Preeria laajeni ja kutistui – uusi tutkimus paljastaa muinaisen ilmastonmuutoksen syyt

Helsingin yliopiston uusi tutkimus tarjoaa vakuuttavan selityksen Pohjois-Amerikassa tuhansia vuosia sitten vallinneiden vakavien kuivuuskausien syistä. Tämä ajanjakso, jota kutsutaan holoseeniksi, kattaa viimeistä jääkautta seuranneen lämpimän ilmastovaiheen. Näillä poikkeuksellisen pitkäkestoisilla kuivuuskausilla oli rajuja vaikutuksia Pohjois-Amerikan ekosysteemeihin, ja ne aiheuttivat metsien häviämisen laajoilta alueilta. Kuivuuden syiden ymmärtäminen onkin keskeistä, jotta voidaan parantaa yhteiskuntien kykyä sietää tulevia ilmaston vaihteluita.

Holoseenin kuivuuskausien syyt ovat kuitenkin olleet hämärän peitossa. Uudessa Nature Communications -tiedelehdessä julkaistussa tutkimuksessa Helsingin yliopiston tutkijat ja heidän yhdysvaltalaisissa, saksalaisissa ja ruotsalaisissa tutkimuslaitoksissa toimivat yhteistyökumppaninsa selvittävät kuivuuskausien kehitystä ja syitä. Tutkimus sijoittuu itäiseen Pohjois-Amerikkaan, laajalle alueelle, joka ulottuu Kalliovuorilta Atlantin valtamerelle.

”Tutkimusaineisto viimeisten 11 000 vuoden ajalta kertoo, että Pohjois-Amerikan vesivarat ovat vaihdelleet menneisyydessä dramaattisesti. Kuivuuskaudet, jotka ovat yhtä vakavia kuin 1930-luvun Dust Bowl -aika, jatkuivat vuosisatoja tai -tuhansia. Näiden kuivuuskausien syiden ja seurauksien ymmärtäminen voi parantaa kykyämme ennakoida tulevia muutoksia”, selittää Bryan Shuman, tutkimukseen osallistunut tutkija Wyomingin yliopistosta.

Tutkijat hyödynsivät työssään fossiilisia siitepölyhiukkasia, joita on kerätty viime useiden viime vuosikymmenien aikana tehdyssä tutkimuksessa monista paikoista ympäri Pohjois-Amerikkaa. Käyttämällä koneoppimiseen perustuvaa tietokoneohjelmaa tutkijat kykenivät laatimaan siitepölyaineistojen perusteella arvioita Holoseenin aikaisia kosteuden muutoksia halki holoseenin vuosituhansien.

Tutkimusta veti J. Sakari Salonen, Akatemiatutkija Helsingin yliopiston Geotieteiden ja maantieteen osastolta. Salosen mukaan tutkimus vahvistaa, että kosteustasot olivat yhtäjaksoisesti nykytason alapuolella jopa tuhansien vuosien ajan.

Salonen kuitenkin toteaa, että Pohjois-Amerikan eri osien kosteuskehitys oli myös erilaista. ”Kuivuus iskee ensimmäiseksi Yhdysvaltain koillisosiin ja läheisiin osiin Kanadaa, jotka ovat nykyisen Pohjois-Amerikan kosteampia osia. Täällä kovin kuivuus näyttää vallinneen varhain, jo 11 000 vuotta sitten”, sanoo Salonen.

Tämän jälkeen kosteus siirtyy kohti länttä. Salonen selittää: ”Mantereen keskiosissa, missä sijaitsee nykyinen preeria-alue, vakavin kuivuus vallitsi noin 7000 vuotta sitten, eli tuhansia vuosia myöhemmin kuin Atlantin rannikolla. Tässä vaiheessa Atlantin rannikko oli jo muuttumassa kosteammaksi, ja koko ilmastollinen ilmiö, joka aiheutti näitä tuhansien vuosien pituisia kuivuuskausia ikään kuin vaelsi lännemmäksi.”

”Erityisti USA:n itäosissa ihmiset usein ajattelevat, että vettä on aina saatavilla. Menneitä ilmastoja käsittelevät tutkimukset kuitenkin osoittavat, että pitkät kuivuudet voivat aiheuttaa laajoja metsien kuolemia ja muutoksia maastopalojen yleisyydessä jopa idässä. Tämän vuoksi on kriittistä ymmärtää, millä alueilla, ja mistä syistä, näitä kuivuuksia esiintyi”, sanoo Jack Williams Wisconsin-Madisonin yliopistosta, joka myös osallistui tutkimukseen.

Tutkijat vertasivat fossiiliaineistojen perusteella laadittuja arvioita muinaisesta kosteudesta numeerisiin ilmastosimulaatioihin, joita he ajoivat samoille muinaisille ajanjaksoille. Näiden supertietokoneilla ajettujen simulaatioiden avulla tutkijat pystyivät arvioimaan, mikä olisi voinut aiheuttaa pitkät kuivuuskaudet.

Frederik Schenk, Tukholman yliopiston ilmakehäfyysikko ja vieraileva tutkija Helsingin yliopistossa, kertoo, että ratkaisevaksi tekijä kuivuuden syiden selvittämisessä nousivat uuden sukupolven ilmastosimulaatiot, joiden tarkkuus on 2–4 kertaa korkeampi kuin aikaisempien simulaatioiden.

Schenk kertoo, että ilmastosimulaatioiden paljastamat syyt ovat kahtalaiset. ”Simulaatiot osoittavat, että holoseenin alkuosassa Pohjois-Amerikan pohjoisosassa yhä sijainnut mannerjäätikkö sääteli kosteutta. Mannerjäätikön ylle ilmakehään muodostui korkeapaine, joka ohjasi kosteuden kulkeutumista ja näin selittää kuivuuden alueellisen siirtymisen”, sanoo Schenk. Sen jälkeen, kun mannerjäätikkö oli sulanut pois, kuivuus syveni koko alueella, kun kesistä tuli yhä lämpimämpiä ja kuivempia.

Holoseenin kuivuuskaudella on mielenkiintoisia yhtymäkohtia siihen ilmastokehitykseen, jonka odotetaan tapahtuvan Pohjois-Amerikassa tulevien vuosikymmenien aikana, kun ihmisen aiheuttama, antropogeeninen ilmastomuutos etenee. Pohjois-Amerikan on kuluvan vuosisadan loppuun mennessä ennustettu tulevan yhä kuivemmaksi, vaikka sademäärä mantereella itse asiassa vähitellen kasvaa. Tämä johtuu siitä, että lämpenevä ilmasto kasvattaa haihduntaa, minkä on ennustettu aiheuttavan maankamaran kuivumista, vaikka sademäärä samalla kasvaakin.

Tutkijat toteavat, että he näkevät täsmälleen saman kehityskulun holoseenin kuivuuskausia kuvaavissa simulaatioissaan. ”Yleisesti ottaen lämpimämmän ilmaston voi olettaa olevan myös kosteampi. Mutta tämä ei kuitenkaan päde kaikilla alueilla. Kuten näemme tuloksissamme, on selviä rajoja sille, miten paljon sadantaa voi olla saatavilla tasapainottamaan lämpenemisen aiheuttamaa haihduntaa. Holoseenin voimakkaasti lämmenneiden kesien aikana sadantaa ei yksinkertaisesti saatu riittävästi, mikä laukaisi tuhansien vuosien kuivuuden”, selittää Schenk.

Muinaisen ja tulevan kuivuuden perimmäiset syyt ovat kuitenkin erilaisia. Holoseenin alkuosan kuivumisen synnytti lopulta muutos maapallon kiertoradassa, mikä aiheutti kesien lämpenemisen, mikä lopulta puski ison osan Pohjois-Amerikasta kuivuuden valtaan.  Nykymaailmassa etenevää lämpenemistä ja ennustettua kuivumista ajaa kasvihuonekaasujen nopea lisääntyminen ilmakehässä.

”Jos ennusteet tämän vuosisadan ilmastomuutoksesta pitävät kutinsa, voimme odottaa Pohjois-Amerikassa eräänlaista pikakelauksella tapahtuvaa toisintoa siitä, mikä tapahtui luonnollisista syistä kymmenentuhatta vuotta sitten”, sanoo Salonen.

Lisätietoa Holoseenin aikakaudesta: Kiertoradan muutokset vaikuttavat pitkäaikaiseen ilmastovaihteluun

Maapallon luonnolliseen ilmastovaihteluun vaikuttavat pitkällä aikavälillä merkittävästi planeettamme kiertoradassa tapahtuvat hitaat muutokset. Nämä muutokset, joita kutsutaan Milankovićin sykleiksi, vaikuttavat esimerkiksi maapallon pyörimisakselin kulmaan ja maapallon soikean kiertoradan muotoon. Milankovićin syklit vaihtelevat pituudeltaan noin 26 000:sta 100 000:een vuoteen.

Viimeiset 2,6 miljoonaa vuotta vallinneen kvartäärikauden aikana Milankovićin syklit ovat aiheuttaneet toistuvia jääkausia ja niiden väliin sijoittuvia, lämpimiä interglasiaalikausia. Viimeisen jääkauden huippukohta noin 20 000 vuotta sitten sijoittui aikaan, jolloin pohjoinen pallonpuolisko sai kesäisin verraten vähän auringonvaloa. Tämä mahdollisti laajojen mannerjäätikköjen muodostumisen Pohjois-Amerikan ja Euroopan pohjoisosiin.

Noin 10 000 vuotta sitten radan käännös oli sulattanut suuren osan pohjoisista mannerjäätiköistä: holoseeni, nykyinen interglasiaali oli alkanut. Holoseenin lämpimimpänä jaksona, noin 10 000–4000 vuotta sitten, monet osat maapallosta olivat merkittävästi lämpimämpiä kuin esiteollisena aikana. Tätä ajanjaksoa kutsutaan holoseenin lämpömaksimiksi. Helsingin yliopiston tutkijoiden ja heidän kansainvälisten kollegoidensa uusi tutkimus viittaa siihen, että tämä lämpö oli myös Pohjois-Amerikan monituhatvuotisen kuivuuden takana.

Viime vuosituhansina maapallo on hiljalleen viilentynyt holoseenin lämpömaksimin tasosta. Tämä pitkäaikainen ilmastotrendi on kuitenkin hiljattain kääntynyt, kun ihmistoiminnasta johtuva kasvihuonekaasujen lisääntyminen ilmakehässä on aiheuttanut äkillisen ilmaston lämpenemisen. Viimeisen vuosisadan aikana tapahtuneen lämpenemisen jälkeen maapallon on arvioitu olevan nyt lämpimämpi kuin kertaakaan viimeisen 100 000 vuoden aikana.

Rahoitus:

Tutkimusta rahoittivat Suomen Akatemia, FORMAS (Ruotsi), Vetenskapsrådet (Ruotsi) ja U.S. National Science Foundation (Yhdysvallat).

Alkuperäinen artikkeli:

Salonen, J.S., Schenk, F., Williams, J.W. et al. Patterns and drivers of Holocene moisture variability in mid-latitude eastern North America. Nat Commun 16, 3582 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58685-7

Lisätietoja tutkijoilta: 

J. Sakari Salonen, Akatemiatutkija, Dosentti (Helsingin yliopisto), sakari.salonen@helsinki.fi  050 530 5542

Frederik Schenk, Research area leader for Past Climates (Bolin Centre for Climate Research, Stockholm University), frederik.schenk@geo.su.se, +46 8 16 47 41