Tulivuorenpurkausta jäljittelevä ilmastonmuokkausmenetelmä apuna ilmaston lämpenemisen hillinnässä
Suuren tulivuorenpurkauksen jälkeen yläilmakehään vapautuu rikkidioksidia, joka muodostaa auringonsäteilyä heijastavan hiukkaskerroksen. Esimerkiksi Pinatubo-tulivuoren purkaus vuonna 1991 aiheutti maailmanlaajuisesti keskimäärin noin 0.4 °C viilenemisen. Liisa Miettisen pro gradu -tutkielmassa simuloitiin eri skenaarioita, joissa rikkihiukkasia sumutetaan yläilmakehään.
Simulaatioiden perusteella tutkittiin muun muassa säteilypakotetta, sateisuutta ja jokaisen skenaarion kompensoimaa hiilidioksidimäärää. Säteilypakote kuvailee maapallon energiatasapainon häiriöitä. Tämä tasapaino koostuu maapallolle saapuvasta säteilystä (auringonvalo, UV-säteily), ja maapallon emittoimasta lämpösäteilystä.
Ilmastonmuokkauksen mahdollisia vaikutuksia simuloidaan ilmakehämallien avulla
Koska ilmastonmuokkaus pyrkii muuttamaan ilmastoa suuressa mittakaavassa, sen vaikutuksia tutkitaan ilmakehämallien avulla. Ainakin osa ilmastonmuokkaustekniikoista aiheuttaisi ikäviä sivuvaikutuksia ja poliittisia ongelmia, jonka takia niiden vaikutuksia pitää tutkia perusteellisesti.
Ilmastonmuokkaus on suhteellisen uusi käsite, ja tällä hetkellä eri ilmastonmuokkaustekniikoita tutkitaan simulaatioiden avulla.
Kiinnostuin ilmakehän mallintamisesta, koska se on hyvin kaoottinen systeemi, jossa tapahtuu mielenkiintoista fysiikkaa. Halusin myös tutkia ajankohtaista ja varhaisessa vaiheessa olevaa tukimusaluetta, selittää Miettinen.
Miettisen tutkielmassa simuloitiin kahta eri injektiostrategiaa: vakiostrategia, jossa rikkiä injektoidaan päiväntasaajalle jatkuvasti 60 vuoden ajan, ja vuodenajan mukaan vaihteleva strategia, jossa injektioalue vaihtelee 20 °N ja 20 °S leveyspiirien välillä.
Näiden lisäksi tarkasteltiin aerosolimoduulin vaikutusta simulaatioiden tuloksiin. Aerosolimoduuli on ilmakehämalleihin kytkettävä komponentti, joka laskee ilmakehän hiukkasten välisiä vuorovaikutuksia. Simulaatioissa ilmakehään lähetettiin 2-100 Tg(S)/yr (teragrammaa rikkiä vuodessa). Vertailun vuoksi ihmiskunnan nykyiset rikkipäästöt ovat n. 50 Tg(S)/yr, ja Pinatubo-tulivuoren purkaus lähetti n. 20 Tg(S)/yr rikkiä ilmakehään.
Simulaatiot toistettiin kahdella eri aerosolimoduulilla
Simulaatioissa käytettiin ECHAM-HAMMOZ ja EC-Earth3 ilmakehämalleja, ja M7 ja SALSA aerosolimoduuleja. Simulaatioiden perusteella aerosolimoduulin valinta vaikuttaa säteilypakotteen määrään. SALSA aerosolimoduulilla simuloidut aerosolikentät tuottivat voimakkaampia säteilypakotteita, eli enemmän viilenemistä. Aerosolimoduulin valinnalla ei kuitenkaan ollut selkeää vaikutusta sateisuuteen. Kun injektiomäärä oli suurempi kuin 20 Tg(S)/yr , vuodenajan mukaan vaihteleva injektiostrategia viilensi ilmastoa tehokkaammin ja vaikutti sateisuuteen vähemmän.
Rikki-injektiot hillitsevät kasvihuonekaasujen vaikutuksia ilmakehässä
Tutkielmassa tarkasteltiin myös eri hiilidioksidipitoisuuksien kompensaatiota. Hiilidioksidi on merkittävä kasvihuonekaasu, joka aiheuttaa suuren osan ilmastonlämpenemiseen johtavasta säteilypakotteesta. Yksinkertaistettuna kasvihuonekaasujen aiheuttama säteilypakote on positiivinen, ja rikki-injektioiden aiheuttama säteilypakote on negatiivinen. Tällöin rikki-injektiot pystyvät kumoamaan hiilidioksidipitoisuuden vaikutuksia.
Tutkielmassa havaittiin, että vuodenajan mukaan vaihteleva strategia oli tehokkaampi kompensoimaan hiilidioksidipitoisuuksia, mutta kompensaation tehokkuus oli riippuvainen aerosolimoduulin valinnasta. Tuloksia hyödynnetään Ilmatieteen laitoksen ilmastonmuokkauksen tutkimuksessa.
Projekti toteutettiin IlmatieteenlaitoksenIlmakehänmallinnus -ryhmän kanssa. Tutkimusprofessori Anton Laakso (Ilmatieteen laitos), ja Yliopistotutkija Vesa Apaja (Jyväskylän yliopisto) toimivat tutkielman ohjaajina.
