Tiibetin ylängöllä kasvukausi lyhenee ilmaston lämmetessä

Maapallon lämpenemisen on havaittu yleisesti aikaistavan kasvien toimintaa keväällä, mutta tilanne ei ehkä ole aivan niin yksinkertainen. Uudessa tutkimuksessa havaittiin Tiibetin ylängön kasvien kasvukauden viivästyvän keväällä ja joidenkin kasvukausi myös loppui aikaisemmin. Tutkitun alueen kasvukausi siis lyheni ilmaston lämpenemisen myötä.

Arokasvien kasvukauden alkamisen (yllä) ja loppumisen (alla) muutokset Tiibetin ylängöllä vuosien 1982 ja 2006 välillä.

Ilmastonmuutos on vaikuttanut useimpien kasvien keväisen toiminnan ajoitukseen maapallon leudoilla ja kylmillä alueilla. Monien tutkimusten mukaan lämpeneminen on aiheuttanut kasvien keväisen toiminnan aikaistumisen. Tämä on havaittu suurimmassa osassa tutkituista lajeista.

Kaikissa tutkimuksissa on kuitenkin ollut myös lajeja, joilla keväinen toiminta ei ole aikaistunut. Muutamalla prosentilla lajeista se on jopa viivästynyt. Joillakin lajeilla havaittu viivästyminen ei johtunut paikallisesta viilenemisestä, vaan myös viivästyneiden lajien elinalueella havaittiin lämpenemistä. Näyttää siis siltä, että reaktio ilmastonmuutokseen ei ole kaikilla lajeilla samanlainen.

Useimmilla leutojen alueiden lajeilla kevään toiminnan ajoitus määräytyy talven kylmyyden ja kevään lämmön perusteella. Kylmän talven alueella kehittyneet (monivuotiset) kasvilajit pysäyttävät talvella kasvunsa välttääkseen pakkasvauriot ja jatkavat keväällä sään lämmettyä kasvuaan. Tästä on oletettavissa, että kevätaikainen lämpeneminen johtaa kasvun uudelleenkäynnistymisen aikaistumiseen. Toisaalta talven lämpeneminen taas saattaa johtaa kasvun uudelleenkäynnistymisen myöhästymiseen, koska lämpimänä talvena kasvien jäähtymisvaatimukset eivät täyty niin hyvin kuin kylminä talvina, joihin kasvit ovat tottuneet.

Toistaiseksi havainnoissa suurin osa lajeista on aikaistanut keväistä toimintaansa, joten kevään lämpenemisen vaikutus näyttäisi toistaiseksi olevan voimakkaampi kuin talven lämpenemisen vaikutus. On kuitenkin lajeja, jotka ovat erityisen herkkiä lämpötilan muutoksille. Sellaisia ovat esimerkiksi korkealla elävät lajit. Sellaisilla lajeilla talven lämpenemisen vaikutus saattaisi näkyä paremmin erityisesti hyvin voimakkaasti lämmenneillä alueilla.

Hyvin pohjoisilla alueilla lämpeneminen on ollut voimakasta ja sieltä onkin saatu todisteita keväisen toiminnan viivästymisestä. Siellä havaittiin kasvien ensin aikaistavan toimintaansa (vuosien 1982 ja 1991 välillä), mutta sitten keväinen toiminta alkoi viivästyä (vuosien 1993 ja 2004 välillä).

Tiibetin ylänkö on paikka, jossa myös on tapahtunut erityisen voimakasta lämpenemistä. Uudessa tutkimuksessa on tarkasteltu Tiibetin ylängön niitty- ja arokasvien kasvukauden alkamisen, loppumisen ja pituuden suhdetta lämpötilanmuutoksiin. Tutkimus tehtiin satelliittikuvien perusteella vuosien 1982 ja 2006 välillä. Lisäksi käytettävissä oli joitakin paikan päällä tehtyjä havaintosarjoja, joiden avulla satelliittihavaintojen järkevyyttä voitiin tarkastaa.

Sekä niitty- että arokasveilla kasvukauden alku aikaistui 1980-luvun alusta 1990-luvun puoliväliin saakka, mutta sen jälkeen kasvukauden alkaminen alkoi viivästyä melko nopeasti. Viivästymistä jatkui aina tutkimuksen loppuun saakka. Koko tällä aikavälillä Tiibetin ylänkö lämpeni melko tasaisesti. Havaintoaineiston tarkempi analysointi osoitti, että toukokuun ja kesäkuun lämpeneminen aikaisti kasvukauden alkamista, mutta lokakuun ja maaliskuun välinen lämpeneminen viivästytti kasvukauden alkamista.

Kasvukauden loppumisessa ei näkynyt niittykasveilla mitään erityistä muutosta tutkittuna ajanjaksona. Arokasveilla sen sijaan kasvukauden loppuminen aikaistui melko tasaisesti. Niittykasveilla syyskuun lämpötila näytti ratkaisevan kasvukauden loppumisajankohdan. Arokasveilla kasvukauden loppuminen näyttäisi riippuvan talven ja heinä-elokuun lämpötiloista.

Näiden muutosten nettovaikutus kasvukauden pituuteen oli lyheneminen. Arokasvien kasvukausi lyheni noin yhdellä kuukaudella ja niittykasvien kasvukausi lyheni noin kolmella viikolla. Näyttäisi siis siltä, että Tiibetin ylängöllä kasvillisuus ei hyötyisi ilmaston lämpenemisestä, vaan pikemminkin päinvastoin. Tämä johtuu luultavasti siitä, että ne ovat sopeutuneet elämään kylmemmissä olosuhteissa.

Lähde: Haiying Yu, Eike Luedeling, and Jianchu Xu, Winter and spring warming result in delayed spring phenology on the Tibetan Plateau, PNAS December 21, 2010 vol. 107 no. 51 22151-22156, doi: 10.1073/pnas.1012490107. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Päivitys GISSin pintalämpötila-analyysiin

NASAn Goddard Institute for Space Studies (GISS) on julkaissut uuden kuvauksen maapallon pintalämpötila-analyysistään. Artikkelissa kuvataan analyysissä käytetty data sekä analyysin menetelmät ja tulokset. Lisäksi käsitellään joitakin keskustelua herättäneitä aiheita, kuten kaupunkilämpösaareketta ja datasta löytyneitä virheitä.

Kolmen pintalämpötila-analyysin antama maapallon lämpötilan muutos.

Maapallon pintalämpöanalyysejä tehdään kolmen tutkimusryhmän toimesta: NASAn Goddard Institute for Space Studies (GISS), NOAA:n National Climatic Data Center (NCDC) ja Ison-Britannian Met Officen Hadley Centren sekä East Anglian yliopiston Climatic Research Unitin yhteistyönä tekemä HadCRUT (*). Nämä analyysit eivät ole toisistaan riippumattomia, sillä ne käyttävät paljolti samaa mittausdataa. On silti hyvä, että analyysejä on useampia, koska niissä käytetään erilaisia menetelmiä mittausdatan ongelmien (esimerkiksi mittauspaikan ympäristön vaikutukset mittauksiin) käsittelyssä. On olemassa myös pintalämpötila-analyysi, jossa käytetään ainakin osittain eri mittausdataa (Lugina ja muut, 2006). Tämä analyysi antaa hyvin samanlaisen tuloksen kuin muutkin analyysit.

GISSin pintalämpötila-analyysi muodostettiin 1970-luvun lopulla James Hansenin aloitteesta ja se julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna 1981. Tavoitteena oli arvioida maapallon lämpötilan muutos, jotta sitä voitaisiin verrata ilmastoon vaikuttavien tekijöiden (esimerkiksi kasvihuonekaasut, tulivuorien aerosolit, Auringon aktiivisuus) odotettuun vaikutukseen. Tätäkin ennen oli ollut joitakin analyysejä, mutta ne eivät kattaneet koko maapalloa.

GISSin analyysissä lasketaan lämpötilanmuutosta, joten absoluuttista lämpötilaa GISSin analyysistä ei saa. Absoluuttinen lämpötilakin on kuitenkin arvioitu koko maapallolle olevan noin 14 celsiusastetta vuosien 1951 ja 1980 välisen ajan keskiarvona.

Lämpötilan mittaustiedot GISSin analyysiin maa-alueiden osalta tulevat GHCN:stä (Global Historical Climatology Network, NOAA). Käytössä on toistaiseksi GHCN:n versio 2, mutta versio 3 on juuri ilmestymässä (siitä on jo julkaistu beta-versio GHCN:n verkkosivuilla). GISS tulee siirtymään lähiaikoina versioon 3 ja pitää jonkin aikaa sekä uudempaan että vanhempaan versioon perustuvia analyysejä verkkosivuillaan, jotta analyysien eroja voidaan vertailla. GISS käyttää GHCN:ssä olevista mittausasemista vain sellaiset, joilla on vähintään 20 vuotta samanaikaisia mittauksia naapuriasemien kanssa. Mittausasemia GISSin analyysissä on noin 6300 (GHCN:n asemien koko määrän ollessa noin 7000).

Ennen varsinaisen analyysin tekoa on monien mittausasemien dataa ensin korjattava. Yksi tunnettu korjaamista vaativa asia on kaupunkilämpösaareke. GISSin analyysiin kuuluu kaupunkilämpösaarekkeen korjaus (tästä enemmän alla). GISSin analyysiin kuuluu kaksi tärkeää mittausasemaa, joilla ei ole oikeastaan naapuriasemia. Molempien asemien mittausdataan on tehtävä korjaus. Saint Helenan mittausasema trooppisella Atlantilla siirrettiin vuonna 1976 alemmas (korkeudesta 604 m korkeuteen 436 m). Lämpötila alempana on korkeampi, joten aseman mittausdatan ennen vuotta 1976 mitattuihin arvoihin lisättiin yksi celsiusaste (lämpötila laskee korkeuden mukana noin kuusi celsiusastetta per kilometri). Havaijilla sijaitsevan Lihuen mittausaseman dataan jouduttiin lisäämään 0,8 celsiusastetta vuotta 1950 edeltäviin arvoihin, koska datassa oli selvä epäjatkuvuuskohta (eikä korjaamaton data sopinut yhteen naapuriasemien datan kanssa).

Merenpinnan lämpötilat GISS ottaa Met Officen Hadley Centren merenpinnan lämpötilojen analyysistä (HadISST1) sekä satelliittimittauksista (OISST.v2). Merenpinnan lämpötilan mittauksiin liittyy myös korjaamista vaativia tekijöitä, kuten mittausmenetelmien muuttuminen ajan myötä. Myös satelliittimittauksissa on omat epävarmuustekijänsä.

Merenpinnan lämpötilamittauksista käytetään vain koko vuoden jäästä vapaana olevilta alueilta tehdyt mittaukset. GISSin analyysi näet pyrkii antamaan maanpinnan läheisen ilman lämpötilan. Merenpinnan lämpötila on melko hyvä ilmalämpötilan indikaattori jäästä vapailla alueilla. Merenpinnan jäätyessä tilanne muuttuu. Meren pintavesi ei laske alle nollan celsiusasteen vaikka jään yläpuolella ilman lämpötila saattaa olla reilusti pakkasen puolella. Siksi jäätyvillä alueilla ei merenpinnan lämpötilaa voi käyttää ilman lämpötilan indikaattorina. Jäisten merialueiden ilman lämpötilat arvioidaan läheisten maa-asemien perusteella ja jos 1200 kilometrin säteellä ei ole yhtään maa-asemaa, lämpötila jätetään sellaiselta paikalta määrittelemättä.

GISSin analyysissä kaupunkialueilla sijaitseville asemille tehdään pitkän ajan lämpötilanmuutoksiin korjaus kaupunkilämpösaarekkeen vaikutuksen poistamiseksi. Kaupunkialueilla sijaitsevat asemat määritetään satelliittien kuvaaman yövalaistuksen perusteella.

Kaupunkilämpösaarekkeen vaikutus näyttäisi yleisesti ottaen olevan pieni (ja tämä on havaittu myös lukuisissa muissa tutkimuksissa). Pieni vaikutus saattaa ainakin osittain johtua siitä, että kaupunkeihin liittyy myös tekijöitä, jotka vaikuttavat viilentävästi lämpötilamittauksiin. Mittausasemia on esimerkiksi siirretty kaupunkien keskustoista läheisille lentokentille, jolloin mittausasema siirtyy vähäisemmän kaupunkilämpösaarekkeen alueelle ja mittausdatassa tämä näkyy viilenemisenä. Lisäksi mahdollisen kaupunkilämpösaarekkeesta aiheutuvan systemaattisen virheen vaikutus häviää erotusta laskiessa, kun UHI-vaikutus on kaupunkiasemilla vakio. Useimpien kaupunkiasemien tapauksessa viimeisinä vuosikymmeninä ei ole tapahtunut muutosta, joka vaikuttaisi UHI-ilmiöön.

GISSin analyysille tehtiin testi, jossa määriteltiin erittäin pimeän yövalaistuksen alueilla (eli varmasti kaupunkien ulkopuolella sijaitsevat) sijaitsevat mittausasemat ja verrattiin niiden antamaa tulosta koko analyysin tulokseen. Eroa on vain yhden sadasosa-asteen verran vuosisadassa. Tämä tarkoittaa sitä, että kaupunkilämpösaarekkeen vaikutus koko analyysiin on hyvin pieni.

On kuitenkin huomattava, että yövalaistuksen määrän arviointi satelliittimittauksista ei ole riittävän tarkka, jotta yksittäisten rakennuksien tai muiden vastaavien vaikutus yksittäisiin mittausasemiin voitaisiin selvittää. Tällaiset asiat selviävät vain asemien tarkastuksilla paikan päällä. Onkin melko selvää, että monet analyysiin kuuluvista asemista sisältävät sellaisia virheitä, joita ei ole korjattu. Näiden virheiden vaikutus koko analyysiin on todennäköisesti pieni, koska virheitä tapahtuu kumpaankin suuntaan (viilenevään ja lämpenevään).

Kaupunkilämpösaarekkeen vaatimat korjaukset ovat suurimpia Afrikassa ja niitä on tehtävä sekä viilenevään että lämpenevään suuntaan. Suurimmat paikalliset lämpötilan mittaamiseen vaikuttavat muutokset Afrikassa eivät liity kaupunkien kasvamiseen, vaan siihen, että jotkut kaupunkiasemat on jouduttu poistamaan analyysistä, koska niille ei ole löytynyt kolmea läheistä maaseudulla sijaitsevaa mittausasemaa.

Analyysin tuloksena näkyy lämpenevä maailma. Viimeisin vuosikymmen oli noin 0,8 celsiusastetta lämpimämpi kuin 1900-luvun alku. Kaksi kolmasosaa tästä lämpenemisestä on tapahtunut vuoden 1975 jälkeen. Neljän viimeisen vuosikymmenen aikana ilmasto on lämmennyt keskimäärin 0,17 celsiusastetta per vuosikymmen. Lämpeneminen on voimakkaampaa maa-alueilla kuin merialueilla. Tämä on odotettua, sillä suuren lämpökapasiteettinsa takia meret reagoivat hitaammin lämmittävään vaikutukseen kuin maa-alueet. Euraasian alueella maa-alueet ovat lämmenneet noin 2-3 kertaa voimakkaammin kuin maapallon keskimääräinen lämpeneminen. Meristä eniten on lämmennyt Pohjoinen jäämeri.

Eri analyyseja verrattaessa keskenään käy ilmi, että HadCRUTin analyysissä jätetään arktiset alueet huomiotta, kun taas GISSin ja NOAAn analyysissä arvioidaan lämpötilan muutokset melkein koko arktiselle alueelle. Kun GISSiä ja HadCRUTia vertaillaan vain yhteisten alueiden osalta, tulokset ovat lähes samat. Niinpä GISSin ja HadCRUTin erot johtuvat lähinnä siitä, että GISSin analyysi ulottuu laajemmalle alueelle kuin HadCRUTin analyysi. Yleisesti ottaen eri analyysit antavat kuitenkin hyvin samanlaisen kuvan lämpötilan muutoksista erityisesti pitkällä aikavälillä.

Arktisilla alueilla on vain vähän mittausasemia ja suurella osalla alueista lämpötilanmuutos joudutaan arvioimaan 1200 kilometrin säteellä sijaitsevien mittausasemien perusteella, eikä varsinaisten paikallisten mittausten perusteella. Kumpi on sitten parempi, arvioida arktisten alueiden lämpötilat lähiasemien (jotka tässä tapauksessa ovat kuitenkin monesti melko etäällä) perusteella vai jättää koko alueen lämpötilat määrittelemättä, kuten HadCRUT tekee?

Kun lämpötilat jätetään määrittelemättä, niin oikeastaan silloin oletetaan alueen lämpötilamuutosten olevan samansuuruiset kuin koko analyysin keskimääräinen lämpötilan muutos (mutta oikeastaan HadCRUTin analyysin tapauksessa oletus on, että lämpötilanmuutos vastaa keskimääräistä pohjoisen pallonpuoliskon lämpötilan muutosta). Arktisella alueella lämpötilan muutos näyttää kuitenkin olevan keskimääräistä suurempi, kuten myös riippumattomat satelliittimittaukset näyttävät osoittavan, joten HadCRUTin analyysi melko varmasti hiukan aliarvioi tapahtunutta lämpenemistä.

Itse asiassa myös GISSin analyysi saattaa hiukan aliarvioida arktisen alueen lämpenemistä ainakin joillakin alueilla. Suurin lämpeneminen näyttää tapahtuneen pohjoisimmilla alueilla, mutta GISS arvioi näiden alueiden lämpötilanmuutokset enemmän etelässä sijaitsevien lähiasemien perusteella. Näiden lähiasemien lämpeneminen näyttäisi olevan hiukan vähäisempää kuin pohjoisimpien alueiden lämpeneminen, joten GISSin analyysi luultavasti näyttää pohjoisimmille alueille hiukan liian vähäistä lämpenemistä. On kuitenkin huomautettava, että tämä on hyvin epävarmaa ja GISSin analyysi saattaa paikoittain arktisilla alueilla myös yliarvioida lämpenemistä.

GISSin analyysistä on aikojen kuluessa havaittu virheitä ja niitä on korjattu. Yksi sellainen oli mediassa aikanaan kovasti esillä ollut tarvittavien korjausten puuttuminen Yhdysvaltojen mittausasemien datassa vuoden 2000 jälkeen. Virhe aiheutti pienen hyppäyksen Yhdysvaltojen lämpötilaan, mutta virheen vaikutus koko globaaliin analyysiin oli noin 0,003 celsiusastetta, eli hyvin pieni.

GISSin analyysi muuttuu kuukausittain uusien kuukausiarvojen lisäyksen myötä, mutta myös vanhoihin mittausarvoihin tulee korjauksia jatkuvasti. Esimerkki tästä nähtiin vuonna 2008, kun joidenkin Venäjän mittausasemien marraskuun mittausarvot olivatkin vahingossa lokakuun arvojen kopioita. Silloin tällöin GISSin käyttämät datalähteet myös päivittyvät ja se saattaa näkyä analyysin lopputuloksessa. Esimerkki tällaisesta on tuleva siirtyminen GHCN:n versiosta 2 versioon 3.

Yksi ikävä piirre on liittynyt GISSin analyysin havaittuihin virheisiin. Niihin on usein liittynyt väärennössyytöksiä mediassa. Tämän johdosta onkin siirrytty järjestelmään, jossa uusi kuukausidata tarkastetaan ensin tietyn tutkijajoukon voimin ja vasta sen jälkeen data annetaan julkiseksi. Tämä viivästyttää kuukausiarvojen julkaisua. Loppujen lopuksi on kuitenkin mahdotonta muodostaa täysin virheetöntä järjestelmää tällaisen analyysin tekemiseksi. Havaittujen virheiden merkitys on tähän mennessä ollut joka tapauksessa hyvin pieni koko analyysin näkökulmasta.

(*) Japanin ilmatieteen laitos on myös tehnyt maapallon pintalämpötilan analyysin ja lisäksi ECMWF- ja NCAR-analyyseistä saa myös pintalämpötilan.

Lähde:

Hansen, J., R. Ruedy, Mki. Sato, and K. Lo, 2010: Global surface temperature change. Rev. Geophys., 48, RG4004, doi:10.1029/2010RG000345. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Lisätietoja:

Hansen ja muut, 1981
NOAA Global Historical Climatology Network (GHCN)
Aiempi artikkeli GHCN:ään liittyen: Thomas Karl – luento NOAAn pintalämpötila-analyysistä
Lugina ja muut (2006) – pintalämpötila-analyysi

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]

Miksi kahden asteen raja?

Cancunin ilmastokokouksessa tehtiin päätös ilmaston lämpenemisen rajoittamisesta kahteen celsiusasteeseen esiteolliseen aikaan verrattuna. Mistä tämä kahden asteen raja on peräisin ja mikä on sen merkitys? Uudessa tutkimusartikkelissa pyritään antamaan näihin kysymyksiin vastaus.

Ensimmäinen kuvaaja, jossa kahden asteen raja on esitetty (Nordhaus, 1977).

Ilmastonmuutokseen liittyvissä poliittisessa päätöksenteossa puhutaan usein ilmaston lämpenemisen rajoittamisesta kahteen asteeseen. Vuonna 2009 Kööpenhaminassa pidetyssä kansainvälisessä ilmastokokouksessa sitouduttiin kestävän kehityksen nimissä tähän kahden asteen tavoitteeseen, jonka sanottiin olevan tieteen näkemys.

Samana vuonna G8-maiden kokouksessa oli myös tunnustettu tieteen näkemys, että ”maapallon keskilämpötilan ei pitäisi nousta kahta celsiusastetta korkeammaksi kuin esiteollisen ajan lämpötila”. Myös samana vuonna oli ”talousmahtien foorumi” (16 maata, joissa mukana muun muassa EU, Brasilia, Venäjä, Intia ja Kiina), missä annettiin samansuuntainen lausunto.

Kaikki yllämainitut lausunnot ja sitoumukset on annettu YK:n ilmaston lämpenemiseen liittyvän sopimuksen (United Nations Framework Convention on Climate Change) pykälän 2 hengessä. Kyseisessä pykälässä säädetään tavoitteeksi, että ”estetään ihmiskunnan vaarallinen puuttuminen ilmastojärjestelmään”. YK:n sopimus on hyväksytty ympäri maailman, joten se on voimassaoleva kansainvälinen laki.

Ei ole kuitenkaan helppoa tulkita, mitä tarkoittaa ”ihmiskunnan vaarallinen puuttuminen”. Yllämainittujen lausuntojen ja sitoumusten perusteella voidaan väittää, että ihmiskunnan vaarallisen puuttumisen katsotaan olevan sama kuin ihmisen aiheuttama kahden celsiusasteen ilmaston lämpeneminen esiteolliseen aikaan verrattuna. Aiheesta on käyty väittelyä myös tieteellisessä kirjallisuudessa ja siellä on myös ollut vallitsevana käsityksenä juuri tämä kahden asteen raja.

Tämän aiheen käsittelyssä olisi tärkeää tietää mihin kahden asteen raja perustuu. Sitä varten on syytä tutustua myös rajan syntyhistoriaan ja kehitykseen. Regional Environmental Change –lehdessä on juuri julkaistu artikkeli, jossa tätä aihetta on käsitelty. Mistä tämä kahden asteen raja on siis peräisin?

Kahden asteen rajan synty

Hieman yllättäen kahden asteen raja ei syntynyt ilmastotieteessä, vaan sitä ehdotti ensimmäisenä taloustieteilijä William Nordhaus vuonna 1975. Nordhausin päättely kuitenkin perustui nimenomaan ilmastotieteeseen.

Nordhaus ehdotti, että hiilidioksidin ilmastovaikutus olisi pidettävä normaalin pitkän aikavälin ilmastonvaihtelun rajoissa. Hän määritteli tämän vaihtelun olleen muutaman viimeisen sadantuhannen vuoden aikana noin ±5 celsiusastetta. Koska nykyään ollaan jo valmiiksi lähellä tämän vaihtelun ylärajaa, niin Nordhaus päätteli, että jos lämmitämme maapalloa vielä kahdella tai kolmella asteella, ilmasto menisi aiemman luonnollisen vaihtelun ulkopuolelle.

Vuoden 1977 artikkelissaan Nordhaus näytti kuvan, jossa esitettiin menneitä ja ennustettuja lämpötiloja. Tuohon kuvaan hän oli piirtänyt kyseisen rajan juuri kahden asteen kohdalle.

Kahden asteen rajaa vastustanut Richard Tol on väittänyt, että raja syntyi vasta vuonna 1995 saksalaisen ilmastonmuutokseen liittyvissä asioissa neuvoa antavan elimen, WBGU:n, raportissa. Tol viittasi Nordhausin artikkeliin vuodelta 1991, jossa Nordhaus ei maininnut kahden asteen rajaa sanallakaan. Nordhausin vuoden 1977 artikkelista löytyvä kuva on kuitenkin selvä todiste, että kahden asteen raja todellakin on kaksikymmentä vuotta vanhempi kuin Tol väittää.

Nordhausin määrittelemä raja, kuten hän itsekin auliisti tunnusti, oli kuitenkin vain alustava arvaus. Hän ei alun perin antanut rajaa tukevaa dataa tai viitannut aiempaan tieteelliseen tutkimukseen aiheesta. Kymmenen vuotta myöhemmin Etelämantereelta porattu Vostokin jääkairanäyte kuitenkin näytti menneet lämpötilat jokseenkin sellaisina, kuin Nordhaus oli ne esittänyt ja näin ollen tuki hänen määrittämäänsä rajaa.

Toinen näkökulma: katastrofin estäminen

Nordhausin alustava arvio jäi melko merkityksettömäksi ilmastonmuutoksen rajoittamiseen liittyvässä keskustelussa. Vuonna 1990 kahden asteen raja tuli kuitenkin mainituksi uudelleen. Vuonna 1990 IPCC julkaisi ensimmäisen arviointiraporttinsa, mutta kahden asteen rajaa ei kuitenkaan mainittu siellä, eikä sen jälkeen missään muussakaan IPCC:n dokumentissa. Sen sijaan kahden asteen raja mainittiin YK:n alaisen kasvihuonekaasuja käsittelevän ryhmän, AGGG:n (Advisory Group on Greenhouse Gases), raportissa.

AGGG:n raportissa kahden asteen raja oli määritelty sen perusteella, että sen ylityksen jälkeen seuraisi katastrofi (esimerkiksi ekosysteemien vahingot kasvaisivat nopeasti). Tämä oli melko erilainen näkökanta Nordhausiin verrattuna, jonka määrittelyyn luonnollisen vaihtelun perusteella sisältyi jään peittämä Eurooppa ja yli 100 metrin vaihtelut meren pinnan korkeudessa. Näkökannat eivät kuitenkaan sulje toisiaan pois.

Jo aiemmin mainitun WBGU:n vuonna 1995 julkaistussa raportissa tuettiin molempia näkökantoja. WBGU tarkasteli viimeisen 800 000 vuoden aikaisia lämpötiloja ja ilmaston todettiin vaihdelleen jääkausien kylmien aikojen ja jääkausien välissä olevien lämpimien aikojen välillä. Jääkauden alhaisimmaksi keskilämpötilaksi mainittiin 10,4 celsiusastetta ja jääkausien väliseksi korkeimmaksi keskilämpötilaksi mainittiin 16,1 celsiusastetta. Tämän lämpötilahaarukan kumpaankin päähän lisättiin 0,5 celsiusastetta, joka vielä voitaisiin sietää. Maapallon keskilämpötilan maksimiarvoksi saatiin siis 16,6 celsiusastetta. Nykyisen keskilämpötilan sanottiin olleen 15,3 celsiusastetta, joten matkaa maksimilämpötilaan oli vielä 1,3 celsiusastetta. Kun vielä huomioitiin jo tapahtunut noin 0,7 celsiusasteen lämpötilan nousu esiteollisesta ajasta, tulokseksi saatiin jälleen tuo kahden asteen raja.

WBGU:n merkitys asiassa oli se, että se sai vakuutettua Angela Merkelin kahden asteen rajasta, mistä käynnistyi asiaan liittyvä poliittinen prosessi. Vuonna 1996 Euroopan Unioni ilmoitti ottaneensa kahden asteen rajan ilmastopolitiikkansa standardiksi.

Ehdotus lämpötilarajasta, jonka jälkeen vahinkojen riskit kasvavat nopeasti, on kirvoittanut keskustelua “ilmastokatastrofista”. On kuitenkin huomattava, että vaikka kyseisessä termissä on voimakas tunnelataus, sillä on myös tekninen puoli, joka liittyy matematiikan katastrofiteoriaan. Tässä teoriassa kuvataan sitä, kuinka jotkut asiat muuttuessaan tietyissä rajoissa aiheuttavat vain pieniä muutoksia, mutta aiheuttavat valtavia muutoksia ylittäessään tietyn rajan (tätä rajaa kutsutaan joskus nimellä “tipping point”, joka on ilmastokeskustelustakin tuttu termi).

Ilmastokysymykseen liittyy monia erilaisia katastrofiskenaarioita, mutta niiden toteutumisessa ja erityisesti niiden toteutumisaikataulussa on usein suuria epävarmuuksia. Tämän vuoksi kahden asteen rajan perustelulla katastrofinäkökulmalla on hyvin epävarma pohja.

Kolmas näkökulma: kustannukset ja hyödyt

Science-lehdessä julkaistiin vuonna 1996 artikkeli, jossa väitettiin, että ympäristöpolitiikassa tulisi nojata kustannus-hyötyanalyysiin. Ilmastopolitiikassa tämä tarkoittaa sitä, että arvioidaan miten paljon pieni muutos politiikassa vaikuttaa kustannuksiin ja minkälaisia hyötyjä muutoksesta on odotettavissa.

Kustannus-hyötyanalyysin näkökulmasta ilmastopolitiikkaa pitäisi tehdä niin, ettei maailmantalous romuttuisi samalla. Tästä näkökulmasta ei ole helppoa asettaa rajoja lämpenemiselle, koska kustannukset ja hyödyt riippuvat siitä, minkälaisia ilmastonmuutoksen vastaisia toimia otetaan käyttöön. Kahden asteen tavoitteelle kustannus-hyötyanalyysi tarjoaa kuitenkin haasteen. On esitetty väitteitä, että kahden asteen tavoite täyttäisi kustannus-hyötyanalyysin kriteerit. Esimerkiksi Euroopan Unioni on esittänyt vuonna 2005, että kasvava määrä tieteellisiä todisteita viittaa siihen, että kahden asteen rajan vaatimien toimien hyödyt ovat suuremmat kuin kustannukset. Asian lähempi tarkastelu kuitenkin viittaa siihen, että Euroopan Unionin lausunnolle ei ehkä löydykään tukea ja oikeampi raja kustannys-hyötyanalyysin perusteella saattaisikin olla vain yksi tai jopa vain puoli astetta.

Sternin katselmuksessa vuonna 2007 tarkasteltiin myös tätä asiaa kustannus-hyötyanalyysin näkökulmasta. Sternin katselmuksessa kannatettiin ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden rajoittamista 550 ppm:ään, jonka aikoinaan katsottiin vastaavan kahden asteen lämpenemistä (nykykäsityksen mukaan se vastaa suurempaa lämpenemistä). Sternin katselmuksen mukaan hiilidioksidipitoisuuden rajoittaminen 550 ppm:ään antaisi selvästi enemmän hyötyä, kuin siitä olisi kustannuksia.

Kustannus-hyötyanalyysin näkökulmasta Sternin esitys oli kuitenkin epätäydellinen. Kun asiaa tarkastellaan perusteellisemmin, kustannus-hyötyanalyysi näyttäisi osoittavan hyötyjä todella olevan enemmän kuin kustannuksia. Lisäksi etsittäessä optimaalista lämpötilaa Sternin katselmuksen lähtökohdista, mutta nykytietoihin perustuen, kahden asteen raja näyttää jälleen melko järkevältä.

Kaiken kaikkiaan on kuitenkin huomattava, että kustannus-hyötyanalyysin soveltaminen ilmastokysymykseen on ongelmallista. Siksi myös kahden asteen rajan perustelu kustannus-hyötyanalyysillä on heikolla pohjalla.

Neljäs näkökulma: polttopiste

Näyttää siis siltä, että kahden asteen rajan tieteelliset perustelut ovat melko epäselviä. Asiaan pitääkin ehkä etsiä uusi näkökulma tieteen ulkopuolelta.

Ajatellaanpa esimerkkiä, jossa tusina eri puolilla maailmaa asuvaa ihmistä tuodaan toisistaan tietämättä Pariisiin ja heille annetaan tehtäväksi löytää toisensa seuraavan päivän puoleenpäivään mennessä, jolloin he voittavat miljoona euroa kukin. Tällaisessa tilanteessa on todennäköistä, että ryhmä tapaa toisensa Eiffelintornissa. Pariisissa Eiffelintorni toimii peliteoriassa polttopisteenä kuvattuna asiana.

Useiden ongelmien ratkaisussa polttopisteen olemassaolo helpottaa ratkaisua, koska ilman sitä useat toimijat saattavat keskittyä erilaisiin ratkaisuvaihtoehtoihin. Ilmastokysymyksessä kahden asteen rajan voitaisiin katsoa olevan polttopiste. Sillä on jonkin verran tieteellistäkin pohjaa, joten siinä mielessä se voi olla mielekäs polttopiste. Tämä ei tietenkään tarkoita, etteikö joku muu lämpötila-arvo voisi toimia polttopisteenä. Tärkeämpää näyttäisi kuitenkin olevan polttopisteen olemassaolo muodossa tai toisessa.

Kahden asteen rajaan ollaan niin sitoutuneita sekä poliittisten että taloudellisten järjestöjen toimesta, että se on ainoa realistinen polttopiste tällä hetkellä.

Kahden asteen raja on siis syntynyt melkein sattumalta ja sen myöhempi historia on ollut ristiriitojen sävyttämää. Poliittiset toimijat ovat kohdelleet sitä tieteellisenä tuloksena ja tieteentekijät poliittisena asiana. Se on esitetty rajana katastrofilta välttymiseltä ja sitä on pidetty optimaalisena kustannuksien ja hyötyjen jakautumisen kannalta. Se kuitenkin saattaisi olla paremminkin vain ilmastokysymykseen liittyvän toiminnan koordinointipelin polttopiste.

Lähde: Carlo C. Jaeger and Julia Jaeger, Three views of two degrees, Regional Environmental Change, 2010, DOI: 10.1007/s10113-010-0190-9. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Lisätietoa:
United Nations Framework Convention on Climate Change
William Nordhaus
WBGU

Noki vähentynyt voimakkaasti arktisilla alueilla

Noki saattaa vaikuttaa arktisilla alueilla voimakkaasti ilmastoon pienentämällä lumen heijastuskykyä. Uuden tutkimuksen mukaan nokipitoisuus on kuitenkin pienentynyt arktisilla alueilla jo 1900-luvun alkupuolelta saakka, eikä nokipitoisuus sen perusteella ole luultavasti vaikuttanut viimeaikaiseen nopeaan merijään häviämiseen arktisilta alueilta.

Suurin osa arktisista maa- ja merialueista on talvisin ja keväisin lumen peitossa. Grönlannin jäätiköllä ja monilla pienemmillä jäätiköillä lumi pysyy myös kesällä. Siksi lumen voimakas heijastuskyky (vanhan lumen albedo on tyypillisesti noin 70-80 %) on hyvin merkittävä ilmastoon vaikuttava tekijä arktisilla alueilla aurinkoisina aikoina. Lumen voimakasta heijastuskykyä saattavat pienentää valoa hyvin absorboivat epäpuhtaudet lumen seassa.

Lumen heijastuskykyä mitattiin arktisilla alueilla 1970-luvulla spektrimittauksia käyttäen. Tuolloin havaittiin, että näkyvän valon alueella lumen heijastuskyky oli pienempi kuin puhtaalla lumella olisi pitänyt olla. Havaittu heijastusspektri oli selitettävissä, jos lumen seassa oli valoa absorboivia hiukkasia, kuten nokihiukkasia (black carbon). Maaperästä peräisin olevan pölyn läsnäolo ei olisi kyennyt selittämään heijastusspektrin ominaisuuksia.

Nokea syntyy epätäydellisessä palamisprosessissa. Tyypillisiä nokilähteitä ovat diesel-moottorit, hiilenpoltto, metsäpalot ja puiden poltto esimerkiksi lämmitystä tai ruoanlaittoa varten. Ilmakehään joutuessaan nokihiukkaset saattavat lentää tuhansia kilometrejä, kunnes tulevat vesi- tai lumisateen mukana alas maan pinnalle.

Alunperin 1970-luvun mittauksissa noki tuli lumen joukkoon luultavasti tutkimusleirin omasta toiminnasta, mutta voimakas vaikutus lumen heijastuskykyyn herätti kysymyksen siitä, että paljonko nokea on normaalisti arktisten alueiden lumen joukossa ja kuinka paljon se saattaisi pienentää lumen heijastuskykyä.

Arktisten alueiden ilmakehässä tiedetään olevan koko Pohjoisen jäämeren ylle ulottuvia tummia kerroksia talvella ja aikaisin keväällä. Näissä kerroksissa oleva noki laskeutuu maan pinnalle joko itsestään laskeutumalla tai lumikiteiden mukana.

Arktisten alueiden lumen nokipitoisuutta tutkittiin tarkemmin 1980-luvulla. Luminäytteitä kerättiin eri puolilta arktisia alueita. Luminäytteet sulatettiin ja suodatettiin. Sitten niistä mitattiin nokipitoisuus. Mitattujen keskimääräisten pitoisuuksien mukaan noki saattoi pienentää lumen heijastuskykyä keskimäärin noin kahdella prosentilla. Tämänsuuruinen heijastuskyvyn muutos ei ole silmin havaittavissa eikä myöskään satelliittihavaintojen tarkkuus riitä siihen, mutta sillä on silti merkittävä ilmastovaikutus.

Lumen heijastuskyvyn pienenemisen ilmastovaikutusta tutkittaessa huomattiin, että heijastuskyvyn pieneneminen aiheutti enemmän lämpenemistä kuin pelkästä heijastuskyvyn muutoksen aiheuttamasta säteilypakotteesta oli johdettavissa. Asiaa tutkittaessa löytyikin monia muita asiaan vaikuttavia tekijöitä. Esimerkiksi lumen aikaisempi sulaminen paljastaa tummaa maata, jonka heijastuskyky on lunta huonompi ja siksi enemmän auringonvalon energiaa imeytyy maaperään aiheuttaen enemmän lämpenemistä. Toinen vastaava tekijä on se, että heijastuskyvyn pienenemisen aiheuttama lämmönnousu muuttaa lumen raekokoa suuremmaksi, joka pienentää heijastuskykyä entisestään aiheuttaen lisää lämpenemistä. Myös muita tekijöitä on.

Noen lisäksi on muitakin hiukkasia, jotka pienentävät lumen heijastuskykyä. Maaperästä peräisin oleva pöly on paljon heikompi valon absorboija kuin noki, mutta joillakin alueilla pölyä on niin paljon lumen seassa, että se on kyseisillä alueilla tärkein lumen heijastuskykyä muuttava tekijä.

Uudessa tutkimuksessa on jatkettu selvityksiä lumen epäpuhtauksien vaikutuksista lumen heijastuskykyyn. Tutkimuksessa on otettu lisää luminäytteitä laajemmalta alueelta ja mittauspaikkojen sijaitessa tiheämmmin kuin aiemmin. Aiempien tutkimusten tapaan kerätyt luminäytteet suodatettiin ja epäpuhtauksien pitoisuudet mitattiin. Näin käsiteltiin noin 1200 luminäytettä eri puolilta arktisia alueita.

Alhaisimmat nokipitoisuudet löytyivät Grönlannin jäätikön näytteistä. Grönlannin jäätikön näytteenottopaikat sijaitsivat useimmista muista näytteenottopaikoista poiketen korkealla (suurin osa Grönlannin paikoista oli yli 2000 metrin korkeudessa), joten alhaiset pitoisuudet viittaavat todennäköisesti alueellisesti vähäisiin ilmakehän nokipitoisuuksiin.

Nokipitoisuudet vähenevät pohjoisnapaa kohti mentäessä. Arktisten alueiden itäosissa (lähinnä Venäjällä) nokipitoisuudet ovat kaksinkertaiset verrattuna Kanadan vastaavilla leveysasteilla sijaitseviin alueisiin. Näyttääkin siltä, että Pohjois-Venäjän ja Pohjois-Euroopan nokilähteillä on suurempi rooli arkisten alueiden lumen heijastuskyvyn pienentämisessä kuin Pohjois-Amerikan nokilähteillä. Tämä tulos ei oikeastaan ole yllättävä, sillä se on jo aiemmin ennustettu ilmastomalleilla.

On myöskin havaittavissa, että nokipitoisuuksien vaihtelu on suurempaa lähempänä nokilähteitä. Vaihtelu on suurinta itäisillä arktisilla alueilla ja Pohjois-Amerikan aliarktisilla alueilla ja pienintä läntisillä arktisilla alueilla. Grönlannissa vaihtelu oli yllättävän suurta, eikä syy siihen ole tarkkaan tiedossa. Lisäksi on huomionarvoista, että lumen nokipitoisuudessa on havaittavissa voimakkaita paikallisia eroja, mikä korostaa tiheän mittausverkoston tarvetta.

Lumessa olevista epäpuhtauksista muut kuin noki vaikuttavat valon absorptioon noin 20-50 %. Näin merkittävä osuus viittaa siihen, että heijastuskyvyn muutoksen ilmastovaikutusta arvioitaessa on huomioitava myös muut epäpuhtaudet, eikä vain nokea. Erityisesti pöly ja ”ruskea hiili” (eli orgaaninen hiili) olisi huomioitava.

Käytetyillä tutkimusmenetelmillä ei ole mahdollista erottaa fossiilisista polttoaineista ja biomassan poltosta peräisin olevan noen vaikutusta lumen heijastusominaisuuksiin toisistaan, eikä myöskään pölyn vaikutusta lumen heijastusominaisuuksiin. Alustava tarkastelu kuitenkin viittaa siihen, että Huippuvuorilla ja Länsi-Venäjällä on enemmän nokea fossiilisista lähteistä, kun taas Grönlannissa ja Pohjois-Amerikan arktisilla alueilla biomassan poltosta peräisin oleva noki tai maaperän pöly on voimakkaammin vaikuttamassa lumen heijastusominaisuuksiin.

Tutkimuksessa arvioitiin myös noen esiintymisen muutoksia ajan myötä. Joiltakin alueilta on olemassa jatkuvia mittauksia maanpinnan läheisen ilman nokipitoisuudesta (alkaen 1980- tai 1990-luvuilta) ja Grönlannin jäätiköltä nokipitoisuutta voidaan mitata jääkairanäytteistä. Lisäksi on olemassa joitakin hajanaisia luminäytetutkimuksia, kuten yllä on mainittu. Grönlannin jääkairanäytteiden perusteella nokipitoisuus oli korkeimmillaan 1900-luvun alussa ja laski sitten hyvin nopeasti 1900-luvun puoliväliin mennessä. Tämän jälkeen nokipitoisuus on edelleen hiljalleen laskenut ja on nykyään suunnilleen esiteollisen ajan arvoissa.

Ilman nokipitoisuuden mittauksissa näkyy myös laskeva trendi, joka on 1990-luvun alusta pienentynyt noin kolmannekseen. Tähän saattaa vaikuttaa Neuvostoliiton hajoaminen ja siitä seurannut fossiilisten polttoaineiden vähentynyt käyttö entisen Neuvostoliiton alueella. Luminäytteiden vanhojen ja uusien mittauksien vertaaminen toisiinsa on vaikeaa, eikä niistä voida varmasti tällä hetkellä sanoa, näkyykö niissä myös tämä laskeva trendi. Viitteitä siitä kuitenkin on myös luminäytteiden mittauksista.

Koska arktisten alueiden nokipitoisuus näyttää pienentyneen, näyttää epätodennäköiseltä, että noki olisi vaikuttanut viime vuosina tapahtuneeseen arktisen alueen merijään nopeaa vähenemiseen. On kuitenkin mahdollista, että noen lisääntyminen eteläisemmillä alueilla voisi vaikuttaa epäsuorasti ilmavirtausten välityksellä.

Noki ei kuitenkaan ole ainoa lumen heijastuskykyyn merkittävästi vaikuttava tekijä, vaan esimerkiksi lumen raekoko vaikuttaa voimakkaasti heijastuskykyyn. Uuden ja sulavan lumen välinen raekokoero saattaa muuttaa heijastuskykyä jopa 12 prosenttia, joka on paljon suurempi kuin noen tai muiden epäpuhtauksien vaikutus. Lumipeitteen syvyys on toinen merkittävä tekijä. Ohut lumipeite ei estä kaikkea valoa tunkeutumasta maaperään. Ohut lumipeite häiritseekin usein nokipitoisuuden satelliittimittauksia, ellei tunneta lumipeitteen paksuutta, koska ohut lumipeite näyttää spektrimittauksissa melko samalta kuin nokipitoinen paksumpi lumipeite.

Lähde: Doherty, S. J., Warren, S. G., Grenfell, T. C., Clarke, A. D., and Brandt, R. E.: Light-absorbing impurities in Arctic snow, Atmos. Chem. Phys., 10, 11647-11680, doi:10.5194/acp-10-11647-2010, 2010. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Sopeutuvatko rantakosteikot merenpinnan nousuun?

Merenpinnan nousu uhkaa rantakosteikkoja, mutta uuden tutkimuksen mukaan voimakkailla vuorovesialueilla sijaitsevat kosteikot, joilla on voimakas sedimenttikertymä, saattavat pystyä sopeutumaan muutokseen. Toisaalta näyttää melko varmalta, että vähäisen vuoroveden alueiden kosteikot, joilla on pieni sedimenttien kertymä, tulevat hukkumaan nousevan merenpinnan alle lähitulevaisuudessa.

Rantakosteikot kuuluvat maapallon arvokkaimpien ekosysteemien joukkoon. Kosteikkojen uhkana on kuitenkin ilmaston lämpenemisen aiheuttama merenpinnan nousu. Merenpinta saattaa nousta nopeammin kuin kosteikko ehtii siihen sopeutua. Mikä on siis suurin merenpinnan nousun nopeus, jonka kosteikot vielä sietävät?

On arvioitu, että merenpinnan nousu hukuttaisi 20-60 prosenttia maailman merien rannoilla olevista kosteikoista tämän vuosisadan aikana, jos sopeutumista ei tapahtuisi ollenkaan. Rantakosteikot ovat kuitenkin tunnetusti hyvin sopeutuvaisia merenpinnan vaihteluille. Esimerkiksi joistakin vuorovesialueilla sijaitsevista rantakosteikoista sekä mangrovemetsiköistä tiedetään, että lisääntynyt tulviminen aiheuttaa pohjasedimenttien kertymisen voimistumista. Tämä nostaa merenpohjaa ja näin rantakosteikko voi nousta merenpinnan nousun mukana. Sedimenttien kertymisen voimistuminen johtuu siitä, että kasvillisuus kasvaa nopeammin normaalia korkeamman merenpinnan vuosina, mikä lisää orgaanisen aineen tuottoa, voimistaa sedimentin sitomista paikalleen ja vähentää eroosiota. Tällaiset sopeutumisprosessit voivat selittää kosteikkojen pysymisen vuorovesialueilla tuhansien vuosien ajan, mikä on joillakin alueilla pohjakerrostumista luettavissa. Lisäksi pohjakerrostumat kertovat sen, että joillakin alueilla sedimentin kertymä on ollut suurinta juuri historiallisten merenpinnan nousujen aikoihin.

Tästä huolimatta meillä on nykyajasta havaintoja kosteikkojen hukkumisesta merenpinnan alle. Tämä viittaa siihen, että ylläkuvattujen prosessien kyky sopeuttaa kosteikko merenpinnan nousuun on rajallinen. Uudessa tutkimuksessa on selvitelty kuvattujen prosessien rajoja simuloimalla tilannetta tähän tarkoitukseen suunnitelluilla malleilla.

Käytettyjä malleja oli viisi, jotta yksittäisten mallien heikkoudet eivät vaikuttaisi tuloksiin ratkaisevasti. Lisäksi jotkut malleista oli suunniteltu vain jonkun tietyn alueen mallintamiseen, eivätkä niiden tulokset siksi välttämättä vastaa kaikkien rantakosteikkojen toimintaa. Käyttämällä useampaa mallia tuloksia voidaan tulkita yleisemmin, eikä vain alueellisesti.

Ensimmäiseksi simuloitiin merenpinnan nousun kiihtymisen vaikutuksia. Tämä tehtiin niin, että merenpinta nousi aluksi vakionopeudella (1,7 mm/vuosi) ja sitten nousu kiihtyi ensin IPCC:n A1B-päästöskenaarion mukaisesti (heikko kiihtyminen) ja seuraavassa simulaatiossa nousu kiihtyi suurimpien nousuennusteiden mukaisesti (voimakas kiihtyminen). Kummassakin tapauksessa kosteikko alkoi sopeutua merenpinnan nousuun sedimenttien kertymän voimistumisen alkaessa nostaa merenpohjaa. Heikon kiihtymisen tapauksessa kosteikko pystyi seuraamaan merenpinnan nousua ainakin vuoteen 2100 saakka ja kasvillisuuden kasvu voimistui. Voimakkaan kiihtymisen tapauksessa kosteikko pystyi seuraamaan nousua aluksi, mutta sitten merenpinta nousi jo niin nopeasti, ettei kosteikko ehtinyt enää sopeutua siihen ja kosteikko hukkui veden alle.

Tämän jälkeen määritettiin merenpinnan nousunopeuden raja, johon kosteikot vielä pystyvät sopeutumaan. Mitään yksittäistä rajaa ei voitu määrittää, koska sopeutumista rajoittaa sedimenttien kertymisen määrä. Se taas vaihtelee eri kosteikoilla. Yleisesti ottaen kuitenkin voidaan sanoa, että jos sedimenttien kertymän määrä on pieni, niin kosteikko ei pysty sopeutumaan kuin muutama millimetriä vuodessa nousevaan merenpintaan. Sedimenttien kertymän määrä ollessa suuri, kosteikko saattaa sopeutua useiden senttimetrien vuosittaiseen merenpinnan nousuun.

Myös vuoroveden suuruus tuntuu vaikuttavan kosteikkojen sopeutumiseen. Voimakkaiden vuorovesien alueella sijaitsevat kosteikot saattavat sopeutua kymmenkertaiseen merenpinnan nousuun vähäisten vuorovesien alueella sijaitseviin kosteikkoihin verrattuna. Toisaalta voimakkaiden vuorovesien alueella sijaitsevat kosteikot tuntuvat olevan paljon herkempiä sedimenttien kertymän määrälle. Tästä on vedettävissä sellainen yleinen johtopäätös, että voimakkaiden vuorovesialueiden kosteikot, joiden sedimenttikertymä on suuri, pärjäävät erinomaisesti merenpinnan noustessa. Vastaavasti vähäisten vuorovesien alueella sijaitsevat kosteikot, joilla on pieni sedimenttikertymä, ovat heikoilla merenpinnan noustessa.

Tutkimuksessa tarkastellaan myös yllä kuvattuja mallituloksia olemassaolevien havaintojen valossa. Mallien tulokset näyttäisivät olevan hyvin sopusoinnussa havaintojen kanssa.

Tämän uuden tutkimuksen perusteella näyttäisi siltä, että vähäisen vuoroveden alueella sijaitsevat kosteikot saattavat lähitulevaisuudessa hukkua veden alle jopa melko konservatiivisten merenpinnan nousuennusteiden tapauksessa. Joillekin yksittäisille kosteikoille määritettiin suurimmaksi sopeutumiskelpoiseksi merenpinnan nousunopeudeksi vain 5 millimetriä vuodessa, mikä on sama kuin IPCC:n keskimääräisen päästöskenaarion ennuste. Tutkimuksessa selvisi myös, että kosteikon hukkuminen tapahtuu noin 30-40 vuoden kuluttua siitä, kun kosteikon suurin sopeutumiskelpoinen merenpinnan nousunopeus ylittyy.

Lähde: Kirwan, M. L., G. R. Guntenspergen, A. D’Alpaos, J. T. Morris, S. M. Mudd, and S. Temmerman (2010), Limits on the adaptability of coastal marshes to rising sea level, Geophys. Res. Lett., 37, L23401, doi:10.1029/2010GL045489. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Keskustelun säännöt Ilmastotieto-blogissa

Alla on esitetty säännöt keskustelulle Ilmastotieto-blogissa julkaistujen artikkelien ja viestiketjujen yhteydessä. Sääntöjen tarkoituksena on varmistaa, että keskustelu pysyy kohteliaana ja asiallisena eikä myöskään riko lain määräämiä rajoja.

Sääntöjen rikkomukset tarkastellaan yksilöllisesti. Rikkomuksista voi seurata julkinen tai henkilökohtainen varoitus, viestin kirjoittajan joutuminen moderointilistalle tai viestin kirjoittajan kirjoitusoikeuksien poisto. Jos varoitukset eivät auta, kirjoittajan kirjoitusoikeudet poistetaan. Sääntöjen tulkinnasta epäselvissä tapauksissa päättää Ilmastotiedon henkilöstö.

1. Viestin yhteydessä annettavat tiedot

– Viestin yhteydessä annettava nimimerkki on oltava hyvän maun mukainen.

– Viestin yhteydessä annettava sähköpostiosoite on oltava viestin kirjoittajan oikeasti olemassa oleva sähköpostiosoite. Emme luovuta annettuja sähköpostiosoitteita kenellekään muille.

– Viestin yhteydessä mahdollisesti annettava verkkosivuston linkki ei saa johtaa asiatonta materiaalia sisältäville sivustoille (kuten esimerkiksi pornosivustoille).

2. Asiassa pysyminen

Viesteissä on käsiteltävä kunkin artikkelin tai viestiketjun käsittelemää aihepiiriä.

3. Kohteliaisuus

Viesteissä on oltava kohteliaita. Toisten solvaamista ei sallita. Tämä koskee myös kolmansia osapuolia; keskustelun ulkopuolisten henkilöiden (kuten esimerkiksi tutkijoiden) solvaamista ei myöskään sallita.

4. Asiallisuus

Viestien sisältö ja kielenkäyttö on oltava asiallista ja kenen tahansa luettavaksi sopivaa. Ei kiroilua. Ei mautonta kuvamateriaalia. Ei linkkejä asiatonta materiaalia sisältäville sivustoille.

5. Tekijänoikeudet

Tekijänoikeuksiin liittyviä lakeja on noudatettava. Muiden kirjoittamiin teksteihin viitatessa ei saa kopioida koko tekstiä tai pitkiä tekstin osia viestin yhteyteen ilman tekstin kirjoittajan lupaa. Tekstiä saa kuitenkin lainata kohtuullisessa määrin.

6. Yksityisyydensuoja

Muiden henkilöiden henkilökohtaisia tietoja ei saa ilman lupaa laittaa viesteihin, jolleivät kyseiset tiedot ole jo laillisesti julkisesti saatavilla. Myöskään henkilöiden sähköposteja ei saa sisällyttää viesteihin ilman kyseisen henkilön lupaa.

7. Mainostaminen ja spämmäys

– Kaupallisia mainoksia ei saa laittaa viesteihin ilman Ilmastotiedon henkilöstön lupaa. Sama koskee asiaan kuulumattomien verkkosivustojen mainostamista.

– Samansisältöisen viestin lähettäminen useisiin viestiketjuihin katsotaan spämmäykseksi, eikä sitä sallita.

8. Muiden puolesta kirjoittaminen

Muiden puolesta kirjoittamista ei sallita. Jos jollain on jotain sanottavaa, heidän on tehtävä se itse. Erityisesti henkilöiden, joiden kirjoitusoikeudet on poistettu, puolesta kirjoittamista ei sallita.

9. Kaistanleveyden säästäminen

Välttäkää suurien kuvien sisällyttämistä viesteihin. Jos viestiin liittyy suurikokoinen kuva, on siihen annettava linkki suoraan viestiin sisällyttämisen sijasta. Kaikilla ei ole nopeaa Internet-yhteyttä, jolloin suurien kuvien lataaminen on hidasta. Pienikokoiset kuvat sallitaan.

10. Keskustelun ylläpito

– Yksittäisen provokatiivisen kommentin (tai provokatiivisen verkkosivuston linkin) laittaminen viestiketjuun ja sen jälkeen vastaamatta jättäminen (tämä tunnetaan termillä ”hit & run”) ei ole suotavaa.

– Asiallisiin kysymyksiin on vastattava kohtuullisessa ajassa, kuten yleensäkin kohteliaassa keskustelussa on tapana.

11. Nimimerkkien käyttö

Kunkin henkilön on käytettävä vain yhtä nimimerkkiä. Jos on tarve vaihtaa nimimerkkiä, siitä on ilmoitettava selvästi.

12. Häiritsevä käytös

Kaikenlaiseen muuhun yllä mainitsemattomaan selvästi häiritsevään toimintaan tullaan myös puuttumaan. Jos jotain ei erikseen mainita näissä säännöissä, sitä ei välttämättä silti sallita.

13. Keskustelun moderointi

Jos kirjoittaja ei ole tyytyväinen keskustelun moderointiin, siitä ei valiteta viestiketjuissa, vaan otetaan yhteys Ilmastotiedon henkilöstöön.

14. Sääntöjen lisääminen ja muokkaaminen

Tulemme tarvittaessa lisäämään sääntöjä tai muokkaamaan vanhoja sääntöjä.

Meren happamoitumisen syyt ja Itämeri happamoitumislaboratoriona

Meren happamoituminen etenee avomerellä ihmiskunnan hiilidioksidipäästöjen perusteella ennustetulla nopeudella, mutta rannikkoalueilla tilanne on usein monimutkaisempi. Hollannin rannikolla tehdyssä tutkimuksessa löydettiin meriveden happamuuden muutoksia, jotka ovat paljon suurempia kuin ihmiskunnan hiilidioksidipäästöistä odotetut muutokset. Tässä tapauksessa muutoksien pääasiallinen aiheuttaja liittyykin todennäköisesti meren biologiseen toimintaan. Happamoitumisen vaikutuksetkaan eivät ole aina selviä, vaikka yleisesti ottaen näyttäisivät olevankin haitallisia meren eliöstölle. Uudessa tutkimuksessa havaittiin Itämeren sinisimpukan selviytyvän normaalia happamammassa ympäristössä, joten happamoituminen alkaa haitata sitä myöhemmin kuin monia muita lajeja. Toisen tuoreen tutkimuksen mukaan Itämeren turskan siittiösolujen liikkuvuus ei näyttäisi kärsivän meren happamoitumisesta. Sekä sinisimpukan että turskan hyvän menestyksen takana on todennäköisesti geneettinen sopeutuma normaalia happamampiin olosuhteisiin, jotka vallitsevat usein Itämeressä.

Turska. Kuva: Wikipedia.

Viimeisen 200 vuoden aikana ihmiskunnan hiilidioksidipäästöt ovat kasvaneet voimakkaasti. Noin puolet ihmiskunnan päästämästä hiilidioksidista on pysynyt ilmakehässä nostaen ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden esiteollisen ajan noin 280 ppm:stä nykyiseen noin 390 ppm:ään. Tämä lisäys on nykykäsityksen mukaan aiheuttanut suurimman osan viime vuosikymmenten ilmaston lämpenemisestä.

Osa ihmiskunnan hiilidioksidipäästöistä menee maailman meriin. Siellä hiilidioksidi aiheuttaa toisen ongelman, jota kutsutaan merten happamoitumiseksi. Kun hiilidioksidin määrä pintavedessä lisääntyy, se aiheuttaa merien pintakerroksen happamoitumista, eli meriveden pH-arvon pienenemistä. Nykyisten arvioiden mukaan maailman merien pintaveden pH-arvo on keskimäärin pienentynyt noin 0,1 yksikköä viimeisen 200 vuoden aikana. Tulevaisuuden arvioiden mukaan meriveden pH-arvo saattaisi pienentyä vielä 0,4 yksiköllä vuoteen 2100 mennessä, eli se muuttuisi nykyisestä noin 8,1:stä 7,7:ään.

Meriveden pH-arvon pieneneminen on nykyään huolenaiheena, koska se aiheuttaa monia muutoksia meren eliöstön toimintaan, tuottavuuteen, kasvuun ja selviytymiseen. Erityisen huomion kohteena ovat olleet kalkkikuoriset eliöt, kuten korallit, Coccolithales-lahkon kasviplanktonlajit, huokoseläimet ja simpukat. Meren happamoituminen pienessäkin määrin vaikeuttaa kalkkikuorien muodostumista ja jopa liuottaa jo muodostuneita kuoria.

Meren happamoitumisen vaikutus meren eliöstöön ei ole kuitenkaan aivan näin yksinkertainen asia. On olemassa kokeellisia todisteita siitä, että jotkut eliöt saattavat hyötyä meren happamoitumiseen liittyvästä mereen liuenneen epäorgaanisen hiilen määrän kasvusta. Meren happamoitumisella on myös vaikutus eliöihin, jotka eivät tuota kalkkikuorta, kuten esimerkiksi piilevät ja jotkut bakteerilajiryhmät. Meren happamoituminen vaikuttaa myös ääniaaltojen kulkeutumiseen merivedessä ja siten happamoitumisella on epäsuora vaikutus myös esimerkiksi valaisiin.

Nykyään tunnustetaan yleisesti meren happamoitumisella olevan hyvin oleellisia vaikutuksia meren eliöstöön. Tämä on innostanut tutkijoita aiheen piiriin ja tutkimuksia ilmestyykin nykyään tiuhaan tahtiin erityisesti happamoitumisen biologisiin vaikutuksiin liittyen. Happamoitumisen vaikutuksien tutkimuksiin sisältyy kuitenkin se olettamus, että tulevat pH-muutokset tapahtuvat ennusteiden mukaisesti. Jotta voimme ennustaa tulevia pH-muutoksia, meidän on tarkkailtava meren pH-muutoksia mittauksin ja selviteltävä syyt havaittuihin pH-muutoksiin.

Happamoitumisen mittaukset ja syyt

Hiilidioksidi on ilmakehässä nopeasti levittyvä kaasu, joten ihmiskunnan päästöt jakautuvat nopeasti tasaisesti koko maapallon ilmakehään. Tämän vuoksi olisi oletettavissa, että myös siitä aiheutuva merien happamoituminenkin tapahtuisi kaikkialla melko yhdenmukaisesti. Mutta tapahtuuko näin kaikilla merialueilla?

Tällä hetkellä on olemassa harmittavan vähän suoriin mittauksiin perustuvia pitemmän aikavälin meren happamuuden mittaussarjoja. Olemassa olevien mittausten perusteella näyttäisi kuitenkin siltä, että ainakin avomerellä meren happamuus seuraa ihmiskunnan hiilidioksidipäästöjen perusteella ennustettua kehitystä. Ennustettu pH-arvon pieneneminen vuositasolla on 0,0013 – 0,0020 yksikköä. Havainnot sekä Atlantilta että Tyyneltämereltä ovat näyttäneet pH-arvon pienenevän noin 0,0017 – 0,0019 yksiköllä vuosittain.

Rannikkoalueiden mittauksissa tilanne ei ole aivan niin selkeä. On esimerkiksi havaittu pH-arvon pienenevän jopa 0,045 yksikköä vuodessa, eli yli kymmenkertainen määrä odotuksiin nähden. Hiljattain tehtiin myös mallinnustutkimus Belgian rannikon tilanteesta, missä havaittiin meren ravinnemäärän aiheuttamien muutoksien hiilen kierrossa voivan vaikuttaa meren happamuuteen joko voimistaen tai heikentäen ihmiskunnan päästöjen aiheuttamaa muutosta.

Hollannin rannikolla on tehty järjestelmällisesti pH-arvon mittauksia vuodesta 1975 lähtien (48330 mittausta 249:llä eri mittauspaikalla vuosien 1975 ja 2006 välillä) ja uudessa tutkimuksessa on näihin mittauksiin perustuen analysoitu pH-muutoksien syitä erityisesti biogeokemiallisiin prosesseihin liittyen. Tutkimuksessa keskityttiin viiteen alueeseen Hollannin rannikolla. Hollannin rannikko sijaitsee Pohjanmeren eteläosassa hyvin tiheään asutetulla alueella. Rannikkovesien ravinnekuorma tulee pääasiassa jokien (muun muassa Rein) välityksellä sekä Englannin kanaalista.

Mitattujen pH-arvojen analyysistä valituilla viidellä mittauspaikalla käy ilmi seuraavaa: ensimmäisellä mittauspaikalla pH nousee vuoteen 1987 saakka ja sen jälkeen laskee (trendien suuruusluokka kumpaankin suuntaan oli noin 0,02 pH-yksikköä). Toisella mittauspaikalla happamuus on ensin melko vakaa (joitakin poikkeavia vuosia kuitenkin on), mutta hyppää sitten yhtäkkiä luultavasti mittalaitteiden vaihdon seurauksena ja viimeisten muutamien vuosien aikana pH-arvo on pienentynyt. Kolmannella mittauspaikalla happamuus pysyi melko vakaana vuoteen 1983 asti ja sitten pH-arvo nousi yhtäkkiä (ei tiedetä onko kyseessä mittalaitteisiin tai -menetelmiin liittyvä hyppäys), mutta sen jälkeen pH-arvo on laskenut tasaisesti. Neljännellä mittauspaikalla happamuus oli ensin melko vakaa vuoteen 1986 asti, mutta sen jälkeen pH-arvo suureni, kunnes 1990-luvun puolivälistä alkaen se pieneni. Viidennellä mittauspaikalla pH-arvo suureni koko mittausjakson ajan.

Tämä tutkimus kärsii hiukan mittalaitteiden ja -menetelmien muuttumisesta sekä niiden huonosta dokumentoinnista. Havaitut trendit olivat kuitenkin selkeitä ja yhdenmukaisia alueensa muiden mittauspaikkojen kanssa, joten siinä mielessä ne vaikuttavat luotettavilta.

Ensimmäisen mittauspaikan läheisien mittauspaikkojen tutkimuksessa huomattiin vuodenaikavaihtelujen riippuvan mittauspaikan etäisyydestä rannikolta. Lähellä rannikkoa vuodenaikavaihtelu oli noin 0,5 pH-yksikköä ja kauempana rannikosta (yli 100 km) vuodenaikavaihtelu oli vain 0,1 pH-yksikköä. Vuodenaikavaihtelu myös vaihteli mittauspaikan mukaan. Tarkemmassa tutkimuksessa selvisi, että vuodenaikavaihtelun suuruus oli suoraan yhdistettävissä mittauspaikan biologiseen tuottavuuteen. Tämä oli selvästi havaittavissa sekä eri mittauspaikkojen välillä että rannikon etäisyyden suhteen. Meriveden biologinen toiminta näyttää siis selvästi vaikuttavan veden happamuuteen. Myös aiemmat tutkimustulokset vahvistavat tämän.

Tutkimuksessa havaitut happamuuden muutokset olivat liian suuria, jotta ne voisi selittää pelkästään ihmiskunnan hiilidioksidipäästöillä. Ylläkuvatun analyysin tuloksena on vedettävissä johtopäätös, että biogeokemiallinen toiminta saattaa paikallisesti aiheuttaa niin suuria muutoksia meren happamuuteen, että ihmiskunnan hiilidioksidipäästöjen vaikutus on kyseisillä paikoilla erittäin vaikea havaita.

Itämerellä kalkkikuoriset eliöt selviävät happamissa olosuhteissa

Laboratoriotutkimuksissa on havaittu, että kalkkikuoriset eliöt todella ovat herkkiä meren happamoitumiselle, kuten yllä kuvailtiin. Laboratoriotutkimuksien rajoitus on kuitenkin ollut se, että niissä ei nähdä eliölajin mahdollista geneettistä sopeutumista happamoitumisen lisääntyessä. Tämä johtuu siitä, että laboratoriotutkimukset ovat olleet liian lyhytkestoisia sopeutumisen havaitsemiseksi.

Viime aikoina tätä ongelmaa on lähestytty tutkimalla luonnossa esiintyviä normaalia happamampia elinympäristöjä. Tulivuorien merenalaiset purkautumisaukot ovat olleet yksi tutkimuksen kohde (Ilmastotieto ja CO2-raportti uutisoivat yhdestä tällaisesta tutkimuksesta hiljattain). Näissä tutkimuksissa on havaittu happamamman ympäristön aiheuttavan haitallisia vaikutuksia kalkkikuorisille eliöille eikä monia kalkkikuorisista eliölajeista edes löytynyt happamammilta alueilta.

Toinen esimerkki on happamampien vesien kumpuaminen syvemmältä pintaan kumpuamisalueilla. Yllä myös nähtiin biogeokemiallisen toiminnan vaikutus meren happamuuteen. Myös veden kerrostuminen tiettyihin vuodenaikoihin liittyen ja sen jälkeinen hiilidioksidipitoisten vesien kumpuaminen myös happamoittaa rannikkovesiä. Sellainen paikka on uudessa tutkimuksessa tutkimuspaikkana toiminut läntisellä Itämerellä sijaitseva Kielin vuono.

Kielin vuonossa muodostuu kesällä vähähappisia ja hapettomia vesialueita. Voimakasta kumpuamista esiintyy pitkin rannikkoa. Aikaisemmin ei kuitenkaan ole tutkittu kalkkikuoristen eliöiden vaihtelua kyseisen alueen rannikolla. Tässä uudessa tutkimuksessa on havainnoitu kalkkikuoristen eliöiden vaihtelua alueen matalissa rannikkovesissä. Kenttähavaintoja täydennettiin myös laboratoriotutkimuksilla.

Tutkimusalueella vesi oli kesän ja syksyn aikana hyvin hiilidioksidipitoista (esiteolliseen aikaan verrattuna hiilidioksidipitoisuus oli kolme-viisikertainen) hiilidioksidipitoisen veden pintaan kumpuamisen tuloksena. Lisäksi Itämeren vähäsuolaisuus vaikeuttaa kalkkikuorien muodostumista. Näissä olosuhteissa onkin hiukan yllättävää, että sinisimpukka (Mytilus edulis) sekä jotkut muut merenpohjan kalkkikuoriset eliöt ovat hyvin yleisiä Kielin vuonossa ja yleensä läntisellä Itämerellä.

Tutkimuksessa analysoitiin sinisimpukan selviytymistä normaalia happamammissa oloissa. Syy selviämiseen on se, että sinisimpukalle on aikojen kuluessa muodostunut sopeutumia, joiden ansiosta se pystyy tuottamaan kalkkikuoren normaalia happamammissa olosuhteissa. Erityisesti sille on kehittynyt hyvä suojakerros kalkkikuoren päälle vastustamaan happamia olosuhteita. Sinisimpukan kuoren havaittiin alkavan liueta niistä kohdista, joissa suojakuori oli halkeillut, mikä todistaa kuoren suojaavan happamuudelta. Tässä vaiheessa on kuitenkin epäselvää, voiko voimakkaampi happamoituminen alkaa tuhota myös suojakuorta.

Tutkimuksessa havaittiin, että sinisimpukan geneettiset sopeutumat auttavat sitä selviytymään nykyistä vielä happamammissa oloissa, kuten sellaisissa, joiden on ennustettu vallitsevan tämän vuosisadan lopulla. Näyttää kuitenkin todennäköiseltä, että kun vesi happamoituu vielä siitä lisää, eivät sinisimpukankaan sopeutumat enää auta, vaan sen kalkkikuoren muodostus vaikeutuu.

Happamoitumisen vaikutus kaloihin

Kuten yllä jo todettiin, meren happamoituminen vaikuttaa myös muihinkin kuin kalkkikuorellisiin eliöihin. Meren happamoituminen saattaa vaikuttaa meren eliön happotasapainon säätelyyn, verenkiertoon, hengitykseen ja hermojärjestelmään. Näillä voi olla pidemmän ajan vaikutuksia, kuten kasvun hidastumista ja lisääntymisvaikeuksia.

Aikuisilla kaloilla on tehokas happotasapainon säätelyjärjestelmä, joten niiden ei uskota olevan kovin herkkiä happamoitumiselle. Kalojen elämän alkuvaiheissa, kuten munana ja toukkana, happotasapainon säätelyjärjestelmä ei kuitenkaan ole vielä kunnolla kehittynyt. Siksi näissä vaiheissa myös kalat voivat olla herkkiä happamoitumisen vaikutuksille.

Kalojen maidin herkkyyttä happamoitumiselle on tutkittu vain vähän, mutta joidenkin selkärangattomien lajien siittiösoluille on tehty laboratoriotutkimuksia happamuuden vaikutuksista. Tutkimusten tulokset ovat kuitenkin olleet ristiriitaisia. Kalojen siittiösoluille on tehty joitakin tutkimuksia, joissa niiden liikkuvuuden on todettu yleensä heikentyvän happamoitumisen seurauksena.

Näyttää siis siltä, että merten happamoituminen saattaisi haitata kalojen siittiösolujen liikkuvuutta ja siten häiritä kalojen lisääntymistä. Tämä olisi erityisesti avainlajien kohdalla erittäin haitallista. Uudessa tutkimuksessa on tarkasteltu yhden Itämeren avainlajin, turskan, siittiösolujen tulevaisuutta meren happamoituessa.

Tutkimusmetodi oli melko yksinkertainen; tutkimuksessa pyydystettiin turskia ja otettiin niiden maitia talteen. Maiti vietiin laboratorioon ja sen liikkuvuutta eri happamuuksilla kuvattiin mikroskooppiin liitetyllä digitaalivideokameralla. Tallennetuista videoista analysoitiin siittiösolujen liikkumista.

Tutkimuksessa ei havaittu muutosta turskan siittiöiden liikkuvuudessa veden happamuuden muuttuessa. Tutkijat kuitenkin varoittavat, että tilastollisesti ei-merkitsevää tulosta on tulkittava varovaisesti. Epävarmuuksien tarkempi tarkastelu viittaa kuitenkin siihen, että turskan siittiösolujen liikkuvuus ei todennäköisesti kärsi tulevasta meren happamoitumisesta.

Vielä jää mielenkiintoinen kysymys: miksi turskan siittiösolujen liikkuvuus ei näyttäisi kärsivän happamoitumisesta? Tutkijat sanovat sen todennäköisesti johtuvan siitä, että turska elää jo valmiiksi sellaisissa olosuhteissa Itämerellä, joissa korkea hiilidioksidipitoisuus (ja siis alhainen pH) kuuluu normaaliin elämään (kuten edellä jo sinisimpukkaan liittyen todettiinkin). Siksi Itämeren turska on luultavasti geneettisesti sopeutunut normaalia happamampaan ympäristöön. Tutkijat aikovat seuraavaksi tehdä saman tutkimuksen Pohjanmeren turskalle, joka elää normaaleissa happamuusolosuhteissa. Tuloksien vertailu Itämeren turskan tässä kuvattuihin tuloksiin tulee olemaan mielenkiintoista.

Lähteet:

Provoost, P., van Heuven, S., Soetaert, K., Laane, R. W. P. M., and Middelburg, J. J.: Seasonal and long-term changes in pH in the Dutch coastal zone, Biogeosciences, 7, 3869-3878, doi:10.5194/bg-7-3869-2010, 2010. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Thomsen, J., Gutowska, M. A., Saphörster, J., Heinemann, A., Trübenbach, K., Fietzke, J., Hiebenthal, C., Eisenhauer, A., Körtzinger, A., Wahl, M., and Melzner, F.: Calcifying invertebrates succeed in a naturally CO2-rich coastal habitat but are threatened by high levels of future acidification, Biogeosciences, 7, 3879-3891, doi:10.5194/bg-7-3879-2010, 2010. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Frommel, A. Y., Stiebens, V., Clemmesen, C., and Havenhand, J.: Effect of ocean acidification on marine fish sperm (Baltic cod: Gadus morhua), Biogeosciences, 7, 3915-3919, doi:10.5194/bg-7-3915-2010, 2010. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Leijatuulivoimala

Nykyisten tuulivoimaloiden ominaisuuksia ovat suuret, massiiviset, jopa parin sadan metrin korkeuteen ulottuvat rakenteet, ja sen vuoksi merkittävät maisemahaitat. Voimalat vaativat vahvat perustukset, jotka lisäävät kustannuksia etenkin meriasennuksissa. Leijatuulivoimala saattaa ratkaista tukun nykytuulivoimaloita vaivaavia ongelmia.

Tämä mielenkiintoinen leijavoimala esitellään tässä videossa.

Kiinteän roottorin sijaan tuulen energia kaapataan kankaasta valmistetulla leijalla. Kun leija kohoaa korkeuksiin, se vetää siimaa keloilta pyörittäen samalla generaattoreita kehittäen sähköä. Leijan saavutettua lakikorkeuden, se lekotetaan päästämällä toista siimaa löysäksi. Leija menettää aerodynaamisen nosteensa, se vedetään alas ja kierros alkaa uudelleen. Tehoelektroniikka huolehtii siitä, että kehitetty sähkö muutetaan verkkoon sopivaksi.

Etuja nykyisiin tuulivoimaloihin verrattuna:

• Koska korkeaa tornia ei ole, massiivista perustusta ei tarvita. Periaatteessa laite valmistetaan tehtaassa, tuodaan asennuspaikalle, ankkuroidaan maahan ja laitetaan ”töpseli seinään”.
• Asennustyö on huomattavasti helpompi, nopeampi ja turvallisempi.
• Rakennusmateriaalin tarve on murto-osa nykyvoimaloihin verrattuna.
• Em. syistä johtuen voimala on halvempi valmistaa.
• Asennus merelle onnistunee suhteellisen helposti pohjaan ankkuroidun lautan päälle. Asennuspaikan syvyys ei ole esteenä, koska ankkurointi onnistuu syväänkin veteen.
• Leija saavuttaa helposti moninkertaisen korkeuden nykyvoimaloihin verrattuna, jopa kilometrien korkeuden. Korkealla tuulee enemmän ja säännöllisemmin.
• Leija ei (ehkä) näy maisemassa yhtä räikeästi kuin kiinteä roottori.
• Rakennusluvan saaminen saattaisi olla helpompaa, koska laite voidaan helposti siirtää muualle, jos siitä aiheutuu haittaa.

Mahdollisia ongelmia:

• Suurissa korkeuksissa operoivat leijat ovat lentoliikenteelle todellinen riski.
• Karkuun päässyt leija aiheuttaa vaaraa laajalle alueelle. Se voi pudota esim. moottoritielle peittäen autojen tuulilasit. Katkennut siima putoaa ruoskan tavoin maahan.
• Lähekkäin toimivat leijavoimalat voivat sekaantua toisiinsa.
• Riittävän kestävän leija- ja siimamateriaalin löytyminen voi olla vaikeaa.
• Toistaiseksi käytännössä testaamaton teknologia, joten yllätyksiä voi ilmetä.

Yhden leijan voimalan lisäksi kehitteillä on useista kymmenistä leijoista koostuva karusellin tyyppinen ratkaisu, jonka teho alustavien laskelmien mukaan voisi olla jopa 1000 MW.

Kaiken kaikkiaan tämä tekniikka on hyvin mielenkiintoinen. Kehitys on parhaillaan etenemässä täyden mittakaavan testeihin, joten lähivuosina ehkä näemme, onko leijatuulivoimala niin hyvä kuin miltä se näyttää, vai jääkö se vain yhdeksi lupaavaksi keksinnöksi tuhansien muiden joukkoon.

Aiheesta lisää: http://www.kitegen.com/en/

Atlantin myrskykausi oli ennusteiden mukaisesti hyvin vilkas

Yhdysvaltalainen National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) on ilmoittanut, että äskettäin päättynyt vuoden 2010 myrskykausi oli Atlantilla yksi mittaushistorian vilkkaimmista. Pohjoisen Tyynenmeren itäosissa sen sijaan oli vähemmän myrskyjä kuin koskaan aiemmin satelliittiseurannan alkamisen jälkeen.

Kolme myrskyä jonossa Atlantilla vuoden 2010 syyskuussa (alkaen vasemmalta: Karl, Igor ja Julia). Kuva: NOAA.

Atlantilla muodostui yhteensä 19 nimettyä myrskyä. Tämä on mittaushistorian kolmanneksi suurin luku yhdessä vuosien 1887 ja 1995 kanssa. Näistä 12 kehittyi pyörremyrskyiksi, joka on mittaushistorian toiseksi suurin luku yhdessä vuoden 1969 kanssa. Vuoden 2010 myrskyistä viisi ylsi vähintään luokan 3 pyörremyrskyksi.

Nämä luvut ovat NOAA:n keväällä antamien ennusteiden rajoissa (14-23 nimettyä myrskyä, 8-14 pyörremyrskyä ja 3-7 voimakasta pyörremyrskyä). Keskimääräinen Atlantin myrskykausi tuottaa 11 nimettyä myrskyä, kuusi pyörremyrskyä ja kaksi voimakasta pyörremyrskyä.

Kuten usein muulloinkin, laaja-alaiset ilmastolliset ominaisuudet vaikuttivat tänä vuonna voimakkaasti pyörremyrskyjen syntyyn. Atlantin vedet olivat tänä vuonna ennätyslämpimät, mikä yhdistettynä Afrikasta tuleviin suotuisiin tuuliin ja La Niñan vaikutukseen suosi myrskyjen muodostumista. Vuoden 2010 myrskykausi jatkoi vilkkaiden myrskykausien sarjaa, joka alkoi vuonna 1995.

Myrskyjen kulkureitti kuitenkin määräytyy lyhytaikaisten sääprosessien toiminnasta. Tänä vuonna useiden myrskyjen reitti ei osunut Yhdysvaltoihin. Suihkuvirtauksen sijainti edisti lämpimiä ja kuivia olosuhteita Itä-Yhdysvalloissa, mikä toimi esteenä myrskyille ja piti monet niistä avomerellä.

”Kuten NOAA:n säätieteilijät ennustivat, Atlantin myrskykausi oli yksi aktiivisimmista mittaushistorian aikana, mutta onneksi useimmat myrskyt välttelivät Yhdysvaltoja. Siksi tätä myrskykautta voitaisiin sanoa lempeäksi jättiläiseksi”, sanoi tohtori Jack Hayes, NOAA:n kansallisen sääpalvelun johtaja.

Muut alueet Atlantilla eivät olleet yhtä onnekkaita. Pyörremyrsky Tomas toi runsaasti sadetta maanjäristyksen runtelemaan Haitiin. Itäistä Meksikoa ja Keski-Amerikkaa vaivasivat useat myrskyt (kuten Alex), jotka toivat rankkasateita sekä aiheuttivat mutavyöryjä ja kuolonuhreja vaatineita tulvia.

Vaikka La Niña voimistikin Atlantin myrskykautta, se myös ehkäisi myrskyjen muodostumista ja vahvistumista pohjoisen Tyynenmeren itäisillä alueilla. Kyseisen alueen seitsemästä nimetystä myrskystä tänä vuonna vain kolme kasvoi pyörremyrskyiksi ja kaksi niistä voimakkaiksi pyörremyrskyiksi. Tämä on pienin luku nimettyjä myrskyjä (edellinen pienin määrä oli kahdeksan vuonna 1977) ja vähiten pyörremyrskyjä (edellinen ennätys oli neljä vuosina 1969, 1970, 1977 ja 2007) satelliittiseurannan alkamisen jälkeen 1960-luvun puolivälissä. Keskimäärin pohjoisen Tyynenmeren itäosissa myrskykausi tuottaa 15 nimettyä myrskyä, yhdeksän pyörremyrskyä ja neljä voimakasta pyörremyrskyä.

Lähde: Extremely Active Atlantic Hurricane Season was a ’Gentle Giant’ for U.S. – NOAA:n tiedote