Ilmastonmuutos
Yleiskielessä termillä ilmastonmuutos tarkoitetaan nykyistä ihmisen toiminnasta johtuvaa, ilmakehän lisääntyvästä kasvihuonekaasupitoisuudesta aiheutuvaa globaalia ilmaston lämpenemistä, jota käsitellään omassa Ilmaston lämpeneminen -nimisessä artikkelissaan.
Ilmaston muutos on merkittävä pitkän aikavälin muutos globaalissa tai paikallisessa ilmastossa. Muutokset voivat tapahtua esimerkiksi sadannoissa, lämpötiloissa ja tuulikuvioissa. Tarkasteltava aikaväli voi vaihdella kymmenistä vuosista miljooniin vuosiin.
Ilmastonmuutos voi aiheutua tapahtumista, jotka liittyvät muun muassa merien lämpömekanismeihin, maapallon rataan, mannerlaattojen liikkeisiin, Auringon aktiivisuuteen, vulkaaniseen toimintaan, asteroiditörmäyksiin ja viime aikoina myös ihmisen toimintaan.
Ilmastoon vaikuttavat tekijät[muokkaa]
Ilmastoon vaikuttavat tekijät voidaan jakaa kahteen ryhmään, maapallon sisäisiin ja ulkoisiin tekijöihin. Maan ilmakehässä, merissä ja jäätiköissä tapahtuvat muutokset ja ihmisen toiminnan seuraukset ovat sisäisiä tekijöitä. Ulkopuolisia tekijöitä ovat muun muassa maapallon kiertoradan, auringon säteilyn ja kasvihuonekaasupitoisuuksien muutoksia, kutsutaan säteilypakotteiksi.
Ilmaston sisällä tapahtuvat muutokset[muokkaa]
Sää on kaoottinen epälineaarinen dynaaminen järjestelmä. Tämä tarkoittaa, että se on vain osittain ennustettavissa. Ilmasto eli sään keskiarvo on kuitenkin ollut havaintojen valossa suhteellisen vakaa aivan viime aikoihin asti. Ilmastoon lukeutuvat keskilämpötila, sadanta, aurinkoisten päivien määrä ja lukuisat muut mitattavat suureet.
Maan ympäristössä tapahtuu kuitenkin muutoksia, jotka voivat vaikuttaa ilmastoon. Esimerkiksi jäätiköiden kasvu ja pieneneminen aiheuttavat sekä luonnollista vaihtelua että vahvistavat ulkoisia pakotteita. Toisaalta meri-ilmakehäjärjestelmän muutokset voivat aiheuttaa voimakkaita muutoksia. Merien vaikutus ilmastoon liittyy monilta osin niiden suureen lämpökapasiteettiin ja kykyyn kuljettaa energiaa. Termohaliinikierron merkitys kasvaa pitemmillä aikaväleillä. Toisaalta ilmaston tila ei ole riippuvainen yksin nykytilasta vaan siihen vaikuttavat myös edeltävät tilat, kysymys on siis hystereesi-ilmiöstä.
Ilmaston ulkopuoliset muutokset[muokkaa]
Pitkällä aikavälillä mannerlaattojen liikkeet vaikuttavat merivirtoihin ja vuorten muotoihin muuttaen siten ilmastoa. Auringon aktiivisuudessa sekä pitkällä että lyhyellä aikavälillä tapahtuvat muutokset muuttavat ilmaston säteilypakotetta. Tietyssä mielessä Auringosta johtuvat myös Maan radassa tapahtuvat säännölliset muutokset. Nämä muutokset johtuvat Aurinkokunnan sisäisestä dynamiikasta ja voidaan ennustaa hyvin.
Voimakkaat tulivuorenpurkaukset voivat vaikuttaa ilmastoon huomattavasti. Suuria purkauksia tapahtuu useita kertoja vuosisadassa. Joidenkin kymmenien miljoonien vuosien välein esiintyy myös erittäin suuria (miljoonien neliökilometrien suuruisia) purkausalueita, jotka vaikuttavat ilmastoon miljoonien vuosien ajan. Kasvihuonekaasut ovat jo pitkään olleet tärkeitä ilmaston kehitykselle. Kasvihuoneilmiö on merkittävä maapallon lämpötilaa säätelevä tekijä.
Pitkällä aikavälillä ilmasto muuttuu jatkuvasti mm. hiilen- ja kiven kierron sekä silikaattien rapautumisen seurauksena. Ilmaston hiilidioksidipitoisuus on nykyisin selvästi alhaisempi kuin ennen ihmislajin kehitystä.
Maapallo pystyy hyvin pitkälti itse säätelemään omaa hiilidioksidipitoisuuttaan. Mitä enemmän hiilidioksidia, sitä enemmän rapautuminen kiihtyy, mikä lisää kalkkikiven syntymistä, joka taas sitoo hiilidioksidia itseensä vähentäen pitoisuuksia. Kestää kuitenkin miljoonia vuosia, ennen kuin ilmakehän hiilidioksidipitoisuus palaa ennalleen edellä kuvatun prosessin avulla.
Toisaalta nykyistä hiilidioksidipitoisuutta on arveluttavaa verrata 250 miljoonaa vuotta sitten olleeseen tilanteeseen, koska silloin ilmeisesti Siperiassa oli voimakasta vulkaanista toimintaa ja silloin tapahtui yksi maapallon historian suurimmista lajien massakadoista. Arviolta 95% lajeista katosi ja biodiversiteetin palautuminen kesti 5-6 miljoonaa vuotta.lähde? Silloin hiilidioksidipitoisuus oli epätavallisen korkea verrattuna nykytilanteeseen.
Ihmisen vaikutus[muokkaa]
Historiallisesti ilmakehän hiilidioksidin ja metaanin pitoisuudella sekä maapallon keskilämpötilan välillä on vallinnut voimakas yhteys. Tämän perusteella ja teoreettisten ilmastomallien avulla on arvioitu, että maapallon keskilämpötila nousee vuoteen 2100 mennessä usealla asteella ja jatkaa nousuaan useita vuosisatoja. Nykyinen konsensusarvio vuodelle 2100 on n. 1,5–6 astetta, mutta arvioon sisältyy huomattavaa epävarmuutta.
Vaikka kasvihuoneilmiön perusmekanismista ei ole tieteellistä epäselvyyttä, on ilmakehä jo kemialtaan ja perusfysiikaltaan puutteellisesti tunnettu. Aerosolien ja pilvien vaikutusta ei osata arvioida tarkasti, eikä lämpenemisen vaikutusta pilvisyyteen ja hiilidioksidin vapautumiseen luonnollista lähteistä osata laskea. Tieto mahdollisista lämpenemistä nopeuttavista tai hidastavista takaisinkytkentämekanismeista on siis puutteellista. Toisaalta ilma–vesikehän dynamiikan epälineaarisuus tekee myös nopeat muutokset mahdollisiksi, ja sellaisia on historian aikana esiintynyt – nopea tarkoittaa tässä yhteydessä aikaskaalaa 10–100 vuotta.
Tulevaisuuden hiilidioksidipäästöt vaikuttavat merkittävästi lämpenemiseen, mutta ne riippuvat mm. fossiilisten polttoainevarantojen suuruudesta, tekniikan kehityksestä ja päästöjen rajoittamisyritysten vaikutuksista. Mitään näistä ei osata tarkasti ennakoida.
Nyt käynnissä oleva ilmastonmuutos on ilmastotutkijoiden ylivoimaisen enemmistön mukaan seurausta ihmisen omasta toiminnasta. Tätä antropogeenistä ilmastonmuutosta aiheuttavat etenkin kasvavia hiilidioksidipäästöjä tuottava fossiilisten polttoaineiden jatkuvasti lisääntyvä käyttö sekä maankäytön muutokset kuten metsien hävitykset. Myös maatalous voimistaa ilmastonmuutosta, varsinkin nautakarjan pito, riisinviljely ja keinolannoitteiden käyttö, koska ne aiheuttavat metaani- ja typpioksiduulipäästöjä. Ilmakehän metaanipitoisuus onkin noussut lähes kolminkertaiseksi esiteolliseen aikaan verrattuna. Typpioksiduulipäästöt kasvavat tällä hetkellä lineaarisesti. Myös typen oksidien ja auringonvalon yhteisvaikutuksesta muodostuva troposfäärin otsoni on lämmittävältä vaikutukseltaan merkittävä kasvihuonekaasu.
Kasvihuonekaasuja on ilmakehässä monia, mutta niistä ihmisen toiminnalla on eniten vaikutusta hiilidioksidin, metaanin, troposfäärin otsonin ja typpioksiduulin määrään.
Viimeisten 55 miljoonan vuoden aikana ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on vaihdellut luontaisesti n. 200–300 ppm:n välillä, ja viimeiset 1000 vuotta pitoisuus on ollut n. 280 ppm. Ihmiskunnan pääenergianlähde on ollut jo pitkään kivihiilikauden metsäjäänteiden, fossiilisten polttoaineiden (öljy, kivihiili, maakaasu) esiinkaivaminen ja polttaminen. Näistä kivihiilen varannot riittävät vielä sadoiksi vuosiksi eteenpäin.
Hiilen eri muotojen polttaminen on nostanut ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nykyiseen n. 380 ppm:ään, yli 30% historiallisesta arvosta (v. 2004 tilanne; vuotuinen muutos on 1990-luvulla ollut n. 1,6 ppm). Koska fossiilisten polttoaineiden käyttö lisääntyy edelleen, myös ilmakehän hiilidioksidipitoisuus kasvaa ja vieläpä nopeutuen. Kaikkien saatavissa olevien fossiilisten polttoaineiden polttamisen loppuun arvioidaan nostavan hiilidioksipitoisuuden historiallisesta arvostaan 2–3-kertaiseksi.
Biosfäärin vaikutus[muokkaa]
Biosfäärin eli kasvien, eläinten ja mikrobien vuodessa tuottama ja kuluttama hiilidioksidimäärä on itse asiassa monikymmenkertainen fossiilisista polttoaineista vapautuvaan verrattuna. Ihmisen hiilidioksidintuotanto on kuitenkin riittävää, jotta systeemin tasapainotila siirtyy vähitellen kohti yhä korkeampia ilman hiilidioksidipitoisuuksia. Samalla luonnollinen hiilidioksidin kiertokulku muuttuu: esim. meriin arvioidaan ihmisen tuottamasta 'ylimääräisestä' hiilidioksidista päätyvän noin puolet.
Kasvillisuus menestyy pääsääntöisesti hyvin hiilidioksidipitoisessa ilmassa, koska kasvit tarvitsevat hiilidioksidia yhteyttämiseen. Uusimmat tutkimukset asettavat kuitenkin kyseenalaiseksi kasvillisuuden rehevöitymisen nettovaikutuksen. Tämä johtuu siitä, että ilmaston lämmetessä maaperään varastoitunut hiili alkaa hajota lisäten ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta entisestään.
Lisäksi on merkkejä lämpenevien pohjoisten soiden (Siperia, Alaska, omalta pieneltä osaltaan myös Suomen Lappi) lisääntyvästä hiilidioksidin- ja metaanintuotannosta, josta saattaa muodostua tulevaisuudessa hyvinkin oleellinen ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kohottaja.
Pakotteiden keskinäiset vuorovaikutukset[muokkaa]
Nykyisin pidetään todennäköisenä, että ihmisen aikaansaama ilmaston lämpeneminen ei ole tasaisesti etenevä prosessi, vaan että ilmasto tulee muuttumaan hyppäyksenomaisesti kriittisten kynnysarvojen ylittymisen seurauksena.
Kun jokin ilmastopakote, vaikkapa säteily, muuttaa ilmastoa, monet mekanismit voivat joko vahvistaa tai vaimentaa muutosta. Nämä ovat positiivisia ja negatiivisia takaisinkytkentöjä.
On olemassa lukuisia lämpenemistä voimistavia positiivisia takaisinkytkentöjä, joita kaikkia ei ole huomioitu IPCC:n ilmastomalleissa. Näitä takaisinkytkentöjä liittyy esimerkiksi jäätiköiden kiihtyvään sulamiseen, joka nopeuttaa meriveden lämpenemistä. Lähes puolet Pohjoisen jäämeren pysyvästä jääpeitteestä on jo sulanut pois.
Muita positiivisia takaisinkytkentöjä ovat ikiroudan sulamisen aikaansaamat metaanipäästöt sekä veden lämpenemisestä johtuva merenpohjien metaanihydraatin vapautuminen ilmakehään metaanin muodossa. Kahta viimeksi mainittua prosessia ei ole huomioitu niissä ilmastomalleissa, joihin IPCC:n raportit perustuvat.
Lämpenemisen aikaansaama merenpinnan nousu voi lisätä myös tulivuorenpurkauksia, joiden yhteydessä ilmakehään pääsee lisää metaania ja hiilidioksidia.
Trooppisten kosteikkojen kuivuminen vähentää niiden metaanipäästöjä lisäten kuitenkin samalla niiden palamisriskiä. Kuivuneiden kosteikkojen palot vapauttavat hiiltä ilmakehään.
Myös merivirtojen ja ilmakehän virtausten keskinäiset vuorovaikutukset muodostavat monimutkaisia palautejärjestelmiä. Kaikkia vuorovaikutuksia ei ymmärretä vielä kovin hyvin.
Menneiden ilmastonmuutosten tutkiminen[muokkaa]
Aiemmin vallinneiden ilmasto-olosuhteiden päättelemistä varten kerätään laajapohjaisesti aineistoa, jonka pohjalta ilmastoja voidaan rakentaa uudelleen esimerkiksi ilmastomallein. Suurin osa todistusaineistosta on epäsuoraa: esimerkiksi kasvillisuudesta, puiden vuosirenkaista, jääkairausnäytteistä, merenpinnan muutoksista sekä jäätiköiden liikkeistä voidaan kerätä tietoa aiemmin vallinneista ilmastoista. Myös järvien ja soiden sedimenttikerroksiin tallentuneet siitepölyn ja kovakuoriaisten jäänteitä on käytetty tähän tarkoitukseen.