Ilmastonmuokkausmenetelmien vaikutusta sateisuuteen simuloitiin tutkimuksessa

Ilmastomalleilla tehdyt simulaatiot osoittivat, että kasvihuonekaasupäästöjen aiheuttaman lämpenemisen estäminen olisi mahdollista toteuttaa tehokkaasti yläilmakehään ruiskutettavilla rikkihiukkasilla. Tämän seurauksena maapallon keskimääräinen sateisuus laski simulaatioissa kuitenkin merkittävästi. Tämä ei ole uusi tulos, mutta vastikään julkaistussa tutkimuksessa kyseisen ilmiön taustalla olevia tekijöitä analysoitiin menetelmällä, jolla oli mahdollista erotella eri tekijöiden osavaikutukset sateisuuden muutokseen.

Menetelmän avulla oli mahdollista erotella mm. maapallon lämpötilaan suoraan verrannollinen tekijä ja lämpötilasta riippumattomat tekijät toisistaan. Näistä jälkimmäiset havaitaan välittömästi, kun ilmakehän läpi kulkevassa säteilyssä tapahtuu muutoksia. Esimerkiksi ilmakehään kertynyt hiilidioksidi vaikuttaa välittömästi ilmakehässä kulkevaan lämpösäteilyyn, minkä välittömänä seurauksena sateisuus laskee. Samanaikaisesti se kuitenkin nostaa vähitellen myös ilmaston lämpötilaa, mikä puolestaan lisää sateisuutta.

Koska rikkihiukkaset vaikuttavat vain lämpötilaan, eikä ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen, voidaan niillä kumota vain tämä ns. sateisuuden lämpötilakomponentti. Tällöin hiilidioksidin aiheuttama säteilykomponentti jää voimaan. Toisin sanoen päästöjen lisääntyneen hiilidioksidipitoisuuden ja rikkihiukkasten yhteisvaikutus vähentäisi sadetta, jos lämpötilaa pyrittäisiin pitämään tasaisena. Analyysi osoittaa, ettei yläilmakehän pienhiukkasinjektioilla ole edes teoriassa mahdollista kumota sekä kasvihuonekaasupäästöjen aiheuttamaa lämpenemistä että sateisuuden muutoksia.

Simulaatiossa hiilidioksidin poistaminen ilmakehästä lisäsi sateisuutta

Tutkimuksessa simuloitu skenaario, jossa hiilidioksidia poistettiin ilmakehästä, oli puhtaasti teoreettinen. Siinä oletettiin ilmakehästä poistetun hiilidioksidin määrän olevan merkittävästi suurempi kuin mitä nykyteknologialla olisi mahdollista toteuttaa. Siitä huolimatta ilmaston lämpötila pysyi vain vaivoin nykytasolla tämän vuosisadan loppuun asti. Tämä korostaa entisestään nopeiden päästövähennysten merkitystä ilmaston lämpenemisen hillitsemisessä.

Mielenkiintoisena yksityiskohtana simuloidun skenaarion havaittiin nostavan hieman maapallon keskimääräistä sateisuutta. Tähänkin löytyi selitys, kun tarkasteltiin lämpötilan ja säteilyn muutoksien vaikutuksia sateisuuteen. Muutokset tapahtuvat eri ajanjaksoina: sateisuuden säteilykomponentti muuttuu välittömästi, kun taas lämpötilakomponentti seuraa lämpötilaa, joka erityisesti merten suuren lämpökapasiteetin takia muuttuu suhteellisen hitaasti.

Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, ettei edes päästövähennyksillä, jotka ovat ilmastovaikutusten kannalta suoraan rinnastettavissa hiilidioksidin poistamiseen ilmakehästä, voida estää keskimääräisen sateisuuden kasvua tulevaisuudessa. Se, kuinka suuri tämä sateisuuden muutos tulevaisuudessa on, riippuu siitä, miten nopeasti päästövähennyksiä tehdään.

Tutkimuksessa muistutetaan, että ihmiskunnan ja luonnon kannalta on oleellista se, miten sateisuuden muutoksen jakautuvat alueellisesti. Tutkimuksessa havaittiin näiden muutosten osalta suuria epävarmuuksia ilmastomallien tuottamissa tuloksissa. Siten sateisuuden muutosten ennakointiin tarvitaan vielä huomattavasti lisätutkimusta ja uusia menetelmiä. Työssä käytetty menetelmä on käyttökelpoinen työkalu myös sateisuuden alueellisten muutosten tutkimiseen. Menetelmää voidaan käytännössä hyödyntää minkä tahansa päästöskenaarion ilmastovaikutusten avaamiseen.

Ilmastonmuokkauksen kaksi keinoa: heijastavuuden lisääminen ja hiilidioksidin poistaminen

Ilmastonmuokkausmenetelmiä on ehdotettu mahdollisiksi lisäkeinoiksi hillitä ilmaston lämpenemistä, jos kasvihuonekaasujen päästövähennyksissä ei onnistuta riittävän nopeasti. Ilmastonmuokkauksen keinot jaetaan usein kahteen kategoriaan: 1) menetelmiin, joilla pyritään kasvattamaan maapallon heijastavuutta ja 2) keinoihin, joilla poistetaan hiilidioksidia ilmakehästä.

Yksi tehokkaimmista menetelmistä lisätä maapallon heijastuvuutta voisi olla yläilmakehään ruiskutetut rikkihiukkaset. Tällä menetelmällä jäljiteltäisiin suuria tulivuorenpurkauksia, joiden seurauksena on havaittu ilmaston viilenneen vuosiksi. Hiilidioksidin poistamiseksi on olemassa lukuisia ehdotuksia aina metsittämisestä merten lannoittamiseen tai ns. keinotekoisiin puihin.

Lisätietoja:

tutkija Anton Laakso, Ilmatieteen laitos, anton.laakso@fmi.fi

Viite artikkeliin: Laakso, A., Snyder, P. K., Liess, S., Partanen, A.-I., and Millet, D. B.: Differing precipitation response between solar radiation management and carbon dioxide removal due to fast and slow components, Earth Syst. Dynam., 11, 415–434, https://doi.org/10.5194/esd-11-415-2020, 2020.

Tutkimus rahoitettiin Tiina ja Antti Herlinin säätiön myöntämällä apurahalla. Tutkimus toteutettiin osittain Minnesotan yliopistossa Yhdysvalloissa ja Ilmatieteen laitoksella. Tutkimuksen päätuloksia esiteltiin toukokuun alussa etänä toteutetussa Euroopan geotieteiden yhdistyksen (EGU) kokouksessa. Esitys on saatavilla osoitteessa https://presentations.copernicus.org/EGU2020/EGU2020-8050.

Kuva: Rikkihiukkasten leviäminen ilmakehässä. Rikkihiukkasten ruiskuttaminen yläilmakehään voisi olla tehokas tapa lisätä maapallon heijastuvuutta. Tutkimus osoitti, ettei yläilmakehän pienhiukkasinjektioilla ole kuitenkaan edes teoriassa mahdollista kumota sekä kasvihuonekaasupäästöjen aiheuttamaa lämpenemistä että sateisuuden muutoksia.