Paikalliset
ekologiset järjestelmät voivat tunnetusti muuttua
äkillisesti, arvaamattomasti ja peruuttamattomasti täysin
toisenlaisiksi, kun kriittinen kynnys (ns. käännekohta tai
horjahduspiste) ylittyy. Kesäkuun Nature-lehden artikkelissa 22
kansainvälistä tutkijaa todistelee sitä, että
koko globaali ekosysteemi voi reagoida samalla tavalla, ja että
se lähestyy ihmiskunnan toiminnan seurauksena planeetanlaajuista
kriittistä kynnystä erittäin todennäköisesti
jo muutaman sukupolven aikana. Biosfäärin romahdus on
mahdollisesti jo alkanut, mutta sen haittavaikutuksia pystytään
vielä lieventämään.
 |
| (c) katalinks - Fotolia.com |
Väestönkasvu ja kulutuksen
lisääntyminen
Ihmisen väestönkasvu ja
henkeä kohden lasketun kulutuksen kasvu ovat kaikkien ongelmien
taustalla. Väestönkasvu (77 miljoonaa ihmistä
vuodessa) on tuhat kertaa suurempi kuin keskimääräinen
vuosikasvu ajalla 10 000 - 400 vuotta sitten (67 000 henkilöä
vuodessa). Maapallon ihmismäärä on lähes
nelinkertaistunut vain vuosisadassa. Varovaisimpien arvioiden mukaan
väestö kasvaa nykyisestä seitsemästä
miljardista yhdeksään miljardiin vuonna 2045 ja 9,5
miljardiin vuonna on 2050.
Ihmisen toiminnan seurauksena suoria
paikallisen tason vaikutuksia on kertynyt niin paljon, että ne
aiheuttavat epäsuorasti jo globaalitason vaikutuksia. Suora
vaikutus on esimerkiksi se, että 43 prosenttia maapallon
pinta-alasta on valjastettu maatalouden tai kaupunkien käyttöön.
Lopun 57 prosentinkin alueella vaikuttavat monin paikoin tiet. Tämä
ylittää jääkauden jälkeisen fysikaalisen
muutoksen, jossa 30 prosenttia maapallon pinta-alasta suli oltuaan
jään peitossa.
Epäsuoria globaalitason
vaikutuksia on syntynyt, kun ihmisen toiminta muuttaa energian
virtausta ekosysteemien läpi. Kohtuuttoman paljon energiaa
siirretään nyt yhdelle lajille, ihmiselle. Ihmiset
käyttävät 20 – 40 prosenttia maailman
nettoperustuotannosta ja lisäksi vähentävät
tuottavuutta tuhoamalla elinympäristöjä. Paikallisesti
lisääntynyt nettoperustuotanto ilman laskeumien ja
maatalouden lannoitteissa olevien ravinteiden (esim. typen ja
fosforin) seurauksena ei riitä kattamaan tuottavuuden
pienentymistä.
Mallit ennustavat, että vuoteen
2100 mentäessä bioottiseen ympäristöön
kohdistuvat paineet yhä vain lisääntyvät.
Energian ja muiden luonnonvarojen käyttö lisääntyy,
kun väestö kasvanee vähintäänkin 9,5
miljardiin jo vuoteen 2050 mentäessä. Vaikutus on vielä
huomattavasti korostunut, jos myös asukasta kohden laskettu
luonnonvarojen käyttö lisääntyy.
Ennusteiden mukaan maapallon väkiluku
vuonna 2100 on alimman arvion mukaan 6,2 miljardia (vaatii
syntyvyyden merkittävää supistumista), keskitason
arvion mukaan 10,1 miljardia (vaatii jatkuvaa hedelmällisyyden
laskua maissa, jotka vielä ovat nollakasvun yläpuolella) ja
suurimman arvion mukaan 27,0 miljardia (jos syntyvyys säilyy
vuosien 2005-2010 tasolla). Viimeksi mainittu populaation koko on
kuitenkin jo selvästi ylittänyt maapallon kantokyvyn.
Fossiilisten polttoaineiden käyttäminen
 |
| (c) olly - Fotolia.com |
Ihmiset vapauttavat fossiilisiin
polttoaineisiin varastoitunutta energiaa, minkä avulla ihmislaji
pystyy hallitsemaan ekosysteemejä entistäkin voimakkaammin.
Valtaosa tästä lisäenergiasta käytetään
ihmislajin ja kotieläinten ylläpitoon. Tämän
seurauksena suurten eläinten biomassa on paljon suurempi kuin
esiteollisina aikoina. Ellei hupeneville fossiilisille polttoaineille
löydetä korvaavia vaihtoehtoja, tämän energian
väheneminen fossiilisten polttoaineiden ehtyessä
heikentänee sekä ihmiskunnan terveyttä että
taloutta. Lisäseurauksena on myös biodiversiteetin eli
luonnon monimuotoisuuden väheneminen, koska entistäkin
suurempi osa nettoperustuotannosta joudutaan käyttämään
ihmislajin elättämiseen.
Fossiilisten polttoaineiden
kulutuksella on ollut suuria vaikutuksia ilmakehään ja
valtameriin. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on lisääntynyt
yli kolmanneksella (35 %) esiteolliseen aikaan verrattuna, minkä
seurauksena ilmasto lämpenee nopeammin kuin viimeisimmässä
globaalitason muutoksessa siirryttäessä jääkaudesta
nykyiseen ilmastoon.
Merten happamoituminen
Korkeammat hiilidioksidipitoisuudet
(fossiilisten polttoaineiden käytön seurauksena) ovat
aiheuttaneet
valtamerten nopean happamoitumisen. Tämä on
ilmeistä, koska pH on laskenut 0,05:llä kahden viime
vuosikymmenen aikana. Lisäksi maatalouden valumat ja
kaupunkialueiden jätevedet ovat radikaalisti muuttaneet
ravinteiden kiertokulkua. Jo havaittavissa olevia bioottisia
seurauksia ovat laajat kuolleet alueet merten rannikoilla.
Biodiversiteetin pieneneminen ja lajien
sukupuutto
Maaekosysteemeissä 40 prosenttia
aiemmin monimuotoisista alueista on korvattu köyhillä
muutamien viljelyskasvien, kotieläinten ja ihmislajin
elinympäristöillä. Viljelykarkulaisia on levinnyt
tulokaslajeina ja vieraslajeina myös luonnon ekosysteemeihin.
Vaikka maailmanlaajuisesti lajimäärä
on vähentynyt, paikallisesti kasvien monimuotoisuus on kuitenkin
tietyillä alueilla lisääntynyt ihmistoiminnan
seurauksena. Monimuotoisuuden lisääntyminen ei kuitenkaan
välttämättä ole pysyvää, koska
syrjäyttävän kilpailun periaatteen mukaisesti osa
lajeista voi vähitellen hävitä, kun kasvien
lajienväliset suhteet ehtivät vaikuttaa.
Selkärankaisten sekä
tämänhetkinen että ennustettu sukupuuttonopeus ylittää
selvästi luonnollisten sukupuuttojen määrän. Sekä
monet kasvit, selkärankaiset että selkärangattomat
ovat vähentyneet siinä määrin, että ne ovat
vaarassa kuolla sukupuuttoon. Avainlajien, esimerkiksi suurpetojen,
maailmanlaajuinen poistaminen ravintopyramidin ylemmiltä
trofiatasoilta johtaa yhä yksinkertaisempiin ja epävakaampiin
ravintoverkkoihin.
Tutkijat ovatkin erityisen huolissaan
lajien sukupuutoista. Evoluutiolta vie satoja tuhansia tai miljoonia
vuosia tuottaa monimuotoisuus uudelleen. Sukupuutot ovat erityisen
huolestuttavia, koska maailmanlaajuinen ja alueellinen monimuotoisuus
on nykyään yleensä alhaisempi kuin se oli 20 000 vuotta sitten viimeisimmän
globaalimuutoksen aikoihin. Lisäksi ihmisen siirtämät
kasvit homogenisoivat lajistoa.
Luonnollisia ekosysteemejä
uhkaavat liikakäyttö, saasteet ja ilmastonmuutos. Epäselvää
on se, kuinka paljon näitä menetyksiä korvaavat
ihmisen luomat ja ylläpitämät ekosysteemit,
esimerkiksi ravintokasvien viljelmät. Esimerkkeinä
romahduksista mainitaan turskakannat, miljoonien neliökilometrien
laajuiset havupuukuolemat ilmastonmuutoksen kiihdyttämien
kovakuoriaisepidemioiden seurauksena, hiilinielujen heikkeneminen
metsien kaatamisen takia ja maataloustuotannon paikallinen
heikentyminen aavikoitumisen tai haitallisten viljelymenetelmien
seurauksena.
Vaikka biodiversiteetin heikkenemisen
ja lajikoostumuksen muuttumisen lopulliset vaikutukset ovat vielä
epäselviä, seuraukset voivat olla vakavia, mikäli
kynnysarvo ylitetään laajoilla alueilla samanaikaisesti,
kun ekosysteemipalveluiden tarve vain lisääntyy. Tarvetta
lisää erityisesti väestönkasvu, jos väestö
kasvaa ennusteiden mukaisesti kahdella miljardilla noin kolmessa
vuosikymmenessä. Seurauksina voi olla laajaa sosiaalista
levottomuutta, taloudellista epävakautta ja ihmishenkien
menetyksiä.
Ilmastonmuutos
 |
| (c) chanpipat - Fotolia.com |
Nopea ilmastonmuutos ei osoita merkkejä
hidastumisesta. Mallintaminen osoittaa, että 30 prosentilla
maapallon pinta-alasta nopeus, jolla kasvilajit joutuvat siirtymään
pysyäkseen ennustetun ilmastonmuutoksen tahissa, on suurempi
kuin niiden siirtymisnopeus silloin, kun maapallo viimeksi siirtyi
jääkaudesta nykyiseen interglasiaalikauteen. Siirtymistä
vaikeuttaa lisäksi esimerkiksi maatalouden ja kaupungistumisen
takia hyvin pirstoutunut elinympäristö.
Ilmastotyypit, jotka nyt vallitsevat 10
– 48 prosentilla maapallon pinta-alasta, häviävät
ennusteiden mukaan seuraavan sadan vuoden aikana. Ilmasto, jota
nykyiset eliöt eivät ole koskaan kokeneet, tulee
todennäköisesti kattamaan 12 – 39 prosenttia maapallon
pinta-alasta. Keskimääräinen maapallon lämpötila
on vuonna 2070 (tai mahdollisesti jo muutama vuosikymmen aikaisemmin)
korkeampi kuin ikinä ennen ihmislajin evoluutiohistorian aikana.
Ihminen aiheuttaa nopeamman ja
suuremman muutoksen kuin jääkauden päättyminen
Planeetanlaajuisia kriittisiä
siirtymiä on esiintynyt biosfäärissä aiemminkin,
vaikkakin harvoin. Ihmiskunnan toiminnan takia tällainen
käännekohta saattaa olla jälleen ylittymässä,
mikä voi mahdollisesti muuttaa maapallon
nopeasti ja pysyvästi ihmisille tuntemattomaan tilaan.
Tästä seuraa kaksi
johtopäätöstä. Ensinnäkin biologisten
yllätysten minimoimiseksi ja samalla ihmiskunnankin
suojelemiseksi on tärkeää kehittää
biologista ennustamista ennakoimaan globaaleja kriittisiä
siirtymiä ja niiden vaikutuksia paikallisella tasolla. Toiseksi
globaalin muutoksen estämiseksi tai vähintäänkin
ohjaamiseksi on tarpeen puuttua perimmäisiin syihin, joilla
ihminen aiheuttaa globaaleja muutoksia.
Globaali pakotemekanismi on nykyään
väestönkasvu, johon liittyy luonnonvarojen kulutus,
elinympäristöjen muutos ja pirstoutuminen, energian
tuotanto ja kulutus sekä ilmastonmuutos.
Kaikki nämä pakotteet ovat
huomattavasti suurempia niin nopeudeltaan kuin voimakkuudeltaankin
verrattuna viimeisimpään tätä edeltäneeseen
globaalimuutokseen viime jääkauden päättyessä,
jolloin ilmasto vaihteli nopeasti lämpimästä kylmään
ja taas lämpimään 14 300 – 11 000 vuotta sitten.
Suurimmat bioottiset muutokset
tapahtuivat 12 900 – 11 300 vuotta sitten, kun noin puolet suurista
nisäkkäistä, useat suuret linnut ja matelijat sekä
jotkin pienemmät eläimet kuolivat sukupuuttoon. Samaan
aikaan ihmispopulaatio kasvoi ja ihmislaji levittäytyi kaikkiin
maanosiin. Ennen muutosta oli vallinnut noin 100 000 vuotta kestänyt
glasiaali- eli jääkausi, joka päättyi auringon
säteilytehon lisääntyessä. Sen jälkeen
maapallolla on ollut interglasiaalikautta noin 11 000 vuotta.
Tuo viimeisin globaalimuutos on tärkeä
vertailukohta nykyisessä muutoksessa, koska molemmissa
vaikuttavina tekijöinä toimivat ilmastonmuutos ja
ihmispopulaation kasvu. Viimeisimmän jääkauden
päättymiseen liittyvässä muutoksessa ne olivat
kuitenkin luultavasti erillisiä mutta sattumalta samanaikaisia
tekijöitä. Nyt olosuhteet ovat sikäli hyvin erilaiset,
että globaalitason pakotteina toimivat tekijät
ilmastonmuutos mukaan lukien ovat suoraa seurausta ihmisen
toiminnasta.
Milloin ja miten todennäköisesti
biosfääri romahtaa?
 |
| (c) bluedesign - Fotolia.com |
On hyvin dokumentoitu, että
biologisissa järjestelmissä voidaan siirtyä nopeasti
olemassa olevasta tilasta radikaalisti erilaiseen tilaan. Ongelmana
on se, että kynnysvaikutuksia voi olla vaikea ennakoida. Tämä
johtuu ensinnäkin siitä, että kriittinen kynnys
saavutetaan, kun useat muutokset vaikuttavat yhdessä. Lisäksi
kynnysarvoa ei yleensä tiedetä etukäteen. Kun
kriittinen muutos tapahtuu, on hyvin epätodennäköistä
tai jopa mahdotonta, että järjestelmä palautuu
takaisin aiempaan tilaan.
Ihmiset hallitsevat maapallolla
tavoilla, jotka uhkaavat sen kykyä ylläpitää
ihmisen ja muiden lajien elinmahdollisuuksia. Tämän
ymmärtäminen on johtanut lisääntyvään
kiinnostukseen siitä, kuinka on mahdollista ennustaa biologisia
seurauksia kaikilla tasoilla paikallisesta globaaliin mittaluokkaan
asti. Useimmat biologiset ennusteet perustuvat siihen, että
tarkastellaan vain viimeaikaista kehitystä ja ennustetaan
tulevaisuutta erilaisten ympäristöpaineiden vaikuttaessa,
tai että käytetään lajien levinneisyysmalleja
ennustamaan sitä, kuinka ilmastonmuutos saattaa muuttaa nykyään
havaittua maantieteellistä esiintyvyyttä.
Turvautuminen pelkästään
tällaisiin lähestymistapoihin ei kuitenkaan riitä
täysin arvioimaan tulevaisuuden todennäköisiä
biologisia muutoksia, koska esimerkiksi monimutkaisia
vuorovaikutuksia ja palautteita jää ottamatta huomioon.
Kriittisen raja-arvon ylittäminen voi tuottaa odottamattomia
bioottisia vaikutuksia.
Sekä paikallisen mittakaavan
suorat pakotteet että lisääntyvät globaalit
pakotteet ovat nyt paljon suurempia kuin siirryttäessä
jääkaudesta nykytilaan, eikä niiden odoteta laskevan
lähitulevaisuudessa. Sen vuoksi mahdollisuus globaalin
kynnysarvon ja käännekohdan ylittymiseen vaikuttaa
korkealta. Huomattavaa epävarmuutta on kuitenkin siitä,
onko se väistämätöntä, ja jos on, kuinka kaukana tulevaisuudessa se voi
olla.
Kun riittävän suuri osa
maapallon ekosysteemeistä on muutettu, loputkin ekosysteemit
voivat muuttua nopeasti suuremman mittakaavan pakotteiden
(esimerkiksi muutokset ilmakehän ja meren kemiassa, ravinteiden
kiertokulussa, energian virtauksessa, saastumisessa jne.)
lisääntyessä. Näistä suuren mittakaavan
muutoksista puolestaan voi olla seurauksena uusia paikallisia
muutoksia.
Ei vielä tiedetä, kuinka
monta prosenttia maapallon ekosysteemeistä voi muuttua
ihmistoiminnan suorien vaikutusten seurauksina erilaisiksi, ennen
kuin nämä muutokset käynnistävät nopeita
muutoksia myös jäljellä olevissa luonnollisissa
järjestelmissä. Tämä prosenttiosuus voidaan
päätellä vasta jälkikäteen. Havaintojen ja
simulaatioiden mukaan sen voi kohtuudella olettaa olevan niin
alhainen kuin 50 prosenttia maa-alasta tai jopa alhaisempi, jos monien
paikallisten ekosysteemien muutokset aiheuttavat riittävän
suuria globaalitason pakotteita. Toisaalta maapallo saattaa kestää jopa niinkin suuren muutoksen, että 90 prosenttia maa-alasta on muutettu.
Tällä hetkellä vähintään
43 prosenttia maapallon maaekosysteemeistä on muutettu.
Keskimäärin yhtä maapallon asukasta kohden
luonnontilaisesta toisenlaiseksi muutettu maa-ala on 0,92 hehtaaria.
Jos oletetaan, että tämä keskimääräinen
muutetun maan pinta-ala asukasta kohden (0,92 ha/hlö) ei muutu,
50 prosenttia maapallon maa-alasta on muutettu, kun maailman väestö
kasvaa 8,2 miljardiin. Tämän arvioidaan tapahtuvan vuonna
2025. Vastaavasti 70 prosenttia maapallon maa-alasta voi olla ihmisen
käyttössä vuonna 2060, jos väkiluku nousee 11,5
miljardiin.
Meriekosysteemien arviointi on paljon
haastavampaa, mutta saatavilla olevien tietojen mukaan ihmistoiminnan
vaikutukset ovat laajoja. Tarkempi meriekosysteemien tilan muutosten
arviointi on tärkeä tehtävä, koska meret kattavat
suurimman osan planeetastamme.
Suuren mittakaavan pakotteet
vaikuttavat paikallisiin ekologisiin prosesseihin havaintojen mukaan
jo nykyäänkin. Ongelmana on kuitenkin epänormaalien
muutosten erottaminen luonnollisista muutoksista, joita
luonnontilaisissakin ekosysteemeissä tapahtuu jatkuvasti.
Luonnolliseltakin vaikuttava muutos voi olla epänormaali, jos se
tapahtuu esimerkiksi huomattavasti nopeammin kuin luonnontilaisissa
ekosysteemeissä.
Erillisiltäkin vaikuttavilla
prosesseilla voi olla hyvin merkittäviä yhteisvaikutuksia.
Esimerkiksi suuret maankäytön muutokset voivat vaikuttaa
merien biologiaan. Myös biologisen hierarkian eri tasot
(genotyyppi, fenotyyppi, populaation, lajien levinneisyys, lajien
väliset suhteet jne.) voivat vaikuttaa toisiinsa. Yhdellä
tasolla vaikuttava pakote voi aiheuttaa ratkaisevan muutoksen
toisella tasolla.
Ihmiset ovat jo muuttaneet biosfääriä
huomattavasti, jopa niin paljon, että jotkut tutkijat puhuvat
uudesta geologista epookista eli aikakaudesta, jolle on annettu nimi
antroposeeni. Tämä toistaiseksi epävirallinen termi
tarkoittaa teollistumisen myötä alkanutta, holoseenin
jälkeistä epookkia.
Kun verrataan menneisiin globaalitason
muutoksiin johtaneita pakotteita ja tällä hetkellä
ihmiskunnan aiheuttamia maailmanlaajuisia pakotteita, näyttää
siltä, että uusi globaalitason muutos on erittäin
todennäköinen seuraavina vuosikymmeninä tai
vuosisatoina, ellei se sitten ole jo alkanutkin.
Tämän seurauksena itsestään
selvinä pitämissämme biologisissa resursseissa voi
tapahtua nopeita ja arvaamattomia muutoksia muutaman sukupolven
aikana.
Voiko ongelmia estää tai
vähentää?
 |
| (c) alphaspirit - Fotolia.com |
Globaalin käännekohdan eli
ns. horjahduspisteen, kriittisen raja-arvon tai kynnysarvon
tunnistamiseksi tarvitaan entistä parempaa tietoa varhaisista
biologisista varoitusmerkeistä ja palautekytkennöistä,
jotka edistävät tällaisia siirtymiä. On myös
tarpeen löytää perimmäisiä syitä, miten
ihmiset aiheuttavat biologisia muutoksia.
Ongelmien minimoimiseksi tarvitaan
maailman väestönkasvun hidastamista, henkeä kohden
laskettujen luonnonvarojen käytön pienentämistä,
ei-fossiilisten energianlähteiden osuuden
lisäämistä, fossiilisten polttoaineiden
energiataloudellisempaa käyttöä, elintarvikkeiden
jakelun tehostamista, elintarvikkeiden tuotannon tehostamista
nykyisillä alueilla uusien alueiden raivaamisen ja luonnonvaraisten lajien käytön sijaan sekä vielä luonnontilaisina olevien meri- ja maa-alueiden
monimuotoisuuden suojelua. (EDIT 25.6.2012)
Nämä ovat toki suuria
tehtäviä, mutta ne ovat välttämättömiä,
jos haluamme tieteen ja yhteiskunnan avulla ohjata biosfääriä
sen sijaan, että biosfäärissä tapahtuu jotakin
mullistavaa meidän tietämättämme ja
tahtomattamme.
Ketkä ovat esitettyjen tietojen
takana?
Nature-lehden
artikkelin ovat kirjoittaneet 22 eri yliopistojen tai muiden
tutkimuslaitosten tutkijaa: Anthony D. Barnosky (University of
California), Elizabeth A. Hadly (Stanford University), Jordi
Bascompte (Estación Biológica de Doñana, CSIC,
Sevilla), Eric L. Berlow (TRU NORTH Labs, California), James H. Brown
(The University of New Mexico), Mikael Fortelius (Helsingin
yliopisto), Wayne M. Getz (University of California), John Harte
(University of California), Alan Hastings (University of California),
Pablo A. Marquet (Pontificia Universidad Católica de Chile;
Instituto de Ecología y Biodiversidad, Santiago; The Santa Fe
Institute, New Mexico), Neo D. Martinez (Pacific Ecoinformatics and
Computational Ecology Lab, California), Arne Mooers (Simon Fraser
University, British Columbia), Peter Roopnarine (California Academy
of Sciences), Geerat Vermeij (University of California), John W.
Williams (University of Wisconsin), Rosemary Gillespie (University of
California), Justin Kitzes (University of California), Charles
Marshall (University of California), Nicholas Matzke (University of
California), David P. Mindell (University of California), Eloy
Revilla (Estación Biológica de Doñana, CSIC,
Sevilla) ja Adam B. Smith (Center for Conservation and Sustainable
Development, Missouri Botanical Garden). Suomesta mukana on siis
evoluutiopaleontologian
professori Mikael Fortelius Helsingin
yliopiston Biotekniikan instituutista.
Tässä
blogikirjoituksessani ei ole lainkaan omia ajatuksiani ja
näkemyksiäni, vaan kaikki tiedot ovat suoraan Nature-lehden
artikkelista vapaasti (ei sanatarkasti) suomennettuina. Olen ottanut
mukaan vain artikkelin pääkohdat, eikä asioita ole
käsitelty täysin samassa järjestyksessä kuin
alkuperäisessä kirjoituksessa. Aiheesta syvällisemmin
kiinnostuneiden kannattaa lukea koko artikkeli
Nature-lehdestä.
Tämän blogikirjoituksen otsikko, väliotsikot ja
nettilinkit ovat omia lisäyksiäni. Tarkkaan ottaen
Nature-lehden artikkeli ei täysin vastaa blogikirjoitukseni
otsikon kysymykseen, koska globaalin käännekohdan
ylittäminenkään ei todennäköisesti tarkoita maailmanloppua, eikä edes ilmeisesti ihmislajin häviämistä, vaikka elinolosuhteet
huomattavasti vaikeutuvatkin.
Lisätietoa
samasta aihepiiristä
Esko
Kuusisto ja Jukka Käyhkö: Globaalimuutos, Otava 2004
Jussi
Viitala: Miten maailma loppuu? Atena kustannus Oy, 2011
