Merivirrat patteri jää

Makean veden ryöppy uhkaa pakastaa Euroopan

Viimeaikaisten tutkimusten mukaan Grönlannin mannerjäätikön nopea sulaminen voi pysäyttää Atlantin lämpimät virtaukset. Jos näin tapahtuu, Pohjolan ilmasto kylmenee.

Viimeaikaisten tutkimusten mukaan Grönlannin mannerjäätikön nopea sulaminen voi pysäyttää Atlantin lämpimät virtaukset. Jos näin tapahtuu, Pohjolan ilmasto kylmenee.

Shutterstock

Kun sammuttaa kellarissa kiertovesipumpun, asunnon lämpöpatterit jäähtyvät nopasti. Sama periaate pätee siihen pumppuun, joka kierrättää valtavaa merivesimassaa Atlantissa ja Golfvirran kautta siirtää lämpöä etelästä pohjoiseen – Britteinsaarten ohi Jäämerelle asti.

Golfvirran ansiosta talvet ovat Luoteis-Euroopassa Suomea myöten leudompia kuin Kanadassa valtameren toisella puolella.

Grönlannin mannerjäätikön makea sulamisvesi uhkaa kuitenkin tehdä lopun lämmityksestä.

Kööpenhaminan yliopiston tutkijoiden tuoreiden laskelmien mukaan nopeasti kasvava makean veden määrä Grönlannin ja Islannin välisellä merialueella voi jo muutamassa vuosikymmenessä saada Golfvirran pumpun katkomaan niin pahasti, että seurauksena on raju ilmastonmuutos.

Golfvirran lämpöisessä syleilyssä

Valtameret yhdistyvät toisiinsa valtavana hihnakuljettimena toimivilla merivirroilla, jotka kiemurtelevat maapallon ympäri. Hihnakuljettimen yksi haara on Golfvirta, joka lähtee Meksikonlahdelta kulkemaan kohti Atlantin pohjoisosia.

Merivirta lämmittää Pohjois-Eurooppaa

Golfvirta on voimakas, lämmin pintavirta, joka kulkee Yhdysvaltojen itärannikolta pohjoiseen. Matkalla pinnasta haihtuu vettä ja säteilee lämpöä, ja tuulet tuovat kosteutta ja lämpöä Eurooppaan.

Golfvirta menettää lämpöä sitä mukaa kuin se kulkee kohti Jäämerta. Tästä syystä vesi jäähtyy, ja lisäksi siitä tulee suolaisempaa ja raskaampaa. Grönlannin ja Islannin välisellä merialueella raskas pintavesi painuu kahden kolmen kilometrin syvyyteen.

Vajoamista voidaan verrata kiertovesipumppuun, joka työntää etelään suuntautuvan pohjavirran Antarktikseen asti. Siellä vesi palaa pintaan ja alkaa virrata taas kohti pohjoista.

Viime vuosikymmeninä pumppu on alkanut katkoa, sillä maapallon ilmaston lämmetessä Grönlannin mannerjäätikön sulaminen on kiihtynyt ja Pohjois-Atlanttiin purkautuvan makean sulamisveden määrä on kasvanut. Suolaton vesi on kevyempää kuin Golfvirran kylmä, suolainen vesi, ja niiden sekoittumisesta seuraa, että merivirta ei enää vajoa pohjaan, vaan se jää pintaan.

532 miljardia tonnia makeaa vettä suli vuonna 2019 Grönlannin jääpeitteestä.

Lämpeneminen voi siten vaarantaa valtamerien hihnakuljettimen toiminnan. Kun makean veden määrä kasvaa Grönlannin ympärillä, virtoja pyörittävä pumppu saattaa sammua.

Sulaminen on kiihtynyt

Vuosituhannen vaihteeseen asti Grönlannin jääpeite pysyi jokseenkin tasapainossa, sillä sademäärä oli käytännössä yhtä suuri kuin sulamisveden määrä ja mereen lohjenneiden jäävuorien tilavuus.

Vuosittain massaa hävisi 1990-luvun loppupuolella 28 miljardia tonnia, mutta viime aikoina sulamisvettä on arvioitu valuvan mereen 250–300 miljardin tonnin vuosivauhtia. Vuoden 2019 massahäviöksi määritettiin kuitenkin ennätykselliset 532 miljardia tonnia.

Atlanttiin virtaa joka päivä miljoonia litroja kristallinkirkasta makeaa vettä, joka häiritsee merivirtoja pyörittävän kiertovesipumpun toimintaa.

© Ian Joughin/Ritzau Scanpix

Ilmastontutkija Sebastian Mernild Etelä-Tanskan yliopistosta arvioi, että Grönlannin mannerjäätikkö saavuttaa 2040-luvulla kriittisen pisteen, josta alkaa vuosisatoja jatkuva jään väheneminen. Mernild on YK:n ilmastopaneelin, IPCC:n, seuraavan tätä aihetta koskevan raportin päälaatija.

Jos Grönlannin mannerjäätikkö ohittaa kriittisen pisteen, Pohjois-Atlanttiin valuvan makean veden määrä kasvaa kasvamistaan. Siitä seuraa, että veden vajoamisen ja samalla merivirtoja ylläpitävän pumpun aikaansaava tapahtumasarja häiriintyy.

Merivirtojen pysähtymisellä olisi vakavia seurauksia kummallakin puolella Atlanttia.

Luoteis-Euroopan talvista tulisi keskimäärin jopa kolme astetta kylmempiä, ja voimakkaat talvimyrskyt yleistyisivät. Viileneminen olisi voimakkainta Fennoskandian pohjoisosissa – jopa yli kymmenen astetta.

17 miljoonaa kuutiometriä vettä sekunnissa kuljettavat Atlantin suuret merivirrat.

Amerikan puolella, Yhdysvaltojen itärannikolla, järjestelmän luhistuminen nostaisi merenpinnan tasoa 15–20 senttiä ja lisäisi tuhotulvia, sillä Golfvirta ei enää ohjaisi suuria vesimassoja kohti avomerta.

Verkosto valvoo virtoja

Atlantin merivirrat kuljettavat noin 17 miljoonaa kuutiometriä vettä sekunnissa ja siirtävät 1,3 tuhatta biljoonaa wattia lämpöenergiaa. Energiamäärä on 200 kertaa niin suuri kuin maailman kaikkien voimalaitosten yhteisteho.

Järjestelmän luhistumisen vakavat seuraukset ovat saaneet ilmastontutkijat rakentamaan viimeisten 20 vuoden aikana kolme mittausasemaverkkoa Atlantin alueelle. Ne tarkkailevat sekä kylmiä pohjavirtoja että lämpimiä pintavirtoja.

Atlanttia valvotaan kolmella verkolla, jotka koostuvat merenpohjaan ankkuroiduista luotaimista. Luotaimet on varustettu jatkuvasti merivirtojen kuljettaman veden määrää ja nopeutta havainnoivilla laitteilla.

Zeestromen netwerk monitoring
© Claus Lunau

1. Koko Atlantti valvonnassa

SAMOC-verkko ulottuu Etelä-Amerikasta Etelä-Afrikkaan, Rapid-verkko Floridasta Kanariansaarille ja OSNAP-verkko Kanadasta Grönlannin eteläkärjen kautta Skotlantiin.

Zeestromen netwerk OSNAP
© Claus Lunau

2. Pohjoisverkko seuraa pumppua

OSNAP mittaa merivirtojen takana olevana pumppuna toimivaa raskaan, suolaisen veden vajoamista Pohjois-Atlantilla. Pumppu menettää jatkuvasti tehoaan, ja mittausten toivotaan paljastavan, onko järjestelmä luhistumassa.

Zeestromen netwerk sonde
© Claus Lunau

3. Poijut rekisteröivät koko vesipatsaan

Luotaimet ovat ikään kuin vedessä huojuvia poijuja. Niissä olevat laitteet mittaavat eri syvyyksissä paitsi merivirtojen voimakkuutta ja suuntaa myös veden tiheyttä, suolapitoisuutta ja lämpötilaa.

Verkot koostuvat vedessä pystyssä pysyvistä poijuista, jotka on ankkuroitu merenpohjaan. Laitteet tekevät mittauksia eri syvyyksissä, joten niillä voidaan havainnoida sekä kylmiä pohjavirtoja että lämpimiä pintavirtoja, kuten Golfvirtaa.

OSNAP-verkko on avainasemassa, sillä se antaa tietoa Islannin ja Labradorinmeren välisestä kylmän veden vajoamisalueesta, joka työntää kiertovesipumppuna syviä merivirtoja kohti etelää.

Yhdessä aiempien mittausten kanssa tuoreet havainnot tukevat käsitystä, että merivirrat ovat heikentyneet 15 prosenttia vuoden 1950 jälkeen.

Kyse on kuitenkin vain keskiarvosta. Virtojen voimakkuus voi vaihdella selvästi vuosien ja vuosikymmenien aikana.

Esimerkiksi vuonna 2009 todettiin 30 prosentin heikkeneminen. Siksi Pohjois-Atlantille siirtyi melkein 200 biljoonaa wattia vähemmän lämpöenergiaa. Muutos vastaa yli 100 000 suuren voimalaitoksen energiantuotantoa. Seurauksena oli harvinaisen ankara talvi Euroopassa.

Merivirrat OSNAP verkko

OSNAP-verkon luotaimet nostetaan merenpohjasta mittaustulosten lukemista varten.

© OSNAP

Jotta äkilliset, luonnolliset vaihtelut erotetaan pitkäaikaisesta kehityksestä, jonka taustalla on ihmisen aikaansaama ilmaston lämpeneminen, tarvitaan informaatiota satojen vuosien ajalta.

Hiljattain ilmastofysiikasta väitelleen saksalaisen Levke Caesarin johtama kansainvälinen tutkimusryhmä on etsinyt sitä monenmoisista luonnon arkistoista.

Golfvirta on historiallisen heikko

Tärkein merivirtojen menneisyyttä koskeva tietolähde on merenpohjan porausnäytteet. Kairaussydämissä on silttiä eli savea karkeampaa mutta hietaa hienompaa kivennäismaalajia, jota merivirroista häviää matkalla.

Silloin, kun virrat ovat voimakkaita, ainoastaan suurehkot hiukkaset kerrostuvat, sillä pienehköt hiukkaset pyörteilevät virtauksen mukana. Kun virta on heikko, myös pienet hiukkaset vajoavat pohjaan. Analysoimalla kairaussydämen isojen ja pienten hiukkasten suhde päästään jyvälle siitä, kuinka voimakas merivirta on menneisyydessä ollut.

Merivirrat porausnäyte

Kairaussydämet paljastavat merivirtojen voimakkuuden menneisyydessä. Voimakkaasta virrasta häviää pelkästään isoja silttihiukkasia. Pieniä hiukkasia (harmaa) vajoaa pohjaan taas vain silloin, kun virta on heikko.

Kairaussydämet kertovat myös siitä, kuinka lämmintä pintavesi on aikoinaan ollut. Tutkimuskohteena ovat näytteiden sisältämät mikroskooppisen pienet kalkkikuoriset eläimet, jotka vajoavat kuoltuaan pohjaan. Osa lajeista viihtyy lämpimässä merivedessä, osa taas on sopeutunut kylmään veteen. Analysoimalla näytesarjassa esiintyvä lajikirjo päästään perille siitä, kuinka veden lämpötila on vaihdellut eri aikoina.

Tutkimusryhmä on hyödyntänyt muitakin ilmastoarkistoja, kuten Grönlannin jääpeitteestä otettuja porausnäytteitä ja vuosirengassarjoja, jotka paljastavat, paljonko merenpinnasta on haihtunut vettä ja kuinka lämmintä ilma on ollut Atlantin alueella.

Eri lähteistä peräisin olevia tietoja toisiinsa yhdistämällä on saatu tarkka kuva siitä, kuinka merivirtojen voimakkuus on vaihdellut 400-luvulta näihin päiviin asti.

15 prosenttia ovat heikentyneet merivirrat viimeisten 70 vuoden aikana.

Altantin vedenkierto sujui 1800-luvun puoliväliin saakka kuin voideltuna. Silloin päättyi pieneksi jääkaudeksi kutsuttu viileä ajanjakso, ja sitä seurannut lämpeneminen johti Grönlannin mannerjäätikön ja muiden pohjoisen pallonpuoliskon jäätiköiden hupenemiseen.

Jatkuvasti enemmän sulamisvettä päätyi Grönlannin ja Islannin lähellä sijaitsevalle vajoamisalueelle, mikä alkoi vaikuttaa haitallisesti merivirtoja kierrättävään pumppuun.

Vuoden 1950 jälkeen ja etenkin vuodesta 2005 eteenpäin mannerjäätikön kiihtyvä sulaminen on pienentänyt merkittävästi pumpun tehoa, ja se on nyt heikoimmillaan 1 600 vuoteen.

Levke Caesarin käsityksen mukaan merivirrat voivat heikentyä vielä 34–45 prosenttia vuoteen 2100 mennessä siinä tapauksessa, että ihmisen aiheuttamat kasvihuonekaasupäästöt eivät pienene.

Caesar pitää todennäköisenä, että meriveden kiertojärjestelmä ajautuu jo lähimpien vuosisatojen kuluessa hyvin lähelle kriittistä pistettä, jonka ohittaminen voi tarkoittaa Golfvirran täydellistä pysähtymistä.

Pikatie ilmastokatastrofiin

Kööpenhaminan yliopiston ilmastofysiikan tutkijat Johannes Lohmann ja Peter Ditlevsen ovat mallintaneet kiertovesipumpun pysäyttävän tapahtumasarjan ja selvittäneet näin, paljonko Grönlannin mannerjäätikön pitää sulaa, jotta Golfvirta pysähtyy.

Tuoreen tutkimuksen mukaan nopeat ja voimakkaat sulamisvesiryöpyt Grönlannin mannerjäätiköltä voivat muutamassa vuosikymmenessä sammuttaa pumpun, joka liikuttaa vettä Pohjois-Atlantilla.

© Claus Lunau

1. Vanha malli: hidas sulaminen johtaa tuhoon

Tanskalaistutkijat ovat määrittäneet, paljonko sulamisvettä pitää tulla, jotta Atlantin suurten merivirtojen takana oleva pumppu sammuu, kun Grönlannin mannerjäätikön sulaminen kiihtyy hitaasti yli 300 vuotta. Merivirrat heikkenevät, kunnes sulamiskaudella mereen valuu yli 230 000 kuutiometriä makeaa vettä sekunnissa. Silloin pumppu lakkaa toimimasta.

© Claus Lunau

2. Uusi malli: nopea sulaminen antaa kuoliniskun

Sitten tutkijat selvittivät, mitä tapahtuu, kun sulaminen etenee äkillisinä nykäyksinä. Tulokseksi tuli, että mitä nopeammin mereen valuvan veden määrä kasvaa, sitä pienempi vesimäärä johtaa kriittisen pisteen ohittamiseen. Äkillinen, suhteellisen pieni makean veden ryöppy voi toisin sanoen estää Golfvirran vajoamisen muutamassa vuosikymmenessä.

Kun mallissa lisättiin hitaasti sulamisveden määrää 300 vuoden ajan, kriittisen pisteen ylitti kesäkuukausina 230 000 kuutiometriä sekunnissa. Kun valuntaa suurennettiin, Golfvirta lakkasi kokonaan vajoamasta Grönlannin ja Islannin välillä.

Seuraavaksi jäljiteltiin tapahtumasarjaa, jossa makean veden määrä kasvoi vajoamisalueella nopeammin mutta makeaa vettä valui sinne vähemmän kuin kriittiseksi rajaksi määritetty 230 000 kuutiometriä sekunnissa.

Vastoin kaikkia odotuksia kävi ilmi, että pienempikin sulamisvesimäärä voi pysäyttää merivirrat, jos ryöppy on raju 10–150 vuotta. Mitä nopeammin jäätikkö suli mallissa, sitä pienempi sulamisvesimäärä sai merivirtoja pyörittävän pumpun sammumaan.

230 000 litraa makeaa vettä sekunnissa saa Grönlannin lähellä toimivan kiertovesipumpun sammumaan.
Johannes Lohmann og Peter Ditlevsens

Johannes Lohmannin ja Peter Ditlevsenin tekemät mallinnukset osoittavat, että mannerjäätiköltä tuleva äkillinen sulamisvesiryöppy voi pysäyttää Golfvirran.

© Ola Jakup Joensen/NBI

Toivottavasti ei saada koskaan tietää, pitävätkö Lohmannin ja Ditlevsenin mallit kutinsa. Paras keino minimoida Golfvirran pysähtymisriski on pienentää pian rajusti ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöjä.

Lähitulevaisuudessa on myös tärkeää seurata kolmella Atlantin havaintoverkolla kehitystä, jotta tutkijoilla on käytössään entistä luotettavampaa tietoa merivirtojen voimakkuuden vaihtelusta pitkällä aikavälillä.

Mittaukset parantavat mahdollisuuksia määrittää, kuinka nopea ja mittava jään sulaminen johtaa Atlantin kiertovesipumpun sammumiseen.