Carbon dynamics in peatlands under changing hydrology : Effects of water level drawdown on litter quality, microbial enzyme activities and litter decomposition rates

Pristine peatlands are carbon (C) accumulating wetland ecosystems sustained by a high water level (WL) and consequent anoxia that slows down decomposition. Persistent WL drawdown as a response to climate and/or land-use change directly affects decomposition: increased oxygenation stimulates decomposition of the old C (peat) sequestered under prior anoxic conditions. Responses of the new C (plant litter) in terms of quality, production and decomposability, and the consequences for the whole C cycle of peatlands are not fully understood. WL drawdown induces changes in plant community resulting in shift in dominance from Sphagnum and graminoids to shrubs and trees. There is increasing evidence that the indirect effects of WL drawdown via the changes in plant communities will have more impact on the ecosystem C cycling than any direct effects. The aim of this study is to disentangle the direct and indirect effects of WL drawdown on the new C by measuring the relative importance of 1) environmental parameters (WL depth, temperature, soil chemistry) and 2) plant community composition on litter production, microbial activity, litter decomposition rates and, consequently, on the C accumulation. This information is crucial for modelling C cycle under changing climate and/or land-use. The effects of WL drawdown were tested in a large-scale experiment with manipulated WL at two time scales and three nutrient regimes. Furthermore, the effect of climate on litter decomposability was tested along a north-south gradient. Additionally, a novel method for estimating litter chemical quality and decomposability was explored by combining Near infrared spectroscopy with multivariate modelling. WL drawdown had direct effects on litter quality, microbial community composition and activity and litter decomposition rates. However, the direct effects of WL drawdown were overruled by the indirect effects via changes in litter type composition and production. Short-term (years) responses to WL drawdown were small. In long-term (decades), dramatically increased litter inputs resulted in large accumulation of organic matter in spite of increased decomposition rates. Further, the quality of the accumulated matter greatly changed from that accumulated in pristine conditions. The response of a peatland ecosystem to persistent WL drawdown was more pronounced at sites with more nutrients. The study demonstrates that the shift in vegetation composition as a response to climate and/or land-use change is the main factor affecting peatland ecosystem C cycle and thus dynamic vegetation is a necessity in any models applied for estimating responses of C fluxes to changes in the environment. The time scale for vegetation changes caused by hydrological changes needs to extend to decades. This study provides grouping of litter types (plant species and part) into functional types based on their chemical quality and/or decomposability that the models could utilize. Further, the results clearly show a drop in soil temperature as a response to WL drawdown when an initially open peatland converts into a forest ecosystem, which has not yet been considered in the existing models.

Effect of soil preparation of boreal spruce forest on air and soil temperature conditions in forest regeneration areas.

The effect of scarification, ploughing and cross-directional plouhing on temperature conditions in the soil and adjacent air layer have been studied during 11 consecutive growth periods by using an unprepared clear-cut area as a control site. The maximum and minimum temperatures were measured daily in the summer months, and other temperature observations were made at four-hour intervals by means of a Grant measuring instrument. The development of the seedling stand was also followed in order to determine its shading effect on the soil surface. Soil preparation decreased the daily temperature amplitude of the air at the height of 10 cm. The maximum temperatures on sunny days were lower in the tilts of the ploughed and in the humps of the cross-directional ploughed sites compared with the unprepared area. Correspondingly, the night temperatures were higher and so the soil preparation considerably reduced the risk of night frost. In the soil at the depth of 5 cm, soil preparation increased daytime temperatures and reduced night temperatures compared with unprepared area. The maximum increase in monthly mean temperatures was almost 5 °C, and the daily variation in the surface parts of the tilts and humps increased so that excessively high temperatures for the optimal growth of the root system were measured from time to time. The temperature also rose at the depths of 50 and 100 cm. Soil preparation also increased the cumulative temperature sum. The highest sums accumulated during the summer months were recorded at the depth of 5 cm in the humps of cross-directional ploughed area (1127 dd.) and in the tilts of the ploughed area (1106 dd.), while the corresponding figure in the unprepared soil was 718 dd. At the height of 10 cm the highest temperature sum was 1020 dd. in the hump, the corresponding figure in the unprepared area being 925 dd. The incidence of high temperature amplitudes and percentage of high temperatures at the depth of 5 cm decreased most rapidly in the humps of cross-directional ploughed area and in the ploughing tilts towards the end of the measurement period. The decrease was attributed principally to the compressing of tilts, the ground vegetation succession and the growth of seedlings. The mean summer temperature in the unprepared area was lower than in the prepared area and the difference did not diminish during the period studied. The increase in temperature brought about by soil preparation thus lasts at least more than 10 years.

Lumettoman maan routaolojen mallintaminen ja ennustettavuus muuttuvassa ilmastossa

Raportissa on arvioitu ilmastonmuutoksen vaikutusta Suomen maaperän talviaikaiseen jäätymiseen lämpösummien perusteella. Laskelmat kuvaavat roudan paksuutta nimenomaisesti lumettomilla alueilla, esimerkiksi teillä, joilta satanut lumi aurataan pois. Luonnossa lämpöä eristävän lumipeitteen alla routaa on ohuemmin kuin tällaisilla lumettomilla alueilla. Toisaalta luonnollisessa ympäristössä paikalliset erot korostuvat johtuen mm. maalajeista ja kasvillisuudesta. Roudan paksuudet laskettiin ensin perusjakson 1971–2000 ilmasto-oloissa talviaikaisten säähavaintotietoihin pohjautuvien lämpötilojen perusteella. Sen jälkeen laskelmat toistettiin kolmelle tulevalle ajanjaksolle (2010–2039, 2040–2069 ja 2070–2099) kohottamalla lämpötiloja ilmastonmuutosmallien ennustamalla tavalla. Laskelman pohjana käytettiin 19 ilmastomallin A1B-skenaarioajojen keskimäärin simuloimaa lämpötilan muutosta. Tulosten herkkyyden arvioimiseksi joitakin laskelmia tehtiin myös tätä selvästi heikompaa ja voimakkaampaa lämpenemisarviota käyttäen. A1B-skenaarion mukaisen lämpötilan nousun toteutuessa nykyisiä mallituloksia vastaavasti routakerros ohenee sadan vuoden aikana Pohjois-Suomessa 30–40 %, suuressa osassa maan keski- ja eteläosissa 50–70 %. Jo lähivuosikymmeninä roudan ennustetaan ohentuvan 10–30 %, saaristossa enemmän. Mikäli lämpeneminen toteutuisi voimakkaimman tarkastellun vaihtoehdon mukaisesti, roudan syvyys pienenisi tätäkin enemmän. Roudan paksuuden vuosienvälistä vaihtelua ja sen muuttumista tulevaisuudessa pyrittiin myös arvioimaan. Leutoina talvina routa ohenee enemmän kuin normaaleina tai ankarina pakkastalvina. Päivittäistä sään vaihtelua simuloineen säägeneraattorin tuottamassa aineistoissa esiintyi kuitenkin liian vähän hyvin alhaisia ja hyvin korkeita lämpötiloja. Siksi näitten lämpötilatietojen pohjalta laskettu roudan paksuuskin ilmeisesti vaihtelee liian vähän vuodesta toiseen. Kelirikkotilanteita voi esiintyä myös kesken routakauden, jos useamman päivän suojasää ja samanaikainen runsas vesisade pääsevät sulattamaan maata. Tällaiset routakauden aikana sattuvat säätilat näyttävätkin yleistyvän lähivuosikymmeninä. Vuosisadan loppua kohti ne sen sijaan maan eteläosissa jälleen vähenevät, koska routakausi lyhenee oleellisesti. Tulevia vuosikymmeniä koskevien ilmastonmuutosennusteiden ohella routaa ja kelirikon esiintymistä on periaatteessa mahdollista ennustaa myös lähiaikojen sääennusteita hyödyntäen. Pitkät, viikkojen tai kuukausien mittaiset sääennusteet eivät tosin ole ainakaan vielä erityisen luotettavia, mutta myös lyhyemmistä ennusteista voisi olla hyötyä mm. tienpitoa suunniteltaessa.

Langattoman peltotiedustelijan maanalainen toimintaympäristö ja laitesuunnittelu

Tässä väitöskirjassa esitellään langattomien maanalaisten peltotiedustelijoiden järjestelmän tavoitteet ja rajoitukset. Tarkoitus oli kehittää käytännön viljelyyn sovellettava pellon seurantajärjestelmä, sillä reaaliaikaisen kosteus- ja lämpötilatiedon keruulaitteiden puuttuminen haittaa viljelytoimenpiteiden suunnittelua. Mittaus-aineistosta voi tehdä sekä havaintoja pellon ominaisuuksista että muutoksista niissä. Tulevaisuudessa tiedustelijalla saatetaan voida mitata ravinteita tai kemikaaleja. Kun peltotiedustelijan 869 MHz:n radioaalto saavuttaa vastaanottoantennin, on 1) maa-aines vaimentanut sitä; 2) osa aallosta heijastunut rajapinnoilta; 3) pellosta ulos taittuva aalto hajaantunut ja; 4) aallon intensiteetti alentunut etäisyyden kasvaessa. Maan sähkökenttäkäyttäytymistä kuvaava permittiivisyys on kompleksinen suure, jonka reaaliosa kuvaa varautumiskykyä (polarisoitumista) ja imaginaariosa häviöllisyyttä (sähkönjohtavuutta). Pellon pinnassa aalto on pallomainen, joten heijastumisen lisäksi hajaannuttaa taittuminen suurilla taitekulmilla sen tehoa. Tiedustelijan prototyyppiä varten kehitettiin maa-aineksessa toimivat antennit, joiden taajuuskaistat kattoivat ne aallonpituudet, jotka 869 MHz:n radioaalto saa kuivassa ja märässä mullassa, sillä aallon etenemisnopeus ja pituus muuttuvat maan kosteudesta riippuen. Vaimennusmallin testausmittauksiin tehtiin discone-antenni, ja tiedustelijaa varten piirilevytekniikalla pienikokoinen elliptinen monopoliantenni, jonka piirikortille ladottiin myös tiedustelijan elektroniikka. Multalaatikkoon upotettujen antennien säteilyominaisuudet määritettiin piirianalysaattorilla heijastusvaimennusmittauksin. Elektroniikkasuunnittelun tavoitteita oli pieni koko ja pitkä toimintaikä. Näihin päästiin komponenttivalinnoilla sekä ohjelmoinnin keinoin. Tiedustelija teki mittaukset ja lähetti tulokset 10 min välein ja sen keskivirrankulutus oli 4,2 uA käytettäessä 3 V:n paristoa, jonka 1800 mAh kapasiteetti riittäisi huonollakin hyötysuhteella yli 10 vuodeksi. Vuoden mittaisen 12 prototyypin käytön perusteella voidaan kantamaa parantaa yli nykyisen 200 m:n ilman käyttöiän lyhentymistä 1) nostamalla laitteen lähetystehoa ja pariston käyttöastetta lisäkomponenteilla; 2) parantamalla vastaanottoantennin vahvistusta; 3) pidentämällä lähetysten jaksoa; 4) ohjelmoimalla tiedustelija suodattamaan mittaustietoja ja; 5) koodaamalla useita tuloksia samaan lähetteeseen. Järjestelmän ja mittaustulosten käytettävyyttä voidaan parantaa paikantamalla tiedustelijoiden syvyydet aaltoilevan lämpötilan vaihe-erojen perusteella ja ohjelmoimalla tiedustelijaan opastava asennustoiminto. Lisäksi maahan asennetun tiedustelijan toimintaparametrit tai jopa koko ohjelmisto voidaan vaihtaa langattomasti. Vastaanottoasemat matkapuhelinmastoissa voisivat vastaanottaa viestejä parin kilometrin säteeltä. Koostettu aineisto maaperäsimulaattoreihin yhdistettynä antaisi kuvan alueellisesta tilanteesta ja viljelijän omille lohkoille sijoitetut tiedustelijat korjauspisteitä keskiarvosta.

Suomen talviukkoset 2003-2007

Tutkimuksen tarkoitus on kartoittaa Suomen talviukkosten ominaisuuksia ja klimatologiaa. Tiedot Suomen talviukkosten klimatologista tutkimusta varten kerättiin mm. salamanpaikantimilta ja ihmisten IL:lle tiedottamista havainnoista, SYNOP-kartoilta, rintama-analyyseistä, luotauksista ja luotaustietojen pohjalta piirretyistä salamakartoista sekä sadetutkan kuvista. Tutkimuksessa määriteltiin talviukkoseksi yksi tai useampi salamahavainto säätilanteessa, jossa salamahavaintopaikkaan ja -aikaan nähden lähimmistä synop-havainnoista ainakin yhdessä on havaittu joko ≤ 0 °C lämpötila tai lumi- tai räntäsadetta. Näin rajattuna vuosina 2003-2007 talviukkostapauksia oli 19 kpl. Tapaukset jakaantuivat melko tasaisesti loka-marraskuun vaihteen ja huhtikuun välille, pienet maksimit olivat marras- ja helmikuussa. Tapausten esiintymisajankohtia rajoitti siis vain talviukkosten määritelmän mukaisten sääolosuhteiden esiintyminen. Vuorokaudenajalla ei ollut merkittävää vaikutusta talvisalamoiden esiintymiselle. Alueellisesti talviukkoset painottuivat maan lounaisosaan mutta niitä havaittiin koko maassa Käsivarren Lappia myöten. 16 tapauksessa 19:sta talviukkoset havaittiin okluusiorintamaksi analysoidun rintaman yhteydessä. Yhdessä tapauksessa rintama oli analysoitu kylmäksi ja kahdessa rintama-analyysi oli epäselvä. Matalapaineen keskus sijaitsi iskuhavaintopaikkoihin nähden yleensä lännen puolella. Lännen puolen yleisyyden aiheutti okluusiorintamien kiertosuunta myötäpäivään matalapaineen keskukseen nähden. Pintalämpötila oli lähes kaikissa talviukkostapauksissa lähellä nollaa ja havaintopaikan lähellä olevissa SYNOP-havainnoissa havaittiin useissa tapauksissa sadetta sekä vetenä että kiinteässä olomuodossa. CAPE:n arvot olivat joko nollassa tai hyvin lähellä sitä iskuhavaintoihin nähden lähimmissä luotauksissa. Lämmintä advektiota havaittiin lähes kaikissa tutkituissa luotauksissa, myös sulan meren vaikutus näkyi tuloksissa talviukkosia edistävänä tekijänä. Maasalamoita havaittiin talviukkosten yhteydessä useimmin 1 tai 2 ja iskuja salamaa kohden 1 tai 2. Havaituista maasalamoista positiivisia oli 46 % ja negatiivisia 54 %. Tapaustutkimukset tehtiin kahdesta vuosien 2003-2007 talviukkosia hyvin edustavasta tapauksesta sekä yhdestä salamamäärältään poikkeuksellisen runsaasta tapauksesta.

Microbial activities in boreal soils: Biodegradation of organic contaminants at low temperature and ammonia oxidation

This thesis deals with the response of biodegradation of selected anthropogenic organic contaminants and natural autochthonous organic matter to low temperature in boreal surface soils. Furthermore, the thesis describes activity, diversity and population size of autotrophic ammonia-oxidizing bacteria (AOB) in a boreal soil used for landfarming of oil-refinery wastes, and presents a new approach, in which the particular AOB were enriched and cultivated in situ from the landfarming soil onto cation exchange membranes. This thesis demonstrates that rhizosphere fraction of natural forest humus soil and agricultural clay loam soil from Helsinki Metropolitan area were capable of degrading of low to moderate concentrations (0.2 50 µg cm-3) of PCP, phenanthrene and 2,4,5-TCP at temperatures realistic to boreal climate (-2.5 to +15 °C). At the low temperatures, the biodegradation of PCP, phenanthrene and 2,4,5-TCP was more effective (Q10-values from 1.6 to 7.6) in the rhizosphere fraction of the forest soil than in the agricultural soil. Q10-values of endogenous soil respiration (carbon dioxide evolution) and selected hydrolytic enzyme activities (acetate-esterase, butyrate-esterase and β-glucosidase) in acid coniferous forest soil were 1.6 to 2.8 at temperatures from -3 to +30 °C. The results indicated that the temperature dependence of decomposition of natural autochthonous soil organic matter in the studied coniferous forest was only moderate. The numbers of AOB in the landfarming (sandy clay loam) soil were determined with quantitative polymerase chain reaction (real-time PCR) and with Most Probable Number (MPN) methods, and potential ammonium oxidation activity was measured with the chlorate inhibition technique. The results indicated presence of large and active AOB populations in the heavily oil-contaminated and urea-fertilised landfarming soil. Assessment of the populations of AOB with denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) profiling and sequence analysis of PCR-amplified 16S rRNA genes showed that Nitrosospira-like AOB in clusters 2 and 3 were predominant in the oily landfarming soil. This observation was supported by fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis of the AOB grown on the soil-incubated cation-exchange membranes. The results of this thesis expand the suggested importance of Nitrosospira-like AOB in terrestrial environments to include chronically oil-contaminated soils.

Carbon balance and component CO2 fluxes in boreal Scots pine stands

The forest vegetation takes up atmospheric carbon dioxide (CO2) in photosynthesis. Part of the fixed carbon is released back into the atmosphere during plant respiration but a substantial part is stored as plant biomass, especially in the stems of trees. Carbon also accumulates in the soil as litter and via the roots. CO2 is released into the atmosphere from these carbon stocks in the decomposition of dead biomass. Carbon balance of a forest stand is the difference between the CO2 uptake and CO2 efflux. This study quantifies and analyses the dynamics of carbon balance and component CO2 fluxes in four Southern Finnish Scots pine stands that covered the typical economic rotation time of 80 years. The study was based on direct flux measurements with chambers and eddy covariance (EC), and modelling of component CO2 fluxes. The net CO2 exchange of the stand was partitioned into component fluxes: photosynthesis of trees and ground vegetation, respiration of tree foliage and stems, and CO2 efflux from the soil. The relationships between the component fluxes and the environmental factors (light, temperature, atmospheric CO2, air humidity and soil moisture) were studied with mathematical modelling. The annual CO2 balance varied from a source of about 400 g C/m2 at a recently clearcut site to net CO2 uptake of 200 300 g C/m2 in a middle-aged (40-year-old) and a mature (75-year-old) stand. A 12-year-old sapling site was at the turning point from source to a sink of CO2. In the middle-aged stand, photosynthetic production was dominated by trees. Under closed pine canopies, ground vegetation accounted for 10 20% of stand photosynthesis whereas at the open sites the proportion and also the absolute photosynthesis of ground vegetation was much higher. The aboveground respiration was dominated by tree foliage which accounted for one third of the ecosystem respiration. Rate of wood respiration was in the order of 10% of total ecosystem respiration. CO2 efflux from the soil dominated the ecosystem respiratory fluxes in all phases of stand development. Instantaneous and delayed responses to the environmental driving factors could predict well within-year variability in photosynthetic production: In the short term and during the growing season photosynthesis follows primarily light while the seasonal variation is more strongly connected to temperature. The temperature relationship of the annual cycle of photosynthesis was found to be almost equal in the southern boreal zone and at the timberline in the northern boreal zone. The respiratory fluxes showed instantaneous and seasonal temperature relationships but they could also be connected to photosynthesis at an annual timescale.

Rekonnektio Maan magnetosfäärissä

Tässä väitöskirjassa perehdytään magneettisen rekonnektion ilmenemismuotoihin ja vaikutuksiin Maan magnetosfäärissä. Keskeisenä tutkimusvälineenä käytetään magnetohydrodynaamista (MHD) Gumics-magnetosfäärisimulaatiota. Työssä kehitetään myös uusia menetelmiä simulaatiossa ilmenevän rekonnektion tunnistamiseksi ja mittaamiseksi. MHD-simulaatio sopii suuren mittakaavan ilmiöiden tarkasteluun, joten kuvaa rekonnektiosta täydennetään pienen mittakaavan piirteiden osalta Cluster-satelliittien avulla. Tärkein tutkimuksen tuoma edistysaskel menetelmien saralla on rekonnektioviivan paikallistaminen topologisesti erityyppisten magneettikenttäviivojen alueiden liitoskohdassa olevana erottajaviivana neljän kentän tienoon menetelmää käyttäen. Tämä topologinen lähestymistapa on hyödyllinen erityisesti magnetopausilla, jonka monimutkainen geometria tekee magneettikentän paikalliseen käyttäytymiseen perustuvien rekonnektioviivan etsintätapojen soveltamisen hankalaksi. Topologisesti määritelty rekonnektioviiva on myös helppo tunnistaa magnetosfäärin globaalin konvektion solmukohdaksi. Magnetopausin rekonnektioviivan käyttäytyminen Gumicsissa noudattaa komponenttirekonnektio-olettamaan pohjautuvia teoreettisia ennusteita. Rekonnektion kvantitatiivinen tarkastelu Gumics-simulaatiossa perustuu energian muuntumiseen, joka lasketaan Poyntingin vektorin divergenssinä tai Poyntingin vuona valitun umpinaisen pinnan läpi. Rekonnektioon liittyvän energian muuntumisen jakautumista magnetopausilla tarkastellaan energian muuntumisen pintatiheyden avulla ja rekonnektion kokonaismäärää rekonnektiotehon avulla. Magnetopausin ja pyrstön rekonnektiotehot ovat simulaatiossa samaa suuruusluokkaa. Tärkeimmät magnetopausin rekonnektiotehoa säätelevät parametrit ovat aurinkotuulen nopeus ja aurinkotuulen magneettikentän suunta. Magnetopausin rekonnektio puolestaan säätelee energian ja aineen pääsyä magnetosfääriin, joskaan magnetopausin läpäisevät vuot eivät ole aivan suoraan verrannollisia rekonnektiotehoon. Pyrstön rekonnektioteho sen sijaan on suoraan verrannollinen magnetopausilta tulevaan energiavuohon; pyrstörekonnektio Gumicsissa on siis ulkoista pakotetta seuraava passiivinen energian käsittelijä. Simulaation tuottama rekonnektio on realistinen magnetosfäärin globaalissa mittakaavassa tarkasteltuna, mutta satelliittihavainnot paljastavat rekonnektiosta simulaation erottelukykyä pienimittakaavaisempia piirteitä. Havaintopuolella tämän väitöstutkimuksen tärkein löytö on protonien diffuusioalueen rakenteeseen kuuluvien Hallin kenttien kääntyminen pyrstön virtalevyn aaltoilun mukana.

Maan magneettikentän dipolimallin toimivuus inklinaatiojakauman perusteella

The magnetic field of the Earth is 99 % of the internal origin and generated in the outer liquid core by the dynamo principle. In the 19th century, Carl Friedrich Gauss proved that the field can be described by a sum of spherical harmonic terms. Presently, this theory is the basis of e.g. IGRF models (International Geomagnetic Reference Field), which are the most accurate description available for the geomagnetic field. In average, dipole forms 3/4 and non-dipolar terms 1/4 of the instantaneous field, but the temporal mean of the field is assumed to be a pure geocentric axial dipolar field. The validity of this GAD (Geocentric Axial Dipole) hypothesis has been estimated by using several methods. In this work, the testing rests on the frequency dependence of inclination with respect to latitude. Each combination of dipole (GAD), quadrupole (G2) and octupole (G3) produces a distinct inclination distribution. These theoretical distributions have been compared with those calculated from empirical observations from different continents, and last, from the entire globe. Only data from Precambrian rocks (over 542 million years old) has been used in this work. The basic assumption is that during the long-term course of drifting continents, the globe is sampled adequately. There were 2823 observations altogether in the paleomagnetic database of the University of Helsinki. The effect of the quality of observations, as well as the age and rocktype, has been tested. For comparison between theoretical and empirical distributions, chi-square testing has been applied. In addition, spatiotemporal binning has effectively been used to remove the errors caused by multiple observations. The modelling from igneous rock data tells that the average magnetic field of the Earth is best described by a combination of a geocentric dipole and a very weak octupole (less than 10 % of GAD). Filtering and binning gave distributions a more GAD-like appearance, but deviation from GAD increased as a function of the age of rocks. The distribution calculated from so called keypoles, the most reliable determinations, behaves almost like GAD, having a zero quadrupole and an octupole 1 % of GAD. In no earlier study, past-400-Ma rocks have given a result so close to GAD, but low inclinations have been prominent especially in the sedimentary data. Despite these results, a greater deal of high-quality data and a proof of the long-term randomness of the Earth's continental motions are needed to make sure the dipole model holds true.

Metsämaan vesitaseen muutokset Suomessa ilmaston muuttuessa

Muuttuva ilmasto, erityisesti kohoava lämpötila ja hiilidioksidipitoisuus, ei voi olla vaikuttamatta metsien kasvuun Suomessa. Metsätalouden sopeutumistoimilla voidaan pyrkiä lisääntyvän tuotospotentiaalin hyödyntämiseen ja metsätuhoriskien pienentämiseen. Sopeutumistoimien suunnittelemiseksi tarvitaan kuitenkin ensin tietoa siitä, miten ilmasto muuttuu ja mitä vaikutuksia ilmastonmuutoksella on. Työni oli osa vuonna 2005 käynnistettyä Ilmastonmuutoksen sopeutumistutkimusohjelmaa (ISTO). ISTO, ja näin myös oma tutkimukseni, tuottaa siis tietoa, jonka avulla voidaan mukauttaa metsänhoitoa vastaamaan muuttuvia ilmastooloja. Työssä tarkasteltiin maan vesipitoisuutta menneessä, nykyisessä ja muuttuvassa ilmastossa. Tavoitteena oli ennustaa, miten kuivuuden esiintyminen muuttuu Suomessa. Lisäksi menneiden kuivien vuosien kasvuvaikutuksia tutkittiin lustomittausten avulla. Vesitasemuutoksia lähdettiin tutkimaan mallilaskelmilla. Laskelmat perustuivat yksinkertaiseen open bucket – tyyppiseen vesimalliin. Mallissa maaperä ajatellaan tilana, johon sadanta ja lumen sulaminen tuovat vettä. Haihdunta ja valunta päinvastaisesti vähentävät sitä. Mallia sovellettiin Metlan yhdeksällä provenienssikoealueella, joihin lukeutui sekä kuusikoita että männiköitä eri kasvupaikoilta. Mallin yksinkertaisuuden takia koealueilta tarvittiin ainaostaan päivittäiset tiedot lämpötilasta, sadannasta, säteilystä ja VPD:stä. Lisäksi tuli selvittää kasvupaikkojen savi- ja hiekkapitoisuudet maaperäparametrien laskemiseksi. Vesimallilla tehtiin kahdet laskelmat. Ensimmäisissä laskettiin päivittäistä vesitasetta vuosina 1961-2008 mitattua sääaineistoa käyttäen. Toisissa laskelmissa käytettiin mitatusta säädatasta modifioitua sääennustetta. Lämpötilaa ja sadantaa oli kasvatettu vastaamaan vuosisadan lopulle tehtyä ennustetta. Näiden kahden laskelman tuloksia vertailtiin keskenään kuivuuspäivien lukumäärän osalta. Malliin oli siis ohjelmoitu kuivuuspäiväindeksi. Indeksin perusteella kuivuutta katsottiin olleen päivänä, jolloin kasveille käyttökelpoisen veden määrä laski alle 4 prosentin ja haihdunta leikkaantui 90 prosentilla normaalitasoon nähden. Kuivuuspäivät lisääntyivät kaikilla provenienssikoealueilla. Suurin muutos olisi tulosten perusteella odotettavissa etelärannikolla ja männyn kasvupaikoilla, jotka jo entuudestaan olivat alueista kuivimpia. Vähäisin muutos olisi taas odotettavissa kuusen kasvupaikoilla, etenkin jos sijainti ei ole aivan eteläisimmässä Suomessa. Kasvuvaikutuksia koskevien tulosten perusteella maan vesipitoisuus ei ole ollut merkittävä lustojen kasvua rajoittava tekijä provenienssikoealueilla menneinä vuosikymmeninä. Kuivuuspäivien määriin ei tule suhtautua absoluuttisina totuuksina, sillä ne ovat määritelmänsä mukaisesti vain suuntaa antavia. Niiden avulla voidaan tehdä ainoastaan päätelmiä metsiköiden ja vuosien välisistä suhteellisista eroista ja kehityssuunnista. Suoria johtopäätöksiä puuston kasvusta tai elinvoimaisuudesta ei pystytä tekemään. Eikä myöskään pystytä arvioimaan, reagoivatko mänty ja kuusi ennustettuihin muutoksiin eri tavoin. Voidaan kuitenkin päätellä, että keskimääräisten vuotuisten kuivuuspäivien lukumäärän kasvu johtaa brutto- ja nettoprimäärituotoksen vähenemiseen. Tätä kautta kuivuuden lisääntyminen alentaa myös kasvua verrattuna tilanteeseen, jossa kuivuuspäivien määrä pysyisi muuttumattomana.

Neoarchean sanukitoid series in the Karelian Province, Finland

Sanukitoid series intrusions can be found throughout the Archean Karelian Province of the Fennoscandian shield. All sanukitoids share the same controversial elemental characteristics: they have high content of incompatible elements such as K, Ba, and Sr as well as high content of the compatible elements Mg, Cr, and Ni, and high Mg#. This composition is explained by an enriched mantle wedge origin in a Neoarchean subduction setting. This study concentrates on sanukitoid intrusions and tonalite-trondhjemite-granodiorite series (TTGs) from Finnish part of the Karelian Province. The collected rock samples have been studied in the field and under microscope as well as for their whole-rock (including isotopes) and mineral compositions. The new data together with previously published analyses help us to better understand the petrogenesis, tectonic setting and reworking of the Archean rock units. TTGs from the Karelian Province form a voluminous series of granitoids and reworked migmatites. This study divides TTG series into two subgroups based on their elemental composition: low-HREE (heavy rare earth element) TTGs and high-HREE TTGs indicating pressure differences in their source. Sanukitoid series is a minor, divergent group of intrusions. These intrusions are variable sized, and the texture varies from even-grained to K-feldspar porphyritic. The elemental composition differentiates sanukitoids from more voluminous TTG groups, the SiO2 in sanukitoids varies to include series of gabbro, diorite, and granodiorite. U Pb age determinations from sanukitoid series show temporally limited emplacement between ~ 2745 2715 Ma after the main crust forming period in the area. Hafnium, neodymium, common lead, and oxygene isotopes indicate well homogenized characteristics. Recycled crust has made a variable, yet minor, contribution to sanukitoids, as evidenced by oxygene isotopes and inherited zircon cores. A proposed tectonic setting for the formation of the sanukitoid series is slab breakoff of oceanic lithosphere in subduction setting, with sanukitoids deriving from an enriched mantle wedge. The proposed setting explains some of the peculiar features of sanukitoids, such as their temporally limited occurrence and controversial elemental composition. Sanukitoids would occur after cessation of the regional growth of Archean crust, and they could be derived from mantle wedge previously enriched by melts and fluids from oceanic crust and sediments. A subsequent event during the Paleoproterozoic Svecofennian orogeny at ~1.9 Ga affected the appearance and microstructures of the rocks as well as caused redistribution of lead between minerals and whole rock. However, the deformation was not able to obliterate the original geochemical characteristics of these sanukitoids.

Behcet ül-fetava maan-nükul

[Abdullah Yenişehirli].

Verhandeling over het bepalen der lengte op zee, door de afstanden van de maan tot de zon, of vaste sterren ...

Mode of access: Internet.