Geologiset tutkimusaineistot ympäristön tilan kuvauksessa ja analyysissä

Transkriptio

1 Mauri Timonen GTK:n ja METLAn yhteispalaver Geologian tutkimuskeskuksessa Rovaniemellä Pekka Nöjd / Geologiset tutkimusaineistot ympäristön tilan kuvauksessa ja analyysissä Mauri Timonen Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

2 Kaaviokuva puun kasvusta, jonka peruskomponentteja ovat pituuskasvu, paksuuskasvu ja tilavuuskasvu. Oman kokonaisuutensa muodostaa vuosiluston sisällä tapahtuva kasvukauden aikainen solututkimus, joka on merkittävästi lisännyt kasvutapahtumaa ja sen myötä myös ilmastonmuutosta koskevaa ymmärtämystämme. Mauri Timonen

3 Mauri Timonen 250-vuotias metsänrajamänty Levin lakialueella toimittaja Pekka Maunon tutkittavana (2003) Lapin metsänrajamännyn kasvu riippuu voimakkaasti kesä-heinäkuun lämpötilasta. Tähän ominaisuuteen, puuaineksen hyvään säilyvyyteen ja helppoon saatavuuteen sekä koko joukkoon myös muita ominaisuuksia perustuu liki 8000 vuoden ajanjakson kattava kotimainen ns. dendroklimatologinen ilmastonmuutostutkimuksemme.

4 Mauri Timonen Näkymä Näkkälästä Pöyrisjärvelle johtavalta tieltä. Mänty ja koivu saapuivat idästä Lappiin vuotta sitten, kuusi vasta 3000 vuotta sitten. Ilmasto oli useita asteita nykyistä lämpimämpi vuotta sitten ns. atlanttisella kaudella. Järeää mäntyä kasvoi silloin nykyisen mäntymetsänrajan ylä- ja pohjoispuolella (alpiininen ja polaarinen raja). Vanhin Suomesta löydetty männyn megafossiili syntyi Inarin Iijärvellä 5633 eaa., ts. yli 7641 vuotta sitten. Mauri Timonen Muinaista metsää yläkuvan lammen katkoviivalla osoitetussa kohdassa.

5 dddd Harjanteella 470 metrin korkeudella merenpinnasta sijaitseva Käsivarren Vallijärvi on yksi mielenkiintoisimmista atlanttisen kauden mäntymegafossiililähteistä. Viimeiset männyt joutuivat ilmaston viiletessä väistymään sieltä noin puolitoistatuhatta vuotta sitten.

6 Mauri Timonen Mauri Timonen Mauri Timonen Näkymiä Käsivarren Vallijärveltä (1998) Vallijärven muinaisrungot ovat kiistaton osoitus siitä, että ilmasto on joskus ollut männylle nykyistä suotuisampi. Viimeiset havainnot männyistä ajoittuva 600-luvulle jaa. Nykyinen mäntymetsänraja jää kymmeniä kilometrejä etelämmäksi, Pättikän tienoille.

7 Mauri Timonen Näkymä Näkkälän suppalammelta (1998) Rantanäkymä Näkkälän suppalammelta. Jos mäntyä on ennen muinoin kasvanut rannalla, tarjoaa turvepohjainen ranta parhaat olosuhteet männyn megafossiilien pitkäaikaiseen, jopa yli 7500 vuoden säilymiseen lahoamattomana. Turpeen alla oleva paksu mutakerros estää myös runkojen mekaanista kulumista ja vähentää mikrobitoiminnan minimiinsä, varsinkin silloin, kun vesi on hetepohjaista.

8 Mauri Timonen Näkymä Pulmankijärven lammelta (2007) Suomen pohjoisimman ison järven, Pulmankijärven, viereisen pikku lammen rannalla ei näy merkkiäkään elävistä männyistä, kantojuurakoista puhumattakaan. Tunturikoivu on vallannut seudun. Mutta tämänkin lammen pohjasta löytyy tukkipuukokoisia männyn megafossiileja.

9 Männyn megafossiilit paikallistetaan rantamudasta helpoiten joko snorklaamalla ja katsekontaktilla tai jalkatutkaimella. Viimeksi mainitulla tarkoitetaan hidasta kahlaamista vedessä rannan myötäisesti siten, että jalka vajoaa joka askeleella mahdollisimman syvälle mutaan. Kun jalka osuu kovaan kohteeseen, voi kyseessä olla muinainen puunrunko. Lähempi tunnustelu paljastaa, onko syytä ryhtyä jatkotoimenpiteisiin rungon nostamiseksi. Jos runko kuitenkin on liian syvällä mudassa, tunnusteluvaihe jätetään sikseen ja ryhdytään suoriin nostotoimenpiteisiin järeämmillä laitteilla. Mauri Timonen Tauno Luosujärvi etsintätyössä Kolarin Pitkäjärvellä Mauri Timonen Tauno Luosujärvi etsintätyössä Inarin Rahajärvellä

10 Mauri Timonen Timo Pennanen sukellusleirillä Hossan Öllörijärvellä Oma haasteensa on sahata sukellusvarusteissa kiekkonäytettä pöllyävän mudan peittäessä kaiken näkyvyyden. Ongelmana lisäksi on suuri ilmankulutus: kiekon sahaaminen järeämmästä rungosta saattaa tyhjentää ilmavaraston kokonaan!

11 Mauri Timonen Kalmankaltion tien varsi1998 Tällainen järeärunkoinen männyn megafossiili paljastui Kalmankaltion pikku lammen soistuneen reunan alta. Puu kaatui ja upposi rantamutaan noin 5000 vuotta sitten.

12 Mauri Timonen Mikko Välimaa ja Kullervo Ruotsalainen nostotöissä Kalmankaltion järvellä 1996 Ranskalaisvalmisteinen talja Tirfor T metrisine ja 11 mm paksuine teräsvaijereineen on melko painava (20 kg) yhdistelmä kannettavaksi. Mutta painonsa vastineeksi se vetää maataloustraktorin tehoilla (3000 kp). Työryhmä on vinssannut rannalle järven paksun pohjamudan syvyyksistä puolenkymmentä atlanttisella kaudella peräisin olevaa, noin 5000 vuoden ikäistä mäntymegafossiilia.

13 Mauri Timonen Mauri Timonen Kalmankaltion lampi Mauri Timonen Näytekiekot on helpointa leikata moottorisahalla, jonka teräketjua voidellaan luontoa saastuttamattomalla rypsiöljyllä. Vuosituhansien ikäinen subfossiinen puuaines kimaltelee näytteenoton jälkeen kirkkaankeltaisena. Mutta kestää vain minuuttia, kun pinta on jo ehtinyt hapettua kuparinruskeaksi. Rannalle vedetyt rungot palautetaan merkintöjen jälkeen takaisin veteen, jossa ne paikallistetaan tarvittaessa uudelleen.

14 Suomen silhuettia pystyasennossa ja peilikuvana muistuttavat näytekiekot sahattiin tästä krokotiiliä muistuttavasta 2700 vuotta vanhasta Vallijärven mäntyrungosta. Vaikka runko on jo puoleksi hävinnyt, on siinä silti vielä jäljellä joitakin oksia. Alla olevat näytekiekot on leikattu nuolien osoittamasta paikasta. Mauri Timonen Vallijärven Suomipuu (1998)

15 Kuva kiekot on kerätty yli 30 metsänrajaseudun järvestä (kartta). Tästä kiekkokasasta rakennetaan vuosilustokalenteri! Mauri Timonen Metlassa vuonna 1994 kootun ensimmäisen pitkän mäntylustosarjan pituus oli 1911 vuotta. Siihen tarvittiin 33 järvestä kerätty 400 näytekiekon aineisto. Sarjan nuorempi pää rakennettiin Saariselän Riekkovaaran ja Muotkaruoktun kelojen kairausnäytteistä (100 kpl) ja Metlan Valtakunnallisen KasvuIndeksipalvelun (VKIP) indeksikoelastuista (800 kpl).

16 1122 A Kantojuurakko Muotkanruoktun Kuntsavaara 1999 B R96A23 Peltovuoman Pitkäjärvi 1999 Mauri Timonen C Kelo, 1000 v Muotkanruoktu 1999 D Vallijärvi 1999 E VAL0473 Suomi-puu, Vallijärvi 1999 Megafossiilikiekot ovat toisinaan luonnon taideteoksia.

17 Metlan keräämiä Lapin pitkän lustosarjan keruukohteita (järviä) Advance-10K projektissa (1999).

18 Mauri Timonen Tauno Luosujärvi mittaustyössä (2000) Näytteet mitataan joko mikroskoopin välityksellä suoraan kiekosta tai videomonitoria apuna käyttäen. Laitteistoon on kytketty myös mikrotietokone, jonka lustonmittausohjelma huolehtii tietojen siirtymisestä tiedostoon.

19 Puunäytteiden dendrokronologisen ajoittamisen (ristiinajoittamisen) perusideana on paikallistaa eri näytteistä saman kalenterivuoden lustot. Tieto siitä, että männyn kasvun minimitekijänä Lapissa on lämpötila ja että kesät eivät ole veljeksiä keskenään, tarjoaa mahdollisuuden viivakoodimaisen kuvion laatimiseen poikkeuksellisten ja naapureistaan selvästi erottuvien kasvuvuosien perusteella. Tähän ns. Skeleton Plot-menetelmään tarvitaan vain suurennuslasi, kynä ja millimetripaperia (ei siis edellytä lustonmittausta). Yksinkertaisimmassa ajoittamisessa tällä tavalla laadittua viivakoodia verrataan toisen näytteen tai aiemmin laadittuun vertailusarjan vastaavaan viivakoodiin, jolloin oikea ajoitus löytyy (vrt. kuva). Jos lustonleveydet on mitattu, ajoitus käy helpoimmin korrelaatiotarkasteluilla. Ks. cross-dating esimerkkiä

20 Männyn kasvun vaihtelu metsänrajalla Ilmaston (kesä-heinäkuu) pitkäaikaisen vaihtelun tyypilliset laskut ja nousut näkyvät selkeästi Lapin männyn vuosilustoindeksissä. Kaksi samankaltaista noin 65 vuoden pituista jaksoa ja Niissä kasvut huipentuivat ja 1920-luvuilla luvun trendit: nousua , laskua , nousua , tasaista , nousua

21 Lapin lukuisat metsänrajaseudulla sijaitsevat tunturit muodostavat hyvän lähtökohdan Pohjoismaiden ja Venäjän yhteiselle ilmastonmuutos- ja metsänrajatutkimukselle.

22 Esimerkki Kukastunturin mittauksista vuonna Pääasiassa kairauksiin perustuvalla seurantatutkimuksella testataan mm. lakialueen puiden kasvua, jonka kiihtymisen pitäisi IPCC:n käsityksen mukaan kertoa ilmastonmuutoksen voimistumisesta. Tutkitut puut osoittivatkin kasvun lisääntyneen viime vuosina, mutta havaintojen vähäisyys estää tekemästä pitemmälle meneviä johtopäätöksiä.

23 Kolarin Kukastunturista on tullut yksi kotimaisen lustotutkimuksemme kohdealueista. Alueen metsänrajamäntyjen kasvuista seurataan mm. ilmastonvaihteluita ja ilmaston trendimäisiä muutoksia, jotka ovat tämänhetkisen ilmastokeskustelun päivänpolttavin aihe.

24 Suomen suurilmasto on osa laajempaa Kölivuoriston ja Uralvuorten rajaamaa laaksoaluetta. Suurilmasto, jota Suomessa säätelee mm. Golf-virta lounaistuulten avustamana, ei kuitenkaan määrittele koko ilmastoa, sillä paikalliset olosuhteet (pinnanmuodot, mereisyys/ mantereisuus, pohjoisuus/eteläisyys, korkeusmerenpinnasta jne.) ovat saavat aikaan tuhansien paikallisilmastojen kirjon kehittymisen. Ilmastonmuutoksen tutkiminen on ilmaston sirpaleisuuden vuoksi erittäin haastavaa, sillä laajoja alueita koskevia päätelmiä ilmaston nykytilasta tai tulevaisuudesta ei pidä tehdä suppeassa joukossa paikallisilmastojen tehtyjen tutkimusten perusteella. Tutkimusta ei pidä myöskään rajata yksittäisen valtion rajojen sisälle, koska suurilmaston vaikutukset tulevat rajojen ulkopuolelta. Siksi Suomessakin on syytä keskittyä kansainväliseen yhteistyöhön, mikäli haluamme paremmin ymmärtää oman ilmastomme nykyhetkeä ja tulevaisuutta. Kuvassa Euraasian ilmastonmuutosta koskevan Metlan EURAMOUNTAINCLIMATES suunnitelman yhteistyötahot.

25 Holoseenin ilmastovaihtelut (sinipuna) ja Lapin metsänrajamännyn lyhytjaksoiset (<100 v) kasvutrendit (valkoinen viiva). Pitempijaksoiset kasvutrendit saadaan näkyviin RCS-metodilla. Erityistä huomiota kiinnittää vuoden 1630 eaa. paikkeilla oleva kasvun romahtaminen, joka ilmeisesti on liityksissä Santorinin tulivuoren jättiräjähdykseen (ks. Myös muut purkaukset näkyvät pienempinä piikkeinä lustosarjassa kuten Mt. Pelée 2440 eaa.(?) Rabaul (?) 536 jaa. (?) ja Huaynaputina 1600 jaa. Mauri Timonen

26 Mauri Timonen Tulivuoritoiminta näkyy Lapin metsänrajamännyssä kasvun romahduksina eli poikkeuksellisen kapeina vuosilustoina. Ilmiö selittyy yläilmakehään joutuneella tuhkalla, joka heikentää auringon säteilyn läpipääsyä alailmakehään. Ilmiö saattaa kestää vuosia tai vuosikymmeniäkin, varsinkin silloin, kun useita tulivuoria purkautuu peräkkäisinä vuosina. Vasemmanpuoleisesta kuvasta nähdään tulivuorten suuri määrä mannerlaattojen murroskohdissa. Tulivuoritilasto: )

27 Viite: Mäkinen, K Tiedonanto Vuotson interglasiaalisesta lehtikuusen rungosta.geologi 34: CC-Art/ FinnishRes/1982_Makinen_VuotsonLehtikuusi.pdf Mauri Timonen Vuotson kanava kaivutöiden aikana löytynyt lehtikuusen runko on peräisin viime jääkautta edeltäneeltä Eemikaudelta ( vuotta sitten)

28 Onko tulossa? Mauri Timonen Kahden viime lämpökauden (interglasiaalin) ja niiden välisen jääkauden lämpötilavaihtelu on vain viiden asteen luokkaa. Ilmaston lämpenemisen ja viilenemisen marginaalit pohjoisilla alueella ovat pienet. Lisäksi lämpökaudet ovat lyhyitä: Eemikausi kesti vain (tai 17000) vuotta. Koska nykyistä lämpökautta on eletty jo vuoden verran, on Suomikin hyvää vauhtia, ainakin periaatteessa, liukumassa seuraavaan jääkauteen. Linkki

29 Mauri Timonen Pulmankijärven viereinen pikku lampi Metsänrajamänty ilmastotutkimuksen superpuu? Mikä on Lapin männyn tehtävä uudessa globaali-ilmastonmuutostehtävässään? Ilmastovaihteluiden perusseurannan ohella kiinnostaa erityiskysymys, mikä on luontaista ja mikä ihmisen aiheuttamaa vaihtelua. Jos luontaisen vaihtelun osuutta ei tunneta, on myös ihmisen luontoa haittaavan vaikutuksen arviointi vaikeaa. Metsänrajamännyn vuosilustot kertovat vuosien välisistä säiden vaihteluista, mikä tarjoaa keinon määritellä luontaisen vaihtelun rajoja. Olemme toistaiseksi keskittäneet tutkimuksemme lustoleveyksien analysointiin. Vuosilustojen monet muut muuttujat, joita ovat mm. kevät- ja kesäpuun suhteet, vuotuiset tiheys- ja isotooppivaihtelut, solurakenteet sekä kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet, reagoivat ilmastoon hiukan toisella tavalla kuin luston vuotuinen paksuuskasvu. Yhdistelemällä näiden eri proksien (ilmaston ominaisuuksia likimääräisesti kuvaavien muuttujien) tietoja toisiinsa saadaan tarkentuva kuva muinaisen ilmaston ominaispiirteistä.

30 Ympäristön seuranta: Lahnaslammen talkkipäästöt

31 Maaperän sähkönjohtavuuden vaikutus puun kasvuun on ollut yksi tutkimuksen viime vuosien mielenkiintoisista aiheista. Meneillään oleva laajahkon kasvututkimusaineiston keruu yhteistyössä GTK:n (Sutinen) kanssa antaa mahdollisuuden selvittää yksityiskohtaisemmin maaperän ja puun kasvun välistä yhteyttä. Myös geokemiallisen datan hyödyntäminen voi lisätä tietoamme metsien kasvun alueellisesta vaihtelusta.

32 Lustotutkimuksen (dendrokronologian) 8. kansainvälinen konferenssi Rovaniemellä Odotamme noin 400 osanottajaa yli 40 maasta Kokousta edeltää lustotutkijoiden kenttäviikko ( ) Kokouksen jälkiretkeilyt: - Skandinavinen metsänrajaretkeily ( ) - Komin retkeily ( ) - Etelä-Suomen retkeily ( ) Kokouksen teemoja: Ilmastonmuutos laajoilla maantieteellisillä alueilla Ihmisen selviytyminen muuttuvassa ilmastossa Ilmastomallitukset Lustodatojen tietokannat Suulliset posteriesitykset