3.2. Maapallojärjestelmän tutkimus

Maapallojärjestelmän tutkimus on kehittynyt nopeasti 1980-luvulta lähtien. Kehitystä on ajanut eteenpäin ymmärrys ihmisen toiminnan kasvavasta vaikutuksesta ja siitä mahdollisesti seuraavista äkillisistä ja peruuttamattomista muutoksista maapallojärjestelmän toiminnassa. Tutkimusta ovat edistäneet erityisesti havainnointimenetelmien ja mallinnusten kehittyminen sekä tiedoista kootut laajat tieteelliset synteesit ja arviointiraportit.

Tärkeä havainnointimenetelmä on muun muassa jo vuodesta 1958 jatkunut ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden mittaus Havaijin Mauna Loan observatoriossa. Mittaus osoittaa vastaansanomattomasti ilmakehän kohoavan hiilidioksidipitoisuuden. Satelliittien avulla voidaan nykyään tarkalla alueellisella erotuskyvyllä havainnoida muun muassa ilmastoon liittyviä muuttujia, ilmakehän koostumusta, kasvillisuuden muutoksia, valtamerten ominaisuuksia ja kaupunkien kehitystä, mikä mahdollistaa lähes reaaliaikaisen kokonaiskuvan muodostamisen maapallojärjestelmän tilasta ja toiminnasta. Myös ymmärrys maapallojärjestelmän historiasta on parantunut. Esimerkiksi Etelämantereen mannerjäätiköstä kairattujen jäänäytteiden analysointi on antanut tietoa menneistä ilmastonvaihteluista ja niihin liittyvistä muuttujista, ja tätä tietoa voidaan käyttää hyväksi arvioitaessa tulevia muutoksia maapallojärjestelmässä.

Maapallojärjestelmän toimintaa kyetään nykyään mallintamaan fysikaalisiin ja kemiallisiin perusilmiöihin pohjautuvin kiertomallein, jotka huomioivat ilmakehän, maanpinnan, merien ja elonkehän välisiä vuorovaikutuksia. Näihin malleihin voidaan sisällyttää myös ihmisperäisiä hiukkas- ja kasvihuonekaasupäästöjä, ja siten voidaan pyrkiä selvittämään ilmaston mahdollisia tulevia kehityskulkuja. Mallien kykyyn ennustaa järjestelmän käyttäytymistä on kuitenkin suhtauduttava varauksella, sillä niiden parametreihin (eli järjestelmän toimintaa kuvaaviin lukuarvoihin) liittyy huomattavia epävarmuuksia, eivätkä mallit sisällä kaikkia mahdollisia vuorovaikutuksia. On myös kehitetty taloutta ja ilmastoa yhdistäviä malleja (integrated assessment models), joilla voidaan tutkia vaihtoehtoisten toimintatapojen vaikutuksia sekä talouteen että ilmastoon, mutta näidenkin mallien kykyyn ennustaa tulevaisuutta on syytä suhtautua varauksella. Vaikka erilaiset mallit eivät välttämättä anna tarkkaa kuvaa todellisuudesta, ne ovat kuitenkin arvokkaita työkaluja, joiden kautta voidaan sovittaa yhteen monia erilaisia prosesseja. Mallien kykyä kuvata maapallojärjestelmän toimintaa voidaan testata vertaamalla mallien antamia ennusteita historiallisiin havaintoihin.

Viimeisten kahden vuosikymmenen aikana on tehty useita suuria arviointiraportteja ja synteesejä, joissa on koottu yhteen maapallojärjestelmää koskevaa tutkimusta. Erityisen tärkeitä ovat olleet monet kansainvälisen ilmastonmuutospaneelin IPCC:n sekä hallitustenvälisen luonnon monimuotoisuus- ja ekosysteemipalvelupaneelin IPBES:n arviointiraportit. Nämä paneelit ja raportit toimivat päätöksenteon ja tutkimuksen välimaastossa: ne kommunikoivat tutkimustuloksia poliittisille päättäjille ja avaavat uusia tutkimussuuntia poliittiselta sektorilta saadun palautteen perusteella.

Keikahduselementit ja ketjureaktiot

Ihmisen toiminnan aiheuttama kuormitus on herättänyt huolta myös mahdollisista keikahduspisteistä, joilla viitataan kuormituksen kasvusta johtuviin äkillisiin ja mahdollisesti peruuttamattomiin muutoksiin järjestelmän toiminnassa. Huolta ovat herättäneet tietyt maapallojärjestelmän osat, joiden arvellaan olevan erityisessä vaarassa lämpenevässä ilmastossa. Näihin maapallojärjestelmän osiin on viitattu termillä “keikahduselementit” (tipping elements). Keikahduselementeille on ominaista, että muutosta voi olla mahdoton pysäyttää, kun se on kerran lähtenyt liikkeelle. Esimerkiksi Pohjoisella jäämerellä jääpeitteen väheneminen johtaa kiihtyvään lämpenemisen, sillä aurinko lämmittää avovettä paljon tehokkaammin kuin jääkannen peittämää vettä.

Alla olevassa kuvassa esitetään ilmaston lämpenemiselle herkkiä todennäköisiä keikahduselementtejä ja niiden välisiä yhteyksiä. Grönlannin mannerjäätikkö, Pohjoisen jäämeren kesäinen jääpeite, Alppien jäätiköt, koralliriutat ja läntisen Etelämantereen jäätiköt ovat vaarassa hävitä jo nykyisen ilmaston lämpenemisen seurauksena. Grönlannin ja läntisen Etelämantereen jäätiköiden sulaminen johtaisi merenpinnan nousuun useilla metreillä lyhimmillään muutamassa vuosisadassa.

Kuva. Maapallojärjestelmän mahdolliset keikahduselementit ja niiden väliset yhteydet, jotka voivat johtaa elementtien keikahtamisten ketjureaktioihin. Keltaisella värillä on merkitty jo nykyisellä ilmaston lämpenemisellä vaarassa olevat elementit, oranssilla 3-5 asteen lämpenemisellä vaarassa olevat elementit ja punaisella yli viiden asteen lämpenemisessä vaarassa olevat elementit. Lähde Steffen ym (2018).

Ilmaston lämmetessä kolmesta viiteen astetta esiteollisen ajan lämpötilaan verrattuna vaarassa kadota tai muuttua ovat muun muassa pohjoiset havumetsät, suihkuvirtaukset, valtamerien veden kierto pinta- ja syvävesien välillä, Amazonin sademetsä, Tyynenmeren merivirtojen ajoittaiset muutokset (El Niño-ilmiön muuttuminen pysyväksi) ja Intian kesämonsuuni. Sahelin alueen ilmaston ennustetaan myös muuttuvan, mutta muutoksen laadusta mallit antavat erilaisia tuloksia. Jos ilmasto lämpenee yli viisi astetta, Pohjoinen jäämeri voi muuttua kokonaan jäättömäksi ja Siperian ikirouta sekä itäisen Etelämantereen jäätiköt alkavat sulaa.

Yhteydet keikahduselementtien välillä tarkoittavat, että muutokset yhdessä elementissä lisäävät muutoksen todennäköisyyttä linkittyneissä elementeissä. Tällainen ketjureaktio lisäisi todennäköisyyttä katastrofaalisille planeetanlaajuisille muutoksille jo paljon alemmissa lämpötiloissa kuin mitä yksittäisten elementtien tarkastelu antaa ymmärtää. Vuorovaikutukset eri elementtien välillä ovat kuitenkin vaikeita tutkittavia, joten niihin liittyviä riskejä on vaikea arvioida luotettavasti. Emme myöskään tiedä, onko kaikkia keikahduselementtejä edes tunnistettu. Varsin tuoreet tutkimukset esimerkiksi osoittavat, että maata viilentävien kerroskumpupilvien muodostuminen lakkaa, kun ilmakehän hiilidioksidipitoisuus ylittää tietyn rajan (1200 ppm). Ilman näitä pilviä maapallon lämpötila kohoaa noin kahdeksalla asteella. Muutos olisi varsin pysyvä, sillä kumpukerrospilvien uudelleenmuodostuminen vaatii hiilidioksidipitoisuuden putoamista huomattavasti alle rajan, jossa pilvien muodostuminen alun perin häiriintyi.

Jäikö tästä osiosta jotain mieleen, mitä haluaisit kommentoida?Vapaaehtoinen.