Perustietoa ilmastonmuutoksen tutkimuksesta

Esa Erävalo, PhD

Poliittisten näkemysten tulisi perustua parhaaseen käytettävissä olevaan tietoon. Näin monet puolueet ja muut poliittiset toimijat julistavat.

Ympäristö- ja ilmastokysymyksissä luotamme ilmastotieteen ja ympäristötieteen saavutuksiin. Tämä kirjoitus on lyhyt yhteenveto ilmastotieteestä, jota maailman kaikki ilmastotieteen laitokset edustavat. Käytetyt kaaviot ja esitykset ovat peräisin NASA:lta.

Ilmastonmuutoksen käsite pitää sisällään lämpenemisen lisäksi muutkin ilmastojärjestelmän muutokset, kuten sadannat, tuulikuviot, jäätiköiden ja merien muutokset, ilmakehän kaasukoostumus jne. Ilmasto on lämmennyt ja lämpiää edelleen.

Syynä lämpenemiseen ovat Ilmastokaasut, pääosin hiilidioksidi.

Ihmiskunnan hiilidioksidipäästöt ovat kasvaneet valtavasti. Nämä ihmiskunnan tuottamat valtaisat hiilidioksidin päästöt ilmakehään ovat johtaneet hiilidioksidin määrän kasvuun ilmakehässä historiallisen korkealle.

Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kasvua on seurattu Mauna Loalla vuodesta 1958.

Kasvihuoneilmiö tarkoittaa sitä, että hiilidioksidi ja muut ilmastokaasut lämmittävät ilmastoa, koska ne keräävät osan auringon lämpösäteilystä, joka sirottuu maasta takaisin avaruuteen. Se, että hiilidioksidilla ja muilla ilmastokaasuilla on tällainen ominaisuus, on tieteellinen tosiasia.

Ihmiskunnan tuottama hiilidioksidi kerääntyy ilmakehään, koska kasvillisuus ja meret eivät ehdi imeä itseensä ylimääräistä hiilidioksidia vaikka se lisääkin maapallon kasvuston kasvua ja siten hiilensidontaa. ”Normaalioloissa” hiilen kiertokulku on jotakuinkin tasapainossa, juuri fossiilisen hiilen polttaminen rikkoo tasapainon ja kerryttää hiilidioksidia ilmakehään. Hiilidioksidi pysyy ilmakehässä satoja vuosia.

Muut tekijät

Ilmastoon vaikuttavat muutkin tekijät, kuten tulivuorenpurkaukset (viilentävästi, koska hiukkaset heijastavat säteilyä takaisin avaruuteen), muutokset auringon säteilyssä sekä merivirrat.

Muitakin vaikuttavia tekijöitä on lukuisia: kosminen säteily, aurinkotuulen vaihtelu, aurinkomyrskyt, maapallon kallistuskulma, auringon ja maan magneettikenttien vaihtelut, muutokset pilvisyydessä, mannerten liikkumiset, nokipäästöt lumien päällä, maaperän muutokset (maanviljelys, tiet ja kaupungit). Ei ihme, että ilmastomallit ovat monimutkaisia ja kaikkien tekijöiden yhteen laskeminen vaikeaa. Siihen tarvitaan monimutkaisia tilastollisia malleja.

Tämänhetkinen em. malleihin perustuva ilmastotutkijoiden valtavirtanäkemys on että ilmastonmuutoksesta 2/3 johtuu hiilidioksidin lisääntymisestä ilmakehässä. Arvion on esittänyt mm. Maailman Ilmatieteen järjestön (WMO) pääsihteeri Petteri Taalas. Esimerkiksi auringon säteilyn muutokset eivät selitä ilmaston muuttumisesta kuin pienen osan. Päinvastoin, lämpötila on noussut, vaikka auringon aktiivisuus on heikentynyt.

Ilmastoherkkyydellä tarkoitetaan ilmaston lämpötilatasapainon muutosta hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistuessa. Hallitustenvälinen ilmastopaneeli IPCC arvioi neljännessä arviointiraportissaan maapallon ilmastoherkkyydeksi 2–4,5 °C, todennäköisimmin 3 °C. Viimeisin tutkimus (NASA) on pystynyt täsmentämään luvun välille 2,6-3,9 °C. Tämä tarkoittaa sitä, että hiilidioksidipitoisuuden noustessa tasolle 560 ppm, joka on kaksinkertainen esiteolliseen tasoon 280 ppm verrattuna, lämpötila nousee 2,6-3,9 °C esiteollista aikaa korkeammalle. Tällä hetkellä maapallon keskimääräinen lämpötila on noin 1,0 °C esiteollista aikaa korkeammalla.

Arviot siitä, milloin 560 ppm taso saavutetaan vaihtelevat, koska siihen vaikuttaa päästöjen kehitys, joka on riippuvainen poliittisista päätöksistä. Mikäli ilmakehän hiilidioksidipitoisuus kasvaa 2-3 ppm/v vauhtia, kaksinkertaistumiseen menee 50-70 vuotta.

Tulivuorenpurkausten ja auringon yhteisvaikutusta on verrattu seuraavassa kaaviossa ihmiskunnan aiheuttamaan lämpötilaa nostavaan paineeseen. Kuvassa luonnolliseen vaihteluun (natural variability) kuuluvat mm. merivirrat ja niiden muutokset (kuten El Nino ja La Nina). Tulivuorenpurkausten viilentävät vaikutukset näkyvät selvästi lämpötilan nousukäyrässä.

Miten ilmastotutkimus on kehittynyt?

1824 Joseph Fourier laski, että Maan kokoisen planeetan tällä etäisyydellä auringosta pitäisi olla paljon kylmempi. Hän ehdotti, että jokin ilmakehässä toimii ikään kuin eristävänä peittona. 1856 Eunice Foote löysi tuon peiton ja osoitti, että hiilidioksidi ja vesihöyry ilmakehässä vangitsevat karkaavan infrapuna- eli lämpösäteilyn. 1860-luvulla fyysikko John Tyndall tunnisti kasvihuoneilmiön ja esitti, että pienet muutokset ilmakehässä voisivat tuoda ilmaston muutoksia.

Ruotsalainen Svente Arrhenius ensimmäisenä ennusti vuonna 1896, että muutokset ilmakehän hiilidioksidimäärässä voivat kasvihuoneilmiön kautta merkittävästi vaikuttaa lämpötilaan maan pinnalla. 1938 Guy Callendar yhdisti ilmaston lämpenemisen hiilidioksidin määrän kasvuun. 1941 Milutin Milankovic yhdisti jääkaudet Maan kiertorataan auringon ympäri. Gilbert Plass muotoili ilmastonmuutoksen hiilidioksiditeorian vuonna 1956.

1970-luvulla tapahtui muutama läpimurto ilmastotutkimuksessa. Ensinnäkin 1979 USA:n kansallinen tiedeakatemia julkaisi nk. Charneyn raportin. Silloin ei ollut käytössä sellaista määrää vertaisarvioituja tutkimuksia kuin nykyisin, ei neljän vuosikymmenen satelliittidataa, ei 120 vuodelle ulottuvaa lämpötilan muutosdataa, eikä kehittyneitä kolmidimensionaalisia malleja ilmastojärjestelmästä. Charney ja kumppanit huomasivat kuitenkin, että epävarmuudet ilmastoherkkyyden arvioinnissa johtuivat epävarmuudesta siitä, mikä on pilvisyyden vaikutus. Sitä on myöhemmin kyetty selvittämään. He ennustivat, että meren lämpötilan nousu hidastaa ilmakehän lämpenemisen havaitsemista. Heidän ennusteensa ilmastoherkkyydelle oli 1,5-4,5 °C, ja tuolle vaihteluvälille on päädytty pitkään mm. IPCC:n raporteissa.

Klaus Hasselmann julkaisi tutkimuksen miten erottaa tilastollisesti lämpenemisen signaali muista tekijöistä, ”taustahälystä”. Esimerkiksi muutokset auringon säteilyssä, tulivuorenpurkausten hiukkasissa ja eri ilmastokaasuissa tuottivat erilaisia signaaleja eri taajuuksilla ja tavoilla, joilla ne voitiin tunnistaa.

Satelliitit alkoivat vuodesta 1978 alkaen tutkia happimolekyylien mikroaaltosäteilyä, joka korreloi eri ilmakehän kerrosten lämpötilojen kanssa. Mittaustekniikkaa tarkennettiin vuonna 1998. Satelliittien data mahdollisti sen, että voitiin havainnoida eri tekijöiden merkitystä, suuruutta ja kiertokulkua ilmakehässä, määrittää kuinka paljon ilmakehä viileni tulivuorenpurkausten jälkeen, miten ilmastomallit vastasivat todellisuutta ja miten maanpinnan ja ilmakehän lämpötilanmittaukset vastasivat toisiaan.

Ihmiskunnan tuottaman hiilidioksidin isotooppinen sormenjälki kyettiin erottamaan. Näin saatiin selville, että troposfäärin lämpeneminen oli suurelta osin seurausta ihmiskunnan fossiilisista polttoaineista ilmakehään tuottaman hiilidioksidin määrästä ja ylemmän stratosfäärin kylmeneminen johtui otsonin vähenemisestä.

Nykyisin kansainväliset ilmastotutkimuksen laitokset ympäri maailman päätyvät tarkentuvilla ilmastomalleillaan samaan tulokseen, olivat ne USA:n, Ranskan, Japanin, Kiinan, Venäjän tai Suomen tutkimuslaitoksia. On perusteltua luottaa niiden tuloksiin ja kansainvälisen ilmastopaneelin IPCC:n kaikista tutkimuksista vertaisarvioituun koosteeseen ilmastotutkimuksen tuloksista.

Näin ollen kaikki maailman valtiot olivat yksimielisiä Pariisin ilmastokokouksessa tarpeesta rajoittaa ilmakehän lämpenemistä ja vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä, jotta ilmakehän lämpeneminen saataisiin rajoitetuksi alle 1,5 °C tai ainakin alle kahteen asteeseen suhteessa esiteolliseen aikaan. Se, että juuri nuo rajat on asetettu, on tietenkin poliittinen valinta, sillä alemmat rajat eivät ole realistisia. Jo nämäkin tavoitteet ovat vaikeita saavuttaa, koska ilmakehään jo kertyneet hiilidioksidimäärät ovat siellä satoja vuosia ja ilmasto lämpenee edelleen jonkin verran, vaikka kaikki päästöt lopetettaisiin. Nykyisillä eri maiden vähennyssitoumuksilla 1,5 °C saavutetaan 2030-luvun puolivälissä ja 2 °C joskus 2050-70.

Hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli, IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) ei itse tee tieteellistä tutkimusta, mutta kokoaa ja kriittisesti arvioi vertaisarvioituja tutkimustuloksia. Se perustettiin 1988 Maailman ilmatieteen järjestön (WMO, jonka pääsihteeri vuodesta 2016 on suomalainen Petteri Taalas) ja YK:n ympäristöohjelman (UNEP) toimesta. Siihen koottiin ilmastotieteen johtavista asiantuntijoista. IPCC on julkaissut viisi laajaa arviointiraporttia, jotka sisältävät ilmastotutkimuksen eri osa-alueita käsitteleviä osaraportteja. Kuudes arviointiraportti on tarkoitus julkaista vuonna 2022. IPCC:n raporteilla on keskeinen osuus ilmastoneuvotteluissa.

Myös suomalaisilla tutkijoilla ja tutkijaryhmillä on ollut jo pitkään merkittävä rooli ilmastotutkimuksessa ja ilmastonmuutosmallien kehityksessä. Esimerkkinä mainittakoon kolmen yliopiston ja Ilmatieteen laitoksen muodostama Atmosphere and Climate Competence Center -tutkimuskonsortio.

Lämpenemisen seurauksia

Moni Suomessa toivoo keskieurooppalaisia lämpötiloja. Kaikki ilmastonmuutoksen seuraukset eivät osu Suomeen yhtä rankasti kuin muualle maapallolla. Meillä maan pinta yhä nousee jääkauden jälkeen, mikä kumoaa meren pinnan nousun. Puusto ja kasvillisuus kasvavat nopeammin ja kasvukausi pitkittyy. Ennusteiden/mallien mukaan talvet muuttuvat leudommiksi ja vähälumisemmiksi. Suomessa on lähinnä odotettavissa luonnon muuttumista, sateisuuden kasvua, vanhojen lajien menetystä, vieraslajien lisääntymistä ja esimerkiksi Suomen metsätaloudelle merkittävää tuhohyönteisten ja kasvitautien lajiston ja määrän kasvua.

IPCC:n 2019 raportin mukaan ilmastonmuutoksen seurauksena Itämeren jääpeite ja lumitalvet vähenevät Suomessa, meren rehevöityminen voimistuu ja meren pohjaan happikadot lisääntyvät, vuosisadan loppuun mennessä tulvariski kasvaa etenkin Suomen etelärannikolla.

Merkittävimmät ilmastonmuutoksen vaikutukset ihmiskunnalle voivat kuitenkin olla siinä, että muuttuva ilmasto luo uusia lisähaasteita hauraampien yhteiskuntien maataloustuotannolle, mikä voi aiheuttaa merkittäviä nälänhätiä ja yhteiskuntien romahtamista, joiden heijastukset väistämättä ovat globaaleja.

Eniten ilmastonmuutoksesta kärsivät maailman köyhimmät ihmiset. NASA luettelee seuraavia ilmiöitä:

• lämpötilojen nousua, lämpöaaltoja ja lisääntyvää kuivuutta.
• hirmumyrskyt ja hurrikaanit todennäköisesti voimistuvat
• arktiset merialueet menettävät jääpeitteensä
• jäätiköt sulavat ja merenpinta nousee. Meret happamoituvat.

Onko aihetta ilmastopaniikkiin ja -ahdistukseen?

Kuten maailman ilmatieteen järjestön pääsihteeri Petteri Taalas on todennut, muutokset ovat hitaita ja ihmiskunta selviää suuristakin muutoksista. Selviäminen vain tulee entistä vaikeammaksi mitä korkeammalle lämpötilan annetaan nousta. Yhdessä ja aktiivisesti toimien ihmiskunta tulee selviämään.

Artikkelikuva: NOAA on Unsplash.com