Luento 13.3.2013 Kyösti Ryynänen 1. ILMASTONMUUTOKSEN VAIKUTUKSET 2. ILMASTONVAIHTELUIHIN VARAUTUMINEN 3. ILMASTONVAIHTELUIHIN SOPEUTUMINEN 4. ILMASTOSOPIMUKSET 5. ESSEIDEN PALAUTUS 25.3.2013 MENNESSÄ (Pääsiäiseksi) kyosti.ryynanen@helsinki.fi 1 KRIITTISET RAJAT EU määritellyt poliittisella päätöksenteolla vaaralliseksi ilmastonmuutokseksi 2C asteen lämpenemisen IPCC huhtikuu 2007 1.5-2.5C asteen keskilämpötilan nousu uhkaisi 20-30% maapallon eliölajeista 4C asteen nousu ylittäisi kaikkien järjestelmien (fysikaalisten, biologisten ja sosiaalisten) kyvyn sopeutua 2 IPCC Perustettu 1988 (maailman ilmatieteen järjestö WMO ja YK:n ympäristöohjelma UNEP) Arviointiraportit 1990, 1995, 2001 ja 2007 tavoitteena selvittää: ilmastonmuutoksen fysikaaliset perusteet vaikutukset, sopeutuminen ja alttius ilmastonmuutoksen lieventämismahdollisuudet >450 pääkirjoittajaa >850 kirjoittajaa IPCC 2007 <2500 asiantuntijaa Nobelin rauhanpalkinto 2007 Jouni Räisänen pääkirjoittaja Atte Korhola kirjoittaja 3 4 Rio de Janeiro 1992 (voimaan 1994) Tukholmassa 1972 YK:n ympäristökokous Seuraava järjestettiin1992 Rio de Janeirossa Ilmastonmuutoksen todellisuuden selkiyttäminen Hillitsemistarve ja että kehittyneet maat toimivat edelläkävijöinä Tunnusti myös ennusteiden epävarmuuden Yli 160 valtiota allekirjoittanut 2003 mennessä yhdeksän konferenssia (Climate Convention) 5 PERIAATTEITA Rio Declaration 1992 and FCCC The Precautionary Principle The Principle of Sustainable Development The Polluter-Pays Principle The Principle of Equity International and Intergenerational 6 1
KIOTO Tavoitteena maapallon ilmakehän CO2 pitoisuuden rajoittaminen (stabilointi) 1997 Kyoto Protocol, ensimmäinen lainmukaisesti sitova sopimus (voimaan 2005) vuonna 2000 päästöjen oltava vuoden 1990 tasolla Teollisuusmaiden alennettava päästöjään 5,2% vuoden 1990 tasosta vuoteen 2008-2012 mennessä Dohan ilmastokokouksessa 2012 Kioton sopimusta jatkettiin vuoteen 2020 2015 tarkoitus sopia uudesta kattavasta KIOTON MEKANISMIT Joint Implementation (JI) voi toteuttaa toisessa maassa ja lasketaan mukaan omiin päästötavoitteisiin The Clean Development Mechanism (CDM) voi toteuttaa kehitysmaissa ja laskea omien tavoitteidensa täyttymiseen Emissions Trading päästökiintiöitä voidaan myydä tai ostaa ilmastosopimuksesta, joka voimaan 72020 8 KIOTO Sopimus säätelee kuutta kasvihuonekaasua Kasvihuonekaasujen vaikutus-potentiaali 100v (GWP 100v) CO2 1 CH4 23 N2O 296 HFC:eet 12-12 000 PFC:eet 5000-12 000 SF6 22 200 TAVOITTEET EU (ja Suomi) CO2, 20% (mahdollisesti 30%) vähentää 2020 mennessä EU jäsenmaiden kaksinkertaistettava bioenergian käyttönsä 2020 mennessä EU autojen polttoaine pelloilta (biopolttoaine) 6% vuonna 2010 20% vuonna 2020 Iso-Britannia CO2, vähennys 30% 2020 ja 60% 2050 mennessä 9 10 Suomen CO2 tavoitteet EU:n vaatimuksesta uusiutuvan energian osuus vuoteen 2020 mennessä nostettava 38%:iin liikenteen ja teollisuuden CO2 päästöt vähennettävä 2020 mennessä 30% vuoden 2005 tasoon verrattuna 11 HELSINGIN KAUPUNKI nykyisin >50% Helsingin kaukolämmöstä tuotetaan fossiilisia polttoaineita polttamalla Helsingin CO2 päästöistä ¾ tulee kivihiilestä ja liikenteestä 2050 energiantuotannon oltava täysin kestävällä pohjalla Uusi jätteenpolttolaitos käyttöön, jätteenlajittelu muuttuu kiinteistöissä 1700-luvulla Helsingissä (Suomenlinna) tuulimyllyjä 12 2
HELSINGIN BUSSIT Hybridibussit otetaan heti pilottikokeiluun, kunhan busseja vaan saadaan toimittajilta (uutinen 20.1.2008) Ottaa jarrutusenergian talteen ja lähtee liikkeelle sähköllä, jolloin juuri kiihdytyksen aikaansaamat suuret päästöt saadaan pois TUKHOLMAN KAUPUNKI JÄTTEENPOLTTO (EI KAATOPAIKOILLE): Tukholman kaukolämmöstä 20% tulee jätteiden (biojätteen) poltosta, 800C lämpötilassa kaikki jäte palaa Kulttuuritalo LED-valaistaan Rautatieaseman ihmisten lämpö talteen ja käyttöön naapuritalon lämmitykseen Lämpöpumppuja Lämpöhukka vuonna 2010, enää 30% saa mennä hukkaan entisen 40% sijaan 13 14 NORJAN TAVOITTEET Norjalla 10% Kioton vaatimuksia kovemmat kansalliset tavoitteet 2030 mennessä poistaa kokonaan CO2 päästönsä (edell. tavoitetta 2050 aikaistettiin 20 vuodella) myös 390 miljoonaa euroa sademetsien tuhoutumista estäviin hankkeisiin panostanut myös vaihtoehtoisten energiamuotojen kehittämiseen, hiilidioksidin talteenottoon ja joukkoliikenteen tehostamiseen JULKISYHTEISÖT Julkinen, poliittinen, päätöksenteko ohjaa kehitystä ja tavoitteiden asettamista lainsäädäntö säännökset valvonta opetustoiminta/tiedotus ympäristöteknologia 15 16 YKSITYINEN SEKTORI Markkinamekanismi määrää ja ohjaa kehitystä ja tavoitteiden asettamista Yksityiset yritykset pörssi allokoi pääomia tuottaville aloille markkinointi media konsultointi teknologia 2007 alussa Richard Branson lupasi 19 miljoonaa euroa, sille joka poistaa ylimääräisen hiilidioksidin ilmakehästä IHMISTEN ENERGIAN TARVE Teollistuneissa maissa ~6000W tehoa/ihminen Kehitysmaissa ~100W Suuri osa ihmiskunnasta ~200W 17 18 3
PLANEETAN EVOLUUTIO Maa-planeetta toimii yhtenä (osin itseään säätelevänä) järjestelmänä, joka koostuu fysikaalisista, kemiallisista, biologisista ja ihmistoimintaan (teknologia ja päätöksenteko) liittyvistä osista (esim. Gaia-teoria, James Lovelock) Ilmastonvaihtelujen syyt, seuraukset ja merkitykset voi ymmärtää kokonaisuuden (planeettatason) tarkastelun kautta kokonaisuus määrää osiensa merkityksen, ilmastonmuutos tulee ymmärrettäväksi vasta kun se asetetaan riittävän pitkäjänteiseen ja laaja-alaiseen kontekstiin reaalitodellisuuden luonnonlakien alaiset fysikaaliset ja kemialliset prosessit määräävät mitä planeetalla tapahtuu tai voi tapahtua (ideat sen sijaan voivat olla yhtä hyvin tosia kuin epätosia kuvauksia todellisuudesta) EKOSYSTEEMIT Ekosysteemit muodostavat reaalitason, jolla asiat oikeasti tapahtuvat ja kohtalo ratkaistaan Kasvit ja eläimet jotka muodostavat paikallisen ekosysteemin ovat täysin riippuvaisia ilmastosta, maaperästä ja veden saannista 19 20 SELVIYTYMISKYVYN ARVIOINTI Eri lajit kokevat ilmastonmuutokset hyvin eri tavoin Herkkyys (sensitivity) aste miten paljon muutos vaikuttaa lajiin myönteiset ja kielteiset vaikutukset suorat tai epäsuorat vaikutukset muutoksessa oleellisia seikkoja voivat olla keskiarvot, vaihteluiden tyyppi, ääriarvojen tasot ja esiintymistiheys Sopeutumiskyky (adaptive capacity) lajin kyky hillitä/säädellä/korjata tuhoja kyky selviytyä muutosten seurauksista kyky hyötyä muutoksesta Haavoittuvuus (vulnerability) edellisten yhteisvaikutus lajin mahdollisuuksiin selviytyä muutoksesta kokonaisuus ratkaisee: muutosten määrä ja missä määrin laji joutuu muutokselle alttiiksi, muutoksen nopeus ja ääriarvot, lajin sensitiivisyys ja adaptiivisuus 21 EKOSYSTEEMIEN KYKY MUUTTUA Nykyinen ekosysteemi ei ole yhtä monimuotoinen kuin aikaisemmat, joten sen kyky selviytyä muutoksista on pienentynyt Sukupolvien pituus vaikuttaa evoluution nopeuteen/potentiaaliin kärpäsillä uusi sukupolvi muutamassa viikossa kasvit siirtyvät enimmillään nopeudella 1 km/vuodessa pitkäikäiset puut eivät ilman jalostustoimintaa ehdi sopeutua muutokseen Muutamassa vuodessa täysi-ikäisiksi kasvavat kasvit voidaan kasvinjalostuksen ja geeniteknologian avulla sopeuttaa muuttuvaan ilmastoon Ongelmaksi tulevat maaperän köyhtyminen (lannoituksen tarve) ja vesivarantojen riittävyys sekä taudit ja tuhohyönteiset lämpenevissä olosuhteissa 22 METSÄT Luonnonmetsät ovat pahemmin ilmastonmuutoksen armoilla, näistä sekametsät selviytyvät parhaiten Istutettujen metsien kohdalla voidaan istutuksin hallita puustoa sopeutumaan muutokseen, istutusten ongelma on taimien kloonattu (yhdenkaltainen) perimä 23 SUOMEN SOPEUTUMISHANKE FINADAPT (SYKE) metsät kasvaisivat puolet nopeammin sopivia lajikkeita etelästä ja istutettava pohjoisemmaksi tehokasvua 2050 asti, jonka jälkeen vesipula hidastaa kasvua ennusteet perustuvat maapallon keskilämpötilan 2-3C nousuun vuosisadan loppuun mennessä 24 4
RISKITEKIJÖITÄ Ilmastonmuutoksen NOPEUS (ei ehditä sopeutua), VÄESTÖRÄJÄHDYS (resurssien rajallisuus) ja nykyyhteiskuntien MONIMUTKAISUUS (häiriöiden sietokykyn lasku) Nykyisin (ylikansoitetussa maailmassa) on vaikea muuttaa paremmin edellisenkaltaisiin (johon sopeuduttu) olosuhteisiin muutoksen tapahtuessa maailmassa syntyy 4-5 ihmistä joka sekunti maailmassa kuolee 2 ihmistä joka sekunti seurauksena vuonna 2050 9 miljardia ihmistä Seuraukset maanviljelykselle ja vesivaroille keskeisiä 25 IHMISEN AIKAISEMPI TOIMINTA Ihmisen vaikutus alkanut jo 10 000 vuotta sitten, kun siirryttiin metsästys- ja keräilykulttuurista viljelemään maata napaseutujen talvet arviolta nyt 7C astetta kylmempiä, ellei tuhansia vuosia sitten olisi aloitettu metsien raivaamista, viljelyä ja riisinviljelyä Kaupungistumisen myötä 5000 vuotta sitten rakennetun ympäristön vaikutukset mukaan Viimeisen 200 vuoden aikainen teollinen kehitys Viimeisen 100 vuoden aikana lisääntynyt aerosolien ja kasvihuonekaasujen päästö ilmakehään 26 MAAPALLON KOHTALO Mitä kaikkea olisi otettava huomioon? Ulkopuoliset uhat? Planeetan uhat? luonnolliset ihmiskunnan NYKYINEN MAAPALLO Maapallon nykyinen tila on monelta osin uusi ja ainutkertainen, minkä vuoksi myös sen mallintaminen on vaikeaa mantereiden asema ja ekosysteemin tila ihmiskunnan kulttuuri ja teknologia vaikea verrata mihinkään aikaisempaan maapallon tilaan ihmiskunnalla on käytettävissään tiede ja teknologia, joita ei aikaisempina vuosisatoina ole ollut käytettävissä, tämä tulee vaikuttamaan tehtäviin päätöksiin 27 28 Suuret kysymykset: VISIOITA Energian tuotanto Ravinnon tuotanto Infrastruktuurin ylläpito Nämä suhteutettuna maapallon väestömäärään 29 GEOENGINEERING Geosuunnittelu Hiilidioksidin poistolaitteistot Yläilmakehään heijastavia ilmapalloja Avaruuteen peilejä Valtamerille kelluvia pilvien tiivistymisydingeneraattoreja Heijastavien rikkipohjaisten aerosolien sirotteleminen yläilmakehään 30 5
TEKNOLOGIOITA Keinotekoinen fotosynteesi Aaltohöylä Merivirtojen valjastaminen sukellusveneen tavoin 100m syvyydessä operoivat turbiinit 31 YDINVOIMA Nykyisin 442 kpl fissioydinvoimaloita (2012) uusia tekeillä noin 100, joista 1/3 Kiinaan ydinvoimalla tuotetaan 1/6 maailman sähköstä Fuusioreaktorin vaatima lämpötila 100 miljoonaa astetta ITER, kansainvälinen fuusioenergiaprojekti Vedyn isotoopit deuterium ja tritium yhdistyvät heliumatomeiksi, onnistuttu ylläpitämään joitakin sekunteja Rakentaminen alkaa 2014, energiaa 2016? Energialtaan 1 litra vettä vastaisi 300 litraa öljyä 32 KUUSTA YDINVOIMAA 500 miljoonaa tonnia helium-3 Kuussa Tuotaisiin maanpäälle uudella Orion avaruusaluksella fuusioydinvoimaloihin, pari lastia riittäisi koko Maapallon energian tarpeeseen Helium-3 vapautuu Kuun regoliitista (pintakerroksesta), kun sitä lämmitetään 6000K lämpötilaan Kuun helium-3 riittäisi 1000 vuodeksi Maapallon energialähteeksi 33 RATKAISUT Maa-planeetta ja ihmiskunta tulee ratkaisemaan ilmastokysymykset lyhyellä tähtäimellä Energiatehokkuus Ilmasto-sopimukset Päästöjen talteenotto pitkällä tähtäimellä Termostaatti (jolla ilmastoa manipuloidaan) Aurinkoenergia Aurinkokunnan laajamittainen hyödyntäminen (sivilisaatiot, energiantuotanto, raaka-aineet jne.) 34 LÄHDEKIRJALLISUUS John Houghton: Global Warming, The Complete Briefing, Cambridge University Press, 2004 (1994) Hannu Karttunen, : Ilmakehä, sää ja ilmasto, Ursa, 2008 Jorma Keskitalo: Maapallon muuttuva ilmasto, Tammi, 2005 Maan ytimestä avaruuteen, Suomalaisen Tiedeakatemian 100 vuotta 2008 juhlaseminaari 10.-11.1.2008, esitelmät ja esitelmätiivistelmät Dos. Jouni Räisäsen (Fysikaalisten tieteiden laitos) esitelmä Observatoriolla 12.3.2008 (ja 1.4.2008 Kumpulassa sekä 28.10.2008 Porthaniassa): Maan ilmakehän mallit: fysikaaliset perusteet 35 6