Ovatko pohjoinen havumetsävyöhyke ja tundra hiilidioksidinieluja vai -lähteitä?

Vastaus ei ole yksiselitteinen. Uusi kansainvälinen tutkimus kuitenkin kehittää hiilen kierron mallinnusta ja antaa entistä kattavampaa tietoa koko pohjoisen havumetsävyöhykkeen ja tundran maa-alueiden hiilidioksiditilanteesta. Näin ilmastonmuutoksen vaikutuksia pystytään mallintamaan paremmin ja laskemaan täsmällisempiä hiilitaseita. Tulokset on julkaistu Global Change Biology-sarjassa.
The distribution of average annual ecosystem carbon dioxide sinks and sources across the terrestrial high-latitude region over 1990-2015. Data source: Virkkala et al. 2021

Kartalle on merkitty maaekosysteemien hiilidioksidipäästöt (punainen) ja hiilidioksidinielut (sininen) pohjoisella pallonpuoliskolla vuosina 1990-2015.

Jopa puolet kaikesta maaperän hiilestä on varastoituneena pohjoisen ikirouta-alueilla. Siksi pohjoisilla alueilla on suuri merkitys, kun pyritään ymmärtämään hiilen päästölähteitä ja niiden vaikutusta ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksiin.  Ilmaston lämmetessä ja ikiroudan sulaessa hiilidioksidipäästöt maaperästä ilmakehään lisääntyvät. Pohjoisten alueiden vaihtuminen hiilinieluista mahdollisiksi hiilen lähteiksi vaikuttaa huomattavasti myös globaaleihin hiilibudjetteihin.

Tohtori Virkkala keräämässä maanäytteitä Pohjois-Norjassa. Kuva credit: Markus Jylhä

Anna Virkkala tekemässä hiilidioksidin kammiomittauksia Pohjois-Norjassa. Kuva: Markus Jylhä

”Tutkimuksemme mukaan  Fennoskandian, Venäjän länsiosien, Etelä-Kanadan sekä Etelä-Siperian ekosysteemit olivat vuositasolla keskimäärin hiilidioksidinieluja. Osa Pohjois- ja Keski-Siperiaa, Pohjois- ja Keski-Alaskaa sekä Pohjois-Kanadaa taas olivat hiilidioksidilähteitä. Tundran hiilidioksidinielu on melko pieni”, sanoo Helsingin yliopistossa väitellyt maantieteilijä Anna-Maria Virkkala, joka on nykyisin tutkijana Woodwell Climate Research Center-tutkimusorganisaatiossa.

Tarkempi tarkastelu paljastaa suurta alueellista vaihtelua. Pohjoisessa on niin hiilidioksidinieluja kuin hiilidioksidia ilmakehään päästäviä alueita.

Tilastollisia ja koneoppimismalleja sekä kenttähavaintoja

Maanäyte ikirouta-alueelta Alaskasta. Kuva Credit: Chris Linder

Maanäytteitä ikirouta-alueelta Alaskasta. Kuva: Chris Linder

Tutkimuksessa kerättiin yhteen lukuisten eri tutkijoiden keräämiä hiilidioksidivuomittauksia 148 tutkimuspisteeltä, jotka kattoivat laajasti eri alueita ympäri pohjoista havumetsävyöhykettä ja tundraa.

Tilastollisten mallien ja koneoppimismallien sekä kaukokartoitus- ja muiden alueellisten aineistojen avulla tutkijat tarkastelivat milloin yhteyttämisessä tapahtuvaa sidontaa on enemmän kuin maaperän ja kasvillisuuden päästöjä eli alue on hiilinielu ja milloin taas päästöt olivat suuremmat. Työssä ei käsitelty metsäpalon aikana syntyviä hiilidioksidipäästöjä.

Maanäyte ikirouta-alueelta Alaskasta. Kuva Credit: Chris Linder

“Laajoissa hiilidioksidivuosynteeseissä ja -mallinnuksissa on vielä suuria epävarmuuksia, mutta se, että pohjoinen havumetsävyöhyke alue vaikuttaa olevan vahva hiilidioksidinielu ja tundra-alue lähellä hiilidioksidineutraalia, tuo tärkeää tietoa alueen hiilitaseesta”, kertoo Virkkala.

“Mallinnuksen mukaan kasvillisuuden hiilen sidonta pystyy tundralla nipin napin ylittämään hiilidioksidipäästöt, jotka liittyvät esimerkiksi ikiroudan sulamiseen. Meidän täytyy jatkaa näiden ekosysteemien hiilen kierron seuraamista, jotta ymmärrämme paremmin, miten hiilibudjetit muuttuvat lähitulevaisuudessa”, sanoo Virkkala.

Hiilitaseen tulevaisuus

Tämän työn aineistot osoittavat, että juuri nyt, melko häiriöttömät boreaaliset metsät ja suot sitovat edelleen paljon hiilidioksidia maaekosysteemeihin. Tutkijat ovat kuitenkin huolissaan siitä, että tulevaisuudessa ilmastonmuutos ja sen aiheuttamat positiiviset takaisinkytkentäilmiöt voivat muuttaa tärkeitä hiilinieluja hiililähteiksi.

“Ikiroudan sulaminen sekä esimerkiksi metsäpalojen lisääntyminen muiden häiriöiden ohella tulevat jatkumaan, kun ilmasto lämpenee yhä enemmän“, Woodwell Climate Research Centerin tutkija ja artikkelin kanssakirjoittaja Brendan Rogers jatkaa.

“Hiilen kierron mallintaminen laajoilla alueilla on kuitenkin haastavaa, sillä mittauspisteet eivät kata kaikkia pohjoisia alueita, ja esimerkiksi metsäpalojen ja hakkuiden vaikutusten määrittämisessä on vielä paljon epävarmuutta. Ja tiedämme, että nämä häiriöt taas usein pienentävät hiilidioksidinieluja, mitä emme tutkimuksessa täysin pystyneet huomioimaan. On siis keskeistä jatkaa pohjoisten alueiden synteesi- ja mallinnustutkimusta, jotta hiilen kierron vaihtelua ja sen vaikutusta globaaliin ilmastoon voidaan ymmärtää paremmin”, toteaa luonnonmaantieteen professori Miska Luoto Helsingin yliopistosta.

Tutkimus, jossa oli mukana 49 tutkijaa ympäri maailmaa, mukaan lukien useita Helsingin yliopiston tutkijoita, tuo tärkeää lisätietoa alueellisista ja globaaleista hiilitaseista ja käytettävissä olevien työkalujen ja menetelmien tarkkuudesta. Virkkala kollegoineen jatkaa tämän teeman parissa Woodwell Climate Research Centerissä ja suunnittelee julkaisevansa laajennetun ja paremmin koko pohjoisia alueita kattavan version hiilidioksidivuosynteesiaineistosta, sekä sen avulla luotuja tarkempia malleja hiilidioksiditaseesta, jotta viimeaikaisia ja tulevia muutoksia pystyttäisiin seuraamaan vielä paremmin.

Hiilitase kasvukaudella. Virkkala et al. 2021

Mittauksia tehtiin 148 paikassa ympäri pohjoista pallonpuoliskoa.  Kuvissa Scotty Creek, Disko Island ja Lake Hazen. Kuva: Mason Dominico, Bo Elberling, Craig Emmerton

 

Referenssi:
Statistical upscaling of ecosystem CO2 fluxes across the terrestrial tundra and boreal domain: Regional patterns and uncertainties. Virkkala et al. Global Change Biology, Wiley Online

Lisätietoja:
Anna-Maria Virkkala

Sähköposti: anna-maria.virkkala@helsinki.fi; avirkkala@woodwellclimate.org
Puhelin: +358 445441040

Professori Miska Luoto
Sähköposti: miska.luoto@helsinki.fi
Puhelin: +358 50 4480241