jääkausi

Muissakin kivissä on kulumisen merkkejä, suurin osa niistä näyttää olevan haljenneita, monet useampaan osaan, yksi jopa siististi viipaleiksi kuin ruokakaupoissa valitettavan yleisiksi käyneet valmiiksi viipaloidut leivät.

Nevalla kasvaa kituliaita mäntyjä, juuri sen korkuisia, että katse ei yllä kovin kauas. Varsinainen kohde ilmestyy eteen yllättäen ja se yllättää myös koollaan. Lohkare on todella iso. Ja se näyttää kuin taivaasta tipahtaneelta.

Ympäri Suomen on isoja kiviä kummallisissa paikoissa. Erikoisimpia ovat "kiikkukivet", jotka näyttävät tasapainoilevan painovoimaa uhmaten avokallioilla. Muutenkin kivikkoisessa ja kallioisessa maastossa ne eivät kuitenkaan ole olleet välttämättä niin suuria ihmetyksen aiheita kuin siirtolohkareet, jotka näyttävät olevan aivan väärässä paikassa, tässä tapauksessa keskellä hetteikköistä nevaa.

Tällaiset mystiset kivet ovat saaneet entisaikojen ihmiset keksimään erilaisia selityksiä niiden arvoitukselliselle alkuperälle. Niitä ovat valtaisilla voimillaan kuljetelleet milloin metsiä asuttavat hiidet, milloin jättiläiset, milloin itse piru. Jotain yliluonnollista kookkaiden kivien takana täytyi olla.

Jättiläiset ovat muutenkin olleet ahkeria maaston muokkaamisessa. Esimerkiksi matalan Halsuanjärven poikki kulkee karikko, jonka kivet ovat toisen rannan lähettyvillä paljon isompia kuin toisella.

Tarinan mukaan järven vastakkaisilla rantamilla on muinoin asustanut jättiläisiä, jotka syystä tai toisesta riitaantuivat keskenään. Ne alkoivat heitellä toisiaan kivillä, mutta kun toisella rannalla viihtyneet jättiläiset olivat isompia, ne jaksoivat paiskoa kookkaampia kiviä.

Entisaikain tutkijat eivät olleet kovin paljon paremmin perillä asioista, sillä jopa geologiassa uskottiin hiidenkiviksi kutsuttujen lohkareiden päätyneen kummallisille paikoilleen raamatussa kuvaillun vedenpaisumuksen mukana.

Sittemmin on selvinnyt, että syypää on jääkausi. Kallioperää murskanneen, hioneen ja siloitelleen mannerjään sekä siitä irronneiden jäävuorten mukana on kulkeutunut hienojakoisemman maa-aineksen lisäksi valtavia talon, jopa hyvinkin ison talon kokoisia kiviä.

Kun jää on sitten sulanut ja vetäytynyt kohti pohjoista, näitä siirtolohkareita on sirottunut maastoon sinne tänne mitä ihmeellisimpiin paikkoihin, hyvin kauas kallioista, joista jään voima on ne aikoinaan irti murtanut.

Kuvat: Markus Hotakainen

Le fleuve Manchen mallinnettu valuma-alue. (H. Patton / CAGE)

Jääkauden tärkein joki

Mannerjää oli laajimmillaan noin 22 700 vuotta sitten. Pohjois-Eurooppaa peitti tuolloin laaja jäätikkö, joka ulottui Brittein saarilta 4500 kilometrin matkan aina kauas Huippuvuorten itäpuolelle.

Jäätikkö ei ollut paikallaan, vaan aina liikkeessä. Jää virtasi koko ajan keskeltä kohti reunoja. Etenkin kesäisin se suli pääasiassa pinnaltaan, mutta myös reunoilta. Massan tasapainoa ylläpiti talvinen lumisade, joka riitti kompensoimaan sulaneen osuuden. Uusi lumi pakkaantui vuosien saatossa jäätikköjääksi.

Jäätikkö itse virtasi ja vietti Lapin perukoilta asti kohti etelää, joten sulavedetkin kulkivat samaan suuntaan. Vedet purkautuivat jäätikön reunalla tasangolle ja päätyivät idästä länteen virranneeseen Le fleuve Mancheen.

Joki lieni erittäin tärkeä Golf-virran säätelijä läpi koko jääkauden. Sen Atlanttiin päästämä kylmä ja suolaton vesi piti huolta, ettei merivirta onnistunut lämmittämään seutua kuten nykyisin.

Tutkijoiden mukaan arviot joen virtaamasta vaihtelevat, mutta määrä saattoi huippuaikoina olla jopa kaksi kertaa Amazonin vertainen.

Osa jäätikön hävikistä tapahtui muualla kuin pinnalla. Sekä pohjoisessa että lännessä jää valui mereen ja muodosti kelluvia jäähyllyjä. Siellä jää hupeni sekä meriveden sulattamana että jäävuorten lohkeillessa hyllyn reunoilta. Samankaltainen prosessi syö nykyisinkin sekä Grönlannin että Antarktiksen jäätiköitä.

Jääkauden lopulla jäätä poistui lähes kymmenen kertaa vauhdikkaammin kuin nykyisin Grönlannin ja Antarktiksen jäätiköillä. Hyvä esimerkki kuinka voi ehkä käydä, jos ylitämme lähiaikoina jonkin kriittisen kynnyksen.

Lopulta joki vain hävisi

Jäätikön sulaminen kiihtyi, ja alkoi lopulta myös vetäytyä. Vauhdikkaimmillaan hävikki oli 15 000–13 000 vuotta sitten.

Mannerjäätikkö pieneni tuolloin 750 kuutiokilometrillä vuodessa. Samalla tahdilla Islannin tai Huippuvuorten kaikki nykyjäätiköt häviäisivät kokonaan alle viidessä vuodessa, Euraasian massiivisin jäätikkö, Novaja Zemljan Severny, saattaisi sinnitellä pari vuotta niitä pidempään.

Hetkittäin mannerjäätikön sulamistahti saattoi nousta jopa 3000 kuutiokilometriin vuodessa. Erään 400–500 vuotta kestäneen sulamispulssin aikana sulamisvedet nostivat merenpintaa 2,5 metrillä.

11 730 vuotta sitten Kanaalijoen virtaus oli vain murto-osa huippuajoista.

Jäätikön vetäytyessä Le fleuve Manchen merkitys pieneni. 12 500 vuotta sitten virtaus oli vain viidennekseen entisestä. Sekä Itämeren että Vienanmeren alueelle muodostuneet suuret jääjärvet pidättivät merkittävän osan joen aiemmista lähteistä. Samalla Le fleuve Manchen suurimmista sivuhaaroista kehittyi itsenäisiä jokia.

Merenpinta nousi viimein oin 10 000 vuotta sitten tasolle, jossa Englannin kanaali pääsi tulvimaan ja Brittein saaret erkanivat mantereesta. Kanaalijoki siis lyheni kummastakin päästä, ja lopulta katosi. Maailman sen ympärillä muuttui liiaksi.

Merenpinta nousi jääkauden loppuvaiheessa yhteensä noin 120 metrillä. Euroopan mannerjäätikön sulamisen osuus tästä oli noin 20 metriä.

Euroopan mannerjäätikön massa oli suurimmillaan noin kolme kertaa Grönlannin nykyjäätikköä suurempi. Se oli jääkauden aikaan planeetan kolmanneksi suurin, Pohjois-Amerikan ja Etelämantereen jäätiköiden jälkeen. Huippuaikana jäätä oli planeetalla yli 2,5 kertaa enemmän kuin nykyisin.

Lähde: Eurekalert, Patton ja kumpp. (2016), Patton ja kumpp. (2017), Lambeck ja kumpp. (2014)

Otsikkokuvassa Lena-joen suistoa Pohjois-Venäjällä. (James St. John / Flickr)

Jääkauden kylmimmässä vaiheessa mannerjäätikkö yhdisti Huippuvuoret Euraasian mantereeseen. Nykyisen Barentsinmeren kohdalla lepäsi tuolloin kaksi kilometriä paksu jäätikkö, vakaasti merenpohjalla maaten. Kylmyys jäädytti kaasut paikoilleen kiven sisään. Niitä kertyi muutaman sadan metrin syvyyteen merenpohjan alle tuhansien tai kymmenien tuhansien vuosien ajan.

Kun jäätikkö alkoi viimein oheta ja vetäytyä, olosuhteet hellittivät. Kaasut pääsivät uudelleen hitaasti liikkeelle. Ne nousivat maan alla hieman ylemmäs ja jäätyivät pian uudelleen. Sama toistui useita kertoja. Lopulta kaasut kertyivät merenpohjan tuntumaan, mutta yhä kallion sisään, ja alkoivat muodostaa pingoja. Ne ovat jääsydämisiä kohoumia, joskin näiden tapauksessa ydin oli metaaniklatraattia (jäätä, jonka hilarakenteeseen on jäänyt jumiin paljon metaania).

Pingot kasvoivat kasvamistaan, kun niihin pumppautui altapäin aina vain enemmän metaania. Myös pingojen klatraatti alkoi sulaa, vapauttaen lisää metaania. Tämä nosti painetta entisestään, kunnes kiven sietokyky ylittyi. Pingon pinta repesi ja metaani purkautui yhdessä rysäyksessä. Kaasuuntuva metaani siis räjäytti itsensä vapaaksi meriveteen asti, kallion läpi.

Kaasua vapautui kerralla valtavat määrät. Osa siitä pystyi liukenemaan meriveteen, mutta luultavasti ei kaikki. Voi olla, että valtaosa päätyi ilmakehään.

Barentsinmeren "kraatterit" on ajoitettu muutaman tuhannen vuoden tarkkuudella. Ne syntyivät mannerjäätikön vetäydyttyä alueelta 15 000 v sitten. Joissain niistä näkyy kuitenkin uurteita, jotka ovat syntyneet suurten pohjaa raastaneiden jäävuorten toimesta. Riittävän isoja jäävuoria alueella liikkui viimeksi jääkauden lopulla, noin 12 000 v sitten. Pingot siis syntyivät tuossa välillä.

Millaisista määristä puhutaan?

Laskeskellaanpa hieman kuinka mittavasta asiasta nyt puhutaan.

Suurimmista yksittäisistä Barentsinmeren "kraattereista" on poistunut runsaat 10 miljoonaa kuutiometriä metaaniklatraattia. Näin siis, mikäli "kraatterin" tilavuus todella vastaa sieltä poistunutta ainemäärää. Koska pingo on saattanut olla voimakkaastikin koholla ennen purkausta, todellinen määrä saattoi olla paljon tätä arviota suurempikin.

Sadan neliökilometrin alueelta metaaniklatraattia purkautui arviolta 25–250 miljoonaa kuutiometriä. Vapautuneen metaanikaasun määrä lieni noin 3–30 miljardia kiloa. 10x10 kilometrin alueelta vapautui siis määrä, joka vastaa 0,8–8,5 prosenttia koko ihmiskunnan vuotuisista (2012) metaanipäästöistä.

Mannerjään vaikutusalue ulottui kuitenkin paljon Barentsinmeren tutkimusaluetta laajemmalle, ympäri Arktista. Tutkijoiden mukaan metaanivarantoja on ehkä jopa 33 miljoonan neliökilometrin, eli tuplasti Venäjän laajuisella alueella. Koska jää kuitenkin vetäytyi eri alueilta eri aikoihin, eikä metaanin pulppuaminen ole joka paikassa yhtä voimakasta, eivät metaanipurkaukset kuitenkaan tapahtuneet kaikkialla yht'aikaa tai samalla intensiteetillä.

Jääkauden viimeisten tuhansien vuosien aikana tapahtuneet "röyhtäykset" olivat kuitenkin hyvin mittavia.

Prosessin todisteena merenpohjaa koristamaan jäi "kraattereita". Niitä on löydetty Barentsin-, Norjan- ja Pohjanmeren alueilta, mutta esiintymisaluetta ei ole kartoitettu.

Ylläolevalle kartalle on merkitty myös Pohjois-Venäjällä muutaman viime vuoden aikana sattuneet ja maailmaa hätkähdyttäneet kaasupurkaukset. Ne olivat kuitenkin varsin mitättömiä pihauksia jääkauden lopun tapahtumiin verrattuna – lisää näistä kuopista aiemmista jutuistamme.

Karu tulevaisuudenkuva – vai ehkä ei?

Malli on hyvin vakuuttava. Se myös kertoo karun ennusteen ilmastonmuutoksen mahdollisista vaikutuksista. Moisia voi olla odotettavissa kymmenien, satojen tai ehkä vasta tuhannenkin vuoden sisällä – geologisesti ajatellen kuitenkin silmänräpäyksessä.

Jos nykyiset mannerjäätiköt alkavat sulaa vauhdilla, myös niiden alle jäätyneet metaanivarastot vapautuvat. Moisia löytyy ainakin Grönlannin ja Länsi-Antarktiksen alta. Länsi-Antarktiksen jäätikkö on lisäksi kymmeniä miljoonia vuosia vanha, eli paljon vanhempi kuin jääkauden aikainen kollegansa Pohjois-Euroopassa. Sen alle on siis ehtinyt kerääntyä merkittävästi suuremmat metaanivarastot kuin Barentsinmereltä voi arvioida vapautuneen.

Metaani on kasvihuonekaasuna 20–30 kertaa tehokkaampi kuin hiilidioksidi. Etelämantereen metaanivarantojen suuruutta ei tunneta, mutta niiden mahdolliset ilmastovaikutukset saattaisivat hyvinkin vastata kaikkia niitä kasvihuonekaasupäästöjä, mitä koko ihmiskunta on ehtinyt ilmaan tuprutella jo kymmenien vuosien aikana. Moisen lisämetaanimäärän pääsy ilmakehään olisi katastrofaalista. Ainakin jos vapautuminen sattuisi kerralla.

Tilanne ei kuitenkaan ole aivan noin pelottava, kahdesta syystä.

Ensinnäkään nykyjäätiköt eivät voi sulaa kokonaan pois kovinkaan vauhdikkaasti: nopeimmillaankin se veisi satoja tai tuhansia vuosia. Kuitenkin jo pelkkä reuna-alueiden merkittävä vetäytyminen saattaa vapauttaa metaanista osan.

(Sivuhuomautus: Jättiläismäisimpienkään jäävuorten lohkeaminen Antarktiksen jäähyllyjen reunoilta ei vaikuta suoraan metaanin vapautumiseen. Jäähyllyt ovat nimittäin "vain" satoja metrejä paksuja ja kelluvat meressä, eivätkä paina tai juuri viilennä merenpohjaa. Ne vaikuttavat mannerjään tilanteeseen välillisesti: Jäähyllyn massan huvetessa mantereelta merelle tuleva jäävirta kohtaa vähemmän vastustusta ja virtaa siksi nopeammin. Näin mannerjäänkin massa pienenee.)

Toiseksi ilmakehän luonnollinen metaanipitoisuus ei näytä vaihdelleen kovinkaan paljoa. Sen osuus on viimeisen 800 000 vuoden aikana heilahdellut noin 0,3–0,7 miljoonasosan tienoilla, vaikka monia jääkausia metaanipurkauksineen on ehtinyt tulla ja mennä. Metaani siis joko sittenkin onnistuu purkausten yhteydessä liukenemaan veteen, tai sitten se on siirtynyt ilmakehästä muualle, yllättävän nopeasti.

Nykyisin tilanne on kuitenkin hieman erilainen, kiitos ihmisen toiminnan. Metaanipitoisuus on kivunnut jo 1,7 miljoonasosaan ilmakehän kaasutilavuudesta, eli 2,5–5 -kertaiseksi "normaaliin" jääkauden jälkeiseen tilanteeseen verrattuna. Arktiksen pohjoisosissa on lisäksi jo nyt meneillään ikiroudan sulamisen kausi, mistä todisteena ovat vaikkapa Jamalin niemimaan tuoreet räjähdyskuopat. Ne tuovat lisää ei-oikein-enää-tervetulleita metaanipäästöjä.

Jäätiköiden alta paljastuvilta seuduilta tulevat metaaniröyhtäykset tekisivät tähän vielä oman lisänsä. Pienen vai suuren – se riippuu ihan siitä mihin määrää vertaa, ja millä aikajänteellä ne tapahtuvat.

Tutkimuksesta kertoi Suomessa ensimmäisenä Tekniikan Maailma.

Ensimmäisen väliotsikon alla olevat laskelmat ovat kirjoittajan tekemiä. Kirjoittaja on jäätiköitäkin jonkin verran tutkinut planetologi.

Päivitys 5.6. klo 19.45: Korjattu kirjoitusvirheitä.

Lähteet: Andreassen ym. (2017), Solheim & Elverhøi (1993), Lammers ym. (1995), World bank

Otsikkokuva: Andreassen et al. (2017) Science/AAAS

Yllä: Viimeisen 10 miljoonan vuoden aikana tapahtuneet Marsin ilmastoon vaikuttaneet olosuhteiden muutokset. Nyt havaittu jääkauden loppu 400 000 vuotta sitten on merkitty punaisella viivalla. Mallinnus: J. Laskar / Ames / NASA.

Tutkimusaineistona olivat Mars Reconnaissance Orbiter -luotaimen tutkalla tehdyt tarkat luotaukset. Laite on suunniteltu tunnistamaan eritoten pinnan alaisia jää- ja vesikerroksia sekä niiden sisäisiä rakenteita.

Marsin napajäätiköt ovat muodostuneet pitkien aikojen kuluessa. Niihin kerrostuu vuosittaisen kierron aikana vuorotellen jäätä ja pölyä. Kerroksen paksuuden avulla päästään käsiksi ilmaston vaihteluun, sillä joskus jäätä muodostuu enemmän, toisinaan vähemmän, ja ajoittain jäätä poistuu enemmän kuin kertyy. Vuorottelevien kerrosten tutkimus perustuu siis samaan ideaan kuin puun vuosirenkaiden, järvien lustosavien sekä Maan jäätiköistä kairattujen kerrostuneiden näytteiden tutkimuskin.

Marsin napajäätiköiden jää on suurimmaksi osaksi vesijäätä, mutta mukana on myös jäätynyttä hiilidioksidia. CO₂ tosin haihtuu kesäisin pois, etenkin pohjoisella napajäätiköltä.

Marsin ilmaston muutoksiin vaikuttavat monet tekijät, kuten planeetan kiertoradan muoto sekä akselin kaltevuuskulma. Samat tekijät muokkaavat pitkällä aikavälillä myös Maan ilmastoa Milankovićin jaksojen muodossa. Marsin muutokset ovat kuitenkin paljon suurempia, ja niiden on huomattu olevan täysin ennustamattomia satojen miljoonien vuosien mittakaavassa.

Tämän jutun lähteenä ovat tiedote (JPL) sekä alkuperäinen tiedeartikkeli (Science).

Päivitys klo 19.00: Otsikkoa muutettu vetävämmäksi. Pahoittelemme sosiaalista koetta.

Otsikkokuva: ESA / DLR / FU Berlin (G. Neukum)
Pikkukuva: NASA / JPL / University of Texas at Austin / Prateek Choudhary
Kolmas kuva: NASA / Ames (J. Laskar)

Tutkijat yhdistivät eri puolilta Yhdysvaltoja kerättyjä tietoja menneiden aikojen ilmastosta ja laativat niiden pohjalta kartan Pohjois-Amerikan länsiosien sääoloista yli 20 000 vuotta sitten. Vertaamalla näin saatua kokonaiskuvaa ilmastomallien mukaisiin laskelmiin oli mahdollista tehdä arvioita muinaisten muutosten syistä ja ilmasto-olojen tulevasta kehityksestä.

Uudet tulokset antavat selkeämmän kuvan erityisesti keskileveysasteilla tapahtuvista muutoksista, joista eri mallit tuottavat erilaisia ennusteita. Alue on siirtymävyöhykettä, jolla vaikuttavat monet eri tekijät: muutokset ilmakehän yleisessä kiertoliikkeessä, meriveden pintalämpötiloissa El Niñon ja La Niñan vaikutuksesta, ja myrskyjen kulkureiteissä.

Entisaikain sademääristä ei tietenkään ole suoraa mittausdataa, mutta jäätiköiden laajuudesta ja liikkeistä, järvien muinaisista vedenpinnan korkeuksista, luolista löytyvien tippukivien koostumuksesta ja kasvillisuuden muutoksista kertovista merkeistä voidaan tehdä johtopäätöksiä sateiden runsaudesta.  

Jo viime vuosituhannen puolella tehtiin tutkimuksia, jotka viittasivat kuivaan luoteeseen ja kosteaan lounaaseen. Erilaisten ilmastoalueiden välisen siirtymävyöhykkeen arveltiin kulkeneen jokseenkin itä-länsi-suuntaisesti, mutta joillakin alueilla vallinneet olot olivat mallin kanssa ristiriidassa. Esimerkiksi Utahissa ja Coloradossa oli muinoin kuivaa, Idahossa ja Montanassa puolestaan kosteaa.

Uuden tutkimuksen mukaan siirtymävyöhyke kulkikin länsiluoteesta itäkaakkoon, mikä selittää aiemmat kummallisuudet tietyillä alueilla. Samalla todettiin, että joillakin siirtymävyöhykkeen pohjoispuolisilla alueilla kosteampi ilmanala liittyi nykyistä paljon suurempiin järvialueisiin ja oli siksi paikallinen ilmiö.

Laajan skaalan ilmasto-oloille ja erityisesti sademäärien vaihtelulle tutkijat tarjoavat kahta selitystä.

Laurentian jäätikön yllä vallinnut vahva korkeapaine painoi polaarisuihkuvirtausta etelämmäs, jolloin myös talvimyrskyjen kulkureitti siirtyi kohti etelää. Siitä oli seurauksena sademäärien raju lasku luoteisosissa ja kasvu lounaisosissa.

Toinen vaihtoehto on, että subtrooppinen suihkuvirtaus voimistui ja toi mukanaan Tyyneltämereltä lämmintä ja kosteaa ilmaa. Samanlainen ilmiö aiheuttaa nykyisin ajoittain pahoja tulvia Yhdysvaltain lounaisosissa.

Tutkijat korostavat, että mallit eivät viittaa parinkymmenentuhannen vuoden takaisten ilmasto-olojen paluuseen, mutta ilmaston lämmetessä erityisesti El Niño -ilmiö aiheuttaa ajoittain normaalia kuivempia talvikelejä Yhdysvaltain luoteisosiin ja vastaavasti sateisempaa säätä lounaisosiin.

Erilaisten vaikutusten ja niiden seurausten tunteminen on tärkeää, sillä siirtymävyöhykkeen sijainti ja olosuhteet sen molemmin puolin vaikuttavat esimerkiksi vesivarantoihin eri puolilla Yhdysvaltoja.