Merenpinnan nousu
Merenpinnan nousu on merenpinnan tasossa tapahtuvaa kasvua. Valtamerien pinta on noussut ilmaston lämpenemisen seurauksena keskimäärin noin 19 senttimetriä 1900-luvun alusta ja nousee tällä hetkellä noin kolme millimetriä vuodessa. Pääasialliset syyt ovat meriveden lämpölaajeneminen, joka kasvattaa meriveden tilavuutta, ja jäätiköiden sulaminen, jonka seurauksena valtamerien vesimäärä kasvaa.
Hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli IPCC ennustaa merenpinnan nousevan 28–98 senttimetriä vuoteen 2100 mennessä. Nousuennusteiden suurin epävarmuus liittyy vaikeasti ennustettaviin jään virtausmuutoksiin Grönlannin ja Etelämantereen mannerjäätiköillä. Nousun ennustetaan jatkuvan useita vuosisatoja, mutta sen voimakkuus riippuu kasvihuonekaasupäästöjen kehityksestä. Merenpinnan nousu vaikuttaa ihmistoimintaan ja ekosysteemeihin saarilla ja alavilla rannikkoalueilla: seurauksena ennakoidaan olevan miljoonia ihmisiä koskettavia pahenevia tulvia, eroosion voimistumista sekä haitallisia vaikutuksia muun muassa mangrovekasvillisuudelle ja koralliriutoille.
Mannerjäätiköt ovat valtamerten jälkeen maapallon toiseksi suurin vesivarasto, ja niiden koko vaihtelee ilmasto-olojen mukaan. Kylmien ilmastokausien aikana vettä sitoutuu meristä kasvaviin mannerjäätiköihin, ilmaston lämmetessä pienenevät jäätiköt nostavat merenpintaa. Kvartäärikaudella viimeisten 2,6 miljoonan vuoden aikana kylmät jääkaudet ovat vuorotelleet lämpimien ja lyhyempien interglasiaalien kanssa, ja merenpinnan taso on vaihdellut näiden ilmastosyklien mukaisesti noin 120–140 metrin verran.
Menneitä merenpinnan vaihteluita voidaan rekonstruoida erilaisten proksiaineistojen avulla. Merenpohjaan fossiloituneiden kalkkikuoristen eliöiden happi-isotooppisuhde on eräs tällainen tietolähde. Hapen isotooppien suhteellinen määrä merivedessä vaihtelee mannerjäätiköiden laajuuden mukaan, sillä hapen kevyemmän isotoopin (happi-16) sisältävät vesimolekyylit haihtuvat raskaita vesimolekyylejä (happi-18) herkemmin. Mannerjäätiköille satavaan lumeen kevyttä isotooppia kertyy siksi enemmän, jolloin sen määrä merissä vähenee. Happi-isotooppisuhteen lisäksi muita tietolähteitä menneistä merenpinnan vaihteluista ovat muinaisten rantaviivojen jäänteet, kuten fossiloituneet koralliriutat.
Viime jääkauden huippuvaiheessa noin 21 000 vuotta sitten merenpinta oli noin 130 metriä nykyistä alempana. Jäätiköitymisen saavutettua huippunsa Pohjois-Eurooppaa ja Pohjois-Amerikkaa peittäneet mannerjäätiköt alkoivat sulaa nopeasti. Merenpinnan nousu ei ollut tasaista, sillä lämpenemisvaiheessakin oli kylmiä jaksoja, kuten nuorempi dryaskausi. Ajoittain merenpinnan nousu oli puolestaan huomattavasti keskimääräistä nopeampaa. Noin 14 000 vuotta sitten tapahtuneen 1A-sulamisvesipulssin aikana nousunopeus oli jopa viisi metriä vuosisadassa, kun se viime jääkausimaksimin jälkeen oli keskimäärin noin metri vuosisadassa.
Merenpinnan nousu pysähtyi viimeistään noin 2 000 vuotta sitten, jonka jälkeen taso on pysytellyt melko vakaana ennen nykyistä merenpinnan nousua. Viimeaikainen nousu on selvästi poikkeuksellista kahden viime vuosituhannen kehitykseen verrattuna. Käänne tapahtui viimeistään 1900-luvun alkupuolella, joillain alueilla todennäköisesti jo aiemmin.
Viime jääkauden jälkeen merenpinnan nousu oli nopeaa, koska mannerjäätiköt olivat paljon nykyistä suurempia. Paremman vertailukohdan nykytilanteelle antaa edellinen lämmin ilmastojakso noin 130 000–115 000 vuotta sitten, Eem-interglasiaali, jonka aikana maapallon keskilämpötila oli 1–2 astetta esiteollista tasoa korkeammalla ja merenpinta todennäköisesti ainakin 5 metriä nykytason yläpuolella. Myös viime interglasiaalin aikana merenpinnan tasossa näyttää tapahtuneen huomattavaa vaihtelua, joka on todennäköisesti ollut ajoittain nopeampaakin kuin 1900-luvulla havaittu nousu. Tämä viittaa siihen, että mannerjäätiköt voivat sulaa nykyistä nopeammin myös lämpimien interglasiaalien aikana. Todisteita nopeista mannerjäätiköiden hajoamisista ovat myös Heinrichin tapahtumat, jotka tosin sattuivat jääkaudella, kun mannerjäätiköt olivat nykyistä suurempia.
Vuosina 1901–1990 merenpinta nousi keskimäärin 1,5 millimetriä vuodessa, vuosina 1971–2010 keskimäärin 2,0 millimetriä vuodessa. Vuosina 1993–2010 nousunopeus nousi 3,2 millimetriin vuodessa. Nousunopeuden odotetaan edelleen kiihtyvän. Merenpinta nousi 1900-luvun alusta vuoteen 2010 yhteensä 17–21 senttimetriä.
Mareografi on rannikolla sijaitseva vedenkorkeuden kiinteä mittausasema. Ensimmäiset mareografimittaukset aloitettiin 1700-luvulla, mutta maailmanlaajuisen keskimerenpinnan tason selvittämiseen yksittäiset paikalliset mittaussarjat eivät riitä. Mareografi mittaa merenpinnan korkeutta suhteessa maahan, joten maankuoren korkeusmuutokset ja muut paikalliset ilmiöt on poistettava havainnoista keskimääräisessä merenpinnan tasossa tapahtuneiden muutosten selvittämiseksi.
Vuodesta 1992 eli TOPEX/Poseidon-satelliitin laukaisusta alkaen tarkkaa merenpinnan korkeustietoa on saatavilla satelliittihavainnoista. Satelliitit mittaavat merenpinnan korkeutta mikroaaltotutkalla suhteessa johonkin geodeettiseen korkeustasoon. Mittauksista poistetaan aallokon, vuorovesien, ilmanpaineen ja muiden lyhytaikaisten vedenkorkeuden vaihteluiden vaikutus, jonka jälkeen keskimääräinen merenpinnan taso saadaan laskettua noin 5 mm:n tarkkuudella.
Merenpinnan keskimääräinen taso voi nousta periaatteessa kolmella tavalla:Meriveden tilavuus kasvaa sen lämmetessä, mikä nostaa merenpintaa. Vuodesta 1971 tehtyjen mittausten perusteella meret ovat imeneet yli 90 % ilmastojärjestelmän ylimääräisestä lämmöstä ja merien lämpötilat ovat todennäköisesti nousseet ainakin 2 000 metrin syvyydeltä. Suuren lämpökapasiteettinsa vuoksi meret pystyvät varastoimaan suuren määrän energiaa. Meren pintakerros lämpenee nopeimmin, ja sekoittumisprosessit siirtävät lämpöä hitaasti syvemmälle.
Lämpölaajenemisen on arvioitu nostaneen merenpintaa noin 0,8 millimetrillä vuodessa aikavälillä 1971–2010 ja noin 1,1 millimetrillä vuodessa aikavälillä 1993–2010. Toisin sanoen vajaa puolet havaitusta noususta on ollut lämpölaajenemisen aiheuttamaa, vuodesta 1993 noin kolmannes.
Fossiilisten polttoaineiden käytön seurauksena ilmakehään vapautuu paljon vettä.
Kytketyt globaalit ilmastomallit ovat tärkein työkalu merenpinnan nousun ennustamiseen. Niiden avulla voidaan laskea merien lämpeneminen ja edelleen lämpölaajeneminen varsin luotettavasti. Ilmastomallit simuloivat myös mannerjäätiköiden pinnan massatasetta eli jäätikön pinnalla tapahtuvan sulamisen ja lumisateen vaikutusta merenpinnan tasoon. Nykyiset ilmastomallit eivät kuitenkaan pysty ottamaan huomioon kaikkia mannerjäätiköiden virtaukseen vaikuttavia tekijöitä, minkä vuoksi on kehitetty vaihtoehtoisia tapoja arvioida tulevaa merenpinnan nousua.
Hallitustenvälisen ilmastopaneelin IPCC:n viides arviointiraportti ennustaa, että merenpinta nousee todennäköisesti 28–98 senttimetriä vuoteen 2100 mennessä verrattuna vuosien 1986–2005 keskimääräiseen tasoon. Merenpinnan nousua on arvioitu 21 ilmastomallilla neljän eri tulevaisuusskenaarion mukaan ja se riippuu ilmakehän kasvihuonekaasupitoisuuden kehityksestä seuraavasti:Skenaarioista optimistisin, RCP2.6, edellyttää huomattavia ja nopeita päästövähennyksiä: kasvihuonekaasupäästöjen pitäisi kääntyä laskuun heti vuoden 2020 jälkeen. Keskimmäisissä skenaarioissa RCP4.5 ja RCP6.0 päästöt saadaan käännettyä laskuun vuosisadan puolimaissa ja ilmaston lämpötilaan vaikuttava säteilypakote vakiinnutettua pian vuoden 2100 jälkeen. Pessimistisimmässä RCP8.5-skenaariossa päästöt kasvavat aina vuoteen 2100 saakka.
Mannerjäätiköiden virtausmuutoksia, joita ilmastomalleilla ei pystytä kunnolla laskemaan, on skenaarioissa arvioitu julkaistujen tieteellisten tulosten pohjalta. Niiden riippuvuutta päästökehityksestä ei pystytä toistaiseksi arvioimaan. Kysymysmerkki on lisäksi Länsi-Antarktiksen mannerjäätikön kehitys: jäätikkö on mahdollisesti epävakaa ja voi teoriassa hajota suhteellisen nopeasti ilmaston lämmetessä, sillä sen pohja on suureksi osaksi merenpinnan alapuolella. Etelämantereen mannerjäätikön epävakaiden osien hajoaminen on raportissa arvioitu ainoaksi tekijäksi, joka voi nostaa merenpintaa huomattavasti todennäköistä arviota korkeammalle. Mahdollinen lisänousu olisi luultavasti korkeintaan joitakin kymmeniä senttimetrejä vuoteen 2100 mennessä.
Lämpölaajeneminen on kaikissa skenaarioissa suurin merenpinnan nousun lähde (30–55 % ennustetusta noususta), vuoristojäätiköiden sulaminen toiseksi suurin. Grönlannin mannerjäätiköllä pintasulaminen on voimakkaampaa kuin lumen kertyminen jäätikölle, ja jäätikön sulaminen nostaa merenpintaa. Etelämantereen mannerjäätiköllä asia on päinvastoin: ilmasto on niin kylmä, ettei pintasulamista juuri tapahdu, ja sadannan lisääntyminen jäätiköllä laskee merenpintaa. Jään virtausmuutokset molemmilla mannerjäätiköillä nostavat kuitenkin merenpintaa, arvion mukaan yhteensä korkeintaan 20 senttimetriä. Lisäksi pohjavesien pumppaaminen nostaa hieman merenpintaa.
IPCC:n neljännessä arviointiraportissa ennuste oli 18–59 senttimetriä.
Lapin ja Oulun yliopistojen tutkimusprofessori John Mooren mukaan (Journal of Geophysical Research 2008) nousuksi arvioidaan noin 1,5 metriä. Artikkeli julkaistaan lähiaikoina arvostetussa Science -lehdessä. Uusimpien arvioiden mukaan merenpinnan nousu on jäätiköiden sulamisesta johtuen kiihtynyt noin neljään millimetriin vuodessa, mikä voi tarkoittaa 1–2 metrin nousua vuoteen 2100 mennessä.
Coloradon yliopiston Science-lehdessä vuonna 2008 julkaiseman tutkimuksen mukaan merenpinta voi nousta 80-200 senttimetriä vuoteen 2100 mennessä. IPCC:n arvio on 60 senttimetriä huomioiden vain jäätiköiden sulaminen. Coloradon tutkimuksessa huomioitiin ensi kerran myös jäätiköistä lohkeava jää. Metrin merenpinnan nousu uhkaisi miljoonia ihmisiä rannikkoseuduilla, kuten Florida ja Bangladesh.
Mannerjäätiköiden virtauksessa tapahtuvien muutosten mallintaminen on merenpinnan nousun ennustamisen suurin ongelmakohta. Havaintojen perusteella tunnetaan useita mekanismeja, joiden kautta mannerjäätiköiden virtaus mereen saattaa nopeutua. Eräs kysymys on mannerjäätiköiden kelluvien osien, jäähyllyjen, vaikutus varsinaisen mannerjäätikön liikkeeseen. Jäähyllyjä voivat hajottaa sekä meriveden lämmittävä vaikutus alhaalta käsin että pinnalta tapahtuva sulaminen, jolloin sulamisvedet voivat kiilata jäähän railoja. Suurin kysymysmerkki on Länsi-Antarktiksen mannerjäätikkö, jonka pohja on suureksi osaksi merenpinnan alapuolella.
Merenpinnan nousu ei ole tasaista kaikkialla valtamerissä. Alueelliset poikkeamat keskimääräisestä noususta ovat huomattavia: niitä aiheuttavat tuulissa, ilmanpaineeessa ja valtamerten kiertoliikkeessä tapahtuvat muutokset, meren lämpötilassa ja suolapitoisuudessa tapahtuvat alueelliset muutokset, merenpohjan liikkeet ja Maan painovoimakentässä tapahtuvat muutokset.
Suomen rannikolla merenpinnan taso on pitkään laskenut suhteessa maahan jääkauden jälkeisen maankohoamisen seurauksena. Maankohoaminen jatkuu edelleen: Suomenlahdella sen vauhti on noin 4–5 mm vuodessa, Perämerellä jopa 9–10 mm vuodessa. Maankohoaminen ja merenpinnan nousu muuttavat rantaviivan sijaintia vastakkaisiin suuntiin, ja maankohoaminen kumoaakin Suomessa suuren osan merenpinnan noususta. Toisaalta myös jäätiköiden sulamisesta johtuvat painovoimakentän muutokset aiheuttavat sen, että merenpinnan nousun arvioidaan jäävän Suomen rannikolla ilman maankohoamistakin hieman (noin 20 %) maailmanlaajuisen keskiarvon alapuolelle.
Vuonna 2014 julkaistun ennusteen mukaan merenpinnan on laskettu nousevan Suomenlahdella noin 30 senttimetriä vuoteen 2100 mennessä. Selkämerellä maankohoamisen ja merenpinnan nousun odotetaan jotakuinkin kumoavan toisensa, kun taas Perämerellä maankohoaminen näyttää jäävän edelleen voitolle ja merenpinnan ennustetaan laskevan noin 30 senttimetrillä suhteessa maahan. Epävarmuusvälit huomioon ottaen on kuitenkin mahdollista, että merenpinnan taso nousee kaikkialla Suomen rannikolla: Suomenlahdella korkein ennuste on noin 90 cm, Selkämerellä noin 65 cm ja Perämerellä noin 30 cm.
Saharan autiomaassa on 155 000 neliökilometrin laajuinen alue, joka on merenpinnan tasoa alempana. Alueen täyttäminen merivedellä muodostaisi sisämeren ja pudottaisi merenpintaa 1,3 metrillä, joka vastaa suurin piirtein napajäätiköiden täydestä sulamisesta aiheutuvaa merenpinnan ennustettua nousua.