 |
|
|
|
Ilmastonmuutos | Miksi ilmasto muuttuu | Kasvihuonekaasut - Hiilidioksidi ja hiilen kiertokulku
Hiilidioksidi ja hiilen kiertokulku
Hiilidioksidi on ihmiskunnan tuottamista kasvihuonekaasuista ylivoimaisesti tärkein. Kaasun pitoisuutta on mitattu suoraan ilmakehästä 1950-luvulta lähtien (kuva 1). Sitä varhaisempien aikojen pitoisuudet on saatu selville analysoimalla napajäätikköjen sisälle loukkuun jääneitä kaasukuplia.
Kuva 1. Havaijilla sijaitsevan Mauna Loan havaintoaseman mittaamia ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksia vuosina 1958-2007. Ihmiskunnan tuottamat päästöt ovat lisänneet hiilidioksidin määrää jatkuvasti vuodesta toiseen. Kesällä hiilidioksidipitoisuus tosin aina tilapäisesti hieman putoaa, kun pohjoisen pallonpuoliskon maa-alueitten kasvit käyttävät suuria määriä hiilidioksidia yhteyttämiseensä. Syksyllä ja talvella kasveista ja maaperästä vapautuu hiilidioksidia takaisin ilmakehään. - Hiilidioksidin elinikä ilmakehässä on niin pitkä, että kaasu ehtii sekoittua varsin tasaisesti ilmakehään. Täten yksittäisen aseman tiedot edustavat aika hyvin myös ilmakehää kokonaisuudessaan.
Pitoisuus kasvaa koko ajan
Hiilidioksidin pitoisuus on noussut teollistumista edeltävän ajan noin 280 ppm:stä (ppm = tilavuuden miljoonasosa) jo runsaaseen 380 ppm:ään. Nousua on siis noin 35 %. Hiilidioksidipitoisuuden kasvu jatkuu edelleen koko ajan, keskimäärin noin 2 ppm:n verran vuodessa.
Valtaosa ihmiskunnan tuottamasta hiilidioksidista on peräisin fossiilisten polttoaineitten (mm. öljyn, kivihiilen ja maakaasun) käytöstä. Toinen tärkeä päästölähde on trooppisten metsien hävittäminen. Fossiilisista polttoaineista peräisin olevat hiilidioksidipäästöt olivat vuosina 2000-2005 hiileksi muutettuina 7,2 gigatonnia (7 200 000 000 tonnia) vuodessa. Metsien hävityksestä syntyneet päästöt tunnetaan huonommin. 1990-luvulla siitä arvioidaan vapautuneen 0,5-2,7 gigatonnia hiiltä vuodessa.
Kuva 2. Hiilen kiertokulku maapallolla. Fossiilisten polttoaineitten käytöstä ja metsien hävittämisestä vapautunut hiilen määrä on 1990-luvun keskiarvo; vuosina 2000-2005 fossiilisten polttoaineitten käytöstä vapautui hiiltä noin 12 % enemmän. Ilmakehän hiilidioksidin määrä, 2900 Gt hiilidioksidia tai pelkän hiilen massana ilmaistuna 780 Gt, kertoo tilanteen v. 2000.
Hiilen kiertokulku
Luonnossa hiili kiertää koko ajan eri varastojen välillä (kuva 2). Yhteyttäessään kasvit sitovat hiilidioksidia ilmakehästä, mutta sitoutunut hiili vapautuu jälleen ilmakehään kasvisolujen hengityksessä tai kuolleitten kasvien maatuessa. Lisäksi suuria määriä hiilidioksidia liukenee vuosittain meriveden ylimpiin kerroksiin, mutta lähes yhtä paljon vapautuu meristä takaisin ilmakehään. Hiilen kiertokulku on niin nopeaa, että yksittäinen hiilidioksidimolekyyli viipyy ilmakehässä keskimäärin vain noin viisi vuotta. Valtaosa kasvipeitteen ja meren pintakerroksen sitomasta hiilidioksidista kuitenkin palautuu taas kohta takaisin ilmakehään. Siksi ihmisten hiilidioksidipäästöjen vaikutusaika ilmakehässä on paljon pitempi, jopa satoja vuosia.
Kun ilmaan tuotetaan uutta hiilidioksidia, hiilen luonnollinen kiertokulku jakaa tämän lisän ilmakehän, kasvipeitteen ja merien kesken. IPCC:n laskelmien mukaan ilmakehään on jäänyt arviolta 45 % kaikesta siitä hiilidioksidista, jonka ihmiskunta on tuprutellut ilmaan 1700-luvulta nykypäivään. Noin 30 % hiilidioksidista on päätynyt valtameriin ja loput 25 % kasveihin ja maaperään.
Merien biologinen hiilipumppu
Hiilidioksidin kiertoon valtamerissä vaikuttavat yksisoluiset leväkasvit. Yhteyttäessään nämä kasvit ottavat merivedestä hiilidioksidia. Kun levä aikanaan kuolee, se vajoaa syvemmälle mereen. Soluun varastoitunut hiili hapettuu nyt takaisin hiilidioksidiksi, mutta tämä tapahtuu siis osittain vasta syvällä meressä. Näin levät toimivat eräänlaisena biologisena hiilipumppuna: ne sitovat hiilidioksidia meren pintakerroksista ja vapauttavat sitä syvemmällä meressä. Nämä syvemmät vesikerrokset eivät ole kosketuksissa ilmakehän kanssa, joten sieltä hiilidioksidi ei pysty siirtymään suoraan ilmaan. Biologinen pumppu selittää, miksi niinkin suuri osa hiilidioksidista on maapallolla varastoitunut meriin. Monet tutkimukset viittaavat siihen, että ilmaston lämmetessä meriveden virtaukset ja lämpötilat muuttuvat, jolloin levien kasvu ja hiilidioksidipumpun teho heikkenisivät. Tällöin meret eivät enää kykenisi sitomaan hiilidioksidia entisellä teholla.
Varastoivatko kasvit ja maaperä hiiltä tulevaisuudessakin?
Lämpimämmässä ilmastossa maaperän pieneliöt hajottavat kuolleita kasvijäänteitä entistä vauhdikkaammin, jolloin kasvien yhteyttäessään sitoma hiilidioksidi palautuu takaisin ilmakehään nopeammin. Lisäksi ilmaston muuttuminen todennäköisesti parantaa kasvien kasvuedellytyksiä joillakin alueilla, toisaalla taas huonontaa. Esimerkiksi brittiläisen Hadley-keskuksen ilmastomalli ennustaa sademäärien putoavan Amazon-joen alueella roimasti. Tällöin sademetsät korvautuisivat savanneilla, jotka eivät kykene sitomaan hiilidioksidia alkuunkaan yhtä tehokkaasti kuin metsät. Toisaalta joillakin muilla alueilla kasvipeite vastaavasti sitoisi tulevaisuudessa hiilidioksidia entistä enemmän, esimerkiksi metsittyvillä tundra-alueilla.
Koko maapallon mitassa näyttäisi siltä, että tulevina aikoina hiiltä varastoituisi sekä meriin että kasvipeitteeseen nykyistä vähemmän. Näin ilmakehän hiilidioksidin määrä saattaa kasvaa nopeammin kuin tähän mennessä on arveltu.
Kauanko hiilidioksidipäästöjen häviäminen ilmakehästä kestää?
Tehdään ajatuskoe: päästetään ilmaan 100 uutta hiilidioksidimolekyyliä. Mitä niille tapahtuu?
- Noin 30 vuoden kuluttua ilmakehässä on tämän päästön seurauksena vielä 50 ylimääräistä CO2-molekyyliä. Suurin osa niistä ei kylläkään enää ole alkuperäisiä molekyyliyksilöitä, sillä hiili kiertää eri varastojen välillä.
- Muutaman sadan vuoden päästä ylimääräisiä molekyylejä on jäljellä vielä noin 20.
- Pieni osa tarkasteltavasta CO2-päästöstä vaikuttaa ilmassa hiilidioksidipitoisuutta lisäävästi jopa tuhansia vuosia, kunnes ylimääräinen hiilidioksidi lopulta päätyy valtamerien syvyyksiin.
Sivun alkuun Takaisin etusivulle
|
|
|
|