Kosmiset säteet paransivat ilmastomalleja roimasti

Julkaistu: 09.07.2015 / Jarmo Korteniemi
Kuva: Richard Masoner / Cyclelicious / Flick

Suuret tulivuorenpurkaukset viilentävät Maan ilmastoa jopa kymmeneksi vuodeksi, selvittivät tutkijat. Tutkimuksessa selvitettiin purkausten vaikutukset ennennäkemättömällä tarkkuudella viimeisen 2500 vuoden ajalta. Tutkimus julkaistiin heinäkuun alussa tiedelehti Naturessa.

Kosmisten säteiden vaikutusta hyödyntäneen tutkimuksen anti oli, että purkausten ja ilmaston lämpötilavaihtelun aikaskaalat kyettiin sitomaan toisiinsa paljon tarkemmin kuin ennen.

Samalla päästiin eroon tähän asti ilmastotulkintoja vaivanneista turhauttavista oletuksista. Tulokset tarkentavat roimasti muunmuassa IPCC:n malleja tulevaisuuden lämpötiloista.

Jäätä, puuta, tulivuoria ja kosmisia säteitä

Tutkijat käyttivät apunaan maanulkoisia tapahtumia. Alkuvuonna 775 sekä vuonna 994 planeetan ilmakehän koostumus muuttui hyvin äkisti - tosin vain vähän. Tämä tiedetään siitä, että hiilen raskaan 14C-isotoopin suhteellinen määrä kasvoi tuolloin ympäri maailmaa eläneiden puiden vuosirenkaissa. Vastaavasti sekä Gröönlannin että Antarktiksen jääkairauksista erottuu selvä berylliumin 10Be -isotoopin piikki. Syynä kumpaiseenkin oli luultavasti kosmisten säteiden aalto, joka muutti ilmakehän isotooppijakaumaa hetkellisesti. Kumpikin havainto on ainutlaatuinen, ja sopii hyvin oletukseen. Aikojen saatossa anomaliat jäivät puiden renkaiden sisään ja tuoreempien jäämassojen alle.

Sekä jääkairauksia että puiden vuosirenkaita on jo pitkään käytetty ilmastohistorian tulkinnassa. Kun jäästä löydetään merkittäviä vulkaanisen tuhkan jäämiä, tiedetään, että jossain tapahtui suuri purkaus. Pohjoisella pallonpuoliskolla sattunut purkaus erottuu lähinnä Gröönlannin jäässä, eteläiset taas Antarktiksella. Päiväntasaajalla alkunsa saava tuhkapilvi näkyy kummassakin. Useimmiten purkauksen aikaan eläneiden puiden vuosirenkaat ovat tuolloin myös normaalia ohuempia. Tästä sitten päätellään, että ilmasto viileni purkauksen aikoihin, koska ilmaan tupsahtaneet rikkiyhdisteet ja muut aerosolit heijastavat auringon säteilyä.

Vaikka puiden ja jään tarjoamat aikasarjat täsmäävätkin erittäin hyvin suuressa mittakaavassa, niissä on kuitenkin tarkemmin katsottuna pientä, 10 - 15 vuoden heittoa. Syy- ja seuraussuhteita on vaikea todeta pitävästi, ja päättelyssä joudutaan luottamaan malleihin ja moniin oletuksiin. Tuollaiset selitykset ovat aina avoimia tulkinnoille ja kritiikille.

Yllä: Näkymä USA:n tukikohdasta Pinatubon suuren 1991 purkauksen aikaan. Kuva: R.S. Culbreth U.S.A.F. / Kentucky National Guard Public Affairs office / Flickr

 

Nyt ongelma on korjattu. Synkronoimalla samaan aikaan syntyneet isotooppianomaliat toisiinsa tutkijat sitoivat puurenkaat ja jääkairaukset entistä tiiviimmin yhteen. Ja vieläpä kahdesta kohdasta. Parasta on, että sitomiseen käytettiin keinoa, joka on täysin ilmastomalleista riippumaton.

Kun aikasarjojen linkitys oli tehty, alkoi jää- ja puunäytteistä näkyvien tapahtumien vertailu. Niiden havaittiin täsmäävän erittäin tarkasti, käytännössä vuodelleen, ainakin muutama sata vuotta kumpaankin suuntaan isotooppi-anomalioista. Kauempanakin tarkkuus on paljon aiempaa parempi: Vuoden 500 eaa. tienoillakin heitto on enimmillään vain viisi vuotta. Virheraja tippui siis reippaasti alle puoleen.

Bonuksena tutkijat vielä löysivät kahden, toistaiseksi tuntemattoman erittäin suuren purkauksen vaikutukset. Ne sattuivat vuosina 536 ja 540, jossain päin päiväntasaajan seutua. Niiden tuottamat aerosolimäärät olivat suurempia kuin Tamboran, historiallisen ajan ylivoimaisesti suurimman purkauksen. Lämpötila laski tuntemattomien purkausten ansiosta ainakin Euroopassa 1,4 - 2,7 asteella - kymmeneksi vuodeksi. Euroopassa ja ehkä myös Kiinassa riehui nohin aikoihin sekä nälänhätä että Justinianuksen ruttona tunnettu tautiepidemia. Noin puolet maanosamme väestöstä kuoli.

Parantaa ilmastonmuutoksen ennusteita

Tiedeyhteisö on lähes yksimielinen siitä, että ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöt lämmittävät ilmastoa. Tulkinnoissa on eroja, sillä eri tutkijat painottavat eri mekanismeja eri tavoin. Tämän vuoksi lämpenemisen nopeusarvioissa on suuriakin eroja. IPCC:n kokoamien arvioiden mukaan hiilidioksiditason kaksinkertaistaminen lämmittää planeettaa 2 - 4,5 asteella. Vaihteluväli on suuri, ja yhtenä muuttujana - epävarmuustekijänä - on ollut vulkanismin syöttämien aerosolien merkittävyys.

Nyt julkaistu tutkimus pienentää virherajoja ja auttaa siis ennusteiden tarkentamisessa.

 

Päivitys klo 21.00: Kirjoitusvirheitä korjattu.

Jutun lähteenä on käytetty Scientific Americanin uutista sekä mainittua Naturen tiedeartikkelia.

Otsikkokuva: 2200-vuotiaan punapuun vuosirenkaat. Kuva: Richard Masoner / Cyclelicious / Flickr