Arvio yhden koivuyksilön siementen määrästä vuonna 2014

Kesällä monet huomaavat koivun tuottavan valtavan määrän siemeniä. Siemeniä sataa joka paikkaan ja ne kerääntyvät kasoiksi sinne tänne. Meilläkin harjataan takapihan terassi joka päivä koivun pahimman siemennyksen aikaan. Esimerkkinä tästä, vuonna 2012 MTV uutisoi ennätyksellisestä koivun siemenmäärästä. Vuonna 2014 tilanne on näyttänyt samalta ainakin Espoossa, joten jää nähtäväksi, onko tänä vuonna ollut taas ennätyskesä tässä mielessä. Ainakin siitepölyn määrässä tehtiin uusi Helsingin ennätys tänä vuonna.

Paljonko koivu oikeastaan tuottaa siemeniä? Tämän kesän mökkireissulla ajattelin tarkistaa asian, kun näin rantakoivun siemennorkot. Kyseessä oli noin 6-7 metriä korkea hieskoivu (Betula pubescens) pienen järven rannalla Parikkalassa.

Hieskoivu

Otin koivusta norkon ja aloin laskea sen siementen määrää. Huomasin heti, että se, mikä yleisesti mielletään koivun siemeneksi (kuten esimerkiksi tässä Aamulehden kuvakisassa), ei olekaan siemen, vaan vain norkossa oleva tukirakenne varsinaisia siemeniä varten. Kävyissä vastaavia tukirakenteen osia sanotaan suomuiksi, mutta en tiedä, mikä tämän koivun norkon osan virallinen nimi on. Allaolevassa kuvassa keskellä ylhäällä on vierekkäin siemen ja tukirakenteen osa. Kuvassa vasemmalla puolella on laskennan kohteena oleva norkko ja oikealla norkko purettuna laskentaa varten.

Laskemisen yhteydessä oli oltava tarkkana, sillä suoritin laskentaa pihaterassilla, jossa silloin tällöin kävi lievä tuulenvire. Välillä tuulenvire oli niin voimakas, että siemeniä oli suojeltava tuulelta. Onnistuin mielestäni kuitenkin hyvin, enkä havainnut yhdenkään siemenen karkaavan tuulen mukana.

Tässä näytenorkossa oli 376 siementä ja 133 tukirakenteen osaa (niitä, joita yleensä luullaan koivun siemeniksi). Näiden suhde on 2,83. Norkon siemeniä ja tukiosia purkaessa ja laskiessa huomasin, että jokaista tukiosaa kohden oli kolme siementä. Laskennan lopputulos tukee tätä havaintoa likimäärin, mutta olisi mielenkiintoista tietää, miksi lopputuloksen suhdeluku ei ole lähempänä kolmea. Onko kyseessä laskuvirhe vai onko norkon joissakin osissa vähemmän kuin kolme siementä jokaista tukiosaa kohden?

Tässä vaiheessa olin siis vasta saanut selville yhden norkon siemenmäärän. Seuraavaksi laskin kyseisen koivun parin alimman oksan norkkomäärän. Alimmassa oksassa oli 22 norkkoa ja toiseksi alimmassa 125 norkkoa. Näiden keskiarvoksi saadaan: (22 + 125) / 2 = 75. Toiseksi alin oksa näytti olevan kyseisen koivun oksistä norkkomäärältään suurin (silmämääräisen arvion perusteella) ja alin oksa ei välttämättä ollut norkkomäärältään pienin, joten päädyin arvioimaan oksakohtaisen norkkomäärän pienemmäksi kuin kahden lasketun oksan keskiarvon. Valitsin oksakohtaiseksi norkkomääräksi 50.

Seuraavaksi arvioin koivun oksamäärän silmämääräisesti. Sain tulokseksi noin 50 oksaa. Tämän seurauksena minulla oli tarpeeksi tietoa arvioida kyseisen koivun siemenmäärä tänä vuonna (2014). Siemenmäärä on 50 x 50 x 376 = 940 000 siementä, eli voidaan sanoa, että likiarvona siemenmäärä on yksi miljoona.

Yritin etsiä tietoa muista samanlaisista arvioista, mutta toistaiseksi olen löytänyt vain yhden:

“Kuuden vuoden aikana paras puu on tuottanut 12 miljoona siementä, eli kaksi kertaa enemmän kuin kymmenen huonointa puuta yhteensä.” (Koivun sopeutuminen muuttuvaan ilmastoon – Metla)

Minun arvioni näyttäisi sopivan tuohon melko hyvin. On kuitenkin muistettava, että arvioni on hyvin karkea ja sisältää useita epävarmuutta lisääviä oletuksia.

Muuttiko ihmiskunta ilmastoa jo esiteollisena aikana?

Joidenkin tutkimuksien mukaan ihmiskunta on saattanut muuttaa maapallon ilmastoa jo tuhansia vuosia sitten. Metsien raivaus ihmiskunnan käyttöön on saattanut aiheuttaa kasvihuonekaasupäästöjä, jotka ovat lämmittäneet ilmastoa jopa 7000 vuotta sitten. Esiteollista lämpenemistä on saattanut tapahtua jopa yhtä paljon kuin viime vuosisadan aikana.

esiteollinen

Tieteellisessä kirjallisuudessa ollaan melko yksimielisiä siitä, että viime vuosikymmenien ilmaston lämpeneminen on ollut ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöjen aiheuttama. Monien tutkimuksien tuloksissa myös 1900-luvun alun lämpenemisjakso oli osittain ihmiskunnan aiheuttama. Tätä aiempien ilmastonmuutosten on usein oletettu aiheutuneen luonnollisista syistä. On kuitenkin olemassa tutkimuksia, joiden mukaan ihmiskunta on saattanut vaikuttaa ilmastoon jo esiteollisena aikana.

Kammen ja Marino (1993) arvioivat ihmiskunnan vaikutusta ilmakehän hiilidioksidi- ja metaanipitoisuuteen. Heidän mukaansa kotitalouksien, pienteollisuuden ja maanviljelyn vaikutus oli merkittävä. He arvioivat, että vuonna 1800 ihmiskunnan hiilidioksidipäästöt olivat noin miljardi tonnia hiiltä per vuosi ja metaanipäästöt olivat jopa kymmenentuhatta miljardia tonnia hiiltä per vuosi. Ilmakehän metaanipitoisuutta tutkineet Ruddiman ja Thomson (2001) tulivat siihen tulokseen, että esiteollisen ajan lopun metaanipitoisuudesta (noin 725 ppb, eli tilavuuden miljardisosaa) jopa 25 prosenttia saattoi tulla ihmiskunnan päästöistä. Heidän mukaansa ihmiskunta alkoi vaikuttaa metaanipitoisuuteen jo 5000 vuotta sitten. Ruddiman (2003) ehdotti lisäksi, että ihmiskunnan vaikutus näkyi tuhansia vuosia sitten myös ilmakehän hiilidioksidipitoisuudessa.

Olofsson ja Hickler (2008) tekivät simulaatioita ihmiskunnan maankäytön vaikutuksesta esiteollisen ajan hiilenkiertoon. Heidän tuloksiensa mukaan ihmiskunnan maankäyttö kyllä vaikutti hiilenkiertoon, mutta vaikutus ei ollut tarpeeksi suuri aiheuttaakseen huomattavia muutoksia ilmastoon. Kaplan ja muut (2009) saivat kuitenkin toisenlaisia tuloksia. Heidän mukaansa ihmiskunta oli hävittänyt paljon metsiä jo noin 3000 vuotta sitten, ja ihmiskunnan merkitystä tuon ajan ilmastoon oli saatettu aliarvioida aiemmissa tutkimuksissa. Reick ja muut (2010) arvioivat ihmiskunnan maankäytön vaikutusta ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen. Heidän tuloksiensa perusteella ihmiskunnan vaikutus näkyy hiilidioksidipitoisuudessa vuodesta 1750 lähtien ja vaikutus on olemassa jo aiemminkin, mutta ennen vuotta 1750 muut hiilidioksidipitoisuuteen vaikuttavat tekijät vaikeuttavat ihmiskunnan vaikutuksen havaitsemista.

Dearing ja muut (2008) tutkivat eri kasvilajien siitepölyn esiintymistä Kiinassa sijaitsevasta järvestä otetussa sedimenttinäytteessä. Heidän mukaansa ihmiskunnan vaikutus tuli hallitsevaksi noin 5000 vuotta sitten. Doughty ja muut (2010) selvittivät koivuvaltaisten metsien nopeaa lisääntymistä Siperiassa ja Beringiassa noin 14000 vuotta sitten. He arvelivat, että koivun lisääntyminen liittyi tuolloin tapahtuneeseen mammuttien sukupuuttoon. Koivuvaltaisten metsien lisääntyminen olisi voinut lämmittää Siperian ja Beringian ilmastoa noin 0,2 celsiusastetta keskimäärin ja paikallisesti vaikutus olisi voinut olla jopa celsiusasteen luokkaa. Siten ihmiskunta saattoi vaikuttaa ilmastoon jo tuolloin, jos ihmiskunta oli osasyynä mammuttien sukupuuttoon. Oglesbyn ja muiden (2010) tuloksien perusteella Mayat saattoivat jouduttaa omaa tuhoaan kaatamalla metsiä, mikä olisi aiheuttanut kuivuutta. Tätä tukevia tuloksia esittivät myös Cook ja muut (2012).

Uudessa katsausartikkelissa Ruddiman ja muut (2014) raportoivat, että ilmastomallien simulaatioissa ihmiskunnan nostamat hiilidioksidin ja metaanin pitoisuudet ovat saattaneet lämmittää ilmastoa 0,9 – 1,5 celsiusastetta esiteollisella ajalla. Maankäytön muutokset ovat kuitenkin saattaneet aiheuttaa muutoksen maapallon heijastuskykyyn niin, että siitä aiheutuu noin 0,2-0,3 celsiusasteen viilentävä vaikutus. Siten ihmiskunnan kokonaisvaikutus olisi voinut lämmittää maapallon ilmastoa 0,7-1,2 celsiusastetta. Viimeisen 150 vuoden aikana maapallon ilmasto on lämmennyt noin 0,85 celsiusastetta, joten ihmiskunnan esiteollisella ajalla aiheuttanut lämpeneminen olisi saattanut olla jopa suurempi kuin nykyinen lämpeneminen. Näin ihmiskunnan kokonaisvaikutus lämpötilaan voisi olla kaksi tai enemmän kertaa suurempi kuin nykyään on oletettu.

Lähteet:

Cook, B. I., K. J. Anchukaitis, J. O. Kaplan, M. J. Puma, M. Kelley, and D. Gueyffier (2012), Pre-Columbian deforestation as an amplifier of drought in Mesoamerica, Geophys. Res. Lett., 39, L16706, doi:10.1029/2012GL052565. [tiivistelmä]

J. A. Dearing, R. T. Jones, J. Shen, X. Yang, J. F. Boyle, G. C. Foster, D. S. Crook, M. J. D. Elvin, 2008, Using multiple archives to understand past and present climate–human–environment interactions: the lake Erhai catchment, Yunnan Province, China, Journal of Paleolimnology
July 2008, Volume 40, Issue 1, pp 3-31, DOI: 10.1007/s10933-007-9182-2.
[tiivistelmä]

Christopher E. Doughty, Adam Wolf and Christopher B. Field, 2010, Biophysical feedbacks between the Pleistocene megafauna extinction and climate: The first human-induced global warming? Geophysical Research Letters, Volume 37, Issue 15, August 2010, DOI: 10.1029/2010GL043985. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Daniel M. Kammen, Bruno D. Marino, 1993, On the origin and magnitude of pre-industrial anthropogenic CO2 and CH4 emissions, Chemosphere, Volume 26, Issues 1–4, January–February 1993, Pages 69–86, http://dx.doi.org/10.1016/0045-6535(93)90413-Y. [tiivistelmä]

Jed O. Kaplan, Kristen M. Krumhardt, Niklaus Zimmermann, 2009, The prehistoric and preindustrial deforestation of Europe, Quaternary Science Reviews, Volume 28, Issues 27–28, December 2009, Pages 3016–3034, http://dx.doi.org/10.1016/j.quascirev.2009.09.028. [tiivistelmä]

Oglesby, R. J., T. L. Sever, W. Saturno, D. J. Erickson III, and J. Srikishen (2010), Collapse of the Maya: Could deforestation have contributed?, J. Geophys. Res., 115, D12106, doi: 10.1029/2009JD011942. [tiivistelmä]

Jörgen Olofsson, Thomas Hickler, 2008, Effects of human land-use on the global carbon cycle during the last 6,000 years, Vegetation History and Archaeobotany, September 2008, Volume 17, Issue 5, pp 605-615, DOI: 10.1007/s00334-007-0126-6. [tiivistelmä]

Christian H. Reick, Thomas Raddatz, Julia Pongratz and Martin Claussen, 2010, Contribution of anthropogenic land cover change emissions to pre-industrial atmospheric CO2, Tellus B, Volume 62, Issue 5, pages 329–336, November 2010, DOI: 10.1111/j.1600-0889.2010.00479.x. [tiivistelmä, koko artikkeli]

William F. Ruddiman, Jonathan S. Thomson, 2001, The case for human causes of increased atmospheric CH4 over the last 5000 years, Quaternary Science Reviews, Volume 20, Issue 18, December 2001, Pages 1769–1777, http://dx.doi.org/10.1016/S0277-3791(01)00067-1. [tiivistelmä]

William F. Ruddiman, 2003, The Anthropogenic Greenhouse Era Began Thousands of Years Ago, Climatic Change, December 2003, Volume 61, Issue 3, pp 261-293, DOI: 10.1023/B:CLIM.0000004577.17928.fa. [tiivistelmä]

William Ruddiman, Steve Vavrus, John Kutzbach, Feng He, Does pre-industrial warming double the anthropogenic total? The Anthropocene Review April 3, 2014, doi: 10.1177/2053019614529263. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Ilmaston lämpeneminen ja Suomen menestys MM-jääkiekossa

Maapallon ilmaston lämpeneminen vaikuttaa lähes joka asiaan. Toisaalta hyvin monet asiat vaikuttavat maapallon ilmastoon.

Seuraavassa kuvassa on esitetty maapallon lämpötila (harmaa) ja Suomen maajoukkueen menestys jääkiekon MM-kisoissa (musta). Jääkiekkomaajoukkueen menestys MM-kisoissa on esitetty kymmenen vuoden keskiarvona, minkä takia menestystä kuvaava käyrä ei nouse ykkössijaan asti (se vaatisi kymmenen peräkkäistä maailmanmestaruutta).

LatkaLampo

Kuvasta nähdään, että maapallon lämpötila ja Suomen jääkiekkomaajoukkueen menestys MM-kisoissa etenevät melko samansuuntaisesti. Näiden kahden tekijän välinen korrelaatio on noin R2 = 0.57, mikä on melko hyvä.

Mutta kumpi aiheuttaa kumman, menestyykö Suomen jääkiekkomaajoukkue paremmin ilmaston lämmetessä vai onko Suomen jääkiekkomaajoukkue aiheuttanut ilmaston lämpenemisen? :-)

Pilvistä helpotusta lumipallomaasta toipumiseen?

Uuden tutkimuksen mukaan maapallon ollessa ns. lumipallomaatilassa, pilvet saattavat lämmittää maapalloa sen verran, että toipuminen tilasta voi olla mahdollista kasvihuonekaasujen avustuksella.

Snowb_clouds

Maapallon ilmasto on saattanut historiassaan olla useammankin kerran niin kylmä, että melkein koko maapallo on ollut jään peitossa. Tällaista ilmaston tilaa kutsutaan lumipallomaaksi. Suuri lumipallomaahan liittyvä ratkaisematon ongelma on se, miten maapallon ilmasto voi lämmetä niin kylmästä tilasta. Tilasta toipumiseen tarvittava ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on toistaiseksi näyttänyt olevan suurempi kuin lumipallomaan tilassa olisi saatavilla. Tulivuoret syytävät tuossakin tilassa hiilidioksidia ja metaania ilmakehään, mutta niistä tuleva kaasumäärä on näyttänyt liian vähäiseltä.

Uudessa tutkimuksessa on selvitetty pilvien mahdollista osuutta asiassa. Lumipallomaan pinnan heijastuskyky on hyvin suuri, joten pilvien esiintyminen vähentäisi heijastuskykyä ja aiheuttaisi näin ilmastoa lämmittävän vaikutuksen. Lisäksi pilvien kasvihuonevaikutus lämmittäisi maapalloa.

Tähän mennessä on oletettu, että pilviä esiintyisi vain vähän ilmaston ollessa lumipallomaan kaltaisessa tilassa. Tämän uuden tutkimuksen simulaatioiden mukaan pilviä kuitenkin esiintyy jonkin verran ja ne ovat tarpeeksi paksuja aiheuttaakseen kasvihuonevaikutuksen. Tutkimuksen tuloksien perusteella lumipallomaavaiheessa voi esiintyä pilviä, jotka lämmittävät maapallon ilmastoa huomattavasti. Siten pilvet vähentävät tarvittavaa hiilidioksidin ja metaanin määrää ilmakehässä, jotta lumipallomaasta voidaan palata lämpimämmän ja elämälle otollisemman ilmaston tilaan.

Dorian S. Abbot, Resolved Snowball Earth Clouds, Journal of Climate 2014, doi: http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-13-00738.1. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Arktinen alue lämpenee ja sulaa

Uudessa tutkimuksessa on tarkasteltu arktisen alueen ilmastonmuutosta. Arktinen alue lämpenee huomattavasti nopeammin kuin maapallo keskimäärin. Jäätiköt menettävät massaansa, merijään ja lumipeitteen laajuus pienenevät ja ikirouta lämpenee sekä sulaa.

ArcticWarming

Arktinen alue on muutoksen kourissa. Jää- ja lumipeitteen sulaminen vähentää auringonvalon heijastumista takaisin avaruuteen. Tämä voimistaa alueella vallitsevaa lämpenemistä. Arktisen alueen lämpenemisnopeuden on havaittu olevan noin 0,6 celsiusastetta per vuosikymmen, kun koko maapallon keskimääräinen lämpenemisnopeus on ollut alle 0,2 celsiusastetta per vuosikymmen viimeisen kolmenkymmenen vuoden aikana.

Arktisen alueen lämpeneminen näkyy kaikissa kryosfäärin (eli maapallon “jääkehän”) osissa. Arktisen alueen merijään laajuus on pienentynyt noin 3,8 prosenttia per vuosikymmen. Monivuotisen merijään laajuus on pienentynyt vielä nopeammin, 11,5 prosenttia per vuosikymmen.

Grönlannin jäätikkö on menettänyt jäämassaansa noin 34 miljardia tonnia vuodessa vuosien 1967 ja 2011 välillä. Tämä vastaa noin 0,09 millimetrin merenpinnan nousua vuosittain. Jäämassan hävikki on kuitenkin ollut kiihtyvää. Vuosien 2002 ja 2011 välillä Grönlannin jäätikkö menetti noin 215 miljardia tonnia jäätä vuosittain. Vuoristojäätiköt koko maailmassa menettivät jäämassaansa 226 miljardia tonnia vuosittain aikavälillä 1971-2009. Vuosien 1993 ja 2009 jäähävikki oli kiihtynyt 275 miljardiin tonniin vuosittain.

Kevätaikaisen lumipeitteen laajuus on pienentynyt arktisella alueella noin kaksi prosenttia per vuosikymmen vuosien 1967 ja 2012 välillä. Ikiroudan lämpenemistä on havaittu monilla paikoilla pohjoisella pallonpuoliskolla. Ikiroudan aktiivisen kerroksen, eli kerroksen, joka keskimäärin sulaa kesän aikana ja jäätyy uudelleen syksyllä, on havaittu ulottuvan syvemmälle maanpinnan alle. Lisäksi roudan on havaittu ohentuneen.

Lähteet:

Comiso, J. C. and Hall, D. K. (2014), Climate trends in the Arctic as observed from space. WIREs Clim Change. doi: 10.1002/wcc.277. [tiivistelmä]

Luentokalvosarja aiheesta vuodelta 2008.

Ilmastonmuutos ja metsät – uutta tutkimustietoa

Metsät reagoivat ilmastonmuutokseen eri alueilla eri tavoin. Joillakin alueilla ilmaston lämpeneminen mahdollistaa metsien leviämisen uusille alueille. Joillakin alueilla ilmaston lämpeneminen lisää puiden vedentarvetta ja samalla aiheuttaa kuivuutta, eli vähentää saatavilla olevan veden määrää. Tämä vähentää metsien kasvua. Ohessa on esitelty muutamia satunnaisesti valittuja uusia tutkimuksia ilmastonmuutoksen vaikutuksesta metsiin eri puolilla maapalloa.

kuusimetsa

Ihmiskunnan hiilidioksidipäästöistä alle puolet jää ilmakehään, koska sekä meriin että maa-alueille sitoutuu hiiltä ilmakehästä. Maa-alueiden hiilinielu on kaksinkertaistunut 1960-luvulta nykypäivään. Hiilinielun aiheuttajat ja sijainnit ovat vielä suhteellisen huonosti tiedossa. (Phillips ja Lewis)

Kun ihmiskunnan maankäyttö jätetään pois laskuista, loput maa-alueiden hiilinielusta näyttää olevan metsissä. Metsien hiilinielu on jakautunut eri puolille maapalloa. Merkittäviä hiilivirtoja menee pohjoisiin ja lauhkean vyöhykkeen metsiin sekä tropiikin koskemattomiin metsiin. Trooppisten koskemattomien metsien hiilinielu näyttää vähentyneen hieman viime aikoina. Maankäytöstä tulevat hiilipäästöt kumoavat trooppisten koskemattomien metsien hiilinielua, ja tropiikki näyttääkin olevan lähes hiilineutraali tässä mielessä. (Phillips ja Lewis)

Yingchun Liu ja muut ovat arvioineet lämpötilan, sademäärän ja metsien iän vaikutusta maanpinnan yläpuolella olevan biomassan tiheyteen. Tutkimuksessa oli mukana vanhoja metsiä 897 paikalta eri puolilta maapalloa. Tutkimuksessa selvisi, että suurin biomassan tiheys esiintyy keskileveysasteiden metsissä, joissa vuoden keskilämpötila on 8-10 celsiusastetta ja keskimääräinen vuotuinen sademäärä on 1000-2500 millimetriä. Biomassan tiheys on suurimmillaan, kun metsä on 450-500 vuotta vanha. Tämä on suurempi kuin aiemmissa tutkimuksissa, joissa arvio on ollut 100-200 vuotta. Suurin osa tutkimuksen metsistä oli 80-450 vuotta vanhoja, ja niissä hiiltä kertyi enemmän kuolleeseen biomassaan kuin elävään biomassaan.

Pohjois-Amerikka

Metsien kuolleisuuden on havaittu lisääntyneen maapallolla viime aikoina. Tätä ei ole voitu ennustaa nykyisillä kasvillisuusmalleilla. Tutkimusten mukaan kuolleisuuden lisääntyminen johtuu ilmaston ja kilpailun yhteisvaikutuksesta. Tällainen yhteisvaikutus ei ole mukana malleissa, koska yhteisvaikutuksia on vaikea arvioida ja lisäksi tarvitaan säännöllisiä havaintoja yksittäisistä puista pitkältä aikaväliltä.

Clark ja muut ovat arvioineet tekijöiden yhteisvaikutusta Kaakkois-Yhdysvalloissa 20 vuoden havaintomateriaalin perusteella. Heidän mukaansa tekijöiden yhteisvaikutus ohjaa metsien reagointia ilmastonmuutokseen, joten yhteisvaikutusten puuttuminen malleista johtaa epätarkkoihin ennusteisiin. Lisääntynyt kuivuus ei näytä vaikuttavan eniten niihin lajeihin, joiden kasvunopeus reagoi voimakkaimmin sademäärien muutoksiin, vaan niihin lajeihin, jotka ovat riippuvaisia paikallisen ympäristön resursseista. Tutkimuksen tulokset tukevat aiempia arvioita savannien lisääntymisestä Kaakkois-Yhdysvalloissa metsien kustannuksella.

Ueyama ja muut ovat mitanneet hiilidioksidivuota Alaskan sisäosissa sijaitsevassa mustakuusimetsässä vuosien 2003 ja 2011 välillä. Kyseisessä metsässä biomassan määrä ja ekosysteemin hengitys (ihmisen ja eläinten tapaan myös kasveilla on hengittämistä vastaavia toimintoja ja uloshengityksessä niilläkin vapautuu hiilidioksidia ilmakehään) olivat yhteydessä lämpötilaan siten, että lämpeneminen lisäsi sekä biomassan että hengityksen määrää.

Vuotuista hiilidioksiditasapainoa ohjasi kuitenkin lähinnä ekosysteemin hengitys eikä biomassan määrä. Tutkimuksen kattamalla aikavälillä metsä muuttui hiilinielusta hiilen lähteeksi keskiarvon ollessa lähellä nollaa. Ekosysteemin hengityksen lisääntyminen syksyllä oli liitettävissä alueella tapahtuneeseen voimakkaaseen lämpenemiseen syksyllä.

Girardin ja muut ovat selvitelleet kasvillisuuden ja ilmaston yhteyttä toisiinsa Pohjois-Amerikassa. Heidän tuloksiensa mukaan poikkeuksellisen monien mustakuusien kasvu alkoi hidastua 1900-luvun loppupuolella. Kasvun hidastuminen 1900-luvun lopulla on luonteeltaan erilainen kuin kasvun hidastumisjaksot 1800-luvulla. Tuolloin kasvun hidastuminen liittyi aina ilmaston viileään jaksoon. Viimeaikainen kasvun hidastuminen on kuitenkin tapahtunut hyvin lämpimän ilmastojakson aikana. Näyttää siltä, että ilmaston lämpeneminen saa kasvit tarvitsemaan enemmän vettä ja kun vettä ei ole enempää, kasvu hidastuu. Tutkijoiden mukaan myös merijään väheneminen arktisella alueella on vaikuttanut asiaan, koska merijään määrä vaikuttaa kosteusolosuhteisiin.

Keski-Amerikka

Feeley ja muut ovat tarkastelleet puulajien leviämistä korkeammalle vuoristoon Costa Ricassa ilmaston lämmetessä. Tutkimuksessa laskettiin puulajit vuosittain kymmeneltä hehtaarin kokoiselta koealalta, jotka sijaitsivat eri korkeuksilla. Korkeus vaihteli välillä 70-2800 metriä merenpinnasta. Tutkimuksen tuloksien mukaan koealoilla aiemmin matalalla kasvaneet puulajit lisääntyivät. Puulajien arvioitu siirtymisnopeus korkeammalle oli kuitenkin hiukan ennustettua hitaampaa.

Puulajien siirtymisen havaittiin johtuvan siitä, että korkeammalla elämään tottuneiden puulajien yksilöitä kuoli enemmän kuin matalalla elämään tottuneiden lajien yksilöitä. Tämä viittaa siihen, että monien trooppisten puulajien saattaa olla vaikea sopeutua tulevaan lämpimämpään ilmastoon. Sellaisten lajien tulevaisuus riippuu siitä, miten hyvin ne pystyvät siirtymään uusille alueille, joissa on niille sopivampi ilmasto. Yhä korkeammalle vuoristoon mentäessä maapinta-ala vähenee, joten tilaa eri puulajeille on vähemmän.

Eurooppa

Shuman ja muut ovat arvioineet hiilen kertymistä Venäjän metsiin. Tutkimuksen tuloksien mukaan metsiin kertyisi reilusti hiiltä maanpinnan yläpuolelle, jos metsien annettaisi vanheta 150-vuotiaiksi ennen puiden kaatamisen aloittamista. Tutkijoiden mielestä on kuitenkin epätodennäköistä, että metsät saisivat olla rauhassa niin kauan.

Pensaiden ja puiden odotetaan leviävän arktiselle tundralle ilmaston lämmetessä. Pohjois-Siperiassa tästä on toistaiseksi ollut melko vähän todisteita. Frost ja Epstein ovat tutkineet pensaiden ja puiden esiintymisen muutoksia 11 alueella Pohjois-Siperian tundralla. Tutkimuksessa vertailtiin 1960-luvun satelliittivalokuvia nykyisiin. Puiden ja pensaiden kattama alue lisääntyi yhdeksällä alueella. Leppien esiintymisalue lisääntyi Luoteis-Siperian viidellä tutkimusalueella noin 5-25 prosenttia. Taimyrin niemimaalla ja Pohjois-Siperian alangolla lehtikuusien esiintymisalueet lisääntyivät noin 3-7 prosenttia kolmella tutkimusalueella, mutta neljännellä alueella esiintymisalueet vähenivät ikiroudan sulamisen takia. Itä-Siperiassa yhdellä tutkimusalueella lepän ja männyn esiintymisalueet lisääntyivät noin kuusi prosenttia, mutta toisella tutkimusalueella ei tapahtunut huomattavaa muutosta.

Keskimääräinen kesälämpötila on noussut suurimmalla osalla tutkimusalueista 1960-luvun puoliväliin verrattaessa, mutta esiintymisalueiden laajeneminen ei ole ollut voimakkaasti yhteydessä lämpötilan muutokseen. Esiintymisalueiden laajeneminen oli voimakkaammin yhteydessä sademäärien muutokseen. Puut ja pensaat näyttävät siis olevan leviämässä Pohjois-Siperian tundralle. Leviämisnopeus vaihtelee kuitenkin huomattavasti alueittain. Huomattavia muutoksia saattaa tapahtua jo muutamassa vuosikymmenessä kosteilla pensasvoittoisilla alueilla, kuten Luoteis-Siperiassa. Muutokset tapahtuvat hitaammin mannermaisemmissa olosuhteissa Keski- ja Itä-Siperiassa.

Mazza ja Manetti ovat tutkineet mäntyihin kuuluvan pinjan kasvumuutoksia Italiassa Tyrrhenanmeren (välimeren alue Italian mannerosan, Sardinian ja Sisilian välissä) rannikolla. Tutkimuksien mukaan pinjojen kasvussa näkyi erityisesti merkitsevää hidastumista ja vähäisemmän kasvun ajanjaksoja. Kaksi 20 vuoden jaksoa alkaen 1920-luvulta ja 1970-luvulta olivat pinjojen kasvun kannalta huonoimmat. Voimakkaamman kasvun kausia sääteli eniten sademäärä. Sademäärän kasvu vaikutti monen vuoden ajalla maaperään imeytyneen kosteuden ansiosta.

Büntgen ja muut ovat selvitelleet männyn kasvua Espanjassa (kyseessä on sama mäntylaji kuin Suomessa kasvava). He mittasivat vuosirenkaiden leveyden 871 männystä 18 alueelta Keski-Espanjassa. Vuosirenkaiden leveyden vaihtelut ovat voimakkaasti yhteydessä vuorokauden lämpötilaeron (vuorokauden maksimi- ja minimilämpötilan erotus) muutokseen 1950-luvulta lähtien. Pohjois-Atlantin oskillaatio näkyy vaihteluna vuosirenkaiden leveydessä. Pitkällä aikavälillä mäntyjen kasvu hidastuu, mikä näyttää olevan yhteydessä Keski-Espanjan pitkäaikaiseen kuivumistrendiin, joka alkoi 1970-luvulla. Ilmastomallien simulaatioiden perusteella tämä muutos tulee jatkumaan koko kuluvan vuosisadan ajan, joten alueen ekologiassa on odotettavissa muutoksia.

Aasia

Hongyan Liu ja muut ovat selvitelleet metsien muutoksia Keski-Aasiassa ilmaston lämmetessä. Alueelta on toistaiseksi ollut melko vähän tietoa ilmaston vaikutuksesta metsiin. Tutkimuksen tuloksien mukaan vuodesta 1994 jatkunut puiden kasvun hidastuminen rajoittuu puolikuivilla alueilla kasvaviin metsiin. Puolikuivilla alueilla ilmaston lämpeneminen on voimistanut kasvien tarvetta saada vettä ja puiden kasvu on hidastunut veden puutteen takia. Vedenpuute on lisäksi pahentunut lisääntyvän kuivuuden takia. Myös tulipalot, kasvitaudit ja hyönteistuhot ovat lisääntyneet viime aikoina. Ilmaston lämpenemisen jatkuessa vedenpuutteen odotetaan lisääntyvän. Tämä saattaa johtaa Keski-Aasian puolikuivilla alueilla kasvavien metsien vähenemiseen.

Wu ja muut ovat tarkastelleet puiden kasvua Luoteis-Kiinassa Tianshanin vuoristossa. Kyseisellä alueella tärkeä puiden kasvua rajoittava tekijä on maaperän kosteus. Tutkimuksessa havaittiin puiden kasvun erojen eri vuosien välillä olevan yhteydessä huhtikuun lämpötilaan 1970-luvulta alkaen siten, että lämpimämpi huhtikuu aiheutti vähäisempää puiden kasvua. Näyttää siis siltä, että kevään lämpeneminen hidastaa puiden kasvua. Tutkijoiden mukaan tämä johtuu siitä, että lämpimämpi kevät kuivattaa maaperää, jolloin puut eivät saa tarpeeksi vettä ja kasvu hidastuu.

Australia

Rawal ja muut ovat tutkineet Australiassa kasvavien kuuden Eukalyptus-puulajin kasvun muutoksia ilmaston muuttuessa. Tutkimuksen puulajeista kolme oli lämpimistä ja kuivista metsistä sekä kolme viileistä ja kosteista metsistä. Lämpimissä ja kuivissa metsissä elävät lajit osoittautuivat kestävämmäksi korkeammille lämpötiloille ja kuivemmille olosuhteille kuin viileissä ja kosteissa metsissä elävät lajit. Ilmastonmuutoksen odotetaan muuttavan olosuhteet Australiassa lämpimämmiksi ja kuivemmiksi, joten viileissä ja kosteissa metsissä elävien lajien kasvu saattaa taantua ilmaston muuttuessa, kun taas lämpimien ja kuivien metsien lajit saattavat pystyä säilyttämään nykyisen kasvuvauhdin.

Lähteet:

Ulf Büntgen, Fernando Martínez-Peña, Jorge Aldea, Andreas Rigling, Erich M. Fischere, J. Julio Camarero, Michael J. Hayes, Vincent Fatton, Simon Egli, Declining pine growth in Central Spain coincides with increasing diurnal temperature range since the 1970s, Global and Planetary Change, Volume 107, August 2013, Pages 177–185, http://dx.doi.org/10.1016/j.gloplacha.2013.05.013. [tiivistelmä]

James S. Clark, David M. Bell, Matthew C. Kwit, Kai Zhu, Competition-interaction landscapes for the joint response of forests to climate change, Global Change Biology, DOI: 10.1111/gcb.12425. [tiivistelmä]

Kenneth J. Feeley, Johanna Hurtado, Sassan Saatchi, Miles R. Silman, David B. Clark, Compositional shifts in Costa Rican forests due to climate-driven species migrations, Global Change Biology, Volume 19, Issue 11, pages 3472–3480, November 2013, DOI: 10.1111/gcb.12300. [tiivistelmä]

Gerald V. Frost, Howard E. Epstein, Tall shrub and tree expansion in Siberian tundra ecotones since the 1960s, Global Change Biology, DOI: 10.1111/gcb.12406. [tiivistelmä]

Martin P. Girardin, Xiao Jing Guo, Rogier De Jong, Christophe Kinnard, Pierre Bernier, Frédéric Raulier, Unusual forest growth decline in boreal North America covaries with the retreat of Arctic sea ice, Global Change Biology, DOI: 10.1111/gcb.12400. [tiivistelmä]

Hongyan Liu, A. Park Williams, Craig D. Allen, Dali Guo, Xiuchen Wu, Oleg A. Anenkhonov, Eryuan Liang, Denis V. Sandanov, Yi Yin, Zhaohuan Qi, Natalya K. Badmaeva, Global Change Biology, Volume 19, Issue 8, pages 2500–2510, August 2013, DOI: 10.1111/gcb.12217. [tiivistelmä]

Yingchun Liu, Guirui Yu, Qiufeng Wang, Yangjian Zhang, How temperature, precipitation and stand age control the biomass carbon density of global mature forests, Global Ecology and Biogeography, DOI: 10.1111/geb.12113. [tiivistelmä]

Gianluigi Mazza, Maria Chiara Manetti, Growth rate and climate responses of Pinus pinea L. in Italian coastal stands over the last century, Climatic Change, September 2013, DOI: 10.1007/s10584-013-0933-y. [tiivistelmä]

Oliver L. Phillips, Simon L. Lewis, Evaluating the Tropical Forest Carbon Sink, Global Change Biology, 2013, DOI: 10.1111/gcb.12423. [tiivistelmä]

Deepa S. Rawal, Sabine Kasel, Marie R. Keatley, Cristina Aponte, Craig R. Nitschke, Environmental effects on growth phenology of co-occurring Eucalyptus species, International Journal of Biometeorology, October 2013, DOI: 10.1007/s00484-013-0756-6. [tiivistelmä]

Jacquelyn K Shuman et al 2013, Assessment of carbon stores in tree biomass for two management scenarios in Russia, Environ. Res. Lett. 8 045019 doi:10.1088/1748-9326/8/4/045019. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Masahito Ueyama, Hiroki Iwata, Yoshinobu Harazono, Autumn warming reduces the CO2 sink of a black spruce forest in interior Alaska based on a nine-year eddy covariance measurement, Global Change Biology, 2013, DOI: 10.1111/gcb.12434. [tiivistelmä]

Xiuchen Wu et al 2013, Prolonged limitation of tree growth due to warmer spring in semi-arid mountain forests of Tianshan, northwest China, Environ. Res. Lett. 8 024016 doi:10.1088/1748-9326/8/2/024016. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Maakaasun metaanivuodot voivat kääntää ilmastohyödyn haitaksi

IEA julkaisi Twitter-tilillään kuvan maakaasutuotannon metaanivuotojen vaikutuksesta maakaasun kasvihuonekaasupäästöihin:

IEAleakage

Vasemmalla on kivihiili ja oikealla maakaasu. Siniset palkit näyttävät, että ilman metaanivuotoja maakaasun kasvihuonekaasupäästöt olisivat vain noin puolet kivihiilen päästöistä tuotettua energiayksikköä kohti. Keltainen palkki kuvaa metaanivuotojen määrää parhaassa tapauksessa – edelleen jäädään selvästi kivihiilen päästöjen alle. Musta palkki kuvaa metaanivuotojen määrää pahimmassa tapauksessa ja päästöjen määrä nousee huomattavasti kivihiilen päästöjä korkeammaksi. Jos siis alamme korvaamaan kivihiilen käyttöä maakaasulla, tilanne voi mennä ilmaston kannalta paljon huonommaksi.

On kuitenkin huomattava, että kuvassa on esitetty ainoastaan kivihiilen poltosta syntyneet päästöt. Kivihiilikaivoksista pääsee myös metaania ilmakehään, joten on todennäköistä, että kivihiilen päästöt ovat jonkin verran korkeammat kuin kuvassa on esitetty. Oletettavasti metaanivuodot ovat kuitenkin selvästi pienempiä kuin maakaasutuotannossa, koska kivihiilikaivoksissa louhittavat materiaali on kiinteässä muodossa, kun taas maakaasutuotannossa tuote on kaasumaisessa muodossa.

Tähän asiaan sisältyy toinenkin ongelma. Kun maakaasuun on panostettu sillä mielellä, että saadaan ilmastohyötyjä, on jätetty panostamatta johonkin toiseen asiaan, josta olisi oikeasti voinut saada ilmastohyötyä. Niinpä maakaasun haitta voi olla kaksinkertainen: lisääntyvä ilmastohaitta ja menetetty hyöty. Koko maailman primäärienergiasta kivihiili edustaa 29,9 % ja maakaasu 23,9 % (vuoden 2012 tilanteen mukaan, BP Statistical Review of World Energy 2013), joten kyse on melko merkittävästä asiasta.

Lisäksi maakaasun poltosta pääsee kivihiiltä vähemmän aerosoleja, joilla on ilmastoa viilentävä vaikutus (Hayhoe ja muut, 2002). Siirtyminen kivihiilestä maakaasuun siis vähentää aerosolipäästöjä, eli vähentää ilmastoa viilentäviä päästöjä, eli lämmittää ilmastoa. Todellisuudessa tilanne saattaa siis olla vielä pahempi kuin yllä oleva kuva esittää. On kuitenkin muistettava, että monet aerosoleista ovat haitallisia ilmansaasteita, joiden väheneminen on sinällään hyvä asia.

Joka tapauksessa tämänhetkisen tiedon mukaan on olemassa se vaara, että maakaasua aletaan ottaa käyttöön paljon niin sanottuna siirtymäenergiana (väliaikaisena energian lähteenä, kunnes saadaan riittävästi vähäpäästöistä energiaa) ja tavoitteena ilmastohyöty, mutta todellisuudessa mennäänkin ilmaston kannalta ojasta allikkoon. On vieläpä mahdollista, että allikkoon mennään syvälle.

Lähteet:

IEA:n Twitterissä julkaisema kuva.

Statistical Review of World Energy 2013, BP.

Katharine Hayhoe, Haroon S. Kheshgi, Atul K. Jain, Donald J. Wuebbles, 2002, Substitution of Natural Gas for Coal: Climatic Effects of Utility Sector Emissions, Climatic Change, July 2002, Volume 54, Issue 1-2, pp 107-139, DOI: 10.1023/A:1015737505552. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.