Tammikuu 2050? Ilmastonmuutoksen vaikutukset vesistöön Lauri Arvola Helsingin yliopisto Maaliskuu 2050?
Ilmatieteen laitos: Lämpötila etenkin talvilämpötilat kohoavat hyvin alhaiset lämpötilat harvinaistuvat hellejaksot yleistyvät Sademäärät talvisateet lisääntyvät talviset vesisateet yleistyvät rankkasateet voimistuvat enemmän kuin keskimäärin vesisateet Lumipeite ja routa lumipeiteaika lyhenee lumen vesiarvo vähenee aluksi runsaat lumisateet voivat yleistyä etenkin sisämaassa ja P-Suomessa routaa on nykyistä vähemmän maaperä on usein märkä ja sen kantavuus on huono Tuulen nopeus eri ilmastomalleihin pohjautuvat arviot poikkeavat toisistaan
Yksinkertaistettu kaavio ilmaston vaikutuksista vesistöihin Ilmasto Lämpötila Tuuli Vesistöt Kuormitus Metsät ja muu kasvillisuus Vesi/hydrologia Ravinteiden huuhtoutuminen Maaperä H y d r o l o g i a B i o g e o k e m i a Suora vaikutus Vaikutus suoraan vesistöön Epäsuora vaikutus Vaikutus valuma-alueen kautta Ravinnekuormitus Vesistön P, N ja muut ravinteet Vesistön todellinen tila
Suora vaikutus järveen Lämpötila Pintalämpötilat Alusveden lämpötilat Pintalämpötila Vesipatsaan kerrostuminen Alusveden lämpötila Jääpeitteen muodostuminen/sulaminen Sademäärä Suoran sadannan osuus yleensä pieni Tuulen voimakkuus Vesipatsaan sekoittuminen Resuspensio Suora laimenemisvaikutus yleensä pieni Vesipatsaan kerrostuminen Sedimentin sekoittuminen
Epäsuora (=valuma-alueen kautta tuleva) vaikutus Sademäärä Hydrologiset ja kemialliset muutokset Viipymä Rapautuminen, ravinteiden ja epäpuhtauksien huuhtoutuminen ja kulkeutuminen Lämpötila Hydrologiset, kemialliset ja biologiset muutokset Haihdunta, rapautuminen, biologiset prosessit
Muutosherkkyys ILMASTO Hydrologia Viipymä Sijainti valuma-alueella Pintavalunta vs. pohjavesi Kemia Puskurikapasitteetti Karu vs. rehevä järvi Biologia Yksipuolinen lajisto Monimuotoinen lajisto Yhteydet muihin vesistöihin Pienet järvet Isot järvet Syvät järvet Termisesti kerrostuneet Matalat järvet Järvi Valuma-alue
Jääpeitteinen aika lyhenee 300 Mean length of Ice-Season (mean with min-max) 250 200 VK Days 150 100 Jääpeitteen keskimääräinen kesto (1970-2000) 50 0 Kilpisjärvi Kevojärvi Ounasjärvi Inari Oulujärvi Pielinen Lappajärvi Kallavesi Vesijärvi Längelmävesi Saimaa Pääjärvi Näsijärvi Päijänne Pääjärvi jääpeitteen kesto 1965-2010 Päivää ennen ja jälkeen vuoden vaihteen 150 120 90 60 30 0-30 -60 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Fosforin kuormitus nyt ja tulevaisuudessa - esim. Lammin Pääjärvi 1.2 0.9 Finland Northern Region 1.2 0.9 Sweden kg P month-1 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Tot P loading 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Dec Nov Oct Sep Aug Jul Jun May Apr Mar Feb Jan 0.6 0.6 Kg Km -2 mon -1 0.3 0.3 0.0 0.0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 4.0 3.0 United Kingdom Western Region 4.0 3.0 Ireland 1 - Hydrologia muuttuu 2.0 1.0 2.0 1.0 0.0 0.0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Fig.. 4. Simulated seasonal patterns in phosphate phosphorus export based on all simulations as outlined in Table 2. The line shows the median of the control (present day) simulations, while the shaded area shows the range of variation associated with all future scenarios. The light gray shows the range of the medians of 6 series of future simulations. The dark gray shows the range between the maximum 75 percentile and minimum 25 percentile limits derived from all future climate simulation series. Pierson et al. 2010 2 - Fosforin kuormitus kasvaa muutos suurin syksyllä ja kevättalvella
Orgaanisen aineen kuormitus Valkea-Kotinen, Evo, Lammi 260 240 ph 5.7 5.6 Colour (October) 220 200 180 160 140 5.5 5.4 5.3 5.2 5.1 ph (October) 120 Col 100 1990 1993 1996 1999 2002 2005 5 4.9 Lammin Pääjärvi Colour (October) 260 240 220 200 180 160 140 120 Col Q 2500 2000 1500 1000 500 Discharge (June-October) Colour mg Pt L -1 160 140 120 100 80 Summer flood in 2004 100 0 2000 2003 2006 Arvola et al. 2010 60 1992 1994 1994 1995 1996 1996 1997 1998 1998 1999 2000 2001 2001 2002 2003 2003 2004 2005 2006 2006 2007 2008 2009
Valuma-alueelta huuhtoutuvan orgaanisen aineen vaikutukset vesistössä Colour <----------------> DOC Physics Chemistry Biology Heterotrophy > Autotrophy Liuenneen orgaanisen aineen (DOC) ja kasviplanktonin perustuotannon (PP) pitkäaikaismuutokset pienessä metsäjärvessä 10 9 Valkea-Kotinen, 5 m 2002-2004 (Valkea-Kotinen, Lammi) 8 7 oc 6 5 4 3 2 Alusveden lämpötila Arvola et al. 2011
Ekosysteemivaikutukset monimutkaisia esimerkkinä tuulisuus Mixing Wind/Artificial Thermal stratification Chemical stratification Heat content Light climate Oxygen Nutrients Thermal stability Thickness of epilimnion Phytoplankton composition Primary production Fish and benthic animals Zooplankton Meromictic features Nutrients in hypolimnion Phototrophic bacteria Muutokset voivat olla palautuvia tai palautumattomia
Eliömaantieteelliset muutokset Muutokset lajistossa Esim. kuhan levinneisyysalue laajenee kohti pohjoista Kylmään sopeutuneet nk. kylmästenotermiset lajit vaikeuksissa (mm. reliktiäyriäiset ja lohikalat) Vierasperäiset lajit Istutetut lajit Uusien eksoottisten leviäminen kasvava riski myös sisävesissä
ILMASTO Valuma-alue Järvi? Kuormitushistoria Järven ominaisuudet Valuma-alueen ominaisuudet, mm. koko suhteessa järveen Maankäyttö Sadanta vs. haihdunta -> valunta +/- Sisäisen kuormituksen rooli? Mitä tapahtuu talvella? Jäätalvi lyhenee - Talvivirtaama kasvaa - Orgaanisen aineen huuhtouma kasvaa - Eroosio lisääntyy - Vesistö lämpenee kesällä ja kylmenee talvella - Heterotrofia > autotrofia - Uusia lajeja ilmaantuu -? Ekosysteemipalvelut -?
Kiitokset! 2010. XXVI, 507 p. (Aquatic Ecology Series, Vol. 4) Hardcover