●Klöntit ovat täällä

Osa artikkelista on julkaistu Voimassa 3/2012.

Tutkimusalus Akateemikko Lavrentjev saapui maanantaina lokakuun 17. päivä 2011 Vladivostokin satamaan. Takanaan sillä oli 45-päiväinen tutkimusretki, jonka aikana Alaskan yliopiston kansainvälisen arktisen tutkimuslaitoksen tutkimusdosentti Igor Semiletovin johtama venäläis-yhdysvaltalainen tutkijaryhmä oli mitannut metaanipitoisuuksia Jäämeren rannikolla Itä-Siperian mannerjalustan alueella.

Viimesyksyisen mittausretken tulokset julkaistaan virallisesti huhtikuussa. Niiden merkitys voi olla suuri.

Merenpohjan ikiroudassa olevat hydraateiksi kutsutut jäiset metaaniklöntit alkavat sulaa mikäli lämpötila nousee tai paine laskee liikaa. Tällöin metaani pääsee vapautumaan mereen. Metaani on voimakkaasti ilmastoa lämmittävä kasvihuonekaasu. Hydraattien sulamisen seurauksena myös niiden alla sijaitsevat tavalliset metaanikaasuesiintymät saattavat purkautua.

Koska meri on Itä-Siperian mannerjalustan alueella keskimäärin vain viitisenkymmentä metriä matala, liukenee metaanista veteen vain murto-osa valtaosan päätyessä sellaisenaan ilmakehään – ilmastonmuutosta kiihdyttämään.

Metaania pulppuaa merenpohjasta ja maaperästä ilmakehään myös osana luonnollisia biogeokemiallisia kiertoja. Itä-Siperian mannerjalustan alueen metaanipurkausten kohdalla tutkijoilla on ollut eri näkemyksiä siitä, johtuvatko nykyiset purkaukset luonnollisesta lämpenemisestä vai lisäksi viimeaikaisesta ihmistoiminnan aiheuttamasta lisälämpenemisestä, ja kuinka herkästi lisälämpeneminen sulattaa ikiroutaa ja siten vapauttaa metaania.

Mikäli purkaukset ovat vuodesta toiseen samansuuruiset, on todennäköisempää, että ne ovat osa luonnollista metaanibudjettia. Tässä tilanteessa tulisi selvittää, kuinka nopeasti ilmastonmuutoksen lämmittämä merenpohjan vesi sulattaa ikiroutaa mihinkin syvyyteen asti, ja kuinka kauan aikaa vielä on jäljellä ennen kuin hydraattien lisääntynyt sulaminen alkaa.

Mikäli purkausten määrä on selvästi kasvussa, on lisääntynyt sulaminen jo alkanut. Siinä tapauksessa täytyy selvittää räjähdysmäisen kasvun todennäköisyys, jotta voimme arvioida kuinka merkittäviin paikallisen tason hätätoimiin täytyy ryhtyä.

Karmea löytö

Igor Semiletov, tutkimusdosentti Natalia Shakhova ja heidän tutkimusryhmänsä ovat mitanneet metaanin määriä kyseisellä merialueella vuosina 1994–2000 ja vuodesta 2003 eteenpäin.

Vuonna 2010 Science-lehdessä julkaistujen tulosten mukaan puolet pintavedestä ja 80 prosenttia syvästä vedestä oli metaanipitoisuudeltaan vähintään kahdeksankertaista tavalliseen meriveteen verrattuna.

Kesäaikaan suurimmat löydetyt pitoisuudet olivat 250-kertaiset ja talvella 1 400-kertaiset. Arvio Itä-Siperian mannerjalustan alueen metaanipäästöistä ilmakehään, noin 8 miljoonaa tonnia vuodessa, oli yhtä suuri kuin aikaisempi arvio maailman merten metaanipäästöistä yhteensä.

Maailman merien metaanipäästöt eivät muodosta merkittävää osaa maailman kokonaismetaanipäästöistä, jotka ovat arviolta 600 miljoonaa tonnia vuodessa. Silti on syytä huoleen.

Igor Semiletov kertoi 590 Filmsille antamassaan haastattelussa:

”Science-lehden artikkelissamme vuodelta 2010 arvioimme alueen metaanipäästöjen suuruudeksi 8 miljoonaa tonnia [...] Mutta uudempien tutkimustulosten mukaan päästöt Itä-Siperian mannerjalustan alueelta ovat paljon suuremmat. Itse asiassa merenpohjasta nousee valtavia kuplapatsaita.”

Independent-lehden haastattelussa joulukuussa 2011 Semiletov kuvaili tilannetta yksityiskohtaisemmin:

”Aikaisemmin löysimme keilamaisia muodostelmia, jotka olivat halkaisijaltaan vain kymmenien metrien suuruisia. Tämä on ensimmäinen kerta kun olemme löytäneet jatkuvia, voimakkaita ja vaikuttavia, halkaisijaltaan yli kilometrin levyisiä purkauksia.

[...] Hyvin pienellä, alle 10 tuhannen neliömailin alueella olemme laskeneet yli sata lähdettä tai keilamaista muodostelmaa, jotka kuplivat merestä vesimassan läpi suoraan ilmakehään.

[...] Suoritimme mittauksia noin 115 pisteessä ja havaitsimme metaanikenttiä suunnattomassa, mielestäni ennennäkemättömässä mittakaavassa.”

Vanhentunutta tietoa

Independentin jutun perusteella saattoi luulla, että metaanipurkaukset ovat varmasti kasvaneet kymmenien metrien levyisistä yli kilometrin levyisiksi muutamassa vuodessa – näin ei kuitenkaan ole. Juttua muutettiin sittemmin otsikkoa myöten.

Skeptical Science -sivustolle antamassaan haastattelussa Natalia Shakhova selvensi, että jättipurkaukset oli havaittu ennestään vain vähän tutkitulla yli 50 metriä syvän meren alueella. Purkaukset ovat siis saattaneet olla siellä jo aikaisemminkin.

Toisaalta Steven Wofsy Harvardin yliopistosta havaitsi tutkimusryhmineen arktisen alueen metaanipitoisuuksien olevan nousussa, kun ilmakehän kasvihuonekaasupitoisuuksia kartoitettiin tutkimuslennoin kolmen vuoden ajan syyskuuhun 2011 asti.

Varsinaiset tulokset julkaistaan vasta myöhemmin, mutta Wofsy on jo kertonut medialle Jäämeren alueen metaanipäästöjen olevan ”merkittävät” ja ”riittävän suuret ollakseen globaalilla tasolla tärkeät”.

Tämän havainnon valossa on todennäköisempää, että halkaisijaltaan kilometrin mittaiset purkaukset ovat uusia.

Itä-Siperian mannerjalustan alueella arvioidaan olevan varastoituneena 1 400 miljardia tonnia hiiltä eri muodoissaan.

Shakhova ja kumppanit pohtivat vuonna 2010 Doklady Earth Sciences -lehdessä julkaistussa artikkelissaan mahdollisia metaanipurkausskenaarioita. Kummassakin päävariaatiossa vapautuisi 50 miljardia tonnia metaania, toisessa 50:n, toisessa 1–5 vuoden aikana.

Ilmakehän tämänhetkinen metaanimäärä on arviolta viisi miljardia tonnia. Hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin IPCC:n arvion mukaan metaanin osuus kasvihuoneilmiön voimakkuudesta on tällä hetkellä vajaa kolmannes.

IPCC tosin perustaa arvionsa vanhentuneelle tiedolle: nykytiedon mukaan metaani on vieläpä hieman voimakkaampi kasvihuonekaasu kuin IPCC:n viimeisimmän, vuoden 2007 arvion mukaan.

Lisäksi erittäin korkeat paikalliset pitoisuudet hidastaisivat metaanin muuttumista muiksi kaasuiksi ilmakehässä. Tämäkin lisäisi metaanin kasvihuonevaikutusta.

Ilmakehän metaanimäärä voisi siis moninkertaistua, kuten myös kasvihuoneilmiön voimakkuus. Seurauksena olisi nopea lämpeneminen, ilmastoloikka.

Jättipurkauksen seuraukset

Yllämainituista metaanipurkausskenaarioista maltillisempikin, miljardi tonnia vuodessa, olisi katastrofaalinen. Ilmakehän metaanipitoisuus kaksinkertaistuisi viidessä vuodessa.

Ilmastojärjestelmä todennäköisesti ylittäisi merkittäviä palauteilmiöiden keikahduspisteitä, jolloin lämpötila nousisi entisestään. Palauteilmiöllä tarkoitetaan jostakin ilmiöstä johtuvaa seurannaisilmiötä, joka vaikuttaa alkuperäiseen ilmiöön sitä vahvistavasti tai heikentävästi.

Esimerkiksi Amazonin sademetsä on jo nyt ollut kuivina vuosina, kuten 2005 ja 2010, hiilidioksidin lähde lukuisten metsäpalojen takia. Erityisen kuuma vuosi voisi polttaa metsän kokonaan, jolloin vapautuisi kerralla teollisen yhteiskunnan kymmenen vuoden päästöjen verran hiilidioksidia.

Lukuisat palauteilmiöt ovat kytköksissä toisiinsa. Yksi keikahdus voi aiheuttaa toisen ja niin edelleen.

Saksalaisen Potsdamin ilmastotutkimusinstituutin johtaja Hans-Joachim Schellnhuber onkin huomauttanut arvostetun PNAS-tiedelehden vertaisarvioidussa artikkelissa, että kukaan ei ole kunnolla tutkinut kaikkien ilmastoa kuumentavien palauteilmiöiden yhteisvaikutuksia.

Ilmastohistorian varoitukset

Metaanipurkaukset ovat nykytiedon valossa aiheuttaneet merkittäviä massasukupuuttoja ainakin 55 ja 251 miljoonaa vuotta sitten.

251 miljoonan vuoden takaisessa sukupuutossa pyyhkiytyi lähes kaikki elämä, kun Siperian laakiobasalttipurkaukset ensin nostivat planeetan keskilämpötilaa viitisen astetta, minkä jälkeen purkautuvat metaanihydraatit nostivat lämpötilaa vielä saman mokoman lisää.

Tässä valossa nykytilanne on todella vakava: esimerkiksi pohjoisen napajään sulamisennusteissaan reilusti liian varovaiseksi osoittautunut IPCC ennustaa jopa kuuden asteen lämpenemistä vuoteen 2100 mennessä, ottamatta huomioon hitaita palauteilmiöitä.

Lähes täydellinen sukupuuttoaalto ei ole edes pahin mahdollinen skenaario. Se on Pasi Toiviaisen tunnetuksi tekemä niin sanottu Venus-ilmiö, jossa meret alkavat höyrystyä ilmastonmuutosta edelleen kiihdyttäen, kunnes järjestelmä löytää tasapainotilan 480 asteen keskilämpötilan vallitessa.

James Hansen pitää tätä mahdollisena kirjassaan Storms of my Grandchildren: ”Voisiko maapallo edetä kohti Venus-ilmiötä, karkuun päässyttä kasvihuoneilmiötä, joka tuhoaisi, ehkäpä lopullisesti, kaiken elämän planeetalta? Vaikka tätä on nykytiedon valossa vaikea arvioida, olen päätynyt siihen johtopäätökseen, että mikäli poltamme kaikki jäljellä olevat öljy-, kaasu- ja hiiliesiintymät, on karkuun päässeen kasvihuoneilmiön käynnistymisen todennäköisyys mittava. Jos poltamme myös öljyhiekka ja -liuske-esiintymät, uskon Venus-ilmiön seuraavan varmuudella.”

On siis selvää, että emme halua päästää Shakhovan kuvailemaa jättimetaanipurkausta vauhtiin.

Miten metaani pysyisi ikiroudassa?

Tilanteen vaarallisuus piilee siinä, että Jäämeren valtavia vesimassoja ei tuosta vain saada viilenemään, jotta ikirouta ei sulaisi.

Arktinen alue on lämmennyt huomattavasti enemmän kuin maapallo keskimäärin, ja kuten tiedämme, on pohjoisen napajään sulaminen kiihtynyt viime vuosina.

Pohjoisen napajään tilavuus on laskenut arviolta 17 tuhannesta kuutiokilometristä (1979) neljään tuhanteen kuutiokilometriin (2011). Tämän takia osa tutkijoista, kuten Wieslaw Maslowski, uskoo napajään olevan nykymenon jatkuessa kesäaikaan ensimmäistä kertaa kokonaan sula arviolta 2013–2019.

Tällainen napajään sulaminen olisi arktisen alueen metaanihydraateille – niin merellisille kuin maaperänkin – katastrofaalista, sillä merijää viilentää koko aluetta heijastamalla merkittävän osan auringon säteilystä.

Tämänkin takia tilanne on niin vakava, että hätätoimiin täytyy ryhtyä niin arktisella alueella paikallisesti kuin maailmanlaajuisestikin.

Paikallisia vippaskonsteja

Arctic Methane Emergency Group on ehdottanut erilaisia laajamittaisia ilmastonmuokkaustoimia kevääseen 2013 mennessä.

Paikallisen viilennyksen aikaansaamiseksi he ehdottavat aerosolien lisäämistä ilmaan, pilvien kirkkauden keinotekoista lisäämistä ja yläilmakehän pilvien poistamista talviaikaan, koska pilvet toimivat lämpöeristeenä eikä talviaikaan ole juurikaan heijastettavaa auringonvaloa.

Jään määrän lisäämiseksi he ehdottavat Beringinsalmen osittaista patoamista jäätä pirstovien virtausten vähentämiseksi, jään pilkkomista syksyisin ja talvisin, jotta sitä muodostuisi lisää, sekä hienojakoisen vesisumun tuottamista.

Ryhmä ehdottaa myös metaanin poistamista merivedestä merenpohjaan purkauskohtien päälle asetettavin kuvuin tai muovimatoin, joista metaani johdettaisiin putkiin ja säiliöihin joko laivoihin tai maalle.

Ideat saattavat olla peräisin Risto Isomäeltä, joka on mukana Atmosmare-säätiössä. Se on tutkinut lukemattomia innovatiivisia ratkaisuja arktiksen viilentämiseksi.

Globaalit ratkaisut

Edellä mainitut yritykset estää metaanipurkaukset on tuomittu epäonnistumaan, mikäli samaan aikaan ei toimita globaalisti. Ainoa kestävä ratkaisu on viilentää koko planeetan ilmasto turvalliselle tasolle.

Nasan ilmastotutkija James Hansen ja kumppanit arvioivat vuonna 2011 Atmospheric Chemistry and Physics -lehdessä julkaistussa vertaisarvioidussa artikkelissaan, että maapallon ilmasto alkaa viilentyä, kun ilmakehän hiilidioksidipitoisuus saadaan laskettua alle 345 miljoonasosan tason, mikäli samanaikaisesti myös metaani-, CFC- ja tummien aerosolien päästöjä saadaan leikattua.

Viilentävien aerosolien, matalien pilvien sekä heijastavien pintojen lisääminen auttaisi myös.

Jotta hiilidioksidi ilmakehässä saataisiin laskuun nykyiseltä yli 390 miljoonasosan tasoltaan, on vuosittaiset päästöt saatava alemmalle tasolle kuin luontaisten kasvihuonekaasunielujen, eli merten ja maaperän, ilmakehästä poistama määrä. Siksi tarvitaan sekä mittavia päästövähennyksiä että hiilinielujen vahvistamista.

Onneksi hiilinieluja voidaan vahvistaa merkittävästikin maa- ja metsätalouden käytäntöjä muuttamalla esimerkiksi siirtymällä poimintahakkuisiin ja permakulttuurimenetelmiin (1, 2, 3, 4).

Viimeisenä hätäkeinona toimii keinotekoinen hiilidioksidin poistaminen ilmakehästä, mikäli tähän keksitään turvallinen tapa. Sellainen saattaa olla Alain Goeppertin ja kumppaneiden tutkima metodi, jossa hiilidioksidia sidotaan kiinteään aineeseen.

Ilmastonmuutoksen ekologia kulkee eri polkuja kuin poliittinen ilmastokeskustelu. Jos haluamme selvitä, on realiteetteja kuitenkin alettava kunnioittaa. Pääasia on, että toimiin ryhdytään.

Kirjoittaja on ilmastonmuutokseen erikoistunut vapaa toimittaja.

_______________

Lähteet luettelona:

Syksyn tutkimusretkeen liittyen:

Russian, U.S. scientists set to study methane release in Arctic (RIA Novosti, 2.9.2011)

Heavy methane emissions found in Arctic Eastern sector (Itar-Tass, 26.9.2011)

Data on Arctic methane will be available in six months (The Arctic, 18.10.2011)

Arctic Methane Emergency Group (2011): Arctic Methane Alert

590 Films (2011): Sleeping Giant of The Arctic: Could Thawing Methane Trigger Runaway Global Warming?

Vast methane 'plumes' seen in Arctic ocean as sea ice retreats (The Independent, 13.12.2011)

Leaders of Arctic Methane Project Clarify Climate Concerns (Dot Earth, 27.12.2011)

Arctic methane outgassing on the E Siberian Shelf part 1 - the background (Skeptical Science, 15.1.2012)

Arctic methane outgassing on the E Siberian Shelf part 2 - an interview with Dr Natalia Shakhova (Skeptical Science, 19.1.2012)

Shakhova ja muut (2011): Ebullition-driven fluxes of methane from shallow hot spots suggest significant under-estimation of annual emission from the East Siberian Arctic Shelf (AGU poster GC41B-0794)

Tutkimuslennot:

Pole-to-Pole Flights Yield New Climate Data - Findings include a discovery that surface waters in the open Arctic Ocean release heat-trapping methane gas into the atmosphere at a "significant" rate (Scientific American, 8.9.2011)

Shakhovan ja Semiletovin aiempaa tutkimusta:

Methane Releases From Arctic Shelf May Be Much Larger and Faster Than Anticipated (National Science Foundation, 4.3.2010)

Shakhova ja muut (2008): Anomalies of methane in the atmosphere over the East Siberian shelf: Is there any sign of methane leakage from shallow shelf hydrates? (Geophysical Research Abstracts, Vol. 10, EGU General Assembly 2008)

Shakhova ja Semiletov (2010): Methane Release From The East Siberian Arctic Shelf (Esas) And The Potential For Abrupt Climate Changes (esitelmä Opening the Arctic-seminaarissa)

Shakhova ja muut (2010): Geochemical and geophysical evidence of methane release over the East Siberian Arctic Shelf (Journal Of Geophysical Research)

Shakhova ja muut (2010): Extensive Methane Venting to the Atmosphere from Sediments of the East Siberian Arctic Shelf (Science)

Shakhova ja muut (2010): Predicted methane emission on the East Siberian shelf (Doklady Earth Sciences)

Semiletov ja muut (2012): On carbon transport and fate in the East Siberian Arctic land–shelf–atmosphere system (Environmental Research Letters)

Metaani voimakkaampi kasvihuonekaasu kuin aiemmin luultiin:

Shindell ja muut (2009): Improved Attribution of Climate Forcing to Emissions (Science)

Suurten metaanipurkausten tapauksessa vaikutukset moninkertaistuisivat ilmakehän kemian takia:

Isaksen ja muut (2011): Strong atmospheric chemistry feedback to climate warming from Arctic methane emissions (Global Biogeochemical Cycles)

Metaanipurkausten vaarallisuuteen skeptisesti suhtautuvaa näkökulmaa:

Dmitrenko ja muut (2011): Recent changes in shelf hydrography in the Siberian Arctic: Potential for subsea permafrost instability (Journal of Geophysical Research)

Methane Time Bomb in Arctic Seas – Apocalypse Not (Dot Earth, 14.12.2011)

More Views on Climate Risk and Arctic Methane (Dot Earth, 28.12.2011)

Much ado about methane (RealClimate, 4.1.2012)

Palauteilmiöistä:

Pimenoff, Natalia ja muut (2008): Epälineaariset ja äärimmäiset ilmaston muutokset (Valtioneuvoston kanslian julkaisusarja 14/2008)

Schellnhuber, Hans Joachim (2009): Tipping elements in the Earth System (PNAS)

Wasdell, David (2008): Planet Earth We Have A Problem (esitelmä)

Amazonin palamisen uhka:

Lewis ja muut (2011): The 2010 Amazon Drought (Science)

da Costa ja muut (2010): Effect of 7 yr of experimental drought on vegetation dynamics and biomass storage of an eastern Amazonian rainforest (New Phytologist)

Nepstad ja muut (2007): Mortality Of Large Trees And Lianas Following Experimental Drought In An Amazon Forest (Ecology 88:2259–2269)

Lewis (2006): Tropical forests and the changing earth system (Phil. Trans. R. Soc. B, vol. 361, s. 195-210)

Raju ilmaston lämpeneminen 55 miljoonaa vuotta sitten:

DeConto ja muut (2012): Past extreme warming events linked to massive carbon release from thawing permafrost (Nature 484, 87–91)

Sukupuuttoaalto 251 miljoonaa vuotta sitten:

Benton ja Twitchett (2003): How to kill (almost) all life: the end-Permian extinction event (Trends in Ecology & Evolution)

Venus-ilmiö:

Toiviainen, Pasi (2004): Venus-teoria (dokumenttielokuva)

Toiviainen, Pasi (2007): Ilmastonmuutos. Nyt. (Otava)

Hansen, James (2009): Storms of my Grandchildren (Bloomsbury)

Arktisen alueen lämpeneminen ja merijään sulaminen:

Screen ja Simmons (2010): The central role of diminishing sea ice in recent Arctic temperature amplification (Nature)

Maslowski and Team Offer New Estimate on Summer Arctic Sea Ice Disappearance (SciencePoles, 11.4.2011)

Rampal ja muut (2011): IPCC climate models do not capture Arctic sea ice drift acceleration: Consequences in terms of projected sea ice thinning and decline (Journal Of Geophysical Research)

Lawrence, David ja muut (2008): Accelerated Arctic land warming and permafrost degradation during rapid sea ice loss (Geophysical Research Letters)

Ratkaisuihin liittyvää:

Arctic Methane Emergency Group (2011): Arctic Methane Alert

Atmosmare: Arktisen alueen toimet

Isomäki, Risto (2008): 34 tapaa estää maapallon ylikuumeneminen (Tammi)

Isomäki, Risto (2011): 66 Ways to Absorb Carbon and Improve the Earth’s Reflectivity – From Reasonable Options to Mad Scientist Solutions (Into)

Luyssaert ja muut (2008): Old-growth forests as global carbon sinks (Nature)

Pukkala, Timo, Erkki Lähde ja Olavi Laiho (2011): Metsän jatkuva kasvatus (Joen Forest Program Consulting)

Lal, Rattan (2010): Managing Soils and Ecosystems for Mitigating Anthropogenic Carbon Emissions and Advancing Global Food Security (BioScience) tiivistelmä:

Toensmeier, Eric (2011): Climate Stability with "Permanent Agriculture" (Permaculture Activist) osa 1, osa 2

Crawford, Martin (2010): Creating a Forest Garden: Working With Nature to Grow Edible Crops (Green Books)

Crawford, Martin (2012): How to Grow Perennial Vegetables (Green Books)

Goeppert ja muut (2011): Carbon Dioxide Capture from the Air Using a Polyamine Based Regenerable Solid Adsorbent (Journal of the American Chemical Society)