Puunäytteiden dendrokronologisen ajoittamisen (ristiinajoittamisen) perusideana on paikallistaa eri näytteistä saman kalenterivuoden lustot.

Transkriptio

1 Puunäytteiden dendrokronologisen ajoittamisen (ristiinajoittamisen) perusideana on paikallistaa eri näytteistä saman kalenterivuoden lustot. Tieto siitä, että männyn kasvun minimitekijänä Lapissa on lämpötila ja että kesät eivät ole veljeksiä keskenään, tarjoaa mahdollisuuden viivakoodimaisen kuvion laatimiseen poikkeuksellisten ja naapureistaan selvästi erottuvien kasvuvuosien perusteella. Tähän ns. Skeleton Plotmenetelmään tarvitaan vain suurennuslasi, kynä ja millimetripaperia (ei siis edellytä lustonmittausta). Yksinkertaisimmassa ajoittamisessa tällä tavalla laadittua viivakoodia verrataan toisen näytteen tai aiemmin laadittuun vertailusarjan vastaavaan viivakoodiin, jolloin oikea ajoitus löytyy (vrt. kuva). Jos lustonleveydet on mitattu, ajoitus käy helpoimmin korrelaatiotarkasteluilla. Ks. cross-dating esimerkkiä

2 Agregaattimalli Puun pituus- ja paksuuskasvun vuosien välinen vaihtelu aiheutuu ympäristötekijöistä Cookin (1992) esittämän käsitteellisen mallin mukaan seuraavasti:, jossa R t = havaittu kasvu A t = puun biologisesta iästä aiheutuva trendi vuosiluston leveydessä C t = ilmastosta aiheutuva kasvuvaikutus Dl t = metsikön sisäisistä (endogeenisistä) tekijöistä aiheutuva kasvuvaikutus D2 t = ulkoisista (eksogeenisistä) tekijöistä aiheutuva kasvuvaikutus ja E t = selittämätön kasvuvaikutus t = aika (vuosi) Ilmastoa kuvaavat tärkeimmät tekijät (C t ) ovat Suomessa lämpötila ja sademäärä. Metsikön sisäisiä tekijöitä (Dl t ) ovat mm. metsikkörakenne ja puuston tiheys, puiden välinen kilpailu, kukkiminen ja siementuotanto. Ulkoisia tekijöitä (D2 t) ovat mm. hakkuut, metsäpalot, hyönteistuhot, taudit, saasteet, tulvat ja myrskyt. Dl t :n ja D2 t :n yhteydessä esiintyvä parametri voi saada arvon 0 tai 1 sen mukaan, vaikuttaako tekijä vuonna t mallissa vai ei. Selittämätöntä kasvun vaihtelua (E t) aiheuttavat mm. kasvupaikan maaperäominaisuuksien vaihtelu, rinteen kaltevuussuunta ja mittausvirheet. Kaikkien kasvuun vaikuttavien tekijöiden (A t... E t) mallintaminen yhtaikaisesti on mallitusteknisesti vaikeaa. Usein käytettävissä on havaintoaikasarjoja vain muutamista kasvunvaihtelua selittävistä tekijöistä. Siksi on tavanomaista, että jo aineiston keruuta suunniteltaessa pohditaan keinoja tutkittavan signaalin esiin saamiseksi ja taustakohinan vaimentamiseksi.

3 Metlan keräämiä Lapin pitkän lustosarjan keruukohteita (järviä) Advance-10K projektissa (1999).

4 Pitkien vuosilustosarjojen historia Metlassa Vuonna 1994 aloitettiin Kasvun vaihtelun tutkimushankkeessa professori Kari Mielikäisen johdolla työ, jossa koottiin elävien puiden, kelojen, vanhojen rakennushirsien, kantojuurakoiden ja muinaispui-den (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. Metlan 1911-vuotisen lustosarjan lustonäytteiden jakautuminen eri ajankohtiin.

5 Tietoja Lapin metsänrajamännyn 7640-vuotisesta lustosarjasta: - Keskimääräinen lustonleveys: 0.6 mm - Vuosilustoindeksien vaihteluväli Minimi- ja maksimi-indeksit kertovat lämpimistä ja kylmistä vuosista. - Vuositoistojen lukumäärä RBAR (21-v) keskimäärin r = EPS-arvo 0.8 jää alle 0.85:n joissakin sarjan kohdissa.

6 Kasvun vaihtelu viimeisen tuhatvuotiskauden aikana - Metsänrajamännyn vuosilustojen leveyksistä laadittu lustokronologia kertoo rytmisesti vaihtelevista kesä-heinäkuun keskilämpötiloista. - Tuhannen vuoden aikaperspektiivissä tarkasteltuna 1900-luvun kasvunvaihtelut eivät poikkea olennaisesti aiempien vuosisatojen vaihteluista luvun lämmintä ilmastojaksoa on edeltänyt ainakin 10 vastaavaa lämpenemistä. Vastaavasti kylmät jaksot ovat seuranneet 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). - Lustosarjojen rytmisyys (syklisyys) kiinnostaa ilmastonmuutostutkijoita erityisen paljon, koska syklien arvellaan aiheutuvan auringon aktiivisuuden vaihteluista, maan liikkeistä avaruudessa tai maan merivirtojen liikkeistä yms. - Kasvujen vertailu Sirénin uudistumisvuosiin (1961, 1996) osoittaa, että Lapin metsänrajametsät uudistuvat pääsääntöisesti suotuisten jaksojen yhteydessä.

7 Advance-10K-projektissa ( ) kerättyjen megafossiilinäyteaineiston tarkastelu korkeusvyöhykkeittäin osoittaa metsänrajan olleen vuosituhansia sitten toistasataa metriä nykyistä ylempänä.

8 MUINAISET MÄNTYMETSÄNRAJAT Kultti, S., Mikkola, K., Virtanen, T., Timonen, M. & Eronen, M Past changes in the Scots pine forest line and climate in Finnish Lapland: a study based on megafossils, lake sediments, and GIS-based vegetation and climate data. The Holocene 16(3): Mänty saavutti laajimman levinneisyytensä vuotta sitten, jolloin heinäkuussa oli vähintään 2.6 o C nykyistä lämpimämpää ja mäntymetsiä 13000km 2 nykyistä enemmän. Noin 3000 vuotta sitten ilmasto oli viilennyt 0.8 o C:lla ja metsät vähentyneet 2500 km 2 :llä. Keskiajan lämpökaudella oli edelliseen verrattuna selvästi viileämpää, mutta siltikin 0.6 o C nykyistä lämpimämpää ja mäntymetsiä oli 7200 km 2 nykyistä enemmän. Pikku jääkauden alettua noin 700 vuotta sitten, havainnot nykyisen metsänrajan yläpuolisista subfossiileista, ja kannoistakin, puuttuvat. Kävikö niin, että ilmaston viileneminen tyrehdytti uudistumisen kokonaan moneksi sadaksi vuodeksi? Mäntymetsät alkoivat vallata takaisin menetet-tyjä kasvualueitaan merkittävämmässä määrin vasta viime vuosisadan ilmaston lämpenemisen myötä. Jos lämpötila nousee pysyvästi 0.7 o C:lla, lisääntyy mäntymetsien pinta-ala kenties muutamassa sadassa vuodessa tuhansilla km 2 :llä.

9

10 Holoseenin ilmastovaihtelut (sinipuna) ja Lapin metsänrajamännyn lyhytjaksoiset (<100 v) kasvutrendit (valkoinen viiva). Pitempijaksoiset kasvutrendit saadaan näkyviin RCS-metodilla. Erityistä huomiota kiinnittää vuoden 1630 eaa. paikkeilla oleva kasvun romahtaminen, joka ilmeisesti on liityksissä Santorinin tulivuoren jättiräjähdykseen (ks. Myös muut purkaukset näkyvät pienempinä piikkeinä lustosarjassa kuten Mt. Pelée 2440 eaa.(?) Rabaul (?) 536 jaa. (?) ja Huaynaputina 1600 jaa. Mauri Timonen

11 Mauri Timonen Tulivuoritoiminta näkyy Lapin metsänrajamännyssä kasvun äkillisinä romahtamisina eli poikkeuksellisen kapeina vuosilustoina. Ilmiö selittyy yläilmakehään joutuneella tuhkalla, joka heikentää auringon säteilyn läpi pääsyä alailmakehään. Ilmiö saattaa kestää vuosia tai vuosikymmeniäkin, varsinkin silloin, kun useita tulivuoria purkautuu peräkkäisinä vuosina. Vasemmanpuoleisessa kuvassa tulivuorten esiintyminen mannerlaattojen murroskohdissa ja suurten purkausten tilasto. ttp:// Yläkuvan ilmastomalli (tummennetun alueen reunaviiva) laadittu useisiin lähteisiin perustuen. Lämpötilan muutokset laskettu vuoden 1900 suhteen. Mallin koostivat R. S. Bradley and J. A. Eddy J. T. Houghton ym. raportin Climate Change: The IPCC Assessment, Cambridge University Press, Cambridge, 1990 perusteella ja julkaistiin teoksessa EarthQuest, vol 5, no 1, 1991.

12 Spektrianalyysi paljastaa Lapin pitkästä lustosarjasta mm , 37, 47-49, ja 95 vuoden jaksot (yläkuvassa punaiset alueet). Onko kyse todellisesta ilmiöstä vai sattumasta, odottaa vielä vahvistustaan. Aiheesta lähemmin posterissa

13 Jos lustosarjan vuoden jaksollisuudelle löytyisi luonnontieteellinen peruste, esimerkiksi Gleisberg-sykli, antaisi se mahdollisuuden ennustaa myös tulevaa luontaista ilmastoa. Ennuste voisi näyttää esimerkiksi oranssisen viivan mukaiselta (

14 Jos lustosarjan vuoden jaksollisuudelle löytyisi tieteellinen peruste, antaisi se mahdollisuuden ennustaa myös tulevaa luontaista ilmastoa. Ennuste voisi näyttää esimerkiksi oranssiviivan mukaiselta. Huomattakoon kuitenkin, että ennuste sisältää vain vuosien ja vuosikymmenten väliset ilmastonvaihtelut eikä siinä ole ihmisen mahdollinen vaikutus mukana.

15 Lapin metsänrajamännyn vuosilustoindeksissä näkyy 1500-luvun puolenvälin jälkeen viiden samankaltaisen jakson vuotinen rytmi. Jatkuuko rytmi samanlaisena lähivuosisatoinakin? Aiemmat lämpimän vaiheen maksimit sijoittuivat ja 1800-lukujen puoliväliin ja luvulle. Kylmää oli vastaavasti vuosisatojen taitteissa 1700-, ja 1900-luvuilla. Viimeisin kylmä jakso taittui 1970-luvulla. Seuraava lämpöhuippu näyttäisi tämän syklin perusteella ajoittuvan vuosille ja kylmin vaihe vuosille Lämpöhuippu tosin saattoi taittua jo 2005, mikä sekin sopii esitetyn jaksollisuuden puitteisiin. Vuosilustoindeksissä havaittavan vuotinen jaksollisuuden todennäköisimpänä peruslähteenä pidetään Auringon aktiivisuuden (energiantuotannon) vaihteluita, erityisesti vuoden pituista Gleissberg-sykliä. Tämä ei kuitenkaan ole koko selitys, sillä indeksin jaksollisuudessa näkyvät myös suurilmastotekijöihin kuuluva Pohjois-Atlantin säärakenteiden vaihtelu (NAO) ja merivesien lämpötilojen jaksollinen vaihtelu AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation). AMOn vastine Tyynellämerellä on PDO (Pasific Decadal Oscillation). AMO ja PDO ovat Auringon aktiivisuusvaihteluiden aikaansaama monikymmenvuotinen syklinen ja viiveellä vaikuttava merivesien lämpötilavaihtelu, joka ruokkii NAO-ilmiötä (North Atlantic Oscillations). NAOn vaihtelut näkyvät myös vuosilustoindeksissä tilastollisesti merkitsevästi. Vuosilustoindeksin jaksollisuuteen liittyy kaoottisuutta, mikä ilmenee säännöllisempien ja epäsäännöllisempien jaksojen vuorotteluna. Lisäksi jaksojen voimakkuudessa (amplitudissa) on selvää rytmisyyttä. Mistä tässä ilmiössä on kysymys? Yhtenä vaihtoehtona voisi olla vallitsevan tuulen suunta. Keskiajan lämpökaudella ja 1300-luvuilla vuosilustoindeksin vaihtelu oli normaalia vaimeampaa. Se viittaa vakaampaan ja lämpimämpään ilmastoon, mikä viittaa vallitseviin lounaisiin ilmavirtauksiin ja niiden mukana tulleeseen Golf-virran lämmittämään meri-ilmaan. Tällöin talvet ovat kosteanlämpimiä ja kesät kostean viileitä. Pikkujääkauden aikana ( ) on vuosilustoindeksi vaihdellut voimakkaasti. Se viittaa kesäisten itätuulten mantereisen lämmön ( intiaanikesät ) ja pohjoistuulten napailmaston (takatalvet) vuorotteluun. Oman mielenkiintoisen lisänsä pitkän ajan ilmastonvaihteluihin spekulaatioon tuo lustoissakin näkyvä noin 1000 vuoden jakso. Kuvan lustosarjasta voidaan päätellä seuraavan kaltainen vuorovaikutusmalli. Ensin muodostuu useampia suuren vaihtelun voimistuvia syklejä. Niitä edustavat 1000-luvulla syklit, joiden minimit ovat vuosien 970, 1050 ja 1130 ja vastaavasti 2000-luvulla vuosien 1720,1800 ja 1900 tienoilla. Näiden vaiheiden jälkeen tapahtuu rytmin muutos, jolloin lustoindeksi tasaantuu ja minimit nousevat lähelle keskiarvoviivaa. Soveltamalla tätä analogiaa ennustamiseen voidaan päätellä, että olemme mahdollisesti parisataavuotisen lämpökauden kynnyksellä! Tosin nähtäväksi jää, kuinka paljon Auringon toiminnan hiipuminen vie ilmaston kehitystä toiseen suuntaan.

16 Lapin metsänrajamännyn vuosilustoindeksissä näkyy 1500-luvun puolenvälin jälkeen viiden saman-kaltaisen jakson vuotinen rytmi. Jatkuuko rytmi samanlaisena lähivuosisatoinakin? Aiemmat lämpimän vaiheen maksimit sijoittuivat ja 1800-lukujen puoliväliin ja 1940-luvulle. Kylmää oli vastaavasti vuosisatojen taitteissa 1700-, ja 1900-luvuilla. Viimeisin kylmä jakso taittui 1970-luvulla. Seuraava lämpöhuippu näyttäisi tämän syklin perusteella ajoittuvan vuosille ja kylmin vaihe vuosille Lämpöhuippu tosin saattoi taittua jo 2005, mikä sekin sopii esitetyn jaksollisuuden puitteisiin.

17

18 Metlan kasvutrenditutkimus (hanke 3436) Alustavia tuloksia Metlan kasvutrendi-tutkimuksesta, jota johtaa professori Kari Mielikäinen. Tutkimusaineisto sisältää pohjoisessa yli 700 kairausnäytettä 25 tutkimusalueelta ja etelässä yli 400 kairausnäytettä 11 tutkimusalueelta. Ilmasto-painotteisesti kerätyn vuosilusto-indeksin tarkkuus 95 %:n luotettavuus-tasolla on pohjoisessa ± 3.5 % ja etelässä ± 3.1 %. Tuloksista voidaan arvioida erityisesti kesänaikaisen ilmaston kehitystä ja epäsuorasti myös talviaikaista ilmasto-kehitystä viimeisten 300 vuoden aikana.

19 Lapin metsänrajametsien puiden kasvun vaihtelu kahden toisistaan riippumattoman aineiston mukaan vuosina (tulokset alustavia). Punainen pisteviiva kuvaa kasvutrenditutkimuksen ja sininen kasvuindeksitutkimuksen havaintomääriä. Tämäkin laaja aineisto kuten niin monet niin monet muut aiemmat aineistot osoittavat, että Lapin metsänrajamännyn kasvun reilusti parasta aikaa on ollut Männyn nykykasvu on pysytellyt liki 40 vuoden ajan keskitason (100) tuntumassa.

20 Sama kuin edellä, mutta vuosilustoindeksi (punainen) laskettuna tuoreemmasta (ja pienemmästä) aineistosta. Indeksi kuten männyn kasvaukauden aikainen kesä-heinäkuun keskilämpökin laskivat vuosina 2008 ja 2009.

21 Suomen metsien kasvutrendit selvitettiin 1990-luvun puolivälissä osana laajempaa EU-projektia. Tutkimuksen tulokset julkaistiin loppuraportissa Growth trends in European Forests ( Tavoitteenamme uudessa tutkimuksessamme, jonka maastotyöt tehtiin vuosina 2007 ja 2008, on selvittää mahdolliset viimeaikaiset muutokset ja niiden syyt. Uudesta aineistosta lasketun (tulokset alustavia) männyn vuosilustoindeksin (sininen viiva) vaihtelu on sangen yhdenmukainen aiempien tulosten (vihreä ja punainen viiva) kanssa. Männyn kasvu oli 1990-luvulla % normaalia heikompaa ja kuluvalla vuosikymmenelläkin vain keskimääräisellä tasolla. Tulos vahvistaa aiempaa käsitystä siitä, ettei ilmastossa ole tapahtunut puun kasvun kannalta mitään dramaattista.

22 Mauri Timonen: kaukoputki, Kuu, Saturnus, Jupiter + 4 kuuta, revontulet ja Aurinko John Laborde : komeetta West

23 Auringon toiminnasta tiedetään edelleenkin melko vähän. Mitä pidem-mälle tutkimus on edennyt, sitä enemmän on alettu ymmärtää, että Maa on Auringon lapsi. Auringonpilkkujen määrä kuvaa Auringon energiantuotannon voimakkuutta. Niiden noin 11-vuotinen sykli aiheutuu Auringon aktiivisuuden vaihteluista. Ilmastonmuutostutkimuksen keskeisiä kysymyksiä nykyisin on, mikä on Auringon energiantuotannon vaihteluiden vaikutus Maan ilmastoon. Tutkijoilla on erilaisia käsityksiä asiasta. Metsänrajamännyn kasvussa näkyvällä vuoden pituisella syklillä on mielenkiintoinen yhteys Auringon aktiivisuuteen liittyvään noin vuotiseen Gleissberg-sykliin. Jos yhteys on todellinen, se mahdollistaa puulustoihin perustuvan ilmastoennusteiden laatimisen! Olen laatinut kokeeksi muutamia ennusteita. Ne perustuvat em vuoden ja noin 1000 vuoden pituiseen sykliin, joka on erityisesti viime aikoi-na noussut esiin. Jännittävää nähdä tulevina vuosina, toimiiko puulustois-ta johdettu avaruusperusteinen ilmastoennustaminen!

24 Lapin metsänrajamännyn vuotuinen ja vuosikymmenten välinen 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 ilmastonmuutoksessa on kyse jopa jääkautisiin oloihin johtavasta lämpötilakehityksestä (valkoiset viivat). Suomessa jääkautiseen ilmastoon johtavan kehityksen kynnysarvo (pudotus vuotuisessa keskilämpötilassa) 2.5 o C voi olla aliarvio (oikeampi lienee 3-5 o C, prof. Matti Saarniston kommentti). Vuosilustoindeksin projektiot voi rinnastaa Pohjois-Suomen ilmaston luontaiseen lämpötilakehitykseen (ihmisen vaikutusta ei huomioitu). Punaisten käyrien kaltaista kehitystä ole koskaan aiemmin Maapallon ilmastohistoriassa todennettu. Keltaisten ja valkoisten käyrien kehityskulut ovat sen sijaan ovat olleet toistuvia ilmaston vaihteluissa.

25 I. MITÄ TAPAHTUU ILMASTORINTAMALLA? Ilmasto voi mahdollisessa 1000-vuotisessa rytmissään lämmetä jopa sadoiksi vuosiksi! Vaikka edellinen olisikin voimassa, auringon aktiivisuuden vaihtelut (Gleissberg-sykli?) vuoronperään viilentävät ja lämmittävät ilmastoa. Ilmaston lämpeneminen ei, ainakaan historiallisen tiedon perusteella, liene suuri uhka. II. MITEN TOIMITTAVA ILMASTOPOLITIIKASSA? Ilmaston jäähtyminen ja jääkauden ennenaikainen alkaminen on uhkatekijä, johon, ainakin Suomen oloissa, pitää suhtauduttava vakavasti! Ihmisen sopeutumiseen muuttuviin olosuhteisiin, olipa kyse ilmaston lämpenemisestä tai kylmenemisestä, on varauduttava. Poliittisilla päättäjillä on suuri vastuu tässä asiassa. Sitä tuskin kukaan kiistää, etteikö ilmastohuolto olisi tärkeää. CO 2 -vähennyksiin pyrkiminen ei kuitenkaan, ei ainakaan kaikin osin, ole tarkoitukseen paras mahdollinen lähestymistapa. Climategate on paljastanut politiikan ja tieteen välisen harmaan alueen, jossa yhteiskunnalliseen vaikuttamiseen ja henkilökohtaisiin etuihin pyritään epärehdein keinoin. Ilmiö on verrattavissa urheilumaailman harmaaseen alueeseen, jossa on samat tavoitteet. Mitä tehdä tämän doping - ongelman kitkemiseksi? Yhteiskunnallisen päättäjän on opittava tarkastelemaan ilmastoasioita nykyistä monipuolisemmin, jotta vältyttäisiin ja kalliiksi tulevilta virhetulkinnoilta.

26 III. MITEN TOIMITTAVA TIETEESSÄ? Tutkijoiden on opittava avoin ja kritiikkiä sietävä työskentelytapa, johon sisältyy myös datojen julkisuus. Lustotutkimuksen aineistojen jako-ongelmat vältetään Metlassa kehitetyn virtuaalisen MelTiH-työpöydän laajalla käyttöönotolla. IV. QUO VADIS, SUOMALAINEN LUSTOTUTKIMUS? Kotimaisiin puulustoihin perustuvalla ilmastotutkimuksellamme on hyvä maine maailmalla. Voimme täten hyvillä mielin valmistautua isännöimään lustotutkijoiden seuraavaa maailmankonferenssia Rovaniemellä juhannuksen ala 2010.

27 V. KOTILÄKSYJÄ SUOMALAISILLE PÄÄTÖKSENTEKIJÄILLE Tutkimusrahoitusta suunnattava uudelleen. Päätöksentekijöiden laajennettava tietotasoaan ilmastoasioissa. VI. QUO VADIS, SUOMALAINEN YHTEISKUNTA Ikävä totuus: todennäköisintä on, että ilmasto asteittain viilenee ja että joudumme varautumaan seuraavaan jääkauteen. Onneksi aikaa on vielä runsaasti... Jos Maapallo kuitenkin sitä ennen joutuu äkillisen luonnonkatastrofin kohteeksi, voi uusi jääkausi käynnistyä, ainakin Suomen oloissa, jopa alle 10 vuodessa! Rajailmastovaiheet (äkillisesti kylmenevä tai lämpenevä ilmasto) tiedostettava: - ravinnon turvaaminen - lämmön turvaaminen - varautuminen rajuihin ympäristön muutoksiin.