Idästä, aina idästä. Pasaatituulet ovat puskeneet trooppisen Tyynenmeren palmuja ja vettä tavallistatuhdimmin vuosituhannen vaihteesta saakka. Kuva Shutterstock
Idästä, aina idästä. Pasaatituulet ovat puskeneet trooppisen Tyynenmeren palmuja ja vettä tavallistatuhdimmin vuosituhannen vaihteesta saakka. Kuva Shutterstock
Päiväntasaajan kummallekin puolelle muodostuu tuhansien kilometrien levyinen ja runsaan kymmenen kilometrin paksuinen ilman kiertorulla. Grafiikka Hanna Härkälä
Päiväntasaajan kummallekin puolelle muodostuu tuhansien kilometrien levyinen ja runsaan kymmenen kilometrin paksuinen ilman kiertorulla. Grafiikka Hanna Härkälä
Lämmin vesi on pakkautunut Aasian suunnalle. Alta on paljastunut viileää vettä.
Lämmin vesi on pakkautunut Aasian suunnalle. Alta on paljastunut viileää vettä.
Pakkautuminen on nostanut vedenpintaa. Vedenpinta on jäänyt matalalle.
Pakkautuminen on nostanut vedenpintaa. Vedenpinta on jäänyt matalalle.
Tällä periaatteella vesi satojen vuosien mittaan kiertää merten syvien osien kautta. Kylmää vettä uppoaa napaseuduilla, ja lämpimillä merillä alaspäin kulkeutuva lämpö nostaa vettä ylös.
Tällä periaatteella vesi satojen vuosien mittaan kiertää merten syvien osien kautta. Kylmää vettä uppoaa napaseuduilla, ja lämpimillä merillä alaspäin kulkeutuva lämpö nostaa vettä ylös.

Maapallon pintalämpö ei ole viime vuosina noussut, koska tuulet ajavat lämmintä vettä Tyynenmeren uumeniin.

Pasaatituulet ovat voimistuneet. Entäs sitten? Nykyajan ihminen saattaa kohauttaa tällaiselle harteitaan, mutta purjelaiva-ajan ihminen olisi höristänyt korviaan: nyt on tapahtunut jotain isoa.

Pasaatien alue, tasavarma itäisten tuulten vyöhyke, on leveä. Se ulottuu päiväntasaajalta noin kolmanneksen matkaa navoille päin. Atlantin-purjehtijat oppivat luottamaan siihen, että pasaatit tarjoa­vat sujuvan kyydin Kanarialta Karibialle ja Etelä-Afrikasta Brasiliaan. Tyynellämerellä pasaatit kiidättivät Meksikosta Filippiineille ja Perusta Indonesiaan.

Pasaatituulet ovat maapallon tuulijärjestelmän keskeisin palikka, osa suurta tropiikin kiertoa, josta alkaa koko tuulisysteemi – ja samalla maailman merivesien virtaus.

Kun liikkuu ilma, liikkuu sen ja veden välisen kitkan ansiosta myös alla oleva vesi. Tuulet ovat merivirtojen moottoreita, ja leveä ja sinnikäs pasaatien vyöhyke antaa virtauksille mojovan potkun.

Maapallon ilmastossa suurtekijä on erityisesti Tyynenmeren pasaatikierto, joka Tyynenmeren leveyden takia vaikuttaa puoleen planeettamme ympärysmitasta. Kun sikäläiset pasaatituulet muuttuvat, jotain dramaattista voi odottaa.

Eikä odotuksessa joudu pettymään. Viime vuosina on julkaistu tutkimusnäyttöä siitä, että juuri Tyynenmeren pasaatituulten voimistuminen selittää, miksei maapallon pintalämpötila ole 1990-luvun lopun jälkeen noussut.

Lämpeneminen pysähtyi

Maan pinnan lämpeneminen on ollut pysähdyksissä viitisentoista vuotta. Lämpötilan nousu on seisahtunut pintailmassa sekä merten pintavesissä, vaikka kasvihuonekaasujen lisääntymisen piti ilmastomallien mukaan edelleen lämmittää ilmastoa.

Aluksi ilmastotutkijat pitivät pysähdystä vuosien välisenä satunnaisena vaihteluna. Siitä ei kuitenkaan ollut kyse. Ilmastonmuutoksen epäilijät alkoivat vihjailla, että koko muutos taitaa olla peruttu.

Näin ei ikävä kyllä taida olla. Maapallon pintalämpötila on noussut koko teollistuneen ajan ja erityisen vahvasti 1970-luvulta lähtien, ja tiedeyhteisön vallitsevan käsityksen mukaan syynä ovat  kasvihuonekaasujen päästöt. Ne voimistavat ilmakehän luontaista kasvihuoneilmiötä niin, että auringon lämpöä pidättyy maapallolle entistä enemmän.

Lämpeneminen näkyy pintalämpötilan kohoamisen lisäksi jäätiköiden kutistumisena sekä merenpinnan nousuna, joka johtuu mannerjäätiköiltä valuvasta vedestä ja lämpenevän meriveden laajenemisesta. Sulaminen ja pinnannousu ovat jatkuneet 2000-luvulla entiseen tahtiin, joten liikalämpöä on riittänyt yhä.

Mihin lisääntyvä lämpö sitten menee, jollei se pintailmassa ja pintavedessä näy? Vastausta ei tarvitse hakea kaukaa.

Meri on maapallon pääasiallinen lämmön varastoija. Vesimassa pystyy ottamaan lämpöä sata kertaa niin paljon kuin kuiva maa. Meret yhteensä voivat pidättää yli tuhat kertaa niin paljon kuin ilmakehä, ja kolmen metrin paksuinen meriviipale vastaa koko ilmakehän lämmönsidontakykyä.

Meriin onkin hallitusten välisen ilmastopaneelin IPCC:n yhteenvedon mukaan kertynyt yli 90 prosenttia siitä ylimääräisestä lämpöenergiasta, jota maapallolle on neljänä viime vuosikymmenenä kasautunut.

Meri on maapallon lämpötaloudessa niin hallitseva, että voisi jopa ihmetellä, miksi lainkaan kohkaamme pintailmasta. Tällöin kuitenkin unohtuisi, että satumme olemaan pintailman asukkeja. Oma nahka lähinnä.

Mereen hulahtaneesta lämmöstä kaksi kolmannesta on jäänyt pintaosiin eli ylimpään 700 metriin ja kolmannes uponnut sitä syvemmälle. Viidentoista viime vuoden aikana pintaosien lämpö ei näytä juuri nousseen, mutta syvemmän osan lämpeneminen on mittausten mukaan jatkunut entiseen tapaan. On ilmeistä, että ”kadonnut” lämpö on päätynyt syvyyksiin. Sen reitti ei kuitenkaan ole ollut aivan suora.

La Niña muutti tuulia

Palataan pasaatituuliin. Tyynenmeren yllä pasaatien yhteydessä jyllää toinen mahtava ilmavirtaus: länsi-itäsuuntainen liukuhihna. Siinä ilmaa kulkeutuu korkeuksissa Aasian rannikolta Amerikkaa kohti. Merenpinnassa ilma kulkee pasaatien mukana takaisin Aasian suuntaan.

Ilman länsi-itäkierto vaihtelee vuosittain. Siihen ei tarvita ulkoista syytä, vaan kyse on virtauksen kaoottisuuden aiheuttamista luontaisista vaihteluista.

Kun kierto tyrehtyy keskimääräistä heikommaksi, koittaa El Niño -vuosi. Silloin pasaatit heikkenevät ja lämpimin pintavesi jää lillumaan pitkin päiväntasaajaa. Vuodesta tulee keskimääräistä lämpimämpi.

Viileä vuosi saadaan, kun kierto voimistuu keskimääräistä vahvemmaksi. Tällöin tarmokkaat pasaatit kuorivat pintavettä länttä kohti, ja tilalle nousee viileää syvyyksien vettä. Sellaista vuotta nimitetään La Niñaksi.

Nämäkin jaksottelevat. Taipumus El Niñoon tai La Niñaan voi jäädä päälle yli vuosikymmeneksi kerrallaan.

Todisteet viittaavat siihen, että nimenomaan pitkästä La Niña -kaudesta pintalämmön seisahdus johtuu. Ensinnäkin ajoitus sopii. Ilmiö on osunut juuri La Niña -painotteiseen, voimakkaiden tuulten ja nousevan kylmän veden jaksoon, osoittivat yhdysvaltalainen Grant Foster ja saksalainen Stefan Rahmstorf Environmental Research Lettersissä vuonna 2011.

Toiseksi La Niña -jakson voima riittää selittämään maailmanlaajuisen pysäyksen pintalämpötilan nousussa, raportoivat kalifornialaisen Scrippsin merentutkimuslaitoksen Yu Kosaka ja Shang-Ping Xie mallilaskelmiensa perusteella Naturessa viime vuonna.

Kolmanneksi Tyynenmeren pasaatit puhaltavat teoriaan sopivasti. Ne ovat voimistuneet lämpenemisessä tapahtuneen seisokin veroisesti, kertoi australialainen Matthew England työtovereineen Nature Climate Change -lehdessä tämän vuoden helmikuussa.

Voimistuneiden pasaatien ajamana trooppisen Tyynenmeren lämmin pintavesi on yhä enemmän kasautunut Aasian puolelle. Samalla Amerikan puolelta on jatkuvasti paljastunut alempana ollutta viileämpää vettä. Se on imenyt lämpöä niin tehokkaasti ja toisaalta lämmennyt veden suuren lämmönpidätyskyvyn takia niin hitaasti, että keskimääräinen pintalämpötila on pysynyt samalla tasolla.

Tämä ei vielä selitä, miten lämpö on uponnut syvyyksiin – ei ainakaan ilmastoskeptikkojen mielestä. Miten syvä meri voi jatkaa lämpenemistään, vaikka pintavesi pysyy suunnilleen saman lämpöisenä? Sujahtaako lämpö pintaosien ohi jonkinlaisella teleportaatiolla kuin scifisarja Star Trekin miehistö?

Teleportaatio-ongelmaa ei kuitenkaan ole. Stefan Rahmstorf selittää uppoamisperiaatteen blogitekstissään RealClimate-sivustossa seuraavasti: Trooppisessa Tyynessämeressä on kylmän syvän veden päällä muutaman sadan metrin paksuinen lämpimän pintaveden kerros. Kun tuuli kasaa pintavettä meren toiseen laitaan, kerroksen alaosa alkaa siellä ulottua syvyyteen, jossa aiemmin oli kylmää vettä. Siksi syvä osa lämpenee.

Entä kun tilanne kääntyy?

Pasaatien ei odoteta puhaltavan näin tarmokkaasti maailman tappiin saakka. Kun La Niñat väsyvät, El Niñot ottavat ohjat. Silloin trooppisella Tyynellämerellä hiipuu sekä lämpimän pintaveden siirtyminen että kylmän veden nousu, ja meren päiväntasaajaseudun peittää lämmin vesikerros. Silloin kasvihuoneilmiö alkaa taas näyttää ytynsä maailman pintalämmössäkin.

– Tuloksemme viittaavat siihen, että kun pasaatituulet palaavat normaalivoimaansa, ilmakehään alkaa nopeasti kertyä lämpöä, Matthew England sanoo australialaisen New South Walesin yliopiston tiedotteessa.

Englandin mukaan pasaatien monivuotiset vaihtelukaudet selittävät kauniisti ilmiön, joka ilmastotutkijoiden keräämistä lämpökäyristä on pitkään nähty: maailman keskilämpötila ei ole noussut tasaisesti vaan portaittain. Nopeita nousuja ovat aiemminkin tauottaneet tasanteet.

Hengähdystauolla on kuitenkin hintansa, huomauttaa uusiseelantilainen ilmastotutkija Kevin Trenberth Royal Meteorological Societyn nettisivuilla. Pitkäaikainen lämpeneminen aikaistuu, koska syvään mereen uponnut lämpö varastoituu virtausten hitauden takia jopa sadoiksi vuosiksi. Varastoituneen lämmön takia merivesi laajenee ja merenpinta nousee nopeammin kuin muuten tapahtuisi.

Petri Riikonen on Tiede-lehden toimitussihteeri.

Tärkeimmät lähteet tekstissä mainittujen lisäksi: Jeff Tollefson, The case of the missing heat, Nature 2014. Isaac Held, The cause of the pause, Nature 2013.
Magdalena Balmaseda ym., Distinctive climate signals in reanalysis of global
ocean heat content, Geophysical Research Letters 2013. Geoffrey Vallis, Climate and the oceans, Princeton University Press 2012. David Thomas ja David Bowers, Introducing oceanography, Dunedin Academic Press 2012.

Julkaistu Tiede-lehdessä 6/2014


Pasaati puhaltaa auringon voimalla

Tuulisysteemin polkaisee liikkeelle tropiikin paahtava aurinko. Maan- ja merenpinta saavat erityisen paljon lämpöä päiväntasaajan tienoilla. Myös pinnanläheinen ilma lämpenee voimakkaasti ja alkaa nousta. Siksi alueel­le syntyy pysyvästi ympäristöä matalampi ilmanpaine, joka imee ilmavirtausta ympäristöstä.  

Tätä laajaa ja sitkeää virtausta nimitetään pasaatiksi. Virtaus puhaltaisi päiväntasaajan alueelle suoraan pohjoisesta ja etelästä, jollei asiaan vaikuttaisi toisena voimana maapallon pyöriminen. Maapallon liikkeen aiheuttama coriolisvaikutus vääntää ilmavirtausta niin, että käytännössä pasaatituulet puhaltavat aina itäisistä ilmansuunnista.

 

La Ninã viilentää

Tyynenmeren erityisen voimakkaiden pasaatien kausi eli La Niña siirtää lämpöä ilmasta mereen. Pasaatit työntävät tropiikin lämmintä pintavettä Aasian suuntaan, jolloin alta paljastuu viileämpää vettä. Se viilentää ilmaa imemällä siitä lämpöä. Lämmin vesi pakkautuu paksuksi kerrokseksi Aasian suunnalle, jolloin lämmintä vettä painuu siellä syvemmälle.

 

Tuuli pyörittää merta

Ilmakehän ja meren kohtalonyhteyden huomaa, kun tutkailee rinnan vallitsevien tuulensuuntien ja merivirtojen karttaa. Ne muistuttavat toisiaan.

Se ei ole ihme, sillä juuri tuulet pitävät meren pintaosan liikkeessä. Vesimassa vain virtaa ilmamassaa jähmeämmin. Vaikka tuuli voi puhaltaa urheiluauton nopeudella, merivirta ei yleensä pysyisi edes kävelijän kyydissä.

Tuulet käynnistää auringonsäteilyn lämpöenergia. Tropiikki saa sitä napaseutuihin verrattuna ylenpalttisesti. Suuret kierrot starttaavat tropiikin lämmenneestä ilmasta, joka kohoaa ylös ja lähtee napojen suuntaan.

Lämpöä kuljettaessaan tuulet ja merivirrat lientävät tropiikin hellet­tä ja napa-alueen hyistä kylmyyttä. Meri lämpenee ilmaa hitaammin mutta säilyttää lämmön sitkeämmin. Siksi se loiventaa lämmönvaihteluita ja toisaalta pidentää niiden vaikutusaikaa.

Syvä vesi kiertää etanan vauhtia

Syvään mereen kulkeutuva ylimääräinen lämpö voi pysyä maapallon ilmastosysteemissä satoja vuosia. Lämpöä laskeutuu pinnasta alaspäin eri puolilla merta. Yksi tapa on lämmön johtuminen vesimassassa, mutta se on hidasta. Tehokkaammin lämpöä siirtyy, kun lämmin vesi uppoaa.  Sitä upottavat esimerkiksi erikokoiset pyörteet, joita muodostuu merivirroissa. Tuulet voivat myös puhaltaa lämmintä pintavettä paksuksi patjaksi, jonka alaosa vajoaa syvyyteen, kuten Tyynellämerellä nyt.

Uppoava lämpö pitää osaltaan käynnissä merten syvän veden kiertoa. Lämpö ja veden kumpuamista aiheuttavat tuulet nostavat pikku hiljaa vettä syvänmeren pohjalta ylöspäin. Täydennystä tulee pintavirtojen kuljettamasta vedestä, joka uppoaa napaseuduilla kylmenneenä.

Laskeutuvaa lämpöä syvä meri voi varastoida pitkään, koska syvyyksien vesi kiertää systeemissä äärimmäisen verkkaisesti. Kaikkien merialtaiden koluamisen on laskettu vievän meriveden pisaralta noin tuhat vuotta.