Miljardeja tonneja hiiltä on jäätyneessä maassa laajoilla alueilla pohjoisella pallonpuoliskolla.

Maailman lämpötilan noustessa tämä ”ikiroutainen” maa on yhä suuremmassa vaarassa sulaa, jolloin sen pitkään varastoima hiili saattaa vapautua ilmakehään.

Urvokas ikiroudan sulaminen on yksi useimmin käsitellyistä ”käännekohdista”, jotka lämpenevässä maailmassa voitaisiin ylittää. Tutkimukset kuitenkin viittaavat siihen, että vaikka sulaminen on jo käynnissä, sitä voidaan hidastaa ilmastonmuutoksen hillinnällä.

Yet, what is irreversible is the escape of the carbon that has been – and being – emitted. Ikiroudasta vapautuva hiili menee ilmakehään ja jää sinne, mikä pahentaa ilmaston lämpenemistä.

Lyhyesti sanottuna se, mitä tapahtuu arktisella alueella, ei pysy arktisella alueella.

Ikirouta ja globaali ilmasto

Ikirouta on maa-aines, joka on ollut jäätyneenä vähintään kaksi vuotta peräkkäin. Sen paksuus vaihtelee alle metristä yli kilometriin. Tyypillisesti se sijaitsee ”aktiivisen kerroksen” alla, joka sulaa ja jäätyy uudelleen joka vuosi.

Lämpenevä ilmasto vaarantaa tämän pysyvästi jäätyneen maan. Lämpötilan noustessa ikirouta sulaa – se ei sula.

On olemassa yksinkertainen vertaus: verrataan, mitä jääkuutiolle ja pakastekanalle tapahtuu, kun ne otetaan pakastimesta. Huoneenlämpötilassa ensin mainittu on sulanut, jolloin jäljelle jää pieni vesilammikko, mutta kana on sulanut, jolloin jäljelle jää raaka kana. Lopulta tuo kana alkaa hajota.

Juuri näin tapahtuu ikiroudalle, kun lämpötila nousee. Neljäsosa pohjoisen pallonpuoliskon maa-alasta on ikiroudan peitossa, joka toimii kuin maapallon jättimäinen pakastin ja pitää valtavat määrät orgaanista ainetta jäässä.

Globaali ikiroutakartta, International Permafrost Association. Credit: Brown, J., O.J. Ferrians, Jr., J.A. Heginbottom ja E.S. Melnikov, eds. 1997. Circum-Arctic map of permafrost and ground-ice conditions. Washington, DC: U.S. Geological Survey in Cooperation with the Circum-Pacific Council for Energy and Mineral Resources. Circum-Pacific Map Series CP-45, mittakaava 1:10 000 000, 1 arkki.

Tämä orgaaninen aines sisältää maaperään kertyneiden kuolleiden kasvien, eläinten ja mikrobien jäänteitä, jotka jäätyivät ikiroudaksi tuhansia vuosia sitten.

Permafrost sisältäen ikivanhoja luita (vasen kuva) ja orgaanista ainesta (oikea kuva) ikiroutatunnelissa lähellä Foxia Alaskassa. Credit: C. Schädel

Arktisen alueen lämpötila on noussut yli kaksi kertaa nopeammin kuin maapallon keskiarvo. Tämä on aiheuttanut monin paikoin ikiroudan sulamista ja käynnistänyt vasta heränneet mikrobit hajottamaan orgaanista materiaalia, jolloin ilmakehään vapautuu hiilidioksidia tai metaania.

Kummatkin kaasut ovat kasvihuonekaasuja, mutta metaani on 28-36 kertaa voimakkaampaa kuin CO2 vuosisadan aikana. Ilmakehässä on kuitenkin enemmän CO2:ta kuin metaania ja metaani hapettuu CO2:ksi noin vuosikymmenen aikajänteellä. Ilmakehän CO2-pitoisuuden muutoksella on siis todellista merkitystä pitkän aikavälin ilmastonmuutoksen kannalta.

Hiilen vapautuminen ikiroudasta

Millainen rooli ikiroudalla on tulevaisuuden hiilipäästöissä? Ja onko olemassa käännekohta, joka voisi laukaista nopean sulamisen?

Tutkijat arvioivat, että ikiroutaan on varastoitunut noin kaksi kertaa enemmän hiiltä kuin ilmakehässä kiertää. Tämä on noin 1460-1600 miljardia tonnia hiiltä.

Pääosa hiilestä on tällä hetkellä jäätyneenä ja säilöttynä, mutta jos pienikin osa siitä vapautuu ilmakehään, päästöt olisivat todennäköisesti suuret – mahdollisesti samansuuruiset kuin hiilipäästöt, joita vapautuu muista ympäristövirroista, kuten metsien hävittämisestä.

Tämä olisi silti noin kertaluokkaa pienempi kuin fossiilisten polttoaineiden poltosta aiheutuvat päästöt tämän vuosisadan loppuun mennessä. Kuitenkin jokainen ilmakehään lisätty hiilidioksidi- tai metaanimolekyyli kiihdyttää ilmastonmuutosta ja vaikuttaa koko planeettaan ja sen ilmastoon.

Nykytuntemuksemme mukaan ikiroudasta vapautuva hiili on asteittainen ja jatkuva prosessi, joka lisää jatkuvasti hiiltä ilmakehään – ja vahvistaa siten edelleen lämpenemistä.

Kun ikiroudan sisältämä orgaaninen aines hajoaa ja vapauttaa hiilidioksidia ja metaania, sitä ei enää saada takaisin. Tässä mielessä ikiroudan sulaminen on peruuttamatonta – se täyttää yhden käännekohdan määritelmän ehdoista.

Uudet tutkimukset kuitenkin viittaavat siihen, että jos lämpötilan nousu hidastuisi ja pysähtyisi, myös ikiroudan sulaminen hidastuisi – ja mahdollisesti pysähtyisi, mikä rajoittaisi lisäpäästöjä. Tämä veisi kuitenkin aikaa. Ikiroudan sulaminen on vähän kuin raskas tavarajuna – kun se kerran lähtee liikkeelle, sitä ei voi pysäyttää välittömästi. Ja vaikka jarrutettaisiinkin, se rullaa vielä jonkin aikaa eteenpäin. Tutkimusten mukaan päästöt voivat jatkua vuosikymmeniä tai jopa vuosisatoja, vaikka ikiroudan sulaminen olisi hidastunut.

Tämä viittaa siihen, että ikirouta kokonaisuudessaan ei ole siirtynyt täysin uuteen tilaan – kuten joissakin käännekohdissa, kuten Grönlannin jääpeitteen sulamisessa. Näin ollen olisi mahdollista estää uusien päästöjen syntyminen, jos ilmaston lämpeneminen pysäytettäisiin.

Mutta nykytilanteessa ikiroudan sulamista on jo havaittu monin paikoin arktisella alueella. Ja kuten hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin (IPCC) äskettäisessä meriä ja kryosfääriä käsittelevässä erityisraportissa todetaan, lämpeneminen tällä vuosisadalla aiheuttaa huomattavia ikiroudan päästöjä:

”Vuoteen 2100 mennessä pinnanläheisen ikiroudan pinta-ala pienenee 2-66 prosenttia RCP2.6:n tapauksessa ja 30-99 prosenttia RCP8.5:n tapauksessa. Tämä voi vapauttaa ilmakehään 10-100 gigatonnia hiiltä hiilidioksidina ja metaanina RCP8.5:n tapauksessa, mikä saattaa kiihdyttää ilmastonmuutosta.”

Miten lisätä varmuutta ikiroudan hiilen vapautumiseen

Ikiroudan hiilen lopullinen osuus ilmastonmuutokseen riippuu monista tekijöistä: kuinka paljon hiilestä vapautuu esimerkiksi hiilidioksidina tai metaanina ja kuinka paljon kasvit ja puut voivat kompensoida osan ylimääräisestä hiilen vapautumisesta.

Ikiroudan rappeutuminen voi tapahtua asteittaisena ylhäältä alaspäin tapahtuvana sulamisena tai äkillisenä sulavan maaperän romahtamisena. Molemmat prosessit vapauttavat hiiltä ilmakehään. Asteittainen sulaminen ylhäältä alaspäin on seurausta ilman lämpötilan lämpenemisestä, joka saa maaperän sulamaan ylhäältä alaspäin, kun taas äkillinen sulaminen tapahtuu äkillisesti ja ennalta arvaamattomasti.

Permafrost voi sisältää jopa 80 % jäätä. Jos jää sulaa – muistakaa, että jää sulaa, vaikka maaperä ei sulakaan – maa romahtaa yhtäkkiä ja syvät kerrokset altistuvat ilman lämpötilalle.

Pohjan sortuminen voi jättää maisemaan ”termokarstijärviä”, jotka täyttyvät sulamisvedestä, sateesta ja lumesta. Nämä kosteat olosuhteet voivat edistää voimakkaamman kasvihuonekaasun metaanin vapautumista.

Thermokarst-maisema. Credit: A. Balser

Ylänkömailla luontainen kuivatus luo kuivemmat maaperäolosuhteet ikiroudan sulamisen jälkeen, mikä nopeuttaa orgaanisen aineksen hajoamista ja vapauttaa suuria määriä hiilidioksidia. Ikiroudasta vapautuvan hiilen lopullinen vaikutus on voimakkaampi, kun suurempi osa ikiroutavyöhykkeestä kuivuu sulamisen jälkeen.

Mikä osa maisemasta muuttuu kosteammaksi tai kuivemmaksi sulamisen jälkeen, riippuu maajään jakautumisesta, mutta nykyiset jäämittaukset ovat vain satunnaisia, ja parempaa alueellista kattavuutta ja ajantasaisempia mittauksia tarvitaan kipeästi.

Muuten tärkeä tekijä ikiroudan vyöhykkeen hiilitasapainossa on kasvien hiilensitominen. Kysymys kuuluu, kuinka paljon ikiroudan sulamisesta vapautuvaa hiiltä voidaan kompensoida kasvien lisääntyneellä kasvulla. Kasvit ottavat hiiltä ilmakehästä ja käyttävät sitä kasvuun ja aineenvaihduntansa ylläpitämiseen.

Arktisen alueen lämpimämmät olosuhteet ja kaikki niihin liittyvät muutokset stimuloivat kasvien kasvua, mikä tarkoittaa, että osa ikiroudan sulamisesta ilmakehään lisätystä hiilestä otetaan talteen kasvien kasvun vauhdittamana. On kuitenkin epäselvää, kuinka paljon hiiltä kasvit kompensoivat, ja on epäselvää, kuinka kestävä tämä prosessi on.

Malliennusteiden parantaminen ikiroudan hiilidioksidipäästöistä on ratkaisevan tärkeää määritettäessä ikiroudan sulamisen kokonaisvaikutusta maapallon ilmastoon. Viimeaikaiset tulokset Kanadan arktiselta alueelta osoittavat, että ikiroudan sulaminen tapahtuu paljon aikaisemmin kuin tutkijat odottivat nykyisten malliennusteiden perusteella.

Toistaiseksi mallit ottavat huomioon vain asteittaisen, ylhäältä alaspäin etenevän sulamisen, mutta viimeaikaiset arviot osoittavat, että äkillinen sulaminen ja maaperän romahtaminen voivat kaksinkertaistaa ikiroudasta vapautuvan hiilen määrän. Yksi asia on selvä: mitä vähemmän lämpötila nousee arktisella alueella, sitä enemmän ikirouta pysyy jäässä ja sitä enemmän hiiltä jää ikiroutaan lukittuneena.

Metaanihydraatit

Usein ikiroudan sulamisen kanssa samassa hengenvedossa mainitaan mahdollinen vaara, joka liittyy metaanihydraattien eli niin sanottujen klatraattien hajoamiseen. Kyseessä on metaani-”jää”, joka muodostuu alhaisissa lämpötiloissa ja korkeissa paineissa mannerjalustan merisedimenteissä tai ikiroudan sisällä ja alla.

Erityistä huolta aiheuttavat metaanihydraatit, jotka ovat varastoituneet Itä-Siperian arktisen mannerjalustan (ESAS) alle, joka on matala rannikkoalue Venäjän pohjoisosassa. Tutkimusten mukaan ikiroudan sulaminen vapauttaa tätä metaania ja päästää sen kuplimaan ylös ja ulos merivedestä. Tämä on johtanut tutkimuksiin, joissa varoitetaan, että suurten metaanimäärien karkaamisella voisi olla ”katastrofaalisia seurauksia ilmastojärjestelmälle”, ja tiedotusvälineissä on kerrottu uhkaavasta ”metaaniaikapommista”.

Keskustellessani Yhdysvaltain geologian tutkimuskeskuksen kaasuhydraattihankkeen johtavan tutkijan, tohtori Carolyn Ruppelin, kanssa hän kertoi minulle, että metaanihydraatit sitovat noin kuudenneksen maapallon metaanihiilestä ja että jotkin esiintymät saattavat itse asiassa olla jo nyt hajoamassa ilmaston lämmetessä. Mutta hän sanoo:

”Jos kaasuhydraattien hajoamisen aikana vapautuva metaani pääsee valtamereen, bakteerit kuluttavat sen suurimmaksi osaksi vesipatsaassa, eikä se pääse ilmakehään”. Ikirouta-alueilla hajoava kaasuhydraatti on yleensä syvällä, joten ikiroudan sulaminen on merkittävämpi kasvihuonekaasupäästöjen aiheuttaja.”

Vaikka ”arktiselta mannerjalustalta saattaa vuotaa huomattavia määriä metaania sulavan merenalaisen ikiroudan alueilta”, Ruppel sanoo, ”tutkimukset ovat osoittaneet, että virtausnopeudet on luultavasti yliarvioitu ja että vuotavan metaanin todennäköisin aiheuttaja ei ole kaasuhydraattien sulaminen”. Hän lisää:

”Permafrostiin liittyvät metaanihydraatit eivät ole kovin laajalle levinneitä, ja ne esiintyvät usein syvemmällä kuin matalammat metaanilähteet, jotka voivat helpommin vuotaa ilmakehään.”

Uudemmat tutkimustulokset viittaavat siis siihen, että sulavista metaanihydraateista peräisin oleva metaanipommi ei ole näköpiirissä. Ikiroudan osalta tiede kuitenkin osoittaa, että sulaminen on jo käynnissä ja siitä vapautuva hiili vaikuttaa jo nyt lämpenevään ilmastoomme.