Paleoklimatologia: BAS (British Antarctic Survey) – CO2, CH4 ja lämpötila

Paleoklimatologia: BAS (British Antarctic Survey) – CO2, CH4 ja lämpötila

British Antarctic Survey (BAS), Natural Environment Research Councilin ( UKRI -NERC) instituutti, tuottaa ja mahdollistaa maailman johtavaa tieteidenvälistä tutkimusta napa-alueilla. Sen Cambridgessa, Etelämantereella ja arktisella alueella sijaitseva tiede- ja tukihenkilöstö työskentelee yhdessä tuottaakseen tutkimusta, joka parantaa ymmärrystämme maapallosta ja vaikutuksestamme siihen. BAS on ehkä merkittävin toimija paleoklimatologian alalla maailmassa.

Jääytimet ja ilmastonmuutos

Johdanto

Jääytimet ovat jääsylintereitä, jotka on porattu jäälevystä tai jäätiköstä. Suurin osa jääytimistä on peräisin Etelämantereelta ja Grönlannista, ja pisimmät jääytimet ulottuvat 3km:n syvyyteen. Vanhimmat jatkuvat jääydin-näytteet ulottuvat Grönlannissa 123 000:een vuoteen ja Etelämantereella 800 000:een vuoteen. Jääytimet sisältävät tietoa menneestä lämpötilasta ja monista muista ympäristön näkökohdista. Ratkaisevaa on, että jää ympäröi pieniä ilmakuplia, jotka sisältävät näytteen ilmakehästä – niistä voidaan mitata suoraan ilmakehän kaasujen aiemmat pitoisuudet, mukaan lukien tärkeimmät kasvihuonekaasut: CO2, CH4 ja N2O.

Kasvihuonekaasut ja lähimenneisyys

Ilmakehän hiilidioksidin (CO2) suorat ja jatkuvat mittaukset ulottuvat vasta 1950- luvulle. Jääytimistä tehdyt mittaukset antavat mahdollisuuden laajentaa tätä tietä takaisin menneisyyteen. Etelämantereen ytimissä, joissa lumisateet ovat erittäin voimakkaita, on ollut mahdollista mitata ilman pitoisuuksia jo 1980- luvulta lähtien (joka on jo kuplien sisällä jään sisällä). Vertailu suoraan ilmakehästä Etelämantereen tutkimusasemilla tehtyihin mittauksiin osoittaa, että jääydin toimii uskollisena ilmakehän pitoisuuksien tallentajana.

 (ks. kuva 1)

Etelämantereen jääytimet osoittavat, että CO2 -pitoisuus oli vakaa viime vuosituhannen aikana 1800- luvun alkuun asti. Sitten se alkoi nousta, ja sen pitoisuus on nyt lähes 50 % korkeampi kuin ennen teollista vallankumousta 

Muut mittaukset, jotka voivat määrittää tämän hiilidioksidin lähteen sormenjäljet (esim. isotooppitiedot) vahvistavat, että kasvun täytyy johtua fossiilisten polttoaineiden käytöstä sekä ihmisen aiheuttamista kasvillisuuden ja maaperän muutoksista. Vanhemmista jääytimistä tehdyt mittaukset (käsitelty alla) vahvistavat, että sekä viimeaikainen nousun suuruus että nopeus ovat lähes varmasti ennennäkemättömiä viimeisten 800 000 vuoden aikana.

 (ks. kuva 2)

 

Nopein luonnollinen lisääntyminen vanhemmissa jääytimissä on n. 15 ppm n. 200:n vuoden aikana. Vertailun vuoksi ilmakehän CO2 nousee nyt n. 15 ppm kuuden vuoden välein. 

Metaani (CH4 ), toinen tärkeä kasvihuonekaasu, osoittaa myös ennennäkemättömän lisääntyneen pitoisuuden viimeisen kahden vuosisadan aikana. Sen pitoisuus on nyt paljon yli kaksinkertainen esiteolliseen tasoon verrattuna. Tämä johtuu pääasiassa maatalouden päästöistä ja fossiilisten polttoaineiden tuotannosta, joka tulee kosteikkojen ja muiden lähteiden luonnollisten päästöjen lisäksi.

Kasvihuonekaasujen rooli jääkauden ja interglasiaalisissa sykleissä

Vanhimman Etelämantereen jääytimen ilmasta voi nähdä, että CO2 muuttui hämmästyttävän samalla tavalla kuin Etelämantereen ilmasto: pitoisuudet olivat alhaisia kylminä aikoina ja korkeita lämpiminä aikoina. 

(ks. kuva 3) 

Tämä on täysin sopusoinnussa sen ajatuksen kanssa, että lämpötila ja CO2 ovat läheisesti yhteydessä toisiinsa ja kumpikin toimii vahvistaen toisessa tapahtuvia muutoksia (mitä kutsumme positiiviseksi palautteeksi). Uskotaan, että jääkausien lämpenemistä vauhdittavat muutokset Maan kiertoradalla Auringon ympäri, mutta nämä pienet ilmastomuutokset voivat vahvistua pääasiassa CO2:n  lisääntymisen sekä merijään ja jäälevyjen vetäytymisen myötä (mikä johtaa siihen, että auringonvaloa heijastuu vähemmän).

Voimme nähdä, kuinka hyvin tarkasti Etelämantereen lämpötila ja hiilidioksidi seuraavat  toisiaan, mutta entä maapallon lämpötila? Tällä voimme tarkastella, milloin maa viimeksi nousi jääkaudesta. Tutkijat ovat koonneet muita geologisia tietoja lämpötilasta eri puolilta maailmaa laskeakseen maapallon keskilämpötilan. Tässä globaalissa mittakaavassa CO2 alkaa nousta ennen lämpötilaa.

(katso kuva 4)

 

Joten lämpötilojen sanotaan olevan ”jäljessä” CO2 :n jälkeen. Tämä osoittaa, että CO2 ei ollut vain palaute luonnollisesta ilmastonmuutoksesta, vaan itse asiassa suuri pakote, joka ajoi maapallon pois viimeisestä jääkaudesta.

Nykyaikanamme tietysti ihmisten aiheuttamien CO2 -päästöjen  odotetaan käynnistävän tapahtumasarjan. Emme näe jään ytimessä esimerkkejä merkittävästä CO2:n noususta, johon  ei liittyisi lämpötilan nousua. CH4:n pitoisuus seuraa myös jäätiköiden välisiä muutoksia, luultavasti siksi, että kosteikkoja oli vähemmän kylmempinä ja kuivempina jääkauden aikoina.

Äkillinen ilmastonmuutos

Edellä kuvatut ilmastonmuutokset olivat valtavia, mutta suhteellisen asteittaisia. Jääytimet ovat kuitenkin antaneet meille todisteita siitä, että myös äkilliset muutokset ovat mahdollisia. Viimeisen jääkauden aikana Grönlanti koki sarjan erittäin nopeaa lämpenemistä.

 (ks. kuva 5)

 

Lämpötila nousi yli 10°C muutamassa vuosikymmenessä. Muut tiedot osoittavat, että ilmakehän kierrossa ja ilmastossa tapahtui suuria muutoksia kaikkialla pohjoisella pallonpuoliskolla. Etelämanner ja eteläinen valtameri kokivat erilaisen kuvion, joka on yhdenmukainen sen ajatuksen kanssa, että nämä nopeat hypyt johtuivat äkillisistä muutoksista, valtameren lämmönsiirrossa. Tuolloin Pohjois-Amerikan yläpuolella oli valtava jääpeite (Laurentide). Todennäköisesti jäätiköiltä Pohjois-Atlantille toimitettu makea vesi häiritsi ajoittain valtameren kiertoa, jolloin trooppisen lämmön kulkeutuminen pohjoiseen vähenee ja sitten taas yhtäkkiä lisääntyy. Vaikka tätä mekanismia ei todennäköisesti esiinny nykymaailmassa, se osoittaa meille, että ainakin alueellisesti ilmasto kykenee poikkeuksellisiin muutoksiin ihmisen eliniän aikana – nopeita muutoksia, joita haluamme ehdottomasti välttää.

Yhteenveto

Jääytimet tarjoavat suoraa tietoa siitä, miten kasvihuonekaasupitoisuudet ovat muuttuneet menneisyydessä, ja ne tarjoavat myös suoraa näyttöä siitä, että ilmasto voi muuttua äkillisesti joissain olosuhteissa. Ne eivät kuitenkaan tarjoa suoraa analogia tulevaisuudelle, koska jääytimen aikakaudella ei ole ajanjaksoja, joiden hiilidioksidipitoisuudet olisivat verrattavissa seuraavan vuosisadan pitoisuuksiin.

Faktatietoa

  • Jääydin on jääpalasta tai jäätiköstä porattu jääsylinteri. Suurin osa jääydin-näytteistä on peräisin Etelämantereelta ja Grönlannista
  • Jääytimet sisältävät tietoa menneestä lämpötilasta ja monista muista ympäristön näkökohdista
  • Ilmakehän hiilidioksiditasot ovat nyt n. 50 % korkeammat kuin ennen teollista vallankumousta. Kasvu johtuu fossiilisten polttoaineiden käytöstä ja maankäytön muutoksista
  • Viimeaikaisen kasvun suuruus ja nopeus ovat lähes varmasti ennennäkemättömiä viimeisten 800 000 vuoden aikana
  • Metaanin pitoisuus on myös kasvanut voimakkaasti ja ennennäkemättömästi viimeisen kahden vuosisadan aikana

Lähteet

https://www.ukri.org/councils/nerc/

https://www.bas.ac.uk/data/our-data/publication/ice-cores-and-climate-change/

https://www.ukri.org/

Menetelmät

-Induktiivisesti kytketty plasmamassaspektrometri (ICP-MS)

Alkuainekemia

-Nopea ionikromatografia (FIC)

Ionikemia

-Flueresenssi-ilmaisin

Vetyperoksidi

Ammonium

Kalsium

Nitraatti

-Kaasuanalysaattori (Picarro ja Zara)

Jatkuva metaani ja hiilimonoksidi

https://www.bas.ac.uk/polar-operations/sites-and-facilities/facility/cambridge-hq/ice-chemistry-laboratories/

https://youtu.be/0KwFpICNV08

Ice Core Gas Lab

https://www.bas.ac.uk/polar-operations/sites-and-facilities/facility/cambridge-hq/ice-chemistry-laboratories/ice-core-gas-lab/#science

https://www.bas.ac.uk/polar-operations/sites-and-facilities/facility/cambridge-hq/ice-chemistry-laboratories/ice-core-gas-lab/#about

Histogrammit

Histogrammit ovat kaikista kuuden tunnin lämpötilahavainnoista kaudelta 1980–2009 pidennetyltä kesäpuolivuodelta (marraskuu–huhtikuu; vaaleanpunainen) ja pidennetyltä talvipuolivuodelta (touko–lokakuu; sininen). Kesä- ja talvihistogrammien päällekkäisyys on merkitty tummanpunaisella. Lämpötilan jakautuminen koko vuodelle on merkitty mustalla viivalla. Kuvassa näkyy myös tässä tutkimuksessa tarkasteltujen asemien sijainnit punaisilla pisteillä, jotka osoittavat kuusi yksityiskohtaisesti tarkasteltua asemaa.

Lähde: ”British Antarctic Survey, Natural Environment Research Council, Cambridge, UK”

https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/34/7/JCLI-D-20-0538.1.xml

+1
HannuSinivirta
Sitoutumaton Helsinki

(el. vanh. tut. / FMI)

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu