(Pohjois-Suomi, 120 000 eKr) Kesä on taas lämmin. Metsät hehkuvat vihreinä tuntureiden rinteillä. Alempana pähkinäpensas kukkii järven rannassa. Muutos on kuitenkin ilmassa. Kaukana lännessä, meren äärellä, paksut lumikinokset peittävät vuorien rinteitä. Seuraavina kesinä lumi on laskeutunut rinteillä vuosi vuodelta alemmaksi. Pitkä talvi on tulossa.

Vuosituhansia myöhemmin suuri kylmyys vyöryy Lappiin. Kilometrien paksuinen jäämassa pirstoo maata ja kalliota, ja jauhaa alleen menneen maailman. Aivan kaikkialle jään voima ei kuitenkaan yllä. Harjanteiden välissä, suojaisimmissa painanteissa, muistot menneestä hautautuvat syvään, vaan eivät häviä.

Sama Värriön maisema nykyisin. Kuva: Kalervo Ojutkangas / Leuku

***

Vuonna 2000 ilmastonmuutos oli toden teolla noussut uutisiin. Istuin tuona keväänä Helsingin yliopiston Geologian laitoksen luentosalissa, Senaatintorin kulmalla, kuuntelemassa professori Matti Erosen paleoklimatologian luentoa. Paleoklimatologia, eli muinaisilmastojen tutkimus, käsittelee maapallon ilmaston kehitystä hyvin pitkillä, tuhansien ja miljoonien vuosien aikajänteillä.

Vuosituhannen vaihde oli myös paleoklimatologialle erityisen merkityksellistä aikaa. Etelämantereen sydämessä, Vostokin tutkimusasemalla oli juuri saatu valmiiksi ennätyksellisen syvälle menneisyyteen ulottuva jääkairaus.

Etelämantereen Vostokissa kerättyjä jääkaira-aineistoja Kuva: Todd Sowers, LDEO, Columbia University, Palisades, New York

Samalla kun uutisissa puhuttiin kasvihuonekaasuista ja nousevista lämpötiloista, katsoin yliopistolla luentokalvoja, joilla avautui Etelämantereen jäätiköiden paljastama hiilidioksidin ja ilmaston valtavan pitkä, puolen miljoonan vuoden historia.

Olin aina ollut vaistomaisen kiinnostunut historiasta. Miten nykyhetkeen on tultu? Miten mennyt ennustaa tulevaa? Katsoessani nykyisen ilmastokehityksen geologista viitekehystä koin jonkinlaisen valaistumisen hetken. Tämä yhteys ilmaston menneen ja tulevan kehityksen välillä kiehtoi minua. Paleoklimatologiasta tuli lopulta ala, johon erikoistuin myöhempien opintojeni ja tutkijan urani aikana.

Muinaisia ilmastonmuutoksia

Muinaisilmastojen tieteellinen tutkimus alkoi jo 1800-luvulla, kun vanhojen maakerrostumien perusteella alettiin hahmotella muinaisia ilmasto-oloja. Näin olemme oppineet, että viimeiset pari miljoonaa vuotta maapallo on elänyt jääkausien aikaa. Jääkausia ei ole ollut vain yksi, vaan useita kymmeniä. Ilmasto on heilahdellut jääkausien ja niiden välissä vallinneiden lämpökausien välillä. Tämän vaihtelun takana ovat hitaat, kymmenien tuhansien vuosien aikana tapahtuvat muutokset maapallon kiertoradassa. Useat eri ratasyklit muuttavat esimerkiksi maapallon pyörimisakselin kulmaa ja itse kiertoradan elliptistä muotoa.

Etelämantereen lämpötila viimeisen puolen miljoonan vuoden aikana. Lämpötila-arviot perustuvat Dome Concordia -tutkimusasemalla suoritettuun jääkairaukseen. Eri-ikäisten jääkerroksien isotooppikoostumus kertoo muinaisten lämpötilojen kehityksestä. Eem-kauden sijainti on merkitty harmaalla palkilla. Lähde: Jouzel ym. (2007) Science 317:793–796

Noin 130 tuhatta vuotta sitten planeettamme oli pahemman kerran kallellaan. Kaikki ratasyklit yhdistyivät poikkeuksellisella tavalla, mikä aiheutti pohjoisilla alueilla erityisen lämpimät olosuhteet. Maapallon radan äärimmäinen muoto laukaisi Eem-kautena tunnetun lämpimän ilmastovaiheen. Kyseessä oli viimeistä edellinen lämpökausi, kahden jääkauden välissä. Nimensä kausi on saanut pieneltä, Alankomaissa sijaitsevalta joelta, jonka liepeillä sijaitsevista kerrostumista Eem-kausi tunnistettiin 1870-luvulla.

Nyt, yli sata vuotta myöhemmin Eem-kausi on noussut uuden mielenkiinnon kohteeksi. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on noussut esiteolliselta, 280 miljoonasosan tasolta ensin kolmeensataan, sitten neljäänsataan. Tämän havaittiin lämmittävän ilmastoa, ja lämpenemisen odotetaan jatkuvan. Mitä tämä tuo tullessaan? Sulavatko napajäätiköt, nouseeko merenpinta?

Pohjolassa korkealla merenpinnalla oli dramaattisia seurauksia.

Tässä pohdinnassa Eem-kaudella on erityinen merkitys – kyseessä oli viimeisin vaihe maapallon historiassa, kun ilmasto oli nykyistä lämpimämpi. Tutkimalla Eem-kauden geologisia jälkiä voimme saada konkreettista todistusaineistoa ilmastomuutoksen mahdollisista seurauksista. Mitä tapahtui, kun maapallo edellisen kerran lämpeni?

Jo pitkään on tiedetty, että Eem-kauden merenpinta oli selvästi nykyistä korkeammalla.
Napajäätiköiden pieneneminen johti noin 6–9 metrin merenpinnan nousuun. Täällä pohjolassa korkealla merenpinnalla oli dramaattisia seurauksia. Eem-kauden alkuvaiheessa Itämeri tulvi Karjalan kannaksen yli ja yhdisti Suomenlahden Vienanmereen tuhansien vuosien ajaksi. Fennoskandia oli siis saari, Grönlannin jälkeen maailman toiseksi suurin.

Kiehtovan saarivaiheen takana ei ollut pelkästään merenpinnan nousu. Osansa oli myös sillä, että maapallon äärimmäisen ratapoikkeaman vuoksi Eem-kautta edeltänyt jääkausi päättyi nopeasti. Kuten viime jääkaudella, myös tuolloin maankamara oli painunut satoja metrejä jäätikön painon alla. Eem-kaudelle tultaessa mannerjään nopea vetäytyminen kuitenkin pääsi yllättämään Fennoskandian kalliot. Vaikka ilmasto oli jo lämmin, uinui kallioperä vielä syvällä, vasta jääkaudesta heräten. Tämän vuoksi nopeasti noussut meri ehti peittämään laajoja maa-alueita.

Nykyihmistä, Homo sapiens, ei Eem-kautisessa Euroopassa ollut. Nämä varhaiset esi-isämme asuivat tuolloin vain syntysijoillaan Afrikassa. Mutta ilman väestöä ei Eurooppakaan ollut: Eem-kauden Eurooppa oli toisen ihmismuodon, neandertalinihmisen valtakuntaa. Merkkejä neandertalilaisten läsnäolosta on löydetty laajalti, aina Pohjois-Saksaa myöten.

Pohjolan alue Eem-kauden alussa, noin 125–130 tuhatta vuotta sitten. Geologisten kerrostumien perusteella tiedetään, että Suomenlahti oli yhdistynyt Vienanmereen: Fennoskandia oli tuolloin saari. Nykyinen rantaviiva on merkitty katkoviivalla. Eem-kauden rantaviiva: Funder ym. (2002) Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 184:275–304

Vaikka Eem-kaudesta on tiedetty jo paljon, suuria kysymyksiäkin on ollut jäljellä. Erityisen huonosti on tunnettu maapallon pohjoisten alueiden kehitys Eem-kaudella. Syy tähän on viime jääkaudessa. Jäätiköt levittäytyvät laajalle, Euroopassa Saksaa myöten ja Pohjois-Amerikassa pohjoisiin Yhdysvaltoihin. Tämä tuhosi lähes kaikki Eem-kauden olosuhteista kertovat geologiset kerrostumat.

Tieteellisesti tämä pohjoisten aineistojen tuhoutuminen on merkittävä ongelma. Nykyisen ilmastomuutoksen yhteydessä arktisen alueen on ennustettu reagoivat erityisen herkästi: ilmasto lämpenee muuta planeettaa voimakkaammin, ikirouta sulaa, metsä valtaa tundran. Mitä siis Eem-kauden lämpeneminen onkaan saanut aikaan kaukana pohjoisessa? Vastaus näihin kysymyksiin on kaikessa hiljaisuudessa odottanut Pohjois-Suomessa.

Lapin suon uumeniin

Maisema Savukosken Soklissa on kovin tavanomainen. Itä-Lapin matalien tunturien kupeessa levittäytyy havumetsän reunustama aapasuo, jonka metrien paksut turvekerrostumat todistavat viime vuosituhansien viileän kosteasta ilmastosta. Paikka on kuitenkin kuuluisa: Sokli on ollut jo vuosikymmeniä kaivosyhtiöiden kiinnostuksen kohteena. Alueen kallioperä koostuu karbonatiitista, Suomessa ja koko maailmassa harvinaisesta kivilajista.

Soklin aapasuo Savukoskella. Kuva: Karin Helmens

Soklin oudolla peruskalliolla on ollut onnekas sivuvaikutus. Koska karbonatiitti on pehmeää ja herkkää kulutukselle, on siihen vuosimiljoonien saatossa muodostunut syvä painanne. Tämä on tarjonnut vanhoille, jääkauden takaisille maakerrostumille harvinaisen hyvän suojapaikan.

Malmikerrostuman tutkimuksen yhteydessä 1970-luvulla havaittiin, että Soklissa näytti säilyneen vanha, Eem-kautinen kerrostuma. Kerrostumia tuli myöhemmin tutkimaan monikansallinen tutkijaryhmä, jota johti määrätietoinen hollantilainen tutkija Karin Helmens. Itse tulin työhön mukaan noin kymmenen vuotta sitten, aloitellessani väitöstyötäni Helsingin yliopistossa.

Eem-kautiset kerrostumat kairattiin lopulta vuonna 2010. Kairaustyö oli Suomen olosuhteissa poikkeuksellisen vaativa: kerrostumat makasivat noin 20–30 metrin syvyydessä, ja niitä peittivät paksut, viimeisen jääkauden moreenikerrokset.

Soklin Eem-kerrostumien kairausta kevällä 2010. Kuva: Karin Helmens

Kairaus kuitenkin onnistui, ja pääsimme tärkeimmän tehtävämme pariin: tutkimaan Eem-kauden muinaisilmastoa. Eem-kautiset sedimentit olivat päällisin puolin piirteetöntä, järven pohjaan kerrostunutta liejua. Paleoklimatologille tällainen aineisto on kuitenkin tulvillaan tietoa. Järvilieju koostuu nimittäin isoilta osin mikroskooppisen pienistä fossiileista – miljoonista siitepölyistä, kasvien jäänteistä, pienistä levistä. Nämä muinaiset elämän merkit voisivat kertoa meille Eem-kauden ilmastosta.

Eem-kauden rekonstruoitu lämpötila Suomen Lapissa. Arviot lämpötilasta heinäkuussa ja tammikuussa perustuvat Soklin maaperän uumenissa säilyneisiin siitepölyfossiileihin. Eem-kausi oli yleisesti nykyistä lämpimämpi, mutta Soklissa Eem-kaudella esiintyy kaksi äkillistä, viileää ilmastovaihetta. Nämä ilmastohäiriöt on nimetty Tunturi- ja Värriö-tapahtumiksi. Lähde: Salonen ym. (2018) Nature Communications 9:2851

Aineisto oli valtava. Eem-kauden lauhkeista oloista on paljon todisteita Keski-Euroopasta, missä virtahevot tuolloin piehtaroivat Reinin lämpimissä vesissä. Ymmärsimme kuitenkin, että meillä oli Suomessa käsissämme todennäköisesti maailman paras aineisto Eem-kauden ilmastosta pohjoisilta alueilta, jotka jäätikkö peitti myöhemmin. Tämän vuoksi tutkimme kerrostumaa poikkeuksellisella tarkkuudella. Analysoin lopulta mikroskooppini ääressä noin satatuhatta Eem-kautista mikrofossiilia, etupäässä siitepölyjä ja itiöitä. Kollegani tutkivat muita fossiiliryhmiä, kuten piikuorisia leviä, hyönteisiä ja isokokoisempia kasvijäänteitä.

Seuraava työvaiheemme oli edetä fossiilien analysoinnista konkreettisen ilmaston kuvaamiseen.

Numeerinen ilmastorekonstruktio on oma, moderni taiteenlajinsa, jossa tietotekniikan uusimmat edistysaskeleet kohtaavat satavuotisen geologisen tradition. Työssä käytetään nykyään muun muassa tekoälytutkimuksessa kehittyjä älykkäitä algoritmeja. Kun eri kasvi- ja eläinlajien vaatimat ilmasto-olosuhteet tunnetaan, voidaan niiden fossiilien perusteella arvioida hämmästyttävän tarkkaan muinainen ilmasto.

Ilmastoyllätyksiä

Tulokset Pohjois-Suomen Eem-kauden ilmastosta olivat osin odotettuja. Ilmasto oli lämmin, kesät noin kaksi astetta nykyistä lämpimämpiä. Mutta kun analyysimme etenivät ja Eem-kauden ilmastokehitys alkoi hahmottua suuremmalla tarkkuudella, meitä odotti valtava yllätys. Ilmastossa tapahtui äkillisiä heilahduksia, keskellä muutoin lämmintä Eem-kautta. Lämpötila laski kuin leikaten useilla asteilla, ja fossiiliaineistot osoittivat metsän harventuneen ja kasvillisuuden muuttuneen avoimeksi. Löysimme tällaisia äkillisiä ilmastotapahtumia ensin yhden, ja myöhemmin vielä toisen, lyhyemmän. Vastaavia ei oltu havaittu aiemmin missään muualla.

Värriötunturit, noin 15 kilometrin päässä Soklista. Kuva: J. Sakari Salonen

Löydettyämme nämä äkilliset ilmastotapahtumat meillä oli edessä käytännön haaste: tapahtumille piti antaa nimet. Kuten itse Eem-kauden kohdalla, geologinen traditio on, että erilaiset ilmastovaiheet nimetään alkuperäisen löytöpaikan mukaan. Koska Eem-kauden sisällä tapahtuvia kylmiä heilahduksia havaittiin nyt ensimmäistä kertaa, tämä tehtävä lankesi meille.

Kun planeetta lämpeni, alkoivat merivirrat yskähdellä.

Ensimmäinen ajatuksemme oli nimetä iso kylmä ilmastovaihe ”Värriö-tapahtumaksi” (Värriö Event), läheisten Värriötuntureiden mukaan. Tämä nimi on kuitenkin kansainvälisen tutkijakunnan suuhun täysin mahdoton, joten päätimme hienovaraisesti livetä perinteestä: annoimme tapahtumalle nimeksi Tunturi Event. Myöhemmin kuitenkin havaitsimme aineistossa myös toisen, lyhyemmän ilmastohäiriön, ja näin olimme uudestaan saman ongelman edessä. Tässä kohtaa luovutimme, ja toinen heilahdus sai nimekseen Värriö Event, alkuperäisen ajatuksemme mukaan.

Kun oudot ilmastovaihtelut oli havaittu, oli edessä ilmeinen kysymys: mikä ihme ne aiheutti? Tähän saimme vastauksen yllättävänkin helposti. Käytännössä samaan aikaan kun teimme omat havaintomme, norjalainen tutkijaryhmä julkaisi omat havaintonsa Atlantin valtamereltä. He osoittivat merenpohjan kerrostumien isotooppien perusteella, että Eem-kaudella tapahtui merkittäviä häiriöitä Pohjois-Atlantin lämpimissä merivirroissa. Nämä merivirtojen häiriöt olivat karkeasti saman ikäisiä, kuin Lapissa havaitsemamme kylmät ilmastovaiheet.

Viime vuosikymmenien lämpenemisen yhteydessä on noussut ilmaan myös huoli Pohjois-Atlantin merivirtojen vakaudesta, kun jäätiköiden sulavat ja niiden tuottama makea vesi häiritsee meren kiertoliikettä. Eem-kausi osoittaa huolen aiheelliseksi: kun ilmasto tuolloin lämpeni, kävi Atlantilla juuri kuten on pelätty. Kun planeetta lämpeni, alkoivat merivirrat yskähdellä.

Kuningassaniaisen itiö, ikä n. 120 tuhatta vuotta, Sokli, Savukoski Kuva: J. Sakari Salonen

Ilmaston heilahdukset eivät jääneet viimeiseksi yllätykseksi, jonka Sokli tarjosi.

Fossiiliaineistomme ulottui aivan Eem-kauden loppuun asti, jolloin viimeinen jääkausi alkoi. Odotimmekin näkevämme vähittäisen ilmaston viilenemisen, kun maapallo hiljalleen valmistautui talvilevolle – mutta sellaista ei näkynyt merkkiäkään.

Eem-kauden loppuosan ilmasto oli paradoksaalinen. Ilmasto pysyi lauhana, ja erityisen talvet vain lämpenivät ja lämpenivät. Aivan Eem-kauden lopulla, kun jääkauden piti olla jo tuloillaan, Soklin fossiiliaineistossa esiintyivät muun muassa pähkinäpensas ja jopa kuningassaniainen, jonka nykyinen esiintymisalue ulottuu pohjoisimmillaankin vain Etelä-Ruotsiin. Atlantin pohjakerrostumia analysoineet merentutkijat ovat osoittaneet, että Pohjois-Atlantin lämpimät merivirrat olivat erittäin voimakkaita Eem-kauden lopulla. Missä jääkausi oikein luurasi?

Yksi paleoklimatologian suuria kysymyksiä on se, miten jääkaudet tarkkaan ottaen alkavat. Mitä ilmastossa täytyy tapahtua, jotta jäämassat alkavat levittäytyä halki Euroopan ja Pohjois-Amerikan? Kysymys on ihmiskunnalle tähdellinen, koska kyse on samalla siitä, koska seuraava jääkausi valtaa planeettamme. Olemme eläneet nyt kymmenentuhatta vuotta vakaan lämpimässä ilmastossa. Kauanko tämä onni jatkuu? Soklin uusi Eem-aineisto on avainasemassa tämän pohtimisessa, sille se ulottuu ajallisesti aivan viime jääkauden kynnykselle.

Tutkijat ovat esittäneet kaksi kilpailevaa hypoteesia viimeisen jääkauden alkamisesta. Jotkut tutkijat korostavat matalien lämpötilojen merkitystä, mikä mahdollisti jäätiköiden laajenemisen. Toisen ehdotuksen mukaan jääkauteen johtanut ilmasto oli itse asiassa verraten lämmin, mutta hyvin kostea. Voimakas lumen kertyminen talvella aiheutti jäätiköiden kasvun, korkeista lämpötiloista huolimatta.

Uusi aineistomme Lapin suon uumenista tukee selvästi jälkimmäistä hypoteesia. Fennoskandia kylpi Atlantin merivirtojen tuomassa lämmössä aivan Eem-kauden lopulle asti, ja kostea meri-ilmasto aiheutti jääkauden alkamisen erittäin voimakkaan sadannan kautta. Lumi kertyi Skandinavian vuorilla vuosi vuodelta paksummiksi kerrostumiksi, mikä johti lopulta jäätiköiden muodostumiseen. Hiljalleen jää levittäytyi koko Fennoskandian ylle ja Euroopan valtasi satatuhatta vuotta pitkä jääkausi.

Kohti lämmintä huomista

Toisin kuin Eem-kauden päätteeksi, ei nyt ole jääkautta luvassa. Tutkijoiden arvioiden mukaan seuraavaa jääkautta saadaan odottaa vielä pitkään, ainakin 50 tuhatta vuotta. Ihmistoiminnan seurauksena ilmakehän hiilidioksidipitoisuudet kohoavat ja lämmittävät ilmastoa: ensin Eem-kauden tasolle ja todennäköisesti vielä sitäkin lämpimämmäksi.

Onko Eem-kausi välähdys tulevaisuudestamme? Nouseeko meri useilla metreillä, kuten Eem-kaudella kävi? Alkaako Pohjois-Atlantin kierto pätkiä? Helppoja vastauksia geologinen historia ei valitettavasti anna. Eem-kausi muistutti lämpötilaltaan sitä, mihin olemme kasvihuonekaasupäästöillämme maapalloa sysäämässä, mutta erojakin oli. Eem-kaudella hiilidioksidipitoisuudet eivät olleet korkeat, vaan lämpö johtui maapallon radan muutoksesta. Lisäksi kysymys muutosten nopeuksista on kriittinen.

Taiteilijan näkemys Soklista Eem-kaudella. Fossiililöydöt osoittavat paikalla kasvaneen pähkinäpensasta ja kuningasaniaista, jotka kertovat omaa tarinaansa huomattavasti nykyistä lämpimämmästä ilmastosta. Kuva: Maija Karala

Tiedämme merenpinnan nousseen Eem-kaudella useilla metreillä, mutta geologisten kerrostumien perusteella on ollut vaikea päätellä, kuinka nopeasti muutos tapahtui. Ihmiskunnalle muutosten nopeus on kuitenkin avainkysymys – voimme valmistautua suuriinkin mullistuksiin, jos aikaa annetaan riittävästi.

Eem-kausi kertoo kuitenkin jonkinlaisesta perustavanlaatuisesta herkkyydestä ympäristössämme. Kun ilmasto oli viimeksi nykyistä lämpimämmäksi, napa-alueiden jäämassat pienenivät ja merenpinta nousi. Eem-kauden huomattava, 6–9 metrin merenpinnan nousu viittaa siihen, että napajäätiköiden sulamista voi olla vaikea pysäyttää, kun ilmastonmuutos etenee. Toisaalta Pohjois-Atlantin merivirrat muuttuivat epävakaiksi, mikä teki Pohjois-Euroopassa lämpökaudesta katkonaisen.

On tärkeä muistaa, että vaikka Eem oli lämmin ilmastovaihe, ei ero nykyiseen ilmastoon ollut valtava. Joidenkin arvioiden mukaan olemme jo nyt, viime vuosikymmenien lämpenemisen johdosta, ohittamassa Eemin lämpötilat.

Ilmastohistorian viesti on tässä kohtaa selvä: kun lämpötila viimeksi nousi näin korkealle, alkoi maapallolla tapahtua hurjia. Viimeaikaiset havainnot niin Pohjois-Atlantin merivirroista kuin napa-alueiden jäätiköistäkin viittaavat siihen, että ne ovat jo häiriintyneet ilmastonmuutoksen seurauksena.

Jos 130 tuhatta vuotta sitten tapahtunut kehityskulku toistuu, nämä saattavat olla ensimerkkejä paljon suuremmista, tulevista muutoksista elinympäristössämme.

Sama Soklin maisema nykyisin karumpana. Tästä ollaan taas etenemässä uuteen lämpimään kauteen. Kuva: Antje Neumann / Vastavalo