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]

Advertisements

5 vastausta to “Pitkän aikavälin ilmastonmuutos saattaa olla valtavan voimakas”

  1. Jussi Ylhäisi Says:

    CO2-molekyylin elinikä ilmakehässä on tunnetusti varsin pitkä. Pitkän aikavälin palauteilmiöistä on kuitenkin harmillisen vähän puhetta, vaikka ne olisivatkin voimakkaasti positiivisia. Hiilen kierron mallitusten mukaan ihmisen aiheuttama CO2:n ylimääräinen säteilypakote saattaa esim. helposti estää tulevien jääkausien syntymisen. Toki on ymmärrettävää, että politiikka haluaa keskittyä yhdelle vaalikaudelle tai reiluun ihmisen eliniän pituiseen ajanjaksoon (vuoteen 2100 asti) etenkin kun epävarmuus (ja niiden lähteet) lisääntyvät ajan funktiona. Pitkän aikavälin ilmiöitä tulisi mielestäni korostaa enemmänkin, koska ihmiskunnan tekemät valinnat nykypäivänä tarkoittavat myös näiden pitkällä aikavälillä toimivien prosessien käynnistymistä.

    Laskettu säteilypakotteen (6.5 – 10 W/m^2) arvo varmasti voidaan tutkimuksessa mainitun CO2:n ja auringon avulla hyvin määrittää, koska ne tunnetaan proxyista kohtalaisen hyvin. ”due to changes in atmospheric CO2 concentration and
    total solar irradiance over the past 45 million years”. Tämä tietty on kuitenkin vain osatotuus ja arvo on aika kuvaava (tällaisenaan melko optimistinenkin) esimerkki siitä, ettei menneitä pakotteita voida arvioida kovin tarkkaan.

    Ilmastoherkkyyden arvo lämpötilamittauksista 1900-luvulla / tulivuorien aiheuttamasta lämpötilamuutoksista / valtamerten oskillaatioista / 2100-luvun ilmastosimulaatioista / proxydatasta pitkällä aikavälillä?

    Huomaa, että ne kaikki määritetyt arvot sisältävät eri määrän eri aikaväleillä esiintyviä prosesseja, vaikkakin luonteenpiirteet jakaumissa ovat hyvin samankaltaisia.

  2. Jyri_ Says:

    Hyvä arkikkeli Arilta – mutta voiko lyhyen aikavälin ilmastonmuutos olla valtavan voimakas?
    Oleellinen ero ilmastohistoriallisten muutosten ja nykyisen muutoksen välillä on käsittääkseni nopeus, sadassa vuodessa CO2-pitoisuus nousee ällistyttävän nopeasti ja paljon.
    Esim. pohjoisen jäämeren metaaniklatraateista voi purkautua nopeasti suuri osa ilmakehään, metaania on sitoutuneena valtavasti jäähän merenpohjassa ja sitähän pitää koossa kylmyys ja paine. Näin nopeassa muutoksessa kylmyys muuttuu lämmöksi nopeasti pohjoisen merijään sulaessa mm. albedon muutoksen lisätessä säteilypakotetta ja vesihöyryä, mutta paine ei nouse koska jäätiköt eivät hetkessä sula ja merenpintaa nosta. Lämpö ja pieni paine voi vapauttaa satoja miljoonia vuosia vanhoja metaanivarastoja hetkessä, vastaavaa tilannetta kun ei ole aiemmin ollut.
    Valtavat metaanipurkaukset voivat nostaa säteilypakotetta hetkessä ja kiihdyttää muutosta edelleen. Vesihöyrä (joka on tärkein kasvihuonekaasu) sitoutuu taas ilmakehään entistä enemmän jne. dominoefekti on todennäköisesti maapallon historian nopein, vaikka meret ja mannerjäätiköt muutosta jarruttavatkin.
    Ilmastossa mikä tahansa nopea ja massiivinen muutos vaikuttaa tietysti lukuisiin muihin ilmastoon vaikuttaviin asioihin, näinä takaisinkytkentöjä uskon voitavan mallintaa tarkasti vasta jälkikäteen jos silloinkaan. Yllätyksiä tulee satavarmasti, ja harva niistä on mukava.

  3. Ari Jokimäki Says:

    Näihin pitkän aikavälin ilmiöihin liittyy myös se, että jotkut niistä käynnistyvät osittain jo niin varhain, että ne vaikuttavat myös lyhyellä aikavälillä. Tyyppiesimerkkinä tästä on lumen ja jään sulamiseen liittyvä albedon muuttuminen, josta julkaisimme juuri hetki sitten pienen uutisen, jossa havaitaan albedon takaisinkytkennän voivan olla suurempi kuin tähän mennessä on ajateltu:

    https://ilmastotieto.wordpress.com/2011/01/21/albedon-takaisinkytkenta-on-havainnoissa-malliennusteita-suurempi/

    Toinen samaan aiheeseen liittyvä juttu on uunituore uutinen Grönlannin tutkimuksesta, jossa raportoidaan vuoden 2010 sulamisennätyksestä:

    http://www.prweb.com/releases/2011/1/prweb8081635.htm

  4. Jyri_ Says:

    Eli ilmastonmuutos etenee jo ”varmuudella” nopeammin kuin ilmastomalleissa on laskettu, ero todellisuuden ja mallien välillä voi edelleen nopeasti kasvaa.
    Nykyisellä vauhdillahan pysyvä pohjoinen merijää on mennyttä noin viidessä vuodessa (sulamisvauhti on siis kiihtymässä, navalla voi hyvinkin olla sulaa jo vuonna 2014 lokakuussa kun IPCC:n seuraava raportti ilmestyy, hymyillen tai itkien siitä sitten luetaan eri mallien ennusteita siitä koska napa-alue on sula!).
    Jäämeri on osin aika matala ja vaikka talvella meri on jäässä kesällä vesi voi olla hyvinkin lämmintä, samaan tapaan kuin täällä Suomessa. Kesäisin aurinko kun paistaa tauotta ja albedo on ihan toista kun nyt jään heijastaessa säteilyn kesäisin avaruuteen. Asteissa ero on valtava, kymmeniä asteita (kuten viime kuukausina Grönlannissa), valtava muutos koko maapallon ilmastojärjestelmässä ja vain parissa vuodessa.

    Myös lyhyen aikavälin ilmastonmuutos voi olla valtavan voimakas – näin asian käsitän. Ilmastohyppy voi hyvinkin olla edessä jo muutaman vuoden kuluttua.

  5. Esko Pettay Says:

    Jyrin huoli on aiheellinen. Jäämeri on tosiaan aika matala pl. keskialueet. Metaanin kannalta huolestuttavilla alueilla albedo on laskenut viime vuosina rajusti.


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: