Suomen järvien pohjassa makaa tuhansien vuosien tapahtumakalenteri – vuoden 774 aurinkomyrsky olisi nyt valtava katastrofi

Tunturijärvissä säilyneisiin puunrunkoihin on tallettunut vuodentarkkaa ajankuvaa, muun muassa rajuista rajuin aurinkomyrsky reilusti yli tuhat vuotta sitten. Tutkijoiden lustokalenteri täydentyy mänty männyltä.

aurinkomyrsky
Kolme miestä vetää puunrunkoa järven ruohikkoiselle rannalle. Vedestä kurkistaa sukeltaja.
Sallan Hangasjärven pohja antaa periksi, kun oikein kiskotaan. Sukeltajan löytämä puunrunko nousee vedestä rannalle.Hannu Herva/ Luonnonvarakeskus

Suomen hapan maaperä on menneisyyden tutkijan vihollinen.

Kaikki eloperäinen maatuu nopeasti, ja kun puuta ja luuta ei löydy, muinaisuuden tutkiminen on lähinnä kivi- ja saviesineiden varassa. Mutta onneksi Suomi on kymmenien tuhansien järvien maa. Järvenpohjan hapettomissa olosuhteissa säilyy myös orgaaninen aines.

Järveen jopa tuhansia vuosia sitten päätynyt puu ei ole tutkijoille mikä tahansa kalikka, vaan lustoista eli vuosirenkaista on luettavissa puun koko kasvuhistoria. Kun näytteitä on kylliksi, niistä syntyvä kalenteri ei ole vain yhden puun vaan koko ympäristön vuodentarkka tarina.

Lusto on sitä leveämpi, mitä enemmän puu on kunakin vuonna kasvattanut paksuutta. Hyvät ja huonot vuodet erottuvat jo sillä tavoin, mutta uusien tutkimusmenetelmien antama tieto on yhä monipuolisempaa.

Puun poikkileikkaus, jossa lustot näkyvät selvinä.
Lustot näkyvät selvinä tässä Itävallasta löytyneessä puussa. Se on ajoitettu 680-luvulle ennen ajanlaskumme alkua.Lokilech / CC BY-SA 3.0

Rautakauden valoshow tulisi nyt kalliiksi

Isotooppitutkimuksen ansiosta suomalaistutkijat pystyivät äskettäin kertomaan, että täsmälleen vuonna 774 taivaalla räiskyivät poikkeuksellisen huimat revontulet. Ne aiheutti niin raju Auringon pyrskähdys, ettei vastaavasta ole tietoa.

Jos pääsisimme nyt nauttimaan samanlaisesta valoshow'sta, hinta olisi sähköön ja satelliitteihin luottavalle yhteiskunnallemme todella kova. Viimevuotisen yhdysvaltalaislaskelman (siirryt toiseen palveluun) mukaan ankaran aurinkomyrskyn kustannukset olisivat jo yhdessä päivässä ja pelkästään Yhdysvalloille kymmeniä miljardeja dollareita.

Näin suuri aurinkomyrsky on aina mahdollinen, mutta todennäköinen se on vain kerran tuhansissa vuosissa.

Taivaan reaktiot tallettuvat puihin

Suomalaisten kiinnostuksen juuri kevään 774 tapahtumiin herätti japanilainen tutkimus, jossa oli havaittu poikkeuksellisia radiohiilipitoisuuksia himpun myöhemmältä ajalta.

Hiukkaspurske oli ollut energialtaan niin voimakas, että sen ilmakehässä aiheuttamien ydinreaktioiden seuraukset olivat luettavissa puiden lustoista.

Reaktioissa syntynyt radiohiili, hiilen radioaktiivinen isotooppi, sekoittui ilmakehän muuhun hiilidioksidiin. Kun kasvava puu käytti sitä yhteyttämiseen, aurinkomyrskyn muisto tallentui vuosirenkaaseen.

Jos havainto oli selvä Japanissa, miten hyvin se näkyisikään pohjoisessa?

Revontulet Tunturilammella
Rovaniemen ja Sodankylän rajalta kuvatut revontulet ovat upeat mutta silti kalpeat verrattuna siihen, miltä taivaalla on todennäköisesti näyttänyt vuonna 774.Jukka Brusila

Komeetan jälki olisi toisenlainen

Nature Communications (siirryt toiseen palveluun) -julkaisusarjassa ilmestyneessä Helsingin ja Oulun yliopistojen ja Luonnonvarakeskuksen tutkimuksessa tultiin siihen tulokseen, että poikkeukselliset radiohiilipitoisuudet aiheutti juuri Aurinko. Syynä ei ollut jokin muu avaruuden ilmiö, kuten jossakin kaukana kosmoksessa tapahtunut gammapurkaus.

Päätelmä perustuu siihen, että purkauksen pulssi oli hyvin nopea, ei pitkän matkan heikentämä. Toinen todiste on signaalin voimakkuus juuri Lapin puissa, lähellä magneettista pohjoisnapaa.

Auringon hiukkasvuo tulee ilmakehään pääosin pohjoisen ja eteläisen kalotin kautta. Sieltä radiohiilipitoisuuden ylijäämä jakautuu ympäri ilmakehää mutta heikkenee samalla.

Radiohiilipitoisuuksien selitykseksi on aiemmin soviteltu myös komeettaa. Sen olisi kuitenkin täytynyt olla tavattoman iso aiheuttaakseen tällaisen ilmiön.

Niin valtavasta komeetasta pitäisi olla historiallista tietoa, sanoo Helsingin yliopiston Ajoituslaboratorion johtaja Markku Oinonen.

Tutkimuksen tulos varmistettiin sellaisella perusteellisuudella, että vertaisarvioinnissa se kesti ulkomaisten kollegojen hyvin tiukat kysymykset, Oinonen kertoo. Pienen yksikön on oikeutettava olemassaolonsa huippuluokan tutkimuksella, hän sanoo.

Kalenterilla on mittaa jo 7 600 vuotta

Suomalainen lustosarja on saatu subfossiilisista eli sellaisenaan säilyneistä männynrungoista. Ne ovat peräisin pienistä tunturijärvistä.

Luonnonvarakeskus, Luke, aloitti näytteiden keräilyn 1990-luvulla. Se ylläpitämä lustosarja ulottuu nyt 7 600 vuoden taakse.

Sarja on yksi maailman pisimmistä, kertoo Markku Oinonen. Pisimmäksi hän arvelee Saksassa tehtyä 12 000 vuoden mittaista tammikronologiaa.

lustokalenteri = vuodentarkka kasvunvaihtelun kronologia

– Meillä on ollut viime vuosina Luken kanssa pari yhteistä hanketta, joissa sarjaa on saatu vahvistettua. Varsinkin hiilen stabiili-isotooppimääritysten tekeminen vaatii jokaiselle vuodelle useita puita, että saadaan ilmiöille tilastollinen varmuus, Oinonen kertoo.

Stabiilit hiili-12 ja hiili-13 ovat maapallon kaiken elämän peruspalikoita. Hiili-14 vaatii syntyäkseen kosmista säteilyä.

Mänty- ja koivumetsää.
Tutkimusten tuoreimmat näytteet ovat Värriön ikimetsästä Savukoskelta.Markku Oinonen

Laboratoriossa on "sellutehdas"

Vanhoja puunrunkoja etsitään sukeltamalla tunturijärvien pohjasta. Usein runko on tiukasti kiinni, varsinkin suopohjassa, mutta tavalla tai toisella saalis kiskotaan rannalle.

Se, milloin puu oli elossa, ratkeaa vertaamalla rungosta otetun näytteen vuosirenkaiden leveyttä aiempiin löytöihin. Tällä tavoin lustosarja täydentyy pikku hiljaa.

Ajoituslaboratoriossa näytteet muunnetaan selluloosaksi, jonka hiilen isotooppisuhteita voidaan tutkia massaspektrometrialla ja hiukkaskiihdyttimen avulla. Parhaillaan mitataan myös hapen isotooppisuhteita.

Vanhin näyte on jääkauden alkuvaiheen hiekkakerroksen alta, ehkä jopa 100 000 vuoden takaa.

Oinonen kertoo esimerkin laboratorion "sellutehtaan" tehokkuudesta ja tuloksen puhtaudesta.

– Meillä on yksi erittäin vanha puunäyte lehtikuusesta, joka löytyi Vuotson kanavan rakennustöiden aikana. Näyte on ainakin yli 50 000 vuotta vanha, ehkä jopa paljon vanhempi.

Ruskeaksi ikääntyneestä puupalikasta keitetty selluloosakuitu on valkoista kuin puuvillatuppo, Oinonen kuvailee.

Radiohiilitekniikan keinot loppuvat noin 50 000 vuoteen, mutta geologien mukaan puu löytyi viime jääkauden alkuvaiheessa muodostuneen hiekkakerroksen alta. Siinä tapauksessa puhutaan jopa yli sadasta tuhannesta vuodesta.

Vasemmalla ruskea puunkappale, oikealla valkoinen selluloosatuppo.
Jääkauden alussa kuolleen lehtikuusen kappaleesta syntyi laboratoriossa puhdasta selluloosaa.Markku Oinonen

Valon määrä on ratkaiseva

Hiili-isotooppien suhde kertoo puiden ja niiden kasvuolosuhteiden tarinaa.

– Stabiilien isotooppien suhteeseen vaikuttaa lämpötila, ja varsinkin Lapin puista on havaittu, että erityisesti vaikuttaa valon määrä. Sehän onkin luontevaa, koska yhteyttäminen vaatii auringonvaloa, toteaa Markku Oinonen.

Valon merkitys on varmistunut tämän päivän kasvavilla puilla tehdyissä kokeissa. Pilvisyys näkyy tuloksissa vastaavasti käänteisenä.

Altistiko tulivuorenpurkaus myös rutolle?

Vuoden 774 huimien revontulien on täytynyt näkyä aina eteläisille leveyspiireille asti, arvioi Oinonen. Aikalaislähteissä mainitaan taivaalle ilmestynyt punainen risti; se ehkä viittaa revontuliin, hän sanoo.

Se on epävarmaa, mutta pari sataa vuotta aiemmin tapahtuneiden kahden ison tulivuorenpurkauksen seurauksista on paljon aikalaistietoa. Suomalaistutkijat ovat löytäneet purkauksille vahvistusta. Tuo Ajoituslaboratorion tutkimus (siirryt toiseen palveluun) julkaistiin tammikuussa.

– Historialliset lähteet Välimeren ympäristöstä kertovat, miten pilvi pimensi Auringon pitkäksi aikaa. Meillä on vuosilustoja 500-luvun puolivälistä. Niissä hiilen isotooppisuhde romahtaa vuosina 536 ja 541–544, kertoo Markku Oinonen.

Hänen mukaansa se viittaa aivan isotooppiteorian mukaisesti valon määrän vähenemiseen.

Taivaan pimeneminen tuhosi viljasatoja ja tiesi nälänhätiä. Samaan aikaan riehui myös rutto. Sillekin ihmisiä ehkä altisti tuhkapilvi, jonka takia he eivät saaneet kylliksi D-vitamiinia auringonvalosta, tutkimuksessa arvioidaan.

Purkausten merkkejä on löytynyt myös jääkairauksissa rikkipiikkeinä, Oinonen kertoo. Tulivuoresta purkautuva rikkikaasu päätyy alas maahan sateen mukana.

Lupaavaa tukea myös saagoille

Entä islantilaisten saagojen talvien talvi,Fimbulvetr tai Fimbulvinter, jolloin "kolmeen vuoteen ei ollut kesää lainkaan"? Olisiko siinä kyse samoista vuosista?

Saagat on kirjoitettu jälkikäteen muistitiedon perusteella, pääosin 1100–1400-luvuilla. Tekstien perusteella on vaikea sanoa, milloin Fimbulvinter todella koetteli pohjolaa, mutta lustoissa se ehkä näkyy.

– Olemme hyvin varovaisesti pohtineet sitä. Martti Haavio kirjoitti, että myös Burjatiassa puhutaan kolmen vuoden pimeästä jaksosta, sanoo Markku Oinonen.

Burjatia sijaitsee Itä-Siperian eteläosassa, kaukana saagojen kuvaamilta seuduilta. Haavio oli folkloristiikan ja kansanrunouden arvostettu tutkija.

Ilmiö tuntuisi olevan suhteellisen globaali. Se näkyy puiden vuosirenkaiden kapenemisena kautta koko pohjoisen pallonpuoliskon, Oinonen kertoo.

– Kun me näemme tällaisen muutaman vuoden valottoman jakson, niin voi tietysti ajatella, että kyllä se on vahva ehdokas Fimbulvinteriksi.

Tuhkapilvi lumisen vuoren yllä, edessä laiduntavia hevosia.
Islantilaisen Eyjafjallajökull-tulivuoren purkaus vuonna 2010 aiheutti ison tuhkapilven. Samalla se antoi sysäyksen Islannin matkailubuumille.S. Olafs / EPA

Myös rikillä on kerrottavaa

Ajoituslaboratoriolla on puunäytteistä paljon muutakin mitattavaa kuin hiili. Myös tiheysmittaukset kertovat puun kasvuolosuhteista ja alkuainepitoisuudet siitä, millaista vettä puu on käyttänyt.

– Niillä pääsee käsiksi tietoon esimerkiksi saasteista. Meillä on sellainen hypoteesi, että tulivuorenpurkausten pitäisi näkyä aika hyvin, rikin ainakin, sanoo Markku Oinonen.

Hän kertoo laboratorion tehneen pari nopeaa testimittausta. Vuonna 2010 kasvaneessa vuosirenkaassa näkyy hyvin vahva rikkipiikki. Islantilaisen Eyjafjallajökull-tulivuoren tuolloinen purkaus lienee vielä hyvin muistissa ainakin niillä, joiden lentomatka tyssäsi tuhkapilven takia.

Jääkairaukset voisivat näin saada tukea puisista arkistoista, joskin puiden likoaminen vedessä on voinut olla haitaksi signaalille, Oinonen sanoo.

Hänen tulevaisuudenhaaveensa on, että laboratorion työkalupakki saadaan laajennettua röntgenpohjaisiin tiheysmittauksiin ja hiukkaskiihdyttimellä tehtyihin alkuainemittauksiin. Silloin "menneisyyden muistitukeista" saadaan vielä hurjan paljon enemmän tietoa, hän sanoo.

Markku ja Roope Oinonen istuvat nuotion ääressä, takana järvi.
Luonto on myös harrastus Markku Oinoselle. Mukana nuotiolla on hänen poikansa Roope.Markku Oinonen

Uutta tietoa Leväluhdan vainajista

Myös muinaisilla ihmisillä on Ajoituslaboratoriossa kerrottavaa, jos heidän jäänteitään on poikkeuksellisesti sattunut säästymään, kuten Leväluhdan suolähteessä Isossakyrössä.

Satakunta ihmistä ja heidän ohestaan löytyneet esineet ovat noin vuosilta 300–800. 500-luvun ankarat poikkeusvuodet osuvat siis juuri keskelle.

Oinonen on tutkinut radiohiiltä ja hiilen ja typen isotooppisuhteita noin 40 luunäytteestä. Niiden isotooppijakauma on poikkeuksellisen moninainen, hän kertoo.

Sekä hiili että typpi päätyvät ihmiseen ravinnon kautta. Niinpä niistä on arvioitavissa, miten suuri osuus leväluhtalaisten ruoasta oli peräisin merestä, joesta tai järvestä, mikä peltojen tuotteita ja metsien riistaa.

Leväluhdan kadonnut kansa.
Leväluhdan vainajat ovat pääasiassa naisia ja lapsia. Vanha olettamus siitä, että he olisivat olleet ihmisuhreja, ei pidä paikkaansa, kertovat arkeologit. Mutta miksi heidät haudattiin veteen? Se on yhä yksi Leväluhdan selvittämättömistä mysteereistä.Yle Teema.

Ravintoaineiden isotooppisuhteiden vertailuperusteiden laatiminen on monimutkainen ja työläs tehtävä. Sen kanssa Oinonen nyt puurtaa. Tavoitteena ovat tarkat aikasarjat vuosien 300–800 koko jaksolta.

Silloin selvinnee, näkyvätkö myös leväluhtalaisten luissa vuodet, joiden aikalaistarinat kertovat sankasta sumusta Lähi-idässä, kesän lumisateista Kiinassa ja kuivuudesta Perussa.