1
2
ILMASTON MUUTOKSET JA NIIDEN SYYT PUULUSTOJEN JA MUIDEN PROKSITIETOJEN POHJALTA Mauri Timonen Versio 1.12.2011 Ladattavissa linkistä http://lustiag.pp.fi/ilmulustot.pdf 3
Sisällysluettelo Esipuhe... 5 1. Johdanto... 6 2. Puut ilmaston ja ympäristömuutosten tulkkina... 7 21. Puun kasvu ja ilmastosignaali... 7 22. Lustosarjan luonti ja standardointi... 7 23. Divergenssi-ongelma vai mahdollisuus?... 9 3. Mitä puuaikasarjat kertovat menneestä ilmastosta?... 10 31. Lapin metsänrajamännyn 7645-vuotinen lustosarja... 10 32. Viimeisten tuhannen vuoden ilmasto puulustoista tulkittuna... 12 4. Pitkäaikaisten ilmaston muutosten syyt... 12 41. Aurinko ja avaruusperäiset tekijät... 12 42. Termohaliinikierto... 13 43. Ilmaston syklisyys... 14 5. Onko Suomen ilmasto muuttunut 1900-luvulla?... 16 51. Kasvutrenditutkimuksia... 16 52. Suomen metsien kasvun lisääntymisen syyt... 17 53. Fenologiset havainnot ja puiden kasvun alkaminen... 17 6. Ilmastoennusteet... 18 61. Ilmaston vaihtelut 1900-luvulla... 18 62. IPCC:n ilmastoennusteet... 18 63. Puulustoihin perustuvat ennusteet... 19 64. Ilmastoennusteiden koko kirjo... 19 Kirjallisuus... 21 Kansikuva: Santorinin tulivuoren räjähtäminen 1600-luvulla eaa. näkyy Lapin metsänrajamännyn kasvussa useamman vuosikymmenen pituisena kasvuromahduksena. Lapin männyn kasvua heikentäneitä purkauksia ovat voineet olla esimerkiksi Pinatubo Filippiineillä 3550 eaa., Pelée Länsi-Intiassa 2440 eaa., Santorini 1650 1600 eaa., Hekla Islannissa 950 eaa., Etna Italiassa 122 eaa., Rabaul Papua-Uusi-Guineassa 542 eaa., Hekla Islannissa 1104 jaa. ja koko Euroopan vuonna 1601 viilentänyt Huaynaputina Perussa helmikuussa 1600. Lähde: Siebert ja Simkin (2002). 4
Esipuhe Tämä raportti perustuu professori Kari Mielikäisen, FT Samuli Helaman ja allekirjoittaneen laatimaan, ja vielä julkaisemattomaan Metlan ilmastonmuutoksen tutkimusohjelman loppuraportin (kirja) lukuun 3.1. Esittelemme raportissamme kotimaisessa lustotutkimuksessa parin vuosikymmenen aikana löydettyjä yhteyksiä erityisesti Lapin metsänrajamännyn, ilmaston syklisyyden ja Auringon aktiivisuuden välillä. Toivon, että avaruusperäisestä ilmastonmuutoksesta kiinnostuneet lukijat saavat raportistamme vastauksia kysymyksiinsä ja että raportti herättäisi myös koko joukon uusia kysymyksiä. Toivon myös, ettei joihinkin tässä paperissa esitettyihin ajatuksiin suhtauduttaisi turhan mustavalkoisesti, vaikka ne saattavat joiltain osin voimakkaastikin poiketa ilmastonmuutostutkimuksen valtavirrasta. On muistettava että tiede usein kehittyy poikkeuksellisista näkökulmista. Tarve tällaisen paperin tuottamiseen on lähtenyt puulustotutkimukseen kuuluvan dendroklimatologisen tutkimuksen kehittämisen tarpeista. Kun näkee vaivaa koota keskeisiä teemoja mahdollisimman hyvin jäsennellyiksi muistioiksi, on hyvä mahdollisuus siihen, että jotkut niistä päätyvät tulevien vuosilustotutkimusprojektien hypoteeseiksi. Rovaniemellä 1.12.2011 Mauri Timonen 5
1. Johdanto Ilmastonvaihtelut jättävät jälkensä moniin kronologisesti tallentuviin luonnonilmiöihin kuten puiden vuosilustoihin, jää- ja maakerrostumiin, järvisedimentteihin ja merten koralleihin. Näistä niin kutsutuista proksitiedoista päästään arvioimaan Maapallon olosuhteita ajassa jopa vuosimiljoonia taaksepäin (Eronen 1990). Dendrokronologia on tieteenala, jossa puiden vuotuista kasvua tutkimalla selvitetään ympäristöön liittyviä tapahtumia ja niiden vaikutusta luontoon ja ihmiskulttuureihin (Grissino-Mayer 2010). Dendrokronologian menetelmien ja aineistojen kehittymisen myötä tutkimuksen aikaperspektiivi on laajentunut päivistä ja kuukausista tuhansiin vuosiin, mikä on vahvistanut tieteenalan asemaa erityisesti ympäristönmuutostutkimuksessa. Lapin metsänrajamännyn kasvu ja puuaineen tiheys (kuva 1) riippuvat pääosin kesän lämpöoloista. Vaganovin ym. (2006) mukaan voimakkaimmat ilmastosignaalit löytyvät vuosilustojen leveydestä ja puuaineen maksimitiheydestä, joista ensimmäinen kertoo pääasiassa kesäheinäkuun (Mikola 1950) ja jälkimmäinen huhti-syyskuun lämpöoloista. Puulustot voivat selittää parhaimmillaan 80 % tutkittavan ilmastomuuttujan vaihtelusta (Briffa ym. 2001). Kasvuprosessissa lustojen solurakenteisiin tallentuu hiilen, hapen ja vedyn isotooppeja, jotka yhdessä merten pohjasedimenteista mitattavan proksitiedon kanssa laajentavat ilmastonmuutosten tarkastelun kasvukausien lämpötiloista ja sademääristä meri- ja ilmavirtojen sekä aurinkoisuuden ja pilvisyyden ilmastovaikutusten arviointiin. Lapin järvien pohjamudista on löydetty suuri määrä tuhansia vuosia sitten kasvaneiden muinaismäntyjen jäänteitä (megafossiileja). Puut ovat aikoinaan kasvaneet järvien rantavyöhykkeillä ja suistuneet lopulta vanhuuttaan tai myrskyjen, metsäpalojen ja muiden syiden seurauksena veteen. Jos kylmävetisen järven ranta on syvä ja pehmeäpohjainen,, mutaan uponneet rungot säilyvät lahoamattomina jopa vuosituhansien ajan (kuva 2). Tässä raportissa esitettävät tutkimustulokset perustuvat Lapin metsänrajamännyn 7640 vuoden mittaiseen vuodentarkkaan lustosarjaan ja sitä täydentäviin aineistoihin. Kuva 1. Puun runko kasvaa vuosittain pituus- ja paksuussuuntaan. Vuotuinen paksuuskasvu koostuu soluista ja solukerroksista ja on havupuilla nähtävissä rungon poikkileikkauksessa vuosirenkaana eli vuosilustona. Kuva 2. Männyn nykyisen metsänrajan yläpuolisista pikku järvistä voi löytyä muinaisia mäntyrunkoja. Nämä Näkkälä Pöyrisjärvitien vieressä sijaitsevan lammen pohjamudasta pilkistävät männyn megafossiilit elivät holoseenin optimin aikoihin vajaat 7000 vuotta sitten. Kuva: Mauri Timonen. 6
2. Puut ilmaston ja ympäristömuutosten tulkkina 21. Puun kasvu ja ilmastosignaali Cook (1990) kuvaa puun kasvuprosessin teoreettisessa kasvumallissaan seuraavasti: Rt = At + Ct + δd1t + δd2t + Εt, jossa [1] Rt = mitattu kasvu vuonna t; At = luston biologisen iän määräämä osuus kasvusta vuonna t; Ct = säätekijöiden vaikutus kasvuun vuonna t; D1t = metsikön sisäisten (endogeenisten) tekijöiden vaikutus kasvuun vuonna t; D2t = ulkoisten (eksogeenisten) tekijöiden vaikutus kasvuun vuonna t ja Εt = tuntemattomien tekijöiden vaikutus kasvuun vuonna t. Nuoruudessa puun paksuuskasvu (A t ) aluksi kohoaa, mutta kääntyy muutaman kymmenen vuoden iässä laskuun. Voimakkaimman kasvun taso ja ajankohta riippuvat kasvupaikasta, maantieteellisestä alueesta, puulajista ja metsikön syntytavasta. Säiden vaikutus (Ct ) näkyy sekä pituus- että paksuuskasvussa. Kesän kylmyys voi tyrehdyttää puun paksuuskasvun metsänrajalla joskus niin tyystin, ettei vuosirengasta muodostu lainkaan. Tällaisia puuttuvan kasvun vuosia on ollut Lapissa viimeksi 1830-luvulla ja viime vuosisadan alussa. Metsikön sisäisiä kasvutekijöitä (D1t) ovat esimerkiksi puiden välinen kilpailu kasvutilasta ja siementuotanto. Ulkoisia tekijöitä (D2t) ovat hakkuut, metsäpalot, hyönteistuhot, taudit, saasteet, tuulet, tulvat ja myrskyt. Selittämätöntä kasvun vaihtelua (Εt) aiheuttavat muun muassa kasvupaikan viljavuuden pienvaihtelu, rinteiden kaltevuussuunta ja mittausvirheet (Mielikäinen ym. 1996a). Ilmastosignaalin (Ct) erottaminen kasvumallin muiden tekijöiden (At, D1t ja D2t) vaikutuksista on sitä epävarmempaa, mitä enemmän kasvussa esiintyy sisäisistä ja ulkoisista tekijöistä aiheutuvaa häiritsevää vaihtelua eli kohinaa. Koska kaikkia kasvuun vaikuttavia tekijöitä ei yleensä ole mahdollista selvittää, on jo aineiston keruuta suunniteltaessa pohdittava keinoja vähentää kohinaa tutkittavan signaalin esiin saamiseksi. 22. Lustosarjan luonti ja standardointi Puun ytimestä pintaan mitattua lustoleveystaulukkoa kutsutaan vuosilustosarjaksi. Raja- Joosepin läheisyydessä kasvavan 770-vuotiaan männyn vuosilustosarja on tällä hetkellä Suomen pisin elävän puun aikasarja. Tuhansien vuosien pituiset sarjat luodaan yhdistämällä elävien puiden, kelojen, kantojen, rakennushirsien ja megafossiilien ajoitetut lustonäytteet toisiinsa. Ajoittaminen ja näytteiden yhdistäminen onnistuu ristiinajoittamalla (cross-dating). Menetelmän perusajatuksena on yhdistää osittain samanaikaisesti eläneiden puiden saman kalenterivuoden lustot. Tämä edellyttää, että näytteissä näkyy jokin yhteinen erityispiirre, esimerkiksi kylmästä kesästä tai hyönteistuhoepidemiasta aiheutunut normaalia kapeampi lusto (kuva 3). Lustosarja voi kellua ajan virrassa tai jatkua yhtenäisenä riippuen siitä, onnistutaanko keskenään ristiinajoitetut näytteet myös yhdistämään vuodentarkasti kalenterivuosiin. 7
Kuva 3. Puunäytteiden limittäminen (ristiinajoitus) perustuu saman kalenterivuoden lustojen paikallistamiseen eri näytteistä. Kylmät kesät näkyvät Lapin metsänrajamännyssä kapeina vuosilustoina muodostaen viivakoodimaisen kuvion, mikä auttaa kohdentamaan näytteiden vastinvuodet toisiinsa. Lustosarjojen standardoinnissa vuosilustosarjasta poistetaan puun ikääntymisestä aiheutuva kasvun aleneminen ja metsikön sisäisten tekijöiden vaikutukset. Tätä varten laaditaan lustonleveyttä iän suhteen kuvaava tilastollinen malli, johon mitattuja arvoja verrataan ja lasketaan vuosilustoindeksi (kuva 4). Indeksin arvo 100 tarkoittaa keskimääräisessä ilmastossa kasvaneen puun kasvun tasoa. Yhden puun yksittäinen vuosilusto tai indeksi ei kerro vielä paljoakaan kyseisen vuoden säätekijöistä, sillä kasvussa on myös geneettisten ja muiden tekijöiden aiheuttamaa puiden välistä satunnaisvaihtelua. Vuotuisen indeksiestimaatin tarkkuusvaatimus, esimerkiksi ±10 %, edellyttää useiden kymmenien havaintojen keskiarvon laskemista. Lisäksi vuosittaisia indeksejä laskettaessa on huomioitava aiempien kesien sääolosuhteiden vaikutus puun kasvuun. Tämä niin sanottu autokorrelaatio poistetaan indeksistä tilastomatemaattisin keinoin. Kasvukauden suotuisuutta kuvaava männyn vuosilustoindeksi vaihtelee Etelä-Suomessa tyypillisesti välillä 75 125 ja Pohjois- Suomessa välillä 60 140. Vaihtelu on voimakkainta männyn metsänrajalla, jossa indeksit voivat poiketa jopa 80 % perustasosta. Standardointi tehdään joko puu- tai aluekohtaisesti. Puukohtaisessa tasoituksessa jokaiselle lustosarjalle lasketaan oma mallinsa, johon mitattuja lustonleveyksiä verrataan. Menetelmä soveltuu vuosien ja vuosikymmenten välisten Kuva 4. Standardoinnissa vuosilustosarjasta poistetaan puun ikääntymisestä ja muista häiritsevistä tekijöistä aiheutuva kasvun vaihtelu (ylempi kuva). Vuosilustoindeksi saadaan vertaamalla mitattua luston leveyttä mallista saatuun arvoon ja kertomalla suhde sadalla (alempi kuva). 8
Kuva 5. Norjan Karasjoen heinäkuun keskilämpötila vuodesta 1900 ennustettuna Inarin Muotkanruoktun mäntyjen vuosilustoindekseillä (alempi kuva). Ylemmän kuvan leveä murtoviiva kuvaa mitatun ja estimoidun lämpötilan välisen korrelaation 22 vuoden liukuvissa aikaikkunoissa. Ohuet viivat kuvaavat 95 %:n luottamusvälejä. Korrelaatio on pysynyt sangen vakaana 1920-luvulta lähtien, eikä viime vuosikymmeninäkään ole havaittavissa divergenssiin liitettyä riippuvuuden alenemista. kasvunvaihteluiden tutkimiseen. Satojen tai tuhansien vuosien aikana tapahtuneet pitkäaikaisvaihtelut ja trendit selvitetään RCS-menetelmällä (Regional Curve Standardisation), jossa tutkimusalueen kaikkien eri aikoina eläneiden puiden lustosarjat yhdistetään yhteisen lustonleveysmallin muodostamiseksi. RCS-menetelmä mahdollistaa pidempiaikaisten lämpö- ja kylmäkausien havaitsemisen. Pitkäaikaisia kasvutrendejä voidaan paljastaa myös vertaamalla eri vuosisadoilla tai jopa vuosituhansilla muodostuneiden samanikäisten vuosilustojen leveyttä suoraan toisiinsa (Mielikäinen & Timonen 1996b). Vuosilustoindeksit muutetaan lämpötiloiksi siirtofunktiolla, joka perustuu kasvun ja ilmastomuuttujan väliseen tilastolliseen riippuvuuteen (kuva 5). Koska säännöllisiä säähavaintoja on tehty vasta 1800-luvulta lähtien, joudutaan siirtofunktiot laatimaan viimeisten 150 vuoden vuosilustojen ja säähavaintojen perusteella olettaen, että entisajan puut ovat reagoineet ilmastoon samalla tavoin kuin nykyään (vrt. divergenssi). 23. Divergenssi-ongelma vai mahdollisuus? Vuosilustojen leveyden ja kesä-heinäkuun lämpötilan välistä riippuvuussuhdetta on pidetty hyvin kiinteänä pohjoisen pallonpuoliskon metsänrajametsissä. Viime vuosina ei kuitenkaan ole enää oltu yhtä vakuuttuneita asiasta (D'Arrigo ym. 2007). On alettu puhua ns. divergenssiongelmasta, jolla tarkoitetaan kasvavaa poikkeamaa lämpötilamittausten ja lustonleveyteen perustuvien lämpötilamallitusten välillä. Ongelman on arveltu liittyvän puiden kyvyttömyyteen reagoida ilmaston nopeaan lämpenemiseen ja ilmakehän CO 2 -pitoisuuden nousuun. Kriittisimmissä kannanotoissa on divergenssiin vedoten kyseenalaistettu jopa koko puulustotutkimuksen käyttökelpoisuus ilmastonmuutostutkimuksissa. Divergenssi voimistuu erityisesti silloin, kun puun kasvua rajoittavan ilmastotekijän vaikutus (ilmastosignaali) heikkenee ja jonkun toisen kasvutekijän vaikutus vahvistuu. Metsänrajamännyn kasvun vaihtelu kuvaa kesän lämpimyyttä niin kauan, kun lämpö pysyy kasvun minimitekijänä. Lämpötilan kohotessa kuivuudesta saattaa tulla kasvun minimitekijä, jolloin lämpötilasignaali heikkenee ja kuivuussignaali vahvistuu. Edellä esitetyn perusteella divergenssi liittyy usein huolimattomasti valittuihin tutkimusaineistoihin. Valmiita lustoaineistoja on helppo hankkia maastossa käymättä olemassa olevista tietojärjestelmistä. Eri alueilta kerättyjen aineistojen yhdistäminen voi johtaa lämpötilaa ja 9
sademäärää kuvaavien ilmastosignaalien sekaantumiseen. Lämpötilaa tulisi tutkia vain alueilla, jossa se on ainoa kasvua rajoittava ilmastotekijä, eli metsänrajalla. Etelämpänä vuosilustoista voidaan arvioida kesien sateisuutta tai kuivuutta (Helama ja Lindholm 2003). Metsänrajalla tehdyt tutkimukset eivät ole toistaiseksi viitanneet divergenssiin (Büntgen ym. 2011). Puut kasvavat samalla tavalla kuin aiemminkin seuraten kasvukauden aikaisten (kesäheinäkuu) lämpötilavaihteluiden rytmiä. 3. Mitä puuaikasarjat kertovat menneestä ilmastosta? 31. Lapin metsänrajamännyn 7645-vuotinen lustosarja Laajan yhteistyön tuloksena laadittu Lapin mäntyjen 7645- vuotinen lustosarja (Eronen ym. 2002) on maailman toiseksi pisin havupuukalenteri amerikkalaisen 8801-vuotisen vihnemäntykalenterin jälkeen. Professori Matti Eronen aloitti mäntykronologian rakentamisen 1970-luvun alussa ajoittamalla radiohiilimenetelmällä järvistä löytämiään männyn megafossiileja. Lustokalenteria pitkään haitannut näytteetön ajanjakso ("aukko") välillä 350 170 eaa. saatiin umpeen vasta vuonna 1999 yhdeksän maan yhteisessä EU-projektissa. Mäntymegafossiilien löytöpaikat osoittavat männyn metsänrajan Kuva 6. Lapin pitkän kronologian tutkimusaineiston löytöpaikkoihin perustuva arvio mäntymetsien laajuudesta ja sen pohjalta arvioidut heinäkuun lämpötilat viimeksi kuluneiden 6000 vuoden aikana (Kultti ym. 2006). sijainneen vuosituhansia sitten 80 km nykyistä pohjoisempana ja tuntureilla noin 100 metriä ylempänä (Helama ym. 2004). Kultin ym. (2006) tutkimuksen mukaan Lapin kesät olivat tuolloin 2,6 o C nykyistä lämpimämpiä (kuva 6). Noin 4000 vuotta sitten alkoi parin tuhannen vuoden viileä ja kostea ajanjakso. Ilmasto oli ankarimmillaan jaksolla 500 eaa. 150 jaa., jolloin metsänraja perääntyi nykyistä etelämmäksi ja tuntureilla alemmaksi. Tähän viittaa vaikeus löytää senaikaisia männyn megafossiileita nykyiseltä metsänrajalta tai sen pohjoispuolelta. Ilmasto lämpeni kylmän jakson jälkeen asteittain. Seuraava lämpöhuippu saavutettiin keskiajan lämpökaudeksi kutsutulla jaksolla 900 1300, jolloin mänty levisi takaisin pohjoisen puuttomille alueille. Lämmin kausi päättyi pienenä jääkautena tunnettuun viileään jaksoon (Holopainen ja Helama 2009), joka kesti meillä 1900-luvun alkuun saakka. Ilmasto ei tuolloinkaan ollut kaiken aikaa kylmä. Lämpimistä vuosikymmenistä kertovat nykyisellä metsänrajalla 1700-luvun puolivälin jälkeen syntyneet mäntysukupolvet. Sirén (1961) osoitti metsänrajametsien uudistumisen keskittyvän lämpimiin ilmastojaksoihin. Ilmaston viileneminen, vuotuisen vaihtelun äärevöityminen tai muutokset lämpimien kesien rytmittymisessä johtavat metsien harvenemiseen ja metsänrajan alenemiseen. Ilmaston kylmetessä metsänrajametsät aluksi vain harvenevat metsänrajan pysyessä paikallaan. Vasta kun uutta puusukupolvea ei metsänrajalle enää synny, vanha puusukupolvi väistyy ja seuraava metsänraja siirtyy kohtaan, jossa puusto on päässyt vakiintumaan. Uuden ja vanhan metsänra- 10
jan välisellä vyöhykkeelle muodostuu keloista ja kantojuurakoista muodostuva puujäämistö, joka vähitellen lahoaa pois. Metsänrajan muutokset molempiin suuntiin ovat hitaita. Metsänrajamännyn lustoihin tallentuu sekä paikallisia että globaaleja ilmastosignaaleja. Näistä ensiksi mainittuja aiheuttavat meri- ja ilmavirrat ja jälkimmäisiä Auringon aktiivisuuden vaihtelut ja tulivuorten purkaukset. Suuret purkaukset ovat vaikutukseltaan maailmanlaajuisia ja saattavat alentaa Maapallon vuotuista keskilämpötilaa muutamaksi vuodeksi 0,2 0,5 asteella (Shumilov ym. 2011). Salzerin ja Hughesin (2007) mukaan jopa 86 % suurista tulivuorten purkauksista näkyy puiden vuosilustoissa tai jäätikkökerrostumissa. Kreikan saaristossa vallinnut minolainen kulttuuri tuhoutui Santorinin rajussa purkauksessa 1600-luvulla eaa. Purkauksen aiheuttama pölypilvi vaikutti dramaattisesti myös Lapin mäntyjen kasvuun (kuvat 7 ja 8). Vuonna 542 jaa. Indonesiassa purkautunut Rabaul ja Perussa 1600 räjähtänyt Huaynaputina kavensivat mäntyjen vuosilustot sekä pituuskasvut useina seuraavina vuosina minimiinsä (Helama ym. 2002; Shumilov ym. 2011). Kuva 7. Perussa vuonna 1600 purkautunut Huaynaputina-tulivuori pimensi tuhkalla Lapin taivaan niin, että metsänrajamännyn lusto seuraavana vuonna jäi vain noin puoleen normaalista kasvustaan. Kuva: Mauri Timonen. Kuva 8. Santorinin tulivuoren räjähtäminen 1600-luvulla eaa. näkyy Lapin metsänrajamännyn kasvussa useamman vuosikymmenen pituisena kasvuromahduksena. Lapin männyn kasvua heikentäneitä muita purkauksia ovat voineet olla esimerkiksi Pinatubo Filippiineillä 3550 eaa., Pelée Länsi-Intiassa 2440 eaa., Hekla Islannissa 950 eaa., Etna Italiassa 122 eaa., Rabaul Papua-Uusi-Guineassa 542 eaa., Hekla Islannissa 1104 jaa. ja koko Euroopan vuonna 1601 viilentänyt Huaynaputina Perussa helmikuussa 1600. Lähde: Siebert ja Simkin (2002). 11
32. Viimeisten tuhannen vuoden ilmasto puulustoista tulkittuna Lapin männyn pitkä lustokalenteri tekee mahdolliseksi tutkia myös hieman tarkemmin viimeisimmän tuhannen vuoden ilmastollisia vaihteluita. Tekemiemme analyysien mukaan (Helama ym. 2009a) nykyisen ajanlaskumme lämpimin 250-vuotisjakso vallitsi Lapissa vuosina 931 1180 ja kylmin vuosina 1601 1850 (kuva 9). Lyhyempiä lämpökausia on ollut 1400-luvulla ja 1900- luvun alkupuolella. Vuoden tuhat tienoilla kolmatta sataa vuotta kestänyt lämmin jakso on tunnettu myös historian kirjoissa. Keskiajan lämpökautena tunnettu ajanjakso innosti grönlantilaiset ja islantilaiset viljelemään maata ja kasvattamaan karjaa. Englantilaiset tuottivat viiniä ja kainuulaiset vehnää. Jokien, järvien ja valtamerten pohjakerrostumat ja puiden vuosilustot osoittavat, että lämpökausi oli myös äärimmäisen kuiva eri puolilla maailmaa (Helama ja Lindholm 2003, Helama ym. 2009a). Perun rannikon joet eivät tuolloin tulvineet lainkaan. Afrikassa nykyisin varsin runsasvetiset järvet olivat samaan aikaan täysin kuivia. Kuva 9. Männyn vuosilustoista arvioitu heinäkuun lämpötila vuosina 750 2000 Lapissa. Yläkuvan tasoitusjaksot 25 ja 75 vuotta. Alakuvan tarkastelujaksot (vaakajanat) 50, 100 ja 250 vuotta (Helama ym. 2009a). Lämpökausi päättyi 1300-luvulla pieneen jääkauteen. Islanti ja Grönlanti autioituivat ja toistuvat katovuodet tappoivat useaan otteeseen suuren osan Suomen kansasta nälkään ja kulkutauteihin. Hollannin kanaalit jäätyvät toistuvasti ja Lontoon kauppiaat järjestivät talvimarkkinoita Thames-joen jäällä 1800-luvun alkupuolelle saakka. Suomessa pieni jääkausi päättyi 1900-luvun alussa. Ilmasto lämpeni nopeasti 1940-luvulle, minkä jälkeen se alkoi jällen viiletä. Lapin metsien uudistaminen joutui 1960-luvulla pahoihin vaikeuksiin kylmien kesien ja karuun ilmastoon sopimattomien, liian eteläisten siemen ja taimialkuperien vuoksi. Viimeiset 30 vuotta ilmastomme on aluksi lämmennyt ja 2000-luvulla tasaantunut ilman selkeää suuntaa. 4. Pitkäaikaisten ilmaston muutosten syyt 41. Aurinko ja avaruusperäiset tekijät Auringon aktiivisuuden vaihtelu on tärkeimpiä ilmastoon vaikuttavia tekijöitä (Ogurtsov ym. 2005, Raspopov ym. 2008). Aktiivisuusvaihteluihin jakautuu Auringosta Maahan tulevaan suoran säteilyyn ja hajasäteilyyn. Auringon vaikutusmekanismeja Maan ilmastoon tutkitaan edelleenkin, koska kattavaa selitystä ja yksimielisyyttä ei ole toistaiseksi löydetty (Ogurtsov ym. 2011, Raspopov ym. 2004). Lapin metsänrajamännyllä on ollut merkittävä osuus Auringon ja ilmaston välisten yhteyksien selvittämisessä. Pohtila (1980) havaitsi Auringon aktiivisuuden ja Lapin metsänrajamännyn kasvun vaihteluiden välillä selvän yhteyden. Merkittävin ja jopa edellä aikaansa oli hänen 12
havaintonsa Auringon aktiivisuutta kuvaavan auringonpilkkuluvun ja pilvisyyden välisestä riippuvuussuhteesta, joka osaltaan oli käynnistämässä avaruusperäistä ilmastotutkimusta. Venäläiset tutkijat onnistuivat M. I. Pudovkinin johdolla runsas vuosikymmen myöhemmin selvittämään kosmisen säteilyn yhteyden Auringon aktiivisuuteen ja alailmakehän fysikaalisiin ominaisuuksiin (Veretenenko & Pudovkin 1994). Maahan tulevaa kokonaissäteilyä säätelee heidän mukaansa Auringon aktiivisuuteen liittyvän aurinkotuulen ja kosmisen säteilyn välinen vuorovaikutussuhde. Mitä voimakkaampi on aurinkotuuli, sitä pienempi on kosmisen säteilyn osuus Maassa ja sitä vähemmän muodostuu pilviä taivaalle. Tämä perustuu ajatukseen siitä, että kosmisen säteilyn varaamat hiukkaset toimivat pilvisyyteen vaikuttavien vesipisaroiden tiivistymiskeskuksina. Svensmark ja Friis-Christiensen (1997) vahvistivat myöhemmin kollegojensa tulokset. Auringon aktiivisuuden vaihtelu ja sen vaikutus ilmaston vaihteluihin on määritettävissä puiden vuosilustojen hiili-isotooppien suhteen perusteella vuosituhansien ajalla lähes vuoden tarkkuudella. Auringon ollessa aktiivisimmillaan, kosminen säteily ja radioaktiivisen hiili 14-isotoopin määrä ilmakehässä ja puiden vuosilustoissa on alhaisimmillaan. Solanki ym. (2004) on rekonstruoinut Auringon aktiivisuuden (auringon pilkkujen määrän) vaihtelun puulustoista viimeisten 11 000 vuoden ajalle. Lapin pitkästä mäntykronologiasta ennustettujen kesälämpötilojen vertaaminen Auringon aktiivisuuden vaihteluihin on tehnyt ensi kertaa mahdolliseksi auringon aktiivisuussyklien vaikutusten analysoinnin vuoden tai muutaman vuoden tarkkuudella. Tässä hankkeessa tehdyn tutkimuksen (Helama ym. 2010) mukaan Auringon aktiivisuus ja Lapin ilmasto ovat vaihdelleet samaan tahtiin viimeiset 7500 vuotta (kuva 10). Aurinko selittää keskiajan lämpökauden, pienen jääkauden ja 1900-luvun alkupuolen lämpenemisen varsin tarkkaan (R= 0,80). Viimeiset 2000 vuotta Aurinko on vaikuttanut ilmastoon usean vuosikymmenen viiveellä. Kuva 10. Auringon aktiivisuus ja Lapin ilmasto ovat vaihdellet samaan tahtiin viimeiset 7500 vuotta. Auringon suora säteily vaikuttaa viiveettömästi (A) ja merivesien lämpenemisen/viilenemisen kautta useiden vuosikymmenien viiveellä (B). 42. Termohaliinikierto Merten vaikutus ilmaston muutoksiin on monivivahteinen, voimakas ja osin tuntematon. Huomattava osa Maapallon tuliperäisestä toiminnasta tapahtuu valtamerten pohjassa. Meriveden lämpötilaerot ja suolapitoisuuden vaihtelut saavat aikaan kylmiä ja lämpimiä merivirtoja ja tuulia, jotka siirtävät maapallolle tulevaa auringon lämpöä ja haihtuvaa kosteutta paikasta toiseen. Suomen ja koko Fennoskandian sijainti kostean Atlantin valtameren ja kuivemman Euraasian vaihettumavyöhykkeellä tekee ilmastomme vaihtelusta erityisen vaikeasti ennustettavan. 13
Meriveden suolapitoisuuden vaihtelusta aiheutuvan termohaliinikierron voimistuminen aikaskaaloilla 50 250 vuotta on tuonut Lappiin lämpimiä kesiä. Tämä on selvinnyt vertailtaessa Atlantin pohjasedimenttien hienoaineskoostumusta Lapin puulustoista ennustettuun heinäkuun keskilämpötilaan (Helama ym. 2009b, kuva 11). Termohaliinikierron heikentyessä kesät ovat olleet keskimääräistä viileämpiä vuosikymmenien tai jopa vuosisatojen ajan. Edellisessä kappaleessa mainitun tutkimuksen (Helama ym. 2010) mukaan metsänrajamännyn kasvusta johdettu kesä-heinäkuun keskilämpötila korreloi sekä viiveettömästi että 50 80 vuoden viiveellä auringon aktiivisuusvaihteluiden kanssa. Ensiksi mainittu aiheutuu Auringon välittömästä vaikutuksesta paikallisilmastoon. Viiveellinen vaikutus voi selittyä merivesien hitaalla vuosikymmeniä kestävällä lämpenemisellä ja viilenemisellä. Viimeisten 60 vuoden ajan Aurinko on toiminut poikkeuksellisen aktiivisesti alkaen 1940- luvulla ja päättyen vasta 2000-luvun alussa. Havaitun viiveen perusteella on varsin mahdollista, että merivesiin 1900-luvulla varastoinut lämpö lämmittää ilmakehää lähivuosikymmeninä, vaikka Auringon aktiivisuus onkin tasaantunut ja jopa kääntynyt laskuun. Tämä tulisi ottaa huomioon ilmastomalleissa ja niiden tulosten tulkinnassa. 43. Ilmaston syklisyys Kuva 11. Atlantin sedimenttien hienoaineskoostumuksen (yhtenäinen viiva) vertailu Lapin puulustokronologianpohjalta ennustettuun heinäkuun lämpötilaan (Helama ym. 2009b). Tämän päivän ilmastonmuutostutkimuksen kiinnostavin kysymys ei ole ilmaston vaihtelu, vaan muutostrendit. Trendien ja edestakaisen syklisen vaihtelun erottaminen toisistaan on ilmastonmuutostutkimuksen peruskysymyksiä. Lustosarjojen syklisyyttä tutkitaan spektrianalyysin menetelmin, joista tässä yhteydessä sovellettiin ns. Fourier- ja aallokemuunnoksia (Wavelet transform). Fourier-analyysissä muunnetaan tarkasteltavalla aikajaksolla esiintyvä samanlaisena toistuva aaltoliike sinikäyrän muotoisiksi taajuuksiksi (sykleiksi). Aallokeanalyysi soveltuu edellistä paremmin tilanteisiin, joissa syklien pituudet vaihtelevat ajankohdasta toiseen (Graps 1995). Lapin metsänrajamännyn kasvusta on tehty runsaasti syklitutkimusta. Sirén (1961) havaitsi puiden syntyvän metsänrajalla pääasiassa suotuisten ilmastovaiheiden aikana, esimerkiksi 1650-, 1750-, 1850-, 1920- ja 1960-luvuilla. Sama ilmiö havaittiin myös Metlan 1911- vuotisessa lustokronologiassa (Mielikäinen ym. 1998). Metsänrajamänniköiden uudistumisen vain pidempien lämpöjaksojen vallitessa on luonnollista, koska mänty tarvitsee lämpöä useiden vuosien ajan uudistuakseen ja parinkymmenen vuoden verran vakiintuakseen. Lapin metsänrajamännyn yli 7600-vuotinen kronologia tarjoaa syklitutkimukselle erinomaisen aineiston. Siihen tehty 50 vuoden Fourier -tasoitus havainnollistaa syklisyyden vaihtelua, mutta ei vielä kerro syklien todellisista pituuksista (kuva 12). Tehdyt analyysit paljastavat useita 30 95 vuoden pituisia syklejä, joista voimakkaimpana on noin 81 vuoden pituinen sykli (kuva 13, yläosa). Aallokeanalyysi vahvistaa edellä saatua kuvaa, ja sen lisäksi tarkentaa syklien vaihtelevan ajankohdasta toiseen (kuva 13, alaosa). Ilmaston noin 80-vuotinen syklisyys näkyy myös mitatuissa lämpötilasarjoissa. 14
Kuva 12. Lapin metsänrajamännyn vuosilustoindeksi kuvaa kesä- ja heinäkuun keskilämpötilan vaihteluita (50 vuoden FFT-tasoitus). Ilmasto näyttää vaihdelleen syklisesti koko yli 7600 vuoden tarkastelujakson ajan (Timonen ym. 2010). Kuva 13. Fourier-analyysin (ylempi kuva) mukaan noin 80 vuoden pituinen sykli näkyy vuosilustoissa voimakkaimmin. Aallokeanalyysin (alempi kuva) mukaan syklisyys on voimakkainta punaiseksi merkityllä alueella, mikä viittaa 16 128 vuoden jaksoihin (jakson pituus luetaan y-akselilta). 15
5. Onko Suomen ilmasto muuttunut 1900-luvulla? 51. Kasvutrenditutkimuksia Lähes 50 tutkijaa 12 Euroopan maasta osallistui Metlan aloitteesta 1990-luvun alussa käynnistettyyn tutkimukseen, jonka pääkysymys kuului: "Osoittavatko puut ja metsät eri puolilla Eurooppaa kasvun muutoksia, joita ei voida selittää metsien hoidolla tai metsien rakenteen muutoksilla?" Tutkimusaineistot koostuivat pitkäaikaisista metsänkasvatuskokeista, valtakunnallisista metsäninventoinneista ja luonnonsuojelualueiden vanhoista, metsänhoidolta rauhassa kasvaneista puista. Kuva 14. Euroopan metsien kasvutrenditutkimus (Spiecker ym. 1996) ei osoita Suomessa kasvutrendiä. Vuonna 1996 päättyneen nelivuotisen tutkimushankkeen tulokset (kuva 14) olivat selkeät. Keski- ja Etelä-Euroopassa puiden kasvu oli lisääntynyt kiihtyvästi koko 1900-luvun ajan (Spiecker ym. 1996). Pohjoismaissa ja Venäjän Karjalassa metsät eivät osoittaneet minkään suuntaista trendiä, vaan puut kasvoivat kuten samanikäiset puut sata vuotta aiemmin. Keski-Euroopan metsien kasvun kiihtymisen pääsyyksi arvioitiin maataloudesta ja liikenteestä tuleva typpilaskeuma, joka oli 5 10-kertainen Fennoskandian laskeumiin verrattuna. Keski-Euroopan vuotuinen typpilaskeuma, 25 50 kg/ha vastasi suuruusluokaltaan käytännön metsänlannoituksessa käytettyä annosta. Joillakin alueilla Sveitsin ja Ranskan vuoristoissa sateisuuden ja lämpötilojen muutoksilla arvioitiin olleen vaikutusta kasvun lisääntymiseen 1900-luvun jälkipuolella. Keski-Euroopan kuusten kasvussa näkyi myös selviä merkkejä metsätuhokeskustelun kohteena olleista kuivista vuosista 1970-luvun loppupuolella. Mahdollisen ilmastomuutoksen etenemisen selvittämiseksi tutkimus toistettiin MIL-ohjelmassa vuosina 2007 2008. Tutkimuksen noin 1000 kairauskoepuun aineisto kerättiin Pohjois-Suomen kuivilta ja kuivahkoilta kankailta (45 metsikköä) ja Etelä-Suomen luonnonsuojelualueilta (24 metsikköä). Alustavien analyysien mukaan Suomen puiden kasvussa ei edelleenkään näy ilmastosta tai muista ympäristön muutoksista aiheutuvaa trendiä (kuva 15). Hari ja Arovaara sen sijaan (1988) havaitsivat Lapin vanhojen aihkimäntyjen kasvussa selittämätöntä kasvun kiihtymistä, jonka he arvelivat aiheutuvan ilmankehän CO 2 -pitoisuuden noususta. Kuva 15. Uuden kasvutrenditutkimuksen tuloksissa ei näy viime vuosikymmeninä kasvutrendejä. Mallit laskettu trendien paljastamiseen soveltuvan Arstan-ohjelmiston RCS- mallinnuksella (Cook 1985). 16
52. Suomen metsien kasvun lisääntymisen syyt Koskemattomissa luonnonmetsissä kasvavien puiden muuttumattomasta kasvusta huolimatta Suomen metsien kokonaiskasvu on lisääntynyt viimeisten 40 vuoden aikana lähes kaksinkertaiseksi (kuva 16). Nykyinen vuosikasvu, noin 104 miljoonaa m 3 ylittää vastaavan kokonaispoistuman (hakkuut, latvahukkapuu, luonnonpoistuma) yli 30 miljoonalla kuutiometrillä. Syynä kasvun lisääntymiseen ei edellisen perusteella ole ilmaston muutos eikä mikään muukaan luontainen tekijä, vaan metsien hoito ja hoidon aiheuttamat metsien rakenteen muutokset. Kuva 16. Suomen metsien kasvu ja poistuma 1953-2010 (Metsätilastollinen vuosikirja 2010). Selkein kasvua lisännyt tekijä on ollut soiden ojitus. Viiden miljoonan suohehtaarin ojittaminen on lisännyt vuotuista kasvua yli 10 miljoonaa m 3. Huomattava merkitys on myös metsien tihentymisellä ja ikärakenteen muutoksilla (metsien nuortumisella) ja kasvua selvästi vähäisemmillä hakkuilla. 53. Fenologiset havainnot ja puiden kasvun alkaminen Fenologia tutkii biologisten ilmiöiden rytmillisyyttä ja ympäristötekijöiden (ilmaston) vaikutusta siihen.. Kevään eteneminen luonnossa on sidoksissa lämpötilaan, mikä tekee mahdolliseksi tarkastella mennyttä ilmastoa fenologisista aikasarjoista (Holopainen ym. 2006). Suomen Tiedeseura aloitti vuoden kiertokulkuun liittyvien fenologisten tapahtumien seurannan 1846. Fenologiset havainnot (lehtien puhkeaminen, jäiden lähtö, kukkiminen) osoittavat keväiden aikaistuneen 1800-luvulta (Holopainen ym. 2006, 2009; Linkosalo ym. 2009). Viimeisimpien seurantojen mukaan männyn silmujen puhkeaminen on aikaistunut 8 10 päivällä 1960-luvulta 2000-luvulle, mutta yhtä varhainen tai vieläkin varhaisempi se on 1930-luvulla. Puiden paksuuskasvun alkaminen ei sen sijaan ole aikaistunut merkittävästi. Myös Tornionjoen jäidenlähtö, jota on seurattu vuodesta 1693 alkaen, on aikaistunut noin kaksi viikkoa kolmensadan vuoden aikana. Muutos on pääosin selitettävissä muutoksella pienen jääkauden tasosta, sillä viimeisten sadan vuoden aikana aikaistumista ei ole tapahtunut. Keväiden aikaistumisen ohella metsät ovat aluskasvillisuuden perusteella arvioiden tuoreutuneet erityisesti Lapissa (Mattila 2006). Tuoreutumisen syynä voivat olla hakkuiden aiheuttamat metsien rakenteen ja valoilmaston muutokset, jotka ovat vaikuttaneet metsätyypittelyssä käytettyyn aluskasvillisuuteen. Toinen syy tuoreutumiseen saattaa olla maaperän biologisen aktiivisuuden paraneminen vuosisatoja kestänyttä pientä jääkautta seuranneen lämpimämmän 1900-luvun aikana. 17
6. Ilmastoennusteet 61. Ilmaston vaihtelut 1900- luvulla Suomen ja koko pohjoisen pallonpuoliskon välinen ilmastokehityksen vertailu auttaa arvioimaan vuosilustoihin perustuvan ilmastotiedon yleistettävyyttä. Alueellisten ilmastonmuutosten ja niitä aiheuttavien prosessien (meret, tuulet, pilvisyys) tunteminen on myös tärkeää varautumisessa tuleviin muutoksiin riippumatta muutosten aiheuttajista. Kuvassa 17 esitetään Suomen ja pohjoisen pallonpuoliskon alkukesien ja koko vuoden lämpötilojen vaihtelut 1900- luvulla. Vuoden keskilämpötilan vaihtelu on Lapissa suurempaa kuin Etelä-Suomessa ja se kasvaa pohjoiseen päin mentäessä. Sekä Pohjois- että Etelä- Suomen vuosikeskilämpötila laski 1930-luvulta 1980-luvun alkuun 1 2 asteella. Sen jälkeen lämpötila on kohonnut voimakkaasti vuoteen 2005 ja kääntynyt takaisin laskuun. Koko pohjoisen pallonpuoliskon lämpötilan vuosikeskiarvon vaihtelu on ollut suomalaista vaihtelua vähäisempää. Lämpeneminen vuoden 1970 jälkeen on sen sijaan selvä. Kesälämpötilojen vaihtelu poikkeaa jonkin verran vuosivaihtelusta. Huomiota kiinnittää Lapin ja Etelä-Suomen erisuuntainen lämpötilakehitys vuoden 2005 jälkeen. Ero aiheutuu Etelä- Suomen muutamasta poikkeuksellisen lämpimästä heinäkuusta, ja se selittyy itäisten ilmavirtausten tuomalla Siperian mantereisella kuumuudella. 62. IPCC:n ilmastoennusteet Kuva 17. Pohjois- ja Etelä-Suomen sekä pohjoisen pallonpuoliskon vuotuisen (ylempi kuva) ja kesä-heinäkuun (alempi kuva) lämpötilavaihtelut 1900-2010 verrattuna vastaavan jakson keskiarvoon. Lähteet: Ilmatieteen laitos (2011) ja Climate Research Unit (CRU). Hallitustenvälisen ilmastopaneelin (IPCC) neljännen arviointiraportin (2007) mukaan maapallon ilmaston lämpenemisen päätekijä on ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousu. Raportti tukeutuu neljään perusväittämään: 1) Ihminen on lisännyt toimillaan ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta 1750-luvulta lähtien ja lämmittänyt näin ilmastoa; 2) Viime vuosisadan lämpeneminen on ollut poikkeuksellisen nopeaa ja kiihtyvää; 3) Auringon vaikutus ilmastoon on vähäinen ja 4) Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden lisääntyminen jatkuu Maapallon ilmasto lämpenee. IPCC:n ennusteet perustuvat tietokonemalleihin, jotka pyrkivät jäljittelemään luonnon fysikaalisia prosesseja. Mallit on sovitettu menneiden vuosikymmenten ilmaston vaihteluihin ja ilmakehän mitattuun hiilidioksidipitoisuuteen. IPCC:n mallilaskelmien mukaan Maapallon pintalämpötila nousee kuluvan vuosisadan loppuun mennessä 1,1 6,4 C verrattuna jakson 1980 1990 tilanteeseen. Lämpeneminen ei ennusteiden mukaan ole kaikkialla samanlaista. Maa-alueet lämpenevät meriä voimakkaammin ja pohjoisilla leveysasteilla ilmasto lämpenee nopeammin kuin päiväntasaajalla. Pohjoisessa lämpeneminen on ennusteiden mukaan voimakkainta talvella. 18
63. Puulustoihin perustuvat ennusteet Ilmaston syklisyys mahdollistaa myös tulevan ilmaston luontaisen vaihtelun ennustamisen puulustoista, kuten Sirén (1961) on tehnyt metsänrajamännyn kasvun vaihteluun perustuvassa ennusteessaan vuosille 1961 2060. Timosen ym. (2010) alustava ilmastoennuste jaksolle 2010 2100 perustuu 1500-luvulta saakka säännöllisesti 60 95 vuoden jaksoissa vaihdelleen sarjan jatkamiseen ekstrapoloimalla. Ennuste on samansuuntainen Sirenin (1961) puulustoihin ja Abdussamatovin (2009) aurinkosykleihin perustuvien ennusteiden kanssa. Tässä yhteydessä on syytä muistaa, että esitetyt ennusteet kuvaavat ilmaston luontaista syklistä vaihtelua ilman ihmisen mahdollista vaikutusta. Kuva 18. Lapin metsänrajamännyn kasvun syklisen vaihtelun perusteella tehtyjä suuntaa antavia arvioita kesä-heinäkuun keskilämpötilojen luontaisesta kehityksestä. 64. Ilmastoennusteiden koko kirjo IPCC:n ilmastomallien ennustama lämpötilan nousu (kuva 19, A-projektio) on kaksinkertainen 6000 vuoden takaisen Atlanttisen kauden lämpenemiseen verrattuna (kuva 6). Ilmaston luontaiseen sykliseen vaihteluun perustuva ennuste (kuva 19, B-projektio) viittaa 2 3 asteen suuruiseen viilenemiseen, joka ankarimmillaan tarkoittaa pienen jääkauden tyyppistä kylmää jaksoa. Ennuste perustuu vuosien ja vuosikymmenten väliseen luontaiseen ilmastonvaihteluun ilman ihmisen mahdollista vaikutusta. Kuva 19. Lapin metsänrajamännyn lustotiheyksistä johdetussa kesä-elokuun keskilämpötilassa (Büntgen ym. 2011) näkyy pienen jääkauden viileys (sininen) ja 1930-luvun lämpimyys. Ilmasto voi kehittyä seuraavan sadan vuoden aikana seuraavasti: 1) IPCC:n mallien mukaisesti (A, punainen pisteviiva); 2) ilmaston luontaisen syklisen vaihtelun mukaisesti (B, esimerkkinä Abdussamatovin (2009) ilmastoennuste (vihreä pisteviiva) sekä 3) kaoottisten tapahtumien seurauksena jopa jääkautisiin oloihin johtava kehitys (C; musta pisteviiva). Kaikki tulevaisuuskuvat ovat viitteellisesti suuntaa antavia. 19
Katastrofiperusteiset ennusteet (Kuva 19, C-projektio) edellyttävät äkillistä muutosta Maan ilmastodynamiikassa. Sellaisen voi aiheuttaa esimerkiksi jättiläistulivuoren purkaus, Golfvirran hyytyminen tai asteroidin törmäys Maapalloon. Uuden jääkauden kynnyslämpötila (kuva 19) perustuu ajatukseen siitä, että jääkautiset lämpötilat ovat 2,5 4,5 astetta nykyistä alempia. Tämäntyyppiset ilmiöt ovat toistuneet ja tulevat vastakin toistumaan Maapallolla ennalta aavistamattomin väliajoin. A-projektion mukainen lämpeneminen ei ole toistaiseksi toteutunut Pohjois-Suomessa. Vuoden 2005 jälkeen lämpötilat ovat päinvastoin kääntyneet laskuun ja ovat nyt lähellä pitkän ajan keskiarvoa. 7. Päätelmiä Lapin männyn 7600 vuoden mittainen vuodentarkka lustokronologia on koko maailman pisimpiä havupuusarjoja. Tuhannet nykyisestä Metsä-Lapista ja puuttoman Tunturi-Lapin järvistä löytyneet megafossiilimännyt kertovat lukuisista lämpö- ja kylmäkausista. Puiden löytöpaikan perusteella arvioiden Lapin kesät olivat 6000 vuotta sitten runsaat 2,5 astetta nykyistä lämpimämpiä. Lustoanalyysit viittaavat myös tuhannen vuoden takaisen, historian kirjoista tutun keskiajan lämpökauden olleen yhtä lämmin tai lämpimämpi kuin 1930-luku. Itä-Suomen männyille laadittu lustokronologia ja eri puolilta maailmaa kerätyt muut proksitiedot osoittavat keskiajan lämpökauden olleen maailmanlaajuisesti myös poikkeuksellisen kuiva. Keskiajan lämpökautta seurasi pienenä jääkautena tunnettu viileämpi jakso, joka päättyi Suomessa vasta 1900-luvun alussa. Se oli poikkeuksellisen kylmä koko Pohjois-Euroopassa. Ainakin osa 1900-luvun alkupuolen nopeasta lämpenemisestä on ollut palautumista pienestä jääkaudesta. Ilmastonmuutoksesta käytävä keskustelu on keskittynyt pääosin Maapallon keskilämpötilan muutokseen ja ihmisen osuuteen sen aiheuttajana. Muutoksiin sopeutumisen kannalta tärkeintä on ennakoida paikallisilmastojen todennäköisiä muutoksia. Vuosilustojen ja merten pohjasedimenttien tarkastelu viittaa siihen, että Auringolla on ollut aiemmin arvioitua suurempi vaikutus koko maapallon ilmastoon ja Auringon säätelemillä merivirroilla ja tuulten suunnilla Fennoskandian paikallisilmastoon. Ilmakehän kasvihuonekaasujen pitoisuuksiin pohjautuvien ennusteiden heikkoutena on auringon ja merten syklisten pitkäaikaisvaikutusten puutteellinen käsittely ja mallien hyvyyden arviointiin käytettävän ajanjakson lyhyys. Jaksollisten vaihteluiden huomiotta jättäminen voi johtaa puutteellisiin tulkintoihin. On mahdollista, että 1850-, 1930- ja 1990-luvuilla alkaneet lämpenemiset sekä niiden väliin sattuneet viilenemiset ovat ainakin osittain ilmaston luontaista syklistä vaihtelua. Tämän selvityksen pääsanoma on, ettei muutaman vuosikymmenen tai viimeisen vuosisadan ilmastokehitys anna riittävää varmaa kuvaa paikallisilmastomme tulevasta suunnasta tai muutoksen suuruudesta. Merellisen Atlantin ja mantereisen Siperian vaihettumavyöhykkeellä sijaitsevassa Suomessa on uhkarohkeaa laskea tasaisesti lämpenevän ilmaston varaan. Tulevaisuuden luontaiset viilenemiset ja lämpenemiset tulevat todennäköisesti tapahtumaan osin samoilla aikajänteillä kuin menneisyydessäkin. Vuosikymmenten ja vuosisatojen välisten vaihteluiden ymmärtämiseen ja niiden ennakointiin tarvitaan lisää dendrokronologista ilmastotutkimusta. 20
Kirjallisuus Abdussamatov, K.I. 2009. The Sun defines the climate. Nauka i Zhizn ("Science and Life"), pp. 34-42. Briffa, K.R., Osborn, T.J., Schweingruber, F.H., Harris, I.C., Jones, P.D., Shiyatov, S.G. & Vaganov, E.A. 2001. Low-frequency temperature variations from a northern tree ring density network. Journal of Geophysical Research, Vol 106, No. D3, P. 2929 2941, February 16, 2001. Büntgen, U., Raible, C.C., Frank, D., Helama, S., Cunningham, L., Hofer, D., Wilson, R., Nievergelt, D., Verstege, A., Timonen, M., Stenseth, N. C. & Esper, J. 2011. [Verkkojulkaisu]. Causes and consequences of past, present and projected Scandinavian summer temperatures. PLoS ONE 6(9): e25133. doi:10.1371/journal.pone.0025133. Saatavissa: http://www.plosone.org/article/info%3adoi%2f10.1371%2fjournal.pone.0025133. [Viitattu 8.11.2011] Cook, E.R. 1985. A Time Series Approach to Tree-Ring Standardization. PhD Dissertation. University of Arizona, Tucson, AZ, USA 1990. A Conceptual linear aggregate model for tree rings. Julkaisussa: Methods of Dendrochronology. Applications in the Environmental Sciences. Cook, E. R. & Kairiukstis, L. A. (toim.) Kluwer Academic publishers. International Institute for Applied Systems Analysis. s. 98 104. ISBN 0-7923-0586-8. D'Arrigo, R., Wilson, R., Liepert, B. & Cherubini, P. 2007. On the Divergence Problem in Northern Forests: A review of the tree-ring evidence and possible causes, Global and Planetary Change, Volume 60, Issues 3-4, February 2008, Pages 289 305. Eronen, M. 1990. Muuttuva ilmasto (The changing climate). Terra 102:4, s. 220-238., Zetterberg, P., Briffa, K.R., Lindholm, M., Meriläinen J. & Timonen, M. 2002. The supralong Scots pine tree-ring record for Finnish Lapland: Part 1. Chronology construction and initial references. The Holocene 12: 673 680. Graps, A. 1995. An Introduction to Wavelets. IEEE Computational Science and Engineering, Summer 1995,Vol. 2, Num 2. IEEE Computer Society. USA. Grissino-Mayer, H. 2010. [www-sivusto]. Principles of Dendrochronology. The Ultimate Tree-Ring Web Pages. Principles in Dendrochronology. Definitions. Saatavissa: http://web.utk.edu/~grissino/principles.htm#def. [Viitattu 8.11.2011] Hari, P. & Arovaara, H. 1988. Detecting CO 2 Induced Enhancement in the Radial Increment of Trees. Evidence from Northern Timber Line. Helama, S., Lindholm, M., Timonen, M., Eronen, M. & 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. & Lindholm, M. 2003. Droughts and rainfall in south-eastern Finland since AD 874, inferred from Scots pine ring-widths. Boreal Environment Research 8 (2): 171 183., Lindholm M., Timonen M. & Eronen M. 2004. Dendrochronologically dated changes in the limit of pine in northernmost Finland during the past 7.5 millennia. Boreas 33 (3): 250 259., Meriläinen, J. & Tuomenvirta, H. 2009a. Multicentennial megadrought in northern Europe coincided with a global El Niño Southern Oscillation drought pattern during the Medi- 21
eval Climate Anomaly. Geology, February 2009; v. 37; no. 2; p. 175 178; doi: 10.1130/G25329A., Timonen, M., Holopainen, J., Ogurtsov, M.G., Mielikäinen, K., Eronen, M., Lindholm, M. & Meriläinen, J. 2009b. Summer temperature variations in Lapland during the Medieval Warm Period and the Little Ice Age relative to natural instability of thermohaline circulation on multi-decadal and multi-centennial scales. J. Quaternary Sci. 24: 450 456., Macias Fauria M., Mielikäinen K., Timonen M. & Eronen M. 2010. Sub-Milankovitch Solar Forcing of Past Climates: Mid and Late Holocene Perspectives. Geological Society of America, Bulletin 122: 1981 1988. Holopainen, J., Helama S. & Timonen M. 2006. Plant phenological data and tree-rings as palaeoclimate indicators since AD 1750 in SW Finland. International Journal of Biometeorology 51: 61 72., Helama, S., Kajander, J.M., Korhonen J., Launiainen J., Nevanlinna H., Reissell A. & Salonen V.-P. 2009. A multiproxy reconstruction of spring temperatures in south-west Finland since 1750. Climatic Change 92: 213 233., Gregow H., Helama S., Kubin E., Lummaa V. & Terhivuo J. 2011. Suomen kasvifenologisista havainnoista 1700-luvun puolivälistä nykypäivään. Sorbifolia (lähetetty julkaisusarjaan). Ilmastomallit. 2011. Ilmatieteen laitos. [www-sivusto]. Saatavissa: http://ilmatieteenlaitos.fi/ilmastomallit. [Viitattu 8.11.2011] Intergovernmental Panel on Climate Change. 2007. Climate Change: Historical Overview of Climate Change Science. Fourth Assessment Report. Geneva, Switzerland. Kultti, S., Mikkola, K., Virtanen, T., Timonen, M. & Eronen, M. 2006. Past changes in the Scots pine forest line and climate in Finnish Lapland: a study based on megafossils, lake sediments, and GIS-based vegetation and climate data. The Holocene 16(3): 381 391 Mattila, E. 2006. Porojen talvilaitumien kunto poronhoitoalueen etelä- ja keskiosien merkkipiireissä 2002 2004 ja kehitys 1970-luvun puolivälistä alkaen. Metlan työraportteja/working Papers of the Finnish Forest Research Institute 27. 76 s. Metsätilastollinen vuosikirja 2010. Metsäntutkimuslaitos. Mielikäinen, K., Timonen, M. & Nöjd, P. 1996a. Männyn ja kuusen kasvun vaihtelu Suomessa 1964 1993. Folia Forestalia - Metsätieteen aikakauskirja 1996(4):309 320. & Timonen, M. 1996b. Growth trends of Scots pine in unmanaged and regularly managed stands in Southern and Central Finland. Julkaisussa: Spiecker, H., Mielikäinen, K., Köhl, M. & Skovsgaard, J.P. (toim.). Growth trends of European forests. Springer- Verlag, Heidelberg-Berlin. EFI Research Report 5: 41 59., Nöjd, P., Pesonen, E. & Timonen, M. 1998. Puun muisti. Kasvun vaihtelu päivästä vuosituhanteen. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 703, 71 s. ISBN 951-40-1644-0, ISSN 0358-4283. Mikola, P. 1950. Puiden kasvun vaihteluista ja niiden merkityksestä kasvututkimuksissa. Summary: On variations in tree growth and their significance to growth studies. Communicationes Instituti Forestalis Fenniae 38(5): 1 131. Ogurtsov, M.G., Helama, S., Eronen, M. & Lindholm, M. 2005. Centennial-to-millennial fluctuations in July temperatures in North Finland as recorded by timberline tree rings of Scots pine. Quaternary Research 63 (2): 182 188. 22
, Jungner, H., Helama, S., Lindholm, M. & Oinonen, M. 2011. Paleoclimatological evidence for unprecedented recent temperature rise at the extratropical part of the northern hemisphere. Geografiska Annaler 93(1): 17 26 Pohtila, E. 1980. Climatic fluctuations and forestry in Lapland. - Holarct. Ecol. 3:91 98. Raspopov, O.M., Dergachev, V.A. & Kolström, T. 2004. Periodicity of climate conditions and solar variability derived from dendrochronological and other palaeoclimatic data in high latitudes.palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 209, 127 139., Dergachev,V.A., Esper, J., Kozyreva, O.V., Frank, D., Ogurtsov, M.G., Kolström, T. & Shao, X. 2008. The influence of the de Vries (~200-year) solar cycle on climate variations: Results from the Central Asian Mountains and their global link. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 259, 6 16. Salzer, M.W. & Hughes, M.K. 2007. Bristlecone pine tree rings and volcanic eruptions over the last 5000 yr. Quaternary Research 67 (2007) 57 68. Shumilov, O.I., Kasatkina, E.A., Mielikäinen, K.J., Timonen, M.I. & Kanatjev, A.G. 2011. Palaeovolcanos, Solar activity and pine tree-rings from the Kola Peninsula (northwestern Russia) over the last 560 years. Int. J. Environ. Res., 5(4):855-864, Autumn 2011. ISSN: 1735 6865 Siebert, L. & Simkin, T. 2002. [www-sivusto]. Volcanoes of the World: an Illustrated Catalog of Holocene Volcanoes and their Eruptions. Smithsonian Institution, Global Volcanism Program Digital Information Series, GVP-3. Saatavissa: http://www.volcano.si.edu/world/. [Viitattu 8.11.2011] Siren, G. 1961. Skogsgränstallen som indikator för klimatfluktuationerna i norra Fennoskandien under historisk tid. Commun. Inst. For. Fenn. 54(2). 66 p. Solanki, S.K., Usoskin, I.G., Kromer, B., Schüssler, M. & Beer, J. 2004. Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years: Nature, v. 431, p. 1084 1087, doi: 10.1038/nature02995. Spiecker, H., Köhl, M., Mielikäinen, K. & Skovsgaard, J.P. (eds.) 1996. Growth trends of European forests. Springer-Verlag, Heidelberg-Berlin. EFI Research Report 5. 372 s. Svensmark, H. & Friis-Christiensen, E. 1997. Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage a missing link in solar-climate relationship. J.Atm.Solar-Terrestr.Physics, 59, 1225 1232. Timonen, M., Helama, S. & Mielikäinen, K. 2010. [Verkkojulkaisu]. Studies with the Finnish 7644-year pine chronology. Julkaisussa: Mielikäinen, K., Mäkinen, H. & Timonen, M. (toim.). 2010. WorldDendro 2010. Abstracts of The 8th International Conference on Dendrochronology, June 13 18, 2010, Rovaniemi, Finland. 379 p. ISBN 978-951-40-2235-7. p. 247. Saatavissa: http://www.metla.fi/tapahtumat/2010/wd2010/abstraktikirja.pdf. Poster presentation: http://lustiag.pp.fi/pa2-14_gt_wd2010_cyclich2.pdf. [Viitattu 8.11.2011] Vaganov, E.A., Hughes, M.K. & Shaskin, A.V. 2006. Growth Dynamics of Conifer Tree Rings. Ecological Studies 183. Springer. Veretenenko, S.V. & Pudovkin, M.I. 1994. Effects of For bush Decreases of Galactic Cosmic Rays in Total Cloudiness Variations. Geomagn. Aeron. 34 (4), 38 Geomagnetism and Aeronomy Vol. 49 No. 2 2009. 44 (1994) [Engl. edition: Geomagn. Aeron. 34, 463 468 (1995)]. 23
24