LUENTO 16.3.2009 1. ILMASTOJÄRJESTELMÄ 2. ILMASTO GLOBAALI ILMASTO ALUEELLINEN/PAIKALLINEN ILMASTO VUODENAIKAINEN JA HETKELLINEN SÄÄ 3. ILMASTONMUUTOKSET 4. MUUTOSTEN SEURAUKSET Kyösti Ryynänen 16.3.2009 1
ILMASTOJÄRJESTELMÄ 1. Ilmakehä 2. Vesikehä (valtameret, järvet, pohjavesi) 3. Lumi ja jää 4. Maa ja kallioperä 5. Elävä luonto välittömät, viiveelliset ja sykliset kytkennät eri kokonaisuuksien välillä ja rajapintojen ylitykset tekevät järjestelmästä erittäin kompleksisen Ilmastojärjestelmää ylläpitää pääasiassa ulkoiset tekijät, joista Aurinko hallitseva Kyösti Ryynänen 16.3.2009 2
ILMASTOJÄRJESTELMÄ Ilmastojärjestelmän toisistaan riippuvat osatekijät jakavat vaikutukset yli ajan ja paikan lämpötila ilmanpaine tuuliolot ilman koostumus (vesihöyry, aerosolit) Globaali ilmasto realisoituu ilmastojärjestelmän kulloisenakin tilana alueellisiksi ja paikallisiksi ilmastoiksi ja niiden hetkellisiksi säätiloiksi Ilmasto määritellään säässä vallitseviksi tilastollisiksi ominaisuuksiksi Kyösti Ryynänen 16.3.2009 3
ILMASTOJÄRJESTELMÄ Vaikea mallintaa ja ennustaa Epälineaarista (keikahdus ja nyrjähdyspisteitä, joita vaikea ennustaa ja mallintaa) Toisaalta puskureita muutoksia vastaan + feedback (positiiviset takaisinkytkennät) feedback (negatiiviset takaisinkytkennät) Herkkä jatkuvasti epätasapainotilassa oleva, mutta kohti tasapainotilaa yrittävä systeemi Kaoottisista (epälineaarinen dynaaminen systeemi) Maa ei ole kuitenkaan joutunut peruuttamattomiin ääriolosuhteisiin, kuten Mars ja Venus omilla tavoillaan Kyösti Ryynänen 16.3.2009 4
PAIKALLINEN VAIHTELU Päiväntasaaja Napa alueet Mantereet Meret Merien kerrokset Ilmakehän kerrokset Kyösti Ryynänen 16.3.2009 5
ILMASTOJÄRJESTELMÄN KAOOTTISUUS Ilmakehän kemiallisen koostumuksen lisäksi vaihtelevat sen hiukkaskoostumus, pilvisyys ja virtausolot Pienetkin pakotteiden muutokset voivat aiheuttaa merkittäviä seuraamuksia Lämpötilat ja sateet jakaantuvat uudella tavalla Merivirrat, tuuliolot ja sääkuviot muuttuvat Biosfäärin (elonkehän) ekosysteemien toiminta muuttuu Kyösti Ryynänen 16.3.2009 6
ILMASTOJÄRJESTELMÄN MUUTTAJAT 1. Luonto (ei elollinen ja elollinen) 2. Ihminen (biologisen lisäksi muu toiminta) 3. Molemmat rinnakkain yhtä aikaa 4. Molemmat symbioottisesti vaikuttaen toistensa kautta Kyösti Ryynänen 16.3.2009 7
PALLONPUOLISKOT Erilaisten säähäiriöiden suurimpana syynä on pysyvä lämpötilaero päiväntasaajan ja napa alueiden välillä, keskimääräisen lämpötilan nousu saattaisi vähentää joitakin säähäiriötyyppejä Keunulauta (oskillaattiot) ilmiöt pohjoisella pallonpuoliskolla keskimääräistä kylmempää, mutta samaanaikaan eteläisellä lämpimämpää (tai päinvastoin), jolloin keskimääräinen lämpötila ei muutu tämä mahdollisuus otettava huomioon paikallisista näytteistä maapallon keskilämpötilan kehitystä rekonstruoitaessa Pohjoisen ja eteläisen pallonpuoliskon ilmasto eroavat selvästi toisistaan mantereet, meret, merivirrat, tuulet, kasvillisuus, napa alueet Kyösti Ryynänen 16.3.2009 8
PASAATITUULET Päiväntasajaalla kuumentuva ilma nousee ylöspäin ja ylätroposfäärissä siirtyy (pasaatituulet) päiväntasajaalta kohti pohjoista ja etelää (maapallon pyöriminen, Coriolisvoima suuntaa tuulia), vastaavasti vastapasaatituuli kuljettaa alatrospofäärissä päiväntasaajalle korvaavaa viileämpää ilmaa Tuulet päiväntasaajalta navoille kuljettavat lämpöä navoille (ilman tuulia navoilla 25C nykyistä viileämpää ja päiväntasaajalla 15C vieläkin lämpimämpää Maapallon keskilämpötilan kohotessa päiväntasaajan ja napojen välinen lämpötilaero pienenee, minkä seurauksena tuulet ja niiden ajamat merivirrat (mm. Golf virran pohjoisin loppuosa) heikkenevät Alailmakehän konvektio alentaa maanpinnan lähellä lämpötilaa 15C kuljettamalla lämpöä ylemmäksi ilmakehässä Kyösti Ryynänen 16.3.2009 9
ENSO (El Ninõ) El Niño Southern Oscillation Eteläinen oskillaatio (trooppisella Tyynellämerellä), valtavat energiamäärät Meriveden lämpötilvaihtelut saavat aikaan matala ja korkeapaineiden ketjureaktion, jonka seurauksena merialueiden lämpötila ja ravintosisältö muuttuvat (kalansaaliit) pahimmat El Niñot 1982 ja 1997 viime aikoina 3 5 vuoden välein Kyösti Ryynänen 16.3.2009 10
NAO North Atlantic Oscillation (NAO) Pohjois Atlantin heilahdus säänvaihteluilmiö, jonka seurauksena Suomen leuto talvi 2007 2008 oli nimenomaan seurausta lämpimistä länsituulista Oskillaatiot, eteläisen pallonpuoliskon ENSO (El Niño) ja pohjoisen pallonpuoliskon NAO ilmiöiden arveltu olevan riippuvaisia toisistaan Lisäksi Atlantic Multidecal Oscillation (AMO) ja Pacific Decadal Oscillation (PDO) Kyösti Ryynänen 16.3.2009 11
HEILAHTELUT Meri ja ilmavirtaukset NAO ja AMO voivat heilahdella niin, että alueellinen ilmastonmuutos voi olla vastakkaiseen suuntaan Ilmastonvaihtelut luonnostaan, Suomen kaikkien aikojen pakkasennätys keskellä voimakasta talvi ilmaston lämpenemistrendiä 1999, 51,5 astetta Kyösti Ryynänen 16.3.2009 12
NAPASEUTUJEN ILMASTO Napa alueiden jäätiköiden ja merijään heijastuskyky korostuu kesäisin (24h auringonpaistetta vuorokaudessa, 80% heijastuu suoraan takaisin avaruuteen) Sitä vastoin napa alueiden sulaessa syntyvä vesi heijastaa vain 4% ja absorboi 96% Aineiden olomuodon muutokset (lämpötilan vaihtelujen seurauksena) muttavat albedoa äkillisisesti suuntaan tai toiseen Esim. Suomessa päivä on lyhyimmillään joulukuussa, mutta koska lumi ja jääpeite tulee yleensä vasta tammikuussa, niin kylmin kuukausi onkin helmikuu (jolloin Suomi lumipeitteisenä heijastaa tehokkaasti saamansa keväisen auringonsäteilyn pois) Kyösti Ryynänen 16.3.2009 13
SATEET Keskilämpötilan noustessa sateiden voimakkuuden maksimi kasvaa, koska lämpimämpi ilma pystyy sitomaan enemmän vesihöyryä (rankempia mutta harvempia sateita, maa ehtii välillä kuivua, eikä pysty imemään uutta sadetta, seurauksena haihtumisolojen ja pohjavesitilanteen muutoksia +25C asteessa pitäisi sataa alituisesti (suhteellinen kosteuden pysyttävä korkeana), ettei maanpinta muutu pysyvästi maanviljelyskelvottomaksi, kuten kasvimaanpitäjät kesäisin Suomessakin huomaavat Sateiden jakauma muuttuu, mm. maanosien sisällä muutoksia huonompaan ja parempaan Pohjois Eurooppaa ennustetaan enemmän sateita Välimeren alueelle ennustetaan jopa kuivuutta Kyösti Ryynänen 16.3.2009 14
KUIVUUDET Paikallisesti syynä usein merien lämpötilanmuutokset (tuulet eivät tuo enää kosteutta mantereelle) Pohjois Amerikassa 1500 luvun lopussa 20 25 vuotta kestänut kuivuus 1930 luvulla 8 vuotta kestänyt (tuuli kuljetti 9cm maakerrosta viljelyksiltä pois) 1950 luvulla 6 vuotta kestänyt aikaisemmin tunnetaan useita 100v kestäneitä kuivempia jaksoja Kyösti Ryynänen 16.3.2009 15
GLOBAALI LIUKUHIHNAKIERTO Merivirtajärjestelmän siirtämä vesimäärä vastaa 100 Amazon jokea Termohaliilikierron sykli noin 1500 vuotta, kuljettaa pinnalla lämmintä vettä Pohjoisille alueilla ja syvän meren virtauksena kylmää vettä Päiväntasaajan aluieille Syvänveden (samalla hiilen nieluja) muodostumisalueita Grönlannin ja Etelämantereen läheisyydessä Tuulten ajamat merivirrat (kuten Golf virta) ovat tärkeitä paikallisen ilmaston kannalta, veden sekoittuminen vähäistä Kyösti Ryynänen 16.3.2009 16
VESIKEHÄ 97% suolaisena merivetenä 2% jäänä ja lumena 1% makeana pohjavetenä, järvissä ja joissa makean veden tärkeys ravinteiden kierto sekä ekosysteemit ylipäätänsä Kyösti Ryynänen 16.3.2009 17
MERET 70% planeettamme pinta alasta meriä, merien käyttäytymisellä keskeinen rooli ilmastonmuutoksessa (lämpenevät 20v myöhemmin kuin manneralueet, samoin jäähtyvät hitaasti) Merien pintavesi on lämmennyt 0,7C Ylin 700m kerros on lämmennyt 0,1C Merien pinta noussut 17cm 100v kuluessa, pinnannousussa tärkein tekijä lämpölaajeneminen Merivesi on makeutunut, selityksenä jäätiköiden hupeneminen ja sateiden lisääntyminen Kyösti Ryynänen 16.3.2009 18
IKIROUTA Alaska ja Siperia lämmennyt 2 3C astetta Nopeutunut mikrobitoiminta lämmittää edelleen maaperää Kosteusolot määräävät vapautuuko hiili CO2:na vai CH4:na kuivasta ikiroudassa (pintakerrokset) hiilidioksidina märästä ikiroudassa (pintakerrosten alla) metaanina Kyösti Ryynänen 16.3.2009 19
JÄÄTIKÖT Etelämanner täysin hallitseva (90% jäästä, 5km paksu), jos sulaisi niin vedenpinta nousisi 60m (Etelämanner kylmentynyt viime vuosina) Grönlannin sulaminen (jää 3km paksu) nostaisi vedenpintaa 6 7m (Grönlanti on lämmennyt 2 3C) Mannerjäätiköiden pinta alan pieneminen ja jäänpinnan likaantuminen (etenkin hiilipöly kaukokulkeutumana) alentavat napa alueiden albedoa Jäätiköiden dynamiikka tunnetaan huonosti liikkumisnopeus kasvanut 2 3x, käyneet epävakaiksi, jäätikköjäristyksiä kesäisin, liikahtelevat kerralla jopa 5m sulavesikaivojen (onkalot) kautta makeaa vettä ja lämpöä siirtyy jäätikön pohjalle (liukuu helpommin tai rupeaa kellumaan, Etelämanner on merenpintaa alempana) Kyösti Ryynänen 16.3.2009 20
GLOBAALIN LÄMPENEMISEN VAIKUTUS Alhaiset talvi ja yölämpötilat nousevat paljon enemmän kuin korkeat kesä ja päivälämpötilat Lämpötilat nousevat enemmän arktisilla ja keskileveysasteilla kuin tropiikissa Pohjoisen pallonpuoliskon lämpenemisestä ¾ on kohdistunut erittäin kylmille alueille Siperiaan ja luoteiseen Pohjois Amerikkaan Hallayöt ja kylmät päivät ovat vähentyneet Euroopassa, Englannissa, USA:ssa, Kiinassa, Uudessa Seelannissa, Australiassa Vain Australian ja Uuden Seelannin maksimilämpötilat ovat nousseet Korkeilla leveysasteilla talvisateet lisääntyvät huomattavasti (Suomessa arvioitu 10 30% sademäärien vuotuinen kasvu), johtuen matalapaineiden reitit siirtymisestä lähemmäksi napoja Kyösti Ryynänen 16.3.2009 21
ILMASTOJÄRJESTELMÄN MULLISTUKSIA Auringon aiheuttamat muutokset Ihmiskunnan aiheuttamat muutokset Ilmakehän koostumuksen ja pitoisuuksien muutoksia Suurten asteroidien ja komeettojen törmäykset Supertulivuorten purkaukset Mannerjäätiköiden sulaminen Metaanikenttien purkautuminen Merivirtojen muutokset Tuulijärjestelmän muutokset Kyösti Ryynänen 16.3.2009 22
LÄHDEKIRJALLISUUS Tim Flannery: Ilmaston muuttajat (alkuperäisteos The Weather Makers. The history and Future Impact of Climate Change, 2005), Otava, 2006 Risto Isomäki: 34 tapaa estää maapallon ylikuumeneminen, Tammi 2008 Jorma Keskitalo: Maapallon muuttuva ilmasto, Tammi, 2005 Esko Kuusisto Jukka Käyhkö: Globaalimuutos, Otava, 2004 Mark Lynas: Oväder. Nyheter från en allt värmare värld (alkuperäisteos High Tide. News From A Warming World, 2004), Ordfront Pocket, 2006 Pasi Toiviainen: Ilmastonmuutos. Nyt. muistiinpanoja maailmanlopusta, Otava, 2007 Kyösti Ryynänen 16.3.2009 23