Maailman ilmastotulevaisuus on epävarma, mutta maailman on valmistauduttava muutokseen.

Tulossa ovat ilmastosimulaatiot, jotka luovat uudelleen maan, meren ja taivaan väliset fysikaaliset vuorovaikutukset tunnettujen fysikaalisten lakien ja yhtälöiden avulla. Tällaiset mallit voivat katsoa menneisyyteen ja rekonstruoida muinaisia jääkausia tai kasvihuonemaailmoja kivistä ja jäänäytteistä kerättyjen tietojen avulla.

Mutta ilmastotutkijat käyttävät näitä simulaatioita myös hahmottaakseen erilaisia mahdollisia tulevaisuuksia, erityisesti ilmastoa muuttavien kasvihuonekaasupäästöjen seurauksena. Näillä Valitse oma seikkailusi -tyyppisillä skenaarioilla pyritään ennustamaan, mitä erilaiset päästötasot aiheuttavat tulevina vuosikymmeninä. Tämä tarkoittaa ylä- ja alarajojen asettamista vastauksille esimerkiksi seuraaviin kysymyksiin: Kuinka kuumaa tulee olemaan? Kuinka korkealle meri nousee?

Hyvä uutinen on, että ilmastosimulaatiot pystyvät yhä paremmin jäljittelemään ilmastonmuutoksen hienovaraisimmatkin piirteet, kuten pilvien monimutkaisen fysiikan, aerosolien vaikutuksen ja valtamerten kyvyn absorboida lämpöä ilmakehästä.

Mutta on myös huonoja uutisia: Enemmän tietoa ei aina tarkoita enemmän selvyyttä. Ja se lisää nyt epävarmuutta siitä, kuinka huono “pahin mahdollinen skenaario” voi olla maapallon ilmaston kannalta.

Viisi vuotta sitten todennäköiset pahimmat mahdolliset ilmastoskenaariot olivat tarpeeksi huolestuttavia. Niin sanotussa “business-as-usual”-skenaariossa, jossa ihmiskunta ei ryhdy toimiin kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi, planeetan ennustettiin lämpenevän vuoteen 2100 mennessä 2,6-4,8 celsiusastetta vuosien 1986-2005 maapallon keskilämpötilaan verrattuna (SN:4/13/14). Hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin eli IPCC:n vuonna 2014 julkaiseman raportin mukaan maapallon keskimääräinen merenpinta nousisi samassa skenaariossa jopa metrin verran.

Uudemman sukupolven ilmastomallien mukaan maapallon ilmasto saattaa kuitenkin olla vielä herkempi hyvin korkeille ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksille kuin aiemmin on ajateltu. Tämä puolestaan lisää ennusteita siitä, kuinka kuumaksi se voi muuttua.

“Käymme keskusteluja siitä, uskommeko näitä malleja”, sanoo Andrew Gettelman, ilmastoasiantuntija National Center for Atmospheric Researchissa (NCAR) Boulderissa, Colossa.

Tämä johtuu siitä, että simulaatioissa käytetään samoja yhtälöitä menneiden ja tulevien ilmasto-olosuhteiden tarkasteluun. Ja monilla simulaatioilla on edelleen vaikeuksia luoda tarkasti menneisyyden hyvin lämpimien ajanjaksojen, kuten eoseenikauden, ilmastoa (SN: 11/3/15). Kävi ilmi, että kun maailma kuumenee, epävarmuudet alkavat kasvaa. “Kukaan ei kiistele siitä, onko alle 2 astetta”, Gettelman sanoo. “Me kiistelemme ylärajasta.”

Lämpöä kiihdyttämässä

Ensimmäinen aavistus siitä, että uusimmissa malleissa on jotain hyvin outoa, tuli maaliskuussa Barcelonassa pidetyssä seuraavan sukupolven ilmastosimulaatioita työstävien tutkijoiden ja mallintajien kokouksessa. Monet simulaatioista on tarkoitus sisällyttää IPCC:n seuraavaan arviointiraporttiin, jonka ensimmäinen osa on tarkoitus julkaista huhtikuussa 2021.

Kaikki simulaatiot sisältävät arvioita niin sanotusta tasapainoilmastoherkkyydestä eli ECS:stä. Se tarkoittaa periaatteessa sitä, miten maapallon tulevan ilmaston odotetaan reagoivan uuteen normaalitilanteeseen – erityisesti ilmakehään, joka sisältää kaksi kertaa enemmän hiilidioksidia kuin esiteollisena aikana.

Yhtäläinen suuntaus näkyy useissa tunnetuissa simulaatioissa, joita ovat kehittäneet NCAR:n, Yhdysvaltain energiaministeriön, englantilaisen Hadley-keskuksen (Hadley Centre for Climate Prediction and Research in Exeter) ja pariisilaisen Institut Pierre-Simon Laplace -instituutin (Institut Pierre-Simon Laplace, IPSL) ryhmät. Näissä malleissa ECS oli korkeampi eli maapallo oli herkempi hiilidioksidille kuin aiemmissa mallisukupolvissa. Jos tämä on totta, se viittaa siihen, että kaasut voivat vaikuttaa maapallon ilmakehään jopa luultua enemmän. Viime kädessä tämä voi tarkoittaa, että lämpötila voi nousta korkeammaksi kuin mitä korkeimmissa aiemmissa ennusteissa oletettiin.

Syyskuussa IPSL:n ja Pariisissa sijaitsevan Ranskan kansallisen tieteellisen tutkimuskeskuksen CNRS:n tutkijat julkistivat simulaationsa. Kahden erillisen ilmastomallin ennusteiden perusteella ryhmät raportoivat, että maapallon keskimääräinen lämpeneminen vuoteen 2100 mennessä voi nousta jopa 6-7 celsiusastetta (noin 11-13 celsiusastetta) suhteessa esiteolliseen aikaan.

Kuten monissa uuden sukupolven ilmastosimulaatioissa, kahdessa ranskalaisessa mallissa on aiempia simulaatioita tarkempi resoluutio ja paremmat kuvaukset todellisista olosuhteista. CNRS:n ilmastotieteilijä Olivier Boucher sanoo, että uudet simulaatiot myös toistavat havaintoja paremmin, kun niitä verrataan nykypäivän ilmastohavaintoihin.

Mutta korkea ECS on edelleen yllätys. “Meidän mallimme on parempi” fysiikan kannalta, Boucher sanoo. “Mutta se ei automaattisesti johda siihen, että voimme luottaa enemmän tulevaisuuden ennusteisiin.”

Tämä ECS-ongelma, joka näkyy edelleen monissa malleissa, nousi uudelleen esiin 21. marraskuuta NationalAcademy of Sciencesin ilmakehä- ja ilmastotieteiden lautakunnan kokouksessa Washingtonissa, D.C. Gettelman sanoi kokouksessa, että todennäköisin syy korkeaan ECS:ään on siinä, kuinka paljon mallit arvioivat pilvien lisäävän lämpenemistä (SN: 3/22/14). Muun muassa sillä, kuinka korkealla pilvet ovat ilmakehässä, on merkitystä: Alempana olevat pilvet voivat heijastaavaloa takaisin avaruuteen, kun taas korkeammalla olevat pilvet voivat pidättää lämpöä. Gettelman ja hänen kollegansa käsittelivät pilvien merkitystä ECS-mallinnuksessa myös heinäkuussa ilmestyneessä Geophysical Research Letters -lehdessä.

“Pilvet korkeilla leveysasteilla näyttävät olevan melko tärkeitä”, Gettelman sanoo. Eteläisen valtameren yläpuolinen alue on erityisen kiinnostava, mutta nyt on käynnissä tutkimuksia, joissa tutkitaan arktisen alueen korkealla sijaitsevien pilvien sekä tropiikin matalalla sijaitsevien pilvien vaikutuksia.

Uusi paradigma

Päänvaivaa IPCC:n seuraavan raportin laatijoille tuottaa todennäköisesti se, miten korkealla sijaitsevista ECS-malleista keskustellaan. Ilmastosimulaatioiden maisema monimutkaistuu myös muilla tavoin.

Vuoden 2014 IPCC:n raporttia varten ilmastomallintajat osallistuivat myös viidenteen iteraatioon hankkeessa, jossa asetetaan standardit ja skenaariot ilmastoennusteille. Hankkeen nimi on WorldClimate Research Programme’s Coupled Model Intercomparison Project, lyhyesti CMIP5.

CMIP5:n tulevaisuuden ennusteet järjestettiin käyttäen käsitettä, jota kutsutaan “edustaviksi keskittymispoluiksi” (RCP). Kukin polku hahmotteli mahdollisen ilmastotulevaisuuden, joka perustui kasvihuonekaasujen, kuten hiilidioksidin ja metaanin, fysikaalisiin vaikutuksiin, kun ne viipyvät ilmakehässä ja vangitsevat auringon säteilyä. Maapalloa, jossa kasvihuonekaasupäästöjä hillitään dramaattisesti ja nopeasti, edusti skenaario nimeltä RCP 2.6. Skenaario “business-as-usual” tunnettiin nimellä RCP 8.5.

IPCC:n tuleva kuudes arviointiraportti perustuu CMIP6:n, uusien herkempien mallien, ennusteisiin. Niissä RCP:t ovat poissa ja uusi paradigma, jota kutsutaan “jaetuiksi sosioekonomisiksi poluiksi” (sharedsocioeconomic pathways, SSP), on käytössä.

Vaikka RCP-ennusteet perustuvat yksinomaan siihen, miten erilaiset kaasupitoisuudet lämmittävät ilmakehää, SSP-ennusteet sisältävät myös yhteiskunnallisia muutoksia, kuten väestörakenteen, kaupungistumisen, talouskasvun ja teknologisen kehityksen muutokset. Seuraamalla, miten tällaiset muutokset voivat vaikuttaa tulevaan ilmastonmuutokseen, tutkijat toivovat, että SSP-ennusteet voivat auttaa kansakuntia arvioimaan paremmin, miten ne voivat saavuttaa Pariisin sopimuksen mukaisesti lupaamansa päästötavoitteen(SN: 12/12/15).

Data drive

Ihmisten käyttäytyminen ei ole ainoa epävarmuuden lähde, kun on kyse pahimpien skenaarioiden visioimisesta. Tutkijat painivat myös jään, valtamerten ja ilmakehän monimutkaisten fysikaalisten vuorovaikutussuhteiden simuloinnin kanssa, erityisesti lämpötilojen noustessa edelleen.

“Useimpien valtamerien päällä on ilmaa, ja valtamerien päällä on jäätä. Ja jää liikkuu, jää on vuorovaikutuksessa. Se on hyvin vaikea asia”, sanoo Richard Alley, Penn Staten jäätiköntutkija.

Ilmastomallit ovat vasta nyt päässeet pisteeseen, jossa ne pystyvät toistamaan monia näistä vuorovaikutuksista kytkemällä ne yhteen simulaatioon, Alley sanoo. Tämä on avainasemassa mahdollisten tulevaisuudennäkymien tarkassa ennustamisessa: Tällaiset kytketyt simulaatiot paljastavat, miten nämä vuorovaikutussuhteet vaikuttavat toisiinsa, mikä lisää mahdollisuuksia vielä korkeampiin lämpötiloihin tai vielä korkeampiin meriin.

Mutta niin sanotun pahimman mahdollisen skenaarion ennakoinnissa on edelleen lukuisia mahdollisia epävarmuustekijöitä. Esimerkiksi se, kuinka nopeasti meret nousevat, liittyy siihen, kuinka nopeasti Grönlantia ja Etelämannerta peittävät suuret jääpeitteet menettävät jäätä mereen sulamisen tai romahtamisen kautta (SN: 9/25/19).

Ilmastosimulaatiot eivät edelleenkään toista tuota sulamista hyvin, edes IPCC:n lokakuussa 2019 julkaistavassa erityisraportissa ilmastonmuutoksen vaikutuksista jäähän ja valtameriin. Tämä johtuu osittain siitä, että tutkijat eivät täysin ymmärrä, miten jää reagoi ilmastonmuutokseen, sanoo jäätutkija Eric Rignot Kalifornian yliopistosta Irvinessä. “Edistymme”, hän sanoo, “mutta emme ole vielä perillä.”

Yksi suurimmista epävarmuustekijöistä on se, miten lämpenevät valtameret voivat olla vuorovaikutuksessa jäätiköitä reunustavien jäätiköiden laajojen alapintojen kanssa, mikä rapauttaa niitä, Rignot sanoo. Tällaisen eroosion tunnistaminen edellyttää yksityiskohtaisia syvyyskarttoja, jotka voivat paljastaa syviä kanavia, joiden kautta lämpimämpi merivesi pääsee hiipimään vuonoihin ja syömään jäätiköitä (SN: 4/3/18).Hän ja hänen kollegansa ovat olleet luomassa joitakin tällaisia karttoja Grönlantia varten.

Tutkijat pyrkivät myös saamaan saappaat jalassa -tietoa, jotta he voivat puuttua muihin epävarmuustekijöihin, kuten siihen, miten lämpeneminen voi muuttaa itse mannerjäätiköiden käyttäytymistä niiden venyttäytyessä, taipuessa ja liu’uttaessa maata pitkin. Vuonna 2018 tiedemiesten kansainvälinen yhteistyö aloitti viisivuotisen hankkeen, jossa tutkitaan reaaliaikaisesti Länsi-Antarktiksen jäätikön Floridan kokoisenThwaites-jäätikön murtumista. Lämpimät merivedet ohentavat jäätikköä, joka kannattelee jääpeitettä tukipilarin tavoin, hidastaen jään virtausta kohti valtamerta. Thwaitesin jäätikkö todennäköisesti romahtaa, mahdollisesti lähivuosikymmeninä.

Ja on muitakin CMIP-malleihin vielä sisältymättömiä prosesseja, jotka voivat saada jään syöksymään nopeasti mereen: Sulamisvesi tihkuu halkeamien ja halkeamien kautta jääpeitteen pohjaan ja voitelee sen liukumista maalta mereen. Sulamisvesi voi myös jäätyä kiinteiksi, läpäisemättömiksi laatoiksi, jotka voivat nopeuttaa uudemman sulamisveden virtausta mereen (SN: 9/18/19). Ehkä kaikkein pelottavinta on, että jotkut tutkijat ovat esittäneet, että tuleva lämpeneminen voi aiheuttaa sen, että Antarktiksen jättimäiset, jyrkät jääjyrkänteet menettävät yhtäkkiä suuria jääpaloja valtamereen, mikä nostaisi merenpinnan korkeutta nopeasti (SN: 6.2.19).

On hyvä syy siihen, miksi nykyiset ilmastomallit eivät sisällä jääjyrkänteiden hypoteesia, Alley sanoo. “Parhaat mallit, ne, joihin voi luottaa eniten siitä, että ne rekonstruoivat uudelleen sen, mitä viime aikoina on tapahtunut, eivät yleensä käytä paljon vaivaa asioiden katkaisemiseen”, hän sanoo. Ongelmana ei ole jäähyllyjen irtoamisen fysiikan simulointi, vaan sen simulointi, mitkä jäähyllyt irtoavat – ja milloin. Tämä tekee näiden prosessien simuloinnissa mahdollisesti tapahtuvasta virheestä hyvin suuren.

“Tämä on suuri jännite yhteisössä juuri nyt”, Alley lisää. “Se, miten tätä käsitellään, on edelleen erittäin vaikeaa.”

IPCC:n vuoden 2019 erikoisraportissa huomioitiin jääkalliohypoteesi, mutta pidettiin sitä erittäin epätodennäköisenä. Se ei kuitenkaan tarkoita, että se olisi mahdotonta, Alley sanoo – tai että sitä ei olisi tapahtunut aiemmin. Meren sedimenteistä saadut todisteet paljastavat, että jättimäiset jäävuoret ovat menneisyydessä irronneet mantereella sijaitsevista jyrkänteistä ja sulaneet mereen. Jos Thwaitesin jäätikkö vetäytyy Etelämantereen sisäosiin asti, jatkuva kalvaantuminen voisi synnyttää kaksi kertaa korkeampia ja kymmenen kertaa leveämpiä massiivisia jyrkänteitä kuin Grönlannissa havaitut jyrkänteet, hän totesi joulukuussa American Geophysical Unionin vuosikokouksessa San Franciscossa.

IPCC “olettaa, että meillä on onnea, eikä sitä tapahdu”, Alley sanoi. Mutta meren sedimenttitiedot herättävät “todella vakavia kysymyksiä tuosta oletuksesta.”

Gettelman puolestaan varoittaa, että tulevaisuuden ennusteiden epävarmuuden jatkuminen ei tarkoita, että maailman pitäisi odottaa, mitä tapahtuu, tai että tiedemiehet selvittävät sen. “Se tarkoittaa, että meidän on tehtävä jotain pian”, hän sanoo. Olivatpa korkeat lämpötila- tai merenpinnan nousuennusteet todellisia tai eivät, “se on silti aika paha juttu.”