1
LAPIN VUOSILUSTOINDEKSI 2006 KOOSTE JA TULKINTOJA Mauri Timonen Rovaniemi Versio 1/2007-01-16 ladattavissa linkistä http://lustiag.pp.fi/mr2006_indeksit.pdf 2
LAPIN VUOSILUSTOINDEKSI 2006: KOOSTE JA TULKINTOJA SISÄLLYS: ESIPUHE...4 JOHDANTO: LAPIN VUOSILUSTOINDEKSI 2006...5 Lapin männyn viimeiset 500 vuotta...6 Lapin männyn pitkät lustokalenterit...7 Pohjoisen pallonpuoliskon ilmastonmuutostutkimus...7 Suomalais-tiibettiläinen yhteistyö!...7 Lisämateriaalia lustotutkimuksesta ja ilmastonmuutoksesta...9 3
ESIPUHE Lukija voi kokea tämän dokumenttini esitysteknisesti puutteelliseksi. Pyydän kuitenkin huomioimaan, että kyseessä on pöytälaatikkokirjoitukseni, joka sisältää lustotutkimukseen ja ilmastonmuutostutkimukseen liittyviä erilaisia huomioita. Toivon, että muistiin merkitsemäni ajatukset antavat aihepiireistä kiinnostuneille vastauksia ja herättävät myös lisäkysymyksiä. Rovaniemellä 30.12.2006 Mauri Timonen 4
JOHDANTO: LAPIN VUOSILUSTOINDEKSI 2006 Lapin metsänrajamännyistä ja sen makrofossiileista on koottu prof. Matti Erosen johdolla 7638 vuoden pituinen vuosilustosarja. Vuodentarkasta proksisarjasta on mahdollista johtaa samalta ajanjaksolta kesä-heinäkuun (lustonleveys) tai huhti-lokakuun (tiheys) likimääräiset keskilämpötilat. Vuosilustot kertovat epäsuorasti myös talvikauden olosuhteista toukokuun alussa tapahtuvan roudan sulamisajankohdan välityksellä. Puu aloittaa kasvukautensa vasta sen jälkeen kun routa on poistunut. Se edellyttää maan lämpötilan nousua +5 o C -asteeseen. Mitä pidempään sulamisen kestää, sitä lyhyemmäksi jää kasvukausi, sillä mänty lopettaa kasvunsa aina heinäkuun alkupuolella. Toistaiseksi joudumme pitäytymään vuosiluston leveyttä hyödyntäviin ilmastotulkintoihin, mutta tilanne paranee oleellisesti lähivuosina, kun yhteistyö Sveitsin Metlan WSL:n kanssa etenee ja heidän toteuttamansa metsänrajamännyn tiheysmittaukset valmistuvat. Metsänrajamännyn lustosarjan kehittämistyö jatkuu edelleenkin Metlan Lustia-hankkeessa (www.lustia.fi). Tavoitteena on 1) pidentää sarjaa taaksepäin aina 9000 vuoteen saakka; 2) vahvistaa sarjan heikoimpia osia lisäämällä toistojen määrää ja 3) päivittää sarja nykyhetkeen keräämällä ikäkairauksiin perustuva täydennysaineisto syys-lokakuussa sen jälkeen, kun tuoreen puuaineksen solurakenne on riittävästi vahvistunut. Päivitysaineisto jatkaa joka vuosi sarjan pituutta yhdellä vuodella. Päivitysaineistosta sivutuotteena saatava vuosilustoindeksi, jota voi kutsua analogisesti viljan satoluvun rinnalla männyn kasvukauden satoluvuksi, palvelee samalla monin tavoin myös käytännön tarpeita. Tämän raportin pääuutisena on vuoden 2006 metsänrajamännyn vuosilustoindeksi, jota voi pitää varauksin myös ilmastonmuutoksen nykyhetken eräänlaisena tunnuslukuna! 5
Lapin männyn viimeiset 1000 vuotta Metsänrajamänty on kasvanut varsin keskimääräisesti viimeisten 40 vuoden aikana. Pienen notkahduksen aiheutti 1960-luku, jolloin puun kasvu jäi noin puoleen normaalista. Tuhannen vuoden aikaperspektiivistä tarkasteltuna 1900-luvun kasvunvaihtelut eivät poikkea olennaisesti aiempien vuosisatojen vaihteluista. Lapin männyn kasvu, joka kuvaa varsin tarkasti myös Lapin ilmaston kesänaikaiset ilmaston vaihtelut, jakautuu 1900-luvun alusta nykyhetkeen tarkasteltuna neljään jaksoon: heikkokasvuiseen alkuun (1900-1913), hyväkasvuiseen mutta trendiltään alenevaan jaksoon (1915-1960) vaihtelevaan, mutta selvästi keskitasoa heikompaan jaksoon 1961-1995) ja hyväkasvuiseen trendiltään nousevaan jaksoon 1996-2006. Viimeisiin vuosikymmeniin on sattunut myös muutama suotuisampi vuosi, joista mainittakoon 1973, 1979, 1983, 1989 ja 1994 sekä koko 2000-luvun alku kokonaisuudessaan.1990-luvun kasvunvaihtelut ovat ryhmittyneet keskitason molemmin puolin. Vuodesta 1997 alkaen ja 2000-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä kasvu on ollut keskimääräistä parempaa, mikä näkyy hyvin myös Sodankylän lämpötilastoissa (Kuva 7) Tuhatvuotisessa aikaperspektiivissä tarkasteltuna 1900-luvun liki puolivuosisatainen suotuisa jakso (1915 1960) kuuluu vuosituhannen lämpimimpiin. Niiden seurauksena syntyneet, nykyisin 45 90 ja noin 250-vuotiaat metsiköt, muodostavat maantieteellisesti pohjoisimman (polaarisen) ja tuntureilla ylimmän (alpiinisen) metsänrajan. Vastaava lämmin jakso löytyy vasta 1700-luvun puolivälistä, joka näkyy hyvin myös Vätsärin erämaiden puuston ikärakenteessa (Tynys 1998). Metsänrajamännyn kasvuolosuhteet lienevät olleet kuluneella vuosituhannella ankarimmillaan 1600-luvun alussa, 1700- luvun lopussa, 1800-luvun alkupuoliskolla sekä 1900-luvun parina ensimmäisenä vuosikymmenenä. Kylmimmässä vaiheessa 1830-luvulla männyn kasvu saattoi jopa tyrehtyä kokonaan useiksi vuosiksi, mikä on voitu päätellä puuttuvien vuosilustojen perusteella. Pitkällä heikon kasvun jaksolla 1781 1850 metsät uudistuivat professori Sirénin tutkimusten mukaan merkittävästi vain kerran. Pienen jääkauden kylmään vaiheeseen sijoittuvat mm. suuret nälkävuodet (1867 1868). On hiukan yllättävää, että niiden alkukesät näyttävät olleen indeksien perusteella vain noin 10 % normaalia heikommat. On tosin otettava myös huomion, että satojen vuosien pituiset trendimäiset muutokset, esimerkiksi pikku jääkauden vaikutukset, eivät näy tämäntyyppisissä tarkasteluissa. Yksittäiset heikot kasvuvuodet näkyvät lähes kaikissa Lapin männyissä poikkeavan kapeina vuosirenkaina. Tutkimuksissa toistuvasti esiin tulleita piikkivuosia ovat mm. 1574, 1601, 1620, 1680, 1696, 1709, 1734, 1769,1806, 1813, 1837, 1888, 1893, 1903,1910 ja 1911,1929,1940, 1946, 1951, 1963 ja 1981. Männyn ja kuusen metsänrajat liikkuvat heilurimaisesti kulloinkin vallitsevien lämpöolojen pitkäaikaisten vaihteluiden ohjaamina. Esimerkiksi männyn metsänraja siirtyi 1930- ja 1940-lukujen poikkeuksellisen lämpimän jakson ansiosta aiempaa pohjoisemmaksi ja korkeammalle tunturien rinteillä. Lapin metsänrajamännyn lustosarjassa tulevat keksiajan lämpökausi, pikku jääkausi ja nykyinen lämmin jakso selvästi esiin (kuvat 3 ja 4). Helama ym. (2006) mukaan keskiajan lämpökauden maksimivaihe koettiin vuosien 930 ja 1180 välillä. Pikku jääkauden kylmin vaihe sattui vuosien 1601 ja 1850 väliin. Vaikka puhutaankin lämpimistä ja kylmistä ilmastovaiheista, se ei kuitenkaan tarkoita sitä, että niiden kaikki vuodet tai edes lyhyemmät jaksot olisivat lämpimiä tai kylmiä (ks. kuva 5. 6
Yleisesti ottaen metsänrajaseutujen männiköt ovat uudistuneet harvakseltaan mutta kuitenkin melko säännöllisesti, Sirénin mukaan 3 4 kertaa vuosisadassa. Uudistuminen on tapahtunut suotuisien kasvujaksojen aikana. Korostettaessa tiettyjä puusukupolvia on kuitenkin huomattava, että metsänrajalla syntyy taimiainesta uusimpien tutkimusten mukaan huomattavasti useamminkin. Lapin männyn pitkät lustokalenterit Lapin 7638-vuotisen lustokalenterin teko kesti 30 vuotta. Ruotsalaisten vastaava kalenteri ulottuu 7413 vuoden päähän. Venäjän Jamalin lehtikuusikalenteri ulottuu 7358 ja Saksan Hohenheimin yliopiston tammiaineisto peräti 10479 vuoden päähän. Belfastin yliopiston kokoama Irlannin tammiaineisto on 7524 vuotta pitkä. Arizonan yliopiston vihnemäntysarja on 8702 vuotta pitkä. Lustokalenterin rakennusmateriaaleiksi kelpaavat kaikki vuodentarkasti eri menetelmillä ajoitetut elävät ja kuolleet puut, kannot, hirsirakennukset sekä muinais- eli subfossiilipuut. Lapin järvien ja lampien pohjamudasta nostettiin yli 2.000 fossiilista puuta. Kylminä kesinä vuosirenkaat eli lustot jäävät kapeammiksi ja lämpiminä kesinä niistä kasvaa tavallista leveämpiä. Ne näkyvät sormenjälkien tapaan useimmissa saman ilmastoalueen puissa. Lisäksi nämä ilmastosignaalit voivat näkyä puissa samankaltaisina laajoillakin alueilla. Esimerkiksi kesällä 536 jkr ja 1601 jkr Lapin mänty ei kasvanut juuri ollenkaan, koska tulivuorenpurkaukset viilensivät maapallon sään. Nämä merkkivuoden näkyvät kaikissa Euroopan lustokalenterissa. Pohjoisen pallonpuoliskon ilmastonmuutostutkimus Lapin metsänrajamänty on hyvä ilmastonmuutoksen kuvaaja, sillä metsänraja siirtyy helposti etelämmäksi jos ilmasto muuttuu ääreväksi. Korkealla tunturiylängöllä kasvaneet fossiilipuut on selvä osoitus muinaisesta lämpimästä jaksosta pohjoisen ilmastossa. Jotta mänty voisi levitä ylemmäksi on seudun vuoden lämpösumman ylitettävä kynnysarvo, joka on 880 d.d. (degree days). Lämpösumma tarkoittaa kasvukauden aikana yli +5 astetta ylittävien vuorokautisten keskilämpötilojen summaa. Jotta männyn siemen voisi itää, on kukkimista edeltävän ja sitä seuraavan vuoden lämpösumman ylitettävä tämä kynnysarvo. Niinpä metsänrajan siirtymiseen pohjoisemmaksi tarvitaan useita lämpimiä kesiä. Lapin metsänrajamäntyä pidetään yhtenä maailman tarkimmista ilmastovaihtelun mittareista. Käsitystä voidaan perustella muun muassa metsänrajamännyn poikkeuksellisen voimakkaalla ilmastovasteella eli riippuvuussuhteella kesä heinäkuun lämpöoloista. Vuosilustoihin varastoituneiden ilman 13C ja 12C -hiili-isotooppien suhde kertoo vuosilustojen ominaisuustietojakin paremmin muinaisen ilmaston kesä heinäkuiden keskilämpötiloista. Metsänrajamännyn vuosilustoihin on jäänyt myös maapallon laajuisten ilmastomuutosten jälkiä, mitä todistavat lustoista paljastuneet pohjoisen pallonpuoliskon suurilmastoa ohjailevan NAO-ilmiön sormenjäljet eli vaihtelut, NAO-kytkentä korostaa Lapin metsänrajamännyn merkitystä osana ilmaston globaalimuutosta kuvaavaa mittaristoa, johon kuuluvat muun muassa Grönlannin jäätiköistä ja merten koralleista mitattavat proksitunnukset (proksi = ilmastoa likimääräisesti kuvaava muuttuja). Edellä mainitut ominaisuudet, sarjan ainutlaatuinen pituus (maailman toiseksi pisin havupuulustosarja) ja erityisesti vuodentarkkuus tekevät Lapin metsänrajamännystä yhden 2000-luvun alkuvuosikymmenen mielenkiintoisimmista ilmastomuutostutkimuksen kohteista. Suomalais-tiibettiläinen yhteistyö! Tiibetin ylängöllä kasvavien sypressien, johon heimoon myös kataja kuuluu, lustoanalyysit soveltuvat hyvin monsuunisateiden ilmastohistorian selvittämiseen. Mutta niillä on toinenkin ominaisuus, joka kytkee ne hyvinkin läheisesti metsänrajamäntyymme. 7
Arizonan yliopiston lustotutkijan David Mekon mukaan 1 Etelä-Tiibetin ylängön lustotutkimus kuuluu kansainvälisesti merkittävimpiin kohteisiin pyrittäessä ymmärtämään pohjoisen pallonpuoliskon suurilmaston vaihteluita. Tiibetin ylängön herkästi muuttuvat kesä- ja talvilämpötilat heijastavat laajasti pohjoisen pallonpuoliskon ilmastonmuutoksia. Syynä on Himalajan vuoristo, joka toimii pohjoisen pallonpuoliskon ilmastoa säätelevien läntisten ilmavirtausten tehokkaana tuulenohjaimena. Tiibetin ylängön sypresseillä ja muilla havupuulajeilla on ominaisuus taltioida muutokset tarkasti vuosilustoihinsa, mikä tekee mahdolliseksi selvittää taannehtivasti läntisten ilmavirtausten vaihtelut. Lapin metsänrajamännyllä on nyt tarjolla vahva yhteistyökumppani Tiibetin sypressin kanssa! On tärkeää, että me Metlan ja Kiinan Tiedeakatemian lustotutkijat pyrimme samanlaiseen hyvään yhteistyöhenkisyyteen, joka vallitsee venäläisten kollegojen kanssa taigametsien tutkimuksessa! 1 http://www.tibet.ca/en/wtnarchive/1994/5/10_2.html 8
Lisämateriaalia lustotutkimuksesta ja ilmastonmuutoksesta A. RAPORTIT: Viime aikaiset ilmastonmuutokset holoseenin aikaperspektiivissä tarkasteltuna (2006) o Lustosarjojen tulkintaa kuvin ja sanoin (34 s) o linkki http://lustiag.pp.fi/past_models5.pdf Lapin ilmastonmuutos 2004 o Metsänraja-alueen kasvunvaihtelumetsiköiden mittaustulokset (18 s) o linkki http://lustiag.pp.fi/lapin_ilmastomuutos_2004c.pdf Ilmastonmuutos ja Lapin metsät (2005) o Pallaksen ilmastoseminaarin oheismateriaali (63 s) o linkki http://lustiag.pp.fi/pallas2005sem6.pdf Puun muistikirja (2000) o Lapin lustosarjojen esittelyä (22 s) o linkki http://lustiag.pp.fi/puumk34p.pdf Vuosilustot_ilmastotutkimuksessa o Sisältää seuraavat lyhyet artikkelit: Mielikäinen, K. 1998. Puun muisti. Metlan tiedote. 2s Timonen, M. 2006. Mitä vuosilustot kertovat ilmastosta? 2s. Helama, S. & Timonen, M. 2004. Meteorologisia aikasarjoja puiden vuosilustoista. Ilmastokatsaus. Joulukuu 2004. s.5-6. Ilmatieteen laitos.. Helama, S., Eronen, M ja Timonen, M. 2005. Dendrokronologinen ristiiinajoitus - absoluuttinen ajoitusmenetelmä. Geologi-lehti nro 3. s. 61-65. Suomen geologinen seura. o linkki http://lustiag.pp.fi/vuosilustot_ilmastotutkimuksessa.pdf Metlan lustotutkimuksen suuret haasteet (2006) o Metlan lustotutkimuksen nyky- ja tulevan toiminnan kuvausta (41 s) o linkki: http://lustiag.pp.fi/lustialabs_2006d.pdf B. POWERPOINTESITYKSET: o Lapin ilmastohistoria vuosilustojen perusteella. Esitelmä Rovaniemen tutkimuspäivillä 25.11.2005 (108 diaa, 41 MB) o linkki: http://lustiag.pp.fi/rotutpai11.ppt C. JULKAISUT: Mielikäinen, K., Nöjd, P., Pesonen, E. & Timonen, M. 1998. Puun muisti. Kasvun vaihtelu päivästä vuosituhanteen. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 748. 54 s. o Käsikirjoitus (vain luku 3): http://lustiag.pp.fi/puunmuisti3.pdf Mielikäinen, K., Timonen, M. & Nöjd,P. 1996. Männyn ja kuusen kasvun vaihtelu Suomessa 1964-1993.Folia Forestalia Metsätieteen aikakauskirja 1996(4):309-320. o Käsikirjoitus: http://lustiag.pp.fi/indtxtfi.pdf Timonen, M. 1996. Puun vuosilustot ilmastohistorian analyysissä. Folia Forestalia Metsätieteen aikakauskirja 1996(3):275-282. 9
o Tiivistelmä: http://lustiag.pp.fi/mta_4-1996.pdf Käsikirjoitus: http://lustiag.pp.fi/takl96x2.pdf Timonen, M. 1996. Lapin metsien kasvun vaihtelu viimeisen 500 vuoden aikana. Pohjoisten metsien kasvu ennen, nyt ja tulevaisuudessa. Metsäntutkimuspäivät Rovaniemellä 1996. Toim.Hannu Hökkä, Hannu Salminen & Martti Varmola. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 589. o Käsikirjoitus: http://lustiag.pp.fi/takl96x2.pdf C. AIHEESTA LISÄÄ : o linkki: www.lustia.fi >Documents ja >What s New tai http://lustiag.pp.fi/document_main.htm ja http://lustiag.pp.fi/whatsnew.htm 10
Kuvat 11
Vuosilustoindeksi 160 Lapin metsänrajamännyn vuosilustoindeksisarjoja 1700-2006 Sodankylän vuosilustoindeksi 1900-2006 140 120 100 80 60 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Kuva 1a. Lapin metsänrajamännyn kasvunvaihtelu vuosina 1900-2006. Kuva 1b. Lapin metsänrajamännyn kasvunvaihtelu vuosina 1900-2006. Kolmen vuoden FFT-tasoitus. Kuvat 1c. Lapin metsänrajamännyn kasvunvaihtelu vuosina 1900-2006. Viiden vuoden FFT-tasoitus. Kuva 2. Lapin metsänrajamännyn kasvunvaihtelu vuosina 1850-2006. 11 vuoden FFT-tasoitus. 12
Lapin metsänrajamännyn vuosilustoindeksisarjoja 1700-2006 Kuva 3a. cv_1700-2006_fft11gridco. 11 vuoden FFT-tasoitus. Kuva 3b. cv_1700-2006_fft11g. Viiden vuoden FFT-tasoitus. Kuva 3c. cv_1700-2006_fft11grid. 11 vuoden FFT-tasoitus. 13
Lapin metsänrajamännyn vuosilustoindeksisarjoja 1700-2006 (FFT=11 v) Kuva 3d. cv_1700-2006_fft11gridco. 11 vuoden FFT-tasoitus. Kuva3e. cv_1700-2006_fft11gray. 11 vuoden FFT-tasoitus. Kuva 3f. cv_1700-2006_fft11trends. 11 vuoden FFT-tasoitus. 14
Lapin metsänrajamännyn vuosilustoindeksisarjoja 1700-2006 15
Lapin metsänrajamännyn vuosilustoindeksisarjoja 1700-2006 Kuva 4. Kasvun vuotuiset vaihtelut viimeisten 1000 vuoden aikana. Punaisella käyrällä 50 vuoden tasoitetut kasvut. 16
Lapin metsänrajamännyn vuosilustoindeksisarjat Kuva 5. Lapin pitkästä lustosarjassa näkyvät keskiajan lämpökausi, pikku jääkausi sekä nykyinen lämpenemisjakso. 150 vuoden tasoitetut kasvut. Graafi lainattu käsikirjoituksesta: Helama S.,Eronen M.,Makarenko N.G.,Karimova L.M., Kruglun O.A., Timonen M. & Meriläinen J. 2006. Paleotemperature reconstructions of the Medieval Warm Period and the Little Ice Age from subfossil and modern ring-widths by linear and non-linear methods using multiple regression, scaling and artificial neural networks Helama S.* - Department of Geology, University of Helsinki, Finland Eronen M. - Department of Geology, University of Helsinki, Finland Makarenko N.G. - Pulkovo Astronomical Observatory of RAS, St. Petersburg, Russia Karimova L.M. - Institute of Mathematics, Almaty, Kazakhstan Kruglun O.A. - Institute of Mathematics, Almaty, Kazakhstan Timonen M. - Finnish Forest Research Institute, Rovaniemi Research Unit, Finland Meriläinen J. - SAIMA Unit, Savonlinna Department of Teacher Education, University of Joensuu, Finland Käsikirjoituksen tarkastus käynnissä ei voi vielä julkaista. 17
Lapin metsänrajamännyn vuosilustoindeksisarjat Kuva 6. Lapin pitkästä lustosarjassa näkyvät keskiajan lämpökausi (MWP), pikku jääkausi (LIA) sekä nykyinen lämpenemisjakso (TCW). Graafi lainattu käsikirjoituksesta: Helama, S.1, Timonen, M. 2, Holopainen, J. 1, Ogurtsov, M. G. 3, Eronen, M. 1, Lindholm, M. & Meriläinen, J. 2006. Hemispheric changes of internal and forced variability recorded in regional climate imprints of Medieval Warm Period, Little Ice Age and twentieth century warmth in proxy-based temperature reconstruction at high-latitudes of Europe Käsikirjoituksen tarkastus käynnissä ei voi vielä julkaista. 18
Kuva 7. Sodankylän keskilämpötiloja 1901-2006 19
20