Lämmittikö ihmiskunta ilmastoa jo tuhansia vuosia sitten?

Uudessa tutkimuksessa on tarkennettu ihmiskunnan varhaisvaiheiden maankäyttöä ja sen perusteella on simuloitu ihmiskunnan varhaisia hiilipäästöjä. Tuloksien perusteella ihmiskunta on saattanut vaikuttaa ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen ja sitä kautta ilmastoon jo tuhansia vuosia sitten.


Simuloidut hiilipäästöt maankäytön muutoksista (yllä) ja havaittu ilmakehän hiilidioksidipitoisuus (alla).

Ihmiskunta käyttää toiminnassaan maata eri tavoin. Maankäytön muutokset aiheuttavat kasvihuonekaasupäästöjä. Esimerkiksi metsää hakattaessa poistetaan hakatun metsän aiheuttama hiilinielu, jolloin ilmakehästä poistuu vähemmän hiilidioksidia. Lisäksi hakattu metsä poltetaan usein tavalla tai toisella, mistä aiheutuu myös suoria kasvihuonekaasupäästöjä.

Ihmiset ovat muokanneet maanpintaa jo kivikaudelta lähtien, joka alkoi yli kaksi miljoonaa vuotta sitten. Aluksi metsää kaadettiin ja poltettiin muun muassa metsästyksen helpottamiseksi. Myöhemmin metsiä hävitettiin maanviljelyksen tieltä. Holoseenin alkaessa noin 11500 vuotta sitten maanviljelys levisi melkein kaikille mantereille, mikä vaikutti laajasti maapallon ekosysteemeihin.

Ihmiskunnan aiheuttamista historiallisista maankäytön muutoksista on tehty joitakin arvioita. Myös maankäytön aiheuttamia ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden muutoksia on arvioitu ainakin joitakin vuosisatoja taaksepäin menneisyydessä. Maankäytöstä ei kuitenkaan ole havaintoihin perustuvaa tietoa kovinkaan pitkältä ajalta. Useimmista maista ei löydy luotettavaa tietoa maankäytön muutoksista ennen 1900-luvun puoliväliä. Siksi historialliset maankäytön muutokset on tyydyttävä arvioimaan ihmiskunnan populaation kehityksen ja ihmisten oletettujen maankäyttötapojen perusteella.

Yksi arviointimenetelmä käyttää lineaarista skaalausta, jossa arvioidaan nykyihmisten maankäyttö, oletetaan ihmisten maankäytön määrä suunnilleen vakioksi ja sitten määritellään historiallinen maankäyttö väestönmäärän kehityksen perusteella. Tähän menetelmään perustuvat arviot näyttävät poikkeuksetta pieniä maankäytön muutoksia ennen noin vuonna 1500 alkanutta väestönräjähdystä. Tämän perusteella on arvioitu, ettei ihmiskunta ole ennen tätä voinut vaikuttaa merkittävästi holoseenin aikana alkaneeseen jatkuvaan ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden lisääntymiseen. Alkaen noin 8000 vuotta sitten olleesta minimistä, ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousi noin 22 ppm (miljoonasosaa) ennen kuin teollinen aikakausi alkoi.

Havainnot ja teoriat eivät kuitenkaan tuo oletusta ihmisen maankäytön määrän vakiona pysymiselle. Asian kenttätutkimuksissa on havaittu, että maatalouden alkuaikoina viljelykseen käytettiin paljon enemmän maata henkilöä kohden kuin nykyaikana. Maankäytön määrä henkilöä kohden on vähentynyt väestönmäärän kasvaessa, koska viljelykelpoinen maa on rajallista, eikä kaikille riitä enää niin suurta viljelymaan alaa kuin aikaisemmin vähäisemmän väestön aikana. Tämän seurauksena maanviljelysteknologiaa on kehitetty, jotta vähemmällä maalla saataisiin kasvatettua enemmän ruokaa.

Holoseenin varhaisimmassa ja vähäisimmän väestön vaiheessa suurin osa ihmisistä oli metsästys- ja keräilytalouden harjoittajia. Metsää hävitettiin paljon polttamalla sekä tarkoituksella metsästysolosuhteiden parantamiseksi että vahingossa ihmisten tulenkäytön seurauksena. Maanviljelyksen yleistyessä noin 11000 vuotta sitten henkeä kohden käytetty maa-ala pieneni tasaisesti. On arvioitu, että holoseenin keskivaiheiden jälkeen maankäyttö henkeä kohden on pienentynyt niin, että nykyään se on noin kymmenen kertaa pienempi.

Oletukselle vakiona pysyvästä maankäytöstä henkeä kohden ei siis näyttäisi löytyvän pitäviä perusteluita. Siksi myös tähän oletukseen nojaavat päätelmät ihmisen pienestä vaikutuksesta ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen ennen teollista aikaa ovat ennenaikaisia. Tutkimuksissa olisikin otettava huomioon ihmisen tunnettu maankäyttöhistoria, ennen kuin voidaan sanoa mitään ihmiskunnan varhaisesta vaikutuksesta hiilidioksidipitoisuuteen.

Ryhmä eurooppalaisia ja yhdysvaltalaisia tutkijoita Jed Kaplanin johdolla on tarkastellut ihmiskunnan vaikutusta ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen ennen teollista aikaa ottaen huomioon ihmiskunnan tunnetun maankäyttöhistorian. Maankäyttöhistoria muodostettiin jo olemassa olevista havaintoihin perustuvista tutkimuksista. Muodostetulla maankäyttöhistorialla ohjattiin globaalia kasvillisuusmallia, jolla simuloitiin menneiden aikojen maankäytön muutoksista aiheutuneita kasvihuonekaasupäästöjä. Vertailun vuoksi mallilla simuloitiin myös mennyt kehitys olettamalla maankäyttö henkeä kohti suunnilleen vakioksi, kuten aiemmissa tutkimuksissa on yleensä tehty. Mallisimulaatioiden ohjailuun käytettiin myös arvioita menneestä väestönmäärästä.

Tunnettua maankäyttöhistoriaa käyttävä simulaatio tuottaa menneille ajoille globaalisti paljon suuremmat maankäytön muutokset kuin vakiosuuruisen maankäytön simulaatio. Vakiosuuruisen maankäytön simulaatiossa maapallo oli melko käyttämätön kunnes noin 3000 vuotta sitten maankäytössä alkoi tapahtua muutoksia tietyillä alueilla (Kiina, Lähi-itä, Eurooppa ja Etelä-Amerikka) ihmiskunnan toimesta. Tunnettua maankäyttöhistoriaa käyttävä simulaatio sen sijaan näytti, että kyseisistä alueista jopa noin 40 % oli jo 3000 vuotta sitten ihmisen käytössä. Tämän jälkeen vakiosuuruisen maankäytön simulaatiossa maankäyttö lisääntyi vain hyvin vähän ajanlaskumme alkuun tultaessa, mutta tunnetun maankäyttöhistorian simulaatiossa oli tuolloin Lähi-idän ja Intian alueilla jo 70 % maasta ihmisten käytössä ja Euroopassakin 60 % maasta oli tuolloin ihmisen käytössä.

Sairauksien ja sotien myötä 1500-luvulla kummassakin simulaatiossa näkyy maankäytön väheneminen läntisellä pallonpuoliskolla. Amerikassa maankäyttö lisääntyi 1800-luvulle tultaessa. Tässäkin tapauksessa tunnetun maankäyttöhistorian simulaatio näyttää enemmän maankäytön muutoksia. Joillakin Brasilian ja Yhdysvaltojen alueilla jopa 40-50 % maasta oli ihmisen käytössä vuoteen 1850 mennessä.

Kasvihuonekaasupäästöjä arvioitaessa maankäytön muutokset ovat kuitenkin vasta puoli totuutta. Lisäksi on otettava huomioon kunkin alueen kasvillisuuden tyyppi. Ruohikko- ja savannimailta vapautuu melko vähän kasvihuonekaasupäästöjä voimakkaiden maankäytön muutoksien seurauksena, kun taas tiheästi metsittyneiltä alueilta vapautuu paljon kasvihuonekaasuja jo vähäisten maankäytön muutoksien seurauksena. Näiden seikkojen myötä vakiosuuruisen maankäytön simulaatiossa ainoastaan Euroopassa on tapahtunut merkittäviä kasvihuonekaasupäästöjä ihmiskunnan maankäytön seurauksena ennen teollista aikaa. Muilla alueilla maankäytön seuraukset alkoivat näkyä vasta simulaation viimeisinä vuosisatoina.

Globaalisti tarkasteltuna vakiosuuruisen maankäytön simulaatiossa suurin osa ihmiskunnan maankäytöstä tapahtuu viimeisen 500 vuoden aikana. Tunnetun maankäyttöhistorian simulaatiossa taas alkoi näkyä merkittäviä maankäytön muutoksia jo 8000 vuotta sitten. Niinpä tunnetun maankäyttöhistorian simulaatiossa myös näkyy paljon suuremmat kumulatiiviset kasvihuonekaasupäästöt. Ennen teollista aikaa on aiemmin arvioitu tapahtuneen noin 48-153 petagramman hiilipäästöt (yksi petagramma on 1015 grammaa, eli yksi gigatonni) ennen teollista aikaa, kun taas tässä uudessa tutkimuksessa saatiin tulokseksi 325-357 petagramman hiilipäästöt tunnetun maankäyttöhistorian simulaatiossa ja vakiosuuruisen maankäytön simulaatiossakin saatiin 137-189 petagramman hiilipäästöt.

Saatuja kasvihuonekaasupäästöjä verrattaessa ilmakehän havaittuun hiilidioksidipitoisuuteen (havainnot on saatu jääkairanäytteistä) on syytä muistaa, että yllä kuvatuissa simulaatioissa ei ollut maapallon koko hiilenkierto mukana, vaan simulaatioista puuttui merkittäviä osia, kuten merten kemiallinen toiminta, koralliriutat ja turvesuot. On kuitenkin mielenkiintoista havaita tiettyjä yhtäläisyyksiä havaitun ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden ja tunnetun maankäyttöhistorian simulaation kasvihuonekaasupäästöjen kuvaajissa. Simulaatiossa näkyy kiihtyvä kasvu maankäytössä alkaen noin 8000 vuotta sitten ja tasaantuen noin 3000 vuotta sitten. Samaan aikaan ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousee noin 15 miljoonasosalla (ppm). Simulaatiossa samaan aikaan tapahtuvat jopa noin 100 petagramman hiilipäästöt voivat kuitenkin selittää vain hiukan alle puolet hiilidioksidipitoisuuden 15 ppm:n noususta.

On joka tapauksessa mielenkiintoista huomata, että samaan aikaan maapallon ratamuutoksien Auringon säteilyn voimakkuutta säätelevät muutokset olivat tuolloin sellaisessa asennossa, että ne suosivat paluuta jääkauden tapaisiin olosuhteisiin. Aiemmin on esitetty hypoteesi, jonka mukaan ihmiskunnan toimet estivät myöhäisen holoseenin aikana jääkauden alkamisen. Tämän uuden tutkimuksen perusteella tilannetta ei voida suoraan arvioida, mutta tuloksien perusteella ihmiskunnan toimista johtuvat maankäytön muutokset kuitenkin todennäköisesti nostivat ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta tuolloin.

Noin 3000 vuotta sitten maankäytön kasvu muuttui tasaisemmaksi ja jatkui sellaisena vuoteen 300 saakka. Tuolla aikavälillä ilmakehän hiilidioksidi pysyi melko muuttumattomana. Vuosien 300 ja 500 välillä tapahtui maankäytössä pieni vähentyminen, joka saattaa myös näkyä ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden hienoisena alenemisena.

Vuosien 1500 ja 1700 välillä ilmakehän hiilidioksidipitoisuus väheni merkittävästi (noin 10 ppm). Samaan aikaan maankäytön muutoksissa näkyy merkittävä väheneminen. Simulaation antama noin 40 petagramman hiilipäästöjen väheneminen saattaa selittää osan hiilidioksidipitoisuuden vähenemisestä tuohon aikaan. Myös aiemmissa tutkimuksissa on saatu vastaavia tuloksia tämän tapahtuman osalta.

Maankäytön tehostumisen sisällyttäminen menneiden aikojen maankäytön muutoksien kasvihuonekaasupäästöjen tutkimuksiin näyttäisi siis muuttavan tuloksia selvästi niin, että ihmiskunnan vaikutus ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen myös sen varhaisemmassa historiassa saattaa muuttua merkittävämmäksi aiempaan käsitykseen verrattuna.

Lähde: Jed O. Kaplan, Kristen M. Krumhardt, Erle C. Ellis, William F. Ruddiman, Carsten Lemmen, Kees Klein Goldewijk, The Holocene, December 30, 2010, doi: 10.1177/0959683610386983. [tiivistelmä, koko artikkeli]

%d bloggaajaa tykkää tästä: