Miltä jääkausi näyttää tietokoneessa?

Maapallon ilmasto on muuttunut menneisyydessä paljon. Menneisyyden ilmastonmuutoksien tutkiminen auttaa ymmärtämään nykyistä ilmastonmuutosta paremmin. Nykyinen ilmastonmuutos on vasta alkuvaiheessaan ja sen tulevaisuuden etenemiseen liittyy paljon kysymyksiä. Tutkimalla menneisyyden ilmastonmuutoksia saamme vihjeitä siitä, miten nykyinen ilmastonmuutos tulee etenemään pitkällä aikavälillä. Menneisyyden ilmastonmuutoksien avulla voimme testata teoreettista tietämystämme ilmastosta muun muassa testaamalla, saammeko toistettua menneisyydessä tapahtuneet ilmastonmuutokset ilmastomalleillamme. Saksalainen tutkijaryhmä on tutkinut miten ilmastomallit toistavat viimeisimmän jääkausijakson.

Asiaa on tutkittu paljon jo ennen tätä uutta tutkimusta. 1980- ja 1990-luvuilla melko yksinkertaisien mallien ajoissa selvisi, että kun maapallon ilmastoa ohjataan pelkästään maapallon ratamuutoksilla, jotka aiheuttavat muutoksia Auringon lämmitysvaikutukseen, jääkausien ajoitus osuu melko hyvin kohdalleen. Lisäksi vuonna 2000 eräässä tutkimuksessa selvisi, että pelkästään hiilidioksidipitoisuuden muutoksien ohjailemana jääkausien ajoitus ei osu kohdalleen. Havaintojen ja mallien yhteensopivuus paranee huomattavasti, kun malleissa simuloitua ilmastoa ohjataan sekä tunnetuilla ratamuutoksilla että ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden vaihteluilla. Tämä merkitsee sitä, että hiilidioksidipitoisuuden muutokset toimivat merkittävänä muokkaajana ratamuutoksien aloittamille ilmastonmuutoksille. 2000-luvulla mallit ovat kehittyneet niin, että nykyään saadaan mallinnettua jo jäätiköiden muutoksetkin jääkausien aikana melko hyvällä tarkkuudella.

Tässä uudessa tutkimuksessa käytettiin jälleen yhtä uutta, paranneltua mallia (kehitetty vuonna 2005), jossa on erillinen jäätikkömalli normaalien maa-, meri- ja ilmakehämallien lisäksi. Jäätikkömalli saa ilmakehämallista seuraavia tietoja: pintalämpötila, sademäärä, Auringon säteilyn määrä maan pinnalla, ilmakehästä tulevan lämpösäteilyn määrä (seurausta kasvihuoneilmiöstä), tuulennopeus ja pilvisyys. Jäätikkömalli kertoo maa- ja merimalleille seuraavat asiat: mereen kulkeutuvan jään määrä, maanpinnan kohoaminen, merenpinnan korkeus, maanpinnan jääpeitteen määrä ja jäätiköiden sulamisen määrä. Mallissa on myös paneuduttu pölyn ilmastovaikutuksiin (mm. vaikuttaa säteilyn kulkuun ilmakehässä ja jäätiköiden sulamiseen sekä albedoon jään pinnalla).

Käytettyyn malliin ja tähän uuteen tutkimukseen liittyy jonkin verran epävarmuutta aiheuttavia tekijöitä. Jäätikkömallia käytetään vain pohjoiseen pallonpuoliskoon. Jäätiköiden sulamisvettä ei lasketa mereen pikkuhiljaa, vaan kaikki sulamisvesi päästetään mereen kerralla. Sulamisveden mahdollista tunkeutumista syvään mereen ei myöskään huomioitu.

Mallia ajettiin lasketuilla maapallon ratamuutoksilla ja Vostokin jääkairanäytteistä saaduilla kasvihuonekaasupitoisuuksilla ohjattuna. Vostokin jääkairanäytteistä on hiilidioksidin lisäksi mitattu myös metaani ja dityppioksidi. Mallien ajot aloitettiin ajankohdasta 126 tuhatta vuotta sitten ja ne tehtiin nykypäivään saakka.

Mallin ajojen eräänä tuloksena esitettiin merenpinnan taso eri aikoina. Siihen saatiin hyvä vastaavuus mallien ja havaintojen välille, mutta malliajojen tuloksia jouduttiin kuitenkin ensin korjamaan jäätiköitymisen maksimivaiheessa, koska jäätikkömalli oli käytössä vain pohjoisella pallonpuoliskolla ja jonkun verran jäätä kerääntyy myös eteläisen pallonpuoliskon jäätiköihin. Malli joka tapauksessa toisti melko hyvin pienemmätkin heilahtelut merenpinnan tasossa.


16 000 vuotta sitten Suomen päällä oli yli kaksi kilometriä jäätä.

Tutkimuksessa esitettiin myös karttoja siitä, miten jääpeite muuttui pohjoisella pallonpuoliskolla jääkausijakson eri aikoina. Suomi oli kokonaan jään peitossa vielä 16 000 vuotta sitten. Jää alkoi sulaa, ja 13 000 vuotta sitten noin puolet Suomen pinta-alasta oli jään peitossa, mutta loput olivat veden alla, koska merenpinta oli noussut ja lisäksi jäätikkö oli painanut maankuorta alemmaksi eikä se ollut vielä kohonnut takaisin. 10 000 vuotta sitten Suomen etelä- ja pohjoisosat olivat jo merenpinnan yläpuolella, eikä jäätiköitä ollut enää Suomen alueella. 8 000 vuotta sitten tilanne olikin jo aika lailla nykypäivän kaltainen – tosin merialueet olivat vielä paljon laajemmat kuin nykyisin. Kaikenkaikkiaan jääpeitteen muutokset seuraavat malleissa melko hyvin havaintoja, vaikka siellä täällä onkin hieman epätarkkuutta. Esimerkiksi jäätiköitymisen maksimi tapahtuu malleissa hiukan myöhemmin kuin havainnoissa ja Euroopan jääpeite sulaa jonkin verran aikaisemmin kuin havainnoissa.

Ilmaston kehittymistä havainnollistettiin esittämällä ratamuutosten ja kasvihuonekaasujen muutokset ja lämpötilojen muutokset Antarktiksella ja Grönlannissa (näistä paikoista löytyy tarpeeksi pitkät jääkairanäytteiden lämpötilarekonstruktiot, joita voi vertailla mallien tuloksiin). Antarktiksen lämpötilamuutokset toteutuvat malliajoissa hyvin. Tämä ei ole sinänsä mikään yllätys, koska käytössä oli Antartikselta mitatut kasvihuonekaasupitoisuudet. Grönlanninkin lämpötila toteutuu melko hyvin, mutta siellä on suurempia eroja havaintojen ja mallien välillä. Esimerkiksi mallit ajoittavat huonosti Grönlannille ominaiset lyhyet voimakkaat lämpötilanmuutokset (ns. 1500-vuoden syklisyys Grönlannin lämpötilarekonstruktioissa). Tutkijat kuitenkin huomauttavat, että kyseiset muutokset ovat luonteeltaan satunnaisia, joten ei voida odottaa niiden toistamista täsmällisesti. Lämpötilakehityksen pääpiirteet kuitenkin täsmäävät hyvin malleissa ja havainnoissa.

Lopuksi tutkimuksessa keskitytään mallien herkkyyteen eri parametreille. Yleinen tulos on se, että malli on herkkä parametrien arvoille, joista monien arvoja ei tunneta täsmällisesti (tällaisiä parametrejä löytyy mm. liittyen jäätiköiden dynamiikkaan ja sateisuuteen), eli pienet muutokset näissä parametreissä muuttaa voimakkaasti lopputulosta. Tutkijat sanovatkin, että tässä on haaste jääkausien mallinnuksen parantamiselle tulevaisuudessa.

Kiitos kommenteista Jarille ja Mikolle.

Lähde: Ganopolski, A., Calov, R., and Claussen, M.: Simulation of the last glacial cycle with a coupled climate ice-sheet model of intermediate complexity, Clim. Past, 6, 229-244, 2010 [tiivistelmä, koko artikkeli].

Mainokset

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

%d bloggers like this: