Kliima soojenemisest on viimasel ajal palju juttu olnud. Meteoroloogide andmed näitavad, et aasta keskmine temperatuur maakeral on 20. sajandi algusest peale vähehaaval tõusnud, kuigi tõusu pidevasse kõverasse tegid jõnksu sisse suhteliselt külmad 1940. aastad. Vähe sellest, soojenemine näib isegi kiirenevat. Liustikud sulavad ja taanduvad. Põhja-Jäämere jääkate üha õheneb. Eks viimaste aastakümnete sagedased mustad jõulud Eestiski tunnista sama. Mis edasi saab?

Kas parasvöötme elanikel on oodata troopikapalavust ning tarvis õunte asemel banaanide kasvatamiseks valmis olla? Või peaks juba mererandadele tamme ehitama, et rannaäärseid tasandikke merepinna tõusuga seotud uputuse eest kaitsta? Sest kui Antarktise ja Gröönimaa jää peaks ära sulama, tõuseb merepind mitmekümne meetri võrra.

Kui ärevust tekitavad andmed kliima soojenemise kohta jõudsid valitsuste ja rahvusvaheliste organisatsioonideni, nõuti teadlastelt selget vastust, miks kliima muutub ja kuidas selle muutuse kahjulikke tagajärgi vähendada. Kiires korras loodud matemaatiliste kliimamudelite seas jäi võitjaks kasvuhooneefekti hüpotees, mis kujuneski vastavasisuliste rahvusvaheliste läbirääkimiste aluseks. Vastavalt sellele tunnistati kliima soojenemise peasüüdlaseks kasvuhoonegaaside, eeskätt süsihappegaasi hulga suurenemine atmosfääris, mida põhjustab üha laienev maapõuest toodetavate kütuste – nafta, maagaasi, kivisöe, põlevkivi – põletamine.

Põhjus ja tagajärg

Uuringutest selgus tõepoolest, et süsihappegaasi sisalduse suurenemine atmosfääris 20. sajandil vastab üsna täpselt aasta keskmise õhutemperatuuri tõusule maakera pinnal. Vastavuse põhjus paistis ka selge olevat. Süsihappegaas koos teiste kasvuhoonegaasidega, mille hulka kuulub ka veeaur, tõkestab Maa soojuskiirguse hajumist maailmaruumi. Päikesekiired soojendavad maapinda, aga madala sagedusega soojuskiired ei pääse läbi suurema süsihappegaasi sisaldusega atmosfääri endisel hulgal tagasi maailmaruumi. Süsihappegaas moodustab midagi kasvuhoone klaaskatuse taolist, mille all on päikesepaistelisel päeval soe ka siis, kui ilm on külm. Niisugust nähtust nimetataksegi kasvuhooneefektiks.

Meie planeedi geoloogiline ajalugu tunneb kasvuhoone- ja külmhoonekliima perioodilist vaheldumist sadade aastamiljonite vältel. Võib oletada, et sooja kasvuhoonekliimaga Kriidiajastul ja teistel soojadel ajastutel oli õhus süsihappegaasi tunduvalt rohkem kui praegu. Ainult et me ei tea, kas see oli sooja kliima põhjus või hoopis tagajärg. Kliima soojenemist võisid põhjustada näiteks Kriidiajastu hiiglaslikud vulkaanipursked, mis paiskasid maapõuest õhku ohtralt süsihappegaasi. Aga süsihappegaasi võis õhku lisanduda ka hoopis suhteliselt sooja ookeani pinnalt, sest süsihappegaasi lahustuvus vees väheneb temperatuuri tõusuga. Kui vesi soojeneb, kerkib see gaas ookeanipinnalt õhku, kui aga jaheneb, nagu juhtub külmhooneperioodidel, siis neelab ookean gaasi õhust juurde. Ookean ise seda eriti ei tunne, sest tema veemassis on süsihappegaasi varud mitusada korda suuremad kui atmosfääris. Küll aga tunneb seda atmosfäär, kuna ookeani jaoks tühise süsihappegaasi hulga lisamine või äravõtmine muudab märgatavalt selle sisaldust õhus, mis ongi otseste mõõtmistega kindlaks tehtud. 20. sajandi jooksul kasvas süsihappegaasi sisaldus õhus pidevalt ning üha kiirenevas tempos. Küllap on selles oma osa kütuste põletamisel, ent ärgem unustagem ookeani võimeid.

Suured jääajad ja ookean

Jääaegade ning jäävaheaegade vaheldumist viimase 2,5 miljoni aasta jooksul, mil maakeral valitses külmhooneperiood, seotakse nn Milankovitch’i tsüklitega, milline oskussõna tuleneb Serbia astronoomi Milutin Milankovitchi nimest. Vastava ettekujutuse põhjal muutub aasta jooksul Maani jõudnud päikesekiirguse hulk perioodiliselt, võnkeperioodiga umbes 41 000 ja 100 000 aastat, olenevalt Maa orbiidi ja pöörlemistelje parameetrite kõikumistest. Kuna jääajad ja suhteliselt soojad jäävaheajad, millest viimane kestab praegu, on kordunud umbes ühesuguse sagedusega, võib oletada, et nende dramaatiliste kliimasündmuste põhjuseks on olnud Maale saabuva päikeseenergia kõikumine. Pigem on see olnud küll päästik, mis on käivitanud kliimamuutuste keerulise masinavärgi, mida viimastel aastatel on põhjalikult uuritud, eriti ookeanisetete kroonikatesse talletatud mälubaasile toetudes.

Trükinumbri joonisel kujutatud orbitaaltsüklid on näide sellest, kuidas Vaikses ookeanis, ekvaatori lähedal paikneval Ontong Java nimelisel veealusel platool puuritud puuraukudest saadi kätte kogu planeedi viimase kahe miljoni aasta kliimamuutuste kroonika, sealhulgas ka viited Milankovitchi tsüklitele. Ilmnes, et tolles maailmamere kõige soojemas paigas oli vesi soe kogu aeg, isegi jääaegade haripunktides, hapniku isotoopide suhe (delta 18O) mikroskoopiliste planktonloomakeste foraminifeeride lubikodades aga muutus jääaegade ja jäävaheaegade rütmis samuti nagu kõrgeil laiuskraadidelgi, kus seda põhjustas veetemperatuuri kõikumine. Kõnealusest asjaolust tuletati kliimaajaloo seisukohast väga tähtis suurus: jääliustike kogumahu muutumine planeedi pinnal. Teiste sõnadega selgitati välja mageda vee hulk, mis jääaegadel ookeanist liustikesse sattus, nende sulamisel aga ookeani tagasi tuli. Nimelt on hapniku rasket isotoopi 18O liustikes vähem kui ookeanivees. Mida rohkem isotoopiliselt “kergema” hapnikuga 16O vett ookeanist liustikesse satub, seda “raskemaks” muutub ookeanivee hapnik. Nii muutub ka soe ekvatoriaalne ookeanivesi jääajal alati isotoopiliselt “raskemaks”, jäävaheajal aga “kergemaks”.

Tegelikult on kliima köögiks ookean, hiiglaslik soojusmasin, mille pidevalt liikvel olev 13 miljoni kuupkilomeetri suurune veemass jaotab suure osa Päikeselt Maale saabuvast kiirgusenergiast soojuse näol ümber oma seaduste järgi. Soojad hoovused, sealhulgas süvahoovused, kannavad soojust troopikavöötmest pooluste poole, soojendades kliimat kõrgetel laiuskraadidel. Nii on põhjapolaarjoonel asuv Murmanski sadam tavaliselt aastaringselt jäävaba, kuna teda “kütab” Atlandi ookeanist Norra hoovusena Barentsi merre tungiv Golfi hoovuse jätk. Samal laiuskraadil paiknevad teisalt pidevalt jääga kaetud Kanada fjordid ja jäine Gröönimaa. Antarktikast piki Lõuna-Ameerika läänerannikut põhja suunas voolav külm hoovus koos pinnaaluste vete kerkimisega on aga tegur, miks kohtame ekvaatoril asuva Peruu rannikul niiske troopikapalavuse asemel üsna jahedat kuiva kliimat.

Nii muudab ookean paralleele pidi kulgevate pöörijoontega teineteisest eraldatud kliimavöötmete geomeetrilist pilti. Mis aga juhtub siis, kui ookeani hoovustesüsteem ise muutub? Kui näiteks Golfi hoovus nõrgeneb (põhjuseks võib olla päikesekiirguse vähenemine madalail laiuskraadidel Milankovitchi tsüklite käigus) ja soe vesi enam Norra merre ei tungi? Oletatavasti algabki siis Põhja-Euroopa jääaeg.

Ookeanivee hiidkonveier

Ookeani ja kliima suhted pole tänaseni päris selged, põhjused ja tagajärjed vahetavad siin sageli kohti, sekkuvad sellised asjaolud nagu sademed ja aurumine ookeani pinnalt, päikesekiirte peegeldumine valgelt lumelt ja jäält, õhurõhk ja tuuled. Ometi toimivad kõik need faktorid koos mingis seni veel lõplikult mõistmata, kuid arvatavasti kosmosest kajava “muusika” rütmis. Kummalisel kombel levib kliimamuutuste rütm üle terve maakera, kutsudes esile peaaegu üheaegseid sündmusi Põhja-Atlantikas, Antarktikas, India ookeanis ja Kaug-Ida meredes. Looduses peab seega toimima mingi kaugside kanal, mis edastab signaale ühest maailma otsast teise.

Pilt selgines, kui avastati ookeanivee hiidkonveier (ingl global salinity conveyor), mille lihtsustatud algvariant on toodud joonisel. Selle hiidkonveieri alguseks peetakse Norra merd, kuhu voolab sisse soe ja soolane Golfi hoovuse vesi. Jahtudes muutub see magedamast arktilisest veemassist raskemaks, vajub mõne kilomeetri sügavusele ning valgub üle Norra mere künnise Atlandi ookeani, kus moodustab Põhja-Atlantika süvavee voolu (North Atlantic Deep Water ehk NADW).

Põhja-Atlantika süvavee vool liigub 3–4 kilomeetri sügavusel aeglaselt lõunasse, jõuab Antarktikani, pöörab seejärel itta, läbib India ookeani ning liigub Vaikses ookeanis põhja poole, jõudes mõnedel andmetel Aleuudi saarestikuni. Teel tunduvalt muutunud veemass kerkib seal pinnale ning liitub Vaikse ookeani pinnahoovustega, mis kannavad selle läbi Indoneesia saarestiku India ookeani. Edasi kulgeb pinnapealne konveierilindi osa Atlandi ookeani, kus see lõpuks Golfi hoovuse haruna taas Norra merre jõuab, et uut ringvoolu alustada.

Arvutused näitavad, et see hiidkonveier sooritab täisringi ligikaudu tuhande aastaga. Ometi võib ta kliimamuutuste signaale ka palju kiiremini edasi anda. Kui tavalist vabrikukonveierit ühes kohas pidurdada, aeglustub selle käik otsekohe kogu pikkuses. Ookeanikonveier pole kaugeltki nii jäik, ent pidurdamise või siis kiirenemise signaal peaks siiski lainena piki oletatavat veelinti vee enda liikumisest palju rutem kohale jõudma. Miks ei võiks siis ka kliimamuutuste “muusika” rütm konveieri kaudu kiiresti üle kogu maailmamere levida?

Jääaegadel pöördus Golfi hoovus lõuna pool Islandit itta ega jõudnud Norra merre, mis tähendas konveieri pidurdumist. Sellele pidi reageerima kogu maailmameri ja sellest olenev kliima. Jäävaheaegadel kiirenesid konveierit liikuma panevad protsessid Norra meres ning teade sellest levis piki konveierilinti teisele poole maakera, põhjustades nii ookeani kui ilmastiku muutusi.

Viikingid ja väike jääaeg

Seoses kliima nüüdse soojenemisega pakub erilist huvi 1000–1500 aasta pikkuse perioodiga kliimavõnkumine praegu käimas olevas Holotseenis (0–10 000 aastat tagasi), mis on ilmnenud puuringide, viirsavi, Gröönimaa jääkilbi puursüdamike ning merepõhja setete uurimisel. Arvatavasti on siingi mänginud oma osa ookean, kuigi rütmi on määranud eeskätt suborbitaalsed ehk päikese aktiivsusest olenevad võnked.

Puuringide statistilise analüüsi abil on kindlaks tehtud, et viimase kaheksa tuhande aasta jooksul on olnud neli suhteliselt sooja ning viis suhteliselt külma ajavahemikku. Viimane külm periood umbes aastail 1500–1900 kannab isegi väikese jääaja nime. Pärast seda algas kliima soojenemine, nagu on kindlaks tehtud juba otseste mõõtmiste abil. 20. sajandi keskpaiku kliima küll lühikeseks ajaks mõnevõrra külmenes, kuid sellele järgnes eriti kiire soojenemine 1990. aastatel. Trükinumbris toodud graafiku autorid märkasid, et 20. sajandi soojenemiskõvera analoogi võib leida näiteks umbes 2800. aastaist eKr, mil Egiptuses valitsesid vaaraod. Ka tol ajal katkestas soojenemise lühike külm episood, millele järgnes 1990. aastate taoline temperatuuritõus, mis 1980. aastaga lõppeval graafikul küll puudub.

Väikesest jääajast jutustavad paljud ajaloolised dokumendid, loodusteadlaste ning meremeeste vaatlused, alates 18. sajandist ka ilmajaamade andmed. Siis laskusid orgudesse Alpi liustikud, mattes enda alla asulaid. Viikingite suured merereisid lõppesid karmide jääolude tõttu, oma asulad Gröönimaal jätsid nad jääliustike pealetungi pärast lõplikult maha 14. sajandi keskpaigaks. Hollandi kanaleil sai talvel uisutada. Boriss Godunovi valitsemise ajal külmus Moskva jõgi kord koguni augustis.

Geograaf Andres Tarand on rekonstrueerinud talve keskmise temperatuuri Eestis alates 1500. aastast, võttes aluseks Tallinna sadama jääst vabanemise päeva ning suve keskmise esimese rukkilõikuse päeva. Arhiivides säilinud andmete põhjal andis väike jääaeg end siingi tunda, eriti külmad olid talved aastail 1600–1650. Mina koos kolleegidega leidsin väikese jääaja tunnuseid Barentsi mere Ruuskaja Gavani fjordist ja huvitaval kombel tulime meiegi järeldusele, et talved läksid eriti karmiks just 1600. aasta paiku. Muide, hollandlasest kapteni Willem Barentsi ekspeditsioon jäi Novaja Zemljal jäävangi 1596. aasta augustis. Barents ise suri talvitamise ajal Ledovaja Gavani lahe rannal, kuid säilinud päevikud annavad 1596/1597. aasta jubedaist talveilmadest selge pildi.

Andmeid väikese jääaja karmidest kliimaoludest on saadud paljudest maailma paikadest, sealhulgas Hiinast, Austraaliast, Ameerikast. Kõik viitab sellele, et tolleaegne kliima oli karm, seda võrreldes nii 20. sajandi kui ka eelnenud keskaegse soojaperioodiga, viikingite ajaga. Too viikingite aeg oli praegusest ilmselgelt soojem, ehkki kütuseid põletati hoopis tagasihoidlikumalt ja inimesigi elas maakeral praegusest palju vähem. Igatahes Islandil arenes tol ajal, 9.–12. sajandil, ainulaadne tsivilisatsioon, rajati talusid, peeti koduloomi, hariti põldu, mis praegustes kliimatingimustes on võimatu, loodi kuulsaid saagasid, asustati jäise Gröönimaa rannad ning avastati Ameerika. Tõenäoliselt olid Eestiski muinasajal ilmad soojemad kui praegu.

Soojale hiliskeskajale eelnes aga külm periood meie ajaarvamise esimesel aastatuhandel, mis samuti meresetete kroonikas jäädvustunud ning ka puuringidest välja loetud. Võib-olla mõjutas see Rooma impeeriumi lagunemist ja külmaga harjunud barbarite edukat pealetungi?

Süüdi või mitte?

Tõenäoliselt pole kliima praegune soojenemine peamiselt inimkonna süü. Igatahes väidab professor Oleg Sorohtin, et siin on põhjus ja tagajärg segi aetud. Kliima soojeneb mitte niivõrd inimtegevusest tuleneva süsihappegaasi hulga suurenemise tõttu atmosfääris, vaid just ookeani pinnavee soojenemine põhjustab suuresti seal lahustunud süsihappegaasi erituse õhku. Muide, Antarktise jääkilbi puurimisel saadud andmeil on õhutemperatuuri tõus igas kliima soojenemise tsüklis ennetanud süsihappegaasi sisalduse kasvu õhus. Ega tagajärg saa ju ennetada põhjust!

Ent mis meid ikkagi ees ootab? Kliimamuutuste ennustamine on veel kahtlasem asi kui ilmaennustus. Ometi lubab kliimamuutuste perioodilisus oletada, et praegune soojenemine pole mingi enneolematu katastroof, vaid lihtsalt järjekordsele jäävaheajale omase soojenemisperioodi kulg, mis peaks veel mõnisada aastat kestma, enne kui kliima viikingite aja taolise haripunktini jõuab, et siis kiiresti järjekordsesse väiksesse jääaega triivida. Ei usu, et inimene sellist looduslike muutuste kulgu oluliselt muuta suudaks. Järjekordse Kriidiajastu kasvuhoonekliimani ja jääliustike täieliku sulamiseni on aga veel palju miljoneid aastaid oodata.

IVAR MURDMAA (1931) on Venemaa Teaduste Akadeemia okeanoloogiainstituudi teadur, maavarade ja paleookeanoloogia labori juhataja, Venemaa Loodusteaduste Akadeemia korrespondentliige, viljakas teaduse populariseerija. Geoloogia-mineraloogiadoktor, professor.

KLIIMA TEEMAL HORISONDIS

Jüri Krustok, Kliimakatastroof! On see reaalne? Horisont 4/2002.

Heino Tooming, Rein Veskimäe, Ilma kujundab segadus. Horisont 6/2002.

Kalju Eerme, Elame kliimaheitluste vaherahu ajas. Horisont 3/2003.

Ain Kallis, Uputab, ei uputa?! Horisont 5/2003.

Heino Tooming, Tüliõunaks kliima.
Horisont 3/2004.

Tiina Tammets, Kuidas hinnata palavust. Horisont 4/2004.