Jääkausi on peruttu

Mittauksien mukaan Auringon aktiivisuus on heikkenemässä. 1600-luvulla ilmiö osui samaan aikaan pikku jääkauden kanssa. Nyt sellaista on turha odottaa. Ilmastonmuutos saattaa peruuttaa myös varsinaisen jääkauden.

Mittauksien mukaan Auringon aktiivisuus on heikkenemässä. 1600-luvulla ilmiö osui samaan aikaan pikku jääkauden kanssa. Nyt sellaista on turha odottaa. Ilmastonmuutos saattaa peruuttaa myös varsinaisen jääkauden.

Claus Lunau

Viimeisin varsinainen jääkausi päättyi noin 10 000 vuotta sitten. Sen aikana Suomi ja koko Skandinavia olivat paikoin jopa kolme kilometriä paksun jään peitossa. Sen jälkeen ilmasto on enimmäkseen pysynyt leutona. Nykyään huolena ei niinkään ole kylmyys kuin ilmaston kiihtyvä lämpeneminen. Monien mielestä viime talvi ei ollut talvi ollenkaan.

Edessä pitäisi silti periaatteessa olla kylmät ajat.

Pikku jääkauden aikana Lontoossa pidettiin markkinoita Thamesin jäällä.

© Getty Images

Tutkijoiden mittausten mukaan Aurinko on siirtymässä vaiheeseen, jossa sen aktiivisuus laskee. Silloin myös Maahan tulevan säteilyenergian määrä laskee.

Kun Aurinko viimeksi oli tällaisessa vaiheessa, pohjoista pallonpuoliskoa koetteli niin sanottu pikku jääkausi. Se aiheutti kovia talvia ja katovuosia.

Vaikka tutkijat ovat eri mieltä siitä, mitkä kaikki tekijät pikku jääkauden syntyyn vaikuttivat, on silti iso kysymys, mitä seurauksia Auringon aktiivisuuden vähentymisellä voi olla maapallolle.

Jäätiköt kasvavat

Maapallon ilmasto on täysin riippuvainen Auringosta. Maan sisuksissa syntyvän lämmön osuus pinnalle tulevasta lämmöstä on vain 0,03 prosenttia, ja 99,97 prosenttia on peräisin auringonsäteilystä.

Auringosta tulevan säteilyenergian vaihteluilla voi olla mullistavia seurauksia. Esimerkki niistä ovat jääkaudet, joita maapallo on kokenut toistuvasti viimeksi kuluneiden 2,6 miljoonan vuoden aikana.

Jääkauden aikana Grönlannin ja Antarktiksen mannerjäätiköt kasvavat. Lisäksi uusia jäätiköitä syntyy Skandinaviaan, Siperiaan ja Pohjois-Amerikkaan.

Mannerjäätiköistä kasvaa myös kilometrien pituisia kielekkeitä, jotka muovaavat maaperää ja karkottavat monet eläin- ja kasvilajit lämpimämmille seuduille.

Monet Pohjoismaidenkin lajit ovat talvehtineet jääkauden yli Alppien eteläpuolella.

Jääkausia on koettu 2,6 miljoonan viime vuoden aikana monta kertaa. Aluksi ne olivat lyhyitä ja niitä tuli 40 000 vuoden välein. Noin 800 000 vuotta sitten tahti muuttui. Jääkausi kestikin yli 100 000 vuotta, ja jäätikkö peitti ison osan Pohjois-Eurooppaa.

© shutterstock & Lotte Fredslund

500 000–337 000 vuotta sitten: Elster-jääkausi toi jäät pitkälle etelään

Kylmä kausi oli kaksiosainen, ja se päättyi Holstein-lämpökauteen. Elster-jääkauden kylmin vaihe oli 425 000 vuotta sitten (käyrän huippu). Silloin mannerjää ulottui Keski-Saksaan asti.

© shutterstock & Lotte Fredslund

300 000–130 000 vuotta sitten: Saale-jääkausi peitti Suomen mannerjäätiköllä

Mannerjäätikkö peitti alleen koko Suomen ja muut Pohjoismaat. Länsi-Euroopassa jää ulottui Alankomaihin ja Saksaan. Idässä jää peitti isoja osia Venäjästä.

© shutterstock & Lotte Fredslund

115 000–11 500 vuotta sitten: Veiksel-jääkausi oli viimeisin

Veiksel-jääkausi päättyi nyt meneillään olevaan lämpökauteen holoseeniin. Veikselin kylmin jakso oli noin 20 000 vuotta sitten. Silloinkin Suomi oli jään peitossa.

Suurten jääkausien jäljet löydettiin 1800-luvun puolivälissä, ja siitä lähtien niille on etsitty selitystä. Ensimmäisen teorian esitti itseoppinut skotlantilainen fyysikko James Croll.

Sen mukaan maapallon lämpötilan vaihtelu ja jäiden leviäminen ja kutistuminen johtuivat auringonvalon määrän jaksollisesta vaihtelusta.

Croll esitti, että poikkeuksellisen kylmien talvien jakso käynnistää jääkauden, joka sitten voimistaa itse itseään. Yksi jääkautta voimistava tekijä oli Crollin mukaan lumipeite.

Lumi heijastaa pois auringonsäteilyä, ja pitkän kylmän talven jälkeen lumipeite pysyy maassa pitkälle kevääseen. Näin ilmasto viilenee vuosi vuodelta.

Myöhemmät tutkimukset ovat osoittaneet, että Croll osui pääosin oikeaan jääkausien perussyyn osalta. Teoriaa on jouduttu korjaamaan ja täydentämään vain hieman.

Jääkausien taustalla on kolme ilmiötä, jotka vaikuttavat Maan kiertorataan ja pyörimisliikkeeseen.

Yhdessä niistä syntyvät niin sanotut Milankovicin jaksot, joiden mukaan eri kohtiin maapalloa eri vuodenaikoina osuvan auringonsäteilyn määrä vaihtelee.

Tosin poikkeuksellisen kylmien talvien esiintymisellä ei ole ratkaisevaa merkitystä jääkausien synnylle.

Sen sijaan useimmat tutkimukset viittaavat siihen, että jääkaudet osuvat ajanjaksoille, jolloin 65. leveyspiirin seudut saavat kesällä poikkeuksellisen vähän auringonsäteilyä.

Auringon aktiivisuus vaihtelee

Viimeisin jääkausi oli niin sanottu Veiksel-jääkausi. Se päättyi noin 11 500 vuotta sitten. Tutkijat eivät tarkkaan tiedä, miten monta jääkautta sitä ennen on ollut, mutta niitä on toista kymmentä.

Noin 800 000 viime vuotta jääkausien ja lämpökausien esiintyminen on ollut melko säännöllistä. Jääkaudet ovat kestäneet noin 100 000 vuotta, ja niiden välissä on ollut 10 000–20 000 vuotta kestäviä lämpökausia. Nyt meneillään olevaa lämpökautta kutsutaan holoseeniksi.

Lämpökausien sisälläkin on kuitenkin esiintynyt viileitä jaksoja, niin sanottuja pikku jääkausia, jotka ovat kestäneet muutamasta vuosikymmenestä satoihin vuosiin. Näiden viileidenkin kausien selitystä on etsitty Auringosta.

Auringonpilkkuja syntyy, kun voimakas magneettikenttä läpäisee Auringon pinnan. Magneettikenttä estää kuuman plasman pääsyn pinnalle, ja kun pinta jäähtyy, se tummuu. Pilkkuja esiintyy noin 11 vuoden jaksoissa.

© Claus Lunau

Rauhallinen magneettikenttä ei tuota pilkkuja

Auringonpilkkujakson alussa Auringon magneettikenttä muistuttaa Maan magneettikenttää. Magneettikentän navat ovat lähellä maantieteellisiä napoja, Aurinko on rauhallinen, eikä pinnalla ole auringonpilkkuja.

© Claus Lunau

Eritahtinen pyöriminen vääntää voimaviivoja

Auringon magneettikentän voimaviivat lukittuvat konvektiovyöhykkeeseen, jossa virtaa lämpöä kohti pintaa. Koska Auringon eri osat pyörivät eri nopeudella, konvektiovyöhyke alkaa vääntää voimaviivoja.

© Claus Lunau

Magneettisilmukka puhkaisee Auringon pinnan

Voimaviivat kiertyvät silmukalle. Syntyy mutkikas magneettikenttärakenne, jossa voimaviivat kulkevat lähellä toisiaan ja magneettisia napoja on useita. Voimaviivasilmukka puhkaisee myös Auringon pinnan.

© Claus Lunau

Pintaan syntyy tummia pilkkuja

Magneettiset silmukat estävät lämmön nousun Auringon sisuksista pintaan. Tällöin pintaan syntyy alue, joka on ympäristöään viileämpi ja erottuu siksi tummana. Kun auringonpilkkuja esiintyy poikkeuksellisen paljon, myös Auringon ultraviolettisäteilyn määrä kasvaa.

Vuosina 1645–1715 Auringon aktiivisuus oli poikkeuksellisen pieni, mikä ilmeni niin, että auringonpilkkuja eli magneettikentän aiheuttamia läikkiä Auringon pinnassa ei esiintynyt juuri lainkaan.

Tätä kautta kutsutaan Maunderin minimiksi. Saksalainen tähtitieteilijä Gustav Spörer tutki 1700-luvun lopulla vanhoja muistiinpanoja ja huomasi niistä, että vuosina 1672–1700 oli havaittu yhteensä vain 50 auringonpilkkua. Normaalisti vastaavana ajanjaksona esiintyy 40 000–50 000 auringonpilkkua.

Samoihin aikoihin Maunderin minimin aikaan osui poikkeuksellisen kylmä jakso, jolloin talvet olivat Pohjois-Euroopassakin äärimmäisen kovia.

Sveitsin tiedeakatemian rahoittaman PAGES 2k -tutkimushankkeen mukaan maapallon ilmasto viileni Maunderin minimin aikana 0,4 astetta.

© Claus Lunau

Auringon aktiivisuus heikkenee

Auringonpilkkujen määrä heijastaa Auringon aktiivisuutta. Ns. pienen jääkauden kylmimpään aikaan pilkkuja oli poikkeuksellisen vähän. Nyt Auringon aktiivisuus taas laskee, mutta jääkautta tuskin on tulossa.

Auringonpilkut katosivat kokonaan

Pikku jääkauden kylmimpään aikaan esimerkiksi Hollannissa meri oli jäässä vielä 30 kilometrin päässä rannikosta.

Thames jäätyi Lontoossa

Pikku jääkauden lopulla keskilämpötila laski asteen. Thamesin jäällä Lontoossa pidettiin talvimarkkinoita.

Auringon aktiivisuus laskee taas

Mittausten mukaan nyt on alkamassa uusi tavallista alhaisemman Auringon aktiivisuuden kausi.

Paikoin Euroopassa lämpötila laski peräti 1,5 astetta. Näin kävi muun muassa Alpeilla, missä jäätiköt kasvoivat.

Muualla muutoin läpi vuoden sulana pysyvät joet jäätyivät, ja katovuodet seurasivat toisiaan. Viilenemiseen vaikuttivat myös isot tulivuorenpurkaukset, mutta samaan aikaan myös Maahan tulevan auringonsäteilyn määrä väheni.

Yhdysvaltalaisen Coloradon yliopiston tutkimuksen mukaan Maunderin minimin aikaan Auringosta tulevan säteilyenergian määrä oli noin 1 360,25 wattia neliömetriä kohti. 1900-luvulla säteilyn keskiarvo oli 1 361,5 wattia neliömetriä kohti.

Nasan Ames-tutkimuskeskuksen astrofyysikko Irina Kitiashvili tutkii Auringon magneettikentän muutoksia. Hän on analysoinut muutoksia vuosilta 1976–2019 ja laatinut niistä niin sanotun magnetohydrodynaamisen mallin.

Se kertoo, miten sähköä johtavat kaasut ja nesteet käyttäytyvät magneettikentässä. Sen avulla voidaan ennustaa auringonpilkkujen esiintymistä.

Auringonpilkkujen määrä vaihtelee noin 11 vuoden jaksoissa. Tunnetut jaksot on numeroitu. Nyt on meneillään jakso numero 24. Se alkoi vuonna 2008 ja jatkuu vuoteen 2020.

Kitiashvilin malli on ennustanut jakson 24 aivan täsmälleen, ja siksi se on herättänyt tutkijoissa suurta mielenkiintoa. Hänen mallinsa mukaan jaksossa 25 esiintyy vähiten auringonpilkkuja 200 vuoteen.

Jaksossa 25 on puolet vähemmän auringonpilkkuja kuin jaksossa 24, jossa puolestaan oli puolet vähemmän auringonpilkkuja kuin jaksoissa 21 ja 22 eli vuosina 1976–1996.

Auringon aktiivisuuden väheneminen ei kuitenkaan näy lämpötilassa. Maapallo on kuumempi kuin koskaan sinä aikana, kun mittauksia on tehty.

Kylmä ja kuuma vääntävät kättä

Maapalloa lämmittää ilmastonmuutos, jota kiihdyttävät ihmisen tuottamat päästöt. Hiilidioksidin määrä ilmakehässä on kasvanut 45 prosenttia sen jälkeen, kun teollistuminen alkoi kiihtyä 1800-luvun puolivälissä.

Samaan aikaan vielä voimakkaamman kasvihuonekaasun metaanin pitoisuus ilmakehässä on lisääntynyt 150 prosenttia.

Kasvihuonekaasut lämmittävät maapalloa hyvin tehokkaasti estämällä lämpöä haihtumasta avaruuteen. Ilman kasvihuonekaasuja maapallon keskilämpötila olisi 18 astetta pakkasen puolella. Nyt se on 15 astetta plussan puolella.

Vähäisen aktiivisuuden kausina Auringon kaltaisten tähtien säteilyenergian määrä laskee 5,5–8,4 prosenttia. Laskua on havaittu lähinnä ultraviolettisäteilyn aallonpituuksilla.

© SDO/NASA

Vuonna 2017 kolme Kalifornian yliopiston tutkijaa selvitti 33:n Auringon kaltaisen tähden säteilyä. Tavoitteena oli tutkia niiden säteilymäärän vaihteluita.

Tutkimus osoitti, että Maunderin minimin kaltaisen vähäaktiivisen jakson aikana vähenee käytännössä ainoastaan tähden ultraviolettisäteily.

Kaikkiaan 33 tähdestä saatujen tietojen pohjalta tutkijat arvioivat, että ultraviolettisäteily vähenee 5,5–8,4 prosenttia. Siitä on laskettu, että Maunderin minimin viilentävä vaikutus Maassa oli enintään 0,5 astetta.

Australialaisessa Monash-yliopistossa toimiva Michael Brown on tutkinut kylmien ja lämpimien kausien vaihtelua lähemmin.

Hän on tullut siihen tulokseen, että vaikka Maunderin minimi toistuisi sellaisenaan, maapallon keskilämpötila ei laskisi.

Syynä on nimenomaan ilmastonmuutos, joka on nostanut maapallon lämpötilaa jo asteella vuoden 1850 jälkeen.

"Hiilidioksidi­päästöt lämmittävät ilmastoa niin, että jääkautta ei tule ainakaan 100 000 vuoteen." Michael Sandstrom, paleoklimatologi

Kansainvälisen energiajärjestön mukaan maailman energian kulutus kasvoi 2,3 prosenttia vuodesta 2017 vuoteen 2018. Kasvu katettiin suurimmalta osin fossiilisilla polttoaineilla.

Ei siis ole nähtävissä, että ilmaston lämpeneminen hidastuisi.

Uusi jääkausi saa odottaa

Seuraava varsinainen jääkausi on odotettavissa aikaisintaan 1 500 vuoden kuluttua. Silloin edessä ei ole muutaman vuosikymmenen viileä jakso vaan kymmeniätuhansia vuosia kestävä vaihe, jolloin maapallon keskilämpötila on ainakin viisi astetta kylmempi kuin nyt.

Menneiden jääkausien kaltaisia jäämassoja ei kuitenkaan välttämättä enää nähdä. Näin arvelee ainakin yhdysvaltalaisen Columbia-yliopiston ilmastotutkija Michael Sandstrom, joka on selvittänyt ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksia menneinä jää- ja lämpökausina.

Jotta jääkausi on voi syntyä, hiilidioksidin määrän ilmakehässä on laskettava noin 170 miljoonasosaan (ppm) eli ilmassa pitää olla 170 hiilidioksidimolekyyliä miljoonaa ilmamolekyyliä kohti.

Nykyisen kaltaisen lämpökauden synty taas edellyttää vähintään 228 ppm:n hiilidioksidipitoisuutta.

Ennen teollistumisen alkua 1800-luvulla ilmakehän hiilidioksidipitoisuus oli juuri 280 ppm. Nyt se on 410 ppm.

Nyt se on 410 ppm. Viimeksi maapallo on kokenut vastaavanlaisen lämpenemisen 56 miljoonaa vuotta sitten, jolloin oli niin sanottu paleoseenin-eoseenin lämpöhuippu.

Silloin maapallo lämpeni 10 000 vuodessa 5–8 astetta, kun vedenalaiset tulivuorenpurkaukset sulattivat merenpohjassa olevat metaanijääesiintymät ja vapauttivat metaanin ilmakehään.

Metaanipurkauksien päättymisen jälkeen kesti 170 000 vuotta ennen kuin lämpötila palasi ennalleen.

Hidas viilentyminen johtuu siitä, että hiilidioksidin poistuminen ilmakehästä kestää kauan. Lisäksi monet lämpenemisen käynnistävät reaktiot kulkevat nopeammin eteen- kuin taaksepäin.

Esimerkiksi Grönlannin ja Antarktiksen mannerjäätiköt sulavat paljon nopeammin kuin uutta jäätä muodostuu. Jään sulaminen myös vahvistaa itse itseään.

© Shutterstock

Jään ja lumen alta paljastuva tumma maa sitoo enemmän auringonsäteilyä kuin jää ja lumi. Sula maa siis lämpenee ja kiihdyttää jään sulamista entisestään.

Aurinko voi antaa meille lisäaikaa

Ilmastonmuutos ei siis pelkästään lämmitä maapalloa, vaan se voi myös sotkea jääkausien ja lämpökausien vaihtelun.

Video: Kuinka paljon jään pitää sulaa ennen kuin kotisi jää veden alle?

Toisaalta lämpökausien vaihtelu voi vielä olla planeetan pelastus. Jos Irina Kitiashvilin malli pitää paikkansa ja Auringon aktiivisuus vähenee, se voi kumota hiilidioksidipäästöjen vaikutusta jonkin verran.

Silloin ilmastonmuutos voisi hidastua sen verran, että ihmiskunta ehtii siirtyä fossiilisista polttoaineista ilmastoystävälliseen energiaan ja kehittää uutta vähäpäästöistä tekniikkaa esimerkiksi teräksen ja betonin valmistukseen, joka nykyään kuormittaa ilmastoa valtavilla hiilidioksidipäästöillä.

Käänteellä on silti kiire, sillä Auringon vähäaktiivinen jakso ei kestä kauan.