Väitös: Jään liikkeellä tärkeä rooli merijääpeitteen muutosten takana

7.11.2017 9:30

Ilmatieteen laitoksen tutkija Annu Oikkonen on väitöskirjassaan tutkinut merijään dynamiikkaa ja sen osuutta merijään määrän ja ominaisuuksien kehitykseen.

Kuva: Jouni Vainio

Kuva: Jouni Vainio

Arktisen merijään peittävyyttä on seurattu satelliittikuvista vuodesta 1979 alkaen. Tänä aikana peittävyyden on havaittu alentuneen keskimäärin 4 % vuosikymmenessä. Kaikkein voimakkain muutos on nähtävissä syyskuussa vuotuisessa minimipeittävyydessä, joka on alentunut yli 13 prosentilla vuosikymmenessä. Myös arktisen merijään paksuus ja ikä on alentunut huomattavasti.

"Samalla kun jääpeite on ohentunut, on sen keskimääräinen ajelehtimisnopeus kasvanut. Arktista merijääpeitettä ja sen muutoksia on tutkittu varsin paljon, mutta avoimia kysymyksiä on edelleen useita. Sekä ilmakehä että meri määrittävät sen, millaiseksi merijääpeite kehittyy.  Vielä ei kuitenkaan tiedetä tarkasti, kuinka suuri merkitys termodynamiikalla ja dynamiikalla on havaitussa kehityksessä ollut", kertoo tutkija Annu Oikkonen.

Oikkonen on väitöskirjassaan pohtinut juuri merijään termodynamiikan ja dynamiikan välisiä vuorovaikutuksia usealta kannalta. Työ keskittyy erityisesti dynamiikan ja deformaatioiden vaikutuksiin merijään määrän ja ominaisuuksien kehityksessä.

Jään keskipaksuus alentunut jopa metrillä

Väitöksessä merijään muutoksia tutkittiin sukellusveneiden keräämien jäänpaksuusmittausten pohjalta. Käytetty aineisto on peräisin eri puolilta Jäämerta kaikkiaan 31 matkalta, jotka Ison-Britannian ja Yhdysvaltojen merivoimien sukellusveneet tekivät vuosien 1975 ja 2000 välillä. Merijään paksuusjakauman tarkastelu paljasti, että erityisesti paksun jään määrä vähentyi tutkimusjakson aikana huomattavasti. Tällä oli suuri merkitys jään paksuuden keskiarvon alenemisessa. 

Jään keskipaksuudessa voimakkain muutos tapahtui Itä-Arktikassa, jossa jään vuotuinen maksimipaksuus aleni jopa yli metrin vuosikymmenessä. Erityisen merkittävä muutos havaittiin Beaufortin merellä, jossa monivuotinen jää oli vallitseva jäätyyppi tutkimusjakson ensimmäisellä puoliskolla, mutta vaihtui yksivuotisen jään enemmistöön jälkimmäisellä puoliskolla. Jään paksuuden alueellinen vaihtelu pieneni, sillä jään oheneminen oli voimakkainta alueilla, joilla jään paksuus tutkimusjakson alussa oli suurin. Useilla alueilla myös jään paksuuden vuodenaikaisvaihtelu pienentyi. "Näitä muutoksia ei voida suoraan selittää pelkällä ilmakehän lämpenemisellä. Jään kiertoliikkeellä näyttääkin olleen merkittävä rooli jäänpaksuudessa havaittujen muutosten takana. Jääkentän keskimääräistä liikettä arvioitiin jäissä ajelehtivien poijujen avulla", Oikkonen tiivistää.

Ilman lämpötila vaikuttaa jääkentän liikkumiseen

Työn merkittävimmät tulokset liittyvät jääkentän deformaatioon ja pohjautuvat rannikko- ja laivatutkakuvien hyödyntämiseen. Dynamiikan vaikutus merijään määrään liittyy ennen kaikkea jääkentän deformoitumiseen. Deformoituminen tarkoittaa sitä, että jääkenttä ei liiku yhtenäisenä laattana vaan hajoaa erikokoisiksi lautoiksi. Kun liikettä ajava voima on erilainen eri osissa jääkenttää, muodostuu jääkentän sisälle jännityksiä. Nämä voivat aiheuttaa vetoa, puristusta tai leikkausjännitystä jääkentässä, mikä puolestaan voi johtaa railojen avautumiseen tai jäävallien muodostumiseen.

Alueellisten erojen sekä erilaisten olosuhteiden vaikutusta deformaatioprosessiin ei aiemmin ole juurikaan tutkittu. Nämä tekijät voitiin nyt huomioida, sillä tässä työssä käytetty tutkimusaineisto kattaa laajasti erilaisia alueita ja olosuhteita. Jäämeren laivatutkakuva-aineisto on peräisin tutkimusmatkalta, jonka aikana tutkimusalus Lance ajelehti jääkentän mukana. Lähes puolenvuoden aikana etäisyys jääkentän reunaan vaihteli yli kolmestasadasta kilometristä vain pariin kymmeneen kilometriin ja tämän etäisyyden vaikutusta deformaationopeuksiin voitiin tarkastella. Syvällä jääkentässä voimakkaiden deformaatiotapahtumien havaittiin liittyvän aina koviin tuuliin ja suuriin jään ajelehtimisnopeuksiin. Sen sijaa lähellä jääkentän reunaa voimakkaita deformaatioita tapahtui myös lähes tyynissä oloissa. Tämä ero heijastaa jääkenttään etenevän mainingin vaikutusta. 

Myös sääolosuhteiden vaikutusta deformaatioihin tutkittiin. Yhtenä merkittävämpänä tuloksena voidaan pitää havaittua yhteyttä ilman lämpötilan ja jääkentän deformaationopeuden välillä.

"Deformaationopeuden havaittiin seuraavan ilmanlämpötilassa tapahtuvia muutoksia muutaman päivän aikajänteellä, mikä on huomattavasti nopeampi vaste kuin aiemmin oletettu. Tämä lämpötilavaste on nopeampi, kuin jään mekaanisen lujuuden vaste lämpötilamuutoksiin", Oikkonen selittää.

Havaittu ilmiö on todennäköisesti yhteydessä jääkenttään muodostuneiden halkeamien ja railojen jäätymisen, ja siten jääkentän lujuuden palautumisen nopeuteen. Vaikka jääkentän vauriot korjautuvat nopeiten kylmien jaksojen aikana, jääkentän deformaatiohistoria vaikuttaa jääkentän käyttäytymiseen myös kylmimmän talven aikana. Laivatutkakuvista nähtiin, kuinka uudet deformaatiotapahtumat saivat aina alkunsa aiemmin vaurioituneista alueista.

Väitöstilaisuus 9.11. Helsingissä

Annu Oikkosen geofysiikan alaan kuuluva väitöskirja "Evolution of sea ice cover: Result of interplay between dynamics and thermodynamics" tarkastetaan torstaina 9.11.2017 klo 12 Dynamicumin Aura-salissa, Erik Palménin aukio 1. Vastaväittäjänä toimii Jérôme Weiss (Research Director, CNRS, Université Grenoble-Alpes) ja kustoksena professori Matti Leppäranta (Helsingin yliopisto). 

Lisätietoja:

Tutkija Annu Oikkonen, puh. 050 408 6748, annu.oikkonen@fmi.fi