tulivuori syöksee ilmakehään, tulee alas lumen mukana. Tässä maailmankolkassa voidaan myös etsiä jäästä siitepölyä, josta saa tuntuman siitä, miten kasvit ovat reagoineet menneisyyden ilmastonmuutoksiin. Lisäksi jään ilmakupliin on tallentunut ilmakehän historia. Voimme eristää ilmakuplat jäästä ja mitata ilmakuplista hiilidioksidin, metaanin, ja dityppioksidin (ilokaasun) pitoisuudet – kaikki niitä kasvihuonekaasuja, joista olemme huolissamme nykyään. Voimme sitten tutkia niiden luonnollista vaihtelua ajan myötä.

Kaikki ilmakehässä oleva tallentuu. Uskoakseni täällä Andeilla näkyy Amazonin tulipalojen historia. Tuulet tuovat Amazonin ilmaa Andien yli ja ilma yhdistyy lumeen. Katsomalla jäähän tallentunutta orgaanista kemiaa, voidaan rekonstruoida tulipalojen historia ajalta paljon ennen kuin ihmiset pitivät niistä kirjaa.

Eli kun jäätiköt sulavat, mitä menetämme?

Olemme olleet erityisen huolissamme kolmen viimeisen vuoden aikana. Me poraamme joka puolella maailmaa. Porasimme Lounais-Himalajalla noin kuuden kilometrin korkeudessa. Huomasimme vuoren korkeimmilla paikoilla, että jäätikkö menettää massaansa pinnasta alkaen. Se tarkoittaa, ettei uutta jäätä enää kerry. Jotta jäätikkö voi olla jäätikkö, sillä pitää olla kerääntymisalue, eli paikka, jossa muodostuu uutta jäätä. Alemmilla korkeuksilla on alueita, joista jäätikkö menettää jäämassaansa ja jäätikkö virtaa alaspäin. Se on jatkuva kiertokulku.

Havaitsimme siis, ettei uutta jäätä enää kerry. Itse asiassa uutta jäätä ei ole kertynyt vuoden 1947 jälkeen. Sen jälkeen jäätikkö on menettänyt massaansa pinnalta alkaen. Kyseinen jäätikkö on joidenkin suurien jokien (Brahmaputra ja Ganges) alkulähteenä.

Muutama vuosi sitten – vuonna 2000 – me porasimme Kilimanjaron jäätiköillä Afrikassa. Kaikista näistä jääkairanäytteistä etsimme jälkiä atomipommikokeista näytteen yläosasta. Jokainen ilmakehässä tehty atomipommikoe on jättänyt jäätikköön radioaktiivisen kerroksen. Tiedämme milloin ja missä atomipommikokeet on tehty. Meidän täytyy vain siis tunnistaa kerros tietääksemme, paljonko jäätikön massatasapaino on ollut. Me tunnistimme yhden kerroksen vuonna 2000 ja se sijaitsi 1,8 metriä pinnan alapuolella. Vuoden 2000 jälkeen jäätikkö on menettänyt yli kaksi ja puoli metriä kiinteää jäätä pinnalta alkaen korkeimmilta kohdiltaan. Se on siis häviämässä. Ollakseen jäätikkö, jään täytyy virrata. Jää ei virtaa, jos uutta jäätä ei kerry, eikä jäälle laiteta painetta.

Nämä jäätiköt ovat siis häviämässä. Pelkäämme, että parin viikon sisällä huomaamme saman skenaarion olevan toteutumassa myös täällä Andeilla, kun menemme katsomaan Blanca-vuoriston jäätiköitä.

Julkaisit muutama vuosi sitten artikkelin löydöksestäsi Qori Kalis –jäätikön luota. Jäätikön vetäytyessä se paljasti tuhansia vuosia vanhoja kasvien jäännöksiä. Saammeko tästä jotain tietoa siitä, millainen ympäristö oli ennen kuin jäätikkö muodostui?

Kyllä. On mielestäni uskomatonta että, voidaan löytää kosteikon kasvi kasvupaikaltaan edelleen juurtuneena, vaikka se on ollut jäätikön peittämänä eikä ole kulunut pois. Löysimme tällaisia kasveja ensimmäisen kerran vuonna 2002 jäätikön reunalta jääseinämän vetäytyessä. Tällainen löytö kertoo heti, että menneisyydessä on täytynyt olla lämpimämpää, koska kasvit kasvoivat sillä paikalla. Kasvit ovat täydellisesti säilyneitä, mikä viittaa siihen, että mitä tahansa tapahtuikin, sen täytyi olla äkkinäistä, koska kasvit jäivät kiinni jäähän kokonaisina.

Vuoden 2002 jälkeen olemme keränneet yli 50 kasvia. Olimme juuri siellä viime viikolla ja keräsimme 14 uutta kasvia jäätikön reunalta sen vetäytyessä. Teimme niille radiohiiliajoituksen.

Tiedättekö kuinka vanhoja ne ovat?

Ne ovat 5200 vuotta vanhoja. Ne kertovat meille, että 5200 vuotta sitten tapahtui jotain hyvin nopeasti, mikä sai nämä kasvit jäämään jään alle. Kysymys, johon yritämme vastata on se, että muodostuiko Quelccaya –jäätikkö (jonka osa Qori Kalis on) nopeasti 5200 vuotta sitten yhtäkkiä voimistuneissa lumisateissa, jotka peittivät tasangon ja nämä kasvit, vai oliko jäätikkö vain pienempi 5200 vuotta sitten ja eteni peittäen nämä kasvit.

Kasvit kertovat vastauksen tähän. Jos jäätikkö oli vain pienempi, niin jäätikön vetäytyessä löytämämme kasvien pitäisi olla vanhempia kuin edellisenä vuonna löytämämme kasvit ja niiden vanhempia kuin sitä edellisenä vuonna löytyneet kasvit. Näkisimme siis kasvien muuttuvan koko ajan vanhemmiksi. Jos taas kaikki kasvit olisivat jääneet jään alle yhdessä tapahtumassa samaan aikaan, ne olisivat kaikki yhtä vanhoja.

Tämä osoittautuu erityisen kiinnostavaksi tarinaksi juuri nyt. Vuonna 1998 menin konferenssiin, jonka Thor Heyerdahl  (Kon Tiki –mies) oli järjestänyt. Hän oli kutsunut arkeologeja ja ilmastotutkijoita joka mantereelta. Kokouksen alussa hän halusi tietää kaksi asiaa. Hän halusi tietää miksi ihmisten sivilisaatiot – egyptiläiset, sumerilaiset ja Induslaakson ihmiset – alkoivat samaan aikaan noin 5000 vuotta sitten. Hän halusi myös tietää, miksi yhtäkkiä tuli tärkeäksi ihmisille kirjata ylös ajan kulku. Kalentereita keksittiin. Mayojen kalenteri alkoi 11. elokuuta 5112 vuotta sitten. Toisella puolella maailmaa kaksi hindukalenteria aloitettiin Intiassa kymmenen vuoden sisällä mayojen kalenterin alkamisesta. Miksi oli yhtäkkiä tärkeää pitää kirjaa ajan kulusta?

En uskonut, että pystyisimme vastaamaan tähän kysymykseen, kunnes löysimme nämä kasvit. Olimme löytäneet kasveja, jotka olivat yhtä vanhoja kuin nämä kalenterit. Sen jälkeen olemme etsineet tätä tapahtumaa ympäri maailman.

Kilimanjaron jääkairanäytteen aikasarjaa katsottaessa suurin tapahtuma ja ainoa suuri tapahtuma viimeisen 11700 vuoden aikana tapahtui 5200 vuotta sitten. Etelä-Israelin luolien tippukivistä tehdyissä aikasarjoissa näkyy vain yksi tapahtuma viimeisen 13000 vuoden aikana ja se tapahtui 5200 vuotta sitten. Alpeilla sulavat jäätiköt paljastivat ”jäämiehen” vuonna 1991. Hän hautautui jäähän 5200 vuotta sitten. Hänet haudanneen tapahtuman täytyi olla äkillinen. Hän pysyi hautautuneena yli 5000 vuotta, sillä muuten hänen ruumiinsa olisi hajonnut tai karhut olisivat syöneet sen. Näin juuri mittaussarjan Kalifornian ja Nevadan rajalla sijaitsevasta Tahoejärvestä. Siellä on metsä – 21 puuta, jotka ovat halkaisijaltaan noin 2,5 metriä – hautautuneena veden pinnan alle. Puut hukkuivat 5200 vuotta sitten järven pinnan noustessa nopeasti. Vedenpinnan on täytynyt pysyä niin korkeana 5000 vuoden ajan, koska muuten nuo puut olisivat hajonneet.

Minulle tämän tapahtuman mittasuhde on mitä mielenkiintoisin. Se on erityisen kiinnostavaa juuri nyt, koska mayojen kalenteri loppuu joulukuun 21. päivänä vuonna 2012. Tulemme näkemään paljon elokuvia maailmanlopusta vuonna 2012. Minä en kuitenkaan usko, että silloin tapahtuu maailmanloppu. Minä uskon, että 5000 vuotta sitten oli hyvin nopea tapahtuma, joka meidän tulisi ymmärtää, koska se vaikutti ilmastoon suuressa osassa planeettaamme. Maapallolla oli ehkä 200 miljoonaa ihmistä 5000 vuotta sitten. Nyt meitä on 6,7 miljardia. Tuollaisella tapahtumalla olisi suuret taloudelliset ja sosiaaliset vaikutukset, jos se tapahtuisi nykymaailmassa. Uskon, että tuosta tapahtumasta on paljon todisteita Perun jäätiköissä. Tulemme tutkimaan erityisen tarkasti 5200 vuoden takaisen ajanjakson Blanca-vuoriston alueelta otetuista uusista jääkairanäytteistä.

[osa 1, osa 3, osa 4]

Lonnie Thompsonin haastattelu, osa 1/4

Perulainen Peruvian Times –mediayhtiö julkaisi pari vuotta sitten tunnetun jäätikkötutkija Lonnie Thompsonin haastattelun. Haastattelijana on Barbara Fraser. Haastattelu on nähtävissä Youtubessa englanninkielellä (kesto on n. 50 min). Julkaisemme haastattelun suomennoksen neljässä osassa. [osa 2, osa 3, osa 4]

Olet seurannut jäätikköjä jo 40 vuoden ajan. Mikä niiden tilanne on?

Minä käyn katsomassa jäätikköjä eri puolilla maailmaa vuosittain. Uskon, että jos meillä kaikilla olisi tilaisuus tehdä niin, olisimme kaikki huolissamme näkemästämme – siitä nopeudesta, jolla jäätä menetetään. Täällä Perussa Qori Kalis –jäätikkö on pisimpään tutkittu trooppinen jäätikkö vetäytymishistoriansa osalta.

Ensimmäiset 15 vuotta olivat jäätikön kartoittamista lähinnä trooppisen jäätikön käyttäytymisen tutkimista varten. Noiden ensimmäisen 15 vuoden aikana Qori Kalis vetäytyi ehkä noin kuuden metrin vuosivauhdilla. Ajan myötä jäätikön vetäytymisvauhti on kiihtynyt ja viimeisen 15 vuoden aikana keskimääräinen vetäytymisvauhti on ollut 60 metriä vuodessa – kymmenen kertaa nopeammin. Eikä kysymyksessä ole vain tämä yksi jäätikkö, vaan koko ”jäälakki”, joka on suurin trooppinen jääkenttä maailmassa. Lisäksi jäätiköt kaikkialla Blanca-vuoriston alueella ja myös koko Perun alueella käyttäytyvät samalla tavalla.

Miltä Qori Kalis -jäätikkö näytti kun saavuit tänne ensimmäisen kerran ja miltä se näyttää nyt?

Vuonna 1974 jäätikölle pääseminen oli erittäin vaikeaa. Sinne oli kuljettava hevosilla ja matka jääkentälle kesti kaksi päivää. Se on upea jääkenttä. Se sijaitsee heti Amazonin altaan yläpuolella. Katsottaessa horisontista horisonttiin näkyy pelkkää jäätä. Vasta nyt, työskenneltyäni 35 vuotta eri paikoissa tropiikissa, tiedän tämän olevan maapallolta löytyvistä suurin.

Kun aloitin työskentelyn siellä, jääkenttä kattoi 65 neliökilometriä. Tänä vuonna se kattaa 40 neliökilometriä, eli se on menettänyt noin 25 prosenttia pinta-alastaan jatko-opiskelija-ajastani lähtien ja jään häviämisen vauhti kiihtyy. Tämä on huolestuttavaa.

Miksi se on huolestuttavaa?

Niille, jotka ovat riippuvaisia jäätiköiden alapuolella olevien jokien vedestä, jäätiköt ovat ikään kuin pankkitili. Ne varastoivat lunta ajan kuluessa. Jäätiköt siellä ovat kasvaneet tuhansien vuosien ajan. Viimeisen sadan vuoden aikana tämä jäätikkö on kuitenkin vetäytynyt. Se on kuin ottaisi rahaa pankkitililtä. Joissa on ollut normaalia enemmän vettä, koska normaalien sateiden lisäksi on myös lumen ja jäätiköiden sulaminen. Jääkentän pienentyessä tulee kuitenkin eteen kynnys, jonka jälkeen veden virtaama joissa vähenee erityisesti kuivan kauden aikana.

Tropiikista ja erityisesti Perusta tekee riskialueen se, että ensin on sadekausi, jolloin on runsaasti sadetta ja runsaasti vettä, mutta sitten tulee kuiva kausi, jolloin kolmen tai neljän kuukauden aikana ei sada ollenkaan. Jäätiköt säätelevät jokilaaksojen vettä ilmaiseksi, mutta jäätikköjen pienentyessä yhä vähemmän vettä on käytettävissä sähköntuotantoon, kasteluun ja kunnalliseen vedenjakeluun.

Jäätiköt ovat hieno osa järjestelmäämme ja ne ikään kuin pitävät asioita tasapainossa. Kun jäätiköt pienenevät, ihmisille aiheutuu yhä enemmän vaikeuksia erityisesti kuivan kauden aikana.

Millaistä väestöä Qori Kaliksen lähellä elää ja miten tämä vaikuttaa heihin?

Väestö on Quechua-intiaaneja. He kasvattavat alpakoita ja laamoja. He ovat riippuvaisia ”alpakkasammalista”, joita on kasteltava vedellä. He ovat rakentaneet kanavajärjestelmiä kastelua varten. Kanavat ottavat veden heti jäätikön alapuolelta ja tuovat veden vuoren ympäri rinteitä alas sammalille, jotka ruokkivat alpakkoja. Jäätiköiden vetäytyessä yhä korkeammalle kanavia täytyy jatkuvasti kaivaa myös yhä korkeammalle veden talteen saamiseksi.

Viimeisten vuosien aikana olemme nähneet kokonaisten järvien, jotka ovat syntyneet viimeisen 20 vuoden aikana tapahtuneen jäätiköiden vetäytymisen takia, yhtäkkiä katoavan. Ne virtaavat yhteen laaksoon ja jäätikön vetäytyessä avautuu reitti toiseen laaksoon. Toinen laakso tyhjentyy kokonaan vedestä, eikä siellä voi enää kasvattaa alpakkasammalta tai mitään muutakaan. Toisessa laaksossa taas on yhtäkkiä liikaa vettä ja alpakkasammal tukehtuu veden alle. He siis näkevät jo nyt jäätiköiden menettämisen seuraukset.

Ilmastonmuutokset tapahtuvat sykleissä. Meillä on jäätiköitymisjaksoja ja sulamisjaksoja ja maapallo on nyt sulamisjakson vaiheessa. Olemme toipumassa edellisestä jäätiköitymisjaksosta. Tähän vaikuttavat maapallon ratamuutokset. Mikä saa sinut ajattelemaan, että nyt tapahtuva muutos on jotakin muuta kuin luonnollinen sykli ja maapallolle tulee taas jäätiköitymisjakso niin kuin aina ennenkin?

Milankovichin jaksoja on tutkittu ja meidän pitäisi mennä ajassa taaksepäin 413000 vuotta, jotta löytäisimme samanlaisen ajan kuin nykyään. Silloin jääkausien välinen jakso kesti 30000 vuotta. Tämä on kaksi kertaa pitempi kuin normaali lämmin jakso. Olisimme siis pidentyneellä lämpimällä kaudella joka tapauksessa luonnollisten pakotteiden ohjaamana. Sen lisäksi meillä on ihmiskunnan toiminta tällä planeetalla. Ihmisiä on 6,7 miljardia energiaa kuluttamassa ja päästämässä ilmakehään fossiilisista polttoaineista peräisin olevaa hiilidioksidia, metaania sekä dityppioksidia, mikä muuttaa ilmakehän koostumusta.

Ajastamme tekee todella erilaisen se, ettei täällä koskaan ennen ole ollut 6,7 miljardia ihmistä. Jos ihmisiä olisi vähemmän, he voisivat mennä uusiin paikkoihin, mutta me olemme jo miehittäneet tältä planeetalta käytännössä melkein joka kolkan, missä vain ihmisiä voi asua. Milankovichin jaksot muuttavat ilmastoa hitaasti. Asiat muuttuvat ajan kuluessa ja ihmiset voivat sopeutua. Nyt tapahtuu kuitenkin erittäin nopea muutos. Siinä yhteiskunnilla tulee olemaan vaikeaa tehdä tarvittavat sopeutumistoimet. Se tekee meidän ajastamme erilaisen.

Juttelin hiljattain maanviljelijöiden kanssa. He sanoivat sään olevan nykyään oikukas, ja että heille on vaikeaa tietää milloin kylvää ja milloin korjata sato, koska heidän aiemmin käyttämänsä sääsignaalit eivät tunnu enää toimivan. Johtuuko se ilmastonmuutoksesta vai sään luonnollisesta vaihtelusta – miten nämä kaksi voidaan erottaa toisistaan?

Sää on järjestelmässämme olevaa vaihtelua päivästä toiseen tai vuodesta toiseen ja tätä vaihtelua on paljon. Sitä ei pidä kuitenkaan sekoittaa ilmastoon. Ilmasto on tämän vaihtelun 30 vuoden keskiarvo. Minun täytyy kuitenkin todeta, että olen käynyt Limassa jo 35 vuoden ajan ja olen vaikuttunut tämän vuoden aurinkoisten päivien määrästä täällä tähän aikaan vuodesta. Yleensä tähän aikaan on pilvistä ja sumuista. Me siis kaikki huomaamme tämän vaihtelun järjestelmässä. Se, mitä yritämme katsoa jäätiköistä ja mitä jäätiköt tekevät hyvin on se, että ne ikään kuin yhdistävät kaikki säämuuttujat (sateisuus, lämpötila, pilvisyys, säteily), laskevat ne yhteen ja reagoivat tulokseen. Kaikki jäätiköt täällä Perussa ovat vetäytymässä. Ne ovat tehneet niin viimeisen 30 vuoden ajan.

Suomennos: Ari Jokimäki

[osa 2, osa 3, osa 4]

Lisätietoa:

Ice Man: Lonnie Thompson Scales the Peaks for Science
Ice Core Paleoclimatology Research Group (Lonnie Thompsonin tutkimusryhmän kotisivu)

Hiilidioksidin määrä ilmakehässä havainnollistettuna

Ilmassa on hiilidioksidia tällä hetkellä 390 ppmv, kun sitä esiteollisena aikana 1800 luvun alussa oli 280 ppmv. Yksikkö ppmv, Parts Per Million by Volume, tarkoittaa miljoonasosaa tilavuudesta. 390 ppm on yhtä kuin 0,039 %. Hyvin suuria ja hyvin pieniä lukuja on vaikea hahmottaa, siksi teemme pari yksinkertaista havainnollistusta.

Havainnollistus pinta-alan mukaan

Ilmakehässä kaasut ovat tasaisena seoksena. Ajatellaan, että ne olisivat erillään niin, että jokainen kaasu olisi yhtenä selvärajaisena alueena maapallon pinnalla. Tällä tavalla kaasujen määrä voidaan suhteuttaa Maapallon pinta-alaan.

Maapallon pinta-ala on 510 100 000 km²

Yksi miljoonasosaa tästä on 510,1 km²

390 miljoonasosaa on 198 939 km²

Tätä pinta-alaa vastaavan neliön sivun pituus on 466 km.

Lasketaan samalla tavalla:

• Hiilidioksidin määrä ilmakehässä on tänään 390 ppm <=> 466 km
• Hiilidioksidin määrä oli esiteollisena aikana 280 ppm <=> 378 km
• Ihmiskunnan aikaansaama lisäys on 110 ppm <=> 237 km
• Hiilidioksin määrä lisääntyy vuosittain 2 ppm <=> 32 km
• Suomen osuus päästöistä on 0,2 % = 0,004 ppm <=> 1,4 km

Piirretään tuloksia vastaavat pinta-alat Suomen kartalle:

Kuva 1.

Piirretään 2 ppm ja 0,004 ppm vastaavat pinta-alat pääkaupunkiseudun kartalle:

Kuva 2.

Ihmiskunnan tuottaman hiilidioksidin määrä on noin kaksinkertainen tässä esitettyyn määrään nähden, koska noin puolet siitä poistuu luonnon hiilinieluihin.

Kuvasta nähdään, että ihmiskunnan vuotuinen lisäys ilmakehän hiilidioksidiin riittäisi täyttämään koko pääkaupunkiseudun ilmatilan Helsingin eteläkärjestä lähes Järvenpään korkeudelle saakka.

Havainnollistus kerrospaksuuden mukaan

Toinen tapa havainnollistaa hiilidioksidin määrää on laskea kaasukerroksen paksuus, jos kyseinen kaasu olisi muusta ilmasta erillään ja sijaitsisi merenpinnan tasolla. Tehdään yksinkertainen laskelma, joka ei ole absoluuttisen tarkka, mutta on havainnollinen ja tähän tarkoitukseen riittävän tarkka.

Ilmakehän tiheys vähenee ylöspäin mentäessä kuvan 3. mukaisesti.

Kuva 3.

Merenpinnan tasolla keskimääräinen ilmanpaine on 1013 mb (millibaaria). Viiden ja puolen kilometrin korkeudella paine on enää 500 mb, eli puolet ilmakehän massasta sijaitsee 5,5 kilometrin alapuolella. Ylöspäin mentäessä ilman paine ja samalla tiheys vähenevät logaritmisesti, ja myös asymptoottisesti, koska selkeää ylärajaa ilmakehällä ei ole.

Tätä esimerkkiä varten oletetaan, että ilman tiheys merenpinnasta ilmakehän ylärajalle asti on vakio 1,3 kg/m3, eli yhden kuutiometrin paino on 13 N. Esimerkki-ilmakehämme paksuus on siten

101300 Pa : 13 N/m3 = 7792 m

Pyöristetään lukema 8000 metriin.

Hiilidioksidin osuus 390 miljoonasosaa tästä on

8 000 / 1 000 000 * 390 = 3,1 metriä

Samat vertailuluvut kuin pinta-alaesimerkissä ovat siten:

• Hiilidioksidin määrä ilmakehässä on tänään 390 ppm <=> 3,1 m
• Hiilidioksidin määrä oli esiteollisena aikana 280 ppm <=> 2,2 m
• Ihmiskunnan aikaansaama lisäys on 110 ppm <=> 0,88 m
• Hiilidioksin määrä lisääntyy vuosittain 2 ppm <=> 1,6 cm

Havainnekuvassa mieshahmon pituus on 170 cm. Ihmistoiminnan aiheuttama hiilidioksidilisäys 88 cm on kuvassa sinisellä.

Kuva 4.

(Pohjana oleva kuva on Pioneer 10 ja 11 -luotaimiin kiinnitty tervehdys avaruuden muukalaisille.)

Yhteenveto

Ihmisoiminnan seurauksena hiilidioksidin pitoisuus ilmakehässä on kasvanut määrällä, joka vastaa 88 cm paksua kaasukerrosta kautta koko Maapallon pinnan. Vertailun vuoksi, yläilmakehän otsonimäärä tällä tavalla ilmaistuna olisi vain 2-4 mm paksu kerros, ja silti se riittää suodattamaan elämälle haitallista Auringon  UV-säteilyä. Hiilidioksidi suodattaa maanpinnasta säteilevää lämpösäteilyä estäen sitä pakenemasta avaruuteen.

Aristoteles – Meteorologia, kirja 1

Noin vuonna 350 eaa. kuuluisa kreikkalainen filosofi Aristoteles (384-322 eaa.) julkaisi meteorologiasta teoksen nimeltään Meteorologia (latinaksi Meteorologica). Siinä hän kuvaa sen aikaisia käsityksiä ja omia ajatuksiaan meteorologiasta. Ilmatieteen laitoksen Heikki Nevanlinna kertoo Aristoteleen meteorologiasta ja sen merkityksestä vielä nykypäivänäkin:

“Aristoteleen fysikaalisen maailmankuvan mukaan kaikki ilmiöt, jotka tapahtuivat kuunalisessa (sublunaarisessa) maailmassa kuuluivat meteorologiaan piiriin. Sana (meteoron) itsessään tulee käsitteistä ylhäällä, korkealla leijuva tai liikkuva kohde. Siihen kuuluivat siten tavanomaisten sääilmiöiden ohella tähdenlennot, komeetat, revontulet, linnunrata jne. Aristoteliset käsitteet olivat vallalla pitkälle 1800-luvulle saakka ja tietyissä terminologisissa sanastoissa ne vaikuttavat tänäänkin (esim, erilaiset “sfäärit”; troposfääri, stratosfääri, litosfääri jne). Sfäärit perustuivat siihen käsitykseen, että maailmankaikkeus Maasta ylöspäin on rakentunut kerroksittain.

Meteorologiassa on ollut käytössä myös termi “meteori”, joka tarkoittaa esim. ilmassa olevia veden eri olomuotoja (hydrometeorit), joita näkee vähän vanhemmassa alan kirjallisuudessa. Meteoriitti ja meteorit tähtitieteellisinä kohteina ovat samaa perua. A:n mukaan revontulet voivat syntyä myös tähdenlentojen sytyttämänä, mutta tavallisesti kuuman ilman kohotessa ylös ja syttyessä siellä palamaan. Vielä 1800-luvun meteorogisissa havainnoissa revontulien yhteydessä havaitut tähdenlennot merkittiin muistiin aristoteliaanisessa hengessä. Näin esimerkiksi meillä Ilmatieteen laitoksen havainto-ohjelmassa oli alun alkaen 1800-luvulla revontulet omana havainto- ja tutkimuskohteenaan samaan tapaan kuin muissakin vastaavissa laitoksissa maailmalla. Tänä päivänä IL:ssa revontulitutkimus on laajentunut käsittämään avaruustutkimuksen ja siihen liittyvän meteorogiaa tukevan kaukokartoituksen. Mukana on myös Maan magneettikentän havainnot ja tutkimus asiakokonaisuuteen kuuluvana elementtinä osana avaruussään ja -ilmaston tutkimuksessa.

Myös ilmastotiede, klimatologia, tulee kreikankielisestä sanasta – klima, joka tarkoittaa vyöhykettä. Silloin (jo) ajateltiin, että maapallon (tai ainakin Välimeren piirissä) ilmasto vaihtelee vyöhykkeittäin etelästä pohjoiseen. Hän jakoi maapallon kolmeen vyöhykkeeseen (klima) ekvaattorin suhteen: kuiva (ekvaattorin molemmin puolin), viileä ja kylmä. Näistä viimeisin alkaa napapiiriltä, jonka sisäpuolella vallitsisi ikuinen kylmyys ja jää. Klimatologian klassikko on Wladimir Köppen (1846-1940), jonka ilmastojako on (monin tarkennuksin) edelleen käytössä ja vieläkin puhutaan Köppenin ilmastoluokista. Sekin siis pohjautuu A:n oppeihin.”

Aristoteleen teos koostuu neljästä kirjasta. Tässä tarkastellaan, mitä kirjassa 1 kerrotaan.

Aristoteles kuvaa meteorologian käsittelevän luonnollisia tapahtumia, jotka esiintyvät tähtien liikettä lähinnä olevalla alueella. Tällaisia tapahtumia ovat Linnunrata, komeetat ja meteorien liike. Meteorologian piiriin kuuluvat lisäksi ilmaan ja veteen liittyvät vuorovaikutukset sekä maapallon osien väliset vuorovaikutukset. Näiden avulla voidaan selittää muun muassa tuulet ja maanjäristykset ja niiden seuraukset. Tästä kuvauksesta näemme, että tuohon aikaan meteorologiaan kuului paljon sellaisia asioita, joita nykyään käsitellään tähtitieteessä.

Perustana on sen aikainen käsitys kappaleiden liikkeistä sekä neljästä peruselementistä: tuli, ilma, vesi ja maa. Näistä tuli sijaitsee korkeimmalla ja maa matalimmalla. Niiden välissä on ilma ja vesi. Ilma on lähinnä tulta ja vesi maata. Koko maailma muodostuu näistä neljästä elementistä. Elementteihin liittyy myös sellaiset perussäännöt, että kaikki elementit syntyvät toisistaan ja kaikkiin elementteihin sisältyy toisia elementtejä.

Aristoteles aloittaa pohtimalla elementtien jakaumaa. Mikä on ilman paikka muihin elementteihin nähden? Mitä on maan ja lähimpien tähtien välissä? Onko se katsottava yhdeksi kappaleeksi vai moneksi? Aristoteles kertoo, että tuli on vallitseva elementti ylhäällä olevassa liikkuvassa maailmassa, jonka siis nykyään tiedämme olevan avaruuden tyhjiö ja siellä olevat tähdet. Ylhäällä olevaa liikkuvaa kappaletta (maan pyörimisliike saa ympäröivän avaruuden näyttämään olevan pyörimisliikkeessä) oli tuolloin myös jotkut kutsuneet eetteriksi, koska sen katsottiin olevan niin poikkeava maan neljästä elementistä, mutta Aristoteles ja myös Anaxagoras olivat sitä mieltä, että eetteriksi kutsuttu oli itse asiassa tulta.

Aristoteles päättelee, että jos maan ja tähtien välissä olisi pelkkää tulta, kaikki kappaleet olisivat hävinneet kauan sitten. Hän on myös sitä mieltä, että maan ja tähtien välinen alue ei voi olla kokonaan ilmaa, koska ilmaa olisi silloin liikaa. Hän nimittäin uskoo, että koska elementit syntyvät toisistaan, niitä kaikkia pitää olla saman verran. Niinpä maan ja tähtien välissä ei voi olla pelkkää tulta tai ilmaa.

Aristoteles lähtee hakemaan ongelman ratkaisua pilvistä. Hän pohtii miksi pilviä ei muodostu enemmän korkealla. Siellä olisi nimittäin kylmää, eikä tähtien lämpö tai maasta heijastuva lämpö haittaisi pilvien muodostumista. Pilvet nimittäin muodostuvat siihen kohtaan, jossa maasta heijastuvat säteet hajoavat avaruuden äärettömyyksiin. Aristoteles päättelee, että maata ympäröivä alue ei ole pelkkää ilmaa, vaan siinä on oltava seassa vettä höyryn muodossa.

Maan yläpuolinen osa kuuhun asti näyttäisi siis koostuvan ilmasta ja tulesta, jotka ovat tällä alueella enemmän tai vähemmän sekoittuneena (etenkin ilman rajalla). Mutta entä kaksi muuta peruselementtiä – maa ja vesi? Aristoteles järkeilee, että taivaankannen pyörivä liike synnyttää lämpöä siihen maailman osaan joka on taivaankantta lähinnä. Maa ja vesi ovat raskaimmat ja kylmimmät peruselementit, joten niiden on sijaittava keskellä. Niiden ympärilla ovat ilma ja tuli. Lähinnä maata olevassa ilmassa on vesihöyryä, joten se on lämmintä ja kosteaa. Ylempänä on kuivaa ja lämmintä. Pilvet eivät muodostu ylempänä, koska ylempänä oleva maailman osa ei ole pelkkää ilmaa, vaan pikemminkin tulta. Näin on selvitetty peruselementtien karkea jakauma maailmassa.

Aristoteles kuvaa myös lyhyesti, miten elementtien vaihto tapahtuu ilmakehän ja tulikehän välillä. Kyse on siis dynaamisesta järjestelmästä.

Seuraavaksi Aristoteles pohtii Auringon lämmitysvaikutusta. Ratkaisu tähän löytyy Auringon liikkeestä. Tiedetään, että liikkeessä olevat kappaleet lämpenevät. Aristoteles päättelee, että maapallon lämmittamiseksi tarvitaan hyvin nopea liike ja sen on lisäksi tapahduttava lähellä maapalloa. Tähtien liike on nopeaa, mutta ne ovat liian kaukana. Kuu taas on lähellä maapalloa, mutta sen liike on hidasta. Sen sijaan Auringon liikeessä sekä nopeus että läheisyys ovat juuri sopivat, jotta se voi lämmittää maapalloa. Suurin lämpö on Auringon suunnassa, koska maapallollakin ilma lämpenee eniten juuri nopeassa liikkeessä olevan kappaleen lähellä.

Maapallon lämmetessä alkaa tapahtua haihtumista. Vastoin joidenkin käsitystä haihtumista on kahta lajia: toinen on höyrymäistä ja toinen tuulimaista ulospuhallusta. Maan kosteudesta haihdunta tapahtuu höyrynä ja maasta itsestään haihdunta tapahtuu kuivana, ikäänkuin savuna. Savumainen haihdunta nousee lämpimämpänä ylemmäs kuin kostea höyry, joka raskaana laskeutuu alemmas. Tämän takia taivaankantta lähin kerros on kuiva ja lämmin, mistä käytämme nimitystä tuli. Tämän alla on sitten ilma.

Tulikehä on hyvin herkkä häiriöille. Kun tähdenlento tai vastaava saapuu tulikehään, kyseinen tulikehän alue syttyy palamaan. Tämä näkyy sitten erilaisina valoilmiöinä taivaalla. Aristoteles pohtii tähdenlentoihin, revontuliin, Linnunrataan ja komeettoihin liittyviä asioita, jotka sivuutetaan tässä ilmastotieteeseen kuulumattomina. Nämä kuitenkin sisältävät myös kiinnostavia pohdintoja, joten kiinnostuneiden kannattaa tutustua niihin.

Aristoteles kuvaa kuinka Auringon lämmittävät säteet haihduttavat veden maan ympäriltä ja haihtunut vesi sitten nousee ylöspäin. Kun veden haihduttanut lämpö kaikkoaa korkeammalla, kylmässä ilmakehässä, tapahtuu tiivistyminen ja höyry muuttuu taas ilmasta vedeksi. Näin syntynyt vesi putoaa taas maan päälle. Vesi siis haihtuu höyryksi ja höyry tiivistyy vedeksi muodostaen pilven. Utu on hänen mukaansa se, mitä jää jäljelle, kun pilvi tiivistyy vedeksi. Utu on siis ennemminkin hyvän kuin huonon sään merkki. Aristoteles kuvaa tätä kaikkea toistuvana prosessina, joka seuraa Auringon reittiä taivaalla. Kun Aurinko on lähellä, vesi virtaa ylöspäin höyryn muodossa ja kun Aurinko on kaukana vesi virtaa alaspäin takaisin maan pinnalle.

Osa päivän aikana ylöspäin nousevasta höyrystä ei nouse kovin korkealle, koska siinä olevan nostavan tulen määrä on pieni suhteessa nostettavan veden määrään. Tämän osan höyrystä jäähtyessä ja laskeutuessa yön aikana muodostuu kastetta tai talvella huurretta. Kastetta ja huurretta esiintyy Aristoteleen mukaan vain kirkkaalla ja tuulettomalla säällä, koska vesihöyryä ei synny, jos ilma ei ole kirkas, ja tuulen puhaltaessa se ei voi kondensoitua. Aristoteles lisää myös, että huurteen esiintymättömyys vuorilla todistaa, että ilmiö johtuu siitä, että höyry ei nouse korkealle.

Rakeiden suhteen näyttäisi olevan ongelma – ne esiintyvät Aristoteleen mukaan lämpimämmillä alueilla, eikä vesi ole voinut olla valmiiksi jäätyneenä, kun se on muuttunut vedeksi. Lisäksi vesi ei hänen mukaansa voi oleilla ilmassa kovin kauan. Rakeet eivät myöskään ole voineet muotoutua ilmaan lentäneistä pienemmistä hiukkasista kuten vesipisarat kosteudesta.

Aristoteles kuvailee kuinka joidenkin mielestä rakeet muodostuvat pilvien työntyessä korkealle ilmakehään, missä maan heijastamien auringonsäteiden lämmittävä vaikutus loppuu, jolloin pilven mukana kulkeutuva vesi jäätyy siellä. Tämä selittäisi miksi rakeet ovat yleisempiä lämpimillä alueilla, koska siellä lämpimämpi ilma työntää pilvet korkeammalle. Aristoteles tyrmää tämän teorian huomauttamalla, että rakeita ei esiinny hyvin korkeilla alueilla, vaikka kyseisen teorian mukaan niiden pitäisi esiintyä myös siellä. Aristoteles mainitsee myös rakeiden olevan joskus kulmikkaita. Tämä osoittaa, etteivät ne ole voineet pudota kovin pitkää matkaa, koska muuten ne olisivat kuluneet pyöreiksi.

Aristoteles selittää ongelman lämpimän ja kylmän välisellä rekyylillä. Lämpimällä säällä maaperän alemmat osat ovat pintaa kylmempiä ja kylmällä säällä ne ovat pintaa lämpimämpiä. Aristoteles esittää ajatuksen, että sama voisi tapahtua myös ilmakehässä. Lämpimällä säällä lämmin ilma keskittäisi kylmän ilmakehän alaosiin, jolloin sinne menevä pilvi muuttuisi vedeksi hyvin nopeasti. Tämä selittäisi Aristoteleen mukaan sen, miksi lämpimällä säällä sadepisarat ovat usein hyvin suuria. Kyn kylmän keskittyminen on erityisen voimakasta pilvi jäätyy ja tuloksena ovat rakeet. Mitä lähempänä maata tämä prosessi tapahtuu, sitä suurempia ovat rakeet. Aristoteles myös mainitsee, että kesällä rakeita tulee vähemmän kuin keväällä ja syksyllä (tämä kuvailee siis tilannetta Kreikassa yli 2000 vuotta sitten), mikä johtuu ilman kuivuudesta kesällä.

Tuulesta Aristoteles toteaa, että sen sanotaan olevan ilman liikettä. Hän kuvailee, kuinka jotkut väittävät kaikkien tuulien olevan yksi ja sama tuuli. Hän ei ole samaa mieltä, koska joetkaan eivät virtaa samasta lähteestä. Tästä hän siirtyy käsittelemään jokien alkuperää. Hän kuvailee jokiin liittyviä perusasioita, kuten esimerkiksi sitä, että jokien virtaama on pienempi siellä, missä vesivarastot ovat pienemmät. Hän myös selittää jokien syntyvän vuorilla pienistä vesilähteistä yhdistymällä, eikä maanalaisista järvistä, kuten jotkut väittävät.

Aristoteles kuvailee, kuinka maat ja meret muuttuvat ajan myötä. Se paikka, missä joskus on meri, saattaa myöhemmin olla maata ja toisinpäin. Hän kuitenkin sanoo näiden muutosten olevan syklisiä ja kertoo sen johtuvan maan ytimen kasvamisesta ja kutistumisesta. Tämä taas johtuu Auringon aiheuttamasta lämmöstä. Nämä muutokset ovat kuitenkin niin hitaita verrattuna ihmisten elinikään, ettei niitä voi havaita. Aristoteles kertoo esimerkkejä eri paikoissa tapahtuneista muutoksista ja siitä, kuinka joidenkin mielestä kyseessä on universaali muutos, koska niin monessa paikassa on tapahtunut kuivumista. Aristoteles kuitenkin sanoo, ettei kyseessä ole universaali muutos, sillä toisissa paikoissa on tapahtunut päinvastainen muutos. Hän sanoo näiden muutoksien olevan kuten vuodenaikojen, mutta joiden sykli on vain pidempi. Niinpä Aristoteles kuvailee maailmaa, joka on jatkuvassa muutoksen tilassa, mutta pitkällä aikavälillä vakaa.

Lähde:
Meteorology by Aristotle, Book I (englanninkielinen versio)

Lisätietoa:
Kaikki teoksen neljä kirjaa

Pohjoisen merijää väheni hetkellisesti joulukuussa 2010

Pohjoisen merijään laajuus oli joulukuussa kaikista tilastoiduista joulukuista vähäisin. Tästä on viime aikoina uutisoitu (esimerkiksi YLE, NSIDC ja AGU Blogosphere). Tässä on yksi uutisoinnissa käytetty kuva:

Tämän lisäksi pohjoisen merijäälle tapahtui joulukuussa kummia. Merijään laajuus alkoi vähetä joulukuun 15. päivän aikana ja vähentymistä kesti muutaman päivän. Normaalisti joulukuussa pohjoisen merijään voisi odottaa lisääntyvän jatkuvasti, tai ei ainakaan vähentyvän kovasti. Seuraavassa kuvassa on esitetty pohjoisen merijään laajuuden kehitys joulukuussa 2010 (mittausdata kuvaa varten on peräisin IJIS-sivustosta):

Tästä herää kysymys: onko tämä tilanne poikkeuksellinen? Verrataanpa vuoden 2010 tilannetta edellisten vuosien joulukuihin (valitettavasti päivittäistä dataa on saatavilla vain vuodesta 2002 asti):

Ensisilmäyksellä näyttää siltä, että vähenemisjaksoja on ollut muinakin vuosina. Tätä voidaan tarkastella selvemmin, kun lasketaan päivittäinen muutos (laskettavan päivän merijään laajuus vähennetään edellisen päivän laajuudesta, jolloin tulos kertoo merijään vähenemisestä, jos se on negatiivinen) kaikille päiville ja piirretään niistä kuvaaja. Tässä tuloksena oleva kuvaaja kaikille vuosille 2002-2010 välillä (merijään vähenemisjaksot on korostettu punaisella ja punainen pystyviiva kertoo yhden päivän vähenemisjaksosta):

Kuten kuvasta nähdään, on vähenemisjaksoja ollut ennenkin ja vieläpä lähes joka vuosi. Ainoa vuosi, jolloin vähenemisjaksoja ei joulukuun aikana ollut, oli vuosi 2005. Vuoden 2010 neljä päivää kestänyt vähenemisjakso on kestoltaan pisin joulukuisista vähenemisjaksoista. Vuoden 2004 joulukuussa oli kolme päivää kestänyt vähenemisjakso.

Yhteensä vähenemispäiviä joulukuun aikana on ollut eniten vuoden 2004 joulukuussa. Silloin oli neljä eri vähenemisjaksoa ja yhteensä seitsemän päivän aikana esiintyi merijään vähenemistä. Toiseksi eniten vähenemispäiviä oli vuoden 2008 joulukuussa, jolloin niitä oli viisi. Vuoden 2010 joulukuu sijoittuu tässä vertailussa vasta kolmanneksi neljällä vähenemispäivällään.

Vuoden 2010 vähenemisjakso on poikkeuksellinen ainakin siinä mielessä, että sen aikana on vähentynyt joulukuisista vähenemisjaksoista eniten jääpinta-alaa (94218 neliökilometriä). Toiseksi eniten yhden vähenemisjakson aikana on vähentynyt joulukuussa 2009 (65938 neliökilometriä). Koko joulukuun aikana kaikkina vuosina merijää kuitenkin lisääntyi. Vähiten lisääntymistä tapahtui vuonna 2004 (45130 neliökilometriä) ja vuonna 2010 tapahtui kuudenneksi vähiten lisääntymistä, eli joulukuun merijään kokonaismuutoksen kannalta vuosi 2010 ei ollut mitenkään poikkeuksellinen.

Yhden päivän aikana eniten vähenemistä tapahtui 7.12.2009, jolloin vähenemistä tapahtui 57656 neliökilometriä. Toiseksi eniten vähenemistä tapahtui 25.12.2004 (45781 neliökilometriä) ja kolmanneksi eniten 17.12.2010 (41406 neliökilometriä).

Vuoden 2010 joulukuun merijään laajuuden muutos ei siis ole kovin poikkeava muihin vuosiin verrattuna. Vuoden 2010 merijäätilanne on toki poikkeuksellinen siinä mielessä, että joulukuussa 2010 merijään laajuus oli ennätyksellisen vähäinen aiempien vuosien joulukuiseen merijään laajuuteen verrattuna. Yllä oleva tarkastelu kuitenkin viittaa siihen, että tämä ei varsinaisesti ollut joulukuun 2010 poikkeuksellisuutta, vaan joulukuuhun tultaessa merijään laajuus oli jo valmiiksi lähes ennätyksellisen alhainen. Joulukuun puolivälissä sattunut voimakas vähenemisjakso sitten vei joulukuun 2010 lopullisesti ennätykseen varsinkin, kun lähinnä ennätyksestä kilpailevien vuosien 2006 ja 2007 joulukuinen muutos oli melkein pelkkää lisääntymistä (vuonna 2006 joulukuinen merijää lisääntyi eniten ja vuonna 2007 toiseksi eniten).

Ilmastotiedon joulu 2010

Tieteessä jouluun liittyy ainakin Betlehemin tähden tulkitseminen erityisenä taivaanilmiönä ja joulupukin selviytyminen urakastaan fysiikan näkökulmasta. Nämä molemmat ovat taivaan ilmiöitä, jotka antiikin Kreikassa kuuluivat kaikki meteorologian eli ilmatieteen piiriin. Jouluun liittyy kuitenkin muitakin asioita, jotka kuuluvat ilmatieteeseen sekä ilmastotieteeseen.

Joulukuun keskilämpötilan kehitys joillakin Suomen mittausasemilla.

Tyynellä valtamerellä vallitseva voimakas sääilmiö El Niño havaittiin usein juuri joulun aikaan, mistä juontaa juurensa myös ilmiön nimi, joka on peräisin espanjankielen poikalasta tai joulun lasta tarkoittavasta sanasta.

Teollinen toiminta vähenee joulun aikaan. Tästä aiheutuu teollisuudesta peräisin olevien päästöjen väheneminen. Päästöjen väheneminen on myös ehkä havaittu. Esimerkiksi Nottrodt ja muut (1980) havaitsivat ilmakehän ainekoostumuksen mittauksissaan vuonna 1976 huomattavia ainekoostumuksen muutoksia joulukuun 24. ja 25. päivänä, jonka yhdeksi mahdolliseksi selitykseksi he ehdottivat teollisuudesta peräisin olevien ilmansaasteiden vähenemisen joulun aikana. Muita vastaavia tuloksia ovat julkaisseet Bhugwant ja muut (2000) ja Madhavi Latha & Highwood (2006).

Yleisemmin tämä tunnetaan “lomaefektin” (holiday effect) nimellä ja se on havaittu myös muiden loma-aikojen yhteydessä. Esimerkiksi Tan ja muut (2009) tutkivat lomaefektin vaikutusta ilmansaasteiden määrään kiinalaisen uudenvuoden aikaan ja havaitsivat selviä muutoksia ilmansaasteiden esiintymisessä. Suurin osa tutkituista saasteaineista väheni kyseisen loman aikana, mutta otsoni lisääntyi. Lisäksi liikenteeseen liittyvien saasteiden aamu- ja iltaruuhkan aikaiset saastehuiput katosivat loman ajaksi.

Jouluna aiheutuu myös lisäpäästöjä esimerkiksi jouluvalaistuksen sekä kinkunpaiston energiankulutuksen, ylensyömisen ja turhien lahjojen vuoksi. Jari Kolehmainen käsittelee omassa blogissaan julkaistussa kirjoituksessaan joulukuuseen liittyviä asioita.

Yksi suurimmista joulun ajan vaikutuksista ilmastotieteeseen on tietysti se, että joululomien takia Ilmastotiedossa julkaistaan vähemmän kirjoituksia. Toivotan hyvää joulua kaikille lukijoillemme, muille kirjoittajillemme, CO2-raportin porukalle, sekä muille Ilmastotiedon toimintaan enemmän tai vähemmän osallistuneille.

Lähteet:

Chatrapatty Bhugwant, Hélène Cachier, Miloud Bessafi and Jean Leveau, 2000, Impact of traffic on black carbon aerosol concentration at la Réunion Island (Southern Indian Ocean), Atmospheric Environment, Volume 34, Issue 20, 2000, Pages 3463-3473, doi:10.1016/S1352-2310(99)00405-7. [tiivistelmä]

K.H. Nottrodt, H.W. Georgii and K.O. Groeneveld, 1980, Temporal and spatial differences in the elemental composition of atmospheric aerosols, Science of The Total Environment, Volume 14, Issue 2, March 1980, Pages 113-128, doi:10.1016/0048-9697(80)90068-6. [tiivistelmä]

K. Madhavi Latha and E.J. Highwood, 2006, Studies on particulate matter (PM10) and its precursors over urban environment of Reading, UK, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, Volume 101, Issue 2, September 2006, Pages 367-379, doi:10.1016/j.jqsrt.2005.11.067. [tiivistelmä]

Pei-Hua Tan, Chia Chou, Jing-Yi Liang, Charles C.-K. Chou and Chein-Jung Shiu, 2009, Air pollution “holiday effect” resulting from the Chinese New Year, Atmospheric Environment, Volume 43, Issue 13, April 2009, Pages 2114-2124, doi:10.1016/j.atmosenv.2009.01.037. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Ilmastodataa

Tähän on kerätty linkkejä ilmastodataa sisältäviin verkkosivustoihin. Listaa päivitetään tarpeen mukaan.

Yleistä ilmastodataa

• NOAA National Climatic Data Center (NCDC) – kaikenlaista ilmastodataa
• Global Change Master Directory – kaikenlaista ilmastodataa
• Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC) – kaikenlaista ilmastodataa, pääpaino kasvihuonekaasuissa
• Atmospheric Science Data Center – NASAn ilmakehään liittyvien mittauksien arkisto
• Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) – monenlaisten ilmastoon liittyvien parametrien mittauksia
• Atmospheric Radiation Measurement Program (ARM) – monenlaisten ilmastoon liittyvien parametrien mittauksia
• Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) – monenlaisten ilmastoon liittyvien parametrien mittauksia
• NOAA National Oceanographic Data Center (NODC) – meriin liittyvää dataa (lämpötila, merenpinnan taso, pH, klorofylli, jne.)
• 20th Century Reanalysis
  – 1900-luvun sääparametrien “reanalyysi”

Lämpötila-analyysit

• NASA GISS – globaali pintalämpötila-analyysi
• HadCRUT3 – globaali pintalämpötila-analyysi
• NOAA GHCN – globaali pintalämpötila-analyysi
• Japanin ilmatieteen laitoksen (JMA) globaali pintalämpötila-analyysi
• Lugina ja muut (2006) – globaali pintalämpötila-analyysi
• RSS – globaali satelliittilämpötila-analyysi
• NOAA STAR – globaali satelliittilämpötila-analyysi
• UAH – globaalin satelliittilämpötila-analyysin data
• HadAT – globaali radiosondilämpötila-analyysi
• NOAA RATPAC – globaali radiosondilämpötila-analyysi
• RAOBCORE – globaali radiosondilämpötila-analyysi
• IUK – globaali radiosondilämpötila-analyysi
• Argo – merien lämpötilamittauksia
• Physical Oceanography DAAC – merien pintalämpötilan mittauksia
• Hadley Centre Sea Ice and Sea Surface Temperature data set (HadISST) – merien pintalämpötilan ja merijään mittauksia

Säteilytasapaino ja pilvet

• NOAA Interpolated Outgoing Longwave Radiation (OLR) maapallolta lähtevä pitkäaaltoinen säteily
• NASA/GEWEX Surface Radiation Budget (SRB) säteilybudjetti maapallon pinnalla
• ISCCP – pitkäaikaisin satelliittipohjainen pilvien mittausprojekti
• Clouds and Earth’s Radiant Energy System (CERES) (osa datasta on saatavilla myös suoraan “order data” -linkin kautta)

Ilmakehän koostumus

• GLOBALVIEW-CO2 ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden mittausverkosto
• Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) ilmakehän otsonipitoisuuden mittauksia

Aurinko

• SIDC – auringonpilkkudataa
• Solanki ja muut (2004) – 11 000 vuoden auringonpilkkumäärän rekonstruktio

Menneen ajan ilmasto

• NOAA Paleoclimatology – monenlaista dataa menneiden aikojen ilmastoon liittyen

Oskillaatiot

• Oskillaatioiden lista ja indeksien data
• Arktisen oskillaation (AO) indeksi
• Pohjois-Atlantin oskillaation (NAO) indeksi
• Atlantin oskillaation (AMO, Atlantic Multidecadal Oscillation) indeksi
• Tyynenmeren – Pohjois-Amerikan ilmiön (PNA) indeksi
• Multivariate ENSO Index (MEI) – El Niño Southern Oscillation (ENSO) indeksi
• Tyynenmeren oskillaation (PDO, Pacific Decadal Oscillation) indeksi
• Eteläisen oskillaation (SO, Southern Oscillation) indeksi
• Antarktiksen oskillaation (AAO) indeksi

Maapallomalli LOVECLIM 1.2 esittelyssä

Ilmastomallien kehityksessä yleisestä virtausmallista seuraava kehitysaskel on maajärjestelmän malli (Earth system model). Maajärjestelmän mallilla voidaan simuloida enemmän asioita kuin virtausmalleissa, kuten esimerkiksi biologisia ja kemiallisia toimintoja. Belgialainen Leuvenin katolinen yliopisto yhteistyökumppaneineen on juuri julkaissut kuvauksen LOVECLIM-mallinsa uusimmasta versiosta, joten tutustumme tässä tähän uuteen versioon ja samalla maajärjestemän malleihin yleensä.

LOVECLIM-mallin alimallit ja niiden keskinäiset rajapinnat.

LOVECLIM on kolmiulotteinen maajärjestelmän malli, jonka monimutkaisuus on keskitasoa (se on ns. EMIC-malli, missä EMIC tulee sanoista Earth system model of intermediate complexity), eli sen tilallinen erottelukyky on heikompi ja fyysisten prosessien esitys yksinkertaisempi kuin parhaimmissa yleisissä virtausmalleissa. Eniten on yksinkertaistettu ilmakehämallia, koska ilmakehän esittäminen ilmastomalleissa on eniten tietokonetehoa syövä osa. Tämän yksinkertaistuksen ansiosta LOVECLIM on paljon nopeampi kuin yleiset virtausmallit (yhdellä 2,5 GHz:n Xeon-prosessorilla on mahdollista suorittaa sadan vuoden simulaatio kaikki komponentit aktivoituna neljässä tunnissa). LOVECLIM sopii siis erityisen hyvin pitkiin simulaatioihin, joita tarvitaan esimerkiksi menneitä ilmastonmuutoksia mallinnettaessa tai tehtäessä tulevaisuuden ennusteita pitkälle ajalle.

Yleisissä virtausmalleissa on yleensä ilmakehä- ja merimallit, mutta niiden lisäksi LOVECLIM sisältää mallit jäätiköille, kasvillisuudelle ja hiilen kierrolle sekä biogeokemialliselle kierrolle. LOVECLIMissa on siis viisi eri komponenttia.

LOVECLIMin kaksi ensimmäistä komponenttia ovat ilmakehämalli ja yhdistetty meren ja merijään malli. Ilmakehän malli perustuu 1990-luvulla kehitettyyn ECBilt-malliin. Merimalli perustuu samaten 1990-luvulla kehitettyyn CLIO-malliin. LOVECLIM-mallissa näihin kahteen on tehty huomattavia parannuksia.

Kasvillisuusmalliksi kehitettiin 2000-luvun alussa VECODE. Sitten merien hiilen kierron malliksi kehitettiin LOCH ja jäätikkömalliksi AGISM. LOVECLIM-nimi muodostettiin näiden kaikkien osamallien nimistä (LOch-Vecode-Ecbilt-CLio-agIsM).

LOVECLIMin uusin versio (1.2) on ollut julkisesti saatavilla jo joulukuusta 2009. Siihen on aiempiin versioihin verrattuna tullut joitakin korjauksia ja parannuksia.

Ilmakehämalli

LOVECLIMin ilmakehämallin ECBiltn erottelukyky on vaakatasossa sekä pituus- että leveyssuuntaan noin 5,6 astetta. Lämpötilat saadaan maan pinnalta sekä korkeuksilta, joissa vallitsee 350 ja 650 hPa:n paine. Malliin sisältyy myös stratosfääri. Malli tarvitsee parametrisointia esimerkiksi konvektiolle, sateisuudelle sekä lumen ja jään albedolle.

Pitkäaaltoisen säteilyn vuo alas ja ylöspäin lasketaan kaikilta mallin tasoilta, eli maan pinnalta, ilmakehän yläosasta ja viidestä ilmakehän kerroksesta. Vuohon vaikuttavat muiden muassa lämpötila, kosteus, pilvisyys ja kasvihuonekaasujen pitoisuudet. Vastaavasti lyhytaaltoisen säteilyn vuo lasketaan maan pinnalta, ilmakehän päältä ja kolmesta kerroksesta ilmakehästä. Lyhytaaltoisen säteilyn vuohon vaikuttavat muiden muassa pilvisyys ja pinnan albedo. Albedo lasketaan sillä perusteella, paljonko yhden mallin pisteen kattamalla alalla on merta, merijäätä, puita, aavikkoa ja ruohoa. Auringon vaikutus määritellään tunnetuista maapallon rataparametreistä.

Vapaa lämpöenergia ja latenttilämpö maan pinnalla määritellään lämpötilan, kosteuden, tuulen nopeuden ja pinnan ominaisuuksien perusteella. ECBiltiin kuuluu myös maanpinnan malli, jonka avulla määritellään esimerkiksi maanpinnan lämpötila, kosteus ja lumipeite.

Meri- ja merijäämalli

Meri- ja merijäämallissa CLIOssa on erikseen merimalli ja merijäämalli. Merimallin erottelukyky on vaakatasossa 3 x 3 astetta. Pystysuunnassa tasoja on 20. Merijäämalli käyttää samaa horisontaalista ruudukkoa kuin merimalli. Merijäämallissa on kolme kerrosta pystysuunnassa: yksi lumipeitteelle ja kaksi jäälle.

Merimallissa on parametrisointi muun muassa coriolisilmiölle ja erilaisille veden ominaisuuksille, kuten viskositeetille. Myös jotkin maapallon ominaispiirteet joudutaan ottamaan huomioon erikseen. Esimerkiksi Beringinsalmen läpivirtaukselle tarvitaan parametrisointia. Myös merijäämallissa tarvitaan joitakin parametrisointeja esimerkiksi jään joillekin ominaisuuksille.

Kasvillisuusmalli

LOVECLImin kasvillisuusmalli VECODE on varta vasten suunniteltu toimimaan pitempiin simulaatioihin tarkoitetun heikomman erottelukyvyn ilmakehämallin kanssa. VECODEssa on kolme alimallia: kasvillisuuden rakenteen malli (ilmastoon liittyen), muun muassa nettoperustuotantoa laskeva biogeokemiallinen malli ja kasvipeitettä kuvaava kasvillisuusdynamiikan malli.

Kasvillisuuden rakenteen mallissa on kaksi perusmallia kasvillisuudelle: puut ja ruohot. Biogeokemiallisessa mallissa kasvillisuuden hiili on jaettu kahteen osaan: vihreä biomassa (lehdet) sekä rakenteellinen biomassa (juuret, varsi ja oksat). Kuollut orgaaninen hiili jaetaan myös kahteen eri osaan: puiset jätteet ja humus. Kasvillisuusmallissa otetaan myös huomioon ilmakehän hiilidioksidin lisäyksen vaikutus nettoperustuotantoon.

Hiilen kierron malli

LOVECLIMin hiilen kierron malli LOCH on oikeastaan vain meren hiilen kierron malli. LOCH laskee muun muassa liuenneen epäorgaanisen hiilen pitoisuutta, meriveden emäksisyyttä, happipitoisuutta, orgaanisten aineiden pitoisuutta ja hiilen isotooppien pitoisuutta. Meren pinnalla liukenevan hiilidioksidin määrää kontrolloidaan sekä fyysisillä (liuekenevuus) että biologisilla (biologiset pumput) prosesseilla. Biologinen pumppu perustuu kasviplanktoniin ja sen mukana pohjaan vajoavaan hiileen (kasviplanktonin kuollessa se yleensä vajoaa meren pohjaan). Mallissa kasviplanktonin elämänkiertoa simuloidaan alusta loppuun. Meren emäksisyyttä ja liuenneen epäorgaanisen hiilen pitoisuutta lasketaan, koska ne vaikuttavat ilmakehästä mereen liukenevan hiilidioksidin määrään.

Hiilen kierron malliin tarvitaan parametrisointia muun muassa planktonin kasvun ja kuolleisuuden kuvaamiseen sekä pohjaan vajoavan aineksen määrän kuvaamiseen. Lisäksi malliin kuuluu oma ilmakehämoduuli, jolla kuvataan ilmakehän kaasujen pitoisuuksien muuttumista.

Jäätikkömalli

LOVECLIMin jäätikkömalli AGISM sisältää kaksi erillistä jäätikkömallia, yksi kummallekin napa-alueelle. Mallit ovat periaatteessa samanlaisia, mutta etelänavan malli sisältää jäähyllyjen kuvauksen. Grönlannissa ei ole nykyään kovin paljon kelluvia jäähyllyjä, eikä niiden osuus aiemminkaan ilmeisesti ole ollut merkittävä, joten pohjoisnavan jäätikkömalliin ei sisälly jäähyllyjen kuvausta.

Molemmissa jäätikkömalleissa kuvataan jään virtausta ja massatasapainoa sekä maankuoren reaktiota jäämassan muutoksiin. Näiden yhteydessä lasketaan muun muassa jään paksuutta, jään lämpötilaa ja jään virtausnopeuteen liittyviä parametrejä.

Jäätikkömallien erottelutarkkuus on 10 x 10 kilometriä vaakatasossa. Pystysuunnassa jäätasoja on 31 ja lisäksi on yhdeksän maakuoren tasoa (joita käytetään lämmön johtumisen laskentaan). Pystysuunnassa tasojen paksuus ohenee maan pintaa lähestyttäessä. Maankuoressa lämpötiloja lasketaan neljän kilometrin syvyyteen saakka.

Yllä mainittujen lisäksi LOVECLIMiin on liittettävissä optionaalinen jäävuorimalli. Sillä simuloidaan jäävuorien ajelehtimista ja sulamista. Sitä on toistaiseksi käytetty vain muutamassa tutkimuksessa.

Mallien yhteistoiminta

Voidakseen toimia kokonaisuutena on eri mallien kommunikoitava keskenään. LOVECLIMissä esimerkiksi CLIO antaa ECBiltille meren pintalämpötilan, merijään lämpötilan, merijään osuuden sekä merijään ja lumen paksuuden. ECBilt taas antaa CLIOlle tuulen voimakkuuden, lyhytaaltoisen säteilyn aiheuttaman lämpövuon, nettolämpövuon ja sateisuuden (sekä vetenä että jään eri muotoina). LOCHin ilmakehäkomponentin laskemaa hiilidioksidipitoisuutta käytetään ECBiltissä ja VECODEssa.

Muiden mallien välillä tapahtuu tiedonvaihtoa samaan tapaan. Kaikkien mallien erottelukyky ei sovi suoraan toisiinsa, vaan joissakin tapauksissa on tehtävä erikoisjärjestelyitä siirrettävän tiedon muuntamisessa sopivaksi toisen mallin erottelukyvylle.

Kokonaismallin toimivuus

Mallin toimintaa esitellään joidenkin menneiden ja nykyisen ajan ilmastonmuutoksien simuloinneilla. Yleisesti ottaen LOVECLIM näyttää sopivan tarkoitukseensa, eli pitkien aikojen ilmaston simulointiin, melko hyvin. Lyhyen ajan ilmastoa se ei luonnollisesti osaa kuvata niin hyvin kuin paremman erottelukyvyn mallit. Silti se näyttää tuottavan viime vuosikymmenien ilmaston ainakin pääpiirteissään oikein, vaikka toki monin paikoin on suuria eroja havaittuun.

Pitemmän ajan simulaatioissa on myös hiukan parantamisen varaa, vaikka menneen ajan ilmaston kuvaaminen onnistuukin melko hyvin. Esimerkiksi esiteollisen ajan hiilidioksidipitoisuus on mallissa liian vakaa, joten se ei pysty tuottamaan joitakin suhteellisen lyhytaikaisia muutoksia hiilidioksidipitoisuudessa. Esimerkkeinä tuotetaan viimeisen tuhannen vuoden ilmasto, holoseenin keskivaiheiden ilmasto ja viimeisin jääkausi.

LOVECLIM kuvaa menneisyyden ilmastoja melko hyvin. Yleisesti ottaen toiminta on parempaa matalilla leveysasteilla, kun taas korkeilla leveysasteilla malli poikkeaa herkemmin havainnoista.

Lähde: Goosse, H., Brovkin, V., Fichefet, T., Haarsma, R., Huybrechts, P., Jongma, J., Mouchet, A., Selten, F., Barriat, P.-Y., Campin, J.-M., Deleersnijder, E., Driesschaert, E., Goelzer, H., Janssens, I., Loutre, M.-F., Morales Maqueda, M. A., Opsteegh, T., Mathieu, P.-P., Munhoven, G., Pettersson, E. J., Renssen, H., Roche, D. M., Schaeffer, M., Tartinville, B., Timmermann, A., and Weber, S. L.: Description of the Earth system model of intermediate complexity LOVECLIM version 1.2, Geosci. Model Dev., 3, 603-633, doi:10.5194/gmd-3-603-2010, 2010. [tiivistelmä, koko artikkeli (yli 8MB)]

Lisätietoa: LOVECLIM-kotisivu (Leuvenin katolinen yliopisto). Asiasta kiinnostuneille sivustolta löytyy myös LOVECLIMin ohjelmistokoodi (288 MB kokoisena pakattuna tiedostona), joka on kaikkien vapaasti ladattavissa ja kokeiltavissa. Ohjelmistopaketista kuitenkin puuttuvat LOCH ja AGISM kyseisten alimallien tekijöiden pyynnöstä. Niitä on pyydettävä tekijöiltä erikseen. Ohjelmistopaketti toimii kuitenkin myös ilman näitä kahta alimallia, vaikka sovelluskohteet ovat luonnollisesti rajallisemmat kuin koko mallin tapauksessa.