VIIME AIKAISET ILMASTONVAIHTELUT HOLOSEENIN AIKAPERSPEKTIIVISSÄ TARKASTELTUNA

1

VIIME AIKAISET ILMASTONVAIHTELUT HOLOSEENIN AIKAPERSPEKTIIVISSÄ TARKASTELTUNA Mauri Timonen Rovaniemi Versio 23/2007-01-17 ladattavissa linkistä http://lustiag.pp.fi/past_models5.pdf 2

Sisällys: ESIPUHE... 4 I Ilmastonmuutos... 5 II Holoseenin kaudet... 5 Holoseeni...5 Holoseeni- ilmaston jaksollisuuksia...5 Alppien lämpötilavaihtelut...6 Pieni jääkausi...6 Keskiajan lämpökausi...7 III Chilling perspective:... 7 IV Little Ice Age (Solar Influence - Temperature) -- Summary... 8 V Kumpi ensin, muna vai kana eli CO2:n ja lämpötilan järjestys... 8 VI Milloin alkaa seuraava jääkausi?... 9 VII Auringon aktiivisuuden vaiko kasvihuoneilmiön lämpövaikutukset?... 9 VIII Ilmastomallien luotettavuus: CLIMATE MODEL VALIDATION SCORECARD... 9 IX Shavivin ilmastonmuutosdynamiikka... 9 X Ilmakehän CO2-pitoisuudet historiassa?... 10 XI Linkkejä... 10 XII Mietteitä...11 X... 21 Kuvakokoelma... 21 Mauri Timonenn)... 21 3

ESIPUHE Oheinen pöytälaatikkokirjoitukseni 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 ajatuksiini suhtauduttaisi turhan mustavalkoisesti. Tutkijan tärkeimpiin työvälineisiin kuuluu kriittisyys niin omaa kuin muidenkin tutkijoiden työtä kohtaan. Rovaniemellä 17.01.2007 Mauri Timonen 4

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. Aiheesta enemmän: http://fi.wikipedia.org/wiki/ilmastonmuutos 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: 10600-9300 7900-6300, lämpimintä, 2 3 astetta nykyistä lämpimämpää 2700-1500 960-610 Kylmiä kausia, lämpötila 1 2 astetta nykyistä viileämpää vuotta sitten: 11250 vuotta sitten (11305-11185 vuotta sitten) preboreaalinen oskillaatio kesti 200 vuotta 10300 9400 8200-8000 ns 8,2 tuhannen vuoden kylmä piikki, lämpötila laski Euroopassa 2 C 5900 (6900?) 4100 tai 4200 2800 1400 Holoseeni- ilmaston jaksollisuuksia Holoseenin ilmastosta on etsitty eri pituisia jaksollisuuksia. Alla kosteuden vaihtelujaksoja. 250-300 v 500-600 v 1000-1300 n. 6000 Aiheesta enemmän: http://fi.wikipedia.org/wiki/holoseeni#holoseenin_l.c3.a4mp.c3.b6tilavaihteluista 5

Holoseenin ilmastomuutokset Alppien lämpötilavaihtelut 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 1850. 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 ( engl. Little Ice Age LIA) sanotaan Euroopassa kautta, jolloin ilmasto kylmeni noin vuosina 1300-1870. Maapallon keskilämpötila laski erään arvion mukaan 0,4-0,6 ºC. Suuremman viilenemisen kausi voidaan rajata jaksolle 1550-1850. Kylmintä oli 1600-luvulla, varsinkin 1690-1720. Noin sadan vuoden välein oli hyvin kylmiä kausia 1650, 1770 ja 1850. Pienen jääkauden katsotaan aiheutuneen auringon aktiisuuden 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 alueittaista. http://fi.wikipedia.org/wiki/pieni_j%c3%a4%c3%a4kausi Sisällysluettelo: 1 Pienen jääkauden vaiheita 2 Pieni jääkausi 3 Pienen jääkauden ilmastonmuutos 4 Pieni jääkausi Alpeilla 5 Katso myös 6 Linkkejä Tuhoisimmat tulivuorenpurkaukset viimeisen 1000 vuoden aikana: Tuhoisia varhaisia tulivuorenpurkauksia olivat mm. Vesuviuksen, Santorinin ja Toban purkaukset. 1628 eaa Santorini eli Thera, Kreikka: voimakkuudeltaan n. 6x Krakatau, ja 120x Saint Helens, 79 jaa. Vesuvius, Italia: noin 3400 kuollutta 1586. Kelut, Indonesia: noin 10000 kuollutta 1783. Lakagigar, Islanti: noin 9000 kuollutta 1792. Unzen, Japani: noin 15000 kuollutta 6

Holoseenin ilmastomuutokset 1815. Tambora, Indonesia: noin 92000 kuollutta 1883. Krakatau, Indonesia: noin 36000 kuollutta 1902. Mont Pelée, Martinique: noin 30000 kuollutta 1912. Novarupta, Alaska: purki 20 km³ ainetta 1980. Mount Saint Helens, Washington: hävitti noin 600 km 2 1983. Kilauea, Havaiji: laava peitti noin 80 km 2 1984. Nevado del Ruiz, Kolumbia: yli 20000 kuollutta 1991. Mt. Pinatubo, Filippiinit: 300-900 kuollutta Tietoa tulivuorten purkausten vaikutuksista ilmastoon: (http://fi.wikipedia.org/wiki/tulivuorten_vaikutus_ilmastoon Tonkoko 1680, Serua ja Hekla 1693, Fuji 1707 Japanissa, Hekla 1766 Islannissa, Tambora Sumbawalla 1815, Cosima 1835 Nicaraguassa, Krakatau Sundasalmessa 1883, Santa Maria Guatemalassa 1902, Agung Balilla 1965, El Chichon 1982 ja Pinatubo 1991. 1900-luvun alkupuoliskolla on pitkä tauko suurissa tulivuorenpurkauksissa. Keskiajan lämpökausi Keskiajan lämpökausi (keskiajan ilmasto-optimi, keskiajan pitkä kesä, engl. Medieval Warm Period MWP) oli lämmin kausi noin vuosina 800-1400, keskiajan loppupuoliskolla. Lämpimintä oli 1000-1270. Silloin oli Afrikassa keskimääräistä kuivempaa. Tänä aikana viikingit asuttivat Grönlantia. Viileneminen alkoi viimeistään 1300. Kautta seurasi pieni jääkausi. Edellinen lämmin kausi oli 1-300. Auringon aktiivisuus oli huipussaan 1100 1250. 1000-1100 olikin viileämpää. Aiheesta enemmän: http://fi.wikipedia.org/wiki/keskiajan_l%c3%a4mp%c3%b6kausi Mielenkiintoista numerotietoa ilmastonmuutoksesta pähkinänkuoressa: III Chilling perspective: http://www.clearlight.com/~mhieb/wvfossils/ice_ages.html 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." 7

Holoseenin ilmastomuutokset IV Little Ice Age (Solar Influence - Temperature) -- Summary Yhteenvetoa aurinkovaikutteisesta ilmastonmuutoksesta: http://www.co2science.org/scripts/co2scienceb2c/subject/s/summaries/solariceage.jsp Mike Flaugher: Comment (http://solar-center.stanford.edu/sun-on-earth/varsun.html ) 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 http://www.co2science.org/scripts/co2scienceb2c/subject/c/co2climatehistory.jsp Tähän vielä lisänä Jessenin tuore (maaliskuu 2006) väitöskirja: http://www.geol.lu.se/kvg/avhandlingar/cj_kappa.pdf Jesseinin päätelmät: http://lustiag.pp.fi/jessen_dissertation_the ups and downs of the Holocene.pdf 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 1 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 November 11, 2003, Tuesday, By ANDREW C. REVKIN (NewYorkTimes); Science Desk 1 http://www.co2science.org/scripts/co2scienceb2c/subject/c/summaries/co2climatehistory.jsp (käytä tarvittaessa tunnuksia: matimon matimon) 8

Holoseenin ilmastomuutokset VI Milloin alkaa seuraava jääkausi? http://lustiag.pp.fi/articles/ice_age_nyt.pdf (koko juttu) Jutun alkuperä: http://select.nytimes.com/gst/abstract.html?res=f30e17f73e5d0c728ddda80994db404482... 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. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 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. http://www.warwickhughes.com/hoyt/climate-change.htm VIII Ilmastomallien luotettavuus: CLIMATE MODEL VALIDATION SCORECARD Ovatko ilmastomallit toimineet? Mielenkiintoinen vertailu: http://www.warwickhughes.com/hoyt/scorecard.htm 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 0.025 C to 0.05 C/decade. Kalnay suggests it is 0.027 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 http://www.sciencebits.com/co2orsolar 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). 9

Holoseenin ilmastomuutokset 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! Shavin: http://www.phys.huji.ac.il/~shaviv/ CV: http://www.cita.utoronto.ca/%7eshaviv/cv/cv.html#refer, http://www.phys.huji.ac.il/~shaviv/cv/cv.html 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. http://www.john-daly.com/zjiceco2.htm XI Linkkejä Seuraavassa linkkejä ajatussuuntaan jos toiseenkiin: http://www.cru.uea.ac.uk/tiempo/newswatch/climatedebate.htm 10

Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta Mauri Timonen 14.11.2006 XII Mietteitä METLALAINEN JA MUU KOTIMAINEN LUSTOTUTKIMUS. Vuosilustoanalyysejä on tehty Metlan kasvututkimuksissa jo vuodesta 1920 lähtien 2. 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 on mitattu valtava määrä kairanlastuja, sillä käytössä on ollut jopa 15-20 lustonmittauslaitteistoa ja kymmeniin henkilöihin nouseva vuotuinen työpanos vähintään 50 vuoden ajan! Erittäin harmillista on, 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 1950- 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. Lustotutkimuksen kehittäminen Metlassa oli pysähdyksissä aina vuoteen 1976 saakka, jolloin aloitin gradu-työlläni Kasvuindeksien laadintamenetelmät nyt, vuoden 2006 ajanlaskun mukaan, 30-vuotisen taipaleeni Metlan lustotutkijana. Työni on koko ajan painottunut lustotutkimuksen menetelmien kehittämiseen. Sen tuoreinta muotoa on viime vuosina edustanut Lustotutkimuksen laboratorio- ja kehittämishanke Lustia. Kehittämistyöni päätuloksen muodostaa KINSYSlustotutkimusohjelmisto, joka sisältää yli 1100 aliohjelmaa ja noin 200 000 riviä Fortran-koodia (vastaten noin 2650 täyttä konekirjoitusliuskaa). Muokkasin KINSYSin alun perin Metlan lustotutkimuksen tarpeisiin, mutta sain mahdollisuuden sovittaa sen 1990-luvun loppupuolella, Advance- 10K-projektin aikana, myös kansainvälisten standardien edellyttämään muotoon. Ohjelmistoa on viritetty viime vuosina ilmastonmuutostutkimukseen liittyvien analyyseihin tarpeisiin. Tämän kehittämistyöni tulokset ovat edelleen kaikkien tarvitsevien käytössä. Metlan lustotutkimuksen nykyinen status on tämänhetkisen kansainvälisen keskustelun ykkösaiheita. Metla on järjestämässä vuoden 2010 nopeatahtinen kansainvälistyminen sai nosteensa kasvuja tuotostutkimuksen professorin Kari Mielikäisen vuosina 1992-1996 vetämässä Kasvunvaihtelun tutkimushankkeessa 3, jossa koko tutkijaryhmä päätti panostaa kansainvälisesti sovellettuun dendrokronologinen tutkimusotteeseen. Meillä oli silloin käytettävissä myös omaa erityisosaamistamme, muun muassa perinteistä kasvututkimusosaamistamme, kokemusta vedenalaisessa metsäntutkimuksessa sekä omaa tuotantoamme oleva KINSYS lustotutkimusohjelmistomme. Pääsy EUrahoitettuun ADVANCE-10K projektiin (1996-1999) mahdollisti Lapin 7520-vuotinen metsänrajamännyn lustosarjan valmistumisen 1999. Sen julkaiseminen Holocene-lehdessä 2002 ja Arizonan yliopiston kanssa yhteistyössä kehitetyn Lustia-hankkeen käynnistyminen 2003 viitoittivat lopulli- 2 Ks. esim. Arizonan matkan raportti: http://lustiag.pp.fi/arizmak14a.pdf tai http://lustiag.pp.fi/lustialabs_2006b.pdf 3 Hanke 3042: Kasvun vaihtelu (1992-1996). 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. 11

Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta sesti tien lustotutkimuksen kansainväliseen tietoisuuteen, jonka osoitukseksi saimme oikeuden järjestää maailman lustotutkijoiden kokouksen 2010 Rovaniemellä 4. Dendrokronologisen tutkimusotteen omaksuminen Metlan lustotutkimuksessa laajensi kasvututkimuksemme aihepiireihin, joihin osallistumiseen meillä ei aiemmin olisi ollut pätevyyttä. Lustotietoa 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 korkeintaan 1000, joista kansainvälisesti toimivien suomalaisten tutkijoiden osuus 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, 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, Mervi Tuovinen ja Sari Sarviaho Oulun yliopistosta. Vaikka osuutemme alan kansainvälisessä huippututkimuksessa on pieni, on työmme jälki silti näkyvää ja meidät tunnetaan niin lännessä kuin idässäkin 5 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 6. Toimintaa laajennettiin vuonna 2004 Venäjän ja 2006 Kiinan suuntaan. Erinomaisen lähtökohdan idän yhteistyölle tarjoaa maailman laajin metsäalue, taiga, josta Siperian metsät muodostavat valtaosan 7. 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 8 tunnuttiin olevan yhtä mieltä siitä, että pohjoisen pallonpuoliskon ilmastonmuutostutkimuksessa tulee päästä laajempien kokonaisuuksien hallintaan. Kehitteillä olevassa Euraasian laajuisessa ilmastonmuutostutkimuksen viitekehyspaperissa, ns. EURACLIMATES suunnitelmassa 9, esitetään neljä erilaista lähestymistapaa ilmastonmuutosten ja niiden vaikutusten tutkimiseksi. Pääpaino asetetaan taigametsien 10 tutkimukselle, mutta myös muunlaisia aluejakoja 11, 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. 4 Infoa WorldDendro 2010:stä + raportteja Pekingin kokouksesta: http://lustiag.pp.fi/wd2010_16.pdf 5 Esimerkiksi http://lustiag.pp.fi/lustia_2004_jes37.pdf ja http://lustiag.pp.fi/lustialabs_2006b.pdf 6 Ks. edellisen kohdan lähdeviittaukset 7 Neljä erilaista euraasialaisen ilmastonmuutostutkimuksen viitekehystä esitellään esitellään Lustia-raportin 2/2006 (Metlan lustotutkimuksen suuret haasteet) liitesivuilla. Linkki http://lustiag.pp.fi/lustialabs_2006b.pdf 8 http://7thicd.ibcas.ac.cn/ 9 Ks. http://lustiag.pp.fi/lustialabs_2006b.pdf s. 26-28 ja liitteet 1-5 10 TaigaClimates: climate change research based on all the sensitive northern timberline conifer species 11 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; 12

Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta 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 7 638 ja Ruotsilla vastaava 7413 vuoden pituinen metsänrajamännyn lustosarja. Venäjän Jamalin lehtikuusikalenteri on 7 358, Saksan Hohenheimin yliopiston tammiaineisto peräti 10479 ja Belfastin yliopiston Irlannin tammiaineisto 7524 vuotta pitkä. Lisäksi on mainittava Arizonan yliopiston 8 702 vuoden mittainen vihnemäntysarja, jota voinee käyttää verrokkiaineistona. Lapin 7638-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 500-1000 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. 13

Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta 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 (1994 12 ) korostaa 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 80 000 tonnin hiilidioksilisästä heijastuu kasvihuoneilmiön välityksellä maapallon lämpötiloihin. Arviot vaihtelevat muutamasta prosentista IPCC:n useisiin kymmeniin (Tarkista). 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 13 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 100-500 vuodeksi. Jos ilmasto lämpenee ennusteiden mukaisesti, ovat vastaavat heilahtelut mahdollisia. 12 Korhola, A. 1994. Pysyvää on vain muutos. Yliopisto 20/94:20-21. Helsingin yliopiston tiedotuslehti. 13 Broecker, W.S. 1995. Chaotic climate. Scientific American; November 1995. 2 Astronomical CLmate INdex 14

Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta KOHTI SEURAAVAA JÄÄKAUTTA? Viime jääkautta edeltävä 15 000 vuoden mittainen lämpökausi, Eemi, oli hiukan nykyistä, holoseenia, lämpimämpi. Tähtitieteellisen ACLIN-indeksin 14 perusteella tiedetään, että molemmat lämpökaudet ovat suunnilleen samanpituiset (kuva 9). Venäläisten tutkijoiden, mm. akateemikko Andrei Velichkon mukaan, holoseeni ja Eemi ovat monien tuntomerkkien perusteella ilmastokehitykseltään kuin veljeksiä keskenään. Koska holoseenin alkamisesta on kulunut jo yli 11 000 vuotta, olisi sen mukaan seuraavan jääkauden alkuun enää vain alle 4000 vuotta. Fossiilisten polttoaineiden aiheuttama mahdollinen lämpöpiikki saattaa vaikuttaa vielä jonkin aikaa ehkä 100-200 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 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. ' 15

Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta 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 aikainen tutkimus on yhä useammin päätynyt valtavirrasta poikkeavaan tulokseen, jonka mukaan ensiksi nousisi ilman lämpötila, ja vasta sen jälkeen viiveellä CO 2. Esimerkkeinä ovat Antarktiksen jäistä tehdyt tutkimukset (mm. Monnin 1991 15 ) ja Ruotsin järvisedimenteistä tehty väitöskirjatutkimus (Jessen 2006 16 ). Jos ilmiön tapahtumajärjestys on tämä, on nykyisten ilmastomallien tuloksia tulkittava kokonaan 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 1700 (2000-1400, 2000-200) 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 2006 17 ). 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 18 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 15 Monnin, E., A. Indermühle, A. Dällenbach, J. Flückiger, B. Stauffer, T. F. Stocker, D. Raynaud and J.-M. Barnola. 2001. Atmospheric CO2 concentrations over the last termination. Science, 291, 112-114, p.112, 5 Jan 2001) 16 Jessen, C. 2006. The Ups and Downs of the Holocene: Exploring Relationships between Global CO2 and Climate Variability in the North Atlantic Region, 2006, LUNDQUA Theses 17 http://www.warwickhughes.com/hoyt/scorecard.htm 18 Reliabiliteetti: mittausten pysyvyys; Validiteetti: mittausten pätevyys kuvata tutkittavaa ilmiötä, esim. http://www.mm.helsinki.fi/users/niskanen/kotu/mitta.htm 16

Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta 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 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 19 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. 19 Spatiotemporaalinen: Paikan ja ajan suhteen rajattu luonnon tapahtuma 17

Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta 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. 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 (5900-2300 eaa.) ei näytä jättäneen merkkejä mistään erityisestä luonnonkatastrofista. Päin vastoin, 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. 18

Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta 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 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: http://www.stanford.edu/~moore/references.html) MITÄ IHMISEN PITÄISI TEHDÄ ILMASTON PUOLESTA? Hyvä tavoite on pyrkiä mahdollisimman luonnonmukaiseen paikallisilmastoon. Millaisesta ilmastosta kulloinkin on kysymys, on selvitettävä erikseen aiempaa ilmastohistoriaa tutkimalla. 19

Metlan lustotutkimuksen historiikkia ja pohdiskelu ilmastonmuutoksen tutkimisesta MAURI TIMONEN LOPPUPÄÄTELMIÄ 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 niiden 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 jääkautisten olojen keskelle. 20