Ilmasto- ja hiilisuureiden mittaaminen ja niiden globaali kehitys

Transkriptio

1 Ilmasto- ja hiilisuureiden mittaaminen ja niiden globaali kehitys Natalia Pimenoff, Heikki Tuomenvirta Ilmatieteen laitos 1/27/09

2 Sisältö Ilmasto- ja hiilisuureiden mittaaminen Hiilen kierto hidas vs. nopea Hiilinielujen tulevasta kehityksestä Yhteenveto Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 2

3 IPCC 4AR SPM: Maapallon keskilämpötila Lämpeneminen viimeisten 100 vuoden aikana n. 0.74ºC Viimeisten 50 vuoden aikana lämpeneminen on ollut lähes kaksi kertaa nopeampaa, ºC/10-vuotta, kuin sadan vuoden trendi Mittausten lämpimintä vuotta on osunut jaksolle Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 3

4 Maapallon keskilämpötila määrittäminen (HadCRUT) lasketaan asemille poikkeamat keskiarvosta hilaruudussa (5ºx5 º) lasketaan poikkeamista keskiarvo) hilaruutujen avulla lasketaan maapallon keskiarvo Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 4

5 Hiilidioksidimittaukset Havaijilla sijaitsevan Mauna Loan havaintoaseman mittaamia ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksia vuosina Ihmiskunnan tuottamat päästöt ovat lisänneet hiilidioksidin määrää jatkuvasti vuodesta toiseen. Kesällä CO 2 -pitoisuus tosin aina tilapäisesti hieman putoaa, kun pohjoisen pallonpuoliskon maaalueitten kasvit käyttävät suuria määriä hiilidioksidia yhteyttämiseensä. Syksyllä ja talvella kasveista ja maaperästä vapautuu hiilidioksidia takaisin ilmakehään. Hiilidioksidin elinikä ilmakehässä on niin pitkä, että kaasu ehtii sekoittua varsin tasaisesti ilmakehään. Täten yksittäisen aseman tiedot edustavat aika hyvin myös ilmakehää kokonaisuudessaan. Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 5

6 Hiilidioksidin pitoisuushavaintoja Pallakselta Hiilidioksidipitoisuuden kehitys Pallaksella. Vihreät pisteet kuvaavat pitoisuuden päiväkeskiarvoja, sininen käyrä tasoitettua vuodenaikaisvaihtelua ja punainen käyrä pitoisuustrendiä. Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 6

7 Hiilidioksidimittaukset Maapallon keskilämpötilan muutokset havaintotietojen perusteella: harmaa käyrä esittää poikkeamia jakson keskiarvosta. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuudet, jotka on analysoitu Etelämantereen jäätikkökairauksista, on merkitty sinisillä neliöillä. Sininen yhtenäinen viiva kuvaa suoraan ilmakehästä mitattuja hiilidioksidipitoisuuksia. Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 7

8 Hiilidioksidipitoisuus kasvaa koko ajan Hiilidioksidin pitoisuus on noussut teollistumista edeltävän ajan noin 280 ppm:stä (ppm = tilavuuden miljoonasosa) jo runsaaseen 380 ppm:ään. Nousua on siis noin 35 %. Hiilidioksidipitoisuuden kasvu jatkuu edelleen koko ajan, keskimäärin noin 2 ppm:n verran vuodessa. Valtaosa ihmiskunnan tuottamasta hiilidioksidista on peräisin fossiilisten polttoaineitten (mm. öljyn, kivihiilen ja maakaasun) käytöstä. Fossiilisista polttoaineista peräisin olevat hiilidioksidipäästöt olivat vuosina hiileksi muutettuina 7,2 gigatonnia ( tonnia) vuodessa. Toinen tärkeä päästölähde on trooppisten metsien hävittäminen. Metsien hävityksestä syntyneet päästöt tunnetaan huonommin luvulla siitä arvioidaan vapautuneen 0,5-2,7 gigatonnia hiiltä vuodessa. Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 8

9 Metaani Ilmakehän metaanipitoisuus on tätä nykyä reilusti kaksinkertainen teollistumisen aikaa edeltävään tasoon verrattuna. Ennen teollistumista pitoisuus oli n. 715 ppb (ppb = tilavuuden miljardisosa), vuonna 2005 jo 1774 ppb. Viime aikoina metaanipitoisuus ei monena vuonna ole kasvanut lainkaan. Kasvun taittumisen syitä ei tunneta kunnolla, ja ilmiö saattaakin olla tilapäinen. Tähän viittaa sekin, että v ja 2008 pitoisuus jälleen oli nousussa. Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 9

10 Metaani Yläkuva: Metaanin pitoisuus ilmakehässä vuosina , yksikkönä tilavuuden miljardisosa. Alakuva: Metaanipitoisuuden muutos edelliseen vuoteen nähden. Sininen ja punainen käyrä esittävät kahden eri asemaverkoston mittausten perusteella laskettuja arvioita. Metaanin määrän kasvu on hidastunut, ja joinakin vuosina pitoisuus on jopa hieman alentunut. (IPCC, 2007) Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 10

11 Hiilen (nopea) kiertokulku maapallolla (yksikkö Gt) Fossiilisten polttoaineitten käytöstä ja metsien hävittämisestä vapautunut hiilen määrä on 1990-luvun keskiarvo; vuosina fossiilisten polttoaineitten käytöstä vapautui hiiltä noin 12 % enemmän. Ilmakehän hiilidioksidin määrä, 2900 Gt hiilidioksidia tai pelkän hiilen massana ilmaistuna 780 Gt, kertoo tilanteen v Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 11

12 Hiilen geologinen (hidas) kierto Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 12

13 Entäs tulevaisuudessa? Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 13

14 Kauanko hiilidioksidipäästöjen häviäminen ilmakehästä kestää? Tehdään ajatuskoe: päästetään ilmaan 100 uutta hiilidioksidimolekyyliä. Mitä niille tapahtuu? Noin 30 vuoden kuluttua ilmakehässä on tämän päästön seurauksena vielä 50 ylimääräistä CO2- molekyyliä. Suurin osa niistä ei kylläkään enää ole alkuperäisiä molekyyliyksilöitä, sillä hiili kiertää eri varastojen välillä. Muutaman sadan vuoden päästä ylimääräisiä molekyylejä on jäljellä vielä noin 20. Pieni osa tarkasteltavasta CO2-päästöstä vaikuttaa ilmassa hiilidioksidipitoisuutta lisäävästi jopa tuhansia vuosia, kunnes ylimääräinen hiilidioksidi lopulta päätyy valtamerien syvyyksiin. Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 14

15 Maaekosysteemin muutokset Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kasvaessa yhteyttämisen ennustetaan aluksi voimistuvan ja kasvillisuuden toimivan hiilen nettonieluna Yhteyttämisen lisäksi kuitenkin myös lahoaminen ja soluhengitys lisääntyvät lämpötilan kohotessa ja sadannan lisääntyessä Eräässä mallisimulaatioiden mukaan jo vuonna 2050 maaalueet muuttuisivat hiilen nettolähteiksi, kun soluhengitys ja hajoaminen vapauttavat enemmän hiiltä kuin yhteyttäminen sitoo Tämä ilmaston lämpenemistä voimistava palauteilmiö näkyy eri mallisimulaatioissa, mutta ilmiön suuruudesta ei ole varmuutta Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 15

16 Amazonin sademetsä Amazonin alueen arvioidaan sisältävän n. 10% maailman maaekosysteemeihin sitoutuneesta hiilestä ja vastaavan n. 10% maapallon hiilinielusta Sademetsää uhkaavat ilmastonmuutos, hakkuut ja maankäytön muutokset Amazonin alueella Mallisimulaatioissa, joissa ilmakehän hiilidioksidipitoisuus kaksinkertaistettiin, kuivui Amazonin sademetsästä vuosisadan loppuun mennessä 70% Sademetsän kuivuminen vaikeuttaisi huomattavasti alueen yhdyskuntien makean veden saantia ja aiheuttaisi eliölajien monimuotoisuuden menetyksiä Sademäärän ennustettu muutos (prosentteina) joulu-helmikuussa (vasen kuva) ja kesä-elokuussa (oikea kuva); verrattuna jakson sademääriä jaksoon (IPCC, 2007) Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 16

17 Pohjoiset maa-ekosysteemit Tutkimusten mukaan lämpimät syksyt lisäävät pohjoisissa maa-ekosysteemeissä sekä yhteyttämistä että soluhengitystä, ja näistä soluhengityksen lisääntyminen on voimakkaampaa. Sitä vastoin keväisin lämpeneminen voimistaa yhteyttämistä enemmän kuin soluhengitystä. Havaintojen ja simulaatioiden mukaan pohjoisten maa-alueiden ekosysteemien syksyisin voimistunut soluhengitys vapauttaa ilmakehään tätä nykyä 90 % keväällä voimistuneen yhteyttämisen sitomasta hiilidioksidista. Kuva: Eija Vallinheimo Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 17

18 Ikiroudan sulaminen ilmaston lämpenemisen vaikutuksesta ikiroudan sulaminen kiihtyy sulaminen nopeuttaa ikiroudassa aikaisemmin jäätyneenä olevan orgaanisen aineen hajoamista ja vapauttaa ilmakehään suuria määriä kasvihuonekaasuja, mikä voimistaa kasvihuoneilmiötä entisestään tutkimusten mukaan kuluvan vuosisadan aikana jopa 60-90% pinnan läheisestä ikiroudasta sulaa Ikiroudan sulaminen heikentää maan kantavuutta ja vaikeuttaa napa-alueiden luonnonvarojen etsintää, poraamista ja kuljettamista maateitse. Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 18

19 Merenpohjan metaaniklatraatit metaaniklatraatit ovat jään kaltaisia yhdisteitä, joita on kertynyt eloperäisen aineen hapettoman hajoamisen seurauksena mm. merten pohjille hiiltä metaaniklatraatteihin arvioidaan olevan sitoutuneena enemmän kuin kaikissa tunnetuissa fossiilisten polttoaineiden esiintymissä esiintymien yläpuolisen meriveden lämpötilan kohotessa osan metaaniklatraateista oletetaan sulavan ja vapauttavan sisältämänsä metaanin veteen, mistä osa kulkeutuisi edelleen ilmakehään ennusteiden mukaan merkittäviä määriä metaania vapautuu tulevaisuuden lämmenneessä ilmastossa vasta tuhansien vuosien aikaskaalassa Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 19

20 Yhteenveto Maapallon ilmaston lämpeneminen ja hiilidioksidin ja metaanin määrän kasvaminen ilmakehässä on mittauksilla havaittavissa Ilmastonmuutoksen suuruus riippuu ratkaisevasti siitä, kuinka korkeiksi hiilidioksidin ja muiden kasvihuonekaasujen pitoisuudet kasvavat Ihmisten aiheuttama maailmanlaajuinen lämpeneminen käynnistää hiilen kierrossa ilmaston lämpenemistä voimistavia tai heikentäviä palauteilmiötä. Koko maapallon mitassa näyttäisi siltä, että tulevina aikoina hiiltä varastoituisi sekä meriin että kasvipeitteeseen nykyistä vähemmän. Näin ilmakehän hiilidioksidin määrä saattaa kasvaa nopeammin kuin tähän mennessä on arveltu. Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 20

21 Kiitos mielenkiinnostanne! Kirjallisuutta IPCC, Climate Change 2007: The Physical Science basis. Contribution of Working group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental panel on Climate Change, eds Solomon S. et al. Cambridge University press, Cambridge, UK. Ilmatieteen laitos / PowerPoint ohjeistus 1/27/09 21