Piiloutuuko lämpeneminen meriin vai miksei maapallo lämpene voimakkaasti?

Viime aikoina on esitetty yksittäisiä väitteitä, joiden mukaan hiilidioksidi lämmittäisi ilmastoa aiempaa ennustettua vähemmän. Ilmastonmuutosongelmaa ei kuitenkaan silti ole voitettu, eivätkä väitteet edes ole kiistattomia.

Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus ylitti juuri 400 ppm:n rajan ensimmäistä kertaa ihmiskunnan historiassa ja ensimmäistä kertaa miljooniin vuosiin. Tästä huolimatta viimeisimpien 15 vuoden aikana ilman keskimääräinen lämpötila maapallon pinnalla on pysynyt melko samalla tasolla, vaikka kasvihuonekaasupäästöt ovat edelleen kasvaneet voimakkaasti.

Ilmakehään vapautui noin sata miljardia tonnia lisää hiiltä vuosina 2000-2010. Tämä on noin neljännes kaikesta ihmiskunnan vuodesta 1750 lähtien ilmakehään päästämästä hiilidioksidista. Kuitenkin James Hansen, Nasan Goddard Institute for Space Studies -laitoksen johtaja, huomauttaa: "Viiden vuoden liukuva keskiarvo globaalista lämpötilasta on ollut tasainen vuosikymmenen ajan."

Tämä tilannekatsaukseni maapallon lämpenemisestä ja sen tutkimisesta perustuu lähinnä The Economist -lehdessä äskettäin julkaistuun, osin kiistanalaiseen artikkeliin.

Viime vuosikymmen oli ennätyslämmin, mutta globaali keskilämpötila ei noussut yhtä paljon kuin pahimmillaan pelättiin

Lämpötilat vaihtelevat lyhyellä aikavälillä, mutta viimeisimmän 15 vuoden aikana havaittu lämpenemisen puute on silti yllätys. Ed Hawkins brittiläisestä Readingin yliopistosta huomauttaa, että vuoden 2005 jälkeiset pintalämpötilat ovat jo 20 eri ilmastomallin ennusteiden alapäässä. Jos ne pysyvät tasaisina, ne eivät enää muutaman vuoden jälkeen mahdu mallien antamien vaihteluvälien sisään.

Vuoden 2005 jälkeiset maapallon keskilämpötilat ovat 20 eri ilmastomallin ennusteiden alapäässä, vaikka ne vielä mahtuvatkin mallien antaman vaihteluvälin sisään. Lähde: The Economist, 2013.

Toisaalta Arizonan yliopiston uusi tutkimus osoittaa, että ilmastomallit ovat tämänhetkisen tiedon mukaan todella hyviä ennustamaan pitkän aikavälin (yli 30 vuotta) ilmaston vaihtelua maanosan laajuisesti tai maailmanlaajuisesti, mutta ennustettavuus heikkenee, kun käytetään pienempiä maantieteellisiä alueita ja alle 30 vuoden aikajaksoja.

Nature Geoscience -lehdessä äskettäin julkaistun tutkimuksen mukaan ilmastomallit ovat viimeisimpien 15 vuoden aikana kaikesta huolimatta arvioineet erittäin tarkasti ilmaston lämpenemisen. Tutkimuksessa verrattiin havaittuja lämpötiloja vuodesta 1996 lähtien ilmastomallien ennusteisiin ja huomattiin lämpötilojen nousseen ilmastomallien ennustamalla tavalla. Ilmastomalleissa ennustettiin, että kymmenen vuoden jakso 2003-2012 on 0,25 astetta lämpimämpi kuin kymmenen vuoden jakso 1957-1966, mikä osoittautui lähes täsmälleen oikeaksi. Nykyisen vuosituhannen alku oli hiukan ennusteita lämpimämpi. Viime vuosien ajalta ilmastomallien ennusteet ja mitatut lämpötilat ovat erittäin lähellä toisiaan. Ilmaston lämpeneminen on siis tämän tutkimuksen mukaan edennyt 1990-luvulla tehtyjen ennusteiden mukaisesti, vaikka vuosituhannen vaihteessa oli ennustettua lämpimämpää. Tulevaisuudessakin on odotettavissa vuosittaista vaihtelua lämpötilakehityksessä, vaikka pitkällä aikavälillä ilmasto lämpenee.

Epäsuhta kasvavien kasvihuonekaasupäästöjen ja nousemattomien lämpötilojen välillä on silti tällä hetkellä arvoitus, josta on julkaistu useita tutkimuksia. Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että ilmaston lämpeneminen olisi harhaa. Tasaisuudesta huolimatta lämpötilat 2000-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä pysyivät lähes asteen korkeammalla kuin 1900-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä. Maaliskuu 2013 oli 337. peräkkäinen kuukausi, jolloin maapallon keskilämpötila ylitti 1900-luvun keskiarvon. Viimeksi 1900-luvun keskiarvoa alempi lämpötila on ollut helmikuussa 1985.

Viime vuosikymmenen oli mittaushistorian lämpimin kaikissa maanosissa sekä globaalisti ja sen aikana esiintyi ennätysmäärä helleaaltoja monilla maapallon alueilla. Ympäri maailman esiintyy nykyään paikallisia ennätyskorkeita kuukausien keskilämpötiloja keskimäärin viisi kertaa niin paljon kuin olisi odotettavissa vakaassa ilmastossa, jossa pitkäaikaista lämpenemistä ei tapahdu. Yhdysvalloissa vuosi 2012 oli mittaushistorian lämpimin ja Australiassa koettiin ennätyksellinen helleaalto vuoden vaihteessa 2012-2013. Lisäksi arktisen alueen kesäaikainen merijää on vähentynyt nopeammin kuin mallit ovat ennustaneet.

Brittiläisen ilmatieteen laitoksen (MetOfficen) ennuste sanoo, että ajanjakso 2013-2017 tulee olemaan globaalisti keskimäärin 0,43 celsiusastetta (90 prosentin luotettavuudella 0,28-0,59 astetta) lämpimämpi kuin ajanjakson 1971-2000 keskiarvo.

Kolme mahdollista syytä lämpenemisen tasaantumiselle

Epäsuhta hitaan lämpenemisen ja ennustetun ilmastonmuutoksen välillä saattaa tarkoittaa sitä, että jostakin syystä on ollut tilapäinen viive hiilidioksidipitoisuuksien kohoamisen ja lämpenemisen välillä vuosina 2000-2010. Viimeisimpien 16 vuoden aikana lämpeneminen on hidastanut esimerkiksi luonnollisen, viilentävän La Niña -ilmiön takia. Jos luontaiset vaihtelut poistetaan, maapallo on lämmennyt keskimäärin 0,15 astetta vuosikymmenessä ja viimeisimpien 16 vuoden aikana lämpenemistrendi vuosikymmentä kohden on ollut 0,16 astetta. Lämpeneminen on siis jatkunut edelleen, vaikka se näyttää hidastuneen, ellei luontaisesti vaihtelevia tekijöitä poisteta. Kun luontaisesti ilmastoa viilentävät tekijät taas muuttuvat toiseen suuntaan, lämpeneminen tulee kiihtymään.

Toinen mahdollisuus voisi olla se, että 1990-luvulla, jolloin lämpötilat kohosivat nopeasti, oli poikkeava ajanjakso. Maapallon lämpeneminen olikin odottamattoman nopeaa 1900-luvun puolivälistä 2000-luvun alkuun. IPCC ei kuitenkaan pitänyt sitä todisteena lämpenemisen kiihtymisestä. Tämä oli aivan oikeaan osunutta varovaisuutta, koska lyhyellä aikavälillä satunnaiset tekijät (mm. El Niñon ja La Niñan vuorottelu, auringon aktiivisuuden vaihtelut, tulivuorenpurkaukset jne.) aiheuttavat paljon vaihtelua.

Kolmas mahdollisuus voi olla se, että ilmasto reagoi suurempiin hiilidioksidipitoisuuksiin sellaisella tavalla, jota ei aiemmin ole ymmärretty. Jos tämä mahdollisuus olisi totta, havainto voisi olla erittäin merkittävä sekä ilmastotieteelle että ympäristöpolitiikalle.

Ilmakehän tasapainotilan ilmastoherkkyys (equilibrium-herkkyys)

Tutkijat käyttävät termiä ilmastoherkkyys kuvaamaan sitä, miten ilmasto reagoi hiilidioksiditason muutoksiin. Tämän on yleensä määritelty tarkoittavan sitä, kuinka paljon maapallo lämpenee hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistuessa. Tavallisimmin käytetty ilmakehän tasapainotilan ilmastoherkkyys eli ns. equilibrium-herkkyys (ECS) viittaa lämpötilan nousuun sen jälkeen, kun (lähes) kaikki palautemekanismit toimivat.

Hiilidioksidi itse imee lämpösäteilyä tasaisella nopeudella. Aina hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistuessa lämpötila kohoaa noin asteella. Nousu esiteollisen tason hiilidioksidipitoisuudesta 280 ppm arvoon 560 ppm lämmittäisi siis maapalloa asteella.

Kahdesta syystä asiat eivät kuitenkaan ole niin yksinkertaisia. Ensiksikin nouseva hiilidioksidipitoisuus vaikuttaa suoraan vesihöyryn määrän (myös kasvihuonekaasu) ja pilviin, jotka joko vahvistavat tai vähentävät lämpötilan nousua. Tämä vaikuttaa suoraan equilibrium-herkkyyteen, mikä tarkoittaa sitä, että kaksinkertaistuva hiilipitoisuus aiheuttaa yli yhden asteen lämpötilan nousun. Toisekseen on muita asioita, kuten noen ja muiden aerosolien lisääntyminen ilmakehässä, jotka lisäävät tai vähentävät hiilidioksidin vaikutuksia. Kaikki vakavasti otettavat ilmastotutkijat ovat samaa mieltä näistä kahdesta ajatusmallista, mutta he ovat eri mieltä ennustetun muutoksen suuruudesta.

Hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli (IPCC), joka edustaa ilmastotieteen valtavirtaa, arvioi equilibrium-ilmastoherkkyyden olevan noin kolme astetta (2-4,5 astetta). Tuoreimmassa julkaistuissa raportissa vuodelta 2007 IPCC kirjoitti: "Equilibrium-ilmastoherkkyys ... on todennäköisesti välillä 2 °C - 4,5 °C parhaan arvion ollessa noin 3 ° C ja erittäin epätodennäköisesti alle 1,5 °C. Yli 4,5 asteen arvoja ei voida sulkea pois." 

Ilmastoherkkyyden jakauma tuhansista eri simulaatioista, joissa lähtöarvoja on muutettu. Ilmastoherkkyys on hyvin epävarma, mutta se näyttäisi todennäköisemmin olevan IPCC:n parasta arviota (3,0 astetta) suurempi kuin pienempi. Lähde: Nasa Earth Observatory, 2010.

IPCC:n seuraavan raportin on määrä valmistua syyskuussa 2013. Luonnosversio vuoti hiljattain julkisuuteen. Siinä arviot ovat likimain samat, mutta herkkyyden ylärajaa on nostettu 6-7 asteeseen. Lisäksi raportissa todetaan, että tiedemiehet ovat nyt käytännöllisesti katsoen varmoja (”virtually certain”) siitä, että ihmiskunnan aiheuttamat päästöt ovat (pääasiallisena) syynä nykyiseen ilmastonmuutokseen. Varmuudeksi ilmoitetaan 99 %, kun vielä edellisessä raportissa vuodelta 2007 varmuus oli luokkaa 90 %.

Kolmen asteen nousu voi olla äärimmäisen vahingollista. IPCC:n aiemman arvion mukaan tämä voisi tarkoittaa sitä, että kuivuus vaikuttaisi entistä laajemmilla alueilla, jopa 30 % lajeista voisi olla suuremmassa vaarassa kuolla sukupuuttoon, useimpien korallien biodiversitetti heikkenisi ja voimakkaiden trooppisten hirmumyrskyjen määrä todennäköisesti kasvaisi sekä merenpinta nousisi.

Uusia arvioita ilmastoherkkyydestä

Jotkin viimeaikaiset tutkimukset kuitenkin antavat erilaisen kuvan. Julkaisematon Norjan Research Councilin (valtion rahoittama tutkimuslaitos) raportti, jonka on koonnut Oslon yliopiston tutkija Terje Berntsenin johtama työryhmä, käyttää eri menetelmää kuin IPCC. Se päättelee, että 90 prosentin todennäköisyydellä kaksinkertaistuvat hiilidioksidipäästöt nostavat lämpötiloja 1,2-2,9 astetta todennäköisimmän luvun olessa 1,9 astetta. Vaihteluvälin huippu on selvästi IPCC:n arvioiman herkkyyden todennäköisen ylärajan alapuolella.

Tätä Berntsenin työryhmän tutkimusta ei ole vertaisarvioitu, ja se voi olla epäluotettava. Tutkimus onkin saanut osakseen paljon kritiikkiä. Tutkimuksessa käytetty malli ehkä ottaa liian painokkaasti huomioon viimeaikaisen lyhytaikaisen kehityksen, mihin viittaa mm. se, että tulokset poikkeavat erittäin paljon toisistaan sen mukaan, otetaanko mukaan vuoden 2000 jälkeiset lämpötilahavainnot vain ei. Jos mukaan otetaan tiedot vain vuoteen 2000 asti, ilmastoherkkyyden todennäköisimmäksi arvoksi sadaan 3,9 astetta, mikä on yli IPCC:n arvioiman ilmastoherkkyyden parhaan arvion. Sää vaihtelee luontaisesti lyhyellä aikavälillä. Ilmastolla tarkoitetaan säätapahtumien säännönmukaisuutta pitkällä aikavälillä, yleensä 30 vuoden aikana. Vaikka ilmastonmuutos etenee, välillä voi olla vuosikymmenen tai kahdenkin vuosikymmenen pituinen jakso, jolloin lämpenemistrendiä ei näy tai jolloin näkyy jopa väliaikaista pientä viilenemistä. Norjalaistutkimusta on arvosteltu myös siitä, että se käyttää yksinkertaista ilmastomallia, joka lienee hyvin riippuvainen viimeisimpien vuosien havainnoista, vaikka ilmastonmuutos näkyy vasta pitkällä aikavälillä. Myöskään lämpöenergian varastoitumista merten syviin kerroksiin ei ilmeisesti ole otettu riittävästi huomioon. Norjalaistutkimuksesta on blogosfäärissä noussut kohu siksi, että tutkimus on vielä julkaisematon ja vertaisarvioimaton. Tutkimus on osa väitöskirjaa ja se on myös tiedelehden vertaisarvioinnissa, mutta tuloksia ei siis ole vielä virallisesti julkaistu. Tuloksia on siis toistaiseksi pidettävä alustavina ja epävirallisina.

Lyhyellä aikavälillä, esimerkiksi vuosikymmenessä, havaittujen mittauslämpötilojen ja todellisen ilmastoherkkyyden välillä voi olla uuden tutkimuksen mukaan jopa asteen ero johtuen luontaisesta sään ja ilmaston vaihtelusta, mm. El Niño -ilmiöstä.

Julia Hargreaves Yokohaman Research Institute for Global Change -tutkimuslaitoksesta julkaisi vuonna 2012 tutkimuksen, joka arvioi todellisen muutoksen olevan 90 prosentin todennäköisyydellä 0,5-4,0 astetta (keskimäärin 2,3 astetta). Tämä perustuu siihen, miten ilmasto käyttäytyi noin 20 000 vuotta sitten viime jääkauden huippuvaiheen aikana, jolloin hiilidioksidipitoisuudet muuttuivat nopeasti. Riippumaton ilmastotutkija Nic Lewis sai julkaistavaksi hyväksytyssä tutkimuksessaan jopa vieläkin pienemmän vaihteluvälin 1,0-3,0 astetta (keskimäärin 1,6 astetta). Hänen laskelmissaan analysoitiin uudelleen IPCC:n siteeraamat tutkimukset ja otettiin huomioon uudempia lämpötilatietoja. Kaikissa näissä laskelmissa ilmastoherkkyyden mahdollisuus ylittää 4,5 astetta oli häviävän pieni.

Tässä joitakin muita tuoreita laskelmia ilmastoherkkyyden suuruudesta:
Schmittner et al. 2011: 2,3 astetta
Köhler et al. 2010: 2,4 astetta
Hansen ja Sato 2011: 3,0 astetta
Huber ja Knutti 2012: 3,6 astetta
Rohling 2012: 2,0-4,5 astetta

Jos arviot alhaisesta ilmastoherkkyydestä olisivat oikeassa, ne vaatisivat muutoksia ilmastonmuutostieteeseen ja mahdollisesti julkiseen politiikkaan. Jos maapallon lämpötila voi nousta kolme astetta tai enemmän hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistuessa, oikea reagointi olisi sellainen, jossa suurin osa maailman maista sitoutuisi estämään lämpenemistä ja sitä aiheuttavien kasvihuonekaasujen päästöjä. Tätä kutsutaan ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Jos lisäksi olisi mahdollisuus katastrofiin, kuten kuuden asteen lämpenemiseen, tämä voisi oikeuttaa rajutkin toimenpiteet.

Jos kuitenkin lämpötila saattaa nousta vain kahdella asteella hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistuessa (ja jos todennäköisyys kuuden asteen nousuun on merkityksettömän pieni), laskenta saattaa muuttua. Ehkä maailman olisi The Economist -lehden mukaan pysäyttämisen sijaan pyrittävä sopeutumaan kasvihuonekaasujen lisääntymiseen. Se olisi silti hyvä neuvo vain, jos nämä alhaiset arviot todella olisivat luotettavampia kuin korkeammat. Eri mallit kuitenkin antavat erilaisia tuloksia. 

Erilaisia ilmastomalleja

Koko maapallon ilmakehän kiertoa simuloivat GCM-mallit käyttävät alhaalta ylös -lähestymistapaa. Nämä jakavat maapallon ja sen ilmakehän ruudukoksi, mikä tuottaa valtavan määrän laskelmia, joilla jäljitellään ilmastojärjestelmää ja useita siihen vaikuttavia tekijöitä. Tällaisten monimutkaisten mallien etuna on se, että ne ovat erittäin yksityiskohtaisia. Niiden haittana taas on se, että ne eivät reagoi uusiin lämpötilatietoihin. Ne simuloivat ilmaston toimintaa pitkällä aikavälillä ottamatta huomioon tämänhetkisiä havaintoja. Niiden herkkyys perustuu siihen, kuinka tarkasti ne kuvaavat ilmastojärjestelmän prosesseja ja palautekehiä.

Sen sijaan energiatasapainomallit ovat yksinkertaisempia. Ne tarkastelevat tilannetta ylhäältä alas. Maapalloa käsitellään yhtenä yksikkönä tai kahtena pallonpuoliskona. Tällaisessa mallissa asioita kuvataan muutamilla yhtälöillä, kuten muutokset kasvihuonekaasujen määrässä, tulivuorenpurkausten pienhiukkaset eli aerosolit ja maapallon lämpötila. Näissä malleissa ei yritetä kuvata ilmaston monimutkaisuutta, mikä on haittapuoli. Näillä malleilla on kuitenkin myös etu. Toisin kuin GCM-mallit ne käyttävät suoraan lämpötilatietoa ilmastojärjestelmän herkkyyden arvioinnissa, joten ne reagoivat tämänhetkisiin ilmastohavaintoihin.

IPCC:n arviot ilmastoherkkyydestä perustuvat osittain GCM-malleihin. Koska nämä heijastavat tutkijoiden ymmärrystä siitä, miten ilmasto toimii, ja koska ymmärrys ei ole muuttunut paljon, myöskään mallit eivät ole muuttuneet, eivätkä ne vastaa viimeaikaista lämpötilan nousun tasaantumista. Sen sijaan uusi norjalainen tutkimus perustui energiatasapainomalliin. Samoin oli laita aiemmissa tutkimuksissa, joita tekivät Reto Knutti (Institute for Atmospheric and Climate Science, Zürich), Piers Forster (Leedsin yliopisto) ja Jonathan Gregory (Readingin yliopisto), Natalia Andronova ja Michael Schlesinger (Illinoisin yliopisto) sekä Magne Aldrin (Norwegian Computing Centre). Aldrin oli mukana kirjoittamassa myös uutta norjalaista tutkimusta. Kaikki nämä päätyivät pienempiin ilmastoherkkyyksiin. Forster ja Gregory arvioivat equilibrium-herkkyyden olevan noin 1,6 astetta ja 95 prosentin todennäköisyydellä 1,0-4,1 astetta. Aldrin ym. arvioivat sen olevan 90 prosentin todennäköisyydellä 1,2-3,5 astetta (noin 2,0 astetta).

Aldrinin tutkimusta on tosin kritisoitu mm. siksi, ettei se ota huomioon epäsuoria aerosoli- ja pilvivaikutuksia. Epäsuorien aerosolivaikutusten jälkeen todellinen arvio olisi luokkaa 1,2-4,8 astetta (noin 2,5 astetta). Kun pilvivaikutuksetkin otetaan huomioon, equilibrium-ilmastoherkkyyden arvio on noin 3,3 astetta. 

Saattaa vaikuttaa itsestään selvältä, että energiatasapainomallit ovat parempia. Myles Allen Oxfordin yliopistosta toteaa, että energiatasapainomallit ovatkin parempia tarkasteltaessa yksinkertaisia ja suoria palautekehiä kuin tarkasteltaessa epäsuoria ja dynaamisia vaikutuksia. Useimmat kasvihuonekaasut vaikuttavat yksinkertaisesti lämmittäen ilmastoa. Myös tulivuorten suora vaikutus on yksinkertainen: purkaustuotteet viilentävät ilmastoa heijastamalla auringonvaloa takaisin. Tulivuorenpurkaukset kuitenkin myös muuttavat ilmakehän kiertovirtauksia, mikä voi sitten epäsuorasti lämmittää ilmastoa tai ainakin osittain vähentää suoraa jäähdytystä. Yksinkertaiset energiatasapainomallit eivät ota huomioon tätä välillistä palautevaikutusta. Siksi ne saattavat liioitella tulivuorenpurkauksen jäähdytysvaikutusta.

Toisaalta uuden tutkimuksen mukaan myös melko matalalle purkaustuotteitaan sylkevät tulivuoret ovat voineet viime vuosikymmenen aikana vaikuttaa ilmastoa viilentävästi enemmän kuin aiemmin on ymmärretty. Stratosfäärin aerosolit 20-30 kilometrin korkeudella ovat lisääntyneet 4-10 prosenttia vuodessa vuodesta 2000 lähtien, mikä on riittävä määrä viilentämään maapalloa. Tulivuoritoiminnan ohella asiaan voi vaikuttaa hiilen polton lisääntyminen Aasiassa.

Jos jostakin syystä olisi tekijöitä, jotka tilapäisesti vaimentavat kasvihuonekaasupäästöjen vaikutusta maailmanlaajuisiin lämpötiloihin, yksinkertaiset energiatasapainomallit eivät ehkä kykene havaitsemaan näitä tekijöitä. Ne ovat liian herkkiä osoittamaan lämpenemisen hidastumista. Lyhyesti sanottuna erilaiset ilmastomallit mittaavat hieman eri asioita.

Tämä tarkoittaa myös sitä, että väite ilmaston aiempaa pienemmästä herkkyydestä hiilidioksidipäästöille ei voi perustua pelkästään malleihin. On oltava muita selityksiä. Tällaisia ovat yksittäisten tekijöiden ilmastovaikutukset ja monimutkaisemmat takaisinkytkentämekanismit, jotka voimistavat tai joskus heikentävät ilmastonmuutosta.

Aerosolit eli pienhiukkaset ehkä jäähdyttävät aiempaa arviota vähemmän

Aerosolit eli pienhiukkaset, kuten sulfaatit, estävät ilmakehän lämpenemistä heijastamalla auringonvaloa pois. Jotkin aerosolit kuitenkin myös lämmittävät ilmastoa, mutta kaiken kaikkiaan aerosolit vähentävät hiilidioksidin ja muiden kasvihuonekaasupäästöjen vaikutuksia. Useimmat ilmastomallit olettavat, että aerosolit viilentävät ilmastoa noin 0,3-0,5 astetta. Jos oletus aliarvioi aerosolien vaikutuksia, tämä ehkä voisi selittää puutetta viimeaikaisessa lämpenemisessä.

Silti näin ei ole. Itse asiassa arvio aerosolien viilennysvaikutuksesta voi olla liian suuri. Viime vuosina aerosolimittaukset ovat parantuneet valtavasti. Tarkemmat tiedot satelliiteista ja havaintopalloista näyttävät osoittavan, että aerosolien viilentävä vaikutus on pienempi (ja niiden lämmittävä vaikutus suurempi silloin, kun lämmittävä vaikutus ilmenee). Vuotanut IPCC:n alustava arviointiraportti (joka voi vielä muuttua) ehdottaa, että aerosolien arvioitu säteilypakote (niiden lämmittävä tai viilentävä vaikutus) on muuttunut vuoden 2007 raportin arvosta -1,2 W/m² arvoon -0,7 W / m². Jäähdyttävä vaikutus arvioidaan siis entistä pienemmäksi.

Yksi tavallisimmista ja tärkein aerosoleista on noki (tunnetaan myös nimellä musta hiili). Tämä lämmittää ilmakehää, koska se imee auringonvaloa, kuten yleensäkin musta väri. Tarkin tutkimus noesta julkaistiin tammikuussa ja se havaitsi myös enemmän nettolämpenemistä kuin aiemmin on luultu. Tutkimuksen mukaan noen suora lämmittävä vaikutus on noin 1,1 W/m². Vaikka välilliset vaikutukset estävät osan tästä, vaikutus on edelleen suurempi kuin aiempi YK:n ympäristöohjelman (UNEP) arvio 0,3-0,6 W/m².

Pilvien vaikutus hyvin epävarma

Jos aerosolit eivät jäähdytä maapalloa niin paljon kuin aiemmin luultiin, ilmaston lämpenemisen pitäisi kiihtyä. Näin ei silti ole, vaan jokin hillitsee sitä. Yksi ehdokas on pienempi ilmastoherkkyys.

Ilmasto-opas kertoo pilvistä näin: "Kaiken kaikkiaan pilvet viilentävät maapallon ilmastoa, koska pilvettömällä planeetalla auringon säteily pääsisi lähes esteettä maanpinnalle lämmittämään. Näyttäisi siltä, että ilmaston lämmetessä myös pilvisyyden jakauma maapallolla muuttuisi. Mutta lisääntyvätkö pilvet vai vähenevätkö ja missä sekä millä korkeuksilla, siitä eri ilmastomallit antavat toisistaan kovasti poikkeavia tuloksia. Useimmissa malleissa pilviin liittyvä palauteilmiö on ilmastonmuutosta vahvistava, mutta eri mallien tulokset poikkeavat toisistaan varsin paljon." Kuva: J. Kolehmainen.

On mahdollista, että koko maapallon ilmakehän kiertoliikettä simuloivat GCM-mallit yliarvioivat pilvien vaikutusta (ja pilviin puolestaan vaikuttavat aerosolit). Useimmissa malleissa pilvet vahvistavat ilmaston lämpenemistä, joskus paljonkin. Vuotanut IPCC-raportti kuitenkin sanoo, että pilvien palautevaikutus on edelleen kaikkein epävarmin säteilyn palautekytkentä ilmastomalleissa. On jopa mahdollista, että jotkin pilvet voivat vaimentaa (eivätkä lisätä) ilmaston lämpenemistä. Tämä voi myös auttaa selittämään katkokset lämpötilan nousussa. Jos pilvien lämmittävä vaikutus on arvioitua vähäisempi, ilmastoherkkyys on pienempi.

Ilmaston lämpeneminen piiloutuu ehkä valtamerten syvänteisiin, jotka lämpenevät ennen näkemättömällä tavalla

Yli 90 prosenttia maapallon energiaepätasapainosta piiloutuu syviin merialueisiin, eikä tämä siis ole suoraan nähtävissä maapallon pintalämpötiloista. Meret sitovatkin tällä hetkellä suuren osan ilmaan päästetystä ylimääräisestä hiilidioksidista. Tästä on saatu lisää todisteita toissa viikolla julkaistussa uudessa tutkimuksessa, jonka mukaan viime vuosikymmenellä 30 prosenttia merten lämpenemisestä on tapahtunut yli 700 metrin syvyydellä. Kuva: J. Kolehmainen.

Kuluneen vuosikymmenen aikana meriveden lämpötilan pitkän aikavälin nousu näyttää hidastuneen tai jopa pysähtyneen, mikä viittaa siihen, etteivät valtameret enää ime niin paljon lämpöä ilmakehästä.

Kuten aerosolinkien kohdalla, tämä päätelmä perustuu uusien mittalaitteiden parempiin tietoihin. Tämä pätee kuitenkin vain korkeintaan 700 metriä syviin meren pintaosiin. Mitä tapahtuu sitä syvemmällä, erityisesti yli kahden kilomerin syvyydessä, on epäselvää. Geophysical Research Letters -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa Kevin Trenberth (America's National Centre for Atmospheric Research) kollegoineen havaitsi, että 30 prosenttia meren lämpenemistä viime vuosikymmenellä on tapahtunut syvällä meressä (yli 700 metrin syvyydellä). Tutkimuksen mukaan huomattava määrä ilmaston lämpenemisestä imeytyy valtameriin ja valtamerten syvät alueet lämpenevät ennen näkemättömällä tavalla. Jos näin on, tämä myös auttaa selittämään ilmakehän lämpötilan tasaantumisen.

Valtameret voivatkin olla ilmastonmuutoksen uinuvia jättiläisiä. Maapallon keskilämpötila ei oikeastaan edes ole hyvä tapa mitata ilmastonmuutosta. Oikeampi tapa olisi tarkastella maapallon energiatasapainoa planeettana, siis vastaanotetun ja luovutetun energian määrää. Tällä hetkellä maapallolle tulee enemmän energiaa kuin täältä poistuu. Syynä ovat kasvihuonekaasut. Yli 90 prosenttia tästä energiaepätasapainosta piiloutuu syviin merialueisiin, eikä tämä siis ole suoraan nähtävissä maapallon pintalämpötiloista.

Meret sitovat tällä hetkellä suuren osan ilmaan päästetystä ylimääräisestä hiilidioksidista. Tästä on saatu lisää todisteita toissa viikolla julkaistussa uudessa tutkimuksessa, jonka mukaan viime vuosikymmenellä 30 prosenttia merten lämpenemisestä on tapahtunut yli 700 metrin syvyydellä.

Lämpöä menee hyvin paljon jäätiköiden sulamiseen ja merten lämpölaajenemiseen, ei vain mannerten nouseviin pintalämpötiloihin. Merenpinnan nousu osoittaa energian kertymistä meriin sekä mannerjäätiköiden sulamista. Manneralueiden pintalämpötilojen nousu voi lopulta olla jopa pienempi uhka kuin merenpinnan nousu. Sitä paitsi loputtomasti energian sitoutuminen meriin ei voi jatkua, jolloin myös mannerten pintalämpötilat alkavat nousta.

Luonnollinen lämpötilojen vaihtelu voi olla hieman aiempia arvioita suurempi

Lisäksi on olemassa jonkin verran näyttöä siitä, että luonnollinen eli ei ihmisen aiheuttama lämpötilojen vaihtelu voi olla hieman suurempi kuin IPCC on olettanut. Äskettäinen tutkimus, jonka tekivät matemaatikot Ka-Kit Tung ja Jiansong Zhou (Proceedings of National Academy of Sciences), selvittelee lämpötilojen muuttumista vuodesta 1750 lähtien ja tutkii niiden yhteyttä luonnollisiin muutoksiin (kuten meriveden lämpötila Atlantilla). Tutkimuksen mukaan ihmiskunnan aiheuttama lämpeneminen on saatettu arvioida 1900-luvun jälkipuoliskolla kaksinkertaiseksi verrattuna todelliseen. Siten on mahdollista, että sekä lämpötilojen nousu 1990-luvulla ja nousun tasoittuminen 2000-luvulla ovat johtuneet osittain luonnollisesta vaihtelusta. Tosin myös Tungin ja Zhoun tutkimus on saanut osakseen kritiikkiä.

Pitäisikö equilibrium-herkkyyden sijaan tarkastella lyhyen aikavälin transienttia ilmastoherkkyyttä?

Koska lämpeneminen on kuitenkin hidastunut ja koska on saatu uusia todisteita, pieni ilmastoherkkyyden alentaminen näyttäisi olevan perusteltua. Parasta ilmastoherkkyyden arviota voisi The Economist -lehden mukaan ehkä alentaa (keskimäärin 3,0 asteesta 2,5 asteeseen) - ja ylärajaa (noin 4,5 astetta) varmasti. (Tälle ei lehdessä kuitenkan esitetä selkeää ja yksityiskohtaista perustelua. Perustelu näyttäisi nojaavaan yksittäisiin uusiin tutkimuksiin, vaikka osa uusista tutkimuksista on antanut toisenlaisia tuloksia. Varsin yleisesti tiedeyhteisössä ajatellaan ilmastoherkkyyden olevan noin 3 astetta, mikä sekin aiheuttanee vakavia ja arvaamattomia seurauksia.)

Equilibrium-ilmastoherkkyys on tärkeä vertailupiste ilmastotieteessä. Se pyrkii kuvaamaan sitä, mitä tapahtuisi, kun (lähes) kaikki ilmaston palauteilmiöt ovat tapahtuneet. Tällaisen tasapainon saavuttaminen kestää vuosisatoja, mikä on liian pitkä aika useimmille päättäjille. Niinpä The Economist -lehden mukaan käyttökelpoisempi mittari on ilmakehän lämpötilan transientti vaste hiilidioksidipitoisuuden tuplaantumiselle eli transientti ilmastoherkkyys (TCR). Se kertoo lämpötilan, joka saavutetaan jo sen 70 vuoden aikana (kaikki lämpenemistä voimistavat palautemekanismit eivät ole vielä ehtineet toimia), jolloin hiilidioksidipitoisuus vähitellen kaksinkertaistuu. Kyseessä ovat siis pelkän hiilidioksidin tuplaantumisen vaikutukset ilman palaute-efektejä.

Transienttia ilmastoherkkyyttä voi havainnoida suoraan ja siitä on paljon vähemmän kiistelyä. Useimpien arvioiden mukaan se on noin 1,5 astetta (vaihteluväli 1-2 astetta). Isaac Held (NOAA) laski äskettäin hänen "henkilökohtaiseksi parhaaksi arviokseen" 1,4 astetta, mikä sisältää uudet arviot aerosolien ja luonnollisen vaihtelun määrästä.

Kuulostaa rauhoittavalta, koska transientti herkkyys on alempi kuin equilibrium-herkkyys. Transientti herkkyys kuitenkin havaitsee vain osa siitä lämpenemisestä, jonka nämä 70 vuoden päästöt lopulta tuottavat, koska hiilidioksidi pysyy ilmakehässä paljon kauemmin.

Ilmasto lämpenee - eikä kukaan tiedä lopullisia seurauksia!

Nyrkkisäännön mukaan maapallon lämpötila nousee noin 1,5 astetta jokaista ilmakehään päästettyä biljoonaa hiilitonnia kohden. Vuodesta 1750 alkaen ilmakehään on pumpattu puoli biljoonaa tonnia hiiltä ja lämpötilat ovat nousseet 0,8 astetta. Nykyisellä vauhdilla seuraava puoli biljoonaa tonnia hiiltä on syydetty ilmaan vuonna 2045 ja sitä seuraava ennen vuotta 2080.

Koska hiilidioksidi kertyy ilmakehään, tämä voi lisätä maapallon keskimääräistä lämpötilaa esiteolliseen aikaan verrattuna noin kahdella asteella jopa pienemmällä ilmastoherkkyydellä ja ehkä lähemmäksi neljä astetta herkkyyden ylimpien arvioiden mukaan. Vaikka ilmastoherkkyyden määrittämiseksi on tehty paljon työtä, kukaan ei kuitenkaan tiedä sitä, miten ilmasto reagoisi, jos lämpötila nousi peräti neljä astetta.

Asiantuntijat ovat hyvin eri mieltä siitä, kuinka voimakkaita palautekytkennät voivat olla. Jos kuitenkin ajatellaan, että maapallo todella voi lämmetä nuo neljä astetta, niin millaista täällä sitten olisi? Lämpötilan nousu ei ole kaikkialla tasaista. Osa maapallon alueista voi jopa viilentyä ilmastonmuutoksen myötä. Esimerkiksi Suomi voi viilentyä, jos meille nyt lämpöä tuova Golfvirta tyrehtyy tai muuttaa suuntaansa ilmastonmuutoksen myötä. Tämä on kuitenkin epätodennäköinen äärivaihtoehto, ja todennäköisintä on Suomenkin lämpeneminen ilmastonmuutoksen seurauksena. Hieman yleistäen lämpötilan nousu on kuitenkin sitä voimakkaampaa, mitä lähemmäksi napa-alueita mennään. Jos maapallo lämpenee keskimäärin neljä astetta, Pohjoisnapa lämpiää jopa 15 astetta! Tietyt osat arktisesta alueesta voisivat kesäaikaan olla yhtä lämpimiä kuin Napa Valley Kaliforniassa!

Kaakkois-Aasian monsuunituulet eli vuodenaikaistuulet voivat heikentyä neljän asteen lämpenemisen myötä. Todennäköisesti monsuunisateet vähenevät, vaikka ajoittain voi tulla hyvinkin runsaita monsuunisateita. Kaakkois-Aasian riisinviljely on lähes täysin riippuvainen kesämonsuunin eli merimonsuunin tuomista sateista. Jos sateet vähenevät, riisinviljely voi epäonnistua. Seurauksena voi olla nälänhätää.

Merenpinta nousee veden lämpölaajenemisen seurauksena, vaikkei meriin tulisi yhtään lisää vettä. Toinen merenpintaa nostava tekijä on meriin tuleva uusi vesi manneralueiden sulavista jäätiköistä. Sen sijaan jäävuorten (meressä kelluvan jään) sulaminen ei muuta merenpintaa lainkaan, koska kelluva jäävuori syrjäyttää täsmälleen saman vesimäärän, joka siitä sulaessaan tulee. Vuoristojäätiköiden sulaminen aiheuttaa muitakin ongelmia kuin merenpinnan nousua. Miljoonat ihmiset saavat juomavetensä Himalajan vuoristojäätiköistä kesäisin sulavasta vedestä, joka muodostaa jokia ja lähteitä. Jos ilmaston lämpenemisen myötä uutta lunta ja jäätä ei vuoristossa muodostukaan edes talvisin, myös joet ja lähteet kuivuvat. Makeasta juomavedestä tulee pulaa.

Ilmastonmuutos voi lisätä ympäristöpakolaisten määrää. Arvioiden mukaan kymmeniä tai satoja miljoonia ihmisiä voi joutua pakenemaan kodeistaan juomaveden puutteen sekä kuivuuden (esimerkiksi Mauritania, Sudan, Ghana, Kenia), merenpinnan nousun (esimerkiksi Tuvalu, Kiribati, Malediivit, Papua Uusi-Guinea), ikiroudan sulamisen (osat Alaskaa ja Siperiaa) ja tulvien (esimerkiksi Bangladesh, Vietnam) takia. Myös Australian tulipalojen määrä kasvanee entisestään.

Ennuste tuskin on rauhoittava. Lisäksi maapallon biosfäärin olotila voi muidenkin syiden takia muuttua jo muutaman sukupolven aikana.

Tämä blogikirjoitus ei sisällä omia mielipiteitäni, vaan se perustuu The Economist -lehden artikkeliin. Muualta otetut tiedot on osoitettu lähdeviitteinä toimivilla linkeillä. Otsikko ja väliotsikot ovat omiani. 

Tämän kirjoituksen tarkoitus on herätellä huomaamaan se tosiasia, kuinka monimutkainen ja vaikeasti ennustettava asia ilmastonmuutos on. Vaikka ihmisen tiedetään selkeästi vaikuttavan ilmaston lämpenemiseen, kukaan ei voi ennustaa tarkkoja aikatauluja, suuruusluokkaa tai seurauksia. Asia on samankaltainen kuin omakotitalon katolta putoaminen. Pahimmillaan seurauksena voi olla kuolema, mutta todennäköisesti vain joitakin luita murtuu. Paraskaan lääkäri ei kuitenkaan voi etukäteen ennustaa varmasti, mitkä luut murtuvat.