Tilaa uutiskirje RSS-syöte
Sunnuntai 19.01.2020

Ilmastouutisia

Syvän meren lämpölaajeneminen - puuttuva palapelin osa merenpinnan nousussa


02.02.2011 10:20

Muutokset merien kyvyssä sitoa hiilidioksidia voivat varoittaa voimistuvasta ilmastonmuutoksesta.

Kuva: Dreamstime

Mitattu merenpinnan nousu on ollut toistaiseksi vaikea selittää kokonaan. Havaintojen perusteella tiedetään, että osa noususta johtuu merten pintaosien lämpölaajenemisesta ja osa johtuu jäätiköiden sulamisvesien aiheuttamasta merten vesimassan lisäyksestä.

Osa jää kuitenkin selittämättä. Uuden tutkimuksen mukaan selitys löytyy syvän meren lämpölaajenemisesta. Lämpeneminen ei ole syvässä meressä erityisen voimakasta, mutta syvän meren suuren tilavuuden takia pienikin lämpeneminen nostaa meren pintaa huomattavasti.

Merenpinta nousee hiljalleen

Merenpinnan nousu on asia, johon ilmastonmuutoksen yhteydessä on kiinnitetty paljon huomiota, koska se saattaa uhata maailman matalilla alueilla asuvaa väestöä tulevaisuudessa. Satelliittimittausten mukaan vuoden 1993 jälkeen maapallon keskimääräinen merenpinta on noussut hieman yli kolme millimetriä vuodessa.

Teoriassa merenpinnan nousun pitäisi olla selitettävissä meren lämpenemisen aiheuttamalla meriveden lämpölaajenemisella ja maailman jäävarantojen sulamisesta aiheutuvalla veden määrän lisäyksellä. Meren yläosien (0 - 700 metriä pinnasta) lämpölaajeneminen on arvioitavissa meren lämpöprofiilin mittauksista, jotka tehdään tähän tarkoitukseen suunniteltujen mittauspoijujen avulla. Näistä mittauksista arvioitu merenpinnan nousu on vuoden 1993 jälkeen ollut noin 1,2 millimetriä vuodessa.

Satelliitin avulla tehtävien painovoimamittauksien perusteella maailman merien vesimassan lisäys on aiheuttanut vuotuisen 0,85 millimetrin merenpinnan nousun vuoden 2002 jälkeen. Satelliittien avulla arvioitu vesimassan lisäys ja meren lämpölaajenemisen aiheuttama merenpinnan nousu on siis yhteensä 2,05 mm vuodessa. Satelliittimittaukset ovat kuitenkin osoittaneet merenpinnan nousun olleen huomattavasti suurempi, 3,1 mm vuodessa. Aiemmissa tutkimuksissa on kuitenkin päädytty siihen, että luvut ovat melko lähellä toisiaan, kun huomioidaan mittausvirheet ja muut epävarmuudet.

Mikä on syvän meren osuus?

Aiemmista tutkimuksista puuttuu syvän meren lämpeneminen, joka on havaittu viimeaikaisissa tutkimuksissa. Lisäksi on saatu uutta tietoa, jonka perusteella aiemmat käsitykset lämmön hitaasta kulkeutumisesta syvään mereen saattavat osoittautua vääräksi. Onkin mahdollista, että lämmön kulkeutuminen syvään mereen saattaa tapahtua vuosikymmenien aikaskaalalla, kun aiemmin on oletettu sen tapahtuvan vuosisatojen kuluessa.

Syvän meren lämpötilojen havainnot ovat kuitenkin olleet toistaiseksi liian vähäisiä, jotta niiden avulla oltaisi voitu kunnolla arvioida vaikutusta merenpinnan nousuun. Lisäksi alueellisiin merien lämpösisältöihin ja merenpinnan muutoksiin on toistaiseksi kiinnitetty vähemmän huomiota, vaikka joillakin alueilla merenpinnan taso saattaa poiketa jopa muutamia desimetrejä maailman merien keskimääräisestä pinnasta.

Merimallit ovat olleet tärkeä työkalu merenpinnan muutoksien ja merien lämpösisällön määrittelyssä. Useimmissa merimalleissa kuitenkin pidetään meren tilavuus vakiona, jolloin mallit eivät pysty simuloimaan lämpenemisen aiheuttamaa lämpölaajenemista ilman tähän tarkoitukseen kehitettyä korjausta (Boussinesq-korjaus). Kyseinen korjaus tehdään kuitenkin kaikkialla samalla tavalla, joten korjauksenkaan jälkeen mallit eivät välttämättä anna oikeaa tulosta paikallisesti, vaikka tulos globaalisti olisikin hyvä.

Painovoimamittauksia satelliittien avulla

Uudessa tutkimuksessa on pyritty parantamaan merenpinnan paikallisia arvioita. Tutkimuksessa käytettiin satelliiteista mitattuja merenpinnan muutoksia, satelliiteilla tehtyjä painovoimamittauksia ja merien pintaosien (0 - 700 m) lämpölaajenemisen mittauksia. Käytetyt mittaukset arvioitiin huolellisesti, koska mittausten tarkka tuntemus auttaa arvioimaan mallien ongelmia. Lisäksi tehtiin mallisimulaatioita, joissa ei käytetty Boussinesq-korjausta, eikä myöskään oletettu meren tilavuutta vakioksi.

Painovoimamittaukset ovat peräisin GRACE-satelliitista. GRACEn mittausdatan perusteella tehtyihin merien massan määrityksiin sisältyy paljon epävarmuuksia. Esimerkiksi rannikkoalueilla läheiset maa-alueet häiritsevät mittausta. Painovoimamittauksiin vaikuttavat lisäksi myös maankuoren liikkeet, kuten jääkaudesta palautuminen ja suurten maanjäristysten aiheuttamat kiviaineksen siirtymät. Painovoimamittauksiin sisältyy myös monia muita virhelähteitä. Näin ollen tutkimuksessa tehtiin tarvittavia korjauksia satelliittimittausten tuloksiin.

Tutkimuksessa käytetyt merien pintaosien lämpölaajenemisen arviot perustuvat CTD-, XBT- ja Argo-projektien mittausdataan. Merenpinnan muutoksien satelliittimittaukset otettiin monesta eri projektista (TOPEX/Poseidon, Jason-1, ERS-1 ja EVISAT).

Merien pintaosien lämpölaajenemisen ja merenpinnan muutoksien mittaussarjoissa näkyvät vuotuiset vaihtelut täsmäävät hyvin toisiensa kanssa. Tästä on pääteltävissä, että suurin osa merenpinnan vuotuisesta vaihtelusta aiheutuu meren pintaosien lämpölaajenemisesta. Näiden kahden mittaussarjan välillä on kuitenkin suuria alueellisia eroja. Yleisesti ottaen paikalliset vaihtelut ovat suurempia meren pintaosien lämpölaajenemisen mittaussarjassa kuin merenpinnan muutoksien mittaussarjassa. Myös kaikkia kolmea mittaussarjaa vertailtaessa alueelliset erot ovat huomattavia. Erot ovat niin merkittäviä, että ne vihjaavat jonkun merenpinnan muutoksiin vaikuttavan tekijän puuttuvan.

Mallisimulaatioissa vuotuiset vaihtelut täsmäävät myös hyvin satelliiteista mitattujen merenpinnan vuotuisten vaihtelujen kanssa. Pitempiaikaisissa muutoksissa näkyy kuitenkin alueellisia eroja mallisimulaatioiden ja havaintojen välillä. Mallisimulaatioiden tuottamat vastineet satelliittien painovoimamittauksille eroavat havainnoista vuotuisten vaihteluiden ja pitempiaikaisten muutoksien osalta. Merien pintaosien lämpölaajenemisen vuotuiset vaihtelut vastaavat mallisimulaatioissa hyvin havaintoja, mutta pitempiaikaisissa muutoksissa vastaavuus on huonompi. Kokonaisuutena vuotuiset vaihtelut näkyvät mallisimulaatioissa hyvin havaintoja vastaavalla tavalla, mikä sopii hyvin siihen mittaussarjojen analysoinnista saatuun johtopäätökseen, että merien pintaosien vuotuiset lämpövaihtelut selittävät hyvin vuotuiset vaihtelut merenpinnan tasossa.

Mallisimulaatioiden vertailussa painovoimamittausten ja merenpinnan korkeuden mittauksiin saatiin hyvä vastaavuus sekä globaalisti että alueellisesti eri valtamerien alueella. Meren pintaosien lämpölaajeneminen vastaa myös mallisimulaatioissa havaintoja globaalisti ja alueellisesti, paitsi että vuoden 2004 jälkeen mallisimulaatio alkaa näyttää enemmän lämpenemistä kuin havainnot. Tämä saattaa selittyä tunnetulla merien lämpösisällön mittauksiin liittyvillä ongelmilla, joita ei ole vielä kyetty täysin korjaamaan.

Simulaatioissa nähdään lämpölaajeneminen

Mallisimulaatioissa näkyy myös syvemmän meren (yli 700 metriä pinnasta) lämpölaajeneminen. Syvän meren lämpölaajenemisen vuotuinen vaihtelu on erittäin pientä. Simulaatioissa näkyy tilastollisesti merkitsevää lämpölaajenemista syvässä meressä pitemmällä aikavälillä. Syvän meren lämpölaajeneminen on jopa nopeampaa kuin merien pintaosien lämpölaajeneminen. Tämä viittaa siihen, että syvästä merestä pitäisi löytyä lämpenemistä. Mallisimulaatioiden mukaan näin pitäisi olla erityisesti Pohjois-Atlantilla ja Etelämantereen lähivesissä. Lämpenemisen piirteet näyttävät lisäksi liittyvän merivirtauksiin.

Tämä mallisimulaatioissa näkyvä syvän meren lämpeneminen saattaa tarjota ratkaisun sille, miksi merenpinnan korkeuden eri mittauksia ei saada sopimaan yhteen. Jotta tilannetta voidaan arvioida, on katsottava, miten mallisimulaatioiden tulokset vastaavat olemassa olevia syvän meren mittauksia ja lisäksi mallisimulaatioiden syvän meren tuloksien yhdessä painovoimamittausten ja meren pintaosien lämpölaajenemismittausten kanssa pitäisi antaa yhtenevä tulos merenpinnan korkeusmittauksien kanssa.

Mallisimulaatioiden syvän meren tuloksia vertailtiin kahteen mittauksiin perustuvaan syvän meren lämpötila-analyysiin. Mallisimulaation tulokset vastasivat havaintoja melko hyvin. Joitakin pieniä eroja kuitenkin oli. Esimerkiksi Atlantin valtameressä saatiin lämpötilan syvyysprofiilissa havaintoja vastaava huippuarvo lämpötilalle, mutta huippuarvo havainnoissa esiintyy noin 5000 metrin syvyydessä, kun se mallisimulaatiossa esiintyy noin 3000 metrin syvyydessä. Myös verrattaessa mallisimulaatioita merien eri syvänteistä mitattuihin lämpötilamuutoksiin, mallien tulokset vastasivat hyvin havaintoja, vaikka joitakin eroja havaittiin. Mallisimulaatiot antavat myös aiempia tutkimuksia tukevan tuloksen, että meren syvimpien osien lämpeneminen on suurimmillaan Etelämantereen lähivesissä (kts. aiempi uutinen aiheesta).

Mallisimulaatiot antavat syvän meren lämpölaajenemisesta aiheutuvaksi merenpinnan nousuksi 1,1 millimetriä vuodessa. Kun tämä yhdistetään merien pintaosien lämpölaajenemisen havainnoista saatuun 1,2 millimetrin nousuun vuodessa ja painovoimamittauksista saatuun massalisäyksen aiheuttamaan 0,85 millimetrin nousuun, saadaan tulokseksi 3,15 millimetriä vuodessa, joka täsmää havaittuun 3,11 millimetriin vuodessa melko hyvin.

Suurin osa merien tilavuudesta yli 700 metrin syvyydessä

Meren tilavuudesta suurin osa (82 %) on yli 700 metrin syvyydessä. Siksi vähäinenkin lämpeneminen syvässä meressä nostaa merenpintaa huomattavasti. Havaintojen mukaan merien pintaosat ovat lämmenneet pientä lyhytaikaista vaihtelua lukuun ottamatta jo usean vuosikymmenen ajan. Niin pitkäaikainen lämpeneminen vaikuttaa ennen pitkää myös syvässä meressä. Koska syvän meren lämpötilamittaukset ovat toistaiseksi olleet hyvin vähäisiä, joudutaan syvän meren tilannetta arvioimaan osittain mallien avulla.

Ari Jokimäki

Bookmark and Share




Lisätietoa

Song, Y. T., and F. Colberg (2011), Deep ocean warming assessed from altimeters, Gravity Recovery and Climate Experiment, in situ measurements, and a non-Boussinesq ocean general circulation model, J. Geophys. Res., doi:10.1029/2010JC006601, in press.


52


Annika Kangas:
Metsänkasvatus on taitolaji – hakkuutapojen vastakkainasettelu ei kanna pitkälle
Juha Lehtonen, Antti Arasto:
Voivatko uudet hiilen lähteet ja uusiutuva sähkö vähentää maankäytön muutospaineita?
Jaana Kaipainen, Tarja Tuomainen:
Metsäkadon päästöt ja niiden vähentäminen Suomessa
Marja Järvelä:
Kuluttajista ilmastokansalaisiksi
Ilkka Savolainen:
Turvepeltojen päästöjä pitää vähentää
Antti Mäkelä:
Rankkasateet ja rajuilmat - mihin pitää varautua tulevaisuudessa?
Sanna Kopra:
Kiina nousemassa ilmastopolitiikan johtajaksi?
Pinja Sipari:
Ilmastokasvatusta opettajille
Anne Tolvanen:
Terve luonto osaksi maankäyttöä
Ilkka Savolainen, Sanna Syri:
Puusähköllä ajaa pidemmälle kuin puudieselillä - kumpaan metsiämme siis kannattaa käyttää?
Mikko Alestalo:
Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus jatkaa kasvuaan
Eemeli Tsupari, CO2Esto:
Lehmän lannalla liikenteeseen
Unto Eskelinen:
Yksinkertainen viesti ympäristökestävyydestä
Ilkka Savolainen:
Puun energiakäyttö ei ole ongelmatonta
Antti Iho:
Rajoja ja rakkautta ympäristönsuojelussa
Riitta Silvennoinen:
Bemarin uusi ekologinen elämä
Leena Kontinen:
Ihmisten Pariisi - muutos on alkanut
Piia Moilanen:
Tuottavuusloikka pyöräillen
Teija Lahti-Nuuttila:
Energiatehokkuudella vähemmästä enemmän
Jussi Uusivuori:
Väärät verot tulevat kalliiksi
Aki Mäki-Petäys:
Vaelluskalojen kohtalon hetki - nyt on aika toimia
Oras Tynkkynen:
Pariisin voittajat
Oras Tynkkynen:
Uusi sopimusluonnos avattuna
Emma Lommi:
Ilmastonmuutos on merkittävimpiä globaaleja terveys- ja tasa-arvokysymyksiä
Hanna-Liisa Kangas:
Teknologiayhteistyö tapahtuu kentällä - ei työpajoissa

Lisää blogeja >>