Merien rajat sitoa hiilidioksidia saavutettu?

20.11.2009 07:12

Valtamerillä on merkittävä rooli ilmaston säätelyssä, koska ne sitovat yli neljänneksen ihmisten aiheuttamista hiilidioksidipäästöistä. Nyt on kuitenkin ensimmäistä kertaa teollisen aikakauden mittausten aikana havaittu, että merien sitomiskyky alkaa heiketä päästöjen yhä kasvaessa.

Asialla saattaa olla merkittävät vaikutukset tulevaisuuden ilmastoon. Tutkimus julkaistiin eilen Nature-lehdessä.

Tutkijoiden mukaan meret sitoivat viime vuonna ennätysmäärän, 2,3 miljardia tonnia, ihmisten aiheuttamia hiilidioksidipäästöjä. Päästöjen nopeasta kasvusta johtuen mereen sitoutuvan hiilidioksidin suhteellisen osuuden on kuitenkin havaittu laskeneen vuodesta 2000 lähtien jopa 10 prosentilla.

Kemikaaliset ja fysikaaliset rajat tulevat vastaan

Tietyt ilmastomallit ovat jo aiemmin ennustaneet merien hidastuvan kyvyn sitoa hiilidioksidia, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun tutkijat ovat todella mitanneet asian. Mallit selittävät asian stratosfäärin otsonin vähenemisellä sekä ilmastonmuutoksen aiheuttamilla muutoksilla tuulissa ja merivirroissa. Mutta uusi tutkimus arvioi, että hidastunut sitomiskyky johtuu luonnollisista kemiallisista ja fysikaalisista rajoista hiilen sitomiskyvyssä. Tätä ajatusta tutkitaan tällä hetkellä monissa tutkimuksissa.

- Mitä enemmän hiilidioksidia mereen sitoutuu, sitä happamemmaksi se muuttuu, ja samalla sen kyky sitoa lisää hiilidioksidia heikkenee. Tämän kemiallisen ilmiön takia meret eivät tulevaisuudessa toimi enää niin tehokkaana hiilinieluna. Yllätys oli, että voimme jo nyt nähdä todisteita siitä, sanoo tutkimuksen pääkirjoittaja Samar Khatiwala, merientutkija Columbian yliopistosta.

Tutkimuksessa rekonstruoitiin hiilen kerääntyminen meriin vuosi vuodelta teollisen aikakauden, vuosien 1765- 2008, ajalta. Tutkijat havaitsivat, että hiilen sitoutuminen nousi jyrkästi 1950-luvulla, kun meret yrittivät selvitä kasvavista päästömääristä. Päästöt kasvoivat jatkuvasti, ja vuoteen 2000 mennessä oltiin tilanteessa, jossa merien sitoma suhteellinen osuus päästöistä alkoi vähentyä, vaikka absoluuttiset tonnimäärät kasvoivatkin. Tänä päivänä meriin on sitoutunut 150 miljardia tonnia teollisen aikakauden päästöjä. Se on noin kolmanneksen enemmän kuin 15 vuotta sitten.

Vuosikymmenten ajan tutkijat ovat yrittäneet arvioida meriin sitoutuneen ihmisen aiheuttaman hiilidioksidin määrää merivedestä. Tehtävä on haastava, sillä ihmisen toiminta aiheuttaa vain pienen osan – alle prosentin – meriin sitoutuneen hiilen määrästä. Meriin sitoutunut teollinen hiilidioksidi on pystytty arvioimaan vain kerran, ja silloinkin vain yhdelle vuodelle, 1994.

Uusi menetelmä

Khatiwalan tutkimusryhmä käytti työssään uudenlaista menetelmää. He käyttivät tietoja mm. meriveden lämpötilasta, suolaisuudesta ja ihmisten aiheuttamista kloorifluorihiilivetypäästöistä (CFC) kehittääkseen matemaattisen mallin, jolla voidaan selvittää teollisen hiilen pitoisuus meren pintakerroksista, ja sen kulkeutuminen syvempiin kerroksiin vesimassojen kierron myötä. Tämän avulla tutkijat onnistuivat rekonstruoimaan teollisen aikakauden hiilidioksidin sitoutumisen ja jakauman valtamerissä aikojen kuluessa.
Uuden tutkimuksen arvio vuoden 1994 teollisen hiilidioksidin määrästä merissä – 114 miljardia tonnia – on lähes sama kuin aiemman Chris Sabinen tutkimuksen 118 miljardia tonnia. Merikemisti Sabinen tutkimus julkaistiin Sciencessä vuonna 2004.

Paras tutkimus tähän mennessä

Sabine, joka ei ollut mukana uudessa tutkimuksessa, sanoi havainneensa siinä joitain rajoitteita. Esimerkkinä hän mainitsee tutkimuksen oletuksen, että merivirrat ja eloperäisen aineksen määrä valtamerissä ovat pysyneet ennallaan.

- Silti pidän tätä tutkimusta parhaimpana saatavissa olevana arviona ihmisperäisen hiilidioksidin määrästä merissä eri aikoina. Aiemmassa tutkimuksessa pystyimme arvioimaan määrää vain tietyllä yksittäisellä hetkellä, Sabine sanoi.

Noin 40 prosenttia meriin sitoutuvasta hiilidioksidista päätyy meriin eteläisen pallonpuoliskon kylmillä merialueilla Etelämantereen ympärillä, koska hiilidioksidi liukenee helpommin kylmään kuin lämpimään veteen. Sieltä hiilidioksidi alkaa sitten kulkeutua pohjoista kohden.

- Olemme jonkin aikaa epäilleet, että Etelämannerta ympäröivä merialue on tärkeässä roolissa hiilidioksidin sitoutumisen kannalta. Mutta tutkimuksemme on ensimmäinen, jossa tärkeys todetaan dataan perustuen, Khatiwala sanoi.

Tutkijat arvioivat myös mantereille sitoutuneen hiilen, ottaen huomioon fossiilisten polttoaineiden päästöt, ja vähentäen siitä valtameriin sitoutuvan ja ilmakehään jäävän hiilen. He yllättyivät havainnostaan, jonka mukaan maa-alueet saattavat nyt sitoa enemmän hiilidioksidia kuin ne luovuttavat.

Tutkimuksen mukaan maankäyttö, pääasiassa metsien raivaus, hakkuut ja polttaminen maatalouden tarpeisiin, aiheutti päästöjä 1940-luvulle asti. Metsien hävitys ja muut maankäytön muutokset ovat jatkuneet kiihtyvällä tahdilla tähän päivään saakka, mutta siitä huolimatta näyttää siltä, että maankäyttö sitoo joka vuosi 1,1 miljardia tonnia enemmän hiilidioksidia kuin se luovuttaa.

Tutkijat epäilevät, että suunnanmuutoksen syynä saattaa olla ilmakehän kasvaneen hiilidioksidipitoisuuden "lannoitusvaikutus". Kasvanut hiilidioksidipitoisuus saa kasvit kasvamaan nopeammin, ja näin sitomaan enemmän hiilidioksidia. Monet tutkijat tekevät nyt jatkotutkimuksia kasvien mahdollisen nopeamman kasvamisen vaikutuksista ilmastoon.

Khatiwala sanoo, että tutkimuksissa on yhä suuria epävarmuuksia, mutta joka tapauksessa on selvää, että ei voida olettaa luonnon mekanismien huolehtivan kasvavista ihmisten aiheuttamista päästöistä.

- Meritutkimuksemme ja viimeisien maankäyttötutkimusten perusteella emme voi olettaa, että hiilinielut toimisivat tulevaisuudessa samoin kun ne ovat toimineet tähän asti, tukien jatkuvasti kasvavaa fossiilisten polttoaineiden käyttöämme, Khatiwala sanoi.