LUSTOTUTKIMUKSIIN PERUSTUVAA POHDISKELUA ARKTISTEN ALUEIDEN ILMASTON KEHITYSVAIHTOEHDOISTA

Transkriptio

1 1

2 LUSTOTUTKIMUKSIIN PERUSTUVAA POHDISKELUA ARKTISTEN ALUEIDEN ILMASTON KEHITYSVAIHTOEHDOISTA Ilmastokriittinen näkökulma Mauri Timonen Rovaniemi Versio 27/ ladattavissa linkistä 2

3 Sisällys: Sisällys ESIPUHE... 4 I Ilmastonmuutos... 5 II Holoseenin kaudet... 5 Holoseeni... 5 Holoseeni- ilmaston jaksollisuuksia... 5 Alppien lämpötilavaihtelut... 6 Pieni jääkausi... 6 Keskiajan lämpökausi... 6 III Chilling perspective:... 6 IV Little Ice Age (Solar Influence - Temperature) -- Summary... 7 V Kumpi ensin, muna vai kana eli CO2:n ja lämpötilan järjestys... 7 VI Milloin alkaa seuraava jääkausi?... 7 VII Auringon aktiivisuuden vaiko kasvihuoneilmiön lämpövaikutukset?... 8 VIII Ilmastomallien luotettavuus: CLIMATE MODEL VALIDATION SCORECARD... 8 IX Shavivin ilmastonmuutosdynamiikka... 8 X Ilmakehän CO2-pitoisuudet historiassa?... 9 XI Linkkejä... 9 XII Mietteitä lustotutkimuksesta ja vähän muustakin Kuvakokoelma Kansikuva: Tulevan ilmastonkehityksen vaihtoehdot. Vertailukohtana on 500 vuoden metsänrajamännyn vuosilustosarja, joka sisältää vuotuisen ja vuosikymmenten välisen ilmastonvaihtelun. Pikku jääkauden paljastava pitkätaajuinen vaihtelu ei ole mukana (tulee seuraavaan versioon). 3

4 ESIPUHE Tämä raportin muotoon kirjoitettu muistioni sisältää lustotutkimukseen ja vuosilustotietoa hyödyntävään ilmastonmuutostutkimukseen liittyviä huomioita, ajatusmalleja myös jonkin verran omia tutkimustuloksianikin. Toivon, että aihepiiristä kiinnostuneet saavat kysymyksiinsä vastauksia ja että käsittelemäni asiat herättävät myös uusia kysymyksiä. Toivon myös, ettei joihinkin tässä paperissa esittämiini ajatuksiini suhtauduttaisi turhan mustavalkoisesti, vaikka ne saattavat radikaalistikin poiketa ilmastonmuutostutkimuksen valtavirrasta. On muistettava että tiede usein kehittyy poikkeuksellisista näkökulmista. Tarve tällaisen paperin tuottamiseen on lähtenyt puulustotutkimukseen kuuluvan dendroklimaattisen tutkimuksen kehittämisen tarpeista. Kun näkee vaivaa koota keskeisiä teemoja mahdollisimman hyvin jäsennellyiksi muistioiksi, on hyvä mahdollisuus siihen, että jotkut niistä päätyvät tulevien vuosilustotutkimusprojektien hypoteeseiksi. Rovaniemellä Mauri Timonen 1 Päivitetty pieneltä osin ja

5 Holoseenin ilmastomuutokset I Ilmastonmuutos Ilmastonmuutos tarkoittaa Maan ilmastossa tai paikallisissa ilmastoissa tapahtuvaa muutosta. Ilmasto on kautta aikojen vaihdellut luonnollisista syistä, jotka liittyvät muun muassa merien lämpömekanismeihin, maapallon rataan, mannerlaattojen liikkeisiin, Auringon aktiivisuuteen, vulkaaniseen toimintaan ja asteroiditörmäyksiin. Suomen kielessä ilmastonmuutoksella on tarkoitettu viime aikoina yleensä ihmisen toimista johtuvaa globaalia ilmaston lämpenemistä. II Holoseenin kaudet Holoseeni Holoseenilla on ollut kausia, jolloin lämpötila on vaihdellut vuosi vuodelta normaalia epävakaammin. Holoseenin aikana näkyy noin 2600 vuoden jakso. Lämpimiä kausia: , lämpimintä, 2 3 astetta nykyistä lämpimämpää Kylmiä kausia, lämpötila 1 2 astetta nykyistä viileämpää vuotta sitten: vuotta sitten ( vuotta sitten) preboreaalinen oskillaatio kesti 200 vuotta ns 8,2 tuhannen vuoden kylmä piikki, lämpötila laski Euroopassa 2 C 5900 (6900?) 4100 tai Holoseeni- ilmaston jaksollisuuksia Holoseenin ilmastosta on etsitty eri pituisia jaksollisuuksia. Esimerkkejä: 5

6 Holoseenin ilmastomuutokset Alppien lämpötilavaihtelut Alpit ovat sulaneet keskimääräin 1000 vuoden välein: The fact that the Alpine glaciers are melting right now appears to be part of regular cycle in which snow and ice have been coming and going for thousands of years. The glaciers, according to the new hypothesis, have shrunk down to almost nothing at least ten times since the last ice age 10,000 years ago. "At the time of the Roman Empire, for example, the glacier tongue was about 300 meters higher than today," says Joerin. Indeed, Hannibal probably never saw a single big chunk of ice when he was crossing the Alps with his army. The most dramatic change in the landscape occurred some 7,000 years ago. At the time, the entire mountain range was practically glacier-free -- and probably not due to a lack of snow, but because the sun melted the ice. The timberline was higher then as well. The scientists' conclusion puts the vanishing glaciers of the past 150 years into an entirely new context: "Over of the past 10,000 years, fifty percent of the time, the glaciers were smaller than today," Joerin states in an essay written together with his doctoral advisor Christian Schluechter. They call it the "Green Alps" theory. "The history of the glacial cover apparently is more dynamic than had been assumed until now," says Schleuchter. According to this model, the glaciers were smallest about 7,000 years ago, largest during the "mini ice age" of 1650 to Since this last cold spell, the tongues of ice have been receding quickly -- for a paleoclimatologist 150 years are just a wink in time. Pieni jääkausi Pieneksi jääkaudeksi (Little Ice Age LIA) sanotaan kylmempää ilmastovaihetta noin vuosina Maapallon keskilämpötila laski erään arvion mukaan 0,4-0,6 ºC. Suuremman viilenemisen kausi voidaan rajata jaksolle Kylmintä oli 1600-luvulla, varsinkin Noin sadan vuoden välein oli hyvin kylmiä kausia 1650, 1770 ja Pienen jääkauden katsotaan aiheutuneen auringon aktiivisuuden heikentymisestä. Jääkauden jälkeisen holoseenin ilmasto on vaihdellut noin 1500 vuoden jaksoissa 1-2 ºC. Nykyään jotkut tutkijat ajattelevat, että pienen jääkauden ilmastovaihtelu on ollut vain alueellista. Keskiajan lämpökausi Keskiajan lämpökausi (keskiajan ilmasto-optimi, keskiajan pitkä kesä Medieval Warm Period MWP) oli lämmin kausi noin vuosina , keskiajan loppupuoliskolla. Lämpimintä oli Silloin oli Afrikassa keskimääräistä kuivempaa. Tänä aikana viikingit asuttivat Grönlantia. Viileneminen alkoi viimeistään Kautta seurasi pieni jääkausi. Edellinen lämmin kausi oli Auringon aktiivisuus oli huipussaan olikin viileämpää. III Chilling perspective: Ote sivuston johtopäätöksestä (Jane Francis): " What we are seeing really is just another interglacial phase within our big icehouse climate." Dismissing political calls for a global effort to reverse climate change, she said, " It's really farcical because the climate has been changing constantly... What we should do is be more aware of the fact that it is changing and that we should be ready to adapt to the change." 6

7 Holoseenin ilmastomuutokset IV Little Ice Age (Solar Influence - Temperature) -- Summary Mike Flaugher: Comment: With the beginning of Sunspot Cycle 23, we MAY be entering into a period of climate disturbance similar to that in the early 1800's, and POSSIBLY like that of the three major disturbances of the last millennium, the Wolf, Sporer and Maunder Minimums. The latter possibility we will not know with certainty for several decades. Solar Cycle 23, however, appears at this time poised to begin a major downshift in solar levels which may well cause reactions in the stratosphere and, through mechanisms now being studied as illustrated in some of the articles above, a series of reactions in the lower atmosphere. I believe that the manifestation of these changes may soon be felt as a shifting of weather patterns of moisture, dryness, and temperature. Päätelmä: They report that "warming since 1650 due to the solar change is close to 0.4 C, with pre-industrial fluctuations of 0.2 C that are seen also to be present in the temperature reconstructions." From this study it would thus appear that solar irradiance variability alone can explain a significant portion of the warming experienced by the earth in recovering from the global chill of the Little Ice Age, leaving not a whole lot more to be attributed to other solar-related phenomena. V Kumpi ensin, muna vai kana eli CO2:n ja lämpötilan järjestys Tähän vielä lisänä Jessenin (2006) väitöskirjaan perustuvat päätelmät: What it means? The results of this paper drive another nail in the coffin of the CO2- induced global warming hypothesis. As we have reported before (see our CO2-Temperature Correlations Summary 2 and related referenced material), scientific data, such as those of the present study, do not support the notion that CO2 is the all-important driver of climate change VI Milloin alkaa seuraava jääkausi? (koko juttu) Jutun alkuperä: Päätelmä: But many climatologists note that the complex interplay of greenhouse gases, orbital shifts and other influences on climate remain poorly understood. In fact, some experts say, there is a chance that human-induced warming could shut down heat-toting ocean currents that keep northern latitudes warmer than they otherwise would be. The result could be a faster descent into glacial times instead of a delay

8 Holoseenin ilmastomuutokset VII Auringon aktiivisuuden vaiko kasvihuoneilmiön lämpövaikutukset? Tähtitieteilijä Douglas V. Hoyt on kirjoittanut kirjan aiheesta The Role of the Sun in Climate Change. Douglas Hoyt and Kenneth Schatten point out that the large numbers of sunspots during the 11th and 12th centuries made Earth significantly warmer, allowing Vikings to settle in Greenland, for example. The authors review many historical studies of the Sun's influence on climate. VIII Ilmastomallien luotettavuus: CLIMATE MODEL VALIDATION SCORECARD Ovatko ilmastomallit toimineet? Mielenkiintoinen vertailu: Hoyt n päätelmä UHI (Urban Heat Influence) have significant impacts of measured trends. It is likely a large fraction of the 0.6 C warming reported for the 20 th century is caused by spurious non-climatic effects such as UHIs. If 0.10 C/decade represents the warming in the central portions of towns and cities, as both pro and con arguments suggest, then it is reasonable to assume most temperature measurements are away from the center, so the UHI trends might be a quarter or a half of the central cities or C to 0.05 C/decade. Kalnay suggests it is C/decade over the US and this probably the most reliable number we have so far. That would mean about 45% of the observed warming is actually spurious urban warming. IX Shavivin ilmastonmuutosdynamiikka Jerusalemin yliopiston apulaisprofessorin astrofyysikko Nir J. Shavivin mukaan ilmastonmuutosten päävaikuttaja on Aurinko, joka lämmittää erilaisten mekanismien ja kerrannaisvaikutusten välityksellä Maan ilmastoa. Lämpenemisen myötä ilmakehän CO2-pitoisuus nousee, mikä puolestaan lisää kasvihuoneilmiön kautta lämpenemistä. Myös monet muut tekijät vaikuttavat, mutta niiden ominaisuudet tunnetaan huonosti (kuva 2). Hänen laskelmiensa mukaan Auringon aktiivisuuden vaihtelut selittävät jopa 85 % lämpötilan noususta eli 0.5 astetta IPCC:n väittämästä 0.6 asteesta: Using historic variations in climate and the cosmic ray flux, one can actually quantify empirically the relation between cosmic ray flux variations and global temperature change, and estimate the solar contribution to the 20th century warming. This contribution comes out to be 0.5±0.2 C out of the observed 0.6±0.2 C global warming (Shaviv, 2005). Hänen mukaansa edelleen: Doubling the amount of CO2 by 2100, we will only increase the temperature by about 1 C or so. This is still more than the change over the past century. This is good news, because it implies that future increases in the amount of atmospheric greenhouse gases will not dramatically increase the global temperature, though GHGs will probably be the dominate climate driver. CO2 olisi hänen arvionsa mukaan siis vasta myöhemmässä vaiheessa merkittävin ilmastotekijä, eikä silloinkaan yhden asteen nousullaan "vaarallinen" Merkille pantavaa on, että IPCC:n arvio ihmisen ilmakehää lämmittävän vaikutuksen suuruus on 0.8 ± 1.3 W/m². Keskiarvoa suurempi virhemarginaali merkitsee sitä, että ihmisen vaikutuksen etumerkistäkään ei ole varmuutta! 8

9 Holoseenin ilmastomuutokset Shavin: CV: X Ilmakehän CO2-pitoisuudet historiassa? Puolalainen professori Zbigniew Jaworowski (Chairman, Scientific Council of Central Laboratory for Radiological Protection ) Warsaw, Poland, varoittaa, että menneisyyden jäistä mitatut CO2- tasot ovat liian matalat: False Low Pre-industrial CO2 in the Atmosphere. Ice core records of CO2 have been widely used as a proof that, due to man's activity the current atmospheric level of CO2 is about 25% higher than in the pre-industrial period. These records became the basic input parameters in the models of the global carbon cycle and a cornerstone of the man-made climatic warming hypothesis. These records do not represent the atmospheric reality. XI Linkkejä Seuraavassa linkkejä ajatussuuntaan jos toiseenkin: 9

10 Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta Mauri Timonen XII Mietteitä lustotutkimuksesta ja vähän muustakin METLALAINEN JA MUU KOTIMAINEN LUSTOTUTKIMUS. Vuosilustoanalyysejä on tehty Metlan kasvututkimuksissa jo vuodesta 1920 lähtien 3. Ikämääritykset, kasvunlaskenta ja ilmaston vaihteluita kuvaavat vuosilustoindeksit ovat olleet lustojen peruskäyttöä Metlassa. Tätä pitemmälle mentiin 1980-luvun lustoanalyyseissä, joissa tarkasteltiin jonkin puun kasvuun vaikuttavan tekijän (esim. lannoitus, harvennus, metsätuhot, ilman epäpuhtaudet) aikaansaamia kasvunmuutoksia vuosilustoissa. Metlan liki 90-vuotisen historian (laitos perustettu 1917) aikana voidaan arvioida mitatun kymmeniä miljoonia vuosilustoja! On harmillista, että sinänsä tasokasta Metlan lustotutkimusta on vaivannut tietynlainen sisäänpäin kääntyneisyys, joka on ilmennyt omintakeisten tutkimusmenetelmien soveltamisena, epästandardeina tutkimuskohtaisina kertakäyttösovellusten harrastamisena ja tapauskohtaisina aineistojen talletusmuotoina. Tärkeästä kansainvälisestä yhteistyöstä ei näissä projekteissa ole ollut tietoakaan! On selvää, että Metlassa vallinnut sekava toimintaympäristö ei juurikaan ole mahdollistanut kansainvälisen yhteistyön harjoittamista. Sen seurauksena Metlan lustotutkimus oli maailmalla vielä jopa 1990-luvun alussa lähes tuntematon käsite! Tilanne oli sentään ollut vähintäänkin lupaava jo ja 1960-luvulla, jolloin professoreiden Peitsa Mikola ja Gustaf Sirén lustotutkimukset tunnettiin myös ulkomailla. Heidän ilmaston vaihteluihin keskittyneet lustotutkimuksensa kestävät tieteellisesti vieläkin minkä tahansa kansainvälisen huippututkimuksen vertailun. Lustotutkimus eli Metlassa hiljaiseloa aina vuoteen 1976 saakka, jolloin aloitin gradu-työlläni Kasvuindeksien laadintamenetelmät oman kehittämistoimintani tieteenalalla. Yli 30-vuotinen työrupeamani on kaiken aikaa painottunut lustotutkimuksen menetelmien kehittämiseen. Sen tuoreinta muotoa on viime vuosina edustanut Lustotutkimuksen laboratorio- ja kehittämishanke Lustia. Kehittämistyöni päätuloksen muodostaa KINSYS-lustotutkimusohjelmisto, joka sisältää yli 1100 aliohjelmaa ja noin riviä Fortran-koodia. KINSYS palveli alun perin Metlan lustotutkimuksen tarpeita, mutta 1990-luvun loppupuolella se laajentui kansainvälisten lustotutkimusstandardien edellyttämään muotoon. Ohjelmistoa on viritetty viime vuosina ilmastonmuutostutkimukseen liittyvien analyyseihin tarpeisiin. Tämän kehittämistyöni tulokset ovat näkyvillä Lustian ohjelmistosivuilla. Metlan lustotutkimuksemme kansainvälistyminen sai vauhtia kasvu- ja tuotostutkimuksen professorin Kari Mielikäisen vuosina vetämässä Kasvunvaihtelun tutkimushankkeessa 4, jossa panostettiin dendrokronologiseen tutkimukseen. Meillä oli silloin käytettävissä myös omaa erityisosaamistamme, muun muassa perinteistä kasvututkimusosaamistamme, kokemusta vedenalaisessa metsäntutkimuksesta sekä omaa tuotantoamme oleva KINSYS lustotutkimusohjelmistomme. Pääsymme Keith R. Briffan vetämään Advance-10K-projektiin ( ) mahdollisti Lapin 7520-vuotinen metsänrajamännyn lustosarjan valmistumisen Sen julkaiseminen Holocene-lehdessä 2002 ja Arizonan yliopiston kanssa yhteistyössä suunnitellun Lustia-projektin käynnistyminen 2003 mahdollistivat kotimaisen lustotutkimuksemme lopullisen kansainvälisen läpimurron. Sen osoitukseksi saimme oikeuden järjestää lustotutkijoiden kansainvälisen konferenssin 2010 Rovaniemellä 5. Dendrokronologisen tutkimusotteen omaksuminen Metlan lustotutkimuksessa laajensi kasvututkimuksemme aihepiireihin, joihin osallistumiseen meillä ei aiemmin olisi ollut pätevyyttä. Lustotie- 3 Ks. esim. Arizonan matkan raportti: tai 4 Hanke 3042: Kasvun vaihtelu ( ). Professori Kari Mielikäisen vetämässä kasvun vaihtelun tutkimushankkeessa luotiin tarvittavat valmiudet Metlan kansainväliselle lustotutkimukselle. Mielikäisen ja prof. Heinrich Spieckerin euroopanlaajuiset kasvutrenditutkimukset herättivät runsaasti huomiota erityisesti Keski-Euroopassa. Metlalainen lustotutkimuksen aikaperspektiivi kasvoi hankkeen aikana sadoista vuosista tuhansiin vuosiin, mikä pohjusti jatkotutkimuksiin, mm. Advance 10K -EU projektiin, osallistumista. 5 Infoa WorldDendro 2010:stä + raportteja Pekingin kokouksesta: 10

11 Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta toa hyödyntäviä perinteisiä tutkimussektoreita Metlassa ovat kasvu- ja tuotostutkimus, VMI, lannoitustutkimus ja metsätuhotutkimus. Uusia ja vahvistuvia aloja ovat ilmasto- ja metsähistoriatutkimus, ilmastonmuutostutkimus, metsäpalotutkimus, ajoitustutkimukset sekä ympäristönseurantatutkimus. Vuosilustotutkimus on laajentunut maailmalla etenkin viime vuosina voimakkaasti. Tieteenalan edustajien kokonaislukumäärä lienee nykyisin 2000 luokkaa. Kansainvälisesti toimivia suomalaisten alan tutkijoita on parisenkymmentä. Metlan ohella lustotutkimusta merkittävästi Suomessa kehittäneitä tahoja ovat olleet Helsingin yliopisto (professori Matti Eronen), Joensuun ylipisto (professori Taneli Kolström ja dosentti Jouko Meriläinen) sekä Oulun yliopisto (professorit Olavi Heikkinen ja Jouko Alestalo). Nykytutkijoista mainittakoon Samuli Helama ja Seija Kultti Helsingin yliopistosta, Risto Jalkanen, Helena Henttonen, Mikko Kukkola, Harri Mäkinen, Pekka Nöjd, Erkki Pesonen ja Mauri Timonen Metlasta, Markus Lindholm, Pentti Zetterberg ja Petteri Vanninen Joensuun yliopistosta sekä Jyrki Autio ja Mervi Tuovinen Oulun yliopistosta. Vaikka osuutemme alan kansainvälisessä huippututkimuksessa on pieni, on työmme jälki silti näkyvää ja meidät tunnetaan niin lännessä kuin idässäkin 6 Olemme kehittäneet 1990-luvun alusta alkaen suomalaista lustotutkimustamme kansainvälistä yhteistyötä ja monitieteistä lähestymistapaa painottavaan suuntaan. Alkuvaiheessa oli tavoitteena kehittää ja vakiinnuttaa suomalais-eurooppalais-amerikkalaisia yhteistyömuotoja erityisesti vuosilustosarjojen kehittämisessä ja ilmastonmuutostutkimuksessa 7. Toimintaa laajennettiin vuonna 2004 Venäjän ja 2006 Kiinan suuntaan. Luonnollisen lähtökohdan idän yhteistyölle tarjoaa maailman laajin metsäalue, taiga, josta Siperian metsät muodostavat valtaosan 8. Sen läntiseen reunaan kuuluu myös Suomi. Yhteistyö laajeni vuoden 2006 aikana myös muihin pohjoismaihin ja muuhun Eurooppaan. Joitakin tunnusteluja on tehty myös Kanadan suuntaan, joten on mahdollista, että jossain vaiheessa päästään tekemään koko pohjoisboreaalisen havupuuvyöhykettä koskevaa ilmastonmuutostutkimusta. EURACLIMATES-SUUNNITELMA. Pekingissä pidetyssä lustotutkijoiden kansainvälisessä kokouksessa 9 tunnuttiin olevan yhtä mieltä siitä, että pohjoisen pallonpuoliskon ilmastonmuutostutkimuksessa tulee päästä laajempien kokonaisuuksien hallintaan. Kehitteillä olevassa Euraasian laajuisessa ilmastonmuutostutkimuksen viitekehyspaperissa, ns. EURACLIMATES suunnitelmassa 10, esitetään neljä erilaista lähestymistapaa ilmastonmuutosten ja niiden vaikutusten tutkimiseksi. Pääpaino asetetaan taigametsien 11 tutkimukselle, mutta myös muunlaisia aluejakoja 12, jotta tutkimusryhmät saisivat yksiselitteinen kiinnekohdan tulosten siirtämiseksi paikasta toiseen. Projektin kehittämiseen ovat alustavasti lupautuneet pyydetyt yhteistyötahot 10 maassa ja noin 15 instituutiossa. Osallistujia riittäisi enemmältikin, mutta tässä vaiheessa suunnitteluryhmä pidetään nykyisessä koossaan. PAST CLIMATES TRENDIPINNAT JA EKOSYSTEEMIT. Euraclimates-projektit perustuvat vuosilustoihin tallentuneen ilmastotiedon ja Euraasian alueen kattavan tuhansien lustokronologioiden mahdollistamaan ilmastohilaan, joka avulla voidaan muodostaa keskilämpötilaa kuvaavat vuotuiset trendipinnat niin pitkälle ajassa taaksepäin kuin vuosilustosarjat yltävät. Euraasian alueelta on olemassa useita yli 7000-vuotisia sarjoja. Suomella on ja Ruotsilla vastaava 7400 vuoden pituinen metsänrajamännyn lustosarja. Itävaltalaiset julkistivat viime vuonna yli 7100-vuotisen mäntylustosar- 6 Esimerkiksi ja 7 Ks. edellisen kohdan lähdeviittaukset 8 Neljä erilaista euraasialaisen ilmastonmuutostutkimuksen viitekehystä esitellään esitellään Lustia-raportin 2/2006 (Metlan lustotutkimuksen suuret haasteet) liitesivuilla. Linkki Ks. s ja liitteet TaigaClimates: climate change research based on all the sensitive northern timberline conifer species 12 SpineaClimates: climate change research based on Scots pine (Pinus sylvestris) tree-ring chronologies; EuraMountainClimates: Eurasian mountain timberlines climate change research; Boreal Zone Biome Climates: Eurasian climate change research in the Boreal humid and semiarid zones; 11

12 Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta jansa (Pinus Cembra L).Venäjän Jamalin lehtikuusikalenteri on 7 358, Saksan Hohenheimin yliopiston tammiaineisto peräti ja Belfastin yliopiston Irlannin tammiaineisto 7524 vuotta pitkä. Lisäksi on mainittava Arizonan yliopiston vuoden mittainen vihnemäntysarja, jota voinee käyttää verrokkiaineistona. Lapin 7641-vuotisen vuosilustosarjan osalta on käynnissä tieteellisiin läpimurtoihin pyrkivä suomalais-sveitsiläinen yhteistyö, jonka tavoitteena on saada mitatuksi koko sarjasta vuosilustojen tiheydet vuoteen 2010 mennessä. WSL (Sveitsin metsäntutkimuslaitos) joutuu sitomaan mittausresurssinsa tähän projektiin vuosiksi. Myös Metlan lustotutkimuksessa joudutaan tekemään resurssien niukkuuden vuoksi uudelleen järjestelyitä. Tulokset toivotaan voitavan esitellä WorldDendro2010:ssä. Soveltamalla Google Earth-tyyppistä visualisointisysteemiä, jossa maaston korkeusvaihtelu on korvattu kuukausi- ja muilla keskilämpötilamuuttujilla, on mahdollista etsiä ilmastollisia poikkeavuuksia, anomalioita, laajojen alueiden nykyisistä ja menneistä ilmastoista. Joidenkin alueiden ilmastohistoriaa päästään katselemaan matkustamalla puiden vuosilustojen ilmastosignaalien mahdollistamassa aikakapselissa nykyhetkestä esimerkiksi vuotta taaksepäin, jolloin on mahdollista arvioida paikallista ilmastoa pikku jääkauden ja keskiajan lämpökauden aikana. Euraasian alueelta vuosikymmenien aikana kerätty kymmeniin tuhansiin nouseva havupuiden vuosilustosarjojen joukko mahdollistaa alueellisten ilmastokarttojen laatimisen sadoiksi ja jopa tuhansiksi vuosiksi ajassa taaksepäin. Nykyisten ja menneiden ilmastojen välillä saattaa olla huomattaviakin eroja, sillä olosuhteiden kehitys on ympäristötekijöiden summa. Esimerkiksi ilmaston trendimäiset lämpenemiset ja viilenemiset, vallitsevien tuulien suunnat, auringon aktiivisuuden vaihtelut yms. tekijät saavat aikaan jatkuvan ilmastonmuutoksen. Paikalliset ekosysteemit reagoivat joka kerta aiemmasta poikkeavalla tavalla. Siksi sukellukset paikallisilmastojen menneisyyksiin ovat tärkeitä pyrittäessä ymmärtämään paikallisen ekosysteemin kehitystä. Tavoitteena on paikallistaa ominaisuuksiltaan yhteismitallisia vertailualueita, joissa ensimmäisen alueen jo historialliseksi muuttunut ilmasto on kehittymässä toisen alueen tulevaksi ilmastoksi. Siten esimerkiksi lämpimämmissä paikallisilmastoissa kehittyneiden metsäekosysteemien kehityshistoriat ovat sovellettavissa tällä hetkellä viileämmissä kehitysvaiheissa olevien ekosysteemien tulevaisuuden ennusteiksi. Vertailuparit voidaan tunnistaa niiden ekologisen kehityksen ja ilmastohistorioiden yhteisiä ominaispiirteitä vertailemalla. Tiedämme ilmaston lämmenneen esimerkiksi Uralilla, Alpeilla ja Kölivuoristossa. Suomessa ei vielä ole tapahtunut kovin merkittävää lämpenemistä. Jos lämpeneminen kuitenkin jatkuu, voisivat mainituilta alueilta saadut tulokset ekosysteemin muutoksista olla tietyin ehdoin sovellettavissa Suomen olosuhteisiin. Kun ajatellaan esimerkiksi tuhosienten ja hyönteisten leviämistä uusille alueille ilmaston muuttuessa, saadaan niiltä alueilta, joissa muutos jo on tapahtunut, suoraan sovellettavaa tietoa muutosprosessissa olevan ekosysteemin tulevaisuudesta! MOTTO. Vaikutamme parhaiten kansainvälisessä lustotutkimusyhteistyössä kehittämällä osaamistamme, vastaamalla kotimaisten lustoaineistojen hankkimisesta ja ylläpidosta sekä osallistumalla aineistojen analyysiin ja raportointiin. Lisäksi meillä on vastuu Lapin metsänrajamännyn pitkän lustosarjan edelleen kehittämisestä ja sen ilmastotiedon selvittämisessä. Tehtävämme on selvittää mahdollisimman tarkoin holoseeni-ilmaston vaihteluiden ominaispiirteet, jotta voitaisiin arvioida nykyilmaston normaalius tai poikkeuksellisuus ja sen myötä myös ihmisen vaikutus nykyiseen ilmastoon. AIKAPERSPEKTIIVIT. Aikaperspektiivit näyttävät olevan useille tutkijoillekin vaikeita ymmärtää. On hyvin tavallista, että muutaman kymmenen tai sadan vuoden mittaustulosten perusteella tehdään yliampuvia päätelmiä ilmaston nykyisyydestä tai tulevasta kehityksestä. Korhola ( ) korostaa 13 Korhola, A Pysyvää on vain muutos. Yliopisto 20/94: Helsingin yliopiston tiedotuslehti. 12

13 Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta aikaperspektiivin merkitystä pitkien havaintosarjojen yhteydessä. Perusteluiksi hän esittää seuraavat teesinsä : Ihmisen vaikutus luontoon tunnistetaan parhaiten vain silloin, kun luonnon oma vaihtelurytmiikka tunnetaan riittävän hyvin. Tulevia tapahtumia arvioitaessa on tiedettävä mahdollisimman paljon menneisyydestä. Ilman pitkäaikaisia havaintoja tutkijoilta puuttuu aikaperspektiivi, mikä seikka voi johtaa heidät helposti harhaan. VAIHTELEVA P I T K Ä N A J A N ILMASTO. Maapallon ilmasto on vaihdellut ennen ja nyt, ja hyvin todennäköisesti tulee tekemään niin jatkossakin. Aiemmin on ollut nykyistä lämpimämpiä ja nykyistä viileämpiä vaiheita. Koska ilmaston peruspiirteisiin kuuluu vaihtelu, ei ole aihetta epäillä, etteikö niin olisi jatkossakin. Metsänrajaseudun ilmasto vaihtelee rajusti: kuukausikeskilämpötilat saattavat poiketa viisivuotisjakson aikana esimerkiksi Sodankylässä jopa 10 asteella toisistaan. Lisäksi ilmasto vaihtelee jaksottaisesti: ei olisi mikään suuri yllätys, vaikka eläisimme lähivuosisadat keskiajan lämpökauteen (erittäin lämpimissä) tai vaihtoehtoisesti pikku jääkauteen (viileän kalseissa ) verrattavissa oloissa. Yleisesti arvioidaan, että ihmisellä voi olla jonkinlainen osuutensa nykyiseen ilmastonmuutokseen. Mutta on täysin avoin kysymys, kuinka paljon esimerkiksi Al Goren esiin tuomasta teollisen tuotannon jokapäiväisestä tonnin hiilidioksidilisästä heijastuu kasvihuoneilmiön välityksellä maapallon lämpötiloihin. Arviot vaihtelevat muutamasta prosentin kymmenesosasta IPCC:n useisiin kymmeniin. Toisenlaisen tulkinnan mukaan CO 2 sitoutuu maapallon vihreää kasvustoon, mikä onkin hyvin havaittavissa satelliittikuvatulkinnoista. Eräiden tutkijoiden, mm. Thomas Gale Mooren, mukaan ilmaston lämpeneminen merkitsee valtaosalle ihmiskuntaa pääsääntöisesti positiivisia vaikutuksia. Ilmastomallittajien jopa sadankin vuoden päähän ulottuvat ennusteet perustuvat parhaimmillaankin vain parin sadan vuoden pituisiin instrumentaalimittauksiin. Kun mittausasemilla on lisäksi varsin kirjava historiansa muuttuvien mittausympäristöjen, asemien vaihtumisten yms. tekijöiden kanssa, tulisi ilmastodatoilla tehtyihin pitkän ajan ilmastoennusteisiin suhtautua suurin varauksin. Aikaperspektiivien hallinta on olla ilmastoa mallittavan tutkijan tärkeimpiä osaamisen alueita. Jos aikaperspektiivien vertailukohtana pidetään ilmastotutkimukselle pitkää 100 vuoden aikasarjaa, joudutaan niitä asettamaan 76 kappaletta peräkkäin, ennen kuin päästään esimerkiksi Lapin metsänrajamännyn 7638-vuotisen vuosilustosarjan näkymään. Edustaako yksi sadan vuoden mittausjakso kaikkia muita 75 mittausjaksoa ja seuraavaa 100 vuoden ennustejaksoa, on tietenkin hyvä kysymys. KAOOTTINEN ILMASTO. Ilmasto on perusluonteeltaan Broeckerin 14 mukaan kaoottinen. Kaaoksessa esiintyy kuitenkin myös säännöllisempiä ja jopa ennustettavissa olevia kehityskulkuja. On kuitenkin käytännössä vaikeaa ennakoida, milloin ilmasto asettuu toisenlaiseen toimintatilaan (ns. Flipflop-ilmiö). Se saattaa tapahtua hyvinkin nopeasti, jopa kymmenessä vuodessa. Viimeksi niin tapahtui 8200 vuotta sitten, kun Pohjois-Amerikan Laurentia-jääkauden sulamisvedet purkautuivat Atlanttiin Labradorinsalmesta aiheuttaen Golf-virran hetkellisen hidastumisen. Se merkitsi 1-4 asteen viilenemistä vuodeksi. Jos ilmasto lämpenee ennusteiden mukaisesti, ovat vastaavat heilahtelut mahdollisia. KOHTI SEURAAVAA JÄÄKAUTTA? Viime jääkautta edeltävä vuoden mittainen lämpökausi, Eemi, oli hiukan nykyistä, holoseenia, lämpimämpi. Tähtitieteellisen ACLIN-indeksin 15 perusteella tiedetään, että molemmat lämpökaudet ovat suunnilleen samanpituiset (kuva 9). Venäläisten tutkijoiden, mm. akateemikko Andrei Velichkon mukaan, holoseeni ja Eemi ovat monien tuntomerkki- 14 Broecker, W.S Chaotic climate. Scientific American; November Astronomical CLmate INdex 13

14 Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta en perusteella ilmastokehitykseltään kuin veljeksiä keskenään. Koska holoseenin alkamisesta on kulunut jo yli vuotta, olisi sen mukaan seuraavan jääkauden alkuun enää vain alle 4000 vuotta. Fossiilisten polttoaineiden aiheuttama mahdollinen lämpöpiikki saattaa vaikuttaa vielä jonkin aikaa ehkä vuotta ja viivästyttää myös seuraavana jääkauden alkua. Mutta on luultavaa, että sen jälkeen palataan jälleen ACLIN-indeksin mukaiseen jääkausirytmiin. ILMASTON LÄMPENEMISEN MEKANISMI. Seuraavassa on oma käsitykseni maapallon ilmaston muutoksista. Loogisin ilmastonmuutoksia selittävä tekijä on Auringon aktiivisuuden vaihtelu. Auringon energiantuotannon vaihtelut välittyvät paitsi suoraan myös merivesien lämpenemisen välityksellä ilmakehään. Sitä seuraa muutamien kymmenien tai satojen vuosien viiveellä ilmakehän CO2- pitoisuuden nousu (lämpimään ilmaan mahtuu enemmän kaasua). Se puolestaan saa aikaan kasvihuoneilmiön voimistumista, joka edelleen nostaa ilman lämpötilaa. Tämän kaksivaiheisen prosessin tuloksena on mittauksin todettava lämpötila. Auringon energiantuotannon hiipuessa merien lämpötila laskee, joka suoran vaikutuksen lisäksi johtaa vähitellen myös kasvihuoneilmiön laantumiseen ja ilmaston jäähtymiseen. Astrofyysikko Nir J. Shavivin mukaan ilmastonmuutosten päävaikuttaja on Aurinko, joka lämmittää erilaisten mekanismien ja kerrannaisvaikutusten välityksellä Maan ilmastoa. Lämpenemisen myötä ilmakehän CO2-pitoisuus nousee, mikä puolestaan lisää kasvihuoneilmiön kautta lämpenemistä. Myös monet muut tekijät vaikuttavat, mutta niiden ominaisuudet tunnetaan huonosti (kuva 2). Hänen laskelmiensa mukaan Auringon aktiivisuuden vaihtelut selittävät jopa 85 % eli 0.5 astetta IPCC:n esittämästä 0.6 asteen lämpötilan noususta. LUONNON ILMASTOASEMA. Metsänrajamänty on luonnon ilmastoasema, joka mahdollistaa 7638 vuoden ajalta ilmaston lämpötilojen seurannan kesä-heinäkuun ajalta (lustonleveys) tai huhtikuun alusta lokakuun loppuun saakka puuaineksen (tiheys). Lisäksi vuosilustot kertovat epäsuorasti myös talvikauden olosuhteista roudan sulamisen ajoittumisesta aiheutuneiden kasvukauden aikaistumisten/viivästymisten välityksellä. Toistaiseksi joudumme pitäytymään vuosiluston leveyttä hyödyntäviin ilmastotulkintoihin.. PISIN JA TARKIN PROKSISARJA. Me suomalaiset lustotutkijat olemme onnekkaassa asemassa saadessamme työskennellä Euraasian pisimmän ja eräiden maailman johtavien tutkijoiden arvioiden mukaan ilmastosignaaliltaan kenties maailman prokseista ilmastoherkimmän havupuulustosarjan parissa. Koska sarja on myös vuodentarkka, voimme tarjota monitieteiselle tutkimukselle täsmälliset tapahtumien kalenterivuodet istuessamme tieteenteossamme saman pyöreän pöydän ympärillä. ILMASTOMALLIEN SANOMA? Ilmastodynamiikka monimutkaisine riippuvuussuhteineen ja kaoottisine ominaispiirteineen on suuri haaste ilmastomallien laatijoille. Tulevan ilmaston ennustemalleja toki voidaan ja pitää laatia, mutta tulevan politiikan perustaminen niiden varaan on melkoista uhkapeliä. Viittaan tunnetun ilmastotutkijan Malcolm K. Hughesin Pallasjärven ilmastoseminaarissa keväällä 2004 käyttämään osuvaan ilmaisuun: I would not like to do it [modelling]; forecasters are very brave people very brave people, like skijumpers I admire them very much. ' Toteamukseen sisältyy kokeneen mallittajan ja tilastotieteen menetelmät hallitsevan tutkijan tieto siitä, että tulevan ilmaston ennustamisessa on pakko tehdä monia ennakko-olettamuksia tarvittavan mittaustiedon puuttuessa. Sellainen on esimerkiksi ilmaston lämpenemisen sitominen malleissa CO2-vaihteluiden varaan, joka ei välttämättä ole edes ilmaston lämpenemisen primääritekijä. Kukaan ei kiistä sitä, etteivätkö maapallon ilmakehän CO2- ja lämpötilavaihtelut seuraisi toisiaan hyvinkin tarkasti. Viime aikaisessa tutkimuksessa on päädytty myös valtavirrasta poikkeaviin 14

15 Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta tuloksiin, jonka mukaan ensiksi nousisi ilman lämpötila, ja sen jälkeen viiveellä CO 2. Esimerkkeinä ovat Antarktiksen jäistä tehdyt tutkimukset (mm. Monnin ) ja Ruotsin järvisedimenteistä tehty väitöskirjatutkimus (Jessen ). Jos marssijärjestys on tämä, on nykyisten ilmastomallien tuloksia tulkittava toisella tavalla: nykyisiin CO 2 mittauksiin perustuvat ilmastomallit selittävät itse asiassa aiempaa, viiveen takaista, ilmastohistoriaa! Siten esimerkiksi Monninin tutkimuksessa saatu tulos, jonka mukaan ilmakehän CO 2: n pitoisuus seuraa 800±600 vuoden viiveellä ilmakehän lämpötilan nousua, tarkoittaisi sitä, että nykyiset ilmastomallit kertoisivatkin itse asiassa 800 vuoden takaisista keskiajan lämpökauden ilmaston vaihteluista (tai virhemarginaali huomioiden vuosien 600 ja 1800 väliin sattuvan ajanjakson vaihteluista). Kyse ei siis olisikaan nykyisen tai tulevan ilmaston vaan menneen ilmaston mallittamisesta! EPÄTÄYDELLISET ILMASTOMALLIT Laitemittauksia soveltavan ilmastomallituksen ongelmina ovat aikaperspektiivien lyhyys sekä ilmastoasemien sijainnista ja mittausolosuhteiden muutoksista aiheutuvat virhelähteet. Malleissa käytetyt, yleensä muutaman vuosikymmenen tai yhteen satavuotisjaksoon perustuvat mittaustulokset kuvaavat pikku jääkauden loppuvaiheen ja sen jälkeisen ilmaston lämpenevään, mutta melko epävakaaseen vaiheeseen. Siksi voidaankin kysyä, soveltuuko tällainen poikkeuksellisen jakson mittausdata lainkaan jopa 100 vuoden päähän ulottuvien ennustemallien laadinnan lähtökohdaksi. Ilmastomalleja laaditaan paljon eri puolilla maailmaa, mutta kaikille on yhteistä yksi asia: ne ovat epätäydellisiä (ks. mallien arviointi: Hoyt ). Mikä malleissa kiikastaa? Muutama esimerkki: Malleista saattaa esimerkiksi puuttua olennaisia muuttujia vaikean mitattavuuden vuoksi; Jotkin muuttujat saattavat kuvata puutteellisesti mallin osatekijöitä, mikä ilmenee harhaisuutena ennusteissa. Ilmastomallien suurena epävarmuustekijänä ovat laitemittausten lyhyet aikajänteet: ilmastoa pitäisi sen vaihtelevuuden koko kirjon ymmärtämiseksi voida tarkastella tuhansien vuosien tai vieläkin pitempien aikajänteiden aikaperspektiiveissä. Koska ilmastomallit perustuvat kuitenkin yleensä reilusti alle sadan vuoden mittaussarjoihin, jotka lisäksi ajoittuvat pikku jääkauden jälkeiseen murrosvaiheeseen, on vaarana, mittausten reliabiliteetti ja validiteetti 19 on heikko kerätty data soveltuu vain mittausjakson sisällä tapahtuviin mallituksiin. eikä lainkaan ennustamiseen. Maapallon ilmasto jakautuu tuhansiin ja taas tuhansiin maantieteellisten, ilmastollisten ja ekologisten tekijöiden muodostamiin paikallisilmastoihin. Euraasian paikallisilmastoja säätelevät mm. Pyreneet, Alpit, Kaukasus, Skandinavian vuoret, Uralvuoret ja Himalaja. Niiden lisäksi paikallisolosuhteet esimerkiksi jossain vuoristolaaksossa säätävät suurilmaston vaikutusta puoleen tai toiseen. Ilmastomallit perustuvat joidenkin (harvojen) paikallisilmastojen mittaustietoihin. Mistä laadittu ilmastomalli lopultakin kertoo, on erittäin hyvä kysymys. Asiassa törmätään yleistettävyysongelmaan! Ilmastomallit ovat hyödyllisimmillään pyrittäessä ymmärtämään säätekijöiden osuutta ekologisten tapahtumien syy- ja seuraussuhteissa. Hyvänä kouluesimerkkinä on 1990-luvun alussa Kari Mielikäisen tekemä tutkimus Etelä-Suomen kuusikuolemien selvittämiseksi. Yksinkertainen 1900-luvun 16 Monnin, E., A. Indermühle, A. Dällenbach, J. Flückiger, B. Stauffer, T. F. Stocker, D. Raynaud and J.-M. Barnola Atmospheric CO2 concentrations over the last termination. Science, 291, , p.112, 5 Jan 2001) 17 Jessen, C The Ups and Downs of the Holocene: Exploring Relationships between Global CO2 and Climate Variability in the North Atlantic Region, 2006, LUNDQUA Theses Reliabiliteetti: mittausten pysyvyys; Validiteetti: mittausten pätevyys kuvata tutkittavaa ilmiötä, esim. 15

16 Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta ilmastodatoihin perustuva monimuuttuja-analyysi paljasti kuolemien aiheuttajaksi 1990-luvun alkupuoliskon poikkeuksellisen kuivuuden, josta kuuset pintamaan kuivuessa eivät pintajuurisina selviytyneet. Männylle ei aiheutunut ongelmia, koska sen juuret ulottuvat kuusen juuria syvemmälle. Ilmastomallien soveltaminen menneen ja nykyisen ilmaston ymmärtämiseksi on paikallaan, ja niitä toki voi laatia myös tulevankin ilmaston kehityksen ennustamiseksi. Mutta pitäisi muistaa von Storchin Turun ilmastokokouksessa 2001 esittämät varoituksen sanat: Parhaatkin ilmastomallit kuvaavat maan ilmastosysteemissä vain erittäin rajattua spatiotemporaalista 20 ilmiötä, jonka tutkimisen paikalliset ilmasto- ja muut mittaukset ovat mahdollistaneet. Mutta mallit toimivat epätäydellisesti tässäkin ympäristössään yksinkertaisesti siitä syystä, että ilmiöön vaikuttavien tekijöiden (muuttujien) kovarianssien (yhdysvaikutusten) kuvaaminen tilastollisilla malleilla on jo muutamankin muuttujan yhdistelmässä vaikeaa. Maapallon ilmastodynamiikan asianmukainen hallinta edellyttäisi satojen tai jopa tuhansien osatekijöiden huomioon ottamista, mikä on käytännössä mahdotonta. Ilmastoa ja ekosysteemien toimintaa kuvaavat mallit ovat usein pelkistettyjä siten, että niiden selittäjinä on käytetty toisistaan riippumattomia ns. ortogonaalisia muuttujia. Syynä menettelyyn on se, että yhdysvaikutusten huomioiminen malleissa on mallitusteknisesti vaikeaa, kun taas ortogonaalisista muuttujista voidaan helposti rakentaa teknisesti oikein toimivia malleja. Ortogonaalisten mallien laadinta ei sinänsä ole tuomittavaa, kunhan tutkija niitä laatiessaan tiedostaa, että laadittu malli kuvaa vain osittain ilmiötä. Luonnontapahtumat syntyvät yleensä aina monien tekijöiden yhteisvaikutusten lopputuloksena. Mallitusteknisesti hankalan asian muodostaa selittävien muuttujien keskinäinen korreloituminen (ns. multikollineaarisuus). Siksi on muodostunut yleiseksi käytännöksi poistaa selittäjistä yhteisvaihtelua eri keinoin, joista tunnetuin on faktoripistemäärien käyttö malleissa. Yhdysvaikutusten manipulointi merkitsee tapahtuman selittämiselle tärkeän tiedon katoamista. Monimutkaisissa ilmiöissä, joita esimerkiksi ilmastodynamiikka tai puun kasvukin edustavat, ortogonaalisten vaikutusten merkitys voi olla oleellisesti yhdysvaikutuksia pienempi. Hyvänä esimerkkinä yhdysvaikutuksen merkityksestä on puun kasvun ja typpilannoituksen välisen vuorovaikutussuhteen mallittaminen. Jos kasvureaktiota yritetään selittää pelkästään lannoitemäärillä, mallin selitysaste voi jäädä pieneksi. Jos malliin lisätään kosteutta ja lämpötilaa kuvaavia muuttujia, selitysaste nousee. Mallitustekniseksi ongelmaksi tosin muodostuu selittävinä muuttujina toimivien lämpötilan ja kosteuden välinen korreloituminen, joka saa aikaa sen, että sekä lämpötilan että kosteuden regressiokertoimista tulee harhaisia ja mallista selitysmallina käyttökelvoton. Seurauksena on malleja, jotka sinällään selittävät ilmiötä laadinta-aineistossaan yleisesti, mutta jotka eivät sovellu ennustetarkoituksiin. Ongelmaa voidaan lieventää lisäämällä malliin omana muuttujanaan selittäjien yhdysvaikutus, jolloin myös selitysaste nousee ratkaisevasti. Muuttujien välisten yhdysvaikutusten saaminen harhattomasti mukaan malleihin on jokaisen mallittajan suuri päänsärky. Nykyisellä tilastotieteellämme on runsaasti työvälineitä multikollineaarisuuden käsittelemiseen, mutta siltikin asia on hankala, sillä taustalla vaikuttuvat myös muuttujien vajavaisuus ja erilaiset jakaumat. Tilanne on hallittavampi silloin, kun tutkittavia muuttujia on korkeintaan muutama kuten edellä esitetyssä lannoitusesimerkissä. Mutta sekään tehtävä ei ole helppo riippuvuussuhteiden spatiotemporaalisen luonteen vuoksi. Ilmastoennusteiden toimivuutta arvioidaan luotettavuuslaskelmien perusteella. Tiedän puulustopuolelta, että vakuuttavalta vaikuttavaa riskien arviointia voidaan tehdä monesta lähtökohdasta käsin. Näin tehdään myös IPCC:n ilmastomalleissa luotettavuusarvioissa. Aina voidaan laskea tiettyä riskiä kuvaavia luotettavuusvöitä ja tutkija voi perustella niillä malliensa käyttökelpoisuutta. Ongelmana kuitenkin on se, mihin riskien määrittely pohjataan. Usein näyttää olevan lähtökohtana oman otoksen otantavirhe, jolla taitaa vain harvoin olla tekemistä populaation todellisen vaihtelun virhemarginaalin kanssa! Jos jokin ilmiö tapahtuu kerran 1000 vuodessa, se ei itse asiassa vielä todista minkään asian puolesta tai sitä vastaan. 20 Spatiotemporaalinen: Paikan ja ajan suhteen rajattu luonnon tapahtuma 16

17 Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta Mallien laatiminen on tutkijalle sinänsä hyväksyttävä ja tarpeellinen työn apuväline, koska se auttaa ymmärtämään tutkittavaa ilmiötä paremmin. Malleja voi kuitenkin verrata tuleen siinä mielessä, että molemmat ovat hyviä renkejä mutta huonoja isäntiä. Se, missä tehdään nykyisin lähes poikkeuksetta toistuvasti pahoja virheitä, on summittaisesti toimivien mallien kytkeminen osaksi ilmastopolitiikkaa ja vieläpä vain yhden (lämpenevän) ajatusmallin varaan. Jopa yli 50 vuoden pituisten ilmastoennusteiden tekeminen suunnilleen yhtä pitkillä havaintoaineistoilla on mielestäsi Hughesin vertaamaan mäkihyppyäkin hurjempaa touhua. Karu totuus on, ettei hyvin karkealla tasolla ja siinäkin puutteellisesti toimivien mallien toimivuutta tulevassa ilmastossa voi kukaan, osaavinkaan ilmastomallittaja, voi mennä takaamaan. Sellainen toiminta on edesvastuutonta uhkapeliä, joka saattaa jopa vaarantaa ihmiskunnan tulevaisuuden! Ainoa oikea lähestymistapa ilmastopolitiikassa on varautua kaikkiin mahdollisiin ilmastovaihtoehtoihin!!!. IHMISEN VAIKUTUS ILMASTONMUUTOKSEEN. Ihmisen osuus ilmastonmuutoksiin auringon aktiivisuuden vaihteluiden, merivirtojen syklisyyden, tulivuoritoiminnan yms. tekijöiden ohella on edelleenkin epäselvä, arviot vaihtelevat pienestä (10 %) suureen (> 50 %). HOLOSEENIHISTORIA OPETTAA. On vielä vastaamaton kysymys, kuinka paljon ihminen pystyy vaikuttamaan maapallon laajuisiin ilmastonmuutoksiin. Holoseenin ilmastohistoriaan liittyvä atlanttisen kauden parituhatta vuotta kestänyt nykyistä selvästi lämpimämmän jakso ( eaa.) ei näytä jättäneen merkkejä mistään erityisestä luonnonkatastrofista. Päinvastoin, elämä tuntuu kaikin puolin kukoistaneen tuona aikana. ILMASTONVAIHTELUIDEN VAIKUTUS IHMISEEN. Epäselväksi eivät sen sijaan kuitenkaan ole jääneet ilmastonvaihteluiden vaikutukset ihmiseen ja ihmiskunnan hyvinvointiin. Sen todisteina ovat lukuisat historiankirjoituksen esimerkit: Lämpimässä ilmastovaiheessa on kansakuntien talouselämä kukoistanut, ihmisten terveys on parantunut, väkimäärä lisääntynyt, kulttuuri voimistunut jne. Ilmaston viilentyessä ovat alkaneet vaikeudet: katovuodet ovat tuoneet viljavarastojen puuttuessa nälänhädän, talouselämä on heikentynyt tai jopa romahtanut, sairaudet ovat vähentäneet väkilukua ja taistelu paremmista olosuhteista on merkinnyt myös sotien syntymistä. YKSIPUOLISEN POLITIIKAN RISKIT. Lienee lähellä totuutta se, että ilmaston luontaiset vaihtelut kaoottisine ominaispiirteineen (äkilliset vaihdokset toimintatilasta toiseen eli flipflop- tai climate shifts ilmiöt, tulivuorten purkaukset, meteoriitit, säärintamien poikkeukselliset käyttäytymiset jne.) yhdistettynä ihmisen toiminnan ilmastovaikutuksiin muodostavat suunnattoman mutkikkaan vuorovaikutussysteemin, joka tekee käytännössä mahdottomaksi luotettavien ilmastoennusteiden laatimisen. Tutkimuksen keskittämisessä vain lämpenevän ilmaston mukanaan tuomiin mahdollisuuksiin ja uhkakuviin on riskinsä. Entäpä jos ilmasto kaoottisen luonteensa vuoksi äkisti (10-20 vuodessa) kääntyykin kokonaan toisenlaiseen toimintatilaan (climate shift, flipflop, abrupt climate change) ja lämpötila laskee 5-15 asteella ja ilmasto muuttuu epävakaaksi (flickering)? Siksi tutkimuksessa on varauduttava kaikkiin ilmastovaihtoehtoihin ja laadittava niitä varten omat toimintasuunnitelmansa. ILMASTONMUUTOKSEEN SOPEUTUMINEN. Siitä, millaisia ongelmia luontaiset ilmastomuutokset ja vaihtelutkin ovat kansakunnille kautta aikojen kovalla kädellä aiheuttaneet, pitäisi ottaa oppia. Kysymyksessä on ilmastonmuutoksiin sopeutuminen, jonka pitäisi olla myös jokaisen poliittisen päätöksentekijän sydämenasia. Se ei tarkoita joidenkin poliitikkojen esittämä vaatimusta ilmastonmuutoksen pysäyttämisestä keinolla millä hyvänsä. Sellaista toimintaa voi verrata Don Quijoten taisteluun tuulimyllyä vastaan. ILMASTON VAIKUTUS IHMISEEN. Ilmaston lämpimyys on merkinnyt myönteisiä asioita ihmiskunnalle. Ihmisen selviytymistä muuttuvassa ympäristössä arvioinut tutkija Thomas Gale Moore on päätynyt arvioon, että noin 90 % ihmiskunnassa hyötyy ilmaston lämpenemistä. Siitä hyötyvät 17

18 Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta myös kuvien alueiden asukkaat, sillä haihtumisesta aiheutuva suurempi vesimäärä ilmakehässä jakautuu sateiden myötä laajoille alueille. Viittaan Mooren loppupäätelmään: Based on history, however, global warming is likely to be positive for most of mankind while the additional carbon, rain, and warmth should also promote plant growth that can sustain and expanding world population. Global change is inevitable; warmer is better; richer is healthier. Lähde: MITÄ IHMISEN PITÄISI TEHDÄ ILMASTON PUOLESTA? Hyvä tavoite on pyrkiä mahdollisimman luonnonmukaiseen paikallisilmastoon. Millaisesta ilmastosta kulloinkin on kysymys, on selvitettävä erikseen aiempaa ilmastohistoriaa tutkimalla. PÄÄTELMIÄ: Ilmasto on vaihdellut kautta aikojen: on ollut nykyistä lämpimämpiä ja viileämpiä jaksoja ja lisäksi ilmaston äärevyydessä on ollut huomattavaa jaksoittaista vaihtelua. Ilmasto on perusluonteeltaan kaoottinen. Se voi merkitä mm. siirtymistä minä hetkenä tahansa ja jopa alle vuosikymmenessä toimintatilasta toiseen, esimerkiksi lämpimästä viileään tai päin vastoin. Mitä seuraakaan, jos ilmastoennusteiden lupaamaa tropiikkia odottaessamme yllättäen havaitsemmekin joutuneemme jääkautisiin oloihin? Pystyisikö yhteiskunta vastaamaan kaoottisessa äkkitilanteessa selviytymishaasteeseen? Vaikeuksia riittäisi jopa ruoansaantia myöten. Silloin ei Grönlannin viikinkienkään kohtalo, joka sinetöityi ilmaston jäähtyessä keskiajan lämpökauden loputtua, olisi välttämättä kovin kaukana omastamme! Lämpimyys on turvallinen vaihtoehto, josta on hyötyä lähes koko maapallon väestölle. Poliittisen päättäjän ryhtyminen lämpenevän ilmaston vastustamiseen ja jopa ilmastonmuutoksen pysäyttämiseen on toimintaa, joka harhauttaa unohtamaan todelliset uhkakuvat. Tutkijoilta on suorastaan edesvastuutonta toimintaa uskotella maallikoille lämpenevän ilmaston oleva tulossa, sillä monitieteinen ilmastohistorian tutkimus osoittaa seuraavan jääkauden lähestyvän suurella todennäköisyydellä. vääjäämättömästi. Lämpimämpi ilmasto, olipa se luonnon, ihmisen tai molempien yhdessä tai erikseen aiheuttama, merkitsee lopultakin vain pientä aikalisää matkallamme kohti kylmiä aikoja. MITEN TOIMIA? Avainsana on sopeutuminen. Ihmisen lajina säilymisen ehtona on aina ollut hyvä sopeutumiskyky vallitseviin olosuhteisiin. Mitä aiemmin pystymme tunnistamaan kaoottisen ilmaston käyttäytymistä, sitä paremmat mahdollisuudet meillä on selviytyä seurauksista. Ilmaston lämpenemistä ja siihen liittyviä uhkakuvia tutkitaan nykyään suurella volyymillä. Ilmaston äkilliseen tai vähittäiseen kylmenemiseen liittyvien mekanismien, niiden ihmiselle aiheuttamien uhkakuvien sekä sopeutumisen tutkimus on sen sijaan jäänyt vähäiseksi. Tämä on nurinkurista, sillä lämpenevänkin ilmaston suurin uhkakuva on ei suinkaan liika lämpimyys vaan sen kaoottiseen luonteeseen liittyvä epävakaus, joka saattaa heittää ihmisen jopa alle 10 vuodessa jääkautisten olojen keskelle. 18

19 Kuvakokoelma Kuva- kokoelman) 19

20 Kuvakokoelma Kuva 1. Yleiskatsaus NAO-painotteiseen metsänrajaseudun ilmastoon. Pdf-posteri ladattavissa linkistä 20

21 Kuvakokoelma Kuva 2. Ilmaston kehitysvaiheita vuoden ajalta selittävä, maan Aurinkoa kiertävän radan kiertoliikkeen heilahteluihin perustuva tähtitieteellinen ACLIN-indeksi ajaa meitä vääjäämättömästi kohti seuraavaa jääkautta. Joidenkin venäläisten tutkijoiden havaintojen mukaan juuri näin tulee käymään jo niinkin pian kuin 4000 vuoden päästä. Kuinka paljon ihmiskunta lopultakaan pystyy tähän kehityskulkuun vaikuttamaan, jää nähtäväksi, kun ilmakehän CO2:ta lisäävät öljyvaratkin hupenevat kovaa vauhtia.. Tulevien sukupolvien nähtäväksi jää myös se, tuleeko (mahdollisesti) meidän aiheuttamastamme pitempiaikaisesta ilmastonmuutoksesta lopultakin vain kuvan ehdottama punainen nuhanenä? 21

22 Kuvakokoelma Kuva 3. Tämä kuva kertoo suhteellisista lämpötilavaihteluista holoseenin ja sitä edeltävän jääkauden aikana. Keskiajan lämpökausi ja pieni jääkausi tässä vertailussa ovat pieniä muutoksia verrattuna jääkauden aikaisiin lämpötiloihin ja niiden vaihteluihin. 22

23 Kuvakokoelma Kuva 4. Nykyisin erittäin vahvan IPCC-vaikuttajan Jonathan T. Overpeckin 1990-luvun alun siitepölytutkimustensa saamien tulosten mukaan meillä Skandinaviassa olisi ollut holoseenin ilmastooptimin aikana kesäisin 2-4 astetta nykyistä lämpimämpää. Eräiden muiden tietojen mukaan kesäisin jopa 2-6 o C ja talvisin 3-9 o C ( Se on huikean paljon, merkiten kasvukauden lämpösummassa d.d.tä (day degree). 23

24 Kuvakokoelma Kuva 5. Tämä edesmenneen ilmastokriitikko John L. Dalyn esittelemä kuva kertoo havainnollisesti viimeisen tuhannen vuoden ilmastosta. Oliko keskiajan lämpökausi todella noin paljon nykyistä lämpimämpi, selviää viimeistään vuonna 2009, kun eurooppalainen EY-rahoitettu Millennium-projekti saa mallitustyönsä päätökseen. Kuva 6. Auringon aktiivisuuden vaihteluita pidetään maapallon luontaisten ilmastonvaihteluihin parhaana selittäjänä. Kylmät vaiheet1800- ja 1900-lukujen alussa selittyvät hyvin sillä, samoin ja 1800-lukujen puolivälien lämpimyys. Auringon pitkä aktiivisuusjakso luvulla on lämmittänyt ilmastoa, mikä puolestaan on lisännyt CO2:n määrää, mikä puolestaan on saanut aikaan kerrannaisvaikutuksen maapallon lämpötilassa. 24

25 Kuvakokoelma Kuva 7. Ilmaston lämpimyys näkyy esim. puulustojen 14C-määrässä.Viimeaikaisessa CO2-nousussa näkynee myös ihmisen aiheuttama CO2-lisä. 25

26 Kuvakokoelma Above: Inferred variations in solar intensity (red and green lines) over the last 900 years appear to be related to the severity of winters in London and Paris. The red line is deduced from the abundance of a heavy form of carbon (carbon-14) in tree rings. This "isotope" of carbon is formed in the upper atmosphere when incoming cosmic rays smash into carbon dioxide molecules. When the Sun's activity is low, its weakened magnetic field lets more cosmic rays into the solar system, so carbon-14 abundances go up. (Notice on the graph that the scale for carbon-14 is upside down.) This image by scientist John Eddy is based on an earlier one that appeared in Science, 192, 1189 (1976) Kuva 9. Viime jääkautta edeltävä Eemi ja nykyinen holoseeni näyttävät kehittyvät samaa tahtia. Venäläisten tutkimusten mukaan (mm. Velichko) näyttäisi siltä, että seuraava jääkausi alkaisi jo 4000 vuoden kuluttua! 26

27 Kuvakokoelma Kuva 8. Vihertyvä maapallo. Metsänrajat ovat lämpenevän ilmaston ansiosta nousussa. Lisäksi suuret aiemmin paljaat alueet esimerkiksi Tiibetin vuoristossa ovat saaneet vihreän kasvillisuuspeitteen. Syynä lienevät lisääntynyt lämpö ja mahdollisesti ihmisen ja lisääntyneen lämmön aiheuttama CO2-lisä. 27

28 Kuvakokoelma Kuva 10. Tuoreessa Antarktiksen jäitä (Concordia Dome) koskevassa tutkimuksessa todetaan, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuus seuraa viiveellisesti (800±600 v) lämpötilan nousua. Nuolet osoittavat muutoskohtia, joissa viive tulee selkeästi esille (huomioi x-akselin aikaskaalan käänteisyys). YD=Nuorempi Dryas, B/A=Bølling/Allerød. Lähde: Monnin 2001, uudelleen piirsi Mauri Timonen. Ruotsalaisen Jessenin väitöskirja tukee tämän kuvan sisältöä. 28

29 Kuvakokoelma Kuva 11. Noin 2000 vuoden kuluttua alkaa huomattavampi kylmeneminen. Se merkitsee seuraavan jääkauden alkua. Voimistuva kasvihuoneilmiö saattaa kuitenkin pysäyttää pari miljoonaa vuotta kestäneen jääkausirytmin. Lähde: Hoyt 2001, uud. piirsi Mauri Timonen Kuva 12. Theodore Landscheitin Auringon aktiivisuuden vaihteluista laskeman ennusteen mukaan seuraava, jopa pieneen jääkauteen verrattava viileä ajanjakso saavuttaisi kylmimmän vaiheensa vuonna Kuvasta voidaan päätellä, että kylmä jakson vaihe olisi jo nyt käynnistymässä. 29

30 Kuvakokoelma Kuva 12. Euroopan ja Pohjois-Amerikan lämpötilavaihteluista viimeisten , , ja 1000 ja 100 vuoden aikana. a) Ainakin 8 jääkautta on esiintynyt viimeisten vuoden aikana. b) Viime jääkautta edeltävän Eemin ja nykyisen Holoseenin lämpötilakehitykset muistuttavat toisiaan. Jääkautiset lämpötilat ovat 4-5 astetta alempia. c) Nykyisen Holoseenikauden lämpömaksimi sattui Atlanttiselle kaudelle noin 6000 vuotta sitten, jolloin oli nykyistä pari astetta lämpimämpää. d) Viimeinen vuosituhat alkoi keskiajan lämpökaudeksi kutsutulla jaksolla. Silloinen noin puolen asteen lämpötilan nousu vastaa nykyistä nousua. Kylmintä oli pienen jääkauden aikana 1600-luvun lopulla. e) Lämpötilan nousua 1900-luvun alkupuoliskolla pidetään toipumisena pienestä jääkaudesta Vuosisadan lopulla tapahtunut lämpötilan nousu aiheutuu Suomessa NAO-ilmiön aktivoitumisesta. Lähteet: Bradley & Eddy 1991 (a-c), Daly 2001 (d) ja Jones 1997, Ojansuu&Henttonen (1983) sekä Ilmatieteen laitos (e). Uudelleen piirsi Mauri Timonen 30

31 Kuvakokoelma Kuva 13. Nao-ilmiön vaikutus Suomessa. Ks. posterista (kuva 1) 31

32 Kuvakokoelma Kuva 14. Lapin metsänrajamännyn 7641-vuotisesta lustosarjasta lasketut lyhytaikaiset puun kasvun vaihtelut (100 vuoden tasoitus) osoittavat nykyisen ilmaston vaihtelevan normaalien vaihtelurajojen puitteissa. Pienen jääkauden kylmin vaihe oli 1600-luvun alussa. Kuva keskellä näkyvä voimakas piikki kerto Santorinin saaren tulivuoripurkauksesta, joka romahdutti koko välimeren kulttuurin noin 3600 vuotta sitten. Nyt epäillään kyseessä olleen kaksoispurkauksen, josta ensimmäinen mahdollisesti tapahtui vuoden 1650 ja toinen 1625 tienoilla. Lapin metsänrajamännyn 32 odotetaan paljastavan lopullisen totuuden asiassa.

33 Kuvakokoelma Kuva 15. Lapin metsänrajamännyn vuotuinen (high frequency) ja vuosikymmenten välinen (medium frequency) kasvun vaihtelu (sinivihreä pinta). Sama 11 vuoden FFT-tasoituksella (oranssi). Ilmastomalleista saatuja lämpötilaennusteita vuoteen 2100 saakka (punainen). Ilmaston luontaiseen sykliseen vaihteluun perustuva metsänrajamännyn vuosilustoindeksin projektio (keltainen viiva). Sama esitettynä tuhatvuotisessa syklissä (keltainen pisteviiva). Äkillisissä ilmastonmuutoksisssa on kyse jopa jääkautisiin oloihin johtavasta lämpötilakehityksestä (valkoiset viivat). Vuosilustoindeksin projektiot voi rinnastaa Pohjois- Suomen ilmaston luontaiseen lämpötilakehitykseen (ihmisen vaikutusta ei huomioitu). Mielenkiintoista vertailussa on, ettei IPCC:n varmaksi arvioimaa ( very 33 likely ) punaisten käyrien kaltaista kehitystä ole koskaan Maapallon ilmastohistoriassa todennettu. Keltaisten ja valkoisten käyrien kehityskulut ovat sen sijaan olleet arkipäivää Maapallon ilmaston vaihteluissa.

34 Kuvakokoelma Kuva 16. Lapin metsänrajamännyn vuosilustoindeksissä näkyy 1500-luvun puolenvälin jälkeen neljän samankaltaisen jakson vuotinen rytmi. Jatkuuko rytmi samanlaisena? Edellisillä kerroilla oli lämmintä ja 1800-lukujen puolivälissä ja 1940-luvulla. Kylmää oli vastaavasti vuosisatojen taitteissa 1700-, ja 1900-lukujen alussa. Viimeisin kylmä jakso taittui 1970-luvulla. Seuraava lämpöhuippu näyttäisi tämän syklin perusteella ajoittuvan vuosille ja kylmin vaihe vuosille Vuosilustoindeksissä havaittavan vuoden pituisen jaksollisuuden alkulähteenä (forcing factor) on Auringon aktiivisuuden (energiantuotannon) vaihteluita kuvaava Gleissberg-sykli. Tämä noin 80 vuoden pituinen sykli ei kuitenkaan yksinään selitä indeksin jaksollisuutta. Siihen vaikuttaa myös merivesien lämpötilojen jaksollinen vaihtelu (AMO) ja Pohjois-Atlantin säärakenteiden vaihtelu (NAO). Yksinkertaistaen voitaneen arvioida, että Lapin suurilmasto määräytyy suurelta osin näiden kolmen syklin (Gleissberg, AMO ja NAO) ja paikallisten olosuhteiden yhteisvaikutuksen tuloksena. Lapin metsänrajamännyn lustot kirjaavat kasvuympäristönsä olosuhteet. Lustonleveyden ja NAO-signaalin tilastollisesti merkitsevä riippuvuus kuuluu lustoanalyysien vakiotuloksiin. AMOn viiveellä vaikuttavien vaihteluiden ja Gleissbergsyklin analysointi puun kasvusta on edellistä hankalampaa, sillä niiden perusjaksot ovat jo luonnostaankin vaihtelevan pituisia. Ilmiöön liittyy kaoottisuutta, mikä näkyy Lapin pitkässä lustosarjassa ajoittaisina säännöllisesti vaihtuvina jaksoina, ja niiden välisinä epämääräisempinä vaihteluina. Lapin männyn metsänrajailmaston avainkysymyksenä on vallitsevan tuulen suunta. Keskiajan lämpökaudella ja 1300-luvuilla vuosilustoindeksin vaihtelu oli sekä minimien että maksimien osalta normaalia suppeampaa. Ilmasto oli tällöin vakaampi ja lämpimämpi. Yhdistäisin asian vallitseviin lounaisiin ilmavirtauksiin, jotka tuovat mukanaan Golf-virran kosteanlämmintä ilmaa. Lounaisvirtaukset ovat pitäneet Suomen ilmaston myös viime vuosikymmeninä talvisin kosteanlämpimänä ja kesäisin kostean viileänä. Vuosilustoindeksin äärevämpi vaihtelu voisi vastaavasti aiheutua kesäisten itätuulten (lämmintä) ja pohjoistuulten (kylmää) vuorottelusta. Kuumat intiaanikesät ja lähes lumiset kesäolot kuuluvat tähän epävakaampaan ilmastovaiheeseen. Näissä oloissa metsänrajamännyn kasvu lakkaa lähes kokonaan kylmimpinä kesinä, mutta jopa moninkertaistuu lämpimämpinä kesinä. Oman mielenkiintoisen lisänsä pitkän ajan ilmastonvaihteluihin tuo lustoissakin näkyvä noin 1000 vuoden jakso. Kuvan lustosarjasta nähdään, että ensin muodostuu useampia suuren vaihtelun voimistuvia syklejä. Niitä edustavat luvulla syklit, joiden minimit ovat vuosien 970, 1050 ja 1130 ja vastaavasti luvulla vuosien 1720,1800 ja 1900 kohdalla. Sitten tapahtuu rytmin muutos, jolloin lustojen kasvut tasaantuvat ja minimit nousevat lähellä keskiarvoviivaa. Jos tätä analogiaa sovelletaan ennusteeksi, se tarkoittaisi sitä, että olemme parisataavuotisen lämpökauden (Modern Warm Period) kynnyksellä! Lisätietoa: 34

35 35