Kansikuvan seloste: Lapin lompolot kertovat muinaisesta ilmastosta.

Transkriptio

1 1

2 Sisällysluettelo: 1. Toimeksianto Cofecha Kinsys -ajoitusmenetelmä Cofecha-taulukoiden tulkinta Tulokset ja tarkastelua Lisätiedot Kansikuvan seloste: Lapin lompolot kertovat muinaisesta ilmastosta. Mänty on ihanteellinen puulaji pitkän ajan kasvun vaihtelun tutkimiseen, sillä sen säilyvyys on pihkan, tervaisuuden ja muiden kemiallisten ominaisuuksien ansiosta omaa luokkaansa. Mänty kestää pystypuuna tai maakelona lahoamatta satoja vuosia. Kylmissä, vähähappisissa järvissä ja soissa osittain tai kokonaan mutaan hautautuneet rungot (megafossiilit, subfossiilit) säilyvät mittauskelpoisina tuhansia vuosia. Lapin vanhimmat muinaismännyt elivät noin 7500 vuotta sitten. Niiden jäänteitä löytyy sekä Enontekiön Pöyrisjärven suunnalta että Inarinjärven pohjoispuolisista järvistä. Vanhimmat Keski-Ruotsin tuntureilta löydetyt männyt elivät yli 9000 vuotta sitten. Kajaanin seudulta löydettiin viime kesänä (2002) arkeologisissa kaivauksissa noin vuotta vanhaa puuhiiltä. Nykyisen männyn metsänrajan ylä- tai pohjoispuolisissa pikkulompoloissa säilyneet muinaismäntyjen jäänteet ovat tiedonlähteitä, jotka kertovat erityisesti vuosituhansien takaisesta ns. Atlanttisen kauden ilmastosta. Vuosilustot kertovat myös paljon muustakin, sillä ne reagoivat herkästi kasvullaan ympäristössä tapahtuviin muutoksiin Lapin muinaismännyistä on rakennettu professori Matti Erosen johdolla kansallisena yhteistyönä 7520 vuoden pituinen lustosarja, joka on maailman kolmanneksi pisin vuodentarkka sarja. Tätä Lapin sarjaa pidetään jopa maailman parhaimpana ilmastovaihtelujen mittarina ainutlaatuisen pituutensa ja selkeän kesä-heinäkuun lämpöoloja kuvaavan ilmastosignaalinsa ansiosta. Lustosarjan kehittämistyö jatkuu edelleen: tavoitteena on mm. parantaa sen aineiston edustavuutta lisäämällä näytemäärää sekä pidentää sitä ainakin 1000 vuodella yli 8500 vuoteen. Lapissa tästä kansainvälisenkin huomion kohteena olevasta työstä vastaa Rovaniemen tutkimusaseman tutkija Mauri Timonen, joka toimii Metlan lustotutkimuksen kehittämishankkeen Lustian vastuututkijana. Näkkäläntien läheisyydessä sijaitsevan suppalammen (kansikuva) pohjamudasta on löytynyt useita kymmeniä muinaispuiden runkoja, joista vanhin osoittautui 3500 vuoden ikäiseksi. - Kirjoittajan yhteystiedot: Osoite: Rovaniemen tutkimusasema, PL 16, ROVANIEMI Puhelin: Fax: Sp: mauri.timonen@metla.fi 2

3 1. Toimeksianto Tehtävä: Toimeksiantaja: Näyte Näytteen sijainti: : subfossiilisen mäntynäytteen ajoitus : Timo Karjalainen (Lapin radio/metsäradio) : mäntyrungosta sahatun kiekko : Karigasniemen tien varsi, Petsikko, pieni lampi, nykyisen : metsänrajan yläpuolella. 3

4 2. Cofecha Kinsys -ajoitusmenetelmä Puunäytteen vuodentarkka ajoittaminen perustuu amerikkalaisen A.E. Douglassin kehittämään ristiinajoitusmenetelmään (cross-dating). Sen lähtökohtana on ns. ilmastosignaalin tunnistaminen näytteistä. Ilmastosignaali, joka voi ilmetä poikkeuksellisen kapeana tai leveänä vuosirenkaana, syntyy vain silloin, kun jokin säätekijä toimii puunkasvun minimitekijänä. Jos vuodet ovat veljeksiä keskenään eli sääolosuhteet ovat joka vuosi samanlaiset, jäävät myös vuosilustot tasapaksuiksi. Näin ollen esimerkiksi kasvihuoneessa kasvaneista puista ei löydy minkäänlaista ilmaston vaihteluita kuvaavaa signaalia. Silloin ei ristiinajoitusmenetelmästä ole apua eikä menetelmä siis toimi. Lapin männyn kasvu riippuu voimakkaasti kasvukauden (pääasiassa kesä-heinäkuu) aikaisesta lämpötilasta. Kun kasvukausi jää viileäksi, ovat myös lustot kapeita. Ilmiö on lisäksi havaittavissa samanlaisena laajoilla alueilla. Näiden poikkeuksellisen kapeiden lustojen muodostumisvuodet, joita kutsutaan piikkivuosiksi (pointer years, event years), tunnetaan tarkasti aiempien tutkimusten perusteella. Piikkivuodet muodostavat viivakoodia muistuttavan sormenjäljen, joka voidaan tunnistaa yksiselitteisesti tutkittavasta lustosarjasta. Hyviä metsänrajamännyn piikkivuosi ovat olleet mm. vuodet 1963, 1929, 1903, 1900, 1888, 1837, 1806, 1769, 1734, 1709, 1696, 1680, 1620, 1601, 1574 ja Ristiinajoituksessa tarkastellaan näytteen ja vertailusarjan keskinäistä riippuvuutta. Tutkittava näyte jaetaan määrämittaisiin peräkkäisiin jaksoihin (segment), jonka jälkeen jokaista jaksoa verrataan vertailusarjan kaikkiin mahdollisiin vaihtoehtoihin. Jos jakso koostuu esimerkiksi 50 lustosta, verrataan sitä ensiksi vertailusarjan lustoihin 1-50 laskemalla niiden välinen korrelaatiokerroin. Tämän jälkeen jaksoa verrataan lustoihin 2-51, seuraavaksi lustoihin 3-52 jne. Korrelaatiot laskentaan koko näytteelle. Menettelyllä saadaan joukko korrelaatiokertoimia, joissa suurin edustaa parasta yhteensopivuutta. Näytteen ajoittaminen tehostuu, kun segmentit valitaan osittain päällekkäisinä: jakson 1-50 lustoa jälkeen voidaan tarkastella segmenttiä 26-75, sitten , jne. Näytteet mitattiin kotimaisella KS-lustonmittauslaitteistolla, analysoitiin ja ajoitusehdotuksiksi amerikkalaisen DPL-ohjelmiston Cofecha-ohjelmalla sekä tulkittiin kalenterivuosiksi kotimaisella KINSYS-ohjelmistolla. Vertailusarjana ajoituksessa käytettiin Advance-10K-hankkeessa julkaistua Lapin 7520-vuotista metsänrajamännyn lustosarjaa. 3. Cofecha-taulukoiden tulkinta Cofecha-ohjelman muodostama tulostustiedosto sisältää tietoa ajoitusanalyysin eri vaiheista. Ajoitustietojen löytäminen voi alussa olla vaikeaa tulostuksen sisältämän runsaan tilastomatematiikan vuoksi. Onneksi perusteellisempaa taulukoiden tulkintaa tarvitaan vasta silloin, kun on tarve paikallistaa lustoaineistoissa olevat virheet. Ohjelman ehdottama ajoitus muutetaan kalenterivuosiksi lisäämällä parametrin Counted Segment arvoihin lisätään Add -parametrin arvo. Näin ollen ensimmäisen 50- vuotissegmentin alkuvuodeksi tulisi = 1515, toisen = jne. Ajoitus tapahtuu vertaamalla 50 vuoden lustosegmenttejä oikeana pidettävään 4

5 vertailusarjaan (master series) ja laskemalla niiden välille korrelaatiokertoimia. Paras ajoitus saadaan, kun valitaan maksimikorrelaatiota osoittava vuosilisäys. Tätä varten korrelaatiot on lajiteltu paremmuusjärjestykseen, joten ensimmäisessä kentässä Corr #1 on ko. lustosegmentin paras riippuvuus vertailusarjaan. Paras korrelaatio ei ole kuitenkaan tae parhaasta ajoituksesta: kyse voi olla myös sattumasta. Parhaaseen tulokseen pääsee, kun tarkkailee taulukon kaikkia kymmentä kenttää ja etsii viittauksia samaan kalenterivuoteen. Kun sama vuosi esiintyy useassa segmentissä, merkitsee se yleensä vihjettä oikeasta ajoittumisesta. Cofecha ehdottaa tällä periaatteella laskettua vuosilisäystä +0 Number of segments -kentässä. Jos segmentin lustojen korrelaatio ylittää 0.50, voidaan tulosta pitää ajoituksena kannalta hyvänä. Sama koskee näytteen kaikkien mitattujen lustojen ja vertailusarjan välistä korrelaatiota. Alle 0.50 suuruiset korrelaatiot kertovat heikosta ilmastosignaalista, mittausvaikeuksista ja muista ongelmista. Näissäkin tilanteissa oikean ajoituksen löytyminen on usein mahdollista, mutta se edellyttää tulkintakokemusta. Kentissä näkyvät nollalisäykset johtuvat siitä, että näytteen syntyvuodeksi on merkitty ajoituksesta saatu todennäköisin vuosi. Kun ajoitus on oikea, pitäisi vuosilisäysarvon olla silloin jokaisen segmentin kohdalla 0. Nollasta poikkeavat arvot kertovat heikosta ajoittumisesta ja antavat samalla vihjeitä mahdollisista syistä. Cofecha tekee oman ajoitusehdotuksensa vain silloin, kun löytyy vähintään kolme samanlaista ajoitusta. Tilanteissa, joissa segmenttien lukumäärä jää alle kolmen, on ajoitusehdotus yritettävä ratkaista taulukkoa tulkitsemalla ja päättelemällä. Tässä tapauksessa näyttää segmenttien ( ) ja ) ajoitusehdotus (-4108) mahdolliselta. Tehdään siis valistunut arvaus ja testataan silmävaraisesti lustokäyristä ajoituksen yhteensopivuutta. 4. Tulokset ja tarkastelua Analysoitujen näytekiekkojen lustot ajoittuivat välille ekr. (Taulukko 1). Tulos on varmistettavissa lustosarjojen graafisella tarkastelulla kuvien 1 ja 2 perusteella. Näytteiden osoittautuminen yli 4000 vuotta sitten kasvaneiden puiden jäännöksiksi ei ole yllätys, sillä ne oli valittu nykyisen mäntymetsänrajan pohjoispuoliselta alueelta. 5. Lisätiedot Helama, S., Lindholm, M., Timonen, M. & Eronen, M The supra-long Scots pine tree-ring record for Finnish Lapland Part 2: interannual to centennial variability in summer temperatures for 7500 years. The Holocene 12,6 (2002) pp Painossa. Mielikäinen, K., Nöjd, P., Pesonen, E. & Timonen, M Puun muisti. Kasvun vaihtelu päivästä vuosituhanteen. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja s. Timonen M Lustotiedon tutkimusjärjestelmä. KINSYS: integroitu käyttöliittymä vuosilustotiedon hallintaan, tilastolliseen analyysiin ja graafiseen esittämiseen. vers Dendrokronologian laboratorion tiedonanto 1/02. Rovaniemen tutkimusasema. Moniste. 40s. Timonen, M Puun muistikirja. Julkaisussa: Ympäristö ja tutkimus Ylä-Lapissa 1990-luvulla. Seminaari Siidassa Metsähallituksen metsätalouden julkaisuja FINTRLABS-sivusto ( 5

6 Kuva 2. Lapin metsänrajamännyn vuotisen lustosarjan aineistonkeruukohteet Kuva 2. Lapin metsänrajamännyn 7520-vuotisen lustosarjan esittelyä. Näytteitä on joissakin sarjan kohdissa alle 10, mikä ei haittaa ajoitusta, mutta vaikeuttaa aineiston tilastollista analysointia. Tavoitteena on saada kerätyksi jokaista vuotta kohti vähintään 30 näytettä. 6

7 Kuva 2. Silmävarainen ajoitustuloksen arviointi on epävarmoissa tapauksissa välttämätöntä. Tässäkin tapauksessa näytteen ja vertailusarjan samansuuntainen vaihtelu vahvistaa tulosta. 7

8 Kuva 3. Alinna Advance-10K-sarjan vuosilustoindeksi, keskellä ajoittuneista näytekiekoista laskettu indeksi ja ylimpänä indeksien välinen ns. ikkunakorrelaatio. Se lasketaan 20 vuoden ikkunoissa liu uttamalla laskentaan kullakin kerralla vuodella eteen päin. Kun korrelaatio pysyy 0.50:n paremmalla puolella, on tulos hyvä. Tässä tapauksessa sattui kymmenen vuoden heikkokorrelaatioinen jakso välillä ekr Kuva 3. Holeseenin aikaiset lämpötilavaihtelut Bradleyn ym. mukaan. 8

9 Kuva 3. Tutkittava megafossiilinäyte 3 megapikselin digikameralla kuvattuna. Näytekiekossa on enimmillään 109 vuosirengasta. Ajan hampaan jälki näkyy puussa ei suinkaan lahoamisena vaan kulumisena. Kulumisen näkee epämuotoisuudesta ja siitä, että vuosirenkaat ovat pinnassa rikkoutuneet. Kiekon reuna on hioutunut kulmikkaaksi siksi, että puurungon tyviosa on ollut osittain veden pinnan yläpuolella, jolloin veden, jään ja tuulen tuhansien vuosien aikana tekemä höyläys- ja hiekkapuhallus yhdessä lahoamisen kanssa on leikannut ilman kanssa kosketuksessa olevan osan pois. Runko on myöhemmin pyörähtänyt ilmeisesti kevätjäiden liikkumisen yhteydessä noin 135 astetta, jolloin kuluminen on alkanut uudelta suunnalta. Kun runko on aikanaan katkennut veden yläpuoliselta osaltaan katkennut, on se uponnut sen jälkeen lammen mutaan, jossa se on säilynyt meidän päiviimme saakka. 9

10 Taulukko 1. Cofecha-tulostuksen alkusivu DENDROCHRONOLOGY PROGRAM LIBRARY Run ZZ Program COF 10:56 P R O G R A M C O F E C H A Version 2.02P QUALITY CONTROL AND DATING CHECK OF TREE-RING MEASUREMENTS File of DATED series: Adv10sf1.mac File of UNDATED series: ajo03-1.tuc CONTENTS: Part 1: Title page, options selected, summary, absent rings by series Part 2: Histogram of time spans Part 3: Master series with sample depth and absent rings by year Part 4: Bar plot of Master Dating Series Part 5: Correlation by segment of each series with Master Part 6: Potential problems: low correlation, divergent year-to-year changes, absent rings, outliers Part 7: Descriptive statistics Part 8: Undated series - adjustments for highest correlations RUN CONTROL OPTIONS SELECTED VALUE 1 Cubic smoothing spline 50% wavelength cutoff for filtering: 32 years 2 Segments examined are 50 years lagged successively by 25 years 3 Autoregressive model applied A Residuals are used in master dating series and testing 4 Series transformed to logarithms Y Each series log-transformed for master dating series and testing 5 Critical correlation, 99% confidence level Master dating series saved N 7 Listing of ring measurements in Part 6 N 8 Parts printed Absent rings included in master series N 10

11 Taulukko 2. Ajoitustaulukot Näyte Tka4438 Time span years, best matches for 50-year segments lagged 25 years Counted Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Series Segment Add # 1 Add # 2 Add # 3 Add # 4 Add # 5 Add # 6 Add # 7 Add # 8 Add # 9 Add #10 Add # TKa TKa Näytteen kalenterivuodet: (-2215= , -2107= ) Näyte Tka4439 Counted Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Series Segment Add # 1 Add # 2 Add # 3 Add # 4 Add # 5 Add # 6 Add # 7 Add # 8 Add # 9 Add #10 Add # TKa TKa TKa TKa Lag from prior segment 10 years - insufficient Näytteen kalenterivuodet: (-2215= , -2107= ) Näyte Tka4440 = Counted Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Corr Series Segment Add # 1 Add # 2 Add # 3 Add # 4 Add # 5 Add # 6 Add # 7 Add # 8 Add # 9 Add #10 Add # TKa TKa TKa TKa Lag from prior segment 9 years - insufficient Näytteen kalenterivuodet: (-2215= , -2107= ) 11

12 12