Puiden vuosilustot todistavat 1 500 vuoden takaista "kolmivuotista talvea"

Luonnonvarakeskuksen työntekijät nostavat miesvoimin subfossiilista järven pohjamutaan juuttunutta puunrunkoa Lapissa dendrokronologista tutkimusta varten. Kuva: Hannu Herva / Luke

Luonnonvarakeskuksen (Luke) ja Helsingin yliopiston Luonnontieteellisen keskusmuseon ajoituslaboratorion tutkijat ovat saaneet selville uutta tietoa puulustojen dendrokronologisista aikasarjoista.

Niiden mukaan 500-luvulla sattui kaksikin tulivuorten purkauksista johtuvaa tapahtumasarjaa, jotka pimensivät ilmakehän ja jäähdyttivät vuoden keskilämpötilaa jopa useilla asteilla.

"Esimerkiksi Pinatubo-tulivuoren purkauspilvet 1990-luvulla jäähdyttivät maapallon keskilämpötilaa noin puoli astetta", rinnastaa ajoituslaboratorion johtaja Markku Oinonen.

Ihmisten elämälle 500-luvun ilmiöiden seuraukset olivat tuhoisat, koska auringon säteilyn vähentymisen vuoksi kasvien yhteyttäminen väheni ja viljelyskasvien sadot romahtivat.

Auringon säteilyn vähentyminen heikensi myös ihmisten vastustuskykyä, koska he eivät muun muassa saaneet riittävästi auringonvaloa elintärkeän D-vitamiinin tuottamiseen.

Ensimmäinen puulustoista todettu anomalia eli normaalista poikkeava ilmiö on ajoitettu vuoteen 536 ja toinen heti perään vuosiin 540–545. Lämpötilan muutos näkyy niin, että puun vuosikasvu eli lustot sekä lustot muodostavien puusolujen soluseinät jäivät noina vuosina erittäin ohuiksi, kun niitä verrataan keskimääräistä kasvua ilmentäviin lustoihin.

Oinonen kertoo, että varsinkin 540-luvun anomalia koettiin hyvin laajalti pohjoisella pallonpuoliskolla.

"Pohjoismaisissa saagoissa puhutaan kolmen vuoden pitkästä talvesta. Martti Haavio on aikoinaan maininnut, että Burjatiassa on menneinä aikoina ollut kolmen vuoden valoton jakso. Havaitsemamme valon määrän romahdus olisi sopiva kandidaatti näiden muistojen taustaksi", Oinonen mainitsee.

Ilmakehän oudoista ilmiöistä muinaisina aikoina on viitteitä myös esimerkiksi Suomen kansan vanhat runot -kokoelmassa, jossa on toisintoja ajoista, jolloin "elettiin ilman päivää, ilman kuuta".

Inhimillinen kurjuus ei 500-luvulla jäänyt nälänhätään, pimeyteen ja kylmyyteen.

Vuonna 542 Itä-Rooman valtakuntaan iski ihmiskunnan ensimmäinen ruttoepidemia, Justinianuksen rutto. Yersinia pestis -bakteerin aiheuttama pandemia riehui Euroopassa 700-luvulle asti. Taudin arvioidaan surmanneen kymmeniä miljoonia ihmisiä ja Bysantin valtakunnan väestöstäkin noin puolet.

Nyt julkaistut tutkimukset perustuvat Luonnonvarakeskuksen tutkijoiden Lapista kokoamiin subfossiilisiin eli sellaisenaan säilyneisiin männynrunkoihin.

Kerätyistä mäntynäytteistä on yhdistetty kattava puulustoihin perustuva aikasarja, joka ulottuu 7 600 vuoden taakse. Aikasarja on pohjoisen Euroopan laajin ja vastaavista aikasarjoista kolmanneksi laajin.

Soiden turvekerroksissa ja järvissä säilyneitä liekopuita on mahdollista löytää vanhempiakin, kertoo dosentti Samuli Helama Luonnonvarakeskuksesta. Vanhoja runkoja voisi hänen mukaansa löytyä jopa niiltä ajoilta asti, jolloin männyt saapuivat alueelle jääkauden jälkeen.

Mäntyihin perustuvan puulustojen aikasarjan rakentaminen on ollut Suomessa pitkäjänteistä työtä.

"Tämä juontaa juurensa 1970-luvulle saakka, jolloin nyt jo edesmenneen professori Matti Erosen johdolla alettiin maastokäynneillä järjestelmällisesti etsiä paikkoja, joista säilyneitä liekopuita voisi löytyä. Erinäisillä tutkijoiden ja tutkimusryhmien matkoilla on sitten löytynyt näitä paikkoja”, Helama kertoo.

Etsimisessä on keskitytty todennäköisiin paikkoihin.

"Järvet varsinkin ovat olleet kiinnostavia, koska niistä on helpompi nostaa materiaalia. Suot ovat vaikeampia, koska rungot ovat siellä turpeessa, mistä niitä on vaikeampi saada irti."

Vanhasta liekopuusta mitataan ensimmäiseksi lustojen leveydet eli vuosirenkaiden paksuudet.

"Niiden perusteella puu pystytään ajoittamaan. Saatuja lustotietoja verrataan olemassa oleviin tietoihin, mille kalenterivuosille se ajoittuu. Lustoleveysaikasarjoista ja kronologioista saadaan selville menneisyyden lämpötilavaihteluita”, Helama huomauttaa. "Mitä kapeampi lusto, sitä kylmempi on ollut."

Lustoaikasarjoihin on uudessa tutkimuksessa menty "pintaa syvemmälle". Puulustoista on vuoltu näytteitä, joista Helsingin yliopiston Ajoituslaboratoriossa on tehty hiili-isotooppimääritykset.

"Puu pyrkii aina mieluummin ottamaan kevyintä hiili-12 -isotooppia, mutta mitä enemmän puu saa auringonvaloa ja mitä kiivaammin se yhteyttää, sitä enemmän se käyttää raskaampaa hiili-13 -isotooppia”, sanoo Helama.

"Pysyvien hiili-13- ja hiili-12-isotooppien suhteet puussa kertovat ilmastosta, valon määrästä ja kosteudesta", Oinonen toteaa.

Parhaillaan Ajoituslaboratoriossa mitataan puulustojen happi-isotooppeja, joiden avulla muodostetaan laajempia ilmastoanomalioiden sormenjälkiä, sanoo Oinonen.

"Teemme myös radiohiili- eli hiili-14-määrityksiä, joilla selvitetään auringon aktiivisuutta ja kosmisia ilmiöitä", Oinonen mainitsee.

"Puun lustot ovat eräänlaisia menneisyyden muistitikkuja, oikeastaan muistihalkoja, joihin tallentuu erityyppistä informaatiota atomitasolle. Siitä voimme sitten luoda ikään kuin sormenjälkiä eri tapahtumista", Oinonen havainnollista.

"Varsinkin 540-luvun anomaliassa hiili-isotooppisignaali näkyy vahvasti. Sitä pidettiin aiemmin erityisesti lämpötilasta kertovana, mutta Lapin puut ovat hyvin herkkiä valon määrälle. Yhteyttäminen riippuu valon määrästä, ja sen kautta hiili päätyy puun selluloosaan, josta sitä mitataan", sanoo Oinonen.

"Puu ottaa ilmarakojen kautta hiilidioksidia neulasiin. Jos puu saa riittävästi vettä, ilmarako voi jäädä auki, hiilidioksidi virtaa sisään ja puulla on aina valittavissa joko hiili-13 tai hiili-12."

"Kun valon määrä ja siten yhteyttäminen vähenee, puulle riittää kevyempää hiili-12:a ylenmäärin ja siten selluloosan hiili-13:n ja hiili-12:n suhde romahtaa."

Anomalian tunnistamiseksi selvitetään pitkä aikasarja, Oinosen mukaan kymmenien vuosien jakso poikkeavan ilmiön molemmin puolin.

Tutkimuksessa selvitetään puulustojen aikasarjasta poikkeuksellisia ilmiöitä varsinkin viimeisen 2 000 vuoden ajalta.

"Nämä 500-luvun tapahtumat olivat historiallisestikin tunnettu anomalia, ja siihen haluttiin keskittyä. Pienempiä poikkeusilmiöitä samaan aikasarjaan sijoittuu kyllä muitakin", Oinonen kertoo.

"Viimeisten 2 000 vuoden ajan anomalioista, joissa lämpötila on pudonnut merkittävästi, 94 prosenttia on tulivuorten aiheuttamia. Hankkeessa on ajatus, että saadaan tunnistettua näiden sormenjälkiä ja jopa siivota aikasarjadataa, jotta laajempia trendejä voidaan erottaa paremmin."

500-luvun tapahtumat aiheuttaneita tulivuoria ei ole voitu täsmälleen nimetä. Vuoden 536 anomaliaan on eräänä mahdollisena aiheuttajan pidetty El Salvadorissa purkautunutta tulivuorta ja 540-luvun kandidaattina on mainittu meksikolainen tulivuori.

"Jos tulevaisuudessa voitaisiin mitata lustoja eri paikoista, voitaisiin paremmin haarukoida, mistä ilmiö on lähtöisin", Oinonen pohtii.

Puulustoista saatuja tietoja on myös vertailtu napa-alueiden ikijään kerrostumien tietoihin, joista on saatu selville muun muassa poikkeuksellisia rikkimääriä.

Oinosen mukaan tulevaisuudessa puulustoista on mahdollista selvittää paitsi lustojen leveyksiä ja isotooppisuhteita, myös alkuainespektri.

"Näistä muodostuisi entistä monipuolisempi sormenjälki, joka kertoisi laajemmin ilmiöistä – tulivuorista, metsäpaloista, hyönteistuhoista, kasvitaudeista ja jopa meteoriittien osumista", Oinonen visioi.

Puulustotutkimus on pitkäjänteistä ja rakentuu kärsivällisen työn tuloksena.

”Monesti ajatellaan, että tällainen tutkimustulos on irrallinen ja helposti saavutettavissa, mutta näin ei ole", Helama sanoo.

"Tutkimus on aina hyvin pitkän perinteen ja tutkimusjatkumon tulosta, mikä on hyvä tiedostaa. Kertaalleen kerätyt subfossiilimateriaalit ovat ainutlaatuinen resurssi, jonka säilyttäminen jatkotutkimuksia varten tulisi nykyajan epävarmoissa ja vaihtelevissa oloissa kaikin keinoin taata”, Helama muistuttaa.