Klimaatilised ahelreaktsioonid

Kuigi kliimauuringuid tehakse palju, keskenduvad need sagedasti suurenenud süsihappegaasi kontsentratsioonile atmosfääris, aga ka temperatuuri tõusule ja sademete muutusele ning sellele, kuidas mõjutavad antud tegurid ökosüsteemi. Raili Torga pühendas oma töö õhuniiskuse mõju uurimisele. Selleks pakkus unikaalset võimalust “Metsaökosüsteemi õhuniiskusega manipuleerimise eksperiment”, mille üks osa oli suunatud kolme kasvuhoonegaasi (süsihappegaasi, metaani ja dilämmastikoksiidi) voo uurimisele keskkonna suurendatud niiskuse tingimustes.

Torga uuris lähemalt, kuidas mõjutab suurenenud õhuniiskus kasvuhoonegaaside voogude eraldumist noorte lehtpuumetsade kasvualal. Erinevate prognooside kohaselt on just keskmisest suurem sademete hulk nii Eestis kui ka Põhja-Euroopas üks tõenäolisi klimaatilisi tulevikustsenaariume. Samas ei olda siiski päris kindlad selles, kas muutus haarab läbilõikeliselt tervet aastaringi või avaldub perioodiliselt.

Torga toob oma töös välja, et antud kliimamuutuste tõttu võivad hakata sagenema ekstreemsed ilmastikunähtused nagu näiteks kuumalained ja põud, tugevad hoovihmad, mis põhjustavad kohati üleujutusi jne. Lisaks on üsna tavaline, et ühed protsessid võimendavad teisi. See tähendab, et soojemas kliimas võib pikale sademetevaesele ajale järgneda suur sadu, kuivõrd soojemasse õhku mahub rohkem veeauru. Kui vihm viimaks vallandub, siis korraliku valanguna.

Peale veeauru ja süsinkdioksiidi hoogustab kliimamuutust ka metaani ja naerugaasi (ehk dilämmastikdioksiidi) kasvav eraldumine. Nimetatud kasvuhoonegaasid ei lase pikalainelist päikesekiirgust Maalt tagasi atmosfääri liikuda, mille tõttu maapinna keskmine temperatuur üha tõuseb. Üle-eelmise sajandi lõpust alates on see tõusnud 0,85 kraadi Celsiuse järgi ehk 15 soojakraadini ning arvatakse, et tõuseb järgmise sajandi jooksul veelgi.

Niisutus- ja kuivatuseksperimendid

Raili Torga doktoritöö peaeesmärk oli uurida, kuidas erinevad kliimastsenaariumid võivad mõjutada kasvuhoonegaaside eraldumist. Täpsemalt öeldes, kas need stsenaariumid võimendavad gaasivoogusid, mis suuresti ongi kliimamuutused põhjustanud.

Sel eesmärgil viidi Järvseljal paikneval 2,7 hektari suurusele katsealale rajatud 14×14meetristel katselappidel läbi eksperimente, mille käigus manipuleeriti õhuniiskusega. Katselappidele olid istutatud kiirekasvulised lehtpuuliigid: hübriidhaab (Populus tremula x Populus tremuloides) ehk kombinatsioon harilikust ja Ameerika haavast ning arukask (Betula pendula). Katselapid olid ääristatud hübriidhaava puhveralaga, et kõrvalasuv ökosüsteem konkreetset tulemust mõjutama ei hakkaks. Arukask on üks majanduslikult olulisemaid lehtpuuliike terves Põhja-Euroopas ning hübriidhaab on väga hea paberi tooraine.

Teoreetiline skeem suurenenud õhuniiskuse mõjust kasvuhoonegaaside voogudele ja seda mõjutavatele ökosüsteemi parameetritele.i

Raili Torga kirjeldab, kuidas kliimamanipulatsioon täpsemalt käis: “Katsealal pihustati õhku imepeent udu (10 µm), mis suurendas suhtelist õhuniiskusest keskmiselt 6–7 protsendi ulatuses.” Niisutamisega tehti pikemaajalise projekti raames algust 2008. aastal, niisutusperiood kestis ühe aasta lõikes maikuust kuni oktoobrini, hommikul kella 9-st õhtul kella 17-ni, välja arvatud neil päevadel, kui õhuniiskus oli juba niigi suur või ilm väga tuuline. Esimesel juhul ei annaks lisaniisutus täiendavat efekti ja teisel lenduks niiskus katsealalt väljapoole, sattumata uurimisalusele pinnale.

Kasvuhoonegaaside vooge mõõdeti pimekambri meetodil, kus 65-liitrised kambrid asetati tagurpidi tunniks ajaks õhukindlalt maapinnale. Kambris muutus selle aja jooksul süsihappegaasi, metaani ja dilämmastikoksiidi sisaldus õhus, mille põhjal sai arvutada mulla panuse gaasivoogudesse. Katset tehti ka vastupidiselt, õhu kuivatamisega, kuid välitingimustes on kuivatamine ökosüsteemi tasemel liialt kallis ja energiamahukas meetod. Vesi on seevastu väiksemate kuludega kättesaadav.

Raili Torga kasutas oma töös andmeid, mis pärinesid aastatest 2009–2014. Ta toob välja, et 2010. ja 2011. aasta suved (eriti juulikuu) olid 150 aasta pikkuses ilmamõõtmiste aegreas ühed palavaimad, mida kirjeldas töös ka kui “ekstreemselt” sooje kesksuvesid. Aastatel 2011 ja 2012 toimus projektis vaheetapp, kus võeti maha kõik katsealal kasvavad puud ning nende maapealsed ja maa-alused osad mõõdeti-kaaluti üle, et saada teada, kuidas kliimamanipulatsioon puude kasvule on mõjunud. Seejärel istutati alale uued kased, haavad uuenesid ise juurevõsudest.

Loomulik kõikumine
Kliimamuutuste uurimise põhiline eesmärk on mõista, kuidas üks muutus protsesse mõjutab ning kas ja kuidas (öko)süsteem uute tingimustega kohaneda suudab. “Esialgsete tulemuste põhjal nägime, et suurenenud õhuniiskus tekitas puudes stressi. Kased suutsid sellega kohaneda, kuid haavad jäidki kiduraks,” räägib Torga.

Suuresti käsitsi mõõtmistel põhinevaid tulemusi tutvustades nendib ta, et niisutusel oli erisugune mõju gaasidele, mis “käitusid erinevalt”, kõige selgemalt metaanile, vähendades selle jahutusvõimet, sest metaani sidumine mulda vähenes õhuniiskuse suurenedes. Samuti ilmnes, et normaalsest suurem õhuniiskus suurendas ka süsihappegaasi lendumist osadel aastatel. Teisalt ei võetud süsinikdioksiidi analüüsimisel arvesse fotosünteesi ehk seda osa, mis õhust taimedesse seotakse. Suuremas õhuniiskuses naerugaasi emissioon mullast vähenes, aga seda vaid ühe puuliigi (hübriidhaava) puhul.

Kokkuvõtlikult ütleb uurimistöö autor, et muutused õhuniiskuses ei toonud kaasa nii suuri erinevusi, kui oleks võinud arvata. Valdavalt tulid esile aastakäikude lõikes toimuvad loomulikud variatsioonid.

“Analüüsidest selgus, et metaani ja naerugaasi vood on uurimisaluses piirkonnas juba loomulikult väga väikesed ning kasvuhoonegaaside voogude mõõdetud erinevused olid nii puuliigiti kui ka manipulatsioonide lõikes – võrrelduna suurendatud õhuniiskuse tingimustes ja normaaltingimustes – suhteliselt väikesed, kuigi statistiliselt olulised,” selgitab ta.

Raili Torga kaitses doktoritööd “Suurenenud õhuniiskuse, ekstreemse ilmastiku ja lageraie mõju kasvuhoonegaaside voole kiirekasvulistes lehtmetsades” 11. aprillil Tartu ülikooli ökoloogia ja maateaduste instituudis. Teda juhendasid professorid Krista Lõhmus ja Ülo Mander, oponeeris professor Bruce Arthur Osborne Iirimaalt Dublini ülikooli kolledžist.

i - Hansen, R., Mander, Ü., Soosaar, K., Maddison, M., Lõhmus, K., Kupper, P., Kanal, A. and Sõber, J. 2013. Greenhouse gas fluxes in an open air humidity manipulation experiment. Landscape Ecology 28: 637–649, doi 10.1007/s10980-012-9775-7.