Mauri Timonen Lapin lääninhallituksen järjestämä ilmastonmuutosseminaari 16.11.2007 Sodankylän geofysiikan observatoriossa, Tähteläntie 62, Sodankylä Pekka Nöjd / 15:00-15:45 Mauri Timonen, Metsäntutkimuslaitos Muinainen, nykyinen ja tuleva ilmasto vuosilustoista tulkittuna Koko ohjelma: http://www.laaninhallitus.fi/lh/lappi/bulletin.nsf/spfedbd?openview&category=lappilhsivistysosasto
/ Mauri Timonen
I Lapin metsänrajamännyn ajalliset ja alueelliset ulottuvuudet Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Mauri Timonen 250-vuotias metsänrajamänty Levin lakialueella toimittaja Pekka Maunon tutkittavana (2003) Lapin metsänrajamännyn kasvu riippuu voimakkaasti kesä-heinäkuun lämpötilasta. Tähän ominaisuuteen, puuaineksen hyvään säilyvyyteen ja helppoon saatavuuteen sekä koko joukkoon myös muita ominaisuuksia perustuu liki 8000 vuoden ajanjakson kattava kotimainen ns. dendroklimatologinen ilmastonmuutostutkimuksemme.
Kaaviokuva puun kasvusta, jonka peruskomponentteja ovat pituuskasvu, paksuuskasvu ja tilavuuskasvu. Oman kokonaisuutensa muodostaa vuosiluston sisällä tapahtuva kasvukauden aikainen solututkimus, joka on merkittävästi lisännyt kasvutapahtumaa ja sen myötä myös ilmastonmuutosta koskevaa ymmärtämystämme. Mauri Timonen
Mauri Timonen Näkymä Näkkälästä Pöyrisjärvelle johtavalta tieltä. Mänty ja koivu saapuivat idästä Lappiin 9000-8000 vuotta sitten, kuusi vasta 3000 vuotta sitten. Ilmasto oli useita asteita nykyistä lämpimämpi 7000-5000 vuotta sitten ns. atlanttisella kaudella. Järeää mäntyä kasvoi silloin nykyisen mäntymetsänrajan ylä- ja pohjoispuolella (alpiininen ja polaarinen raja). Vanhin Suomesta löydetty männyn megafossiili syntyi Inarin Iijärvellä 5633 eaa., ts. yli 7640 vuotta sitten. Mauri Timonen Muinaista metsää yläkuvan lammen katkoviivalla osoitetussa kohdassa.
dddd Harjanteella 470 metrin korkeudella merenpinnasta sijaitseva Käsivarren Vallijärvi on yksi mielenkiintoisimmista atlanttisen kauden mäntymegafossiililähteistä. Viimeiset männyt joutuivat ilmaston viiletessä väistymään sieltä noin puolitoistatuhatta vuotta sitten.
Mauri Timonen Mauri Timonen Mauri Timonen Näkymiä Käsivarren Vallijärveltä (1998) Vallijärven muinaisrungot ovat kiistaton osoitus siitä, että ilmasto on joskus ollut männylle nykyistä suotuisampi. Viimeiset havainnot männyistä ajoittuva 600-luvulle jaa. Nykyinen mäntymetsänraja jää kymmeniä kilometrejä etelämmäksi, Pättikän tienoille.
Lapin metsänrajamännyn vuosilustoihin on tallentunut hyvin monentyyppisiä ympäristövaikutuksia. Osa niistä liittyy metsikön sisäiseen dynamiikkaan, jossa puiden välinen kilpailu yms. tekijät vaikuttavat yksittäisen puun kasvuun. Puun kasvuun vaikuttavat myös ulkoiset tekijät, joista esimerkkejä ovat myrskyt, tulipalot, ihmisen toiminta ja ilmaston luontaiset vaihtelut trendimäisine muutoksineen. Ihmisen toimintojen ja ilmaston välisten yhteyksien selvittäminen puulustojen sisältämän informaation avulla on noussut kaikkialla maailmassa suureen suosioon vii-meisen kymmenvuotiskauden aikana. Oheinen posteri (http://lustiag.pp.fi/ilmupos.pdf), joka määrittelee ilmastonmuutostutkimuksen viitekehyksen, antaa käsityksen Lapin metsänrajamännyn suhteesta ympäröivään maailmaan. Lisää lustotutkimuksemme taustoista linkissä http://lustiag.pp.fi/arizmak14b.pdf.
Onko tulossa? Mauri Timonen Kahden viime lämpökauden (interglasiaalin) ja niiden välisen jääkauden lämpötilavaihtelu on vain viiden asteen luokkaa. Ilmaston lämpenemisen ja viilenemisen marginaalit pohjoisilla alueella ovat pienet. Lisäksi lämpökaudet ovat lyhyitä: Eemikausi kesti vain 13000 (tai 17000) vuotta. Koska nykyistä lämpökautta on eletty jo 11000 vuoden verran, on Suomikin hyvää vauhtia, ainakin periaatteessa, liukumassa seuraavaan jääkauteen. Linkki http://fi.wikipedia.org/wiki/j%c3%a4%c3%a4kausi
Viite: Mäkinen, K. 1982. Tiedonanto Vuotson interglasiaalisesta lehtikuusen rungosta.geologi 34:183 185. http://lustiag.pp.fi/ CC-Art/ FinnishRes/1982_Makinen_VuotsonLehtikuusi.pdf Mauri Timonen Vuotson kanava kaivutöiden aikana löytynyt lehtikuusen runko on peräisin viime jääkautta edeltäneeltä Eemikaudelta (130 000 118 000 vuotta sitten)
Pohjoisen pallonpuoliskon ilmasto oli ns. Atlanttisella kaudella 7000-5000 vuotta sitten nykyistä selvästi lämpimämpi. Overpeck ym. (1999) mukaan kesälämpötilat olivat tuolloin 1.5-4 o Cja talvilämpötilat jopa 9 o C nykyistä lämpimämpiä. Skandinaviassa nautittiin nykyistä 2-4 o C lämpimämmistä olosuhteista. Viite: http://fi.wikipedia.org/wiki/atlanttinen_l%c3%a4mp%c3%b6kausi Silloisella jopa 2000 vuoden pituisella lämpökaudella ei näytä olleen merkittäviä haittavaikutuksia esimerkiksi jäätiköiden sulamisesta aiheutuvan meriveden pinnan nousun muodossa. Lämpimyys sai aikaan mäntymetsänrajan siirtymisen jopa 85 km nykyistä pohjoisemmaksi ja parisataa metriä nykyistä ylemmäksi. Tuolloin myös lämpöä vaativat puulajit viihtyivät nykyistä pohjoisempana. Kerwin, M., J.T. Overpeck, R.S. Webb, A. DeVernal, D.H. Rind and R.J. Healy, "The role of oceanic forcing in mid-holocene northern hemisphere climatic change." Paleoceanography, 14, pp. 200-210. 1999. Katso myös artikkelia The Mid-Holocene "Warm Period linkissä http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/globalwarming/holocene.html
Euroopan ja Pohjois-Amerikan lämpötilavaihteluista viimeisten 800 000, 150 000, 18 000 ja 1000 ja 100 vuoden aikana. a) Ainakin kahdeksan jääkautta on esiintynyt viimeisten 800 000 vuoden aikana. b) Viime jääkautta edeltävän Eemin ja nykyisen holoseenin lämpötilakehitykset muistuttavat toisiaan. Jääkautiset lämpötilat ovat 4-5 astetta alempia. c) Nykyisen holoseenikauden lämpömaksimi sattui Atlanttiselle kaudelle noin 6000 vuotta sitten, jolloin oli nykyistä pari astetta lämpimämpää. d) Viimeinen vuosituhat alkoi keskiajan lämpökaudeksi kutsutulla jaksolla. Silloinen noin puolen asteen lämpötilan nousu vastaa nykyistä nousua. Kylmintä oli pienen jää-kauden aikana 1600-luvun lopulla. e) Lämpötilan nousua 1900-luvun alkupuoliskolla pidetään toipumisena pienestä jääkaudesta Vuosisadan lopulla tapahtunut lämpötilan nousu aiheutuu Suomessa NAO-ilmiön aktivoitumi-sesta. Lähteet: Bradley & Eddy 1991 (a-c), Daly 2001 (d) ja Jones 1997, Ojansuu & Henttonen (1983) sekä Ilmatieteen laitos (e). Kuvat uudelleen piirsi Mauri Timonen
Holoseenin ilmastovaihtelut (sinipuna) ja Lapin metsänrajamännyn lyhytjaksoiset (<100 v) kasvutrendit (valkoinen viiva). Pitempijaksoiset kasvutrendit saadaan näkyviin RCS-metodilla. Erityistä huomiota kiinnittää vuoden 1630 eaa. paikkeilla oleva kasvun romahtaminen, joka ilmeisesti on liityksissä Santorinin tulivuoren jättiräjähdykseen (ks. http://fi.wikipedia.org/wiki/santorini). Myös muut purkaukset näkyvät pienempinä piikkeinä lustosarjassa kuten Mt. Pelée 2440 eaa.(?) Rabaul (?) 536 jaa. (?) ja Huaynaputina 1600 jaa. http://fi.wikipedia.org/wiki/tulivuorenpurkauksen_vaikutukset_ilmastoon) Mauri Timonen
Mauri Timonen http://www.volcano.si.edu/world/find_regions.cfm Tulivuoritoiminta näkyy Lapin metsänrajamännyssä kasvun romahduksina eli poikkeuksellisen kapeina vuosilustoina. Ilmiö selittyy yläilmakehään joutuneella tuhkalla, joka heikentää auringon sätei-lyn läpipääsyä alailmakehään. Ilmiö saattaa kestää vuosia tai vuosikymmeniäkin, varsinkin silloin, kun useita tulivuoria purkautuu peräkkäisinä vuosina. Vasemmanpuoleisesta kuvasta nähdään tulivuorten suuri määrä mannerlaattojen murroskohdissa. Tulivuoritilasto: http://www.volcano.si.edu )
II Vedenalaista metsäntutkimusta Kuvia maastosta Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Mistä subfossiileja löytyy? Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Mauri Timonen Näkymä Näkkälän suppalammelta (1998) Männyn nykyinen puuraja kulkee Palojärven ja Näkkälän välisen tien läheisyydessä. Alueen kumpuilevien harjanteiden väliin muodostuneet jääkautiset taskut, suppalammit, ovat hyviä subfossiilisten puujäänteiden kohteita.
Mauri Timonen Näkymä Näkkälän suppalammelta (1998) Rantanäkymä edelliseltä lammelta. Jos mäntyä on ennen muinoin kasvanut rannalla, tarjoaa tämän tyyppinen turvepohjainen ranta parhaat olosuhteet männyn subfossiilien pitkäaikaiseen, jopa yli 7500 vuoden säilymiseen lahoamattomana. Turpeen alla oleva paksu mutakerros estää myös runkojen mekaanista kulumista ja vähentää mikrobitoiminnan minimiinsä, varsinkin silloin, kun järvi on hetepohjainen.
Mauri Timonen Näkymä Pulmankijärven lammelta (2007) Suomen pohjoisimman ison järven, Pulmankijärven, viereisen pikku lammen rannalla ei näy merkkiäkään elävistä männyistä, kantojuurakoista puhumattakaan. Tunturikoivu on vallannut seudun. Mutta tämänkin lammen pohjasta löytyy tukkipuukokoisia mäntysubfossiileja.
Mäntysubfossiilit paikallistetaan rantamudasta helpoiten joko snorklaamalla ja katsekontaktilla tai jalkatutkaimella. Viimeksi mainitulla tarkoitetaan hidasta kahlaamista vedessä rannan myötäisesti siten, että jalka vajoaa joka askeleella mahdollisimman syvälle mutaan. Kun jalka osuu kovaan kohteeseen, voi kyseessä olla subfossiilinen puunrunko. Kohteen lähempi tunnustelu paljastaa, onko syytä ryhtyä jatkotoimenpiteisiin rungon nostamiseksi. Jos runko kuitenkin on liian syvällä mudassa, tunnusteluvaihe jätetään sikseen ja ryhdytään suoriin nostotoimenpiteisiin järeämmillä laitteilla. Mauri Timonen Tauno Luosujärvi etsintätyössä Kolarin Pitkäjärvellä Mauri Timonen Tauno Luosujärvi etsintätyössä Inarin Rahajärvellä
Mauri Timonen Kalmankaltion tien varsi1998 Tällainen järeärunkoinen männyn megafossiili paljastui Kalmankaltion pikku lammen soistuneen reunan alta. Puu kaatui ja upposi rantamutaan noin 5000 vuotta sitten.
Mauri Timonen YLEN sukeltajia Hossan sukellusleirillä 1996 Kun mänty kaatuu vain puolittain veteen, lahoaa veden yläpuolelle jäänyt osa sopivissa olosuhteissa kuin veitsellä leikaten. Veden alla jäänyt osa sen sijaan saattaa säilyä jopa vuosituhansia ilman, että olisi merkkiäkään lahoamisesta. Mekaanista kulutusta (veden liike, tuuli jne.) runko ei kuitenkaan kestä loputtomiin.
Menetelmiä lustonäytteiden ottamiseksi Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Mauri Timonen Timo Pennanen sukellusleirillä Hossan Öllörijärvellä 1996. Oma haasteensa on sahata sukellusvarusteissa kiekkonäytettä pöllyävän mudan peittäessä kaiken näkyvyyden. Ongelmana lisäksi on suuri ilmankulutus: kiekon sahaaminen järeämmästä rungosta saattaa tyhjentää pullon ilmavaraston kokonaan!
Mauri Timonen Jouko Laitinen kairaamassa Kuusamon Hossan Öllörijärvellä (1996). Lustonäytteen kairaaminen on sahaamistakin paljon vaikeampaa. Näytelastun ulosveto kairasta ja siirto säilytysputkeen lähes sokkona pöllyävän mudan keskellä vaatii taitavaltakin sukeltajalta huolellista keskittymistä.
Matti Eronen Inarin Iijärvi joskus 1990-luvun alkupuolella Lihasvoimakin riittää muinaisrunkojen irrottamiseen järven pohjamudasta. Professori Matti Erosen työryhmä näyttää mallia.
Mauri Timonen Mikko Välimaa ja Kullervo Ruotsalainen nostotöissä Kalmankaltion järvellä 1996 Ranskalaisvalmisteinen talja Tirfor T-560 20-metrisine ja 11 mm paksuine teräsvaijereineen on melko painava (20 kg) yhdistelmä kannettavaksi. Mutta painonsa vastineeksi se vetää maatalous-traktorin tehoilla (3000 kp). Työryhmä on vinssannut rannalle järven paksun pohjamudan syvyyksistä puolenkymmentä atlanttisella kaudella peräisin olevaa, noin 5000 vuoden ikäistä mäntymegafossiilia.
Mauri Timonen Mauri Timonen Kalmankaltion lampi Mauri Timonen Näytekiekot on helpointa leikata moottorisahalla, jonka teräketjua voidellaan luontoa saastuttamattomalla rypsiöljyllä. Vuosituhansien ikäinen subfossiinen puuaines kimaltelee näytteenoton jälkeen kirkkaankeltaisena. Mutta kestää vain 10-15 minuuttia, kun pinta on jo ehtinyt hapettua kuparinruskeaksi. Rannalle vedetyt rungot palautetaan merkintöjen jälkeen takaisin veteen, jossa ne paikallistetaan tarvittaessa uudelleen.
Kuva kiekot on kerätty yli 30 metsänrajaseudun järvestä (kartta). Tästä kiekkokasasta rakennetaan vuosilustokalenteri! Mauri Timonen Metlassa vuonna 1994 kootun ensimmäisen pitkän mäntylustosarjan pituus oli 1911 vuotta. Siihen tarvittiin 33 järvestä kerätty 400 subfossiilinen kiekkoaineisto. Sarjan nuorempi pää rakennettiin Saariselän Riekkovaaran ja Muotkaruoktun kelojen kairausnäytteistä (100 kpl) ja Metlan Valta-kunnallisen KasvuIndeksipalvelun (VKIP) indeksikoelastuista (800 kpl).
1122 A Kantojuurakko Muotkanruoktun Kuntsavaara 1999 B R96A23 Peltovuoman Pitkäjärvi 1999 Mauri Timonen -2617-2873 942 C Kelo, 1000 v Muotkanruoktu 1999 D Vallijärvi 1999 E VAL0473 Suomi-puu, Vallijärvi 1999 Megafossiilinäytteet ovat toisinaan luonnon taideteoksia.
Maastossa koettua: Pättikän lammen Kirvespuu. Terveisiä muinaisilta peuranmetsästäjiltä! Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
-634 Pat1-11 Mauri Timonen -837 5 cm Käsivarren Pättikän kylän läheiseltä lammelta löytyi kirveellä kaadettu aihkipetäjän runko. Tuuliko lie tarttunut peuranmetsästyksen tarpeisiin tarkoitettuun puuhun, kun se kaatui väärään suuntaan ja vajosi lammen pohjamutaan?
Suomen silhuettia pystyasennossa ja peilikuvana muistuttavat näytekiekot sahattiin tästä krokotiiliä muistuttavasta 2700 vuotta vanhasta Vallijärven mäntyrungosta. Vaikka runko on jo puoleksi hävinnyt, on siinä silti vielä jäljellä joitakin oksia. Alla olevat näytekiekot on leikattu nuolien osoittamasta paikasta. Mauri Timonen Vallijärven Suomipuu (1998)
III Työskentelyä lustolaboratoriossa: mittaaminen, ajoittaminen ja lustosarjojen kokoaminen Mauri Timonen Marjukka Laine Timo Pennane
Mauri Timonen Metlan Kolarin yksikön dendrokronologian laboratorio Kolarin tutkimusyksikön dendrokronologian laboratoriossa on käytössä yksi KS-KINSYS standardin mukainen lustonmittauslaitteisto. Huoneen vasempaan nurkkaukseen tullaan sijoittamaan toinen, vielä valmisteilla oleva seuraavan sukupolven tarpeita palveleva laitteisto.
Mauri Timonen Tauno Luosujärvi mittaustyössä (2000) Näytteet mitataan joko mikroskoopin välityksellä suoraan kiekosta tai videomonitoria apuna käyttäen. Laitteistoon on kytketty myös mikrotietokone, jonka lustonmittausohjelma huolehtii tietojen siirtymisestä tiedostoon.
Puunäytteiden dendrokronologinen ajoittaminen perustuu vastinvuosien kasvujen ristiin ajoittamiseen. Tieto siitä, että männyn kasvun minimitekijänä on lämpötila ja että kesät eivät ole veljeksiä keskenään, ts. silloin tällöin on tavanomaista kylmempiä ja lämpimämpiä kesiä, riittävät perusteiksi eri puista peräisin olevien saman kalenterivuoden vastinvuosien tunnistamiseen.
IV Mitä lustot kertovat ilmastosta? Metla/Erkki Oksanen Luston leveys, mm 1.5 1.0 0.5 Näyte PIT5612 0.0-2790 -2780-2770 -2760-2750 -2740-2730 -2720-2710 -2700-2690 -2680-2670 Vuosi, eaa.
Puiden herkkyys lämpöön ja kosteuteen riippuu useista tekijöistä, mm. puulajista, kasvupaikasta ja maantieteellisestä sijainnista. Männyn kasvu Pohjois-Suomessa riippuu miltei yksinomaan lämmöstä. Etelä-Suomessa lämmön ohella vaikuttaa myös kosteus. Puun kasvukausi käynnistyy vasta +5 o C:n kynnyslämpötilan ylityttyä. Kynnyksen ylittymiseen vaikuttavat mm. keväällä lämpö (alku) kesällä lämpö ja kosteus syksyllä valo (loppu) talvella kylmyys ja lumi Metla/Erkki Oksanen
Näiden pari tuhatta vuotta sitten eläneiden puiden kasvut ovat vaihdelleet hyvin samansuuntaisesti kylmien ja lämpimien kesien tahdissa.
Ristiinajoitetut lustosarjat (mustat viivat) limittyessään toistensa suhteen mahdollistavat yksittäisten näytteiden yhdistämisen vuodentarkaksi lustosarjaksi (lustokalenteriksi). Kuvan sarja kattaa ajanjakson 500 eaa. 1300 jaa. Sarja perustua yksittäisiinkin lustosarjoihin, jos niiden sisältämä ns. ilmastosignaali (lustoleveyksien yhteys kylmiin ja lämpimiin kesiin) on tilastollisesti merkitsevä. Toistojen määrää mitataan ns. EPS-tunnuksella (Expressed Population Signal, punainen murtoviiva). Peukalosääntönä pidetään EPS-minimiarvoa 0.85 (punainen pisteviiva). RBAR (vihreä murtoviiva) kertoo lustosarjojen keskimääräisestä korrelaatiosta.
Lustosarjoista laskettujen keskiarvojen soveltamisessa tilastollisiin analyyseihin, esimerkiksi kuukausilämpötilojen ja vuosilustoindeksin välisen korrelaation laskemiseen, on huomioitava jälkimmäiseen liittyvä tarkkuusvaatimus. Kuukausilämpötilakeskiarvon virhe on minimaalinen verrattuna indeksin keskiarvoon, jossa jo ± 5 % virhe 95 luotettavuustasolla vaatii esimerkiksi Inarissa 256 havaintoa (variaatiokerroin 40 %).
Samples by age range and calendar year 60 50 Riekkovaara EPS RBAR 1.0 0.85 0.5 0.0 40 30 20 10 N 0-500 0 500 1000 1500 2000 Esimerkki vuosilustosarjan muodostumisesta ajanjaksolle 500 eaa. 2000 jaa.
Mauri Timonen V Pitkät lustokalenterit Professori Gustaf Sirén (1994)
Mauri Timonen Sirénin 780-vuotinen metsänrajamännyn lustokalenteri (1181-1960) Professori Gustaf Sirén (1994)
Metlan 1911-vuotinen metsänrajamännyn lustokalenteri (86-1996) Mauri Timonen Prof. Kari Mielikäinen
Pitkien vuosilustosarjojen historia Metlassa Vuonna 1994 aloitettiin Kasvun vaihtelun tutkimushankkeessa professori Kari Mielikäisen johdolla työ, jossa koottiin elävien puiden, kelojen, vanhojen rakennushirsien, kantojuurakoiden ja muinaispui-den (subfossiilien) lustoista 1911 vuoden pituinen lustokalenteri (Mielikäinen & al. 1998). Sarjan käytettävyyttä tutkimus-, opetus- ja esittelytarkoituk-siin parannettiin yhdistämällä siihen metsänraja-seudun kasvukauden ilmastoa kuvaava kesä-heinä-kuun keskilämpötilakäyrä ja Sirénin (1961) uudistumisvuodet vuoteen 1998 saakka päivitettynä. Sarja muodostaa edelleenkin Metlan lustotutkimuksen keskeisen työvälineen, jolla ratkotaan mm. ilmastokysymyksiä. Viite: Mielikäinen, K., Nöjd, P., Pesonen, E. & Timonen, M. 1998. Puun muisti. Kasvun vaihtelu päivästä vuosituhanteen. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 748. 54 s. http://lustiag.pp.fi/puun%20muisti.pdf Metlan 1911-vuotisen lustosarjan lustonäytteiden jakautuminen eri ajankohtiin.
Kasvun vaihtelu viimeisen tuhatvuotiskauden aikana - Metsänrajamännyn vuosilustojen leveyksistä laadittu lustokronologia kertoo rytmisesti vaihtelevista kesä-heinäkuun keskilämpötiloista. - Tuhannen vuoden aikaperspektiivissä tarkasteltuna 1900-luvun kasvunvaihtelut eivät poikkea olennaisesti aiempien vuosisatojen vaihteluista. - 1900-luvun lämmintä ilmastojaksoa on edeltänyt ainakin 10 vastaavaa lämpenemistä. Vastaavasti kylmät jaksot ovat seuranneet lämpimien jaksojen perässä. - Männyn kasvua säätelevä kesä-heinäkuun keskilämpötila on pysynyt viimeisen 100 vuoden aikana muuttumattomana (oranssi käyrä vuotuisin arvoin ja sininen käyrä 20 vuoden liukuvin keskiarvoin tasoitettuna). - Lustosarjojen rytmisyys (syklisyys) kiinnostaa ilmastonmuutostutkijoita erityisen paljon, koska syklien arvellaan aiheutuvan auringon aktiivisuuden vaihteluista, maan liikkeistä avaruudessa tai maan merivirtojen liikkeistä yms. - Kasvujen vertailu Sirénin uudistumisvuosiin (1961, 1996) osoittaa, että Lapin metsänrajametsät uudistuvat pääsääntöisesti suotuisten jaksojen yhteydessä.
Männyn ja kuusen kasvun äärivaihtelua (minimi- ja maksimivuosia, piikkivuosia) 1900-luvulla Etelä- ja Pohjois- Suomessa kuvaava nelikenttä osoittaa, että PS:n männyllä ja ES:n kuusella on runsaasti äärevyyttä kasvussa. Syynä kasvun minimitekijä, joka edellisellä on lämpötila ja jälkimmäisellä kosteus. Ks. http://lustiag.pp.fi/puun%20muisti.pdf s.32.
Pitkien vuosilustosarjojen historia Metlassa Vuosilustoindeksit ja piikkivuodet Kasvun poikkeukselliset vuodet eli piikkivuodet kuvaavat ensisijaisesti kasvun vuosien välistä vaihtelua, mikä mahdollistaa muun muassa eri ajankohtien kasvujen keskinäisen vertailun. Ne soveltuvat myös yksittäisten vuosien kasvujen tarkasteluun tapauksissa, joissa vertailukohtana pidetään keskimääräistä kasvukehitystä. Vuosilustoindeksiä pidetään jonkin ajanjakson kasvun vaihtelua kuvaavana yleistunnuksena. Voidaan laatia myös tunnuksia, joil-la arvioidaan yhden vuoden tai vuosijakson kasvua erilaisten vertailukohtien tai taustatekijöiden suhteen. Erästä tällaista mitta-ria kutsutaan dendrokronologiassa piikkivuosianalyysiksi (pointer year analysis, event year analysis). Piikkivuosianalyysissä lustosarjasta etsitään etukäteen asete-tuin ehdoin kasvultaan poikkeuksellisia vuosia eli piikkivuosia (pointer year, event year) tai useiden vuosien muodostamia poikkeuksellisia kasvujaksoja eli tapahtumia (events). Ks. http://lustiag.pp.fi/puun%20muisti.pdf s. 46 ja 49.
Mauri Timonen Puulustosarjojen lippulaiva: Lapin metsänrajamännyn 7641-vuotinen lustokalenteri Prof. Matti Eronen (2003) Marjukka Laine Timo Pennanen
Lapin pitkän kronologian syntyvaiheet Kotimaisessa vuosilustotutkimuksessa tehtiin vuoden 1999 alussa merkittävä läpimurto, kun pitkään valmisteilla olleen metsän-rajamännyn lustokalenterin viimeinenkin aukko saatiin umpeen. Samalla päästiin koko sarjassa radiohiiliajoituksen noin sadan vuoden tarkkuudesta vuodentarkkuuteen. Ansio 7519 vuoden pituiseksi osoittautuneen sarjan kehittämisestä kuuluu professori Matti Eroselle, joka jo vuonna aloitti 1974 neljännesvuosisadan kestäneen projektinsa keräämällä ensimmäiset subfossiiliset näytteensä männyn metsänrajalta radiohiiliajoituksia varten. Vuosikymmentä myöhemmin hän käynnisti ajoittamiensa 60 radiohiilinäytteen turvin Lapin pitkän mäntykronologian kokoamiseen tähtäävän tutkimusprojektin. Hän huolehti lustosarjan laadintatyöstä järjestämällä lukuisia tutkimusrahoituksia ja osallistumalla aktii-visesti työn kaikkiin vaiheisiin. Metla aloitti vuonna 1994 pitkiä lustosarjoja koskevan tutkimustyön professori Kari Mielikäisen johtamassa Kasvun vaihtelun tutkimushankkeessa. Erosen ja Metlan tutkijoiden yhteistyö sai viralliset puitteensa vuosina 1996-1999 toteutetussa yhdeksän maan EU-projektissa ADVANCE-10K, jota koordinoi englantilainen ilmastotieteilijä Keith R. Briffa. Eronen toimi projektin suomalaisena koordinaattorina ja allekirjoittanut vastasi Metlan osuudesta projektissa. Matti Eronen Matti Eronen Näkymiä nykyisen mäntymetsänrajan yläpuolella sijaitsevista maisemista.
Jatkoa edelliseltä sivulta Eronen työryhmineen eteni kahden viime vuosituhannen osalta ongelmattomasti, mikä merkitsi nykyhetkestä vuoteen 165 ekr. ulottuvan sarjan syntymistä (Zetterberg & al. 1994, Eronen & al. 1996). Työn seuraava vaihe, jossa oli tavoitteena jatkaa sarjaa taaksepäin niin pitkälle kuin mahdollista, osoittautui kaksijakoiseksi. Yli 5000 vuoden pituiseksi venytetty sarjan yhtenäinen osa jäi kellumaan, sillä sitä ei saatu yhdistetyksi edellä mainittuun nykyhetkestä vuoteen 165 ekr. ulottuvaan sarjaan (Zetterberg & al. 1996). Radiohiiliajoitukset sijoittivat sarjan ajanjaksolle 5500-370 ekr., ajoitustarkkuuden ollessa ±100 vuotta. Sarjojen väliin (370-165 ekr.) jääneestä parin sadan vuoden aukosta muodostui yllättäen liki vuosikymmeneksi ongelma, sillä mikään näyte ei tuntunut ajoittuvan siihen. Samaan ongel-maan törmättiin myös Ruotsissa vastaavassa työssä sekä Keski-Euroopassa tammen 8000-vuotista sarjaa laadittaessa. Mauri Timonen Sallan Hartikanlampi 2005 Tauno Luosujärvi (vedessä) taistelemassa mutaisen puun parissa (2005). Aukon sulkemisesta tuli haaste sekä Suomessa että Ruotsissa samanaikaisesti käynnissä olleissa tutkimuksissa. Uutta aineistoa kyllä kertyi aukon molemmille reunoille, mutta yhdistävää linkkiä ei kuitenkaan onnistuttu löytämään. Mauri Timonen Peuranmetsästäjät kaatoivat tämän puun kirveellä 2600 vuotta sitten (1998).
Jatkoa edelliseltä sivulta Ongelmaan paneuduttiin jälleen kerran vuonna 1996 alkaneessa yhdeksän maan kolmivuotisessa Advance-10K EU-projektissa. Sen yhdeksi osaprojektiksi määriteltiin Lapin pitkän mäntykronologian loppuunsaattaminen. Tässä vaiheessa myös Metla liittyi Erosen Suomen osalta koordinoimaan EU-tutkimukseen. Nyt oli mahdol-lista myös käyttää entistä enemmän sukellustyötä apuna. Aukon täyttämiseksi laadittiin kaksi rinnakkaista suunnitelmaa: toisessa keskityttiin metsänrajalla ja toisessa etelämpänä sijaitse-viin näytteisiin. Metla otti vastuulleen jälkimmäisen osatehtävän. Aukon tuntumaan ajoittuvaa aineistoa nostettiin 1500 näytteen verran yli 40:stä järvestä. Aukon sulkeminen näytti kaikesta yrityksestä huolimatta edelleenkin vaikealta, sillä se oli Mauri Timonen Matti Eronen Matti Eronen työryhmänsä kanssa kiskomassa subfossiilirunkoa järven pohjamudasta. edelleenkin olemassa projektin kahden ensimmäisen maastokesän jälkeen. Vasta kolmantena kesänä löytyi Raja-Joosepin läheisyydessä sijaitsevalta Kompsiojärveltä puuttuva lenkki: rantamudasta esiin kaivetusta subfossiili-rungosta leikattu näytekiekko KOM6724 ajoittui jaksoon 379 181 ekr. Se sekä aiemmin Utsjoen Ailigasjärven subfossiililöydöstä leikattu FIL6201 (512-231 ekr.) kättelivät keskenään ja täten liittivät erillään olleet 2150 ja 5000 vuoden sarjanosat toisiinsa. Asiaan saatiin vahvistus Ruotsista, jossa oli saatu ajoitetuksi radiohiilimenetelmää tarkemmalla Wiggle match-tekniikalla (ajoitusvirhe < 10 vuotta) aukon reunaan vuoden 400 eaa. tienoille sattunut näyte. Tulosten vertailu osoitti kiistattomasti, että aukko oli vihdoin ummessa! Nykyinen 1487 näytettä sisältävä sarja on useiden tutkimusaineistojen yhdistelmä. Valtaosan siitä, noin 75 %, muodostavat Silmuprojektissa (Zetterberg ym. 1994, 1995, 1996) ja Advance 10k-projektissa (Eronen ym. 2000) kerätyt aineistot. Loput 25 % koostuvat Metlan 1911-vuotisen (Mielikäinen ym. 1998) ja dosentti Jouko Meriläisen ja FT Markus Lindholmin (Lindholm ym. 1999) Lapin 2000-vuotisen lustosarjan näytteistä.
Jatkoa edelliseltä sivulta Tutkimusaineistoksi hyväksyttiin männyn metsänrajalta kerätyt elävät puut, kelot, vanhat rakennukset sekä soiden ja järvien pohjamudista esiin kaivetut subfossiilipuut. Matti Eronen Metsänrajamännyn 1087 puunäytteestä koostuva 7519-vuotinen lusto-sarja ulottuu mahdollisesti jopa ensimmäisiin viime jääkauden jälkeen syntyneisiin mäntysukupolviin. Sarja, joka on sittemmin (2007) saatu jatketuksi 7641 vuoden pituiseksi, on tällä hetkellä maailman kolman-neksi pisin vuodentarkka sarja. Edelle menevät vain Keski-Euroopan 11500- vuotinen tammisarja ja Pohjois-Amerikan 8000-vuotinen vihnemännyn (Pinus aristata) sarja. Metsänrajamäntymme valttikorttina on vuodentarkkuuden ja pitkän aikajänteen lisäksi poikkeuksellisen hyvä ilmastovaste, mikä tarkoittaa vuosiluston paksuuskasvun ja kasvukauden lämpöolojen voimakasta ja yksiselitteistä riippuvuutta. Kansainvälisesti tunnetuimpiin holoseeni-ilmaston tutkijoihin lukeutuva Briffa pitää edellä mainituista kolmesta lustosarjasta metsänrajamäntysarjaamme kaikkein parhaimpana ilmaston vaihteluiden mittarina. Metsänraja-männyn vuosilustoihin on jäänyt myös globaalimuutoksen (maapallonlaajuisen ilmastonmuutoksen) jälkiä. Lapin mänty on täten asettunut tärkeäksi osaksi globaalimuutosta kuvaavaa mittaristoa, johon tällä hetkellä kuuluvat mm. Grönlannin jäätiköistä ja merten koralleista mitattavat erilaiset proksitunnukset (proksi: ilmastoa likimääräi-sesti kuvaava muuttuja). Viite: 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
Ajanjaksoon 380 170 eaa. eli ns. aukkoon oli vaikeaa löytää näytteitä metsänrajalta. Syynä lienee viileän ilmastovaiheen aiheuttama metsänrajan peräytyminen. RBAR and EPS-tunnukset kertovat aineiston yhteensopivuudesta. EPS-arvon (punainen viiva) tulisi ylittää kunakin vuonna arvo 0.85 ((katkoviiva), jotta aineistoa voidaan katsoa olevan riittävästi. RBAR puolestaan kertoo lustosarjojen keskimääräisen korrelaation.
Metlan keräämiä Lapin pitkän lustosarjan keruukohteita (järviä) Advance-10K projektissa (1999).
Lustoleveyden keskiarvoihin perustuva lustosarja (vihreä viiva) soveltuu huonosti ilmaston tutkimiseen. Vasta sen jälkeen kun puiden iästä aiheutuva biologinen kasvutrendi on poistettu (standardointi) ja siihen perustuva vuosi-lustoindeksi on laskettu, voidaan ryhtyä miettimään edellytyksiä tilastolliseen analysointiin.
Tietoja Lapin metsänrajamännyn 7640-vuotisesta lustosarjasta: - Keskimääräinen lustonleveys: 0.6 mm - Vuosilustoindeksien vaihteluväli 50-150. - Minimi- ja maksimi-indeksit kertovat lämpimistä ja kylmistä vuosista. - Vuositoistojen lukumäärä 8-60. - RBAR (21-v) keskimäärin r = 0.4 - EPS-arvo 0.8 jää alle 0.85:n joissakin sarjan kohdissa.
Mauri Timonen Muut lustosarjat Thomas P. Harlan
Männyn kasvun vaihtelu metsänrajalla 1750-2004 Ilmaston (kesä-heinäkuu) pitkäaikaisen vaihtelun tyypilliset laskut ja nousut näkyvät selkeästi Lapin männyn vuosilustoindeksissä. Kaksi samankaltaista noin 65 vuoden pituista jaksoa 1840-1905 ja 1906-1970. Niissä kasvut huipentuivat 1850- ja 1920-luvuilla. 1900-luvun trendit: nousua 1903-1925, laskua 1926-1970, nousua 1971-1979, tasaista 1980-1999, nousua 2000-2004.
VI Onko ilmasto muuttumassa Lapin metsänrajametsissä? Mitä nähdään ilmastomittauksista? Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Sodankylän lämpötilatiedot kuvaavat varsin hyvin Lapin keskimääräistä ja myös metsänrajaseudun ilmastoa. Vuotuinen, sydäntalven ja kesänaikainen keskilämpötilan kehitys eivät ainakaan toistaiseksi osoita erityisiä merkkejä ilmaston voimakkaasta trendimäisestä lämpenemisestä.
Kevätkauden keskilämpötila on ollut Sodankylässä normaalia korkeampi maalis-huhtikuussa parinkymmenen viime vuoden aikana.
Sodankylän syyskauden lämpötilatiedot osoittavat ilmaston lämmenneen kuta kuinkin 1930- ja 1940 lukujen tasolle.
Ilmastonmuutosta voidaan arvioita vertaamalla viimeisen vuosikymmenen keskilämpötiloja 1930-luvun lämpöpiikkiin. Pohjoisella pallonpuoliskolla ja Suomessa näyttäisi keskimäärin olevan hiukan lämpimämpää kuin 1930- luvulla. Sodankylässä sen sijaan 1930-luku edelleenkin pysyy lämpimimpänä jaksona, kun asiaa tarkastellaan viimeisten sadan vuoden aikaskaalassa.
VII Laskentemenetelmistä Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTEFINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE www.metla.fi
1. Puukohtaiseen standardointiin perustuva indeksilaskenta 2. Alueelliseen standardointiin perustuva indeksilaskenta (Regional Curve Standardization eli RSC-menetelmä) Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi METSÄNTUTKIMUSLAITOS SKOGSFORSKNINGSINSTITUTEFINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE www.metla.fi
1. Puukohtaiseen kasvujen tasoittaseen perustuvassa standardointimenetelmässä verrataan mitattuja kasvuja ko. puun keskimääräiseen lustonleveys-ikä kasvukäyrään. Tällä keinolla saadaan selvitetyksi trendit, joiden pituus on korkeintaan puolet puun iästä. Se tarkoittaa yleensä muutamasta kymmenestä muutamaan sataan vuoteen yltäviä trendejä. 2. Edellistä pidempien trendit tunnistetaan Age Banding tai RCS- menetelmillä (RCS=Regional Curve Standardization). RCS-menetelmässä muodostetaan vertailukohta määrittelemällä puun kasvun keskimääräinen taso koko tarkasteltavalle ajanjaksolle, jolloin lämpimät ja kylmät jaksot jäävät käyrän ylä- tai alapuolelle. Age Bandingissa tutkimus rajataan saman ikäryhmän lustoihin, jolloin kohdan 1 mukaista puun biologisen iän vaikutusta ei tarvitse erikseen poistaa lustoista. Jo pelkät lustoleveyskeskiarvot sellaisenaan voivat paljastaa trendit.
Puukohtaiseen standardointiin perustuva indeksilaskentamenetelmä (ylempi kuva) soveltuu parhaiten vuosien ja vuosikymmenten välisten kasvun vaihteluiden selvittämiseen. RCS-menetelmällä saadaan esiin pitkäaikaiset trendit kuten alakuvassa näkyvä pikku jääkauteen liittyvä 1800-luvun kylmä jakso.
Puiden omista luontaisista kasvurytmeistä aiheutuvien kasvun vaihteluiden poistaminen, ns. standardisointi, on kasvutrenditutkimuksen kriittinen vaihe. Puun biologisesta vanhenemisesta aiheutuva kasvun asteittainen alene-minen poistetaan sopivalla mallilla, jonka on oltava tilanteen mukaan riittävän jäykkä tai joustava. Parhaan standardointimallin valinnassa on oltava joskus, kuten esimerkkikuvan tapauksessa, huolellinen, jottei poistettaisi vahingossa myös tutkittavaa ilmiötä.
3. Koska puun kasvu riippuu kulloisestakin ilmastosta, on kasvu parempaa suotuisina aikoina ja vastaavasti heikompaa epäsuotuisampina aikoina. Koko tarkasteltavalla ilmastojaksolla tapahtuneet trendimäiset muutokset paljastuvat, kun niitä verrataan RCS-mallin kasvun tasoon. Esimerkkinä Helama ym.(2007) laatima RCS-malli Lapin pitkän lustosarjan vaihteluista viimeisellä tuhatvuotisjaksolla. Reference: Helama S., Timonen M., Holopainen J., Ogurtsov M.G., Mielikäinen K., Eronen M., Lindholm M. & Meriläinen J. (submitted). Imprints of Medieval Warm Period, Little Ice Age and twentieth century warmth in proxy-based temperature reconstruction at high latitudes of Europe.
VIII Pohjoisen pallonpuoliskon ilmasto vuosilustoanalyysien valossa Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Männyn lustoindeksin ja heinäkuun lämmön yhteys Sodankylässä Metsänrajamännyn kasvun minimitekijänä on pääsääntöisesti heinäkuun lämpötila. Vuosilustoindeksin ja heinäkuun keskilämpötilan välinen riippuvuus (RBAR) 20 vuoden jaksoissa laskettuna on ollut keskimäärin 0.5. Poikkeuksena ovat 1970-luku ja 1980- luvun alkupuoli, jolloin jokin muu tekijä kuin lämpötila on kontrolloinut puiden kasvua. Ilmastodatan lähde: Ilmatieteen laitos
Metsänrajamännyn vuosilustoindeksin riippuvuus pohjoisen pallonpuoliskon lämpötilasta 1856-2002 (Jones et al.)
Ilmastodatan lähde: CRU Eteläisen pallonpuoliskon El Niňon pohjoiseksi serkuksi luonnehdittu NAO (North Atlantic Oscillation) vaihtelee jaksoittaisesti aiheuttaen äärivaiheissaan poikkeuksellisia säitä Euroopassa ja Pohjois-Afrikassa. NAOn huippuvaihe, korkea indeksi, ilmenee Suomessa erityisesti sydäntalvella lämminhenkisinä mutta välistä myös myrskyisinä länsi- ja lounaistuulina Merivesien kiertojärjestelmään (Thermohaline Circulation system) kuuluva Golf-virta tuo lämmintä vettä Pohjois-Eurooppaan, mikä lämmittää paikallista ilmastoa. NAOn ollessa aktiivinen Skandinavia saa lounaistuulten mukana Golfvirran kosteutta ja lämpöä. NAO oli poikkeuksellisen aktiivinen 1990-luvulla (kuva). Sen seurauksena talvikuukausien lämpötila nousi männyn metsänrajaseuduilla jopa parilla asteella ja lunta satoi ennennäkemättömän paljon, esi-merkiksi Käsivarressa jopa kolmin- ja muualla Lapissa kaksinkertai-sesti normaaliin nähden. Ilmiö on laantunut 2000-luvulla.
NAO-ilmiöllä on merkittävä vaikutus Suomen ilmastoon. Oheisessa NAO-hahmoksi puetussa kaaviokuvassa kuva-taan sen keskeiset vaikutukset. NAO-hahmon tulkinta F1 (lakki, nenä): Golf-virta; F2 (suu/hampaat): Keskitalven (DJFM) Nao-indeksit; F3 (oikea käsi): vahva korrelaatio sydäntalven lämpötilan ja Nao-indeksin välillä; F4 (vasen käsi): vahva kesänaikaisen lämpötilan,naoindeksin ja ja lustoleveyden välillä; F5 (vatsa): ilmaston vaikutus metsänrajamännyn kasvuun; F6 (oikea jalka): Nao-indeksin yhteys kosteuteen; F7 (vasen jalka): NAO-indeksin yhteys lämpötilaan. http://lustiag.pp.fi/data/notes/naoherra2.pdf
a) DJF-TFMA JFM-TFMA FMA-TFMA MAM-TMAM AMJ-TMJJ MJJ-TMJJ JJA-TJJA JAS-TJAS ASO-TSON SON-TOND OND-TOND NDJ-TJFM b) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Suurin korrelaatio Kuva a. NAO-indeksi on hyvä Pohjois-Atlantin ilmaston vaihteluiden mittari. Se kuvaa Islannissa ja Azoreilla vallit-sevien ilmanpaineiden välistä suhdetta. Korkea NAO-indeksi merkitsee Islannin seuduilla matalapainetta, mikä ilme-nee Suomessa läntisinä ja lounaisina tuulina. Pieni NAO-indeksi kääntää tuulet vastakkaiseen suuntaan. Kevättalven (helmihuhtikuu) keskilämpötila männyn metsänrajalla seuraa noin kuukauden viiveellä tammi-maaliskuun NAO-indeksiä. Niiden välinen korrelaatio 0.70 kertoo voimakkaasta yhteydestä. Koko 1990-luvun vallinnut korkea NAO-indeksi teki vuosikymmenestä poikkeuksellisen lämpimän ja lumisen. Kuva b. NAOn ja ilmaston väliset yhteydet tulevat parhaiten esiin kolmen kuukauden jaksokeskiarvoista. Parhaa-seen korrelaatioon päästään tammi-maaliskuun NAO-indeksiä ja helmi-huhtikuun keskilämpötilaa vertaamalla (DJF-TFMA r=0.70). Kesänaikainen touko-heinäkuun NAO-indeksi (MJJ) korreloi vastaavan jakson keskilämpötilan (TMJJ) kanssa 0.61 voimakkuudella. Kirjainsymbolit: D=December, J=January jne. T=lämpötila
Kesä-heinäkuun keskilämpötila on pysytellyt männyn metsänrajalla viimeisten 25 vuoden aikana 1900-luvun keski-arvon tuntumassa, ehkä hiukan sen alapuolellakin. Jotain kuitenkin näyttää tapahtuneen, sillä lämpötilan ääri-vaihtelu on pienentynyt: huippuhelteet ja kylmänpiikit puuttuvat. Vallitsevan käsityksen mukaan NAOn ei pitäisi vaikuttaa kesäkauden sääoloihin tai puun kasvuun Suomessa. Tieto ei näytä kuitenkaan pitävän paikkaansa männyn metsänrajalla, sillä kesäkauden keskilämpötila ja myös männyn kasvun vaihtelu seuraavat tilastollisesti merkitse-västi kesänaikaisen NAOn poljentoa. NAO-indeksinkin vaihteluväli on viime vuosikymmeninä pienentynyt, mikä saattaa selittää sekä keskilämpötilassa että vuosilustoindeksissä tapahtuneen vaihtelun pienentymisen. Kuva b. Kesäkauden eli kesä-elokuun NAO-indeksi ja vastaavan ajanjakson keskilämpötila korreloivat 0.50:n tasolla. Vuosilustoindeksi yltää tällä asetelmalla korkeimpaan korrelaatioonsa NAOn kanssa, 0.40:een. Vastaavasti vuosilustoindeksin maksimikorrelaatiot keskilämpötilan kanssa ovat heinäkuu (0.51), heinä-elokuu (0.50) ja heinä-syyskuu (0.47).
Advance-10K-projektissa (1996-1999) kerättyjen megafossiilinäyteaineiston tarkastelu korkeusvyöhykkeittäin osoittaa metsänrajan olleen vuosituhansia sitten toistasataa metriä nykyistä ylempänä.
Aineiston tarkemmassa analyysissä on havaittu, että Lapin männyn metsänraja sijaitsi vuosituhansia sitten 200 m nykyistä korkeammalla ja 80 km pohjoisempana verrattuna (sininen viiva). Männyn metsänraja on ollut nousussa viimeisen sadan vuoden aikana. Sen huomaa mm. siitä, että ylimmältä metsänrajalta löytyy vain nuoria, alle 50-vuotiaita puita. Lappi korkeusvyöhykkeittäin Kari Mikkola 2005
IX Ilmastomallit Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Spektrianalyysi paljastaa Lapin pitkästä lustosarjasta mm. 30-32, 37, 47-49, 81-85 ja 95 vuoden jaksot (yläkuvassa punaiset alueet). Onko kyse todellisesta ilmiöstä vai sattumasta, odottaa vielä vahvistustaan. Aiheesta lähemmin posterissa http://lustiag.pp.fi/holocene_trends1000_inqua.pdf
Jos lustosarjan 80-95 vuoden jaksollisuudelle löytyisi luonnontieteellinen peruste, esimerkiksi Gleisberg-sykli, antaisi se mahdollisuuden ennustaa myös tulevaa luontaista ilmastoa. Ennuste voisi näyttää esimerkiksi oranssisen viivan mukaiselta (http://lustiag.pp.fi/holocene_trends1000_inqua.pdf).
Ns. jääkiekkomailakäyrän mukaan ilmasto on lämmennyt viimeisten sadan vuoden aikana roimasti. Perinteisemmän ja edelleen myös nykyisen käsityksen mukaan kyse on enemmänkin bumerangista tai paistinpannusta, jonka reunat muodostuvat keskiajan lämpökaudesta, nykyisestä lämpenemisestä sekä pikku jääkaudesta. http://members.shaw.ca/sch25/fos/moncton_telgrph-climatechaos.pdf
Vuosilustotutkimus 2004 Tutkimus Lapin männiköiden kasvusta vuosina 1750 2004. Otoksena 500 koepuuta 17 metsikössä. Voimakkaimmat kasvun notkahdukset 1900-luvun alussa ja 1960-luvulla. 1970-luvun alussa oli lämmin jakso, jonka ansiosta metsänrajalla kasvaa nyt 30-vuotias puusukupolvi. Kasvu on ollut pääosin nousujohteista 1960-luvun notkahduksen jälkeen. Kasvu on ollut keskimääräistä tai nousevaa viimeisten 15 vuoden aikana. 1930-luvun kasvun tasoa ei kuitenkaan ole vielä ylitetty. http://lustiag.pp.fi/mrajmets.pdf 500 koepuuta
X Laajentuva yhteistyö pohjoisboreaalisen havumetsävyöhykkeen metsänrajametsissä Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Advance-10K-projektissa (1996-1999) kerättyjen megafossiilinäyteaineiston tarkastelu korkeusvyöhykkeittäin osoittaa metsänrajan olleen vuosituhansia sitten toistasataa metriä nykyistä ylempänä. http://lustiag.pp.fi/lustiaclimate2005_hq.pdf
Taiga, johon Suomikin kuuluu, on tärkeä osa ilmastonmuutospainotteista lustotutkimustamme. Siksi yhteistyön kehittäminen erityisesti venäläisten kollegoiden kanssa on tärkeää. Margit Pudas-Timonen Siperian metsiä Krasnojarskin lähellä
Suomen suurilmasto on osa laajempaa Kölivuoriston ja Uralvuorten rajaamaa laaksoaluetta. Sen suurilmaston ja lukemattomien paikallisilmastojen vaihteluiden tutkiminen tuonee lisäselitystä myös Suomen suurilmaston vaihte-luiden ymmärtämiseen.
Mäntymetsät ovat levinneet laajalle alueelle pohjoisboreaalisella havumetsävyöhykkeellä. Ne tarjoavat tutkimukselle oivan lähtökohdan Euraasian laajuisen ilmastonmuutostutkimuksen (EURACLIMATES-projekti) käynnistämiseen.
Venäjän kanssa tehtävässä ilmastonmuutostutkimuksessa on luonnollisena puulajivalintana mänty (Pinus sylvestris L.). Sitä löytyy vaaleanvihreältä Boreal humid vyöhykkeeltä. Yhteistyötahot määrittelevät yhteisissä kokoontu-misissaan lähemmin toiminnan suuntaviivat ja tutkimuksen kohteet.
.S. Dept. Of Agriculture atural Resources Concervation Service oil Survey Division orld Soil Resources Maapallon pohjoisimmat metsät kasvavat Fennoskandiassa Golfvirran ja lounaistuulten (NAO-ilmiö) ansiosta. Meille tuttu mäntykuusi-koivu-metsävyöhyke ulottuu yhtenäisenä 4000 km:n päähän Krasnojarskiin saakka (vaaleanvihreä Boreal humid -vyöhyke ). Maapallon pohjoisimmat metsät kasvavat Fennoskandiassa Golf-virran ja lounaistuulten (NAO-ilmiö) ansiosta. Meille tuttuja mänty-kuusi-koivumetsiä ( Boreal humid -vyöhyke) löytyy Alaskasta, Kanadasta, USAn pohjoisosista, Etelä- Amerikan ylängöiltä, Grönlannin eteläkärjestä, Islannista, Skotlannista, Skandinaviasta, Keski-Euroopan ylängöiltä, Venäjältä, Kiinasta ja Japanista. Tämä yhteinen lähtökohta tarjoaa mahdollisuuden kehittää koko pohjois-boreaa-lisen havumetsävyöhykkeen ilmastonmuutostutkimusta entistä tiiviimmäksi kansainväliseksi toiminnaksi.
Metlan ja Venäjän metsäntutkijoiden välinen yhteistyöneuvottelu Jekaterinburgissa 20.09.2005. Margit Pudas-Timonen Shiyatovin ryhmän tapaaminen Jekateriburgissa: http://lustiag.pp.fi/lustiaclimate2005.pdf
Jenisei-joki 2005 Huolimatta siitä, että Suomesta on Jenisei-joelle matkaa yli 3000 km, kuulumme samaan taigametsävyöhykkeeseen. Yhteistyön kehittäminen tällä alueella erityisesti ilmastonmuutoksen tutkimista ajatellen on paikallaan!
Margit Pudas-Timonen Venäjän metsäntutkimuksen pyhättö, akateemikko Eugene A. Vaganovin johtama VN Sukachev Institute of Forest, sijaitsee Jenisein Rannalla Krasnojarskissa.
Pohjoismainen metsänraja- ja ilmastonmuutostutkimus saa uutta nostetta Metlan Venäjä-yhteistyön edetessä. Aluksi keskitytään Uralvuorten, Kölivuoriston sekä niiden välisen alueen ilmastokysymyksiin. Tromssan ja Uumajan yliopistojen toivotaan osallistuvan yhteistyössä Metlan kanssa projekteihin, jonka venäläisinä osapuolina ovat Venäjän tiedeakatemian huippuyksiköihin kuuluvat VN Sukachev Institute of Forest (IFSBRAS) sekä Institute of Plant and Animal Ecology (IPAE). Yli 400 työntekijän ja yli 200 tutkijan IFSBRASia voi kutsua Venäjän Metlaksi. Ekosysteemitutkimukseen erikoistuneessa IPAEssa on 300 työntekijää ja 100 tutkijaa. Metlan kannalta tärkeitä henkilöitä ovat IFSBRASin johtaja, akateemikko Eugene A. Vaganov, IPAEn johtaja, akateemikko Vladimir Bolshakov sekä professori Stepan G. Shiyatov. Margit Pudas-Timonen Margit Pudas-Timonen Akateemikko Eugene A. Vaganovin vieraina VN Sukachevinstituutissa tutkija Mauri Timonen (vasemmalla) ja professori Kari Mielikäinen Professori Stepan G. Shiyatov (keskellä) isännöi Jekateriburgin vierailuamme. Hänen vierellään Pavel Moiseev ja Rashit Hantemirov.
Kari Mielikäinen Stepan A. Shiyatov Mauri Timonen Rashit Hantemirov Neuvottelut päätöksessä, kättelijöiden väliin jää Euroopan ja Aasian raja!
Margit Pudas-Timonen Arizonan yliopiston lustotutkimuslaboratoriota (Laboratory of Tree-Ring Research, www.ltrr.arizona.edu) pidetään lustotutkimuksen mekkana. Laboratorio sijaitsi aiemmin tämän stadionin katsomotilojen alla.
Mauri Timonen Dendrokronologian professori Malcolm K. Hughes (keskellä) ja Venäjän tiedeakatemian akateemikko Eugene A. Vaganov myötävaikuttivat seminaarivierailullaan Pallasjärvelle vuonna 2005 (http://lustiag.pp.fi/lustialabs_2005d.pdf ) siihen, että Suomi teki lopullisen läpimurtonsa kansainvälisessä lustotutkimuksessa. Kuvassa Hughes sekä nuoret tutkijat Marc Macias-Fauria ja Samuli Helama tutustumassa nykyisen mäntymetsänrajan yläpuolella sijaitsevan Käsivarren Vallijärven tukkipuukokoisiin subfossiilisiin mäntyrunkoihin.
Margit Pudas-Timonen Pohjois-Kalifornian White Mountains-vuorten ylängöillä kasvaa vihnemänty. Lajin vanhinta edustajaa, yli 4750-vuotiasta Metusalem-mäntyä, pidetään maailman vanhimpana elävänä asiana (The oldest living thing on earth). Http://www.sonic.net/bristlecone/home.html
XI Miten lustotutkimuksia jatketaan Metlassa? Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
500-vuotias mänty (Pudasjärvi, Iso-Syöte) Mauri Timonen Metla/Mauri Timonen Mauri Timonen 3 Metlassa ilmastonmuutoksen seurantaa mm. puiden vuosilustojen ja ilmastomittausten perusteella Lapin metsänrajamänty 7638-vuotisine lustokalentereineen on ilmastoseurannan perustyökalu. Se on myös suomalaisen ilmastonmuutostutkimuksen kansainväli-sesti tärkeimpiä ellei jopa tärkein työväline. Lisätietoa: www.lustia.fi 2 1 0 1500 1600 1700 1800 1900 2000
Lapin lukuisat metsänrajaseudulla sijaitsevat tunturit muodostavat hyvän lähtökohdan Pohjoismaiden ja Venäjän yhteiselle ilmastonmuutos- ja metsänrajatutkimukselle.
Ozi Explorer - sovellus A B Esimerkki Kukastunturin lustotutkimusten koejärjestelyistä. Tunturiseudun ilmaston pienalueittaisen vaihtelun selvittämiseksi laaditaan lustosarjat sekä metsänrajalta (A) että tunturin juurelta (B). Oranssiviivalla merkityt alueet ovat lustonäytteiden keruualueita. Vihreä pisteviiva kuvaa männyn metsänrajaa. Laen kautta kulkevilta linjoilta tutkitaan mm. puiden ikäjakauma viime vuosisatojen metsänrajapuusukupolvien selvittämiseksi. Kohteiden valin-nassa käytetään peruskarttoja, satelliittikuvia, väärävärikuvia ja Metsähallituksen kasvillisuusluokituskarttoja, joita tarkastellaan GIS-tekniikan mahdollistamin keinoin Maanmittauslaitokselta hankitun digitaalisen korkeusmallin avulla. Koepuut valitaan GPS-pohjaisella otannalla. Vastaavat koejärjestelyt toteutetaan myöhemmin viidellä muulla tunturilla.
Kolarin Kukastunturista on tullut yksi kotimaisen lustotutkimuksen painopistealueista. Tunturin metsänrajamäntyjen kasvuista seurataan mm. ilmastonvaihteluita ja ilmaston trendimäisiä muutoksia.
Esimerkki Kukastunturin mittauksista vuonna 2005. Pääasiassa kairauksiin perustuvalla seurantatutkimuksella selvi-tetään mm. lakialueen puiden kasvua, jonka kiihtymisen pitäisi mm. IPCC:n käsityksen mukaan kertoa ilmaston-muutoksen voimistumisesta.
Mauri Timonen Pulmankijärvi Metsänrajamänty ilmastotutkimuksen superpuu? Mikä on Lapin männyn tehtävä uudessa globaalitehtävässään? Ilmastotieteilijöitä kiinnostaa ilmastovaihteluiden perusseurannan ohella erityiskysymys, mikä on luontaista ja mikä ihmisen aiheuttamaa vaihtelua. Jos ei tiede-tä luontaisen vaihtelun osuutta, on myös ihmisenkin luontoa haittaavan vaikutuksen arviointi vaikeaa. Metsänrajamännyn vuosilustot kuvaavat erinomaisen hyvin vuosien välistä säiden vaihtelua, mikä tarjoaa yhden keinon määritellä luontaisen vaihtelun rajat. Tällä hetkellä on silmäilty vasta luston leveyttä, joka sekin antaa tilastollisesti merkitsevän signaalin suur-ilmaston vaikutusmekanismien toiminnasta. Vuosilustojen lukuisat muut parametrit, joita ovat mm. kevät- ja kesäpuun suhteet, vuotuiset tiheys- ja isotooppivaihtelut, solurakenteet sekä kemialliset ja fysikaaliset omi-naisuudet, voivat osoittautua vielä paljon merkittävämmäksi tekijäksi kuin leveystieto globaalimuutosta tutkittaessa. Myös aineistovalinnalla ja analyysitek-niikoilla on oma merkityksensä globaalisignaalien esiin saamisessa.
Mauri Timonen Luolajärvi Jatkoa edelliseltä sivulta Liian pitkälle meneviä johtopäätöksiä on syytä välttää, sillä ilmaston luontaista vaihtelua ei tunneta riittävästi. NAOilmiön seuraaminen ja myös sen tutkiminen ovat Suomessakin entistä tärkeämpiä ilmastotutkimuksen koh-teita. Asia on tärkeä myös metsäntutkimukselle, sillä NAOn seurannaisilmiöt vaikuttavat erityisesti metsiimme. Metsänrajamäntymme vuosilustot voivat toimia avaintekijänä suurilmaston (jota NAO-ilmiö kuvastaa) historial-listen vaikutusten selvittämisessä. On hyvät mahdollisuudet siihen, että metsänrajamänty lunastaisi paikkansa merkittävänä kansainvälisen ilmastonmuutostutkimuksen kohteena ja mittarina. Lapin pitkä kronologia on luonnollisesti ilmastonmuutostutkimuksen keskeisin työväline. Se ei ole kuitenkaan vielä valmis ottamaan koko haastetta vastaan, sillä sen tieteellistä hyödyntämistä rajoittaa tutkimusaineiston toistojen riittämättömyys: vain kolmasosassa aineistoa päästään tilastotieteellisesti kelvolliseen minimimäärään 30 havaintoon/vuosi. Sarja soveltuu tällä hetkellä parhaiten ajoitustehtäviin, mikä jo sinällään tarjoaa monitieteiselle tutkimukselle merkittäviä yhteistyömahdollisuuksia.
Mauri Timonen Näkymä Pöyrisjärvelle Jatkoa edelliseltä sivulta Metsänrajamännyn kasvun ja NAO-ilmiön välinen yhteys viittaa siihen, että Lapin mäntyyn on tallettunut paikallisilmaston vaihteluita kuvaavien signaalien lisäksi myös maapallon ilmastonvaihteluita laajemmin kuvaava NAOilmastokomponentti. Sen lähempi tutkiminen on lähiajan mielenkiintoisimpia osatehtäviä. Metsänrajamännylle asetetut suurilmastolliset kysymyksenasettelut edellyttävät Lapin pitkän kronologian täydentämistä tilastollisten analyysien edellyttämälle tasolle. Sarjan jatkokehittämistä voi esitetyin perustein pitää suomalaisen ilmastonmuutostutkimuksen tärkeimpiin kuuluvana tehtävänä. Tämä tulisi huomioida myös kansal-lisessa tutkimusrahoituksessamme.
XII Tietoa lustotutkimuksesta Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Lustotutkimuksen (dendrokronologian) 8. kansainvälinen konferenssi Rovaniemellä 13-19.06.2010. Odotamme noin 400 osanottajaa yli 40 maasta Kokousta edeltää lustotutkijoiden kenttäviikko (6.-12.6.2010) Kokouksen jälkiretkeilyt: - Skandinavinen metsänrajaretkeily (20-26.6.2010) 26.6.2010) - Komin retkeily (20-26.6.2010) 26.6.2010) - Etelä-Suomen retkeily (20-26.6.2010) 26.6.2010) Kokouksen teemoja: Ilmastonmuutos laajoilla maantieteellisillä alueilla Ihmisen selviytyminen muuttuvassa ilmastossa Ilmastomallitukset Lustodatojen tietokannat Suulliset posteriesitykset