Tutkimusprojektit

Tutkija johtama tutkimus Kilpisjärvellä keskittyy arktisten ekosysteemien hiilinieluihin – niiden suuruuteen, herkkyyteen ilmastonmuutokselle sekä kasvien ja mikrobien rooliin hiilen sitomisessa. 

Arktisilla alueilla maaperään on varastoitunut valtavia hiilimääriä, joiden vapautuminen ilmaston lämmetessä voi kiihdyttää ilmastonmuutosta. Tämä tekee hiilinielujen toiminnan ymmärtämisestä erityisen tärkeää. Kilpisjärven monimuotoinen ympäristö tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden tutkia, kuinka maaperän kosteus ja kasvillisuus vaikuttavat hiilen kiertoon.

Elokuussa 2024 Virkkala oli mukana perustamassa Kilpisjärvelle uutta -mittausasemaa, jossa analysaattorit mittaavat hiilinielujen toimintaa reaaliajassa. Tämä biologisen aseman, bio- ja ympäristötieteellisen tiedekunnan sekä Ilmakehätieteiden keskus :in yhteishanke tuottaa arvokasta dataa biologian ja ympäristötieteen tutkijoille. Biologisen aseman henkilökunta huolehtii mittausaseman laitteiden toimivuudesta ja esimerkiksi pitää mittarit lumesta vapaina.

Tutkimusprojektissa selvitetään, kuinka geodiversiteetti – eli maaperän, pinnanmuotojen, vesistöjen ja muiden geologisten elementtien vaihtelu – vaikuttaa biodiversiteettiin ilmastonmuutoksen myötä. Alueilla, joilla geodiversiteetti on korkea, on usein myös rikas eliölajisto. Siksi geodiversiteetin kartoittaminen, ymmärtäminen ja suojelu ovat keskeisiä tavoitteita kestävän kehityksen edistämisessä.

Tutkimuksessa tarkennetaan geodiversiteetin ja biodiversiteetin välistä suhdetta selvittämällä paikallisia tekijöitä, kuten lämpötilan, ravinteiden ja vesivarojen vaihtelua, jotka ohjaavat lajiston monimuotoisuutta. Hankkeessa tutkitaan myös, kuinka hyvin geodiversiteetin ja biodiversiteetin välinen yhteys pätee eri ekosysteemeissä – arktisilla, antarktisilla ja alpiinisilla alueilla, jotka ovat erityisen herkkiä ilmastonmuutoksen vaikutuksille.

Miska Luodon johtama BioGeoClimate Modelling Lab tutkii arktisten ympäristöjen ja ekosysteemien muutoksia ja niiden taustalla vaikuttavia tekijöitä. Kilpisjärven alue tarjoaa ainutlaatuisen ympäristön, jossa ilmaston muutoksen vaikutukset näkyvät selvästi.

Tutkimuksessa selvitetään muun muassa:

• Miten muuttuva ilmasto vaikuttaa tundran ekosysteemeihin
• Miten kasvillisuus, topografia ja maaperä säätelevät paikallisia ilmasto-olosuhteita
• Mitkä äärisääilmiöt, kuten kuivuus, lämpöaallot ja talven vesisateet, vaikuttavat tundran kasvillisuuteen ja hiilensidontaan
• Miten eri kasvilajien ominaisuudet vaikuttavat ekosysteemien muutoksiin ja kuinka tätä tietoa voidaan hyödyntää tarkempien ennustemallien kehittämisessä
• Miten kasvillisuus, maaperän ominaisuudet ja paikallisilmasto vaikuttavat hiilidioksidi-, metaani- ja typpioksiduulipäästöihin

Tutkimus hyödyntää uusia mallinnusmenetelmiä, pitkän aikavälin ilmastoaineistoja sekä laajoja mittausverkostoja, joiden avulla voidaan ennustaa arktisen ympäristön muutoksia. Kilpisjärven biologinen asema tarjoaa erinomaiset puitteet tutkimukselle ja toimii tärkeänä tukikohtana arktisen ympäristön seurannassa.

Tundrakasvillisuus peittää alleen yhden maailman suurimmista hiilivarastoista ja vaikuttaa merkittävästi hiilen vapautumiseen maaperästä ilmakehään. Ilmastonmuutoksen lisäksi kasvillisuuteen vaikuttavat monenlaiset kasvinsyöjät, kuten porot, myyrät, sopulit, jänikset ja hyönteiset.

Akatemiatutkija Elina Kaarlejärvi tutkii Kilpisjärvellä, miten ilmaston lämpeneminen ja kasvinsyönti yhdessä muokkaavat tundran kasvillisuutta ja ekosysteemin toimintaa. Tutkimuksissa selvitetään esim. miten porolaidunnus ja lämpötilan nousu vaikuttavat ravinteiden kiertoon ja hiilen varastoitumiseen maaperässä.

Tutkimusmenetelminä Kaarlejärven tutkimusryhmä käyttää kenttäkokeita, joissa manipuloidaan sekä lämpötilaa että laidunnuspainetta. Tutkimusta tehdään yhteistyössä Oulun yliopiston professori Anu Eskelisen kanssa sekä Tundra Exclosure Network (TExNet) verkoston tutkijoiden kanssa.

Kenttätöiden toteuttaminen olisi haastavaa ilman tutkimusasemaa, joka tarjoaa Kaarlejärvelle ja hänen tiimilleen mahdollisuuden pitkäaikaiseen arktiseen tutkimukseen.

Tutkija Jan Weckströmin johtama tutkimusryhmä rekonstruoi menneiden aikojen ympäristöolosuhteita analysoimalla Kilpisjärven alueen järvien sedimenttikerrostumia. Tämä paleoekologinen ja -limnologinen tutkimus auttaa ymmärtämään, kuinka ilmasto ja kasvillisuus ovat muuttuneet ajan saatossa – ja mitä se kertoo tulevaisuuden ympäristömuutoksista.

Weckströmin ryhmä on kerännyt näytteitä yli 60 järvestä ja analysoinut sedimenttisarjoja, joiden avulla voidaan ajoittaa menneitä ilmastonvaihteluita ja kasvillisuuden muutoksia. Esimerkiksi noin 8000–5000 vuotta sitten alueella oli 1–2 astetta nykyistä lämpimämpää, ja mäntymetsä ulottui pohjoisemmaksi ja korkeammalle kuin nykyään. Näiden tietojen avulla voidaan arvioida, miten ilmaston lämpeneminen vaikuttaa tulevaisuudessa alueen maisemaan ja vesistöihin.

Kalastoseuranta tuottaa laadukasta perustutkimustietoa Kilpisjärven kalaston koostumuksesta ja muutoksista, esimerkiksi kalalajien välisistä runsauksista, kokojakaumien muutoksista ja erityisesti siian vuosiluokkien vahvuuksista. Hankkeessa saadaan lisätietoa arktisen järven kalastomuutoksista, jota voidaan hyödyntää muiden vesistöjen muuttumisen arvioinnissa sekä uhanalaisten lajien suojelutyössä. Pitkäaikaisseurannalla saadaan tietoa esimerkiksi kalalajiston runsaussuhteiden muutoksista ja uusien lajien, kuten kiisken, ahvenen sekä särjen, levittäytymisestä alueelle ja niiden vaikutuksista Kilpisjärven alkuperäiseen kalastoon, esimerkiksi siika– ja nieriäkantaan. Pitkäaikaisseurantojen avulla voidaan myös tarkkailla ja arvioida ilmastonmuutoksen vaikutuksia kalayhteisöön.

LifePlan -hankkeessa kartoitettiin maailman luonnon monimuotoisuutta uusimpien tieteellisten työkalujen avulla. Tutkijat pyrkivät samalla ymmärtämään esimerkiksi ilmastonmuutoksen ja maankäytön muutosten vaikutuksia eliöstön monimuotoisuuteen. 

Hyönteisnäytteet kerättiin telttamaisen Malaise-pyydyksen avulla ja sienten itiöt cyclone - itiökeräimellä. Kerätyt näytteet määritettiin DNA:n perusteella. Nisäkkäiden ja lintujen kartoitus tehtiin riistakameroiden ja äänityslaitteiden avulla, tekoälyn tunnistaessa lajit. Maaperä näytteitä otetiin neljä kertaa kasvukaudessa. Sama koeasetelma oli käynnissä noin 150 kohteessa maailmanlaajuisesti.