laurila

Hiilenkierron maailmankartassa on edelleen aivan liikaa valkoisia aukkoja, toteaa Ilmatieteen laitoksen ryhmäpäällikkö Tuomas Laurila.

 

Hiilidioksidin jalanjäljillä

Hiilidioksidin kierron ymmärtäminen on haaste tutkijoillekin.

Ilmastopolitiikan taloudelliset ja poliittiset panokset ovat kovenemassa. Energiantuotannon hiilidioksidipäästöt ovat vain osa monimutkaista kokonaisuutta, kovien päätösten perustaksi tarvitaan entistä tarkempaa ymmärrystä hiilidioksidin lähteistä ja nieluista. Työssä tarvitaan mallien ohella paljon tarkkaa mittaamista, missä tarvitaan sekä laitetekniikkaa että sen käyttäjiä.

Ilmastotieteen konkretisoituminen ilmastopolitiikaksi näyttää laajentavan hiilidioksidikeskustelun näkökulmaa. Suuren yleisön huomio on tähän mennessä keskittynyt pitkälti fossiilisiin lähteisiin tukeutuvan energiantuotannon hiilipäästöihin. Nyt myös muut päästölähteet, nielut ja luonnon hiilivarastot alkavat kiinnostaa muitakin kuin tutkijoita. Meillä Suomessa esille ovat nousseet etenkin metsien rooli hiilivarastona sekä peltomaasta lähtevät päästöt, joiden taustalla häämöttävät hiiltä tehokkaasti vapauttavat viljelykäytännöt.

Laajemman mielenkiinnon syynä lienee päästöihin liittyvien poliittisten ja taloudellisten panosten koveneminen. Mitä suurempia uhrauksia päästötavoitteiden saavuttaminen vaatii, sitä kovempaa näyttöä vaaditaan myös toimenpiteiden tehokkuudesta. 

Tutkijat eivät tule pääsemään helpolla. Yritykset ymmärtää hiilen kiertoa planeetan laajuisessa järjestelmässä ovat ainakin tehtävän monimutkaisuutta ajatellen kuin rakettitieteen kovaa ydintä, työ edellyttää monenlaisten mallien yhdistämistä ja paljon erittäin tarkkaa mittaamista. Viimeksi mainitun parissa työskentelee myös ryhmäpäällikkö Tuomas Laurila Ilmatieteen laitokselta.

Tehoviljelyn hiilijalanjäljestä viime aikoina käyty keskustelu on Laurilan mielestä oikeilla jäljillä. Nykyiset viljelykäytännöt tukevat hänen mukaansa monellakin tapaa maahan päätyneen hiilen nopeaa vapautumista ilmakehään, antamatta mahdollisuutta sedimentoitumiseen.  

Tarkempi ymmärrys peltomaan roolista päästölähteenä on kuitenkin rakennettava kovalla työllä. Ilmakehä ei tee työtä helpoksi: ilmavirrat toimivat tehokkaana sekoittimena, joka häivyttää nopeasti eri lähteistä kertyneen hiilidioksidin alkuperän. 

Parhaiten ilmakehästä voidaan päätellä fossiilisista polttoaineista vapautuneen hiilidioksidin määrä. Nykyisen ilmakehän sisältämässä hiilidioksidissa on tietty määrä epävakaata C-14-isotooppia, jonka puoliintumisaika on 5 700 vuotta. Pitkään eristyksissä olleesta fossiilisesta materiaalista tämä on ehtinyt hävitä kokonaan. Eli mitä enemmän ilmassa on fossiilisista lähteistä vapautunutta hiilidioksidia, sitä pienemmäksi C-14-isotoopin pitoisuus painuu. 

Laurilan mukaan C-14-isotoopin osuudella esimerkiksi Euroopan yllä voidaan jäljittää Euroopan fossiiliset päästöt. Havainnot vastaavat muista lähteistä saatua kuvaa fossiilisen hiilidioksidin määrästä. Nämä muut lähteet ovat pitkälti öljyn, hiilen ja maakaasun tuotannon ja kaupan tilastoja.

– Iso energiabisnes on melko hyvin tilastoitua toimintaa, mikä tarjoaa tarkahkon kuvan energiakäyttöön päätyneen fossiilisen materiaalin määrästä.

Mikrometeorologia avuksi

Käsitys maasta, elävistä olennoista, metaanin hapettumisesta tai valtameristä kertyvistä päästöistä on rakennettava kovemmalla työllä. 

Yksi työkalu tässä on mikrometeorologia, jonka avulla selvitetään tarkasti tietyn pienen alueen, esimerkiksi pellon hiilidioksidivaihtoa ilmakehän kanssa. Koealueen perusteella rakennetaan isomman mittakaavan kuvaa peltomaiden toiminnasta yhdistämällä kerättyyn tietoon esimerkiksi kaukokartoitus- ja maankäyttödataa.  

Mikrometeorologiaa on hyödynnetty myös metsien tutkimuksessa.

– Metsissä tehtyjen paikallisten intensiivimittausten skaalaamista helpottaa se, että puiden maanpäällisten osien hiilivaraston inventointi on hyvinkin tehokasta, Laurila kertoo. – Pulmana on maan hiilivaraston ja sen muutosten mittaamisen vaikeus. 

Isossa kuvassa mallintamista kuitenkin haastaa olosuhteiden erilaisuus. Mikrometeorologisia mittauksia onkin tehtävä lukuisissa kohteissa eri puolilla maapalloa. Satoja havaintopisteitä yhdistää fluxnet-verkosto, joka on ekosysteemi-ilmakehämittausten globaali datapankki. 

Globaalin ilmakehätutkimuksen vahvimmat toimijat löytyvät USA:sta ja Euroopasta. USA:n perinteisenä valttina ovat NASAn ja NOAA:n tapaiset valtavat resurssikeskittymät. Euroopassa on kuitenkin tajuttu jo kauan sitten omankin osaamisen yhteenkokoamisen tarve. Meillä kasvihuonekaasujen tutkimuksen kivijalkana on ICOS (integrated carbon observation system), jonka yksi keskeinen tavoite on parantaa ilmastomallien luotettavuutta lisäämällä tarkkoja havaintoja kasvihuonekaasujen kierrosta, nieluista ja lähteistä. Kansallisia mittausasemia löytyy 12 eri maasta, Suomessa asemia on 13.  

Suomessa sijaitsevat mittauspisteet voivat rakentaa kuvaa esimerkiksi siitä, mitä ilmavirran hiilidioksidipitoisuudelle tapahtuu ilman kulkeutuessa Helsingistä pohjoisille asemille. Matkan varrella on sekä nieluina että lähteinä toimivia metsiä, soita, peltoja ja vesistöjä, jotka muuntavat ilman hiilidioksidipitoisuutta tarjoten näin mahdollisuuden arvioida päästöjen ja nielujen voimakkuuksia. 

Aukkoja maailmankartalla

Laurilan mukaan ilmakehän mittauspisteitä on jo kohtuullisen tiheästi Euroopassa ja USA:ssa. Planetaarisen mallin rakentamiseen tämä ei kuitenkaan riitä. Hiilenkierron maailmankartassa on edelleen aivan liikaa valkoisia aukkoja.  

Afrikassa ja Etelä-Amerikassa liikkuu Laurilan mukaan valtavia kaasuvirtauksia, joista saadaan  mittaustietoa erittäin vähän. Kiinassa ja Intiassa sekä päästöt että nielut ovat valtavia, mutta tietoa näistäkin kertyy kansainväliselle tutkijayhteisölle niukasti.

– Kiinassa tehdään paljon mittauksia tai sinne on ainakin hankittu paljon mittalaitteita, mutta näiden keräämää dataa ei ole juuri saatavilla.

Mittaustietoa tarvittaisiin paljon lisää myös Venäjältä, jonka pusikoituvat ja sulavat alueet kiinnostaisivat epäilemättä monia tutkijoita. Siperiassakin ongelmana on mittausasemien vähäisyys sekä näiden operoinnin hankaluus. Vaikka laitteet ovat periaatteessa automaattisia, nämäkin edellyttävät osaavaa huoltoa. Paikallista osaamista ei välttämättä löydy, eivätkä asiaa auta pitkät etäisyydet ja byrokratia.

– Venäjän mittausverkoton puutteellisuuden takia Suomen Pallaksella olevan mittausaseman keräämä data edustaa liiankin laajalti koko pohjoista aluetta.

Ilmatieteen laitos mittaa Siperiassa kasvihuonekaasuja kahdessa paikassa Jäämeren rannalla.

Satelliitit riittävän tarkkuuden rajamailla

Hyvänä asiana Laurila mainitsee uudet satelliittimittaukset. Näistä on puhuttu jo pitkään, mutta hänen mukaansa satelliittimittauksissa on päästy vasta aivan viime aikoina riittävän tarkkuuden tuntumaan. 

Satelliitissa olevat laitteet mittaavat ilmapatsaasta eri kaasujen tuottamia spektrejä, joista tuotetaan laskennan avulla käsitys eri kaasujen pitoisuuksista. Tehtävä on haastava, koska pitoisuudet ovat usein hyvin pieniä, ja tieto on seulottava esiin kovasta kohinasta. 

– Kohinaa aiheuttavat häiritsevät heijastukset, joiden taustalla voi olla esimerkiksi näkyvät ja näkymättömät pilvet, lumi ja aerosolit. 

Laurilan mukaan satelliittimittaukset edellyttävät pohjoisella pallonpuoliskolla 0.1 ppm:n erottelukykyä, eteläisellä 0.05 ppm ilmakehän pitoisuuden ollessa 400 ppm.

– Etelässä vaaditaan vielä kovempaa erottelukykyä koska sekä hiilidioksidilähteet että nielut ovat usein vähäisempiä.

Lisää mittauksia meriin

Laurila kaipaisi paljon lisää mittauspisteitä myös meriin. Isossa kuvassa kylmän veden tiedetään toimivan hiilidioksidin nieluna, trooppisten lämpimien merialueiden päästölähteenä. Merien ja ilman välinen tarkempi hiilidioksidivuorovaikutus tunnetaan kuitenkin globaalilla tasolla erittäin huonosti, koska käytössä ei ole riittävästi mittaustietoa.

– Esimerkiksi Antarktista ympäröivillä laajoilla merialueilla mittauksia ei ole juuri lainkaan. Merien hiilidioksidin vaihdon tutkiminen perustuu laivojen jäähdytysvedestä otettujen näytteiden analysointiin.   

Esimerkkeinä hiilikierron kannalta kiinnostavista kohteista Laurila mainitsee Islannin ympäristön, missä syvän meren virtaukset nousevat pintaan, sekä El Nino -alueen.

– Hiilidioksidin sitomista ja päästöjä ajatellen molemmilla alueilla voi tapahtua merkittäviä, suhteellisen nopeita muutoksia. 

Laurilan mukaan muuten Eurooppaan kohdistuvan ICOS-tutkimusinfrastruktuurin tavoitteena onkin lisätä valtamerillä tehtävää havainnointia.   

Resursseja ajatellen Laurila kertoo ilmakehän mittauksia tekevän aseman maksavan noin 150 000 euroa, minkä lisäksi toiminta vaatii osaajia. 

– Toimintaan pitäisi saada mukaan lukuisia mittauksista kiinnostuneita, itseni kaltaisia fakki-idiootteja. •

Teksti ja kuvat: Heikki Jaakkola

 

 

Anna palautetta

Viesti välitetään sähköpostilla sivuston ylläpitäjille. Sitä ei julkaista.

Anna palautetta

Viesti välitetään sähköpostilla sivuston ylläpitäjille. Sitä ei julkaista.