Moskova, 2. heinäkuuta

”Miten sanotaan venäjäksi ’Matkatavaramme ovat hävinneet?”, Johanna kysyy, kun odotamme rinkkojamme Moskovassa Šeremetjevon lentokentällä.

Moskova on välietappi tuhansien kilometrien matkallamme Siperian tundralle Tšerskiin, Jakutiaan, joka nykyisin tunnetaan Sahan tasavaltana. Tiimiimme kuuluu neljä tutkijaa Itä-Suomen yliopistolta: projektin johtaja Christina Biasi, tohtorikoulutettava Carolina Voigt, graduopiskelija Johanna Kerttula ja minä. Tutkimusalamme on biogeokemia, tiede, joka tutkii aineiden kiertoa elottoman luonnon, kuten maaperän ja ilmakehän, sekä elollisen luonnon, kuten kasvien ja mikrobien välillä.

Nykyisin ilmastonmuutokseen liittyvä tutkimus on biogeokemian tärkeimpiä suuntauksia.

Emme ole ensimmäistä kertaa kenttämittausmatkalla idässä. Venäjältä löytyvät meitä lähimmät todelliset ikirouta-alueet. Ikiroudalla tarkoitetaan maita, joiden lämpötila on pysyvästi nollan alapuolella, sulamatta edes kesäaikaan.

Kun meillä Skandinaviassa ikiroutaa on tunturialueilla ja palsasoissa yhteensä vain pari sataa neliökilometriä, Venäjän maapinta-alasta yli puolet, noin 11 miljoonaa neliökilometriä kuuluu ikirouta-alueeseen.

Ikirouta kattaa reilusti yli puolet Venäjän maapinta-alasta. Kuva Kolyman alueella Sahan tasavallassa sijaitsevasta ikiroutatunnelista. Kuva: Christina Biasi

Ilmaston ja ikiroudan välisen vuorovaikutuksen tutkimus vie tällä kertaa meidät yhä kauemmas Siperiaan, Itä-Siperian merelle saakka.

Ikirouta kiinnostaa biogeokemistiä, koska se on voimakkaassa muutostilassa. Näillä muutoksilla on vaikutusta koko planeettamme ja ihmislajin tulevaisuuteen. Koko maailman ikirouta-alueiden maaperään on varastoitunut eloperäisenä aineksena 1300 miljardia tonnia hiiltä, tuplasti sen verran kuin on ilmakehässä.

Ilmaston lämpenemisen ja ikiroudan sulamisen myötä hiili, joka on ollut poissa biologisesta kierrosta ja ilmakehästä tuhansien tai kymmenien tuhansien vuosien ajan palaa takaisin kiertoon. Siellä, missä ikirouta sulaa, mikro-organismit käyvät nopeasti käsiksi ikivanhaan kasviperäiseen ainekseen käyttäen siitä saatavaa hiiltä, energiaa ja ravinteita ylläpitämään kasvuaan ja toimintaansa.

Hajoamisen lopputuotteena syntyy kasvihuonekaasuja: hiilidioksidia, ja märän maaperän hapettomissa olosuhteissa myös metaania.

Nyt olemme kuitenkin vielä Moskovassa ja tuijotamme tyhjänä pyörivää matkatavarahihnaa yhä rinkkojamme vailla. Aeroflotin virkailijat ihmettelevät onko Tšerski kaupunki vai mikä ja lupaavat että saamme varmasti rinkkamme haltuumme Jakutskissa – paluumatkalla. Jatkolentoa odottaessamme teemme ostoslistaa Jakutskissa vietettävää iltapäivää varten: hyttyshattuja, sadevaatteita, toppatakkeja…

Koillinen tutkimusasema, Tšerski (68 °47’N, 161 °20’E), 5. heinäkuuta

Jakutian tundraa täplittävät lukemattomat sulamisjärvet: Kuva: Christina Biasi

Kolmen vuorokauden matkustuksen jälkeen saavumme Koilliselle tutkimusasemalle, joka sijaitsee Kolyma-joen rannalla noin 100 kilometriä Itä-Siperian mereltä yläjuoksulle päin rinkkoinemme, jotka yllätykseksemme ja onneksemme saapuivat Jakutskiin kanssamme samalla koneella. Aseman historia ulottuu neuvostoajalle asti. Neuvostoliiton hajottua Venäjän tiedeakatemia siellä työskennelleille tutkijoille ilmoitti aseman sulkemisesta, ja tarjoutui maksamaan menoliput Vladivostokiin.

Osa heistä lähti, mutta osa jäi: Zimovit ja Davydovit, jotka ovat siitä lähtien pyörittäneet asemaa. Zimoveita työskentelee asemalla jo kahdessa sukupolvessa, ja kesäisin mukaan liittyy vielä kolmaskin sukupolvi.

Nykyisin asema on maailmankuulu, kansainvälinen saareke Venäjän autioituvassa pohjolassa, jonka ympäristössä tutkijat ympäri maailmaa – tänä kesänä muun muassa saksalaiset, amerikkalaiset ja suomalaiset tutkivat pohjoisten ekosysteemien ikiroutaa, maaperää, kasvillisuutta ja vastetta ilmastonmuutokseen.

Koillinen tutkimusasema. Aseman katolla kasvaa jääkauden aikainen mammuttiaro pienoiskoossa: Reliktiruohoa jääkauden ajalta kasvamassa jääkauden aikana kertyneellä maa-aineksella. Kuva: Christina Biasi

Täällä on syntynyt paljon tieteen käsityksestä jääkauden eli pleistoseenin aikaisista mammuttiaroista eli arotundrasta. Ruohokasvillisuudesta koostuva, puuton mammuttiaro oli myöhäisen pleistoseenin aikaan laajin kasvillisuustyyppi kautta koko maailman, kunnes muuttuva ilmasto ja mahdollisesti myös ihmisen aiheuttama metsästyspaine aiheutti mammuttien sukupuuttoon noin 5000 vuotta sitten. Nykytietämyksen mukaan viimeiset mammutit elivät Itä-Siperian meressä sijaitsevalla Wranglerin saarella vain 800 kilometriä Tšerskistä koilliseen.

Majoitumme aseman päärakennukseen. Jäämme odottamaan iltaa ja keskustelua tutkimusaseman johtajan Sergei Zimovin kanssa. Zimovin suosituksesta olemme valinneet mittauskohteeksemme Kolyman rantatörmän noin 150 kilometrin päässä asemalta.

Olemme nyt erityisellä ikirouta-alueella. Tšerskiä lähestyttäessä lentokoneen ikkunasta näkyi lukematon määrä vesistöjä: pääasiassa ikiorudalla sijaitsevia sulamisjärviä. Tämä on tyypillistä Koillis-Siperialle, missä myöhäisen pleistoseenin aikana 45 000–14 000 vuotta sitten kertynyt hienojakoinen lössi, jedoma esiintyy kymmenien metrien paksuisena kerroksena. Pleistoseenin aikaisen mammuttiaron kasvillisuus oli ilmasto-oloihin nähden hyvin tuottoisaa, ja sitoi biomassaansa ja sitä kautta maaperään suuria määriä ilmakehän hiiltä aina jääkauden loppuun saakka.

Typpioksiduuli

Typpioksiduuli (N2O, tunnetaan myös nimillä dityppioksidi ja ilokaasu) on hiilidioksidin ja metaanin jälkeen kolmenneksi tärkein kasvihuonekaasu. Sen pitoisuus ilmakehässä on alhainen, 328 ppb (ppb = miljardisosaa kaasutilavuudesta), mutta se lämmittää ilmakehää 300 kertaa voimakkaammin kuin hiilidioksidi. Stratosfäärissä eli yläilmakehässä se aiheuttaa otsonin hajoamista.

Typpioksiduulia syntyy ennen kaikkea maaperässä mikrobien toiminnan tuloksena. Vuotuinen kokonaispäästö ilmakehään typpenä laskettuna on 18 milj. tonnia. Tästä noin 60% on peräisin luonnollisista lähteistä (mm. trooppiset maat ja valtameret), loput 40% ihmisen toiminnasta (mm. maatalous, biomassan poltto ja fossiiliset polttoaineet).

Osa tästä kasviperäisestä hiilestä päätyi ikiroutaan lähes täysin hajoamattomana ja kerrytti valtavan 200–450 miljardin tonnin hiilivaraston. Jedoman sulaessa tämä helposti hajoava orgaaninen aines johtaa huimiin metaanipäästöihin. Näin kävi jääkauden jälkeen kun ilmaston lämpeneminen johti ikiroudan sulamiseen jedoma-alueilla ja synnytti lukemattomat sulamisjärvet, joiden metaanipäästöt kiihdyttivät ilmakehän metaanipitoisuuden nousua. Juuri koillisen tutkimusaseman johtaja Sergei Zimov oli se tutkija, joka toi jedoman kansainväliseen ilmastokeskusteluun 1900-luvun loppupuolella.

Jedoma on myös syy siihen, miksi olemme valinneet kenttätutkimuksemme kohteeksi Kolyman alueen. Meitä kiinnostaa nyt jedoman sisältämä typpi, jota on myös varastoitunut ikiorutaan valtava määrä. Jos se päätyy ilmakehään typpioksiduulina (N2O) eli ilokaasuna, se kiihdyttää ilmastonmuutosta. Typpioksiduuli on massayksikköä kohti hiilidioksidia 300 kertaa voimakkaampi kasvihuonekaasu, mikä tekee siitä merkittävän vaikka sen pitoisuus ilmakehässä on alle tuhannesosa hiilidioksidipitoisuudesta (328 ppb).

Typpioksiduulia syntyy maaperässä mikrobien toiminnan tuloksena. Sen suurimpia lähteitä ovat trooppiset sademetsät ja maatalousmaat, meillä Suomessa myös ojitetut suoalueet. Pohjoisissa luonnonekosysteemeissä ei yleensä ole typpeä ilmakehään haaskattavaksi, vaan se kiertää tiukasti maaperän, mikro-organismien ja kasvien välillä päätymättä välillä ilmakehään.

Kasvittomia turvepintoja, voimakkaita typpioksiduulin lähteitä Komin tasavallassa Venäjällä. Kuva: Maija Marushchak

Tältä taustalta kymmenisen vuotta sitten Venäjän tundralla tekemämme löytö oli häkellyttävä: Mittasimme suuria määriä typpioksiduulia ikiroudassa olevan suon kasvittomilta turvepinnoilta.

Nyt halusimme ymmärtää ilmiötä paremmin: Onko arktiksella muitakin vielä tuntemattomia ilokaasun lähteitä ja oliko runsaasti typpeä sisältävä jedoma yksi niistä?

Koillisen tutkimusaseman johtaja Sergei Zimov ja tutkimusryhmämme väitöskirjantekijä Carolina Voigt tutkimusaseman katolla. Kuva: Maija Marushchak

Kerromme tämän Sergei Zimoville, kun hän kysyy tutkimusmatkamme tavoitteista. Hänen ehdotuksensa on että useamman Duvaniy Yariin tehtävän lyhyen visiitin sijaan asumme viikon Kolyma-joella proomussa lähellä mittauspaikkoja.

”Joella on tuulista eivätkä hyttyset kiusaa. Voitte myös hyödyntää valoisat arktiset yöt, ja tehdä maastotöitä myös yöaikaan”, Zimov ehdottaa.

Kolyma-joki – 7. heinäkuuta

Viikko veneilyä Kolyma-joella – sehän sopii. Mittausvälineet ja tavarat ovat lähteneet Duvaniy Yariin jo edellisenä yönä proomun mukana. Me lähdemme matkaan Sergein pojan Nikita Zimovin moottoriveneellä.

Kolyma-joen rannat vilisevät ohi yksitoikkoisina: Maisema on alavaa, toisella rantatörmällä lehtikuusimetsää ja toisella tiheää muutaman metrin korkuista pajukkoa. Kun saavumme pääuomaan, rannat tuskin näkyvät. Kolyma on maailman suurin kokonaan jatkuvan ikiroudan päällä virtaava joki; sen valuma-alue on lähes kaksi kertaa Suomen kokoinen. Yritän tähyillä näkyykö horisontissa jedomatörmiä, mutta rannat ovat liian kaukana ja torkahdan.

Herään kun Nikita sammuttaa moottorin ja ajaa rantaan. Pysähdymme tapaamaan Leonid-nimistä kalastajaa, jolla on mökki rannassa. Seuraa iltapäivätee siperialaisittain: suolakalaa, teetä ja vodkaryyppy. Pienen ylipuhumisen jälkeen Leonid nappaa seinältä kitaran ja laulaa syvällä baritonillaan Vladimir Vysotskia.

Saavutamme proomun illansuussa ja matkaamme viimeiset kilometrit sen mukana. Proomut ankkuroidaan ja kiinnitetään toisiinsa. Ilta-auringon säteet heijastuvat sulavan jedomaseinämän jääkimpaleista.

Proomu – keittiömme, makuusijamme, laboratoriomme ja toimistomme kentällä vietetyn viikon ajan. Kuva: Christina Biasi

Duvaniy Jar –Tuulinen törmä (68°38’N, 159° 5’E), 8. heinäkuuta

”Koskaan sulamaton jedoma-maa on täällä vähintään 20 000 vuotta vanhaa.”, Nikita kertoo kun seisomme jedomatörmän laella.

”Jedoman kertyminen loppui täällä 14 000 vuotta sitten, 14 000–20 000 vuotta ennen nykyhetkeä kertyneet kerrostumat ovat sulaneet ja muuntuneet holoseenin [nyt elettävän jääkauden jälkeisen geologisen kauden] aikana. Jossakin tuolla nykyisen rantaviivan tuntumassa ovat vanhimmat, 45 000 vuoden ikäiset kerrostumat.”

Jedoma-ikirouta sulaa Kolyma-joen rannalla Duvaniy Jarissa. Sulaminen synnyttää ”juopuneen metsän”, jossa lehtikuuset kaatuilevat ristiin rastiin. Kuva: Johanna Kerttula

Puhdasta jäätä jedomasta on kymmeniä prosentteja. Se esiintyy kerrostumissa useiden metrien korkuisina jääkiiloina, joiden sulaminen jättää jäljelle korkeita termiittikekoja muistuttavia harjanteita, baidzheraheja. Ikiroudan sulaessa jedomasta paljastuu muinaisten eläinten, usein myös mammuttien luita.

Rinteen yläosassa jedoma on hyvin märkää ja kasvitonta. Alempana rinteessä on aiemmin sulanutta jedomaa, joka on suurelta osin kasvillisuuden peitossa. Erilaiset ruohokasvit ovat pioneerilajeja, jotka valtaavat sulaneen jedoman pian, jopa jo seuraavana kesänä. Nikita kertoo että osa kasveista on peräisin ikiroudassa säilyneistä, vanhoista siemenistä, jotka maan sulettua aktivoituvat ja alkavat kasvaa kymmenien tuhansien vuosien odotuksen jälkeen.

Joella myrskyssä …10. heinäkuuta

Yön aikana tuuli on yltynyt myrskylukemiin. Keikkuu! Kolisee! Tavarat putoilevat! Carolina siirtää kaasulieden lattialle ja pitää pannusta kiinni kunnes tee kiehuu. Aamupala ei maistu. Nyt tiedämme että myös joella voi tulla merisairaaksi.

Kova tuuli jatkuu koko päivän. Kaipaan tukevaa maata jalkojemme alle, ja kysyn kapteeniltamme Mishalta voimmeko yrittää päästä rantaan veneellä. Vastaus ei jätä neuvottelun varaa:

”Kaikkea kysytkin! Haluatko elää?”

Pitää tyytyä odottamaan. Poltamme tulta kaminassa ja makaamme kajuutan seiniä kiertävillä lavitsoilla. Alamme puhua siitä mihin suuntaan haluamme ikiroudan typenkiertoon liittyvää tutkimusta viedä.

Olemme ottaneet vasta ensiaskeleet arktiseen typpioksiduuliin liittyvän mysteerin selvittämisessä. Ilmiön yleisyyden ja todellisen suuruusluokan ymmärtämiseksi mittauksia on tehty aivan liian vähän ja liian harvoilla alueilla.

Olemme kuitenkin jo pystyneet osoittamaan arktisten alueiden päästöt tulevat todennäköisesti kasvamaan ilmastonmuutoksen myötä: Kun nostimme lämpötilaa kenttäolosuhteissa ja sulatimme laboratoriossa ikiroutaprofiileja, huomasimme typpioksiduulin vapautumisen lisääntyvän tietyn tyyppisistä ikiroutasoista.

Tuoreen laskelmamme mukaan jopa kymmenesosa arktisesta alueesta on ikiroudan sulamiselle alttiita turvemaita: maita, joilta typpioksiduulia voi vapautua enenevästi tulevaisuudessa.

Samaan aikaan kollegamme toisista tutkimusryhmistä ovat raportoineet kohonneita typpioksiduulipäästöjä myös vähemmän eloperäistä ainesta sisältävistä kivennäismaista. Jedoma-ikiroudan rooli arktisten typpioksiduulipäästöjen kannalta on yksi suurimmista avoimista kysymyksistä sen suurten hiili- ja typpivarantojen vuoksi.

Nyt olemme sen äärellä.

…11. heinäkuuta

Aamulla tuuli on tyyntynyt ja pääsemme töihin.

Olemme valinneet mittauspaikat törmän laella kasvavasta lehtikuusikosta alas rantaan asti kulkevan linjan varrelta. Sulava jedomarinne ei ole helppokulkuinen, sillä jyrkässä rinteessä jääkauden aikaisten tuulien tänne kuljettama hienojakoinen maa-aines ei pidä jalan alla. Äskettäin sulanut märkä jedoma on kuin juoksuhiekkaa, ja välillä vain muutaman sentin syvyydessä tuntuu liukas jää.

Koska mittauskampanjamme on lyhyt, meillä ei ole aikaa hukattavaksi. Mittaamme kammiomenetelmällä kolmen tärkeän kasvihuonekaasun hiilidioksidin, metaanin ja typpioksiduulin vuota maaperästä ilmakehään, ja samojen kaasujen pitoisuuksia maaperässä.

Keräämme myös maan huokosvettä ravinneanalyysiä varten. Kasvihuonekaasupäästöjen tausta-aineistoksi keräämme tietoa lämpötilasta, maan kosteudesta ja sulan kerroksen syvyydestä, jotta voisimme selittää kaasuvuon vaihteluja ympäristötekijöistä riippuen.

Tundralla tehtävään kenttätyöhön liittyy seuraava universaali totuus: joko tuulee tai on muuten vain kylmä, tai sitten itikoita on tuhottomasti. Tälläkin reissulla saamme maistaa kumpiakin oloja. Oikea pukeutuminen, hyttysterva ja suuri tieteellinen innostus saavat unohtamaan pienet epämukavuudet.

Mittausten epäonnistumiseen meillä ei ole varaa. Kokemus on opettanut sen että syrjäisille tundra-alueille on valittava mahdollisimman yksinkertaiset ja pomminvarmat metodit ja mittausvälineet. Edistyneemmät ja aikaa vievät analyysit teemme maastosta kerätyistä maanäytteistä Kuopiossa.

Siellä tutkimme typen isotooppien avulla, miten typpi kiertää jedomassa. Luonnossa harvinainen typen raskas isotooppi 15N toimii merkkiaineena. Lisäämme sitä maaperään mikrobien käyttämässä muodossa, ja seuraamme minne se kulkeutuu.

Mikrobitkin ovat Kuopiossa tutkittavina. Maaperänäytteiden perimäaines kertoo, mistä mikrobeista kierrossa on kyse. Molekyylibiologisten DNA- ja RNA-analyysien avulla selvitämme, mitkä mikrobit osallistuvat typen kiertoon ja miten siihen liittyvien geenien aktiivisuus vaihtelee erilaisilla mittauspaikoilla.

Viikon aikana saamme hyvän saaliin – emme mammutin syöksyhampaita, vaan jotain paljon arvokkaampaa: mammuttien aikaista jedomaa, ja lasiampulleja täynnä jedomasta vapautuvia kasvihuonekaasuja.

Koillinen tutkimusasema, Tšerski, 18. heinäkuuta 2017

Aika tutkimusasemalla lähenee loppuaan. Käymme läpi pakastimeen keräämämme maanäytteet, pakkaamme, teemme listoja lähetystä varten. Urakkamme keskeytyy kun Sergei Davydov, alueen kasvillisuuden erinomaisesti tunteva geokemisti, tulee hakemaan meitä kasviretkelle.

Hän vie meidät Kolyman rantatörmälle, ja osoittaa monia mammuttiarolta periytyviä reliktilajeja: Natoihin kuuluva heinä Festuca Kolymensis, violettikukkainen siperianleimu Phlox sibirica ja hento valkoinen kohokki Silene stenophylla

S. stenophyllaan liittyy tarina: Joitakin vuosia sitten venäläinen tutkijaryhmä onnistui kasvattamaan lisääntymiskykyisen kasviyksilön ikiroudan säilömistä yli kolmekymmentä tuhatta vuotta vanhoista siemenistä. Ajatus siitä, että kohokin perimäaines on säilynyt elinkelpoisena kymmeniä tuhansia vuosia on huikea. Ehkä mammuttikin vielä palautetaan Itä-Siperian aroille?

Siperianleimu (Phlox sibirica), yksi mammuttiarolta periytyvistä reliktikasveista. Kuva: Johanna Kerttula.

Viimeinen iltamme asemalla huipentuu juhlagaalaan. Sergei Zimov täyttää vuosia. Kenttätyöt upeassa pohjoisessa luonnossa ovat minulle juhlaa jo sellaisenaan: huippuhetkiä tutkijan taipaleella, jolla vuosikausien pitkäjänteisen työn tuloksena syntyvä tieto on vain häviävän pieni osa hitaasti karttuvaa ymmärrystä.

Usein tuskastuttaa miten hitaasti tieto karttuu ja miten suurella viiveellä se otetaan huomioon päätöksenteossa. On hämmästyttävää, että vaikka ikiroudan hiiltä tutkii laaja kansainvälinen tutkijayhteisö ja sen mahdollinen vaikutus ilmastoon alkaa olla yleistietoa, ikiroudan hiilen aiheuttamaa positiivista palautevaikutusta ei ole vielä tähän mennessä huomioitu IPCC:n käyttämissä ilmastomalleissa.

Vielä vähemmän tiedetään, minkälainen ilmastovaikutus on sillä typellä, jonka mammuttiaron ekosysteemi säilöi ikiroudan uumeniin. Uskomme, että vastaus löytyy osittain niistä näytteistä, jotka keräsimme kotiin vietäväksi Kolyma-joen rannalla sijaitsevalta tuuliselta törmältä Koillis-Siperiassa heinäkuussa 2017.

Auringonlasku Kolyma-joella matkalla Duvaniy Jarista takaisin Koilliselle tutkimusasemalle. Kuva: Maija Marushchak

ikiroutailmaston lämpeneminenilmastonmuutosjedomasiperia

Tunne luontosi

Lähde retkelle metsään, suolle, merelle, kauas ja lähelle.
Tutustu, opi, ihastu ja voimaannu. Koe Suomen Luonto!