Vuosilustokalenterit historiankirjoituksen apuna. Perusteet. Mauri Timosen osittain mukailema ote Voitto Viinasen kirjasta Inarin Rajahistoria II, sivut 36-44: II Ilmaston syklinen vaihtelu kylminä ja lämpiminä jaksoin. Viite: Viinanen, Voitto Valio. 2006. Inarin rajahistoria II. Inarin eteläiset ja läntiset rajat, tarkentuvat pohjoiset valtarajat sekä suur-sodankylän lapinkylien historialliset rajat. II Ilmaston syklinen vaihtelu kylminä ja lämpiminä jaksoina Johannes Schefferus kertoo vuonna 1674 ilmestyneessä latinankielisessä teoksessaan Lapponia i lappalaisten pakanallista jumalista. Hän tietää heidän muiden pakanain tavoin palvelevan yhtenä (kolmantena) jumalanaan aurinkoa, jota he nimittävät Baiveksi (= Päivä)... Toiseksi he uskovat (Samuel Rheenin mukaan) kaiken syntyvän sen mielisuosiosta; ja että aurinko on kaikkien eläinten äiti... Ennen muuta he ajattelevat sen pitävän huolta poroista ja suovan lämpöä niille ja niiden vasoille, niin että kasvavat nopeasti ja kauniisti vahvistuvat ja voimistuvat. He luulevat Auringon antavan poroille ruoan ja suovan niille luonnollisen lämmön, niin että ne hyvin menestyvät. Shefferus katsoo olevan luonnollista, että lappalaiset palvelevat aurinkoa jumalanaan, osoittavat sille suurta kunnioitustaan ja antavat uhrejaan, etenkin silloin kun Päivä pitkän, viikkokausia kestäneen poissaolon eli kaamospimeyden jälkeen nousee jälleen näkyville ja alkaa vähitellen luoda suosiollisesti säteilevää lämpöään kaiken elollisen hyväksi. ii Puiden vuosilustoissa näkyvät niiden kasvuaikaiset ilmastotekijät Tässä sovelletaan historiatutkimukseen menetelmää, joka lisää merkittävästi tietoa tunnettujen tapahtumien taustatekijöistä, ja mahdollistaa myös mielenkiintoisten päätelmien teon. Nähdään esimerkiksi miten Ruotsin kuninkaalla Kaarle IX:llä ei ollut realistisia mahdollisuuksia päästä pohjanperillä ja Lapissa tavoittelemaansa menestykseen. Avain tähän on metsätieteilijöiden (2,3) kehittämä dendrokronologia, tutkimusmenetelmä, joka perustuu puiden vuosirenkaiden mittauksiin. Siinä saadaan esimerkiksi luotettava ajoitus puun kasvullisen ajan ikäasemasta sekä tieto tuolta ajalta vuosittaisesta kesä heinäkuun keskilämpötilasta, tärkeimmästä puun paksuuskasvua eli luston leveyttä määräävästä tekijästä. Huoletta voidaan sanoa, että puut puhuvat meille. (Mutta toinen asia on, osaammeko kuunnella niitä.) Puiden vuosilustoihin on tallentunut niiden elinaikainen ilmastohistoria (10). Pohjoisessa metsänrajan tuntumassa kasvava mänty on tässä ylivertainen verrattuna muihin ilmastoa läheisesti kuvaaviin niin kutsuihin proksimuuttujiin. Ilmastomuutosten historiaa kuvaavat parhaiten metsänrajamännyistä laaditut vuosilustosarjat (vuosilustokalenterit, vuosilustokronologiat), joista esimerkke- 1
Kuva 1. Puulustonäytteiden ristiinajoituksen periaate. Lapin männyt kasvavat kylminä kesinä tavanomaista heikommin, mikä näkyy mm. normaalia kapeampina vuosilustoina. Koska saman kalenterivuoden kapea lusto on tunnistettavissa kaikista saman ilmastoalueen puista, voidaan osittain eri aikakausilla kasvaneet puut yhdistää toisiinsa limittäen (ristiinajoitus). Tällöin saadaan alkuperäistä pitempi yhtenäinen lustosarja. Tekniikka mahdollistaa jopa vuosituhansien pituisten sarjojen laatimisen. jä ovat Metsäntutkimuslaitoksen 1911-vuotinen lustosarja (9) ja suomalaisen lustotutkimuksen lippulaiva : Lapin 7638 vuoden pituinen metsänrajamännyn lustosarja. (1) Puulustoista on mahdollista laatia aukoton vuosilustosarja (vuosilustokalenteri) keräämällä aineistoa elävistä puista, keloista, rakennushirsistä sekä järvien pohjamudista ja soista löytyvistä niin sanotuista subfossiilipuista. Eri ajanjaksoina eläneet puut on mahdollista yhdistää ristiinajoitustekniikalla (kuva 1), jos ne ovat kasvaneet osittain samanaikaisesti (5). Lapin mäntyjen ristiinajoittaminen perustuu kylminä kesinä muodostuneiden kapeiden vuosilustojen paikallistamiseen eri puista. Koska kylmiä kesiä sattuu toistuvasti, muttei mitenkään säännönmukaisesti, muodostavat kapeita vuosilustoja kalenterivuosiasteikolla kuvaavat pystyviivat sormenjälkiin verrattavan yksiselitteisen viivakoodikuvion, joka mahdollistaa vuodentarkan ajoittamisen (ns. skeloton plot -menetelmä (11)). Tutkimusalueen eri kohteista tekijän keräämää vertailuaineistoa on ajoitettu sekä Metlan Punkaharjun että Kolarin metsäntutkimusyksiköissä. 2
Vuosilustoihin perustuva vuodentarkka, niin kutsuttu dendrokronologinen ajoittaminen, keksittiin jo 1900-luvun alussa. (2,3) Menetelmää pidettiin silloin erityisesti arkeologiassa sensaationa, sillä silloin ei vielä tunnettu radiohiilimenetelmää. Puulustoajoittaminen on vuosittain muodostuvia kasvujen ansiosta edelleenkin tarkin tunnettu menneitä tapahtumia ajoittava menetelmä. Lapin järvistä on kerätty jopa yli 7600 vuoden ikäisiä muinaismäntyjen jäännöksiä. Ne ovat aikoinaan kasvaneet järvien rantavyöhykkeissä ja suistuneet lopulta vanhuuttaan, myrskyjen, metsäpalojen tai muiden syiden seurauksena järvien pohjamutiin. Niiden vähähappisiin ja usein jääkylmiin oloihin joutuneet rungot ovat saattaneet säilyä lahoamattomina jopa yli seitsemän vuosituhannen ajan. Lahoamattomuus ei kuitenkaan tarkoita kulumattomuutta (Kuva 2). Nämä nykyisin mäntymetsänrajan yläpuolelta, avotunturien pienistä järvistä ja lammista löytyneet tukkikokoiset puiden jäännökset, niin sanotut männyn mega- tai subfossilit, ovat vääjäämätön todiste aiemmista, nykyistä huomattavasti lämpimämmistä ilmastokausista. Toki niistä yhtä lailla näkyvät myös nykyistä viileämmät ilmastojaksot. Suomalaisen lustotutkimuksen kansainvälisesti arvokkain saavutus on metsänrajamännyn 7638- vuotinen lustosarja, kirjoittaa pohjoisen metsänkasvun tutkija Mauri Timonen. (13) Metsäntutkimuslaitos (Metla) osallistui sen viimeistelyyn vuosina 1996 1999 toteutetussa yhdeksän maan EU-projektissa ADVANCE-10K. Sitä johti englantilainen ilmastotieteilijä Keith R. Briffa ja sen suomalaista osuutta sarjaa jo vuodesta 1974 kehitellyt prof. Matti Eronen. Timonen jatkaa: Briffa pitää Lapin metsänrajamäntyä yhtenä maailman tarkimmista ilmastovaihtelun mittareista. Käsitystään hän perustelee 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. (14) Metsärajamännyn kasvun vaihtelu ja uudistuminen Männyn ja kuusen metsänrajat liikkuvat heilurimaisesti kulloinkin vallitsevien lämpöolojen pitkäaikaisten vaihteluiden ohjaamina. Timosen (12) mukaan esimerkiksi männyn raja siirtyi 1930- ja 3
Kuva 2. Käsivarren Vallijärven rantamudasta löytyneet muinaisrungot ovat vielä osittain oksaisia ja puuainekseltaan kovaa. Merkille pantavaa on kuitenkin niiden kuluneisuus. Kuvan poikkileikkauskiekot osoittavat, että alkuperäisen rungon ympyränmuotoisista vuosirenkaista on jäljellä enää vain pienet sektorit. Puun ydinkin on jo kadonnut historian hämärään. 1940-lukujen poikkeuksellisen lämpimän jakson ansiosta aiempaa pohjoisemmaksi ja korkeammalle tunturien rinteillä. Tuhatvuotisessa aikaperspektiivissä tarkasteltuna 1900-luvun liki puolivuosisatainen suotuisa jakso (1915 1960) kuuluu vuosituhannen lämpimimpiin. Edellinen lämmin jakso oli 1700-luvulla. Niiden seurauksena syntyneet, nykyisin 45 90 ja noin 250-vuotiaat metsiköt, muodostavat maantieteellisesti pohjoisimman (polaarisen) ja tuntureilla ylimmän (alpiinisen) metsänrajan. Timonen toteaa, että 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. Yleisesti ottaen metsänrajaseutujen männiköt ovat uudistuneet harvakseltaan mutta kuitenkin melko säännöllisesti, Sirénin mukaan 3 4 kertaa vuosisadassa. Uudistuminen on tapahtunut suotuisien kasvujaksojen aikana. (9) Korostettaessa tiettyjä puusukupolvia on kuitenkin huomattava, että metsänrajalla syntyy taimiainesta uusimpien tutkimusten mukaan huomattavasti useamminkin. (4) 4
Tutkimuksen lähtökohtia Tässä tutkimuksessa sovelletaan moni-ilmeisen vuosilustotutkimuksen (dendrokronologian) mahdollisuuksia historiantutkimukseen. Erityisesti hyödynnetään niin kutsuttua dendroklimatologista lähestymistapaa, jolla tarkoitetaan puiden vuosilustoista tulkittujen ilmastotekijöiden esimerkiksi lämpötila (6) ja kosteus soveltamista historiallisten tapahtumien ja niiden taustojen selittämiseen. Tutkimuksen avaintekijänä on Lapin metsänrajamännyn vuosilustoihin tallentunut ilmastohistoria. Sitä tulkitsemalla voidaan päätellä historiallisten tapahtumien kulkua, niiden syitä ja seurauksia. Vuosilustosarjoista johdettu ilmastohistorian tietämys avaa ainutlaatuisella tavalla myös historiallisen ajan tapahtumakalenteria. Se antaa mahdollisuuksia nähdä syitä ja seurauksia perinteistä historiantutkimusta selkeämmin. Näemme esimerkiksi, miten 1600-luvun alkuvuosien kylmä ilmastojakso seurauksineen tyrehdytti Kaarle IX:n suunnitelmat vakiinnuttaa valtaansa Ruotsin Lapista Jäämeren rannikolle Ruijaan, puhumattakaan edellytyksistä Kuolan niemimaan ja Vienan rannikon valtaamiseen. Ilmaston vaihtelulla näyttää olleen selvästi suurempi vaikutus esimerkiksi pohjoisten seutujen asutus- ja väestöhistoriaan kuin tutkimuskirjallisuudessa on yleisesti esitetty. Tähän tulokseen päädytään, kun vertaillaan metsänrajamännyn kasvun vaihteluita historiasta tunnettujen tapahtumien ketjuun. Tehdyissä Lapin vuosilustosarjojen tilastomatemaattisissa analyyseissä on havaittu säännönmukaisesti voimakas riippuvuussuhde vuosiluston leveyden ja vuosittainen kesä heinäkuun keskilämpötilan välillä (7). Vuosilustoista voidaan leveyden lisäksi mitata monia muitakin ilmaston vaihteluita kuvaavia tunnuksia kuten solurakenteiden ominaisuuksia ja puuaineksen tiheyttä. Sen maksimitiheys korreloi voimakkaasti elo ja syyskuun lämpötilan kanssa.(15) Kun puuaineksen tiheys lisäksi korreloi tilastollisesti merkittävästi myös sekä kevät- että syyskauden lämpimyyden kanssa, voidaan puulustoilla täten arvioida ainakin lämpimien vuodenaikojen ilmastoa. Ehkäpä vuosilustot kykenevät vielä enempäänkin: ne kertovat epäsuorasti myös talvikauden olosuhteista, sillä edeltävän talven ankaruus ja sen myötä syntynyt routakerroksen paksuus vaikuttavat metsänrajamännyn kasvukauden pituuteen ja sen myötä kasvuun. (8) Kun tiedetään, että tällä on vastaavuus auringosta maanpintaan tulevaan vuosittaiseen kokonaissäteilyn määrään, voidaan varsin luotettavasti päätellä sekä yksittäisten vuosien että useiden vuosien pituisen ilmastojakson keskimääräinen säätyyppi. Puun kasvukausi voi käynnistyä vasta silloin, kun maan lämpötila ylittää +5 astetta. Jos talvella kehittyneen roudan poistuminen maasta viivästyy esimerkiksi vähäsateisen ja viileän kevään vuoksi, on seurauksena myös kasvukauden alun viivästyminen. Koska männyn kasvu edellisestä riippumatta loppuu aina samaan aikaan, suunnilleen hei- 5
näkuun puolessa välissä, on seurauksena kasvukauden lyhentyminen ja yleensä normaalia kapeamman luston muodostuminen. Lustotutkimuksen menneiden aikojen ilmasto-oloista tuottama alueellinen ja paikallinen, jopa vuodentarkka tieto, ovat tämän tutkimuksen päätelmien avaintekijä. Lisman ja Kyynelniemen yksittäisten mäntyjen lustosarjojen vertailut olemassa oleviin alueellisiin sarjoihin osoittavat, että alueellisten sarjojen vaihteluita voidaan ainakin soveltuvin osin käyttää tämän tutkimuksen päätelmien tekoon. Lisäksi männyn vuosilustosarjat näyttävät selittävän paitsi Lapin ja Pohjolan myös Itämeren piirin tapahtumia. Arviot niistä seikoista, mitkä kulloinkin aiheuttivat pohjoisen metsänrajamännyn kasvuolojen muuttumisen, esimerkiksi nopeasti tapahtuneen heikentymisen, eivät kuulu tähän tutkimukseen. Olivatpa syyt mitkä tahansa, vaikkapa auringon säteilyenergian tilapäinen heikkeneminen, maapallon heiluriliike tai tulivuoren purkauksessa ilmakehään päässyt tuhka, on kiistatonta, että vuosilustot kertovat metsänrajamännyn kasvuun vaikuttaneista vuosittaisista lämpöoloista. iii Lustokalentereista saatu käsitys muinaisilmastosta antaa usein ratkaisevan lisäselityksen yritettäessä ymmärtää historiallisten tapahtumien ja ajan ilmiöitä. Siten myös sellaisten ajanjaksojen tapahtumia, joista ei ole kirjallisia lähteitä, voidaan selittää Lapin metsänrajamännyn kasvuja tutkimalla. Tähän mennessä tutkimuskirjallisuudessa ei ole kovinkaan usein pystytty päättelemään tosiasiallisia syitä keskiajan lähteistä tunnettuihin tapahtumaketjuihin, joille näyttää kerta toisensa jälkeen löytyvän selityksensä suurilmastotekijöistä. Otan esimerkit Itämeren piiristä myöhäiskeskiajalta. Hansan idänkaupan saarrot 1300-luvulla ja 1400-luvun alkupuolella iv tapahtuivat heikentyneen ilmaston vallitessa. Ilmeisesti epävakaat ilmasto-olot Itämeren piirissä vaikuttivat ratkaisevasti Novgorod kukistumiseen ja Moskovan vallan alle joutumiseen. Metsänrajamännyn lustosarjan mukaan vuosisadan pahimman, vuosikymmeniä pitäneen kylmän ilmastojakson hyytävin vaihe sattui 1460-luvulle, minkä jälkeen 1470 se kiertyi epävakaisimpaan suuntaan. Ilmeisesti kylmyys ja epävakaa sää olivat osasyynä Novgorodin kriisin, jonka seurauksena se menetti 1470-luvulla itsenäisen valta-asemansa. Itämeren piiriä vaivanneiden katovuosien aikana etelämpänä asuvilla moskovalaisilla varmaankin olivat paremmat mahdollisuudet varustautua vaikeaan ilmastojaksoon. Niinpä voimakkaampi Moskovan suuriruhtinaskunta suuntasi ekspansion Novgorodin valta-alueelle, ja 1478 Iivana III:s liitti Novgorodin kaupungin ja maan Moskovaan. v Vuosilustosarjoista tehtyjen ilmastotulkintojen oikeellisuutta voidaan testata vertaamalla historiallisen ajan lähdetietoja kylmän vitsauksiin eli maata ja kansaa vaivanneiden katovuosien tapahtumiin. Esimerkiksi Novgorodin kriisin aikoina Ruotsin valtakuntaa vaivasivat ankarat kato- nälkä- ja tautivuodet. Tarkastelemalla samanaikaisesti tapahtumia ja ilmastotietoja, on mahdollista tehdä pää- 6
telmiä asutus- ja väestöhistoriasta, muuttuvista elinkeinorakenteista, verotuksen perusteista ja monista muista tutkimusaiheessa esille nousevista ongelmista. Seuraavassa tarkastellaan ilmastotekijöiden ja historiallisten tapahtumien välisiä yhteyksiä etupäässä Pohjois-Pohjanmaan, Länsipohjan ja Lapin alueilla. Lisäksi kuvataan muutamin esimerkein laajemminkin Ruotsin valtakunnan ja sen lähialueiden tapahtumia. Lähteet: 1 Eronen, M., Zetterberg, P., Briffa, K., Lindholm, M., Meriläinen, J. and Timonen M. 2002. Part 1: The supra-long Scots pine tree-ring record for northern Finnish Lapland; Chronology construction and initial inferences. The Holocene 12(6): 673-680 2 Douglass, A. E. 1909. Weather cycles in the growth of big trees. Month. Weath. Rev. 37. 3 Douglass, A. E.1914. A method of estimating rainfall by the growth of trees. In: E. Huntington (ed.), The climatic factor. Carnegie Institution of Washington Publicvation 192, Washington, DC, USA. 4 Juntunen, V. & Neuvonen, S. 2006. Natural regeneration of Scots pine and Norway spruce close to the timberline in northern Finland. Silva Fennica 40(3): 443 458. 5 Helama, S., Eronen, M ja Timonen, M. 2005. Dendrokronologinen ristiinajoitus - absoluuttinen ajoitusmenetelmä. Geologi-lehti nro 3. s. 61-65. Suomen geologinen seura. 6 Helama, S. & Timonen, M. 2004. Meteorologisia aikasarjoja puiden vuosilustoista. Ilmastokatsaus. Joulukuu 2004. s.5-6. Ilmatieteen laitos. 7 Helama, S., Lindholm, M., Timonen, M., Eronen, M. and Meriläinen, J. 2002. Part 2: Interannual-to-centennial variability in summer temperatures in northern Fennoscandia during the last 7500 years extracted from tree-rings of Scots pine. The Holocene 12(6): 681-687. 8 Helle, T., Kojola, I & Timonen, M.2001. Lumipeitteen vaikutus Käsivarren porolukuihin: mikä on Pohjois-Atlantin säänvaihtelun (NAO) merkitys? Suomen Riista 47:75-85. 9 Mielikäinen, K., Nöjd, P., Pesonen, E. & Timonen, M. 1998. Puun muisti. Kasvun vaihtelu päivästä vuosituhanteen. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 748. 54 s. 10 Timonen, M. 1996a. Puun vuosilustot ilmastohistorian analyysissä. Folia Forestalia Metsätieteen aikakauskirja 1996(3):275-282. 11 Timonen, M. 1996b. 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. 12 Timonen, M. 2000. Puun muistikirja. Julkaisussa: Ympäristö ja tutkimus Ylä-Lapissa 1990- luvulla. Seminaari Siidassa 6.-7.10.1999. Metsähallituksen metsätalouden julkaisuja 30.2000. 13 Timonen, M. 2001. Ilmaston muutokset kautta aikojen - onko menneisyys Lapin metsien tulevaisuuden peili. Julkaisussa: Varmola, M. & Tapaninen, S. (toim.). Pohjoisten metsien hoito - 30 vuotta tutkimuspäiviä Rovaniemellä. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 803: 9-29. 14 Timonen, M. 2004. Kolarin lustotutkimuksen suuret haasteet. Julkaisussa: Tasanen, T., Hietanen, J., Huhta, E., Hulkko, E., Jokinen, M. & Vuontisjärvi, U. (toim.). Vuomilla ja vaaroilla - neljä vuosikymmentä metsäntutkimusta Kolarissa. Metsäntutkimuslaitos, Kolarin tutkimusasema, s. 94-105. 7
15 Vaganov, E. A., Hughes, M. K. & Shaskin, A. V. 2006. Growth Dynamics of Conifer Tree Rings. Ecological Studies 183. Images of Past and Future Environments. Springer 2006. i Schefferus Johannes 1674/1963, Lapponia. ii Schefferus 1674/1963, s. 161 63. iii Eronen, Matti 2002, Ilmaston vaihtelut jääkauden jälkeen, s. 64 73. iv Korpela, Jukka 2004, Viipurin linnaläänin synty, s. 143. Korpela kritikoi tässä kysymyksessä perinteellistä tutkimusta yksioikoisista selityksistä. Hän nostaa esille monia vaikuttavia seikkoja, mutta tärkeimmät eli ilmastotekijät jäävät häneltäkin selvittämättä. v Novgorodin asemasta ks. Korpela 2004, s. 180. Iivana III (tunnetaan myös nimellä Iivana Suuri) oli ensimmäinen koko Venäjän hallitsija ja tsaari. 8