Hiilidioksidi ei ole ihmiskunnan tuottamista kasvihuonekaasuista voimakkain, mutta sen suuren määrän ja pitkähkön eliniän vuoksi sen merkitys ilmastonmuutoksen voimistajana on merkittävin. Siksi on hyvä hiukan ymmärtää hiilen kiertokulkua luonnossa.

Hiili kiertää luonnossa jatkuvasti eri varastojen (ilmakehä, valtameret, kasvillisuus, eläimet ja maaperä) välillä. Pitkään kasvillisuus, valtameret ja maaperä ovat sitoneet ilmakehään joutunutta ylimääräistä hiiltä itseensä, eli toimineet nk. hiilinieluina. Tutkimukset ovat kuitenkin antaneet viitteitä siitä, että ilmaston lämpeneminen heikentäisi hiilinielujen toimintaa. Vielä nykyään ihmisen toiminnan vuoksi vapautuva hiilidioksidi jakautuu hiilen luonnollisen kiertokulun mukaan ilmakehän, kasvipeitteen ja merien kesken. Ilmakehään on jäänyt ihmisen tuottamista hiilidioksidipäästöistä arviolta 45 %. Noin 30 % hiilidioksidista on päätynyt valtameriin ja loput 25 % kasveihin ja maaperään.

Kasvit sitovat ilmakehän hiilidioksidia itseensä yhteyttäessään, eli toimivat nk. hiilinieluina. Kasveihin ja ravintoketjun kautta myös eläimiin sitoutunut hiili vapautuu jälleen ilmakehään soluhengityksen kautta sekä kuolleiden eliöiden maatuessa.

Meriveden ylimpiin kerroksiin liukenee ilmakehästä jatkuvasti suuria määriä hiilidioksidia, mutta samaan aikaan hiilidioksidia myös vapautuu pintavedestä takaisin ilmakehään lähes yhtä paljon. Yksisoluisten levien avulla hiilidioksidi kuitenkin kiertää valtamerissä. Yhteyttäessään levät sitovat hiilidioksidia meren pintakerroksista ja kuollessaan ja painuessaan pohjaan hajottavat vapauttavat niihin sitoutuneen hiilidioksidin syvemmällä mereen. Syvemmät vesikerrokset eivät ole kosketuksissa ilmakehän kanssa, joten sieltä hiilidioksidi ei voi siirtyä suoraan ilmaan. Mekanismia kutsutaan biologiseksi hiilipumpuksi ja se selittää, miksi niin suuri osa hiilidioksidista on maapallolla varastoitunut meriin.

Hiilen kiertokulku on niin nopeaa, että ilmakehässä yksittäinen hiilidioksidimolekyyli viipyy keskimäärin vain noin viisi vuotta. Valtaosa kasvipeitteen ja meren pintakerroksen sitomasta hiilidioksidista palautuu kuitenkin ennen pitkää takaisin ilmakehään. Ihmisten tuottamien hiilidioksidipäästöjen pitkää vaikutusaikaa ilmakehässä voidaankin kuvata seuraavan mallin avulla: Jos ilmaan päästetään 100 uutta hiilidioksidimolekyyliä, on ilmakehässä 30 vuoden kuluttua vielä 50 ylimääräistä CO2-molekyyliä. Hiilen jatkuvan kierron vuoksi suurin osa niistä ei kylläkään enää ole alkuperäisiä molekyyliyksilöitä. Muutaman sadan vuoden päästä ylimääräisiä molekyylejä on jäljellä vielä noin 20 ja pieni osa tarkasteltavasta CO2-päästöstä vaikuttaa ilmassa hiilidioksidipitoisuutta lisäävästi jopa tuhansia vuosia, kunnes ylimääräinen hiilidioksidi lopulta päätyy valtamerien syvyyksiin.

Ilmaston lämpenemisen seurauksena maaperän, kasvien ja merien hiilensidontakyky saattaa heiketä. Lämpenevässä ilmastossa maaperän pieneliöt hajottavat kasvijäänteitä entistä nopeammin, jolloin kasvien sitoma CO2 myös palautuu nopeammin takaisin ilmakehään. Lisäksi ilmastonmuutos todennäköisesti heikentää kasvuolosuhteita joillakin alueilla, jolloin esimerkiksi sademetsät voivat korvautua vähemmän hiiltä sitovilla savanneilla. Vaikka joillakin muilla alueilla kasvipeite saattaa tulevaisuudessa vastaavasti sitoa hiiltä entistä enemmän, esimerkiksi metsittyvillä tundra-alueilla,  näyttäisi siltä että koko maapallon mitassa hiiltä varastoituu tulevaisuudessa kasvipeitteeseen nykyistä vähemmän. Hiilinielujen heikentyminen toimisi tällöin kasvihuoneilmiötä vahvistavana palauteilmiönä (Huom! Palautekytkennöistä voit lukea lisää fysiikan tekstistä). Monien tutkimusten mukaan myös merien hiilidioksidipumpun teho heikkenee ilmaston lämmetessä, jolloin meretkään eivät enää kykenisi sitomaan hiilidioksidia entisellä tahdilla.

Hiilidioksidin ohella myös muut kasvihuonekaasut vaikuttavat ilmastojärjestelmässä eri tavoin ja erilaisten mekanismien kautta. Esimerkiksi metaani on hiilidioksidia huomattavasti voimakkaampi, mutta myös lyhytikäisempi kasvihuonekaasu. Sitä syntyy eloperäisen aineksen hajotessa hapettomissa oloissa luonnossa mm. soilla, sekä ihmisen toiminnan seurauksena mm. riisipelloilla ja kaatopaikoilla. Ilmakehässä metaani hajoaa kemiallisissa reaktioissa monen vaiheen kautta vedeksi ja hiilidioksidiksi auringonvalon voimalla noin 12 vuodessa.

Maapallo on noin 4,6 miljardia vuotta vanha, ja sen ilmasto on vaihdellut tuona aikana paljon. Nykykäsityksen mukaan maapallon historiassa on ollut monia hyvin lämpimän ilmastovaiheen kausia sekä ainakin kuusi miljoonia vuosia kestänyttä kylmää jäätiköitymisvaihetta. Kylminä kausina jommankumman tai molempien napojen lähellä on ollut laajoja mannerjäätiköitä. Tällä hetkellä elämme viimeisimmän, runsaat 30 miljoonaa vuotta sitten alkaneen kylmän vaiheen aikakautta.

Maapallon eliöstö on kokenut 12 sukupuuttoaaltoa, joista kuusi on ollut erityisen suuria. Satoja miljoonia vuosia sitten tapahtuneiden joukkosukupuuttoaaltojen syitä ei tunneta vielä tarkkaan, mutta ilmaston nopean muuttumisen arvellaan olevan eräs moniin suurimpiin massasukupuuttoihin vaikuttaneista tekijöistä: ilmaston tai meriveden lämpötilojen muutokset ovat vaikuttaneet ainakin ensimmäisen, toisen, neljännen ja nykyisin käynnissä olevan kuudennen massasukupuuttoaallon syntyyn.

Lajien uusilla elinalueilla niitä kutsutaan tulokaslajeiksi. Hyvä esimerkki ilmastonmuutoksen myötä levinneistä tulokaslajeista ovat esimerkiksi alkujaan Pohjois-Afrikasta kotoisin oleva kultasakaali, joka on levinnyt Euroopan läpi reilussa sadassa vuodessa ja jota tavataan jo Virossa asti. Suomessa mm. neitoperhonen on yleistynyt ilmaston lämmetessä. Tulokaslajit eroavat vieraslajeista siten, että ensimmäiset leviävät omin jaloin tai siivin tai siementen mukana, ei ihmisten avustamina.

Jos muutos heikentää lajin elinolosuhteita, voivat populaatiot pyrkiä sopeutumaan muutoksiin tai siirtymään uusille elinalueille joko muuttamalla (eläimet) tai leviämällä esimerkiksi siementen avulla (kasvit). Sopeutuminen voi tarkoittaa joko uusien käyttäytymistapojen omaksumista tai uusien fysiologisten ominaisuuksien kehittämistä. Jos muutos on niin nopeaa, että laji ei ehdi reagoida muutokseen tai sopivia uusia elinalueita ei löydy, uhkaa lajia paikallinen tai jopa globaali sukupuutto. Esimerkkejä ilmastonmuutoksen vuoksi sukupuuton partaalla olevista lajeista ovat mm. jääkarhu, saimaannorppa ja naali. Hitaasti muutoksiin sopeutuvat lajit kärsivät ilmaston muuttumisesta eniten.

Olosuhteiden muutokset elinympäristössä vaikuttavat ekosysteemeissä laajasti.  Yhden lajin taantuminen tai runsastuminen vaikuttaa yleensä muiden lajien kykyyn selviytyä alueella. Esimerkiksi tuhohyönteisten määrän lisääntyminen aiheuttaa vaikeuksia alueen kasvillisuudelle, tai samassa ekologisessa lokerossa elävän lajin leviäminen alueelle voi aiheuttaa ongelmia alueen alkuperäiselle lajille, jolloin puhutaan syrjäyttävästä kilpailusta (kuten kettu, joka on vienyt elintilaa pohjoisessa elävältä naalilta). Toisaalta saaliseläinten olosuhteiden paraneminen saattaa lisätä myös saalistajien määrää.

Ilmastonmuutos muuttaa biologisten ilmiöiden rytmiikkaa, eli fenologiaa. Käytännössä tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että kasvukausi on jo pidentynyt Suomessa ja monin paikoin muualla maailmassa. Kevään tulo aikaistuu, eli kasvillisuus puhkeaa lehteen aikaisemmin ja syksy alkaa myöhemmin tai kestää pidempään, jolloin kasvillisuus lakastuu myöhemmin.

Toinen jo selvästi havaittu ilmaston muuttumisen aiheuttama muutos eliölajeille on niiden maantieteellinen siirtyminen uusille elinalueille kohti napoja ja vuoristoisilla alueilla kohti huippuja. Eliölajien siirtymiseen tulee vaikuttamaan myös merenpinnan nousu, jonka vaikutukset ovat osittain nähtävissä jo nyt herkillä rannikkoalueilla, kuten mangrovemetsissä. Toistaiseksi merenpinnan nousun seurauksia on tutkittu pääosin vain paikallisille ekosysteemeille ja tietämys ilmiön laajemmista vaikutuksista luonnon monimuotoisuudelle puuttuu kokonaan.

On kuitenkin syytä muistaa, että mitkään ilmastonmuutoksen aiheuttamat muutoksen luonnonympäristöissä eivät ole suoraviivaisesti ennustettavissa, vaan ne vaihtelevat alueelta toiselle hyvinkin paikallisesti.

Ilmaston muuttuminen aiheuttaa ekosysteemeissä monenlaisia muutoksia. Jo pelkkä lämpötilan muuttuminen vaikuttaa mm. kasvukausien pituuteen ja sitä kautta eliölajien elinalueiden siirtymiseen tai katoamiseen tietyillä alueilla. Tästä seuraavat muutokset ravintoverkoissa lisäävät entisestään muutoksia eliöyhteisöissä. Lisäksi ilmaston muuttumisesta seuraa muutoksia sademäärissä ja sään ääri-ilmiöiden, sekä metsäpalojen lisääntymistä. Tulevaisuuden muuttuvissa ympäristöolosuhteissa menestyvätkin todennäköisesti nykyisestä geneettisesti poikkeavat populaatiot ja lajikkeet.

Ilmastonmuutos saattaa aiheuttaa seuraavan sadan vuoden aikana tuhansien lajien sukupuuton ja vielä useampien lajien uhanalaistumisen. Toisten arvioiden mukaan tilanne voi olla vieläkin vakavampi. Kansainvälinen luontopaneeli IPBES julkaisi keväällä 2019 kaikkien aikojen kattavimman katsauksen maailman luonnon tilasta. Tutkijat varoittavat siinä, että luonnon kyky ylläpitää hyvinvointia nykyisille ja tuleville sukupolville heikkenee maailmanlaajuisesti ennennäkemätöntä vauhtia. Miljoonaa eliölajia uhkaa sukupuutto – ja puoli miljoonaa lajia saattaa olla jo tuomittu häviämään, ellei luonnonympäristöjä pikaisesti ennallisteta. Eniten vahinkoja aiheuttavat maankäytön muutokset (esim. metsien raivaaminen karjan laidunmaiksi), eliöiden hyödyntäminen suoraan (esim. kalastus), ilmastonmuutos, saasteet ja vieraslajit. Muutosten taustalla ovat tutut juurisyyt, ennen kaikkea kulutuksen ja väestön kasvu. 

Luontokriisiä voidaan torjua tutuilla keinoilla: leikkaamalla luonnonvarojen kulutusta, hidastamalla väestönkasvua ja laajentamalla suojelualueita. Keinovalikoimassa voi hyödyntää myös mm. ympäristölle haitallisten tukiaisten karsimista, kannustamista kestävään ruokavalioon taloudellisella ohjauksella ja siirtymistä kiertotalouteen.

Ilmastonmuutoksen osoittaminen yksittäisen lajin sukupuuton aiheuttajaksi on yksittäistapauksissa kuitenkin haasteellista. Sukupuutoille voi olla monia muita ensisijaisia aiheuttajia, kuten isäntä- ja pölyttäjälajien väheneminen tai tautien lisääntyminen, vaikka ilmastonmuutos olisikin perimmäinen syy. Tällä hetkellä ei vielä tiedetä kovin hyvin, mitkä tekijöistä ovat tärkeimpiä. Ilmastonmuutoksen vaikutukset saattavat myös pahentua toimiessaan yhdessä muiden ihmisen aiheuttamien muutosten, kuten elinalueiden pienenemisen kanssa.

Toistaiseksi on vasta hyvin vähän todisteita ilmastonmuutoksen aiheuttamista maailmanlaajuisista sukupuutoista. Tällä hetkellä arvellaan että ensimmäinen ihmisen aiheuttaman ilmastonmuutoksen myötä kokonaan sukupuuttoon kuollut nisäkäslaji on Australiassa Brambley Cayn korallisaarella elänyt Melomys rubicola -jyrsijä. Paikallisista sukupuutoista todisteita on sen sijaan runsaasti. Ilmastonmuutoksen myötä monien lajien levinneisyysalueet supistuvat ja siirtyvät, mikä aiheuttaa paikallisia sukupuuttoja. Levinneisyysalueiden muuttuminen on havaittu sadoilla lajeilla. Paikallisen sukupuuton ilmastonmuutoksen vuoksi ovat kokeneet esimerkiksi amerikanpiiskujänis Yhdysvalloissa, värysmatoihin kuuluva Crenobia alpina Walesissa ja 48 liskolajia Meksikossa.

Maailmanlaajuiset sukupuutot lisääntyvät tällä hetkellä hyvin nopeasti, mutta useat ilmastonmuutoksen takia todennäköisesti tulevaisuudessa sukupuuttoon kuolevat lajit eivät ole tällä hetkellä edes uhanalaisia. Paras ilmastonmuutoksesta aiheutuvaa sukupuuttouhkaa ennustava tekijä on nykyisen levinneisyysalueen pienuus ja nykyisen sekä tulevan levinneisyysalueen vähäinen päällekkäisyys. Esimerkiksi Suomessa nämä kriteerit toteutuvat useiden uhanalaisten ja erityisesti kotoperäisten lajien kohdalla.

Parhaat mahdollisuudet ilmastonmuutokseen sopeutumisessa on monimuotoisilla, luonnontilaisilla ja toimivilla ekosysteemeillä. Toisaalta ilmaston muuttuminen vaikuttaa voimakkaimmin luonnon monimuotoisuuden kannalta rikkailla, sekä haavoittuvimmilla alueilla. Esimerkiksi arktisilla alueilla havumetsät valtaavat ilmaston lämpenemisen myötä alaa tundralta. Lämpenemisen vaikutukset eliöyhteisöihin korostuvat arktisilla alueilla, sillä ilmasto on alueella niin merkittävä eliöiden kasvua ja lisääntymistä rajoittava tekijä ja lisäksi Jäämeri rajoittaa lajien ja elinympäristöjen siirtymistä pohjoiseen. Arktisen alueen eliöyhteisöt ovatkin vaarassa kadota ilmastonmuutoksen seurauksena.

Muissa haavoittuvaisissa ekosysteemeissä muutosten arvioidaan olevan seuraavanlaisia:

• Aavikot ja kuivat ekosysteemit levittäytyvät.
• Aroilla ja savanneilla heinäkasvien ja puuston kilpailu on kovaa.
• Nahkealehtisen kasvillisuuden alueilla kuivuus köyhdyttää monimuotoisuutta.
• Metsissä kasvu, mutta myös metsätuhot lisääntyvät.
• Arktisilta alueilta katoaa jääpeite, ne metsittyvät hitaasti ja kotoperäinen lajisto kärsii.
• Vuoristoissa kasvi- ja eläinlajit siirtyvätylöspäin kohti huippuja.
• Suot kuivuvat tai metsittyvät ja niiden sijainti ja lajisto muuttuu.
• Makeavetiset vesistöt kuivuvat, rehevöityvät ja niiden lajisto siirtyy kohti napoja.
• Kosteikot muuttuvat maaekosysteemeiksi tai niiden perustuotanto lisääntyy.
• Merissä lämpötilannousu vaikuttaa eliölajien runsauteen ja perustuotanto vähenee.
• Koralliriutat ja niiden tarjoama suoja muille merieliöille katoavat nopeasti.
• Rannikkoekosysteemit, kuten mangrovemetsät jäävät nousevan vedenpinnan alle.

Vähenevä lumipeite aiheuttaa ongelmia talviturkin vaihtaville nisäkäslajeille, kuten lumikolle, kärpälle ja metsäjänikselle, kun saalistajat erottavat valkoisen saaliseläimen lumettomassa ympäristössä helpommin. Lumipeitteen puute poistaa näiden lajien kilpailuvaltin myös liikkumisen ja ravinnonhankinnan osalta. Leudot talvet häiritsevät talviunta nukkuvia (mm. karhu) tai horrostavia (mm. siili) lajeja. Lumipeitteen ja järvien jääpeitteen vähetessä Saimaannorpan ja itämerennorpan pesintä on jo vaikeutunut.

Äärioloihin sopeutuneet lajit menettävät kilpailuetunsa ilmaston lämmetessä. Esimerkiksi naali on joutunut ahtaalle etelästä levittäytyneen ketun vallatessa siltä elinalueita. Toisaalta monet lajit, kuten rusakko, metsä- ja valkohäntäkauris, villisika, supikoira, mäyrä, metsähiiri ja kaniinit hyötyvät lumettomista ja lämpimämmistä talvista Etelä-Suomessa.

Lintujen kevätmuutot aikaistuvat ilmaston lämmetessä ja leudommat talvet tarkoittavat Suomessa monipuolistuvaa talvilinnustoa. Joistakin osittaismuuttajista, kuten viherpeiposta ja keltasirkusta on tulossa paikkalintuja ja joistakin lähi- tai keskimatkan talvehtijoista, kuten mustarastaasta on tulossa osittaismuuttajia. Useimmiten lintulajiston muuttumiseen vaikuttavat ilmastonmuutoksen lisäksi muutkin tekijät, kuten elinympäristöjen häviäminen, talviruokinnat tai muutokset luontaisessa ravintoverkossa.

Lehtimetsien lintulajeja, kuten lehtokerttua ja sinitiaista ilmaston lämpeneminen hyödyttää, samoin vesi- ja kosteikkolajeja kuten naurulokkia, harmaahaikaraa, kyhmyjoutsenta ja merimetsoa. Toisaalta esimerkiksi lumisiin pakkastalviin hyvin sopeutuneet metsäkanalinnut metso, teeri, pyy, riekko ja kiiruna ovat maamme etelä- ja keskiosissa vaikeuksissa jo nyt.

Kalakantoihin ilmaston lämpenemisen ennustetaan vaikuttavan ennen kaikkea makeissa vesissä. Suurimpia häviäjiä ovat kylmiin oloihin sopeutuneet lohikalat, esimerkiksi siika ja Saimaan nieriä. Lämpenemisestä hyötyjiä ovat kuha ja jo valmiiksi runsaskantaiset särki ja lahna. Myös Itämeri muuttuu ilmastonmuutoksen seurauksena. Ilmastonmuutos lisää Pohjois-Euroopassa talvisateita ja makean veden virtaamia, jolloin Itämeren suolapitoisuus laskee. Tällöin suolaisuuteen tottuneet eliöt, kuten sinisimpukat, vähenevät. Vaikutus ulottuu koko ravintoverkkoon, sillä esimerkiksi haahkat käyttävät sinisimpukkaa ravinnokseen.

Matelijoista ilmaston muuttuminen vaikuttaa esimerkiksi kyyhyn ja rupimanteriin (ent. rupilisko). Kyylle ihanteellisin talvi on leuto, mutta runsasluminen. Kyy siis hyötyy leudommista talvista, mutta samalla lumipeitteen väheneminen saattaa aiheuttaa sille ongelmia. Jo valmiiksi uhanalainen rupiliskon elinympäristöt saattavat hävitä vähälumisten talvien myötä, jos pienet lammet kuivuvat kokonaan.

Hyönteiset reagoivat herkästi melko pieneenkin ilmaston vaihteluun. Suomessa monet perhoslajit ovat levinneet kohti pohjoista hyvin nopeasti, jopa satoja kilometrejä alle kymmenessä vuodessa. Nopeimpia leviäjiä ovat olleet sinisiivet, suruvaippa ja sitruunaperhonen. Suomeen on jo saatu myös uusia perhoslajeja, esimerkiksi neitoperhonen on vakiinnuttanut asemansa viime vuosikymmenien aikana.

Kohoavat kesälämpötilat ja kasvavat sademäärät suosivat myös monia verta imeviä selkärangattomia, kuten hyttysiä, mäkäriä, polttiaisia ja paarmoja ja Suomeen saatetaan saada myös uusia verenimijöitä. Hirvikärpänen ja borrelioosia ja puutiaisaivokuumetta levittävä puutiainen menestyvät entistä paremmin ilmaston lämmetessä ja myös lumella liikkuvat selkärangattomat, kuten lumivaaksiaiset ja lumikorento runsastuvat talvien muuttuessa leudommiksi. Myös monet kasvituholaisina tunnetut hyönteiset menestyvät entistä paremmin (mm. ruskomäntypistiäinen) tai leviävät Suomeen (mm. mäntyankeroinen).

Toisaalta esimerkiksi kimalaisille ilmastonmuutos on suuri uhka ja koska niillä on tärkeä rooli luonnonkasvien ja viljelykasvien pölyttäjinä, vaarantuu myös kasvien pölyttymisen onnistuminen. Kimalaisten ja kasvien samantahtisuuden häiriintyessä marjojen kukinta voi keväisin alkaa niin aikaisin, että kimalaispopulaatiot eivät vielä ehdi niitä pölyttämään ja toisaalta kuningatarten talvehtimisen jälkeinen ravinnonsaanti voi vaikeutua.

Muuttuvassa ilmastossa kasvillisuuteen vaikuttavat lämpenemisen lisäksi myös muuttuvat sademäärät ja hiilidioksidin määrän lisääntyminen ilmakehässä, mistä seuraa kasvien elintoimintojen kiihtyminen. Lämpösummien kasvaessa myös kasvien kasvukausi pitenee.

Ilmasto lämpenee tällä hetkellä niin nopeasti, että se ylittää useimpien kasvien luontaisen leviämisnopeuden. Tässä tilanteessa hidaskasvuiset puut eivät välttämättä pysy muutoksen perässä. Parhaiten menestyvät yksivuotisina lisääntyvät, hyvän leviämiskyvyn omaavat, tuulen, lintujen tai nisäkkäiden levittämät kasvit, jotka ovat Suomen oloissa pitkän päivän tai päiväneutraaleja lajeja.

Karkeasti ilmastonmuutoksen vaikutuksia Suomen kasvillisuudelle, sienille ja leville voidaan kuvata näin:

• Aggressiiviset vieraslajit (mm. jättipalsami, komealupiini ja kurtturuusu) menestyvät hyvin
• Hidaskasvuiset varvikot (mm. mustikat ja puolukat) ovat vaarassa
• Sopeutuvainen mänty pärjää mainiosti
• Kuusi kärsii kuivuudesta ja taantuu
• Koivu ja muut lehtipuut hyötyvät ilmastonmuutoksesta selvästi
• Lapin harvapuustoiset metsät kasvavat hitaasti umpeen
• Kasvitautien ja -tuholaisten määrä kasvaa, samoin kuin puiden edellytykset puolustautua niitä vastaan. Viljelykasvit saattavat kuitenkin kärsiä.
• Sienet elävät symbioosissa isäntä- ja kumppanikasviensa kanssa, joten sienten määrät seurailevat niiden määriä
• Rannat kasvavat umpeen (esim. järvikorte hyötyy erityisen paljon co2-pitoisuuksien kohoamisesta)
• Syanobakteereiden määrä lisääntyy, jolloin myös sinileväesiintymät yleistyvät

Merten happamoituminen lisääntyy kovaa vauhtia vaarantaen monien merieliöiden tulevaisuuden. Ilmakehän “ylimääräisen” hiilidioksidin sitoutuminen meriin muuttaa veden pH-arvoa happamammaksi. Teollisen vallankumouksen jälkeen meriveden happamuus on kasvanut jo 26 prosentilla. Tutkijoiden mukaan muutoksen nopeus on ennennäkemätön, maailman valtameret happamoituvat tällä hetkellä nopeammin kuin kertaakaan viimeisen 300 miljoonan vuoden aikana. Päästöjen kasvun jatkuessa happamoituminen voi lisääntyä jopa 170 prosentilla tämän vuosisadan loppuun mennessä.

Kaikkein nopeinta happamoituminen on arktisilla vesillä, jossa muutos on niin nopeaa, että monet eliöt eivät ehdi sopeutua siihen. Muutoksia on jo nyt nähtävissä myös Tyynellä valtamerellä, jossa erityisen suuressa vaarassa ovat korallieläimet, sekä kalkkikuoriset nilviäiset ja kotilot. Ainoa ongelmanratkaisukeino on hiilidioksidipäästöjen nopea ja laajamittainen vähentäminen.

Metsäkato johtuu ihmisen suorittamista metsähakkuista ja sitä lisäävät ilmastonmuutoksen voimistamat laajat metsäpalot eri puolilla maailmaa. Metsiä hakataan puunjalostus-, paperi-, ja energiateollisuuden tarpeisiin, sekä silloin kun metsäalueita halutaan ottaa maatalouden käyttöön. Voimakkainta metsäkato on tällä hetkellä trooppisissa sademetsissä. Metsän hakkaaminen vapauttaa puihin sitoutuneen hiilidioksidin takaisin ilmakehään, sillä hakattu metsä ei enää toimi hiilivarastona. Metsäkadon seurauksena hiilidioksidia päätyy takaisin ilmakehään niin paljon, että se vastaa arvioiden mukaan koko maailman maantieliikenteen tuottamia päästöjä.

Metsäkato siis voimistaa ilmastonmuutosta, sekä sen lisäksi myös luonnon monimuotoisuuden vähenemistä, kun elinympäristöjä katoaa sen myötä tuhansilta tropiikin monimuotoisuuden kannalta rikkaiden alueiden eliölajeilta. Pääasiallinen tapa torjua metsäkatoa olisi sademetsäalueiden suojelu, mutta myös kestävien maa- ja metsätalouden toimenpiteiden kehittäminen ja ihmisten kouluttaminen niiden käyttöön ovat osa ratkaisua.

Elinympäristöjen pirstoutuminen vähentää luonnon monimuotoisuutta. Elinympäristöjen pirstoutuminen aiheuttaa ongelmia monille eliölajeille ja samalla myös niiden kyky sopeutua ilmastonmuutoksen aiheuttamiin elinympäristön muutoksiin heikentyy olemassa olevan stressin vuoksi. Yksi tapa parantaa eliölajien ilmastonmuutokseen liittyvää sopeutumiskykyä onkin pyrkiä vähentämään niihin kohdistuvia muita paineita, kuten edellä mainittua elinympäristöjen pirstoutumista. Pirstaloitumisen estämiseksi ei ole olemassa kaiken kattavaa ratkaisua, mutta esimerkiksi ekologisten käytävien perustamisesta voi olla apua. Suojelutoimentenpiteet on kuitenkin suunniteltava suojeltavana olevien lajien tarpeet huomioiden.

Luonnon monimuotoisuuden säilyminen on Suomen luonnonsuojelulainsäädännön tavoitteena. Suojelu toteutetaan pääasiassa suojelualueilla, joita on tällä hetkellä 9% Suomen pinta-alasta. Tavoitteena on säilyttää luontotyyppejä ja lajistoa, mutta nykyiset luonnonsuojelualueet eivät vielä kata kaikkia tunnettuja eliölajeja tai elinympäristöjä. Suojelua kuitenkin tarvitaan, sillä monet eliöt ja elinympäristöt ovat uhanalaistuneet.

Ilmastonmuutoksen myötä eliölajien ja elinympäristöjen esiintymisalueet muuttuvat, eivätkä nykyiset luonnonsuojelualueet enää välttämättä pystykään suojelemaan niillä aiemmin esiintyneitä luontoarvoja. Lajiston siirtyessä kohti pohjoista monet suojelua vaativat lajit saattavat hävitä, eikä niiden siirtyminen toisille suojelualueille välttämättä onnistu. Toisaalta alueet, joille lajisto siirtyy, voivat olla pieniä, pirstoutuneita ja suojelun tarpeessa.

Vaikka useat lajit siirtyisivätkin pois suojelualueilta, suojelualueet ovat silti tärkeitä elinympäristöjen säilymisen kannalta. Uudet lajit voivat levitä niille ja niiden avulla voidaan ostaa aikaa harvinaistuville lajeille lisääntyä ja levittäytyä uusille alueille. Suojelualueiden kokoa kasvattamalla, niiden välisiä yhteyksiä parantamalla, esimerkiksi ekologisten käytävien avulla tai elinympäristöjä kunnostamalla, voidaan parantaa edellytyksiä useiden lajien säilymiselle. Koska levinneisyysaluemuutokset ylittävät maiden rajoja, tulisi suojelualuesuunnittelun olla kansainvälistä yhteistyötä. Myös uudet suojelualueet ovat todennäköisesti tarpeen.

Pelkät suojelualueet eivät kuitenkaan riitä, vaan niiden ulkopuolelle jäävien alueiden hoito kestävällä tavalla tulee yhä tärkeämmäksi. Erityisesti tämä koskee metsien ja maatalousympäristöjen hoitoa.

Maaperässä olevassa eloperäisessä aineessa on yhteensä enemmän hiiltä kuin maapallon kasveissa ja ilmakehässä yhteensä. Iso osa tästä maaperän hiilestä on maankuoren ylimmässä, metrin paksuisessa pintakerroksessa, eli siinä kerroksessa, johon mm. maa- ja metsätalous suoraan vaikuttavat. Ilmastonsuojelun kannalta on tärkeää suojella ja palauttaa luonnon hiilivarastoja. 

Metsänhoidossa maaperän hiilivaraston suojelu ja kasvattaminen tarkoittaa mm. kantojen jättämistä metsään hakkuualueilla, kannattamattomien kunnostusojitusten lopettamista ja hakkuutavoitteiden laskemista, jotta metsien hiilivarastot voivat kasvaa rauhassa. Lisäksi olisi hyvä jättää lisää metsiä intensiivisen talouskäytön ulkopuolelle kehittymään luontaisesti. Tämä tarkoittaa metsien kiertoajan pidentämistä, maanmuokkauksen vähentämistä hakkuualueilla, sekä peitteisen metsän kasvatuksen suosimista. Myös turpeen noston vähentäminen ja soiden ojitusten vähentäminen on tehokas keino luonnon hiilipäästöjen vähentämisessä.

Ruoantuotanto on yksi ihmislajin säilymiselle olennaisimmista toimista maailmassa. Maaperän ja viljelysmaan osuus ilmastonmuutoksen aiheuttajana tunnetaan hyvin ja nykyään puhutaan enenevässä määrin myös maaperän mahdollisuudesta hillitä ilmastonmuutosta. Luonnossa hiiltä sitoutuu maaperään jatkuvasti, mutta nykyisten viljelytapojen vuoksi maatalousekosysteemeissä maaperään sitoutunutta hiiltä lähinnä vapautuu ilmakehään. Merkittävä osa ihmiskunnan ilmakehään päästämästä hiilidioksidista olisi ehkä kuitenkin mahdollista sitoa takaisin maaperään maanviljelyn keinoin. 

Hiiltä maaperään varastoivasta viljelytavasta käytetään esimerkiksi termiä hiiliviljely. Ranska esitteli Pariisin ilmastokokouksessa vuonna 2015 4/1000-aloitteen hiilen varastoimiseksi peltomaahan. Aloitteen laskelmien mukaan vuosittainen neljän promillen (4 ‰) hiilivaraston kasvu vastaa vuosittaisia ihmistoiminnasta aiheutuvia co2-päästöjä ja siksi kaikkia maita kannustetaan maaperän hiilivarastojen kasvattamiseen. Aloite on hyvä, vaikka siinä tehdyt laskelmat eivät ole aivan linjassa hiilensidontaan ja päästövähennysten tasoon liittyvän tutkimustiedon kanssa. Myös Suomi allekirjoitti aloitteen, mutta sen toteutustavoista puuttuu vielä konkretiaa. Lisää aloitteesta: https://www.4p1000.org/ 

Maaperän hiilensidonnan potentiaali on suuri, mutta tietämys ja osaaminen aiheeseen liittyen on vielä puutteellista. Nyt etsitään tapoja, joilla voidaan vauhdittaa hiilen varastoitumista ilmakehästä peltomaahan ja edistää hiiliviljelyn käyttöönottoa maatiloilla ja sisällyttää käytännöt myös osaksi EU:n maatalouspolitiikkaa. Lisäksi etsitään tapoja todentaa prosessi tieteellisesti. Käytännössä peltojen hiilivarastoja voidaan kasvattaa huolehtimalla maaperän pieneliöiden hyvinvoinnista ja lisäämällä eloperäisen aineksen (esim. kasvien juuret, sadonkorjuutähteet, lanta) määrää peltomaassa. Paljon tutkimusta ja kokeiluja eri viljelytekniikoista on jo menossa esimerkiksi Luonnonvarakeskuksessa ja Suomen ympäristökeskuksessa, sekä mm. tutkijoiden ja viljelijöiden yhteisessä Carbon Action -hankkeessa, jonka alkuunpanijana on toiminut Baltic Sea Action Group.

Myös erilaisia uusia biologisia periaatteita hyödyntäviä innovaatioita voidaan hyödyntää ilmastonmuutoksen torjunnassa. Tällaisia ovat monet kiertotalouden, sekä biotalouden ja -teknologian keksinnöt, joissa otetaan mallia luonnon ekosysteemien kiertokulusta ja pyritään siirtymään kohti kestävien materiaalikiertojen yhteiskuntaa. Toisin sanoen siirrytään lineaarisesta raaka-aineesta tuotteeksi ja jätteeksi -ajattelusta kohti ekosysteemin kaltaisia kiertoja, joissa jätettä ei ole, vaan useitakin kertoja käytössä olleet raaka-aineet voidaan edelleen hyödyntää uusien tuotteiden valmistamisessa tai muulla tavoin. Kiertotalouden tuotannon ja kulutuksen, sekä materiaali- ja energiatehokkuuden vuoksi pienemmät päästöt vähentävät kiertotaloudessa syntyviä ilmastopäästöjä kokonaisuudessaan.

Biotaloudella voidaan tarkoittaa puhujasta riippuen monia asioita. Erään määritelmän mukaan biotalous on sellaista tuotantoa, jossa hyödynnetään luonnosta saatavia uusiutuvia materiaaleja sekä kehitetään ja otetaan käyttöön niihin liittyviä innovaatioita ja teknologioita. Samalla edistetään systeemistä muutosta kohti uusiutuvien luonnonvarojen käyttöä uusiutumattomien sijaan. Käsitteenä biotalous kattaa yleensä muun muassa metsäteollisuuden, kemianteollisuuden, maatalouden, elintarviketeollisuuden ja jopa luontomatkailun. Biotalous on hyvin merkittävässä roolissa Suomen elinkeinoelämässä niin nykyisin kuin tulevaisuudessakin.

Biotalouden tiettyjen ratkaisujen ilmastonkestävyydestä käydään Suomessa jatkuvasti tiukkaa keskustelua. Asiaan liittyy keskeisesti kestävät metsien hakkuumäärät. Tämänhetkisten ennusteiden mukaan Suomen nettoilmastopäästöt eivät merkittävistä päästövähennystoimista huolimatta laske lainkaan vuoteen 2030 mennessä, koska hakkuutason nosto pienentää metsien hiilinieluja yhtä paljon kuin päästöjä vähennetään muualla yhteiskunnassa.

Esimerkiksi bioenergian käyttöön liittyen kasvihuonekaasupäästöjen väheneminen on yksi tärkeimpiä sitä puoltavia tekijöitä. Bioenergian elinkaariketjuilla on kuitenkin monia ympäristövaikutuksia. Yhtäältä biopolttoaineet vähentävät päästöjä verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin, mutta toisaalta ne saattavat myös lisätä kuormitusta. Bioenenergia ei ole automaattisesti ilmasto- ja ympäristöystävällistä, vaan sen hyödyt ja haitat vaihtelevat käytetyn materiaalin mukaan.

Kasvavan puun kaataminen energiakäyttöön voi tuottaa jopa kaksi kertaa puulla korvattavan fossiilienergiayksikön aiheuttamia päästöjä suuremman nieluhäviön. Energian tuottamista tällaisesta puusta ei siten voi pitää keinona torjua ilmastonmuutosta. Lisäksi sivuvirtoja ei uudenaikaisissa biotuotetehtaissa synny samaan malliin kuin sellutehtaissa, sillä puuraaka-aine pystytään niissä hyödyntämään monipuolisesti erilaisiin tuotteisiin. Jos ennusteet puun kasvun kiihtymisestä eivät toteudu, voivat lisääntyneet hakkuutasot ylittää jopa puuntuotannollisen kestävyyden. 

Hakkuutasojen ja hiilinielujen kehitykseen vaikuttaa suuri joukko tekijöitä, ja aiheeseen liittyvä tutkimus on haasteellista. Luonnonvarakeskuksen laskelmissa on ollut ongelmia. Suomen ilmastopaneeli julkaisemassa raportissa verrattiin kuuden eri mallin eri hakkuutasoilla tuottamista hiilinielutasoista. Mallien tuottamissa tuloksissa oli huomattavaa hajontaa. Tällä tiedolla on huomattavaa merkitystä, kun valitaan päätöksenteon tukena käytettävää mallia. Mikään nykyisistä metsien hiilitasetta kuvaavista malleista ei pysty yksin ennustamaan luotettavasti metsien tulevaa kehitystä. Tutkimusta tulisikin jatkaa, jotta sen tuloksia voidaan luotettavasti käyttää apuna suunniteltaessa Suomen ilmastopolitiikkaa ja erityisesti metsäsektorin ohjausta.

Vaikka ilmastonmuutoksen hidastamisessa onnistuttaisiin yli odotusten, on sen seurauksiin silti varauduttava ainakin useiden kymmenien vuosien ajan. Myös sopeutumistoimissa voidaan hyödyntää mm. seuraavia biologian menetelmiä:

• Mangrovemetsien ja muiden rannikkoalueiden kosteikkojen suojelun avulla voidaan torjua rannikkoaluiden tulvariskejä ja eroosiota
• Metsien suojelu ja palauttaminen estää maanvieremiä ja auttaa veden virtausten säätelyssä
• Monimuotoiset maa- ja metsätalouden järjestelmät auttavat selviytymään muuttuneissa ilmasto-olosuhteissa ja turvaavat ruoantuotantoa
• Ylängöillä sijaitsevien kosteikkojen ja tulvatasankojen kestävä hoito auttaa veden virtausten ja laadun säätelyssä
• Maatalousjärjestelmien monimuotoisuuden suojelu, sekä viljelykasvien ja tuotantoeläinten geenipankkien luominen

Yhteiskunnallisen ilmastovaikuttamisen käsite on sen verran nuori, että monelle meistä on haastavaa hahmottaa mitä se tarkoittaa. Oheiseen kuvaan on kerätty iso joukko yhteiskunnallisen ilmastovaikuttamisen tapoja. Osa tavoista on helppoja ja nopeita, osa vaatii enemmän aikaa, energiaa ja osaamista. Yhteiskunnallisuutta tai poliittisten ratkaisujen käsittelyä ei tarvitse koulussakaan pelätä. Opetussuunnitelmat kannustavat ilmastoystävällisiin valintoihin niin kuluttajina kuin aktiivisina kansalaisinakin. Miten paljon teillä on käytettävissänne näitä resursseja ja mitä siis voitte ryhtyä tekemään? Kiinnostaako teitä jokin alla olevista vaihtoehdoista vai haluatteko lähteä toteuttamaan jotain aivan alusta asti itse ideoitua?

Eräs nykyään merkittävä vaikuttamistapa ovat ilmastolakot. Vuoden 2018 lopusta alkaen koululaisten mielenosoituksista ja globaaleista ilmastolakoista on tullut globaali ilmiö, johon on osallistunut miljoonia koululaisia kaikissa maanosissa. Liike syntyi 15-vuotiaan ruotsalaisen Greta Thunbergin johdolla. Hän jäi koululakkoon ennen Ruotsin syksyn 2018 eduskuntavaaleja, koska aikuiset eivät hänen mielestään olleet tarpeeksi huolissaan ilmastonmuutoksesta. Vaalien jälkeen Greta on jatkanut lakkoilua perjantaisin. Nuorten lakkoilu on nostanut esiin nopeiden ilmastotoimien merkitystä ja tuonut merkittävän lisän aiheesta käytävään keskusteluun.

Opetuksen näkökulmasta nuorten ilmastolakkoliike tuo kouluun hienon mahdollisuuden käsitellä ilmastoaiheita, aktiivisen kansalaisuuden kysymyksiä ja demokratian toimintaa ajankohtaisesta ja suoraan nuorten maailmaa koskettavasta näkökulmasta. Kasvatusalan asiantuntijat suhtautuivat aiheeseen positiivisesti ja jopa Opetushallituksessa toimintaan kannustetaan varovaisesti.

Biologian tunnilla vaikuttamistaitoihin voidaan tutustua ja niitä voidaan opetella myös esimerkiksi seuraavilla tavoilla:

• selvitetään oman kunnan alueella sijaitsevien suojelualueiden tilannetta ja otetaan tarvittaessa keskusteluun kantaa
• käydään tapaamassa kunnan ympäristöviranomaisia tai kaavoituksesta vastaavia viranomaisia ja selvitetään heidän rooliaan luonnon monimuotoisuuden säilyttämisessä ja ilmastonmuutoksen torjunnassa
• selvitetään EU:ssa, Suomessa, tai omassa kunnassa meneillään olevia asiaan liittyviä prosesseja ja osallistutaan niihin
• tutustutaan suomalaisiin ja kansainvälisiin ympäristöjärjestöihin ja selvitetään minkälaisia asioita ne tekevät ilmastokysymysten eteen
• tutustutaan yrityksiin, jotka osallistuvat ilmastotalkoisiin tai tekevät työtä luonnon monimuotoisuuden säilyttämiseksi
• suunnitellaan ja toteutetaan oma projekti, jolla vaikutetaan oman koulun toimintaan ilmastonmuutoksen näkökulmasta