Atomipommeista selitys 1900-luvun puolivälin viilenemiselle?

Maapallon pintalämpötilamittausten mukaan ilmaston lämpeneminen keskeytyi 1900-luvun puolivälissä vuosikymmenien ajaksi. Tätä ei ole toistaiseksi kyetty selittämään tyydyttävästi ja selitysvaihtoehtoja on ollut useita. Uudessa tutkimuksessa tarjotaan vielä yksi mahdollinen selitys. Atomipommien räjäytyksiä tehtiin runsaasti samaan aikaan, kun lämpötilan nousu oli pysähdyksissä. Tutkimuksen perusteella lämpötilan pysähtyminen voidaan selittää atomipommien tulipallojen mukana kulkeutuvan pölyn ilmakehää himmentävällä vaikutuksella sekä alhaisella Auringon aktiivisuudella.

Arvioitu atomipommien vaikutus maapallon pintalämpötilaan.

Maapallon keskimääräinen pintalämpötila on noussut lähes sadan vuoden ajan. Pintalämpötilan nousu näyttää alkaneen 1910-luvulla, kun taas kasvihuonekaasujen säteilypakote on voimistunut ainakin 1880-luvulta saakka. Se, että lämpeneminen alkoi vasta 1910-luvulla saattaa olla selitettävissä tulivuorten purkauksista stratosfääriin kulkeutuneista aerosoleista (tuon ajan voimakkaita purkauksia olivat Krakatau 1883, Santa Maria 1902 ja Novarupta 1912) sekä Auringon melko epäaktiivisesta tilasta 1900-luvun alussa.

Maapallon pintalämpötilan nousu kuitenkin keskeytyi 1900-luvun puolivälissä, vaikka kasvihuonekaasujen säteilypakote jatkoi voimistumistaan. Tuohon aikaan Aurinko oli hyvin aktiivisessa tilassa, joten Aurinko ei voi selittää lämpenemisen keskeytymistä. Lämpenemisen keskeytymisen aikaan tapahtuneet kaksi tulivuorenpurkausta (Bezymianny 1956 ja Mt. Agung 1963) tapahtuivat vasta sitten kun lämpötilan nousu oli jo keskeytynyt, joten ne eivät myöskään voi selittää keskytystä, vaikka ovat saattaneet osaltaan vaikuttaa keskeytymiseen myöhemmässä vaiheessa. Lämpötilan nousun keskytyminen 1900-luvun puolivälissä on ollut ongelma myös ilmastomallinnuksessa, koska sitä ei olla kunnolla pystytty toistamaan edes edistyneimmillä ilmastomalleilla.

Mahdollisesti yksi ainakin osittainen ratkaisu ongelmaan on se, että merien pintalämpötilojen mittaustapoja muutettiin 1940-luvulla, mistä olisi yhden tutkimuksen mukaan voinut aiheutua 0,5 celsiusasteen pudotus merien pintalämpötilamittauksiin, mikä olisi näkynyt globaalissa pintalämpötilassa 0,3 celsiusasteen pudotuksena. Tämän korjaaminen mittausdataan ei kuitenkaan näyttäisi poistavan kokonaan lämpenemisen keskeytymistä. Toinen mahdollinen ehdotettu selitys on Atlantilla tapahtuva monen vuosikymmenen jaksoissa toimiva oskillaatio (Atlantic multidecadal oscillation, AMO), joka olisi vielä tuohon aikaan päässyt vaikuttamaan näkyvästi ilmastoon kasvihuonekaasujen aiheuttaman lämpenemisen ollessa vielä melko heikolla tasolla.

Lämpötilan nousun keskeytymiseen 1900-luvun puolivälissä on ehdotettu myös ihmisen toiminnasta johtuvaa selitystä. Uuden tutkimuksen mukaan 1900-luvun puolivälissä tehdyt atomipommien räjäytykset ovat saattaneet aiheuttaa lämpenemisen keskeytymisen.

Atomipommien räjäytykset alkoivat vuonna 1945 Trinityn testiräjäytyksellä. Samana vuonna tunnetusti räjäytettiin myös atomipommit Little Boy Hiroshimassa ja Fat Man Nagasakissa. Atomipommien testiräjäytyksiä tehtiin yhteensä 441 kappaletta ennen vuoden 1963 ydinkoekieltosopimusta. Tämän jälkeen ydinkokeita tehtiin vielä Kiinan ja Ranskan toimesta ja yhteensä 63 atomipommia räjäytettiin vuoden 1963 jälkeen. Viimeisin ilmakehässä räjäytetty atomipommi oli Kiinan Lop Nor vuonna 1980. Yhteensä ilmakehässä räjäytettiin siis 504 atomipommia vuosien 1945 ja 1980 välillä ja niiden yhteislataus oli 440 megatonnia.

Atomipommien vaikutusta ilmastoon on tutkittu jonkin verran aiemmin. Jo 1950-luvulla ehdotettiin, ett vuoden 1954 kylmä kesä Japanissa olisi johtunut Yhdysvaltojen tekemistä ydinkokeista Bikinin atolleilla kyseisen vuoden alkupuolella. Myöskin 1950-luvulla esitettiin arvio siitä, että atomipommien räjäytyksistä voisi lentää tarpeeksi pölyä stratosfääriin, jotta sillä olisi huomattava vaikutus Auringon säteilyyn.

Kuvitteellisen ydinsodan vaikutuksia ilmastoon simuloitiin 1980-luvulla. Näiden simulointien tuloksena alettiin puhua ”ydintalvesta”, koska simulaatiot antoivat tulokseksi lämpötilan alenemisen. Esimerkiksi sadan megatonnin ydinlatauksen räjäytyksestä seurasi näissä simulaatioissa paikallinen yli 30 celsiusasteen viileneminen, joka kesti sadan päivän ajan.

Atomipommin viilentävän vaikutuksen aiheuttama mekanismi on samankaltainen kuin ison tulivuorenpurkauksen, muttei kuitenkaan aivan sama. Maanpinnan lähellä tapahtuvissa atomipommin räjäytyksissä pölyä ja muita hiukkasia kulkeutuu tulipallon mukana ylös ilmakehään. Lisäksi pommin seurauksena olevista tulipaloista leviää nokea ilmakehään (tosin ydinkokeiden yhteydessä ei yleensä aiheudu laajoja tulipaloja). Pöly ja noki estävät osan Auringon säteilystä pääsemästä maan pinnalle, jolloin maan pinta viilenee. Meren päällä tehtyjen räjäytyksien vaikutus pintalämpötilaan on pienempi, koska niiden mukana ylös kulkeutuu merisuolaa ja vesipisaroita. Ylhäällä ilmakehässä tehdyistä räjäytyksistä jää jäljelle vain pommin osien radioaktiivista hiukkasjätettä, jotka eivät todennäköisesti vaikuta pintalämpötilaan merkittävästi. On myös ehdotettu muita mahdollisia atomipommien vaikutuksia ilmastoon, kuten esimerkiksi tulipallon tuottaman typpidioksidin aiheuttamana.

Japanissa on aiemmin ehdotettu, että toisen maailmansodan aikaiset pommitukset ja sen jälkeiset atomipommien räjäytykset saattoivat aiheuttaa vuosien 1940 ja 1975 välisen lämpenemisen keskeytymisen. Aiheesta on myös tehty aiempi tutkimus, jonka mukaan atomipommien räjäytykset saattoivat aiheuttaa lämpenemisen keskeytymisen 1900-luvun puolivälissä.

Japanilainen tutkija Yoshiaki Fujii tarkastelee uudessa tutkimuksessaan atomipommien vuotuista latausta megatonneina ja vertailee sitä maapallon pintalämpötilaan. Vertailussa nähdään, että aktiivinen ajanjakso atomipommien räjäytyksissä sattuu lähes samaan aikaan lämpenemisen keskeytymisen kanssa 1900-luvun puolivälissä.

Fujii tekee myös arvion atomipommien räjäytyksiin liittyvien pölyn ja noen vaikutuksesta maapallon pintalämpötilaan. Kun räjäytykseen liittyy nokea pölyn lisäksi (kuten esimerkiksi kaupungeissa räjäytettyjen atomipommien tapauksessa), vaikutus maapallon pintalämpötilaan näyttäisi olevan kymmenkertainen verrattuna räjäytyksiin, joissa nokea ei synny (kuten yleensä ydinkokeissa). Kaikkia atomipommien räjäytyksiä tarkasteltaessa vaikutus maapallon pintalämpötilaan näyttäisi olevan suurimmillaan 1960-luvun puolivälissä, jolloin vaikutus maapallon pintalämpötilaan oli noin -0,15…-0,25 celsiusastetta. Vaikutuksen huippukohta sattuu siis myöhempään vaiheeseen kuin varsinaiset atomipommien räjäytykset. Tämä johtuu ilmeisesti suuresta määrästä ydinkokeita juuri ennen vuoden 1963 ydinkoekieltoa, jolloin erityisesti Neuvostoliitto räjäytti suuria vetypommeja.

Kun atomipommien arvioitu vaikutus poistetaan maapallon pintalämpötilan mittaussarjasta, maapallon lämpötila näyttää nousevan keskeytyksettä vuoteen 1965 saakka, jonka jälkeen lämpötila laskee hieman vuoteen 1976 saakka. Lämpötilan lasku on selitettävissä vähäisellä Auringon aktiivisuudella kyseisenä ajanjaksona. Fujii ehdottaa, että jatkossa olisi tehtävä yksityiskohtainen tutkimus ilmastomalleilla, joissa olisi huomioitu atomipommien vaikutus. Fujii arvelee, että sellaisessa mallitutkimuksessa saataisiin toistettua oikein havainnoissa näkyvä lämpenemisen keskeytyminen 1900-luvun puolivälissä.

Laskentojensa perusteella Fujii ehdottaa, että ilmaston lämpenemistä voisi rajoittaa levittämällä kalkkikivipölyä stratosfäärin alaosaan. Kalkkikivellä on se hyvä ominaisuus, ettei se aiheuta terveyshaittoja, toisin kuin monet muut ehdotetut ilmastonmuokkausaineet. Kalkkikivipölyä tarvittaisi muutamia megatonneja vuodessa, jos lämpötilaa laskettaisi 0,6 celsiusasteella. Kalkkikivipölyn levittämisen seuraukset eivät kuitenkaan ole tarkkaan tiedossa ja Fujii mainitseekin, että asiassa olisi edettävä harkiten.

Lähde: Yoshiaki Fujii, 2011, The Role of Atmospheric Nuclear Explosions on the Stagnation of Global Warming in the Mid 20th Century, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, doi:10.1016/j.jastp.2011.01.005. [tiivistelmä]

Mustakuusimetsien jäkälöitymisellä viilentävä vaikutus

Pohjois-Amerikan itäosien mustakuusimetsät voivat toistuvien metsäpalojen seurauksena tulla jäkälien valtaamaksi . Maiseman muuttuessa tummasta mustakuusimetsästä vaaleammaksi runsaan jäkäläpeitteen takia, alue heijastaa auringonvaloa paljon enemmän takaisin avaruuteen. Tällaisella muutoksella on siis viilentävä vaikutus, koska vähemmän auringonsäteilyä imeytyy maaperään.

Ilmaston lämmetessä metsäpaloja tapahtuu enemmän ja kuusimetsät muuttuvat jäkälävaltaisemmiksi. Muutoksen vaikutuksen ollessa viilentävä, se siis hillitsee hiukan tapahtumassa olevaa ilmastonmuutosta.

Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa on arvioitu mustakuusimetsien jäkälöitymisen vaikutusta ilmastonmuutokseen. Tutkimuksessa käytettiin satelliittikuvia ja auringonsäteilyn mittauksia vuosien 2000 ja 2008 välillä. Lisäksi käytettiin arvioita tutkimusalueena olleen Itä-Kanadan metsien biomassan määrästä.

Tutkimuksen tuloksien mukaan jokainen jäkälävaltaiseksi muuttunut hehtaari tuottaisi säteilypakotteen, joka on suuruudeltaan -0,12 nanowattia per neliömetri, eli vaikutus olisi ilmakehää viilentävä. Havaintojen perusteella jo tapahtuneet muutokset ovat aiheuttaneet säteilypakotteen suuruudeltaan -0,094 milliwattia per neliömetri. Ilmastonmuutoksen edetessä metsäpalojen on ennustettu lisääntyvän, joten on odotettavissa, että mustakuusimetsien jäkälöityminen tulee aiheuttamaan pienen (*) viilentävän vaikutuksen.

(*) Jos halutaan kumota hiilidioksidin kaksinkertaistumisesta aiheutuva säteilypakote 3,7 wattia per neliömetri mustakuusimetsien jäkälöitymisen vaikutuksella, pitäisi muuttaa noin 31 miljardia hehtaaria mustakuusimetsää jäkälävaltaiseksi. Tämä vastaisi 60 prosenttia koko maapallon pinta-alasta.

Lähde: P.Y. Bernier, R.L. Desjardins, Y. Karimi-Zindashty, D. Worth, A. Beaudoin, Y. Luo and S. Wang, 2011, Boreal lichen woodlands: A possible negative feedback to climate change in eastern North America, Agricultural and Forest Meteorology, doi:10.1016/j.agrformet.2010.12.013. [tiivistelmä]

Onko ilmastoon sitoutunut liikaa lämpöä jo nyt?

Uudessa tutkimuksessa on tarkasteltu tilannetta, jossa kaikki kasvihuonekaasu- ja aerosolipäästöt lopetetaan heti. Aerosolien viilentävä vaikutus poistuu hyvin nopeasti ja kasvihuonekaasujen vaikutus poistuu hitaasti. Seurauksena on nopea lämpeneminen. Tutkimuksen tuloksena saadaan myös ilmastoon sitoutunut lämpövaikutus, joka arvioidaan 0,6 celsiusasteen suuruiseksi, mutta se saattaa olla paljon suurempikin, mikä vaikeuttaisi päästörajoitustoimien vaikutusta huomattavasti.

Kykymme ennustaa tulevaisuuden ilmastoa riippuu paljon siitä, miten ihmiskunnan tulevat toimet vaikuttavat ilmastoon ja miten tämän ilmastovaikutuksen aiheuttama ilmastonmuutos näkyy ilmastomalleissa. Ihmiskunnan tulevat toimet riippuvat poliittisista päätöksistä, eivätkä siksi ole luonnontieteiden määriteltävissä. Ilmastomallien kyky kuvata tietyistä ilmastoon vaikuttavista tekijöistä aiheutuvia ilmastonmuutoksia taas riippuu ilmastomallien kyvystä kuvata menneitä ilmastonmuutoksia, joiden eteneminen ja syyt tunnetaan ja joita siksi voi käyttää ilmastomallien testaamiseen.

Ilmastojärjestelmästä on vaikeaa erottaa ihmiskunnan toimien ilmastovaikutusten aiheuttamia epävarmuuksia. Tämä vaikeuttaa ilmastomalleihin sisältyvien epävarmuuksien tunnistamista. Ilmastoon sitoutuneen lämpövaikutuksen tutkiminen on osoittautunut lupaavaksi keinoksi ilmastomallien epävarmuuksien selvittämisessä, koska siinä on mahdollista tarkastella erikseen ilmastomallien epävarmuuksia, jotka meitä kiinnostavat, ja hyvin epävarmoja ihmiskunnan tulevien toimien ilmastovaikutuksia. Lisäksi saadaan selville, millainen ilmastonmuutos vähintään on vielä odotettavissa jo tehtyjen toimien seurauksena.

Ilmastoon sitoutuneen lämpövaikutuksen aiemmissa tutkimuksissa on selvitelty, paljonko lisälämpenemistä tapahtuu ilmaston saavuttaessa tasapainotilan, kun ilmakehän ainekoostumus ja ilmastopakote pysyvät nykyisillä tasoillaan. On arvioitu, että tällaisessa tilanteessa lisälämpenemistä tapahtuisi vielä noin 0,6 celsiusastetta. Tämä johtuu siitä, että suuri osa lämmitysvaikutuksesta menee hitaasti lämpeneviin meriin.

Viime aikoina on alettu tutkia skenaariota, jossa ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöt loppuvat kokonaan. Tällaisessa tilanteessa ilmakehän koostumus muuttuu luonnollisten prosessien vaikutuksesta ja lisälämpeneminen riippuu vain ilmastojärjestelmän hitaasta reagoinnista lämmitysvaikutuksen muutoksiin ja kasvihuonekaasujen ”jäännöksistä” aiheutuvasta ilmastopakotteesta. Tämä nollapäästöskenaario, jossa päästöt lopetetaan kokonaan, on katsottu sopivan paremmin ilmastoon sitoutuneen lämpövaikutuksen määrittämiseen kuin aiemmin käytetty vakiopakotteen skenaario, johon kuuluu myös jonkun verran tulevaisuuden lisäpäästöjä vakiopakotteen ylläpitämiseksi.

Nollapäästöskenaarion tutkimuksissa on havaittu, että hiilidioksidipäästöjen lopetushetken jälkeen on kestänyt muutamia satoja vuosia, kun ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden esiteollisen ajan noususta on vähentynyt 60 prosenttia. Sen jälkeen on kestänyt vielä satoja tuhansia vuosia ennen kuin on palattu esiteollisen ajan hiilidioksidipitoisuuteen. Maapallon keskilämpötila on päästöjen lopetushetken jälkeen pysynyt suunnilleen lopetushetken tasolla tai jopa hieman laskenut seuraavan tuhannen vuoden aikana.

Aiemmissa tutkimuksissa on kuitenkin keskitytty hiilidioksidiin, eikä muita kasvihuonekaasuja eikä aerosoleja ole huomioitu. Aerosolit ovat tunnetusti yksi suurimmista epävarmuustekijöistä nykyilmastossa ja ne vaikuttavat voimakkaasti ilmastoon. Nollapäästöskenaariossa onkin lopetettava myös aerosolipäästöt, jotta tulos olisi luotettavampi.

Jos päästöt lopetettaisiin heti, aerosolien pitoisuudet laskisivat päivien tai viikkojen aikaskaalalla takaisin esiteolliselle tasolle. Hiilidioksidi säilyisi ilmakehässä erittäin kauan ja muutkin kasvihuonekaasut säilyisivät ilmakehässä vuosikymmeniä tai jopa vuosisatoja. Kävisikin niin, että päästöjen loppuessa aerosolien viilentävä vaikutus poistuisi hyvin nopeasti, mutta kasvihuonekaasujen lämmittävä vaikutus jatkuisi pidempään. Nettovaikutus olisi siis maapallon nopea lämpeneminen.

Uudessa tutkimuksessa on selvitetty, kuinka ilmasto käyttäytyisi kaikkien päästöjen loppuessa heti huomioiden myös hiilidioksidin lisäksi myös muiden kasvihuonekaasujen ja aerosolien vaikutuksen. Tutkimuksessa käytettiin mallisimulaatioita, joissa oli ensin kasvihuonekaasujen ja aerosolien päästöjä ja kun simulaatiossa oli kulunut 200 vuotta, päästöt lopetettiin kerralla. Vertailun vuoksi simuloitiin myös tilannetta siten, että ainoastaan hiilidioksidin päästöt lopetettiin ja pidettiin aerosolit ja muut kasvihuonekaasut vakiopitoisuuksissa, kuten joissakin aiemmissa tutkimuksissa on tehty.

Tuloksissa nähdään ilmastopakotteen hyppäävän nopeasti voimakkaammaksi hyvin pian kaikkien päästöjen lopettamisen jälkeen. Tämä johtuu siitä, että aerosolien viilentävä vaikutus poistuu. Aerosolien vaikutuksen poistuessa poistuvat myös aerosoleihin liittyvät epävarmuudet. Tulokset tämän jälkeen ovatkin melko luotettavia, koska pelkkien kasvihuonekaasujen vaikutukset tunnetaan melko hyvin. Ilmastopakotteen muuttuessa yhtäkkiä reilusti voimakkaammaksi, myös lämpötilassa tapahtuu nopea nousu. Lämpenemisen määrään tämän muutoksen aikana sisältyy paljon epävarmuuksia, mutta suurimmillaan lämpötila voisi nousta jopa 0,9 celsiusastetta päästöjen lopetushetkestä.

Voimakkaan alkumuutoksen jälkeen ilmastopakote ja lämpötila alkavat pienentyä ja tasoittuvat seuraavien vuosisatojen aikana. Ääritapauksessa on kuitenkin myös mahdollista, että lämpötila jatkaisi nousuaan vielä tuonakin ajanjaksona ilmastojärjestelmän hitaan reagoinnin takia. Toisessa ääritapauksessa lämpötilan poikkeama saattaisi pudota noin puoleen alkumuutoksessa saavutetusta huippuarvosta.

Näiden tuloksien perusteella laskettiin ilmastoon sitoutunut lämpövaikutus, jonka nimellisarvoksi saatiin 0,6 celsiusastetta. Laskennassa ja mallisimulaatioissa on kuitenkin paljon epävarmuustekijöitä, joten ilmastoon sitoutuneen lämpövaikutuksen 90 prosentin luottamusvälin minimiarvoksi saatiin 0,3 celsiusastetta ja maksimiarvoksi peräti 7,2 celsiusastetta. Tämä kertoo siitä, että asiassa tarvitaan paljon lisätutkimusta arvojen tarkentamiseksi. Erityisesti tarvitsemme lisätutkimusta, jotta saamme varmistuksen siitä, että ilmastomme toimii annetun luottamusvälin alarajoilla. Jos ilmastomme toimisi kyseisen luottamusvälin ylärajoilla, ilmastoomme olisi jo nyt sitoutunut suuri lämpövaikutus, eikä lämpenemisen rajoittaminen kahteen asteeseen onnistuisi pelkillä päästörajoituksilla.

Lähde: Armour, K. C., and G. H. Roe (2011), Climate commitment in an uncertain world, Geophys. Res. Lett., 38, L01707, doi:10.1029/2010GL045850. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Kasvihuonekaasupäästöt vaikuttaneet Euroopan talvilämpötilaan jo 1600-luvulta saakka

Ihmiskunnan vaikutus Euroopan lämpötiloihin 1900-luvulla on havaittu aiemmissa tutkimuksissa. On myös arvioitu, että ulkoisten pakotteiden, kuten tulivuorista peräisin olevien aerosolien, ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöjen ja Auringon aktiivisuuden muutosten vaikutus Euroopan ilmastoon ennen 1900-lukua on ollut merkityksetön.

Nature Geoscience -lehdessä on äskettäin julkaistu tutkimus, jossa on rekonstruoitu Euroopan maa-alueiden lämpötilat eri vuodenaikoina vuodesta 1500 vuoteen 2000. Rekonstruktiossa käytettiin muun muassa historiallisista dokumenteista löytyviä säätietoja sekä puiden vuosirenkaita. Lisäksi tutkimuksessa käytettiin kolmea ilmastomallia. Näiden avulla tutkittiin eri pakotteiden vaikutusta Euroopan ilmastoon.

Tutkijat havaitsivat, että ulkoisillä pakotteilla on ollut selvästi erottuva vaikutus Euroopan ilmastoon koko tutkitun viidensadan vuoden aikana. Erityisesti huomattiin, että 1600-luvun lopulla alkoi talvien lämpeneminen, joka on yhdistettävissä ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöihin. Tutkimuksen tuloksien perusteella talvi on vuodenaika, jolloin kasvihuonekaasujen ja aerosolien vaikutus näkyy selvimmin. Kyseisestä lämpenemisestä noin 75 prosenttia näyttäisi johtuvan ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöistä.

”Erityisesti kasvihuonekaasujen pitoisuuden lisääntymisen vaikutus näkyy selvästi 1600-luvun lopulta alkaen,” sanoo espanjalainen Jesús Fidel González Rouco, yksi tutkimukseen osallistuneista tutkijoista. Tutkimuksessa nähtiin selvästi myös tulivuorten purkausten aiheuttamat lyhytaikaiset kesäajan viilenemiset ja talviajan lämpenemiset.

Lähteet:

– Gabriele Hegerl, Juerg Luterbacher, Fidel González-Rouco, Simon F. B. Tett, Thomas Crowley & Elena Xoplaki, Nature Geoscience, 2011, doi:10.1038/ngeo1057. [tiivistelmä]

– Humans, Volcanoes and the Sun Have Influenced Europe’s Climate Over Recent Centuries – ScienceDaily

Uusi sulamisennätys Grönlannin jäätiköllä

Uusi tutkimus osoittaa, että vuonna 2010 tehtiin uusi sulamisennätys Grönlannin jäätiköllä, jonka odotetaan olevan tärkeä tekijä ennustetussa merenpinnan nousussa tulevina vuosikymmeninä.

”Tämä kulunut sulamiskausi oli poikkeuksellinen, kun sulaminen venyi joissakin paikoissa jopa 50 päivää keskimääräistä pitemmäksi,” sanoo tohtori Marco Tedesco, joka on New Yorkissa sijaitsevan Cryosphere Processes Laboratoryn johtaja ja joka johtaa Grönlannin jäätikön sulamiseen vaikuttavia tekijöitä tutkivaa projektia.

”Vuonna 2010 sulaminen alkoi poikkeuksellisen aikaisin huhtikuun lopussa ja loppui melko myöhään syyskuun puolessa välissä.”

Tutkimusta sponsoroi WWF, Yhdysvaltojen kansallinen tiedesäätö (NSF) ja NASA. Tutkimuksessa tarkasteltiin pintalämpötilan poikkeamia Grönlannin jäätikön pinnan päällä ja seurattiin sulamista mittauksilla satelliteista ja maan päältä sekä malleilla.

Äskettäin Environmental Research Letters -lehdessä julkaistussa artikkelissa Marco Tedesco ja kumppanit mainitsevat, että vuonna 2010 kesälämpötilat olivat 3 celsiusastetta keskimääräistä korkeammat. Lisäksi lunta satoi vähän. Grönlannin pääkaupungissa Nuukissa oli vuonna 1873 alkaneen mittaushistorian lämpimin kevät ja kesä. Jää paljastui lumen alta keskimääräistä aikaisemmin ja oli lumeton aikaisempia vuosia kauemmin, mikä vaikutti syntyneeseen sulamisennätykseen.

”Paljas jää on paljon tummempää kuin lumi ja imee enemmän Auringon säteilyä,” tohtori Tedesco sanoi. ”Muita jään sulamiseen vaikuttavia takaisinkytkentöjä, joita tarkastelemme, ovat jäätikön pinnalla olevien järvien vaikutus jään pintaan, jään pinnalle laskeutuneen pölyn ja noen vaikutus sekä sulamisvesien vaikutus jäätikön merta kohti tapahtuvaan virtaukseen.”

WWF:n ilmastoasiantuntija tohtori Martin Sommerkorn sanoi: ”Merenpinnan odotetaan nousevan yli metrin vuoteen 2100 mennessä, mikä suurimmaksi osaksi johtuu jäätiköiden sulamisesta. Eikä se lopu siihen – mitä pidempään odotamme kasvihuonekaasujen päästöjen rajoittamisessa, sitä enemmän sulamista tapahtuu ja veden pinta jatkaa nousuaan.”

Lähde: M Tedesco, X Fettweis, M R van den Broeke, R S W van de Wal, C J P P Smeets, W J van de Berg, M C Serreze and J E Box, The role of albedo and accumulation in the 2010 melting record in Greenland, Environmental Research Letters, Volume 6, Number 1, doi: 10.1088/1748-9326/6/1/014005. [tiivistelmä, lehdistötiedote]

Euroopan vuoristokasvillisuuden riskit ilmaston muuttuessa

Mantereenlaajuiset arviot ilmastonmuutoksen vaikutuksista luonnon monimuotoisuuteen ennustavat monien lajien levinneisyysalueiden supistuvan kuluvan vuosisadan aikana. Tämän mittakaavan arviot ovat kuitenkin liian karkeita, jotta niillä olisi kovinkaan paljon merkitystä vuoristojen elinympäristöjen tai jopa yksittäisten lajien riskien arvioinnissa. Vuoristoissa saattaa esiintyä mikroilmaston muutoksia, joiden avulla lajit saattavat selvitä paikallisesti.

Ilmastonmuutoksen vaikutuksista Euroopan vuoristoissa eläviin lajeihin on tehty tutkimus, jossa arvioitiin 2632 kasvilajin selviytymistä kuluvan vuosisadan aikana. Arviointi tehtiin neljälle erilaiselle ilmastoskenaariolle.

Tuloksien mukaan korkeammalla elävät lajit tulevat menettämään suuremman osan elinympäristöstään kuin matalammalla elävät lajit. Alpiinisista (alppiniityt) lajeista arvioitiin ilmastoskenaariosta riippuen 36 – 55 prosentin menettävän enemmän kuin 80 prosenttia niille sopivasta elinympäristöstä vuosiin 2070-2100 mennessä. Subalpiinisista lajeista (kitukasvuisia puita ja pensaita) vastaavan menetyksen kokisi 31 – 51 prosenttia ja montaanisista lajeista (pyökki- ja pihtametsiä) 19 – 46 prosenttia.

Tutkimuksen mukaan lajien kokemat riskit vaihtelevat eri vuoristoalueiden kesken. Kasvillisuudelle aiheutuvat vaikutukset näyttäisivät olevat suuremmat alueilla, joissa tapahtuu lämpenemistä, mutta sateisuus vähenee. Tällaisia alueita ovat esimerkiksi Pyreneet ja Alppien itäosat Itävallassa. Vastaavasti vähemmän vaikutuksia koituisi alueilla, joissa lämpötila ei nouse niin paljon ja samaan aikaan sateisuus lisääntyy. Tällaisia alueita ovat Norjan ja Ruotsin rajalla sijaitsevat Skandit ja Skotlannin Ylämaat. Tuloksien perusteella ilmastonmuutoksen myötä muuttuvalla sateisuudella on lämpötilan lisäksi myös tärkeä rooli kasvillisuudelle aiheutuvien vaikutuksien määrääjänä.

Lähde: Robin Engler ja muut, 21st century climate change threatens mountain flora unequally across Europe, 2011, Global Change Biology, DOI: 10.1111/j.1365-2486.2010.02393.x. [tiivistelmä]

Albedon takaisinkytkentä on havainnoissa malliennusteita suurempi

Pohjoisen pallonpuoliskon lumipeitteen ja merijään laajuudet ovat pienentyneet vuodesta 1979 lähtien. Tämä sattuu samaan aikaan kuin pohjoisen pallonpuoliskon on havaittu lämpenevän. Tämä viittaa siihen, että jään ja lumen vähenemisestä seuraava pinnan heijastuskyvyn eli albedon muuttumisen aiheuttama positiivinen takaisinkytkentä on toiminnassa. Kyseinen albedon takaisinkytkentä on aiemmin havaittu hyvin lyhyen aikavälin tutkimuksissa lumeen liittyen. Mallitutkimuksissa on aiemmin arvioitu albedon takaisinkytkennän toimintaa satojen vuosien aikaskaalalla. Lumen ja jään yhteisvaikutuksia säteilypakotteeseen ja albedon takaisinkytkentään ei kuitenkaan ole vielä määritetty mittauksista.

Uudessa tutkimuksessa pohjoisen pallonpuoliskon lumen ja jään yhteisvaikutuksia maapallon säteilytasapainoon on arvioitu. Tätä varten tutkimuksessa kerättiin yhteen monenlaisia satelliittimittauksia ja kenttätutkimusten tuloksia.

Tutkimuksen tuloksien mukaan pohjoisen pallonpuoliskon jään ja lumen yhteinen säteilypakote on keskimäärin välillä -4,6 ja -2,2 wattia per neliömetri. Huippuarvo on toukokuussa, jolloin säteilypakote on noin -9,0 wattia per neliömetri. Nämä arvot tarkoittavat sitä, että normaalisti pohjoisen pallonpuoliskon lumipeite ja jää viilentävät maapalloa.

Tutkimuksessa havaittiin kuitenkin myös se, että lumipeitteen ja jään viilentävä vaikutus on pienentynyt vuosien 1979 ja 2008 välillä 0,45 watilla per neliömetri. Tähän muutokseen ovat vaikuttaneet lumipeitteen ja merijään muutokset melkein yhtä paljon. Tämän havainnon perusteella on laskettavissa, että pohjoisen pallonpuoliskon albedon takaisinkytkentä on välillä 0,3 ja 1,1 wattia per celsiusaste per neliömetri. Tämä arvo on huomattavasti suurempi kuin vastaavat arviot, jotka on saatu 18 ilmastomallista.

Lumen ja jään säteilypakote vuosien 1979 ja 2008 välillä (yllä) ja säteilypakotteen muutos kyseisenä aikana (alla).

Lähde: M. G. Flanner, K. M. Shell, M. Barlage, D. K. Perovich & M. A. Tschudi, Radiative forcing and albedo feedback from the Northern Hemisphere cryosphere between 1979 and 2008, Nature Geoscience, 2011, DOI: doi:10.1038/ngeo1062. [tiivistelmä]

Lisätietoa:
CO₂-raportin uutinen tästä tutkimuksesta.

Pitkän aikavälin ilmastonmuutos saattaa olla valtavan voimakas

Ilmastotutkija Jeffrey Kiehl kirjoittaa Science-lehdessä, mitä tietoa menneet ilmastonmuutokset antavat nykyisen ilmastonmuutoksen etenemiselle pitkällä aikavälillä. Menneiden ilmastonmuutoksien perusteella on pääteltävissä, että maapallon herkkyys hiilidioksidin lämmitysvaikutukselle on suurempi kuin mitä ilmastomallit tällä hetkellä antavat tulokseksi. Tämä ero saattaa olla selitettävissä joillakin maapallon järjestelmillä, jotka reagoivat lämpötilan muuttumiseen hitaasti ja voimistavat lämpötilan muutosta satojen vuosien aikaskaalalla.

Maapallon lämpötila 65 – 5,5 miljoonaa vuotta sitten. Kuva: Wikipedia.

Ilmastomallit ovat tärkeitä välineitä maapallon ilmastojärjestelmän tutkimisessa. Todellisen maailman havainnointi antaa myös tärkeää tietoa kasvihuonekaasujen roolista maapallon ilmaston säätäjinä. Havaintomateriaali menneistä ilmastonmuutoksista voi auttaa meitä ymmärtämään, mitä nykyisen ilmastonmuutoksen myötä tulee tapahtumaan.

Hiilidioksidin pitoisuus ilmakehässä on tällä hetkellä noin 390 tilavuuden miljoonasosaa (englanniksi parts per million by volume eli ppmv) ja jos jatkamme hiilidioksidipäästöjä entiseen malliin, ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousee vuosisadan loppuun mennessä noin 900 – 1100 miljoonasosaan. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on nykytiedon mukaan ollut viimeksi niin suuri noin 30 – 100 miljoonaa vuotta sitten. Tuolloin hiilidioksidipitoisuuden väheneminen esiteollisen ajan arvoihin kesti kymmeniä miljoonia vuosia. Nyt olemme nostamassa hiilidioksidipitoisuuden tuolle korkealle tasolle vuosisadan aikana. Hiilidioksidin määrän lisääntyminen näyttäisi nyt tapahtuvan nopeammin kuin koskaan aikaisemmin.

Hiilidioksidipitoisuus oli noin 1000 miljoonasosaa noin 35 miljoonaa vuotta sitten. Tuolloin tropiikissa meren pintalämpötila oli noin 35 – 40 celsiusastetta, kun se nykyisin on noin 30 celsiusasteen tienoilla. Etelänavan lähistölläkin meren pintalämpötila oli 20 – 25 celsiusasteen paikkeilla nykyarvon ollessa noin viisi celsiusastetta. Maantieteelliset seikat eivät pysty selittämään noin suuria lämpötilaeroja, eikä siihen pysty Auringon vaikutuskaan (Aurinko oli tuolloin noin 0,4 prosenttia himmeämpi kuin nykyään). Näyttää siis siltä, että hiilidioksidin nousu noin 300 miljoonasosasta noin 1000 miljoonasosaan nosti tropiikin lämpötiloja noin 5 – 10 celsiusastetta ja napa-alueiden lämpötiloja noin 15 – 20 celsiusastetta.

Kun 35 miljoonaa vuotta sitten vallinneita olosuhteita tarkastellaan lähemmin, näyttää kokonaissäteilypakote tuolloin olleen noin 6,5 – 10 wattia per neliömetri (arvo sisältää hiilidioksidin ja Auringon vaikutukset). Globaali pintalämpötila oli tuohon aikaan arviolta noin 31 celsiusastetta, kun se esiteollisena aikana oli noin 15 celsiusastetta. Maapallo oli tuolloin siis tämän arvion mukaan noin 16 celsiusastetta nykyistä lämpimämpi. Ajalta noin 30 – 40 miljoonaa vuotta sitten arvioitu takaisinkytkentäkerroin on selvästi suurempi (noin 2 celsiusastetta per watti per neliömetri) kuin ilmastomallit antavat tulokseksi nykyilmastolle (noin 0,5 – 1 celsiusastetta per watti per neliömetri).

Miksi ilmaston takaisinkytkennät näyttävät olevan pienempiä kuin kyseisen menneen ajan havaintomateriaali antaa ymmärtää? Pitkällä, satojen ja jopa tuhansien vuosien aikavälillä mannerjäätiköiden muutokset alkavat vaikuttaa maapallon ilmastoon voimistaen menossa olevaa ilmastonmuutosta. Myös kasvillisuudesta ja hiilen kierrosta saattaa löytyä prosesseja, jotka toimivat pitkällä aikavälillä ilmastonmuutosta voimistavina tekijöinä. Nämä tekijät eivät sisälly nykyisiin ilmastomallien simulaatioihin tulevasta ilmastonmuutoksesta. Vaikka ne vaikuttavatkin liian pitkällä aikavälillä ollakseen kiinnostavia lähiaikojen ilmastonmuutoksen valossa, ne ovat silti tärkeitä pitemmän aikavälin sopeutumiskysymyksissä.

Olemme nyt lisäämässä hiilidioksidia ilmakehään hyvin nopeasti, mutta hiilidioksidipitoisuuden lisäys 1000 miljoonasosaan pysyy ilmakehässä tuhansien vuosien ajan. Edellä mainituilla hitailla takaisinkytkentäprosesseilla tulee olemaan siis hyvin aikaa alkaa voimistamaan ilmastonmuutosta. On kuitenkin huomattava, että yllä esitettyihin hiilidioksidi- ja lämpötila-arvoihin sisältyy paljon epävarmuuksia. Joitakin johtopäätöksiä voidaan kuitenkin tehdä. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on nousemassa nopeasti tasolle, jollainen koettiin viimeksi kymmeniä miljoonia vuosia sitten. Tuolloin maapallo oli paljon lämpimämpi kuin nykyään. Jos päästämme hiilidioksidipitoisuuden tuollaiselle tasolle, positiiviset takaisinkytkentäprosessit saattavat voimistaa ilmastonmuutosta nykyisiä malliennusteita voimakkaammaksi. Ihmiskunta kohtaa tällöin ennennäkemättömän nopeasti muuttuvan ilmaston tilan, jota se ei ole kohdannut koskaan kehityshistoriansa aikana. Nämä johtopäätökset ovat siis vedettävissä menneiden aikojen ilmastonmuutoksia koskevasta havaintomateriaalista, eivätkä ne ole riippuvaisia ilmastomalleista.

Lähde: Jeffrey Kiehl, Lessons from Earth’s Past, Science 14 January 2011: Vol. 331 no. 6014 pp. 158-159, DOI: 10.1126/science.1199380. [tiivistelmä]

”Mitä CRU-sähköpostit meille kertovat?”

(Alkuperäinen teksti: John Cook – Skeptical Science)

Skeptinen argumentti…

”Climategate” – CRU-sähköpostit viittaavat salaliittoon

Hakkerit ovat murtautuneet East Anglian yliopiston ilmaston tutkimusyksikön (Climatic Research Unit, CRU) tietokantaan ja laittaneet varastamansa tiedostot Internetiin. Nämä 1079 sähköpostia ja 72 dokumenttia näyttävät antavan todisteita skandaalista, johon liittyy ihmisen aiheuttaman lämpenemisen teoriaa kannattavia tiedemiehiä. Sähköposteissa näkyy todisteita salaliittojen muodostamisesta, lämpenemisdatan liioittelusta, mahdollisesti kiusallisten tietojen laittomasta hävittämisestä, järjestelmällisestä tietojen julkistamisen vastustamisesta, datan manipuloinnista, julkisuudessa itse esitettyjen väitteiden heikkouksien myöntämisestä yksityisesti ja paljon muuta. (Andrew Bolt, Herald Sun)

Mitä tiede sanoo…

Vaikka osaa esitetystä yksityisestä kirjeenvaihdosta ei voida kehua, eniten ”vihjailevien” sähköpostien asiantunteva arviointi paljastaa teknisiä keskusteluja vertaisarvioidun kirjallisuuden hyvin tuntemista tekniikoista. Kun keskitytään muutamaan vihjailevaan sähköpostiin, se vain kääntää huomion pois ihmisen aiheuttaman ilmastonmuutoksen osoittavasta laajasta havaintomateriaalista.

Lue koko teksti >>>

• Skeptical Science suomeksi
• Artikkeliluettelo

Pohjoisen pallonpuoliskon kasvukausi on pidentynyt

Kasvien kasvukausi alkaa keväällä ja loppuu syksyllä.

Kasvien kasvukausi on tärkeä indikaattori ekosysteemien reaktiosta ilmastonmuutokseen. Ekosysteemien tulevien muutoksien ennustamiseksi olisikin tärkeää tuntea kasvukauden muutokset viimeisten vuosikymmenten ajalta.

Uudessa tutkimuksessa on analysoitu pohjoisen pallonpuoliskon leudon alueen kasvien kasvukauden pitkän aikavälin muutoksia. Analyysissä käytettiin kasvillisuusindeksin satelliittimittauksia ja lämpötilahavaintoja vuosien 1982 ja 2008 välillä.

Tuloksien perusteella kasvukausi piteni keskimäärin. Muutokset kuitenkin vaihtelivat ajan myötä kasvukauden alun ja lopun välillä. Koko pallonpuoliskolla kasvukauden alku aikaistui 5,2 päivällä alkuvaiheessa (vuosien 1982 ja 1999 välillä), mutta sen jälkeen (vuosina 2000 – 2008) kasvukauden alku aikaistui vain 0,2 päivällä. Kasvukauden loppu siirtyi 4,3 päivää myöhemmäksi alkuvaiheessa ja loppuvaiheessa kasvukauden loppu viivästyi vielä 2,3 päivää lisää. Loppuvaiheessa esiintynyt ero kasvukauden alun ja lopun välillä johtuu siitä, että tuolloin oli kevätaikaan vähemmän lämpenemistä kuin kesällä ja syksyllä. Kasvukauden lopun siirtyminen myöhemmäksi vaikutti siis hiukan enemmän kasvukauden pitenemiseen kuin kasvukauden alun aikaistuminen. Paikallisia eroja tosin oli.

Lähde: Su-Jong Jeong, Chang-Hoi Ho, Hyeon-Ju Gim, Molly E. Brown, 2011, Phenology shifts at start vs. end of growing season in temperate vegetation over the Northern Hemisphere for the period 1982–2008, Global Change Biology, DOI: 10.1111/j.1365-2486.2011.02397.x. [tiivistelmä]