Kilpisjärvellä tutkitaan ilmastonmuutoksen vaikutuksia ekosysteemeihin, lähellä ja globaalisti

Kilpisjärven tutkimusasema sai 60 vuotta sitten alkunsa myyrätutkimuksesta, mutta nykyään asemalla tutkitaan paljon muutakin, kuten hiilinieluja ja ilmastonmuutoksen vaikutuksia ekosysteemeihin ja niiden eliöstöön. Asemalla 60 vuoden aikana kerätty tutkimusaineisto, niin kutsutut pitkäaikaisseurannat, tarjoavat nykytutkijoille arvokasta lähdemateriaalia, kun tutkijat haluavat ymmärtää pitkän aikavälin muutoksia

Miten ilmastonmuutos vaikuttaa arktisiin hiilinieluihin? 

Tutkija Anna Virkkalan tutkimukset Kilpisjärvellä keskittyvät ekosysteemien hiilinieluihin. Hän tutkii niiden suuruutta, herkkyyttä ilmastonmuutokselle ja sitä miten kasvien ja mikrobien eri ominaisuudet säätelevät nieluja. Virkkala tekee mittauksia monipuolisesti niin pensaikoissa, niityillä, karuilla kasvittomilla alueilla kuin ikiroutaisilla palsasoillakin.

– Aihe on tärkeä, koska arktisten alueiden maaperässä on valtavat hiilivarastot - noin kolmasosa koko maailman maaperän hiilivarastosta. Tämä arktisen hiilivaraston määrä vastaa noin kaksinkertaista määrää hiiltä kuin mitä tällä hetkellä on ilmakehässä. Ilmaston muuttuessa ja maaperän lämmetessä osa näistä hiilivarastoista tulee vapautumaan ilmakehään voimistaen ilmastonmuutosta, mutta päästöjen suuruus tunnetaan vielä heikosti, sanoo Virkkala, matemaattis-luonnontieteellisestä tiedekunnasta.

– Alueen monipuolisesti vaihteleva ympäristö on antanut hienot mahdollisuudet  tutkia miten esimerkiksi maaperän kosteus ja kasvillisuus vaikuttavat hiilen vapautumiseen ja sitoutumiseen, mikä on melko harvinaista, tutkimusten keskittyessä usein ajallisen vaihtelun ymmärtämiseen, Virkkala jatkaa.

Kaikki tämä työ ja innostus johti yhteiseen hankkeeseen – Virkkala oli perustamassa Kilpisjärvelle uutta mittausasemaa elokuussa 2024, jossa kolmen metrin korkeudella olevat analysaattorit mittaavat joka sekunti automaattisesti hiilinielujen suuruutta. Mittausasema on Kilpisjärven biologisen aseman, bio- ja ympäristötieteellisen tiedekunnan ja Ilmakehätieteiden keskus INAR:in yhteishanke, joka hyödyttää niin biologian kuin ympäristötieteen tutkijoita. Biologisen aseman henkilökunnalla on tärkeä rooli käydä mittausasemalla parin viikon välein varmistamassa laitteiden toimivuus ja esimerkiksi pyyhkiä lumet pois mittareiden päältä. 

Tundran kasvillisuus tärkeä hiilen kierron säätelijä, mutta se on ristipaineiden alla

Tundrakasvillisuus peittää alleen yhden maapallon suurimmista hiilivarastoista, ja kasvillisuusmuutokset vaikuttavat hiilen vapautumiseen maaperästä ilmakehään. Ilmaston lisäksi tundrakasvillisuutta säätelevät mitä suurimmassa määrin erikokoiset kasvinsyöjät, kuten porot, jänikset, hanhet, myyrät ja hyönteiset. 

Akatemiatutkija Elina Kaarlejärvi bio- ja ympäristötieteellisestä tiedekunnasta tutkii ilmaston lämpenemisen ja kasvinsyöjien, kuten porolaidunnuksen, yhteisvaikutuksia tunturikasvillisuuden monimuotoisuuteen ja tunturiekosysteemin toimintoihin, kuten ravinteiden kiertoon. 

– Teen tätä kokeellisesti sekä lämpötilaa että laidunpainetta manipuloiden. Tutkimus on tärkeää, koska tarvitsemme tietoa nopeasti lämpenevän arktisen alueen kasvillisuusmuutoksista, jotka vaikuttavat sekä eläinpopulaatiohin että maaperämikrobeihin, jotka säätelevät hiilen pysymistä tai karkaamista maaperästä, sanoo Kaarlejärvi. 

Kaarlejärvelle asema mahdollistaa arktisen kenttätutkimuksen, joka vaatii useita viikkoja kenttätöitä vuodessa. 

– Kenttätutkimus olisi melko mahdotonta ilman tutkimusasemaa, koska telttaleiristä käsin tutkimuksen teosta tulisi monin kerroin nykyistä haasteellisempaa, toteaa Kaarlejärvi.

Menneet ympäristömuutokset kertovat tulevaisuudesta

Tutkija Jan Weckströmin mukaan Kilpisjärvi on Euroopan puhtaimpia alueita ilmansaasteita ajatellen, eikä siellä ole juurikaan ihmistoimintaa syrjäisten järvien rannalla. Tämän vuoksi ne soveltuvat erittäin hyvin ympäristöhistorian tutkimiseen.

Weckström ryhmineen rekonstruoi eli rakentaa uudelleen menneiden aikojen ympäristöolosuhteita, joka on ns. paleoekologista ja -limnologista tutkimusta. Weckströmin ryhmä on kerännyt yli 60 alueen järvestä pintasedimenttinäytteitä ja useasta myös vertikaalisen sedimenttisarjan, joka tarkoittaa sedimenttisarjaa pinnasta pohjaan. Tällöin saadaan aikajärjestyksessä oleva sedimenttiarkisto, jossa aina nuorempi kerros sedimenttiä on vanhemman päälle. Sedimenttisarjaa ajoittamalla ja siitä eliöjäänteitä tutkimalla tutkijat ovat muun muassa rekonstruoineet alueen ilmastoa, kasvillisuushistoriaa ja vesistöjen kehityshistoriaa.

– Menneistä ympäristömuutoksista saamme vastaavuuksia tulevaan, ennustettuun ilmastonmuutoksen vaikutuksiin. Tiedämme, että esimerkiksi noin 8000–5000 vuotta sitten alueella oli yhdestä kahteen astetta lämpimämpää. Olemme saaneet myös selville, että mäntymetsä oli pohjoisempana ja korkeammalla kuin nykyään. Tutkimalla menneisyyttä voimme sitten arvioida tulevaisuuden muutoksia ympäristössä, kertoo Weckström. Voimme esimerkiksi arvioida miltä maisema mahdollisesti näyttää tulevaisuudessa kasvillisuuden suhteen tai miten alueen vesistöt kehittyvät arvioidun ilmaston lämpenemisen myötä perustuen menneiden aikojen tietoihin vastaavista ympäristöolosuhteista. 

– Tutkimusasemalla on ollut erittäin suuri merkitys tutkimuksellemme. Se on tarjonnut erinomaisen tukikohdan ja oheispalvelut pitkien kenttätyöpäivien lomassa. Ilman sitä näitä tutkimuksia olisi ollut erittäin vaikea toteuttaa, Weckström toteaa. 

Kalat ja niiden ravintoverkot eivät säästy ilmastonmuutoksen vaikutuksilta

Kilpisjärveä ja sen lähialueita, sekä laajemmin Tornio-Muoniojoen vesistöaluetta, on hyödyntänyt professori Kimmo Kahilainen kala- ja ravintoverkkotutkimuksessaan syksystä 2002. 

– Olemme tutkimusryhmäni kanssa yhdistäneet monia perinteisiä ja nykyaikaisia menetelmiä ymmärtääksemme kalayhteisön ja ravintoverkon muutoksia ajallisesti ja alueellisesti. Biologinen asema tarjoaa erinomaisen tukikohdan ympärivuotiselle tutkimukselle ja opetukselle, erityisesti Kilpisjärvessä, toteaa Kahilainen.

Kahilaisen ryhmän ravintoverkkotutkimuksia on käytetty isotooppimallinnuksen kehitystyössä. Ympärivuotiset tutkimukset ovat tarjonneet mahdollisuuden ymmärtää miten talvi vaikuttaa kalakantojen koostumukseen, kalojen aineenvaihduntaan ja ekologiaan. Alueellisten tutkimusten perusteella voidaan arvioida miten ilmastonmuutos ja ravinteiden määrä, kuten hiili, typpi, fosfori, vaikuttavat kalakantoihin ja ravintoverkkoihin tulevaisuudessa.

– Kilpisjärven biologisella asemalla on ollut merkittävä vaikutus tutkimusryhmäni keskeisten aihepiirien kehittymisessä kuten ilmastonmuutoksen ja ravinteiden yhteisvaikutuksiin järviravintoverkoissa sekä ympärivuotisiin töihin. Siellä tehtyjen tutkimusten perusteella onkin ollut mahdollisuus kehittää ravintoverkkomallinnusta ja talviekologista tutkimusta yleisesti, Kahilainen sanoo.

Mitä asema tarjoaa huippututkimuksen tekemiseen jatkossa?

Kilpisjärven biologinen asema on perustavanlaatuinen tuki arktiselle tutkimukselle, mutta tulevaisuudessa tarvitaan panostuksia aseman toimintaedellytysten turvaamiseen. 

– Tilat ja tutkimuksessa avustaminen eri muodoissaan lienevät tärkeimpiä asioita tutkijan näkökulmasta. Tässä asema on kunnostautunut viime vuosina esimerkiksi palkkaamalla tutkimuskoordinaattorin ja teknikon asemalle, sanoo Kahilainen. 

– Pidemmän tähtäimen haaveemme olisi saada Kilpisjärven asemalle pysyvä tutkimusjohtaja. Hän pystyisi yhdistämään alueen tutkimuksesta monitieteisen kokonaisuuden ja suunnittelemaan sen mukaisesti aseman tulevia kehitystarpeita. Näin asemasta saataisiin rakennettua globaali suunnannäyttäjä arktisen muutoksen kokonaisvaltaisessa ymmärtämisessä, sanoo tutkimusasemien johtaja Jouni Heiskanen bio- ja ympäristötieteellisestä tiedekunnasta.

– Yhteistyö Tromssan arktisen yliopiston kanssa koetaan tärkeäksi myös jatkon kannalta. Yhdessä saamme katettua arktiset ekosysteemit aina Jäämerelle asti. Tämä on tärkeää, jotta pystymme kattavasti ymmärtämään nopeasti muuttuvaa pohjolaa. Yhteistyön vahvistaminen on yksi käytännön toimi Helsingin yliopiston arktisen ohjelman toteuttamisessa. Neuvotteluja tämän tiimoilta käydään parhaillaan rehtoraattien välillä, kertoo yhteiskunnallisen vuorovaikutuksen varadekaani, ympäristömuutoksen professori Atte Korhola bio- ympäristötieteellisestä tiedekunnasta. 

Tulevaisuuden kunnianhimoiset tavoitteet takaavat, että asema säilyy huippututkimuksen keskiössä myös seuraavat vuosikymmenet.