Etelänavan jäävuorilla tärkeä merkitys hiilen kierrossa?

Tutkimusryhmä seurasi ajelehtivaa jäävuorta ja löysi asioita, joilla voi olla merkitystä ilmastonmuutoksen tutkimuksessa. Jäävuoresta sulava vesi jäähdyttää ja laimentaa merivettä. Jäävuoren vaikutus säilyi yllättävän kauan alueella, jonka läpi se oli ajelehtinut. Vaikutus kesti vähintään kymmenen päivää. Jäävuoren vaikutus myös näkyi yllättävän syvällä, jopa 1500 metrin syvyydessä. Jäävuoren tultua tietylle alueelle klorofyllin tuotto väheni ja jäävuoren mentyä klorofyllin tuotto nousi jopa 15 prosenttia. Hiilidioksidin osapaine laski lähellä jäävuorta, mikä saattaa liittyä biologisen toiminnan muutoksiin, mutta voi johtua myös jäävuoresta tulevan sulaveden pienemmästä hiilidioksidipitoisuudesta.

Jäävuoret viilentävät ja laimentavat merivettä, jossa ne ajelehtivat. San Diegossa sijaitsevien Kalifornian yliopiston ja San Diegon yliopiston (UCSD) Scripps-instituutin tutkijoiden mukaan jäävuoret vaikuttavat myös hiilidioksidia käyttävän kasviplanktonin jakaumaan Eteläisellä jäämerellä. Jäävuoret voivat vaikuttaa kasviplanktonin kasvuun Eteläisen jäämeren Atlantin puoleisessa osassa ja etenkin Antarktiksen niemimaan itäpuolella olevalla alueella, joka tunnetaan nimellä ”Jäävuorikuja”.

Tehostunut kasviplanktonin kasvu lisäisi hiilidioksidin poistumista merestä, joka on tärkeä prosessi hiilikierrossa, sanovat National Science Foundation (NSF) rahoittaman tutkimuksen johtajat. Tulokset julkaistaan Deep-Sea Research II -lehdessä nimellä ”Cooling, dilution and mixing of ocean water by free-drifting icebergs in the Weddell Sea.” Tutkimuksen tärkeimmät tulokset kerrottiin myös Nature Geoscience -lehden maaliskuun numerossa.

”Jäävuorien kulkeutumisella ja sulamisella on tärkeä rooli kasviplanktonin esiintymisessä Weddellinmerellä”, sanoo tutkimusartikkelin johtava kirjoittaja John J. Helly, jolla on virka sekä San Diego Supercomputer Centerissä (SDSC) että UCSD:n Scripps-instituutissa. ”Nämä tulokset osoittavat monitieteisen tutkimusryhmän tärkeyden, kun kehitetään järkevää kuvaa luonnosta monessa mittakaavassa, sekä laivasta tapahtuvan kenttätutkimuksen ainutlaatuiset mahdollisuudet.”

”Tulokset osoittavat, että jäävuoret vaikuttavat merten pintavesiin ja sekoittumiseen syvemmällä kuin aikaisemmin on tiedetty”, lisäsi Ronald S. Kaufmann, yksi tutkimusartikkelin kirjoittajista ja apulaisprofessori San Diegon yliopiston Marine Science and Environmental Studies -yksikössä.

Tutkimuksen havainnoissa näkyy pintavesien pitkäaikainen fyysinen ja biologinen muutos jäävuoren kulkeutumisen jälkeen. Muutokset pintaveden ominaisuuksissa, kuten suolaisuudessa, kestivät vähintään kymmenen päivää, mikä on paljon odotettua kauemmin.

Näytteenotto tehtiin pintakartoitusmenetelmällä, jonka avulla seurattiin yli 32 kilometriä pitkän jäävuoren ympärillä olevaa aluetta. Tutkimusryhmä kartoitti saman alueen kymmenen päivän kuluttua jäävuoren ajauduttua pois. Kymmenen päivän jälkeen alueella havaittiin kohonneita klorofylli a:n ja alentuneita hiilidioksidin pitoisuuksia jäävuorettomiin lähialueisiin verrattuna.

”Olimme melko hämmästyneitä havaitessamme jäävuoren vaikutuksen pysyvän monta päivää”, sanoi Helly, SDSC:n Laboratory for Environmental and Earth Sciences -yksikön johtaja.

Uudet tulokset osoittavat, että jäävuoret muodostavat yhteyden geofysikaalisten ja biologisten prosessien välille, mikä vaikuttaa suoraan hiilen kiertoon Eteläisellä jäämerellä. Tämä tutkimus laajentaa huomattavasti edellisten samassa ympäristössä tehtyjen tutkimusten tuloksia ja paljastaa jäävuorten dynaamiset ominaisuudet sekä niiden odottamattomat vaikutukset mereen.

”Nämä havainnot vahvistavat, että jäävuoret ovat dynaaminen ja merkittävä osa napa-alueiden ekosysteemeille, sanoo NSF:n ”Antarctic Organisms and Ecosystems Program” -ohjelman johtaja Roberta L. Marinelli.

Lähde: John J. Helly, Ronald S. Kaufmann, Gordon R. Stephenson Jr. and Maria Vernet, Cooling, dilution and mixing of ocean water by free-drifting icebergs in the Weddell Sea, Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2011, doi:10.1016/j.dsr2.2010.11.010. [tiivistelmä, koko artikkeli, Scripps-instituutin tiedote]

Mainokset

Kädellisten ongelmat muuttuvassa ilmastossa

Uudessa tutkimuksessa on saatu lisätodisteita siitä, että ilmaston vaihtelut aiheuttavat muutoksia kädellisten populaatioiden kokoon. Kuivuus ja lämpeneminen näyttävät selvästi vaikuttavan asiaan. Siksi ilmaston lämpeneminen saattaa uhata monia kädellislajeja tulevaisuudessa.

Monet lajit kädellisten eläinryhmässä ovat uhattuina. Tämän vuoksi on tärkeää tietää, miten ilmastonmuutos vaikuttaa kädellisten lisääntymiseen ja populaatioiden kokoon. Tutkijat Ruscena Wiederholt ja Eric Post ovat selvitelleet uudessa tutkimuksessa, miten ilmaston vaihtelut vaikuttavat kahden kädellislajin jälkeläisten tuottoon, syntyvyyden ajoittumiseen vuodenaikakierrossa ja jälkeläisten sukupuolijakaumaan.

Samat tutkijat ovat julkaisseet jo aiemmin tutkimustuloksia samasta aihepiiristä. Vuonna 2010 he julkaisivat tutkimusartikkelin, joka oli yksi ensimmäisistä tutkimuksista ilmaston vaikutuksista kädellisiin. Tuolloin he tutkivat, miten El Niñon aikainen lämpeneminen vaikuttaa neljän kädellislajin määrään useiden vuosikymmenien aikana. Lajit olivat muriki (Brachyteles hypoxanthus, aiemmin B. arachnoides), harmaavilla-apina (Lagothrix lagotricha), hämähäkkiapina (Ateles geoffroyi) ja punamölyapina (Alouatta seniculus). Muriki elää Kaakkois-Brasilian kosteissa sademetsissä ja on vaarassa kuolla sukupuuttoon. Harmaavilla-apina elää Amazonasin alueella Kolumbiassa, Brasiliassa ja Boliviassa. Hämähäkkiapina elää Panamassa ja punamölyapina Venezuelassa.

”Tiedämme hyvin vähän siitä, miten ilmastonmuutos ja ilmaston lämpeneminen vaikuttavat kädellislajeihin,” Wiederholt kertoi tuolloin. ”Jopa kolmasosaa kädellislajeista uhkaa sukupuutto, joten on elintärkeää ymmärtää, miten nämä muutokset ilmastossa saattavat vaikuttaa niiden populaatioihin.”

Edellisessä tutkimuksessaan Wiederholt ja Post käyttivät olemassa olevia tietoja kädellislajien populaatioista, elintavoista, elinalueiden kasvillisuudesta sekä ilmastosta ja saivat näiden analysoinnista tulokseksi sen, että kaikkien neljän kädellislajin määrät laskivat El Niñoon ja La Niñaan liittyvien ilmastonvaihteluiden tuloksena. El Niñon aiheuttaman lämpimänä aikana puut tuottivat enemmän hedelmiä, jotka ovat kädellisten ravintoa. La Niñan aikana taas ilmasto viileni, mikä vähensi puiden hedelmien tuottoa. Tämä aiheutti kädellisille ruokapulaa ja jopa nälänhätää.

Uudessa tutkimuksessa keskityttiin kahteen lajiin, jotka olivat muriki ja harmaavilla-apina. Molemmilla lajeilla vuosittainen synnyttäminen viivästyi kuivina aikoina ja El Niño -vuosina. Synnyttämisen viivästyminen on yhteydessä vähäisempään jälkeläistuottoon. Lisäksi murikilla jälkeläistuotto väheni vuoden keskilämpötilan ollessa keskimääräistä korkeampi.

Molemmilla lajeilla jälkeläisten sukupuolijakauma vaihteli ilmasto-olosuhteiden mukaan, mutta eri tavalla. Harmaavilla-apinoilla ilmasto-olosuhteet vaikuttivat sukupuolijakaumaan suoraan ja murikeilla epäsuorasti. El Niñon aikana harmaavilla-apinat saivat enemmän koiraspuolisia jälkeläisiä. Murikeilla suurempi koiraspuolisten jälkeläisten tuotto taas liittyi viivästyneeseen vuotuiseen synnytysaikaan, millä puolestaan oli heikko yhteys kuiviin ja lämpimiin olosuhteisiin.

Ilmaston lämmetessä on odotettavissa, että kuivuusjaksot lisääntyvät ja El Niño esiintyy useammin. Tutkimuksen tuloksien perusteella näyttää siltä, että ilmaston lämpeneminen saattaa rajoittaa kädellisten lisääntymistä. Tämä aiheuttaa lisäuhkan niille lajeille, jotka jo ennestään ovat uhanalaisia.

Lähteet:

Ruscena Wiederholt, Eric Post, 2011, Birth seasonality and offspring production in threatened neotropical primates related to climate, Accepted Article, doi: 10.1111/j.1365-2486.2011.02427.x. [tiivistelmä]

Ruscena Wiederholt and Eric Post, 2010, Tropical warming and the dynamics of endangered primates, Biol. Lett. 23 April 2010 vol. 6 no. 2 257-260, doi: 10.1098/rsbl.2009.0710. [tiivistelmä, uutisartikkeli (Science Daily)]

Pohjoisen pallonpuoliskon lumipeite vähenee

Pohjoisen pallonpuoliskon keväisen lumipeitteen laajuus on vähentynyt viimeisen 90 vuoden aikana uuden analyysin mukaan. Lisäksi lumipeitteen väheneminen on kiihtynyt viimeisen 40 vuoden aikana.

Pohjoisen pallonpuoliskon lumipeite on tärkeä osa maapallon heijastuskyvylle eli albedolle. Valkoinen lumi heijastaa auringonvaloa pois paljon tehokkaammin kuin maanpinta, kasvillisuus tai merenpinta. Lumella on siis moniin muihin pintoihin verrattuna viilentävä vaikutus. Lumipeite on kuitenkin vähentynyt ilmaston lämmetessä. Tämä voimistaa lämpenemistä, koska auringonvaloa heijastuu pois vähemmän.

Ilmastonmuutoksen tutkimuksen kannalta onkin tärkeää seurata lumipeitteen muutoksia. Pohjoisen pallonpuoliskon lumipeitteen laajuuden arviot on yleensä tehty mittausasemien tai satelliittien mittaussarjoista muodostetun yksittäisen datasarjan perusteella, eivätkä niiden epävarmuudet ole aina kunnolla tiedossa. Eri satelliittimittaukset saattavat antaa erilaisen lumipeitteen laajuuden eri tekijöistä, kuten mittausten erotuskyvystä ja mittauksien aikaisesta pilvisyydestä, riippuen. Mittausasemien sijainti taas on epätasaisesti jakautunut, mikä aiheuttaa paljon epävarmuutta lumipeitteen laajuuden arviointiin.

Uudessa tutkimuksessa on tehty arvio pohjoisen pallonpuoliskon lumipeitteen muutoksista. Saman tutkimusryhmän aiemmassa tutkimuksessa arvio tehtiin moniin eri mittaussarjoihin perustuen vuosien 1967 ja 2008 välillä arktisen alueen lumipeitteestä keväällä. Tässä uudessa tutkimuksessa käytettiin samaa menetelmää ja arvio kevään lumipeitteestä tehtiin vuosien 1922 ja 2010 välillä koko pohjoiselle pallonpuoliskolle.

Tutkimuksessa käytettiin monia eri lumipeitteen aikasarjoja, jotka ovat peräisin aikaisemmista tutkimuksista, reanalyyseistä (NCEP, ERA-40), satelliittimittauksista (PMW) ja tiedeorganisaatioilta (NOAA ja Canadian Meteorological Centre). Näistä muodostettiin pohjoisen pallonpuoliskon lumipeitteen keväisen laajuuden aikasarja.

Pohjoisen pallonpuoliskon keväisen lumipeitteen laajuus on vähentynyt merkitsevästi viimeisen noin 90 vuoden aikana. Viimeisen 40 vuoden aikana lumipeitteen väheneminen on kiihtynyt. Vuosien 1970 ja 2010 välillä lumipeitteen vähenemisvauhti on ollut noin 0,8 miljoonaa neliökilometriä vuosikymmenessä maalis-huhtikuussa. Tärkein tekijä lumipeitteen vähenemisessä on ollut lämpötilan nousu, joka maa-alueilla selittää noin 50 prosenttia vähenemisestä. Muutokset ilmakehän kiertoilmiöissä ovat myös ilmeisesti vaikuttaneet asiaan. Tutkimuksessa saatiin todisteita siitä, että Pohjois-Atlantin oskillaation muutokset 1980-luvulla sekä myös muutokset Skandinavian ilmavirtauksissa vaikuttivat 1980-luvulla osaltaan maaliskuun lumipeitteen vähenemiseen Euraasian alueella.

Maaliskuussa suurin osa lumipeitteen muutoksesta on tapahtunut Euraasian alueella. Pohjois-Amerikan lumipeitteen muutokset eivät ole merkitseviä maaliskuussa. Huhtikuussa lumipeite on vähentynyt merkitsevästi molemmilla mantereilla. Viime vuosikymmenien aikana Pohjois-Amerikan keväisen lumipeitteen herkkyys lämpötilan muutoksille on kasvanut, mutta Euraasiassa se on vähentynyt. Syytä tähän ei tiedetä varmasti. Mahdollisia tekijöitä ovat lumirajan siirtyminen pohjoisemmaksi, muutokset ilmakehän kiertoliikkeissä ja muutokset keväisen lumipeitteen paksuudessa (ohut lumipeite reagoi herkemmin lämpötilan muutoksiin).

Lähteet:

Brown, R. D. and Robinson, D. A.: Northern Hemisphere spring snow cover variability and change over 1922–2010 including an assessment of uncertainty, The Cryosphere, 5, 219-229, doi:10.5194/tc-5-219-2011, 2011. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Brown, Ross D., 2000: Northern Hemisphere Snow Cover Variability and Change, 1915–97. J. Climate, 13, 2339–2355, doi: 10.1175/1520-0442(2000)0132.0.CO;2. [koko artikkeli]

Lisätietoa:

Pohjoisen pallonpuoliskon lumipeitteen muutokset (Rutgers University, Global Snow Lab) (valittavissa myös Euraasia ja Pohjois-Amerikka erikseen, sekä yksittäisten kuukausien muutokset)

Arktisen alueen kasvit eivät ehkä menestykään paremmin ilmaston lämmetessä

Äärimmäiset sääilmiöt saattavat vaikeuttaa lajien selviytymistä silloin, kun sääolosuhteet muuttuvat tappaviksi. Lyhytaikaiset, hyvin voimakkaat lämpenemisjaksot talvella (lämpötila reilusti plussan puolella useamman päivän ajan) sulattavat lunta ja paljastavat kasveja lumen alta. Lämmin sää ei ole kasveille haitallinen, mutta kun normaalit talviset sääolosuhteet palautuvat, kylmyydeltä suojanneen lumen alta paljastuneet kasvit joutuvat alttiiksi kylmälle.

Yksittäisen lämpenemisjakson on osoitettu vähentävän kasvien lisääntymistä ja lisäävän vuosikasvun hävikkiä. Toistuvien lämpenemisjaksojen vaikutuksia pitemmällä aikavälillä ei kuitenkaan tällä hetkellä tunneta kovin hyvin. Ilmiön laajempia vaikutuksia eliöyhteisön rakenteeseen, kasvuun, hiilitasapainoon ja ravinteiden kiertoon ei myöskään tunneta kovin hyvin. Uudessa tutkimuksessa on selvitetty ilmiön vaikutuksia laajemmin sekä pitemmällä aikavälillä. Tutkimuksessa tehtiin kokeita lämmittämällä kanervakasvien hallitsemaa maastoa kolmena peräkkäisenä vuotena infrapunalampuilla sekä maaperää lämmittävillä kaapeleilla. Valtalajit alueella olivat ikivihreät variksenmarja (Empetrum hermaphroditum) ja puolukka (Vaccinium vitis-idaea) sekä talveksi lehtensä pudottava mustikka (Vaccinium myrtillus).

Toista ja kolmatta talvea seuranneiden kasvukausien aikana variksenmarjan ja mustikan nuppujen avautuminen myöhästyi jopa viikolla. Marjasato väheni variksenmarjalla 11 – 75 prosenttia ja mustikalla 52 – 95 prosenttia. Vuosikasvun hävikkiä esiintyi variksenmarjalla jopa 52 prosenttia, puolukalla 51 prosenttia ja mustikalla 80 prosenttia. Juurten kasvu väheni yli 25 prosenttia, mutta ravinteiden määrä maaperässä ei muuttunut. Biomassan tuotto väheni yli 50 prosenttia kolmatta talvea seuranneella kasvukaudella.

Aiheutunut vahinko näille lajeille oli huomattava. Kasvien reaktio oli päinvastainen verrattuna moniin pitkän ajan ilmaston lämpenemisen mallisimulaatioihin, joissa pohjoisille alueille on ennustettu lisääntynyttä kasvua. Ilmaston lämpenemisen yhteydessä arktiset alueet lämpenevät enemmän talvella kuin kesällä ja voimakkaiden lämpenemisjaksojen esiintyminen talvella tulee ennusteiden mukaan lisääntymään. Tämän tutkimuksen tuloksien perusteella arktisten alueen kasvien reaktio ei siten välttämättä olekaan sellainen kuin on ennustettu.

Lähde: S. Bokhorst, J. W. Bjerke, L. E. Street, T. V. Callaghan, G. K. Phoenix, Impacts of multiple extreme winter warming events on sub-Arctic heathland: phenology, reproduction, growth, and CO2 flux responses, Global Change Biology, 2011, DOI: 10.1111/j.1365-2486.2011.02424.x. [tiivistelmä]

Intiaanien arkistot kertovat sääkatastrofeista

Pohjois-Amerikan tasankointiaanit ovat kirjanneet menneitä säätapahtumia kalentereihinsa. Kirjatut tapahtumat kuvaavat yleensä poikkeuksellisia sääolosuhteita ja niistä aiheutuneita katastrofeja. Tiedoista on hyötyä sään ja ilmaston tutkimukselle.

Pohjois-Amerikan Suurien tasankojen tasankointiaanit ovat pitäneet ”talvikalentereita” ehkä jopa 1600-luvulta lähtien. Näissä kalentereissa kirjataan yhden talvijakson, eli noin vuoden, aikana tapahtuneet tärkeät asiat, kuten taistelut, päälliköiden kuolemat ja kulkutaudit. Näiden lisäksi kalentereihin on kirjattu luonnontapahtumia, kuten äärimmäisiä sääolosuhteita.

Siouxeihin kuuluvat lakotat ovat tehneet luultavasti eniten talvikalentereita, mutta niitä ovat tehneet myös mustajalat, kiowat ja mandanit. Lakotat kutsuvat kalenteria nimellä waniyetu wówapi. Waniyetu tarkoittaa talven aikaa ja wówapi muistiin pantavaa, laskettavaa tai luettavaa. Waniyetu tosin tarkoittaa myös koko vuotta, joten kalenterin tapahtumat ovat voineet tapahtua milloin tahansa vuoden aikana. Poikkeuksena kiowat ovat merkinneet kalenteriin talven ja kesän erikseen.

Jokaiselle talvijaksolle annetaan kalenterissa nimi jakson aikana tapahtuneen merkittävän asian mukaan. Kalenteriin piirretään myös kuva esittämään kyseistä talvijaksoa. Talvijakso 1821 – 1822 esimerkiksi on Battiste Goodin kalenterissa merkitty ohi lentävän äänekkään tähden jaksoksi. Tämä viittaa tuolloin nähtyyn kirkkaaseen meteoriin, joka merkittiin moneen kalenteriin.

Talvikalenterissa talvijakso alkaa ensilumesta ja jatkuu seuraavan vuoden ensilumeen. Kalenterin ”vuosi” on siis kestoltaan vaihteleva. Jokaisen talvijakson lopussa päätetään mennyttä jaksoa kuvaava tapahtuma ja siitä piirretään kalenteriin kuva, jonka avulla kyseinen jakso muistetaan.

Talvikalentereita on tutkittu aiemmin esimerkiksi historian ja lääketieteen (kulkutaudit) näkökulmista. Toistaiseksi kalentereita ei ole tutkittu järjestelmällisesti sään ja ilmaston kannalta. Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa niin on tehty.

Tutkimuksessa talvikalentereista muodostettiin sää- ja ilmastotapahtumien kronologia. Monet kronologian tapahtumista oli kirjattu vain yhteen kalenteriin varsinkin arkiston vanhemmassa päässä. Kalentereissa kuvatut tapahtumat pyrittiin varmistamaan sääparametrien mittausarkistoista ja rekonstruktioista sekä muiden aikalaisten kirjoituksista. Tutkimusartikkelissa kuvataan joitakin yksittäisiä tapahtumia tarkemmin.

Talvijakson 1788 – 1789 nimi on ”monet varikset kuolivat”. Tämä viittaa kylmiin olosuhteisiin, joissa lintuja kuoli paljon. Tämä tapahtuma on kirjattu moneen talvikalenteriin. Aikalaisten kirjoituksista käy ilmi, että tuolloin oli pari ankaraa talvea peräkkäisinä vuosina.

Talvijaksolle 1825 – 1826 on annettu nimeksi ”he hukkuivat”. Tämä on kirjattu moneen kalenteriin. Tuolloin Missourijoessa ollut jääpato murtui ja ehkä satoja ihmisiä hukkui nopeasti nousevan veden vallatessa heidän kylänsä.

Yksi harvoista kesän sääolosuhteiden kuvauksista tapahtui vuonna 1855. Kyseinen kesä nimettiin ”istuvaksi kesäksi”. Kesä oli silloin kuuma ja kuiva. Ruoho kuivui ja hevoset nälkiintyivät niin pahasti, ettei niillä voinut enää ratsastaa. Niinpä tuona kesänä istuskeltiin paljon. Puiden vuosirengassarjat viittaavat siihen, että kesä 1855 saattoi olla yksi kuivimmista viimeisen 500 vuoden aikana kyseisellä alueella.

Myös talvi vuonna 1855 sai huomiota osakseen talvikalentereissa. Silloin oli paljon lunta ja talvi nimettiin kekseliäästi ”paljon lunta talveksi”. Talvikausi 1865 – 1866 oli myös hyvin luminen. Tuolloin runsaslumisilla talvilla oli usein ikäviä seurauksia ja tämä talvi saikin nimekseen ”kaikki hevoset kuolivat”.

Sään ja ilmaston tutkimuksen kannalta intiaanien talvikalenterit sisältävät tärkeää tietoa erityisesti äärimmäisten sääolosuhteiden esiintymisajoista. Tapahtumien ajoitus on yleisesti ottaen hyvä, vaikka joidenkin tapahtumien osalta onkin ristiriitaisuuksia eri kalenterien välillä. On myös tapahtumia, joiden olisi pitänyt kirjautua kalentereihin, mutta niistä ei ole merkintöjä. Esimerkiksi tulivuori Tamboran purkauksen (vuonna 1815) jälkeisestä kylmästä säästä ei ole merkintöjä. Toisaalta on olemassa todisteita siitä, ettei Tamboran purkaus välttämättä vaikuttanut paljoa Pohjois-Amerikan Suurilla tasangoilla.

Lähde: Matthew D. Therrell, Makayla J. Trotter, Waniyetu Wówapi: Native American Records of Weather and Climate, Bulletin of the American Meteorological Society 2011. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Lisätietoa:
Lakota Winter Counts – an online exhibit (verkkonäyttely intiaanien talvikalentereista).

Arktisten alueiden tuottavuus ensin kasvaa ja sitten vähenee

Ilmaston lämpenemisen odotetaan aiheuttavan muutoksia hiilivarastoihin arktisen alueen ekosysteemeissä. Pitempi ja lämpimämpi kasvukausi saa kasvit kasvamaan enemmän kuin nykyään. Tulevaisuudessa alueen kasvillisuus sitoo siis enemmän ilmakehän hiilidioksidista ottamaansa hiiltä, eli alueen nettoprimäärituotanto kasvaa. Toisaalta maaperän hiilidioksidipäästöjen odotetaan lisääntyvän maaperän lämmetessä ja sen aktiivisen kerroksen ulottuessa syvemmälle.

Uudessa tutkimuksessa on testattu hypoteeseja hiilivarastojen muuttumisesta käyttäen Ecosys-ohjelmistoa sekä mittauksia energian ja hiilidioksidin kulkeutumisesta Kanadan tundralla. Testejä tehtiin erilaisten kasvukausien aikana.

Testien perusteella nettoprimäärituotanto näyttäisi kasvavan huomattavasti. Maaperän hiilidioksidipäästöt kasvavat myös, mutta selvästi vähemmän kuin nettoprimäärituotanto. Ekosysteemin kyky sitoa hiiltä nousisi testien mukaan 17 grammasta 45 grammaan hiiltä neliömetriä kohti vuodessa lämpötilan noustessa ja kasvukauden pidentyessä. Ekosysteemin kyky sitoa hiiltä kuitenkin laski hetkellisesti, kun ilman lämpötila nousi yli 20 celsiusasteen.

Tutkimusalueelle ennustettua ilmastonmuutosta simuloitiin ja tuloksien perusteella nettoprimäärituotannon kasvu ylitti maaperän hiilidioksidipäästöjen kasvun ensimmäisen sadan vuoden ajan. Tämän ajan ekosysteemin kyky sitoa hiiltä kasvaa. Lämpimät päivät kuitenkin lisääntyvät tulevaisuudessa, mikä saa ekosysteemin kyvyn sitoa hiiltä vähenemään ja lopulta hiilensitomiskyky alkaa kokonaisuudessaan vähentyä. Nykyään ekosysteemin kyky sitoa hiiltä on 30 grammaa hiiltä neliömetriä kohti vuodessa. Simulaation tuloksien perusteella hiilensitomiskyky kasvaa niin, että 90 vuoden jälkeen se on 57 grammaa hiiltä neliömetriä kohti vuodessa. Tämän jälkeen hiilensitomiskyky vähenee niin, että 150 vuoden päästä se on 44 grammaa hiiltä neliömetriä kohti vuodessa. Näihin arvoihin sisältyy kuitenkin paljon epävarmuutta. Näyttäisi joka tapauksessa siltä, että vaikka aluksi tundran ekosysteemit näyttävät parantavan tuotantoaan, niiden tuottavuus alkaa taantua pitemmällä aikavälillä.

Lähde: Grant, R. F., E. R. Humphreys, P. M. Lafleur, and D. D. Dimitrov (2011), Ecological controls on net ecosystem productivity of a mesic arctic tundra under current and future climates, J. Geophys. Res., 116, G01031, doi:10.1029/2010JG001555. [tiivistelmä]

Lisätietoa:

The Ecosys Modelling Project (Ecosys-ohjelmistoprojektin kotisivu).

Ihmisten vaikutus metsiin menneisyydessä, nykyisyydessä ja tulevaisuudessa

Kolmen tuoreen tutkimuksen mukaan ihmiskunnan toimet näkyvät metsissä menneisyydessä, nykyisyydessä ja tulevaisuudessa. Menneisyydessä ihmisten harrastama metsien polttaminen on saattanut muuttaa Kanadan metsät normaalia mäntyvaltaisemmiksi. Nykyään ihmisten harrastama metsien kaato näyttäisi pienentävän Yhdysvaltojen metsien hiilinielua. Tulevaisuudessa ihmisen aiheuttama ilmaston lämpeneminen saattaa muuttaa Siperian metsissä kasvavaa lajistoa niin, että metsät imevät itseensä enemmän lämpöä auringonvalosta, mikä puolestaan voimistaa ilmaston lämpenemistä.

Metsillä on voimakas vaikutus ilmastoon, koska ne ovat osa maapallon hiilen kiertoa ja vaikuttavat maapallon heijastuskykyyn. Kolmessa uudessa tutkimuksessa on selvitetty pohjoisten metsien muutoksia. Schweger ja muut tutkivat Luoteis-Kanadan metsien muutoksia viimeisen kolmen miljoonan vuoden aikana. Zheng ja muut tutkivat viimeaikaisia muutoksia Yhdysvaltojen metsien hiilinielussa. Shuman ja muut taas tutkivat Siperian metsien tulevia muutoksia ilmaston lämmetessä.

Muutoksia metsiä polttamalla

Schweger ja muut tutkivat sedimenteistä löytynyttä kasvien siitepölyä yhdeltätoista paikalta Yukonin keski- ja pohjoisosissa. Vanhimmat siitepölykerääntymät olivat plioseenin keskivaiheilla (noin kolme miljoonaa vuotta sitten) kasvaneista mänty- (Pinus) ja kuusivaltaisista (Picea) metsistä. Noin kolme miljoonaa vuotta sitten seudulla esiintyi runsaasti heinälajeja (Poaceae) ja myös ikiroudan esiintymisestä on todisteita. Nämä viittaavat siihen, että tuolloin seutu oli melko avointa metsää. Tuolloin männyt esiintyivät runsaana, mutta ne alkoivat vähentyä noin 2,6 miljoonaa vuotta sitten. Sen jälkeen kuuset ovat olleet seudun valtalajeina. Myös lepät (Alnus) ovat olleet runsaita ja pihtoja (Abies) on myös esiintynyt jonkin verran.

Holoseeniin, eli nykyiseen interglasiaaliin (laajojen jäätiköitymisten väliseen aikaan), verrattuna aikaisempien interglasiaalien aikana pihdat esiintyivät huomattavasti laajemmalla alueella. Niitä esiintyi 500 kilometriä nykyistä pohjoisempana. Mäntyä seudulla esiintyi aikaisempien interglasiaalien aikana hyvin vähän. Nykyään mäntyä esiintyy Yukonin etelä- ja keskiosissa.

Nykyisen interglasiaalin aikainen vähän pihtaa ja paljon mäntyä sisältävä metsätyyppi on hyvin poikkeuksellinen aikaisempiin interglasiaaleihin verrattuna. Mahdollisia syitä tähän poikkeuksellisuuteen ovat erilainen ilmasto, soistuminen, suurten kasveja syövien eläinlajien esiintyminen ja metsäpalojen määrä. Metsien poltto ihmisten toimesta on holoseenin erikoisuus muihin interglasiaaleihin verrattuna. Jos se osoittautuu tärkeäksi tekijäksi tässä tapauksessa, se hämärtäisi käsitystämme koskemattomista pohjoisista erämaista.

Muutoksia metsiä kaatamalla

Zheng ja muut ovat tutkineet Yhdysvaltojen metsien pinta-alaa ja hiilinielun suuruuden muutoksia vuodesta 1992 vuoteen 2001. Tutkimuksessa käytettiin satelliittimittauksiin perustuvia maastotyyppikarttoja, metsäpalohavaintoja ja Yhdysvaltojen metsäviranomaisten tietoja metsien kasvusta sekä kaadosta.

Tutkimuksen yhdeksän vuoden aikana ihmisten toimien ja luonnollisten häiriöiden alaisena olevien metsäalueiden hiilinielu pieneni 36 prosenttia verrattuna häiritsemättömiin metsäalueisiin. Häiriöistä merkittävimmät olivat metsien kaato (jonka vaikutus oli 63 prosenttia muutoksesta), metsien maastotyypin muutos (vaikutus 33 prosenttia) ja metsäpalot (vaikutus 4 prosenttia).

Tutkimuksen aikana Yhdysvaltojen metsät varastoivat hiiltä (eli toimivat hiilinieluna) noin 1,6 petagrammaa (1 petagramma on 1015 grammaa eli tuhat miljardia kilogrammaa), eli noin 0,18 petagrammaa joka vuosi. Hiilinielun suuruudessa oli kuitenkin suuria alueellisia eroja. Yhdysvaltojen eteläosien metsät toimivat pienenä hiilen lähteenä, kun taas Yhdysvaltojen luoteisosien metsät toimivat voimakkaana hiilinieluna. Tutkimuksessa saadut tulokset sopivat melko hyvin yhteen aikaisempien tutkimuksien tuloksien kanssa.

Muutoksia ilmastoa lämmittämällä

Shuman ja muut tutkivat, miten lämpenevä ilmasto muuttaa Siperian metsien valtalajistoa ja miten metsien muutos puolestaan vaikuttaa ilmastoon. Tutkimuksessa käytettiin FAREAST-kasvillisuusmallia simuloimaan Siperian metsälajiston muutoksia lämpötilan ja sadannan muuttuessa.

Tuloksien perusteella nykyinen lehtikuusivaltainen (Larix) metsä muuttuu tulevaisuudessa ikivihreiden havupuulajien hallitsemaksi. Lehtikuuset pudottavat syksyllä neulasmaiset lehtensä, minkä takia lehtikuusimetsän heijastuskyky on suurempi kuin ikivihreitä havupuita kasvavalla metsällä. Tämä muutos aiheuttaisi siis metsän heijastuskyvyn pienenemisen. Silloin alueelle imeytyy enemmän auringonsäteilyä, millä on lämmittävä vaikutus. Tässä tapauksessa metsien muutos siis voimistaisi ilmaston lämpenemistä. Simulaatioissa muutos tapahtui voimakkaimmin vähäisen diversiteetin alueilla. Poikkeuksena oli Amurin alue, jossa muutosta ei tapahtunut lainkaan. Euroopanlehtikuusi (Larix decidua) on sopeutunut lämpimään ilmastoon ja voisi auttaa vähentämään muutosta ikivihreäksi metsäksi. Euroopanlehtikuusen sisällyttäminen mallisimulaatioihin esti muutoksen vähäisen monimuotoisuuden alueilla.

Tutkimuksessa arvioitiin heijastuskyvyn pieneneminen metsien muuttuessa lehtikuusivaltaisista ikivihreiden havupuulajien hallitsemaksi. Arvioinnissa käytettiin nykyisiä satelliiteista mitattuja heijastuskyvyn arvoja. Etelä-Siperian vähäisen monimuotoisuuden alueilla metsätyypin muutos aiheuttaisi paikallisen lämmittävän säteilypakotteen, joka olisi suuruudeltaan noin 5,1 wattia per neliömetri. Tämä lämmitysvaikutus voimistaisi alueelle ennustettua ilmastonmuutoksen aiheuttamaa lämpenemistä.

Lähteet:

Charles Schweger, Duane Froese, James M. White, and John A. Westgate, Pre-glacial and interglacial pollen records over the last 3 Ma from northwest Canada: Why do Holocene forests differ from those of previous interglaciations?, 2011, Quaternary Science Reviews, doi:10.1016/j.quascirev.2011.01.020. [tiivistelmä]

Daolan Zheng, Linda S Heath, Mark J Ducey and James E Smith, Carbon changes in conterminous US forests associated with growth and major disturbances: 1992–2001, 2011 Environ. Res. Lett. 6 014012. [tiivistelmä]

Jacquelyn Kremper Shuman, Herman Henry Shugart, Thomas Liam O’Halloran, Sensitivity of Siberian Larch forests to climate change, Global Change Biology, 2011, DOI: 10.1111/j.1365-2486.2011.02417.x. [tiivistelmä]

%d bloggers like this: