Sulasuolareaktori – katsaus historiaan

Olen aikaisemmin kirjoittanut IFR-ydinvoimakonseptista, joka on yksi varteenotettava vaihtoehto fossiilienergialle tulevaisuudessa. IFR käyttää polttoaineena uraania kuten nykyisetkin ydinvoimalat, mutta käyttää sen sata kertaa nykyistä tehokkaammin. Uraanin riittävyys ei aseta esteitä vaikka kaiken ihmiskunnan tarvitseman energian tuottamiseksi tällä tekniikalla tuhansia vuosia eteenpäin.

IFR ja uraani eivät ole ainoat vaihtoehdot. Torium, alkuaine numero 90, kelpaa myös ydinpolttoaineeksi. Toriumia on maankuoressa kolme kertaa enemmän kuin uraania. Toriumin käyttöön soveltuu hyvin ns. sulasuolareaktori, josta käytetään lyhennettä MSR sanoista Molten Salt Reactor. Se on tekniikkana ilmeisesti vielä huonommin tunnettu kuin IFR:n kaltaiset nopeat reaktorit, eikä ole harvinaista, että täyden uran palvelleet ydinvoimainsinöörit eivät ole kuulleetkaan siitä.

Suolasulareaktorin historia alkaa Yhdysvalloista 1940-luvulta, jolloin sitä suunniteltiin lentokoneen voimanlähteeksi. Kehitystyö tehtiin Oak Ridge National Laboratoryssa vuosina 1946-1961. Ensimmäinen pieni koereaktori oli toiminnassa marraskuussa 1954. Se tuotti yhteensä 96 megawattituntia 221 käyttötunnin aikana, saavutti 2,5 MWt:n tehon ja 860˚C lämpötilan, mikä riittää mainiosti lentokoneen kaasuturbiinille. [4]

Kuva 1.

Kuvassa 1 nähdään hahmotelma lentokoneen ydinvoimamoottorista. Sen sijaan, että kaasuturbiinissa kokoon puristettu ilma lämmitetään kerosiinia polttamalla, se lämmitetään ydinreaktorista saatavalla lämmöllä. Radioaktiivinen polttoaine on suljetussa kierrossa eikä sitä vapaudu moottorista ilmakehään. Moottorista tulee vain kuumaa ilmaa. Onnettomuustilanteessa riski radioaktiiviselle päästölle on luonnollisestikin suuri.

Yksi B-36 pommikone (Kuva 2.) varustettiin toimivalla reaktorilla ja sillä tehtiin 47 koelentoa vuosina 1955-1957. Kone lensi omilla moottoreillaan, ei siis reaktorin voimalla. Tarkoituksena oli aluksi ainoastaan testata, miten reaktoria voidaan käyttää lentokoneessa. Kone oli varustettu 12 tonnia painavalla lyijysuojauksella miehistön suojaamiseksi säteilyltä. [2]

Kuva 2.

Kylmän sodan aikaan suurvalloilla oli tapana partioida pommikoneilla Pohjoisnavan yllä valmiina nopeasti hyökkäämään vihollisen kimppuun. Ydinvoimalla toimiva lentokone olisi voinut pysytellä ilmassa viikkoja yhteen menoon ja lentää ilman välitankkauksia minne tahansa Maapallolla. Sitten keksittiin mannertenväliset ohjukset ja tämä suunnitelma kävi tarpeettomaksi.

Reaktorin kehitystyö kuitenkin jatkui. Alettiin tutkia sen soveltuvuutta siviilikäyttöön. Kymmenen megawatin koereaktorin suunnittelu aloitettiin vuonna 1960. Rakentaminen aloitettiin 1½ vuotta myöhemmin ja reaktori (Kuva 3.) käynnistettiin kesäkuussa 1965. Laskuvirheen takia se toimi vain 8 megawatin teholla, mutta sillä ei ollut kehitystyön kannalta merkitystä. Polttoaineena oli aluksi uraani-235, joka myöhemmin vaihdettiin uraani-233:ksi, ja plutonium-239:kin kokeiltiin.

Kuva 3.

Reaktorin toiminta päättyi joulukuussa 1969 lupaavin tuloksin. Suunnitelmissa oli rakentaa uusi, kertyneiden kokemusten perusteella parannettu koereaktori, mutta tammikuussa 1973 projekti määrättiin lopetettavaksi. Vuotta myöhemmin se kuitenkin käynnistettiin uudelleen, kunnes se 1976 päättyi lopullisesti ”säästösyistä”, sekä joihinkin vuonna 1971 havaittuihin teknisiin ongelmiin vedoten, jotka kuitenkin oli sittemmin jo ratkaistu. [1]

Suolasulareaktorilla ei ollut käyttöä pommimateriaalin valmistuksessa, joten puolustusvoimia se ei lentokonesuunnitelman hautaamisen jälkeen kiinnostanut.

Kehitystyö ei päättynyt kokonaan vuoteen 1976, vaan on jatkunut eri puolilla maailmaa. Yhtään uutta koereaktoria ei ole rakennettu, mutta kehitystyötä on tehty ”paperilla” sekä reaktorin, että polttoaineenkäsittelyn ja vaihtoehtoisten polttoainekiertojen ympärillä.

Kuluvan vuoden tammikuun lopussa Kiina ilmoitti ryhtyvänsä suolasulareaktorin kehitystyöhön. Projektin kestoksi on suunniteltu 20 vuotta. Koska ensimmäinen toimiva suolasulareaktori rakennettiin vain muutamassa vuodessa, ja koska Kiinalla on todennäköisesti tehdyn kehitystyön tulokset hallussaan, on hyvin mahdollista, että Kiina pystyy kaupallistamaan tämän tekniikan huomattavasti 20 vuotta lyhyemmässä ajassa. Silloin Kiinalla olisi käytössä ylivoimaisen edullinen, ehtymätön ja päästötön energiamuoto. Ydinvoiman synnyinmaa Yhdysvallat on pahasti putoamassa tämän kehityksen kelkasta. Myös Japanissa on suunnitelmia MSR:n kaupallistamiseksi.

Euroopassakin olisi osaamista MSR:n kehitystyöhön, ja jonkin verran työtä tehdäänkin ainakin Tsekeissä, Italiassa ja ehkä vähän yllättäen Norjassa, jolla on runsaita toriumesiintymiä. Suunnitelmia on myös vastustettu, etenkin Ranskassa, koska Ranskan ydinvoimateollisuudella on vielä myyntituloja saamatta nykyisistä G3+ laitoksistaan, joihin mm. Olkiluoto 3:n EPR kuuluu.

Seuraavassa, maanantaina 21.2. ilmestyvässä artikkelissa, perehdymme suolasulareaktorin tekniikkaan ja mahdollisuuksiin tulevaisuuden energianlähteenä.

Lähteitä:

  1. The Molten Salt Reactor Adventure
  2. Nuclear Powered Aircraft
  3. Aircraft Nuclear Propulsion
  4. The Aircraft Reactor Experiment-Operation
  5. Molten-Salt Reactor Experiment
  6. A Brief History of the Fluid Fuel Reactor
Mainokset
Kategoria(t): Energia. Leave a Comment »

Kasvihuonekaasujen ja Auringon roolit menneiden interglasiaalien aikana

Elämme tällä hetkellä jääkausien välistä lämmintä aikakautta. Tällaisia kausia kutsutaan interglasiaaleiksi. Nyt meneillään olevan interglasiaalin on ennustettu kestävän poikkeuksellisen pitkään. Menneiden interglasiaalien tuntemus auttaa meitä ymmärtämään paremmin myös nykyistä interglasiaalia ja sen tulevaisuutta.

Maapallon ilmasto on vaihdellut viimeisen kolmen miljoonan vuoden aikana jääkausien ja interglasiaalien välillä. Näiden ajoitus määräytyy nykykäsityksen mukaan maapallon radan muutoksista, jotka vaikuttavat maapallolle tulevan Auringon säteilyn määrään ja tulokulmaan. Aikakaudella noin kolmesta yhteen miljoonaa vuotta sitten jääkausien välinen sykli kesti karkeasti ottaen keskimäärin 41000 vuotta. Noin 900000 vuotta sitten syklien kesto muuttui vaiheittain 100000 vuodeksi. Lisäksi noin 430000 vuotta sitten jääkausien ja interglasiaalien välinen lämpötilaero kasvoi selvästi (Mid-Brunhes Event, MBE).

Uudessa tutkimuksessa on selvitelty maapallon ratamuutoksien ja kasvihuonekaasujen osuutta menneiden interglasiaalien ilmaston säätelijöinä. Tutkimus kattoi viimeiset 800000 vuotta ja se tehtiin maapallomalli LOVECLIMin (katso artikkelimme tästä mallista) simulaatioilla. Simulaatioiden yhteydessä käytettiin menetelmää, jonka avulla eri tekijöiden vaikutus ilmastoon voidaan erottaa toisistaan. Simulaatioiden tuloksista vertaillaan eri interglasiaalien ilmastopakotteiden suuruutta sekä maapallon pintalämpötilan, kasvillisuuden ja merijään reaktioita pakotteisiin.

Simulaatioiden tulokset ovat yleisesti ottaen sopusoinnussa saatavilla olevan havaintomateriaalin kanssa (Antarktiksen jääkairanäytteet, hapen isotooppitutkimukset merien sedimenteistä ja muut ilmastoproksit). Tuloksien mukaan kasvihuonekaasut määräävät interglasiaalien globaalista pintalämpötilasta sekä eteläisen pallonpuoliskon korkeiden leveysasteiden lämpötilasta. Auringon vaikutus maapallon ratamuutoksien kautta taas näyttäisi määräävän puiden ja sateen määrästä sekä pohjoisen pallonpuoliskon korkeiden leveysasteiden lämpötilasta ja merijään määrästä.

Aiemmassa vastaavassa tutkimuksessa keskityttiin selvittelemään jääkausien ja interglasiaalien välisen lämpötilaeron kasvua 430000 vuotta sitten (Yin ja Berger, 2010). Tuolloin näytti siltä, että tapahtuman jälkeiset interglasiaalit olivat lämpimämpiä, koska pohjoisen pallonpuoliskon talvet olivat lämpimämpiä. Tämä saattoi johtua siitä, että sekä Auringon vaikutus että kasvihuonekaasujen määrä lisääntyi 430000 vuotta sitten. Uudessa tutkimuksessa näyttäisi kasvihuonekaasujen määrän lisääntyminen olevan vahvemmassa roolissa interglasiaalien lämpenemiseen.

Uuden tutkimuksen tuloksien perusteella Auringon ja kasvihuonekaasujen roolit vaihtelevat hiukan interglasiaalista toiseen. Lämpimimmät interglasiaalit tapahtuvat silloin, kun kasvihuonekaasuja on keskimääräistä enemmän ja maapallon rata on sellaisessa vaiheessa, että Auringon lämmittävä vaikutus on voimakkaimmillaan. Kylmimpien interglasiaalien aikana nämä asiat ovat päinvastoin. Tuloksissa näkyy myös interglasiaali, joka ei ollut lämmin keskimääräistä suuremmista kasvihuonekaasupitoisuuksista huolimatta (tässä on kuitenkin huomattava, että nykyinen ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on paljon suurempi kuin menneiden interglasiaalien pitoisuudet), koska Auringon vaikutus tuolloin oli keskimääräistä pienempi. Maapallon ilmaston herkkyys hiilidioksidipitoisuuden muutoksille näyttäisi olevan suurimmillaan viileiden interglasiaalien aikana.

Lähteet:

Qiu Zhen Yin and André Berger, Individual contribution of insolation and CO2 to the interglacial climates of the past 800,000 years, Climate Dynamics, 2011, DOI: 10.1007/s00382-011-1013-5. [tiivistelmä]

Q. Z. Yin & A. Berger, Insolation and CO2 contribution to the interglacial climate before and after the Mid-Brunhes Event, Nature Geoscience 3, 243 – 246 (2010). [tiivistelmä]

Otsonikerroksen tulevaisuus liittyy vahvasti ilmaston muutoksiin

Otsonikerros on ohut ilmakehän kerros korkealla stratosfäärissä. Otsonikerros suojelee maapallon eliöitä auringon haitallisilta ultraviolettisäteiltä. Uuden tieteellisen arviointiraportin mukaan otsonikerros on kohtaamassa uusia haasteita, vaikka se on vasta toipumassa aiemmista vahingoista. Raportissa esitetään myös vahvempia todisteita siitä, että stratosfäärin otsonin ja maapallon ilmaston välillä on yhteys.

Raportissa todetaan, että viime vuosikymmenen aikana globaali otsonipitoisuus ja otsonipitoisuudet arktisilla sekä Etelämantereen alueilla ovat olleet käännekohdassa. Otsonipitoisuudet eivät ole enää laskeneet, mutta eivät vielä lisäännykään. Montrealin pöytäkirjassa säädetyt päästörajoitukset ovat toimineet hyvin, sillä monet otsonia tuhoavat aineet ovat reagoineet ilmakehässä odotetulla tavalla ja ne ovat vähenemässä sekä alemmassa että ylemmässä ilmakehässä. Monet otsonia tuhoavista aineista ovat myös kasvihuonekaasuja, joten Montrealin pöytäkirjan rajoituksilla on ollut myös hyötyä ilmastolle.

”Montrealin pöytäkirja on onnistunut suojelemaan otsonikerrosta paljon voimakkaammalta vähenemiseltä, mutta otsonikerrokseen alkavat yhä enemmän vaikuttaa muut tekijät, jotka liittyvät muuttuvaan ilmastoon”, sanoo A. R. Ravishankara, joka on NOAA: n Chemical Sciences –jaoksen johtaja ja kyseisen raportin tuottaneen tieteellisen arviointilautakunnan puheenjohtaja.

Ilmastonmuutos esimerkiksi muuttaa ilmakehän lämpötilaa ja kiertoliikkeitä, jotka puolestaan vaikuttavat otsonikerrosta vähentäviin prosesseihin. Yksi ennustettu tulos tästä on se, että arktisilla alueilla, missä ilmastonmuutos on voimakkaimmillaan, otsonin arvioidaan olevan herkempi ilmastonmuutokselle kuin Etelämantereella, missä ilmastonmuutos vaikuttaa suhteellisesti vähemmän otsonikerrokseen.

Vaikutukset toimivat myös käänteisesti. Muutokset otsonikerroksessa on yhdistetty havaittuihin muutoksiin vuodenaikaistuulissa eteläisellä pallonpuoliskolla, mikä edistää Antarktiksen niemimaan lämpenemistä ja ylätasangon viilenemistä.

Etelämantereen otsoniaukko havaittiin vuonna 1985. Tutkijoiden mukaan toistuvasti keväällä esiintyvä otsoniaukko johtui ihmisen valmistamista aineista, kuten kloorifluorihiilivedyt tai CFC, joita käytetään jäähdytyslaitteissa, ja sammuttimissa käytetyt halonit. Näiden vaikutus otsoniin tunnettiin jo ennen vuotta 1985 ja riski otsonikerrokselle oli myös jo tiedostettu. Näistä löydöksistä tuli ”tieteen menestystarina” maailman hallitusten tunnustaessa toimenpiteiden tarpeellisuuden otsonia tuhoavien aineiden tuotannon ja kulutuksen vähentämiseksi.

Otsonikerrosta vähentäviä aineita koskeva Montrealin pöytäkirja hyväksyttiin 1987 ja se tuli voimaan vuonna 1989. Se oli suunniteltu niin, että otsonia vähentävien aineiden rajoitusten aikatauluja voitaisiin tarkistaa säännöllisissä tieteen ja teknologian arvioinneissa ja tarvittaessa muuttaa tai mukauttaa ottamaan mukaan toisenlaisia rajoitustoimia ja lisätä uusia aineita rajoitettavien aineiden listalle. Juuri julkaistu vuoden 2010 tieteellinen arviointi antaa tietoa Montrealin pöytäkirjan päättäjille tulevina vuosina, kun he harkitsevat mahdollisia lisätoimia otsonikerroksen suojelemiseksi.

Raportissa otsonipitoisuuden odotetaan palaavan vuotta 1980 edeltävälle tasolle suunnilleen tämän vuosisadan puolivälissä keskileveysasteilla ja arktisilla alueilla. Etelämantereen otsonipitoisuuden palautumisen odotetaan tapahtuvan myöhemmin tämän vuosisadan kuluessa.

Otsonikerroksen pysyminen suojanamme riippuu tulevaisuudessa Montrealin pöytäkirjan määräysten noudattamisesta sekä mahdollisista uusista tekijöistä, kuten mahdolliset tahattomat seuraukset ilmaston lämpenemistä vastaan taistelevien aineiden ilmakehään päästämisestä.

”Montrealin pöytäkirja toimii suunnitellulla tavalla ja ilmakehässä on vähemmän sopimuksen alaisia aineita”, sanoo Ravishankara. ”Tämä on suojannut otsonikerrosta. Ilmakehä ja ilmasto kuitenkin muuttuvat, joten otsonikerros ei palaudu takaisin täsmälleen samalla tavalla kuin se väheni.”

Lähde: Study: Ozone Layer’s Future Linked Strongly to Changes in Climate – NOAA:n tiedote

Lisätietoa: Vuoden 2010 arviointiraportti

Korallit leviävät Japanissa pohjoista kohti hurjaa vauhtia

Ilmaston lämpeneminen saattaa aiheuttaa lajien levinneisyysalueiden siirtymistä ja/tai kasvamista maapallon napoja eli kylmempiä alueita kohti. Trooppisten koralliriuttojen korallit kuuluvat maapallon tärkeimpien lajiryhmien joukkoon ainakin kahdesta syystä. Ensinnäkin korallit ovat ns. primäärituottajia, eli ne tuottavat biomassaa epäorgaanisesta aineesta. Toiseksi korallit muodostavat elinympäristön (koralliriutan) itsensä lisäksi myös muille lajeille. Korallien mahdollinen siirtyminen ilmaston lämpenemisen myötä aiheuttaisikin muutoksia koko alueen ekosysteemiin.

Tähän mennessä suurin osa tutkimuksista ilmastonmuutoksen vaikutuksesta koralleihin on keskittynyt korallien haalistumiseen trooppisilla alueilla (katso äskettäin julkaistu uutinen aiheesta), mutta korallien levinneisyysalueiden muutoksia voi tapahtua myös leudoilla alueilla. Korallien levinneisyysalueiden muutoksia ilmaston lämpenemisen seurauksena on kuitenkin käsitelty vain harvoissa tutkimuksissa.

Yhdessä aiemmassa tutkimuksessa tutkijat William Precht ja Richard Aronson käsittelivät kahden korallilajin levinneisyysalueen muutoksia Karibialla. Kyseisten lajien muodostamat riutat olivat hyvin yleisiä Floridan itärannikolla holoseenin keskivaiheilla (noin 10000-6000 vuotta sitten), kun ilmasto oli lämmin. Tämän jälkeen koitti aina nykyaikaan saakka kestänyt viileämpi jakso, jolloin näiden lajien levinneisyysalueet supistuivat rajusti. Viime aikoina ne ovat kuitenkin taas levinneet huomattavasti samaan aikaan, kun meren pintalämpötila alueella on noussut. Leviäminen on tapahtunut siitä huolimatta, että aluetta ovat vaivanneet tautien aiheuttamat korallien massakuolemat.

Uudessa tutkimuksessa Yamano ja muut esittävät ensimmäiset laajan mittakaavan todisteet korallien levinneisyysalueen muutoksista maapallon napoja kohti. He analysoivat leudolla alueella Japanissa elävien korallien kansallisia havaintoarkistoja 80 viime vuoden ajalta. Kyseisellä alueella meren pintalämpömittaukset sadan vuoden ajalta näyttävät merenpinnan lämminneen tilastollisesti merkitsevästi.

Alueen korallit levisivät pohjoisnapaa kohti alkaen 1930-luvulta. Yhdenkään analysoidun lajin levinneisyysalue ei kuitenkaan supistunut etelän suunnassa, eikä paikallisia sukupuuttoja myöskään tapahtunut. Korallien levinneisyysalueen laajeneminen tapahtui hyvin suurella nopeudella. Parhaimmillaan levinneisyysalue laajeni jopa 14 kilometriä vuodessa. Tämä on paljon suurempi levinneisyysalueen laajeneminen kuin muilta lajeilta on havaittu.

Viime aikoina on myös havaittu trooppisiin koralliriuttoihin liittyvien eliöiden levinneisyysalueen laajenemista. Yhdessä sen
kanssa tämän uuden tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että leutojen alueiden rannikoiden ekosysteemit saattavat olla kokemassa nopeita ja perustavaa laatua olevia muutoksia.

Lähteet:

Yamano, H., K. Sugihara, and K. Nomura (2011), Rapid poleward range expansion of tropical reef corals in response to rising sea surface temperatures, Geophys. Res. Lett., 38, L04601, doi: 10.1029/2010GL046474. [tiivistelmä]

William F. Precht, and Richard B. Aronson. 2004. Climate flickers and range shifts of reef corals. Frontiers in Ecology and the Environment 2: 307–314, doi:10.1890/1540-9295(2004)002[0307:CFARSO]2.0.CO;2. [tiivistelmä]

Ilmakehän metaanipitoisuuden mittauksia satelliitilla


SCIAMACHY-mittalaitteen optinen järjestelmä.

Metaani on tärkeä kasvihuonekaasu ja lisäksi sillä on merkittävä vaikutus otsonikerroksen kemiassa. Ilmakehän metaanipitoisuus määräytyy pitkälti maapallon pinnalta tulevista päästöistä (muun muassa kosteikoista, riisipelloilta, fossiilisista polttoaineista ja biomassan poltosta) ja ilmakehässä tapahtuvasta tuhoutumisesta (OH-radikaalien aiheuttamana).

Ilmakehän metaanipitoisuus on ollut 2000-luvulla tutkijoiden mielenkiinnon kohteena. Metaanipitoisuus on nimittäin pysynyt pitkän lisääntymiskauden jälkeen tasaisena. Metaanipitoisuus lisääntyi melko tasaisesti 1900-luvun loppupuolella, mutta lisääntyminen pysähtyi vuonna 1999 ja pysyi sen jälkeen tasaisena. Kasvun pysähtymisen syy saattoi olla metaanipäästöjen väheneminen pohjoisella pallonpuoliskolla 1990-luvun alkupuolella. On myös mahdollista, että OH-radikaalien määrä ilmakehässä on lisääntynyt.

Vuonna 2007 ilmakehän metaanipitoisuus alkoi taas nousta. Silmiinpistävä piirre oli aluksi se, että pitoisuuden kasvu tapahtui samaan tahtiin kaikilla mittausasemilla. Vuonna 2008 pitoisuuden nousu jatkui tropiikissa, mutta pohjoisen pallonpuoliskon korkeilla leveysasteilla metaanipitoisuus ei noussut. Vuonna 2007 metaanipitoisuus nousi todennäköisesti arktisten alueiden poikkeuksellisen korkeiden lämpötilojen johdosta ja vuonna 2008 metaanipitoisuus jatkoi tropiikissa nousuaan ehkä siksi, että siellä satoi keskimääräistä enemmän. Metaanipitoisuuden pysyminen tasaisena arktisilla alueilla vuonna 2008 viittaa siihen, että ennakoidut voimakkaat päästöt ikiroudan sulamisesta ja metaanihydraateista eivät ole vielä aktivoituneet.

Uudessa tutkimuksessa on tehty satelliittimittauksia ilmakehän metaanipitoisuudesta. Toistaiseksi alemman troposfäärin metaanipitoisuuden satelliittimittauksia ei ole ollut tarjolla kyseiselle aikavälille. Tässä tutkimuksessa käytettiin Envisat-satelliitin kyydissä olevaa SCIAMACHY-mittalaitetta, jolla voidaan mitata metaanin sähkömagneettisen säteilyn absorptiota. Tämän perusteella voidaan arvioida ilmakehän metaanipitoisuus.

Tutkimuksen aikana SCIAMACHY:n anturista löytyi vikaa, joka osui juuri metaanin absorptiokaistalle, mikä vaikeutti metaanimittauksia vuoden 2005 (vian ilmenemisajankohta) jälkeen. Vian vaikutuksia pystyttiin kuitenkin jälkeenpäin sen verran korjaamaan, että nyt voidaan tarjota tyydyttävä metaanipitoisuuden mittaussarja, vaikka mittausten tarkkuus vuoden 2005 jälkeen onkin hiukan heikompi.

Vuodesta 2007 alkanut metaanipitoisuuden nousu näkyy myös näissä uusissa satelliittimittauksissa. Paikallisista mittauksista Kiinassa sijaitseva Sichuanin alanko näkyy maailman voimakkaimpana metaanikeskittymänä. SCIAMACHY:n mittauksissa näkyy myös muita paikallisia metaanikeskittymiä, kuten Afrikassa Sudanin eteläosissa sijaitsevat laajat kosteikot.

Lähteet:

Frankenberg, C., I. Aben, P. Bergamaschi, E. J. Dlugokencky, R. van Hees, S. Houweling, P. van der Meer, R. Snel, and P. Tol (2011), Global column-averaged methane mixing ratios from 2003 to 2009 as derived from SCIAMACHY: Trends and variability, J. Geophys. Res., 116, D04302, doi:10.1029/2010JD014849. [tiivistelmä]

Dlugokencky, E. J., et al. (2009), Observational constraints on recent increases in the atmospheric CH4 burden, Geophys. Res. Lett., 36, L18803, doi:10.1029/2009GL039780. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Rigby, M., et al. (2008), Renewed growth of atmospheric methane, Geophys. Res. Lett., 35, L22805, doi:10.1029/2008GL036037. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Dlugokencky, E. J., S. Houweling, L. Bruhwiler, K. A. Masarie, P. M. Lang, J. B. Miller, and P. P. Tans (2003), Atmospheric methane levels off: Temporary pause or a new steady-state?, Geophys. Res. Lett., 30(19), 1992, doi:10.1029/2003GL018126. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Lisääntyneet lumi- ja vesisateet sekä tulvat voivat olla seurausta ilmaston lämpenemisestä

Ilmakehän vedensitomiskyky kasvaa karkeasti ottaen logaritmisesti lämpötilan noustessa, ja ilmakehän vesisisällön on myös todettu lisääntyneen tämän teoreettisen päätelmän mukaisesti. Asteen lämpenemisen maapallon pinnalla lasketaan nostavan maapallon kokonaissademäärää 2-3 prosenttia. Voimakkaiden vesisateiden todennäköisyys onkin voinut kaksinkertaistua ihmiskunnan tuottamien kasvihuonekaasupäästöjen lämmitysvaikutuksen seurauksena. Tämä on saattanut osaltaan vaikuttaa myös Euroopan ja Yhdysvaltojen viimeaikaisiin runsaisiin lumisateisiin. Maapallon kokonaissademäärää tärkeämpi tarkastelun kohde kuitenkin on sateiden runsastumisen ja kuivuuden yleistymisen alueellinen vaihtelu. Ankarat sääolosuhteet, esimerkiksi Albanian tulvat, aiheuttavat suunnattomia inhimillisiä ja taloudellisia seurauksia. Maapallon keskilämpötilan nousu on etäällä useimpien ihmisten arjesta. Kaksi tutkimusta viime viikon Nature-lehdessä kuitenkin päättelee, että ilmaston lämpeneminen aiheuttaa jo nyt miljoonien ihmisten elinolosuhteisiin vaikuttavia äärimmäisiä sääilmiöitä. Nature-lehdessä julkaistut tutkimukset yhdistävät lisääntyneet kasvihuonekaasupäästöt, pohjoisen pallonpuoliskon kasvaneet vesi- ja lumisademäärät sekä Ison-Britannian tulvariskin toisiinsa.

Tarkastelujaksolla 1951-1999 lisääntynyttä sademäärää ei ilmeisesti pysty selittämään ilmaston luontaisella vaihtelulla, vaan syynä on ilmaston lämpeneminen. Kuva: (c) olly - Fotolia.com

”Tällä on valtava merkitys sekä lisäperusteluna päästöjen vähentämisessä että myös ilmastonmuutokseen sopeutumisen suunnittelussa”, sanoo Michael Oppenheimer, Princetonin yliopiston ilmastopolitiikan tutkija, joka ei ollut mukana Nature-lehden tutkimuksissa.

Ei ole epäilystäkään siitä, että ihmiset muuttavat ilmastoa, mutta vaikutukset alueellisiin sääoloihin eivät ole yhtä selviä. Mikään yksittäinen tietokonemalli ei voi aukottomasti liittää tiettyä lumimyrskyä tai tulvaa ilmaston lämpenemiseen. Yhdistelemällä eri ilmastomalleja, säähavaintoja ja todennäköisyyslaskentaa tutkijat voivat kuitenkin selvittää, miten ilmaston lämpeneminen todennäköisesti vaikuttaa. Aikaisemmin on todettu, että ilmaston lämpeneminen on vähintään kaksinkertaistanut sään ääri-ilmiöiden, esimerkiksi Euroopan kesän 2003 kaltaisten helleaaltojen, todennäköisyyden.

Paikallisempia sään ääri-ilmiöitä on kuitenkin toistaiseksi ollut vaikea yhdistää ilmastonmuutokseen. ”Ilmastomallit ovat parantuneet paljon kymmenen vuoden takaiseen verrattuna, jolloin emme periaatteessa voineet sanoa mitään sademääristä”, sanoo ilmastotieteilijä Gabriele Hegerl Edinburghin yliopistosta. Hegerl kollegoineen vertaili pohjoisen pallonpuoliskon sääasemien tietoja kahdeksan eri ilmastomallin sadesimulaatioihin.

”Voimme nyt sanoa jonkinlaisella varmuudella, ettei 1900-luvun jälkipuoliskolla lisääntynyttä sademäärää voida arviomme mukaan selittää ilmaston luontaisella vaihtelulla”, hän sanoo. Äärimmäisen sademäärän todennäköisyys minä tahansa päivänä lisääntyi seitsemällä prosentilla tarkastelujakson 1951-1999 aikana.

Toinen tutkimus yhdistää ilmastonmuutoksen Englannissa ja Walesissa esiintyneisiin historian lähes pahimpiin kyseisen alueen tulviin loka-marraskuussa 2000, jolloin oli vuodesta 1766 alkavan tilastohistorian sateisin syksy. Tohtori Myles Allen Oxfordin yliopistosta kollegoineen teki syksystä 2000 useita tuhansia alueellisesti yksityiskohtaisia pitkän aikavälin sääennustesimulaatioita ilman kasvihuonekaasujen vaikutusta sekä kasvihuonekaasujen vaikuttaessa. Tulokset syötettiin sadannan ja jokien virtaaman yhdistävään malliin, jolloin päästiin tarkastelemaan jokien tulvatilannetta Englannissa ja Walesissa.

Tulosten perusteella tutkijat toteavat, että ihmisen toiminnasta aiheutuva ilmastonmuutos on voinut lisätä tulvat aiheuttaneen hyvin sateisen sään riskin lähes kaksinkertaiseksi. Ihmiskunnan vaikutuksen tarkka osuus jää kuitenkin epäselväksi. Mallin tuloksista 90 prosenttia osoittaa ihmisten 1900-luvulla tuottamien kasvihuonekaasujen lisänneen syksyn 2000 tulvariskiä Englannissa ja Walesissa vähintään yli 20 prosentilla. Mallin tuloksista 66 prosenttia osoittaa riskin kasvaneen yli 90 prosenttia.

”Poikkeuksellisen runsaiden sateiden lisääntymistä joillakin pohjoisen pallonpuoliskon alueilla on havaittu jo yli vuosikymmenen ajan, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun ihmisen vaikutus on osoitettu”, sanoo Michael Oppenheimer. Pohjoisen pallonpuoliskon maiden täytyykin varautua vastaaviin tapahtumiin tulevaisuudessa yhä useammin. ”Aiemmassa, muuttumattomassa ilmastossa kerran sadassa vuodessa esiintynyt säätapahtuma voi tulevaisuudessa toistua kaksi kertaa niin usein”, sanoo Allen.

Allen kuitenkin huomauttaa, ettei ilmastonmuutos aina lisää sään aiheuttamien vahinkojen riskiä. Esimerkiksi Britanniassa lumien sulamisesta aiheutuvien tulvien todennäköisyys pienenee ilmaston lämmetessä. Sitä paitsi Allenin tutkimuksessa jää kymmenen prosentin mahdollisuus, ettei ilmaston lämpeneminen olekaan vaikuttanut Ison-Britannian tulvariskiin – tai että se on jopa vähentänyt tulvariskiä.

Meneillään on myös tutkimuksia, joissa pyritään selvittämään ilmastonmuutoksen vaikutuksia koko Euroopan tulva- ja kuivuusriskiin, Yhdysvaltojen länsiosien sulamisvesien määrään ja eteläisen Afrikan kuivuuteen. Tällaisia tutkimuksia tarvitaan, jotta on mahdollista kehittää tehokkaita sopeutumiskeinoja ilmastonmuutokseen. ”Hallitukset aikovat käyttää sata miljardia Yhdysvaltojen dollaria ilmastonmuutokseen sopeutumiseen vuoteen 2020 mennessä, vaikkei kukaan tällä hetkellä tiedä, mikä on ilmastonmuutoksen vaikutusta ja mikä vain huonoa säätä”, sanoo Allen.

Kun löydetään ilmastonmuutoksen ja sään yhteydet, tämä voi myös vaikuttaa ilmastosopimuksiin. ”Jos rikkaat maat aikovat taloudellisesti korvata ilmastonmuutoksessa kärsiville, niin kuin jotkin köyhemmät maat odottavat, pitää olla objektiivinen tieteellinen perusta”, Allen huomauttaa.

Vakuutusyhtiöt ovat jo pitkään olleet huolissaan äärimmäisiin sääilmiöihin liittyvien korvausten lisääntymisestä, mutta niiden yhdistäminen ilmastonmuutokseen vaatii vielä lisää tutkimusta. Nature-lehdessä julkaistu Britannian ja Walesin syksyn 2000 tulvia käsitellyt tutkimus vaati useita tuhansia tietokonesimulaatioita ja valmistui vasta kymmenen vuotta tulvien jälkeen. Lopullista, yksiselitteistä vastausta tämäkään tutkimus ei silti anna. Kriitikoiden mielestä Nature-lehden tutkimuksissa on jossakin määrin aliarvioitu ilmastojärjestelmän luontaista vaihtelua.

Lähteet:

Richard P. Allan: Climate change: Human influence on rainfall, Nature 470, 344-345 (2011), Published online 16 February 2011, doi:10.1038/470344a [tiivistelmä ilmainen, koko artikkeli maksullinen].

Seung-Ki Min, Xuebin Zhang, Francis W. Zwiers & Gabriele C. Hegerl: Human contribution to more-intense precipitation extremes, Nature 470, 378-381 (2011), Published online 16 February 2011, doi:10.1038/nature09763 [tiivistelmä, esikatselukuvat ja lisämateriaali ilmaiset, koko artikkeli maksullinen].

Pardeep Pall, Tolu Aina, Dáithí A. Stone, Peter A. Stott, Toru Nozawa, Arno G. J. Hilberts, Dag Lohmann & Myles R. Allen: Anthropogenic greenhouse gas contribution to flood risk in England and Wales in autumn 2000, Nature 470, 382-385 (2011), Published online 16 February 2011, doi:10.1038/nature09762 [tiivistelmä, esikatselukuvat ja lisämateriaali ilmaiset, koko artikkeli maksullinen].

Quirin Schiermeier: Increased flood risk linked to global warming, Nature 470, 316 (2011), Published online 16 February 2011, doi:10.1038/470316a [ilmainen uutisartikkeli].

Bryan Walsh: New studies show that climate change is the culprit in extreme rain, Ecocentric blog, Time, 17 February 2011 [blogikirjoitus].

Aiempi uutisemme ilmastonmuutoksen vaikutuksista Euroopassa:

Ilmastonmuutoksen konkreettiset vaikutukset ihmisiin Euroopan eri alueilla 2080-luvulla

Itä-Karibian koralliriutat ovat katoamassa

Uuden tutkimuksen mukaan Itä-Karibian koralliriutat katoavat ilmaston lämpenemisen myötä lähivuosikymmeninä, vaikka alueelle jääkin elämään yksittäisiä koralliyhdyskuntia. Lisäksi tämä näyttäisi tapahtuvan mahdollisista kasvihuonekaasupäästöjen rajoituksista huolimatta.

Karibialla on noin 21000 – 26000 neliökilometriä koralliriuttoja. Koralliriutat ovat lajiston kannalta monimuotoisia ja monimutkaisia elinympäristöjä. Koralliriutat tarjoavat myös ihmisille monia palveluja, kuten sopivia sijoituspaikkoja kalankasvatuslaitoksille. Näillä palveluilla on ekologista, kulttuurillista ja taloudellista arvoa. Karibian koralliriuttojen on arvioitu tuottavan vuosittain noin 3,1 – 4,6 miljardia Yhdysvaltojen dollaria kalastuksen, turismin ja rannikkoa suojelevan vaikutuksen kautta. Tähän arvioon ei edes kuulu luonnon monimuotoisuuden potentiaalinen arvo.

Karibian koralliriuttoihin kohdistuu niiden rakennetta ja tuottavuutta sekä lyhyellä että pitkällä aikavälillä uhkaavia tekijöitä. Nämä tekijät ovat läsnä koralliriutoilla ympäri maailman, mutta Karibialla tilanne on erityisen vakava. Vuonna 2005 Karibialla tapahtui voimakas korallien haalistuminen. Tämä aiheutti korallien kuolleisuutta heti ja myös myöhemmin muutaman vuoden ajan korallien altistuttua taudeille haalistumisensa vuoksi.

Korallit haalistuvat, kun ne menettävät solujensa sisällä symbioosissa elävät mikrolevät. Nämä levät antavat koralleille värin, mutta myös tuottavat ravintoa isäntäkorallille fotosynteesin avulla. Haalistuminen voi tapahtua silloin, kun merivesi on poikkeuksellisen lämmintä, valoa on paljon tarjolla ja meriveden liike on vähäistä. Tällaisissa oloissa levät alkavat tuottaa runsaasti energiaa mutta myös happiradikaaleja, minkä seurauksena koralli alkaa hylkiä näitä leviä. Koralli ei siis oikeastaan menetä leviä, vaan se itse alkaa poistaa niitä. Haalistuminen saattaa tapahtua myös runsaiden saasteiden, meren suolapitoisuuden voimakkaan muutoksen tai myös poikkeuksellisen kylmyyden seurauksena. Korallit voivat toipua lievästä haalistumistapahtumasta saadessaan lisää leväkumppaneita, mutta pitkään jatkuvat haalistumisolosuhteet saattavat tappaa korallit.

Vuonna 2005 pintaveden lämpötila oli Karibialla korkeampi kuin koskaan aikaisemmin vuonna 1984 alkaneessa satelliittimittaushistoriassa. Ihmisen aiheuttama ilmaston lämpeneminen on katsottu olevan selvästi osasyyllinen tähän tapahtumaan. Kyseinen haalistumistapahtuma olisi ainakin ollut erittäin epätodennäköinen ilman sitä edeltänyttä useita vuosikymmeniä jatkunutta ilmaston lämpenemistä.

Koralliriutat ovat tärkeitä Karibian taloudelle ja ekologialle, joten on tarpeen arvioida koralleille ilmastonmuutoksesta koituvat riskit. Ilmastonmuutos uhkaa koralliriuttoja, koska merien lämpötilojen odotetaan nousevan ja aiheuttavan korallien haalistumista. Lisäksi lisääntynyt ilmakehän hiilidioksidipitoisuus aiheuttaa merien happamoitumista, mikä vaikeuttaa koralliyhdyskuntien kalsiumkarbonaatista koostuvien runkojen muodostumista.

Climatic Change -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa on pyritty tekemään realistinen ennuste kummankin ilmastonmuutoksen aiheuttaman koralleja uhkaavan tekijän vaikutuksista tulevaisuudessa. Tutkimuksessa käytettiin korallien ja ilmaston tutkimiseen suunniteltua COMBO-mallia. Mallin kalibrointiin käytettiin vuoden 2005 haalistumistapahtuman mittaustietoja. Tutkimus keskittyi Itä-Karibialle ja erityisesti Neitsytsaarille.

Mallisimulaatioissa käytettiin kolmea eri tulevaisuuden kasvihuonekaasujen päästöskenaariota (IPCC:n neljännen arviointiraportin skenaariot B1, A1B ja A1FI). Ilmastoherkkyydeksi oletettiin kolme celsiusastetta, jonka IPCC on arvioinut todennäköisimmäksi arvoksi. Mallille annettiin myös joitakin parametreja, kuten haalistumisen aiheuttava merenpinnan lämpötilan kynnysarvo, joka perustuu Neitsytsaarilta määritettyyn arvoon. Muita parametreja annettiin muun muassa korallien kasvuvauhtiin ja kuolleisuuteen liittyen.

Mallilla simuloitiin myös joitakin erilaisia lämpötilan muuttumisen ja sen vaikutuksen skenaarioita. Yhdessä skenaariossa merenpinnan lämpötila nousi tasaisesti. Tämän skenaarion vaikutusta kokeiltiin korallien eri herkkyyksillä meren happamoitumiselle. Toisessa skenaariossa tapahtui silloin tällöin vuoden 2005 tapaisia haalistumisia. Tätä skenaariota kokeiltiin erilaisilla korallien haalistumisen aiheuttavan kuolleisuuden asteella.

Simulaatioiden tuloksista nähdään, että jopa ilman haalistumisjaksoja riuttojen korallipeite vähenee alle kymmeneen prosenttiin vuoteen 2100 mennessä, kun lähtötilanne on ollut 30 prosentin korallipeite. Tähän vaikuttaa eniten lämpeneminen suoraan. Meren happamoitumisen vaikutus on melko pieni tällä aikavälillä. Haalistumisjaksojen vaikutus on voimakas. Kuolleisuuden asteesta riippuen korallipeite näyttäisi vähenevän alle kymmeneen prosenttiin vuosien 2035 ja 2055 välillä.

On kuitenkin huomattava, ettei näitä tuloksia voi yleistää koskemaan kaikkia koralliriuttoja, koska lähtötilanteen korallipeitteen määrä vaihtelee riutoittain. Tässä lähtötilanteena käytetty 30 prosenttia on melko korkea arvo Neitsytsaarien vuoden 2005 jälkeiseen tilanteeseen verrattuna. Onkin odotettavissa, että joidenkin riuttojen korallipeite vähenee jo aikaisemmin alle kymmeneen prosenttiin.

Tässä on käytetty vertailuarvona kymmenen prosentin korallipeitettä, koska tutkimuksessa arvioitiin, että korallipeitteen väheneminen 5 – 10 prosenttiin saa riutan tilaan, jossa se ei enää kykene uudistumaan, eikä aluetta enää voi kutsua koralliriutaksi, vaan yksittäisiä koralleja kasvavaksi alueeksi.

IPCC:n päästöskenaarioilla ei näyttäisi olevan paljoa vaikutusta korallien vähenemiseen. Niiden vaikutuksesta korallipeitteen väheneminen voi aikaistua tai myöhästyä muutamalla vuodella. Jos korallien oletetaan sopeutuvan lämpötilan muutokseen niin, että ne saavat yhden celsiusasteen lisää lämmönsietokykyä, niin silloin korallipeitteen väheneminen alle kymmeneen prosenttiin voi viivästyä noin 30 vuotta (eli se tapahtuisi silloin välillä 2065-2085).

Tutkimuksessa kokeiltiin vielä tilannetta, jossa ilmastonmuutos loppui kokonaan vuonna 2000 (lämpötila ja meren happamoituminen pysyivät tämän jälkeen vakioarvoissa). Tässä kokeessa havaittiin, että ilmastonmuutos oli ehtinyt vaikuttaa haalistumisen todennäköisyysjakaumaan ennen vuotta 2000 niin paljon, että vuoteen 2055 mennessä olisi silti odotettavissa paljon koralleja tappava haalistumistapahtuma 50 prosentin todennäköisyydellä, vaikka ilmastonmuutos olisikin loppunut jo vuonna 2000.

Tutkimuksen tuloksien perusteella näyttäisi siis siltä, että ihmiskunnan mahdollisista tulevista toimista huolimatta Itä-Karibian koralliriuttojen tulevaisuus on huono. Koko Itä-Karibian tilannetta arvioitaessa näyttää siltä, että ilman korallien sopeutumista korallipeite laskee alle kymmeneen prosenttiin vuoteen 2035 mennessä ja alle viiteen prosenttiin vuoteen 2050 mennessä, kun lähtötilanne on 7 – 30 prosenttinen korallipeite, mikä on melko realistinen arvio kyseiselle alueelle.

Tutkimukseen sisältyy joitakin epävarmuutta aiheuttavia tekijöitä. Korallien mahdollista sopeutumista lämpötilan muutoksiin ei otettu huomioon suurimmassa osassa tutkimuksen simulaatioista. Yli 30 metrin syvyydessä olevia koralliriuttoja ei sisällytetty tutkimukseen. Jotkut syvällä olevista riutoista selvisi vuoden 2005 haalistumistapahtumasta melko vähin vaurioin. Käytetyt kuolleisuusasteen arviot saattoivat joissakin simulaatioissa olla liian pessimistisiä. Toisaalta tutkimuksessa ei otettu huomioon muita korallien kuolleisuutta aiheuttavia tekijöitä, kuten pyörremyrskyjä tai ihmisen toimintaa. Meren happamoitumisen vaikutus oli yksinkertaistettu niin, että vain vaikutus korallien kasvuun oli otettu huomioon. Happamoitumisella saattaakin olla voimakkaampi vaikutus, kuin tässä tutkimuksessa on oletettu. Näiden lisäksi tutkimukseen sisältyi myös monia muita epävarmuustekijöitä.

Tämän tutkimuksen tulokset joka tapauksessa vihjaavat, että Itä-Karibian koralliriutat ylittävät kriittisen rajan lähivuosikymmeninä ihmisen mahdollisista ilmastonmuutosta rajoittavista toimista riippumatta. Tämän jälkeenkin alueella tulee kasvamaan koralleja ja jotkut lajit saattavat jopa sopeutua muutoksiin, mutta alueen koralliriutat kuitenkin näyttävät katoavan ainakin ekosysteemin monimuotoisuuden näkökulmasta. Tästä aiheutuisi myös rahallisia tappioita arvioiden mukaan useita miljardeja dollareita.

Lähde: R. W. Buddemeier, Diana R. Lane and J. A. Martinich, Modeling regional coral reef responses to global warming and changes in ocean chemistry: Caribbean case study, Climatic Change, 2011, DOI: 10.1007/s10584-011-0022-z. [tiivistelmä, koko artikkeli]

%d bloggers like this: