Tällä kirjoituksella osallistumme kansainväliseen Blog Action Day -tapahtumaan, joka kokoaa maailman blogit julkaisemaan samana päivänä kirjoituksen samasta aiheesta. Tämän vuoden aiheena on vesi.
Ilmakehän hiilidioksidin ja maapallon vesistöjen vuorovaikutukseen liittyy tällä hetkellä paljon tärkeitä asioita. Esimerkiksi merien kyvyn sitoa hiilidioksidia odotetaan laskevan, mikä nostaisi ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta entisestään. Toinen esimerkki on merien happamoituminen, jonka on ennustettu aiheuttavan vakavia tuhoja merien ekosysteemeille. Tähän aihepiiriin liittyen on lähiaikoina julkaistu monta uutta tutkimusartikkelia. Tässä tutustumme niihin saadaksemme hiukan käsitystä siitä, minkälaisia asioita (muiden muassa) ilmakehän hiilidioksidin ja maapallon vesistöjen vuorovaikutukseen liittyen tutkitaan tällä hetkellä.
Ihmistoiminnasta peräisin olevan hiilidioksidin kerääntyminen mereen
González-Dávila ja kumppanit ovat tutkineet ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousun vaikutuksia meressä eri syvyyksillä. Tutkimus tehtiin Kanarian saarien lähistöllä. Tutkimuksessa mitattiin meren happamuutta ja alkaliniteettiä. Lisäksi käytettiin hiilidioksidin osapaineen mittauksia meren pinnalta. Tutkimuksessa oli tarkoitus seurata, miten ihmistoiminnasta peräisin oleva hiilidioksidi kertyy mereen. Tutkimus keskittyi ajanjaksolle 1995-2004.
Ihmisen toiminnasta peräisin olevan hiilen pitoisuus eri syvyyksillä.
Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kasvu oli havaittavissa meren pintakerroksen lisääntyvänä epäorgaanisen hiilen määränä. Tämän seurauksena meren pintakerros on muuttunut happamammaksi (muutos oli -0.0017±0.0003 pH-yksikköä vuodessa). Lisäksi karbonaatti-ionien pitoisuus ja kalsiumkarbonaatin kyllästystila ovat pienentyneet.
Epäorgaanisen hiilen lisääntyminen on ollut erilaista eri syvyyksillä. Epäorgaaninen hiili lisääntyi 300 metrin syvyydessä 0,53 moolin miljoonasosaa per kilogramma vuosittain. Vastaava luku 600 metrissä oli 0,49 ja 1000 metrissä 0,40.
Ihmisen toiminnasta peräisin olevaa hiilidioksidia meressä havaittiin tutkimuksen ajanjaksolla keskimäärin 66 ± 3 moolia per neliömetri. Määrä ei kuitenkaan ollut vakio, vaan se muuttui 61,7:stä vuonna 1994 arvoon 70,2 vuonna 2004.
Hurrikaanin vaikutus meren ja ilmakehän hiilidioksidin vaihtoon
Huang ja Imberger ovat tutkineet, miten hurrikaani Franceksen kulku merellä vaikutti ilmakehän ja meren väliseen hiilidioksidin vaihtoon. Tutkimuksen he tekivät siihen sopivalla tietokonemallilla. Lisäksi arvioitiin, kuinka suuri hurrikaanien vaikutus on globaalisti ilmakehän ja meren väliseen hiilidioksidin vaihtoon ja kuinka paljon se on muuttunut viime aikoina.
Vuoden 2004 hurrikaani Franceksella oli selvä vaikutus ilmakehän ja meren väliseen hiilidioksidin vaihtoon. Hurrikaani Franceksen ansiosta merestä pääsi ilmakehään noin 4-10 teragrammaa eli miljardia kilogrammaa hiilidioksidia. Tärkein syy tähän oli meren pintaveden viileneminen. Hurrikaanin vaikutus paikalliseen ilmakehän ja meren väliseen hiilidioksidin vaihtoon ulottui noin sadan kilometrin päähän kummallekin puolelle hurrikaanin reitiltä.
Hurrikaanien globaaliksi vaikutukseksi arvioitiin, että ilmakehään pääsi noin 47-141 teragrammaa hiilidioksidia. Arvio perustuu kuitenkin vain hurrikaani Franceksen vaikutuksen tutkimiseen. Viime vuosikymmenien aikana hurrikaanien aiheuttamien hiilidioksidipäästöjen arveltiin lisääntyneen noin 71-75 prosenttia.
Pohjoisen purojen päästöt
Pohjoisten järvien tiedetään olevan hiilidioksidin suhteen ylikyllästyneitä. Pohjoisen järvet ovatkin hiilidioksidipäästöjen lähteitä. Uudessa tutkimuksessa Koprivnjak ja muut ovat selvitelleet pohjoisen purojen hiilidioksidipäästöjä. Osoittautui, että pohjoisen purot ovat järviäkin ylikyllästyneempiä hiilidioksidin suhteen. Niinpä niistäkin pääsee hiilidioksidia ilmakehään.
Järvien ja purojen ilmakehään päästämästä hiilidioksidista purojen osuus on noin 8 prosenttia vuoden jäättömänä aikana. Parhaimmillaan osuus nousee vuodenaikavaihtelussa jopa noin 34 prosenttiin. Purojen päästöt ovat suurimmillaan kesällä ja pienimmillään keväällä.
Etelänavalla merien happamoituminen viivästyy
McNeil ja kumppanit ovat tutkineet meren happamoitumisen etenemistä etelänavalla. Etelänavan vesissä on paljon eliöitä, jotka ovat riippuvaisia aragoniitti-mineraalista. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousu vaikuttaa meressä niin, että aragoniitti alkaa liueta. Tällä on suora vaikutus etelänavan ekosysteemille. Aragoniitin liukenemisen on tähän mennessä arvioitu alkavan noin vuonna 2015.
Tutkimuksessa käytettiin havaintoja meren pintaveden hiilidioksidipitoisuudesta Rossinmerellä, etelänavan lähistöllä. Havaintoja käytettiin merimallin apuna tilannetta simuloitaessa. Tavoitteena oli selvittää, milloin olosuhteet alkavat olla sellaiset, että aragoniitin liukeneminen alkaa.
Osoittautui, että merijään laajuudesta ja syvään mereen kulkeutumisesta johtuen mereen varastoitui odotettua vähemmän ihmistoiminnasta peräisin olevaa hiilidioksidia. Tämän ansiosta aragoniitin liukeneminen ei näyttäisi alkavan vielä vuonna 2015, vaan se saattaa viivästyä jopa 30 vuodella.
Pohjois-Atlantilla hiilidioksidin liukeneminen mereen vähentynyt
Metzl ja kumppanit ovat mitanneet epäorgaanisen hiilen ja alkaliniteetin määrää Pohjois-Atlantilta Islannin ja Kanadan väliseltä alueelta. Lisäksi käytettiin hiilidioksidin ”fugasiteetin” (joka on eräänlainen hiilidioksidin osapainetta vastaava suure) mittauksia. Näiden avulla voidaan määritellä meren ottamaa hiilidioksidin määrää ja sen muutoksien syitä.
Ajanjaksolla 1993-2003 talviaikaan fugasiteetti nousi meressä enemmän kuin ilmakehässä. Tämä viittaa siihen, että meri otti vähemmän hiilidioksidia ilmakehästä, mikä selittyy pääasiassa meren pintalämpötilan nousulla. Kyseinen lämpeneminen puolestaan selittyy Pohjois-Atlantin oskillaation kääntymisellä negatiiviseen vaiheeseen, minkä takia alueelle virtasi lämpimämpää vettä.
Ajanjaksolla 2001-2008 fugasiteetti nousi huomattavan nopeasti, ja talvella 2007-2008 alueen meri oli hiilidioksidin suhteen ylikyllästyneessä tilassa. Tässä tapauksessa muutos oli selitettävissä ihmisen toiminnasta peräisin olevan hiilidioksidin kulkeutumisella mereen sekä muutoksilla alueen konvektio-olosuhteissa, jotka aiheuttivat muutoksia meren sekoittumiseen. Pohjois-Atlantin oskillaatio ei näyttänyt suoraan liittyvän näihin muutoksiin. Havaittu fugasiteetin muutos tarkoittaa myös sitä, että meri muuttui alueella happamammaksi (pH:n muutos oli −0.069 ± 0.007 per vuosikymmen).
Lähteet:
González-Dávila, M., Santana-Casiano, J. M., Rueda, M. J., and Llinás, O.: The water column distribution of carbonate system variables at the ESTOC site from 1995 to 2004, Biogeosciences, 7, 3067-3081, doi:10.5194/bg-7-3067-2010, 2010. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Huang, P., and J. Imberger (2010), Variation of pCO2 in ocean surface water in response to the passage of a hurricane, J. Geophys. Res., 115, C10024, doi:10.1029/2010JC006185. [tiivistelmä]
Koprivnjak, J.-F., P. J. Dillon, and L. A. Molot (2010), Importance of CO2 evasion from small boreal streams, Global Biogeochem. Cycles, 24, GB4003, doi:10.1029/2009GB003723. [tiivistelmä]
McNeil, B. I., A. Tagliabue, and C. Sweeney (2010), A multi-decadal delay in the onset of corrosive ‘acidified’ waters in the Ross Sea of Antarctica due to strong air-sea CO2 disequilibrium, Geophys. Res. Lett., 37, L19607, doi:10.1029/2010GL044597. [tiivistelmä]
Metzl, N., et al. (2010), Recent acceleration of the sea surface fCO2 growth rate in the North Atlantic subpolar gyre (1993–2008) revealed by winter observations, Global Biogeochem. Cycles, 24, GB4004, doi:10.1029/2009GB003658. [tiivistelmä]
Ilmastotieto 