Ilmastomuutokset. Parin viime vuosisadan aikana ihmisen teollinen toiminta on tullut yhdeksi maapallon MAAPALLO POTILAANA

Transkriptio

1 MAAPALLO POTILAANA Ilmastomuutokset Eero Holopainen Ö ljyn ja hiilen käyttö lisää ilman hiilidioksidipitoisuutta ja ilmassa leijuvien aerosolihiukkasten määrää. Nykytiedon mukaan ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kasvu lämmittää ilmastoa ja hiukkasten määrän kasvu puolestaan jäähdyttää sitä. Nettovaikutuksena ilman keskilämpötilan arvioidaan nousevan vuoteen 2100 mennessä ihmisen teollisen toiminnan takia noin 2 C (epävarmuusväli 1 3,5 C). Tällainen lämpeneminen olisi nopeampaa kuin maapallolla on koettu viime vuoden aikana. Lämpötila jatkaisi nousuaan vielä vuoden 2100 jälkeenkin, vaikka ilman hiilidioksidipitoisuuden kasvu saataisiin siihen mennessä pysähtymään. Ilmastossa esiintyy luonnostaan suurta vaihtelua, jonka vuoksi ihmisen aiheuttama lämpeneminen ei vielä toistaiseksi selvästi näy esimerkiksi Suomen havaintosarjoissa. Ihmisen vaikutus ilmastoon näkyy kuitenkin jo maailmanlaajuisissa tarkasteluissa. Se noussee erääksi tulevien sukupolvien suurimmista huolenaiheista. Jo nyt on kuitenkin selvää, että vain sitovilla kansainvälisillä fossiilisten polttoaineiden käyttörajoituksilla voidaan ihmisen aiheuttamaan ilmastomuutokseen vaikuttaa, ja niilläkin vain pitkällä aikavälillä. Parin viime vuosisadan aikana ihmisen teollinen toiminta on tullut yhdeksi maapallon ilmastoa muuttavaksi tekijäksi. Ilman»hivenkaasujen» kuten hiilidioksidin ja metaanin pitoisuudet samoin kuin ilman hiukkasmäärät ovat ihmisen toimien takia jo kiistatta kasvaneet ja otsonipitoisuudet muuttuneet. Kaikki nämä muutokset vaikuttavat valon Duodecim 113: ,

2 ja lämpösäteilyn kulkuun maapallon ilmakehässä ja sitä kautta lämpötilaan ja muihin ilmastosuureisiin. Seuraavassa tarkoitan ilmastomuutoksella nimenomaan ihmisen aiheuttamaa muutosta. Maapallon ilmaston peruspiirre on sään suuri luonnollinen vaihtelu, minkä vuoksi havainnoissa on tähän saakka ollut vaikea nähdä ihmisen vaikutusta. Nyt tämä tilanne on muuttumassa. Hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) luonnontieteellinen työryhmä WG1 on julkaissut useita katsauksia ilmastonmuutosten näkymistä; tuorein niistä on IPCC/WG1 (1996). Muutoksen vaikutuksia on tarkastellut IPCC:n toinen työryhmä WG2; sen tuorein raportti on IPCC/ WG2 (1996). Meillä Suomalainen ilmakehämuutosten tutkimusohjelma SILMU selvitteli näitä kysymyksiä v Tämän ohjelman loppuraportti (SILMU 1996) on perusteellinen suomenkielinen selvitys todennäköisestä ilmastonmuutoksesta ja sen vaikutuksista meidän alueellamme. Ruotsalainen kemisti Svante Arrhenius oli ensimmäinen, joka noin sata vuotta sitten yritti kvantitatiivisesti arvioida ilman hiilidioksidipitoisuuden lisääntymisen vaikutusta ilman lämpötilaan maanpinnalla. Hänen arvionsa oli, että hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistuminen aiheuttaisi 5 6 C:n nousun lämpötilassa (Arrhenius 1896). Useiden vuosikymmenien aikana asiaan ei kiinnitetty paljonkaan huomiota, vaikka mm. englantilainen Callendar (1938) päätyi laskelmissaan samantyyppisiin tuloksiin kuin Arrhenius. Fysikaalis-matemaattiset ilmastomallit modernin ilmastotutkimuksen tärkein työväline Fysikaalis-matemaattiset ilmastomallit ovat tätä nykyä keskeisin työkalu ilmastonmuutosten tarkasteluissa. Nämä mallit koostuvat matemaattisina yhtälöinä esitetyistä luonnonlaeista. Ne sisältävät periaatteessa yhtä monta ilmastoon vaikuttavaa osaa kuin todellinen ilmastosysteemi: ilmakehän, valtameret, maakerrokset (mukaan luettuna kasvillisuus) sekä lumi- ja jääpeitteen. Kehittyneimpien ilmastomallien käyttö edellyttää supertietokoneita. Fysikaalis-matemaattisilla ilmastomalleilla ei ole mitään tekemistä havaintoihin perustuvien tilastollisten mallien kanssa. Itse asiassa ilmastomalleja käytettäessä ei tarvita lainkaan perinteisiä havaintoja lämpötilasta, sateesta yms. Fysikaalismatemaattisilla ilmastomalleilla saadaan luonnonlakien pohjalta luotua maapallon nykyisen ilmaston suurimittaiset piirteet, jos sellaiset parametrit kuin manner-merijakauma, maapallon pyörimisnopeus, Auringon säteilyn jakauma ilmakehän ulkorajalla ja ilmakehän kasvihuonekaasujen pitoisuus asetetaan mallissa vastaamaan nykyisiä oloja. Tämä mallien laskeman nykyilmaston yhteensopivuus havaitun nykyilmaston kanssa on tietenkin välttämätöntä, jotta niiden antamaan kuvaan tulevaisuuden ilmastosta voitaisiin luottaa. Kuvassa 1 on esitetty ajan funktiona ilman keskilämpötila maapallolla erään ilmastomallin mukaan (SILMU 1996, kuva 1 25). Mallilla tehtiin kaksi ilmaston kehityksen simulointia esiteollisesta ajasta vuoteen 2050 saakka. Tapauksessa A oli ilmastoa muuttavana pakotteena pelkkä ilman hiilidioksidipitoisuuden arvioitu suureneminen (sininen käyrä), ja tapauksessa B otettiin lisäksi huomioon myös ilman hiukkasmäärän kasvu (vihreä käyrä). Viimeksi mainittu kasvu johtuu siitä, että öljyn ja kivihiilen käyttö aiheuttaa suurten hiilidioksidipäästöjen lisäksi myös suuria rikkidioksidipäästöjä, jotka puolestaan johtavat ilmakehässä sulfaattiaerosolihiukkasten muodostumiseen. Sekä hiilidioksidipitoisuus että hiukkasmäärä voidaan karkeasti arvioida, jos fossiilisten polttoaineiden käyttö tunnetaan (menneisyys) tai arvioidaan (tulevaisuus) Eero Holopainen

3 Lämpötilan muutos C Vuosi K u v a 1. Ilman keskilämpötilan muutos maapallolla verrattuna vuoteen 1860 erään ilmastomallin mukaan. Sininen käyrä esittää keskilämpötilan muuttumista laskelmassa, jossa vain kasvihuonekaasujen (lähinnä hiilidioksidin) lisääntyminen oli mukana. Vihreän käyrän kuvaamassa laskelmassa otettiin huomioon myös se ilmakehän aerosolihiukkasten määrän kasvu, joka hiilidioksidipitoisuuden kasvun ohella liittyy hiilen ja öljyn käyttöön maapallon energiahuollossa. Punainen käyrä kuvaa lämpötilan muutoksia havaintojen mukaan. (SILMU 1996, kuva 1.25). Nykyään tiedetään, että ilman sulfaattihiukkasilla on ilmastoa jäähdyttävä vaikutus mm. siksi, että ne heijastavat auringonvaloa takaisin avaruuteen. Tämä vaikutus näkyy myös kuvassa 1, jossa vihreä käyrä kuvaa pienempää lämpötilan nousua kuin sininen käyrä. Molemmissa tapauksissa nousu vaihtelee maantieteellisesti mm. siitä syystä, että manneralueet lämpenevät nopeammin kuin merialueet. Kun sekä ilmakehän kasvihuonekaasujen että sen hiukkasmäärän kasvu otetaan huomioon, ilman keskilämpötila maapallolla nousee mallien mukaan vuoteen 2100 mennessä ihmisen teollisen toiminnan takia noin 2 C (epävarmuusväli C). Tällainen lämpeneminen olisi nopeampaa kuin maapallolla on koettu viime vuoden aikana. Lämpötila jatkaisi nousuaan vielä vuoden 2100 jälkeenkin, vaikka ilman hiilidioksidipitoisuuden kasvu saataisiin siihen mennessä pysähtymään. Tämä johtuu valtamerien hitaasta lämpenemisestä. Se kuinka pitkään ilmaston lämpeneminen jatkuu, riippuu mm. niistä kasvihuonekaasujen päästörajoituksista, joihin ihmiskunta mahdollisesti ryhtyy. Eräänä lämpenemisen seurauksena meriveden pinnan keskikorkeuden odotetaan nousevan maapallolla vuoteen 2100 mennessä noin puoli metriä (epävarmuusväli m). Ennustettu nousu ei kuitenkaan olisi kaikilla merialueilla samanlaista. Esimerkiksi Suomessa se olisi vuoteen 2100 mennessä vielä suhteellisen vähäistä sen maannousun takia, joka edelleen jatkuu tällä maapallon kolkalla viime jääkauden jälkinäytöksenä. Ilmastosysteemin viiveet ovat siis hyvin pitkät. Tämä johtuu mm. siitä hitaudesta, jolla valtamerien suuret vesimassat lämpenevät. Nämä viiveet aikaansaavat mm. sen, Ilmastomuutokset 2405

4 että hiilidioksidipäästöjen rajoitusten vaikutus tuntuu vasta vuosikymmenien päästä. Tässä on ilmasto-ongelman ehkä suurin hankaluus: on vaikea saada aikaan päästörajoituksia, joiden vaikutus tuntuu yleensä vasta tulevien sukupolvien aikana. Rajoituksista päättämisen esteenä on myös se, että ilmastonmuutoksen vaikutukset voivat jollakin alueella ainakin aluksi olla positiivisia. Esimerkiksi Suomessa ilman hiilidioksidipitoisuuden kasvu ja lämpötilan nousu sellaisenaan lisäisivät metsien kasvua (SILMU 1996). Hiilidioksidin viipymäaika ilmakehässä on hyvin pitkä ja sulfaattihiukkasten puolestaan lyhyt. Tämä merkitsee, että ilmakehän hiukkasmäärä pienenee heti, jos öljyn ja hiilen käyttöä rajoitetaan, kun taas hiilidioksidipitoisuus jatkaa kasvuaan. Varsinainen ongelma pitkällä aikavälillä on tämän vuoksi ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden lisääntyminen. Tulokset satoja vuosia kattavista laskelmista nykyisillä ilmastomalleilla (esim. Manabe ja Stouffer 1993) viittaavat siihen, että lämpötila nousee merkittävästi kaikkialla ja erityisesti korkeilla leveysasteilla. Maapallon ilmastosysteemin peruspiirre on lämpötilan, sateen jne. suuri vaihtelevuus. Tämä peruspiirre saadaan fysikaalis-matemaattisilla ilmastomalleilla hyvin simuloitua, ja se näyttäisi säilyvän, vaikka keskilämpötila nouseekin. Tämä merkitsee mm. sitä, että nykyiseen verrattuna korkeiden lämpötilojen esiintymistaajuus olisi tulevaisuudessa suurempi ja matalien lämpötilojen pienempi kuin nykyilmastossa. Joko ihmisen aiheuttama ilmastomuutos näkyy havainnoissa? Tämän kysymyksen selvittelyssä on viime vuosina edistytty suuresti, kun sekä»signaali» että»häly» on opittu paremmin tuntemaan. Signaalilla ymmärretään tällöin ihmisen aiheuttamaa ilmastonmuutosta, hälyllä luonnon omaa pitkäperiodista vaihtelua. Signaalin ja hälyn suhde on keskeinen suure selvitettäessä, millä luotettavuustasolla ihmisen»sormenjälkien» voidaan sanoa jo näkyvän maapallon suurimittaisessa ilmastossa. Pelkästään kuvan 1 perusteella ei siitä tietenkään voi vakuuttua. IPCC/WG1 (1996) on kuitenkin tullut tähän päätelmään, kun modernein menetelmin on vertailtu ilmastomalleilla lasketun signaalin ja todellisuudessa havaitun lämpötilamuutoksen maantieteellistä jakaumaa. Ilmastomuutoksen vaikutukset»ilmasto on ensimmäinen maailmanmahti», sanoi aikoinaan jo valistusfilosofi Montesquieu. Muutokset ilmastossa voivat ratkaisevasti vaikuttaa ekologisiin oloihin ja sitä kautta ihmisen hyvinvointiin (IPCC/WG2 1996). Ihmisen aiheuttama ilmastonmuutos edustaa maailmanlaajuisesti uutta stressitekijää monen muun stressitekijän (väestön kasvu, maaperän eroosio,»happosateet» jne.) ohella. Sosioekonomisten ja ekologisten systeemien herkkyys näille tekijöille riippuu kunkin alueen taloudellisesta tilanteesta ja infrastruktuurista. Vaikutuksen arviointiin liittyy suuria epävarmuuksia mm. siitä syystä, että alueelliset ilmastoennusteet ovat vielä epävarmoja. On ilmeisesti sekä hyötyjiä ja häviäjiä. Jos tarkastellaan vain ilmastomuutoksen alkuvaikutuksia Suomi voisi olla hyötyjä lähinnä metsätalouden suotuisien ennusteiden perusteella (SILMU 1996). Häviäjiä olisivat pääasiassa kehitysmaat, joissa taloudellinen tilanne ja infrastruktuuri ovat heikkoja. Vaikutukset terveyteen näyttäisivät olevan pääosin kielteisiä, esimerkkeinä lämpöstressin aiheuttamien kuolemantapausten lisääntyminen ja trooppisten tautien kuten malarian leviäminen nykyisen esiintymisalueensa ulkopuolelle Eero Holopainen

5 Kasvihuoneilmiön voimistuminen CO 2, CH 4, CFCs, N 2 0, Halonit,... PÄÄSTÖT CFC Halonit... SO 2, NO x, CO, CH 4,... Otsonikerroksen oheneminen "Happosateet" K u v a 2. Ihmisen teollisen toiminnan aiheuttamat, ilmakehän kautta vaikuttavat kolme laajaa ympäristöongelmaa kytkeytyvät toisiinsa (Holopainen 1995). Tiedeyhteisön rooli Ilmastonmuutosten ongelmassa on kysymys hyvin monimutkaisesta asiasta, jota suuren yleisön ja monien päättäjienkin on vaikea hahmottaa. Päästörajoituksista sovittaessa on erittäin tärkeää, että asiasta annetaan tietyin väliajoin tiedeyhteisön arvio, jossa todelliset asiantuntijat perusteellisesti ja kriittisesti selvittävät, mitä ilmastomuutoksesta tiedetään ja mitä ei ja mitä tiedon epävarmuuksien pienentämiseksi pitäisi tehdä. Juuri tästä IPCC-prosessissa on kysymys. Harmaa tulevaisuus! Ilmastonmuutosten ongelma on esimerkki pitkän aikavälin tarkastelua vaativasta laajasta ongelmasta. Muita ovat mm. otsonikato ja siihen liittyvä ultraviolettisäteilyn lisääntyminen sekä maaperän eroosio ja happamoituminen. Nämä kolme ihmisen teollisen toiminnan aiheuttamaa, ilmakehän kautta vaikuttavaa laajaa ympäristöongelmaa kytkeytyvät jossain määrin toisiinsa (kuva 2). On helppo yhtyä Wahlströmin (1994) näkemykseen: ihmiskunnalla on monesta syystä edessään nykyistä harmaampi tulevaisuus. Siihen, kuinka musta se on, voimme itse kukin kuitenkin jossain määrin vaikuttaa. Rohkaisevaa on se, mitä maailmanlaajuisesti on aikaansaatu otsoniongelman osalta. Otsonikerrosta ohentavien CFC-kaasujen päästöjä on rajoitettu kansainvälisin sopimuksin. Rajoitukset ovat alkaneet jo vaikuttaa, eivätkä näiden kaasujen pitoisuudet ilmakehässä enää kasva. Hiilidioksidipäästöjen merkittävä rajoittaminen on kuitenkin CFC-päästöjen rajoittamista paljon vaikeampaa, koska se vaikuttaisi suoraan ihmisten elintasoon. Tällaisten rajoitusten aikaansaamiseksi tarvittaisiin asenteiden ja arvojen maailmanlaajuinen muutos, ja sellaiseen on lyhyellä aikavälillä vaikea uskoa. On kuitenkin täysin selvää, että vain sitovilla kansainvälisillä fossiilisten polttoaineiden käyttörajoituksilla voidaan ihmisen aiheuttamaan ilmastomuutokseen vaikuttaa, ja niilläkin vain pitkän ajan kuluessa. Ilmastomuutokset 2407

6 Kirjallisuutta Arrhenius S: On the influence of carbonic acid upon the temperature of the ground. London, Edinburgh and Dublin Philos Mag. 5th Ser. 41: , 1896 Callendar G S: The artificial production of carbon dioxide and its influence on temperature. Quat J R Meteor Soc 64: , 1938 Holopainen E: Ilmakehän ongelmat kytkeytyvät yhteen. Tiede 2000 (2): 4 9, 1995 IPCC/WG1: Climate change 1995 The science of climate change. Toim. J T Houghton, L G Meira Filho, B A Callander, N Harris, A Kattenberg, K Maskell. Cambridge University Press, Cambridge 1996 IPCC/WG2: Impacts, adaptations and mitigation of climate change: scientific-technical analyses. Contribution of Working Group II to the second assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Toim. R T Watson, M C Zinyowera, R H Moss. Cambridge University Press, Cambridge 1996 Manabe S, Stouffer R J: Century-scale effects of increased atmospheric CO 2 on the ocean-atmosphere system. Nature 364: , 1993 SILMU: Ilmastonmuutos ja Suomi. Toim. E Kuusisto, L Kauppi, P Heikinheimo. Yliopistopaino, Helsinki 1996 Wahlström E: Ympäristöriskit Kokonaiskuvaa etsimässä. Schilds, 1994 EERO HOLOPAINEN, emeritusprofessori Helsingin yliopisto, meteorologian laitos PL 4 (Yliopistonkatu 3), Helsingin yliopisto 2408