Ilmaston syklinen vaihtelu kylminä ja lämpiminä jaksoina

Transkriptio

1 Mukailtu teksti eräästä myöhemmin julkaistavasta kirjasta Ilmaston syklinen vaihtelu kylminä ja lämpiminä jaksoina Puiden vuosilustoissa näkyvät niiden kasvuaikaiset ilmastotekijät Puiden vuosilustoihin on tallentunut niiden elinaikainen ilmastohistoria. Pohjoisessa metsänrajan tuntumassa kasvava mänty on tässä ylivertainen verrattuna muihin ilmastoa läheisesti kuvaaviin niin kutsuihin proksimuuttujiin. Ilmastomuutosten historiaa kuvaavat parhaiten metsänrajamännyistä laaditut vuosilustosarjat (vuosilustokalenterit, vuosilustokronologiat), joista esimerkkejä ovat Metsäntutkimuslaitoksen 1911-vuotinen lustosarja ja suomalaisen lustotutkimuksen lippulaiva : Lapin 7638 vuoden pituinen metsänrajamännyn lustosarja. Puulustoista on mahdollista laatia aukoton vuosilustosarja (vuosilustokalenteri) keräämällä aineistoa elävistä puista, keloista, rakennushirsistä sekä järvien pohjamudista ja soista löytyvistä niin sanotuista subfossiilipuista. Eri ajanjaksoina eläneet puut on mahdollista yhdistää ristiinajoitustekniikalla, jos ne ovat kasvaneet osittain samanaikaisesti. Lapin mäntyjen ristiinajoittaminen perustuu kylminä kesinä muodostuneiden kapeiden vuosilustojen paikallistamiseen eri puista. Koska kylmiä kesiä sattuu toistuvasti, muttei mitenkään säännönmukaisesti, muodostavat kapeita vuosilustoja kalenterivuosiasteikolla kuvaavat pystyviivat sormenjälkiin verrattavan yksiselitteisen viivakoodikuvion, joka mahdollistaa vuodentarkan ajoittamisen (ns. skeloton plot menetelmä). Vuosilustoihin perustuva vuodentarkka, niin kutsuttu dendrokronologinen ajoittaminen, keksittiin jo 1900-luvun alussa. Menetelmää pidettiin silloin erityisesti arkeologiassa sensaationa, sillä silloin ei vielä tunnettu radiohiilimenetelmää. Puulustoajoittaminen on vuosittain muodostuvia kasvujen ansiosta edelleenkin tarkin tunnettu menneitä tapahtumia ajoittava menetelmä. Lapin järvistä on kerätty jopa yli 7600 vuoden ikäisiä muinaismäntyjen jäännöksiä. Ne ovat aikoinaan kasvaneet järvien rantavyöhykkeissä ja suistuneet lopulta vanhuuttaan, myrskyjen, metsäpalojen tai muiden syiden seurauksena järvien pohjamutiin. Niiden vähähappisiin ja usein jääkylmiin oloihin joutuneet rungot ovat saattaneet säilyä lahoamattomina jopa yli seitsemän vuosituhannen ajan. Lahoamattomuus ei kuitenkaan tarkoita kulumattomuutta. Nämä nykyisin mäntymetsänrajan yläpuolelta, avotunturien pienistä järvistä ja lammista löytyneet tukkikokoiset puiden jäännökset, niin sanotut männyn mega- tai subfossilit, ovat

2 selvä todiste aiemmista, nykyistä huomattavasti lämpimämmistä ilmastokausista. Toki niistä yhtä lailla näkyvät myös nykyistä viileämmät ilmastojaksot. Suomalaisen lustotutkimuksen kansainvälisesti arvokkain saavutus on metsänrajamännyn 7638-vuotinen lustosarja. Professori Matti Eronen aloitti Lapin pitkän lustokronologian kehittämisen jo vuonna 1974 ajoittamalla radiohiilimenetelmällä järvistä nostettuja muinaismäntyjä. Pitkä sarja saatiin valmiiksi toteutetussa yhdeksän maan EU-projektissa ADVANCE-10K, johon Suomesta osallistuivat Erosen johdolla Helsingin ja Joensuun yliopistot sekä Metla vuosina Lapin metsänrajamäntyä pidetään yhtenä maailman tarkimmista ilmastovaihtelun mittareista. Käsitystä voidaan perustella muun muassa metsänrajamännyn poikkeuksellisen voimakkaalla ilmastovasteella eli riippuvuussuhteella kesä heinäkuun lämpöoloista. Vuosilustoihin varastoituneiden ilman 13C ja 12C -hiili-isotooppien suhde kertoo vuosilustojen ominaisuustietojakin paremmin muinaisen ilmaston kesä heinäkuiden keskilämpötiloista. Metsänrajamännyn vuosilustoihin on jäänyt myös maapallon laajuisten ilmastomuutosten jälkiä, mitä todistavat lustoista paljastuneet pohjoisen pallonpuoliskon suurilmastoa ohjailevan NAO-ilmiön sormenjäljet eli vaihtelut, NAO-kytkentä korostaa Lapin metsänrajamännyn merkitystä osana ilmaston globaalimuutosta kuvaavaa mittaristoa, johon kuuluvat muun muassa Grönlannin jäätiköistä ja merten koralleista mitattavat proksitunnukset (proksi = ilmastoa likimääräisesti kuvaava muuttuja). Edellä mainitut ominaisuudet, sarjan ainutlaatuinen pituus (maailman toiseksi pisin havupuulustosarja) ja erityisesti vuodentarkkuus tekevät Lapin metsänrajamännystä yhden 2000-luvun alkuvuosikymmenen mielenkiintoisimmista ilmastomuutostutkimuksen kohteista. Metsärajamännyn kasvun vaihtelu ja uudistuminen Männyn ja kuusen metsänrajat liikkuvat heilurimaisesti kulloinkin vallitsevien lämpöolojen pitkäaikaisten vaihteluiden ohjaamina. Esimerkiksi männyn metsänraja siirtyi ja 1940-lukujen poikkeuksellisen lämpimän jakson ansiosta aiempaa pohjoisemmaksi ja korkeammalle tunturien rinteillä. Tuhatvuotisessa aikaperspektiivissä tarkasteltuna luvun liki puolivuosisatainen suotuisa jakso ( ) kuuluu vuosituhannen lämpimimpiin. Edellinen lämmin jakso oli 1700-luvulla. Niiden seurauksena syntyneet, nykyisin ja noin 250-vuotiaat metsiköt, muodostavat maantieteellisesti pohjoisimman (polaarisen) ja tuntureilla ylimmän (alpiinisen) metsänrajan.

3 Timonen toteaa, että metsänrajamännyn kasvuolosuhteet lienevät olleet kuluneella vuosituhannella ankarimmillaan 1600-luvun alussa, 1700-luvun lopussa, 1800-luvun alkupuoliskolla sekä 1900-luvun parina ensimmäisenä vuosikymmenenä. Kylmimmässä vaiheessa 1830-luvulla männyn kasvu saattoi jopa tyrehtyä kokonaan useiksi vuosiksi, mikä on voitu päätellä puuttuvien vuosilustojen perusteella. Pitkällä heikon kasvun jaksolla metsät uudistuivat professori Sirénin tutkimusten mukaan merkittävästi vain kerran. Yleisesti ottaen metsänrajaseutujen männiköt ovat uudistuneet harvakseltaan mutta kuitenkin melko säännöllisesti, Sirénin mukaan 3 4 kertaa vuosisadassa. Uudistuminen on tapahtunut suotuisien kasvujaksojen aikana. Korostettaessa tiettyjä puusukupolvia on kuitenkin huomattava, että metsänrajalla syntyy taimiainesta uusimpien tutkimusten mukaan huomattavasti useamminkin. Tutkimuksen lähtökohtia Tässä tutkimuksessa sovelletaan moni-ilmeisen vuosilustotutkimuksen (dendrokronologian) mahdollisuuksia historiantutkimukseen. Erityisesti hyödynnetään niin kutsuttua dendroklimatologista lähestymistapaa, jolla tarkoitetaan puiden vuosilustoista tulkittujen ilmastotekijöiden esimerkiksi lämpötila ja kosteus soveltamista historiallisten tapahtumien ja niiden taustojen selittämiseen. Tutkimuksen avaintekijänä on Lapin metsänrajamännyn vuosilustoihin tallentunut ilmastohistoria. Sitä tulkitsemalla voidaan päätellä historiallisten tapahtumien kulkua, niiden syitä ja seurauksia. Vuosilustosarjoista johdettu ilmastohistorian tietämys avaa ainutlaatuisella tavalla myös historiallisen ajan tapahtumakalenteria. Se antaa mahdollisuuksia nähdä syitä ja seurauksia perinteistä historiantutkimusta selkeämmin. Ilmaston vaihtelulla näyttää olleen selvästi suurempi vaikutus esimerkiksi pohjoisten seutujen asutus- ja väestöhistoriaan kuin tutkimuskirjallisuudessa on yleisesti esitetty. Tähän tulokseen päädytään, kun vertaillaan metsänrajamännyn kasvun vaihteluita historiasta tunnettujen tapahtumien ketjuun. Tehdyissä Lapin vuosilustosarjojen tilastomatemaattisissa analyyseissä on havaittu säännönmukaisesti voimakas riippuvuussuhde vuosiluston leveyden ja vuosittainen kesä heinäkuun keskilämpötilan välillä. Vuosilustoista voidaan leveyden lisäksi mitata monia muitakin ilmaston vaihteluita kuvaavia tunnuksia kuten solurakenteiden ominaisuuksia ja puuaineksen tiheyttä. Sen maksimitiheys korreloi voimakkaasti elo ja syyskuun lämpötilan kanssa. Kun puuaineksen tiheys lisäksi korreloi tilastollisesti merkittävästi myös sekä ke-

4 vät- että syyskauden lämpimyyden kanssa, voidaan puulustoilla täten arvioida ainakin lämpimien vuodenaikojen ilmastoa. Ehkäpä vuosilustot kykenevät vielä enempäänkin: ne kertovat epäsuorasti myös talvikauden olosuhteista, sillä edeltävän talven ankaruus ja sen myötä syntynyt routakerroksen paksuus vaikuttavat metsänrajamännyn kasvukauden pituuteen ja sen myötä kasvuun. Kun tiedetään, että tällä on vastaavuus auringosta maanpintaan tulevaan vuosittaiseen kokonaissäteilyn määrään, voidaan varsin luotettavasti päätellä sekä yksittäisten vuosien että useiden vuosien pituisen ilmastojakson keskimääräinen säätyyppi. Puun kasvukausi voi käynnistyä vasta silloin, kun maan lämpötila ylittää +5 astetta. Jos talvella kehittyneen roudan poistuminen maasta viivästyy esimerkiksi vähäsateisen ja viileän kevään vuoksi, on seurauksena myös kasvukauden alun viivästyminen. Koska männyn kasvu edellisestä riippumatta loppuu aina samaan aikaan, suunnilleen heinäkuun puolessa välissä, on seurauksena kasvukauden lyhentyminen ja yleensä normaalia kapeamman luston muodostuminen. Arviot niistä seikoista, mitkä kulloinkin ovat aiheuttaneet pohjoisen metsänrajamännyn kasvuolojen muuttumisen, esimerkiksi nopeasti tapahtuneen heikentymisen, ovat tärkeätä tietoa nykyistä ilmastonmuutostutkimusta ajatellen. Olivatpa syyt mitkä tahansa, vaikkapa auringon säteilyenergian tilapäinen heikkeneminen, maapallon heiluriliike tai tulivuoren purkauksessa ilmakehään päässyt tuhka, on kiistatonta, että vuosilustot kertovat metsänrajamännyn kasvuun vaikuttaneista vuosittaisista lämpöoloista. i Lustokalentereista saatu käsitys muinaisilmastosta antaa usein ratkaisevan lisäselityksen yritettäessä ymmärtää historiallisten tapahtumien ja ajan ilmiöitä. Siten myös sellaisten ajanjaksojen tapahtumia, joista ei ole kirjallisia lähteitä, voidaan selittää Lapin metsänrajamännyn kasvuja tutkimalla. Tähän mennessä tutkimuskirjallisuudessa ei ole kovinkaan usein pystytty päättelemään tosiasiallisia syitä keskiajan lähteistä tunnettuihin tapahtumaketjuihin, joille näyttää kerta toisensa jälkeen löytyvän selityksensä suurilmastotekijöistä. Otan esimerkit Itämeren piiristä myöhäiskeskiajalta. Lähteitä: 1 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): Douglass, A. E Weather cycles in the growth of big trees. Month. Weath. Rev. 37.

5 3 Douglass, A. E A method of estimating rainfall by the growth of trees. In: E. Huntington (ed.), The climatic factor. Carnegie Institution of Washington Publivation 192, Washington, DC, USA. 4 Juntunen, V. & Neuvonen, S Natural regeneration of Scots pine and Norway spruce close to the timberline in northern Finland. Silva Fennica 40(3): Helama, S., Eronen, M ja Timonen, M Dendrokronologinen ristiinajoitus - absoluuttinen ajoitusmenetelmä. Geologi-lehti nro 3. s Suomen geologinen seura. 6 Helama, S. & Timonen, M Meteorologisia aikasarjoja puiden vuosilustoista. Ilmastokatsaus. Joulukuu s.5-6. Ilmatieteen laitos. 7 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): Helle, T., Kojola, I & Timonen, M Lumipeitteen vaikutus Käsivarren porolukuihin: mikä on Pohjois-Atlantin säänvaihtelun (NAO) merkitys? Suomen Riista 47: Mielikäinen, K., Nöjd, P., Pesonen, E. & Timonen, M Puun muisti. Kasvun vaihtelu päivästä vuosituhanteen. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja s. 10 Timonen, M. 1996a. Puun vuosilustot ilmastohistorian analyysissä. Folia Forestalia Metsätieteen aikakauskirja 1996(3): Timonen, M. 1996b. Lapin metsien kasvun vaihtelu viimeisen 500 vuoden aikana. Pohjoisten metsien kasvu ennen, nyt ja tulevaisuudessa. Metsäntutkimuspäivät Rovaniemellä Toim.Hannu Hökkä, Hannu Salminen & Martti Varmola. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja Timonen, M Puun muistikirja. Julkaisussa: Ympäristö ja tutkimus Ylä-Lapissa 1990-luvulla. Seminaari Siidassa Metsähallituksen metsätalouden julkaisuja Timonen, M Ilmaston muutokset kautta aikojen - onko menneisyys Lapin metsien tulevaisuuden peili. Julkaisussa: Varmola, M. & Tapaninen, S. (toim.). Pohjoisten metsien hoito - 30 vuotta tutkimuspäiviä Rovaniemellä. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 803: Timonen, M Kolarin lustotutkimuksen suuret haasteet. Julkaisussa: Tasanen, T., Hietanen, J., Huhta, E., Hulkko, E., Jokinen, M. & Vuontisjärvi, U. (toim.). Vuomilla ja vaaroilla - neljä vuosikymmentä metsäntutkimusta Kolarissa. Metsäntutkimuslaitos, Kolarin tutkimusasema, s Vaganov, E. A., Hughes, M. K. & Shaskin, A. V Growth Dynamics of Conifer Tree Rings. Ecological Studies 183. Images of Past and Future Environments. Springer i Eronen, Matti 2002, Ilmaston vaihtelut jääkauden jälkeen, s