Jäätikön resepti

Taiteilijan näkemys Veikselistä laajimmillaan. Kuva: Crowley, T. J. (CC-BY-SA).

Maa on jäätynyt vaihtelevalla menestyksellä lukuisia kertoja historiansa aikana, ja varhaisimmista jäätiköitymisistä on saatu viitteitä lähes kahden ja puolen miljardin vuoden takaa. Etenevä jäätikkö tuhoaa tehokkaasti jälkiä vanhemmista jäätiköitymisistä, ja siinä missä vanhoista jäätiköitymisistä on vähemmän todistusaineistoa, tunnetaan Maan viimeisimmän ”jääkausiajan” eli kvartäärikauden (2,58 miljoonaa vuotta sitten – nykyhetki) kolme kylmää vaihetta kohtalaisen hyvin. Kylmien jäätikkövaiheiden lisäksi kvartääriin on muiden jäätiköitymisten tapaan mahtunut jäättömiä sekä lämpimiä kausia.

Kvartäärikauden kylmien vaiheiden nimeäminen heijastelee maantieteellisiä sijainteja, joissa niitä tutkitaan. Suomessa niitä kutsutaan Elsteriksi (600 00–300 000 vuotta sitten), Saaleksi (288 000–130 000 vuotta sitten) sekä Veikseliksi (115 000–11 590 vuotta sitten). Toisaalta Pohjois-Amerikassa esimerkiksi Veikseliä nimitetään Wisconsin-jäätiköitymiseksi ja Alpeilla Würm-glasiaaliksi. Veikselin ollessa laajimmillaan ovat jäämassat ulottuneet Berliinin eteläpuolelta lähes Moskovaan asti. Maailmanlaajuisesti on arvioitu, että jopa neljännes maa-alueista on tuolloin ollut jään peitossa.

Maa on siis jäähtynyt ja jäätynyt lukuisia kertoja historiansa aikana. Herää luonnollisesti kysymys siitä, miten tämä kaikki on mahdollista. Jääkausiteorian ja geologisen tietämyksen kehittymisen myötä on viimeisen sadan vuoden aikana opittu vähitellen ymmärtämään, miksi meillä on jääkausia. Yleisesti voidaan sanoa, että jääkausi on usean osatekijän summa.

Yksi annos jäätikköä

Aivan kuin kotona herkkuja leipoessa: raaka-aineiden oikea määrä suhteessa toisiinsa sekä lisäämisjärjestys takaavat onnistuneen lopputuloksen. Variointi ei tuota toivottuja tuloksia… vai miltä kuulostaisi suklaakakku ilman suklaata? Sama periaate pätee myös jääkausiin; niihin vaikuttavat ainesosat lisättynä oikeaan aikaan oikeassa suhteessa johtavat siihen, että maapallolla on jääkausi. Ohessa on esitetty laajamittainen "resepti", joka edesauttaa jäämassojen leviämistä maapallolla.

Jääkausi (valmistusaika: 100 000 vuotta)

  • 1 kpl Maan ratamuutoksia sopivassa suhteessa
    • mieluiten suuri etäisyys Auringosta
    • kallistuskulma sopiva, jotta kesät mahdollisimman kylmiä ja talvet ankaria
  • 1 kpl mantereita napaseuduilla ja/tai suuria maamassoja päiväntasaajan korkeudella
  • Valinnainen ainesosa: tulivuoren purkaus (vaikuttaa joitakin vuosia)
  • Valinnainen ainesosa: auringonpilkut (vaikuttaa lyhytaikaisesti)

Työvaiheet: 1. sekoita 2. odota

Ratamuutoksia ja mannerliikuntoja

Kuvassa näkyy Maan kiertoradan litistyneisyys liioitellusti sekä akselin kallistuskulma ja huojunta.

Maan rataliikkeissä tapahtuu jatkuvasti pieniä edestakaisia muutoksia. Muutokset liittyvät muun muassa Auringon ja Kuun vetovoimaan. Ratamuutoksia kutsutaan yleisesti Milankovitchin sykleiksi serbialaissyntyisen matemaatikon mukaan, joka oivalsi ne 1900-luvun alkupuolella. Milankovitchin sykleissä kiertoradan litistyneisyys eli eksentrisyys vaihtelee noin 100 000 vuoden jaksoissa. Nämä pienet vaihtelut vaikuttavat siihen, missä kohdin maa kulloinkin on Aurinkoon nähden ja näin ollen myös maapallon saamaan lämpösäteilyn määrään.

Tämän lisäksi Maan akseli huojuu samalla, kun Maa pyörii itsensä ympäri. Huojuntaan vaikuttaa Auringon ja Kuun ohella myös esimerkiksi napa-alueiden jäämassojen laajuus. Tämä prekessioksi kutsuttu ilmiö muuttaa akselin kallistuskulmaa noin 2,5 astetta 41 000 vuoden sykleissä. Pohjoiselle pallonpuoliskolle kohdistuu siis enemmän lämpösäteilyä silloin, kun Maa on mahdollisimman lähellä Aurinkoa ja kallistuskulma on suuri. Maan akselin vinous on mielenkiintoinen yksityiskohta, joka on selitetty Marsin kokoisen asteroidin, Theian, törmäyksellä Maahan. Törmäyksen voimasta Maan pinta suli suurelta osin ja kiertoradalle sinkoutui materiaalia, josta myöhemmin muodostui Kuu. Osuman voimakkuus oli niin suuri, että se riitti kääntämään Maan akselin noin 20 astetta vinoon.

Mantereet vaikuttavat jääkausien syntyyn. Sovittamalla mantereiden sijainteja muinaisten jääkausien kanssa on havaittu, että suurien mannermassojen olemassa oloon on voitu yhdistää jäätiköitymisiä. Esimerkiksi muinaiset supermantereet ovat estäneet lämpimien merivirtojen etenemisen päiväntasaajalta napaseuduille myötävaikuttaen näin Maan jäähtymiseen. Toisaalta napa-alueita ympäröivät mantereet (pohjoinen pallonpuolisko) voivat aiheuttaa saman ilmiön. Lisäksi napa-alueelle ajautunut manner (Antarktis) on altis jäätiköitymiselle.

Maan viimeisin supermanner, Pangaea, kokosi suuria maamassoja yhteen ja edisti näin auringonsäteilyn heijastumista takaisin avaruuteen. Kuvassa Pangaea on kuvattu myöhäisellä liitzkaudella noin 220 miljoonaa vuotta sitten. Kuva. Ron Blakey, NAU Geology (CC-BY-SA).

Sopivien mannerliikuntojen ja rataliikkeiden seurauksena tapahtuu siis ilmaston ja maanpinnan kylmenemistä. Tällöin sade suurilla leveysasteilla, etenkin vuoristoisilla seuduilla, voi sataa lumena, joka ei välttämättä ehdi viileän kesän vuoksi sulaa kokonaan. Vähitellen syntyvä jäätikkö siis kasvaa eli akkumuloituu. Jos taas jään määrä vähenee, tapahtuu ablaatiota. Kasvamisen ja pienenemisen rajaa jäätiköllä kuvaa tasapainoraja (engl. equilibrium line altitude), jossa kasvaminen ja pieneneminen ovat tasapainossa. Tyypillisesti raja siirtyy vuodenaikojen mukana ollen talvella lähempänä jäätikön reunaa.

Jäätikkö ei luonnollisesti synny päivässä, vaan ajan saatossa akkumulaation ollessa suurempaa kuin ablaatio. Vähitellen lumimassa laajenee ja sen myötä albedo, eli kyky heijastaa Auringon lämpösäteilyä, kasvaa. Tämä puolestaan edesauttaa jäätikön kasvamista. Talven aikana satanut lumimäärä alkaa vähitellen pakkautua eli firniytyä.

Jäätikön kasvaessa siihen sitoutuu runsaasti vettä, mikä puolestaan vaikuttaa merenpinnan korkeuteen. Kylmien jäämassojen myötä myös ilmaston vyöhykkeellisyys, eli lämpimän ja kylmän ero, korostuu.

Lyhyempiaikaisia muutoksia Maan ilmastoon aiheuttavat esimerkiksi tulivuoret. Niiden ilmakehään syytämä tuhka voi heikentää auringonsäteilyn pääsyä maahan ja aiheuttaa viilennystä joidenkin vuosien ajan. Toisaalta useat peräkkäiset purkaukset voivat vaikuttaa pidemmän aikaa (Pieni Jääkausi). Tulivuorten lisäksi Auringon aktiivisuuden on arvioitu vaikuttavan ilmastoon lyhytaikaisesti. Esimerkiksi Pienen Jääkauden aikana niiden tiedetään puuttuneen.

Erittäin suuri jääkimpale (miten jäätikkö toimii?)

Kansantieteilijä Keijo Pakkarinen selitti aikoinaan Maan valtameret ja vuoristot pullataikinateorialla: kun yhdestä kohtaa painaa, nousee toinen kohta ylös. Valitettavasti teoria on mannerliikuntojen saralla kuvitelmaa, mutta jäätiköihin ajatus istuu yllättävän hyvin. Kun jäämassa on riittävän paksua, jää alkaa virrata. Virratessaan jää ”valuu” hitaasti pullataikinan tavoin paksuimmasta kohdasta reunoja kohti.

Alppien suurin jäätikkö, Grosser Aletschgletscher, virtaa vuorten välissä Sveitsissä. Kuva: Dir Beyer (CC-BY-SA).

Jäätikön virtausta on tietenkin hankala mennä katsomaan jäätikön sisään, mutta paineen ollessa riittävä ei jäässä tapahdu enää lohkeilua vaan jää muovautuu plastisesti. Jäätiköissä, joiden lämpötila on lähellä nollaa, alkavat jääkiteet sulaa ja jäätyä muodostaen virtauksen runsaan 20 metrin syvyydessä. Analogia jään virtaukselle löytyy esimerkiksi maailman pisimpään jatkuneesta tieteellisestä kokeesta: vuonna 1927 australialainen fysiikan professori Thomas Parnell halusi todistaa, että mikä tahansa aine virtaa, kun sitä tarkastellaan riittävän pitkällä aikavälillä. Parnell laittoi pikeä lasisuppiloon huoneenlämmössä, ja yhdeksän vuoden kuluttua ensimmäinen tippa pikeä oli jo virrannut suppilon lävitse.

Jotta lumen ja jään muodostaman patjan paksuus voisi ylittää 20 metriä, eli saavuttaa jäätikkömäiset mittasuhteet, täytyy sadantaa olla melko paljon. Sopivien olosuhteiden vallitessa lumi siis akkumuloituu ja firniytyy (tiivistyy) vähitellen jäätikköjääksi. Siinä missä uusi lumi painaa noin 50 kg/m3, on hyvin pakkautuneella jäätikköjäällä massaa jo lähes tonnin verran kuutiota kohden. Akkumuloitumisen jatkuttua riittävän pitkään muodostuu vuoriston yläosiin ensin lakijäätikkö, mikäli jää ei ole syntynyt esimerkiksi laaksoon (tällöin syntyy laaksojäätikkö). Akkumulaation edelleen jatkuessa ja jään laajuuden ylittäessä 50 000 km2 puhutaan mannerjäätiköstä. Tämä vastaa noin seitsemäsosaa Suomen pinta-alasta. Koon kasvaessa alkaa siis vähitellen tapahtua myös liikettä.

Periaatekuva, jossa näkyy aineksen kerääntyminen eli akkumulaatio sekä sulaminen eli ablaatio.

Jään kasvaessa myös paine jäätikön sisällä kasvaa ja jää alkaa vähitellen liikkua. Liikettä voi tapahtua kasvamisen, eli akkumulaation, tai virtauksen myötä. Jos jäätä on riittävästi, alentaa paine veden sulamislämpötilaa ja jäätikön pohjaan muodostuu hyvin ohut vesipatja – jäätikkö on siis geologisesti katsoen lämminpohjainen. Vesipatja toimii kuulalaakerin tavoin edesauttaen jäätikön liikettä, jolloin virtausta voi tapahtua esimerkiksi alamäkeen. Jos taas jään paksuus on pienempi tai jää on hyvin kylmää, jäätyy se pohjastaan kiinni. Tällöin mahdollinen liike tapahtuu mekaanisesti raapimalla. Lisäksi nopea jään liike aiheuttaa myös esimerkiksi railoja lähellä pintaa ja erinäisiä työnnöksiä lähempänä jäätikön reunaa. Nopeasti virtaava jäätikkö voi lämmetä pohjastaan myös kitkan myötä. Jäätikön pohjan liukuminen on riippuvainen lähinnä jäätikön pohjalla olevan veden paineesta. Mitä paksumpi jää on, sitä enemmän virtauksella on voimaa. Laajat jäätiköt ovat usein keskiosistaan lämminpohjaisia ja reunoiltaan kylmäpohjaisia.

 

Metsähallitus Elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskus Euroopan maaseuturahasto Lauhanvuoren kansallispuisto Kauhaneva-Pohjankangas kansallispuisto