Kyösti Ryynänen LUENTO 25.1.2012 ILMASTOJÄRJESTELMÄ ILMASTO GLOBAALI ILMASTO ALUEELLINEN/PAIKALLINEN ILMASTO VUODENAIKAINEN JA HETKELLINEN SÄÄ ILMASTONMUUTOKSET MUUTOSTEN SEURAUKSET 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 2 1
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, 30v sään keskiarvoiksi 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 4 2
PAIKALLINEN VAIHTELU Päiväntasaaja Napa-alueet Mantereet Meret Merien kerrokset Ilmakehän kerrokset 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 6 3
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 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 8 4
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 9 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) 10 5
ENSO (El Ninõ) El Niño Southern Oscillation Eteläinen oskillaatio (trooppisella Tyynellämerellä), valtavat energiamäärät Meriveden lämpötilavaihtelut 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 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 Talven 2009-2010 kovin pakkanen -41,3 astetta Kuhmossa 20.2.2010 Kaikkien aikojen lämpöennätys Suomessa +37,2 astetta Joensuussa 29.7.2010 12 6
AMO Atlantic Multidecal Oscillation Syyksi arveltu muutaman vuosikymmenen välein toistuvia pieniä muutoksia merivirroissa (termohaliilikierrossa) Näkyy Atlantin pintavesien lämpötilavaihteluina ja siten pallonpuoliskojen säätiloissa 13 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%, vinosti tuleva valo heijastuu kuitenkin jo kymmeniä prosentteja veden pinnasta Aineiden olomuodon muutokset (lämpötilan vaihtelujen seurauksena) muuttavat albedoa äkillisesti 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) 14 7
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-Eurooppaan ennustetaan enemmän sateita Välimeren alueelle ennustetaan jopa kuivuutta 15 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 16 8
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 alueille Syvänveden (samalla hiilen nieluja) muodostumisalueita Grönlannin ja Etelämantereen läheisyydessä Tuulten ajamat merivirrat (kuten Golf-virta) ovat tärkeitä paikallisen ilmaston kannalta, veden sekoittuminen vähäistä 17 VESIKEHÄ 97% suolaisena merivetenä 2% jäänä ja lumena 1% makeana pohjavetenä, järvissä ja joissa makean veden tärkeys, ravinteiden kierto sekä ekosysteemit ylipäätänsä 18 9
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 19 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 20 10
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) 21 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 reittien siirtymisestä lähemmäksi napoja 22 11
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 23 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 24 12