Väitös: Suomen järvistä saattaa vapautua hiilidioksidia yhä enemmän ilmastonmuutoksen edetessä



Järvien hiilidioksidipitoisuus kasvaa ilmastonmuutoksen myötä ja järvien merkitys ilmakehän hiilidioksidilähteenä on kuluvan vuosisadan lopulla nykyistä suurempi, arvioidaan tuoreessa väitöstutkimuksessa. Suomen ympäristökeskuksen ulkopuolisena tutkijana toiminut Petri Kiuru on kehittänyt väitöstyössään järvien hiilenkiertoa kuvaavia järvimalleja, joita voidaan hyödyntää tutkimuksessa. Väitös tarkastetaan Jyväskylän yliopistossa 19.6.2019.

Järvien hiilidioksidin tuotanto kasvaa lämpenevässä ilmastossa väitöstutkimukseen mukaan. Ilmastonmuutoksen aiheuttaman lämpenemisen ja sadannan lisääntymisen johdosta myös valuma-alueilta järviin kulkeutuvan orgaanisen aineen ja epäorgaanisen hiilen määrä saattaa kasvaa. Näin suurempi lämpötila, sadanta ja valunta yhdessä voivat kasvattaa järvien hiilidioksidipitoisuutta sekä niistä ilmakehään vapautuvan hiilidioksidin määrää.
Hiilenkierto järvissä 
Järvillä on merkittävä osa hiilen kiertokulussa Suomessa ja muilla pohjoisen havumetsävyöhykkeen alueilla. Näillä alueilla on paljon pieniä ja matalia järviä, joiden vedessä ja pohjasedimentissä on runsaasti orgaanista hiiltä. Koska veden ja pohjasedimentin mikrobitoiminta hajottaa järveen kertyvää orgaanista ainetta ja tuottaa samalla hiilidioksidia, monet järvet ovat lähes jatkuvasti ylikyllästyneitä hiilidioksidin suhteen. Osa järvissä syntyneestä hiilidioksidista vapautuu tällöin ilmakehään. Myös maaperässä muodostuva hiilidioksidi voi joillakin alueilla kulkeutua pohjaveden mukana järviin.

Hiilidioksidin määrän arvioihin vaikuttaa huomattavasti se, kuinka paljon ilmaston ennustetaan
lämpenevän. Mikäli vuoden keskilämpötila kasvaa vuosisadan loppuun mennessä kolmen asteen sijaan viidellä asteella, vuotuinen järvistä vapautuvan hiilidioksidin määrä on tutkimuksen arvion mukaan lähes kaksinkertainen.

Järvien hiilidioksidia vapautuu eniten syksyllä ja keväällä

Hiilidioksidia tuottavien ja kuluttavien biologisten prosessien lisäksi myös monet fysikaaliset prosessit vaikuttavat järveen varastoituneen hiilidioksidin määrän vuodenaikaisvaihteluun. Esimerkkejä fysikaalisista prosesseista ovat jääpeite ja järven lämpötilakerrostuminen kesällä. Hiilidioksidia vapautuu järvistä eniten jäänlähdön jälkeen ja syksyllä vesimassan sekoittuessa. Jäänlähdön ajankohta ja siinä ilmastonmuutoksen myötä tapahtuvat muutokset vaikuttavat siihen, milloin ja kuinka paljon hiilidioksidia järvistä vapautuu keväisin.

Kehittyneillä ja yhä luotettavammilla menetelmillä tehdyt mittaukset ovat osoittaneet, että veden ja ilmakehän välinen hiilidioksidivaihto on usein voimakkaampaa kuin tähän asti on perinteisten kaasunvaihtomallien avulla arvioitu. Työssä verrattiin järvimallin tuloksia Helsingin yliopiston Hyytiälän tutkimusaseman läheisen Kuivajärven mittauksiin. Järvissä syntyvän hiilidioksidin sekä valuma-alueen hiilikuormituksen määrää tulisi selvittää tarkemmin, jotta järvien hiilitaseesta voitaisiin tehdä luotettavampia laskelmia.

Uudet mallityökalut tutkimuksen tukena

Uusien mallityökalujen avulla voidaan tutkia, millaiset prosessit tuottavat ja kuluttavat hiilidioksidia järvissä. Samalla voidaan arvioida, kuinka ulkoisten olosuhteiden vaihtelu vaikuttaa järvien ekosysteemeissä tapahtuviin muutoksiin.

Väitöstyössä kehitettyä mallityökalua voidaan käyttää erilaisten järvien hiilenkierron ja siinä tapahtuvien muutosten kuvaamiseen varsinkin yhdistettynä malleihin, joilla voidaan simuloida valuma-alueen hydrologisia ja biokemiallisia prosesseja ja järven valuma-aluekuormitusta. Muutoksia on kuitenkin vaikea mallintaa, koska vielä ei tiedetä tarpeeksi siitä, kuinka järvien biologiset hajotusprosessit toimivat, eikä siitä, miten ja kuinka paljon ilmastonmuutos vaikuttaa perustuotantoon ja orgaanisen aineen vapautumiseen järvissä ja niitä ympäröivillä valuma-alueilla.

Väitöskirja ja -tilaisuus

Suomen ympäristökeskuksen ulkopuolisen tutkijan FM Petri Kiurun fysiikan alaan kuuluva väitös tarkastetaan keskiviikkona 19. kesäkuuta kello 12 Jyväskylän yliopistossa. Osoite: Jyväskylän yliopiston Ambiotica-rakennuksen luentosalissa YAA303 (Survontie 9D).

Väitöskirja: Modeling CO2 emissions from boreal lakes in present and future (Jyväskylän yliopisto)

Väitöskirjatutkimusta ovat rahoittaneet Koneen Säätiö ja Maa- ja vesitekniikan tuki ry.

Lähde: SYKE
Kuva: KL / Ekofokus