Hiiliatomien seikkailut Suomen luonnossa
Hiiliatomit sinkoilevat ilmakehässä edestakaisin. Niitä on paljon – onhan kyseessä yksi maapallon, ja nykytiedon mukaan koko maailmankaikkeuden, suurimmista hiilivarastoista. Mutta ne ovat paikalla vain hetken ja odottavat jo uusia seikkailuja.
Hiili kiertää maapallolla jatkuvasti ja monia reittejä. Atomit vaeltavat väsymättä hiilivarastosta toiseen erilaisissa olomuodoissa läpi tuulen ja tuiskeen sekä saven ja kiven. Atomit matelevat makeasti tai niitä vetkutetaan vinhasti, eivätkä ne käytännössä koskaan kuole tai katoa.
Yksin ilmakehän hiiliatomin ei tarvitse olla luonnonvoimien vietävänä, sillä matkaa tehdään erilaisissa ryppäissä käsi kädessä eri seuralaisten kanssa. Usein mukana kulkee happiatomi.
Tämä on tarina neljästä hiiliatomista, jotka seikkailevat Suomen luonnossa.
Nopeaa kiertoa rehevällä niityllä
Tuulenpuuska nappaa ensimmäisen hiiliatomin mukaansa aurinkoisena kesäpäivänä ja kuljettaa sen korkealta ilmasta keskelle maanpinnan kukkaloistoa. Hiiliatomin alla häämöttää kukoistava niitty, jossa luonto rehottaa valtoimenaan.
Hiiliatomi ajautuu tuulen pyörteiden mukana lähemmäs kasveja ja niiden vihreänä hehkuvia lehtiä. Lehden pintaan avautuu luukku. Vahva imu tarttuu atomiin ja vetäisee sen lehden uumeniin.
Lehdessä jyskyttää tehokas yhteyttämiskoneisto. Parin tunnin ajan hiiliatomia operoidaan urakalla.
Lehdessä jyskyttää tehokas yhteyttämiskoneisto. Parin tunnin ajan hiiliatomia operoidaan urakalla. Sen kylkeen tungetaan muita atomeita, ja lopulta koneisto sylkäisee hiilen sokeriryppääksi muunnettuna matkalle kasvin sisälmyksiin.
Osa koneistossa luodusta sokerista viipyy kasvissa vain pienen tovin, sillä kasvilla on nälkä: se tarvitsee sokeria elääkseen ja kasvaakseen. Sokerin mutusteltuaan kasvi hengähtää, jolloin lehden luukku avautuu uudestaan ja hiiltä pölähtää takaisin ilmakehään.
Hiiliatomi ja sen sokerirypäs kuitenkin tempaistaan kasvin varteen, jonka putket toimittavat aineita paikasta toiseen. Rypäs kuljetetaan vain muutamissa minuuteissa hentojen ja haaroittuvien juurten kautta maaperään.
Kaksi suurta hiilivirtaa säätelee luonnossa tapahtuvaa hiilen kiertoa. Näitä ovat kasvin yhteyttämisessä tapahtuva hiilen sidonta ja kasvin, maaeläinten ja mikrobien soluhengityksessä ilmakehään vapautuva hiili. Yhteyttäminen sitoo Suomen luonnossa vuodessa keskimäärin noin kilon hiiltä per neliömetri, kun taas hengityksessä vapautuu reilu puoli kiloa hiiltä takaisin ilmakehään.
Pimeä ja monelle meistä hyvin tuntematon maaperä on kovin erilainen elinympäristö kuin ilmakehä ja kasvi. Maaperän miljöö vaikuttaa tummalta ja yksitoikkoiselta, mutta se on poikkeuksellisen monipuolinen: se koostuu hiekasta, savesta, kivistä ja kasvien jäänteistä sekä erikokoisista partikkelikimpuista, ilmakoloista ja vedestä. Maaperä on tärkeä paikka, jossa jokainen hiiliatomi on todennäköisesti viettänyt ainakin osan elämästään.
Maaperän elämä on vilkasta ja kuhisee mikroskoopilla nähtäviä pikkuruisia mikrobeja sekä suurempia silmin havaittavia maaperäeläimiä kuten lieroja. Näille eliöille kasvin jäänteiden hiiliatomit ovat suurta herkkua.
Ihan hetkessä jäänteitä ei kuitenkaan hotkita.
Maaperäeläimet rouskuttelevat jäänteet vähitellen yhä pienemmiksi paloiksi, ja lopulta mikroben avustuksella jäänteet pilkotaan pikkuruiseksi hiilimuruksi. Näiden murujen äärellä mikrobien on helppo ruokailla.
Mikrobeilla ei kuitenkaan ole suuta eikä suolistoa. Ne haalivat hiilet pinnassaan olevien porttien läpi sisäänsä. Mikrobin uumenissa hiilet käytetään mikrobin rakennepalikoiksi tai ne riuhdotaan erilleen toisistaan mikrobien nälän tyydyttämiseksi.
Tämän tarinan hiiliatomi päätyy nälkäisen mikrobin sisälmyksiin, ja se paiskataan yhteen hapen kanssa. Mikrobi sylkäisee tämän uuden kaasumaisen hiili-happikimpun takaisin maaperään. Pikkuhiljaa kimppu suikertelee kapeita huokosonkaloita pitkin takaisin ilmaan.
Nykypäivään mennessä hiiliatomi kerkeää kiertää saman reitin tuhansia kertoja. Niityllä nopeasti kasvavat heinät ja kukat ja maaperän monituiset eliöt nimittäin pyörittävät hiiliatomeita paikasta toiseen kuin huvipuistossa konsanaan. Ja jokainen pyöritys on sille aina uusi ja ihmeellinen seikkailu.
Reporankana suon hiilikeitaalla
Toinen hiiliatomi päätyy suohon. Se on nähnyt niitä Suomessa usein aiemminkin. Hiiliatomi on helpottunut, kun se pääsee ilman pyörteiden pauloista viettämään rauhallista ja seesteistä suoelämää. Suolla saa notkua rauhassa, sillä kylmähköt, mutta ennen kaikkea märät ja vähähappiset olot hidastavat hiilen liikkumista ja liikuttamista paikasta toiseen.
Hiiliatomi päätyy suolle huumaavasti tuoksuvan suopursun yhteyttäessä. Se majailee vuosikausia verkkaisesti kasvavan pensaan puisessa varressa.
Lopulta suopursun voimat on käytetty loppuun ja kasvi alkaa hitaan kuoleman. Kasvin ikivihreät lehdet menettävät värinsä, ja hiiliatomi tippuu varresta irronneen palan mukana maahan. Maan pinnalla palanen kostuu, pehmenee ja vähän homehtuukin. Muutaman vuoden kuluessa se hajoaa yhä pienempiin osiin ja hautautuu turvekerrokseen, kun uusia kasvinrippeitä kasautuu sen päälle.
Soiden muheva ja märkä sammalkerros piilee alleen paksun, happaman ja usein vedellä kyllästyneen turvekerroksen, joka voi varastoida sata kiloa hiiltä per metri.
Osa tästä hiilestä vapautuu takaisin ilmakehään metaanikaasuna mikrobien toiminnan seurauksena.
Suon turvekerros on hiiliatomien keidas. Jokainen turvemöykky sisältää suunnattoman määrän hiiliatomeita. Näihin möykkyihin hiiliatomikin sujahtaa näppärästi.
Hiiliatomi ei ole koskaan nähnyt yhtä suurta määrää hiiliatomeita yhdessä paikassa. Paikan suosio yllättää atomin, sillä nähtävää on muuten melko vähän. Harvat kasvi- ja mikrobilajit tulevat nopeasti tutuksi. Elämää hallitsee ruskeaksi värjäytynyt, hapan vesi.
Hiiliatomia epämukavahko miljöö ei kuitenkaan haittaa. Se tietää, että edessä odottavat vakaat vuodet, jolloin se saa lipua pintamaasta jopa kymmenen metrin syvyyteen ja tavata tuhansia ja tuhansia hiiliatomeita.
Vastassa on myös vaaroja, kuten näykkiviä mikrobeja, jotka saattavat purskauttaa hiiliatomin takaisin ilmakehään. Onnekkaiden hiiliatomien matka jatkuu maan syövereihin jopa tuhansia vuosia.
Hiiliatomi ei kuitenkaan kuulu näihin onnekkaisiin. Se huomaa nälkäisten mikrobien vaappuvan määrätietoisesti sitä kohti. Niitä ei näytä haittaavan maan märkyydestä johtuva hapenpuute, vaikka useat mikrobit tarvitsevatkin happea ruokaillessaan. Atomin luo ennättänyt mikrobi vetäisee sen sisuksiinsa ja työntää sen yhteen vetyatomin kanssa. Syntyy metaanikaasua, jonka mikrobi puuskuttaa ulos.
Kaasu ja siinä oleva hiiliatomi alkavat pulpahdella ilmakuplassa lähemmäs maanpintaa ja ilmakehää.
Noustessaan ylöspäin atomi tekee pienimuotoisen aikamatkan. Se näkee suon kerrokset vanhemmista ja pilkotuimmista turvekerroksista tuoreempaan ja kokkareisempaan pintamaahaan. Se ihailee hiiliatomimöykkyjen moninaisuutta ja määrää ja toivoo pääsevänsä suon turvekerrosten hiilikeitaaseen vielä joskus uudestaan.
Vanhan metsän vakautta ja sulavan maan kaaosta
Kolmas hiiliatomi kiertää rauhallista tahtia vanhassa metsässä. Se tietää, että nämä jylhät ja hiljaiset, mutta toisaalta niin rikkaat metsät, ovat Suomessa harvassa. Pääosa Suomen metsistä on hakattu ainakin jossain vaiheessa niiden kehitystä.
Vaikka metsässä on tyyntä ja väljää, hiiliatomeita on mukavasti liikenteessä puiden raikkaissa lehdissä ja neulasissa, paksuissa ja vanhoissa rungoissa, metsän rehevissä sammalissa sekä muhevassa maaperässä.
Vanhan metsän kasvu on hidasta, mutta silti puut ja muut kasvit ottavat lähes jatkuvasti ilmakehästä hiiltä. Sitä tarvitaan elämän ylläpitämiseen.
Vanhan metsän kasvu on hidasta, mutta silti puut ja muut kasvit ottavat lähes jatkuvasti ilmakehästä hiiltä.
Samalla pieni määrä uusista hiiliatomeista jämähtää metsään, vanhoihin puihin tai maaperään. Siellä kolmas hiiliatomikin majailee parisataa vuotta. Jokaisella hiiliatomilla on oma selkeä paikkansa tässä kokonaisuudessa. Elämä on kauniissa tasapainossa, ja atomilla on hyvä olla.
Neljäs hiiliatomi päätyy puuttomaan ja kylmään tundraympäristöön. Se on Suomessa melko harvinainen näky.
Atomi sitoutuu paljakan rehevään vaivaiskoivupensaikkoon, josta se kuitenkin päätyy tippuvien lehtien mukana tundran hyiseen maaperään. Samaan tapaan kuin muissa ympäristöissä, maaperän eläimet ja mikrobit pilkkovat ja hajottavat lehden pienen pieniksi paloiksi. Silloin atomi voidaan taas pistää näppärämmin kimppaan muiden atomien kanssa.
Tällä kertaa hiiliatomi tempaistaan veden kuohujen valtaan. Vaikka kesä on jo pitkällä, sulava lumi ruokkii virtaa, joka sitoo hiilen vesimolekyylin syleilyyn. Villi virta kulkee läpi tuntureiden rinteiden alavammille maille. Lopulta tunturipuro pysähtyy suolle, jolla on pohjoisen kylmässä ilmastossa erityispiirre: suosta pistää esiin useita metrejä korkeita ja leveitä kumpareita, jotka maaperän jää on pusertanut ylös. Hiiliatomi on saapunut palsasuolle.
Jäiset turvekummut ovat turvallisimpia paikkoja hiiliatomeille, sillä hyinen ja vankka syväjää pitää ne suojassa mikrobeilta ja muilta maaperän eliöiltä. Mutta tällä kertaa palsasuo on kaukana turvallisesta, sillä paikalla vallitsee kaaos.
Jäiset turvekummut sulavat ja romahtelevat, ja hiiliatomi näkee ympärillään pelkoa. Suo on liikehtinyt ennenkin, mutta nyt kaikki tapahtuu nopeammin.
Jää katoaa, ja sen kätköissä lepäävät hiiliatomit tietävät, että pian ne joutuvat mikrobien saaliiksi. Edessä voi olla äkkinäinen paluu ilmakehään hiilidioksidin tai metaanin osana. Näin nopeisiin muutoksiin ne eivät totisesti olleet varautuneet.
Neljäs hiiliatomi ei pääse uinumaan jään syliin. Mikrobit kaappaavat sen ja sylkäisevät takaisin ilmakehään.
Yhä useampi jäinen ja hiiltä runsaasti varastoinut palsasuokumpu on vaarassa romahtaa ilmaston lämmetessä ja jään sulaessa.
Kun jää ei enää suojaa palsan hiilivarastoja mikrobeilta, hiiliatomit päätyvät helposti mikrobien hajotettavaksi ja ruuaksi, jonka seurauksena vapautuu hiilidioksidi- ja metaanikaasuja ilmakehään.
Jälleennäkeminen ilmakehässä
Vuonna 2021 hiiliatomit matkaavat taas ilmakehän korkeuksiin. Ne tapaavat toisensa pitkästä aikaa. Ne eivät ole yksin – vilske on kova. Hiiliatomeita on selvästi enemmän kuin heidän viimeksi nähdessään. Ruuhka saa olon tukalaksi, ja ilmakin on yhä kuumempaa.
Muiden atomien kanssa keskustellessaan hiiliatomit ymmärtävät, että ne ovat melko ainutlaatuisessa asemassa. Kaikki neljä ovat saaneet kiertää hiilivarastosta toiseen niille melko tutuissa Suomen luonnon ympäristöissä, jotka ovat toimineet maapallolla jo satoja tuhansia vuosia. Niihin saapuessaan hiiliatomit tietävät, mikä niitä odottaa. Usein ne saavat majailla kasveissa ja maaperässä pitkiä aikoja, eikä niitä hätyytellä heti ilmakehään.
Suomen luonnontilaiset metsät, niityt, suot ja tunturit ovat tärkeitä ympäristöjä hiilen kierron kannalta.
Ne ovat hiilivarastoja, eli varastoivat kasveihin ja maaperään hiiltä, jolloin se pysyy poissa ilmakehästä.
Nämä hiilivarastot ovat jatkuvassa muutoksessa, kun yhteyttäminen sitoo varastoihin lisää hiiltä ja hajotus ja hengitys vapauttavat sitä takaisin ilmakehään eri nopeuksilla ja voimakkuuksilla.
Kun yhteyttäminen on suurempaa kuin hiilipäästöt, hiilivarasto kasvaa, ja puhutaan hiilinielusta.
Kuvassa on esitetty hiilinielujen suuruus Suomen luonnossa niin, että ympäristön koko vastaa nielun suuruutta per pinta-alayksikkö.
Suurimmat hiiltä luontoon sitovat hiilinielut sijoittuvat tällä hetkellä metsiin ja pienimmät tunturialueille.
Iso osa hiiliatomeista on saapunut ilmakehään ennenaikaisesti, vasten tahtoaan. Neljännen hiiliatomin tavoin jotkut ovat tulleet, kun tuttu ympäristö on äkisti muuttunut.
Iso osa hiiliatomeista on kuitenkin tullut paikalle aivan kummallisten reittien kautta: ihmisten pystyttämistä tehtaista ja liikenteestä. Ne oli nostettu ylös valtavista kallioperän syvyyksiin yltävistä onkaloista ja holveista, joissa ne luulivat saavansa pysyä lähes ikuisesti.
Kaiken kukkuraksi hiiliatomeille on sadassa vuodessa kehittynyt huono maine. Ne kuulevat, miten niistä kerrotaan kauheuksia, vaikka ne yrittävät parhaansa mukaan vain sopeutua muuttuvaan elämään.
Aikojen saatossa atomit löysivät maapallolta vakituiset vaellusreitit ja levähdyspaikat. Ne pitävät maapallon turvallisena ja tuottavat jatkuvasti elämän rakennusaineita.
Kun ihminen rupesi sormeilemaan näitä reittejä, hiiliatomien roolit ja paikat menivät sekaisin. Ja nyt ne nähdään pahiksina.
Hiiliatomien kärsivällisyys alkaa olla koetuksella. Ne ovat luonteeltaan joustavia – ne vaihtavat vikkelästi muotoa ja siirtyvät ketterästi ympäristöstä toiseen mullistuksista huolimatta. Mutta niilläkin on rajansa. Jos niiden mitta täyttyy, ne alkavat kapinoida ja saavat koko maailman vielä pahemmin sekaisin.
Niillä onkin vain yksi toive: ne haluavat takaisin vakaat ja monipuoliset suomalaiset luonnonmaisemat, joissa saa rauhassa seikkailla, nauttia turvekerrosten hiilikeitaista, seesteisestä metsä-elämästä ja jään tuomasta turvasta. Nykyinen kuuma ja ahdas ilmakehä ei ole niille tällainen ympäristö.
Juttua varten haastateltiin Emeritusprofessori Pertti Martikaista Itä-Suomen yliopistosta.
