Jäätiköiden tutkimusmenetelmät tarkentuvat

Kahdessa uudessa tutkimuksessa on käytetty uusia menetelmiä jäätiköiden tutkimuksessa. Toisessa tutkimuksessa arvioitiin jäätikön massatasapainoa jäätikön lumirajan korkeusmuutoksien perusteella ja toisessa tutkimuksessa paljastettiin aiemmin näkymättömiä vuosikerroksia ikivanhoista, edellisen interglasiaalin aikaisista jääkairanäytteistä.

Jäätiköiden sulaminen

Ilmaston lämpenemisen myötä jäätiköt ovat nousseet tärkeiksi tutkimuskohteiksi. Jäätiköillä on merkittävä rooli merenpinnan tason vaihteluissa (erityisesti suurilla napajäätiköillä) ja monien alueiden vesihuollossa (pienemmillä vuoristojäätiköillä). Ilmaston lämpeneminen sulattaa jäätiköitä, joten jäätiköiden jäämassan muutoksien seuraamisen tärkeys on korostunut viime vuosikymmeninä.

Jäätiköiden koon muutoksia kuvataan usein niiden massataseella eli jään massan muuttumisella ajan myötä. Jäätiköt valuvat hitaasti alaspäin, jolloin niiden alareuna laskeutuu sulamisrajan alapuolelle (tai joissakin tapauksissa mereen) ja alkaa sulaa. Jäätiköiden massa kuitenkin uusiutuu, kun niiden päälle sataa lunta, joka ajan myötä pakkautuu jäätikön päälle ja muuttuu jääksi. Jäätiköiden massa pysyy näin suunnilleen tasapainossa, jos ympäristön lämpötila ei muutu. Ilmastonmuutos kuitenkin lämmittää jäätiköiden ympäristöä ja muuttaa lumisateen määrää. Tämä saa aikaan muutoksia jäätikön massataseeseen vaikuttaviin tekijöihin (sulamiskorkeus nousee, jäätikön virtausnopeus voi muuttua ja jäätikölle muodostuvan uuden jäämassan määrä muuttuu) ja yleensä jäätikkö alkaa menettää massaansa (paikallisesti on kuitenkin mahdollista, että lunta sataa aiempaa enemmän niin, että jäätikkö kasvattaakin jäämassaansa ainakin aluksi).

Jäätiköiden massataseen määrittäminen on periaatteessa helppoa; on vain määritettävä jäätikölle kertyvän lumen määrä ja sulavan veden ja poislohkeilevan jään määrä. Käytännössä tämä on kuitenkin vaikeaa. Jäätiköt sijaitsevat usein vaikeapääsyisillä alueilla (esimerkiksi vuoristossa) ja karuissa olosuhteissa (olosuhteet ovat niin kylmät, että ne sallivat ikijään muodostumisen). Lisäksi niistä on nähtävissä vain pinta, joten lumen syvyys olisi mitattava esimerkiksi koetinkeppien tai koekaivauksien avulla. Jäätiköt ovat pienimmilläänkin yleensä liian suuria, jotta niitä olisi järkevää alkaa mittaamaan kokonaan tarkasti käsipelillä. Siksi jäätiköiden massataseen määrittämiseen käytetään tutkia, lasereita ja ilmakuvia (lentokoneista ja satelliiteista). Massatase on määriteltävissä esimerkiksi satelliittimittausten perusteella.

Yksi helpoimmista keinoista määrittää jäätikön massatase perustuu sen tasapainolinjaan. Tasapainolinja on se raja, jonka kohdalla jäätikön sulaminen ja uuden jään muodostuminen ovat yhtä suuria. Käytännössä tasapainolinjan alapuolella jäätikkö sulaa ja tasapainolinjan yläpuolella muodostuu uutta jäätä. Jäätiköillä on myös lumiraja, jonka alapuolella on paljasta jäätä ja yläpuolella lunta. Lumiraja nousee kesän sulamiskauden aikana ylöspäin ja kesän aikaisen sulamisen määrä on arvioitavissa lumirajan nousun nopeudesta. Lisäksi sulamiskauden lopulla lumirajan nousunopeudesta voidaan määritellä tasapainolinja.

Lumirajan nousunopeutta voidaan siis käyttää sulamiskauden lopulla tasapainolinjan määrittämiseen. Lumirajan käyttö tähän on järkevää, sillä lumiraja on havaittavissa satelliittikuvista. Lisäksi lumirajan nousunopeus voidaan määrittää vain muutaman satelliittikuvan avulla. Siihen ei tarvita jatkuvaa tarkkailua, mikä ei satelliittien avullakaan ole mahdollista, koska pilvipeite estää usein jäätikön kuvaamisen. Niinpä lumirajan nousunopeuden avulla on mahdollista suhteellisen helposti seurata monien jäätiköiden massataseen muutoksia.

Lumirajan hyödyntämisen mahdollisuus massataseen määrityksessä huomattiin jo 1970-luvulla. Tuolloin myös ymmärrettiin, että lumiraja on havaittavissa satelliiteista. Lumirajaan perustuva menetelmä laskea jäätikön massatase kehitettiin 1990-luvulla.

Uudessa tutkimuksessa on käytetty lumirajan nousunopeuteen perustuvan massataseen määritysmenetelmää Alaskassa sijaitsevalle Taku-jäätikölle. Tutkimuksessa käytettiin paikan päällä tehtyjä lumen syvyysmittauksia satelliittikuvien tukena massataseen määrityksessä.

Taku-jäätikkö sijaitsee Juneuan jäätikköalueella. Taku valittiin tutkimuskohteeksi, koska sieltä on olemassa pitkä massataseen mittaussarja, jonka mittaaminen aloitettiin jo vuonna 1946. Taku on siitä poikkeuksellinen, että sen massatase on ollut positiivinen vuosien 1946 ja 1988 välillä, eli se on kasvattanut massaansa, kun muut Juneaun jäätikköalueen ulosvirtausjäätiköt ovat menettäneet massaansa. Takun positiivinen massatase johtuu siitä, että jään lohkeaminen pois jäätiköstä lakkasi vuoden 1950 paikkeilla. Tämän seurauksena jäätiköllä on poikkeuksellisen suuri uuden jään kertymisalue ja jäätikkö ei siksi reagoi ilmaston lämpenemiseen paljoa.

Tutkimuksessa mitattiin Takun lumirajan nousunopeutta sulamiskauden aikana vuosien 1998 ja 2010 välillä. Lumirajan nousunopeus oli keskimäärin 3,7 metriä päivässä. Nousunopeus näyttäisi myös pysyvän melko vakaana (vaihdellen välillä 3,1 ja 4,4 metriä päivässä), joten karkea massataseen määritys onnistuu, vaikkei satelliittikuvia olisikaan saatavissa sulamiskauden lopulta.

Jäätiköistä saatava ilmastotieto

Sulamisen lisäksi toinen jäätiköiden tärkeä ominaisuus on niiden kyky säilöä menneisyyden tapahtumia, kuten ilmasto-olosuhteita (katso jäätikkötutkija Lonnie Thompsonin haastattelu aiheeseen liittyen). Jäätiköiltä otetaan jääkairanäytteitä, jotta saadaan tietoa menneisyyden ilmastonmuutoksista. Kauas menneisyyteen ulottuvissa jääkairanäytteissä on kuitenkin se ongelma, että niissä ei näy vuosikerroksia, joten joudutaan tyytymään epäsuoriin ajoitusmenetelmiin jääkerroksien iän selvittämiseksi. Ajoitusmenetelmät ovat epätarkkoja, joten ilmastotapahtumien ajoitus on erittäin vaikeaa. Lähimenneisyydessä ajoitusapuna toimivat muun muassa tunnettujen tulivuorien aiheuttamat pölykerrokset jäätikön jäässä, mutta pidemmälle menneisyyteen mentäessä samanlaisia ei apukeinoja ei enää löydy.

Näkyviä vuosikerroksia käyttäen on kuitenkin päästy jo melko pitkälle menneisyyteen. Grönlannista otetusta NGRIP-jääkairanäytteestä on muodostettu 60000 vuotta menneisyyteen ulottuva kronologia näkyvien vuosikerroksien perusteella. Jääkairanäytteessä näkyy vuosikerroksia vielä varhaisemmilta ajoilta, joten kronologiaa voidaan vielä pidentää kauemmas menneisyyteen. Tuolla syvyydellä vuosikerrokset alkavat kuitenkin olla ohuita ja vaikeita erottaa. NGRIP-jääkairanäytteessä vuosikerroksien voidaan olettaa olevan noin yhden senttimetrin paksuisia 115000 vuotta vanhassa jäässä, joten on mahdollisuuksien rajoissa, että sieltä saataisiin muodostettua koko viimeisen jäätiköitymisjakson kattava kronologia, jonka erotuskyky olisi yksi vuosi.

Edellinen interglasiaali (jäätiköitymisten välinen aika, kuten nykyään meneillä oleva holoseeni), Eem-interglasiaali, oli ajanjakso noin 130000-115000 vuotta sitten, jolloin ilmasto oli nykyisen tiedon mukaan lämpimämpi kuin nykyään ja merenpinta oli ehkä jopa 6-8 metriä nykyistä merenpintaa korkeammalla. Eem-interglasiaali saattaa olla siis hyvä esimerkki siitä, minkälaisiin olosuhteisiin nykyisen ilmaston lämpenemisen myötä saatetaan olla menossa. Eem-interglasiaalin ajalta olisikin erittäin mielenkiintoista saada tarkkaa ilmastotietoa.

Uudessa tutkimuksessa on käytetty uutta analysointimenetelmää pyrkimyksenä selvittää NGRIP-jääkairanäytteestä vuosikerrokset Eem-interglasiaalin ajalta. NGRIP ulottuu 123000 vuotta menneisyyteen, joten siitä on saatavissa Eem-interglasiaalin aikaista tietoa usean tuhannen vuoden ajalta. Analysointimenetelmä on kehitetty Kööpenhaminan yliopistossa ja se perustuu natriumin, ammoniumin ja pölyhiukkasten pitoisuuksiin jääkairanäytteessä sekä sulamisveden johtokykyyn. Menetelmä on tarkastettu jääkairanäytteen ylemmissä osissa, joissa vuosikerrokset erottuvat muutenkin. Menetelmä on näissä tarkastuksissa osoittautunut hyväksi. Menetelmän avulla vuosikerrokset on mahdollista erottaa yhden senttimetrin paksuisina tai siitä paksumpina. On siis mahdollisuuksien rajoissa, että menetelmän avulla voidaan määritellä Eem-interglasiaalin aikaiset vuosikerrokset.

Tutkimuksessa käytettiin uutta analysointimenetelmää kolmeen 2,2 metriä pitkään näytteeseen Eem-interglasiaalin ajalta ja sen jälkeisen jäätiköitymisen alkuajoilta. Uuden menetelmän avulla vuosikerrokset näkyvät selvästi analysoiduissa näytteissä. Osa näytteistä oli tosin mennyt pilalle ilmeisesti porauksessa käytetyistä nesteistä. Eem-interglasiaalin aikaiset vuosikerrokset näyttäisivät olevan noin 11 millimetriä paksuja. Tutkimuksen tuloksien perusteella näyttää siis siltä, että koko NGRIP-jääkairanäytteen kattamalta ajalta olisi mahdollista saada vuosikerroksiin perustuva kronologia.

Lähteet:

Pelto, M., Utility of late summer transient snowline migration rate on Taku Glacier, Alaska, The Cryosphere, 5, 1127-1133, doi:10.5194/tc-5-1127-2011, 2011. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Mauri Pelto: ”Taku Glacier Transient Snow Line Paper Published”

Svensson, A., Bigler, M., Kettner, E., Dahl-Jensen, D., Johnsen, S., Kipfstuhl, S., Nielsen, M., and Steffensen, J. P., Annual layering in the NGRIP ice core during the Eemian, Clim. Past, 7, 1427-1437, doi:10.5194/cp-7-1427-2011, 2011. [tiivistelmä, koko artikkeli]

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: