Ilmaston historiaa luetaan puiden vuosilustoista. Kuvassa Luttojoen mäntymaisemaa. Kuva: Risto Varhe/Wikimedia Commons
Ilmaston historiaa luetaan puiden vuosilustoista. Kuvassa Luttojoen mäntymaisemaa. Kuva: Risto Varhe/Wikimedia Commons

Vaikka maapallon keskilämpötila nousee, paikallisilmasto voi tarjota kylmää kyytiä. Pohjoinen asuinpiirimme on viilentynyt koko ajanlaskumme ajan.

Julkista ilmastokeskustelua häiritsee puhuminen ilmaston lämpenemisestä ilman, että kerrotaan, mistä lämpötilasta on kyse. Maanpinnan, merien ja ilmakehän lämpötila ovat suureita, jotka muuttuvat kaiken aikaa. Niitä on hankala mitata, ja tulosten yleistäminen koko maailmaan on lähes mahdoton tehtävä.

Kun Suomessa ja muualla Fennoskan­diassa suunnitellaan varautumista ilmastonmuutokseen, maapallon keskilämpötilan ennakointi ei riitä. Globaaleja keskiarvoja tärkeämpää on seurata paikallisia trendejä ja tutkia, miten ilmasto on täällä ennen käyttäytynyt ja mihin suuntaan se mahdollisesti matkaa.

Tässä avuksi tulevat puiden vuosirenkaista eli vuosilustoista luodut aikasarjat, lustokalenterit, jotka sisältävät vuodentarkkaa tietoa menneistä sääoloista. Yksi maailman pisimmistä kalentereista löytyy meiltä Suomesta. Se on koottu Lapin männyistä ja kattaa 7 640 vuotta, lähes koko viime jääkauden jälkeisen ilmastohistorian. Se kertoo tarinoita, jotka eivät sovi yksioikoiseen julistukseen siitä, että ilmasto Suomessa olisi muuttunut ennen kokemattomalla tavalla.

Hiili hallitsee, Aurinko puuttuu

Hallitustenvälisen ilmastopaneelin IPCC:n mukaan ilmaston nykyinen lämpeneminen johtuu lähinnä ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden noususta. Ilmakehän ohella maapallon lämpötilaa säätävät kuitenkin myös Auringon aktiivisuus, valtamerien virtaukset ja maapallon pyörimisakselin asento. Ne kaikki ovat syklisiä ilmiöitä eli vaihtelevat jaksoissa.

Huomionarvoista on, että ilmastopaneelin ilmastomalleista puuttuvat Auringon pitkän aikavälin muutokset.  Tähdellämme ei uskota olevan sijaa nykyisessä lämpenemiskehityksessä. Säteilyn osuudeksi on arvioitu vain 1,5 prosenttia. Varmimpana todisteena merkityksettömyydestä pidetään sitä, että maapallon keskilämpötila ja Auringon aktiivisuus ovat muutaman vuosikymmenen ajan kulkeneet eri suuntiin: lämpötila nousee, vaikka Aurinko lepäilee. Tämä ei kuitenkaan ole koko totuus.

Lustokalenterit ovat ensi kertaa tarjonneet mahdollisuuden Auringon pitkän ajan seurantaan. Tulokset yllättävät.

Aktiivisuus näkyy lustoissa

Max Planck -instituutissa Saksassa työskentelevä Sami Solanki on selvittänyt Auringon aktiivisuutta ilmentävien auringonpilkkujen määrän 11 000:n viime vuoden ajalta. Hän on käyttänyt apunaan hiilen radioaktiivista C14-isotooppia, jonka määrä ilmakehässä ja siten myös puiden vuosilustoissa vaihtelee Auringon aktiivisuuden mukaan. Mitä aktiivisempi tähtemme on, sitä vähemmän lustoon kertyy kosmisen säteilyn tuottamaa radioaktiivista hiiltä. Aktiivinen Aurinko tehtailee paljon aurinkotuulta, joka suojaa planeettaamme kosmiselta säteilyltä.

Solangin tutkimus osoittaa, että Aurinko on 1900-luvulla ollut aktiivisimmillaan yli 8 000 vuoteen. Auringonpilkkujen määrä tasaantui vasta pari vuosikymmentä sitten, ja laskuun se on kääntynyt ihan viime vuosina.

Kun vuosilustoista arvioituja heinäkuun lämpötiloja ja Solangin auringonpilkkusarjoja tarkastelee rinnakkain, paljastuu, että Auringon aktiivisuuden vaihtelu sopii yhteen lähes kaikkien huomattavien ilmastossa tapahtuneiden muutosten kanssa. Vertailu selittää niin keskiajan lämpökauden, pikku jääkauden kuin 1900-luvun alkupuolen lämpenemisen.

Merkittävä tutkimuksessa on myös havainto, että lämpötilat ovat seuranneet Auringon aktiivisuuden muutoksia usean­ vuosikymmenen viiveellä. Viiveen arvellaan johtuvan meristä, jotka toimivat eräänlaisena jarruna ilmastonmuutoksissa.

Vedelle ominaisen suuren lämpökapasiteetin ja lämmönsidontakyvyn vuoksi meret reagoivat Auringon aktiivisuuden muutoksiin hitaammin kuin ilma. Auringon ollessa aktiivinen meret varastoivat lämpöä. Kun aktiivisuus hiipuu, niistä siirtyy lämpöä ilmakehään vielä pitkään. Vastaavasti aktiivisuuden taas voimistuessa vie aikansa, ennen kuin meret ovat uudelleen lämmenneet. Tämä hitaus voi selittää sen, ettei maapallon keskilämpötila ole kääntynyt laskuun, vaikka Aurinko on ollut hiljainen.

Auringon vaikutus maapalloon riippuu myös maapallosta itsestään. Jugoslavialainen astrofyysikko Milutin Milanković havaitsi 1940-luvulla, että Maan akselin kallistuskulma vaihtelee 22:n ja 24 asteen välillä 41 000 vuoden jaksoissa. Tämä vaikuttaa eteläiselle ja pohjoiselle pallonpuoliskolle  kohdistuvan säteilyn määrään ja synnyttää ilmastoon jaksollista vaihtelua.

Parhaillaan akseli kallistaa pohjoista poispäin Auringosta, ja tämä näkyy lustoissa. Niiden perusteella Fennoskandian kesien keskilämpötila on 2 000:n viime vuoden aikana viilentynyt 0,6 astetta. Lustot eivät osoita trendinomaista lämpenemistä tapahtuneen edes 1900-luvulla.

Meret keskeisessä asemassa

Paikallisten ilmastojen synnyssä keskeisessä asemassa ovat merien sääilmiöt, ja niitäkin ilmastopaneelin mallit ottavat riittämättömästi huomioon. Prosessit ovatkin mutkikkaita ja osin jopa tuntemattomia.

Tyynellämerellä ja Atlantilla toimii useita laaja-alaisia sääilmiöitä, jotka aika ajoin muuttavat merien pintalämpötiloja, virtauksia ja tuulia ja niiden kautta ilmastoa. Jäljet näkyvät lustoissa ympäri maailman, mutta merkeistä on vaikea tehdä yksiselitteisiä päätelmiä.

Erityisen hankalaa on mallintaa ilmaston vaihtelua Fennoskandiassa, sillä kolkkamme sijaitsee kostean Atlantin ja kuivan Euraasian siirtymävyöhykkeellä. Selvää kuitenkin on, että täällä tuntuvat Pohjois-Atlantin toistuvat säänvaihtelut. Pohjois-Atlantin oskillaatioksi kutsuttu ilmiö näkyy voimakkaimmin tuulissa. Kun oskillaatio voimistuu, länsituulet yltyvät ja tuovat tänne lauhoja talvia ja pilvisiä kesiä. Kun oskillaatio heikentyy, itäiset ja pohjoiset tuulet yleistyvät ja tarjoavat erityisesti itäsuomalaisille intiaanikesiä ja tulipalopakkasia.

Ilmastoamme säätää myös Pohjois-Amerikasta Jäämerelle kulkeva lämmin Golfvirta. Lapin lustokalenteri ja Englannin rannikolta kairatut merenpohjan sedimentit osoittavat, että virta muuntelee voimakkuuttaan jaksoittain ja aiheuttaa hyvinkin pitkiä lämpöisiä ja kylmiä kausia. Keskiajan lämpökaudella Golfvirta oli voimakas ja pikku jääkaudella heikko.

Metsää kasvattaa hoito

Jotkut ovat jo näkevinään ilmastonmuutoksen merkkejä  myös metsissä, sillä metsien kokonaiskasvu niin Suomessa kuin Euroopassa on paikoitellen jopa kaksinkertaistunut 1970-luvulta alkaen.Kasvun syitä on tutkittu Euroopan laajuisesti Metsäntutkimuslaitoksen ja Freiburgin yliopiston johdolla vuodesta 1992. Ensimmäiset tulokset osoittivat, että Keski-Euroopan koskemattomissa luonnonmetsissä puiden kasvu oli lisääntynyt koko 1900-luvun mutta Fennoskandian ja Venäjän Karjalan metsissä näin ei ollut käynyt. Vanhat puut kasvoivat samaan tahtiin kuin samanikäiset puut vuosisadan alkupuolella. Tutkijat päättelivät, että Keski-Euroopan nopeutuneen kasvun selitti metsämaiden viljavuuden paraneminen, mikä johtui pääosin liikenteen ja maatalouden typpipäästöistä. Sen sijaan Suomen talousmetsissä havaittu kokonaistuotoksen kaksinkertaistuminen aiheutuu metsien hoidosta ja metsien ikärakenteen muutoksista.

Mahdollisen ilmastonmuutoksen havaitsemiseksi tutkimus uusittiin Etelä- ja Pohjois-Suomessa vuonna 2008. Luonnonsuojelualueilla rauhassa kasvaneet männyt eivät edelleenkään osoittaneet kiihtyvää kasvua.

Se, ettei luonnontilaisten puidemme kasvussa näy merkkejä ilmaston trendinomaisesta muutoksesta, johtuu siitä, etteivät kasvukauden aikaiset lämpötilat ja sademäärät ole toistaiseksi muuttuneet. Kesät lämpenivät 1800-luvun lopulta 1930-luvulle saakka. Sitten ilmasto viileni 1960-luvulle asti. Viileää jaksoa kesti parikymmentä vuotta, minkä jälkeen lämpötilat ovat palautuneet viilenemistä edeltäneisiin lukemiin.

Tulevaisuuden ratkaisevat tuulet

Luontaista ilmastohistoriaa seuraava, tuhansien vuosien mittainen lustokalenteri vihjaa, ettei viime vuosikymmenten tai edes sadan viime vuoden ilmastokehitys anna riittävää kuvaa siitä, miten paljon ja mihin suuntaan paikallisilmastomme muuttuu.

Fennoskandiassa on jääkauden jälkeen nähty sekä nykyistä lämpimämpiä että viileämpiä kausia. Menneisyyden perusteella on jopa uhkarohkeaa laskea tasaisesti lämpenevän ilmaston varaan.

Pohjoisella pallonpuoliskolla ilmaston luontainen kehityssuunta on 2 000:n viime vuoden ajan ollut vähittäinen viileneminen. Muutoksen taustalta löytyy ennen kaikkea maapallon akselikulman muutos, mutta ajoittain paikallisilmastoam­me ovat säätäneet myös Aurinko ja ennen muuta Atlantti.

Suomessa ja koko Fennoskandiassa ilmaston tulevaakin kehitystä ohjaavat pitkälti Atlantin tuulet. Missä määrin ihminen niihin voi vaikuttaa ja varautua, vaatii vielä paljon tutkimusta.

Kari Mielikäinen on kasvu- ja tuotostutkimuksen professori Metsäntutkimuslaitoksessa.

Julkaistu Tiede-lehdessä 7/2013

Lämpökausi vaihtui kylmään kauteen

Kun jääkausi noin 10 000 vuotta sitten päättyi, pohjolassa lämpeni selvästi. Noin 6 000 vuotta sitten Lapin kesät olivat 2,6 astetta nykyistä lämpimämpiä ja koivua ja mäntyä kasvoi runsaasti kaukana nykyisen metsänrajan takana.

Lähihistoriamme tunnetuin ilmastonmuutos on tuhannen vuoden takainen keskiajan lämpökausi. Puulustoista arvioiden lämpimintä, noin asteen lämpimämpää kuin 1900-luvun loppupuolella, oli vuosina 931–1180. Ajanjakso oli niin suotuisa, että grönlantilaiset ja islantilaiset ryhtyivät viljelemään maata ja kasvattamaan karjaa. Englantilaiset tuottivat viiniä, oululaiset ja kainuulaiset vehnää.

Lämpökausi päättyi 1300-luvulla, kun keskilämpötila vajosi lähes kaksi astetta ja alkoi pikku jääkautena tunnettu kylmä jakso. Islanti ja Grönlanti autioituivat, mustasurma tappoi miljoonia ihmisiä Euroopassa, ja toistuvat katovuodet vähensivät useaan otteeseen väkeä Suomessa.

Euroopassa pikku jääkausi hellitti 1800-luvun puolivälissä, mutta Suomessa se päättyi vasta 1900-luvun alussa, kun ilmasto käänsi päälle lämpenemisvaihteen neljäksi vuosikymmeneksi.

Puut keräävät ilmastotietoa

Puut ovat arvokas arkisto. Ne tallentavat itseensä paisteet, sateet ja koettelemukset.

Kun puu kasvaa, sen runkoon syntyy aina uusi vuosirengas eli vuosilusto, jonka paksuuden ja koostumuksen ratkaisevat kasvuympäristön olot. Niihin vaikuttavat kaukaisetkin tapahtumat, kuten tulivuorenpurkaukset, jotka voivat sotkea säitä maapallon laajuudelta. Jos puu kuoltuaan hautautuu hapettomaan tilaan järvenpohjaan tai suohon, ympäristötieto säilyy vuosituhansia.

Vuosilustoista voidaan koota lustokalentereita niin sanotun ristiinajoituksen avulla. Menetelmä vertailee osittain samaan aikaan eläneiden puiden lustotietoa toisiinsa ja yhdistää ne kronologiseksi aikasarjaksi. Lustoja tutkitaan puufossiileista, rakennushirsistä, keloista ja elävistä puista.

Tutkijat käyttävät lustokalenteria muun muassa arkeologisten puu­esineiden ajoittamiseen ja menneiden ilmasto-olojen mallinnukseen. Lähtökohtana on oletus, että säätekijät, kuten lämpötila, sateisuus, pilvisyys ja tuulensuunta, ovat vaikuttaneet puihin samalla lailla vuosituhansien ajan. Mallinnuksessa ovat apuna säätilastot, joita meillä on kattavasti kerätty 1880-luvulta asti. Tulosten käyttökelpoisuutta lisää se, että lustotietoa voi verrata jäätiköistä, merien pohjasedimenteistä ja soista kerättyyn vastaavaan tietoon.