Kun Kanadan pohjoispuolella sijaitsevalla Beaufortinmerellä luodattiin vuonna 2019 merenpohjaa, alkoi vaikuttaa siltä, että tutkimusalus oli väärässä paikassa.
Luotaus paljasti nimittäin aivan erilaisen vedenalaisen maaston kuin yhdeksän vuotta aiemmin.
Silloin 140 metrin syvyydessä oleva merenpohja näytti jokseenkin tasaiselta. Tällä kertaa aluetta hallitsi valtava kuoppa, joka oli 24 metriä syvä, 100 metriä leveä ja yli 200 metriä pitkä.
Satelliittipaikannustietojen mukaan kalifornialaisen Monterey Bay Aquarium -tutkimuslaitoksen (MBARI) alus sijaitsi siellä, missä sen pitikin. Merenpohja oli siis tällä välin muuttunut toisenlaiseksi.
Käytyään läpi koko tutkimusaineiston tutkijat totesivat, ettei kuoppa ollut ainoa muutos. Kanadan pohjoispuolella syväänmereen johtavasta rinteestä löydettiin syviä reikiä, outoja mäkiä ja laajoja maanvyörymiä.
Ikirouta on häviämässä
Sitä mukaa kuin maapallon keskilämpötila on noussut, ikiroudan (harmaa) alueen raja on siirtynyt mantereilla pohjoisemmaksi keskimäärin kilometrin vuodessa. Sulaminen aiheuttaa ongelmia, sillä kova maapohja pettää. Tutkimusaluksen (rasti) avulla on saatu selville, että myös merenpohjan ikijää (vaaleansininen) sulaa.
Merigeologi Charles K. Paullin johtama MBARI:n tutkimusryhmä on ensimmäisenä kartoittanut arktisella alueella merenpohjassa tapahtuneita muutoksia.
Ensisijaisena tavoitteena on ollut selvittää, kuinka ikijään sulaminen muuttaa merenpohjaa. Tutkimus valottaa kuitenkin myös sitä, millainen uhka Maan elämälle veden alla piilee.
Ikivanhaa jäätä
Kun maaperä pysyy jäässä vuoden ympäri, sen sanotaan olevan ikiroudassa. Ominaisuus juontuu viime jääkauden alusta noin 100 000 vuoden takaa, ja se on säilynyt arktisilla alueilla näihin päiviin asti – myös merenpohjassa.
Äkkiseltään voi vaikuttaa oudolta, että merenpohja on jäätynyt pysyvästi. Selitys löytyy veden lämpötilasta, joka on Pohjoisen jäämeren pohjan tuntumassa –1,4 astetta.
Suolainen vesi jäätyy matalammassa lämpötilassa kuin makea. Merenpohja onkin pysyvästi jäässä siksi, että sen sisältämä suolaton vesi jäätyy nolla-asteisena ja sen päällä on matalammassa lämpötilassa jäätyvää suolaista vettä.
–1,4-asteinen merenpohjan vesi pakastaa Pohjoisen jäämeren ikijäätä.
MBARI:n tutkijat luotasivat Beaufortinmeren pohjaa kaikuluotaimella, joka mittaa etäisyyksiä äänen avulla. Kun ääniaallot osuvat johonkin pintaan, ne heijastuvat takaisin. Kaikusignaali paljastaa, kuinka kaukana esimerkiksi sukellusvene tai merenpohja on.
Merenpohjan tutkimuksessa hyödynnettiin kaikuluotainta, joka lähettää leveän ääniaaltoviuhkan ja kartoittaa kerralla laajan alueen.
Koska vedensyvyys vaihteli 100:sta 200 metriin, kaikuluotauksen tarkkuus oli noin kaksi metriä. Vaikka mittausvirhe voi vaikuttaa suurelta, tulos on riittävän tarkka: kaikukuvista erottuvat selvästi merenpohjan muodot. Vertailemalla vuoden 2010 ja 2019 kuvia päästiin mittavien muutosten jäljille.
Erilaiset sukellusalukset ovat tutkineet merenpohjaa muun muassa kaikuluotaimilla ja paljastaneet suuria ikijään sulamisesta johtuvia muutoksia.
Kun tutkimuksia jatkettiin kauko-ohjauksisilla sukellusaluksilla, kävi ilmi, että merenpohjassa on tapahtunut kolme suurta muutosta.
Ensinnäkin merenpohjaan on syntynyt läpimitaltaan jopa satoja metrejä olevia kuoppia, jotka voivat olla 20 metriä syviä. Lisäksi sinne on ilmestynyt kummallisia mäkiä ja syviä juonteita, jotka ovat muodostuneet, kun maa on lähtenyt vyörymään syväänmereen johtavaa rinnettä pitkin.
Tutkimusaineiston valossa näyttää siltä, että merenpohjaa muovaa sulava ikijää. Vaikka helposti voisi luulla, että sulaminen johtuu meriveden lämpenemisestä, Charles K. Paull on kollegoineen toista mieltä.
Jää sulaa, koska pohjavesi, joka tulee merenpohjan alla 200 kilometrin päästä mantereelta, pysyy nestemäisenä. Vaikka pohjavesi on vain hieman jäätymislämpötilaa lämpimämpää, se sulattaa merenpohjan ikijäätä.
Kun ikijäätä häviää, merenpohja luhistuu paikoitellen. Näin siihen muodostuu valtavia, syviä kuoppia.
Muinainen vesi pehmentää pohjaa
Mantereiden ikirouta sulaa maapallon keskilämpötilan noustessa. Meressä ikijään säilymiseen vaikuttavat viime jääkaudelta juontuvat prosessit.
1. Malja on ollut jäässä 100 000 vuotta
Beaufortinmeren Kanadalle kuuluvassa osassa rannikon ja syvänmeren reunan välinen alue on muodoltaan maljamainen. Merenpohja koostuu muun muassa liejusta, joka on ollut jäässä viime jääkauden alusta eli ainakin viimeiset 100 000 vuotta.
2. Pohjavesi sulattaa itselleen tien
Mantereelta virtaa 200 kilometrin päästä pohjavettä maljan alla, kunnes se nousee sen sisään syvänmeren reunalla. Vesi on hieman jäätymislämpötilaa lämpimämpää, joten se sulattaa jäistä liejua, ennen kuin se jäätyy kohdatessaan noin –1,4-asteisen meriveden.
3. Pohjaan syntyy mäkiä ja kuoppia
Sinne, missä nouseva pohjavesi jäätyy, muodostuu pingoiksi kutsuttuja kukkuloita. Kun toisaalla merenpohjasta häviää sulamisen seurauksena ikijäätä, syntyy jopa 20 metriä syviä kuoppia. Sulanut lieju vyöryy rinnettä pitkin kohti syväämerta.
Samankaltainen prosessi esiintyy syväänmereen johtavassa rinteessä. Maasta tulee irtonaista, kun jää ei enää sido sitä, ja siksi syntyy vyörymiä.
Oudot mäet selittyvät puolestaan siitä, että makea pohjavesi kohtaa noustessaan merialtaaseen kylmän suolaisen veden ja jäätyy. Sama tapahtumasarja on mahdollinen myös mantereilla. Jääsydämen sisältäviä kukkuloita syntyy, kun pohjavesi nousee pintaan ikiroudan alueella ja jäätyy.
Pingoiksi kutsuttuja yleensä kartiomaisia jääkukkuloita on muun muassa Siperiassa ja Alaskassa. Ne erottuvat usein selvästi ympäristöstään. Suurimmat ovat korkeudeltaan yli 50 metriä ja läpimitaltaan monta kilometriä.
Sulaminen liettää maata
Merenpohjan pingot ilmeisesti lisääntyvät, mantereiden taas vähenevät. Kun kukkula häviää, jäljelle jää suppaa muistuttava vajoama. Pingojen sulamisen syynä pidetään maapallon keskilämpötilan nousua.
Ilmastontutkijat ovat paitsi ennustaneet myös todenneet, että arktinen alue lämpenee jopa neljä kertaa niin nopeasti kuin muut maanosat. Erityisesti talvet leudontuvat.
Puhutaan arktisesta vahvistumisesta. Se ilmenee esimerkiksi niin, että Pohjois-Siperian vuoden keskilämpötila on noussut viimeisten 25 vuoden ajan 0,2 astetta vuodessa ja on nykyään peräti viisi astetta korkeampi kuin 1990-luvun lopulla.
5 astetta on vuoden keskilämpötila noussut Pohjois-Siperiassa 20–25 vuodessa.
Lämpeneminen johtaa tietenkin ikiroudan sulamiseen. Ja seuraukset ovat vakavia.
Ikirouta sulaa ensin pinnasta. Ylin maakerros vettyy, mutta sulamisvesi ei pysty imeytymään. Siksi pintamaa muuttuu ikään kuin hyllyväksi suoksi.
Yhtenäinen, syvä routakerros tekee maaperästä tukevaa. Kun sulaminen etenee, maa ei enää pysty kannattamaan taloja, siltoja ja teitä.
Vaikka ikiroudan sulamisesta kärsivät välittömästi arktisen alueen asukkaat, se on myös globaali ongelma.
Ikiroudan alueille on sitoutunut runsaasti hiiltä. Bakteerit alkavat kuitenkin hajottaa kasvien jäännöksiä sulamisen jälkeen. Eloperäisen aineksen mädäntyessä hapettomissa olosuhteissa syntyy metaania.
Tutkijoiden mukaan ikiroudan sulaminen on maailmanlaajuista ilmastonmuutosta vahvistava positiivinen takaisinkytkentätekijä, sillä lämmön sulattaessa maassa olevaa jäätä vapautuu kasvihuonekaasuja. Koska nämä puolestaan nostavat lisää maapallon keskilämpötilaa, ikiroudan sulaminen kiihtyy. Näin syntyy itsestään jatkuva ja vaikeutuva tila, kierre.
Liejussa tikittää aikapommi
Ei tiedetä tarkalleen, paljonko kasvihuonekaasuja, kuten – hiilidioksidia (CO2) ja metaania (CH4) – mantereiden ikirouta pitää sisällään.
Vuonna 2018 julkaistussa YK:n ilmastopaneelin raportissa on kuitenkin arvioitu määrän vastaavan kaksinkertaista ilmakehän nykyistä CO2-pitoisuutta, joka on keskimäärin 410 ppm. Ppm on miljoonasosaa tarkoittava suhdeyksikkö. Toisin sanoen hiilidioksidin osuus ilmasta on nykyään noin 0,04 prosenttia.
Ikiroudan häviämisen myötä ilmakehä saisi tupla-annoksen hiilidioksidia (800 ppm), joten hiilidioksidin osuus ilmasta olisi lopulta 1 200 ppm ja Maan ilmasto lämpenisi villisti.
Ikiroudan sulaminen saa aikaan juopuneeksi metsäksi kutsutun ilmiön: puut kallistuvat ja kaatuvat, kun kasvualusta pettää.
Mantereiden ikiroudan häviäminen on kuitenkin pienempi uhka kuin merien ikijään sulaminen. Merenpohjassa piilee yli 100 000 vuotta vanhaa jäätä.
Monissa esiintymissä on kyse metaaniklatraateista eli -hydraateista. Ne ovat huokoista vesijäätä, joiden kiderakenteeseen on sitoutunut kaasua.
Metaaniklatraatti sisältää nimensä mukaisesti enimmäkseen metaania, joka on hiilidioksidia selvästi voimakkaampi kasvihuonekaasu. Sadan vuoden aikajänteellä metaanin mahdollinen kasvihuonevaikutus on itse asiassa 27–30 kertaa niin suuri kuin hiilidioksidin.
Vaikka vain pieni osa tutkijoista pelkää, että sulavista metaaniklatraateista vapautuu valtavasti kaasua, muun muassa ruotsalaisissa ja venäläisissä tutkimuksissa on saatu näyttöä siitä, että metaania on jo alkanut nousta sulavasta merenpohjasta.
Beaufortinmerellä tehdyn kartoituksen ansiosta nyt tiedetään, että Pohjoisen jäämeren pohjassa oleva ikijää on sulamassa.
Tutkimuksia aiotaan jatkaa siitä huolimatta, ettei 100 000 vuotta sitten alkaneen kehityskulun suuntaa voida ohjata. Tavoitteena on selvittää, kuinka lähellä ikijään häviäminen on.