Tunkkainen tulevaisuus

Hiilidioksidipäästöt pilaavat myös sisäilman. Mitä korkeammalle tasolle ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousee, sitä vaikeammaksi raikkaan sisäilman ylläpito käy.

Rakennus on suunniteltava ja rakennettava kokonaisuutena siten, että oleskeluvyöhykkeellä saavutetaan kaikissa tavanomaisissa sääoloissa ja käyttötilanteissa terveellinen, turvallinen ja viihtyisä sisäilmasto. Hiilidioksidille annetaan rakennusmääräyksissä ohjearvoksi enintään 1200 ppm (miljoonasosaa).

Pitoisuutena 1200 ppm ei ole vaarallinen, mutta järkevä tavoite, jossa on vielä turvamarginaalia välittömästi haitallisiin pitoisuuksiin. Kohonnut hiilidioksidipitoisuus on yleensä merkki siitä, että ilmanvaihto ei toimi riittävän tehokkaasti ja muidenkin haitallisten aineiden pitoisuudet voivat olla koholla. Käytännössä luokkahuoneiden, päiväkotien ja esim. neuvotteluhuoneiden hiilidioksidipitoisuudet voivat nousta selvästi yli tuon 1200 ppm:n tason, ja aiheuttaa haittaa, kuten henkisen suorituskyvyn heikkenemistä. Mikäli tilan ilmanvaihto on erityisen huono, saattavat pitoisuudet nousta paljon korkeammalle tasolle ja aiheuttaa jo merkittävää haittaa ihmisten terveydelle ja viihtyisyydelle. Toki sisäilman laatua heikentävät monet muutkin tekijät, mutta tutkimusten mukaan myös pelkkä hiilidioksidipitoisuuden nousu aiheuttaa haittoja. Jo 1000 ppm hiilidioksidipitoisuus sisäilmassa näyttäisi heikentävän hieman henkistä suorituskykyä ja haitat kasvavat pitoisuuksien noustessa.

Sisäilman laatu pyritään pitämään hyvänä ilmanvaihdon avulla. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kasvaessa hyvän sisäilman ylläpito käy jatkuvasti vaikeammaksi. Ennen teollisen vallankumouksen alkua ulkoilman hiilidioksidipitoisuus oli n. 280 ppm ja nykyisin jo n. 400 ppm. Ennusteiden mukaan tällä vuosisadalla voidaan päätyä lukemiin, jotka ovat lähellä tasoa 800 ppm ja monien arvioiden mukaan jopa yli tämän.  Näin ollen sisäilman CO2 pitoisuuden pitäminen matalalla tasolla käy vuosisadan loppuun mennessä nykymenetelmillä lähes mahdottomaksi ja tulee vaikeutumaan jo huomattavasti aiemmin.

Ilmanvaihtoa täytyy jatkuvasti tehostaa sitä mukaa, kun pitoisuusero ulkoilman ja tavoitellun sisäilman välillä pienenee.

 Luokkahuoneiden ja toimistotilojen hiilidioksidipitoisuuden pitäminen alle 1200 ppm:n tason käy huomattavasti vaikeammaksi, jos tuuletukseen käytettävän ulkoilman pitoisuus on nykyisen vajaan 400 ppm:n sijaan esimerkiksi 800 ppm. Ongelmat korostuvat silloin, kun tuuletettavan tilan lämpötila poikkeaa huomattavasti ulkolämpötilasta. Kylmänä talvipäivänä ilmanvaihtoon ja lämmitykseen tarvittavan energian määrä kasvaa, koska vaihdettavaa ja lämmitettävää ilmaa on enemmän. Ilmanvaihdon vaatimukset, energiankulutus ja kustannukset tulevat siis tulevaisuudessa nousemaan. Tiloissa, joissa on painovoimainen ilmanvaihto, käy laadukkaan sisäilman ylläpito vaikeaksi ellei mahdottomaksi.

Jos fossiilisten polttoaineiden käyttöä jatketaan nykyisellä kiihtyvällä tahdilla pitkään, nousee ilmakehän hiilidioksidipitoisuus lopulta yli 1000 ppm:n ja ulkoilmakin alkaa tuntua tunkkaiselta. On syytä korostaa, että ilmanvaihto on tarpeen monesta muustakin syystä kuin sisäilman kohonneen hiilidioksidipitoisuuden vuoksi, mutta hiilidioksidin voidaan olettaa aiheuttavan tulevaisuudessa nykyistä suurempia sisäilman laatuongelmia. Perusterveet hyväkuntoiset ihmiset sietävät todennäköisesti suurempia hiilidioksidipitoisuuksia kuin sydän- ja hengityselinsairauksista kärsivät. Sisäilman hiilidioksidipitoisuuden nousun terveysvaikutuksia ja mahdollisia tarpeita ilmanvaihtotekniikan kehittämiselle on syytä tutkia, jotta ongelman todellinen mittakaava selviää. Lisäksi olisi syytä arvioida, miten elinikäinen altistuminen korkeille hiilidioksidipitoisuuksille vaikuttaa ihmisten terveyteen.

Tunkkainen sisäilma on kuitenkin pieni ja kaukainen ongelma verrattuna ilmakehän kohonneen hiilidioksidipitoisuuden aiheuttamaan ilmastonmuutokseen ja merten happamoitumiseen. Näiden kaikkien ongelmien välttämiseksi on mahdollisimman nopeasti pyrittävä eroon fossiilisten polttoaineiden käytöstä.

Turussa 29.10.2013 Esko Pettay

Lisäys 27.10.2015. Lähdeluetteloa täydennetty. Aiheeseen liittyen on julkaistu uutta tutkimustietoa, joka tukee yllä esitettyjä päätelmiä.

Lisäys 30.11.2017. Lähdeluetteloa täydennetty. Kohonneella hiilidioksidipitoisuudella saattaa olla yhteys lihoamisen kanssa.

Lisäys 27.8.2019. Lähdeluetteloa täydennetty. Ilmanvaihtotarpeen ennakoidaan kasvavan.

Lisäys 11.5.2020. Lähdeluetteloa täydennetty.

Lähteet:

http://newscenter.lbl.gov/feature-stories/2012/10/17/elevated-indoor-carbon-dioxide-impairs-decision-making-performance/

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3548274/

http://www.finlex.fi/data/normit/34164-D2-2010_suomi_22-12-2008.pdf

http://ehp.niehs.nih.gov/wp-content/uploads/advpub/2015/10/ehp.1510037.acco.pdf

http://thinkprogress.org/climate/2015/10/26/3714853/carbon-dioxide-impair-brain/

https://www.nature.com/articles/nutd20122

https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/0143624418790129

https://www.nature.com/articles/d41586-020-01134-w

 

Merieläimet hapoilla

Meriveden pH laskee merten absorboidessa hiilidioksidia ilmakehästä. Kokeet osoittavat, että meriveden happamoituminen heikentää monien eläinryhmien kasvua ja lisääntymiskykyä. Muutoksen nopeus on eläinlajien sopeutumiskyvyn kannalta liian nopeaa. Merten ravintoketju on näiden muutosten seurauksena vaarassa.

Hiilidioksidi muodostaa hiilihappoa reagoidessaan meriveden kanssa. Ilmakehän jatkuvasti kasvava hiilidioksidipitoisuus johtaa näin meriveden happamoitumiseen. Kun vesi happamoituu riittävästi, monien eläinten kalkkikuoret alkavat liueta. Tämän lisäksi veden happamoituminen vaikuttaa myös yleisesti eläinten elintoimintoihin. Mm. kasvu ja lisääntymiskyky voivat kärsiä.

Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kasvaessa sitoutuu sitä jatkuvasti lisää meriin. Meriveteen päätyy arviolta 30 miljoonaa tonnia lisää hiilidioksidia joka päivä. Ilman merten kykyä sitoa itseensä hiilidioksidia ilmakehän pitoisuudet olisivat huomattavasti nykyistä korkeammat.

Tutkimusten mukaan Tyynenmeren ylimmän sadan metrin happamuus on noussut 6 % viimeisten 15 vuoden aikana. Maailmanlaajuisesti merten pintakerroksen pH on happamoitunut 0,12 yksiköllä teollisen vallankumouksen jälkeen. 0,12 yksikön muutos ei vaikuta lukuna paljolta, mutta koska kyseessä on logaritminen asteikko, tarkoittaa tämä 30% lisäystä happamuudessa.

Merten happamuudessa ei ole tapahtunut näin nopeita muutoksia miljooniin vuosiin. Paleontologisten tutkimusten mukaan vastaavat muutokset ovat aiemmin aiheuttaneet joukkotuhoja merieliöstölle. Noin 250 miljoonaa vuotta sitten valtavat tulivuorenpurkaukset ja metaanin vapautuminen lähes kaksinkertaistivat ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden ja johtivat meriveden happamoitumiseen hävittäen yli 90% merten eläinlajeista.

Mikäli päästöt jatkuvat nykyiseen tahtiin, ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousee 500 ppm:ään vuoteen 2050 ja 800 ppm:ään vuoteen 2100 mennessä. Merten pintakerroksen pH voi tällöin pudota tasolle 7,8-7,7 eli happamuus (positiivisten vetyionien aktiivisuus) voi kasvaa 150 %.

Jotkin merten otuksista ovat hyvin herkkiä happamuuden muutoksille. Esim. Kalifornian rannikkovesissä esiintyvän hankajalkaisiin kuuluvan lajin kuolleisuus vain 0,2 yksikköä happamammassa vedessä oli 50%. Kyseinen laji on monen arvokkaan kalalajin ravintoa. Kalat itsessään eivät ole kovin herkkiä happamuuden muutoksille, mutta niiden ravinto voi olla.

Näyttää siltä, että nyt käynnissä oleva merten happamuuden muutos on 100 kertaa nopeampaa kuin milloinkaan viimeisen tuhannen vuoden aikana. Jatkuessaan merten happamoituminen voi aiheuttaa merkittäviä ongelmia ravintoketjulle ja myös vaarantaa ihmisten hyödyntämiä lajeja.

Merten happamoitumisen kannalta ilmakehän hiilidioksidipitoisuus ei saisi ylittää 450 ppm:ää ja tulisi vakiinnuttaa suunnilleen tasolle 350 ppm.

Lähde: Scientific American, Elokuu 2010 (http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=threatening-ocean-life)

Täydennys 22.10.2019

”Jos 0,25 yksikön muutos riitti aiheuttamaan massasukupuuton, tulee meidän olla huolissamme.” Tutkijat arvioivat, että merten pH laskee 0,4 yksiköllä vuosisadan loppuun mennessä, mikäli hiilidioksidipäästöjä ei saada loppumaan. Tästä aiheutuisi merten ekosysteemeille ja elämän edellytyksille valtavaa ja erittäin pitkäkestoista haittaa.

https://www.pnas.org/content/early/2019/10/15/1905989116

https://www.theguardian.com/environment/2019/oct/21/ocean-acidification-can-cause-mass-extinctions-fossils-reveal

25.10.2019

Myös HS kirjoittaa aiheesta

https://www.hs.fi/tiede/art-2000006284435.html

kuvat: Esko Pettay

Aerosolit – ilmaston lämpenemisen suuri epävarmuustekijä

Ilmastotieteen kritiikki on viime aikoina keskittynyt epäolennaisiin yksityiskohtiin ja IPCC:n arvosteluun. Valitettavasti samalla ilmastotutkimuksen todelliset epävarmuudet ovat jääneet vähemmälle huomiolle ainakin julkisessa keskustelussa. Yhden merkittävän epävarmuuden muodostavat aerosolien vaikutukset.

Aerosolit ovat ilmakehän pieniä hiukkasia ja vaihtelevat kooltaan, rakenteeltaan ja kemialliselta koostumukseltaan. Fossiilisten polttoaineiden ja biomassan polttaminen on kasvattanut erityisesti rikki- ja orgaanisia yhdisteitä sisältävien hiukkasten ja noen määrää ilmakehässä. Ihmisen toiminta, kuten avolouhokset ja teolliset prosessit ovat lisänneet ilmakehän pölyisyyttä.

Aerosolihiukkaset vaikuttavat maapallon ilmastoon: hiukkaset sirottavat ja absorboivat auringosta tulevaa säteilyä. Ominaisuuksistaan ja sijainnistaan riippuen hiukkaset voivat olla ilmastoa viilentäviä tai lämmittäviä. Hiukkaset myös vaikuttavat pilvien muodostumiseen toimimalla pilvipisaroiden tiivistymisytiminä. Hiukkaspitoisuus vaikuttaa sekä pilvien koostumukseen että niiden elinikään ja sitä kautta niiden heijastamaan säteilyyn.

Hiukkaslaskeuma (noki) voi myös muuttaa jää- tai lumipeitteisen pinnan albedoa eli heijastussuhdetta ja siten edesauttaa jäätiköiden sulamista. Lumelle keväällä siroteltua tuhkaa voi käyttää esimerkkinä siitä, miten pienet tummat hiukkaset imevät auringon energiaa ja sulattavat lunta tehokkaasti. Nokipäästöillä on voimakkaita paikallisia vaikutuksia mm. vuoristojäätiköillä.

Aerosolien kokonaisvaikutus ilmastoon tunnetaan kuitenkin vielä melko heikosti, mutta kokonaisuudessaan aerosolit viilentävät ilmastoa nykytiedon mukaan. Hiukkaset viipyvät ilmakehässä kasvihuonekaasuihin verrattuna vähän aikaa, joten päästöjen muuttumisen vaikutukset ilmastoon ovat nopeammin havaittavissa.

Oheisessa IPCC:n raportin (suomennokset kirjoittajan) kaaviossa nähdään miten ihmistoiminta vaikuttaa lämpenemiskehitykseen. Osa toimistamme lämmittää ja osa viilentää ilmastoa. Kokonaisuudessaan ihmistoiminta on selkeästi lämmittävää, hiilidioksidin ollessa suurin yksittäinen tekijä. Mutta kaikkein suurimmat virhepalkit ovat aerosolien vaikutusten kohdalla – niiden viilentävän vaikutuksen suuruutta ei siis tunneta tarkkaan. Arviot aerosolien viilentävistä vaikutuksista vaihtelevat paljon mm. siksi, ettei aerosolien pitoisuuksia ja ominaisuuksia ilmakehässä kyetä tarkasti mittaamaan. Lisäksi niiden vaikutukset pilvisyyteen vaihtelevat olosuhteiden mukaan, mikä lisää arvioiden epävarmuutta (Schiermeier 2010).

Aerosoleja, erityisesti pienhiukkasia, syntyy mm. polttoprosesseissa. Vanhanaikaiset hiilivoimalat ja runsasrikkistä polttoainetta käyttävät valtameriliikenteessä kulkevat laivat ovat esimerkkejä tästä. Molemmista pääsee ilmaan suuria määriä pienhiukkasia ja molemmat vaikuttavat merkittävällä tavalla ilmastoon.

Ihmistoiminnan seurauksena syntyvät aerosolipäästöt ovat siis hidastaneet lämpenemistä ja vaikutus näyttäisi olevan merkittävä. Mm. Aasiassa niillä alueilla, joilla on toiminnassa paljon likaavaa hiilivoimaa, voidaan havaita paikallisia viilentäviä ilmastovaikutuksia (Tollefson 2010). Päästöjen puhdistaminen voisi nostaa alueen lämpötilaa selvästi. Arktisella alueelle kulkeutuu hyvin vähän aerosolipäästöjä. Tämä saattaa osaltaan selittää alueen voimakkaamman lämpenemisen.

Oheinen kuva osoittaa, miten laivaliikenteen päästöt selkeimmillään vaikuttavat pilvien muodostumiseen. Kuvassa näkyvät juovat ovat yksittäisten laivojen muodostamia pilviä Tyynellämerellä.

Avomerioloissa laivaliikenne voi olla merkittävä ilmastoon vaikuttava tekijä. Ulappa-alueilla on luontaisesti vain vähän tiivistymisytimiä pilvien muodostumiselle, joten laivojen pitkin maailman meriä levittämät pienhiukkaset luovat olosuhteet, jossa ilmankosteuden on mahdollista tiivistyä pilviksi. Näillä matalilla pilvillä arvioidaan olevan suuri ilmastoa viilentävä vaikutus. Toki on huomattava, että pilvien vaikutukset vaihtelevat vuorokauden- ja vuodenajan sekä maantieteellisen alueen mukaan. Kokonaisuudessaan laivaliikenteen viilentävän vaikutuksen on arvioitu olevan vuonna 2012 -0,57 – -0,58 wattia/m² (Lauer et al. 2009). Skeie kumppaneineen (2009) taas arvioi laivaliikenteen aiheuttaneen vuonna 2000 koko ihmistoiminnan ilmastovaikutuksiin verrattuna -7% vaikutuksen (viilentävä).

Aerosolit näyttävät vaikuttavan vahvasti siihen, miksei ilmasto ole vielä lämminnyt tämän enempää. Aerosolien viilentävä vaikutus tulee olemaan suuressa roolissa myös tulevaisuudessa, kun erityisesti Aasiassa rakennetaan uutta hiilivoimaa. Ilmaston lämpenemisen hidastaminen päästämällä ilmakehään terveydelle haitallisia päästöjä ei kuitenkaan ole pitkällä tähtäimellä järkevää. Mutta toisaalta, mikäli päästöt puhdistettaisiin nyt kertaheitolla, voisi lämpeneminen kiihtyä selvästi. Erityisen mielenkiinnon kohteena ovat laivaliikenteen päästöt, jotka jakautuvat ympäri maailman meriä ja vaikuttavat siten hyvin laajalla alueella. Laivojen polttoaineen rikkipitoisuuden vähentämisestä on jo tehty kansainvälinen sopimus, jonka seurauksena rikkipäästöjen määrä merillä tulee vähenemään (MARPOL, annex VI). Toisaalta laivojen reittejä muuttamalla olisi mahdollista vaikuttaa viilentävien päästöjen kohdentumiseen.

Kokonaisuudessaan aerosolien vaikutukset ovat siis yksi suurimmista, ellei suurin epävarmuustekijä ilmaston lämpenemisen suhteen. Epävarmuutta lisää vielä se, kuinka innokkaasti tulevaisuudessa tullaan pienhiukkaspäästöjä aiheuttavia toimintoja puhdistamaan. Joissain tapauksissa vastakkain saattavat asettua pienhiukkasten terveysriskit ja toisaalta päästöjen puhdistamisesta seuraavan lämpenemisen aiheuttamat haitat. Tulen palaamaan tähän aiheeseen lähitulevaisuudessa.

Lähteet:

Schiermeier 2010, THE REAL HOLES IN CLIMATE SCIENCE, Nature, Vol 463

Tollefson 2010, Asian pollution delays inevitable warming, Nature, Vol 463

Lauer et al. 2009, Assessment of Near-Future Policy Instruments for Oceangoing shipping, Impact on Atmospheric Aerosol Burdens and the Earth’s Radiation Budget, Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 5592-5598

Skeie et al. 2009, Global temperature change from the transport sectors: Historical development and future scenarios, Atmospheric Environment, Volume 43, Issue 39

Hiukkastietosivusto

International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, MARPOL Annex VI

Mainittujen lähteiden lisäksi kirjoituksessa on käytetty lukuisiin lähteisiin pohjautuvaa omaa pohdintaa.

Lisäksi suosittelen tutustumaan tässä blogissa julkaistuun selkeään yhteenvetoon siitä, miksi tiedämme ihmisen aiheuttaman ilmastonmuutoksen olevan totta.