Maapallon ilmasto lämpenee. Jotkut sanovat, että tämä johtuu auringosta. Väite on katteeton.

TEKSTI:Heikki Nevanlinna


Sisältö jatkuu mainoksen alla

Maapallon ilmasto lämpenee. Jotkut väittävät, että tämä johtuu auringosta. Väite on katteeton.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä

8/2001



Viime aikoina on saanut jonkin verran julkisuutta näkemys, jonka mukaan ilmaston nykyinen lämpeneminen ei johtuisikaan ihmisestä vaan auringosta ja kosmisesta säteilystä.

Tämän vuoden alussa hallitustenvälinen ilmastopaneeli IPCC kuitenkin julkaisi yli tuhannen tutkijan voimin arviointiraportin, jonka mukaan kasvihuoneilmiön voimistuminen on suurimmaksi osaksi ihmisen aiheuttamaa (ks. Tiede 3/2001 s. 22-27). Tämä on siis tiedeyhteisön yleisesti hyväksymä johtopäätös.

Mistä sitten johtuu, että jotkut ovat harhautuneet syyttämään kaikesta aurinkoa?

Maapallon ilmaston ja auringon toiminnan välillä on toki suora yhteys, sillä auringon lämpösäteily antaa käyttövoiman kaikille ilmakehän tapahtumille. Auringonsäteilyn muuttuessa muuttuvat ilmakehän virtaukset ja siten myös säät ja ilmasto. Tätä ei kukaan kiistä.

Kysymys kuuluukin: muuttuuko auringon säteilytuotto tätä nykyä niin paljon, että se voisi havaitulla tavalla lämmittää ilmastoa? Auringon syyttäjät uskovat, että näin tapahtuu, mutta lähes kaikki alan tutkijat ovat toista mieltä.

Maan oma liike vaikuttaa säteilyyn

Auringonsäteily luovuttaa ilmakehään energiaa suunnilleen Loviisan ydinvoimalan verran aina muutamaa sataa hehtaaria kohden.

Tämä auringonsäteilyn kokonaismäärä eli aurinkovakio muuttuu itse asiassa kaiken aikaa - tosin hyvin hitaasti - koska maapallon kiertoradassa tapahtuu muutoksia 22 000, 40 000 ja 100 000 vuoden jaksoina.

Nykykäsityksen mukaan esimerkiksi menneiden vuosimiljoonien jääkausijaksot ovat johtuneet tällaisista hitaista huojahteluista maapallon kiertoradan soikeudessa ja kiertoakselin kallistumassa. Tämän osoitti jo 1900-luvun alkupuolella alan tunnetuin pioneeritutkija serbimatemaatikko Milutin Milankovitch (1879-1958).

Meidän aikamme ilmastonmuutos on kuitenkin niin nopea, että se ei liity maapallon kiertorataan.

Vaikuttavatko auringonpilkut säähän?

Myös auringon oma säteilyaktiivisuus vaihtelee. Tämä näkyy maapallon lähiavaruudessa vahvuudeltaan muuntuvina sähkö- ja magneettikenttinä, sähkövirtoina ja hiukkasryöppyinä, joiden hitaita muutoksia säätelee muun muuassa auringonpilkkujen 11-vuotinen jaksollisuus.

Tummat auringonpilkut heikentävät säteilyä, mutta niiden ympärille samanaikaisesti syntyvät kirkkaat fakulat voimistavat sitä enemmän kuin pilkut pienentävät. Satelliittimittausten mukaan aurinko säteileekin auringonpilkkumaksimien aikaan hieman tavallista voimakkaammin. Maksimin ja minimin välinen ero on kuitenkin hyvin pieni: vain yksi promille.

Auringonpilkkujakson aikana lämpötila joka tapauksessa vaihtelee satoja asteita ilmakehässä noin 150 kilometrin korkeudesta ylöspäin. Saattaisiko tämän vaikutus välittyä myös ilmakehän alaosaan?

Itse asiassa sään ja ilmaston vaihteluita yritettiin kytkeä auringonpilkkuihin jo 1800-luvun alkupuolella, jolloin saksalainen harrastelija-astronomi Herman Schwabe keksi, että pilkut esiintyivät 11 vuoden jaksoina.

Tähän mennessä ei ole kuitenkaan voitu varmistaa, että auringonpilkkujen esiintymisjaksolla olisi yhteyttä maapallon sääoloihin. Ei, vaikka aihepiiristä on runsaan 150 vuoden aikana kirjoitettu tuhansia tutkimuksia ja kymmeniä kirjoja.

Auringonsäteily ei muutu tarpeeksi

Yksittäisten pilkkujaksojen vaihteluiden lisäksi auringon kokonaissäteilyssä tapahtuu myös pitkän ajan muutoksia, jotka havaitaan vasta usean pilkkujakson jälkeen.

Suorat satelliittimittaukset kattavat vain noin kolme auringonpilkkujaksoa 1960-luvulta lähtien, mutta epäsuoria tietoja saadaan esimerkiksi vanhoista revontulitilastoista ja auringon aktiivisuuden aiheuttamista maapallon magneettikentän muutoksista. Näiden mukaan säteily on hieman voimistunut koko viime vuosisadan ajan. Muutos on kuitenkin liian vähäinen selittämään maapallon lämpötilan kehitystä.

Otsonimuutosten vaikutus epäselvä

Lämpösäteilyn ohessa auringosta tulee ultraviolettia (UV) ja muuta lyhytaaltoista säteilyä, joka lähes kokonaan imeytyy ilmakehän yläkerroksiin 25-150 kilometrin korkeuteen. Auringonpilkkujakson aikana tämän säteilyn määrä vaihtelee voimakkaasti, ja yksittäisissä auringonpurkauksissa esimerkiksi UV-säteily voi moninkertaistua.

Tästä ilmakehään tuleva lisäenergia on kuitenkin häviävän pieni aurinkovakioon verrattuna - suurimmillaankin vain joitakin prosentin kymmenyksiä. Tämä ei voi ainakaan suoraan muuttaa sääoloja alailmakehässä, jonne ei edes lisäsäteilyä tule juuri lainkaan.

On kuitenkin esitetty, että auringosta tullut pieni lisäenergia voisi korkealla ilmakehässä sysätä liikkeelle ketjureaktion, joka johtaisi esimerkiksi lämpötilan nousuun alailmakehässä.

Tällainen reaktio voisi lähteä 15-50 kilometrin korkeudessa esiintyvästä stratosfäärin otsonista, jota auringon UV-säteily hajottaa. Otsonikerros säätelee stratosfäärin lämpötilaa, ja siksi otsonipitoisuuden muutokset vaikuttavat stratosfäärin lämpöoloihin. Voimakkaiden auringonpurkausten jälkeen onkin havaittu otsonin vähentyneen jopa 10 %. Vaikuttaako tämä alailmakehän säähän vai ei, on vielä selvittämättä.

Aurinkotuulesta mitätön energia

Sähkömagneettisen säteilyn lisäksi aurinko sinkoaa jatkuvasti avaruuteen sähköisiä hiukkasia, lähinnä elektroneja ja protoneja. Tätä 300-500 kilometrin sekuntinopeudella kiitävää virtaa kutsutaan aurinkotuuleksi. Sen hiukkastiheys on vähäinen, tavallisesti muutama hiukkanen kuutiosenttimetriä kohden.

Maapallon magnetosfäärin kiihdyttäminä aurinkotuulen hiukkaset loimuttavat revontulia noin 100 kilometrin korkeudessa napaseutujen alueella. Tämä taivaallinen tulinäytelmä leimuaa joka hetki gigawattien teholla. Kun hiukkaspurkaukset ovat oikein rajuja, energiaa palaa muutamassa tunnissa jopa kymmeniä kertoja enemmän kuin koko Suomen energiankulutus on samana aikana.

Annos on kuitenkin maapallon ilmakehän energiatalouden kannalta mitättömän pieni - noin promille aurinkovakiosta - ja kaikki tämä jää vielä kauas ilmakehän ylärajoille.






Pilkukas aurinko on aktiivisin

Tummina läiskinä näkyvät auringon-pilkut ovat magneettikentän voimakkaita keskittymiä auringon pinnalla. Suurim-millaan ne ovat kymmeniä kertoja maapallon pinta-alan kokoisia.

Pilkkujen tummuus johtuu siitä, että magneettikenttä vangitsee paikalleen auringon poreilevan pintamaterian. Täl-löin se jäähtyy noin 1 000 astetta ympäristöään viileämmäksi ja säteilee siksi vähemmän.

Kokonaisuudessaan auringon säteily-aktiivisuus kuitenkin kasvaa, kun pilkut runsastuvat. Pilkkujen ympärille nimittäin muodostuu samassa mylläkässä erityi-sen kirkkaita alueita, fakuloita. Niiden säteily lisää kokonaissäteilyä enemmän kuin pilkut sitä vähentävät.

Tuottaako kosminen säteily pilviä?

Mistä sitten saataisiin energiaa väitetyille aurinkoperäisille säänmuutoksille?

Osa auringon maapallolle sinkoamista hiukkasista on erittäin energeettisiä. Ne kiitävät lähes valon nopeudella ja pystyvät siten tunkeutumaan syvälle ilmakehään, aina sellaisiin kerroksiin asti, joissa voisi muodostua pilviä, jos sopivia tiivistymiskeskuksia vain olisi. Runsasenergiaisten hiukkasten ionisoimat ilmakehän molekyylit voisivat toimia tällaisina keskuksina ja tuottaa pilviä laajoille alueille.

Sopivia runsasenergiaisia hiukkasia tulee tasaisena virtana myös aurinkokunnan ulkopuolelta, maailmankaikkeuden galakseista.

Ajatus kosmisten hiukkasten vaikutuksesta ilmakehän sääilmiöihin esitettiin jo 1950-luvulla, ja se on noussut säännöllisesti esiin suunnilleen kerran auringonpilkkujaksossa. Viimeksi siitä muistutti tanskalainen fyysikko Henrik Svensmark viitisen vuotta sitten.

Svensmarkin hypoteesin mukaan maapallon alapilvien määrä vähenee auringonpilkkujen maksimivuosina, jolloin aurinkotuuli suojaa maapalloa ulkoavaruuden hiukkasilta. Tällöin ilmasto lämpenee. Kun pilkkujen määrä on vähäinen, ilmasto viilenee.

Svensmark katsoo saaneensa pilvihypoteesilleen tukea satelliittimittauksista. Ne osoittavat pilvisyyden ja kosmisen säteilyn välisen riippuvuuden suunnilleen yhden auringonpilkkujakson pituiselta ajanjaksolta 1980-luvulta lähtien.

Vastaavia päätelmiä on tehty amerikkalaistutkijoiden havainnoista, jotka koskevat Pohjois-Amerikan pilvisyyttä. Pilvisyyden vuosittaisvaihtelun voi tosin selittää Tyynenmeren El Niño-ilmiöllä ilman mitään kosmisia tekijöitä.

"Pieni jääkausi" osui pilkkuminimiin

Svensmarkin pilvihypoteesin mukaan ilmasto jäähtyisi vielä enemmän silloin, kun peräkkäin seuraa useita tavallista laimeampia ja pitempiä pilkkujaksoja.

Auringonpilkkuja olikin poikkeuksellisen vähän vuosina 1640-1710, jolloin koettiin niin sanotun pienen jääkauden kylmimmät vuodet.

Itse asiassa "pieni jääkausi" alkoi kuitenkin jo 1500-luvulla, vaikka tuolloin aurinko oli hyvinkin aktiivinen. Aurinko-selityksessä on siis ongelmansa, ja koko kylmyyskauden voikin selittää yhtä hyvin ellei paremmin maapallon ilmakehän sisäisen dynamiikan oikkuiluksi.

Joka tapauksessa "pieni jääkausi" sattui niin kauan sitten, ettei siltä ajalta ole säilynyt sellaisia säätietoja, joiden perusteella voisi arvioida pilvihypoteesin pätevyyttä.

Tuorein tulos: aurinkoa ei voi syyttää

Erityisen kiinnostavan yhteyden havaitsivat 1990-luvun alussa tanskalaiset tutkijat Eigil Friis-Christensen ja Knud Lassen. He raportoivat, että 1960-loppuun asti auringonpilkkujen maksimimäärät kasvoivat, pilkkujaksot lyhenivät ja kosmisten hiukkasten virta niukkeni suunnilleen samaan tahtiin kuin maapallon keskilämpötila nousi.

Friis-Christensenin ja Lassenin tulosta on maallikkopiireissä helposti tulkittu siten, että kasvihuoneilmiön voimistumista ja siitä seurannutta ilmaston lämpiämistä ei lainkaan voi panna ihmisen syyksi, vaan koko ilmiö johtuu auringon toiminnasta.

Tällaista päätelmää eivät tanskalaiset itse tehneet. Heidän mukaansa voi sanoa vain, että auringollakin on osuutensa maapallon ilmastomuutosten yhtenä vaikuttajana, jonka merkitys on vielä lopullisesti selvittämättä.

Erimielisyyksien luulisi hälvenevän, kun tutustuu Lassenin ja Peter Thejllin tuoreimpiin tuloksiin. Ne ovat vuodelta 1999, ja niissä on mukana havainnot 1990-loppuun saakka.

Nämä tulokset osoittavat, että jos asia riippuisi vain auringosta, ilmaston pitäisi itse asiassa kehittyä juuri päinvastaiseen suuntaan kuin nyt tapahtuu - sen pitäisi alkaa viiletä. Monet muut auringonsäteilyn pitkäaikaismuutoksia tutkineet ovat päätyneet samalle kannalle. Ilmasto kuitenkin lämpenee tätä nykyä nopeammin kuin ainakaan tuhanteen vuoteen - todennäköisesti nopeammin kuin kertaakaan edellisen ison jääkauden jälkeen.

Heikki Nevanlinna toimii tutkimuspäällikkönä Ilmatieteen laitoksen geofysiikan tutkimusosastossa.




Sisältö jatkuu mainoksen alla