Artikkelit

Merten happamoituminen kiihdyttää tutkijoiden vaaatimuksia hiilidioksipäästöjen vähentämiseksi

Kyse ei ole enää ainoastaan ilmastonmuutoksesta. Sen lisäksi, että kuormitamme ilmakehää kasvihuonekaasuilla, myös ihmisten aikaansaamat hiilidioksipäästöt ovat alkaneet muuttaa itse elämän alun kehtoa, merten kemiallista tasapainoa. Ekologisia ja taloudellisia seurauksia on vaikea ennakoida, mutta mahdollisesti ne ovat peruuttamattomia, varoittavat merten kemiallisen tasapainon tutkijat heinäkuun Science-lehdessä. Jo tapahtuneiden muutosten pysäyttämiseksi hiilidioksidipäästöjen tulisi romahtaa verrattuna suosituksiin, jotka ovat nyt vallalla ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi.

Carnegie-instituutin ekologian laitoksen tutkija Ken Caldeira kirjoittaa yhdessä Havaijin yliopiston Richard Zeeben kanssa, että meriin on imeytynyt noin 40 prosenttia hiilidioksidia ihmisten toimien seurauksena viimeisten kahden vuosisadan aikana. Tämän seurauksena maailmanlaajuiden ilmastonlämpeneminen on hidastunut, mutta hinta merten hiilidioksidin varastoinnista on kallis. Hiilidioksidin lisäys on muuttanut merten pintavedet 0,1 happamammaksi verrattuna teollistumista edeltäneeseen aikaan. Tulevaisuudessa nykyinen päästövauhti ja laajuus voivat tipauttaa merten pH-arvon jopa 0,35 yksikköä vuoteen 2500 mennessä.

Happamoituminen vahingoittaa meren organismeja. Tutkimukset ovat osoittaneet, että jo 0,2-0,3 yksikön muutokset voivat vaikeuttaa meren elintärkeitä toimintoja, kuten koralleja ja planktoneita. Happamuusasteen muutoksille erittäin herkät merten organismit voivat laajoilla alueilla muuttua niille elinkelvottomiksi 2000-luvun puoliväliin mennessä. Esimerkki tällaisesta alueesta on Australian Iso Valliriutta.

Suurin osa merten organismeista elää meren auringonpaisteisissa pintavesissä. Juuri nämä alueet ovat erityisen herkkiä hiilidioksidin aikaansaamalle happamoitumiselle tulevina vuosisatoina, jos päästöt pysyvät ennallaan. Hiilidioksidipäästöjä tulisi vähentää välittömästi, jotta 1976 yhdysvaltalaisen ympäristönsuojeluohjelman suositus happamoitumisen pysättäyttämisestä 0,2 yksikköön voisi totetua, tutkijat vaativat.

"Toisin kuin ilmastomallit olettavat, tulevaisuuden merten kemiallinen ennuste kulkee omia latujaan muutaman sadan vuoden aikaskaalalla", tutkijat kirjoittavat. "Tämä johtuu pääosin siitä, että meriveden sisältämän hiilidioksidin kemiallinen mekanismi tunnetaan hyvin ja pintavedet puolestaan reagoivat ilmakehän hiiilidioksin muutoksiin herkästi."

Vaikka hiilidioksidin aiheuttamat merten kemialliset muutokset ovat suhteellisen ennustettavissa, biologisten muutosten ennakoiminen on jo epävarmempaa. Meren happamuusaste ja hiilen kemia on pysynyt erittäin vakaana jo miljoonien vuosien ajan -paljon vakaampana kuin esimerkiksi ilman lämpötila.

"Tiedämme, että merten happamoituminen voi vahingoittaa koralleja ja muita meren organismeja, mutta ei ole olemassa tutkimusnäyttöä siitä, miten eri lajit toimivat", Caldeira sanoo. "Suurin osa tutkimuksista on tehty ainoastaan muutamilla yksilöillä. Koska tutkimustulokset ovat hälyttäviä, on lähes mahdotonta arvioida miten tämä ennenkuulumaton happamoituminen vaikuttaa kokonaisiin ekosysteemeihin." Ainakin kalkkeutumisen väheneminen vahingoittaa simpukoita, kuten ostereita ja sinisimpukoita. Näiden lajien vähenemisellä on puolestaan vaikutuksia kaupalliselle kalanpyynnille. Jotkut organismit voivat puolestaan kukoistaa uusissa olosuhteissa. Menestyjiä saattavat olla "merten rikkaruohot" kuten sairautta aiheuttavat eliöt.

Tutkijat kommentoivat, että merten happamoituminen on uhkaavaa ja voi aiheuttaa useita kriisejä. Vaikka yleinen huomio on kiinnittynyt ihmisten aiheuttamien hiilidioksidipäästöjen vaikutusten arviointiin, merten osuus on jäänyt usein liian vähälle huomiolle.

"Meidän täytyy arvioida merten kemiallisia muutoksia omana asianaan, eikä ainoastaan kiinnittää huomiotamme hiilidioksipäästöjen ilmastovaikutuksiin. Kaiken kaikkiaan tämä tarkoittaa sitä, että meidän täytyy kamppailla hiilidioksipäästöjen vähentämiseksi", Caldeira sanoo. "Ilmaston hiilidioksidimäärän kaksinkertaistuminen tappaisi koralliriutat ja joukon muita arvokkaita meren eläviä."

Euroopan metsien kyky sitoa hiiltä voimistunut
Euroopan metsien hiilinielu on arvioitu kattavasti ensimmäisen kerran. Koko alueen kattavat tiedot metsien hiilinielusta perustuvat eurooppalaisen tutkimusryhmän tuloksiin, jotka on juuri julkaistu arvovaltaisessa Nature Geoscience-tiedelehdessä. Suomesta tutkimusryhmään kuului Suomen ympäristökeskuksen erikoistutkija Jari Liski. 

Euroopan metsät ovat sitoneet merkittävän osan Euroopan hiilipäästöistä viimeisen 50 vuoden aikana. Metsien kyky toimia hiilinieluna on voimistunut erityisesti viime vuosikymmeninä. Nyt myönteinen kehitys on uhattuna. 

Metsiin kertyi aiempaa enemmän hiiltä 1950-luvulta lähtien. Samaan aikaan metsien kyky sitoa hiiltä parani tutkimuksen mukaan jokaisessa Euroopan maassa, vaikka puustoa on hakattu yhä kiihtyvällä tahdilla teollisuuden tarpeisiin. Yksin puustoon on sitoutunut 10 prosenttia päästöistä ja metsien maaperään vielä lisää. 

Hehtaaria kohti laskettuna sekä puuvarat että hiilinielu lisääntyivät 1,7-kertaiseksi. Hiilensidontakykyä paransivat osaltaan metsien kasvun kannalta edulliset ilmasto-olot, ilman hiilidioksidipitoisuuden kasvu ja typpilaskeuma. Puuvarojen kehitys oli sen sijaan pääasiassa valitun metsien käsittelyn seurausta. 

Euroopan metsät voivat sitoa itseensä vielä paljon lisää hiilidioksidia ilmakehästä. Puuston keskimääräinen hiilivarasto, noin 40 tonnia hehtaarilla, on vielä kaukana vanhojen metsien 100-240 tonnin hehtaarikohtaisesta arvosta. 

Tehokkaan hiilinielun ylläpito edellyttää selvästi metsien kasvun alittavia hakkuita. Euroopan bioenergiatavoitteet aiheuttavat kuitenkin paineita lisätä hakkuita merkittävästi. Samalla ilmastonmuutos luo omat uhkansa metsien hiilinielulle. Yleistyvät metsätuhot voivat aiheuttaa kasvutappioita ja lämpenevä ilmasto lisää maaperän hiilidioksidipäästöjä. Lisäksi metsiä uhkaavat ilmastonmuutoksen seurauksena yleistyvät myrskyt, kuivuus ja tuholaiset.

EU:n tavoitteet lisätä bioenergian tuotantoa edellyttävät puunkorjuun merkittävää lisäämistä niin, että nielu pienenisi lähelle nollaa.

Metsät voisivat toimia hiilinieluina vielä vuosikymmenten ajan tarjoten lisäaikaa tehokkaiden päästövähennyskeinojen kehittämiseen. Metsät tarjoavat kaksi merkittävää keinoa hillitä ilmastonmuutosta: hiilinielun ja bioenergian. Suunniteltaessa metsien tulevaa käyttöä on ilmaston suojelemiseksi huomioitava molempien keinojen kaikki ilmastovaikutukset ja ilmastonmuutoksen seurauksena muuttuvat metsien kasvuolosuhteet.

Ilmastonmuutos tekee eläimistä nälkäisiä
Arktisten alueiden kasvinsyöjät kamppailevat saadakseen ravintoa, kertoo Proceedings of the Royal Society B:n nettijulkaisu. Esimerkiksi vaativiin olosuhteisiin ja eri vuodenaikoihin sopeutunut karibu on vaikeuksissa. Yhdysvaltalaisen Penn State –yliopiston Professori Eric Post ryhmineen keskittyi tutkimuksissaan karibuun.
Aiemmat tutkimukset olivat osoittaneet, että tiineenä olevat karibut jäävät nälkäisiksi, koska ne saapuvat poikimisalueelle ravinnon näkökulmasta liian myöhään. Lisäksi eläimillä on vaikeuksia asettua harvoille jäljelle jääneille alueille, joista löytyy ravintoa. ”Epäsopivan ajan ja paikan yhdistelmä kaksinkertaistaa eläinten onnettoman kohtalon”, Post sanoo. ”Eläimet ovat tottuneet siihen, että tiettyinä aikoina hyvää ravintoa on saatavilla alueella. Nyt ilmastonmuutos on muuttanut tilannetta.” Ihminen voi eläytyä eläinten tilanteeseen Postin mukaan vaikkapa näin: ”Olet ollut ystäviesi kanssa kaupungilla. Kotimatkalla huomaat olevasi nälkäinen ja päätät pistäytyä ravintolassa, jossa olet tottunut käymään. Syöminen ei kuitenkaan onnistu, koska ravintola on sulkenut etuajassa ovensa. Niinpä astelet kulman takana olevaan ravintolaan, jonka tiedät olevan auki vähän muita ruokapaikkoja kauemmin. Päästyäsi toisen ravintolan luo huomaat, että sekin on mennyt jo kiinni. Tutkimillamme kasvinsyöjillä, karibuilla, on vähän sama tilanne. Ympäristön ravintolat ovat menneet kaikki etuajassa kiinni.”
Postin tutkimusryhmä keskittyi Länsi-Grönlannin kasvia syövien eläinten ravitsemukseen eri vuodenaikoina. Läheistä sukua peuralle oleva karibu on täysin riippuvainen kasviravinnosta. Keväällä ne vaihtavat jäkälän pajun versoihin, saraan ja kukkiviin tundran yrtteihin. Lisääntynyt päivänvalo saa poikimisajan lähestyessä saa naaraskaribut muuttamaan alueille, joissa ne ovat tottuneet saamaan paljon ruokaa. Nyt maailmanlaajuinen ilmastonmuutos horjuttaa tätä rytmiä. Aiemmat tutkimukset osoittavat, että lämpötilan kohotessa kasvit saavuttavat etuajassa parhaat ravinto-ominaisuutensa. Kun tiineenä olevat karibut lopulta saapuvat paikalle, kasvit eivät ole enää parhaimmillaan.
”Eläinten epäsopiva ruokailun ajoitus johtuu ilmastonmuutoksesta. Ravinnon saanti vaikeutuu lämpenevässä ilmastossa, koska kasvit reagoivat herkemmin lämpötilaan kuin keväällä pitenevään päivän pituuteen. Kun hyvää ravintoa ei ole saatavilla entiseen tapaan, tiineenä olevat karibut synnyttävät vähemmän poikasia. Lisäksi osa karibun vasoista kuolee ravinnon puutteeseen.” Post pitää tutkimusten valossa selvänä, että epäsopiva ruoka-ajoitus ei ole ainoa karibuja uhkaava ongelma. Lämmennyt ilmasto on harventanut ja yksipuolistanut ravintokasvilaikkuja. "Monimuotoinen maisema on monille liikkuville kasvinsyöjille vakuutus ravinnon saannin takaamiseksi, koska ne voivat aina hakeutua paremmille ruoka-apajille. Ilmastonmuutos vähentää tätä eläinten henkivakuutusta", Post toteaa.

Tropiikin hyönteiset joutuvat vaikeuksiin ilmaston lämmetessä
Vaikka ilmaston lämpeneminen nostaa lämpötiloja eniten pohjoisilla alueilla, suurimmat vaikeudet tulevat tropiikin hyönteisille ja matelijoille, ennustaa yhdysvaltalainen tutkijaryhmä. Hyönteiset eivät pysty säätelemään omaa lämpötilaansa, vaan ne ovat riippuvaisia ulkolämpötilasta. Ne elävät siksi lähellä optimaalista lämpötila-aluettaan. Jos lämpötila nousee suotuisista luvuista, niillä ei ole keinoja sopeutua siihen.
Kalifornian yliopistossa kuvattiin 38 eri puolilla maailmaa elävän hyönteisen otollisimpia elinolosuhteita ja verrattiin niitä ilmaston kehitystä kuvaaviin malleihin. Tämän perusteella arvioitiin hyönteisten mahdollisuuksia selvitä muuttuvissa oloissa. Ilmaston muutosta ennakoitiin hallitustenvälisen ilmastopaneelin IPCC:n käyttämillä malleilla.
Kaikkein heikoimmin näyttävät selviävän tropiikissa ja erityisesti päiväntasaajan lähellä elävät hyönteislajit. Jos lämpötila nousee siellä 2-4 asteella, hyönteiset eivät enää pysy hengissä näillä seuduilla. Sama kohtalo uhkaa muita vaihtolämpöisiä eläimiä, kuten sammakkoeläimiä ja liskoja. Jotkut lajit selviytyvät siirtymällä lauhemmille alueille, mutta kaikki eivät pysty siirtymään. Sen sijaan hieman kauempana päiväntasaajasta elävät hyönteiset voivat alkaa menestyä entistä paremmin, mikä tulee todennäköisesti lisäämään mm. viljelykasveja syövien hyönteisten tuhoja.
Tropiikin hyönteislajien suppeneminen merkitsee vaikeuksia alueen viljelmille, koska hyönteiset ovat välttämättömiä esimerkiksi pölyttäjinä. Hyönteiset hajottavat osaltaan kasvien jäänteitä ja tuottavat siten ravinteita luonnon kiertokulkuun. Hyönteisten väheneminen muuttaa koko ekosysteemiä tavoilla, jota on mahdotonta ennustaa. Tutkimustuloksista raportoi PNAS-tiedelehti.

Happi katoaa trooppisista meristä
Ilmastonmuutoksen lämmittämien merien happipitoisuus laskee. Tutkijoiden mukaan seurauksena ovat niin sanotut vedenalaiset autiomaat. Ekosysteemi järkkyy, koska useat lajit eivät selviä happivajauksesta kärsivillä alueilla tai tyystin hapettomissa olosuhteissa.
Lothar Stramma kollegoineen konstruoi 50 vuoden ajanjakson happipitoisuudet trooppisten merien keskisyvyyksistä. He käyttivät työssään historiallisia tietoja ja yhdistivät ne viimeisimpiin mittaustuloksiin.
Happivajausalueet ovat leviämässä merkittävästi, erikoisesti Atlantin trooppisissa osissa. Meressä kaikki vaikuttaa kaikkeen. Hapen väheneminen vaikuttaa hiili- ja typpikiertoon. Muutos vaikuttaa puolestaan merten ekosysteemiin ja sitä kautta kalastajien elinkeinoon. Tutkimustuloksista raportoi Science-tiedelehti.

Rikkihiukkasten syytäminen ilmakehään voi johtaa otsonikerroksen katoamiseen
Ilmaston lämpenemisen hidastaminen syytämällä ilmakehään rikkipitoisia hiukkasia voi johtaa maapallon suojaavan yläilmakehän otsonikerroksen huomattavaan ohenemiseen, varoittavat amerikkalaistutkijat Science-lehden uudessa nettijulkaisussa Science Expressissä. Ennen kuin tositoimiin ryhdytään, on mahdolliset seurausvaikutukset selvitettävä tarkkaan. 

Luonto tekee tällaisia kokeiluita tulivuorenpurkauksissa, jolloin ilmaan sinkoaa valtavat määrät mm. rikkipitoista ainesta kuten sulfaatteja. Ne estävät auringon säteilyä pääsemästä maan pintaan jolloin lämpötila laskee. Tästä on lähtenyt liikkeelle ajatus tehdä vastaavaa ihmisen toimesta.

Suurten tulivuorenpurkausten tiedetään heikentävän yläilmakehän otsonikerrosta. Yhdysvaltais-saksalainen tutkijaryhmä Simone Tilmes, Rolf Möller ja Ross Salawitch lähti selvittämään mitä rikin ja neljän happiatomin muodostamat sulfaattimolekyylit hiukkasina vaikuttavat otsonikerrokseen. Otsoni, kolmen happiatomin muodostama molekyyli, hajoaa kloorin vaikutuksesta. Sulfaattihiukkaset osallistuvat prosessiin tarjoamalla klooriyhdisteille kiinnittymisalustan mutta sulfaattimolekyyli ei sinänsä osallistu otsonia hajottavaan reaktioon.

Sulfaatin suihkuttamisen vaikutusta otsonin hajoamiseen yläilmakehässä selvitettiin tietokonesimulaatioilla. Yhdessä laskelmassa ilmakehään päästettiin tulivuorenpurkauksen verran rikkipitoista ainesta, toisessa huomattavasti vähemmän. Tuloksia katsottiin vuosikymmenien pituisella ajanjaksolla.

Aluksi, seuraavien 20 vuoden aikana pienikokoiset hiukkaset vähentäisivät otsonikerrosta 100-230 Dobson-yksiköllä. Se on paljon, koska pohjoisella pallonpuoliskolla yläilmakehän otsonikerroksen paksuus on 300-450 Dobson-yksikköä. Suuret sulfaattihiukkaset vaikuttaisivat vähemmän pohjoisten alueiden otsonikerrokseen ja se putoaisi 70-150 Dobson-yksikköä. Suuremmat luvut viittaavat kylmiin talviin jolloin sulfaattilisäys vaikuttaisi selvästi enemmän. Vuosisadan loppupuolella sulfaatin vaikutus otsonikerrokseen vähenisi noin 60-150 Dobson-yksikköön pohjoisessa. Tulos riippuu hiukkasten koosta ja talven lämpötiloista.

Eteläisellä napa-alueella eli Etelämantereen yllä otsonikerros ohenee kevättalvella huomattavasti jo nykyisin eikä sulfaattihiukkasten suihkuttaminen simulaatiolaskujen mukaan tilannetta siltä osin paljon muuta. Syynä Etelämantereen keväiseen otsoniaukkoon ovat ilmakehään kertyneet klooriyhdisteet, joiden pääsyä alettiin rajoittaa parikymmentä vuotta sitten Montrealin sopimuksella.

Nyt CFC-yhdisteitä pääsee ilmaan aiempaa selvästi vähemmän ja Etelämantereen otsoniaukon oletetaan alkavan pienentyä vähitellen, vaikka vielä tästä ei merkkejä näy. Sulfaattisuihkutukset hidastaisivat kuitenkin otsoniaukon supistumista ja arvioidun 30 vuoden sijasta parannusta olisi nähtävillä vasta 70 vuoden kuluttua.

Tulokseen vaikuttavat talven lämpötilat eikä poikkeuksellisen lämpimien tai kylmien talvien vaikutusta laskettu erikseen. Epävarmuutta tuo myös luonto: jos samaan aikaan sattuisi iso tulivuorenpurkaus, otsonikerros voi vähentyä vielä paljon enemmän.
25.4.2008

Tutkijat kritisoivat IPCC:n ilmastomallia riskipeliksi
Hallitustenvälinen ilmastopaneeli eli IPCC luottaa mallinnuksissaan liikaa uuden teknologian mahdollisuuksiin ilmastonmuutoksen hillitsemistyössä, tutkijat kirjoittavat kommenttipuheenvuorossaan tiedelehti Naturessa.

Artikkelissaan Roger Pielke Jr, Tom Wigley ja Christopher Green kommentoivat, että IPCC:n päästöjen vähentämistavoite on riittämätön. Heidän mukaansa IPCC:n päästömallit olettavat, että ponnistelut energiatehokkuuden lisäämiseksi jatkuvat. Ilmastotasapainon saavuttamiseksi vapaaehtoiset muutokset eivät enää riitä, vaan yhteiskuntaa tulisi ohjailla esimerkiksi verotuksen keinoin, Coloradon Boulderin yliopiston luotsaama tutkimus osoittaa. Nykyiset mallit voivat dramaattisesti aliarvoida, mitä kaikkea hiilettömän talouden saavuttaminen vaatii. Tutkijat moittivatkin IPCC:n arvioita riskipeliksi.

Tutkijoiden mukaan IPCC luottaa liikaa siihen, että ilmastonmuutosta hillitsevät tekniset keksinnöt syntyvät itseohjautuvasti. "Ilman päättäjien aktiivista ohjailua uudet teknologiat eivät saa päästöjä kuriin ilmastopaneelin kaavailemalla tavalla. Jo nyt ollaan tavoitteista jäljessä nopean talouskehityksen vuoksi", arvioi professori Roger Pielke Jr. "Esimerkiksi Aasiassa paljon energiaa tarvitsevat maat ovat kääntyneet perinteisiä fossiilisia polttoaineita käyttävien teknologioiden puoleen. Fossiilisten polttoaineiden voittokulun pelätään jatkuvan vuosikymmeniä ja siirtyvän lopulta myös Afrikkaan", professori Pielke kuvailee.

Tutkijoiden mukaan hiilidioksidipitoisuudet eivät ole IPCC:n tulevaisuuden ennusteen mukaan omia aikojaan vähenemässä, vaan päinvastoin ne ovat parhaillaan lisääntymässä. Liian optimistiset arviot voivat vääristää kokonaisuuden hahmottamista ja hidastaa tehokkaiden poliittisten keinojen kehittämistä. Vuonna 1992 hiilidioksidipäästöjen ja kasvihuonekaasujen tasapainottaminen nostettiin tärkeimmäksi päämääräksi YK:n ilmastonmuutosta käsittelevässä työryhmässä, johon lähes kaikki maailman maat osallistuivat, mukaan lukien Yhdysvallat.

"Päästöjen tasapainottaminen on suurempi haaste, kuin usein ymmärretään. Tavoitteen saavuttamiseksi tarvitaan hiilettömiä teknisiä ratkaisuja", vanhempi tutkija Tom Wigley arvioi. "Maailmanlaajuinen kasvava energiantarve tulee tyydyttää tavalla, jossa ei käytetä fossiilisia polttoaineita eikä tuoteta hiilidioksipäästöjä."

Naturen artikkelin kirjoittajat arvioivat, että energiapolitiikan painopiste lähivuosikymmeninä tulee kohdistua hiilidioksidipitoisuuden tasapainottamiseen, jotta taso saadaan edes hyväksyttävälle tasolle. IPCC:n raportti luottaa omaehtoiseen vihreän teknologian kehitykseen. Naturen kirjoittajat puolestaan käyttävät jäädytetyn teknologian periaatetta arviointinsa lähtökohtana. Jäädytetty teknologia lähtee oletuksesta, että energiankulutus säilyy ennallaan. "Jäädyttämällä nykyinen tilanne paikalleen on mahdollista nähdä hiilettömän teknologian haastavuus kokonaisuudessaan", tutkijat selittävät.

Naturen kirjoittajat eivät kyseenalaista teknologian kehitystä sinänsä. Se on välttämätöntä, he vakuuttavat artikkelissaan. "Villakoiran ydin on se, että millä erityiskeinoilla poliittisesti voidaan motivoida vihreän teknologian keksintöihin", tutkijat kysyvät. "IPCC ottaa riskin luottaessaan omaehtoiseen teknologian kehitykseen sen sijaan, että keskityttäisiin innovaatioille suotuisien ja välttämättömien olosuhteiden luomiseen."
> Samasta aiheesta artikkeli YLE Radio 1:n Tiedeuutisissa.