Paleoklimatologia tutkii muinaisia ilmastoja. Menneitä, ilmaston muuttumiseen kytkeytyviä merivirtojen häiriötä tarkastelemalla voidaan ennustaa tulevaa.
Teksti: Sakari Salonen, akatemiatutkija ja paleoklimatologian dosentti, Helsingin yliopisto
Pohjois-Atlantin merivirroilla on kuuluisa vaikutus Euroopan ilmastoon. Subtropiikin lämpöä keskisille ja pohjoisille leveyksille kantavat virtaukset ovat tehneet maanosastamme lauhan ja monipuoliselle maataloudelle soveltuvan ympäristön. Eurooppaa lämmittävän merellisen ”kuljetushihnan” tyven muodostaa Floridan itärannikolta kohti pohjoista kulkeva Golf-virta. Newfoundlandin edustalla virtaus taittuu kohti itää ja ylittää valtameren Pohjois-Atlantin virtana, jonka yksi haara jatkaa kohti pohjoista Norjanvirtana.
Virrat monine pienine haaroineen muodostavat osan pohjois–eteläsuuntaisesta kiertojärjestelmästä, johon viitataan tieteellisessä kirjallisuudessa nimihirviöllä Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). Kierron eräänlaisina moottoreina toimivat alueet, joilla tapahtuu Pohjois-Atlantin syvän veden (North Atlantic Deep Water; NADW) muodostumista. Täällä hiljalleen suolaisemmiksi ja raskaammiksi muuttuneet vesimassat vajoavat ja palaavat sitten kilometrien syvyydessä takaisin kohti etelää.
Samalla kun ilmastonmuutos etenee, on herännyt myös huoli Atlantin merivirtojen kehityksestä. Pelkona on, että arktisten jäämassojen, kuten Grönlannin mannerjäätikön sulaminen voi häiritä Atlantin suola- ja lämpötilatasapainoa, joka on vuosituhansien ajan ylläpitänyt Eurooppaa lämmittävää koneistoa. Tutkijoiden havaintojen mukaan viime vuosikymmeninä merivirtojen voimakkuus on heikentynyt noin viidellätoista prosentilla ja on tällä hetkellä heikoimmillaan tuhanteen vuoteen. Onko tämä vain alkua pahemmasta? Voivatko merivirrat pysähtyä kokonaan ja syöstä Euroopan kylmyyteen, joka kääntäisi ilmastomuutoksen päälaelleen?
Muinaisia ilmastohäiriöitä
Geologista historiaa koskevat tutkimukset ovat tarjonneet tärkeitä tiedonjyviä merivirtojen häiriöiden syistä ja seurauksista. Maapallon muinaisten ilmastojen tutkimus, paleoklimatologia, on kuvannut useita tapauksia, joissa merivirtojen häiriöt ovat kytkeytyneet voimakkaisiin ilmastonmuutoksiin.
Atlantin merivirtoihin liitetyistä muinaisista ilmastomuutoksista tunnetuin lienee niin sanottu nuorempi Dryas-kausi. Noin 12 000–13 000 vuotta sitten, eli juuri ennen viime jääkauden loppua, vallinnut ilmastovaihe heilautti maapallon vielä kertaalleen jääkautisen ilmaston syövereihin. Euroopan ilmasto oli hyisen mantereinen ja varsinkin talvilämpötilat paljon, jopa parikymmentä astetta, nykyistä alempana.
Toinen Atlantin voimakas häiriö koettiin noin neljätuhatta vuotta myöhemmin, kun maapallo eli jo interglasiaaliaikaa, yhä jatkuvaa Holoseeni-lämpökautta. Noin 8200 vuotta sitten tapahtunut häiriö on saanut paleoklimatologeilta kuivakan nimen, joka yksinkertaisesti toteaa sen sijainnin geologisella aikajanalla: 8200-tapahtuma.
8200-tapahtuma on tutkijoille kiinnostava, koska merivirtoja häirinnyt sulaveden lähde ja suuruus tunnetaan tässä tapauksessa hyvin. Tapahtuman näyttää aiheuttaneen Pohjois-Amerikkaan jääkautisen mannerjäätikön eteläpuolelle patoutuneiden sulavesien – liki kaksi kertaa Suomen kokoisen Agassiz-Ojibwayn jääjärven – purkautuminen hiljalleen sulavan jäävallin läpi Pohjois-Atlantille. Tämä sai aikaan Atlantin kiertoliikkeen heikentymisen noin 50 prosentilla. Ilmastovaikutukseltaan 8200-tapahtuma oli kuin nuorempi Dryas pienoiskoossa: Pohjois-Atlanttia ympäröivillä mantereilla oli tuulisen kuivaa ja lämpötilat laskivat laajalti noin 1–3 asteella.
Tapahtuman tutkimus valotti joitakin perustavanlaatuisiin kysymyksiä merivirtojen mekaniikasta. Epäselvää oli ollut muun muassa se, kykenevätkö merivirrat tokenemaan äkillisestä häiriöstä, vai voisiko virtaus kytkeytyä pysyvämmin pois päältä lyhytaikaisen Pohjois-Atlantille suuntautuvan makean veden pulssin seurauksena. Ainakin tässä tapauksessa Atlantin kiertoliike tokeni ennalleen noin 200 vuoden kuluessa.
Ilmakehä- ja merentutkijoiden tietokonesimulaatiot sekä geologien kenttäaineistot kertovat toisaalta Atlantin häiriöiden yllättävän voimakkaista vaikutuksista kaukaisissa maapallon kolkissa. Merivirtojen hidastumisella ja niihin liittyvällä Pohjois-Atlantin pintaveden viilenemisellä näyttää olevan kytkös trooppisten alueiden ilmakehän kiertoliikkeeseen ja esimerkiksi Pohjois- ja Etelä-Amerikan, Afrikan ja Aasian monsuunisateisiin. Näin paikallisesti, Atlantin alueella syntyvät häiriöt saattavat lopulta vaikuttaa ilmastoon ja ihmisväestöihin laajalti eri mantereilla.
Voivatko merivirrat pysähtyä kokonaan ja syöstä Euroopan kylmyyteen, joka kääntäisi ilmastomuutoksen päälaelleen?
Jäävuoria vuonossa Kaakkois-Grönlannissa.
© Jean-Christophe Andre, Pixabay
Soklin tutkimukset valoittavat Eem-kautta
Nämä muinaiset häiriöt ovat silti epätäydellisiä vertailukohtia tulevalle, koska ne tapahtuivat jääkauden jäätiköiden vaikutuspiirissä. Nykymaailmalle, jossa ainoa pohjoisen pallonpuoliskon mannerjäätikkö sijaitsee Grönlannissa, paremman vertailukohdan tarjoaa Eem-kausi. Noin 120 tuhatta vuotta sitten vallinnut Eem-kausi on ollut ilmastotutkimuksessa tärkeä vertailukohta nykyiselle ilmastomuutokselle, sillä myös Eem-kaudella maapallon keskilämpötila nousi merkittävästi, ehkä noin asteen korkeammaksi kuin mikä vallitsi maapallolla ennen ihmisen ilmastovaikutusta.
Viime vuosina tehdyt tutkimukset ovat paljastaneet myös Eem-kauden yleisesti lämpimässä ilmastossa yllättäviä viilenemispiikkejä, jotka on liitetty Atlantin merivirtojen häiriintymiseen. Atlantin pohjakerrostumien kairausten perusteella on osoitettu, että merivirtojen moottori, syvän veden muodostuminen hidastui useita kertoja keskellä Eem-kautta.
Eem-kautisten AMOC-häiriöiden ilmastovaikutuksista on saatu mielenkiintoisia todisteita Suomen Lapista, missä Soklin maaperäkerrostumat ovat tarjonneet tarkkoja aineistoja Eem-kauden ilmaston kehityksestä. Soklin tutkimusten perusteella samantyyppinen tarina toistui myös 120 000 vuotta sitten, kuten paremmin tunnetuissa 12 000 ja 8200 vuoden takaisissa häiriöissä. Eem-kauden tuuheat mäntymetsät vetäytyivät Lapin tuntureilta, kun lämpötila laski noin 2–3 asteella vähintään useiden satojen vuosien ajaksi. Lisäksi Soklin kerrostumista löytyneet, matalassa vedessä ja ajoittain kuivilla pinnoilla elävien levien fossiilit kertovat Eem-kautisen järven pinnan laskeneen voimakkaasti, todennäköisesti ilmaston kuivumisen seurauksena. Eem-kauden AMOC-häiriöiden syyt ovat huonosti tunnettuja, mutta yhdeksi selittäjäksi on ehdotettu Grönlannin mannerjäätikköä, jonka tiedetään pienentyneen voimakkaasti, noin 20–60 prosenttia Eem-kaudella.
Eem-kauden tuuheat mäntymetsät vetäytyivät Lapin tuntureilta, kun lämpötila laski noin 2–3 asteella vähintään useiden satojen vuosien ajaksi.
Jäätikön reuna Grönlannissa. Kuva NASARawpixel.
Vaihtoehtoisia tulevaisuuksia
Entä tulevaisuus – mitä voimme odottaa? Elämme nykyään mutkikkaassa tilanteessa, jossa mahdollisen merivirtojen hidastumisen vaikutus sekoittuu ilmaston toiseen suureen trendiin: kasvihuonekaasujen aiheuttamaan lämpenemiseen.
Ilmastotutkijat ennustavat merivirtoja valtameren ja ilmakehän kiertoa mallintavilla tietokonesimulaatioilla, joiden tuottamat arviot tulevasta kehityksestä ovat vaihdelleet suuresti. AMOCin hidastumisen vuoteen 2100 mennessä on ennustettu olevan jotain 0 ja 50 prosentin väliltä.
Kun tutkijoiden tuloksiin pureudutaan tarkemmin, erottuu erilaisilla tietokonemalleilla tehtyjen simulaatioiden joukossa kolme mahdollista tulevaisuutta. Monet simulaatiot ennustavat valtameren kierron jatkuvan jokseenkin ennallaan. Pieni vähemmistö simulaatioista ennustaa AMOCin voimakasta hidastumista, noin puoleen nykyisestä voimakkuudestaan. Tätä yleisempi lopputulema simulaatioissa on eräänlainen välitila, jossa Atlantin kiertoliikettä ajava NADW:n muodostuminen häiriintyy vain osassa Pohjois-Atlanttia, Grönlannin eteläkärjen tuntumassa. Kutkuttavasti näin tapahtuu kaikkein yleisimmin niissä simulaatioissa, jotka pystyvät kuvaamaan hyvin tämän merialueen nykyistä käyttäytymistä. Tämä viittaa siihen, että tällaisen alueellisen merivirtahäiriön riskiä on kenties aliarvioitu aikaisemmissa tutkimuksissa.
Kuva: Adobestock
Pohjois-Atlantin ympäristössä saattaakin olla kehkeytymässä suuri ilmastollisten valtapelureiden välinen kamppailu. Merivirtojen vaikutus on täällä suuri, mutta toisaalta myös kasvihuonekaasujen aiheuttama ilmastomuutos on täällä keskivertoa voimakkaampaa, kun esimerkiksi lumi- ja jääpeitteiden muutokset vahvistavat lämpenemistä. Tämän vuoksi ilmastonmuutos on Suomessa edennyt jo kahteen asteeseen samalla, kun maailmanlaajuinen keskilämpötilan nousu on tällä hetkellä yhden asteen luokkaa.
Pohjois-Atlantin ympäristössä saattaakin olla kehkeytymässä suuri ilmastollisten valtapelureiden välinen kamppailu.
Vaikka Eurooppaa lämmittävien merivirtojen hidastuminen toteutuisi tällä vuosisadalla, ilmastomuutoksen voima näyttää lopulta olevan pysäyttämätön. Ilmastotutkijoiden simulaatioiden mukaan merivirtojen todennäköisempi, alueellisesti painottunut häiriö ei saisi aikaan laisinkaan viilenemistä sen paremmin Euroopassa kuin Pohjois-Amerikassakaan vaan ainoastaan lämpenemisen hidastumisen. Edes epätodennäköisempi tapaus, jossa koko AMOC häiriintyy, laskisi maapallon keskilämpötila vain noin 0,5–1 asteella. Tämäkin viileneminen jäisi lopulta väliaikaiseksi, sillä lopulta kasvihuonekaasujen nousu voittaisi pitkän köydenvedon: maapallon ilmasto palaisi jo muutaman vuosikymmenen jälkeen takaisin vanhalle tasolle ja etenisi tästä edelleen kohti lämpimämpää.
Kirjoittaja on akatemiatutkija ja paleoklimatologian dosentti Helsingin yliopistossa. Hän käsittelee maapallon historiaa ja tulevaisuuden uhkakuvia uudessa kirjassaan ”Viisi maailmanloppua”(Gaudeamus, 2021).
Lisätietoa
Salonen, J.S. (2018) Tutkijat löysivät Lapista avaimen jääkautta edeltäneen lämpimän ilmaston dramaattisten vaiheiden selvittämiseen. #Muutos-lehti. http://www.muutoslehti.fi
Sgubin, G., ym. (2017) Abrupt cooling over the North Atlantic in modern climate models. Nature Communications 8:14375.
Caesar, L., ym. (2021) Current Atlantic Meridional Overturning Circulation weakest in last millennium. Nature Geoscience 14:118–120.