Lapin ilmastonmuutoksen tutkiminen metsänrajamännyn vuosilustoista

Transkriptio

1 Näkymä Kukastunturin huipulta länteen Mauri Timonen Lapin ilmastonmuutoksen tutkiminen metsänrajamännyn vuosilustoista Mauri Timonen

2 Katsaus Metlan puulustotutkimuksen nykytilaan Rovaniemen ja Kolarin tutkimusasemien tutkimuspäivillä (laajennettu esitys) Mauri Timonen Näkymä Kuusamon Hossan Öllörijärven pohjalta

3 I. Metsänrajan liikkeet Mauri Timonen Marjukka Laine Timo Pennanen

4 Lapin männyn metsänraja vuosituhansia sitten sijaitsi nykyistä 200 m korkeammalla ja 80 km pohjoisempana verrattuna nykyiseen metsänrajaan (sininen viiva). Männyn metsänraja on ollut nousussa viimeisen sadan vuoden aikana. Sen huomaa mm. siitä, että ylimmältä metsänrajalta löytyy vain nuoria, alle 50- vuotiaita puita. Lappi korkeusvyöhykkeittäin Kari Mikkola 2005

5 Matti Eronen Inarin Iijärvi joskus 1990-luvun alkupuolella. Lapin männyn metsänrajaseuduilla on lukuisia järviä, joiden pohjamudasta on löydetty tuhansien vuosien ikäisiä männyn megafossiileja.

6 Mauri Timonen 250-vuotias metsänrajamänty Levin lakialueella toimittaja Pekka Maunon tutkittavana (vuosi 2003) Tässä katsauksessa kerrotaan, miten Metlassa Lapin metsänrajamännyn vuosilustotietoa on sovelletaan Metlan kasvu- ja ilmastonmuutostutkimuksissa.

7 Mänty ja koivu saapuivat Lappiin idästä vuotta sitten, kuusi vasta 3000 vuotta sitten. Ilmasto oli 1-4 astetta nykyistä lämpimämpi 5000 vuotta sitten Atlanttisella kaudella. Mauri Timonen Näkymä Käsivarren Vallijärveltä (1998) Järeää mäntyä kasvoi silloin nykyisen metsänrajan pohjois-puolella. Vanhin Suomesta löydetty männyn megafossiili syntyi Inarin Iijärvellä 7638 vuotta sitten. Mauri Timonen Näkymä Näkkälästä Pöyrisjärvelle johtavalta tieltä.

8 dddd Vallijärvi on yksi mielenkiintoisimmista atlanttisen kauden mäntymegafossiililähteistä. Järvi sijaitsee tunturin rinteellä harjanteen päällä. Järven pohjamudasta esiin kaivettu puuaines ajoittuu välille 5500 e.a.a 600 j.a.a. Se, merkitsee sitä, että viimeisetkin mänty-yksilöt joutuivat väistymään sieltä noin 1400 vuotta sitten.

9 Mauri Timonen Näkymä Käsivarren Vallijärveltä (1998) Mäntyä kasvoi 470 metrin korkeudella merenpinnasta sijaitsevalla Käsivarren Vallijärvellä vielä 600-luvulla. Kuvassa esimerkki järeästä, noin 25 cm:n paksuisesta, mäntyrungosta. Nykyinen mäntymetsänraja on kymmeniä kilometrejä etelämpänä.

10 Suomen silhuettia muistuttavat näytekiekot sahattiin tästä krokotiiliä muistuttavasta 2700 vuotta vanhasta Vallijärven rungosta. Huomaa, että 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)

11 Mauri Timonen Näkkälästä Pöyrisjärvelle johtavan tien viereinen lampi Tämän lammen rannalla kasvoi atlanttisella kaudella järeä mäntymetsä

12 Mauri Timonen Pöyrisjärvi 1996 Tällaiselta näyttää Näkkälän-Pöyrisjärven tien viereisen lammen vedenalainen metsä. Rungot säilyvät jopa vuosituhansia lahoamattomina Lapin kylmissä mutapohjaisissa järvissä.

13 Mauri Timonen Näkymä Näkkälän suppalammelta (1998) Männyn nykyinen puuraja kulkee Palojärven ja Näkkälän välisen tien läheisyydessä. Alueen idyllisesti kumpuilevien harjanteiden väliin muodostuneista taskuista, suppalammista, löytyy runsaasti megafossiilista puuta.

14 Mauri Timonen Näkymä Näkkälän suppalammelta (1998) Näkkälän suppalammen rannalla ei näy merkkiäkään elävistä männyistä, tai edes kantojuurakoista. Tunturikoivu on vallannut tienoon.

15 Mauri Timonen Näkymä Näkkälän suppalammelta (1998) Jos mäntyä on ennen muinoin kasvanut rannalla, tarjoaa tämän tyyppinen turvepohjainen ranta mitä parhaat olosuhteet männyn subfossiilien pitkäaikaiseen, jopa yli 7500 vuoden säilymiselle lahoamattomana. Turpeen alla oleva paksu mutakerros estää myös runkojen mekaanista kulumista ja vähentää mikrobitoiminnan minimiinsä, varsinkin, jos järvi lisäksi vielä on hetepohjainen.

16 Mauri Timonen Näkkälän tien varsi1998 Tällainen järeärunkoinen männyn megafossiili, joka saa tutkijankin sydämen hypähtelemään innostuksesta, paljastui Näkkälän suppalammen soistuneen reunan alta. Puu kaatui ja upposi rantamutaan noin 5000 vuotta sitten.

17 Mäntysubfossiilit 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, on useimmiten kyseessä puunrunko. Kohteen lähempi tunnustelu molemmilla jaloilla ja jalkaterillä skannaten yleensä paljastaa, onko syytä ryhtyä jatkotoimenpiteisiin rungon nostamiseksi. Jos runko kuitenkin on liian syvällä mudassa, tunnusteluvaihe jätetään sikseen ja ryhdytään suoriin nostotoimen-piteisiin. Mauri Timonen Tauno Luosujärvi etsintätyössä Kolarin Pitkäjärvellä Mauri Timonen

18 Pättikän lammen kirvespuu ja muinaisten peuranmetsästäjien terveiset Mauri Timonen Pättikän lampi 1996

19 Mauri Timonen Pättikän lampi 1996 Pättikän lammen tarina kirvespuusta ja muinaisista peuranmetsästäjistä sijoittuu nuolen osoittamalle lammelle.

20 Mauri Timonen Pättikän lampi 1996 Metlan työryhmä (Kullervo Ruotsalainen: vinssi, Mikko Välimaa: kirjuri ja Tauno Luosujärvi (sukeltaja) nostotyössä.

21 Mauri Timonen Mauri Timonen Mauri Timonen Mauri Timonen Pättikän lampi 1996 Pättikän lammen kirvespuu toi terveiset muinaisilta peuranmetsästäjiltä. Tauno Luosujärven ensi kosketus 2600 vuoden takaiseen tapahtumaan.

22 Matti Eronen Inarin Iijärvi joskus 1990-luvun alkupuolella. Lihasvoimakin riittää subfossiloituneen rungon kiskomiseen järven pohjamudasta. Professori Matti Erosen ryhmä näyttää mallia.

23 Matti Eronen Inarin Iijärvi joskus 1990-luvun alkupuolella. Erosen työryhmän lihasvoimalla saamaa päiväsaalista.

24 Mauri Timonen Mikko Välimaa ja mtt 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 kasvanutta, noin 5000 vuoden ikäistä mäntymegafossiilia.

25 Mauri Timonen Kalmankaltion lammen subfossiilinen mänty (1996) Vanhempi subfossiinen puuaines näyttää heti näytteenoton jälkeen kauniin kirkkaalta. Mutta kestää vain minuuttia, kun pinta on jo ehtinyt hapettua syvän ruskeaksi.

26 Mauri Timonen Kalmankaltio Eipä muuta kuin saha soimaan ja pian on 3-5 cm:n paksuinen näytekiekko valmis odottamaan kirjurin käsittelyä.

27 Mauri Timonen Mauri Timonen Mauri Timonen Näkymiä Käsivarren Vallijärveltä (1998) Mäntyä kasvoi 470 metrin korkeudella merenpinnasta sijaitsevalla Käsivarren Vallijärvellä vielä 600-luvulla. Nykyinen mäntymetsänraja on kymmeniä kilometrejä etelämpänä.

28 Mauri Timonen YLEN sukeltajia Hossan sukellusleirillä 1996 Kun mänty kaatuu vain puolittain veteen, käy usein niin, että veden yläpuolelle jäävä osa leikkautuu lahoamisen seurauksena pois, mutta veden alla jäänyt osa säilyy. Kuvan noin 3000-vuotisen megafossiilirungon pää on kuin veitsellä leikattu.

29 A B C D E Mauri Timonen Megafossiilimännyt ovat ulkoasultaan varsin ilmeikkäitä. F Suomi-puu, Vallijärvi 1999

30 Mauri Timonen Timo Pennanen sukellusleirllä Hossan Öllörijärvellä Oma taidonnäytteensä on sahata sukellusvarusteissa kiekkonäytettä pöllyävän mudan vähitellen peittäessä kaiken näkyvyyden.

31 Mauri Timonen Jouko Laitinen kairaamassa Kuusamon Hossan Öllörijärvellä (1996). Lustonäytteen kairaaminen on sahaamistakin vaikeampaa. Kairanlastun ulosveto ja siirto säilytysputkeen lähes sokkona pöllyävän mudan keskellä vaatii taitavaltakin sukeltajalta suurta keskittymistä.

32 II. Lustolaboratoriossa Mauri Timonen Marjukka Laine Timo Pennanen

33 Kuva kiekot on kerätty yli 30 metsänrajaseudun järvestä (kartta). Tästä kiekkokasasta rakennetaan vuosilustokalenteri! Mauri Timonen Rovaniemi 1994 Metlan pitkien vuosilustosarjojen kisällinäytetyönä voi pitää vuonna 1994 valmistunutta Lapin männyn 1911-vuotista lustosarjaa. Sen kokoamiseen tarvittiin 33 järvestä kerätyt megafossiiliset kiekkonäytteet (400 kpl), Riekkovaaran ja Muotkaruoktun keloloista otetut kairanlastut (100 kpl) sekä Metlan Valtakunnallisen KasvuIndeksipalvelun (VKIP) indeksikoepuut (800 kpl).

34 Mauri Timonen Metlan Kolarin yksikön dendrokronologian laboratorio Kolarin tutkimusyksikön dendrokronologian laboratoriossa on käytössä yksi KS-KINSYS standardin mukainen lustonmittauslaitteisto. Huoneen vasempaan nurkkaukseen tullaan sijoittamaan toinen, vielä valmisteilla oleva seuraavan sukupolven tarpeita palveleva laitteisto.

35 Lustonäytteiden esikäsittely Mauri Timonen Mikko Välimaa lustojen esikäsittelytyössä (1996) Kiekko on esikäsiteltävä huolellisesti vuosilustojen ja niissä olevien puusolujen näkyviin saamiseksi. Pinta joko hiotaan hiekkapaperilla tai kiekkoon leikataan uurre lääkärinveitsellä. Lopuksi jälki viimeistellään hankaamalla siihen esimerkiksi magnesiumjauhetta.

36 Mauri Timonen Tauno Luosujärvi mittaustyössä (2000) Näytteet mitataan joko mikroskoopilla suoraan kiekosta tai videomonitorilta. Laitteistoon on kytketty myös mikrotietokone, jonka lustonmittausohjelma huolehtii tietojen siirtymisestä tiedostoon.

37 III. Kolme merkittävää suomalaista vuosilustokalenteria METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTEFINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

38 Puiden kasvun vaihtelun mittari on vuosilustoindeksi. Sillä voidaan muun muassa kuvata ilmaston vaikutus kunkin vuoden kasvuun. Vertailukohdaksi voidaan valita esimerkiksi 30 vuoden keskimääräinen kasvu, jota merkitään indeksillä 100. Kasvuolosuhteiltaan keskimääräistä suotuisampien vuosien indeksi saa tällöin yli sadan ja vastaavasti epäsuotuisampien vuosien indeksi alle sadan suuruisia arvoja. Indeksien vaihtelu on suurimmillaan yksittäisillä ja erityisesti metsänrajaseutujen puilla. Kuvan 20 vanha aihkimänty on tehnyt kylmimpinä kesinä 1730-luvulla vain muutaman sadasosamillin mutta lämpimimpinä 1940-luvun kesinä jopa yli millimetrin levyisiä vuosirenkaita. Vuosilustoindeksit vaihtelevat vastaavasti esimerkkikuvan tasoituksella kymmenestä yli kahteensataan. Metsikkö- ja aluetasolla vaihtelu on pienempää: Pohjois-Suomessa alueelliset vuosilustoindeksit vaihtelevat yleensä välillä ja Etelä-Suomessa välillä Kasvun vaihtelu on laajoilla alueilla suhteellisen samanlaista, jos kyseessä on ilmastollisesti ja pinnanmuodoiltaan yhtenäinen alue. Esimerkiksi Kuusamon, Inarin ja Ruotsin Torniojärven mäntyjen vuosilustoista voidaan erottaa samat kylmät ja lämpimät kesät. Ilmaston samankaltaisuuteen vaikuttavat muun muassa alueen mereisyys-mantereisuus, lämpösumma ja korkeus merenpinnasta. Ilmastollisista eroista aiheutuen eteläsuomalaisen männyn indeksi poikkeaa selvästi pohjoissuomalaisesta. Metsäntutkimuksessa on vuosilustoindeksit lähes poikkeuksetta kytketty ilmastovaihteluihin. Mikäli kasvutuloksia ei korjattaisi ilmastolliseen keskitasoon, saatettaisiin poikkeuksellisen suotuisina kesinä muodostuneet vuosirenkaat tulkita esimerkiksi hyvästä metsänhoidosta aiheutuviksi. Samaten on vaara erehtyä tulkitsemaan, että muutamia vuosia keskitason alapuolella pysyttelevä kasvu olisi merkki ilmansaasteista tai jopa ilmastonmuutoksesta

39 Vuosilustoindeksien laskenta perustuu standardointiin, jolla tarkoitetaan eri olosuhteissa eläneiden puiden kasvujen saattamista keskenään vertailukelpoisiksi. Menetelmässä on keskeisellä sijalla puun sädekasvua kuvaavan kasvumallin laatiminen, jossa otetaan samanaikaisesti huomioon puun ikääntymisestä, kasvupaikasta, metsikkörakenteesta ja eräistä muista kasvutekijöistä aiheutuva kasvun muuttuminen. Standardoinnin yksityiskohdat riippuvat tutkimusasetelmasta ja -aineistosta: esimerkiksi pelkkä ikääntymisen vaikutuksen poistaminen kasvusta voi riittää, jos puut ovat kasvaneet vapaassa kasvutilassa ja muutenkin häiriöttömissä olosuhteissa. Vaikka käytettävissä on kehittyneitä mallitusmenetelmiä, voi olla vaikeaa erottaa tutkittavaa kasvun osatekijää muusta kasvunvaihtelusta. Oman ongelmansa muodostavat myös mahdolliset pidemmän ajan kasvutrendit. Tutkijan kokemus ja ammattitaito joutuvatkin tällaisissa tilanteissa koetukselle ja tulokset voivat olla hyvinkin vaihtelevia, joskus jopa harhaanjohtavia.

40 Vanhan aihkimännyn sädekasvu on vaihdellut rajusti pohjoisella metsänrajalla Inarin Muotkanruoktussa (ylempi kuva). Kuluvan vuosisadan alussa tapahtuneen pakkastuhon jälkeen puun paksuuskasvu kymmenkertaistui 1930-luvulle mennessä. Vuodesta 1960-lähtien puun kasvu on vastannut pitkäaikaista keskiarvoa, noin 0,6 mm vuodessa. Kuvaan on piirretty myös matemaattisesti määritetty (splinimenetelmä) kasvun keskimääräistä kulkua kuvaava tasoituskäyrä. Vuosilustoindeksit (alempi kuva) lasketaan vertaamalla sädekasvuja teoreettiseen kasvumalliin. Kasvumalliin pyritään sisällyttämään kaikki tarkasteltavaa ilmiötä häiritsevä vaihtelu. Ilmastosta aiheutuvia indeksejä määritettäessä häiritsevänä vaihteluna pidetään muun muassa puiden ikääntymistä, metsiköiden tihentymistä ja hakkuita.

41 Mauri Timonen Pitkät vuosilustokalenterit 1: Sirénin 780-vuotinen metsänrajamännyn lustokalenteri ( ) Professori Gustaf Sirén (1994)

42 Professori Kari Mielikäinen (oik.) ja tutkija Mauri Timonen (1996) Mauri Timonen Pitkät vuosilustokalenterit 2: Metlan metsänrajamännyn 1911-vuotinen lustokalenteri

43 Pitkien vuosilustosarjojen historia Metlassa Vuonna 1994 aloitettiin Kasvun vaihtelun tutkimushankkeessa professori Kari Mielikäisen johdolla työ, jossa koottiin elävien puiden, kelojen, vanhojen rakennushirsien, kanto-juurakoiden ja muinaispuiden (subfossiilien) lustoista 1911 vuoden pituinen lustokalenteri (Mielikäinen & al. 1998). Sarjan käytettävyyttä tutkimus-, opetus- ja esittelytarkoituksiin parannettiin yhdistämällä siihen metsänrajaseudun kasvukauden ilmastoa kuvaava kesä-heinäkuun keskilämpötilakäyrä ja Sirénin (1961) uudistumisvuodet vuoteen 1998 saakka päivitettynä. Sarja muodostaa edelleenkin Metlan lustotutkimuksen keskeisen työvälineen, jolla ratkotaan mm. ilmastokysymyksiä. Viite: Mielikäinen, K., Nöjd, P., Pesonen, E. & Timonen, M Puun muisti. Kasvun vaihtelu päivästä vuosituhanteen. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja s.

44 Pitkien vuosilustosarjojen historia Metlassa Vuosilustoindeksit ja piikkivuodet Piikkivuosi-indeksit kuvaavat ensisijaisesti kasvun vuosien välistä vaihtelua, mikä mahdollistaa muun muassa eri ajankohtien kasvujen keskinäisen vertailun. Ne soveltuvat myös yksittäisten vuosien kasvujen tarkasteluun tapauksissa, joissa vertailukohtana pidetään keskimääräistä kasvukehitystä. Jos vuosilustoindeksiä pidetään jonkin ajanjakson kasvun vaihtelua kuvaavana yleismittarina, on olemassa myös erikoismittareita, joilla arvioidaan yhden vuoden tai vuosijakson kasvua erilaisten vertailukohtien tai taustatekijöiden suhteen. Erästä tällaista mittaria kutsutaaan dendrokronologiassa piikkivuosianalyysiksi (pointer year analysis, event year analysis). Piikkivuosianalyysissä lustosarjasta etsitään etukäteen asetetuin ehdoin kasvultaan poikkeuksellisia vuosia eli piikkivuosia (pointer year, event year) tai useiden vuosien muodostamia poikkeuksellisia kasvujaksoja eli tapahtumia.

45 Metsänrajamännyn kasvu ja uudistuminen viimeisen 1000 vuoden aikana Metsänrajamännyn vuosilustojen leveyksistä laadittu lustokronologia kertoo rytmisesti vaihtelevista kesäheinäkuun keskilämpötiloista. Tuhannen vuoden aikaperspektiivistä tarkasteltuna 1900-luvun kasvunvaihtelut eivät poikkea olennaisesti aiempien vuosisatojen vaihteluista luvun lämmintä ilmastojaksoa on edeltänyt ainakin 10 vastaavaa lämpenemistä. Kylmät jaksot ovat seuranneet lämpimien jaksojen perässä. Männyn kasvua säätelevä kesäheinäkuun keskilämpötila on pysynyt viimeisen 100 vuoden aikana muuttumattomana (oranssi käyrä vuotuisin arvoin ja sininen käyrä 20 vuoden liukuvin keskiarvoin tasoitettuna). Ilmastonmuutostutkijoita kiinnostaa suuresti, kertovatko nämä rytmit maapallon ilmaston sisäisistä rytmeistä vai jostain muusta. Kasvujen vertailu Sirénin uudistumisvuosiin (1961, 1996) osoittaa, että Lapin metsänrajametsät uudistuvat pääsääntöisesti suotuisten jaksojen yhteydessä.

46 Prof. Matti Eronen (2003) Mauri Timonen Pitkät vuosilustokalenterit 3: Lapin metsänrajamännyn 7638-vuotinen lustokalenteri Marjukka Laine Timo Pennanen

47 Metsänrajamännyn lustokalenterin kokoaminen Lapin pitkän kronologian syntyvaiheet Lapin pitkän lustokronologian laadinta alkoi jo vuonna 1974, jolloin professori Matti Eronen keräsi radiohiiliajoituksia varten ensimmäiset subfossiiliset näytteensä männyn metsänrajalta. Vuosikymmentä myöhemmin hän käynnisti ajoittamiensa 60 radio-hiilinäytteen turvin Lapin pitkän mäntykronologian kokoamiseen tähtäävän tutkimusprojektin. Tutkimusaineistoksi hyväksyttiin männyn metsänrajalta kerätyt elävät puut, kelot, vanhat rakennukset sekä soiden ja järvien pohjamudista esiin kaivetut subfossiilipuut. Hän eteni työryhmineen kahden viime vuosituhannen osalta ongelmattomasti, mikä merkitsi nykyhetkestä vuoteen 165 ekr. ulottuvan sarjan syntymistä (Zetterberg & al. 1994, Eronen & al. 1996). Mauri Timonen Sallan Hartikanlampi 2005 Mtt Tauno Luosujärvi (vedessä) mutaisen puun parissa (2005). Mauri Timonen Peuranmetsästäjät kaatoivat tämän puun kirveellä 2600 vuotta sitten (1998).

48 Puuttuvien näytteiden etsintä (sivu 1/2) Työn seuraava vaihe, jossa oli tavoitteena jatkaa sarjaa taaksepäin niin pitkälle kuin mahdollista, osoittautui kaksijakoiseksi. Peräti yli 5000 vuoden pituiseksi venytetty sarjan yhtenäinen osa jäi kellumaan, sillä sitä ei saatu yhdistetyksi edellä mainittuun nykyhetkestä vuoteen 165 ekr. ulottuvaan sarjaan (Zetterberg & al. 1996). Radiohiiliajoitukset sijoittivat sarjan ajanjaksolle e.a.a., ajoitustarkkuuden oltua 100 vuotta. Sarjojen väliin ( e.a.a.) jääneestä parinsadan vuoden aukosta muodostui yllättäen liki vuosikymmeneksi ongelma, sillä mikään näyte ei tuntunut kohdistuvan tai ajoittuvan siihen. Samaan ongelmaan törmättiin myös Ruotsissa vastaavassa työssä sekä Keski-Euroopan tammen 8000-vuotista sarjaa laadittaessa. Aukon sulkemisesta tuli haaste sekä Suomessa että Ruotsissa samanaikaisesti käynnissä olleissa tutkimuksissa. Uutta aineistoa kertyi vähitellen niin, että aukko pieneni. Kiinteän ja kelluvan sarjan yhdistävää linkkiä ei kuitenkaan onnistuttu löytämään. Ongelmaan paneuduttiin jälleen kerran vuonna 1996 alkaneessa yhdeksän maan kolmivuoti-sessa EU-projektissa Advance-10K. Sen yhdeksi osioksi määriteltiin Lapin pitkän mäntykronologian loppuun saattaminen. Tässä vaiheessa myös Metla liittyi Erosen Suomen osalta koordinoimaan projektiin. Se merkitsi tehostunutta sukellustyötä Metlan koulutettujen tutkija-sukeltajien mukaantulon myötä. Professori Matti Erosen omin käsin sahaama näyte oli toinen aukon sulkeneista näytteistä. Puu kasvoi e.a.a. Metlan ja Helsingin yliopiston yhteistyö kantoi hedelmää. Metlan mti Tauno Luosujärven Inarin Kompsiojärveltä vuonna 1999 löytämä subfossiilinäyte kätteli Erosen näytettä, minkä seurauksena aukko sulkeutui.

49 Puuttuvien näytteiden etsintä (sivu 2/2) Aukon täyttämiseksi laadittiin kaksi rinnakkaista suunnitelmaa: toisessa keskityttiin metsänrajalla ja toisessa etelämpänä sijaitseviin näytteisiin. Metla otti vastuulleen jälkimmäisen osatehtävän. Aukon tuntumaan ajoittuvaa aineistoa nostettiin 1500 näytteen verran yli 40:stä järvestä. Sulkeminen näytti kaikesta yrityksestä huolimatta edelleenkin vaikealta, sillä aukko oli edelleen olemassa projektin kahden ensimmäisen maastokesän jälkeen. Vasta kolmantena kesänä löytyi Raja-Joosepin läheisyydessä sijaitsevalta Kompsiojärveltä puuttuva lenkki: rantamudasta esiin kaivetusta subfossiilirungosta leikattu näytekiekko KOM6724 ajoittui jaksoon ekr. Se sekä aiemmin Utsjoen Ailigasjärven subfossiililöydöstä leikattu FIL6201 ( ekr.) kättelivät keskenään ja täten liittivät erillään olleet 2150 ja 5000 vuoden sarjanosat toisiinsa. Asiaan saatiin vahvistus Ruotsista, jossa oli saatu ajoitetuksi radiohiilimenetelmää tarkemmalla Wiggle match -tekniikalla (ajoitusvirhe < 10 vuotta) aukon reunaan vuoden 400 ekr. tienoille sattunut näyte. Tulosten vertailu osoitti aukon vihdoin varmuudella täyttyneen!

50 Ajanjaksoon e.a.a. eli aukkoon sijoittuvat lustosarjat. RBAR and EPS-tunnukset (punainen viiva) kertovat aineiston yhteensopivuudesta.

51 Nämä kaksi lustosarjaa, Kom6740 Saariselän Kompsiojärveltä ja Fil6201 Utsjoen Ailigasjärveltä olivat ensimmäiset aukon sulkeneet näytteet.

52 Viisi aukon ylittävää lustosarjaa: Fil6201, Kom6724, Kom6740, Kom6827 and Kom6717.

53 Hyvin ristiinajoittuvat näytteet Kom6724 ja Pit3142

54 Merkillisenä vuotena 330 e.a.a. kasvu romahti. Kesti yli 10 vuotta toipua notkahduksesta. Näytteet Kom6131 and Kom6724 van Deusenin Dynaclimohjelman käsittelyssä.

55 Esimerkki samankaltaisesti vaihtelevista lustosarjoista. Kompsiojärven näytteet Kom6131 and Kom624.

56 Yhteenveto: Lapin metsänrajamännyn 7638-vuotinen lustokalenteri Nykyinen 1087 näytettä sisältävä 7638-vuotinen lustosarja on useiden tutkimusaineistojen yhdistelmä. Valtaosan siitä, noin 75 %, muodostavat Silmuprojektissa (Zetterberg ym. 1994, 1995, 1996) ja Advance 10k-projektissa (Eronen ym. 2000) kerätyt aineistot. Loput 25 % koostuvat Metlan 1911-vuotisen (Mielikäinen ym. 1998) ja dosentti Jouko Meriläisen ja FT Markus Lindholmin (Lindholm ym. 1999) Lapin 2000-vuotisen lustosarjan näytteistä. Viitteet: Eronen, M., Zetterberg, P., Briffa, K., Lindholm, M., Meriläinen, J. and Timonen M Part 1: The supra-long Scots pine tree-ring record for northern Finnish Lapland; Chronology construction and initial inferences. The Holocene 12(6):

57 Metlan keräämien subfossiilisten mäntyjen keruupaikat Advance-10K projektissa (1999).

58 Advance-10K-projektissa kerättyjen megafossiilinäytteiden jakautuminen korkeusvyöhykkeittäin (1999).

59 Advance-10K-projektissa kerättyjen megafossiilinäytteiden jakautuminen korkeusvyöhykkeittäin (1999).

60 Erilaisia mallituksia primääriaineiston (yläkuvan ajoitetut lustonmittaustiedot) standardoinnin (keskikuvan residuaalit; vuosilustoindeksit saadaan lisäämällä 100) ja indeksien 50 vuoden FFT-tasoituksen jälkeen (alin kuva).

61 Lapin pitkä lustosarja: vuotuiset lustoleveyskeskiarvot, 50 vuoden liukuvat keskiarvot, toistojen lukumäärä sekä RPS- ja RBAR-tunnukset.

62 Lapin pitkä lustosarja: vuosilustoindeksit.

63 Lapin metsänrajamännyn vuotinen lustokalenteri Metsänrajamännyn 7638-vuotinen lustosarja koostuu 1087 huolellisesti ristiinajoitetusta näytteestä. Niiden välinen keskimääräinen korrelaatio (RBAR-arvo) on Lustot ovat kasvaneet keskimäärin 0.6 mm vuodessa. Vuosilustoindeksit osoittavat vuotuisen vaihtelun pysyneen koko jakson ajan kuta kuinkin samana. Sarjan näytteiden määrä vaihtelee. Vaikka havaintojen riittävyyttä kuvaava EPS-tunnus ylittääkin lähes koko sarjassa suositellun kynnysarvon 0.85, voidaan vain viimeisen 1200 vuoden osalta pitää toistojen määrää riittävänä. Ring width: luston leveys, Index: vuosilustoindeksi; Replications: havaintojen määrä; EPS tilastollinen tunnusluku, joka kertoo näytteiden riittävyydestä (pitää olla > 0.85); RBAR tilastollinen tunnusluku, joka kertoo näytteiden yhteensopivuudesta. STDEV - indeksien hajonta; STERR - indeksien keskiarvon keskivirhe.

64 Metsänrajamännyn vuosilustoindeksin riippuvuus pohjoisen pallonpuoliskon lämpötilasta (Jones et al.)

65 Aiheeseen liittyviä tutkimuksia: Eronen, M., Zetterberg, P., Briffa, K., Lindholm, M., Meriläinen, J. and Timonen M Part 1: The supra-long Scots pine treering record for northern Finnish Lapland; Chronology construction and initial inferences. The Holocene 12(6): Helama, S., Lindholm, M., Timonen, M., Eronen, M. and Meriläinen, J Part 2: Interannual-to-centennial variability in summer temperatures in northern Fennoscandia during the last 7500 years extracted from tree-rings of Scots pine. The Holocene 12(6): Mielikäinen, K., Nöjd, P., Pesonen, E. & Timonen, M Puun muisti. Kasvun vaihtelu päivästä vuosituhanteen. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja s. Kaikki julkaisut: METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTEFINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

66 IV Onko ilmasto muuttumassa Lapin metsänrajametsissä: Mitä nähdään ilmastomittauksista? METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTET FINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

67 Ilmastonmuutosta voidaan arvioita vertaamalla viimeisen vuosikymmenen keskilämpötiloja 1930-luvun lämpöpiikkiin. Pohjoisella pallonpuoliskolla ja Suomessa näyttäisi keskimäärin olevan hiukan lämpimämpää kuin 1930-luvulla. Sodankylässä sen sijaan 1930-luku edelleenkin pysyy lämpimimpänä jaksona, kun asiaa tarkastellaan viimeisten sadan vuoden aikaskaalassa.

68 Sodankylän lämpötilatiedot kuvaavat varsin hyvin Lapin keskimääräistä ja myös metsänrajaseutujen ilmastoa. Vuotuinen, sydäntalven ja kesänaikainen keskilämpötilan kehitys eivät ainakaan toistaiseksi osoita erityisiä merkkejä ilmaston voimakkaasta trendimäisestä lämpenemisestä.

69 Kevätkauden keskilämpötila on ollut Sodankylässä normaalia korkeampi maalis-huhtikuussa parinkymmenen viime vuoden aikana. Sen sijaan huhti-toukokuussa ei ole havaittavissa erityistä trendimäistä lämpenemistä.

70 Sodankylän syyskauden lämpötilatiedot osoittavat ilmaston lämmenneen kutakuinkin ja 1940 lukujen tasolle, mutta mistään trendimäisestä noususta ei kuitenkaan ole kysymys.

71 V Onko ilmasto muuttumassa Lapin metsänrajametsissä: mitä nähdään vuosilustoindekseistä? METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTEFINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

72 Männyn lustoindeksin ja heinäkuun lämmön yhteys Sodankylässä Metsänrajamännyn kasvun minimitekijänä on pääsääntöisesti heinäkuun lämpötila. Vuosilustoindeksin ja heinäkuun keskilämpötilan välinen riippuvuus (RBAR) 20 vuoden jaksoissa laskettuna on ollut keskimäärin 0.5. Poikkeuksena ovat 1970-luku ja 1980-luvun alkupuoli, jolloin jokin muu tekijä kontrolloinut puiden kasvua. Ilmastodatan lähde: Ilmatieteen laitos

73 Vuosilustotutkimus 2004 Tutkimus Lapin männiköiden kasvusta vuosina Otoksena 500 koepuuta 17 metsikössä. Voimakkaimmat kasvun notkahdukset luvun alussa ja luvulla 1970-luvun alussa oli lämmin jakso, jonka ansiosta metsänrajalla kasvaa nyt 30- vuotias puusukupolvi. Kasvu on ollut pääosin nousujohteista luvun notkahduksen jälkeen koepuuta Kasvu on ollut keskimääräistä tai nousevaa viimeisten 15 vuoden aikana luvun kasvun tasoa ei kuitenkaan ole vielä ylitetty.

74 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

75 Pitkien lustosarjojen kokoaminen Vuonna 1994 aloitettiin Kasvun vaihtelun tutkimushankkeessa professori Kari Mielikäisen johdolla työ, jossa koottiin elävien puiden, kelojen, vanhojen rakennushirsien, kantojuurakoiden ja muinaispuiden (subfossiilien) lustoista 1911 vuoden pituinen lustokalenteri (Mielikäinen & al. 1998). Sarjan käytettävyyttä tutkimus-, opetus- ja esittelytarkoituksiin parannettiin yhdistämällä siihen metsänrajaseudun kasvukauden ilmastoa kuvaava kesä-heinäkuun keskilämpötilakäyrä ja Sirénin (1961) uudistumisvuodet vuoteen 1998 saakka päivitettynä. Sarja muodostaa edelleenkin Metlan lustotutkimuksen keskeisen työvälineen, jolla ratkotaan mm. ilmastokysymyksiä.

76 Metsänrajamännyn vuosilustojen leveyksistä laadittu lustokronologia kertoo rytmisesti vaihtelevista kesäheinäkuun keskilämpötiloista luvun lämmintä ilmastojaksoa on edeltänyt ainakin 10 vastaavaa lämpenemistä. Kylmät jaksot seuraavat lämpimien jaksojen perässä. Männyn kasvua säätelevä kesä-heinäkuun keskilämpötila on pysynyt viimeisen 100 vuoden aikana muuttumattomana (oranssi käyrä vuotuisin arvoin ja sininen käyrä 20 vuoden liukuvin keskiarvoin tasoitettuna). Ilmastonmuutostutkijoita kiinnostaa suuresti, kertovatko nämä rytmit maapallon ilmaston sisäisistä rytmeistä vai jostain muusta. Kasvujen vertailu Sirénin uudistumisvuosiin (1961, 1996) osoittaa, että Lapin metsänrajametsät uudistuvat pääsääntöisesti suotuisten jaksojen yhteydessä.

77

78 VI Pohjoisen pallonpuoliskon ilmastonmuutos ja Lapin metsänrajamänty METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTEFINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

79 Ilmastodatan lähde: CRU NAO-ilmiön aiheuttamat säiden vaihtelut (North Atlantic Oscillation) Atlantin lämpöpumpun vaikutus (Golfvirta) Ilmaston pitkäaikaiset vaihtelutrendit: keskiajan lämpökausi , pikku jääkausi )

80 Onko tulossa?

81 Ring width Mauri Timonen (METLA) 500-vuotias mänty (Pudasjärvi, Iso-Syöte) Mauri Timonen Metla/Mauri Timonen Mauri Timonen Year Metlassa ilmastonmuutoksen seurantaa mm. puiden vuosilustojen ja ilmastomittausten perusteella Lapin metsänrajamänty 7638-vuotisine lustokalentereineen on ilmastoseurannan perustyökalu. Se on myös suomalaisen ilmastonmuutostutkimuksen kansainvälisesti tärkeimpiä ellei jopa tärkein työväline. Lisätietoa:

82 Metlan vuosilustotietoa soveltavan ilmastonmuutostutkimuksen viitekehys (lähemmin:

83 VII Laajentuva yhteistyö pohjoisboreaalisen havumetsävyöhykkeen metsänrajametsissä METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTET FINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

84 Yhteistyöneuvottelut Venäjän metsäntutkijoiden kanssa Margit Pudas-Timonen Shiyatovin ryhmän tapaaminen Jekateriburgissa:

85 Pohjoismainen metsänraja- ja ilmastonmuutostutkimus saa uutta nostetta Metlan Venäjä-yhteistyön edetessä. Aluksi keskitytään Uralvuorten, Kölivuoriston sekä niiden välisen alueen ilmastokysymyksiin. Tromssan ja Uumajan yliopistojen toivotaan osallistuvan yhteistyössä Metlan kanssa projekteihin, jonka venäläisinä osapuolina ovat Venäjän tiedeakatemian huippuyksiköihin kuuluvat VN Sukachev Institute of Forest (IFSBRAS) sekä Institute of Plant and Animal Ecology (IPAE). Yli 400 työntekijän ja yli 200 tutkijan IFSBRASia voi kutsua Venäjän Metlaksi. Ekosysteemitutkimuk-seen erikoistuneessa IPAEssa on 300 työntekijää ja 100 tutkijaa. Metlan kannalta tärkeitä henkilöitä ovat IFSBRASin johtaja, akateemikko Eugene A. Vaganov, IPAEn johtaja, akateemikko Vladimir Bolshakov sekä professori Stepan G. Shiyatov. Margit Pudas-Timonen Margit Pudas-Timonen Akateemikko Eugene A. Vaganovin vieraina VN Sukachevinstituutissa.tutkija Mauri Timonen (vasemmalla) ja professori Kari Mielikäinen Professori Stepan G. Shiyatov (keskellä) isännöi Jekateributgissa. Hänen vierellään tutkijatohtorit Pavel Moiseev ja Rashit Hantemirov,

86 U.S. Dept. Of Agriculture Natural Resources Concervation Service Soil Survey Division World Soil Resources Maapallon pohjoisimmat metsät kasvavat Fennoskandiassa Golfvirran ja lounaistuulten (NAO-ilmiö) ansiosta. Meille tuttu mäntykuusi-koivu-metsävyöhyke ulottuu yhtenäisenä 4000 km:n päähän Krasnojarskiin saakka (vaaleanvihreä Boreal humid -vyöhyke ). Maapallon pohjoisimmat metsät kasvavat Fennoskandiassa Golf-virran ja lounaistuulten (NAO-ilmiö) ansiosta. Meille tuttuja mänty-kuusi-koivumetsiä (vaaleanvihreä Boreal humid -vyöhyke) löytyy Alaskasta, Kanadasta, USAn pohjoisosista, Etelä-Amerikan ylängöiltä, Grönlannin eteläkärjestä, Islannista, Skotlannista, Skandinaviasta, Keski-Euroopan ylängöiltä, Venäjältä, Kiinasta ja Japanista.

87 Venäjän kanssa tehtävässä ilmastonmuutostutkimuksessa on luonnollisena puulajivalintana mänty, joka tarjoaa parhaat onnistumisen edellytykset tieteellisten läpimurtojen saavuttamiseen. Mäntyä löytyy vaaleanvihreältä Boreal humid vyöhykkeeltä. Kuvaan merkityt yliopistot (Tromssa, Uumaja), Metlan toimintayksiköt ja venäläiset yhteistyötahot määrittelevät yhteisissä kokoontumisissaan lähemmin toiminnan suuntaviivat ja tutkimuksen kohteet.

88 Fennoskandian niemimaa muodostaa oman ilmastollisen kokonaisuutensa, jolle löytyy itään päin mentäessä vastineensa hieman eteläisemmiltä leveysasteilta. Metlan yhteistyökumppanit Jekaterinburgissa ja Krasnojarskissa sijouttuvat tämän alueen etelävyöhykkeen tuntumaan.

89 Kölivuoriston tuntumassa sijaitsevan Suomen suurilmasto on osa laajempaa Kölivuoriston ja Uralvuorten rajaamaa laaksoaluetta. Alueen suurilmaston vaihteluiden tutkiminen tuonee lisäselitystä myös Suomen suurilmaston vaihteluiden dynamiikkaan.

90 Lapin lukuisat metsänrajaseudulla sijaitsevat tunturit muodostavat kerrassaan erinomaisen lähtökohdan Pohjoismaiden ja Venäjän yhteiselle ilmastonmuutos- ja metsänrajatutkimukselle!

91 Ozi Explorer - sovellus A B Esimerkki Kukastunturin lustotutkimusten koejärjestelyistä. Tunturiseudun ilmaston pienalueittaisen vaihtelun selvittämiseksi laaditaan lustosarjat sekä metsänrajalta (A) että tunturin juurelta (B). Oranssiviivalla merkityt alueet ovat lustonäytteiden keruualueita. Vihreä pisteviiva kuvaa männyn metsän-rajaa. Laen kautta kulkevilta linjoilta tutkitaan mm. puiden ikäjakauma viime vuosisatojen metsänrajapuusukupolvien selvittämiseksi. Kohteiden valinnassa käytetään peruskarttoja, satelliittikuvia, väärävärikuvia ja Metsähallituksen kasvillisuusluokituskarttoja, joita tarkastellaan GIS-tekniikan mahdollistamin keinoin Maanmittauslaitokselta hankitun digitaalisen korkeusmallin avulla. Koepuut valitaan GPS-pohjaisella otannalla. Vastaavat koejärjestelyt toteutetaan myöhemmin viidellä muulla tunturilla.

92 Metlan lustotutkimuksella on yhteyksiä sekä länteen että itään.

93 - Lustia-hanke on Metlan lustotutkimukseen keskittyvä kehittämis- ja palveluhanke. - Sen tehtävänä on kehittää Metlan lustotutkimuksesta kansainvälisen vaatimustason täyttävää laboratoriotoimintaa - Lustian tehtäviä ovat myös kansainvälisen verkostoyhteistyön kehittäminen ja kansainvälisten projektien valmistelu. - Suurena haasteena on Metlan kansainvälisen ilmastonmuutos- ja metsänrajatutkimuksen kehittäminen. - Toiminta keskitetään aluksi Uralvuorten ja Kölivuoriston väliselle alueelle

94 Näkymä Pöyrisjärvelle Metsänrajamäntymme historiankirjasta on nyt tulkittu tapahtumia 7638 vuoden ajalta. Työ jatkuu ja toivomme onnistuvamme jatkamaan historiankirjoitusta ainakin parilla tuhannella vuodella. Mauri Timonen

95 VIII Miten Metlassa aiotaan jatkaa lustotutkimusta? METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTEFINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

96 Metlan lustotutkimuksen laboratorio- ja ajantietohanke Lustia Metlan palveluhanke 2511 Kestoaika: Hankkeen vastuututkija: Mauri Timonen Viisi osahanketta: 1 Lustialaboratoriot, 2 Lustiaarkistot, 3 Lustia ajantieto, 4 LustiaMaa ja 5 LustiaProjekti METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTET FINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

97 Suunnitelma Metlan lustotutkimuksek si vuoteen 2017 saakka

98 Osahanke 1: Lustialaboratoriot METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTET FINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

99 Osahanke 2: Lustia-arkistot METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTET FINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

100 Osahanke 3: Lustia Ajantieto METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTET FINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

101 Osahanke 4: LustiaMaa METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTET FINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

102 Osahanke 5: LustiaProjekti METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTET FINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

103 Lisätietoa Metlan lustotutkimuksesta Lustia-hankkeen verkkosivustossa METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTET FINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE

104

105 Kiitokset mielenkiinnostasi!