Maailman ilmatieteen järjestön (World Meteorological Organization, WMO) mukaan ilmakehän kasvihuonekaasupitoisuudet saavuttivat uuden ennätyksen vuonna 2011. Vuosien 1990 ja 2011 välillä kasvihuonekaasujen säteilypakote, joka on lämmitysvaikutuksesta kertova suure, kasvoi 30 prosenttia pääasiassa hiilidioksidin lisääntymisen takia. Lisäksi käydään läpi joitakin uusia kasvihuonekaasututkimuksia.
WMO:n juuri julkaiseman vuotuisen kasvihuonekaasuraportin mukaan 1750-luvulla alkaneen teollisen ajan aikana ihmiskunnan toimista ja erityisesti fossiilisten polttoaineiden käytöstä on vapautunut ilmakehään hiiltä noin 375 miljardia tonnia hiilidioksidin muodossa. Noin puolet tästä määrästä on jäänyt ilmakehään ja loput ovat kulkeutuneet meriin ja maa-alueiden kasvillisuuteen.
”Nämä miljardit tonnit ylimääräistä hiilidioksidia pysyvät ilmakehässä satoja vuosia ja lämmittävät maapalloa lisää vaikuttaen kaikkeen elämään maapallolla”, sanoo WMO:n pääsihteeri Michel Jarraud. ”Tulevat päästöt vain pahentavat tilannetta.”
”Tähän mennessä hiilinielut ovat ottaneet noin puolet ihmiskunnan ilmakehään päästämästä hiilidioksidista, mutta tämä ei välttämättä jatku tulevaisuudessa. Olemme jo nähneet merien happamoituvan meriin kulkeutuvan ylimääräisen hiilidioksidin takia, millä saattaa olla seurauksia vedenalaisille ravintoketjuille ja koralliriutoille. Kasvihuonekaasujen ja maapallon eliökehän sekä merien välillä on paljon muitakin vuorovaikutuksia, joten meidän täytyy parantaa kykyämme seurata niitä sekä kasvattaa tieteellistä tietoamme, jotta voimme ymmärtää asiaa paremmin”, Jarraud sanoo.
”WMO:n maailmanlaajuinen ilmakehän tarkkailuverkosto (Global Atmosphere Watch, GAW), joka ulottuu yli 50 maahan, tekee tarkkoja mittauksia, joiden varassa ymmärryksemme kasvihuonekaasujen pitoisuuksista on. Tähän sisältyvät kasvihuonekaasujen lähteet, nielut ja kemialliset muutokset ilmakehässä”, Jarraud sanoo.
Hiilinieluilla on asiassa keskeinen rooli. Jos ylimääräinen hiili varastoituu esimerkiksi syvään mereen, niin se saattaa pysyä siellä satoja ja jopa tuhansia vuosia. Tähän verrattuna uudet metsät pitävät sitomaansa hiiltä lyhyemmän ajan.
WMO:n raportissa kerrotaan kasvihuonekaasujen pitoisuuksista – ei päästöistä. Päästöt tarkoittavat sitä määrää, joka pääsee ilmakehään. Pitoisuudet taas kuvaavat ilmakehään jäävää kasvihuonekaasumäärää sen jälkeen, kun maapallon monimutkainen vuorovaikutusjärjestelmä ilmakehän, biosfäärin ja merien välillä on tehnyt tehtävänsä.
Hiilidioksidi on pitkäkestoisista kasvihuonekaasuista tärkein. Ihmisen toiminnasta sitä pääsee ilmakehään erityisesti fossiilisten polttoaineiden käytöstä ja maankäytöstä (esimerkiksi trooppisten metsien hävittämisestä). Muita tärkeitä pitkäkestoisia kasvihuonekaasuja ovat metaani ja dityppioksidi (eli ilokaasu). Ilmakehän kasvihuonekaasujen pitoisuuksien lisääntyminen on aiheuttanut meneillään olevan maapallon ilmaston lämpenemisen.
WMO:n raportissa kerrotaan pitkäkestoisten kasvihuonekaasujen säteilypakotteen lisääntyneen 30 prosenttia vuosien 1990 ja 2011 välillä. Tästä 80 prosenttia katsotaan johtuvan ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden lisääntymisestä. Kaikkien pitkäkestoisten kasvihuonekaasujen kokonaissäteilypakote vastaa ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta 473 ppm (miljoonasosaa), kun hiilidioksidipitoisuus ilmakehässä nykyään on yli 390 ppm.
Hiilidioksidi
Hiilidioksidin kokonaisosuus pitkäkestoisten kasvihuonekaasujen säteilypakotteesta on noin 64 prosenttia. Hiilidioksidin osuus pitkäkestoisten kasvihuonekaasujen säteilypakotteen kasvusta oli viimeisen vuosikymmenen aikana 85 prosenttia ja viimeisen viiden vuoden aikana 81 prosenttia.
Esiteollisena aikana ilmakehän hiilidioksidipitoisuus oli noin 280 ppm. Vuoden 2011 keskimääräinen hiilidioksidipitoisuus ilmakehässä oli 390,9 (±0,1) ppm, mikä on uusi ennätys mittaushistorian aikana. Tämä arvo on siis noin 40 prosenttia suurempi kuin esiteollisena aikana. Hiilidioksidipitoisuus nousi vuoden aikana noin 2 ppm, mikä on suurempi kuin 1990-luvun keskimääräinen vuotuinen kasvu (noin 1,5 ppm), mutta sama kuin viimeisen vuosikymmenen keskimääräinen vuotuinen kasvu (joka on siis myös noin 2 ppm).
WMO:n raportin mukaan hiilidioksidipitoisuuden nousussa tärkein tekijä on fossiilisten polttoaineiden käyttö, josta on arvioitu päässeen hiiltä ilmakehään vuonna 2010 noin 9 miljardia tonnia. Maankäytöstä (pääasiassa trooppisten metsien hävittämisestä) arvioidaan päässeen hiiltä ilmakehään vuonna 2010 noin 0,9 miljardia tonnia. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousu vastaa noin 55 prosenttia fossiilisten polttoaineiden poltosta päässeestä hiilidioksidista. Päästöistä noin 45 prosenttia on kulkeutunut meriin ja maa-alueiden eliöstöön. Hiilidioksidipäästöistä ilmakehään jäävä osuus vaihtelee vuosittain, eikä siinä ole havaittavissa mitään selvää trendiä.
Metaani
Metaanin kokonaisosuus pitkäkestoisten kasvihuonekaasujen säteilypakotteesta on noin 18 prosenttia. Noin 40 prosenttia ilmakehän metaanista on peräisin luonnollisista lähteistä, kuten esimerkiksi kosteikoista ja termiiteistä, ja noin 60 prosenttia on peräisin ihmiskunnan toimista (märehtivästä karjasta, riisinviljelystä, fossiilisista polttoaineista, kaatopaikoilta ja biomassan poltosta).
Vuonna 2011 ilmakehän keskimääräinen metaanipitoisuus oli 1813 (±2) ppb (miljardisosaa), mikä on uusi ennätys mittaushistorian aikana. Tämä on noin 159 prosenttia korkeampi kuin esiteollinen taso, joka on noin 700 ppb. Nousua edellisestä vuodesta tuli 5 ppb. Metaanipitoisuuden nousunopeus laski 1980-luvun arvosta 13 ppb/vuosi lähes nollaan 1990- ja 2000-lukujen vaihteessa. Nousunopeus pysyi suunnilleen nollassa aina vuoteen 2007 asti, jolloin metaanipitoisuus lähti uudelleen nousuun ja on noussut tasaisella nopeudella viimeiset kolme vuotta. Syitä metaanipitoisuuden nousunopeuden vaihteluun ei tiedetä varmasti (katso aiempi juttumme aiheesta).
Dityppioksidi
Dityppioksidin kokonaisosuus pitkäkestoisten kasvihuonekaasujen säteilypakotteesta on noin 6 prosenttia, joka on kolmanneksi suurin osuus hiilidioksidin ja metaanin jälkeen. Dityppioksidipäästöistä 60 prosenttia tulee luonnollisista lähteistä (meret, maaperä) ja 40 prosenttia ihmiskunnan toimista (biomassan poltto, lannoitteet ja erilaiset teollisuuden prosessit).
Vuonna 2011 ilmakehän keskimääräinen dityppioksidipitoisuus oli 324,2 (±0,1) ppb, joka on noin 20 prosenttia korkeampi kuin esiteollisen ajan taso 270 ppb. Vuoden 2011 arvo on 1 ppb korkeampi kuin edellisenä vuotena. Nousunopeus viimeisen vuosikymmenen aikana on ollut keskimäärin noin 0,8 ppb/vuosi.
Muut kasvihuonekaasut
Rikkiheksafluoridin pitoisuus ilmakehässä on kaksinkertaistunut 1990-luvun tasosta (katso aiempi juttumme aiheesta). Otsonia tuhoavien CFC-kaasujen pitoisuudet ovat olleet laskussa, mutta HCFC- ja HFC-kaasujen pitoisuudet ovat rajussa nousussa (mutta ovat kuitenkin vielä melko alhaisella tasolla).
WMO:n raportti keskittyy pitkäkestoisiin kasvihuonekaasuihin, mutta myös lyhyen aikaa ilmakehässä kestävissä kaasuissa on säteilypakotteeseen vaikuttavia kaasuja. Tällaisista kaasuista otsoni on säteilypakotteen kannalta merkittävin. Myös muun muassa hiilimonoksidi ja typen oksidit vaikuttavat säteilypakotteeseen, vaikka niitä ei yleisesti kasvihuonekaasuiksi kutsuta. Myös aerosolit vaikuttavat säteilypakotteeseen voimakkaasti. WMO:n GAW-mittausohjelma seuraa näiden kaikkien pitoisuuksia ilmakehässä.
Uusia kasvihuonekaasututkimuksia
WMO:n raportin lisäksi viime aikoina on julkaistu jonkin verran uusia tutkimuksia kasvihuonekaasuihin liittyen. Alla esitellään joitakin näistä lyhyesti.
– Graven ja muut ovat selvittäneet merien radiohiilimittauksien avulla, että vuosien 1990 ja 2007 välillä hiilidioksidia on kulkeutunut ilmakehästä mereen 1,7…2,3 miljardia tonnia per vuosi.
– Schuck ja muut ovat mitanneet metaanipitoisuuksia tropiikin alueella matkustajalentokoneiden troposfäärin yläosasta ottamista ilmanäytteistä. Metaanipitoisuus näyttää vaihtelevan voimakkaasti alueellisesti ja ajallisesti. Trooppisessa Aasiassa metaanipitoisuuden vuodenaikaisvaihteluun näyttävät vaikuttavan monsuuniin liittyvät vaihtelut ilmakehän kiertoliikkeissä.
– Gundersen ja muut ovat selvitelleet metsien dityppioksidin ja metaanin vaihdon muutoksia puiden kasvulle oleellisten olosuhteiden muuttuessa. Tutkimuksessa oli mukana useita koealoja metsää, joissa olosuhteita vaihdeltiin. Joillakin koealoilla lisättiin typpilannoitusta ja toisissa veden määrää. Myös muita lannoitteita kokeiltiin joillakin koealoilla. Joillakin koealoilla muutettiin lämpötilaa. Koealat sijaitsivat eri puolilla Eurooppaa. Suurimmalla osalla kokeilluista olosuhteiden muutoksista dityppioksidin ja metaanin vaihto muuttui siten, että metsän kasvihuonekaasunielun määrä pieneni. Välimeren alueen metsät pärjäsivät parhaiten muuttuvissa olosuhteissa. Samaten hyvin pärjäsivät metsät, joissa maaperän hiili/typpi-suhde sekä pH olivat korkeat.
– Baumgartner ja muut ovat julkaisseet uusia 32000 vuotta menneisyyteen ulottuvia metaanimittauksia jääkairanäytteistä Grönlannista ja Etelämantereelta. Uudet mittaukset ovat ajallisesti tiheämmässä kuin aiemmin, joten Grönlannin ja Etelämantereen välinen ajallinen vertailu on tarkempaa. Metaanimittauksissa näkyy melko vakaana pysyvä ero Grönlannin ja Etelämantereen välillä. Ero oli pienimmillään noin 21900-21200 vuotta sitten, jolloin oli menossa edellisen jäätiköitymisvaiheen kylmin kausi. Ero Grönlannin ja Etelämantereen metaanipitoisuudessa jäätiköitymisen maksimin aikana viittaa siihen, että pohjoisen pallonpuoliskon kosteikot jatkoivat jossain määrin toimintaansa myös tuolloin.
– Chen ja muut ovat tutkineet puolikuivan laidunalueena toimivan aron hiilidioksidin vaihtoa kasvukauden ulkopuolella. Aiemmat tutkimukset ovat yleensä keskittyneet kasvukauden aikaiseen tilanteeseen. Kasvukauden ulkopuolinen tilanne on myös tärkeää tietää, kun yritetään selvittää, onko alue kasvihuonekaasuille lähde vai nielu. Tutkimuksessa oli mukana kaksitoista koealaa Sisä-Mongoliassa. Maaperän lämpötila ja kosteus näyttivät olevan tärkeitä hiilidioksidin vaihdon määrän säätelijöinä kasvukauden ulkopuolella. Aro näytti toimivan hiilidioksidin lähteenä kasvukauden ulkopuolella. Lokakuun ja huhtikuun välisenä aikana alue päästi ilmakehään hiiltä keskimäärin noin 350 kg per hehtaari (päästöt vaihtelivat välillä 180-484 kg per hehtaari). Laidunnuksen määrä näytti vähentävän päästöjä. Lumipeitteen paksuus ja maaperän kosteus näyttivät lisäävän päästöjä.
– Nordbo ja muut (tutkimus on suomalaisten tutkijoiden tekemä – mukana on Helsingin yliopiston ja Ilmatieteen laitoksen tutkijoita) ovat analysoineet kaupunkien hiilidioksidipäästöjä. Tutkimuksen tuloksien perusteella kaupunkien luonnontilaisten alueiden osuutta pinta-alasta voidaan käyttää ennustamaan kaupungin hiilidioksidipäästöjen suuruutta. Kun luonnontilaisten alueiden osuus pinta-alasta kasvaa noin 80 prosenttiin, kaupunki on hiilidioksidipäästöjen suhteen neutraali. Tässä yhteydessä luonnontilainen tarkoittaa maa-aluetta, jonka pinta on jotain luonnossa esiintyvää materiaalia, kuten kasvillisuutta, multaa tai hiekkaa.
– Umezawa ja muut ovat mitanneet metaanin hiili- ja vetyisotooppeja Länsi-Siperiasta lentokoneiden ottamista ilmanäytteistä. Mittauksista nähdään, että kesällä alueen metaanipäästöistä valtaosa tulee kosteikoilta, kun taas talvella suurin osa metaanipäästöistä on peräisin fossiilisista polttoaineista (esimerkiksi maakaasulaitosten vuodoista). Metaanipitoisuuden lyhytaikaiset vaihtelut aiheutuivat enemmän fossiilisista polttoaineista kuin kosteikoista.
– Bodirsky ja muut ovat arvioineet dityppioksidin päästöjä maataloudesta maailmanlaajuisesti tulevaisuudessa. Tutkimuksessa arvioitiin ensin dityppioksidin päästöt vuodelle 1995. Dityppioksidipäästöt maataloudesta olivat tuolloin noin kolme miljoonaa tonnia (dityppioksidin sisältämän typen painona ilmaistuna). Tietokonemallien simulaatioista arvioitiin päästöjen nousevan 7-9 miljoonaan tonniin vuonna 2045 ja 5-12 miljoonaan tonniin vuonna 2095.
– Cogan ja muut esittelevät uusia ilmakehän hiilidioksidimittauksia, joita on tehty GOSAT-satelliitista. Satelliittimittauksista saadaan kartoitettua kasvihuonekaasujen pitoisuuden maailmanlaajuisesti, mikä muun muassa auttaa selvittämään päästölähteiden sijainnit.
– Sundqvist ja muut ovat mitanneet kasvien metaanin vaihtoa Keski-Ruotsissa sijaitsevassa metsässä. Aiemmissa tutkimuksissa on huomattu elävistä kasveista tulevan metaanipäästöjä (esimerkki löytyy aiemmasta jutustamme). Uudessa tutkimuksessa havaittiin tutkittujen kasvien (kuusi, koivu, pihlaja ja mänty) toimivan metaanin nieluina.
– Emmert ja muut ovat mitanneet satelliittien avulla hiilidioksidin ja hiilimonoksidin pitoisuuksia ilmakehän ylemmässä osassa sijaitsevasta termosfääristä (joka sijaitsee noin 85-690 kilometrin korkeudella) kahdeksan vuoden ajalta. Termosfäärissä hiilidioksidin vaikutus on viilentävä. Ihmiskunnan hiilidioksidipäästöt leviävät koko ilmakehään ja termosfäärin hiilidioksidipitoisuuden odotetaan myös nousevan, mikä aiheuttaa termosfäärin viilenemisen ja kutistumisen. Termosfäärin kutistumisella tulee olemaan vaikutuksia satelliittien lentoratoihin. Havaintojen mukaan termosfääri on kuitenkin kutistunut odotettua enemmän. Tutkimuksen tuloksien mukaan hiilidioksidin ja hiilimonoksidin yhteispitoisuus on noussut maailmanlaajuisesti noin 24 ppm per vuosikymmen noin 100 kilometrin korkeudessa. Tämä on noin 10 ppm enemmän kuin mallisimulaatiot ovat ennustaneet ja voi selittää havaitun, odotettua voimakkaamman termosfäärin kutistumisen.
Lähteet:
WMO Greenhouse Gas Bulletin – WMO:n vuotuinen kasvihuonekaasuraportti, marraskuu 2012
Graven, H. D., N. Gruber, R. Key, S. Khatiwala, and X. Giraud (2012), Changing controls on oceanic radiocarbon: New insights on shallow-to-deep ocean exchange and anthropogenic CO2 uptake, J. Geophys. Res., 117, C10005, doi:10.1029/2012JC008074. [tiivistelmä]
Schuck, T. J., K. Ishijima, P. K. Patra, A. K. Baker, T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, T. Umezawa, C. A. M. Brenninkmeijer, and J. Lelieveld (2012), Distribution of methane in the tropical upper troposphere measured by CARIBIC and CONTRAIL aircraft, J. Geophys. Res., 117, D19304, doi:10.1029/2012JD018199. [tiivistelmä]
Gundersen, P., Christiansen, J. R., Alberti, G., Brüggemann, N., Castaldi, S., Gasche, R., Kitzler, B., Klemedtsson, L., Lobo-do-Vale, R., Moldan, F., Rütting, T., Schleppi, P., Weslien, P., and Zechmeister-Boltenstern, S.: The response of methane and nitrous oxide fluxes to forest change in Europe, Biogeosciences, 9, 3999-4012, doi:10.5194/bg-9-3999-2012, 2012. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Baumgartner, M., Schilt, A., Eicher, O., Schmitt, J., Schwander, J., Spahni, R., Fischer, H., and Stocker, T. F.: High-resolution interpolar difference of atmospheric methane around the Last Glacial Maximum, Biogeosciences, 9, 3961-3977, doi:10.5194/bg-9-3961-2012, 2012. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Weiwei Chen, Benjamin Wolf, Xunhua Zheng, Zhisheng Yao, Klaus Butterbach-Bahl, Nicolas Brüggemann, Shenghui Han, Chunyan Liu, Xingguo Han, Carbon dioxide emission from temperate semiarid steppe during the non-growing season, Atmospheric Environment, Volume 64, January 2013, Pages 141–149, http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2012.10.004. [tiivistelmä]
Nordbo, A., L. Jarvi, S. Haapanala, C. R. Wood, and T. Vesala (2012), Fraction of natural area as main predictor of net CO2 emissions from cities, Geophys. Res. Lett., doi:10.1029/2012GL053087. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Umezawa, T., T. Machida, S. Aoki, and T. Nakazawa (2012), Contributions of natural and anthropogenic sources to atmospheric methane variations over western Siberia estimated from its carbon and hydrogen isotopes, Global Biogeochem. Cycles, 26, GB4009, doi:10.1029/2011GB004232. [tiivistelmä]
Bodirsky, B. L., Popp, A., Weindl, I., Dietrich, J. P., Rolinski, S., Scheiffele, L., Schmitz, C., and Lotze-Campen, H.: N2O emissions from the global agricultural nitrogen cycle – current state and future scenarios, Biogeosciences, 9, 4169-4197, doi:10.5194/bg-9-4169-2012, 2012. [tiivistelmä, koko artikkeli]
Cogan, A. J., et al. (2012), Atmospheric carbon dioxide retrieved from the Greenhouse gases Observing SATellite (GOSAT): Comparison with ground-based TCCON observations and GEOS-Chem model calculations, J. Geophys. Res., 117, D21301, doi:10.1029/2012JD018087. [tiivistelmä]
Sundqvist, E., P. Crill, M. Mölder, P. Vestin, and A. Lindroth (2012), Atmospheric methane removal by boreal plants, Geophys. Res. Lett., 39, L21806, doi:10.1029/2012GL053592. [tiivistelmä]
J. T. Emmert, M. H. Stevens, P. F. Bernath, D. P. Drob & C. D. Boone, Observations of increasing carbon dioxide concentration in Earth’s thermosphere, Nature Geoscience(2012), doi:10.1038/ngeo1626. [tiivistelmä]
Ilmastotieto 
Vastaa