Kasvi- ja puupopulaatiot saattavat reagoida melko nopeasti ilmastonmuutoksiin

Ilmaston ja ekosysteemien välisen suhteen mittakaavojen ymmärtäminen on olennaista, kun tutkitaan ilmastonmuutosten vaikutusta lajien leviämiseen ja ekosysteemien uudelleenjärjestäytymiseen. Maija Heikkilän 28.4. tarkastettavassa väitöskirjatyössä selvitettiin ilmastonvaihteluja sekä kasvillisuuden ja ilmastonmuutosten suhdetta jääkauden jälkeisen ajan Pohjois-Euroopassa. Tutkimuksissa käytettiin järvien pohjakerrostumissa (sedimentissä) säilyneitä jäänteitä, erityisesti fossiilista siitepölyä ja stabiileja isotooppeja. Fysikaalisten ja biologisten indikaattorien rinnakkainen käyttö oli tässä väitöstutkimuksessa merkittävää, sillä biologisiin organismeihin voivat vaikuttaa myös ilmastosta riippumattomat tekijät. Lämpötilan trendejä ja äkillisiä muutoksia holoseenikaudella (noin viimeiset 11,000 vuotta) selvitettiin siitepölyn ja lämpötilan suhdetta nyky-ympäristössä hyödyntäviä matemaattisia menetelmiä käyttäen, kun taas lämpötilan, kosteusolojen ja ilmakehän kiertoliikkeiden vaihteluja tarkasteltiin sedimentin selluloosan ja karbonaatin happi-isotooppikoostumuksen muutosten avulla. Fossiilisen siitepölyn ja sedimentissä säilyneiden kasvien jäänteiden avulla selvitettiin myös myöhäisglasiaalin (noin 15,000-11,000 vuotta sitten) ja holoseenikauden kasvipopulaatioiden sijaintia, liikkeitä ja uudelleenjärjestäytymistä.

Tulokset osoittavat, että boreaalisen metsän yleiset puulajit (koivu, mänty, kuusi) kasvoivat Baltian alueella jo myöhäisglasiaalikaudella. Tämä tulos poikkeaa yleisestä käsityksestä, jossa puulajien levinneisyysalueiden on katsottu sijainneen Etelä-Euroopan niemimailla glasiaalikausien aikana. Tulos on kuitenkin yhtenevä joidenkin viimeaikaisten paleoekologisten ja geneettisten tutkimusten kanssa, joiden mukaan hajanaisia puupopulaatioita, erityisesti boreaalisia lajeja, esiintyi jääkauden aikana myös pohjoisemmilla leveysasteilla. Tulokset myös osoittavat, että myöhäisglasiaalin ja holoseenin taitekohtaan liittyvät äärimmäiset ilmastonvaihtelut olivat kasvillisuuden koostumuksessa havaittujen nopeiden muutosten tärkein syy.

Holoseenikauden ilmastoa luonnehti varhaisholoseenin lämpötilan nousu, keskiholoseenin lämpömaksimi ja myöhäisholoseenin viileneminen, sekä pääasiassa lämpötilan trendejä seuraavat kosteustasapainon muutokset. Viileiden kausien aikana oli yleensä kosteaa, kun taas lämpimille kausille tyypillistä oli kuivuus. Varhaisholoseenin ilmasto oli viileä, kostea ja mereinen. Eräs ajanjakson huomionarvoisimmista piirteistä on äkillinen, muutaman sadan vuoden pituinen lämpötilan lasku noin 8200 vuotta sitten, joka näyttäisi olleen voimakkain eteläisemmässä Pohjois-Euroopassa. Holoseenikauden lämpömaksimi, keskimäärin 1.5-3.0 Celsius-astetta nykyistä korkeammat lämpötilat, saavutettiin Pohjois-Euroopassa aikana noin 8000-4000 vuotta sitten. Tätä lämmintä kautta voidaan hyödyntää tulevaisuuden ennustetun lämpenemisen analogiana.

Kasvillisuuden, ja siten sedimentin siitepölykoostumuksen, muutoksiin voivat vaikuttaa lämpötilan lisäksi muutkin huomattavat tekijät, kuten jääkauden jälkeinen mahdollisesti hidas kasvien leviäminen, lajienvälinen kilpailu ja metsäpalot. Tämän vuoksi järvisedimentin happi-isotooppikoostumuksen osoittamat, siitepölyihin pohjautuvia holoseenikauden lämpötilan muutosten arvioita tukevat vaihtelut olivat väitöskirjatyössä ratkaisevia. Yhtenevien tulosten perusteella voidaan sanoa, että jääkauden jälkeiset laaja-alaiset ja pitkäaikaiset kasvillisuuden muutokset olivat tasapainossa ilmastonmuutosten kanssa. Merkittävä poikkeus saattaa olla kuusen leviäminen idästä, ja siihen liittyvä boreaalisen metsäekosysteemin synty, jota ei voida täysin selittää tämänhetkisillä tiedoilla jääkauden jälkeisistä ilmastonvaihteluista. 

Väitöskirjatyö osoittaa, että kasvi- ja puupopulaatiot saattavat reagoida varsin nopeasti ilmastonmuutoksiin. Pitkäaikaisten muutosten lisäksi vuodenaikaiset ja vuosittaiset vaihtelut ja äärimmäiset ilmastotapahtumat voivat vaikuttaa ratkaisevasti kasvillisuuden järjestäytymiseen. On tärkeää huomata, että tässä työssä havaitut puulajien levinneisyysalueiden nopeat, ilmastonvaihtelujen kanssa yhtäaikaiset muutokset olivat mahdollisia myöhäisglasiaalin ja holoseenin aikana, koska hajanaisia, paikallisia populaatioita esiintyi vallitsevan kasvillisuuden joukossa. Nämä suojapaikkapopulaatiot toimivat keskuksina, joista puulajit pääsivät leviämään poikkeuksellisen nopeasti suotuisan ilmastovaiheen alkaessa. Mikäli tällaisia paikallisia leviämiskeskuksia ei ole tarjolla, tulevaisuuden puupopulaatioiden ja metsäekosysteemien muutokset tuskin pysyvät ilmastonmuutosten vauhdissa.

Maija Heikkilä väittelee 28.4.2010 kello 12 aiheesta Postglacial climate changes and vegetation responses in northern Europe. Tilaisuus pidetään Physicumin auditoriossa D101, Gustaf Hällströmin katu 2.

Lisätiedot: Maija Heikkilä, puh. (09) 191 50803, maija.heikkila@helsinki.fi

Väitös on elektroninen julkaisu osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-4280-5 .

Ystävällisin terveisin

Minna Meriläinen, tiedottaja, puh. (09) 191 51042