Akateemikko ja Suomen ilmastopaneelin ensimmäinen puheenjohtaja Markku Kulmala on tutkinut ilmakehää ja ilmastonmuutosta jo vuosikymmeniä.
”Kiinnostukseni alaan lähti uteliaisuudesta ja halusta tietää enemmän siitä, mitä ympärillämme tapahtuu”, hän sanoo.
Aerosoli- ja ympäristöfysiikan professori Kulmalan päätoimi on Helsingin yliopiston Ilmakehätieteiden keskuksessa. Hän on työskennellyt ilmakehän koostumusta ja ilmastonmuutosta tutkivan yksikön johdossa 1990-luvun alusta saakka luotsaten niin sen valtakunnallista toimintaa kuin kansainvälisiä verkostoja.
Sitä Kulmala ei arvannut, että hänestä tulisi työnsä kautta tunnettu ympäri maailman.
”Ei tullut mieleenkään, että minusta ja tiimistäni tulisi kuuluisia. Sitten työhömme alkoi tulla viittauksia, ja tunnettuus maailmalla kasvoi.”
Tänä päivänä Kulmala on paitsi maailman viitatuin geotieteiden tutkija (2011–2018), myös kunniatohtori tai professori Tukholman, Tarton, Budapestin, Nanjingin ja Fudanin yliopistoissa sekä Pekingin kemian tekniikan yliopistossa. Kulmala on myös Kiinan ja Venäjän tiedeakatemioiden jäsen.
”En kuitenkaan olisi akateemikko enkä niin laajasti siteerattu geofyysikko ilman SMEAR-asemia”, Kulmala sanoo.
Tšernobyl opetti paljon aineiden siirtymisestä
Kulmalan polku kohti uraauurtavaa tutkimusta ja SMEAR-asemia alkoi Helsingin yliopistossa teoreettisen fysiikan opinnoilla vuonna 1977. Ilmakehän tutkimisen hän aloitti muutama vuosi myöhemmin, ja pikkuhiljaa yhä suurempi osa hänen tutkimistaan asioista liittyi ilmastonmuutokseen.
Väitöskirjansa Kulmala teki 1980-luvulla. Siinä hän selvitti, miten uusia pieniä hiukkasia syntyy ilmakehässä. Siihen aikaan puhuttiin ennen kaikkea paljon happosateista ja otsonikadosta, ilmastonmuutoksesta vasta vähän.
”Aihe ei silloin ollut valtavirtaa, eikä siitä juuri keskusteltu”, Kulmala sanoo.
Vuonna 1986 tapahtui Tšernobylin ydinvoimalan onnettomuus. Se oli merkittävä käänne myös Kulmalan uralla.
”Tapahtuma oli hyvin ikävä, mutta tutkijoille tärkeä. Opimme paljon siitä, miten eri aineet virtaavat paikasta toiseen.”
Ennen onnettomuutta Kulmala tutki ilmakehän hiukkasten muodostumista, sen jälkeen ydinlaskeumaa ja leijumaa.
”Mittasimme neulasia, kaloja, maaperää, lehmien maitoa ja vaikka mitä, kun halusimme ymmärtää, miten radioaktiivinen aine kuten cesium käyttäytyy. Saimmekin perusidean aineiden siirtymisestä – siitä, miten ne menevät kierrossa ulkoa sisälle, ilmasta maahan ja esimerkiksi puihin.”
Kulmalan mukaan tuo ymmärrys toimi perustavanlaatuisena sysäyksenä SMEAR-asemien rakentamiselle, mutta sitä ennen hän vietti useita kuukausia Itävallassa opiskellen syvemmin aerosolifysiikkaa eli ilmanlaadun ja hiukkaspäästöjen tutkimusta professori Paul Wagnerin johdolla.
”Tuona aikana sain perustutkimuksellisen otteen pienhiukkasten tutkimiseen.”
Miten metsäekosysteemi vaikuttaa ilmakehään?
SMEAR-asemat (Stations for Measuring Earth Surface Atmosphere Relations) keskittyvät ilmakehän ja maanpinnan ekosysteemien vuorovaikutuksen mittaamiseen. Niiden idea on kerryttää monipuolista, laajaa, pitkäaikaista dataa eri ekosysteemeistä, kuten metsistä.
Markku Kulmala on ollut mukana mittausasemien tarinassa alusta asti, ja niihin liittyvä työ on nostanut sekä hänet että Suomen ilmakehätutkimuksen ykköseksi ympäri maailman. SMEAR-asemat hän perusti yhdessä metsäekologian emeritusprofessori Pertti Harin kanssa, ensimmäisen 1990–91 Värriötunturille Suomen Itä-Lappiin.
Suomen viidestä asemasta tunnetuin on osana monia kansainvälisiä mittausverkostoja toimiva SMEAR II, joka perustettiin 1995–96 Helsingin yliopiston omistamalle Hyytiälän metsäasemalle Pirkanmaan Juupajoelle. Se on siitä asti tuottanut keskeytyksettä dataa tutkijoiden tarpeisiin.
”Kun aloitimme mittauksia, oli selvää, että pitkiä aikasarjoja tarvitaan. Emme vain vielä tienneet mihin kaikkeen”, Kulmala tunnustaa.
Asemat antavat tutkijoille jatkuvaa mittausdataa, joka mahdollistaa ymmärryksen muun muassa metsäluonnon vaikutuksesta pienhiukkasten muodostumiseen.
”Datan kerääminen metsistä on erityisen tärkeää, koska metsäekosysteemin vaikutus ilmakehään on suuri. Mittausten avulla saamme selville erilaisia takaisinkytkentöjä, joita on metsän ja ilmakehän välillä.”
SMEAR II -asemalla mitataan esimerkiksi kasvihuonekaasuja, hiilidioksidia, metaania, typpioksiduulia, muita kaasuja kuten otsonia, häkää, rikkidioksideja, typen oksideja, erilaisia hiilivetyjä, fotosynteesiä eli yhteyttämistä ja sen sivutuotteita – yhteensä yli 1 200:aa suuretta.
”Meillä on maailman laajin mittaus. Tavallinen ilmansaasteasema mittaa kymmentä asiaa, samoin tavallinen sääasema”, hän vertaa.
Metsän ilmastovaikutus on hiilinielua suurempi
Suomalainen metsä on Hyytiälän SMEAR-aseman ansiosta parhaiten mitattua koko maailmassa.
”Tutkimme luonnon tapahtumia mahdollisimman laajasti, jotta pystyisimme vastaamaan niihin kysymyksiin, joita esimerkiksi ilmastonmuutokseen liittyy. Ilman mittauksia emme tietäisi kaikkea mitä hiilinieluista nyt tiedämme – esimerkiksi sitä, että eteläsuomalainen havumetsä maaperineen imee vuodessa hiiltä 300 grammaa neliömetriä kohti”, Kulmala kertoo.
Metsät ja maaperä ovat monella tavalla tärkeitä hiilinieluja eli keinoja ottaa hiilidioksidia pois ilmasta.
Maaperän tapaan puut imevät kasvaessaan hiiltä, mutta tekevät myös paljon muuta.
Esimerkiksi yhteyttämisen sivutuotteena syntyy hiilivetyjä, ja kun kävelee alkukesällä metsässä aurinkoisena päivänä, nuo hiilivedyt eli terpeenit tuoksuvat siellä. Terpeenit reagoivat ilmakehän otsonin ja uv-säteilyn kanssa ja muodostavat nanohiukkasia, jotka osaltaan hidastavat ilmastonmuutosta.
Metsä on siis varsin merkittävä, tasapainottava tekijä. Sen ilmastovaikutus on monta kymmentä prosenttia suurempi kuin pelkkä hiilinielu olisi.
”Hiilinielut, kuten metsät, metsän kasvu ja metsätalousmaaperä, ovat olennaisia, että hiilidioksidia saadaan pois ilmasta. Aina kun joku yhteyttää, se sitoo hiilidioksidia, ja olisi tärkeää, että se pysyisi pois ilmasta.”
Myös takaisinkytkentäluupista, joka entisestään tehostaa metsän kykyä sitoa hiiltä, on Hyytiälässä ainutlaatuista tietoa, koska missään muualla maailmassa ei ole yhtä pitkiä aikasarjoja.
Koko ketjun ymmärtäminen olennaista
Kuinka suuria maaperän ja puiden hiilinielu ja hiilivarasto sitten ovat? Kulmalan mielestä lisää tietoa tarvitaan, esimerkiksi minkä verran minkäkin ikäinen metsä eri puolilla maailmaa imee hiiltä. Sekin pitäisi tietää, mihin puusta valmistetut tuotteet menevät: ovatko ne pitkäikäisiä vai sellaisia, jotka palavat nopeasti taivaalle hiilidioksidiksi.
”Koko ketjun ymmärtämistä pitäisi parantaa. Ilmastonmuutoksen kannalta on merkitystä, kuinka nopeasti hiili päätyy taas ilmakehään. Mikäli haluamme hillitä ilmastonmuutosta, meidän pitää samaan aikaan kasvattaa nieluja ja vähentää päästöjä”, Kulmala summaa.
Nielujen lisääminen voi tarkoittaa hyvinkin pieniä asioita.
”Se voi tarkoittaa hakkuukiertojen pidentämistä muutamilla vuosilla. Tai se voi tarkoittaa, että puusta tehdään mahdollisimman pitkäikäisiä tuotteita ja tuotteita, joilla voidaan korvata muoveja tai muita fossiilisista aineista valmistettuja tuotteita”, Kulmala muistuttaa.
Globaalisti katsottuna myös metsäpaloja pitäisi ehdottomasti saada vähennettyä.
Kiinassa tutkitaan suurkaupunkien ilmaa
Markku Kulmalan mukaan ilmakehäosaaminen on Suomessa maailman huippua, millä mittarilla mitattuna vaan.
”Ilmakehän ja metsien vuorovaikutuksen ymmärtäminen ja mittaaminen sekä siihen liittyvä osaaminen on meillä ainutlaatuista, sitä ei ole vastaavalla tasolla missään muualla”, hän toteaa.
Tutkijan toiveena kuitenkin on, että osaamista levitettäisiin ympäri maailman.
”Jokaisessa pääekosysteemissä pitäisi olla SMEAR-aseman kaltainen mittausasema, samoin kuin jokaisessa suurkaupungissa. Maailmanlaajuisesti niitä tarvittaisiin siis muutama sata – mutta mieluiten tuhat.”
Tällä hetkellä Suomessa on viisi asemaa, Virossa yksi ja Kiinassa kaksi.
”Lisäksi Kiinassa on tekeillä kolme asemaa, Venäjällä, Etelä-Afrikassa ja Keniassa kussakin yksi. Niiden lisäksi arktisia asemien esivaiheita löytyy Grönlannista ja Huippuvuorilta, ja Ruotsissa on kriteerit täyttäviä asemia, jotka eivät vielä ole verkoston jäseniä”, Kulmala luettelee.
Metsien lisäksi muutkin ekosysteemit ovat ilmakehän tutkimisen kannalta tärkeitä. Esimerkiksi Kiinassa mittauksia tehdään suurkaupungeissa.
Nanjingissa on sikäläisen yliopiston kanssa perustettu mittausasema, jonka tutkimuskohteena on ilmanlaatu. Toinen kaupunkiasema löytyy Pekingistä. Molemmissa on käytössä Suomen Hyytiälän kanssa yhteneväiset mittauslaitteet.
Kulmala sanoo, että Kiina on erityisen tärkeä kokonaisuuden kannalta.
”Kiinassa on sellaisia ilmakemiallisia reaktioita, joita on tuskin missään muualla. Kun Kiinan ilmansaasteista saadaan monipuolista dataa, syntyy tärkeä kokonaiskuva siitä, mitä ilmakehässä tapahtuu”, hän selittää.
Kulmalan tutkimusryhmän tutkijat ovat esimerkiksi huomanneet, että ainakaan Kiinassa suuri osa suurkaupunkien ilmansaasteista ei ole suoria päästöjä, vaan 90 prosenttia hiukkasista syntyy ilmakehässä.
Mittausasemien datasta hyötyä myös yrityksille
Tutkijalta on lohdullista kuulla, että tulevaisuuden suhteen hän on ehdottomasti enemmän optimisti kuin pessimisti.
”Pidän aivan mahdollisena, että ilmastonmuutos saataisiin taklattua”, Kulmala sanoo ja neuvoo miettimään, mitä viime aikoina on tapahtunut.
”Erilaiset yhteiskunnan toimijat ovat ottaneet ilmastonmuutoksen vakavasti. Tietoisuus luonnon monimuotoisuudesta huolehtimisesta sekä ruoan ja juomaveden riittävyydestä on nyt ihan eri tasolla kuin muutaman kymmenen vuotta sitten, vaikka tekemistä vielä riittääkin.”
Ennen kaikkea hänen mielestään tarvitaan yhteistyötä. Ilmastonmuutos on asia, jota kukaan ei ratkaise yksin, ja monipuolinen holistinen näkemys on tarpeen.
Esimerkiksi hän nostaa SMEAR-mittausasemien tulosten laajemman hyödyntämisen. Dataa hyödynnetään jo nyt vastaamaan moniin kysymyksiin, joita ympäristöön, metsätalouteen ja ilmastonmuutokseen liittyy. Mutta koska dataa tulee niin paljon, mahdollisuuksia olisi enemmän.
”Laajasta tietopankistamme voisi olla hyötyä yrityksille. Datasta saisi kiskottua irti vastauksia kysymyksiin esimerkiksi metsäteollisuudelle. Tiedon taso on jo sellainen, että sillä pystyy saamaan aikaan uusia innovaatioita.”
Artikkeli on alun perin julkaistu Fibre-lehden numerossa 2021-2022. Tutustu lehteen: https://customermagazine.metsafibre.com/mag/fibre-2-21_fi/1-16
