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]

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: