Maapallon lämmön­säätely toimii lopulta, mutta se ei ehdi hillitä ihmisen aiheuttamaa lämpenemistä

Maapallolla on oma termostaatti, joka säätelee sen lämpötilaa. Se on kuitenkin hidas eikä aina toimi.

Näkymä Himalajalta. Jättimäinen vuoristo jäähdyttää maapallon ilmastoa.

11.1. 2:00 | Päivitetty 11.1. 8:32

Maapallon lämpötila on vaihdellut hurjasti elämän historian aikana.

Noin 600 miljoonaa vuotta sitten maapallon uskotaan olleen niin kylmä, että suuri osa maapalloa oli miljoonien vuosien ajan jään ja lumen peitossa.

Liitukaudella taas oli niin kuumaa, että meriveden pintalämpö on voinut olla jopa 36 astetta. Etelämantereella kasvoi trooppista metsää.

Miksi maapallon lämpötila on sahannut koko historiansa ajan ylös ja alas? Miksi kylmä jakso päättyy jossakin vaiheessa ja sitä seuraa lämpimämpi jakso?

Voi myös pohtia, miksi kuumuus ei vain nouse koko ajan, vaan kuumaa jaksoa seuraa aina viileä vaihe.

Selitys voisi olla se, että maapallolla on jokin termostaatti, joka säätelee planeetan lämpötilaa siten, että lämpötila palaa aina lähelle jonkinlaista tasapainotilaa.

Los Hervideroksen rannikkojyrkänteet Lanzaroten saaren länsirannalla.

Kysymys maapallon planetaarisesta termostaatista on askarruttanut geologeja vuosikymmenet, mutta selvää vastausta ei ole saatu. Teorian testaamiseksi ei ole ollut aineistoa.

Viime vuosina aineistoa on kuitenkin saatu, kun tutkijat ovat kairanneet syvänmeren fossiileista ja Grönlannista ja Etelämantereesta näytteitä ja analysoineet niiden isotooppeja.

Esimerkiksi hapen isotoopit kertovat menneestä ilmastosta, oliko se kylmä, kuuma, kuiva vai sateinen.

Kun näitä tietoja verrataan tunnettuihin tapahtumiin esihistoriassa, kuten tulivuorten purkauksiin tai massasukupuuttoihin, saadaan rakennettua kuva maapallon ilmastohistoriasta.

Massachusettsin teknologisen yliopiston (MIT) tutkijat hyödynsivät tuoreessa tutkimuksessa tätä uutta aineistoa. He rakensivat maapallon lämpötilan historiasta kattavan kuvan tutkimuksessa, jonka julkaisi Science Advances -tiedelehti.

Aineistosta on etsitty merkkejä termostaatin toiminnasta. Eli jos maapallon ilmasto viilenee tai kuumenee, näkyisikö aineistossa palautemekanismia, joka estää lämpötiloja kehittymästä liian ääreviksi, jolloin ilmasto alkaakin muuttua vastakkaiseen suuntaan.

Tutkijoiden johtopäätökset ovat kahtalaiset.

Ensimmäisen mukaan aikajaksolla 4 000–400 000 vuotta maapallolla todella on termostaatti, joka palauttaa ilmaston takaisin tasapainotilaan. Tätä pidemmillä aikajaksoilla termostaatin vaikutus näyttää kuitenkin katoavan.

”Tutkimuksen mukaan pitkillä aikajaksoilla maapallolla ei siis näytä olleen kuolleen miehen kytkintä, joka varmuudella palauttaisi systeemin alkutilaan”, sanoo väitöskirjatutkija Sanni Turunen Helsingin yliopiston geotieteiden ja maantieteen osastolta.

Tässä tapauksessa elämän säilyminen maapallolla on voinut olla sattuman varassa.

Maapallon ilmastotermostaatin tärkein osa on kivi, eritoten tuore vulkaaninen kivi tai poimuvuoristojen kivilajit. Kun nämä kivilajit rapautuvat, prosessi poistaa hiilidioksidia ilmasta.

Rapautuminen alkaa, kun rapautuvasta kivestä irtoaa positiivisia ioneja, jotka päätyvät aikaa myöten mereen.

Meressä ionit yhdistyvät bikarbonaatti-ioneihin, jotka ovat veteen liuennutta hiilidioksidia. Yhdisteet alkavat saostua.

”Prosessissa syntyy kalkkikiveä tai aikaa myöten jopa marmoria, ja näin niiden sisältämä hiilidioksidi on pysyvästi poissa ilmakehästä”, sanoo Turunen.

Koska maapallolla on valtavasti kiveä, rapautuminen on todella voimakas lämmönsäätelijä.

Tiedetään esimerkiksi, että maapallon ilmasto alkoi jäähtyä noin 430 miljoonaa vuotta sitten, kun juurelliset kasvit ilmestyivät.

Turusen mukaan tämän uskotaan johtuvan osaksi siitä, että kasvien juuret rapauttivat kiveä ennennäkemättömässä mitassa.

Kiven rapautuminen vaikutti myös siihen, että jättimanner Pangaea viileni aiemmin.

Kun jättimanner muodostui, maapallolle syntyi useita poimuvuoristoja. Koska poimuvuoristoissa on eniten rapautuvaa kiveä, tämä aiheutti hiilikauden lopulla viileän ajanjakson.

Nykyinen ilmastomme on Turusen mukaan geologisesta näkökulmasta myös keskimääräistä viileämpi, kiitos kiven rapautumisen.

Eniten nykyistä ilmastoamme nimittäin jäähdyttää Himalajan poimuvuoristo, joka edelleen kohoaa. Sitä ei kuitenkaan huomata, koska se rapautuu yhtä nopeasti kuin kohoaa.

Mikä tekee rapautumisesta termostaatin? Se, miten rapautuminen reagoi lämpötilaan.

Lämpimässä rapautuminen kiihtyy, jolloin hiilidioksidia imetään enemmän ja ilmasto alkaa viilentyä.

Kylmässä rapautuminen hidastuu, jolloin hiilidioksidia alkaa kertyä ilmakehään, ja näin ilmasto jälleen lämpenee.

Tämä on se termostaatti, joka tuoreessa tutkimuksessa saatiin näkymään keskipitkällä aikavälillä.

Timanfayan kansallispuisto Lanzarotella.

Ihmisen näkökulmasta termostaatti on hidas. Viime vuonna Science Advances-tiedelehdessä julkaistiin tutkimus, jossa selvitettiin termostaatin toimintaa paleoseeni-eoseenin lämpöhuipun aikana, noin 55 miljoonaa vuotta sitten.

Tuolloin maapallon lämpötila nousi 8–10 astetta lyhyessä ajassa ja pysyi korkeana 50 000–100 000 vuotta. Suuret maanisäkkäät kuolivat kuumuuteen, meret happamoituivat ja kalkkiplankton hävisi tyystin.

Saksalaiset tutkijat selvittivät litiumisotooppeja tutkimalla, että ilmaston lämmetessä näin voimakkaasti kiven rapautumisvauhti kolminkertaistui.

Haihtuminen, voimakkaat sateet ja myrskyt lisäsivät eroosiota ennestään. Silti termostaatin viilentävä vaikutus alkoi näkyä vasta 20 000–50 000 vuoden kuluttua.

Entäpä ne pitkän aikavälin ilmastotapahtumat, joissa termostaatti ei vaikuta?

Siitä tarjoaa hyvän esimerkin permikauden massasukupuutto noin 250 miljoonaa vuotta sitten. Se oli maapallon historian suurin sukupuuttoaalto. Sen aikana lähes kaikki maalla ja merellä elävät lajit katosivat maapallolta.

Sukupuuton laukaisivat noin puoli miljoonaa vuotta kestäneet tulivuorenpurkaukset, jotka nostivat ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden kuusinkertaiseksi. Maapallon lämpötila nousi yli kymmenen astetta.

Yksi permikauden sukupuuton mysteereistä on se, miksi termostaatti ei palauttanut ilmastoa viileäksi, vaan lämpötilat pysyivät korkeina peräti viisi miljoonaa vuotta.

Kivet rapautuivat näissä oloissa hurjaa vauhtia, mutta se ei vaikuttanut ilmastoon.

YKsi vastaus saatiin aiemmin tänä vuonna Nature Geosciences-tiedelehdessä julkaistusta tutkimuksesta. Ottawan yliopiston paleontologit havaitsivat, että valtameret ovat olleet permikaudella täynnä liuennutta piitä.

Normaalisti liuennutta piitä on meressä vähän, sillä piilevät käyttävät sitä kuorensa rakentamiseen.

Permikaudella meret olivat kuitenkin niin happamia, että kaikki piitä käyttävät yksisoluiset elämänmuodot olivat kuolleet. Piille ei siis ollut käyttäjää.

Liuennut pii kuitenkin selittää, miksi termostaatti ei toiminut. Kun meressä on paljon liuennutta piitä, rapautuneesta kivestä irronneet positiiviset ionit eivät yhdistykään karbonaatteihin, vaan piihin.

Näin syntyy savimineraaleja, mutta se ei poista hiilidioksidia ilmakehästä, vaan päinvastoin tuottaa sitä. Pii siis jumiutti termostaatin ja kaiken lisäksi vielä lisäsi hiilidioksidipäästöjä.

Vasta kun piitä käyttävät planktoneliöt palasivat mereen ja sitoivat piin itseensä, termostaatti alkoi toimia ja ilmasto viileni.

Entä mitä ilmastotermostaatti merkitsee nykyisen ilmastonmuutoksen kannalta?

Ilmeisesti ei mitään meille, mutta siitä voi olla iloa jälkeemme tuleville.

MIT:n tutkijoiden mukaan on todennäköistä, että termostaatti aikanaan viilentää ilmaston. Siihen voi mennä 20 000–50 000 vuotta, eikä sellaista kannata jäädä odottamaan.

”Huolestuttavaa on, mitä tapahtuu sillä välillä”, sanoo Turunen.

Aiemmat ilmastomullistukset kun ovat tuoneet mukanaan suuria sukupuuttoaaltoja.

Huolestuttavin piirre nykyisessä ilmastonmuutoksessa on Turusen mukaan sen nopeus.

”Suurimmilla massasukupuuttoihin liitetyillä ilmastonmuutoksilla on kaksi tunnuspiirrettä: kokonaislämpötilan muutos on ollut yli 5,2 astetta ja muutoksen nopeus on yli 10 astetta miljoonassa vuodessa”, hän sanoo.

Nykyisessä ilmastonmuutoksessa muutoksen nopeus on kiihtyvästi yli vaarallisen tason eikä 5,2:ttä astetta saisi ylittää nyt eikä myöskään viidensadan vuoden päästä.

Geologisesta näkökulmasta nykyinen ilmastonmuutos on kuitenkin tuskin edes alussa. Hyvä uutinen on se, että myös ihminen voi puuttua siihen.

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat