Pro gradu -tutkielma Fysiikan opettajan ... - Helsinki.fi

Pro gradu -tutkielmaFysiikan opettajan suuntautumisvaihtoehtoYmpäristö ja yhteiskunta fysiikan opetuksessa: IlmastonmuutosAarne Pohjonen16.6.2008Ohjaaja:Ismo KoponenTarkastajat:Heimo Saarikko, Ismo KoponenHELSINGIN YLIOPISTOFYSIIKAN LAITOSPL 64 (Gustaf Hällströmin katu 2)00014 Helsingin yliopisto

HELSINGIN YLIOPISTO − HELSINGFORS UNIVERSITETTiedekunta/Osasto − Fakultet/SektionLaitos − InstitutionMatemaattis-luonnontieteellinenFysiikan laitosTekijä − FörfattareAarne PohjonenTyön nimi − Arbetets titelYmpäristö ja yhteiskunta fysiikan opetuksessa: IlmastonmuutosOppiaine − LäroämneFysiikka, fysiikan opettajan sv.Työn laji − Arbetets artPro gradu -tutkielmaAika − Datum16.6.2008Sivumäärä − Sidoantal108+36Tiivistelmä – ReferatOpetuksen yhtenä tavoitteena on välittää taitoja, joita henkilö tarvitsee osatakseen toimiatarkoituksenmukaisesti yhteiskunnassa. Tällaisiin taitoihin kuuluu kyky harkita erilaisten näkemystenvälillä muodostettaessa omaa mielipidettä yhteiskunnallisista aiheista. Fysiikan opetuksella jaluonnontieteellisellä tiedolla on oma tärkeä roolinsa tämän kyvyn kehittämisessä, sillä ilman riittäväätietoa on mahdotonta ymmärtää tiedotusvälineissä esiintyvää yhteiskunnallista keskustelua, arvioidaerilaisten näkemysten tueksi esitettyjä perusteluita tai muodostaa uusia perusteltuja näkemyksiä. Kunopetuksessa tuodaan esille tiedon merkitys myös näiden aiheiden kannalta, opetettavat tiedot saavattarkoituksen ja niiden oppiminen tulee oppilaiden näkökulmasta merkitykselliseksi.Yhteiskunnallisten aiheiden käsitteleminen opetuksessa ei kuitenkaan ole yksinkertaista, sillätällaisten aiheiden yhteydessä esitetään usein erilaisia ja eri tavoilla perusteltuja näkemyksiä.Vallitsevien kasvatusihanteiden perusteella opetuksen tavoitteeksi yhteiskuntaan ja ympäristöönliittyvässä aiheessa asetetaan sellaisten tietojen ja taitojen välittäminen, joiden avulla perustellunmielipiteen muodostaminen on mahdollista. Tähän tavoitteeseen voidaan pyrkiä kiinnittämällähuomiota opetuksen sisältöön, opetusmenetelmiin, oppilaan autonomiaan ja opettajanauktoriteettiasemaan sekä opetuksen ennakoituun vaikutukseen. Koska mielipiteeseen keskeisestivaikuttavia tekijöitä ovat henkilön tiedot sekä hänen arvonsa, tarkastellaan luonnontieteellisen tiedonluonnetta, sen käyttöä sekä arvokysymysten käsittelemistä opetuksessa.Ilmastonmuutosta tarkastellaan asetetun tavoitteen mukaisesti sellaisista näkökulmista, jotka tukevatperustellun mielipiteen muodostamista, keskittyen erityisesti fysiikkaan liittyvään tietoon. Fysiikan jaluonnontieteiden näkökulmasta keskeisinä aiheina tarkastellaan ilmastonmuutokseen liittyvän tieteenkehittymistä, keskeisiä käsitteitä ja ilmiöitä sekä menneiden aikojen ilmastoa ja sen muutoksia.Parhaiten perusteltuna tieteellisenä käsityksenä esitetään hallitustenvälisen ilmastopaneelin neljäsarviointiraportti, mutta myös joihinkin muihin tieteessä esitettyihin käsityksiin kiinnitetään huomiota.Ilmastonmuutokseen ja sen hillintään liittyviä taloudellisia seikkoja käsitellään lyhyesti. Muitavastaavanlaisia globaaleja ongelmia tarkastellaan maininnan tasolla ja niiden suhdettailmastonmuutokseen pohditaan lyhyesti. Ihmisen kyky harkita erilaisia vaihtoehtoja liittää myöseettiset ja arvokysymykset aiheen käsittelyyn. Koska median välittämä kuva on keskeinenmielipiteeseen vaikuttava tekijä, tarkastellaan sitä kotimaisesta ja kansainvälisestä näkökulmasta.Yksilön vaikutusmahdollisuuksiin kiinnitetään huomiota, jotta voitaisiin opetuksessa tarjota tietoasiitä, miten omalla toiminnalla voi pyrkiä vaikuttamaan ilmastonmuutoksen hillintään.Opetuksen suunnittelun perustaksi on valittu konstruktivistinen oppimiskäsitys ja aiheen käsittelyopetuksen eri vaiheissa perustetaan Brunerin spiraaliperiaatteen sekä Kaarle ja Riitta Kurki-Suonionhahmottavan lähestymistavan kaltaiseen opetukseen. Opetussuunnitelmien tarkastelun nojallahavaitaan, että ne ovat suurelta osin yhteensopivia tässä työssä valitun opetuksen tavoitteen ja edelläesitettyjen seikkojen kanssa. Perusopetuksen ja lukion opetussuunnitelmissa mainitutaihekokonaisuudet tarjoavat hyvän mahdollisuuden aiheen käsittelemiseksi opetuksessa.Opetussuunnitelmien tarkastelun ja muiden edellä kuvattujen seikkojen sekä tieteellisissä julkaisuissaesitettyjen opetusmenetelmien avulla muodostetaan ehdotus ilmastonmuutosaiheen käsittelemiseksieri luokkatasoilla fysiikan opetuksessa siten, että ehdotettu aiheen käsittelytapa tukee opetuksenkokonaisuutta, jonka avulla pyritään edellä mainittuun opetuksen tavoitteeseenAvainsanat - NyckelordFysiikan opetus, ilmastonmuutos, yhteiskunta, ympäristö, opetusSäilytyspaikka - FörvaringställeKumpulan tiedekirjastoMuita tietoja

Sisällysluettelo:1 Johdanto: Ilmastonmuutos kouluopetuksessa.......................................................... 12 Yhteiskuntaan ja ympäristöön liittyvät aiheet opetuksessa..................................... 32.1 Yhteiskunta ja ympäristö fysiikan opetuksessa................................................ 32.2 Opetuksen tavoite yhteiskuntaan ja ympäristöön liittyvässä aiheessa:sellaisten tietojen ja taitojen tarjoaminen, joiden avulla perustellunmielipiteen muodostaminen on mahdollista...................................................... 62.3 Opetuksen sisältö.............................................................................................. 72.4 Opetusmenetelmät............................................................................................ 92.5 Oppilaan autonomia ja opettajan auktoriteettiasema........................................ 112.6 Ennakoitava oppimistulos................................................................................. 122.7 Arvojen ja tiedon merkitys mielipiteen muodostamisessa............................... 132.8 Arvot ja eettiset kysymykset............................................................................. 142.9 Tieteellinen tieto............................................................................................... 162.9.1 Tieteellisen tiedon luonne........................................................................ 182.9.2 Tieteellisen tiedon käyttö yhteiskunnassa................................................ 203 Näkökulmia ilmastonmuutokseen........................................................................... 223.1 Katsaus ilmastonmuutokseen liittyvän tieteen kehittymiseen ja vallinneisiinkäsityksiin.......................................................................................................... 223.2 Käsitteet: ilmakehä, sää ja ilmasto................................................................... 253.3 Kasvihuoneilmiö ja muita ilmastonmuutokseen vaikuttavia tekijöitä.............. 263.4 Menneiden aikojen ilmasto............................................................................... 333.5 Hallitustenvälisen ilmastopaneelin (IPCC) arviointiraportti............................ 353.6 Muita tieteessä esitettyjä käsityksiä.................................................................. 433.7 Aiheen liittäminen kokonaisvaltaisiin tietorakenteisiin: taloudellisiakysymyksiä ja suhde muihin maailman ongelmiin............................................ 493.8 Eettiset kysymykset.......................................................................................... 523.9 Ilmastonmuutos mediassa................................................................................. 543.10 Yksilön vaikutusmahdollisuudet.................................................................... 574 Oppimiskäsitys ja opetussuunnitelma..................................................................... 604.1 Käsitteet: oppiminen ja opetus......................................................................... 604.2 Opetussuunnitelmat.......................................................................................... 654.2.1 Perusopetus.............................................................................................. 654.2.2 Lukio........................................................................................................ 714.2.3 Ammatillinen koulutus: kone- ja metallialan perustutkinto.................... 745 Opetus...................................................................................................................... 765.1 Perusopetus....................................................................................................... 785.1.1 Vuosiluokat 1-4: Ympäristö ja luonnontieto........................................... 785.1.2 Vuosiluokat 5-6: Fysiikka ja kemia......................................................... 795.1.3 Vuosiluokat 7-9....................................................................................... 835.2 Lukio................................................................................................................. 945.3 Ammatillinen koulutus..................................................................................... 976 Johtopäätökset......................................................................................................... 98Kirjallisuusluettelo.................................................................................................. 103

Liitteet:Liite A: Perustietoja ilmakehästä............................................................................. 109Liite B: Maan lämpötila ilman kasvihuoneilmiön vaikutusta.................................. 113Liite C: Ilmakehän kasvihuonevaikutus.................................................................. 116Liite D: Molekyylin energiatilojen kvantittuminen ja vuorovaikutussähkömagneettisen säteilyn kanssa.......................................................................... 119Liite E: Säteilypakote............................................................................................... 132Liite F: Palauteilmiöt............................................................................................... 133Liite G: Säteilypakotteeseen vaikuttavia tekijöitä................................................... 134Liite H: Ilmastomallit............................................................................................... 136Liite I: Erilaiset tulevaisuudenskenaariot................................................................ 138Liite J: Lämpötilojen määrittäminen........................................................................ 140Liite K: Ilmastonvaihteluita ja ekologisia muutoksia eri aikakausilta..................... 141Liite L: Maapallon liikkeen vaikutus lämpötiloihin................................................ 143

1. Johdanto: Ilmastonmuutos kouluopetuksessaIlmastonmuutos on eräs tärkeimmistä tämänhetkisistä globaaleista yhteiskunnallisista aiheista,johon liittyviä suuren mittakaavan päätöksiä on viime vuosina tehty ja vastaavanlaisiapäätöksiä joudutaan jatkossakin tekemään. Yhteiskunnassa tehtävien päätösten lisäksi myösyksilöiden toiminnan ja kulutuskäyttäytymisen muuttuminen voi toimia yhtenä tärkeänätekijänä ilmastonmuutoksen hillitsemisessä. Sekä yhteiskunnallisessa päätöksenteossa, ettähenkilön omassa toiminnassa joudutaan kyseenalaistamaan aikaisempia käytäntöjä japohtimaan uusia toimintatapoja. Koska opetuksen yhtenä keskeisenä tehtävänä on välittääyhteiskunnassa tarvittavia tietoja ja taitoja, on etsittävä keinoja, joiden kautta opetus voiomalta osaltaan täyttää tehtävänsä pyrittäessä vastaamaan ilmastonmuutoksesta aiheutuvaanhaasteeseen. Jotta tämä olisi mahdollista, on ensin määritettävä opetuksen tavoite ja ne aiheenkannalta keskeiset tiedot ja taidot, joita opetuksessa pyritään välittämään. Tämän jälkeen onpohdittava, miten näitä tietoja ja taitoja voidaan opettaa ja lopuksi, kun tavoitteet jasuunnitelma ovat valmiina, voidaan siirtyä käytännön toteutukseen. Fysiikan opetuksen roolija tehtävä voidaan määrittää tarkastelemalla aihetta ja opetuksen tavoitteitakokonaisvaltaisesti.Ilmastonmuutoksen todennäköiset vaikutukset ulottuvat tuleviin sukupolviin, eri puolillemaapalloa, eri kansoihin ja eri eliölajeihin. Tieteellinen tieto sisältää tällä hetkellä joitakinepävarmuuksia, mutta jotta todennäköistä ilmastonmuutosta voitaisiin ehkäistä, päätöksiä jatoimia tarvitaan monien mielestä jo nyt. Yhteiskunnan kannalta ilmastonmuutos on seuraustaaikaisemmista päätöksistä, joiden avulla monissa maissa on ainakin osittain onnistuttuparantamaan yleistä hyvinvointia ja monissa köyhissä maissa vastaavanlainen kehitys voipoistaa ainakin joitakin tämänhetkisiä ongelmia. Ilmastonmuutos on vakava uhka monilleeliölajeille ja esimerkiksi monien kehitysmaiden köyhille kansalaisille ilmastonmuutoksenvaikutukset voivat olla ylitsepääsemättömiä. Ilmastonmuutosaihe on olennaisesti yhteydessäenergiantuotantoon, energiankäyttöön sekä polttoaineisiin liittyviin kysymyksiin ja semuodostaa pohjan monille erilaisille näkökulmille, joita näiden kysymysten yhteydessäesitetään. Tästä syystä on tärkeää pyrkiä välittämään realistinen kuva vallitsevastatieteellisestä käsityksestä, tieteellisen tiedon luonteesta sekä tiedon käytöstä erilaistennäkökulmien perusteluna.1

Yhteiskuntien kansalaisten mielipiteet vaikuttavat sekä yhteiskunnissa tehtäviin päätöksiinettä heidän omaan toimintaansa. Tehtyjen päätösten hyvyyteen ja henkilöiden toiminnantarkoituksenmukaisuuteen kokonaisuuden kannalta vaikuttaa näin ollen se, kuinka hyvinkansalaiset osaavat ottaa erilaisia keskeisesti aiheeseen liittyviä seikkoja huomioonmuodostaessaan mielipidettään. Mielipiteen muodostuksessa ja päätösten teossa on yleiseistiottaen hyödyllistä suhtautua erilaisiin näkökulmiin avoimella ja kriittisellä tavalla.Vallitsevien kasvatusihanteiden perusteella opetuksen tavoitteeksi määritellään sellaistentietojen ja taitojen välittäminen, jotka mahdollistavat perustellun mielipiteen muodostamisenopetettavasta yhteiskunnallisesta aiheesta. Koska henkilön muodostamaan mielipiteeseenvaikuttavat keskeisesti hänen tietonsa ja arvonsa, on opetuksessa huomioitava sekä opetuksentiedollista (kognitiivista) puolta että arvokysymyksiin liittyvää kasvatusta (affektiivinen alue).Fysiikan opetuksen tehtävänä on pääosin oppilaiden tiedollisen puolen kehittäminenkeskittyen aiheeseen liittyvään fysikaaliseen tietoon. Jotta opetus voitaisiintarkoituksenmukaisella tavalla suunnata kohti opetuksen yleistä tavoitetta, on myöstarkasteltava aihekokonaisuutta yleisemmin. Mielipiteen muodostamisen kannalta tärkeitäfysiikkaan liittyviä tiedollisen puolen aiheita ovat ilmiöihin ja havaintoihin liittyvienfysikaalisten prosessien olennaisten piirteiden kuvaaminen, tieteellisen tiedon luonne ja käyttöyhteiskunnallisten aiheiden yhteydessä, erilaiset tieteelliset näkökulmat sekä vallitsevatieteellinen käsitys. Perustellun mielipiteen muodostamisen kannalta opetuksessa tuleeyleisesti ottaen huomioida myös aiheeseen liittyvää julkista keskustelua, muita keskeisiävaikuttavia tekijöitä sekä eettisiä ja arvoihin liittyviä kysymyksiä. Jotta ongelmansuuruusluokasta ja kytköksistä voitaisiin saada jonkinlainen käsitys, verrataanilmastonmuutosaihetta muihin globaaleihin ongelmiin.Opetussuunnitelma muodostaa perustan aiheen käsittelemiseksi opetuksessa. Jotta sitävoitaisiin tarvittaesssa kehittää ja toisaalta voitaisiin ymmärtää miksi opetussuunnitelma ontarkoituksenmukainen, tarkastelu aloitetaan määrittelemällä kasvatusfilosofian pohjaltaopetuksen tavoite, käsitellään arvokysymyksiä sekä tieteellisen tiedon luonnetta ja käyttöäyhteiskunnallisten kysymysten yhteydessä. Tämän jälkeen edetään kolmannessa luvussailmastonmuutokseen liittyvien tietojen ja erilaisten näkökulmien kautta neljänteen lukuun,oppimisen ja opetuksen alueelle, jossa toisaalta tarkastellaan opetussuunnitelmaa valitunnäkökulman kautta ja toisaalta aiheen opettamista opetussuunnitelman mukaisesti. Näidenseikkojen perusteella muodostetaan ehdotus aiheen käsittelemiseksi käytännön opetuksessaopetussuunnitelman yleisiä tavoitteita ja sisältöjä yksityiskohtaisemmalla tasolla.2

Tarkastelemalla aihetta kokonaisvaltaisesti huomioidaan vallitsevien kasvatusihanteidennojalla määriteltyä opetuksen tavoitetta; tuodaan esille fysiikan, teknologian ja fysiikanopetuksen mahdollisuuksia, rajoituksia ja roolia ilmastonmuutosaiheen yhteydessä sekäarvioidaan opetussuunnitelman soveltuvuutta aiheen käsittelyyn.2.Yhteiskuntaan ja ympäristöön liittyvät aiheet opetuksessaYhteiskuntaan ja ympäristöön liittyvien aiheiden käsitteleminen opetuksessa yhdistääopetettavien aineiden sisällöt käytäntöön ja yleisempään kokonaisuuteen, jolloin tiedonmerkitys voidaan ymmärtää. Yhteiskunnalliset kysymykset ovat kaikille yhteisiä ja niidenyhteydessä harkitaan yhteisiä valintoja. On selvää, että tämänlaisessa tilanteessa useinesitetään monia erilaisia mielipiteitä ja onkin pohdittava, miten eri näkökulmia voidaankäsitellä opetuksessa. Tieteellistä tietoa käytetään eri tavoilla erilaisten mielipiteidenperusteluina. Tarkastelemalla luonnontieteiden opetuksen yhteydessä eri näkökulmia ja niidenperusteluina esitettyyn tieteelliseen tietoon liittyviä seikkoja, voidaan opetuksella kehittääoppilaiden kykyä harkita erilaisten näkemysten välillä heidän muodostaessaan omaamielipidettään yhteiskunnallisten ja ympäristöön liittyvien aiheiden yhteydessä.2.1 Yhteiskunta ja ympäristö fysiikan opetuksessaEnsimmäinen perustelu yhteiskuntaan ja ympäristöön liittyvien aiheiden käsittelemiseksifysiikan opetuksessa voidaan esittää pohtimalla tavoitteita, joihin opetuksella yleisestipyritään. Yhteiskunnan, kulttuurin ja kasvatusalan suuntauksista riippumatta kasvatus jakoulutustavoitteiden kanssa yhteensopivana voidaan pitää pyrkimystä kehittää yhteiskuntaa”hyvään” suuntaan tai pyrkimystä välittää taitoa tehdä ”hyviä” päätöksiä ja valintoja.Käytännössä asian tekee vaikeaksi tuon ”hyvän” suunnan löytäminen tai valitseminen.Monesti ongelma- tai valintatilanteessa tarjolla olevien vaihtoehtojen lopullinen hyvyyspaljastuu ehkä korkeintaan jälkeenpäin historiantutkijan silmien kautta. Voidaan kuitenkinolettaa, että edustuksellisessa demokratiassa tehtyjen päätösten ja kansalaisten toiminnanhyvyys riippuu olennaisesti siitä, kuinka hyvin tai huonosti kansalaiset, päättäjät javirkamiehet osaavat harkita erilaisia näkökulmia ja niiden tueksi esitettyjä perusteluja. Tämänseikan kannalta opetuksen ja koulutuksen merkitys on oleellisen tärkeä. Näin ollen, mikäli3

jokin yhteiskuntaan ja luontoon liittyvä kysymys nähdään yhteiskunnallisen päätöksenteon jakansalaisten toiminnan kannalta tärkeäksi, sitä on aiheellista käsitellä opetuksessa. Fysiikanopetuksella on monesti oma tärkeä roolinsa tällaisten kysymysten ymmärtämisessä, kutenKaarle ja Riitta Kurki-Suonio mainitsevat: ”Fysikaalinen tieto luonnonilmiöiden yleisistälainalaisuuksista, esimerkiksi energian eri muotoja, niiden muuttumista toisikseen ja niidenvaikutuksia koskeva perustieto, on kuitenkin edellytys ihmisen luontoon kohdistuvienvaikutusmahdollisuuksien ymmärtämiselle. Eikä ilman sitä ole mahdollista osallistuatekniikan vastuuntuntoiseen hyväksikäyttöön tähtääviin pyrkimyksiin” (Kurki-Suonio & al.,1994 : s. 57).Toinen perustelu tällaisten asioiden käsittelemiseksi fysiikan opetuksessa liittyy oppilaidenmotivaation mahdolliseen lisääntymiseen heidän löytäessään fysiikan ilmiöidenymmärtämisen tarkoituksen. Vaikka osa oppilaista todennäköisesti kokee fysiikan sinänsämielenkiintoiseksi, saattaa moni mielessään pohtia, mitä hyötyä opeteltavista asioista on jamiksi käyttää aikaa ja tarmoa näiden asioiden opettelemiseen. Lee ja Erdogan ovat tutkineettilastollisia menetelmiä käyttäen opetuskokeilussa tieteeseen, teknologiaan ja yhteiskuntaan(Science-Technology-Society, STS) liittyvän aiheen vaikutusta oppilaiden asennoitumiseenluonnontieteen opetusta kohtaan (attitude toward science) ja luovuuden kehittymiseenKoreassa. Tutkimuksessa havaittiin, että kun opetukseen sisällytettiin STS-mallin mukaistaopetusta, oppilaiden asennoituminen luonnontieteen opetusta kohtaan parani merkittävästiverrattuna kontrolliryhmään, jota opetettiin perinteisillä menetelmillä. STS-mallin opetustasaaneet oppilaat myös kehittyivät tietyillä luovuuden alueilla kontrolliryhmiä paremmin. (Lee,Erdogan, 2007) On mahdollista, että kulttuuriset tekijät voivat vaikuttaa tässä yhteydessä,esimerkiksi Korealaisessa kulttuurissa teknologiaa kohtaan vallitsevan arvostuksen myötä,joten on tarkasteltava vastaavanlaisen opetuksen vaikutuksia myös muualla. Waltner, Wiesnerja Rachel ovat kehittäneet kontekstiin perustuvan opetusmenetelmän, jossa tarkastellaan kalanliikkeeseen liittyvää fysiikkaa. He ovat suunnitelleet menetelmänsä Colicchian biologiaan jalääketieteeseen perustuvan käytännössä kokeillun opetusmenetelmän pohjalta. Waltnerin ym.mukaan Colicchian kokeilussa havaittiin, että kontekstia hyödyntävät kurssit olivat oppilaidenja opettajien mielestä merkittävästi kiinnostavampia kuin perinteisesti opetetut kurssit.(Waltner, Wiesner, Rachel, 2007) Jari Lavosen mukaan kansainvälisessä ROSEkyselytutkimuksessa on havaittu, että tärkeimmät syyt fysiikan kurssien valitsemiseen ovatmerkitys tulevan kannalta (jatko-opiskelu tai ammatti), aineen merkityksen ymmärtäminensekä mielenkiinto. (Lavonen, 2007). Voidaan olettaa, että nämä tekijät ovat osittain4

yhteydessä toisiinsa: osaltaan aineen merkityksen ymmärtäminen lisää mielenkiintoa,mielenkiinto taas on välttämätön osatekijä sen suhteen, että henkilö haluaa suuntautua kohtiaineen jatko-opintoja tai ammattiin, jossa aineen tietojen hallinta on olennaisen tärkeä osaammattitaitoa. Liittämällä opetuksessa tietoja fysiikan ilmiöistä keskeiseen yhteiskunnalliseenaiheeseen tai ongelmaan, oppilaiden motivaatio opiskella fysiikkaa kasvaa, sillä näin heymmärtävät, miksi fysiikan tunnilla opetetut tiedot ovat hyödyllisiä. Tietojen oppiminen ontarpeellista yleisesti, jotta asioita voidaan pyrkiä tarpeen vaatiessa kehittämään ja ongelmiaratkaisemaan. Tietojen oppiminen on hyödyllistä yksilön kannalta, sillä vain hallitsemallatarvittavat perustiedot hän pystyy muodostamaan perustellusti oman mielipiteensä asiasta,ymmärtämään asiasta käytävää keskustelua, muuttamaan tarvittaessa käyttäytymistään jaosallistumaan kehittävällä tavalla yhteiskunnalliseen päätöksentekoon. Motivaationlisääntyminen tietysti edellyttää, että oppilas kokee ongelman tai aiheen tärkeäksi.Yhteenvetona esitetyistä perusteluista esitetään kaksi väitelausetta:1. Opetuksen tulee palvella yhteiskuntaa pyrkimällä vastaamaan keskeisiinyhteiskunnallisiin kysymyksiin ja ongelmiin. Fysiikan kohdalla tämä tarkoittaa, ettäjos asian ymmärrys vaatii fysiikan tietojen ymmärtämistä, opetuksen tulee tarjotatällaisia tietoja.2. Kun opetus pyrkii vastaamaan näihin haasteisiin liittämällä fysiikan tiedot kyseessäolevaan yhteiskunnalliseen aiheeseen, oppilaat voivat ymmärtää, miksi opetettavatasiat ovat tärkeitä.Jotta opetuksessa voitaisiin käsitellä yhteiskuntaan ja ympäristöön liittyvää aihetta, onmääriteltävä aiheen kannalta tarkoituksenmukainen opetuksen tavoite; on määritettävä neasiat, jotka tavoitteen saavuttamiseksi pyritään opetuksessa välittämään ja on valittavaopetusmenetelmät, joiden avulla asioita pyritään opettamaan. Opetuksen suunnittelun tuleeperustua opetussunnitelmaan. Jotta opetussuunnitelmaa voidaan toisaalta tarvittaessa kehittääja toisaalta voidaan ymmärtää, mitkä opetussuunnitelman tavoitteet ja sisällöt ovat aiheenkannalta tarkoituksenmukaisia, tarkastellaan edellä mainittuja seikkoja aluksikasvatusfilosofian näkökulmasta.5

2.2 Opetuksen tavoite yhteiskuntaan ja ympäristöön liittyvässä aiheessa: sellaistentietojen ja taitojen tarjoaminen, joiden avulla perustellun mielipiteen muodostaminenon mahdollistaRyhdyttäessä suunnittelemaan toimintaa, on ensimmäiseksi määriteltävä tavoite, johonpyritään. Tämä on tärkein vaihe, sillä kaiken muun hyödyllisyys riippuu siitä, kuinkatarkoituksenmukaisesti tavoite on valittu. Yhteiskuntaan ja ympäristöön liittyvässä aiheessaopetuksen tavoite määritellään seuraavasti. Bruno Latour pohtii teoksessaan Politics of Natureyhteiskunnallista päätöksentekoa luontoon ja luonnontieteisiin liittyvissä kysymyksissä.Hänen ehdottamassaan päätöksentekomallissa keskeisenä piirteenä on pikemminkin erilaistenvaihtoehtojen ja perusteluiden kriittinen harkinta, kuin erilaisten näkemysten välinen kilpailu,jossa tiedettä käytetään argumenttina muita näkemyksiä vastaan. (Latour, 2004: 221-235)Latourin ajattelussa eräänä käsiteltävän aiheen kannalta arvokkaana piirteenä on tieteellisentiedon käyttö kriittisesti perustellen tavoitteena päästä tällä tavoin mahdollisimman hyväänratkaisuun, jossa erilaiset näkemykset otetaan huomioon. Tällaisessa tieteellisen tiedonkäytössä on tärkeää, että osapuolilla on mahdollisimman hyvä käsitys aiheeseen keskeisestiliittyvästä luonnontieteellisestä tiedosta, jotta sen avulla voidaan realistisesti arvioida erivaihtoehtoja ja esitettyjä perusteluita. Yksittäisen kansalaisen näkökulmasta tämän kaltainenasioiden harkinta on vastaavalla tavalla hyödyllinen mahdollisimman hyvin perustellunmielipiteen muodostuksessa. Kurki-Suoniot mm. esittävät opetuksen tavoitteiden jasuunnittelun perustuvan ”kulloinkin vallitseviin poliittisesti ja yhteiskunnallisestihyväksyttyihin ja tarkoituksenmukaisiin arvoihin.” (Kurki-Suonio & al. 1994 : 30). TapioPuolimatka käsittelee teoksessaan Opetusta vai indoktrinaatiota länsimaiseen kasvatukseenliittyviä ihanteita ja arvoja. Älyllisen vapauden ihanne kiinnittää huomion asioiden kriittiseenarviointiin. Tämän ihanteen mukaan tärkeäksi nähdään ”kasvatus, joka kehittäisikasvatettavissa kykyä itsenäisesti arvioida asioita”. Rationaalisuuden ja autonomian ihanteetliittyvät käytettäviin opetusmenetelmiin. Puolimatka mainitsee, että rationaalisen ihanteenmukaan ”käsitysten pätevyys riippuu pelkästään niiden puolesta esitettävien perustelujenrationaalisesta voimasta”. Autonomian ihanteessa olennaista on, että ”ihminen pystyyitsenäisesti arvioimaan hänelle esitettävien käsitysten pätevyyden ja kykenee itsenäisestiohjaamaan elämäänsä ja tekemään sen kannalta ratkaisevat päätökset”. Kriittisen avoimuudenihanteen avulla voidaan kiinnittää huomio opetuksen lopputulokseen. On tärkeää, ettäopetuksen seurauksena oppilaat omaksuvat sellaiset älylliset ja henkiset valmiudet, joidenavulla he voivat arvioida heille opetettuja asioita avoimessa vuorovaikutuksessa koko6

kulttuurin kanssa. Mikäli opetuksessa käsitellään erilaisia poliittisia tai moraalisia käsityksiä,Puolimatka ehdottaa perustellen, että opetuksen tulee olla luonteeltaan esittelevää javertailevaa. (Puolimatka, 1997: 52–55) Näiden ajatusten pohjalta yhteiskuntaan ja luontoonliittyvässä kysymyksessä opetuksen tavoitteeksi asetetaan sellaisten tietojen ja taitojenopettaminen, jotka mahdollistavat perustellun mielipiteen muodostamisen kyseessä olevastaasiasta.Jotta tavoitteeseen voidaan pyrkiä, on seuraavaksi pyrittävä määrittämään, minkälaisia tietojaja taitoja perustellun mielipiteen muodostamiseksi tarvitaan ja mitä asioita tulee huomioidaopetuksessa, jotta tavoitteeseen pyrkiminen olisi mahdollista. Tässä luvussa kysymystätarkastellaan yleisesti yhteiskuntaan ja ympäristöön liittyvän aiheen kannalta ja seuraavassaluvussa pyritään määrittämään tämän luvun tarkastelun nojalla tavoitteen kannalta olennaisiailmastonmuutokseen liittyviä tietoja.2.3 Opetuksen sisältöOpetuksessa välitettävä sisältö on valittava siten, että se palvelee opetuksen tavoitetta.Seuraavassa tarkastelussa tuodaan tarkemmin esille sisältöön liittyviä seikkoja, joitayhteiskuntaan ja ympäristöön liittyvän aiheen opetuksessa tulee huomioida, jotta opetuksessavoidaan pyrkiä edellä asetettuun opetuksen tavoitteeseen. Puolimatkan mukaan opetussisältöjätulee lähestyä vaihtoehtoisista näkökulmista, vaikka opetuksessa puolustetaankin parhaitenperusteltua näkemystä. Vaihtoehdoista valitaan perusteluiden avulla se, jota nykytietämyksenvalossa pidetään oikeana. (Puolimatka, 1997 : 341-342) Joissakin asioissa ei kuitenkaan olevälttämättä yksinkertaista parhaiten perusteltua näkemystä. Tällöin on tyydyttävä esittelemäänerilaisia vaihtoehtoja, näkökulmia ja niiden tueksi esitettyjä perusteluja. Esimerkiksi kysymyssiitä, millä vaihtoehtoisella energiantuotantotavalla öljy- ja hiilivoimalat tulisi tulevaisuudessakorvata, on tällainen asia. Puolimatkan mukaan näkemyksen sisältö ja sen oikeuttava rakennetulisi pyrkiä erottamaan toisistaan. (Puolimatka, 1997 : 342) Tästä syystä on aiheellistakäsitellä myöhemmin lähdekirjallisuuden nojalla tieteellisen tiedon syntymistä ja käyttöäyhteiskunnallisissa kysymyksissä, jotta esimerkin kaltaisia asioita olisi mahdollista pyrkiärealistisesti arvioimaan. Puolimatkan mukaan huomiota tulee kiinnittää perusteluidenrationaalisuuteen. (Puolimatka, 1997 : 342) Erilaisiin näkökulmiin saattaa liittyä mielikuvia,erilaisia tunnelatauksia ja taustalla saattaa vaikuttaa muita tekijöitä, kuten esimerkiksitaloudellisia tai valtapolitiikkaan liittyviä asioita. On siis pyrittävä rationaalisesti arvioimaan7

eri vaihtoehtoja ja mahdollisesti erilaisista katsantokannoista aiheutuvia näkemyseroja.Esimerkkinä voidaan ajatella kysymystä siitä, missä määrin ydinvoimalla pyritäänkorvaamaan fossiilisia polttoaineita. Tähän kysymykseen liittyen voidaan toisaalta ajatella,että ydinvoima on suhteellisen luontoystävällistä, mikäli loppusijoituksesta on huolehdittu.Toisaalta taas voidaan sanoa, että ydinjäte säilyy aktiivisena pitkän ajan, eikä voida olla täysinvarmoja, että tulevaisuudessa loppusijoituspaikka on turvallinen. Käsittelemällä erilaisianäkökulmia rationaalisin perustein, oppilas voi arvioida niitä ja pyrkiä muodostamaanperustellun mielipiteen käsitellystä asiasta. Koska opetuksella on omat rajoituksensa mm.ajankäytön suhteen, ei kaikkia aiheeseen liittyviä yksityiskohtia ole mahdollista käsitellä.Tästä syystä on aiheellista liittää fysiikan perustiedot käsiteltävään yhteiskunnalliseen asiaanja opettaa oppilaita etsimään tietoa ja arvioimaan erilaisia näkemyksiä. Puolimatkan mukaanopetettavaa aihetta on pyrittävä liittämään kokonaisvaltaisiin tietorakenteisiin. (Puolimatka,1997 : 342) Tässä yhteydessä tulee ottaa huomioon, mitkä asiat keskeisesti liittyvät kyseessäolevaan opetettavaan aiheeseen. Luonnollisesti on syytä pyrkiä antamaan mahdollisimmanrealistinen kuva kokonaisuudesta, johon aihe liittyy. Kuitenkaan kovin yksityiskohtainenasioiden läpikäyminen ei todennäköisesti ole mahdollista eikä edes tarkoituksenmukaista.Mielipiteen muodostamisen kannalta on riittävää, että henkilö tietää, mitkä ovat aiheeseenkeskeisesti vaikuttavia seikkoja ja tuntee seikkojen väliset riippuvuussuhteet. Liianyksityiskohtainen käsittely saattaa hämärtää kokonaiskuvan muodostumista. Tästä syystä onaiheellista keskittyä perusteltuun yleisempään kuvaan ja opettaa yksityiskohtien sijaan tiedonhankinnan ja tulkinnan taitoja sekä tietoja asiaan liittyvistä fysiikan perusilmiöistä. Jottakäsiteltävän aiheen asemaa ja riippuvuussuhteita muihin asioihin voidaan arvioida, onaiheellista suhteuttaa sitä kokonaisuuteen. Esimerkiksi ilmastonmuutosta voidaan luonnehtiahyvin vakavaksi ongelmaksi, mutta on muistettava, että sekä yhteiskuntien, yksilöiden ettäluonnon kannalta on olemassa myös muita globaaleja ongelmia. Esittämällä ja vertaamallaerilaisia ongelmia ja niiden välisiä suhteita sopivilla tavoilla voidaan pyrkiä hahmottamaanongelmien suuruutta ja saada jonkinlainen kuva mahdollisista eri ongelmien välisistäyhteyksistä. Esimerkiksi ilmastonmuutoksen vaikutukset eivät rikkaissa maissa tunnu kovinhuolestuttavilta, sillä näillä mailla ja niiden kansalaisilla on hyvät mahdollisuudet sopeutuamuutoksiin. Sen sijaan köyhien maiden ja köyhien kansalaisten mahdollisuudet sopeutua ovatoleellisesti huonommat. Lisäksi on huomioitava kehitysmaissa olevia muita ongelmia, jottavoitaisiin pyrkiä ymmärtämään minkälaiseen kokonaisuuteen ilmastonmuutoksen vaikutuksetkehitysmaissa elävien kansalaisten kannalta kuuluvat. Tällä tavalla suhteuttamalla asioitatoisiinsa oppilaan kuva asiasta suhteutuu kokonaisuuteen ja hänen on mahdollista muodostaa8

asiasta perustellumpi mielipide. Tiivistettynä edellisestä ehdotan, että aihetta tulee käsitellävertaillen eri näkemyksiä kiinnittäen huomiota rationaalisiin perusteisiin sekä tieteellisentiedon luonteeseen. Asiayhteyksiä tulee tuoda esille ja aihetta tulee suhteuttaa kokonaisuuteensiten, että opetuksessa tarjotaan luotettavaa perustietoa ja oppilasta ohjataan hakemaanyksityiskohtaisempaa tietoa ja tulkitsemaan sitä.2.4 OpetusmenetelmätJotta opetettavat asiat voidaan pyrkiä välittämään opetuksen tavoitteen kannaltatarkoituksenmukaisella tavalla, on kiinnitettävä huomiota opetusmenetelmiin. Seuraavassatarkastelen seikkoja, joihin tulee kiinnittää huomiota opetusmenetelmien valinnan yhteydessä,jotta yhteiskuntaan ja luontoon liittyvän aiheen opetuksessa voitaisiin pyrkiä edellämääriteltyyn opetuksen tavoitteeseen. Puolimatkan mukaan on oleellista, että oppilas pystyykäyttämään opetusta vastaanottaessaan riittävästi rationaalista harkintaa ja hänen omaehtoinenrationaalisuutensa pääsee kehittymään. (Puolimatka, 1997 : 212) Perustellun mielipiteenmuodostuksessa tarvitaan sekä faktatietoja että taitoja arvioida erilaisia näkökulmia.Opetusmenetelmien valinnassa on otettava huomioon tämä tasapaino faktojen ja pohdinnanvälillä ja pyrittävä käsittelemään molempia sopivassa suhteessa. Puolimatkan mukaanhuomiota tulee kiinnittää siihen, että opetus edistää oppilaan älyllisten, sosiaalisten,moraalisten ja esteettisten hyveiden kehittymistä. Opetuksen tulee siis ottaa huomioonoppilaan monipuolinen kehittyminen, sillä tiedolliset valmiudet eivät toimi irrallaan yleisistähenkisistä valmiuksista (Puolimatka, 1997 : 212, 343) Tässä yhteydessä on hyödyllistätarkastella Cagen ja Berlinerin esittämää Maslown tarvehierarkiaa.9

Itsen toteuttaminen: kaikkientarpeiden kehittyminen ja kykyjenhyödyntäminenEsteettiset tarpeet:järjestyksen jatasapuolisuudenarvostaminen, empatiaYmmärtämisen tarveTiedon tarveTunnustuksen tarveRyhmään kuulumisen tarveTurvallisuuden tuntemisentarveSelviytymiseen liittyvättarpeetKuva 2.1: Maslown tarvehierarkia (Cage, Berliner, 1992 : 333-334), alkuperäislähde: Maslow (1954), jota Root(1970) on muokannut.Maslown ajattelun mukaan yksilön tarpeet voidaan luokitella hierarkiseen järjestykseen.Hänen mukaansa ylemmän tason tarpeiden kehittymiseksi alemman tason tarpeiden on tultavatyydytetyiksi. Esimerkiksi ennen kuin oppilaalle voi kehittyä tarve oppia asioita, hänen onvoitava tuntea olonsa turvalliseksi ja hyväksytyksi. Ylimmillä tasoilla tavoitehierarkiassa ovatymmärtämisen ja esteettisyyden tarpeet sekä korkeimpana yksilön minän toteuttaminen (selfactualization). Cagen ja Berlinerin mukaan korkeimmalla tasolla yksilöä motivoivia tarpeitaovat tarve olla avoin, ei puolustautuva; tarve välittää muista ja itsestä, välttää aggressiota jamanipulointia; tarve toimia eettisesti ja moraalisesti oikeaksi näkemällään tavallayhteiskunnassa; tarve ilmaista autonomiaa ja luovuutta sekä tarve olla spontaanivuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa. (Cage & al., 1992 : 332-334) Näiden tavoitteidenvoidaan ajatella olevan samanlaisia kuin Puolimatkan mainitsemat hyveet, joita opetuksen10

tulisi edistää. Jotta olisi mahdollista tukea oppilaan kehitystä tarvehierarkian kannalta, onhyödyllistä kiinnittää huomiota siihen, että valitut opetusmenetelmät mahdollistavat myöstarvehierarkian alempien tarpeiden toteutumisen. Esimerkiksi pyrkiessään huomioimaanoppilaan alemman tason tarvetta tulla hyväksytyksi, opettaja voi valita sellaisiaopetusmenetelmiä, jotka edistävät myös oppilaiden sosiaalista kehitystä.2.5 Oppilaan autonomia ja opettajan auktoriteettiasemaOpettajalla on kokonaisnäkemys kasvatuksesta ja opetettavista asioista. Tämän näkemyksenja auktoriteetin avulla hän ohjaa oppilaiden oppimista toivottuun suuntaan.Auktoriteettiaseman käytössä on kuitenkin huomioitava seuraavassa tarkastelussa esitettyjäseikkoja. Puolimatka tarkastelee avointa ja nimetöntä vallankäyttöä seuraavasti. Avoimessavallankäytössä säännöt ja rangaistukset on ilmoitettu selkeästi, kun taas nimettömässävallankäytössä oppilas ei ole välttämättä selvillä siitä, mikä on kiellettyä ja mitä ei-toivotustakäyttäytymisestä seuraa. Avoimen vallankäytön säännöt ovat ymmärrettävissä, niiden kanssavoidaan olla eri mieltä ja niitä voidaan kritisoida. Nimetön vallankäyttö toimii vaikuttaenoppilaiden tunteisiin ja oppilaan voi olla vaikea havaita, miten häneen yritetään vaikuttaa.Esimerkiksi henkilön A käyttäytyessä henkilön B mielestä epätoivotulla tavalla tai esittämällävirheellisesti perusteltuja, perustelemattomia tai B:n mielestä vääränlaisia mielipiteitä, voi Bleimata A:n käyttäytymisen poikkeavaksi ja oudoksi. Näin A voi pelätä joutuvansaulkopuoliseksi ja hän joutuu muuttamaan toimintaansa tai mielipidettään tai ainakinvaikenemaan mielipiteestään. Tällä tavalla nimetön vallankäyttö voi toimia, vaikka kukaan eivarsinaisesti ole kieltänyt A:n toimintaa. (Puolimatka, 1997 : 260-261) Näin nimettömällävallankäytölla on vaikutusta myös mielipiteen muodostamiseen, siten että sen arvostaminenvähentää rationaalista harkintaa ja yksilöiden mahdollisuutta tuoda esille omia mielipiteitään.Opettajan malli antaa oppilaille esimerkin hyväksyttävästä ja arvostettavasta vallankäytöstä,joten opettajan tulisi pyrkiä käyttämään valtaa avoimella tavalla. Puolimatka esittelee erilaisiamääritelmiä autonomian käsitteelle (Puolimatka, 1994 : 278-279). Yhteinen piirre näissäkaikissa määritelmissä on, että yksilö ohjaa itse omaa toimintaansa oman rationaalisenajattelunsa ja arvojensa mukaisesti eikä ole liian helposti muiden ohjailtavissa. Näin ajateltunaautonomia ei tarkoita täydellistä riippumattomuutta muista ihmisistä tai arvoista.Hakkarainen, Lonka ja Lipponen käsittelevät oppimista teoksessa Tutkiva oppiminen. Heesittelevät Vygotskin ajatuksia, joiden mukaan ihmisen älykäs toiminta on luonteeltaansosiaalisesti välittynyttä (Hakkarainen & al., 2001 : 122-124). Ihmisen toiminnan11

kehittyminen vaatii ajattelun ja arvojen kehittymistä. Näiden kehittyminen puolestaantodennäköisesti hyötyy positiivisesta vuorovaikutuksesta muiden ihmisten kanssa sekävertailevasta tutustumisesta erilaisiin kulttuurissa vallitseviin arvoihin. Toisaalta tietynlainenvuorovaikutus ja tietynlaiset arvot saattavat vähentää autonomiaa. Tämänkin aiheen kannaltaavoin ja kriittinen asioiden omaksuminen on todennäkösesti yksilön kannalta hedelmällistä.Opettajan ohjaama oppilaiden välinen yhteistyö voi tukea oikealla tavalla oppilaidensosiaalista ja autonomista kehitystä. Asetetun opetuksen tavoitteen kannalta autonomia ontärkeä työväline yksilön oman perustellun mielipiteen muodostamisessa. Autonomisestiajatteleva ja toimiva henkilö pystyy arvioimaan tarvittaessa kriittisestikin yleisen mielipiteentueksi esitettyjä perusteluja ja voi osallistua kehittävällä tavalla mielipiteiden vaihtoon.Opetuksen tavoitteena on, että opetuksen loppuvaiheessa oppilas ei enää tarvitse opettajantukea. Hakkarainen, Lonka ja Lipponen mainitsevat Vygotskyn ajatuksen lähikehityksenvyöhykkeestä: ”Yksilön toiminnan ohjaaminen ja organisoiminen voi luoda yksilöntoiminnalle eräänlaisen tuen, jonka varassa hän pystyy toteuttamaan vaativampia tehtäviä kuinhänelle muutoin olisi mahdollista…Opettamisen ja ohjaamisen tulisi myös auttaa opiskelijaasisäistämään kyseiset prosessit niin, että niistä tulee asteittain osa hänen omaa itsenäistätoimintaansa”. (Hakkarainen & al., 2001 :155-156). Opettaja voi esimerkiksi aluksi ohjataoppilasta ajattelemaan asioita erilaisista näkökulmista tai ohjata oppilasta arvioimaanesitettyjen perustelujen pätevyyttä erilaisten lähteiden avulla, kun oppilas ei vielä itsenäisestihallitse tällaisia ajattelu- ja työskentelytapoja. Tavoitteena kuitenkin on, että myöhemmässävaiheessa oppilas omaksuu tiedot, taidot ja ajattelutavat ja tarvittaessa käyttääkin niitäymmärtäessään niiden hyödyllisyyden ja tarpeellisuuden. Opettajan auktoriteetti ei tällätavoin vähennä oppilaan autonomiaa, vaan toimii sen kehittymisen tukena. Opettajantarjoaman opetuksen lisäksi myös esimerkiksi toverien kanssa käytävä oikeanlainenkeskustelu tai yhteistyö todennäköisesti mahdollistaa tämän tyyppisen oppimisen.Yhteenvetona edellisestä voidaan todeta, että autonomia nähdään tärkeänä tekijänä henkilönoman mielipiteen muodostuksessa ja opettajan auktoriteetti mahdollistaa oikealla tavallakäytettynä oppilaan autonomian kehityksen tukemisen.2.6 Ennakoitava oppimistulosJotta opetus voisi käytännössä tuottaa toivotunkaltaisen oppimistuloksen, on opettajanpyrittävä ennakoimaan opetuksen todennäköisiä vaikutuksia. Ei riitä, että opetus tarjoaakiinnostuneille oppilaille mahdollisuuden oppia tarvittavia tietoja ja taitoja, vaan opettajan on12

mahdollisuuksien mukaan pyrittävä siihen, että opetuksen lopputuloksena kaikki oppilaathallitsevat tavoitteen kannalta riittävät perustiedot ja -taidot. On tietysti oltava realistinenopettajan vaikutusmahdollisuuksien suhteen. Hyvin vastahakoiselle oppilaalle voi olla vaikeaaopettaa asioita. Kuitenkin hyvänä pyrkimyksenä tulisi pitää sitä, että yritetään löytää keinoja,joiden avulla voidaan päästä jokaisen oppilaan kohdalla mahdollisimman hyväänlopputulokseen sekä tiedollisen puolen, että arvoihin liittyvän kasvatuksen suhteen.Puolimatkan mukaan varsinaisen opetuksen lisäksi opettajan tulee pyrkiä ennakoimaanoppimistulosta ja opetuksen piilo-opetussuunnitelmaa (Puolimatka, 1997: 215-219). Vaikkaopetus tarjoaisikin oppilaille hyödyllisiä tietoja ja taitoja perustellun mielipiteenmuodostamiseen, on mahdollista, että oppilas ei omaksu näitä asioita, tai omaksuu selvästivirheellisiä tietoja tai tehottomia tomintamalleja. Esimerkiksi oppilas saattaa olla usein poissatunnilta tai ei seuraa opetusta ja pyrkii pääsemään kurssilta lävitse pänttäämällä asiatietoakokeen lähestyessä, jolloin on hyvin mahdollista, että oppilas ei opi arvioimaan kriittisestiopeteltavia asioita tai saa käsiteltävästä asiasta liian yksinkertaistetun kuvan. Tässäesimerkissä viitataan sellaisiin asioihin, jotka eivät välttämättä ole yksikäsitteisiä, kutenesimerkiksi eri energiantuotantotapojen hyvien ja huonojen puolien arvioiminen ja erilaistennäkökulmien ymmärtäminen. Esimerkin tapauksessa opettaja voi pyrkiä vähentämäänpoissaoloja pitämällä niistä kirjaa ja ilmoittamalla tarvittaessa oppilaan vanhemmille tailaatimalla koekysymykset sillä tavoin, että ne mittaavat myös laajempaa tietämystä kuin vainyksittäisten asioiden muistamista ja ilmoittamalla oppilaille tästä etukäteen. Luonnollisestiopettajan mahdollisuudet vaikuttaa tämänlaisiin asioihin ovat rajoitetut. Ennakoitavaanoppimistulokseen tulee kuitenkin mahdollisuuksien mukaan kiinnittää huomiota.2.7 Arvojen ja tiedon merkitys mielipiteen muodostamisessaKoska yhteiskuntaan ja ympäristöön liittyvän aiheen yhteydessä opetuksen tavoitteeksiasetettiin sellaisten tietojen ja taitojen välittäminen, joiden avulla perustellun mielipiteenmuodostaminen on mahdollista, on tarkasteltava niitä tekijöitä, jotka vaikuttavat henkilönmielipiteeseen. Martin Patchen tarkastelee henkilöiden mielipiteen muodostukseen jakäyttäytymiseen vaikuttavia tekijöitä ilmastonmuutokseen liittyen. Hänen muotoilemansamalli jäsentää tähän aihepiiriin liittyvää tehtyä tutkimusta13

Kuva 2.2: Ilmastonmuutokseen liittyvän tilanteen arviointiin ja henkilön käyttäytymiseen vaikuttavia tekijöitähahmottava malli. (Patchen, 2006)Patchenin mallissa tilanteen arvioimiseen vaikuttavia yksilön henkilökohtaisia ominaisuuksia(personal characteristics) ovat tieto, arvot ja demografia (ikä, sukupuoli, koulutustaso jne.).On luonnollista olettaa, että tiedon lisääntyessä henkilön arvio ja mielipide saattavat muuttua.Tietämyksen tason onkin tutkimuksissa havaittu vaikuttavan yksilön muodostamaanmielipiteeseen ilmastonmuutokseen liittyvissä kysymyksissä. Toisaalta Patchenin mukaanHarriet Bulkeleyn tekemässä tutkimuksessa havaittiin, että sosiaaliset tekijät saattavatvaikuttaa ihmisten käyttäytymiseen enemmän kuin heidän tietonsa. (Patchen, 2006: 23-25,Bulkeley 2000: 313-333) Tutkimuksissa on myös osoitettu yksilön arvojen vaikuttavan hänenmielipiteeseensä ja käyttäytymiseensä ilmastonmuutokseen liittyvissä kysymyksissä. Tässäarvoilla tarkoitetaan yksilön muodostamaa käsitystä erilaisten vaikutusten toivottavuudesta.On huomattavaa, että vaikka arvot saattavat perustua esimerkiksi johonkin filosofiseen taiuskonnolliseen perinteeseen, ihmiset ovat muodostaneet erilaisia arvoja nojautuenajattelussaan samaan perinteeseen. (Patchen, 2006: 25-30) Koska sekä tieto että arvot ovatkeskeisiä mielipiteen muodostamiseen vaikuttavia yksilön ominaisuuksia, on aiheellistakäsitellä näitä molempia alueita opetuksessa.2.8 Arvot ja eettiset kysymyksetHenkilön arvoihin liittyvät ajatukset ovat subjektiivisia. Se, mitä kukin arvostaa, riippuu14

hänen omasta harkinnastaan. Tämä tekee arvokysymysten käsittelystä tiedollisten asioidenopettamista vaikeampaa ja saattaisi olla houkuttelevaa jättää tällaisten kysymysten käsittelykokonaan pois opetuksesta. Jos käsiteltävään asiaan kuitenkin selvästi liittyy eettisiäkysymyksiä, voi niiden käsittelemättä jättäminen antaa oppilaalle käsityksen, että tällaisiakysymyksiä tai niiden pohtimista ei pidetä tärkeänä. Kysymyksiä olisi siis hyvä jollakintavalla käsitellä, mutta niiden käsitteleminen ei ole yksinkertaista. Puolimatkan mukaanvoidaan sanoa, että kaikkein keskeisimmistä moraalisista periaatteista vallitsee lähestäydellinen yksimielisyys. Lause ”On moraalisesti väärin tuottaa ihmiselle tarpeetontakärsimystä” on esimerkki tällaisesta periaatteesta (Puolimatka, 1997 : 84,126). Jos yleisestihyväksyttyjä moraalisia periaatteita ja niihin perustuvaa harkintaa pyritään välittämäänopetuksessa, on harkittava, miten tämä voidaan toteuttaa. Puolimatka mainitsee, että vaikkaerään näkemyksen mukaan kritisoidaankin moraalisten uskomusten opettamista totuutena,hyväksytään tällöinkin kuitenkin sellainen opetus, jossa yksilöitä pyritään mukauttamaanyhteiskunnassa vallitseviin sääntöihin, koska se on yhteiskunnan järjestäytyneen toiminnanedellytyksiä (Puolimatka, 1997 : 83). Puolimatkan mukaan Airaksinen kritisoi tämänlaistaulkopuolelta asetettuihin sääntöihin mukautumiseen tähtäävää moraaliopetusta, sillä aitomoraali perustuu henkilökohtaiseen vastuuseen ja yksilön järkiperäisiin valintoihin(Puolimatka, 1997 : 123). Näiden kahden näkökulman synteesinä ehdotan, että eettistenkysymysten harkinta ja huomioon ottaminen mielipiteen muodostuksessa ja päätösten teossanähdään sellaisena tärkeänä tekijänä, jonka huomioiminen tuottaa parempia päätöksiä. Näineettisten kysymysten harkinta ja huomioon ottaminen nähdään samanlaisena yksilöille,yhteiskunnille ja luonnolle hyvinvointia tuottavana tekijänä, kuin esimerkiksiluonnontieteellisen tiedon, taloudellisten asioiden tai historian tuntemuksen hyödyntäminenpäätöstenteossa. Yhteenvetona edellisestä voidaan esittää perusteltu ehdotus arvojen jaeettisten kysymysten käsittelemiseksi opetuksessa yhteiskuntaan ja luontoon liittyvän aiheenyhteydessä: mikäli käsiteltävään yhteiskunnalliseen aiheeseen liittyy eettisiä ja arvoihinliittyviä näkökulmia, niitä on pyrittävä huomioimaan sellaisella opetuksella, joka perustuuyleisesti hyväksyttyihin moraalisiin periaatteisiin ja jonka tavoitteena on välittää näkemyseettisten kysymysten merkityksestä mielipiteen muodostamisessa yksilöille, yhteiskunnille jaluonnolle hyvinvointia tuottavana tekijänä. Näin opetuksessa kiinnitetään huomio siihen, ettänäitäkin kysymyksiä on tärkeää huomioida päätöksiä ja valintoja tehtäessä, mutta oppilaille eitarjota niihin valmiita vastauksia.15

2.9 Tieteellinen tietoTieteessä käsitykset saattavat muuttua uusien tutkimustulosten myötä, eri tieteilijöillä voi ollaerilaisia näkemyksiä samasta aiheesta ja toisaalta tieteen ulkopuolella erilaisia näkökulmiavoidaan perustella käyttämällä tieteellistä tietoa eri tavoin. Perinteisen tiedonvälityksen lisäksikansalaiset voivat tutustua erilaisiin näkemyksiin ja käsityksiin myös internetin välityksellä,jonka välityksellä lähes kenen tahansa on mahdollista esittää omia käsityksiä ja mielipiteitä.Kun eri lähteistä löytyvään tiedon ja näkemysten paljouteen vielä lisätään erilaistenväärinkäsitysten ja muiden syiden aiheuttamat vääristymät esitettyihin tietoihin, on selvää,että erilaisia ja eri tavoilla perusteltuja näkemyksiä voidaan löytää lähes asiasta kuin asiasta.Koska asetetun opetuksen tavoitteen mukaan opetuksen tulisi tarjota tietoja ja taitoja, jotkamahdollistavat perustellun mielipiteen muodostamisen käsiteltävästä yhteiskunnallisestaasiasta, hahmotellaan seuraavaksi kuvaa tieteellisen tiedon syntymisestä ja käytöstä, jottaopetuksessa voitaisiin pyrkiä antamaan realistinen kuva näistä asioista.Kuva 2.3: Tieteellisen tiedon käyttö yhteiskunnassa oppilaan näkökulmasta.16

Kuva 2.4: Tieteellisen tiedon käyttö yhteiskunnassa kansalaisen näkökulmasta.Edellä olevissa kuvissa on hahmoteltu tilannetta, jonka oppilas tai kansalainen kohtaapyrkiessään muodostamaan käsityksen yhteiskunnallisesta asiasta. Opetuksen piirissä olevahenkilö voi saada tietoa mm. opetuksen, tiedotusvälineiden ja internetin kautta. Opetus pyrkiivälittämään tieteellistä tietoa, jota tiedeyhteisö puolestaan tuottaa. Tiedeyhteisön tuottamaatietoa voivat käyttää perusteluina näkemyksilleen myös muut toimijat, jotka haluavatosallistua asiasta käytävään julkiseen keskusteluun esimerkiksi tiedotusvälineiden taiinternetin välityksellä. Eri osapuolten toimintaan vaikuttavat erilaiset taustatekijät, kutenarvot, muut vaikuttimet (esimerkiksi taloudelliset seikat) ja tavoitteet. Tällöin ontodennäköistä, joskaan ei välttämätöntä, että eri toimijat käyttävät tieteellistä tietoatukeakseen ja esittääkseen ensisijaisesti sellaisia näkemyksiä, joista on niille hyötyä.Vähintäänkin on selvää, että toimijat eivät ainakaan ensisijaisesti pyri tuomaan esiin sellaistatietoa, jonka ne näkevät haitalliseksi itselleen tai tavoitteilleen. Opettajien viralliset arvot jatavoitteet on ilmoitettu opetussuunnitelmassa, mutta opettajien erilaiset tulkinnat jaarvostukset saattavat vaikuttaa siihen, mitkä asiat korostuvat käytännön opetuksessa. Myöstiedeyhteisön jäsenillä on omat tavoitteensa ja arvostuksensa ja luonnollisesti myös se,17

minkälaista tutkimusta rahoitetaan, vaikuttaa siihen, mihin asioihin liittyvää tietoa tuotetaan.Mikäli asettamani opetuksen tavoite toteutuu, opetuksen jälkeen henkilö osaa todellisessatilanteessa arvioida erilaisia näkökulmia ja niiden tueksi esitettyjä perusteluja ja muodostaaperustellun mielipiteen asiasta. Tarvittaessa hän osaa verrata esitettyjä seikkoja luotettaviinlähteisiin.2.9.1 Tieteellisen tiedon luonneTieteellinen tieto toimii perustana ja vertailukohteena julkisessa ja yksityisissä keskusteluissaesitetyille käsityksille. Jotta voidaan pyrkiä välittämään mielipiteen muodostamisen kannaltarealistinen kuva erilaisten väitteiden perusteluista, on tarkasteltava tieteellisen tiedonsyntymistä. Lähtökohtana uudelle tieteelliselle tiedolle toimii aikaisempi tieto. Tätä tietoahyödynnetään, täydennetään, vertaillaan tai siinä havaitaan anomalioita. Tästä syystä onkinaiheellisempaa puhua tieteen kehittymisestä. John Losee esittelee erilaisia näkökulmia siihen,kuinka tieteellinen tieto kehittyy. Loseen mukaan Thomas Kuhn on kuvaillut tieteenkehittymistä kahdella tavalla perustuen hänen tulkintaansa tieteen historiasta. Kuhn erotti”normaalin tieteen” (normal science) ja ”kumouksellisen tieteen” (revolutionary science).Normaalissa tieteessä vallitsevaa käsitystä testataan, sovelletaan ja laajennetaan. Kunvallitsevalle käsitykselle esitetään vaihtoehto, tiede siirtyy kumoukselliseen vaiheeseen, jossavaihtoehtojen paremmuutta harkitaan kokeellisen tiedon avulla. Loseen mukaan Imre Lakatoskiinnitti huomion siihen, kuinka tutkimusryhmät pyrkivät kehittämään teoriaa. Hän ehdotti,että tutkimusryhmän toimintaa voidaan kuvata mallilla, jossa ryhmä valitsee lähtökohdiksijotkin oletukset. Näiden oletusten pohjalta pyritään rakentamaan teoria niin, että oletuksia eitarvitsisi kyseenalaistaa. Kun havaitaan anomalia, teoriaa voidaan muokata siten, että senavulla pystytään paremmin selittämään todellisuutta. Tällä tavalla anomaliat eivät suoraanjohda teorian hylkäämiseen, vaan ne voivat toimia lähtökohtana sen kehittämiselle. Loseenmukaan Larry Laudan näki tieteen tekemisen ongelmien ratkaisuun pyrkivänä toimintana.Tällöin empiiriset havainnot voidaan nähdä ongelmina, joiden ratkaisuksi pyritään löytämäänilmiötä kuvaava teoria. Samalla tavoin myös teorioiden väliset yhteensopimattomuudet sekähavaitut anomaliat nähdään ongelmina. Kilpailevien teorioiden paremmuutta voidaan arvioidavertaamalla niiden kykyä ratkaista ongelmia. Näin tieteen kehittyminen voidaan nähdäongelmienratkaisukyvyn kehittymisenä. (Losee, 2001 : 197-208) Bruno Latour ja SteveWoolgar ovat tarkastelleet teoksessaan Laboratory Life, kuinka tiedeyhteisön toiminnassahavaintojen (mittausten), mittalaitteiden ja aikaisempien tutkimustulosten pohjalta nousseet18

tieteilijöiden mielikuvat kehittyvät tiedeyhteisön hyväksymäksi faktaksi, luotettavaksikuvaukseksi todellisuudesta. Latour ja Woolgar perustivat työnsä havaintoihin tieteilijöidenjokapäiväisestä toiminnasta. Järjestelmällisellä mittalaitteistojen, apulaisten ja tutkittavanmateriaalin avulla tehtävällä tutkimustyöllä tieteilijä pyrkii muodostamaan mielikuvan, jonkaavulla voidaan selittää mittauksista saadut tulokset. Tämän jälkeen hänen täytyy yrittäävakuuttaa itsensä, työtoverinsa ja lopulta muu tiedeyhteisö tämän mielikuvan pätevyydestä.Tässä pyrkimyksessä tieteilijän on pyrittävä huomioimaan mahdolliset vaihtoehtoisetselitykset ja epäilyt, joita muut voivat esittää. Muiden tieteilijöiden epäilyjen ja hyväksynnänkautta tieteilijän tuottaman mielikuvan asema tiedon kentässä voi muuttua faktan ja fiktionvälillä. Kun riittävän laaja tieteilijöiden joukko hyväksyy tiedon faktaksi, se kiteytyy osaksitiedettä. Tällöin muut tieteilijät voivat luottaa siihen ja sitä voidaan käyttää uudentutkimuksen tukena. Tiedon asema voi kuitenkin myöhemmin jälleen muuttua. Tämä voitapahtua esimerkiksi, jos tiedon arviointiperusteet muuttuvat. Havaintojensa ja haastattelujenkautta Latour ja Woolgar tulkitsevat tieteilijää motivoivaksi keskeiseksi tekijäksiuskottavuuden paranemisen. Uskottavuuden lisääntyessä tieteilijän tuottamaa tietoa voidaanpitää luotettavana ja sitä voidaan käyttää muissa tutkimuksissa. Tällöin tieteilijä saahelpommin rahoitusta uuden tutkimuksen tekemiseen. Latour ja Woolgar vertaavat tiedonsyntymistä piikin erottumiseen taustakohinasta mittauksessa sekä elämän syntymiseen jakehittymiseen. Ensimmäisessä vertauksessa ajatuksena on, että katsoessaan mittaustuloksia taipyrkiessään valitsemaan luotettavaa tietoa tutkimuksensa tueksi, tieteilijän on tehtävä valinta,jossa hän päättää, mitkä tiedot ovat luotettavia. Näin luotettavan tiedon voidaan ajatellaolevan kuin mittaustuloksessa erottuva piikki ja muuta tietoa voidaan pitää taustakohinana.Jälkimmäisessä vertauksessa tiedon syntyminen/kehittyminen nähdään rinnasteisena elämänsyntymiselle/kehittymiselle siinä mielessä, että molemmissa tapauksissa epäjärjestyksestäsyntyy järjestystä.Tieteellistä tietoa välitetään tieteellisten julkaisujen välityksellä, joissa tutkijat esittävättutkimustuloksiaan artikkeleissa. Eri tieteenaloilla on omat alalle omistautuneet julkaisunsa.Ennen kuin artikkeli julkaistaan, se käy lävitse arvioinnin, jonka suorittaa tehtävään valittuarvioija. Arvioijat ovat alansa arvostetuimpia tutkijoita, joita pidetään parhaimpinaasiantuntijoina. Kun artikkeli lähetetään lehteen, valitaan yleensä aluksi yksi arvioija, jokalukee artikkelin. Arvioija lähettää kommentit lehden toimittajalle, joka yleensä välittääkommentit myös artikkelin vastaavalle tekijälle. Mikäli arvioija ehdottaa korjauksia,artikkelin tekijät lähettävät korjatun version lehteen, jonka jälkeen prosessi toistuu. Artikkeli19

hyväksytään julkaistavaksi arvioijan kommenttien perusteella. (Physical Review) Kunartikkeli julkaistaan, tietävät muut tutkijat, että se on läpäissyt prosessin ja tietoa voidaanesimerkiksi käyttää oman tutkimuksen tukena tai omia tuloksia voidaan verrata artikkelissaesitettyihin tuloksiin.2.9.2 Tieteellisen tiedon käyttö yhteiskunnassaJotta voitaisiin ymmärtää tieteellisen tiedon ja teknologian roolia, mahdollisuuksia jarajoituksia, yhteiskunnallisessa kysymyksessä, tarkastellaan tieteellisen tiedon käyttöäerilaisten yhteiskunnallisten kysymysten yhteydessä. Jean-Pierre Le Bourhis käsitteleeartikkelissaan Water Parliaments: Some Examples yhteiskunnallista päätöksentekoa vedenhallintaan liittyvissä kysymyksissä. Ranskassa eräiden suurten jokien hallinnoinnin yhteyteenon perustettu kokouksia, jotka tekevät veteen liittyviä päätöksiä. Näissä kokouksissa vedenkäyttäjät voivat osallistua keskusteluun ja päätöksentekoon. Päätösten tekeminen eikuitenkaan tässäkään tapauksessa ole ollut yksinkertaista, sillä useita erilaisia näkökulmia japerusteluita esitetään. Lisäksi ongelmia aiheuttavat perinteiset edustukselliset kysymykset,kuten: kuka voi edustaa suurempaa joukkoa? Ympäristökysymysten yhteydessä näkökulmientueksi esitetään usein tutkimuksia, taulukoita ja kuvaajia. Yhteisymmärryksen löytäminentiedon perusteella ei kuitenkaan ole ollut helppoa, sillä tietoa voidaan tulkita eri tavoin. Myösepäilyksiä tiedon valikoinnista ja manipuloinnista on esitetty. Erilaisista ongelmistahuolimatta Bourhis näkee kansalaisten osallistumisen päätöksentekoon parempanavaihtoehtona, kuin pelkästään tiukkaan valtion hallintoon perustuvan päätöksenteon tai täysinvapaan markkinoiden saneleman käytännön. (Le Bourhis, 2005). Wiebe E. Bijker kuvaaartikkelissaan tieteen ja tekniikan hyödyntämistä Hollannissa veden pitämiseksi pois maaalueilta.Vuonna 1953 myrskyn seurauksena pato murtui ja tulvivat vedet aiheuttivatlaajamittaisen katastrofin, joka jätti jälkensä myös tuleviin poliittisiin keskusteluihin. Uudellateknisellä ja tieteellisellä osaamisella oli toistuvasti tärkeä rooli tulvaa seuraavissa vaiheissa.Jo ennen tulvaa fyysikko Hendrick A Lorenzia oli pyydetty tekemään matemaattisiaennusteita vuoroveden käyttäytymiselle erään teknisen ratkaisun yhteydessä vuonna 1920.Vuoteen 1930 mennessä oli ryhdytty rakentamaan pienoismalleja, joiden avulla voitiin tehdätutkimusta. Nämä mallit tulivat ratkaisevalla tavalla hyödyllisiksi vuoden 1953 tulvan jälkeenpatojen korjauksen yhteydessä. Myöhemmässä vaiheessa 1970-luvulla erilaiset muutoksetaiheuttivat sen, että alueen sulkemista mereltä ei enää pidetty välttämättömänä. Erilaisianäkemyksiä, kuten ekologisia arvoja, turvallisuuskysymyksiä ja teknologian kehittämisen20

tarvetta, tuotiin esille. Aiheesta muodostui ns. poliittinen kiistakapula, joka jakoivoimakkaasti mielipiteitä. Vaikka tekniset ratkaisut eivät olleet täysin kehittyneitä vastaamaantulevaan haasteeseen, päädyttiin lopulta kompromissiratkaisuun, jossa myös ekologisetnäkemykset otettiin huomioon. Ratkaisu edellytti paljon työtä tieteen ja tekniikankehittämiseksi, mutta epäilyistä huolimatta toimivaan lopputulokseen kuitenkin lopultapäästiin. Myös taloudelliset tekijät asettivat omat rajoituksensa, joiden vuoksi ensimmäisestäsuunnitelmasta jouduttiin lopulta tinkimään. Bijker kuvaa kaikkien päätöksentekoonosallistuneiden osapuolten kaivanneen teknistä ratkaisua ongelmaan. (Bijker, 2005. Toim.Latour)Medialla on tärkeä rooli kansalaisten mielipiteen muodostuksen kannalta, sillä kansalainensaa suurimman osan ajankohtaisia asioita koskevasta tiedostaan sen välityksellä. IanHargreavesin, Justin Lewisin ja Tammy Speersin tekemä tutkimus keskittyy kuvaamaan,kuinka mediassa käytetään tieteellistä tietoa yhteiskunnallisten aiheiden yhteydessä ja millätavalla aiheiden käsittely vaikuttaa kansalaisten tietoihin ja yleiseen mielipiteeseen.Tutkimuksessa tarkasteltiin ilmastonmuutoksen, MMR-rokotteen ja kloonauksen/geneettisentutkimuksen käsittelyä lehdissä sekä radio- ja televisiouutisissa. Kyselyn avulla saatiin tietoasiitä, kuinka hyvin ihmiset tunsivat näitä aiheita ja minkälaisia mielipiteitä he muodostivat.Tutkimuksessa havaittiin, että yleinen tietämys mediassa esiintyneistä asioista oli kohtalaisenheikkoa. Ihmiset eivät yleensä muistaneet uutisten yksityiskohtia, eivätkä esimerkiksitunteneet ilmastonmuutokseen liittyvää kasvihuoneilmiötä. Tämä saattoi johtua siitä, ettäkasvihuoneilmiö selitettiin uutisissa vain hyvin harvoin. Ilmeisesti seurauksena siitä, ettävaikuttavaa mekanismia ei tunnettu, monet yhdistelivät mielessään usein samassa yhteydessäesiintyviä asioita. Näin monet nimesivät esimerkiksi ydinvoiman käytön ja otsoniaukonkasvihuoneilmiön syiksi. Toisaalta metsien vaikutuksesta ja kansainvälisistä sopimuksista olijäänyt monille todenmukainen kuva. Mediassa olleesta uutisoinnista jäi MMR-rokotteenyhteydessä monille vääränlainen kuva vallitsevasta tieteellisestä käsityksestä. Vaikka uudelle,vaihtoehtoiselle näkemykselle ei ollut empiiristä tukea, muodostui ihmisille yleensä käsitys,jonka mukaan molemmat näkemykset olivat yhtä hyvin perusteltuja. Tämä johtui luultavastisiitä, että eri näkökulmat saivat uutisissa yhtä paljon tilaa, eikä vaihtoehtoista näkemystäkritisoitu yhtä paljon kuin vallitsevaa näkemystä. Seurauksena ihmiset yleensä muistivat vain,että asiasta on olemassa kaksi näkemystä. Kansalaisten muodostamalla virheelliselläkäsityksellä (molemmat näkökulmat yhtä hyväksyttyjä tieteessä) oli lisäksi myös käytännönvaikutuksia ihmisten toimintaan. Geneettiseen tutkimukseen liittyvät uutiset käsittelivät usein21

tiedettä, ja kysyttäessä ihmiset kokivat, että he eivät tunteneet asiaa kovin hyvin. Kuitenkinjotkin keskeiset asiat, kuten tutkimuksen tavoite ja tieteessä tapahtunut edistysaskel (ihmisengeenien kartoittaminen), olivat jääneet monien mieleen. Tässä tapauksessa ihmiset eivätkuitenkaan tunteneet asian yhteiskunnallista puolta. Yleisesti ottaen tutkimuksessa havaittiin,että ihmiset vaikuttivat muistavan sellaiset teemat, jotka toistuivat usein. Mielenkiintoaherättivät erityisesti suoraviivaiset tarinat. Tieteen painottaminen uutisissa vähensi ihmistensitoutumista uutisen seuraamiseen. (Hargreaves, Lewis, Speers, 2003) HyödylliseksiHargreaves ym. näkevät sellaisen uutisoinnin, jossa tiede yhdistetään selkeällä tavallayleisempään kokonaisuuteen. Keskeiset havainnot tieteellisen tiedon käytöstä yhteiskunnassatiivistetään seuraavasti: tieteellinen tieto ei tarjoa yksiselitteistä vastausta yhteiskunnallisiinkysymyksiin, sillä tietoa käytetään eri tavoin eri näkökulmien perusteluina. Tiede jateknologia tarjoavat hyödyllisen apuvälineen asioiden ymmärtämiseksi ja ne mahdollistavatongelmien käytännöllisen ratkaisun. Ilmiöihin liittyvä perustieto todennäköisesti auttaaihmisiä tulkitsemaan uutisia tehokkaammin. Ihmiset eivät välttämättä osaa erottaa yleisestihyväksyttyä tieteellistä näkemystä, jos uutisissa esiintyy useita erilaisia näkemyksiä. Tieteenpainottuminen uutisissa saattaa vähentää kokonaiskuvan hahmottumista käsiteltävästä asiastaja ihmisten sitoutumista uutistarinan seuraamiseen.3. Näkökulmia ilmastonmuutokseenIlmastonmuutos sekä sen syyt ja vaikutukset liittyvät moniin eri yhteyksiin ja aiheeseenliittyvien seikkojen muodostaman kokonaiskuvan ymmärtämiseksi tarvitaan useiden eritieteenalojen tietoa. Tässä luvussa ilmastonmuutosta tarkastellaan eri näkökulmista keskittyenerityisesti fysiikkaan ja luonnontieteisiin liittyvään tietoon. Erilaiset näkökulmat on valittusiten, että niiden välittämät tiedot tukevat perustellun mielipiteen muodostamistailmastonmuutokseen liittyvien yhteiskunnallisten kysymysten yhteydessä.3.1 Katsaus ilmastonmuutokseen liittyvän tieteen kehittymiseen ja vallinneisiinkäsityksiinIlmastoon liittyvä tieteellinen tieto on kehittynyt vähitellen alkaen ennen 1900-lukuaesitetyistä ajatuksista ja jatkuen nykypäivään asti. Aiemmat käsitykset ovat muuttuneet tiedon22

lisääntyessä ja tietokoneiden kehittyminen on mahdollistanut yhä paremmat ilmastontoimintaan liittyvät arviot. Ilmasto on hyvin monimutkainen ja monista tekijöistä riippuvainenjärjestelmä, jonka toimintaa osataan nykyisin mallintaa riittävällä tarkkuudella, jotta voidaantehdä ennusteita tulevan ilmaston käyttäytymiselle.Lyhyt katsaus ilmastoon liittyvän tieteen kehittymiseen ja joihinkin keskeisiin ilmastoonvaikuttaviin tapahtumiin on aiheellinen, jotta voidaan ymmärtää aiemmin tehtyjä päätöksiä jatieteellistä työtä, jonka kautta nykyiseen käsitykseen on päädytty.Spencer Weartin mukaan vuosina 1800-1870 tekniikan kehityksestä seurasi ensimmäinenteollinen vallankumous, jonka seurauksena hiilidioksidipäästöjen määrä kasvoi ja väkilukukohosi. Vuonna 1824 Joseph Fourier (1768-1830) [1] laski, että maa olisi paljon kylmempi,jos ilmakehä ei vaikuttaisi lämpöön. Vuonna 1859 John Tyndall (1820-1893) [2] havaitsi, ettäjotkin kaasut absorboivat infrapunasäteilyä. Vuonna 1896 ruotsalainen tieteilijä SvanteArrhenius (1859-1927) [3] julkaisi ensimmäiset kasvihuoneilmiöön liittyvät laskelmat, joissaarvioidaan ihmisen toiminnasta seuraavien hiilidioksidipäästöjen aiheuttamaa ilmastonlämpenemistä. Arrheniuksen esittämä ajatus oli siihen aikaan vain yksi ilmaston toimintaanlittyvistä ajatuksista, eikä siitä mudostunut vallitsevaa käsitystä. Vuonna 1897 ThomasChamberlin (1843-1928) [4] loi hiilen kiertoon liittyvän mallin, jossa huomioitiintakaisinkytkentöjä. 1930-luvulla havaittiin Yhdysvaltojen ja Pohjois-Amerikan alueenhuomattavasti lämmenneen puolen vuosisadan aikana. Tuohon aikaan vallitsevan tieteellisenkäsityksen mukaan lämpenemisen ajateltiin luultavasti johtuvan jostakin luonnollisestasyklistä. Vain Guy S. Callendar (1898-1964) [5] väitti ilmaston lämpenevänkasvihuoneilmiöstä johtuen. Lämpenemisestä ei oltu huolissaan; sen ajateltiin olevanpikemminkin hyödyllinen ilmiö. 1950-luvulla Callendarin väitteet houkuttelivat joitakintutkijoita tarkastelemaan aihetta uusilla menetelmillä, jolloin paljastui, että aiemmistakäsityksistä poiketen hiilidioksidia voi kertyä ilmastoon. Mittausten avulla voitiin todeta, ettäilmakehän hiilidioksidipitoisuus kasvoi. Vuonna 1967 tehdyissä laskelmissa arvioitiin, ettäkeskilämpötilat saattaisivat nousta muutamalla asteella, mutta todistusaineistoa ei vielä ollutriittävästi. Tieteelliset tutkimusryhmät, jotka tutkivat asiaa, eivät vielä nähneet syytäpolittiisille toimille, mutta aiheeseen kiinnitettiin nyt enemmän huomiota. 1970-luvun alussaympäristöaatteet nostivat esille huolen ihmisen toiminnan vaikutuksista. Jotkut tieteilijätkiinnittivät huomion siihen, että ihmisen toiminnan seurauksesta ilmakehään tuli hiukkasia ja23

savusumua, jotka puolestaan aiheuttavat jäähtymistä. Mittausdatan perusteella havaittiin, ettäpohjoisella pallonpuoliskolla lämpötilat olivat jäähtyneet 1940-luvulta lähtien. Mediassaesitettiin joskus toisaalta ilmaston jäähtyvän ja toisaalta joskus sen esitettiin lämpenevän.Tieteellinen tieto ei ollut vielä kehittynyt ja tieteilijät olivat yksimielisiä siitä, että ilmakehäntoimintaa ei tunnettu kovin hyvin ja lisää tutkimusta tarvittiin. Laajojen tutkimusten avullatiedon määrä kasvoi ja voitiin mm. päätellä, minkälainen ilmasto oli ollut menneisyydessä.Vaikka tietokonemallien hyödyntäminen tuli mahdolliseksi, jouduttiin aluksi tekemään moniaoletuksia ja monet tunnetut tieteilijät esittivät kritiikkiä mallien avulla saatuja tuloksiakohtaan. 1970-luvun jälkeen lämpötilat olivat alkaneet jälleen nousta ja erityisesti vuoden1988 lämmin kesä toi aiheen laajaan yleiseen julkisuuteen. Tieteellinen tieto oli kuitenkinvielä epävarmaa ja mahdollisista toimista käytiin kiivasta keskustelua. Eräät valtionsäännöstelyä vastustavat yritykset ja henkilöt tukivat huomattavilla summilla näkemystä,jonka mukaan lämpenemisestä ei ollut syytä huolestua. Tieteellinen tutkimustyö tehostui jamaailman valtiot muodostivat kansainvälisen ilmastopaneelin (Intergovernmental Panel onClimate Change, IPCC), jotta voitaisiin hyödyntää mahdollisimman luotettavaa tutkimustapäätösten tueksi. (Weart, 2007) Jouni Räisäsen mukaan tanskalaiset Eigil Friis-Christensen jaKnud Lassen havaitsivat vuonna 1991, että auringonpilkkujakson ja pohjoisenpallonpuoliskon lämpötilan välillä oli ollut edellisen sadan vuoden aikana voimakasnegatiivinen korrelaatio ja monet tulkitsivat tätä havaintoa siten, että kaikki lämpeneminenolisi johtunut auringosta ja kasvihuonekaasujen merkitys olisi ollut mitätön. Uudemmassavuonna 2000 julkaistussa tanskalaistutkimuksessa korrelaation todettiin heikentyneen, sillämaapallon lämpeneminen oli jatkunut 1990-luvulla, vaikka auringonpilkkujakson pituus olipysynyt jokseenkin ennallaan. Havaittu korrelaatio oli siis ainakin osittain sattumaa.(Räisänen, 2004) Keskitalon mukaan Christensenin ja Lassenin tuloksia on julkisuudessakäytetty hallitustenvälisen ilmastopaneelin tulosten tyrmäämiseen 1 (Keskitalo, 2005). Weartinmukaan vuonna 2001 IPCC saavutti yksimielisyyden, joka ilmaistiin niin varovaisesti, ettälähes kaikki tieteilijät saattoivat yhtyä näkemykseen. Vuoden 2001 Ilmastonmuutospaneelinarviointiraportissa todettiin, että vaikka ilmasto on niin monimutkainen systeemi, ettätäydellistä varmuutta tuskin koskaan saavutettaisiin, voitiin esittää arvio, jonka mukaanvakava ilmastonmuutos on huomattavasti todennäköisempi tulevaisuuden näkymä kuin se,että vakavaa ilmastonmuutosta ei olisi odotettavissa. (Weart, 2007) Vuoden 2007 IPCC:nraportin mukaan ihmisen toiminnasta aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt hyvin1 Christensen ja Lassen olivat itse varovaisia johtopäätöksissään: he totesivat, että auringollakin on omaosuutensa ilmastonmuutoksiin, mutta sen merkitys on vielä lopullisesti selvittämättä (Keskitalo, 2005)24

todennäköisesti tehostavat kasvihuoneilmiötä ja aiheuttavat ilmaston lämpenemistä (IPCC2007 WG1: SPM), (IPCC 2007 WG1 TS : 60).3.2 Käsitteet: ilmakehä, sää ja ilmastoJotta voitaisiin ymmärtää, mitä ilmastonmuutoksella tarkoitetaan, on tunnettava sään jailmaston käsitteiden välinen ero ja yhteys. Koska sää kuvaa ilmakehän tilaa ja ilmastollatarkoitetaan sään tilastollisia ominaisuuksia, tarkastellaan seuraavassa keskeisiä säähän jailmakehään liittyviä ilmiöitä. Opetuksessa on selkeästi tuotava esiin ero sään ja ilmastonkäsitteiden välillä, sillä ilman tätä käsitystä on vaikea ymmärtää ilmastonmuutokseen liittyväämedioissa esiintyvää keskustelua.Käsitteellä sää tarkoitetaan ilmakehän hetkellistä tilaa, esimerkiksi lämpötilaa,ilmankosteutta, tuulen voimakkuutta jne. tietyllä ajanhetkellä. Tällöin voidaan puhua säästämaan pinnalla tai yleisemmin koko ilmakehässä. Käsitteellä ilmasto viitataan säätä kuvaaviensuureiden tilastollisiin ominaisuuksiin maan pinnalla tai ylempänä ilmakehässä, esimerkkeinäkeskimääräinen lämpötila tammikuussa maan pinnalla Helsingissä, Suomessa tai maapallollakeskimäärin; tammikuun keskilämpötilan vuosien välinen keskihajonta tai todennäköisyyssille, että heinäkuun keskilämpötila ylittää Turussa +20 °C. (Räisänen, 2004)Ilmastonmuutoksella tarkoitetaan sellaista ilmaston tilan muutosta, joka voidaan tunnistaa(esimerkiksi tilastollisella tarkastelulla) liittyen tilastollisiin ominaisuuksiin. Ilmastonmuutosvoi johtua ilmaston sisäisistä prosesseista tai ulkoisista vaikutteista. Jotkut ulkoiset vaikutteet,kuten auringon säteilytehon vaikutus tai tulivuorten toiminta, ovat luonnollisia tekijöitä janiiden vaikutus lisää ilmaston luonnollista vaihtelua, kun taas toiset vaikutteet, kutenteollisesta vallankumouksesta alkanut ilmakehän kaasupitoisuuksien muutos, johtuvat ihmisentoiminnasta. (IPCC 2007, WG1 : Ch. 9)Ilmakehä koostuu useista kaasuista, joista eniten on typpeä (78 %) ja happea (21 %). Vaikkaesimerkiksi hiilidioksidin, metaanin ja ilokaasun osuudet ovat vähäisiä, ne ovat tärkeitäkasvihuoneilmiöön vaikuttavia kaasuja. Ilmakehä voidaan lämpötilan perusteella jakaaalimpana olevaan troposfääriin, stratosfääriin, mesosfääriin ja ylimpänä olevaan25

termosfääriin. Ilman tiheys pienenee ylöspäin mentäessä suunnilleen eksponentiaalisesti.Veden höyrystyminen ja tiivistyminen sitovat ja vapauttavat lämpöenergiaa. Tuuli syntyypaine-erojen vaikutuksesta ja siihen vaikuttavat lisäksi maan pyörimisen vaikutuksestaaiheutuva Corioliskiihtyvyys, joka vaikuttaa tuulen suuntaan, sekä pinnan lähellä kitka.(Räisänen, 2004) Meri vaikuttaa ilmastoon sitomalla lämpöenergiaa, jolloin lämpötilojenmuutokset hidastuvat, sekä kuljettamalla lämpöenergiaa merivirtojen mukana. (Houghton,2004) Ilmakehään liittyviä asioita ja ilmiöiden perusfysiikkaa on tarkasteltu lähemminliitteessä A.3.3 Kasvihuoneilmiö ja muita ilmastonmuutokseen vaikuttavia tekijöitäIlmastonmuutosaiheeseen liittyvä keskeinen fysikaalinen ilmiö on kasvihuoneilmiö.Luentomonisteessa Kasvihuoneilmiö, ilmastonmuutos ja vaikutukset (Räisänen, 2008)todetaan, että maapallo vaihtaa energiaa maata ympäröivän avaruuden kanssa käytännössälähes yksinomaan säteilyn avulla. Auringon säteilystä 46 % tulee maahan näkyvänä valona ja47 % ns. lähi-infrapunasäteilynä (aallonpituus 4 m - 760 nm) (Räisänen, Heino, 2008).Tultuaan maan pinnalle valo absorboituu ja muuttuu lämmöksi. Lämmennyt maa puolestaansäteilee pidempiaaltoista lämpösäteilyä. Kun maapallolle tulevan ja poistuvan energian määrätovat yhtä suuret, maan lämpötila ei muutu. Ilmakehän vaikutusta voidaan havainnollistaatarkastelun avulla, jossa maapallon oletetaan olevan poistuvan säteilyn kannaltatasalämpöinen ja ilmakehätön kappale. Tällöin voidaan laskemalla arvioida, että ilmakehänlämmittävän vaikutuksen puuttuessa maan keskilämpötila olisi noin -19 °C. Tämä tarkasteluon esitetty liitteessä B. Jotta tulevan säteilyn kannalta voidaan huomioida mm. pilvistä,lumesta, pienhiukkasista ja pinnasta heijastuva säteily, otetaan tarkastelussa huomioonauringosta tulevan säteilyn kannalta maan albedo, eli heijastuskerroin. Maapallon mitattukeskilämpötila on kuitenkin n. 14 °C. Tämä johtuu siitä, että maahan tuleva lyhytaaltoisempisäteily läpäisee ilmakehää hyvin, kun taas maasta poistuva maanpinnan lähettämäpidempiaaltoinen lämpösäteily läpäisee ilmakehää huonosti. Hyvin yksinkertaisen mallinavulla, jossa ilmakehä oletetaan tasalämpöiseksi ja lämpösäteilyn kannalta ns. harmaaksikappaleeksi, voidaan tilannetta tulkita niin, että planeetan ilmakehä vähentää avaruuteenkarkaavan lämpösäteilyn määrää ilmakehän lämpötilan ollessa pienempi kuin planeetanlämpötilan (tämä pätee maapallon ilmakehälle).26

Kuva 3.1: Yksinkertainen malli, jossa ilmakehä oletetaan harmaaksi kappaleeksi. Malli kuvaa ilmakehänvaikutusta maasta poistuvan lämpösäteilyn määrään. Kuva perustuu Harveyn (2000) esittämään kaavioon sekäRäisäsen (2004) luoentomonisteeseen. Liitteessä C on esitetty mallin tarkastelu.Tätä ilmiötä kutsutaan ilmakehän kasvihuonevaikutukseksi ja sitä kuvaavan yksinkertaisenmallin tarkastelu on esitetty liitteessä C. Todellisuudessa ilmakehän lämpötila ei ole vakio jahiukan tarkempi malli saadaan, jos ajatellaan ilmakehän koostuvan suuresta määrästä ohuitaerilämpöisiä kerroksia, jotka toisaalta imevät ja toisaalta lähettävät pienen osan lämpösäteilyäsekä ylä- että alapuolelleen. (Räisänen, 2004 : 3-5; Taylor 2005: 108-110)27

Kuva 3.2: Ilmakehän lämpötilan pystyjakauma. Ilmakehän lämpötila ei ole vakio. Kuva on esitetty lähteessä(Guyot, 1998), alkuperäislähde (Barry ja Chorley, 1968).Nimitys kasvihuoneilmiö havainnollistaa ilmakehän kykyä estää lämpöä karkaamastamaapallon ulkopuolelle, jolloin se toimii ikään kuin kasvihuoneen tavoin. Nimitys ei ehkä oleparas mahdollinen, sillä oikean kasvihuoneen lämmittävä vaikutus perustuu lämpösäteilynvälityksellä poistuvan energian määrän vähenemisen lisäksi osaltaan myös siihen, että sensisällä oleva lämmennyt ilma ei pääse nousemaan korkeammalle kylmempään ilmakehään.(Räisänen, 2004)Kasvihuonekaasut vähentävät lämpösäteilyn poistumista maapallolta, mutta päästävätauringon säteilemän näkyvän valon lävitseen maahan. Ilmiön syitä voidaan tarkastellaGoodyn ja Yungin esittämän kaavion avulla, jossa on esitetty, mitä auringosta tulevia jamaasta lähteviä sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksia ilmakehän kaasut absorboivat(auringon ja maan säteilyintensiteetit on normitettu niin, että ne sopivat samaankoordinaatistoon – auringon säteilyteho on todellisuudessa tietysti paljon maan säteilytehoasuurempi)28

Kuva 3.3 : Ylimmässä kuvaajassa (a) on esitetty naan ja auringon lämpötiloja vastaavan mustan kappaleensäteilemän säteilyn aallonpituusspektri. Keskimmäinen kuvaaja (b) esittää välillä ilmakehän ylärajalta maanpinnalle absorboituvia säteilyn osuutta eri aallonpituuksilla ja alin kuvaaja (c) esittää välillä ilmakehänylärajalta 11 km korkeudelle absorboituvan säteilyn osuutta eri aallonpituuksilla. Kuvaan on merkitty myöskaasut, jotka pääosin absorboivat säteilyä eri aallonpituuksilla. Kuva on esitetty Räisäsen (2004) monisteessa,alkuperäislähde: (Goody, Young, 1989)Kuvan 3.3 perusteella voidaan nähdä, että ilmakehän kaasut absorboivat huomattavastitehokkaammin maan säteilemää lämpösäteilyä kuin auringosta tulevaa säteilyä,poikkeuksena auringosta tulevasta säteilystä kuitenkin uv-säteily (aallonpituus λ < 390 nm)absorboituu tehokkaasti ja osa maasta lähtevästä säteilystä ns. ilmakehän ikkunan alueelta(aallonpituus n. 8-12 m) absorboituu vain heikosti ilmakehään. Kaasujen kyky absorboida eritavalla eri aallonpituuksisia säteitä voidaan ymmärtää kvanttifysiikan ja erikaasumolekyyleille ominaisten vibraatio- ja rotaatiotilojen avulla. Ilmiö perustuu siihen, ettämolekyyli voi luovuttaa tai vastaanottaa energiaa vain tietynkokoisina energiakvantteina,jolloin vain tietyn aallonpituuksiset säteilyt voivat vuorovaikuttaa molekyylin kanssa.Molekyylin energia E koostuu kineettisestä energiasta E kin , rotaatioenergiasta E rot ,vibraatioenergiasta E vib sekä elektroneiden energiasta E elect .E = E kin + E rot + E vib + E electEnergialajit E rot , E vib ja E elect ovat kvantittuneet, eli voivat saada vain tiettyjä diskreettejäarvoja. Molekyylin energiatilojen kvantittumista on tarkasteltu lähemmin liitteessä D.Molekyylit absorboivat ja emittoivat säteilyä vain, jos säteilykvantin energiaE = hf,29

missä h on Planckin vakio ja f on säteilyn taajuus, vastaa kahden eri energiatilan välistäerotusta. Käytännössä säteilyn ei kuitenkaan tarvitse täysin tarkasti vastata energiatilojenerotusta erilaisista fysikaalisista ilmiöistä johtuen. Monet kaksiatomiset kaasut, kuten typpi jahappi, eivät juuri vuorovaikuta lämpösäteilyn kanssa kun taas suurempimolekyyliset kaasut,kuten vesihöyry, hiilidioksidi, metaani, otsoni ja ilokaasu, absorboivat lämpösäteilyävoimakkaasti, mutta eivät kovinkaan paljon vuorovaikuta valon kanssa. (Räisänen, 2004)Kaasuja, jotka absorboivat lämpösäteilyä voimakkaasti, sanotaan kasvihuonekaasuiksikasvihuoneilmiön nimityksen mukaisesti.Kuvassa 3.4 tarkastellaan eri tekijöiden vaikutusta energian kulkuun maapallolla. Koskamaahan tulevan ja maasta poistuvan energian määrä on tasapainotilanteessa yhtä suuri,voidaan energian siirtymistä eri prosesseissa kutsua maapallon lämpötaloudeksi. Jos tulevanenergian määrä olisi suurempi kuin poistuvan energian määrä, maapallo lämpenisi.Vastaavasti poistuvan energian ollessa suurempi maapallo jäähtyisi.Kuva 3.4: Maapallon lämpötalous: maapallon pinnan ja ilmakehän lämpöenergiaa välittäviä prosesseja. (Rinne1998)Osa tulevasta auringon säteilystä heijastuu pilvistä, aerosoleista, ilmasta ja maan pinnasta; osaabsorboituu ilmaan ja maan pintaan. Veden höyrystyminen ja tiivistyminen siirtävät lämpöä30

maasta ilmakehään. Lämmennyt ilma ja maa lähettävät lämpösäteilyä. Lämpösäteily onvuorovaikutuksessa ilmakehän kasvihuonekaasujen kanssa ja suuri osa maan säteilemästälämmöstä palautuu tästä syystä takaisin maahan. Kasvihuonekaasuja ovat mm. vesihöyry(H 2 O), hiilidioksidi (CO 2 ), metaani (CH 4 ), ilokaasu (N 2 O) ja otsoni (O 3 ). Noin puolet tulevastavalosta pääsee maan pinnalle. Maanpinnan säteilemästä lämpösäteilystä vain noinkymmenesosa pääsee suoraan avaruuteen. (Räisänen, 2004 : 12)Kohottamalla maapallon lämpötilaa luonnollinen kasvihuoneilmiö mahdollistaa elämänmaapallolla siinä muodossa, kuin se esiintyy (Räisänen 2004 : 1). Ihmisen toiminta onvaikuttanut monien kasvihuonekaasujen, erityisesti hiilidioksidin sekä metaanin, määränlisääntymiseen (IPCC WG1: SPM, TS 2007 : 23-28,). Tästä syystä ihmisen toiminta hyvintodennäköisesti tehostaa kasvihuoneilmiötä ja aiheuttaa ilmaston lämpenemistä (IPCC WG1:SPM, TS 2007 : 60). Tässä yhteydessä esimerkiksi hallitustenvälisen ilmastopaneelin (IPCC)arviointiraportissa puhutaan antropogeenisistä (anthropogenic) ja luonnollisista tekijöistä.Antropogeenisillä tekijöillä viitataan ihmisen toiminnasta aiheutuvaan ilmaston muuttumiseenerotuksena luonnollisista tekijöistä (esimerkiksi auringon säteilytehon vaihtelu) aiheutuvistailmastonmuutoksista. (IPCC 2007)Kun tarkastellaan eri tekijöiden vaikutusta lämpötilan muutokseen, on hyödyllistä tutustuasäteilypakotteen käsitteeseen sekä palauteilmiöihin. Säteilypakote ilmaisee, kuinka paljontietty ulkoinen tekijä vaikuttaa säteilytaseeseen, ennen kuin syntyy ilmastonmuutoksia, jotkapyrkivät palauttamaan tasapainon. Esimerkiksi auringon säteilytehon lisääntyminen taihiilidioksidipitoisuuden kasvu ovat tällaisia ulkoisia tekijöitä. Säteilypakotteen käsitettätarkastellaan lähemmin liitteessä E. Palauteilmiöitä ovat esimerkiksi ilmanvesihöyrypitoisuuden, pilvisyyden tai lumipeitteen muutokset. Palauteilmiöitä tarkastellaanlähemmin liitteessä F. Myös palauteilmiöt voivat vaikuttaa lämpötilan muutokseen hyvinkinvoimakkaasti. Jos esimerkiksi ilman hiilidioksidipitoisuus kaksinkertaistuisi, voidaanlaskemalla arvioida, että maapallo lämpenisi noin 1,2 °C, jos palauteilmiöitä ei huomioitaisi.Ilmastomallien mukaan lämpeneminen olisi palauteilmiöistä johtuen kuitenkinvoimakkaampaa, luultavasti välillä 2 – 4,5 °C. (Räisänen, 2008; IPCC 2007)31

Kuva 3.5: Eri tekijöiden vaikutus säteilypakotteeseen. Positiivinen säteilypakote (x-akselin suunta oikealle)tarkoittaa lämmittävää vaikutusta ja negatiivinen jäähdyttävää vaikutusta. Eri tekijöiden kohdalla musta palkkikuvaa arvioon liittyvää epävarmuutta. Oikeimman puoleisessa sarakkeessa on kuvattu tieteellisen käsityksentasoa (level of scientific understanding, LOSU). (IPCC 2007 WG1 TS : 32)Eri tekijöiden vaikutusta ilmastoon on lähemmin tarkasteltu liitteessä G.Jotta eri tekijöiden vaikutus ja palauteilmiöt voidaan ottaa mahdollisimman hyvin huomioonilmaston käyttäytymisen ymmärtämiseksi, tarvitaan ilmaston eri osien käyttäytymistäsimuloivia tietokonemalleja. Ilmastomallien avulla voidaan mm. ennustaa lämpötilankäyttäytymistä erilaisissa päästöskenaarioissa. Skenaariot ovat erilaisia mahdollisiatulevaisuudenkuvia, joiden avulla pyritään ennakoimaan tulevaisuudenkasvihuonekaasupäästöjä. (Räisänen, 2004: 71-72, 77 ) Ilmastomalleja ja niiden kehitystä ontarkasteltu liitteessä H ja eri skenaariot on esitetty liitteessä I.32

Kuva 3.6: a) Vuosittaiset antropogeeniset (eli ihmisen toiminnasta aiheutuneet) kasvihuonekaasupäästöt1970-2004. b) Eri kasvihuonekaasujen osuus kokonaispäästöstä suhteutettuna hiilidioksidipäästöjenvaikutukseen. c) Eri lähteiden osuus aiheutuneista kasvihuonekaasupäästöistä.(IPCC 2007, SYR, SPM : 5)3.4 Menneiden aikojen ilmastoKuten edellisessä luvussa mainittiin opetuksessa tulee suhteuttaa käsiteltävää aihettakokonaisuuteen. Kokonaiskuvan havainnollistamiseksi luonnon ja ilmaston kannaltakiinnitetään seuraavaksi huomio siihen, minkälainen ilmasto on aiemmin ollut, minkälaisiailmastonmuutoksia on tapahtunut, mitkä tekijät ovat luultavasti vaikuttaneet näihinilmastonmuutoksiin ja miten ilmastonmuutokset ovat mahdollisesti vaikuttaneet eliöihin eriaikoina. Edellisen luvun tarkastelun mukaisesti on kiinnitettävä huomiota tieteellisen tiedonluonteeseen. Jotta tässä yhteydessä voitaisiin saada tieteelliseen tietoon liittyen realistinenkuva, tarkastellaan myös niitä tapoja, joiden avulla menneiden aikojen ilmastosta on saatutietoa.Suoria lämpötilamittauksia maapallolta on saatu vajaan 300 vuoden ajalta. Tieto tätäaikaisemmista lämpötiloista ja ilmastosta perustuu erilaisiin epäsuoriin lähteisiin, kutenhistoriallisiin tietoihin, geologiseen ja fossiiliseen aineistoon. Fossiilien kohdalla käytetäänusein hyödyksi radiohiiliajoitusta tai viime jääkautta edeltävien fossiilien tapauksessasamanlaisia pitkäikäisempiä isotooppeja hyödyntäviä menetelmiä. Yhdistämällä eri33

luonnonlähteistä saatuja tietoja pyritään saamaan mahdollisimman tarkka kokonaiskuvailmastosta eri aikakausina. (Keskitalo, 2005 : 66) Vaikka tietoa voidaan saada jopavuosimiljardien takaa, vanhemmat tiedot ovat hajanaisempia ja epätarkempia. Räisäsenmukaan ilmastohistorian ensimmäiset vuosimiljardit tunnetaan erittäin heikosti (Räisänen,2004 : 20). Lämpötilojen määrittämistä on tarkasteltu lähemmin liitteessä J. Liitteeseen K onkoottu tietoa ilmastonvaihteluista ja ekologisista muutoksista eri aikakausilta JormaKeskitalon teoksen Maapallon muuttuva ilmasto perusteella. Jotta aikamittakaava tulisihelpommin ymmärrettäväksi ja havainnollisemmaksi, aikoja on havainnollistettu Keskitalonmainitseman ajatuksen mukaisesti tekemällä vertaus, jossa aikaa maapallon synnystä tähänpäivään verrataan yhden vuorokauden kellonaikoihin. Räisäsen mukaan Eronen onhahmotellut arviota ilmaston keskilämpötiloista ja sademääristä viimeisten vuosimiljoonienajalta. Tämä arvio on esitetty kuvassa 3.7Kuva 3.7: Arvio maapallon keskilämpötilan ja sademäärien keskiarvon muuttumiselle edellisten vuosimiljoonienaikana. Kuva on esitetty Räisäsen (2004) mondisteessa, alkuperäislähde: (Eronen, 1991 : 8). Aika-akseli ei oletasavälinen. Varsinkin vanhempia aikoja koskevat arviot ovat hyvin karkeita.Kasvihuonekaasujen, esim veden ja hiilidioksidin määrä ilmakehässä on toisaalta seurannutlämpötilan muutoksia ja toisaalta voimistanut niitä (Räisänen, 2004 : 24). Eripituistenilmastovaihteluiden syyt ovat erilaisia. Kymmenien tai satojen vuosimiljoonien väliinsattuneiden viileiden jaksojen syy on luultavasti mannerlaattojen liikkeessä, kymmenien34

tuhansien – satojen tuhansien vuosien välinen glasiaali-interglasiaali vaiheiden vuorotteluperustuu todennäköisesti vaihteluihin maan kiertoradassa ja maan akselin kaltevuuskulmassa.kiertoradan vaikutusta on tarkasteltu lähemmin Liitteessä L. Aikavälillä kymmenistä vuosistatuhansiin vuosiin tapahtuva vaihtelu riippuu monista tekijöistä, kuten vaihtelusta auringonsäteilytehossa, tulivuoritoiminnan voimakkuudesta, ilmakehän vuorovaikuksestailmastosysteemin muiden osien, erityisesti merten kanssa, sekä ilmakehän kaoottisestadynamiikasta. (Räisänen, 2004 : 23) Tämänhetkisen käsityksen mukaan luonnollinen siirtymäkohti jääkautta ei tule vähentämään nykyistä lämpenemistä, sillä jääkauden alku on vieläainakin 30 000 vuoden päässä (IPCC 2007 WG1 TS : 56). Liitteiden avulla voidaanhahmottaa kokonaiskuva lämpötilojen ja ilmaston muuttumisesta. Ilmasto ja eliöiden toimintaliittyvät toisiinsa: toisaalta ilmasto-olosuhteet vaikuttavat eliöihin ja toisaalta eliötmuokkaavat ilmastoa muuttamalla mm. yhteyttämällä hiilidioksidia hapeksi. Tämänainutlaatuisen tasapainon ymmärtäminen herättää kunnioitusta ja arvostusta elämää kohtaan.Kuten kuvasta 3.7 ja liitteen K tiedoista huomataan, voimakkaat ilmastonmuutokset jaekokatastrofit eivät ole maapallon kannalta ennenkokemattomia. Erityistä kuitenkin on, ettäyleisesti ottaen ihmisen toiminnasta johtuva muutos on hyvin nopea ja se on aiheuttanutnopean sukupuuttoaallon (Keskitalo, 2005 : 9). Tarkemmin ottaen meneillään olevailmastonmuutos, johon ihmisellä hyvin todennäköisesti on oma osuutensa, luultavastiaiheuttaa yhä useammalle lajille selviämisvaikeuksia (IPCC 2007, SYR SPM). Tämä kaikkitapahtuu evoluution aikamittakaavassa hyvin lyhyellä aikavälillä, maapallon tai biosfäärinikään suhteutettuna kuin silmänräpäyksessä. Kun aikaisemmin evoluution muutoksiin onkulunut miljoonia tai tuhansia vuosia, voi meneillään oleva ilmastonmuutos tulla jo satojenvuosien aikana huomattavasti vaikuttamaan eliöiden selviytymismahdollisuuksiin. Koskaihmisellä on mahdollisuus ymmärtää todennäköisiä seurauksia ja vaikuttaa toimintaansa, eivoida myöskään ajatella aiempien luonnollisten ekokatastrofien oikeuttavan välinpitämätöntäsuhtautumista ilmastonmuutokseen.3.5 Hallitustenvälisen ilmastopaneelin (IPCC) arviointiraporttiHallitustenvälinen ilmastopaneeli (Intergovernmental Panel on Climate Change) perustettiinvuonna 1988 Maailman ilmatieteellisen yhdistyksen (World Meteorological organization) jaYK:n ympäristöohjelman (United Nations Environmental Program) toimesta. Ilmastopaneelin35

tehtävänä on arvioida kattavasti, objektiivisesti, avoimesti ja läpinäkyvällä tavalla tieteellistätietoa, joka liittyy mahdolliseen ihmisen kiihdyttämän ilmastonmuutoksen riskiin, senvaikutuksiin, vähentämiseen ja sopeutumiseen. Läpinäkyvyydellä tarkoitetaan sitä, ettäarvioinnissa esitetään, mihin tieteelliseen tietoon arvio perustuu. Ilmastopaneeli ei itse tuotauutta tutkimusta. (IPCC anniversary brochure, 2004) Ilmastopaneelin ensimmäinenarviointiraportti toimi perustana vuonna 1994 voimaan tulleelle UNFCCC:nilmastospimukselle (United Nations Framework Convention on Climate Change), jossasovittiin antropogeenisen ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi tehtävien toimien lähtökohdista.UNFCCC:ssä keskeisenä ajatuksena on ilmastonmuutoksen mahdollisen uhan tiedostaminenja pyrkiminen välttämään siitä seuraavia mahdollisia ongelmia. Sopimuksessa otetaanhuomioon eri valtioiden erilaiset mahdollisuudet toimintaan (kehitysmaat ja kehittyneet maat)sekä huomioidaan taloudellisten tekijöiden vaikutusta. (Lähde: UNFCCC 1 ) UNFCCCpuolestaan on toiminut perustana vuonna 2005 voimaan tulleelle Kyotonilmastosopimukselle, jossa sen allekirjoittaneet maat sitoutuivat päästörajoituksiin. (Lähde:UNFCCC 2 ).Kuten edellisessä luvussa mainittiin, käsiteltävää aihetta tulisi lähestyä erilaisistanäkökulmista puolustaen parhaiten perusteltua näkemystä. Ilmastonmuutokseen liittyväntieteellisen tiedon kannalta parhaiten perusteltu näkemys on tällä hetkellä hallitustenvälisenilmastopaneelin tuottama uusin vuonna 2007 valmistunut neljäs arviointiraportti, sillä senkirjoittajina on toiminut satoja vastaavia tieteilijöitä eri maista. (IPCC, 2007) IPCC on sekähallitustenvälinen toimija että alansa johtavien ilmastotieteilijöiden ja -asiantuntijoidenverkosto. Arviointiraportti perustuu luonnontieteellisiin, teknisiin sekä sosio-ekonomisiinlähteisiin (IPCC WG1, 2007 (Front Matter)).Koska ilmasto on hyvin monimutkainen systeemi, ei ole yksinkertaista tehdä johtopäätöksiäerilaisten tutkimusten perusteella. Kuten toisessa luvussa esitettiin, tieteilijät tulkitsevatmittausten avulla saatua tietoa arvioiden teorioiden ja hypoteesien luotettavuutta. Tämänperusteella voidaan ymmärtää, että IPCC:n arviointiraportissa annetaan luotettavuusarvioitaerilaisille tutkimusten nojalla tehdyille tulkinnoille (esim. hyvin todennäköisesti tarkoittaa yli90 % todennäköisyydellä; suurella varmuudella tarkoittaa yli 8/10 varmuutta esitetynpäätelmän paikkansapitävyydeksi). Näin pyritään välittämään päättäjille mahdollisimmanhyvin todellisuutta vastaava kuva viimeisimmästä tieteellisestä tiedosta. IPCC:n laatima36

lopullinen arviointiraportti on vapaasti saatavilla internetin välityksellä osoitteessawww.ipcc.ch ja siihen tutustuminen on hyödyllistä tarkemman kuvan saamiseksi. Lopullinenarviointiraportti koostuu päättäjiä varten koostetusta tiivistelmästä (Summary forPolicymakers) sekä tarkemmin yksityiskohtia selittävistä osioista. Lopullinen raportti onmuodostettu kolmen työryhmän selvitysten perusteella, joista ensimmäinen käsitteleeilmastonmuutoksen tieteellistä perustaa, toinen ilmastonmuutoksen vaikutuksia,haavoittuvuutta sekä sopeutumista ja kolmas ilmastonmuutoksen vähentämiseksi tarvittaviatoimia.Fysiikan opettajan työtä ajatellen tiivistetyn, mutta riittävän kuvan esittämiseksiarviointiraportin sisällöstä tarkastellaan seuraavaksi yhdistetyn arviointiraportin tiivistelmääsekä ensimmäisen työryhmän osuutta. Tarkastelussa keskitytään erityisesti fysiikkaanliittyviin asioihin, mutta pyritään antamaan hiukan myös laajempaa kuvaa. Tavoitteena onesittää arviointiraportista tiivistys, joka antaa riittävän pohjan opetuksen alustavaasuunnittelua varten. Tarkemman ja realistisemman kuvan välittymiseksi opettajan onhyödyllistä tutustua myös em. internetosoitteessa oleviin alkuperäislähteisiin.Ilmaston monimutkaisuus tuo oman epävarmuustekijänsä ilmastomallien avulla saatuihintuloksiin, kuten ensimmäisen työryhmän teknisessä tiivistelmäosiossa todetaan: ”While thisreport provides new and important policy relevant information on the scientific understandingof climate change, the complexity of the climate system and the multiple interactions thatdetermine its behaviour impose limitations on our ability to understand fully the future courseof Earth’s global climate. There is still an incomplete understanding of many components ofthe climate system and their role in climate change.” (IPCC 2007, WG1 TS)IPCC:n Yhdistetyn arviointiraportin tiivistelmäosiossa (Synthesis Report: Summary forPolicymakers) todetaan, että havaittu maailmanlaajuinen ilman ja merien lämpötilojenkohoaminen, lumen ja jään sulaminen sekä merenpinnan nousu varmuudella osoittavatilmaston lämmenneen. Muutoksella ja erityisesti lämpenemisellä todetaan olleen vaikutustaluonnon fysikaalisiin ja biologisiin osiin. Keskisuurella varmuudella todetaan vaikutustenalkavan ulottua myös ihmisyhteisöihin. Kasvihuonekaasujen pitoisuudet ilmassa ovatkasvaneet huomattavasti ihmisen toiminnan vaikutuksesta. Kun otetaan huomioon ihmisen37

toiminnan kokonaisvaikutus vuoden 1750 jälkeen, sen todetaan aiheuttaneen erittäin suurellatodennäköisyydellä ilmaston lämpenemistä. 1900-luvun puolenvälin jälkeisen lämpenemisentodetaan hyvin suurella todennäköisyydellä johtuvan kasvihuonekaasujen pitoisuuksienkasvusta.Kuva 3.8: Havaittu a) maapallon pinnan keskilämpötilan muutos, b) keskimääräinen meren pinnan korkeudenmuutos ja c) pohjoisen pallonpuoliskon maalis-huhtikuussa peittävän lumipeitteen muutos. Asteikot on kaikissakuvaajissa valittu vuoden 1990 keskiarvojen perutsteella. Kuvaajan ympärillä oleva tummennetut alueetkuvaavat mittausten perusteella määritettyjä epätarkkuuksia. (IPCC 2007 SYR SPM : 3)38

Kuva 3.9: Hiilidioksidin, metaanin ja typpioksiduulin aiheuttama säteilypakote (y-akseli) viimeisen 10 000vuoden ajalta (x-akseli) sekä pienemmässä kuvassa pitoisuudet vuodesta 1750. Kuvaajien y-akseleilla on eriyksiköt. Eri värit kuvaavat eri tutkimuksista saatuja tietoja.(IPCC 2007, WG1 SPM : 3)Vain sellaiset ilmastomallien avulla tehdyt ajot 2 , jotka ottavat huomioon sekä ihmisentoiminnan vaikutuksen että luonnolliset tekijät, selittävät havaitun lämpenemisen. Tätähavainnollista kuva 3.10.2 Ilmastomalli on ilmastojärjestellmän toimintaa kuvaava tietokoneohjelma. Samalla ilmastomallilla voidaan tehdä erilaisiaajoja vaihtelemalla mallille syötteenä annettuja ulkoisten tekijöiden aikasarjoja (kasvihuonekaasujen pitoisuudet,auringon säteilyteho jne.).39

Kuva 3.10: Ilmastomallien ajot, jotka ottavat huomioon vain luonnolliset tekijät (sininen alue)sekä ajot, jotka ottavat huomioon sekä luonnolliset että antropogeeniset tekijät (punainenalue). Musta viiva kuvaa havaittujen lämpötilojen vuosikymmenien keskiarvoja. (IPCC 2007SYR SPM : 6)Mikäli minkäänlaisiin toimiin ei ryhdyttäisi, nähdään maailmanlaajuistenkasvihuonekaasupäästöjen hyvin luultavasti kasvavan seuraavien vuosikymmenten aikana.Tämänhetkisten tai suurempien päästöjen todetaan aiheuttavan tämän vuosisadan aikanaedelleen lämpenemistä ja hyvin todennäköisesti yhä suurempia muutoksia ilmastoon. Kuvassa3.11 on esitetty eri skenaarioihin perustuvia arvioita kasvihuonekaasupitoisuuden kasvullesekä odotettavia vastaavia arvioita lämpötilan kohoamiselle.40

Kuva 3.11: Ennustetut kaasupäästöt (vasen kuva) ja odotettava lämpeneminen (oikea kuva) eri skenaarioissa,kun mahdollisia ilmastoon liittyviä toimia ei ole huomioitu. Ennusteet perustuvat erilaisiin tulevaisuudenskenaarioihin A1FI, A1T, A1B, B1 ja B2, jotka on esitetty myös tämän tekstin liitteessä I. Oikeanpuoleisen kuvanalin vaaleanpunainen viiva esittää tilannetta, jossa kasvihuonekaasujen pitoisuudet olisivat pysyneet vuoden2000 tasolla. (IPCC 2007 SYR SPM)Raportissa annetaan myös arvioita eri skenaarioissa odotettavalle meren pinnan nousulle.Lämpenemistä ja muita ilmastonmuutoksia arvioidaan myös paikallisemmin. Lämpötilankasvusta seuraavista vaikutuksista annetaan esimerkkejä. Esimerkkinä voidaan mainita, että jo2 °C:n lämpeneminen näyttää aiheuttavan ainakin kohtuullisen vakavia seurauksia ja sitäkorkeampien lämpötilamuutosten kohdalla tilanne edelleen pahenee. Vuoteen 2020 mennessäarvioidaan mm. Afrikassa 75 - 250 miljoonan ihmisen joutuvan kärsimään lisääntyvästäveden puutteesta. Australiassa ja Uudessa Seelannissa arvioidaan luonnon monimuotoisuudenpaikallisesti kärsivän huomattavasti. Ilman hiilidioksidipitoisuuden todetaan aiheuttavanmeren happamoitumista, mikä puolestaan voi aiheuttaa ongelmia tietyille eliöille. Sään ääriilmiöiden(kuumuus, sateet, kuivuus, intensiivisemmät syklonit) ja merenpinnan nousunodotetaan aiheuttavan enimmäkseen vaikeuksia luonnolle ja ihmisille. Lämpenemisestäjohtuva meren pinnan nousu tulee raportin mukaan jatkumaan vuosisatojen ajan johtuenilmiön ja palautekytkentöjen hitaudesta. Tuhannen vuoden aikavälillä jatkuva lämpeneminenvoi johtaa Grönlannin jääpeitteen sulamiseen ja 7 metrin suuruiseen meren pinnan nousuun.Myös äkkinäiset tai peruuttamattomat seuraukset, kuten eliöiden kuoleminen sukupuuttoon taiAtlantin merikiertoliikkeen (jonka yhtenä osana on Golf-virta) hidastuminen ovat mahdollisia.41

Ilmastonmuutokseen sopeutumisen todetaan olevan mahdollista, mutta yhteiskuntien jakansalaisten sopeutumismahdollisuuksiin vaikuttavat kuitenkin myös muut vaikeudet, kutenköyhyys, sairaudet, ravinnonsaantimahdollisuudet, konfliktit sekä varallisuuden epätasainenjakautuminen. Hiilidioksidipäästöjen vähentämisen arvioidaan olevan taloudellisestimahdollista. Fysiikan ja fysiikan opetuksen kannalta on hyödyllistä huomata, että sekäsopeutumiseen että päästöjen vähennyksiin pyrittäessä eräänä vaikuttavana tekijänä mainitaanuuden teknologian kehittämiseen ja käyttöönottoon liittyvät toimet. Lisäksi opetuksenkannalta huomionarvoista on, että yksilöiden vaikutusmahdollisuudet mainitaan eräänätekijänä, jolla voi olla vaikutusta päästöjen vähentämisessä. UNFCCC:n ja Kyotonsopimuksen nähdään olevan hyvä perusta tuleville päästöjen vähentämiseen pyrkivilletoimille. Ilmastoon liittyvät toimet todetaan voitavan toteuttaa siten, että se ei aiheutaristiriitoja muun kestävän kehityksen kanssa. Taloudellisilla ja muilla poliittisilla tekijöillävoidaan huomattavasti vaikuttaa päästöihin, sopeutumiskykyyn sekä yhteiskuntienhaavoittuvuuteen. Raportin lopussa mainitaan viisi keskeistä ilmastonmuutokseen liittyvääriskiä: haavoittuviin ja ainutlaatuisiin kohteisiin ja ekosysteemeihin kohdistuva riski,äärimmäiset sääilmiöt, vaikutusten ja haavoittuvuuksien jakautuminen, ilmastonmuutoksenvaikutuksista maailmassa keskimäärin seuraavat taloudelliset vahingot sekä suurenmittakaavan vaikutukset. Erityisesti meriveden lämpölaajenemisen arvioidaan jatkuvan vielävuosisatoja ilmakehän kasvihuonepitoisuuden vakiinnuttua voiden aiheuttaa useiden metriensuuruisen meren pinnan nousun. Erilaisten esitettyjen skenaarioiden saavuttamiseksitarvittavan teknologian arvioidaan jo olevan olemassa tai sen oletetaan pian kehittyvän. Myöserilaisia taloudellisia tekijöitä arvioidaan. (IPCC SR: SPM, 2007)Aiemmin tarkastellussa esimerkissä havaittiin tieteellisen tiedon mahdollistaneen Hollannissapatojen korjaamiseen ja suunnitteluun liittyvien ongelmien käytännöllisen ratkaisun, kunaikaisemmin tehdyn tutkimuksen avulla saadut tiedot tulivat hyödyllisiksi. Vastaavalla tavallavoidaan ilmastonmuutoksen yhteydessä huomata tiedon mahdollistavan tulevien riskienymmärtämistä ja auttavan tässä tapauksessa jo mahdollisesti ennalta välttämään tulevia uhkia.Kuten patojen korjaukseen ja suunnitteluun liittyvissä vaiheissa, voivat tieteellinen tieto jatekniset ratkaisut ilmastonmuutoksenkin yhteydessä toimia yhtenä osana pyrittäessä kohtiratkaisua.42

3.6 Muita tieteessä esitettyjä käsityksiäTiede kehittyy tutkimustulosten kriittisen tarkastelun kautta, kuten luvussa 2 havaittiintieteellisen tiedon kehittymisen yhteydessä: tutkijan täytyy aina pyrkiä perustelemaanjohtopäätökset tavalla, joka ei jätä aukkoja muiden kritiikille. Ilmastonmuutokseen liittyymonia tekijöitä, joista ihmisen toiminnasta johtuvaa kasvihuoneilmiön voimistumista onkeskeisin. Jotta voitaisiin ymmärtää aiheeseen liittyvää keskustelua, on määritettävä, mistäseikoista ilmastonmuutosta koskevassa tieteellisessä debatissa on ollut kyse. John Houghtoninmukaan kasvihuoneilmiöön liittyvä perusfysiikka tunnetaan hyvin. Tieteilijät ovatyksimielisiä siitä, että jos hiilidioksidin määrä kaksinkertaistuu, eikä muita vaikutuksiatapahdu, maan pinnan lähellä lämpötilan nousu olisi n. 1,2 °C. Takaisinkytkennät ja alueellisetvaihtelut kuitenkin monimutkaistavat asiaa ja vaikka tietokonesimulaatiot ovatkin hyvinkehittyneitä, on niillä kuitenkin joitakin rajoituksia. (Houghton, 2004: 216-217) Taylorinmukaan kukaan ei epäile itse kasvihuoneilmiön olemassaoloa eikä kasvihuonekaasujen rooliasen yhteydessä juurikaan kyseenalaisteta. Myöskään mitattua kasvihuonekaasujen määränkasvua ei epäillä. Keskeisesti debatissa on ollut kyse siitä, onko mitattu ihmisen toiminnastaaiheutunut kasvihuonekaasujen määrän kasvu aiheuttanut havaittavaa lämpötilan nousua.(Taylor, 2005 : 105) Kuten luvussa 2 mainittiin, tieteilijän luoma mielikuvan asema tiedonkentässä muuttuu muiden tieteilijöiden hyväksynnän kautta. Ilmastonmuutoksen kohdalla tätäsiirtymistä voidaan havainnollistaa IPCC:n eri arviointiraportissa väitteelle ”suurin osa 1900-luvun puolenvälin jälkeisestä lämpenemisestä johtuu ihmisen toiminnasta” annettujenvarmuusarvioiden perusteella: vuonna 2001 IPCC:n 3. arviointiraportissa väitteenvarmuudeksi arvioitiin yli 66 % ja vuoden 2007 IPCC:n 4. arviointiraportissa varmuudeksiarvioitiin yli 90 %. (Collins & al., 2007) Tarkasteltaessa eri lähteissä esiintyvää tietoa onopetuksenkin yhteydessä syytä pitää mielessä tämä viime aikoina tapahtunut muutos. NaomiOreskses käsittelee vuonna 2004 julkaistussa esseessään tieteilijöiden keskuudessa vallitsevaayhteisymmärrystä ilmastonmuutokseen liittyen. Hänen mukaansa IPCC:n esittämä käsitysilmastonmuutoksen syistä sai tukea Yhdysvalloissa kaikilta keskeisiltä ilmastoon liittyviltätieteellisiltä järjestöiltä. Oreskesin mukaan vuosien 1993 ja 2003 välillä ilmestyneissäilmastonmuutokseen liittyvistä (hakusanalla ilmastonmuutos) tieteellisissä julkaisuissailmestyneistä artikkeleista ISI tietokannassa 75 % joko suoraan tuki vallitsevaa näkemystä,arvioi ilmastonmuutoksen vaikutuksia tai vähentämiseen liittyviä toimenpiteitä ja 25 %artikkeleista käsitteli menetelmiä tai historiallisia ilmastoja selittäviä epäsuoriamittaustuloksia. Missään artikkelissa ei kiistetty vallitsevaa näkemystä. (Oreskes, 2004)43

Voidaan siis sanoa, että IPCC:n raportti saa voimakkaan tuen ilmastotieteilijöidenkeskuudessa. Tämä ei tarkoita sitä, että lopullinen totuus asiasta olisi saatu selville ja tuotuesiin, sillä kyseessä on hyvin monimutkainen fysikaalinen kokonaisuus. Kyse on kuitenkinlähinnä siitä, voidaanko tietoa pitää riittävän varmana, jotta sitä voidaan käyttää erilaistenpäätöksiin liittyvien näkökulmien perusteluina. Ilmastonmuutokseen liittyvää käsitystä jaIPCC:tä on myös kritisoitu. Vaikka julkisuudessa esitetyn kritiikin ja skeptikoiden taustallajoissakin tapauksissa on vaikuttanut fossiilisia polttoaineita hyödyntävän teollisuuden antamarahoitus, on joukossa myös riippumattomia tiedemiehiä. (Rummukainen, 1999: 2 , Keskitalo,2005: 124) On tärkeää tiedostaa joidenkin teollisuusyhtiöiden vaikutus ja pyrkimykset tuottaatoimintaansa hyödyttäviä näkökulmia, mutta ei ole syytä pitää kaikkia tieteessä esiintyviäkriittisiä näkökulmia näistä tekijöistä johtuvina. Lisäksi on huomattava, että eri yhtiötsuhtautuvat muutoksiin eri tavoin (vrt. Van den Hove & al., 2002) ja vaikka yhtiöiden halurahoittaa sellaista tutkimusta, joka on niille haitaksi on todennäköisesti rajallinen, voidaanniiden tekemää tutkimusta kuitenkin hyödyntää tieteen kehityksessä, kunhan huomioidaan,mistä rahoitus tutkimukseen on saatu. Keskitalon mukaan ainakin Yhdysvaltalainen GlobalClimate Coalition ja The Greening Earth Society ovat saaneet rahoituksensa kivihiili- ja öljyyhtiöiltä.Esimerkiksi Van den Hoven ym. mukaan öljy-yhtiö Exxon on pyrkinyt mm.kampanjoimalla ja rahoituksen avulla Yhdysvalloissa voimakkaasti vaikuttamaanpolitiikkaan, jotta rajoituksia hiilidioksidipäästöille ei asetettaisi. Myöhemmin vuonna 2000Exxon on hieman muuttanut virallista asennoitumistaan ilmoittamalla pyrkivänsä kehittämäänteknologiaa ottaen huomioon sen mahdollisuuden, että ilmastonmuutos saattaa aiheuttaapitkän aikavälin riskejä. (Van den Hove & al., 2002) Keskitalon mukaan on esitetty myösjoitakin näkemyksiä, joissa ilmastonmuutospaneelin tutkijoiden motiiveja on kyseenalaistettu.Virkojen ja rahoituksen on tällaisten näkemysten mukaan ajateltu houkuttelevan tuottamaansuosittuja, mutta tieteelliseltä arvoltaan kyseenalaisia tuloksia. Jotkut tieteilijät ovat myösesittäneet vakavasti otettavia ja haasteellisia teorioita ilmastonmuutosten syistä. Skeptikoidenesittämien näkemysten lisäksi eri tieteilijät arvioivat vaikutuksia eri tavoin: toistentieteilijöiden arviot ilmastonmuutosten suuruudesta ovat ilmastopaneelin arvioita suurempia jatoisten pienempiä. Erilaisia tieteessä esitettyjä teorioita voidaan tulkita toisen luvuntarkastelun näkökulmasta: Tieteilijät pyrkivät tuottamaan mahdollisimman hyvin perusteltujahypoteeseja, joiden asema tiedon kentässä muuttuu muiden tieteilijöiden hyväksynnän myötä.44

Vaihtoehtoisena tieteellisesti perusteltuna näkemyksenä voidaan pitää kymmenen tieteilijänlaatimaa IPCC:n ensimmäisen työryhmän raporttiin perustuvaa vaihtoehtoista tiivistelmää,Independent Summary for Policymakers (ISPM). Projektin koordinaattorina on toiminutGuelphin yliopiston taloustieteen apulaisprofessori Ross McKitrick, joka on aiemminilmastonmuutospaneelin vuoden 2001 kolmanteen arviointiraporttiin liittyen esittänytepäsuoriin lämpötilahavaintoihin perustuvaan historiallisia lämpötiloja kuvaavaan ns.”jääkiekkomailakäyrään” liittyvää tieteellistä kritiikkiä. ISPM:n internetsivujen mukaanprojekti ei ole saanut rahoitusta miltään teollisuusyritykseltä. (ISPM, 2007)Seuraavassa esitetään ISPM-tiivistelmässä esiintyneitä keskeisiä aiheita. Tarkka kuva aiheestavoidaan saada tutustumalla Guelphin yliopiston verkkosivuilla sijaitsevan Ross McKitrickinkotisivun kautta vapaasti saatavaan alkuperäislähteeseen. Yleisesti ottaen ISPM kiinnittäähuomiota epävarmuuksiin, tilastoihin, historialliseen lämpötilatietoon liittyväänepävarmuuteen, ilmastomalleihin ja niiden antamien arvioiden luotettavuuteen. Raportissakiinnitetään ilmastonmuutokseen vaikuttavien tekijöiden kohdalla huomiota säteilypakotteenkäsitteen käyttöön liittyviin ongelmiin. Kasvihuonekaasujen määrän kasvua ja vaikutusta sekämuita lämpötilaan vaikuttavia tekijöitä tarkastellaan kiinnittäen huomiota mm. tilastoihin,epävarmuuksiin ja tutkimuksiin, jotka liittyvät auringon toimintaan sekä maankäytönmuutoksiin. Havaittujen mittaustulosten kohdalla tarkastellaan lämpötilan muuttumista viimevuosikymmeninä ja vuoden 1850 jälkeen. Tässä yhteydessä tarkastellaan alueellisiapoikkeamia mallien avulla lasketuista tuloksista, mittaustulosten tulkintoja, mittauksiinliittyviä epävarmuustekijöitä sekä mahdollisia luonnollisista tekijöistä johtuvia vaikutuksia.Ilmaston historian ja sen tulkinnassa tarvittavien epäsuorien todistusaineistojen kohdallakiinnitetään huomio menneisiin lämpötilanvaihteluihin, ilmastonmuutoksiin ja niiden syihinliittyvään epävarmuuteen. Myös epäsuorien todistusaineistojen epävarmuutta tarkastellaan.Ilmastomallien todetaan tuottaneen tuloksia, jotka ovat yhteensopivia joidenkin havaittujenmuutosten kanssa, mutta niissä todetaan olevan vielä puutteita, eikä ISPM:n mukaan vielä olevarmuutta siitä, että mallit voivat tuottaa luotettavia ennusteita. Tässä yhteydessä myösesitellään tarkemmin joitakin malleihin liittyviä ongelmia. Mallien antamien ennusteidenkohdalla kiinnitetään huomiota yksittäisten mallien epätarkkuuteen; siihen, että mallit eivätselitä jääkausien alkamista, tulosten virherajoihin sekä mallien luomisen eri vaiheisiinliittyviin epävarmuuksiin. Vain muutamat mallit huomioivat auringosta ja maankäytönmuutoksesta johtuvat vaikutukset. Myöskään aerosolien epäsuoria vaikutuksia ei olehuomioitu kaikissa malleissa. Mallien todetaan ennustavan lämpenemistä koko maapallolla.45

Vaikka keskimäärin mallit ennustavat, että kasvihuoneilmiöstä aiheutuu trooppisentroposfäärin pintaa nopeampaa lämpenemistä, ei tällaista lämpenemistä ole havaittu. Näidenepävarmuuksien jälkeen raportissa esitetään myös erilaisia mallien antamia ennusteita.Ilmastonmuutoksen syiden tunnistamisen suhteen todetaan muutoksen havaitsemisen jasyiden tunnistamisen olevan erillisiä prosesseja. Tässä yhteydessä todetaan, että syyttunnistetaan vertaamalla eri tekijöitä huomioivien mallien tuloksia mittaustuloksiin. Huomiotakiinnitetään myös luonnollisista tekijöistä johtuviin muutoksiin ja eri tekijöistä johtuvienmuutosten arvioimisen vaikeuteen. Koska syiden tunnistaminen perustuu mallienkäyttämiseen, ei ole täydellistä varmuutta siitä, että syyt tunnistetaan oikein. ISPM:n mukaanepävarmuuksien arvioinnissa jätetään mallien parametreihin liittyviä epävarmuuksiahuomioimatta ja tällaisten epävarmuuksien todetaan voivan olla huomattavia. Kaikkiamahdollisia tunnettuja ilmastoon vaikuttavia tekijöitä ei huomioida syiden arvioinnissa.Epävarmuuksista johtuen ilmastonmuutoksen liittämisen ihmisen toimintaan todetaan olevanasiantuntijoiden arvio. Johtopäätöksissä todetaan ilmaston olevan äärimmäisenmonimutkainen järjestelmä, jonka tulkintaan liittyy monia epävarmuustekijöitä. Tästähuolimatta tieteellisen käsityksen todetaan kehittyneen. Vanhojen mittaustulosten tulkintaanliittyy monia vaikeuksia ja uudempien mittausten mukaan lämpeneminen näyttäisivähäisemmältä. Havaitun ilmastonmuutoksen todetaan monin paikoin olleen suhteellisenpieni ja luonnollisen vaihtelun rajojen sisällä. Sen tueksi, että vaarallisia taiennennäkemättömiä muutoksia olisi pian odotettavissa ei ole ehdotonta todistusaineistoa.ISPM:n mukaan viime vuosisadan lämpötilatietoja voidaan selittää useiden erilaistenhypoteesien avulla. Väitteen, jonka mukaan kasvihuoneilmiö on tuottanut tai voi tuottaahuomattavaa ilmaston lämpenemistä, todetaan olevan uskottava ja edelleen ansaitsevan lisäätutkimusta. ISPM:n mukaan väitettä ei kuitenkaan ole todistettu ja mittaustulosten todetaanmahdollistavan sen kyseenalaistamisen uskottavasti. Väitteen tukena käytetyt simulaatiotsisältävät monia arvioita. Vaikka ne on säädetty tuottamaan tuloksia, jotka uskottavastiselittävät mitattuja tilastoja, ei ole varmuutta siitä, että tulevaisuuden ennusteet olisivatluotettavia. Siihen, kuinka paljon ihmisen toiminta vaikuttaa ilmastonmuutokseen ja onkomuutos hyvä vai huono asia, todetaan sisältyvän epävarmuutta. (ISPM, 2007)IPCC:n arviointiraportin sekä ISPM:n tekijöinä on tieteilijöitä, jotka perustelevat omannäkemyksensä niin hyvin, että asiaan syvällisesti perehtymättömän henkilön on vaikeamuodostaa omaa arviota erilaisista tulkinnoista. Yksi tapa muodostaa perusteltu mielipideesitettyjen näkemysten perusteella olisi tietysti opiskella aihetta ja tutustua eri näkemysten46

tueksi esitettyihin argumentteihin. Ottaen kuitenkin huomioon asian monimutkaisuuden jasyvälliseen perehtymiseen vaadittavan ajan, tämä ei kuitenkaan valtaosalle ihmisistä olemahdollista. Kuten toisessa luvussa esitettiin tieteellisen tiedon kehittymisen yhteydessä,tieteilijöiden esittämän mielikuvan asema tiedon kentässä muuttuu muiden tieteilijöidenhyväksynnän ja hylkäämisen kautta. IPCC:n raporttiin on kokonaisuudessan osallistunutsatoja tieteilijöitä ja ensimmäisen työryhmän raportinkin vastaavina tekijöinä on 152 tieteiljää.ISPM on vain kymmenen tieteilijän muodostama perusteltu kokonaisuus. Lisäksi onhuomioitava edellä mainittu Naomi Oreskesin tutkimus, jonka perusteella voidaan todeta, ettäIPCC:n arviointiraportissa esitettyä vallitsevaa käsitystä ei juurikaan kyseenalaistetailmastotieteilijöiden keskuudessa. Toisen luvun tarkastelun perusteella on luultavaa, ettämikäli pitävää todistusaineistoa esitetään vallitsevasta näkemyksestä poikkeavan näkemyksentueksi, hyväksyisivät myös muut tieteilijät tämän käsityksen ja siitä tulisi vallitseva näkemys,hyväksytty fakta. Mikäli tämä järjestelmä ei jostain syystä toimisi, olisi kyseessä tieteensisäinen ongelma, jota asiaa tuntemattoman olisi vaikea arvioida. Näin ollen kansalainen onasiantuntijoiden näkemysten varassa, mutta tulkitsemalla esitettyjä näkemyksiä edellisessäluvussa esitetyn tieteellisen tiedon kehittymiseen liittyvän osan perusteella, hän voi pyrkiämuodostamaan realistisen kuvan tilanteesta, jolloin tämä kuva voi toimia asiaan liittyvänmielipiteen muodostamisen pohjana.Gavin Schmidt tarkastelee tieteessä esitettyjä käsityksiä metaanin vaikutuksista ilmastoon jametaanin pitoisuuden muutoksista. Vielä 1970-luvun alussa metaanin vaikutuksia ilmastoonpidettiin merkityksettöminä. 1976 Wei-Chyung Wangin ja muiden tutkijoiden tulostenperusteella havaittiin metaanin absorboivan lämpösäteilyä, jolloin sen arvioitiin vaikuttavankasvihuoneilmiöön. Tänä päivänä metaanin ajatellaan olevan eräs keskeisesti ilmastoonvaikuttavista kasvihuonekaasuista ja siihen liittyvää tutkimusta tehdään aktiivisesti. Metaaniasyntyy hiilivetyjen hajotessa vähähappisissa olosuhteissa esimerkiksi merenpohjassa tai soissaanaerobisten bakteerien vaikutuksesta. Grönlannin ja antarktiksen jääpeitteitä tutkimalla onhavaittu metaanipitoisuuksien yli kaksinkertaistuneen viimeisen 150 vuoden aikana. Määränkasvaminen johtuu todennäköisimmin ihmisen toiminnan vaikutuksesta. Tätä aikaisemminmetaanipitoisuus on ollut kiinteästi yhteydessä voimakkaisiin ilmastonvaihteluihin. Schmidtinmukaan tutkimalla aikaisempia pitoisuuksia Severnighaus ja Brook ovat tutkimuksensaperusteella esittäneet, että ilman metaanipitoisuus on seurannut ilmaston lämpenemistä.Schmidtin mukaan metaani siis toisaalta vaikuttaa kasvihuoneilmiöön ja toisaalta ilmastonlämpeneminen vaikuttaa ilman metaanipitoisuuteen. Metaanin hajotessa OH-radikaalien47

vaikutuksesta syntyy hajoamistuotteina hiilidioksidia ja vettä. Kuivassa stratosfäärissäsyntynyt vesihöyry voimistaa myöskin kasvihuoneilmiötä ja lisää metaanin vaikutusta noin15 %:lla. Vesipitoisten alueiden määrä sekä ikiroudan sulaminen ja jäätyminen vaikuttavatmetaanin vapautumiseen. Schmidtin mukaan ruotsalaisessa tutkimuksessa on havaittumetaanipäästöjen alueellisesti lisääntyneen 20-60 % 30 vuoden aikana ikiroudan sulamisenseurauksena. Viime vuosina ilmakehän metaanipitoisuus on vaihdellut, eikä kasvua oletapahtunut viimeisen kolmen vuoden aikana. Metaania on varastoitunut merenpohjiinklatraatteina. Ne ovat molekyylirakenteita, joiden sisältävät kaasumolekyylin. Metaaniasisältävää klatraattia kutsutaan metaanihydraatiksi ja se koostuu jäätyneestävesimolekyylirakenteesta. Tällaisia hydraatteja syntyy alhaisessa lämpötilassa ja suuressapaineessa. Klatraatit voivat olla hyvin epästabiileja, mikäli lämpötila kasvaa tai paine alenee.Schmidtin mukaan Jim Kennett esitti 1990-luvun alussa, että noin 55 miljoonaa vuotta sittenhiili-isotooppien pitoisuuksissa tapahtui kaikkialla äärimmäisen nopea (geologisessaaikamittakaavassa) muutos siten, että 12 C isotoopin määrä nousi ja 13 C isotoopin määrä väheni.Vuonna 1995 Jerry Dickens ehdotti, että ainoastaan metaaniklatraattien, jotka sisältäväterityisen paljon 12 C isotooppia, vapautuminen voi selittää havaitun muutoksen. Schmidtin jaSchindellin käsityksen mukaan tämä hypoteesi on tällä hetkellä uskottavin selityshavainnoille, vaikka purkautumisen aiheuttanut syy onkin vielä epäselvä. Schmidtin mukaanKennett on muotoillut ns. Clathrate Gun -hypoteesin, jonka mukaan metaani varastoituuklatraatteihin kylmien jaksojen aikana ja vapautuu yhtäkkisesti lämpenemisen vaikutuksesta.Schmidtin mukaan hypoteesia ei tällä hetkellä ole laajasti hyväksytty tieteessä, sillämetaanipitoisuuden ja lämpenemisen välillä näyttäisi mittaustulosten perusteella olevanaikaviive. Vallitsevan tieteessä hyväksytyn käsityksen mukaan lämpenemisestä seuraavienlisääntyneiden sateiden vaikutuksesta trooppisilta alueilta on vapautunut enemmän metaania.Menyttä ilmastoa koskevaan käsitykseen sekä metaanin kiertoon liittyy kuitenkin paljonseikkoja, joita ei vielä ymmärretä.Räisänen ja Keskitalo tarkastelevat tieteessä esitettyjä näkemyksiä auringonpilkkujaksonmuutosten mahdollisista vaikutuksista ilmaston lämpenemiseeen. Auringon säteilyteho ei oletäysin vakio, vaan se vaihtelee 11-vuotista auringonpilkkujaksoa seuraten. Auringon pinnallatummempina näkyvät pilkut ovat muuta aurinkoa viileämpiä, mutta niiden esiintyessä myösvoimakkaammin säteilevät fakula-alueet lisääntyvät, jonka seurauksena kokonaisuudessaanauringon säteilyteho on hiukan suurempi. Säteilytehon vaihtelu on kuitenkin hyvin pientä,eikä sillä voi olla merkittävää suoraa vaikutusta maapallon keskilämpötilaan.48

Auringonpilkkuja on ollut 1900-luvun keskivaiheilta aiempaa enemmän jolloin säteilytehokinlienee ollut aiempaa suurempi. (Räisänen, 2004) Tanskalaisten fyysikoiden Eigil Friis-Christensenin ja Knud Lassenin tutkimuksessa todettiin vuonna 1991, että pohjoisenpallonpuoliskon keskilämpötilan ja auringonpilkkujakson pituuden välillä oli ollut voimakasnegatiivinen korrelaatio. Myös monet muut tieteilijät havaitsivat saman, mutta skeptikot ovatusein viitanneet Friis-Christensenin ja Lassenin tuloksiin. Uudemmassa Thejllin ja Lassenintutkimuksessa korrelaation on todettu heikentyneen, sillä keskilämpötila on kasvanut vaikkaauringonpilkkujakson pituus on pysynyt jokseenkin ennallaan. (Räisänen, 2004), (Keskitalo,2005) Räisäsen mukaan Marsh ja Svensmark havaitsivat vuonna 2000, ettätekokuumittauksista arvioitu alapilvien määrä ja kosmisen säteilyn voimakkuus korreloivatvuosina 1984-1994. (Räisänen, 2004) Keskitalon mukaan Svensmark on muodostanut Friis-Christensenin ja Lassenin havaintojen sekä aiemminkin tieteessä esitettyjen pohdintoihinnojaten teorian, jonka mukaan auringon aktiivisuudella voisi olla epäsuora vaikutusilmastoon. Svensmarkin teoriassa auringonpilkkujen vaikutuksesta lisääntyneet aurinkotuuletja auringon magneettikentän voimistuminen on kytketty maapallon pilvisyydenmuodostumiseen. (Keskitalo, 2005 : 129) Aurikotuulen vaikutuksesta maahan pääseväkosminen säteily vähenee, ja on esitetty, että sen seurauksena kosmisen säteilyn synnyttämienionien väheneminen voisi vaikuttaa tiivistymiskeskuksiksi kelpaavien aerosolihiukkastenmuodostumiseen ja sitä kautta pilvisyyteen. Mekanismin pitäisi kuitenkin olla tehokkainkorkeilla leveysasteilla ilmakehän yläosissa, jonne säteilyä tulee eniten, mutta pilvisyys jasäteilyn voimakkuus korreloivat vain alatroposfäärissä ja sielläkin ensisijaisesti matalillaleveysasteilla. Alapilvien määrää on vaikea luotettavasti arvioida tekokuumittauksista. LisäksiMarshin ja Svensmarkin mittausten kymmenen vuoden aikasarja on lyhyt. Vasta aikasarjojenpidentyessä paljastuu, onko korrelaation takana jokin fysikaalinen syy-yhteys. (Räisänen,2004 : 54-55) IPCC:n arviointiraportin mukaan on esitetty empiiristä aineistoa, joka tukeeedellä kuvattua käsitystä, mutta todistusaineisto systemaattisesta epäsuorasta vaikutuksesta onmonitulkintainen (IPCC 2007, WG1 TS : 31).3.7 Aiheen liittäminen kokonaisvaltaisiin tietorakenteisiin: taloudellisia kysymyksiä jasuhde muihin maailman ongelmiinHallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin arvion perusteella ilmastonmuutos ja senseuraukset ovat potentiaalinen uhka monille eliöilajeille ja ihmisille. Kuten ilmastotieteilijäJohn Houghton ja taloustieteilijä Björn Lomborg omissa teoksissaan toteavat, maailmassa on49

myös muita suuria ongelmia, jotka tulee ottaa huomioon kokonaiskuvan hahmottamiseksi(Houghton, 2004; Lomborg, 2007) Pyrittäessä hahmottamaan maailmaa ja muodostettaessamielipiteitä, on hyödyllistä huomioida myös muita vastaavanlaisia globaaleja ongelmia, sillänäin voidaan saada parempi käsitys ilmastonmuutoksen aiheuttamien ongelmiensuuruusluokasta ja suhteesta kokonaisuuteen.Lomborg kritisoi teoksessaan Cool it - Den skeptiska miljövännens guide till den globalauppvärmningen Kyoton ilmastosopimusta. Lomborgin keskeinen teesi on, että sopimuksessapäästörajoituksiin tähtäävistä toimista ei ole kovin suurta hyötyä, mutta niistä aiheutuvataloudellinen haitta on kohtuuttoman suuri. Lomborgin mielestä hitaampi reagointi jateknologian kehittämiseen tähtäävä toiminta olisi parempi ratkaisu. Hän katsoo, ettämaailmassa on tällä hetkellä myös muita vakavia ongelmia, joita tulisi pyrkiä ratkaisemaan.Ideaalitilanteessa kaikki ongelmat tulisi ratkaista, mutta koska resurssit ovat kuitenkinrajallisia, joudutaan asioita asettamaan tärkeysjärjestykseen. Lomborg on ollut jäsenenäCopenhagen Consensus -projektissa, joka on arvioinut taloudellisesta näkökulmasta,minkälaiseen tärkeysjärjestykseen maailman ongelmia tulisi asettaa. Projektin arvioimassatärkeysjärjestyksessä ilmastonmuutos on sijoitettu häntäpäähän. Lomborg myös kritisoivoimakkaasti Kyoton ilmastosopimusta. (Lomborg, 2007). Englannin pankin pääekonomistija entinen maailmanpankin johtaja Sir Nicholas Stern on johtanut ilmastonmuutokseenliittyviä taloudellisia seikkoja arvioivaa ryhmää. Hänen johtamansa ryhmä toteaailmastonmuutokseen liittyvien taloudellisten kysymysten arviointiraportissa (the SternReview Report), että ilmastonmuutokseen reagoimiseksi tarvittavat varat kattaisivat 1%:nmaailman kansantuotteesta vuosittain, mutta jos toimiin ei ryhdytä, tappiot olisivat vuosittainvähintään 5 % maailman kansantuotteesta ja voisivat nousta jopa 20 %:n vuosittaisestakansantuotteesta. Stern toteaa, että ilmastonmuutokseen reagoimiseen tarvittavat kustannuksetovat huomattavat, mutta eivät ylitsepääsemättömät. Sitävastoin viivyttely olisi vaarallista jakustannukset olisivat tällöin paljon suuremmat. Hänen mukaansa ilmastonmuutoksella voisiolla vakavia vaikutuksia talouskasvuun ja kehitykseen. Stern toteaa, että ilmastonmuutosvaatii kansainvälistä reagointia, joka perustuu yhteisiin tavoitteisiin ja sopimuksiin. Hännäkee UNFCCC:n ja Kyoton ilmastosopimukset pohjana kansainväliselle yhteistyölle, muttatoteaa, että määrätietoisempia toimia tarvittaisiin. (Stern, 2006) Mielipiteen muodostamisenkannalta Lomborgin ja Houghtonin tahoillaan esiin tuoma ajatus myös muiden ongelmienhuomioimisesta on kuitenkin arvokas.50

IPCC:n arviointiraportin mukaan ilmastonmuutoksesta seuraava haavoittuvuuden uhka onsuurin, kun mahdolliset vaikutukset yhdistyvät muista ongelmista aiheutuviin vaikeuksiin,kuten köyhyyteen, eriarvoisuuteen, ruoan saantiin, ympäristön tilan heikkenemiseen sekäluonnonmullistuksiin. Ilmastonmuutos aiheuttaa hyvin suurella todennäköisyydellä haittaavaltioiden mahdollisuuksille toimia kestävän kehityksen periaatteiden mukaisesti sekävaikeuttaa YK:n vuosituhattavoitteiden saavuttamista. (IPCC 2007 AR4 WG2 Ch. 20 : 813)Jotta edellämainittuihin seikkoihin voidaan kiinnittää huomiota, esitetään seuraavassa lyhyestiYK:n vuosituhattavoitteita sekä YK:n ympäristöohjelman (UNEP) raportoimiavastaavanlaisia globaaleja ympäristöongelmia. Näiden lisäksi on luonnollisesti otettavahuomioon, että joka maassa on vielä omat paikalliset ongelmansa ja olosuhteensa. YK:nvuosituhattavoitteet ovat: äärimmäisen nälän poistaminen, mailmanlaajuinen peruskoulutus,sukupuolten välinen tasa-arvo, lapsikuolleisuuden vähentäminen, raskaana olevien naistenterveyden edistäminen, HIV/Aidsin vastainen työ, kestävän kehityksen varmistaminen sekäkansainvälisen yhteistyön edistäminen kehitystyössä. YK:n ympäristöohjelmassailmastonmuutos mainitaan ensimmäisenä GEO4 -raportissa (Global Environmental Outlook).Seuraavassa tarkastellaan muita raportissa mainittuja globaaleja ongelmia: sisä- ja ulkoilmansaasteiden vuoksi kuolee maailmassa vuosittain ennenaikaisesti yli 2 miljoonaa ihmistä.Sisäilman saasteet liittyvät puun vääränlaiseen polttamiseen sisätiloissa. Ulkoilman laaduntodetaan monissa kaupungeissa parantuneen, mutta saasteiden lisääntyminen tuottaa monissakaupungeissa ongelmia. Vaikka otsonia tuhoavien aineiden käyttö on saatu kuriin,otsoniaukko Etelänapamantereen yläpuolella on nyt laajimmillaan. Otsonikerroksen odotetaanpalautuvan luonnolliseen tilaansa vasta vuosien 2060 - 2075 välillä. Kestämätön maankäyttöyhdessä ilmastonmuutoksen kanssa muokkaavat maata käyttökelvottomaksi. Tämä vaikuttaaerityisesti kuivilla seuduilla asuviin köyhiin ihmisiin. Kuivilla alueilla eläviä ihmisiä on noin2 miljardia ja heistä 90% elää kehitysmaissa. Puhtaan veden määrä ihmistä kohti väheneemaailmanlaajuisesti ja saastunut vesi on edelleen suurin yksittäinen syy sairauksiin jakuolleisuuteen. Tämänhetkisen tilanteen jatkuessa monet maat jäävät veteen liittyvästävuosituhattavoitteeesta. Vuonna 2025 äärimmäisen vähäisellä vedellä toimeentulevienihmisten määrä voi olla 1,8 miljardia. Vesistöjen ekosysteemien hyödyntäminen, erityisestiliiallinen kalastaminen, uhkaa ravinnontuotantoa ja eliöiden monimuotoisuutta. Tunnetuistaeliölajeista suurta enemmistöä uhkaa levinneisyyden ja lukumäärien vähentyminen. (GEO4,2007)51

3.8 Eettiset kysymyksetIhmisten ja yhteiskuntien mahdollisuudet vähentää päästöjä ja sopeutua haittoihin riippuvatpaljon ihmisten ohjattavissa olevista taloudellisista ja poliittisista seikoista sekä yksilöidentoiminnasta. Kyky ymmärtää seurauksia, harkita toimintatapoja ja tehdä päätöksiä liittävätmyös eettiset kysymykset osaksi kokonaisuutta. Tällaiset kysymykset ovat laajoja ja vaikeitaaiheita, joiden yksityiskohtainen käsittely vaatisi kyseessä olevan asian läpikotaistatuntemista. On tuskin mahdollista opetuksen yhteydessä tehdä eettisiin kysymyksiin liittyviäjohtopäätöksiä. Edellisen luvun tarkastelun mukaiseti tulee eettistä näkökulmaa kuitenkinkäsitellä, jos aiheeseen sellainen olennaisesti liittyy. Näkökulmaksi valittiin tällöin yleisestihyväksyttyihin moraalisiin periaatteisiin perustuva opetus, jossa havainnollistetaan eettistenkysymysten huomioiminen hyvinvointia tuottavana tekijänä. Seuraavassa on esitetty joitakinperustavia yleisiä näkökulmia, joita tässä yhteydessä voidaan huomioida.Kristiina Koskela on käsitellyt oikeudenmukaisuuden käsitettä ilmastonmuutoksen jakansainvälisen lain yhteydessä. Tässä yhteydessä hän tuo esille erilaisia näkökulmia, joistakäsin asiaa voidaan harkita. Koskela käsittelee eri maiden osuutta hiilidioksidipäästöjenvähentämisessä. Sitovat päästörajoitukset vaikuttavat taloudellisiin tekijöihin ja siitä johtuenedelleen muihin yhteiskunnallisiin asioihin. Myös eri valtioihin kohdistuu erilaisiavaikutuksia maantieteellisestä sijainnista ja talouden rakenteesta johtuen (esimerkiksikuivuuden vaikutus maatalouteen). Tässä yhteydessä Koskela maintsee John Rawlsinkäsityksen, jonka mukaan paremmin toimeentulevien valtioiden tulee tukea huonommassaasemassa olevia valtioita, jotta köyhempien valtioiden sisällä olisi mahdollisuusoikeudenmukaisuuden toteutumiseen. (Rawls, 1999: 119) Koskelan mukaan Weiss toteaa,että sukupolvien välinen näkökulma tulisi ottaa huomioon ilmastonmuutosten pitkistävaikutusajoista johtuen. (Weiss, 1992) Tällöin on huomioitava että monet tämänhetkisetongelmat vaikuttavat myös tuleviin sukupolviin. Ilmastonmuutoksen yhteydessä köyhempienihmisten mahdollisuudet sopeutumiseen ja mahdollisuudet vähentää päästöjä ovatvähäisemmät kuin paremmin toimeentulevilla. Pyrittäessä ratkaisemaan erilaisia tämän päivänvaikeita ongelmia, vaikutetaan myös tulevien sukupolvien tilanteeseen ja ympäristönsuojelemisen mahdollisuuksiin. Edellämainittuja asioita on huomioitu mm. kestävänkehityksen käsitteessä sekä aiemmin mainitun UNFCCC:n ilmastosopimuksen yhteydessä.Näiden ajatusten lisäksi Koskela kiinnittää huomion myös ympäristökeskeiseen (ecocentric)52

ympäristöetiikkaan. Tässä ajattelussa ihmisten lisäksi myös muut eliölajit nähdään itsessäänarvokkaina ja pidetään tärkeänä, että myös niitä huomioidaan erilaisia ratkaisuja tehtäessä.(Koskela, 2005)John Houghton käsittelee ilmastonmuutokseen liittyviä arvoja teoksessa Global Warming: theComplete Briefing. Hänen mukaansa ne toimet, jotka nähdään tarpeellisiksiympäristöongelmien ratkaisemiseksi, eivät riipu ainoastaan tiedosta, vaan myös niistäarvoista, jotka yhdistämme ympäristöön. Houghton ehdottaa, että eettisessä pohdinnassaotetaan huomioon seuraavat seikat:• Tieteeseen perustuvat näkökulmat luonnon tasapainosta, riippuvuussuhteista sekäyhtenäisyydestä• Ihmisen erityisestä asemasta seuraavat velvollisuudet luontoa kohtaan• Luonnon vahingoittaminen tai huomiotta jättäminen nähdään vääränä• Käsitys velvollisuuksista nähdään perustuvan sellaisiin eri kulttuureissa esiintyviinyhteisiin arvoihin jotka pyrkivät oikeudenmukaisuuteen yhteisöjen ja sukupolvienvälillä• Kulttuuristen ja uskonnollisten käsitysten merkitysten ymmärtäminen henkilön omanajattelun perustana• Jokaisen yksilön kannalta ongelmien tunnistaminen ja toiminta vaikuttavat siihen,miten ongelmat havaitaan ja miten ne voidaan ratkaistaVoidaan huomata myös, että Houghton ottaa huomioon sen, että ilmastonmuutos ei ole ainoaglobaali ongelma ja laajempi näkemys asioista on tarpeellinen. (Houghton 2004: 210-211,326-327)Jotta vallitsevia käytäntöjä ja toimintaa voitaisiin tarvittaessa kehittää, on aina aiheellistakysyä, ovatko nykyiset käytänteet toimivia, onko yhteiskunnan toiminta ja oma toimintammeomien arvojemme mukaista. Vaikka lopullisia johtopäätöksiä ei voidakaan tehdä, onkiinnitettävä huomio siihen, että tämänhetkisiä käytäntöjä, toimia ja arvoja on pyrittävä53

kriittisesti arvioimaan ja muutoksia on pyrittävä tekemään, jos sellaiset nähdään aiheellisiksi.Vaikka periaatteiden ja huomioitavien näkökulmien esittäminen opetuksessa onkinmahdollista, on myös kiinnitettävä huomio siihen, että niiden soveltaminen käytännössä ei oleyksinkertaista. Tällöin on huomioitava monia ristiriitoja, erilaisia tulkintoja, näkökulmia jakäytännön ongelmia. Tämä voidaan havaita esimerkiksi kansainvälisten ilmastosopimusten taijulkisen keskustelun yhteydessä. Ei siis ole aiheellista tehdä opetuksen yhteydessä eettisiinpohdintoihin perustuvia lopullisia johtopäätöksiä, sillä kaikkien tarvittavien näkökulmien jaseikkojen huomioiminen on tuskin mahdollista, ellei asiaan ole syvällisesti perehtynyt. Kutentoisessa luvussa esitettiin, vaatii oppilaan älyllisten, moraalisten ja esteettisten hyveidenkehittyminen Maslown tavoitehierarkiassa olevien alempien tasojen tavoitteidenhuomioimista. Oppilaan kokonaisvaltaista kehittymistä on siis huomioitava, jotta myösoppilaan eettinen ymmärrys voisi kehittyä. Kun kasvatuksessa yleisesti ottaen pyritääntukemaan oppilaan kokonaisvaltaista kehitystä ja kiinnitetään huomiota myös eettisiinkysymyksiin, voidaan hänelle muiden taitojen lisäksi antaa välineitä myös oman perustellunmielipiteen muodostamiseksi.3.9 Ilmastonmuutos mediassaSuuri osa oman erityisosaamisalueen ulkopuolella olevasta tiedosta saadaan median kautta.Vaikka internetin käyttö on hyvin yleistä, ovat perinteiset tiedotusvälineet kuitenkin vielätärkeä tiedonvälityskanava, jonka kautta suuri osa päivittäisiin tapahtumiin liittyvästä tiedostavälittyy. Se, miten tieto tiedotusvälineissä esitetään ja kuinka sitä tulkitaan, vaikuttaa henkilönmuodostamaan mielipiteeseen. Opetuksen suunnittelun näkökulmasta on hyödyllistäkiinnittää huomio siihen, minkälaisia taitoja tiedotusvälineiden kautta välittyvän tiedontulkitsemiseksi tarvitaan. Tästä syystä seuraavaksi tarkastellaan mediassa esiintyneitänäkemyksiä ja niitä tulkitaan toisessa luvussa tieteellisen tiedon käytön yhteydessä esitettyjenhavaintojen perusteella.54

Riikka Lamminmäki on tutkinut pro gradu -työssään ilmastonmuutosilmiön ja –riskinrakentumista sanomalehtikeskustelussa Suomessa aikavälillä 1.9.2004 - 31.8.2005. Aineistonahän on käyttänyt kahdeksan suurimman sanomalehden uutisia, pääkirjoituksia jamielipidekirjoituksia, joita kutsutaan tässä yleisesti kirjoituksiksi. Tällä aikavälillä keskustelukävi vilkkaana erityisesti Kioton ilmastosopimuksen voimaantulon vuoksi. Ehkä tästä johtuenyleisin aihe ilmastonmuutosta käsittelevissä kirjoituksissa oli kansainvälinen politiikka.Lamminmäen mukaan tutkijat olivat ensisijaisina toimijoina yli puolessa kaikistakirjoituksista. Eri lehdet käsittelivät aihetta eri tavoin; esimerkiksi iltapäivälehdet kirjoittivathyvin vähän aiheesta, Kauppalehdessä käsiteltiin erityisesti kansainvälistä politiikkaa, kuntaas Maaseudun Tulevaisuudessa oli esillä kotimainen näkökulma ja tällöin myös positiivisetaiheet. Yleisesti ottaen ilmastonmuutos nähtiin kuitenkin pääosin uhkana. Aiheen käsittelysiirtyi vuoden kuluessa syiden identifioinnista konkreettisiin toimintaehdotuksiin.Huomattavaa on, että monet toimittajat ottivat myös itse asiantuntijan roolin artikkeleissaan.(Lamminmäki 2006 : 70-72) Mikäli opetuksessa käytetään sanomalehtiä lähteinä, on siissyytä kiinnittää huomiota siihen, mitä lähteitä kirjoituksessa on hyödynnetty. Ilmastonmuutosnähtiin 65 %:ssa kirjoituksista ihmisen aiheuttamana, kun taas vain 2 %:ssa se tuotiin esiinpääasiassa luonnollisen vaihteluna (33 % :ssa kirjoituksista tähän ei otettu kantaa, tai se eikäynyt ilmi). (Lamminmäki 2006 : 70-72) Näitä havaintoja voitaisiin verrata vuoden 2001hallitustenvälisen ilmastopaneelin 3. arviointiraportin antamaan arvioon, jonka mukaanihmisen toiminnan nähtiin vaikuttavan ilmaston lämpenemiseen yli 66 %:ntodennäköisyydellä (uusimman, vuoden 2007 4. arviointiraportin mukaantodennäköisyysarvio sille, että ihmisen toiminta on aiheuttanut lämpenemistä on yli 90 %).Suomalaisen lehtikirjoittelun voidaan siis nähdä vastanneen ainakin kohtuullisesti silloistatieteellistä käsitystä vallitsevan käsityksen kannalta. Ilmastonmuutos nähtiin uhkana n. 70%:ssa kirjoituksista ja kirjoitukset olivat suuntautuneet voimakkaasti tulevaisuuteen.Otsikoiden näkökulma liittyi useimmiten moraalisiin arvioihin ja lähes yhtä usein ongelmanmäärittelyyn. Vaikka ilmastonmuutoksen hillintä nähtiin tärkeänä (50 % jutuista),konkreettisia hillintäkeinoja käsitteli vain 40 % kirjoituksista ja yksilön kannaltavaikutusmahdollisuuksia käsitteli vain 14 % kirjoituksista. (Lamminmäki, 2006 : 70-72)Lamminmäen mukaan Wilenius onkin todennut, että yksilön kannalta aihetta on käsitelty liianvähän. (Wilenius, 1994) Tähän on opetuksen kannalta hyvä kiinnittää huomiota, silläyksilöiden toiminta mainitaan IPCC:n arviontiraportissa eräänä tekijänä, joka voi käytännössävaikuttaa päästöjen vähentämiseen (IPCC SPM, 2007). Toisessa luvussa tieteellisen tiedonkäytön yhteydessä havaittiin, että tieteen korostuminen saattaa vähentää kiinnostusta55

uutistarinan seuraamiseen. Koska tutkijat olivat monissa kirjoituksissa toimijoina ja aihetta eikäsitelty yksilön kannalta, on mahdollista, että aihe ei ole ollut suuren yleisön tiiviinmielenkiinnon kohteena. Tästä voi johtua iltapäivälehtien vähäinen kiinnostus asiaan, jonkaLamminmäki mainitsee tutkimuksessaan. Toisaalta asiantuntijoiden esilläolo on tässäyhteydessä voinut lisätä faktojen tuntemista, kuten toisessa luvussa tieteellisen tiedon käytönyhteydessä havaittiin.Koska kyseessä on maailmanlaajuinen ilmiö, jonka ratkaisemiseksi vaaditaan kansainvälistäyhteistyötä, on hyödyllistä tietää, miten asiasta muualla ajatellaan. Liisa Antilla on tutkinutYhdysvalloissa lehdissä ilmestyneitä uutistarinoita, jotka liittyivät ilmastonmuutokseen(aineistoa etsittiin ensimmäisessä vaiheessa lehtitietokannasta käyttämällä hakusanoja”climate” ja ”change”). Antillan mukaan useissa lähteissä on todettu teollisuuden, eturyhmienja PR-yritysten vaikuttaneen yhdysvaltalaisiin tieteilijöihin ja mediaan (Gelbspan 1998, 2004ja 2005, Beder 1999, Leggett 2001, Rampton ja Stauber 2001, Pollack 2003, Lahsen 2005,McKibben 2005, Mooney 2005a ja 2005b, Austin ja Phoenix 2005). Tämän seurauksenalehtikirjoitusten perusteella syntyy vaikutelma, jonka mukaan ilmastonmuutos näyttäytyytieteessä huomattavan kiistanalaisena aiheena. Antilla toteaa myös omassa tutkimuksessaantällaista kiistanalaista kuvaa välittäneitä uutisia olleen paljon. Skeptisesti ilmastonmuutokseensuhtautuvia tieteilijöitä, joilla on tunnetusti suhteita fossiilisia polttoaineita käyttäväänteollisuuteen, käytettiin usein uutisissa tärkeimpinä määrittelijöinä. (Antilla, 2005) Toisessaluvussa tieteellisen tiedon käytön yhteydessä havaittiin, että jos uutislähteissä esitellään kahtaeri näkemystä, syntyy ihmisille helposti kuva, jonka mukaan esitetyt näkemykset ovattieteellisesti yhtä hyväksyttyjä, vaikka uutisessa ei tällaista väitettä suoranaisesti esitettykään.On siis mahdollista, että uutisoinnilla on Yhdysvalloissa ollut vaikutusta kansalaistenkäsitykseen siitä, kuinka hyväksyttynä väitettä ”ihmisen toiminnalla on ollut ilmastoalämmittävä vaikutus” pidetään tieteilijöiden keskuudessa.Ison-Britannian mediassa ilmastonmuutokseen viitattiin usein muita asioita käsittelevienuutisten yhteydessä. Koska ilmastonmuutos on ollut esillä pitkään, uutisissa oletetaanihmisten jo tuntevan monia siihen liittyviä seikkoja. Luultavasti tämän seurauksenailmastonmuutoksen syitä ei tarkastella kovin syvällisesti, vaan ne mainitaan usein vainlyhyesti. Seurauksia käsitellään usein kotimaisesta näkökulmasta, eikä muualle maailmaankohdistuvia vakavia vaikutuksia tarkastella yhtä usein. Englantilaisen keskustelukulttuurin56

seurauksena aihe liitetään usein säähän. Tieteellinen pohja nähdään lähempänä faktaa kuinfiktiota, eikä tieteellistä debattia korosteta. Kuten Suomessa, myöskään englantilaisetiltapäivälehdet (tabloid) eivät käsitelleet ilmastonmuutosta kovinkaan usein. Kuten toisessaluvussa mainittiin, kasvihuoneilmiö tunnettiin kohtuullisen heikosti ja ihmiset monesti liittivätsamassa yhteydessä esiintyneet asiat toisiinsa. Tämän seurauksena esimerkiksi otsoniaukko jaydinvoima käsitettiin usein ilmastonmuutoksen aiheuttajiksi. Toisaalta hiilidioksidin jametsien tuhoutumisen vaikutus osattiin yhdistää aiheeseen oikein. (Hargreaves, Lewis,Speers, 2003)Eri kulttuureissa vallitsevat erilaiset arvot, tavat ja käytännöt vaikuttavat ihmistenmuodostamaan mielipiteeseen. Monika Bauhr on tutkinut ilmastonmuutokseen liittyvänasiantuntijatiedon vaikutusta mielipiteisiin kahdessa hyvin erilaisessa kulttuurissa: Ruotsissaja Tansaniassa. Hänen yleisempänä tavoitteenaan on kuvata asiantuntijatiedon vaikutustaglobaaliin mielipiteeseen. Bauhr olettaa, että erilaiset tekijät, kuten kulttuurissa vallitsevatolosuhteet ja käsitykset sekä eri alueille kohdistuvat erilaiset vaikutukset vaikuttavat siihen,miten ilmiö hahmotetaan eri kulttuureissa. Ruotsalaisista ja tansanialaisista yliopistoopiskelijoistakoostuville ryhmille näytettiin kansainvälisen ilmastonmuutospaneelin (IPCC)arviointiraporttiin perustuva video, jonka jälkeen ryhmien jäsenet vastasivat kyselyyn, jonkakysymykset mittasivat erilaisia ilmastonmuutokseen liittyviä mielipiteitä ja faktojentuntemista. Kontrolliryhmien avulla, jotka vastasivat kyselyyn näkemättä videota, voitiinpäätellä minkälainen vaikutus esitetyllä tiedolla oli erilaisissa kulttuureissa elävien ihmistenmielipiteisiin. Tutkimusten tulosten perusteella pääteltiin, että sekä Tansaniassa että Ruotsissaesitetty tieto vaikutti mielipiteisiin lisäten tukea toimille ilmastonmuutokseen reagoimiseksi.Kuitenkin mielipiteissä eroa havaittiin olevan siinä, kuinka asiaan tulisi reagoida. Ruotsalaisetnäkivät valtion instituutioiden toimenpiteet hyvänä tapana suhtautua ilmastonmuutoksenhaasteisiin, kun taas tansanialaiset näkivät tärkeänä tekijänä yksilöiden oman toiminnan.(Bauhr, 2005)3.10 Yksilön vaikutusmahdollisuudetJotta muutoksia voisi todella tapahtua, tarvitaan konkreettisia toimia. Tästä syystä opetus eivoi jäädä pelkäksi faktojen esittämiseksi ja mielipiteen harkitsemiseksi. Kun oppilaille onannettu hyvät eväät perustellun mielipiteen muodostamiseksi, tarvitaan myös57

vaikutusmahdollisuuksien esittelyä ja kannustusta siihen, että henkilö myös käytännössäpyrkii toimimaan oman näkemyksensä mukaisesti parhaaksi katsomallaan tavalla. Olisiriittämätöntä tyytyä siihen, että pohditaan asiaa eri näkökulmista, muodostetaan asiastaharkittu mielipide ja jatketaan elämää entiseen tapaan, vaikka periaatteessa ehkä oltaisiinkinsitä mieltä, että muutoksia tarvittaisiin.Yksittäinen henkilö voi pyrkiä vaikuttamaan ilmastonmuutoksen hillintään sekäyhteiskunnallisesti että oman toimintansa kautta. Kumpikin vaikutuskeino on tehokas, josriittävän moni käyttää sitä. Yksilö voi vaikuttaa ilmastonmuutoksen hillintään omantoimintansa kautta mm. seuraavilla tavoilla:• Energian säästäminen: oman sähkönkäytön tunteminen, lämpimän vedensäästäminen, lämpöeristys, sisäilman liiallisen lämmityksen välttäminen,energiatehokkaat laitteet, valaistus. Käytännön esimerkkeinä tarpeettomien valojensammuttaminen, pakastimen säännöllinen sulattaminen, kohtuullisuus saunomisessa jasuihkussa, tietokoneiden sammuttaminen yöksi, jne.• Ostokset ja kuluttaminen: energian huomioiminen kulutuksessa. Esimerkiksikestävien ja paikallisten tuotteiden suosiminen, energiaa säästävien tuotteidensuosiminen, kierrätettävät tuotteet. Turhan hiilidioksidipäästöjä aiheuttavan kulutuksenvälttäminen. Ostettaessa puutavaroita voidaan ottaa selvää, onko käytetty puu lähtöisinsellaisesta alkuperämaasta, jossa se voi uusiutua.• Ympäristöystävällisen sähköntuotannon tukeminen: mahdollisuuksien mukaansähkön hankinta sellaisista lähteistä, jotka eivät kuormita ympäristöä. Esimerkkinäuusiutuvat energianlähteet.• Liikenne: vähän bensiiniä kuluttavan auton valitseminen ja yleisemmin sellaisenliikennevälineen valitseminen, joka kuluttaa mahdollisimman vähän energiaa. Koskaautoilun osuus hiilidioksidipäästöistä on suuri, autoilun vähentäminen on erittäinmerkittävä tapa vaikuttaa hiilidioksidipäästöihin. Asuinpaikkaan ja liikenneyheyksiinliittyvistä mahdollisuuksista riippuen voidaan suosia kävelyä ja pyöräilyä. Nämä tavatliikkua eivät saastuta ja ne ovat lisäksi terveellisiä.• Hiilidioksidipäästöjä vähentävät projektit58

• Jätteet: Biojätteen ja jätepaperin lajittelu, palautuspullojen ja tölkkien ym.kierrättäminen.• Ruoka: Lähellä tuotetun ruoan sekä kasvispainotteisen ruokavalion suosiminen.(Houghton, 2004: 329, Räisänen, 2004, Flannery, 2006 : 309-311)Tutkija Tim Flannery on tehnyt oman ratkaisunsa ilmastonmuutoksen torjumiseksi jaasentanut Australiassa sijaitsevaan taloonsa 12 kappaletta 80:n watin aurinkopaneelia. Hänenmukaansa paneelien tuottama sähkö riittää perheen omakotitalon tarpeisiin, kun ruoanlaitossakäytetään kaasua ja energiankulutusta seurataan valppaasti. Kertainvestointi on ollut iso,mutta sen jälkeen sähkö on ollut ilmaista. Flanneryn mukaan aurinkopaneeleissa on 25vuoden takuu ja monet kestävät jopa 40 vuotta. (Flannery, 2006 : 311).Yhteiskunnallinen vaikuttaminen on helpointa vaalien alla, jos kiinnittää huomiota eripuolueiden ja poliitikkojen kantoihin energiakysymyksissä. Tiedon hankkiminen,levittäminen ja keskustelu tuttavapiirissä tai yleisönosastolle kirjoittaminen ovatyksinkertaisia ja tehokkaita tapoja vaikuttaa. Vaativampaa, mutta tehokasta on myösympäristöjärjestöjen toimintaan tai politiikkaan osallistuminen. Myös kulutuskäyttäytymisellävoi olla yhteiskunnallista vaikutusta: esimerkiksi joukkoliikenteiden suosiminen taiympäristöystävällisen sähkön suosiminen voivat alentaa hintoja ja parantaa tarjontaa.(Räisänen, 2004) Flannery antaa esimerkin kansalaisten toiminnan vaikutuksesta: SaksassaSchönaun kaupungissa osa kaupunkilaisista reagoi Tshernobylin onnettomuuteen ja päättiryhtyä toimiin vähentääkseen riippuvuutta ydinvoimasta. Toiminta kasvoi niin, että lopultaasukkaat keräsivät rahaa ja ostivat sähköntuotannon omaan hallintaansa ja kehittivät siitäoman vihreän järjestelmänsä. (Flannery, 2006)Jos tarpeeksi moni ihminen siirtyy käyttämään uusiutuvia energianlähteitä, niiden hinnathalpenevat ja on mahdollista, että ne tulevat houkutteleviksi vaihtoehdoiksi myös monillekehittyville maille, jolloin maiden tekemillä energiainvestoinneilla voi olla suuri merkityshiilidioksidipäästöjen vähentämisessä. (Flannery, 2006 : 313) Jos tarpeeksi moni pyrkiisäästämään energiaa omassa toiminnassaan, on saavutettu kokonaissäästö merkittävä tekijähiilidioksidipäästöjen vähentämisessä.59

4. Oppimiskäsitys ja opetussuunnitelma4.1 Käsitteet: Oppiminen ja opetusKoska opetussuunnitelma muodostaa kuvan 4.1 mukaisesti opetuksen perustan, ontarkasteltava, miten edellä valittu näkökulma ilmastonmuutosaiheen käsittelyyn sopii yhteenopetussuunnitelmassa määritettyjen tavoitteiden ja sisältöjen kanssa.Kuva 4.1: Opetussuunnitelma muodostaa opetuksen perustan. Kuva perustuu Jari Lavosen ainedidaktiikanluentomonisteeseen (Lavonen, 2008)Seuraavat kaksi kohtaa toimivat lähtökohtina, joiden pohjalta opetussuunnitelmaatarkastellaan tässä luvussa:1 Opetussuunnitelmaa voidaan arvioida ja kehittää erilaisten näkökulmien avulla.Esitettyä näkökulmaa voidaan verrata opetussuunnitelmassa oleviin aiheisiin japainotuksiin, jolloin voidaan nähdä onko opetussuunnitelma yhteensopiva esitetynnäkökulman kanssa. Mikäli esitetty näkökulma on joiltakin osin yhteensopimatontämänhetkisen opetussuunnitelman kanssa, on mahdollista perustellusti arvioidatavoitteita ja tehdä valintoja erilaisten painotusten välillä opetussuunnitelmaakehitettäessä.2 Mikäli esitetty näkökulma on joiltakin osin yhteensopiva opetussuunnitelman kanssa,on mahdollista syvällisemmin ymmärtää esitetyn näkökulman kannalta, mistä syystätiettyjä asioita painotetaan ja valitaan opetukseen. Kun opetussuunnitelmantavoitteenasettelun perustelut ymmärretään, voidaan opetuksessa tehokkaammin60

pyrkiä asetettuihin tavoitteisiin ja valita tarkoituksenmukaisia aiheeseen sopiviaopetusmenetelmiä.Tässä luvussa toisaalta tarkastellaan opetussuunnitelmaa edellisten lukujen pohjalta jatoisaalta opetussuunnitelman pohjalta pohditaan, miten aihetta voidaan käsitellä opetuksessaeri luokka-asteilla, keskittyen erityisesti fysiikan opetukseen. Ennen kuin siirrytäänopetussuunnitelman mukaiseen tarkasteluun, esitetään lyhyesti joitakin oppimiseen jaopetukseen liittyviä ajatuksia, joiden perusteella muodostetaan ehdotus aiheenkäsittelemiseksi opetuksen eri vaiheissa.Pohjimmiltaan monet uudemmat kasvatusnäkemykset perustuvat tai ovat suurelta osinyhteensopivia konstruktivistisen oppimiskäsityksen kanssa, jonka mukaan ”ihminen oninformaation vastaanottajana sekä valikoiva, että tulkitseva. Oppimiselle ei ole tyypillistäinformaation passiivinen rekisteröinti, vaan tiedon (aktiivinen) 'konstruointi' ”. Tässäyhteydessä oppimisella tarkoitetaan informaation prosessointia, joka aiheuttaa sellaisiamuutoksia käsityksissä, tiedoissa, taidoissa ym., että muutokset kestävät kauemmin kuinhetken. Oppimisprosessin säätelyssä emotionaalisilla tekijöillä ja toimintojen tunnesävyllä ontärkeä osuus. (Rauste – von Wright et al., 1994 : 18-20). Hyödyntämällä erilaisia ajatteluntyövälineitä, kuten kirjoittamista, lukemista tai keskustelua, on mahdollista helpottaa tiedonkäsittelemistä ja oppimista. (Hakkarainen, Lonka, Lipponen, 1999 : 118-142) Erityisesti alaasteikäistenoppilaiden kohdalla on huomioitava oppilaan kehitysvaihe ja siihen liittyvä kykyottaa vastaan informaatiota. Opetuksella tarkoitan toimintaa, jolla pyritään mahdollistamaanja tukemaan oppimista. Koska oppiminen tapahtuu tulkitsemisen kautta, opiskelijanaikaisemmilla tiedoilla ja käsityksillä on oppimisen kannalta tärkeä merkitys. Bloominkognitiivisen alueen oppimistavoitteiden taksonomia kuvaa opiskelijan tietojen kannaltatapahtuvaa toivottavaa kehitystä yksinkertaisesta kohti kehittyneempää.61

Bloomin kognitiivisen alueen taksonomia:• Ymmärtäminen (mistä on kysymys)• Soveltaminen (käsitteen käyttö uudessa tilanteessa)• Analyysi (kokonaisuuden jakaminen osiin ja osien merkitys kokonaisuudenkannalta)• Synteesi (kokonaisuuden muodostaminen osista)• Arviointi (asioiden arviointi kriteerien perusteella)(Lavonen, 2007)Ymmärtämisen tasolla tietoa osataan esittää ja tulkita eri muodoissa ja sen perusteella osataantehdä suoria johtopäätöksiä. Soveltamisen tasolla tietoa osataan käyttää erityistapauksissa taikonkreettisissa tilanteissa. Analyysin tasolla aihekokonaisuuden yksittäisten osien merkitys,keskinäiset suhteet sekä suhteiden määrittävät periaatteet tunnetaan. Synteesin tasollaerilaisista osista osataan muodostaa kokonaisuus, jonka avulla voidaan esittää oma näkemys,suunnitelma tai abstrakti tietorakenne. Arvioinnin tasolla osataan arvioida aiheeseen liittyväätietoa jonkin tietyn kriteerin mukaisesti. Arviointiperiaatteina voivat olla ulkoisen kriteerinlisäksi esimerkiksi tiedon sisäinen konsistenssi tai tarkkuus. (Bloom, 1966 : 201-207) Kunoppiminen käsitetään konstruktivistisen oppimiskäsityksen mukaisella tavalla, on selvää, ettäkehittyneemmille tasoille siirtymisen edellytyksenä on alimpien tasojen mukainen tietojenhallinta.Toisen ja kolmannen luvun mukaisesti on tarkoituksenmukaista käsitellä arvoihin liittyviäkysymyksiä opetuksessa ilmastonmuutosaiheen yhteydessä. Myös oppilaan monipuolinenkehittyminen nähdään tekijänä, johon tulee kiinnittää huomiota, sillä henkilön halu ja kykytoimia yhteisen edun mukaisesti (hyveiden kehittyminen) ja oikeaksi katsomallaan tavallayhteiskunnassa edellyttävät oppilaan kehitystä myös muilla kuin tiedollisilla alueilla. Näinollen voidaan sanoa, että kognitiivisten taitojen hyödyllisyys ei ole riippumatonta henkilönmuusta kehityksestä. Toisen luvun tarkastelun mukaisesti, tässä yhteydessä on hyödyllistähuomioida Maslown tavoitehierarkiaa, jossa oppilaan kehityksen kannalta erittäin toivottavienlopputulosten edellytyksenä on alempien tasojen tarpeiden ottaminen huomioon. Alempientasojen tarpeisiin kuuluvat mm. turvallisuuden ja hyväksytyksi tulemisen tarpeet. Arvoihinliittyvää kehitystä voidaan tulkita affektiivisen alueen taksonomian avulla. Tällä tarkoitetaan62

opetuksen tavoitteita, jotka liittyvät oppilaiden tunteisiin, tuntemuksiin, asioidenhyväksymiseen sekä torjumiseen. Mielenkiinto, asenne, arvostus, arvot sekä tunteisiin liittyvätaiheet kuuluvat tälle alueelle. (Krathwohl, 1970 :7)1 Aiheeseen liittyvän tiedon vastaanottaminen Henkilö on tietoinen aiheesta Henkilö haluaa ottaa aiheeseen liittyvää tietoa vastaan Henkilö suuntaa aiheeseen kontrolloitua tai valikoitua huomiota2 Aiheeseen liittyvään tietoon vastaaminen Normeihin, arvoihin tai sääntöihin mukautuminen Halu toimia esimerkiksi ohjeiden, sääntöjen tai arvojen mukaisesti Mielihyvän saaminen toiminnasta (vrt. esimerkiksi harrastuksissakehittymisestä tai hyvin tehdystä työstä saatava mielihyvä)3 Arvostus Arvon hyväksyminen Arvon valitseminen Sitoutuminen arvoon4 Arvojen järjestäminen Arvon käsitteellistäminen ja siihen liittyvien riippuvuussuhteidenymmärtäminen Arvojärjestelmän muodostaminen5 Arvojärjestelmän sisäistäminen omaan toimintaan Toiminta yleistetyn arvojärjestelmän mukaisesti ottaen huomioontilannekohtaiset tekijät Arvojärjestelmän sisäistäminen ja liittäminen henkilön muodostamiinmuihin käsitteisiin(Krathwohl, 1970 :176-185)Toisen luvun tarkastelun mukaiseti oppilasta ohjataan ymmärtämään ja rationaalisestiharkitsemaan erilaisiin arvonäkökulmiin liittyviä perusteluja ja harkitusti tekemään omatvalintansa. Rationaalinen harkinta luonnollisesti edellyttää asioiden tiedollista hallintaa jakuten edellä mainittiin, emotionaalisilla tekijöillä on toisaalta tärkeä osuus oppimisessa. Tässämielessä affektiivinen ja kognitiivinen alue ovat yhteydessä toisiinsa. Toisen luvun tarkastelunnojalla opetettaviin aiheisiin liittyvät eettiset kysymykset nähdään ihmisten ja luonnon63

hyvinvoinnin kannalta tärkeinä huomioonotettavina tekijöinä, mutta niihin ei tarjota valmiitavastauksia. Perustavaa laatua olevia yleisesti hyväksyttyjä arvoja, kuten muiden ihmisten jaelämän kunnioittamista, tulee pitää arvokkaina ja niitä tulee välittää opetuksessa.Affektiivisen alueen kehittymistä ei tule arvioida formaalisti arvosanalla sen ainakinosittaisesta subjektiivisuudesta johtuen ja siksi, että tämä olisi ristiriidassa autonomianihanteen kanssa. Sen sijaan tämän alueen kehittämiseksi opetuksessa tulee tuoda esiin erilaisiaarvoja, näkökulmia ja niiden huomioimisen tärkeyttä käytännön toiminnassa.Seuraavassa tarkastellaan ilmastonmuutosaiheen käsittelyä opetuksessa eri luokka-asteilla.Jerome Brunerin mukaan eri-ikäisille oppilaille voidaan tarjota tietoa, joka sopii heidänikäryhmälleen ominaiseen tapaan käsitellä asioita. Tällöin nuori oppilas voi edetä aiheeseentutustumisessa pitkällekin omalla tasollaan, vaikka esimerkiksi opetettavaan aiheeseenliittyviä tarkkoja käsitteitä ei vielä määriteltäisikään. (Bruner, 1960 : 52) Samankaltaistaajattelua edustaa Kaarle ja Riitta Kurki-Suonion määrittelemä hahmottava lähestymistapa,jonka mukaan fysikaalisia ilmiöitä opetettaessa on hyödyllistä edetä ilmiön konkreettisestahavainnoinnista kohti suureita, lakeja, malleja ja teorioita. Ilmiöön tutustutaan havainnoimallailmiöstä kvalitatiivisesti (tarkkailu, ominaisuuksien havainnointi) niitä asioita, joitamyöhemmin kuvataan kvantitatiivisella (tarkempi matemaattinen esitys) mallilla. Näinkvalitatiivinen hahmottaminen tukee myöhemmin esitettävää tarkempaa kvantitatiivistaesitystä. (Kurki-Suonio & al., 1994 : 264-274) Sekä Bruner että Kurki-Suoniot mainitsevatspiraaliperiaatteen, jonka mukaan opetettavan aiheen keskeisiin ominaisuuksiin voidaantutustua jo aikaisessa vaiheessa, vaikka käsitteet ovat vielä täsmentymättömiä. Myöhemmässävaiheessa aiheeseen palataan, jolloin käsitteet täsmentyvät, laajentuvat ja kehittyvät. Brunerkiinnittää huomion siihen, että aikaisessa vaiheessa annettavassa opetuksessa on keskityttäväsellaisiin keskeisiin yleisiin aiheisiin, jotka nähdään tärkeiksi tulevan oppimisen kannalta.Hän esittää myös, että on hyödyllistä opettaa sellaisia keskeisiä periaatteita, joita voidaansoveltaa moniin aiheisiin. (Bruner, 1960 : 52-54) Tämän perusteella aiheen kannaltaopetuksen aikaisessa vaiheessa ensimmäiseksi tavoitteeksi määritellään sellaisten keskeistenyleistettävien periaatteiden opettaminen, jotka soveltuvat monien erilaisten yhteiskunnallistenja fysikaalisten aiheiden käsittelyyn. Näin ilmastonmuutos nähdään yhtenä aiheena, johonnäitä periaatteita voidaan soveltaa. Tällaisia periaatteita ovat mm. ilmiöissä vaikuttavientekijöiden hahmottaminen, asioiden liittyminen toisiinsa fysikaalisessa mielessä jayleisemminkin, asioiden pohtiminen eri näkökulmista sekä perustavaa laatua olevat arvot.Myöhemmässä vaiheessa näitä periaatteita voidaan täsmentää, laajentaa ja niitä voidaan64

soveltaa erilaisiin aiheisiin, muun muassa ilmastonmuutosaiheen käsittelyyn. Mikäliilmastonmuutos mainitaan opetuksessa jo aikaisessa vaiheessa, on otettava huomioon lastentapa kokea ja käsitellä asioita. On mahdollista, että aihe saattaa tuntua pelottavalta taiahdistavalta ja on varottava että oppilaille ei jää esimerkiksi mustavalkoista kuvaa aiheeseenliittyvistä monimutkaisista seikoista. Realistisen maailmankuvan muotoutumisen kannalta ontärkeää sopivassa kehitysvaiheessa ymmärtää, että erilaisia ongelmia on olemassa ja niihin onpyrittävä ja pyritäänkin löytämään ratkaisuja. Sopivassa vaiheessa asiaa voidaan käsitelläopetuksessa valitsemalla sopivanlainen käsittelytapa. Vanhemmat oppilaat (luultavasti noin6.-7. luokka) saattavat ehkä pitää pelkkien periaatteiden esittämistä naiivina taiyksinkertaistettuna, jolloin opetuksessa voidaan tuoda esille periaatteiden soveltamisenvaikeutta esittämällä esimerkiksi ilmastonmuutoksen hillitsemiseen liittyvää keskustelua,erilaisia näkökulmia tai fysiikan kvantitatiivista esitystä sekä fysikaalisen tiedon soveltamistakäytännön tilanteisiin ja niiden tulkintaan. Periaatteiden ja tiedon pohtiminen aiheen kannaltalisää niiden merkitystä ja niiden arvo voidaan ymmärtää. Myöhemmin esimerkiksi yläasteenylimmillä luokilla tai lukiossa energian käsite tulee tutuksi monissa yhteyksissä, ilmiöidenymmärrys laajentuu teorioiden tasolle ja ilmastonmuutokseen ja sen hillitsemiseen liittyvätmonet erilaiset aihealueet ja näkökulmat tulevat tunnetummiksi. Tällöin aihetta voidaanopetuksessa käsitellä huomattavasti monipuolisemmin, syvällisemmin ja realistisemmin.4.2 OpetussuunnitelmatSeuraavaksi tarkastellaan edellä mainitulla tavalla opetussuunnitelmaa aiempien lukujennojalla ja toisaalta takastellaan opetussuunnitelman ja esitetyn näkökulman nojallamahdollisuuksia ilmastonmuutosaiheen käsittelemiseksi eri luokka-asteilla.4.2.1 PerusopetusOpetuksen arvopohja ja tehtävä sekä oppimiskäsitys. Opetussuunnitelman mukaan”perusopetuksen arvopohjana ovat ihmisoikeudet, tasa-arvo, demokratia, luonnonmonimuotoisuuden ja ympäristön elinkelpoisuuden säilyttäminen sekä monikulttuurisuudenhyväksyminen. Perusopetus edistää yhteisöllisyyttä, vastuullisuutta sekä yksilön oikeuksien javapauksien kunnioittamista”. (POPS, 2004) Lähes kaikki mainitut arvot liittyvät myösilmastonmuutosaiheeseen edellisten lukujen käsittelyn nojalla suureksi osaksi sen vuoksi, ettäaihe on niin laaja ja arvopohja ilmaistu hyvin yleisessä muodossa. Näitä arvoja voidaan pitää65

sellaisina yleisesti hyväksyttyinä moraalisina periaatteina, joihin toisessa luvussa viitattiin.Opetuksen tavoite, jonka mukaan opetuksen tulisi tarjota välineitä perustellun mielipiteenmuodostamiseksi, on sopusoinnussa demokratian, yksilön oikeuksien, vapauksien javastuullisuuden kanssa. Perusopetuksen tehtävänä mainitaan mm. yleissivistys sekämahdollisuuden tarjoaminen sellaiseen oppimiseen ja kehittymiseen, joka mahdollistaaosallistuvana kansalaisena demokraattisen yhteiskunnan kehittämisen. Opetussuunnitelmanmukaan opetuksen tehtävänä on myös kehittää kykyä arvioida asioita kriittisesti sekä uudistaaajattelu- ja toimintatapoja. (POPS, 2004) Nämä tavoitteet ovat yhteensopivia toisessa luvussamääritellyn tavoitteen kanssa. Oppilaan monipuolisen kasvun mahdollistaminen sekä terveenitsetunnon kehittyminen mainitaan opetuksen tavoitteissa (POPS, 2004). Nämä tavoitteetsopivat yhteen toisessa luvussa mainitun oppilaan monipuolisen kehittymisen kanssa.Opetussuunnitelmassa oppiminen nähdään ”yksilölliseksi ja yhteisölliseksi tietojen ja taitojenrakennusprosessiksi, joiden kautta syntyy kulttuurinen osallisuus ... Oppiminen on seuraustaoppilaan aktiivisesta ja tavoitteellisesta toiminnasta, jossa hän aiempien tietorakenteidensapohjalta käsittelee ja tulkitsee opittavaa ainesta ... Opittaessa avautuu uusia mahdollisuuksiaymmärtää kulttuuria ja kulttuurin sisältämiä merkityksiä sekä osallistua yhteiskunnantoimintaan”. (POPS 2004) Opetussuunnitelman oppimiskäsitys on siis vastaavanlainen kuintässä luvussa esitetty käsitys ja toisessa luvussa ehdotettu opetuksen tavoite on yhteensopivasen kanssa.Eheyttäminen ja aihekokonaisuudet. Opetussuunitelman mukaan ”opetus voi ollaainejakoista tai eheytettyä. Opetuksen eheyttämisen tavoitteena on ohjata tarkastelemaanilmiöitä eri tiedonalojen näkökulmista rakentaen kokonaisuuksia ja korostaen yleisiäkasvatuksellisia ja koulutuksellisia päämääriä.”. Aihekokonaisuudet ovat opetustyön alueita,joiden tavoitteet ja sisällöt liittyvät eri oppiaineisiin. Niiden avulla vastataan ajankoulutushaasteisiin ja ne toteutuvat eri oppiaineissa niille luonteenomaisella tavalla ottaenhuomioon oppilaan kehitysvaiheen. Aihekokonaisuudet sisältyvät yhteisiin ja valinnaisiinaineisiin sekä yhteisiin tapahtumiin ja niiden tulee näkyä koulun toimintakulttuurissa. (POPS,2004) Ilmastonmuutosaiheen kannalta keskeisimpiä aihekokonaisuuksia ovat vastuuympäristöstä, hyvinvoinnista ja kestävästä tulevaisuudesta; osallistuva kansalaisuus jayrittäjyys; ihminen ja teknologia sekä viestintä ja mediataito. Ilmastonmuutos on keskeinenaihekokonaisuuksiin ”vastuu ympäristöstä, hyvinvoinnista ja kestävästä tulevaisuudesta” ja”ihminen ja teknologia” liittyvä aihe, joten ainakin näissä aihekokonaisuuksissa sitä tulisikäsitellä. Aihekokonaisuudet ”osallistuva kansalaisuus ja yrittäjyys” sekä ”viestintä ja66

mediataito” puolestaan ovat sellaisia, joiden välittämät tiedot ja taidot ovat tärkeitäilmastonmuutosaiheen tarkastelussa, kuten toisen ja kolmannen luvun tarkasteluissa esitetään.Ilmastonmuutoaiheen käsittely näiden kokonaisuuksien yhteydessä mahdollistaa opetuksensiten, että siinä huomioidaan edellisissä luvuissa esitettyjä näkökulmia. Käytännössä onharkittava, toisiko aiheeseen palaaminen eri yhteyksissä liikaa toistoa ja sirpaleisuuttakäsittelyyn. Tällöin voisi olla hyödyllisempää keskittyä aiheeseen vain keskeisimmissäaihekokonaisuuksissa ja mainita siitä lyhyesti muissa siihen liittyvissä aihekokonaisuuksissa.Aihekokonaisuudet tarjoavat hyvän mahdollisuuden ilmastonmuutoksen käsittelyyn, sillä aiheon niin laaja, että sen käsittely vain yhden oppiaineen sisällä olisi ongelmallista, mikälihalutaan välttää yksipuolisen kuvan välittäminen. Aihekokonaisuuksien puitteissa opettajienon mahdollista yhteistyössä sopia aiheen eri puolien käsittelemisestä eri oppiaineidenkannalta. Näin voidaan välttää samojen asioiden toistoa ja kuitenkin käsitellä aihetta riittävänmonipuolisesti. Eri oppiaineet tuovat käsittelyyn luonnollisella tavalla erilaisia näkökulmia janäin voidaan myös hyötyä eri opettajien asiantuntemuksesta. Fysiikan opetuksen tehtävänä onerityisesti aiheeseen liittyvän fysikaalisen tiedon välittäminen ja realistisen kuvan välittämisenluonnontieteellisen ja fysikaalisen tiedon luonteesta, roolista, mahdollisuuksista jarajoituksista huomioiden myös teknologian käytön ja kehittymisen mahdollisuuksia, hyötyjäja haittoja. Opettajan on hyödyllistä hahmottaa asiaan liittyvä kokonaisuus yleisemminkin,jotta yhteistyö ja opetuksen suunnittelu voidaan suunnata kohti tarkoituksenmukaistatavoitetta. Liittämällä aihekokonaisuuksien yhteydessä fysikaalinen tieto laajempaankokonaisuuteen ja soveltamalla tietoa, voidaan myös tuoda esille fysiikan merkitys ja tällätavoin myös oppilaiden motivaatio ja kiinnostus fysiikkaa kohti saattaa lisääntyä. Toisaaltavoidaan myös tuoda esille muiden oppiaineiden ja näkökulmien merkitystä vahvastiluonnontieteisiin liittyvissä kysymyksissä, joista ilmastonmuutos on yksi esimerkki.Aihekokonaisuudet ”ihmisenä kasvaminen” ja ”kulttuuri-identiteetti ja kansainvälisyys”liittyvät toisessa ja kolmannessa luvussa mainittuihin oppilaan monipuoliseen kehittymiseenja ilmastonmuutoksen vaikutuksiin eri puolilla maailmaa.Vuosiluokat 1-4: Ympäristö ja luonnontieto. Ympäristö ja luonnontieto on ”biologian,maantiedon, fysiikan, kemian ja terveystiedon tiedonaloista koostuva integroitu aineryhmä,jonka opetukseen sisältyy kestävän kehityksen näkökulma. Opetuksen tavoitteena on, ettäoppilas oppii tuntemaan ja ymmärtämään luontoa ja rakennettua ympäristöä, itseään ja muitaihmisiä, ihmisten erilaisuutta sekä terveyttä ja sairautta”. Opetuksessa lähtökohtana onoppilaan kokemusmaailma sekä aikaisemmat tiedot ja taidot, kokemuksellisuudella ja67

elämyksellisyydellä pyritään myönteiseen luontosuhteeseen ja oppilaiden kehitysvaihe otetaanhuomioon. (POPS, 2004) Kestävän kehityksen näkökulma on keskeinenilmastonmuutosaiheeseen liittyvä näkökulma. Muiden ihmisten ymmärtäminen sekämyönteiseen luontosuhteeseen pyrkiminen ovat hyviä lähtökohtia toisessa luvussa mainittujenoppilaan monipuolisen kehittymisen, perustavien yleisten moraalisten periaatteiden ja niidenmerkityksen välittämiseen (toisten ihmisten ja elämän kunnioittaminen). Luonnon tunteminenja ymmärtäminen kokemuksellisesti puolestaan liittyy myös tiedolliseen puoleen ja sopiiyhteen edellä mainitun hahmottavan lähestymistavan kanssa. Kokemuksellisuus ja oppilaidenkehitysvaiheen huomiointi sopivat yhteen spiraaliperiaatteen kanssa, sillä oppilaat voivatnäiden opetustapojen kautta tutustua omista lähtökohdistaan aiheeseen liittyviin keskeisiinideoihin. Aineyhdistelmä on laaja ja käsiteltäviä aiheita on paljon, joten Brunerin ajatustenmukaisesti on hyödyllistä keskittyä myöhemmän opetuksen kannalta tärkeimpiinperiaatteisiin. Keskeisimpänä aiheeseen liittyvänä tavoitteena mainitaan luonnonsuojeleminen ja energiavarojen säästäminen. Tämä tavoite ei suoranaisesti tule esilleopetussuunnitelman keskeisten sisältöjen yhteydessä. Lähimpänä tähän liittyvänä kohtanamainitaan arkielämään kuuluvia materiaaleja, niiden säästävää käyttöä ja kierrätystäkäsittelevä kohta. Koska energiavarojen säästämiseen liittyviä kohtia ei suoraan mainitakeskeisten sisältöjen yhteydessä, opettajan on muistettava muuten huomioida tätä tavoitettaparhaaksi katsomallaan tavalla, jotta siihen voidaan pyrkiä opetuksessa. Arvioinnin kohdallatavoitteen kannalta mainitaan veden, sähkön ja lämmön säästäminen. Yleisesti ottaentavoitteet ja keskeiset sisällöt sopivat muutoin hyvin välittämään sellaisia keskeisiä yleisiäperiaatteita, jotka tässä luvussa on mainittu. Monet tällaisista eri tiedonalueisiin liittyvistäkeskeisistä periaatteista ovat myöhemmässä vaiheessa tärkeitä mm. ilmastonmuutosaiheenkäsittelyn kannalta.Fysiikka ja kemia, vuosiluokat 5-6. Vuosiluokilla 5-6 fysiikan ja kemian opetuksessa edetäänoppilaan aikaisemmista kokemuksista kohti fysiikan ja kemian peruskäsitteitä ja periaatteita.Opetuksella pyritään kiinnostuksen herättämiseen ja siinä huomioidaan ympäristöön liittyviäasioita. Terveystietoa integroidaan opetukseen, jolloin huomioidaan turvallisuuden jaterveyden näkökulmia. (POPS, 2004) Ympäristö mainitaan tässä vaiheessa määrittelynyhteydessä, joten sitä voidaan pitää yhtenä keskeisenä huomioitavana aiheena. Kunopetuksella pyritään vastaamaan todellisiin haasteisiin, se saattaa lisätä mielenkiintoaopetetusta kohtaan, sillä oppilaat voivat näin ymmärtää opetettavien asioiden merkityksen. Onmahdollista, että ilmastonmuutosaiheen käsitteleminen tässä vaiheessa saattaisi antaa68

yksinkertaistetun kuvan tai oppilaat voisivat kokea aiheen pelottavaksi tai ahdistavaksi.Mikäli opettaja ennakoi opetuksella olevan tällaisia seurauksia, riittää, että tuodaan esiinfysikaalisesta tiedosta seuraavaa käytännön hyötyä ympäristöön liittyvien aiheidenymmärtämisessä ja ympäristön suojelemiseen tähtäävissä toimissa, esimerkiksiilmastonmuutokseen liittyen. Luokan opettaja, joka tuntee oppilaat ja heidän ikäluokkansatavan käsitellä asioita, osaa kokemuksensa avulla tehdä parhaan ratkaisun siitä, miten aihettavoidaan käsitellä opetuksessa. Aiheen kannalta toisessa luvussa esitetyn näkökulmanperusteella tärkeimpinä opetussuunnitelmassa mainittuina tavoitteina ovat tässä opetuksenvaiheessa ympäristön suojelemiseen liittyvä sekä tiedon etsimiseen ja luotettavuuteen liittyvättavoitteet. Spiraaliperiaatteen mukaisesti välitettäviä tietoja ja taitoja opitaan oppilaankehitysvaiheelle ominaisilla tavoilla ja ne toimivat perustana myöhemmälle täsmentymiselleja oppimiselle. Myös muut opetussuunnitelmassa mainitut tavoitteet ovat tärkeitä fysiikanluonteen ymmärtämisen kannalta ja ne tukevat näin ollen realistisen kuvan muodostumisestafysikaalisesta tiedosta. Aiheen kannalta tärkeimpiä opetussuunnitelmassa mainittuja keskeisiäsisältöjä ovat energia ja sähkö sekä ilman koostumus ja ilmakehä. Näiden sisältöjen puitteissavoidaan välittää sellaista aiheen kannalta perustavaa tietoa, jota voidaan myöhemmin soveltaaja laajentaa. Myös arvioinnissa huomioidaan sisältöjen yhteydessä mainittuja kohtia aiheenkannalta sopivalla tavalla.Fysiikka, 7-9 lk. Tässä vaiheessa opetuksen ydintehtäväksi määritellään fysikaalisen tiedonluonteen käsityksen laajentaminen ja kokeellisen tiedonhankinnan taitojen vahvistaminen.Oppiminen perustuu aikaisempiin tietoihin, taitoihin ja kokemuksiin. Havaintojen jatutkimusten pohjalta edetään kohti fysiikan peruskäsitteitä ja lakeja. Opetuksen avullaohjataan fysiikalle luonteenomaiseen ajatteluun, tietojen käyttämiseen sekä tiedonluotettavuuden ja merkityksen arviointiin. Oppilaille annetaan valmiuksia keskustella fysiikanja teknologian tiedonalaan kuuluvista aiheista ja heitä autetaan ymmärtämään fysiikan jateknologian merkitystä. Opiskelu tukee oppilaan persoonallisuuden kehitystä ja antaavalmiuksia tehdä valintoja erityisesti energiavarojen käyttöön ja ympäristönsuojeluunliittyvissä asioissa. (POPS 2004) Näiden määrittelyjen puitteissa tulee mielestäni hyvinhuomioiduksi niitä seikkoja, joita edellisten lukujen perusteella fysiikan opetuksessa onhyödyllistä käsitellä. On huomattavaa, että energiavarojen käyttöön ja ympäristönsuojeluunliittyviä valintoja painotetaan tässä yhteydessä. Tässä vaiheessa ilmastonmuutosaihe tulee siishuomioida syvällisemmin opetuksessa, sillä se liittyy keskeisesti näihin aiheisiin. Tämä onkinsopiva vaihe ilmastonmuutoksen käsittelyyn oppilaiden kehitysvaiheen ja tietopohjan69

laajentumisen kannalta. Brunerin ajatusten mukaisesti aiemmin opittuja periaatteita, tietoja jataitoja voidaan täsmentää ja soveltaa käytäntöön ja näin niiden merkitys ja hyödyllisyysvoidaan ymmärtää. Sen sijaan opetussuunnitelmaan kirjatut tavoitteet eivät ole täysin riittäviätoisessa luvussa asetetun opetuksen tavoitteen kannalta. Toki monet opetussuunnitelmassamainitut tavoitteet ovat välttämättömiä toisessa luvussa asetetun tavoitteen toteutumiseksi.Kuitenkin toisessa luvussa kuvatun realistisen kuvan välittäminen tieteellisen tiedonluonteesta, se, miten tieteellistä tietoa käytetään erilaisten mielipiteiden tukena sekä erilaistennäkökulmien arvioiminen, jäävät fysiikan kohdalla opetussuunnitelmaan kirjattujentavoitteiden ulkopuolelle. Nämä aiheet muodostavat kokonaisuuden, jossa luonnontieteidenopetuksessa ensimmäisen aiheen käsittely muodostaa tärkeän pohjan ja se tulisi siksisisällyttää tavoitteisiin. Lähimpänä tätä aihetta on hankitun tiedon luotettavuuden arviointi,mutta nähdäkseni tällä ilmaisulla on erilainen merkitys; se ilmaisee enemmänkin tiedonpaikkansapitävyyttä kuin tiedon luonnetta. Opetussuunnitelman keskeisissä sisällöissäkasvihuoneilmiön ymmärtämiseen liittyy selkeimmin lämpö -kokonaisuus, jos sen yhteydessäkäsitellään myös sähkömagneettisen säteilyn lämmittävää vaikutusta sekä lämmönpoistumista sähkömagneettisena säteilynä. Sen sijaan kysymys säteilyn vuorovaikutuksestailmakehän kaasujen kanssa ja edelleen syy siihen, miksi kasvihuonekaasut päästäväthelpommin valoa lävitseen, mutta vähentävät lämmön poistumista maapallolta, jää keskeistensisältöjen ulkopuolelle. Mahdollisesti opettaja voisi huomioida tätä aihetta opetuksessaesimerkiksi lämpö -kokonaisuuden yhteydessä. Ilmastonmuutosaiheen kannalta onolennaista, että ilmiöitä käsitellään opetuksessa vähintään sellaisella tasolla, että toisessaluvussa asetettu opetuksen tavoite voisi toteutua. Sopiva pedagoginen yksinkertaistus onriittävä, eikä ilmiötä ole välttämättä tarpeellista ymmärtää syvällisesti. Joka tapauksessaoppilaan tulisi vähintään tuntea kasvihuonekaasujen lämmittävä vaikutus, tuntea tärkeimmätkasvihuonekaasut ja niiden suurimmat lähteet, jotta hänellä olisi riittävät perustiedotmielipiteen muodostamiseksi aiheeseen liittyvän keskustelun perusteella. Lämpökokonaisuuteenliittyvässä päättöarvioinnin arvosanan 8 kriteerissä ei mainita lämpösäteilyyntai säteilyn lämmittävään vaikutukseen liittyviä asioita. Sen sijaan sähköön liittyvässäarvioinnissa mainitaan taloudellinen käyttö sekä erilaisten sähköntuotantomuotojen hyötyjenja haittojen arviointi. Arvioinnissa mainitaan luonnon rakenteiden kohdalla erilaisetsäteilylajit ja niiden vaikutukset. Luonnon rakenteet on siis toinen mahdollinen kokonaisuus,jonka yhteydessä sähkömagneettiseen säteilyyn liittyviä fysikaalisia prosesseja voidaantarkastella.70

4.2.2 LukioOpetuksen tehtävä, arvopohja sekä oppimiskäsitys. Opetussuunnitelman mukaan lukiontehtävänä on antaa laaja-alainen yleissivistys sekä riittävät valmiudet jatko-opintoihin. Sentulee antaa valmiuksia vastata ympäristön ja yhteiskunnan haasteisiin sekä taitoa tarkastellaasioita eri näkökulmista. Oppilaita ohjataan vastuuseen ja velvollisuuksista huolehtimiseen.Opetuksella tuetaan itsetuntemuksen kehittymistä ja myönteistä kasvua sekä kannustetaanelinikäiseen oppimiseen. (LOPS) Ympäristön ja yhteiskunnan haasteisiin vastaaminenedellyttää myös ilmastonmuutosaiheen sisällyttämistä opetukseen. Taito tarkastella asioita erinäkökulmista on yhteensopiva toisessa luvussa asetetun opetuksen tavoitteen kanssa. Toisessaluvussa mainittu oppilaan monipuolinen kehitys on myös huomioitu lukion tavoitteissa.Opetussuunnitelmassa lukion arvoperustan yhteydessä mainitaan, että opiskelijoitakasvatetaan suvaitsevaisuuteen ja kansainväliseen yhteistyöhön. Opetuksen lähtökohtana onelämän ja ihmisoikeuksien kunnioitus, sivistysihanteena on pyrkimys totuuteen,inhimillisyyteen ja oikeudenmukaisuuteen. Koulutuksen avulla edistetään avointademokratiaa, tasa-arvoa ja hyvinvointia. Oppilasta ohjataan tuntemaan oikeutensa javelvollisuutensa ja häntä ohjataan kasvamaan aikuisen vastuuseen. Häntä ohjataantunnistamaan arvojen ja todellisuuden välisiä ristiriitoja sekä pohtimaan kriittisestisuomalaisen yhteiskunnan ja kansainvälisen kehityksen mahdollisuuksia. Opetuksessakäsitellään kansalaisen perusoikeuksia. Lukion tulee korostaa kestävän kehityksen periaatteitaja antaa valmiuksia kohdata muuttuvan maailman haasteet. Aihekokonaisuudet syventävätlukion arvopohjaa. (LOPS) Ilmastonmuutosaiheen kannalta keskeisimpiä mainintoja tässäyhteydessä ovat yhteiskunnan ja kansainvälisen kehityksen mahdollisuuksien pohtiminen,kestävän kehityksen periaatteet sekä valmiudet muuttuvan maailman haasteidenkohtaamiseksi. On selvää, että näiden kohtien perusteella ilmastonmuutosaihetta tuleekäsitellä opetuksessa. Opetussuunnitelman arvolauseet voidaan nähdä sellaisina perustavinayleisesti hyväksyttyinä moraalisina periaatteina, jotka mainittiin toisessa luvussa. Avoimendemokratian edistäminen ja kriittinen yhteiskunnallinen pohdinta ovat sopusoinnussa toisessaluvussa asetetun opetuksen tavoitteen kanssa. Opetussuunnitelman mukaan oppiminennähdään seuraukseksi opiskelijan tavoitteellisesta toiminnasta, jossa hän muidenopiskelijoiden, opettajan ja aikaisempien tietorakenteidensa pohjalta käsittelee ja tulkitseekäsittelemäänsä informaatiota. Tämä oppimiskäsitys on vastaavanlainen kuin tämän luvunalussa esitetty käsitys.71

Opetuksen yleiset tavoitteet ja aihekokonaisuudet. Opetussuunnitelmassa mainittuja aiheenkannalta keskeisimpiä yleisiä tavoitteita edellisten lukujen tarkastelun nojalla ovat olennaisenluontoa, ihmistä, yhteiskuntaa ja kulttuureja koskevan tiedon välittäminen, maailman tilaanvaikuttavan ihmisen toiminnan tiedostaminen, erilaisten vaihtoehtojen pohtiminen javalintojen tekeminen, taito toimia demokraattisessa yhteiskunnassa vastuullisesti huomioidenoma ja muiden hyvinvointi. Lukion päätyttyä opiskelijan tulisi pystyä kohtaamaan joustavastimuuttuvan maailman haasteet sekä tuntea vaikuttamisen keinoja ja omata halua ja rohkeuttatoimia. (LOPS) Näiden tavoitteiden ja kolmannen luvun tarkatelun nojalla ilmastonmuutostatulee käsitellä opetuksessa. Toisessa luvussa asetettu tavoite on sopusoinnussaopetussuunnitelmassa esitettyjen yleisten tavoitteiden kanssa ja lisäksi asetettu tavoite onvälttämätön opetussuunnitelmassa mainittujen yleisten tavoitteiden toteutumiseksi.Opetussuunnitelman mukaan aihekokonaisuudet ovat yhteiskunnallisesti merkittäviäkasvatus- ja koulutushaasteita ja ne ovat samalla ajankohtaisia arvokannanottoja. Ne ovatkäytännössä myös opetusta järjestäviä toimintaperiaatteita ja oppiainerajat ylittäviä, opetustaeheyttäviä painotuksia, joissa on kyse koko elämäntapaa koskevista asioista.Aihekokonaisuuksille yhteisiä tavoitteita ovat: taito havainnoida ja analysoida nykyajanilmiöitä ja toimintaympäristöjä, esittää perusteltuja käsityksiä tavoiteltavasta tulevaisuudesta,arvioida omaa elmämäntapaa ja vallitsevia suuntauksia tulevaisuusnäkökulmasta sekä tehdävalintoja ja toimia tavoiteltavana pitämänsä tulevaisuuden puolesta. (LOPS)Ilmastonmuutosaiheen kannalta keskeisimmät aihekokonaisuudet ovat kestävä kehitys sekäteknologia ja yhteiskunta. Näiden aihekokonaisuuksien puitteissa esitetyt tavoitteet ovatsopusoinnussa toisessa luvussa esitetyn opetuksen tavoitteen kanssa ja ne mahdollistavatopetuksen esitetyn näkökulman mukaisella tavalla. Toisen ja kolmannen luvun tarkastelunnojalla aihekokonaisuuksien viestintä- ja mediaosaaminen; aktiivinen kansalaisuus (jayrittäjyys) sekä (kulttuuri-identiteetti) ja kulttuurien tuntemus välittämät tiedot ovathyödyllisiä myös ilmastonmuutosaiheen kohdalla. Näistä viimeisellä viitataanmaailmanlaajuisten ongelmien tiedostamiseen eri maiden kannalta sekä ongelmienratkaisemiseksi vaadittavaan kansainväliseen yhteistyöhön. Kuten perusopetuksenopetussuunnitelmankin yhteydessä todettiin, aihekokonaisuudet tarjoavat hyvänmahdollisuuden ilmastonmuutosaiheen käsittelyyn, sillä aihe on niin laaja, että pelkästäänyhden oppiaineen sisällä sen käsittely olisi ongelmallista. Aihekokonaisuuksien puitteissailmastonmuutosaihetta voidaan käsitellä eri oppiaineiden näkökulmista, jolloin voidaan saadakolmannen luvun tarkastelun mukaisesti riittävän laaja näkökulma ongelmanhahmottamiseksi. Luonnontieteiden opetuksen roolina on toisessa luvussa hahmotellun72

ealistisen kuvan välittäminen tieteellisen tiedon luonteesta sekä ilmiön kuvaaminenymmärrettävällä tavalla, jolloin tietoa voidaan hyödyntää mielipiteen muodostuksessa. Tässätehtävässä fysiikan opetuksella on oma tärkeä roolinsaFysiikka. Ilmastonmuutosaiheen kannalta tärkeimpinä tavoitteina fysiikan kohdallaopetussuunnitelmassa mainitaan, että opiskelija tarkastelee fysiikan merkitystä yksilön jayhteiskunnan kannalta sekä ihmistä fysiikan tietojen soveltajana, tutustuu fysiikansovelluksiin ja niiden taitavaan, eettiseen ja hallittuun käyttöön tuotteiden aikaansaamisessa jaarkielämän helpottamisessa sekä saa valmiuksia ymmärtää teknologisten sovellustenvaikutuksia. Tarkemmassa erittelyssä tämä tavoite tulee selkeimmin näkyviin syventävänlämpö -kurssin kohdalla, jossa yhtenä tavoitteena mainitaan, että oppilaan tulee saadavalmiuksia osallistua ympäristöä ja teknologiaa koskevaan kriittiseen keskusteluun japäätöksentekoon. (LOPS) Tässä yhteydessä voidaan huomioida tieteellisen tiedon luonteeseenja tiedon käyttöön liittyvää opetusta toisen luvun käsittelyn mukaisesti. Nämä aihealueet ovatkuitenkin tärkeitä mielipiteen muodostamisen kannalta ja hyödyllisempää olisi käsitelläaiheita jo pakollisen kurssin yhteydessä. Liittämällä pakollisen kurssin yhteydessä tieteellisentiedon luonteen ja käytön tarkastelu sen tavoitteen yhteyteen, jonka mukaan oppilaan tulee”ymmärtää, kuinka luonnontieteellinen tieto rakentuu kokeellisen toiminnan ja siihenkytkeytyvän mallintamisen kautta”, voitaisiin opetussuunnitelmaa muokata toisessa luvussaasetetun opetuksen tavoitteen kanssa yhteensopivaksi. Kasvihuoneilmiötä voidaan käsitellä jopakollisen kurssin yhteydessä, keskeisenä sisältönä mainitun energian sitoutuminen javapautuminen luonnon ja ihmisten aikaansaamissa prosesseissa -kokonaisuuden yhteydessä.Tällöin on hyödyllistä seurata Brunerin ja Kurki-Suonioiden ajatuksia, joiden mukaan ilmiövoitaisiin aluksi pakollisen kurssin yhteydessä esitellä hahmottavalla tavalla, jolloinkeskitytään sen keskeisiin ominaisuuksiin, kuitenkaan niitä kovin syvällisesti käsittelemättätässä vaiheessa. Myöhemmässä vaiheessa nämä keskeiset ominaisuudet täsmentyvät jalaajenevat ja tulevat syvällisemmin ymmärrettäviksi syventävien kurssien puitteissa. Näinkaikille opiskelijoille voitaisiin välittää jo pakollisen kurssin yhteydessä sellaiset perustiedot,joita kansalainen tarvitsee toisessa luvussa asetetun opetuksen tavoitteen toteutumiseksi.Tämä on samalla eräs tärkeä fysiikan opetuksen rooli aihekokonaisuuksien yhteydessä. Tällätavoin fysiikan ilmiöitä voidaan pakollisen kurssin yhteydessä myös liittää todellisenmaailman ongelmiin, jolloin niiden merkitys tulee opiskelijoille ymmärrettäväksi ja heidänmotivaationsa saattaa lisääntyä. Myöhemmässä vaiheessa aiheeseen liittyvät fysiikan ilmiötvoidaan samasta syystä syventävien kurssien yhteydessä liittää mm. kasvihuoneilmiöön ja73

muihin edellä kuvattuihin ilmastonmuutokseen liittyviin fysikaalisiin ilmiöihin (vastaavallatavalla voitaisiin viitata myös muihin sovelluksiin). Muita syventävien kurssien yhteydessäaiheeseen liittyviä opetussuunnitelman tavoitteiden ja keskeisten sisältöjen kohdallamainittuja aiheita ovat esimerkiksi lämpö -kurssin kohdalla kappaleiden lämpeneminen jajäähtyminen (erityisesti tulevan ja poistuvan säteilyn vaikutuksesta) sekä lämpöenergia; aalto-kurssin kohdalla sähkömagneettiset aallot (jotka kuljettavat energiaa auringosta maahan jamaasta avaruuteen) sekä heijastuminen (osa auringonvalosta heijastuu pilvistä avaruuteen);sähkömagnetismi -kurssin yhteydessä energiateollisuus (hiilidioksidipäästöt); aine ja säteily -kurssin yhteydessä kvantittuminen ja viivaspektri (valon ja lämpösäteilyn vuorovaikutuskasvihuonekaasujen kanssa siten, että valo pääsee tehokkaammin maan pinnalle ja lämmönpääsy avaruuteen vähenee enemmän), sähkömagneettinen säteily sekä mustan kappaleensäteily.4.2.3 Ammatillinen koulutus: Kone- ja metallialan perustutkintoKoska ammatillisessa koulutuksessa eri koulutusohjelmilla on omat opetussuunnitelmansa,käsittellään tässä esimerkkinä vain kone- ja metallialan perustutkintoa. Esimerkin perusteellasaadaan malli, jonka olennaisimpia piirteitä voidaan soveltaa myös muiden koulutusohjelmienopetussuunnitelmien tulkintaan.Tehtävät ja tavoitteet, yhteiset painotukset ja kaikille aloille yhteinen ydinosaaminen sekäkone- ja metallialan yleistavoitteet. Ammatillinen peruskoulutus ja sen tavoitteet -kohdanyhteydessä opetussuunnitelmassa mainitaan muun muassa, että koulutuksen tulee edistäädemokratiaa ja kannustaa opiskelijaa persoonallisuuden kehittämiseen. (AOPS) Nämälähtökohdat ovat sopusoinnussa toisessa luvussa asetetun opetuksen tavoitteen kanssa sekäoppilaan monipuolisen kehittymisen tukemisen kanssa. Opetussuunnitelmassa yhteistenpainotusten ja kaikille aloille yhteisen ydinosaamisen kohdalla aiheen kannalta keskeisimpänäalueena mainitaan, että koulutuksen tulee antaa opiskelijoille valmiuksia kestävän kehityksenedistämiseen. Tarkemmin tällä tarkoitetaan mm. kestävän kehityksen periaatteiden tuntemistaja niiden puolesta toimimista opiskelussa, työssä ja kansalaisena sekä ympäristömyönteistentyö- ja toimintatapojen tuntemista sekä niiden mukaisesti toimimista. (AOPS) Ilmastonmuutoson eräs keskeisimmistä tämänhetkisistä ympäristökysymyksistä, joten sitä tulee käsitelläopetuksessa ainakin sillä tasolla, että se mahdollistaa vaikuttavien tekijöiden ymmärtämisensekä toisessa luvussa mainitun opetuksen tavoitteen mukaisesti perustellun mielipiteen74

muodostamisen. Tässä yhteydessä kasvihuoneilmiön ymmärrettäväksi tekemisessäfysiikanopetuksella on tärkeä rooli samoin kuin toisessa luvussa kuvatun tieteellisen tiedonluonteen välittämisessä. Opetussuunnitelmassa mainittu luonnon monimuotoisuudenarvostaminen liittyy keskeisesti ilmastonmuutokseen. Kestävän kehityksen taloudellisten,sosiaalisten sekä kulttuuristen ulottuvuuksien ymmärtäminen puolestaan vaatiiilmastonmuutosaiheen kannalta kolmannessa luvussa käsiteltyjen aiheiden kaltaisen erinäkökulmiin liittyvän tiedon välittämistä ja on sopusoinnussa toisessa luvussa esitetynnäkemyksen kanssa, jonka mukaan opetettava yhteiskunnallinen aihe tulee liittääkokonaisvaltaisiin tietorakenteisiin. Kaikille aloille yhteisen ydinosaamisen yhteydessämainitut viestintätaidot ja eettiset taidot ovat hyödyllisiä kolmannessa luvussa esitetynmukaisesti myös ilmastonmuutosaiheeseen liittyvissä kysymyksissä. Kone- ja metallialanyleistavoitteiden kohdalla mainitaan että opiskelijan on mm. huolehdittavaympäristönsuojelusta (AOPS).Fysiikka ja kemia. Fysiikan ja kemian kohdalla opetussuunnitelmassa kiitettävän osaamisenkohdalla keskeisesti ilmastonmuutosaiheeseen liittyvinä kohtina mainitaan, että opiskelijantulee oppia käyttämään sähkölaitteita turvallisesti ja taloudellisesti, hänen tulee ottaaympäristön ja ammatin kannalta huomioon keskeisiä kemian ilmiöitä ja sitä varten hänen ontunnettava tavallisimpien alkuaineiden ja yhdisteiden (esimerkiksi happi, typpi, vety, hiili jasen oksidit,...) kemiallisia ominaisuuksia. Opiskelijan tulee osata työssään ja yksityiselämässätoimiessaan ottaa huomioon luonnon lainalaisuudet ja toimia niiden mukaisesti ympäristöä jaenergiaa säästäen. Hänen tulee osata kuvata jonkin kone- ja metallialallakäytettävän/valmistettavan tuotteen elinkaari ja siihen liittyvät energian muutokset.Opiskelijan tulee osata soveltaa fysiikan ja kemian tietojaan käyttämällä taloudellisia jaympäristöä säästäviä tekniikoita. (AOPS) Nämä tavoitteet mahdollistavat hyvinkasvihuoneilmiöön liittyvien fysikaalisten prosessien opettamisen. Toisaalta toisessa luvussakäsitellyn tieteellisen tiedon luonteen välittämiseen liittyviä kohtia ei ole mainittu. Tieteellisentiedon luonne on oleellinen aihe, jotta henkilön on mahdollista saada realistinen kuvajulkisessa keskustelussa esitettyjen mielipiteiden perusteluiksi esitetyistä tiedoista ja sitä tulisisiksi riittävällä tasolla huomioida luonnontieteiden opetuksen yhteydessä.Ympäristötieto. Valinnaisiin opintoihin kuuluva ympäristötiedon kurssi liittyy keskeisestiilmastonmuutosaiheeseen, joten sitä tarkastellaan tässä yhteydessä. Kiitettävällä tasollaopiskelijan tulee osata toimia kestävän kehityksen ja luonnon monimuotoisuuden puolesta,75

tehdä kestäviä valintoja, tiedostaa kestävän kehityksen välttämättömyys ja ymmärtää ihmisentoiminnan vaikutukset ympäristöön. Hänen tulee ymmärtää luonnonvarojen käytön,kuluttamisen, jätteiden ja päästöjen keskinäiset yhteydet. Opiskelijan tulee arvostaaympäristöään sekä arvioida oman toimintansa vaikutuksia sekä toimia ympäristön hyväksi.Ympäristökysymysten monimutkaisuus, ristiriitaisuus ja erilaiset näkökulmat otetaanhuomioon ja opiskelijan tulee osata etsiä tietoa ja arvioida omia valintojaan. Opiskelijan tuleearvostaa elinympäristöään. (AOPS) Nämä opetussuunnitelmassa mainitut kohdatmahdollistavat hyvin toisessa ja kolmannessa luvussa kuvattujen aiheiden käsittelynopetuksessa.Ympäristötiedon kurssi on kuitenkin valinnainen, joten kysymykseksi jää, miten ne oppilaat,jotka eivät valitse kurssia, saavat opetussuunnitelmien tehtävissä ja tavoitteissa sekä yhteisissäpainotuksissa mainittujen aiheiden mukaista opetusta? Mahdollisesti aiheita voidaansisällyttää eri oppiaineisiin niin, että ne tulevat opetuksessa käsitellyiksi riittävällä tasolla.Tämä vaatii kuitenkin opettajilta yhteistyötä, jotta erilaiset näkökulmat tulee huomioitua jatoisaalta voidaan välttää liiallista toistoa. Toinen mahdollinen vaihtoehto olisi vastaavanlaisenkaikille pakollisen (mahdollisesti ympäristötietoa suppeamman) kurssin järjestämisen, jolloinyleisesti ottaen ympäristökysymyksiä ja niiden yhteydessä myös ilmastonmuutosaihettavoitaisiin käsitellä riittävän laajasta näkökulmasta hyödyntäen eri aineiden opettajienasiantuntemusta niin, että opetussuunnitelman tehtävissä ja tavoitteissa sekä yhteisissäpainotuksissa mainitut seikat tulisi huomioitua.5. OpetusOpetussuunnitelma tarjoaa ne yleiset periaatteet, joihin opetus perustuu ja opetussuunnitellaan niin, että siinä pyritään opetussuunnitelmassa määriteltyihin tavoitteisiinopetussuunnitelman sisältöjen puitteissa. Tätä tarkoitusta varten täytyy määritellä tarkemmattavoitteet yksittäisiä kursseja varten ja valita tunneilla opetuksessa käytettävät menetelmät.Opetuksen suunnittelua ja käytännön toteutusta ajatellen on hyödyllistä tarkastellailmastonmuutosaiheen opettamista opetussuunnitelman yleisiä periaatteita, tavoitteita jasisältöjä yksityiskohtaisemmalla tasolla. Luvussa neljä havaittiin, että opetussuunnitelmasoveltuu suurelta osin aiheen käsittelyyn valitun näkökulman ja toisessa luvussa määritellyn76

opetuksen tavoitteen mukaisesti. Vaikka tieteellisen tiedon luonteeseen ja käyttöön liittyviäaiheita ei mainittu perusopetuksen ja ammatillisen opetuksen opetussuunnitelmissa ja lukionopetussuunnitelmassakin ne liittyvät vain syventävän lämpö -kurssin yhteydessä mainittuunkohtaan, on seuraavassa tarkastelussa oletettu, että näitä aiheita tulee käsitellä opetuksessakaikille yhteisten kurssien puitteissa, sillä toisen ja kolmannen luvun tarkastelun mukaisestitieteellisen tiedon luonteeseen sekä tiedon käyttöön liittyvät tiedot ja taidot muodostavattärkeän osatekijän ilmastonmuutosaiheeseen liittyvän perustellun mielipiteenmuodostamisessa. Aiheeseen keskeisesti liittyviä tietoja ja taitoja sekä niiden opettamistatarkastellaan tässä tekstissä opetuksen eri vaiheissa keskittyen pääosin fysiikan opetuksessavälitettäviin seikkoihin. Niiden tietojen ja taitojen suhteen, jotka nähdään tarpeellisina toisessaluvussa asetettuun opetuksen tavoitteeseen pääsemiseksi, mutta jotka liittyvät paremminmuiden aineiden opetukseen, käsitellään vähäisemmässä määrin. Tämän luvun tarkastelussaon keskitytty pääosin tiedollisiin seikkoihin, mutta yhteiskunnallisen aiheen opetuksessa tuleehuomioida myös muita toisessa luvussa esitettyjä opetukseen liittyviä asioita.Ilmastonmuutosaihe nähdään kolmannen luvun tarkastelun mukaisesti yhtenä tärkeimmistätämänhetkisistä yhteiskunnallisista sekä ympäristöön liittyvistä kysymyksistä. Opetuksessaaihe voidaan yhdistää kokonaisuuksiin, joissa käsitellään yhteiskuntaan, ympäristöön jatieteelliseen tietoon liittyviä kysymyksiä yleisestikin. Näin voidaan välittää opetuksessasellaisia yleisiä periaatteita, joiden avulla henkilö voi käsitellä myös muita vastaavanlaisiaaiheita. Kuten neljännessä luvussa todettiin, ylä-asteen ja lukion opetuksessaopetussuunnitelmassa mainitut aihekokonaisuudet tarjoavat hyvän mahdollisuuden aiheenkäsittelemiseen opetuksessa riittävän monipuolisella tavalla. Kuvassa 5.1 on tarkasteltu aiheenkäsittelemistä opetuksessa eri vaiheissa.77

Ylä-asteen opetustaennakoivat tiedot, aiheisiinliittyvien ilmiöidenkeskeisten vaikuttavienpiirteiden havainnointi.Ala-asteluokat 1-6Ylä-asteluokat 7-9Oman perustellun mielipiteenmuodostamisen kannaltariittävän, mutta yksinkertaistetuntiedon välittäminen opetuksessa.Fysiikan tietojen merkitysvoidaan ymmärtää kun tietojenmerkitys nähdään aiheenkäsittelyssä.Ammatillinen koulutusLukioAiheeseen liittyvän tiedon kertaaminen jaliittäminen ammatilliseen alaan siten, ettätiedot ja taidot yhdistyvät opetuksentuloksena käytännön toimintaan. Medioissaesitettyjen näkökulmien tarkastelu.Aiheen käsittely opetuksessa ylä-asteenkäsittelyä syvällisemmin hyödyntäen erioppiaineissa välitettäviä tietoja ja taitojasekä yhdistäen medioissa esitettyjänäkökulmia opiskeluun. Fysiikansyventävien kurssien asioita yhdistetäänaiheeseen.Kuva 5.1: Ilmastonmuutosaiheen käsittely opetuksen eri vaiheissa.5.1 Perusopetus5.1.1 Vuosiluokat 1-4: Ympäristö- ja luonnontietoLuokilla 1-4 opetus perustuu opetussuunnitelman mukaisesti ja oppilaan kehitystasonhuomioiden kokemuksellisuuteen ja elämyksellisyyteen. Spiraaliperiaatteen ja hahmottavanlähestymistavan mukaisesti pyritään kiinnittämään huomio ilmiöiden ja tiedon keskeisiinpiirteisiin siten, että myöhemmässä vaiheessa käsitteiden tarkentuminen ja laajentuminen olisihelppoa. Ilmastonmuutosaiheen kannalta tässä vaiheessa opetukseen sopivia aiheita ovatkolmannessa luvussa käsiteltyjä aiheita ennakoiden fysikaaliseen tietoon liittyen: sää ja siihenliittyvien ilmiöiden havainnointi, lämpötilojen ja valoisuuden ero talvella ja kesällä,78

kappaleiden lämpenemiseen ja kylmenemiseen liittyvät havainnot, valon lämmittävänvaikutuksen havaitseminen sekä luotettavan tiedon merkityksen tiedostaminen ongelmienratkaisemisen kannalta. Muita toisessa ja kolmannessa luvussa käsiteltyjä aiheita ennakoidenhyödyllisiä opetukseen sisällytettäviä aiheita ovat: ihmisen riippuvuus luonnosta, jostaesimerkkeinä mm. ravinnon ja puhtaan juomaveden merkitys; elämän arvostaminen, pyrkimystoisten ihmisten ymmärtämiseen ja toisten ihmisten arvostaminen. Nämä ovat sellaisiayleisesti hyödyllisiä aiheita, joiden tunteminen on hyödyllistä monien muidenkin aiheidenkannalta. Tällaisten keskeisten yleisten aiheiden valitseminen opetukseen on Brunerinajatusten mukaisesti tarkoituksenmukaista, kuten neljännessä luvussa mainittiin. Opetuksentässä vaiheessa pyritään saavuttamaan Bloomin kognitiivisen alueen taksonomianensimmäinen vaihe, ymmärtäminen, havaintojen tasolla pyrkien hahmottamaan ilmiöiden jamuiden aiheiden kannalta keskeisiä vaikuttavia piirteitä. Esimerkiksi valon lämmittäväävaikutusta voidaan demonstroida vertaamalla aurinkoisena päivänä lämmön tunnettaaurinkoisessa paikassa ja varjossa. Vastaavasti voidaan havainnoida esimerkiksi teekupinjäähtymistä ajan kuluessa. Säähän liittyviä ilmiöitä voidaan käsitellä opetuksessa liittämälläarkikokemuksia käsitteisiin. Aivan keskeisimpiä arvoja, kuten toisten ihmisten ja elämänarvostamista voidaan mielestäni opettaa tosina arvoina, koska tällaisten arvojen omaksuminenon olennaisen tärkeää oppilaiden kehityksen kannalta.5.1.2 Vuosiluokat 5-6: Fysiikka ja kemiaAla-asteen ylimmillä luokilla opetuksessa voidaan spiraaliperiaatteen mukaisesti kokemuksenkautta saatua tietoa yhdistää yleisempiin käsitteisiin ja sitä voidaan soveltaa uusissatilanteissa. Ilmastonmuutokseen liittyviä perusilmiöitä voidaan tässä vaiheessa käsitelläopetuksessa. Vaikutusten käsittelyn kannalta opettajan tulee oman kokemuksensa avulla ottaahuomioon oppilaiden suhtautuminen uhkakuviin, kuten neljännessä luvussa mainittiin. Näitäaiheita voitaisiin esimerkiksi käsitellä siten, että tuodaan esille, että ongelma on tiedostettutieteellisen tiedon avulla ja yhteisillä ponnistuksilla siihen pyritään reagoimaan. Aiemmankokemuksen mukainen valon lämmittävä vaikutus ja kappaleiden lämpeneminen jajäähtyminen voidaan nyt liittää energian käsitteeseen. Lämpösäteilyä ja sitä, että lämpösäteilyja valo ovat sama ilmiö voidaan demonstroida seuraavanlaisella kokeella: asetetaansähkövirralla kuumennettava suurikokoinen vastus kuvan mukaisesti pöydälle käden lähelle,79

ehkä noin 5-10 cm päähän 3 siten, että käsi on vastuksen sivulla 4 . Kun vastusta kuumennetaan,voidaan tuntea kädellä lämmön tunne. Kun sähkövirta hetkeksi sammutetaan, havaitaan, ettälämmön siirtyminen ei ole riippuvainen siitä, kulkeeko vastuksen lävitse virta vai ei. Lämmönsiirtyminen johtuu siis vain kappaleen lämpötilasta. Kun kappaletta kuumennetaan vielä lisääse alkaa hehkumaan punaisena ja lämmön tunne voimistuu. Opettaja voi todeta, että lämpösiirtyy kuumasta kappaleesta säteilynä ja ihmisen silmä on kehittynyt niin, että se ei havaitsesäteilyä, jonka kappale lähettää ollessaan matalammassa lämpötilassa. Tässä demonstraatiossatarvitaan ennen koetta tieto siitä, että vastusta voidaan kuumentaa sähkövirralla.Ian Lawrence esittää mallin, jonka avulla energian käsite voidaan esittää opetuksessa ilmankvantitatiivista käsittelyä. Tämän mallin avulla voidaan esittää energian siirtymiseen liittyvähahmottava kuvaus. Lawrencen esittämässä mallissa käytetään ajatusmalleina energiavarastonja energian siirtymisen käsitettä. (Lawrence, 2007) Ala-asteen opetuksen käsittelyssä voidaanedellä kuvatussa esimerkissä tarkastella vain lämpöenergian ja sähköenergian varastoja, sillänäihin yhdistyvä mielikuva energiavarastosta on konkreettisempi kuin sähkömagneettisensäteilyn energiavarasto.Kuva 5.2: vastuksen lämmittävä vaikutus ja energian käsitettä hahmottava kuvaus energiavaraston ja energiansiirtymisen avulla.(kuvan alaosassa esitetyt energiavarastoa kuvaavat laatikot ovat Lawrencen artikkelista(Lawrence, 2007))3 Turvallisuuteen tulee kiinnittää huomiota, vastus on syytä suojata turvaristikolla.4 Koska vastus on käden sivulla, ei ole kyse konvektiosta, sillä lämmin ilma nousee pääosin ylöspäin.80

Kolmannen luvun kuvausta hahmottavassa mallissa on hyödyllistä tarkastella auringonenergiavarastoa, jossa energia on varastoitunut ydinenergiaksi. Kun energiaa vapautuuauringon energiavarastosta, sitä siirtyy maapallolle valona (sähkömagneettisena säteilynä) javarastoituu lämpöenergiaksi maan lämmetessä. Maapallo puolestaan säteilee lämpösäteilyä(sähkömagneettista säteilyä) avaruuteen, jolloin energiaa poistuu maapallonlämpöenergiavarastosta.Kuva 5.3: Energian siirtyminen auringosta maahan. Energian käsitteen kuvausta hahmotellaan energiavarastonja energian siirtymisen avulla.Kuvattu energian siirtyminen liitetään oppilaan havaintoon auringonvalon ja lämpimänkappaleen lähettämän säteilyn lämmittävästä vaikutuksesta (varjossa on kylmempää kuinauringossa ja kuuma kappale tuntuu kuumalta pienen etäisyyden päästä, vaikka siihen eikoskekaan) sekä lämpöenergian siirtymiseen pois kappaleesta mm. säteilyn vaikutuksella(kappaleen jäähtyminen).Kolmannen luvun tarkastelun nojalla voidaan kasvihuoneilmiötä käsitellä tässä vaiheessaopetuksessa mainitsemalla, että kasvihuonekaasujen vaikutuksesta osa lämpösäteilystä eipääse poistumaan avaruuteen ja tämän vaikutuksen seurauksena maapallon lämpötila on noin81

30 ºC korkeampi verrattuna tilanteeseen, jossa kaasuja ei olisi. Näin kasvihuoneilmiömahdollistaa elämän maapallolla siinä muodossa kuin se esiintyy.Kuva 5.4: Kasvihuonekaasujen vaikutuksesta osa lämpösäteilystä ei pääse poistumaan avaruuteen.Kasvihuonekaasujen lisääntymisen ilmakehässä ajatellaan voimistavan kasvihuoneilmiötä, jolloin suurempi osalämpöenergiasta absorboituu ilmakehään. Ala-asteen tarkasteluun soveltuva kuvaus.82

Kolmannen luvun tarkastelun nojalla voidaan opetuksessa todeta, että vaikka aiheeseenliittyvä tieteellinen tieto ei ole täydellisen varmaa, vallitsee tieteilijöiden keskuudessa hyvinsuuri yksimielisyys siitä, että ihmisen toiminta voimistaa kasvihuoneilmiötä. Voidaan myöstodeta, että lämpötilan kohoamisen vaikutuksella voi tulevaisuudessa olla kolmannessaluvussa kuvattuja haitallisia seurauksia ja sen vuoksi kasvihuonekaasupäästöjä pyritäänvähentämään. Kasvihuonekaasujen päästöjen lähteitä esitellään perustuen kuvaan 3.7.Ilmakehään liittyviä liitteessä A esitettyjä tietoja ja prosesseja voidaan käsitellä hahmottavanlähestymistavan mukaisesti kiinnittäen huomiota ilmiöiden keskeisiin vaikuttaviin piirteisiin.Ilmakehän prosessien monimutkaisuutta ja vaihtelevuutta tuodaan esiin.Bloomin kognitiivisen alueen taksonomiassa opetuksessa pyritään aiheen kannalta tasoille 1ja 2, ymmärtäminen ja soveltaminen. Oppilaat tekevät uusia havaintoja ja uusia sekä aiemminopittuja havaintoja sovelletaan mm. energian siirtymisen ja kasvihuoneilmiönymmärtämiseen. Yleisesti ottaen (ei siis vain ilmastonmuutosaiheeseen liittyen) voidaanopetuksessa tuoda esille sitä, että toisen luvun tarkastelun mukaisesti monimutkaisissayhteiskunnallisissa kysymyksissä valintoihin liittyy erilaisia näkemyksiä ja mielipiteitä jotkataas perustuvat mm. henkilön suhteeseen kyseessä olevaan aiheeseen, tietoihin, käsityksiin jayhteiskunnassa vallitseviin ja henkilöiden omaksumiin arvoihin. Tätä voidaan havainnollistaalukemalla yhteiskunnalliseen aiheeseen liittyviä mielipidekirjoituksia tai artikkeleita lehdistä.Fysiikka ja tekniikka mahdollistavat aiheisiin liittyvän tiedon hankinnan ja ongelmienkäytännölllisen ratkaisun, kuten toisessa ja kolmannessa luvussa esitetään.5.1.3 Vuosiluokat 7-9Ylä-asteen opetuksessa aiemmin opittuja ilmiöitä ja käsitteitä opitaan tuntemaanspiraaliperiaatteen mukaisesti yksityiskohtaisemmin ja niitä voidaan liittää laajempaankokonaisuuteen. Toisaalta syvällisempi tarkastelu mahdollistaa ilmiöiden ja käsitteidenyksityiskohtaisemman ymmärtämisen ja realistisemman kuvan fysiikasta tieteenä, muttatoisaalta matemaattinen ja formaali käsittely saattaa aiheuttaa lievän kynnyksen joidenkinoppilaiden mielenkiinnolle. Lisäksi ikään kuuluva kehitysvaihe saattaa vaikuttaa joidenkinoppilaiden kohdalla opiskelumotivaatioon. Opetussuunnitelmassa mainitaan, että oppilailleannetaan valmiuksia keskustella fysiikan ja teknologian tiedonalaan kuuluvista aiheista jaheitä autetaan ymmärtämään fysiikan ja teknologian merkitystä. Kuten toisessa luvussaesitettiin, fysiikan merkityksen ymmärtäminen eri aiheiden kannalta lisää mielenkiintoa83

fysiikan opiskeluun, mikäli oppilas itse kokee aiheet tärkeiksi. Ilmastonmuutosaiheenkäsittely opetuksessa havainnollistaa fysiikan tietojen merkitystä myös yhteiskunnan jaympäristökysymysten kannalta. Tällaiset kysymykset saattavat herättää sellaisten oppilaidenmielenkiintoa, jotka eivät ole kiinnostuneita esimerkiksi tekniikkaan liittyvistä aiheista. Yläasteenopetus on sopiva vaihe tieteeseen, ympäristöön ja yhteiskuntaan liittyvän aiheenkäsittelemiseksi, sillä juuri tässä vaiheessa oppilaat todennäköisesti kaipaavat merkitystä sille,miksi opiskeltavat asiat ovat tärkeitä ja he ovat toisaalta riittävän kypsiä ymmärtääkseenerilaisia näkemyksiä muodostaessaan omaa mielipidettään. Ilmastonmuutokseen, senhillintään ja vaikutuksiin liittyvien yhteiskunnallisten kysymysten kannalta on opetuksessatoisen luvun tarkastelun nojalla huomioitava luonnontieteellisen tieteen luonnetta ja käyttöä.Ilmastonmuutokseen liittyvä tieteellinen tieto muodostaa pohjan moniin mm.energiantuotantoon liittyviin yhteiskunnallisiin näkemyksiin. Opetuksessa on selkeästi tuotavaesiin vallitseva aiheeseen liittyvä tieteellinen näkemys kolmannen luvun tarkastelunmukaisesti, sillä tämä näkemys toimii välttämättömänä pohjana oman perustellun mielipiteenmuodostamisessa erilaisissa aiheeseen liittyvissä kysymyksissä. Fysiikan opetuksen roolinaon erityisesti selkeän kuvan välittäminen kolmannessa luvussa kuvatuista aiheeseen liittyvistäfysikaalisista ilmiöistä ja vallitsevasta tieteellisestä käsityksestä sekä toisen luvun tarkasteluunperustuvan kuvan välittäminen tieteellisen tiedon luonteesta ja käytöstä. Jotta opetuksessavoidaan huomioida myös muita kolmannessa luvussa tarkasteltuja aiheita, tarvitaan eriaineiden opettajien välistä yhteistyötä. Ilmastonmuutosaihe sopii hyvin opetussuunnitelmaankirjattujen aihekokonaisuuksien yhteyteen, kuten neljännessä luvussa mainittiin jaaihekokonaisuuksien yhteydessä aihetta voidaan tarkastella eri oppiaineiden näkökulmista.Ilmastonmuutosaihetta voidaan opetuksessa käsitellä samalla tavalla ja esimerkiksi samassayhteydessä kuin muitakin yhteiskuntaan ja tieteeseen liittyviä aiheita. Tällaisten aiheidenkäsittelyssä on huomioitava toisessa luvussa tarkasteltuja kohtia. Ilmastonmuutoksen kohdallanäihin aiheisiin liittyviä tietoja on tarkasteltu kolmannessa luvussa. Kolmannen luvuntarkastelun perusteella on tärkeää kiinnittää huomiota siihen, kuinka hyväksyttyjä erilaisetkäsitykset ovat tiedeyhteisön keskuudessa. Jotta tämä näkökulma toimisi realistisenaperusteena mielipiteen muodostamisessa, on kiinnitettävä huomiota toisessa luvussatarkasteltuun tieteellisen tiedon kehittymiseen. Khishfe ja Lederman ovat verranneet kahdestaeri opetustavasta seuranneita oppimistuloksia. Ensimmäisessä opetustavassa luonnontieteenluonteeseen liittyvää opetusta on sisällytetty yhteiskuntaan ja tieteeseen liittyvän aiheenopetukseen ja toisessa opetustavassa tieteen luonteeseen liittyvää opetusta on annettu84

eriytettynä kokonaisuutena. Molemmissa tapauksissa oppilaiden käsitys tieteen luonteestakehittyi, eikä opetustavasta havaittu johtuvan eroa oppimistuloksiin. (Khfishfe, Lederman,2007) Toisaalta Walkerin ja Zeidlerin tutkimuksessa havaittiin, että kun luonnontieteenluonteeseen liittyvää opetusta pyrittiin antamaan aiheen yhteydessä, opitut asiat eivätsiirtyneet oppilaiden välisessä keskustelussa käytettyihin argumentteihin. (Walker, Zeidler,2007) Näiden tutkimusten nojalla luonnontieteen luonteeseen liittyvää opetusta annetaan joennen varsinaiseen aiheeseen siirtymistä. Tämä voidaan toteuttaa poimimalla keskeisethavainnot toisessa luvussa esitetystä tarkastelusta. Kun alustavaa opetusta on annettu, voidaanilmastonmuutosaiheen (ja myös muiden vastaavanlaisten yhteiskunnallis-tieteellistenaiheiden) yhteydessä käytävää tieteellistä keskustelua ymmärtää ja toisaalta kuvaluonnontieteen luonteesta täsmentyy. Ilmastonmuutosaiheen kannalta kolmannessa luvussaesitettyä tieteen kehittymistä ja erilaisia näkökulmia voidaan verrata toisen luvun tarkasteluun.Opetuksessa välitetään yksinkertaistettu, mutta mielipiteen muodostuksen kannalta riittäväkuvaus ilmastonmuutokseen liittyvistä fysikaalisista prosesseista. Kasvihuoneilmiön kuvausrakennetaan samankaltaisella tavalla kuin 5-6 luokan tarkastelussa, mutta nyt ilmiötä voidaantarkastella yksityiskohtaisemmin. Energiaa kuvataan energiavaraston ja energian siirtymisenkäsitteiden avulla kuten aikaisemminkin, mutta nyt voidaan ottaa käyttöön myös todellisiaprosesseja kuvaavat termit, kuten auringossa tapahtuva fuusio, sähkömagneettinen säteily,lämpöenergia ja lämpösäteily. Energialajit voidaan nimetä ja tarkastelu voidaan tehdähyödyntäen näitä uusia käsitteitä. Myös energian säilymislaki tulee tunnetuksi ylä-asteella,jonka jälkeen energiavaraston ja energian siirtymisen käsitteet voidaan yhdistää senmukaiseen tarkasteluun.85

Kuva 5.5: Energian siirtyminen auringosta maahan ylä-asteen opetuksessa. Energian käsitteen kuvaustahahmotellaan energiavaraston ja energian siirtymisen avulla.Huomio kinnitetään siihen, että kappaleen säteilemän energian määrä riippuu kappaleenlämpötilasta ja kasvihuonekaasut vaikuttavat maasta poistuvan lämpösäteilyn määrään niin,että vain tietty osa lämpösäteilystä pääsee poistumaan avaruuteen. Kasvihuonekaasut eivätvuorovaikuta maapallolle tulevan näkyvän valon kanssa yhtä paljon kuin poistuvanlämpösäteilyn kanssa.86

Kuva 5.6: Kasvihuonekaasujen vaikutuksesta osa lämpösäteilystä ei pääse poistumaan avaruuteen. Vallitsevantieteellisen käsityksen mukaisesti kasvihuonekaasujen lisääntymisen ilmakehässä voimistaa kasvihuoneilmiötä,jolloin suurempi osa lämpöenergiasta absorboituu ilmakehään. Ylä-asteen opetukseen soveltuva tarkastelu.87

Opetuksessa esitetään myös kolmannen luvun tarkastelun mukainen ilmakehän, sään jailmaston käsitteiden ero ja yhteys sekä ilmastoon liittyviä prosesseja kuvan 3.4 ja liitteen Anojalla kiinnittäen huomiota fysikaalisten prosessien keskeisiin piirteisiin. Näiden seikkojenjälkeen voidaan esittää kolmannen luvun esitykseen perustuva tarkastelu, joka koostuuseuraavista kohdista1. Vastaavanlainen alustava tarkastelu kuin 5-6 luokan tapauksessa käyttäenenergiavaraston ja energian siirtymisen käsitteitä sekä oikeita fysikaalisia käsitteitä.Energiavaraston ja energian siirtymisen käsitteet voidaan yhdistää energiansäilymislakiin, kun sitä käsitellään opetuksessa.2. Maapallolle tulevan ja sieltä poistuvan energian määrät ovat tasapainotilanteessa yhtäsuuret. Jos poistuvan energian määrä on pienempi kuin tulevan energian määrä,maapallo lämpenee.3. Jos maapallo lämpenee, sen säteilemän lämpöenergian määrä kasvaa. Riittävän pitkänajan kuluttua saavutetaan uusi tasapainotilanne, jossa maapallon keskilämpötila onkorkeampi.4. Vallitsevan tieteellisen käsityksen mukaan ihmisen toiminnan seurauksenakasvihuonekaasujen määrän kasvu voimistaa kasvihuoneilmiötä, jolloin pienempi osalämpösäteilystä pääsee poistumaan maapallolta. Tämän seurauksena maapallonkeskilämpötila kasvaa kohdan 2 mukaisesti.5. Poistuvan säteilyn määrään vaikuttaa monia tekijöitä, joita voidaan verratasäteilypakotteen käsitteen avulla. Kolmannessa luvussa ja kuvassa 3.5 on esitettytämänhetkinen käsitys eri tekijöiden vaikutuksesta lämpösäteilyyn.6. Ilmakehä on monimutkainen systeemi, jonka toimintaa ei täysin pystytä ennakoimaan.Erilaiset arviot perustuvat tietokonemalleihin ja asiantuntijoiden arvioihin.Tarkastellaan erilaisia tieteessä esitettyjä käsityksiä ja hypoteeseja ja niitä verrataantoisessa luvussa esitettyyn tieteellisen tiedon kehittymiseen liittyvään tarkasteluun. Onoleellista huomioida tarkastelussa, kuinka hyväksyttyjä erilaiset näkemykset jahypoteesit ovat tieteessä.7. Tarkastellaan luvussa kolme esitettyjä ilmastomallien avulla saatuja ennusteita eripäästöskenaarioiden kohdalla.8. Aikaisempia ilmastonmuutoksia huomioidaan opetuksessa kolmannen luvuntarkastelun perusteella. Tämänhetkinen ilmastonmuutos tulee aiheuttamaan eliöilletodennäköisesti selviämisvaikeuksia muutoksen nopeudesta johtuen. Myös88

ilmastonmuutoksen vaikutuksia köyhissä maissa asuviin ihmisiin ja yhteiskuntiinyleisesti tarkastellaan. Tämä kohta liittyy maantieteen ja biologian opetukseen jafysiikan opetusta voidaan yhdistää näiden aineiden opetukseen tässä yhteydessä.9. Esitetään kasvihuonekaasujen päästöjen lähteet. Tämä on esitetty kuvassa 3.610. Kuten toisessa luvussa mainittiin, luonnontieteellinen tieto ja teknologia voivatatarjota hyödyllisen apuvälineen yhteiskunnallisen aiheen ymmärtämisessä jakäytännön ratkaisuissa. Kolmannen luvun tarkastelun mukaisesti mm. teknologiankehittämisellä on IPCC:n arvointiraportin mukaan oma roolinsailmastonmuutosongelmaan vastaamisessa. Myös kansalaisten oma toiminta mainitaanarviointiraportissa eräänä vaikuttavana tekijänä.Kuten toisessa luvussa mainittiin, opetuksessa tulee käsitellä tieteellisen tiedon käyttöäyhteiskunnallisten aiheiden yhteydessä, sillä erilaisten näkökulmien ja niiden perusteluidenymmärtäminen on tärkeä henkilön mielipiteeseen vaikuttava tekijä. Aivan perustava tekijäerilaisten yhteiskunnallisten näkökulmien ymmärtämiseksi on yhteiskunnan ja maailmantapahtumien seuraaminen esimerkiksi uutisten välityksellä ja tähän oppilaita tulee kannustaaopetuksessa. Ilmastonmuutoksen suhdetta muihin maailman ongelmiin voidaanhavainnollistaa kolmannen luvun tarkastelun avulla. Pyrkimällä tarkastelemaan aihettaerilaisista näkökulmista voidaan kehittää oppilaiden kykyä ymmärtää eri toimijoidensuhtautumista käsiteltävään aiheeseen. Allchin on muodostanut opetusmenetelmän ja koonnutopetusmateriaalia, jonka avulla oppilaat pyrkivät hahmottamaan DDT-hyönteismyrkyn käytönrajoittamista koskevaa päätöksentekoa yhdysvalloissa vuonna 1963 roolipelin avulla.Allchinin opetusmateriaalissa on esitetty taustatietoja sekä erilaisten toimijoiden näkemyksiäja rooleja. Oppilaat valitsevat tai heille valitaan yksi rooli, josta käsin he tarkastelevat aihetta.He kirjoittavat 1000-1250 sanan mittaisen aineen, jossa he hyödyntävät opetusmateriaalissatarjottuja lähteitä. Oppitunnilla oppilaat pitävät kolme minuuttia kestävän esityksen, jossa heesittävät aiheen luokalle oman roolinsa näkökulmasta. Toisen luvun tarkastelun nojallahavaitaan, että tämänkaltaiset yhteiskunnalliset aiheet sisältävät monia erilaisia ja eri tavoinperusteltuja näkemyksiä. Tässäkin tieteeseen, ympäristöön ja yhteiskunnalliseenpäätöksentekoon liittyvässä aiheessa esitettiin vuonna 1963 erilaisia näkemyksiä, jaopetusmenetelmän avulla havaitaan, ettei päätösten tekeminen näiden näkemysten perusteellaole yksinkertaista. (Allchin, 2006) Samanlainen erilaisia ilmastonmuutokseen, senvaikutuksiin ja hillitsemiseen liittyviä näkökulmia havainnollistava roolipeli on mahdollinenylä-asteella. Roolipeli sopii yleisesti erilaisten näkökulmien hahmottamispyrkimykseen, mutta89

tällöin on huomioitava se, että roolit eivät täydellisesti vastaa todellisen maailman toimijoita.Kyseessä on peli, jonka avulla pyritään kuvittelemaan, miltä aihe näyttää tietystänäkökulmasta katsottuna. Tällainen peli voidaan järjestää esimerkiksi jakamalla oppilaatryhmiin, joista jokainen ottaa yhden roolin. Rooleina voisivat olla esimerkiksiympäristöjärjestön edustajat, fossiilisia polttoaineita edustavien yhtiöiden johto, eripuolueiden edustajia, eri maiden edustajia: teollistuneita valtioita ja kehitysmaita, jne. Osaluokasta voi toimia kansalaisten roolissa, jolloin he voivat eläytyä eri näkökulmien japäätösten mahdollisiin vaikutuksiin tästä näkökulmasta katsottuna. Roolien hahmottamiseksioppilaiden tulee tehdä taustatyötä ja tutustua rooliinsa liittyviin näkemyksiin ja taustoihin.Jotta opettaja voi ohjata opetusta tehokkaasti, hänen on tunnettava eri aiheisiin liittyvääperustietoa ja erilaisten toimijoiden näkökulmia. Helsingin Yliopiston fysiikan laitoksessajärjestettiin keväällä 2007 energiasymposium, jonne yleisöllä oli vapaa pääsy. Symposiumissatarkasteltiin ilmastonmuutoksen aiheuttamaa haastetta eri toimijoiden näkökulmista. Puhujinaoli eri alojen asiantuntijoita ja esityksiä oli mahdollista seurata ilman erityisasiantuntemusta.Tämänkaltaisten eri tieteenalojen näkökulmista tarkasteltujen esitysten seuraaminen välittäisiopettajille tarvittavaa luotettavaa perustietoa, jonka avulla he pystyvät ohjaamaan opetusta jakiinnittämään huomion aiheeseen liittyviin keskeisiin seikkoihin. Internet tarjoaamahdollisuuden tällaisten tilaisuuksien ja tiedon välittämiseksi paikasta riippumattomasti,jolloin eri puolilla maata asuvat opettajat voisivat seurata esityksiä. Medioissa esitettyjennäkökulmien hahmottaminen liittyy hyvin äidinkielen opetukseen, joten luonnontieteenopetusta on tässä yhteydessä hyödyllistä yhdistää siihen. Tällöin luonnontieteen opetuksessavälitetty tieto muodostaa pohjan medioissa esiintyvän keskustelun ymmärtämiselle. Eräsaiheeseen liittyvä tutkimuskohde voisi olla erilaisten internetissä esitettyjenilmastonmuutokseen liittyvien aiheiden käsittely, tiedon luotettavuus ja erilaiset näkökulmat,sillä oppilaat ja kansalaiset todennäköisesti käyttävät tietoverkkoa tiedon hankintaan jaopettaja hyötyisi kattavasta ja luotettavasta esityksestä internetissä esiintyvästä aiheeseenliittyvästä tiedosta.Kuten toisessa luvussa mainittiin, arvoihin ja eettisiin kysymyksiin liittyviä näkökulmia tuleekäsitellä yhteiskunnallisen aiheen yhteydessä, mikäli sellaisia aiheeseen oleellisesti liittyy.Tällöin opetuksessa pyritään välittämään näiden seikkojen huomioimisen tärkeyttä, muttaerilaisiin eettisiin kysymyksiin ei tarjota valmiita vastauksia. Kolmannessa luvussa ontarkasteltu joitakin ilmastonmuutokseen liittyviä eettisiä näkökulmia, joita opetuksessavoidaan esittää. Webster esittää John Deweyn (1858-1970) [6] ajatuksiin perustuvan90

näkemyksen, jonka mukaan luonnontieteen opetusta on hyödyllistä yhdistää eettistenkysymysten harkintaan ja oppilaiden kehittämistä tällä alueella voidaan näin tukea. Tässänäkemyksessä keskeistä on, että arvoihin ja tietoon liittyviä kysymyksiä ei nähdä erillisinä,vaan niiden yhteyttä tuodaan esiin opetuksessa. Eettiset kysymykset liittyvät tieteelliseentietoon välittömästi, kun tieteeseen perustuen tehdään päätöksiä tai tieteellistä tietoahyödynnetään käytännössä. Kun näitä kysymyksiä huomioidaan opetuksessa, oppilaat oppivathuomioimaan vastaavanlaisia kysymyksiä myös yleisemmin omassa toiminnassaan. (Webster,2006) Reiss tarkastelee artikkelissaan englannissa 16-18 vuotiaille oppilaille järjestettyäkurssia, jossa on käsitelty biologiaan liittyen myös yhteiskunnallisia ja eettisiä kysymyksiä.Opettajat saivat kurssin järjestämistä varten koulutusta. Kurssin aikana tutustuttiinesimerkkitapauksen avulla eettiisiin näkökulmiin, jonka jälkeen oppilaat saattoivat käyttäänäitä näkökulmia muiden aiheiden yhteydessä. Eettiset näkökulmat olivat: oikeudet javelvollisuudet, utilitaristinen näkökulma, autonomia sekä hyveet. Oikeuksien javelvollisuuksien näkökulma kiinnittää huomion yhteiskunnassa vallitseviin käsityksiinihmisten oikeuksista. Näistä käsityksistä seuraa velvollisuus ottaa huomioon toisen ihmisenkohdalla oikeuksien toteutuminen, kun harkitaan omaa toimintaa. Utilitaristisen näkökulmanmukainen toiminta pyrkii mahdollisimman hyvään lopputulokseen, jolloin käytetyt keinoteivät ole keskeisimpiä. Autonomian näkökulma kiinnittää huomion henkilön omaanharkintaan. Hyveiden näkökulma liittyy yleisesti arvokkaina pidettyihin seikkoihin ja niidenhuomioimiseen toiminnassa. Kurssin yhteydessä oppilaiden tehtäväksi annettiin raportinlaatiminen biologisesta aiheesta tai tutustumiskäynnistä jonka yhtenä arvostelukriteerinä oli,että siinä huomioitiin myös eettisiä kysymyksiä. Raporttien perusteella havaittiin, että oppilaatosasivat käyttää eettisiä näkökulmia omien argumenttiensa tukena. 17 raportista utilitarististanäkökulmaa käytettiin 16 raportissa, oikeuksien ja velvollisuuksien näkökulmaa 4 raportissa,autonomian näkökulmaa 3 raportissa ja hyveiden näkökulmaa yhdessä raportissa. Oppilaattarkastelivat aiheita yleisimmin ihmiskeskeisestä näkökulmasta, mutta myös bio- taiekokeskeistä näkökulmaa käytettiin. (Reiss, 2006) Tämän suuntaiseen käsittelyyn voidaanpyrkiä opetuksessa, mutta näin pitkälle ei todennäköisesti voida mennä ilman opettajienkoulutusta ja opetukseen lisättävää filosofista osiota, jossa tarkasteltaisiin erilaisia eettisiänäkökulmia. Ylä-asteella opetuksen tavoitteeksi voidaan määrittää aiheiden tarkasteluvaikutusten kannalta huomioiden kolmannessa luvussa esitettyjä näkökulmia pyrkimättä vieläyhdistämään filosofiassa käsiteltäviä eettisiä näkökulmia aiheeseen. Mikäli opettajillejärjestettäisiin koulutusta ja opetukseen sisällytettäisiin edellä mainitun kaltainen osio, olisiReissin kuvaaman mallin kaltainen aiheen käsittely mahdollinen myös ylä-asteella.91

Mahdollisesti aiheiden opetusta voidaan yhdistää esimerkiksi uskonnon jaelämänkatsomustiedon opetukseen, mikäli näiden aineiden opettajilla on aiheidenkäsittelemiseksi sopivanlainen koulutus.Kolmannen luvun tarkastelun mukaisesti on kiinnitettävä huomiota myös yksilönvaikutusmahdollisuuksiin ja kannustettava oppilaita käytännössä toimimaan oman harkitunmielipiteensä mukaisesti. IPCC:n arviointiraportissa mainitaan, että yksilöiden toiminta oneräs tekijä, jolla voi olla vaikutusta ilmastonmuutoksen hillinnässä. Sähkö ja liikenne ovatyksilön kannalta merkittäviä hiilidioksidipäästöjen lähteitä, joten jokaisen tulisi pystyähahmottamaan näiden kulutuksesta ja käytöstä aiheutuvien henkilökohtaisten jayhteiskunnallisten päästöjen suuruusluokkaa. O'Brien tarkastelee artikkelissaan opetukseensoveltuvaa projektia, jossa Yhdysvalloissa oppilaiden kotien sähkölaskujen perusteellalaskettiin keskiarvo talouden sähkönkulutukselle. Laskettua keskiarvoa verrattiinkeskimääräiseen sähkönkulutukseen yhdysvalloissa. Tämän jälkeen sähkönkulutuksen määräähavainnollistettiin vertaamalla sitä käytetyn hiilen määrään; tarvittaviin hevosiin, mikälivastaava energia tuotettaisiin hevosten avulla, sekä hehkulamppujen sähkötehoon.Tarkastelussa otettiin huomioon hiilivoimalan hyötysuhde. O'Brienin mukaan projektiavoitaisiin laajentaa käsittelemään aihetta yksityiskohtaisemmin, jolloin se sopii eri ikäisilleoppilaille. Tarkastelussa voitaisiin huomioida mm. eri sähkölaitteiden käyttämää tehoa,asunnon kokoa ja kuuman veden käyttöä. (O'Brien, 2007) Vastaavanlainen työskentely sopiimyös Suomalaiselle ylä-asteelle. Tällöin voidaan huomioida edellä mainittujen kohtien lisäksiesimerkiksi bensiinin kulutusta, erilaisia lämmitysmenetelmiä ja lisäksi voidaan laskeakulutuksen hinta. Tarkastelu tehdään laskemalla keskiarvo oppilaiden tuomista tiedoista,jolloin vältetään oppilaiden välinen vertailu. Oppilaat voivat itse verrata omaa ja perheensäkulutusta keskiarvoon. Laskettua keskiarvoa voidaan verrata myös muiden maidenkeskiarvoihin sekä teollisuudesta aiheutuviin päästöihin. O'Brienin esittämän kaltaisenprojektin lisäksi opetuksessa tarkastellaan myös muita kolmannessa luvussa esitettyjä yksilönvaikutusmahdollisuuksia.Perustellun mielipiteen muodostamista ja yhteiskunnallista vaikuttamista voidaan harjoitellaesimerkiksi seuraavassa esitetyn kaltaisella harjoituksella. Tutustuttuaan opetuksessayhteiskunnalliseen aiheesen ja erilaisiin sen yhteydessä esitettyihin näkökulmiin, oppilaatmuotoilevat aiheeseen liittyviä mielipidekirjoituksen verkkopohjaiseen oppimisympäristööntai luokan seinälle posteriin, jossa he tarkastelevat ilmastonmuutokseen liittyvää92

yhteiskunnallista aihetta jostakin annetusta tai itse valitusta näkökulmasta. Oppilaat jotkatarkastelevat aihetta samasta näkökulmasta voivat hyötyä ryhmässä keskustelemisesta ja erilähteistä hankitun tiedon vertailusta. Mielipidekirjoitusten keskeiset ajatukset voidaan esittäämyös sanallisesti noin 5-10 minuutin pituisina esityksinä. Kun mielipidekirjoitukset ovatvalmiita, oppilaat kirjoittavat aineen, jossa he ottavat huomioon opetuksessa käsiteltyjä aiheitasekä muiden oppilaiden mielipidekirjoituksia ja esittävät näiden perusteella näkemyksen siitä,minkälaisia päätöksiä pitäisi tehdä. Näin opiskelijat voivat hyödyntää toistensa ajatuksia sekäkirjoittamista ajattelun työvälineenä, jolloin oppiminen ja ajattelu saavat tukea näistäkäytännöistä, kuten neljännessä luvussa mainittiin. Kirjoitukset voidaan lopuksi oppilaidensuostumuksella julkaista verkko-oppimisympäristössä nimettöminä tai ne voidaan asettaaluettaviksi luokan seinälle, jolloin ne toimivat oppimisprosessin tuotoksena ja oppilaat voivattutustua toistensa ajatuksiin. Näin oppilaat voivat saada nautintoa oppimisen prosessinasyntyneen tuotoksen luomisesta ja heidän ajatuksensa välittyvät muillekin. Tällä tavoinvalmiilla tekstillä voi olla jopa todellista vaikutusta muiden oppilaiden mielipiteisiin jaajatuksiin ja se voi sitä kautta omalta pieneltä osaltaan vaikuttaa yhteiskunnallisesti. Joskirjoituksia arvioidaan, arvioinnissa kiinnitetään huomiota perustelujen rationaalisuuteen jasiihen, kuinka monipuolisesti oppilaat huomioivat opetuksessa esitettyjä seikkoja sekätoistensa mielipidekirjoituksia, ei esitettyihin mielipiteisiin. Myös yhteiskuntaopin opetustavoidaan yhdistää aihekokonaisuuksien yhteydessä opetukseen.Bloomin kognitiivisen alueen taksonomian tasoilla oppimista tapahtuu tasoilla 1, 2, 3 ja 4, eliynmärtämisen, soveltamisen, analyysin ja synteesin tasoilla. Verrattuna ala-asteeseen aiheenkäsittelyssä edetään nopeasti kohti vaativampia taitoja. Tämä eteneminen on mahdollistaoppilaiden nopean kehittymisen myötä. Oppilaiden kehittyessä heidän ajatusmaailmansa voimuuttua voimakkaasti tässä ikävaiheessa, ja se voi vaikuttaa myös opintoihin keskittymiseen.Opetuksessa on tällöin huomioitava opettajan ennakoimaa opetuksen tulosta, kuten toisessaluvussa mainittiin. Jossakin tilanteessa voi olla tarkoituksenmukaista yksinkertaistaa edelläkuvattua esitystä. Toisaalta on mahdollista myös edetä tarkempaan kolmannen luvuntarkastelun mukaiseen esitykseen, jos opettaja katsoo sen olevan mahdollista. Affektiivisenalueen mukaista kehitystä edistetään valitsemalla oppilaan monipuolista kehittymistä tukeviaopetusmenetelmiä sekä ottamalla opetukseen mukaan arvoihin ja eettisiin kysymyksiinliittyvää tarkastelua. Henkilö kuitenkin itse valitsee halutessaan omat arvonsa, eikä arvojenhyväksymiselle voida esittää tavoitteita.93

5.2 LukioLukion opetuksessa ympäristöön ja yhteiskuntaan liittyvää aihetta voidaan käsitelläperiaatteessa samaan tapaan kuin ylä-asteella, mutta asioita voidaan tarkastella nytsyvällisemmin ja oppilaan valitsemien kurssien tietoja voidaan yhdistää aiheeseen, jolloinvoidaan havainnollistaa opiskeltavien tietojen merkitystä käytännön ongelmien kannalta.Kuten ylä-asteellakin, ilmastonmuutosaihetta voidaan käsitellä samalla tavalla ja samassayhteydessä kuin muitakin yhteiskunnallisia aiheita ja myös lukiossa opetussuunnitelmanaihekokonaisuudet tarjoavat hyvän mahdollisuuden ilmastonmuutosaiheen käsittelyyn. Koskaylä-asteella on jo esitetty aiheeseen liittyvä fysikaalinen tieto hahmottavalla tavalla, voidaanlukio-opetuksessa aiheeseen liittyvä fysikaalinen perustieto kerrata nopeammin jonka jälkeensiihen liittyvää tietoa voidaan tarkastella syvällisemmin. Spiraaliperiaatteen ja hahmottavanlähestymistavan mukaisesti on tarkoituksenmukaista pyrkiä esittämään fysiikan kaikillepakollisen kurssin yhteydessä fysikaalinen tieto ilmiöstä siten, että se ennakoi valinnaistenkurssien tarkempaa esitystä. Niille oppilaille, jotka eivät valitse fysiikan valinnaisia kursseja,riittää ilmiöiden keskeisten piirteiden tunteminen. On tärkeää, että pakollisen kurssinyhteydessä välitetään riittävässä määrin se fysiikan tiedonalaan kuuluva tieto, joka tarvitaanperustellun mielipiteen muodostamiseksi. Lukiossa opiskelijoiden tekemät valinnat ohjaavatheitä erikoistumaan eri aineiden sisältöjen tuntemiseen. Aihekokonaisuuksien yhteydessä onmahdollista yhdistää eri aineiden näkökulmia ja saada aikaiseksi kokonaisuus, joka onenemmän kuin osiensa summa.Tieteeseen ja yhteiskuntaan liittyvän aiheen kohdalla luonnontieteiden tehtävänä on välittääoppilaille käsitystä luonnontieteellisen tiedon luonteesta. Tätä aihetta tulisi tarkastella jokaikille pakollisen kurssin yhteydessä, sillä se muodostaa keskeisen tekijän realistisen omanmielipiteen muodostamisessa. Tieteellisen tiedon kehittymisen tarkasteluun pätevät samatseikat, jotka mainittiin ylä-asteen opetuksen yhteydessä, mutta lukio-opetuksessa aihettakäsitellään syvällisemmin. Albe on käyttänyt tutkimuksessaan opetusmenetelmää, jonkaavulla on pyritty havaitsemaan miten käsitys tieteellisestä tiedosta vaikuttaa oppilaidenmuodostamaan mielipiteeseen matkapuhelimien terveysvaikutuksista. Tutkimuksessaannettiin kahden tunnin mittainen opetuskokeilu kymmenelle 22-47 vuotiaalle tunisialaisellesähköteknikoksi opiskelevalle henkilölle. Opiskelijat tutustuivat tieteellisiin artikkeleihin,joissa kuvattiin tutkimuksissa saatuja tuloksia matkapuhelinten terveysvaikutuksista. Tämänjälkeen opiskelijat osallistuivat roolipeliin, jossa heidän roolinaan oli toimia94

”asiantuntijatodistajina” näytellyssä oikeudenkäynnissä, jossa yritys oli haastettu oikeuteenmatkapuhelinten terveysvaikutusten perusteella. Ennen opetuskokeilua opiskelijat perustelivatkäsityksiään erilaisilla ajatuksilla mahdollisista vaikuttavista tekijöistä. Opetuksen jälkeenopiskelijat harkitsivat käsityksiään epistemologisin perustein, sekä ottivat jossakin määrinhuomioon myös mahdolliset tieteensosiologiset tekijät. (Albe, 2007) Vastaavanlainenopetusjärjestely voidaan toteuttaa esimerkiksi siten, että oppilaat tutustuvat ryhmissäilmastonmuutosaiheeseen liittyviin yksinkertaistettuihin tieteellisiin artikkeleihin, joissa onesitetty erilaisia näkökulmia. Vaihtoehto yksinkertaistamiselle olisi sellaisen oheismateriaalinkäyttö, jossa on selitetty artikkeleissa käytettyä tieteellistä termistöä. Artikkeleihintutustumisen jälkeen eri ryhmät esittelevät niiden keskeisiä kohtia luokalle. Oppilaat voivattässä vaiheessa pohtia ryhmissä minkälaisia johtopäätöksiä voitaisiin periaatteessa tehdäesitysten perusteella. Tämän jälkeen pyritään hahmottamaan kolmannen luvun tarkastelunavulla vallitsevaa tieteellistä näkökulmaa ja verrataan kolmannen luvun tarkastelun mukaistaesitystä toisessa luvussa esitettyyn tieteellisen tiedon kehittymiseen. Lopuksi oppilaat voivatverrata medioissa esiintyviä käsityksiä tieteelliseen tietoon sekä vallitsevaan käsitykseen jaarvioida eri lähteissä esiintyvien tietojen luotettavuutta.Ilmastonmuutokseen liittyvien fysikaalisten prosessien kuvaamiseen soveltuu kaikillepakollisen kurssin yhteydessä ylä-asteen opetuksen kohdalla kuvatun kaltainen esitys käyttäenoikeita fysikaalisia termejä ja käsitteitä. Kuvausta täydennetään siten että se läheneekolmannen luvun varsinaisen tekstin fysikaalisiin prosesseihin liittyvää esitystä. Biologian jamaantiedon opetusta voidaan yhdistää aiheen käsittelyyn, jolloin näiden aineiden tarjoamattiedot mahdollistavat laajemman näkökulman tarjoamisen opetuksessa. Tämä voitaisiintoteuttaa esimerkiksi tekemällä ryhmätyönä projekti, jossa tarkastellaan ilmastonmuutokseenliittyvää tieteellistä tietoa eri oppiaineiden näkökulmista. Liitteissä kuvattujailmastonmuutokseen ja ilmakehään liittyviä yksityiskohtia voidaan käsitellä syventävienkurssien yhteydessä liittäen fysiikan perustietoa aiheeseen ja niiden avulla voidaan ymmärtääeri tieteenalojen yhteyksiä. Tarvittaessa käytetään sopivia pedagogisia yksinkertaistuksia.Erityisesti kvantittumisen kuvauksen kohdalla on syventävänkin kurssin kohdallatarkoituksenmukaista pyrkiä välittämään varsinaisessa tekstissä esitetyn kaltainenyksinkertaistettu kuva, jossa kiinnitetään huomio ilmiön ja kuvauksen keskeisiinominaisuuksiin ja piirteisiin. Liitteiden avulla opettaja pystyy syvällisemmin ymmärtämäänaiheeseen liittyviä ilmiöitä ja tämä syvällisempi ymmärrys mahdollistaa aiheen kuvaamisenerilaisilla tavoilla, jolloin aiheen käsittely opetuksessa helpottuu. Opetukseen voidaan myös95

syventävien kurssien yhteydessä poimia liitteissä esitetyn kuvauksen keskeisiä kohtia, jolloinne toimivat hahmottavana esityksenä ja mielenkiinnon herättäjinä mahdollisia jatko-opintojavarten.Erilaisten näkökulmien ymmärtämistä voidaan harjoitella vastaavalla tavalla kuin ylä-asteella.Lukio-opetuksessa voidaan pyrkiä syvällisempään tarkasteluun hyödyntämällä eri aineidenopinnoissa välitettäviä tietoja yhteiskunnallisen aiheen yhteydessä ja yhdistämällä niitämedioissa esitettyihin näkökulmiin. Myös eri rooleihin liittyviin tietoihin voidaan tutustuasyvällisemmin. Tämä mahdollistaa realistisemman kuvan eri toimijoiden näkökulmista, muttasilti ei voida olettaa, että näkökulma vastaisi todellisuutta. Kyseessä on edelleen peli, jonkaavulla pyritään asettumaan eri toimijoiden asemaan. Kuten ylä-asteenkin kohdalla mainittiin,tässä yhteydessä opettaja hyötyisi luotettavista esityksistä, jossa tarkasteltaisiin esimerkiksienergiantuotantoon liittyviä kysymyksiä erilaisista näkökulmista ja näiden näkökulmienkäsittelyn mahdollisuuksista opetuksessa. Erilaisten medioissa esitettyjen näkökulmientarkastelu hyötyy äidinkielen opetuksessa välitettävistä taidoista, joten tässä yhteydessääidinkielen opetusta voidaan yhdistää aiheen tarkasteluun.Eettisiä kysymyksiä tarkasteleva opetus voidaan järjestää vastaavalla tavalla kuin ylä-asteentapauksessa, mutta lukio-opetuksessa on mahdollista tarkastella erilaisia kysymyksiäsyvällisemmin edellä kuvatun Reissin opetusjärjestelyn kaltaisella tavalla ja liittää nytesimerkiksi filosofian, uskonnon tai elämänkatsomustiedon opetusta aiheeseen. Tarkastelussavoidaan huomioida mm. kolmannessa luvussa tarkasteltuja näkökulmia ja seikkoja.Yksilön vaikutusmahdollisuuksien tarkastelussa voidaan käyttää samanlaista projektia kuinylä-asteen kohdallakin, mutta nyt projektissa voidaan tarkastella energian kulutustayksityiskohtaisemmin. Tällöin tarkastelussa voidaan ottaa huomioon esimerkiksi eri laitteidenkäyttämä sähköteho, talon koko ja ikkunoiden määrä. Vastaavanlaisessa projektissa voitaisiinmyös tarkastella autojen ja liikenteen hiilidioksidipäästöjä, koulun sähkönkulutuksesta jaerilaisista lämmitysmenetelmistä aiheutuvia päästöjä ja hintaa. Näitä voitaisiin verrataerilaisten teollisuuslaitosten sähkönkulutukseen. Myös eri maiden hiilidioksidipäästöjä,fossiilisten polttoaineiden käyttöä ja sähköntuotantoa voidaan vertailla. Oppilaat voisivatmyös suunnitella minkälaisia kulutusvalintoja he mahdollisesti tekevät tulevaisuudessa jaarvioida kulutuksesta aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä. Tällöin voidaan huomioida esimerkiksioman auton ostaminen, julkisten liikennevälineiden käyttö, matkustaminen jne.96

Perustellun mielipiteen muodostamista ja yhteiskunnallista vaikuttamista voidaan harjoitellasamankaltaisella tavalla kuin ylä-asteenkin kohdalla, mutta perehtyen eri näkökulmiinsyvällisemmin ja hyödyntäen eri aineiden tarjoamia tietoja ja taitoja. Lukiossa voitaisiinesimerkiksi tehdä opetusjärjestely, jossa oppilaat tutustuvat ryhmissä eri toimijoidennäkemyksiin joissakin ilmastonmuutokseen liittyvissä todellisissa seikoissa tai uutisissa.Näiden näkemysten perusteella oppilaat tekevät ryhmätyönä esityksen tietyn toimijankannalta tarkastellusta näkökulmasta, joka siirretään verkko-oppimisympäristöön. Tämänjälkeen ryhmät perehtyvät toistensa esittämiin näkökulmiin ja laativat perustelluntoimintasuunnitelman, jossa otetaan huomioon esitettyjä näkökulmia ja muita mm. edelläkäsiteltyjä opetuksessa esitettyjä asioita. Yhteiskunnalliseen vaikuttamiseen liittyvää opetustavoidaan myös järjestää yhteistyössä lukion yhteiskuntaopin opetuksen kanssaaihekokonaisuuksien yhteydessä.Bloomin kognitiivisen alueen taksonomian mukaisesti oppimista tapahtuu aiheen kannaltatasoilla 3, 4 ja 5, eli analyysin, synteesin ja arvioinnin tasoilla. Affektiivisen alueenkehittymistä tuetaan tarkastelemalla aiheeseen liittyviä eettisiä kysymyksiä sekähuomioimalla opetusmenetelmien valinnassa oppilaiden monipuolista kehittymistä.5.3 Ammatillinen koulutusAmmatillisen koulutuksen yhteydessä on tarkoituksenmukaista kerrata ylä-asteen käsittelynmukaista esitystä ja pyrkiä yhdistämään koulutusalan tietoja ja käytäntöjä opetukseen sekätarkastella henkilön oman toiminnan vaikutusta hiilidioksidipäästöihin. Tavoitteena on, ettäoppimisen seurauksena aiheeseen liittyviä tietoja osataan huomioida käytännön toiminnassa.Ylä-asteen opetuksen yhteydessä esitettyjen kaltaiset opetuksen vaiheet ovat mahdollisiamyös tässä vaiheessa, mutta aiheeseen liittyviä näkökulmia voidaan tarkastella nyt enemmäntodellisten luotettavissa tietolähteissä esitettyjen uutisten ja vaikutusten sekä tehtyjenpäätösten kautta, jolloin opiskelijat voivat arvioida aiheeseen liittyviä toimia ja päätöksiä.Myös ylä-asteen kohdalla esitetyn kaltaista roolipeliä voidaan käyttää opetusmenetelmänä, josoppilaat kiinnostuvat sen kaltaisesta käsittelystä. Toisena vaihtoehtona voidaan ryhmätyönätoteuttaa esitys jostakin aiheeseen liittyvästä kokonaisuudesta. Opetus voidaan järjestää siten,että aluksi aihetta käsitellään yleisesti ylä-asteen mallin mukaisesti, jonka jälkeen eri kurssienja aiheiden yhteydessä opetuksessa huomioidaan aiheeseen liittyviä tietoja ja taitoja niin, ettäniiden oppiminen liitetään käytännön toimintaan. Eri opettajien aiheeseen liittyvä97

asiantuntemus on tällöin keskeisessä roolissa. Yleisesti ottaen yhteiskunnallisiin aiheisiinliittyen voidaan oppilaita ohjata yhteiskunnan ja maailman tapahtumien seuraamiseen ja niistäkeskustelemiseen, sillä tapahtumien seuraaminen on oleellinen edellytys näihin aiheisiinliittyvän ajankohtaisen tiedon hahmottamisessa. Erilaisia ammatilliseen alaan liittyviähiilidioksidipäästöjen lähteitä voidaan tarkastella vastaavan kaltaisella opetuksella, kuin yläasteenkohdalla tarkastellussa O'Brienin esittämässä opetusmallissa. Tällöin voitaisiintarkasteltavaksi kohteeksi ottaa esimerkiksi jokin alaan liittyvä yritys, jonka tuottamiahiilidioksidipäästöjä tarkastellaan opetuksessa. Valinnaisen ympäristötiedon kurssinyhteydessä voidaan soveltaa vastaavanlaisia opetusmenetelmiä kuin lukion kohdalla pyrkienyhdistämään ammatillisessa koulutuksessa tarjottuja tietoja aiheeseen.Bloomin kognitiivisen alueen taksonomian mukaisesti aihetta käsitellään tasoilla 2, 3 ja 5, elisoveltamisen, analyysin ja arvioinnin tasoilla. Affektiivisen alueen kehitystä tuetaankiinnittämällä opetuksessa huomiota ilmastonmuutoksen vaikutuksiin ja henkilön omaantoimintaan sekä tukemalla oppilaan monipuolista kehittymistä valitsemalla tarkoitukseensopivia opetusmenetelmiä.6. JohtopäätöksetToisessa luvussa esitetyn näkökulman mukaan ilmastonmuutosaihetta tulee käsitelläopetuksessa, sillä opetuksen tulee pyrkiä vastaamaan keskeisiin yhteiskunnallisiin haasteisiin.Kun opetuksella pyritään vastaamaan näihin haasteisiin, oppilaat voivat ymmärtääopetettavien asioiden merkityksen ja heidän opiskelumotivaationsa saattaa kohota, mikäli heitse kokevat aiheen tärkeäksi. Yhteiskunnallisen aiheen yhteydessä opetuksen tavoitteeksiasetetaan sellaisten tietojen ja taitojen välittäminen, jotka mahdollistavat perustellunmielipiteen muodostamisen. Tavoitteeseen voidaan pyrkiä huomioimalla opetuksen sisältöä,opetusmenetelmiä, oppilaan autonomiaa ja opettajan auktoriteettiaseman käyttöä, sekäottamalla mahdollisuuksien mukaan huomioon opetuksen ennakoitu vaikutus. Opetuksensisällön kannalta on oleellista, että opetuksessa käsitellään vertaillen erilaisia näkemyksiäkiinnittäen huomiota niiden rationaalisiin perusteluihin ja puolustaen parhaiten perusteltuanäkemystä; asiayhteyksiä tulee tuoda esiin ja aihetta tulee suhteuttaa kokonaisuuteen.Opetusmenetelmien kannalta huomio tulee kiinnittää siihen, että oppilas pystyy käyttämään98

opetusta vastaanottaessaan riittävästi rationaalista harkintaa. Myös oppilaan monipuolistakehitystä tulee huomioida. Henkilön autonomia on tärkeä työväline perustellun mielipiteenmuodostamisessa ja opettajan auktoriteettiaseman oikeanlainen käyttö mahdollistaa oppilaanautonomian kehityksen tukemisen. Arvot ja eettiset kysymykset ovat tärkeitä henkilönmielipiteeseen vaikuttavia tekijöitä. Näitä kysymyksiä tulisi käsitellä opetuksessa siten, ettäopetus perustuu yleisesti hyväksyttyihin yleisiin moraalisiin periaatteisiin. Arvojen ja eettistenkysymysten huomioiminen yhteiskunnallisten päätösten yhteydessä nähdään hyvinvointiatuottavana tekijänä, mutta tällaisiin kysymyksiin ei tarjota opetuksessa valmiita vastauksia.Jotta henkilö osaisi opetuksen jälkeen arvioida erilaisia näkemyksiä ja niiden perusteluiksiesitettyä tietoa, opetuksessa tulee käsitellä tieteellisen tiedon luonnetta sekä tieteellisen tiedonkäyttöä yhteiskunnassa. Realistinen kuva tieteellisen tiedon luonteesta voidaan saadapyrkimällä ymmärtämään tieteen kehittymistä sekä tapaa, jolla tutkijan luoman mielikuvanasema tiedon kentässä muuttuu faktan ja fiktion välillä tiedeyhteisön hyväksynnän jahylkäämisen kautta. Yhteiskunnallisten kysymysten yhteydessä tieteellinen tieto ei tarjoayksiselitteistä vastausta ongelmiin, sillä sitä käytetään eri tavoin erilaisten näkökulmientukena. Tiede ja teknologia tarjoavat kuitenkin hyvän apuvälineen asioiden ymmärtämiseksija ne voivat mahdollistaa ongelmien käytännöllisen ratkaisun. Tiedotusvälineissä esiintyviennäkemysten tulkitsemiseksi henkilöllä tulisi olla vähintään perustiedot käsiteltävästä aiheesta.Mikäli tiedotusvälineissä esiintyy erilaisia tieteeseen liittyviä näkemyksiä, asiaanperehtymättömän on vaikea erottaa kuinka hyväksyttyjä eri näkemykset ovat tiedeyhteisönkeskuudessa. Tieteen näkökulman painottuminen uutisessa saattaa vähentää kokonaiskuvanhahmottumista ja kiinnostusta uutisen seuraamiseen.Edellisessä kappaleessa esitettyjen seikkojen nojalla ilmastonmuutosaiheen käsittelyssäkiinnitetään huomio sellaisiin näkökulmiin, joiden avulla perustellun mielipiteenmuodostaminen on mahdollista Näkökulmissa keskitytään erityisesti fysiikkaan liittyvääntietoon, mutta myös muita keskeisesti mielipiteen muodostamiseen liittyviä näkökulmiaesitellään lyhyesti. Fysiikan opetuksen kannalta keskeisimpiä aiheita ovat kasvihuoneilmiö jamuut ilmastoon vaikuttavat tekijät, tiedot ilmaston käyttäytymisestä menneisyydessä,hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin (IPCC) neljäs arviointiraportti sekä joidenkinmuiden tieteessä esitettyjen näkemysten tarkastelu. IPCC:n arviointiraportti nähdään parhaitenperusteltuna tieteellisenä näkemyksenä. Parhaan näkökulman määrittäväksi tärkeimmäksirationaaliseksi perusteluksi tässä yhteydessä on valittu edellisessä kappaleessa mainittunäkemyksen asema tiedon kentässä (faktan ja fiktion välillä), joka määrittyy tiedeyhteisön99

hyväksynnän mukaisesti. Tämä eri näkökulmiin liittyvä hyväksymisen aste tulee tuodaselkeästi esille opetuksessa. Realistisen kuvan esittämiseksi opetuksessa tulee myös tuodaesille erilaisiin näkemyksiin liittyviä muita kolmannessa luvussa esitettyjä asiayhteyksiä.Yleisesti ottaen opetuksessa ja opetuksen suunnittelussa kiinnitetään huomiota myös siihen,että aihetta suhteutetaan kokonaisvaltaisiin tietorakenteisiin tarkastelemalla myös taloudellisiakysymyksia ja vertaamalla aihetta muihin maailmanlaajuisiin ongelmiin. Eettisiä ja arvoihinliittyviä kysymyksiä sekä aiheen käsittelyä mediassa tarkastellaan ja opetuksessa tuodaanesillle myös yksilön vaikutusmahdollisuuksia.Seuraavassa tarkastelussa taustaoletuksina ovat konstruktivistinen oppimiskäsitys ja fysiikanilmiöiden opetuksen kannalta hahmottava lähestymistapa. Aiheen kannalta opetukseensopivana periaatteena nähdään Brunerin spiraaliperiaatteen kaltainen opetus, jossalähtökohtana on oppilaan kehitystason mukainen tapa käsitellä asioita ja keskittyminen aluksisellaisiin yleistettäviin periaatteisiin, joita voidaan myöhemmin soveltaa erilaisiin keskeisiinaiheisiin, mm. ilmastonmuutosaiheen käsittelyyn. Oppilaan kognitiivisen ja affektiivisenalueen kehittymistä tulkitaan Bloomin taksonomioiden mukaisesti.Edellisissä kappaleissa määritellyn näkökulman mukaisesti perusopetuksen, lukio-opetuksensekä esimerkkitapauksena käsitellyn metallialan ammatillisen opetuksen opetussuunnitelmissamääritellyt arvot, tehtävät ja yleiset tavoitteet ovat tarkoituksenmukaisiailmastonmuutosaiheen käsittelyn kannalta ja ne mahdollistavat aiheen käsittelyn huomioidenedellä mainittuja seikkoja. Perusopetuksen ja lukion kohdalla aihekokonaisuudet tarjoavathyvän mahdollisuuden ilmastonmuutosaiheen yleiseen käsittelyyn tämän luvunensimmäisessä kappaleessa määritellyn opetuksen tavoitteen mukaisesti. Aiheen käsittelypelkästään yhden oppiaineen sisällä olisi ongelmallista siihen liittyvien erilaisten kolmannessaluvussa käsiteltyjen seikkojen moninaisuudesta johtuen. Ammatillisessa opetussuunnitelmassafysiikan opetus yhdistettynä valinnaiseen ympäristötiedon kurssiin tarjoaa hyvänmahdollisuuden ilmastonmuutosaiheen käsittelemiseksi ensimmäisessä kappaleessamääritellyn opetuksen tavoitteen mukaisesti. Koska ympäristöopin kurssi on valinnainen,tulisi kuitenkin edellä mainittuja näkökulmia huomioida muussa opetuksessa, jottaopetussuunnitelmassa esitetyt tehtävät ja tavoitteet voisivat toteutua kaikkien oppilaidenkohdalla. Kaikissa opetussuunnitelmissa kasvihuoneilmiöön liittyviä fysikaalisia prosessejavoidaan huomioida ainakin siinä määrin että opetus mahdollistaa tältä osin ensimmäisessäkappaleessa määritellyn opetuksen tavoitteen toteutumisen. Sen sijaan edellä kuvatun100

luonnontieteellisen tiedon luonteen välittäminen huomioidaan ainoastaan lukionopetussuunnitelmassa ja siinäkin valinnaisen kurssin yhteydessä. Koska tämä aihe on esitetyntarkastelun nojalla keskeinen mielipiteen muodostamiseen liittyvä aihe, sitä tulisi kaikissaopetussuunnitelmissa käsitellä mielipiteen muodostamisen kannalta riittävällä tasolla kaikilleyhteisten kurssien yhteydessä.Vaikka opetussuunnitelmat ovat suurelta osin tarkoituksenmukaisia valitun opetuksentavoitteen ja näkökulman perusteella ja mahdollistavat niiden mukaisen aiheen käsittelyn, onmahdollista, että edellisessä kappaleessa pohdittujen yksittäisten kohtien lisäksi jokin muueste vaikeuttaisi aiheen käsittelyä valitulla tavalla. Esimerkiksi ajan riittävyys saattaaaiheuttaa ongelmia. Koska aikaa on käytössä vain rajallisesti joudutaan tekemään valintojaopetettavien sisältöjen suhteen. Tästä syystä sopiva tutkimusaihe voisi olla: miten opettajatkokevat ajan riittävän opetussuunnitelmassa määritettyjen aiheiden käsittelemisen suhteen jamiten aika riittäisi, mikäli yhteiskunnallisia aiheita käsitellään opetuksessa tässä työssäehdotetulla tavalla. Mahdollisesti tällöin havaittaisiin, että aika ei riitä, ellei jotain jätetä pois.Tämä voisi johtaa edelleen pohdintaan opetukseen sisällytettävistä keskeisistä aiheista.Edelliseen tarkasteluun perustuen on viidennessä luvussa esitetty eräs mahdollinen tapaaiheen käsittelemiseksi opetuksessa eri luokka-asteilla. Spiraaliperiaatteen ja hahmottavanlähestymistavan mukaisesti ala-asteen opetuksessa keskitytään asioiden keskeisiin seikkoihinja havainnoidaan ilmiöiden vaikuttavia piirteitä. Näin ennakoidaan ylä-asteella annettavaaopetusta, jossa voidaan välittää yksinkertaistetussa muodossa perustellun mielipiteenmuodostamiseksi tarvittavia tietoja ja taitoja aiheeseen liittyvissä kysymyksissä.Kasvihuoneilmiön ymmärtämisen kannalta keskeistä energian käsitettä voidaan lähestyäenergiavaraston ja energian siirtymisen hahmottavien käsitteiden kautta. Ylä-asteenopetuksessa aihekokonaisuuksien yhteydessä eri oppiaineiden näkökulmia ja tietoja voidaanhyödyntää aiheen käsittelyssä, jolloin aiheen käsitteleminen riittävän monipuolisestiaiemmissa kappaleissa kuvattuja seikkoja huomioiden on mahdollista. Lukio-opetuksessaaihetta voidaan käsitellä syvällisemmin ja edelleen huomioida eri aineiden näkökulmiaaihekokonaisuuksien yhteydessä. Fysiikan syventävien kurssien asioita voidaan yhdistääilmastonmuutosaiheeseen, jolloin niiden merkitystä voidaan havainnollistaa ja oppilaidenmotivaatio ja kiinnostus fysiikkaa kohtaan voivat lisääntyä. Ammatillisessa opetuksessaaiheeseen liittyviä tietoja ja taitoja voidaan liittää ammatilliseen alaan ja käytännön toimintaansekä medioissa esiintyvien tietojen ja näkökulmien tarkasteluun. Jotta opettaja voisi ohjata101

oppimista hyödyntäen luotettavaa ja kattavaa aiheeseen liittyvää tieteellistä tietoa, onhyödyllistä pohtia käytäntöjä, joiden avulla eri näkökulmiin liittyvää luotettavaa tietoavoidaan välittää tiedeyhteisöstä opettajille. Tällaisen tiedonvälityksen voivat mahdollistaa eriasiantuntijoiden yleistajuiset esitykset, joita voitaisiin välittää opettajille seminaarissa sekäinternetin välityksellä. Myös esimerkiksi erilaisten energiantuotantomenetelmien hyvien jahuonojen puolien tarkastelu opetuksen kannalta tarjoaisi opettajille hyödyllisen apuvälineenedellä kuvatun kaltaisen opetuksen järjestämiseksi. Koska oppilaat ja kansalaiset käyttävätinternetiä tiedonhankinnassa, olisi hyödyllistä tarkastella erilaisia siellä esitettyjä fysiikkaanliittyviä näkemyksiä, tietoja ja niiden mahdollista vaikutusta mielipiteisiin sekä omaksuttuunkäsitykseen fysikaalisesta tiedosta ja tieteestä.102

KirjallisuusluetteloLuettelo sisältää myös liitteissä käytetyt lähteet.Albe, V., 2007: Students’ positions and considerations of scientificevidence about a controversial socioscientific issue, Science and Education.Allchin, D., 2006: Historical Simulation: Debating Rachel Carson's Silent Spring. ThePresident's Advisory Committee on Pesticides, opetusmateriaali,http://www.tc.umn.edu/~allch001/1815/pestcide/sim/Alonso, M., Finn, E. J., 1972: Fundamental University Physics III, Quantum and StatisticalPhysics, Reading, Massachusetts, USA.Antilla, L. 2005: Climate of scepticism: US newspaper coverage of the science of climatechange. Global Environmental Change Part A. Volume 15, Issue 4, December 2005, pages338-352.AOPS, 2004, Ammatillinen opetussuunnitelma, kone- ja metallialan opetussuunnitelma 2004,http://www.oph.fi/SubPage.asp?path=1,17627Austin, Phoenix, 2005: (Ref. Antilla, 2005)Barry, R. G., Chorley, R. J., 1968: (Ref. Guyot 1998)Bauhr, M. 2005: Our Common Climate. How Consensual Expert Ideas Shape Global PublicOpinion. Göteborg, Sweden, Department of Political Science.Beder 1999: (Ref. Antilla, 2005)Bijker, W. E. 2005: The Politics of Water: A Dutch Thing to Keep the Water Out or Notteoksessa Making Things Public, Atmospheres of Democracy, toim. Latour, B. Ja Weibel, P.Cambridge, Massachusetts: The MIT Press.Bloom S. B. (editor), 1966: Taxonomy of Educational Objectives. The Classification ofEducational Goals, Handbook I : Cognitive Domain, David McKay Company Inc., NewYork.Brehm, J. J., Mullin, W. J., 1989, Introduction to the Structure of Matter, A Course in ModernPhysics, John Wiley & Sons, Inc. USA.Brown, T. L., Le May, H. E. Jr., Bursten, B. E., Burdge, J. R., 2003: Chemistry the CentralScience, Pearson Education, INC., Upper Saddle River, USA.Bruner, J. S., 1960: The Process of Education, Harvard University Press.Bulkeley, H. 2000: (Ref. Patchen, 2006)103

Cage, N. L., Berliner, D. C. 1992: Educational Psychology. Boston: Houghton MifflinCompany.Colicchia: (Ref. Waltner, Wiesner, Rachel), www.physik.uni-muenchen.de/didaktikCollins, W., Colman, R., Haywood, J., Manning, M. R., Mote, P., 2007: The Physical Sciencebehind Climate Change, Scientific American, August 2007CIMMS, Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies,http://cimss.ssec.wisc.edu/goes/comet_new/11.htmlEronen, 1991: (Ref. Räisänen, 2004)Flannery, T., 2006: Ilmastonmuuttajat (suom. Rekiaro, I.). Kustannusosakeyhtiö Otava,Keuruu. Englanninkielinen alkuteos The Weather Makers. The History and Future Impact ofClimate Change. 2005.Gary, D., E., 2005: Radio Astronomy Lecture 3, http://web.njit.edu/~gary/728/Lecture3.htmlGelbspan, 1998, 2004, 2005 (Ref. Antilla, 2005)GEO-4, 2007: Global Environmental Outlook, United Nations Environmental ProgrammeUNEP. http://www.unep.org/geo/geo4/media/Goody, Young, 1989: (Ref. Räisänen, 2004)Guyot, G., 1998: Physics of the Environment and Climate, John Wiley & Sons.Hakkarainen, K., Lonka, K., Lipponen, L. 2001. Tutkiva oppiminen: Älykkään toiminnanrajat ja niiden ylittäminen. Helsinki: Werner Söderström Oy.Hargreaves, I., Lewis, J., Speers, T. 2003, Towards a Better Map: Science, the Public and theMedia, Economic and Social Research Council, Cardiff,http://www.esrc.ac.uk/ESRCInfoCentre/Images/Mapdocfinal_tcm6-5505.pdfHarvey, L. D. D. 2000. Global Warming. The Hard Science. Prentice Hall, Harlow, EnglandHoughton, J. T. 2004. Global Warming. The Complete Briefing, 3. painos. CambridgeUniversity Press, Cambridge, United Kingdom.IPCC 10 th Anniversary Brochure, 2004. www.ipcc.ch/pdf/10th-anniversary/anniversarybrochure.pdfIPCC SR SPM 2007: Climate Change 2007 Synthesis Report. Summary for Policymakers.NOTE: Un-edited copy prepared for COP-13. The entire report is subject to final copy-editprior to its final publication. Based on draft prepared by Lenny Bernstein, Peter Bosch,Osvaldo Canziani, Zhenlin Chen, Renate Christ, Ogunlade Davidson, William Hare, SaleemulHuq, David Karoly, Vladimir Kattsov, Zbigniew Kundzewicz, Jian Liu, Ulrike Lohmann,Martin Manning, Taroh Matsuno, Bettina Menne, Bert Metz, Monirul Mirza, NevilleNicholls, Leonard Nurse, Rajendra Pachauri, Jean Palutikof, Martin Parry, Dahe Qin,104

Nijavalli Ravindranath, Andy Reisinger, Jiawen Ren, Keywan Riahi, Cynthia Rosenzweig,Matilde Rusticucci, Stephen Schneider, Youba Sokona, Susan Solomon, Peter Stott, RonaldStouffer, Taishi Sugiyama, Rob Swart, Dennis Tirpak, Coleen Vogel, Gary Yohe. www.ipcc.chIPCC WG1, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution ofWorking Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on ClimateChange [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignorand H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and NewYork, NY, USA.IPCC WG1 SPM 2007: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2007: The PhysicalScience Basis. Contribution of Working Goup I to the Fourth Assesment Report of theIntergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M.Marquis, K. B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)] Cambridge, United Kingdom, NewYork, NY, USA: Cambridge University Press.IPCC WG1 TS: Working group 1, Technical Summary, Solomon, S., D. Qin, M. Manning,R.B. Alley, T. Berntsen, N.L. Bindoff, Z. Chen, A. Chidthaisong, J.M. Gregory, G.C. Hegerl,M. Heimann, B. Hewitson, B.J. Hoskins, F. Joos, J. Jouzel, V. Kattsov, U. Lohmann, T.Matsuno, M. Molina, N. Nicholls, J. Overpeck, G. Raga, V. Ramaswamy, J. Ren, M.Rusticucci, R. Somerville, T.F. Stocker, P. Whetton, R.A. Wood and D. Wratt, 2007 TechnicalSummary. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of WorkingGroup I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L.Miller (eds.)]. Cambridge, United Kingdom and New york, NY, USA: Cambridge UniversityPress.ISPM, 2007 Independent Summary for Policymakers.www.uoguelph.ca/~rmckitri/research/ispm.htmlKarttunen,H., Donner,K.J., Kröger,P., Oja,H., Poutanen, M., 1995: Tähtitieteen perusteet,Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, Helsinki.Kervinen, M., Smolander, J., 2001: MAOL-taulukot (fysiikka), Kustannusosakeyhtiö Otava,Helsinki.Keskitalo, J. 2005. Maapallon muuttuva ilmasto. Kustanneosakeyhtiö Tammi. Helsinki.Khfishfe, R., Lederman, N., 2007, Relationship between Instructional Context and Views ofNature of Science, International Journal of Science Education, 29:8, 939-961.Koskela, K. 2005. Promotion of Equity and the Enhancement of the Climate Change Regime.Practical, Moral and Legal Considerations. University of Helsinki, Faculty of Law,Department of Public International Law.Kratwohl, D. (editor), 1970, Taxonomy of Educational Objectives. The Classification ofEducational Goals. Handbook II : Affective Domain, David McKay Company Inc., NewYork.105

Kurki-Suonio, K. & Kurki-Suonio, R. 1994. Fysiikan merkitykset ja rakenteet. Helsinki:Limes Ry.Lahsen, 2005: (Ref. Antilla, 2005)Lamminmäki, R. 2006. Muuttuva ilmasto ja media. Ilmastonmuutosilmiön ja –riskinrakentuminen sanomalehtikeskustelussa 2004-2005. Helsingin yliopisto.Latour, B. 2004. Politics of Nature: How to Bring the Sciences Into Democracy. Cambridge,Massachusetts: Harvard University Press.Lavonen, J., 2007: Ainedidaktiikka 1, luento 2. Helsingin Yliopisto,http://www.helsinki.fi/sokla/malu/AD1_luento2_2_diaa_A4_2007.pdfLavonen, J., 2008: Ainedidaktiikka 3, Tavoitteet ja arviointi, Helsingin Yliopisto.,http://www.helsinki.fi/sokla/malu/ad3_arviointi_2008.pdfLawrence, I., 2007: Teaching Energy: Thoughts From the SPT11-14 Project, PhysicsEducation.Le Bourhis, Jean-Pierre. 2005: Water Parliaments: Some Examples, Teoksessa Making ThingsPublic, Atmospheres of Democracy, toim. Latour, B. ja Weibel, P. Cambridge, Massachusetts:The MIT Press.Lee, M-K., Erdogan, I., 2007: The Effect of Science-Technology-Society Teaching on Students'Attitudes toward Science and Certain Aspects of Creativity, International Journal of ScienceEducation, Vol 29, No. 11, September 2007, pp. 1325-1327.Leggett, 2001: (Ref. Antilla, 2005)Lomborg, B. 2007: Cool it. Den skeptiska miljövännens guide till den globalauppvärmningen. SNS Förlag, Stockholm.Losee, John., 2001. 4. painos: A Historical Introduction to the Philosophy of Science. OxfordUniversity Press.LOPS, 2003: Lukion opetussuunnitelma http://www.oph.fi/SubPage.asp?path=1,17627Mansfield, M., O'Sullivan, C.: 1998, Understanding Physics, John Wiley & Sons, Chichester.Maslow, A. H., 1954: (Ref. Cage & Berliner, 1992)McKibben, 2005: (Ref. Antilla, 2005)Mooney, 2005: (Ref. Antilla, 2005)O'Brien, W., P., Jr, 2007.: Mining Power and Hydrocarbon Consciousness fron the MonthlyElectricity Bill: a Classroom Project, Physics Education, January 2007.106

Oreskes, N. 2004. The Scientific Consensus on Climate Change. Science. Volume 306(5702),3 December 2004, p 1686Patchen, M. 2006: Public Attitudes and Behaviour About Climate Change. What ShapesThem and How to Influence Them. PCCRC Outreach Publication 0601,www.purdue.edu/climatePhysical Review, http://pra.aps.org/Puolimatka, T. 1997: Opetusta vai indoktrinaatiota? Valta ja manipulaatio opetuksessa.Tampere: Kirjayhtymä Oy.POPS, 2004: Perusopetuksen opetussuunnitelma http://www.oph.fi/SubPage.asp?path=1,17627Pollack, 2003: (Ref. Antilla, 2005)Rampton, Stauber, 2001: (Ref. Antilla, 2005)Rauste-von Wright, M., Von Wright, J., 1994: Oppiminen ja koulutus. WSOY, Porvoo.Rawls, J., 1999: (Ref. Koskela, 2005)Reiss, M., 2006: The Use of Ethical Frameworks by Students Following a New ScienceCourse for 16-18 Year-olds, Science and Education, November 2006.Rinne, J., Koistinen J. ja Saltikoff, E. (toim.) 1998: (Ref. Räisänen, 2004)Rummukainen, M. 1999. On The Climate Change Debate. Swedish Meteorological andHydrological Institute, Norrköping, Sweden.Räisänen, J. 2004., Kasvihuoneilmiön voimistuminen ja sen vaikutukset. Helsinki.Räisänen, J. 2008: Kasvihuoneilmiö, ilmastonmuutos ja vaikutukset. Helsinki.Räisänen, J., Heino, R., 2008: Klimatologian perusteita, Helsingin yliopiston fysiikan laitos.Stern, N., Siobhan Peters, Vicki Bakhshi, Alex Bowen, Catherine Cameron, SebastianCatovsky, Di Crane, Sophie Cruickshank, Simon Dietz, Nicola Edmondson, Su-Lin Garbett,Lorraine Hamid, Gideon Hoffman, Daniel Ingram, Ben Jones, Nicola Patmore, HeleneRadcliffe, Raj Sathiyarajah, Michelle Stock, Chris Taylor, Tamsin Vernon, Hannah Wanjie,and Dimitri Zenghelis. 2006: The Stern Review Report, http://www.hm-treasury.gov.uk/independent_reviews/stern_review_economics_climate_change/stern_review_report.cfmTaalas, P., 2007: Climate Change and Disasters and Their Socio-economic Impacts.Energiasymposium 31.8.2007.Taylor F. W. 2005: Elementary Climate Physics. Oxford University Press. Oxford.107

Karttunen, H., Donner, K. J., Kröger, P., Oja, H., Poutanen, M., 1995: Tähtitieteen perusteet,Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, Helsinki.UNFCCC 1 http://unfccc.int/resource/docs(convkp/conveng.pdfUNFCCC 2 http://unfccc.int/kyoto_protocol/items/2830.phpVan den Hove, S. Le Menestral, M., de Bettignies, H.C. 2002: The Oil Industry and ClimateChange: Strategies and Ethical Dilemmas. Climate Policy, Volume 2, Issue1, May 2002.Walker, K., A., Zeidler, D., L., 2007: Promoting Discourse about Socioscientific Issuesthrough Scaffolded Inquiry, International Journal of Science Education, Vol. 29, No. 11, 3September 2007, pp. 1387-1410.Waltner, C., Wiesner, H., Rachel, A., 2007: Physics in Context – a Means to EncourageStudent interest in Physics, Physics Education, September 2007.Weart, S., 2007: The Discovery of Global Warming, www.aip.org/history/climate/Webster, S., 2006: How a Deweyan Science Education Further Enables Ethics Education,Science and Education, October 2006.Weiss. E. B. 1992: (Ref. Koskela, 2005)Wilenius, M. 1994: (Ref. Lamminmäki, 2006)[1]: Joseph Fourier http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Fourier.html[2]: John Tyndall http://www.tyndall.ac.uk/general/history/john_tyndall_biography.shtml[3]: Svante Arrhenius http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/arrheniusbio.html[4]: Chamberlin http://academic.emporia.edu/aberjame/histgeol/chamber/chamber.htm[5]: G. S. Callendar http://www.archiveshub.ac.uk/news/07041301.html[6]: John Dewey http://www.lib.siu.edu/Plonetest/departments/speccoll/gds/guide2[7]: James Croll http://www.geos.ed.ac.uk/public/birthplace.html[8]: Milutin Milankovich http://earthobservatory.nasa.gov/Library/Giants/Milankovitch/108

Liite A: Perustietoja ilmakehästäSeuraavat kohdat perustuvat Räisäsen luentomonisteeseen Kasvihuoneilmiön voimistuminenja sen vaikutukset (Räisänen, 2004), jota on täydennetty muissa lähteissä esiintyvällä tiedolla.Ilmakehän kaasut. Ilmakehä koostuu monista eri kaasuista, joista eniten on typpeä N 2 (78 %)ja kaksiatomista happea O 2 (21 %). Loppuosasta suurin osa on argonia Ar. Kaasujen joukossaon myös pieniä määriä kiinteää ainetta ja nestettä (höyry– ja sumupisaroita). Runsaimpienkaasujen suhteelliset osuudet pysyvät likimain samoina noin 80 km korkeudelle asti.Kuitenkin vesihöyryn määrä vaihtelee ajan ja paikan suhteen voimakkaasti. Taulukossa A.1on esitetty kuivan ilman sisältämät kaasut sekä niiden prosentuaalinen osuus.Taulukko A.1: Kuivan ilman tärkeimmät ainesosat (Räisänen, 2004)Molekyylipaino on ilmoitettu yksiköissä g/mooli. Ilman keskimääräinen molekyylipaino on29 g/mooli. Koska tiheys on suoraan verrannollinen molekyylipainoon, voidaan myöskaasujen suhteelliset massaosuudet laskea näiden tietojen perusteella. Otsoni O 3 on jakautunutilmakehässä erittäin epätasaisesti ja eniten sitä on 15-50 km korkeudessa. Se estää elämällevahingollisen auringon ultraviolettisäteilyn pääsyn maan pinnalle absorboimalla säteilyä.Joidenkin kasvihuoneilmiön kannalta tärkeiden kaasujen (mm. hiilidioksidi CO 2 , metaani CH 4ja ilokaasu N 2 O) suhteelliset osuudet ilmakehän kaasuista ovat vähäiset. Niiden määrätilmoitetaan yksiköissä ppmv (parts per million in volume). Tästä huolimatta ne ovat tärkeitäkasvihuoneilmiön kannalta.109

Ilman voidaan olettaa käyttäytyvän ideaalikaasun tavoin, jolloin on voimassa yhtälöpV =nRT (1),missä p on kaasun paine, V tilavuus, T lämpötila, R ideaalikaasuvakio ja n= m Monainemäärä, missä m on kaasun massa ja M on sen moolimassa (Guyot, 1998). Ilmanyleisimmät kaasut ja vesihöyry, joka ei ole lähellä kyllästymispistettä, noudattavat Daltoninlakia. Daltonin lain mukaisesti kaasuseoksen paine p kok saadaan sen osana olevien kaasujenpaineiden p i summana (Brown, LeMay, Bursten, Burdge, 2003)p kok=∑ p i (2)Ilmakehän pystyrakenne. Lämpötilajakauman perusteella ilmakehästä voidaan erottaa useitatoisistaan poikkeavia alueita. Alimpana kerroksena on troposfääri, sitten stratosfääri,mesosfääri ja ylimpänä termosfääri.Kuva A.1: Ilmakehän lämpötilan ja tiheyden pystyrakenne. Huomaa, että tiheyttä kuvaavalla ylemmällä x-akselilla on käytetty logaritmista asteikkoa. Kuva on esitetty Jouni Räisäsen luentomonisteessa,alkuperäislähde: (Rinne, 1998)Ilmakehän massasta 85 % kuuluu troposfääriin ja se sisältää lähes kaiken ilmakehänvesihöyrystä ja pilvisyydestä, vaikka stratosfäärissä ja mesosfäärissäkin esiintyy ajoittainpilviä. Otsonia on eniten 15-50 km korkeudessa. Maan pinnalla säähän välittömästivaikuttavat imiöt esiintyvät troposfäärissä. Ilman tiheys on suurin maan pinnalla (1,2 kg m -3 ),110

josta se pienenee suunnilleen eksponentiaalisesti ylöspäin mentäessä. Noin puolet ilmakehänmassasta jää 5,5 km alapuolelle ja 99% 30 km alapuolelle. Ilmakerroksissa, joissa lämpötilaon vakio tai nousee ylöspäin mentäessä, pystysuunnassa tapahtuva sekoittuminen on vähäistä.Ilmanpaine p a tietyssä paikassa on suurella tarkkuudella sama kuin paikan yläpuolella olevanilmapylvään paino pinta-alayksikköä kohden. Näin ollen kuivan ilman paineen muutostakorkeuden funktiona voidaan karkeasti hahmotella seuraavan tarkastelun avulla. Noustaessamatkan dz verran ylöspäin ilmanpaineen muutos ondp a = -ρ a gdz (3),missä ρ a on ilman tiheys ja g on putoamiskiihtyvyys (Guyot, 1998). Ilman tiheys voidaanilmoittaa ilman massan ja tilavuuden suhteena, joista jälkimmäinen voidaan puolestaankirjoittaa ideaalikaasun yhtälön (1) avulla, jolloin saadaan differentiaaliyhtälödp a= −Mg dz (4),p a RTmissä kuivan ilman moolimassa M = 0,029 kg /mol. (Guyot, 1998) Differentiaaliyhtälönratkaisuna saadaan ilmanpaine korkeuden funktiona (jossa lämpötila oletettu vakioksi)−MgRTp a= p 0ez (5),jossa paine merenpinnan tasolla p 0 = 101325 Pa (MAOL). Kuvan (1) perusteella esimerkiksivälillä 0...12 km voitaisiin olettaa lämpötilan lineaarinen riippuvuus korkeudesta: T = uz+T 0 ,missä u 0,005 K/m ja T 0 275 K. Tällöin differentiaaliyhtälön (4) ratkaisuksi saadaanp a=a 0uzT 0 − MgRu (6),missäa 0= p 0T 0− MgRu−12 Pa≈2,050⋅10K .Vesi, vesihöyry ja pilvet. Veden höyrystyminen ja tiivistyminen sitovat ja vapauttavat suurenmäärän energiaa ja näin ollen ne ovat tärkeitä lämpötilan sääntelyyn vaikuttavia tekijöitä.Veden höyrystymiseen kuluu suuri osa maahan saapuvasta auringon säteilyenergiasta. (Guyot,1998) Veden tiivistyessä syntyvät pilvet vaikuttavat myös maapallon säteilytaseeseen.Maapallolla sataa keskimäärin noin metrin vuodessa ja pinnalta haihtuu vesihöyryäkeskimäärin yhtä paljon. Haihtunut vesihöyry pysyy ilmakehässä keskimäärin vain yhdeksänpäivää ennen satamista.111

Ilmankosteuden yhteydessä määritellään ominaiskosteuden tai suhteellisen kosteudenkäsitteet. Ominaiskosteus ilmoittaa vesihöyryn massaosuuden ilmasta. Jos merkitään tietyssätilavuusyksikössä olevan ilman vesihöyrypitoisuuden massaa m v :llä ja kuivan ilman massaam i :llä, ominaiskosteuden q arvo saadaan kaavanq= m vm v m i(7)avulla (Guyot, 1998). Suhteellinen kosteus r ilmoittaa prosenttiyksiköissä ilmanominaiskosteuden suhteen ilman kyllästyskosteuteen q k , jossa vesihöyry alkaa tiivistymäänvedeksi.r=100⋅ q q k(8)(Guyot, 1998).Pilvien ja sadepisaroiden syntyminen edellyttää yleensä nousevaa ilmavirtausta, jonkavaikutuksesta kaasu laajenee ja jäähtyy. Tällöin ilman kyllästyskosteus pienenee jasuhteellinen kosteus kasvaa. (Räisänen, 2004) Suhteellisen kosteuden ollessa 100 % pilviä jasadepisaroita muodostuu ilmassa olevien partikkelien vaikutuksesta (Guyot, 1998). Ilmastonlämpenemisen vaikutuksesta ilman kyllästyskosteus kasvaa, jolloin ilmassa olevan vesihöyrynmäärä kasvaa, vaikkakaan suhteellinen kosteus ei todennäköisesti muutu kovin paljon. Tämänseurauksena sateiden hetkellinen voimakkuus kasvaa. Keskimäärin sateet eivät voi kuitenkaanlisääntyä haihtumista enempää ja koska haihtuminen kuluttaa runsaasti energiaa, ei seluultavasti kasva yhtä jyrkästi kuin ilman kyllästyskosteus ja vesihöyrysisältö. Lämpenemisenvaikutuksesta sateiden hetkellinen voimakkuus siis kasvaa, mutta keskimäärin sademäärä eitodennäköisesti kasva yhtä voimakkaasti. (Räisänen, 2004)Tuulet. Tuuli syntyy ilman paine-erojen vaikutuksesta. Se ei kuitenkaan suuntaudu suoraankorkeapaineesta matalapaineeseen, sillä suuntaan vaikuttaa myös maan pyörimisliikkeestäjohtuva Corioliskiihtyvyys. Pinnan lähellä tuuleen vaikuttaa myös kitka, joka jarruttaa tuultaja aiheuttaa puuskaisuutta. Jarruttava vaikutus on sitä suurempi, mitä rosoisempi pinta on.Tästä johtuen esimerkiksi merellä tuulee yleensä voimakkaammin kuin maalla.Korkeammalla ilmakehässä (n. 1-2 km korkeudessa) kitka ei enää vaikuta. (Räisänen, 2004)Merivirtojen vaikutus. Merivirroilla on suuri vaikutus ilmastoon. Meri on tiiviissävuorovaikutuksessa ilmakehän kanssa. Veden höyrystyessä ja tiivistyessä sitoutuu ja vapautuu112

lämpöä. Ilmakehä puolestaan vaikuttaa merivirtoihin tuulen kautta. Veden suurenlämpökapasiteetin vuoksi meriin sitoutuu suuri määrä lämpöä ja sitoutuminen kestää kauan.Näin meret lämpenevät paljon ilmakehää hitaammin ja vähentävät äärimmäisiälämpötilavaihteluita. Merivirtojen päiväntasaajalta pohjoisille alueille kuljettamanlämpöenergian kokonaismäärä on jonkin verran pienempi kuin ilmakehän kuljettama määrä.Alueellisesti lämpöenergiaa siirtyy merivirtojen mukana epätasaisesti. Merivirtojenpienilläkin muutoksilla voisi olla suuri vaikutus ilmastoon. Kuvassa A.3 on esitettymerivirtojen kuljettama energiamäärä terawatteina (1 terawatti = 10 12 ). Määriä voidaan verratasiihen, että yhden suuren sähkövoimalan tuottama teho on noin 10 9 wattia jamaailmanlaajuisesti tuotetun kaupallisen sähkötehon kokonaismäärä on noin 12 terawattia.(Houghton, 2004 : 93-95)Kuva A.3: Arvioitu merivirtojen kuljettama lämpöenergia terawateissa (10 12 W). Meret ovat yhteydessätoisiinsa ja Pohjois-Atlantilta kulkeutuu lämpöenergiaa myös Tyynellemerelle (Houghton, 2004 : 94)Liite B: Maan lämpötila ilman kasvihuoneilmiön vaikutustaSeuraavan tarkastelun avulla saadaan arvio maan keskimääräisen lämpötilan arvoksi, joskasvihuonekaasujen vaikutus jätetään huomiotta. Tarkastelu mukailee Jouni Räisäsenmonisteen Kasvihuoneilmiön voimistuminen ja sen vaikutukset esitystä. (Räisänen, 2004)113

Tarkastellaan aluksi auringon säteilyä. Lämpötilassa T olevasta kappaleesta lähtevän säteilynteho P pinta-alayksikköä A kohden voidaan laskea Stefanin-Boltzmannin lain avulla.dPdA = T 4 (1),missä on emissiivisyys ja =5,76051⋅10 −8W m 2on Stefanin-Boltzmannin vakio(Mansfield, O'Sullivan, 1998).Voidaan olettaa Auringon säteilevän likimain mustan kappaleen tavoin, jolloin =1 ja ettäse säteilee keskimäärin vakioteholla pinnan jokaisessa kohdassa. Auringon efektiivinenlämpötila T a on 5785 K ja säde r a = 6,960⋅10 8 m(Karttunen, H., Donner, K. J., Kröger, P.,Oja, H., Poutanen, M., 1995). Tällöin kaavan (1) ja auringon pinta-alan avulla voidaanilmoittaa auringon kokonaissäteilyteho P 0P 0 =4 r a 2 T a 4 ≈3,866⋅10 26 W (2)(itseasiassa efektiivinen lämpötila määritellään kaavan (2) avulla (Karttunen ym., 1995)).Säteily jakautuu auringon ympärille tasaisesti pallokuoren muotoiselle alueelle. Maankeskimääräisellä etäisyydellä auringosta r 0 säteilyn teho pinta-alayksikköä saadaan kaavan (3)avulla. Tämä määritellään aurinkovakioksi S 0 .dPdA = P 04 r 02 =:S 0 (3).Todellisuudessa S 0 ei ole aivan vakio, mutta sen vaihtelu on vähäistä. Sijoittamalla suureidenP 0 ja r 0=149,6⋅10 9 m(Karttunen ym, 1995) arvot lausekkeeseen (3) saadaan S 0 :n arvoksiS 0 ≈1375 W m(4).Maahan auringosta tulevan säteilyn kokonaismäärä voidaan laskea tarkastelemalla maanpaikalla sellaiselle ympyrälevylle, jolla on sama säde r m kuin maalla ja jonka pinta onaurinkoa kohden, saapuvaa säteilyä. Tässä voidaan olettaa ympyrälevylle saapuva säteilytehopaikan suhteen vakioksi. Maahan saapuva keskimääräinen kokonaissäteilyteho P kok voidaanolettaa samaksi kuin tällaiselle ympyrälevylle saapuva kokonaissäteilyteho, jolloin saadaankaavan (3) nojalla lauseke2P kok =S 0 ⋅ r m (5).Osa saapuvasta säteilystä heijastuu maan pinnalta, pilvistä sekä ilmakehän hiukkasista jakaasumolekyyleistä takaisin avaruuteen. Heijastuvan säteilyn määrää kuvaa suure114

heijastuskerroin α, jonka arvo maapallolle (maapallon albedo) on noin 31%. Loppuosasaapuvasta säteilytehosta jakautuu pyörimisestä johtuen maapallon koko pinnalle lämmittäensitä. Keskimääräinen lämmitysteho pinta-alayksikköä kohden on tällöinPA =1− P kok4 r =1− S 02m4(6)Oletetaan jatkossa maapallo tasalämpöiseksi kappaleeksi, joka säteilee mustan kappaleentavoin ja jätetään ilmakehän vaikutus huomiotta. Maa lämpenee auringon säteilynvaikutuksesta. Toisaalta lämpöenergiaa poistuu maasta lämpösäteilynä kaavan (1) mukaisesti(tässä =1 , sillä maa oletettiin mustaksi kappaleeksi). Poistuvan lämpösäteilyn teho pintaalayksikköäkohden kasvaa nopeasti lämpötilan funktiona. Riittävän pitkän ajan kuluttuapäädytään tasapainotilanteeseen, jossa säteilyä poistuu maapallon pinnalta keskimäärin yhtäsuurella teholla kuin sitä saapuukin. Näin ollen tässä tasapainotilanteessa on kaavojen (6) ja(1) nojalla voimassa yhtälö1− S 04 = T 4m(7),josta voidaan ratkaista maapallon keskimääräinen lämpötila T m heijastuskertoimen α(maapallon albedo, 31%) ja kohdassa (4) lasketun aurinkovakion S 0 arvon avulla 5 .T m= 4 1−S 1−0,31⋅1375 W0= 4m44⋅5,67051⋅10 −8 W ≈254 K≈−19 C (8)m 2 ⋅K 4 5 Vaihtoehtoisesti voitaisiin kohdan (8) kaava sekä kaavat (3) ja (4) yhdistää, jolloin voidaan ilmoittaa maanlämpötila auringon efektiivisen lämpötilan ja säteen sekä maapallon albedon ja etäisyyden avulla:T m = 4 1− ⋅ r 2a4 r 0⋅T a115

Kuva B.1: Tarkastelua havainnollistava kuva. Nuolen paksuuden avulla on hahmoteltu säteilyvuon tiheyttä.Liite C: Ilmakehän kasvihuonevaikutusTässä liitteessä tarkastellaan ilmakehän vaikutusta maapallon lämpötilaan hyvinyksinkertaisen mallin avulla. Maapallon oletetaan säteilevän mustan kappaleen tavoin jailmakehä oletetaan ns. harmaaksi kappaleeksi. Tarkastelu perustuu Jouni Räisäsenluentomonisteeseen Kasvihuoneilmiön voimistuminen ja sen vaikutukset. (Räisänen 2004)Kuten edellisessä liitteessä, sovelletaan tässäkin tapauksessa Stefanin-Boltzmanninsäteilylakia (Mansfield, O'Sullivan, 1998), joka ilmoittaa lämpötilassa T olevan kappaleensäteilytehon P pinta-alayksikköä A kohden. Tässä yhteydessä voidaan määritellä energiavuontiheys FF := dPdA = T 4 (1)(Karttunen, H., Donner, K. J., Kröger, P., Oja, H., Poutanen, M., 1995). Kaavassa (1)esiintyvät vakiot ovat kappaleen emissiivisyyskerroin ja Stefanin-Boltzmannin vakio .Kappaleen kykyä absorboida säteilyä kuvataan absorptiokertoimella a, joka ilmoittaa kuinkasuuren osan tulevasta säteilystä kappale absorboi 6 (CIMSS). Kirchhoffin säteilylain nojalla6Vastaavasti myös heijastumista ja läpimennyttä säteilyä voidaan kuvata kertoimilla, jolloin näiden kaikkienkertoimien summa on energian säilymislain nojalla 1116

Termodynaamisessa tasapainossa kappaleenabsorptiokerroin a on yhtä suuri kuin sen emissiivisyys (2),(Gary, 2005) Oletetaan maa lämpötilassa T m olevaksi mustaksi kappaleeksi, jolloin senemissiivisyys = 1. Ilmakehä absorboi osan maan lähettämästä säteilystä ja säteilee myös itsekaavan (1) mukaisesti. Oletetaan ilmakehä harmaaksi kappaleeksi, jolloin sen emissiivisyys ion 0:n ja 1:n välillä. Kuvatussa tilanteessa ilmakehä absorboi maasta poistuvastaenergiavuosta osan, jolloin maan pinnalta avaruuteen pääsevä osuus F 1 onF 1 = 1−a T 4 4m = 1− i T m (3).Ilmakehä säteilee sekä ylä- että alapuolelleen. Sen säteilemän energiavuon tiheys F 2 onkaavan (1) nojalla4F 2 = i T i (4)Kohtien (3) ja (4) nojalla saadaan näin ollen mallia kuvaava kaava avaruuteen poistuvanenergiavuon tiheydelle F poisF pois = F 1 F 2 = 1− i T 4 m i T 4 i = T 4 m − i T 4 m −T 4 i (5)Kaavan (5) mukaan ilmakehän ollessa maan pintaa kylmempi (tämä pätee maan ilmakehälle)se vähentää avaruuteen poistuvan lämpöenergian määrää. Tätä kutsutaan ilmakehänkasvihuonevaikutukseksi. Vaikutuksen suuruus riippuu ilmakehän emissio/absorptiokyvystä i=a sekä maan ja ilmakehän välisestä lämpötilaerosta. Mitä suuremmaksikasvihuonevaikutus käy, sitä lämpimämmäksi maan pinnan täytyy lämmitä, ennen kuin senlämpösäteilyn kasvu pystyy kumoamaan vaikutuksen.117

Kuva 1: Ilmakehän vaikutusta poistuvaan lämpösäteilyyn kuvaava yksinkertainen malli. Kuva perustuu L. D.Danny Harveyn kaavioon (Harvey, 2000 : 39).Ilmiön vaikutus perustuu kaavan (5) kuvaamaan ilmakehän kykyyn estää lämpösäteilyäkarkaamasta avaruuteen. Ilmakehä ja maa vaihtavat energiaa myös muilla tavoin. Mallinavulla kuvattu ilmiö on havaittu mittauksissa tarkastelemalla lämpösäteilyä lähellä maanpintaa sekä sateelliittien avulla ilmakehän yläosassa. (Harvey, 2000 : 38, 40)Hiilidioksidin lisääntyminen kasvattaa ilmakehän absorptio/emissiokerrointa, jolloinkasvihuonevaikutus voimistuu. Vaikutuksen suunta nähdään kaavan (5) avulla, muttatarkempaan kvantitatiiviseen tarkasteluun se ei kelpaa, sillä ilmakehä ei ole säteilynkäänsuhteen tarkastelun mukainen tasalämpöinen kappale.Tarkempi malli saadaan jos ilmakehää tarkastellaan useana ohuena kuvan 1 mukaisenakappaleena, jotka lähettävät ja vastaanottavat säteilyä. (Räisänen 2004 : 5, 12)118

Liite D: Molekyylin energiatilojen kvantittuminen javuorovaikutus sähkömagneettisen säteilyn kanssaKvanttimekaniikan avulla voidaan ymmärtää hiukkassysteemin energiatilojen kvantittuminen.Tämä tarkoittaa, että muuttumattomassa tilassa toistensa kanssa vuorovaikutuksessa olevienhiukkasten muodostaman fysikaalisen systeemin energia voi saada vain tiettyjä diskreettejäarvoja. Ilmiö voidaan havaita vain pienessä mittakaavassa (esimerkiksi atomien jamolekyylien kokoluokassa) tapahtuvissa vuorovaikutuksissa. Kvanttimekaniikan avullavoidaan ymmärtää monia tämän mittakaavan ilmiöitä, joihin klassinen fysiikka ei pystytarjoamaan selitystä. Seuraavan tarkastelun avulla tuodaan esille ne keskeiset teorianperuspiirteet, joiden avulla voidaan ymmärtää molekyylin energian rotaatio- javärähtelytilojen kvantittuminen sekä energiatilan muuttuminen vuorovaikutuksessasähkömagneettisen säteilyn kanssa.Aalto-hiukkas dualismi. Tarkastelun pohjana on de Broglien esittämä ajatus, jonka mukaanaineella, kuten valollakin, on dualistinen luonne, joka on osittain toisaalta klassisen hiukkasenja toisaalta aallon kaltainen. Hiukkasen energia E ja liikemäärä p voidaan ilmoittaavastaavalla tavalla, kuin fotonin tapauksessa:E=hf =ħ (1) jap= h =ħ k (2),missä h on Planckin vakio, f aallon värähtelyn taajuus, ħ = h/2, on aallon kulmanopeus, aallonpituus ja k kulma-aaltoluku, joka määritellään k = 2/. (Mansfield, O'Sullivan, 1998)Seuraavassa tarkastelussa on aluksi rajoituttu yhteen paikkaa kuvaavaan koordinaattiin x sekäaikaa kuvaavaan koordinaattiin t. Hiukkasta kuvataan aaltofunktiolla . Lokalisoitumatonhiukkanen kuvataan kaavan=Ae ikx −ħ t =Ae ikx − ħ k 22 m t (3)avulla 7 , missä A on aallon amplitudi. Kaavassa esiintyvä kulmanopeuden ja kulma-aaltoluvunvälinen relaatio =(ħk 2 )/(2m) saadaan ei-relativistisen kineettisen energian lausekkeen,E=p 2 /(2m), sekä kaavojen (1) ja (2) avulla. Kaavassa (3) esitetty aaltofunktio voidaan7 Eulerin kaavan mukaan e is = cos s + isin s119

ymmärtää myös siten, että se kuvaa kauttaaltaan yhdenmukaista hiukkas”suihkua” .(Mansfield, O'Sullivan, 1998 : 380-381) Vuorovaikutuksessa lokalisoituva hiukkanenkuvataan Fourier-integraalina lasketun aaltopaketin avulla. Tällöin aaltofunktio ilmoitetaankaavan∞x ,t=∫−∞∞Ake ikx−t dk =∫−∞Ake ikx− ħ k 22m t dk (4)avulla. Suureet x ja t kuvaavat paikkaa ja aikaa, jossa vuorovaikutuksen tapahtumistatarkastellaan. (Brehm, Mullin, 1989 : 222)Todennäköisyystulkinta. Aaltofunktion avulla voidaan laskea todennäköisyystiheys P(x,t),jonka avulla saadaan todennäköisyys sille, että hetkellä t vuorovaikutus tapahtuu välillä dx.P x ,t dx=∣ * x , tx , t∣ 2 dx (5),missä * on aaltofunktion kompleksikonjugaatti 8 . Todennäköisyys, että hetkellä tvuorovaikutus tapahtuu välillä x = x 1 ...x 2 saadaan kaavan (5) integraalin avullax 2P x,t =∫ ∣ * x ,tx ,t∣ 2 dx (6)x 1Aaltofunktio normalisoidaan asettamalla koko x-akselin yli otetun integraalin arvoksi yksi(tämä tarkoittaa, että todennäköisyyden arvo sille, että hiukkanen on jossakin x-akselilla, onyksi)∞∫∣ * x ,t x ,t∣ 2 dx=1 (7)−∞(Brehm, Mullin, 1989 : 228). Tietyn suureen S havaintojen odotusarvo 〈S 〉 saadaan kaavan∞〈S 〉=∫ * x ,t S x ,t x ,t (8)−∞avulla, missä uuretta S edustaa sitä vastaava operaattori S(x, t), esimerkiksi energiaa E vastaakaavan (11) mukainen operaattori. (Brehm, Mullin, 1989 : 260-268)Schrödingerin yhtälö yhdessä ulottuvuudessa. Derivoimalla yhtälön (3) aaltofunktiota x:n jat:n suhteen kaavan (9) mukaisesti havaitaan yhtäsuuruus−ħ 22m∂ 2∂ x 2 =i ħ ∂ ∂t (9),8 Esim.: Jos =Ae i kx−t , niin * =A * e −ikx−t .120

jota kutsutaan Schrödingerin yhtälöksi (Brehm, Mullin, 1987 : 222). Tämä yhtälö onvoimassa vapaalle hiukkaselle, joka ei ole potentiaalikentässä. Yhtälöä (9) ei ole johdettuaikaisemmista fysikaalisista periaatteista, vaan se tulisi käsittää hypoteesiksi, jonka toimivuuson arvioitu sen mittauksissa havaittaville fysikaalisille ominaisuuksille antamien ennusteidenperusteella (Brehm, Mullin, 1989 : 223). Vertaamalla yhtälöä (9) klassiseen kineettisenenergian kaavaan, p 2 /(2m) = E, nähdään kuinka operaattorit vastaavat klassisen fysiikanliikemäärää ja energiaa.p 2 −ħ 2∂2∂ x 2 (10)E i ħ ∂ ∂t(11)Klassisen fysiikan mukaisesti potentiaalikentässä V(x) olevan hiukkasen energia voidaanilmoittaa Hamiltonin funktionH p , x=p2V x=E (12)2mavulla. (Mansfield, O' Sullivan, 1998 : 378) Potentiaalikentän vaikutus voidaan Schrödingerinyhtälössä ottaa vastaavalla tavalla huomioon lisäämällä potentiaalia kuvaava termi yhtälön (9)vasemmalle puolelle kaavan (13) mukaisesti−ħ 22m∂ 2∂ x 2 V =i ħ ∂ ∂t (13),jolloin saadaan potentiaalikentässä olevan hiukkasen Schrödingerin yhtälö (Brehm, Mullin,1989 : 224). Kolmessa ulottuvuudessa vastaava yhtälö voidaan esittää ottamalla käyttöönoperaattori∇ 2 = ∂2 ∂2 ∂22 2∂ x ∂ y ∂ z 2 (14)jolloin kolmiulotteinen Schrödingerin yhtälö voidaan kirjoittaa kaavan−ħ 22m ∇ 2 V =i ħ ∂ ∂t (15)mukaisesti. (Brehm, Mullin, 1989 : 289)Klassisen fysiikan mukainen kuvaus kahdelle attraktiiviselle hiukkaselle. Molekyylinenergian rotaatio- ja vibraatiotilojen kvantittumiseen liittyvän keskeisten periaatteidenkannalta on riittävää tarkastella kahden atomin muodostamaa molekyyliä. Käsitellään ensinklassisen fysiikan mukaista kuvausta. Valitsemalla koordinaatisto seuraavalla tavalla sopivastikahden hiukkasen systeemin matemaattinen kuvaus redusoituu yhden kappaleen kuvauksen121

mukaiseksi. Asetetaan origo hiukkasten massakeskipisteeseen ja merkitään r 1 :llä ja r 2 :llakahden hiukkasen paikkavektoreita ja vastaavasti m 1 :llä ja m 2 :lla hiukkasten massoja, jolloinm 1 r 1 + m 2 r 2 = 0. Merkitään v 1 :lla ja v 2 :lla hiukkasten nopeusvektoreita ja vektoreilla p 1 ja p 2hiukkasten liikemääriä. Olkoon r = r 1 – r 2 , v=dr/dt ja redusoitu massa =m 1 m 2 /(m 1 +m 2 ).Tällöin hiukkassysteemin kineettinen energia E k , liikemäärä p ja liikemäärämomentti Lsaadaan kaavojenE k= 1 2 m 1v 1 2 1 2 m 2v 2 2 = 1 2 v2 (16)p=m 1v 1m 2v 2= v (17)L=r 1× p 1r 2× p 2=r×v=r× p (18)avulla. Jos oletetaan hiukkasten olevan keskeispotentiaalissa V(r), on hiukkassysteemiinkohdistuva voimaF=−dV rrdr 0 (19),missä r 0 on vektorin r suuntainen yksikkövektori. Koska voimavektori kulkee origon kautta,se ei aiheuta hiukkassysteemiin vääntöä. Tästä seuraa, että systeemin liikemäärämomentti onajan suhteen vakio. Hiukkasten kiertäessä toisiaan jollakin radalla liikemäärämomenttikoostuu radan suuntaisesta osasta p r ja radan suunnan suhteen kohtisuorasta osasta p ⊥ ,p = p r + p ⊥ , jolloin p 2 = p r2+ p ⊥2 . Kaavan (18) mukaan liikemäärämomentin arvo on L = rp ⊥ .Keskeispotentiaalissa V(r) hiukkassysteemin energia voidaan siis kirjoittaa muotoonE= p22 V r= p 2 2r p ⊥2V r= p 2r2 L2V r (20)2 r(Brehm, Mullin, 1989 : 150-151, 300-303).Schrödingerin yhtälö pallokoordinaatistossa ja ajasta riippumattomat tilat. Energiatilojenmäärityksessä käytettävä ajasta riippumaton kahden kappaleen Schrödingerin yhtälöredusoituu vastaavalla tavalla yhden aaltofunktion tapaukseen kvanttimekaniikan mukaisessatarkastelussa, kun koordinaatisto valitaan samalla tavalla kuin edellä kuvatussa klassisessatapauksessa (origo massakeskipisteessä ja paikkavektori r = r 1 – r 2 ) (Brehm, Mullin, 1989 :522-523). Tästä syystä riittää tarkastella yhden hiukkasen Schrödingerin yhtälöäpallokoordinaatistossa. Pallokoordinaatistossa hiukkasen paikka ilmoitetaan muuttujien r, ja avulla kuvan D.1 mukaisesti.122

Kuva D.1: Karteesinen koordinaatisto ja pallokoordinaatisto (Brehm, Mullin, 1989 : 304)Muuttuja r riippuu karteesisista koordinaateista kaavanr= x 2 y 2 z 2 (21)mukaisesti. Geometrisen tarkastelun avulla saadaan muunnoskaavat pallokoordinaatistostakarteesisiin koordinaatteihin x, y ja zx = r sin cos y = r sin sin (22)z = r cos Muunnoskaavojen avulla on mahdollista muuntaa Schrödingerin yhtälö (15) pallokoordinaatistoon9 ,−missäħ22 r 2 ∂ ∂r r2 ∂ ∂ r 2 V r=i ħ ∂ ∂t (23), 2 = 1sin ∂∂ sin ∂ ∂ 1sin 2 ∂ 2∂ 2 (24).Klassisen yhtälön (20) liikemäärän komponentin neliötä p r2vastaa tällöin pelkästään r:nsuhteen operoiva operaattori ja liikemäärämomentin neliötä L 2 vastaa pelkästäänkulmamuuttujien suhteen operoiva operaattorip 2 r ħ 21 ∂i ∂ r 2 ∂ r r2∂ rL 2 ħ 22i 2 = ħi1sin ∂∂ sin ∂ ∂ 1sin 2 (25)∂ 2∂ 2 (26).Ajan suhteen muuttumattomia tiloja kuvatessa aaltofunktion oletetaan olevan muotoa9 Tässä käytetään derivoinnin ketjusääntöä, jolloin esimerkiksi ∇ 2 :ssa esiintyvä 2. derivaatta x:n suhteen saadaan kaavojen∂r ,t= ∂ ∂ r ,t= x ∂ r ,t ∂ 2 r ,t ja = 1 ∂ r ,t− x2 ∂ r ,t x 2 ∂ 2 r , t∂ x ∂ r ∂ x r ∂ r∂ x 2 r ∂ r r 3 ∂ r r 2 ∂ r 2 avulla,kun tarkastellaan :n riippuvuutta vain muuttujasta r.123

=r , ,e −iEt /ħ (27),missä on ajasta riippumaton ominaisfunktio. Kaavan (15) mukaisesti energia E on tällöinaaltofunktion ominaisarvo. (Brehm, Mullin, 1989 : 304-307) Klassisessa fysiikassa yhtälön(27) voi ajatella vastaavan seisovaa aaltoliikettä. Ajasta riippumaton Schrödingerin yhtälösaadaan sijoittamalla kaavan (27) mukainen aaltofunktio yhtälöön (23) ja jakamallamolemmat puolet aikamuuttujasta riippuvalla tekijällä e −iEt /ħ .Kahden atomin molekyyli. Tarkastellaan kahdesta samanlaisesta atomista koostuvaamolekyyliä. Tämän yksinkertaisen esimerkin avulla voidaan ymmärtää molekyylien rotaatio-ja vibraatiotilojen energian kvantittuminen. Ajasta riippumaton Schrödingerin yhtälökarteesisissa koordinaateissa on tällöin−ħ 22m ∇ 2 1∇ 2 2 R 1 ,R 2 V rR 1 , R 2 = E R 1 , R 2 (28),missä (R 1 , R 2 ) on molekyylejä kuvaavan aaltofunktion ominaisfunktio 10 ja r=∣R 1−R 2∣ .Keskeispotentiaalin voidaan siis olettaa riippuvan vain atomien välisestä etäisyydestä. Kutenedellä klassisessa tarkastelussa, on mahdollista redusoida matemaattinen tarkasteluyhdenmukaiseksi yhden hiukkasen tapauksen kanssa käyttämällä suhteellista koordinaattiar = R 1 - R 2 ja redusoitua massaa = m 1 m 2 /(m 1 +m 2 ) = m/2. (Brehm, Mullin, 1989 : 522-523)Pallokoordinaatistossa hiukkassysteemiä kuvaava Schrödingerin yhtälö on tällöin kaavojen(23) ja (24) mukainen. Molekyylin energian vibraatiotilojen kvantittuminen johtuuSchrödingerin yhtälön (23) radiaalisesta, eli muuttujasta r riippuvasta osasta. Vastaavastirotaatiotilojen kvantittuminen johtuu kulmamuuttujista ja riippuvasta osasta. Tämänähdään seuraavan tarkastelun nojalla. Oletetaan, että ominaisfunktio voidaan kirjoittaaerikseen muuttujasta r riippuvan tekijän R(r) ja kulmamuuttujista riippuvan tekijän Y(,)tulonar , ,=R rY , (29).Voidaan myös olettaa keskeispotentiaalin riippuvan vain muuttujasta r. Tällöin Schrödingerinyhtälön (23) mukainen ajasta riippumatonta tilaa kuvaava yhtälö voidaan kirjoittaa muotoon1R r[ ddr r 2 dR r2 r2dr ħ ] E −V r Rr =− 2 Y ,2 Y ,(30).Koska yhtälön (30) vasen puoli riippuu vain muuttujasta r ja oikea puoli vain10 Jos x-koordinaatin suhteen yleisessä tapauksessa 1 (x 1 ) ja 2 (x 2 ) sekä E 1 ja E 2 kuvaavat hiukkasten 1 ja 2ominaisfunktioita ja energioita, on yhdistetty ominaisfunktio muotoa (x 1 , x 2 ) = 1 (x 1 ) 2 (x 2 ) ja systeeminenergia E = E 1 + E 2 . (Brehm, Mullin, 1989 : 285)124

kulmamuuttujista ja , on yhtälön molempien puolien oltava yhtäsuuria tietyn vakionkanssa (muutoin esimerkiksi r:n muuttuessa pitäisi myös yhtälön oikean puolen muuttua,mikä ei ole mahdollista). Merkitään tätä vakiota symbolilla . Tällöin yhtälön (30) nojallaovat voimassa yhtälötd dRrdr r2 2 r 2dr ħ2 E−V rR r= R r (31)ja− 2 Y ,= Y , (32).Vastaavasti kuin edellä, oletetaan, että funktio Y voidaan kirjoittaa pelkästään muuttujasta riippuvan tekijän () ja pelkästään muuttujasta riippuvan tekijän () tulona.Y ,= (33).Tällöin yhtälö (32) voidaan kirjoittaa muotoon, jonka molemmat puolet riippuvat erimuuttujista. Vastaavalla tavalla kuin edellä, voidaan todeta, että tällöin molempien puolten onoltava yhtäsuuria tietyn vakion kanssa. Valitaan täksi vakioksi jonkin luvun m neliö, jolloinyhtälöiden (24), (32) ja (33) nojalla ovat voimassa yhtälötjad 2 d 2−m2 =0 (34)1sin dd sin d d −m2sin 2 =0 (35).sin (m), cos (m) ja e im toteuttavat yhtälön (34). Näistä funktioksi valitaan=e i m =cos mi sin m (36).Koska kordinaatti on syklinen, eli se edustaa samaa pistettä jakson [0, 2] välein, on funktion saatava sama arvo tämän jakson välein2=⇔e i m e i m2 =e i m ⇒ cosm 2isin m 2=1 (37),josta nähdään, että luvun m on oltava kokonaisluku (mukaanlukien 0). Tutkimalladifferentiaaliyhtälöä (35) on mahdollista 11 saada toinen kvantittumisehto, jonka mukaanvakion mahdolliset arvot ovat muotoa= l=l l1, missä l=1, 2, 3,... (38)Kvanttilukujen m ja l välinen yhteys määräytyy differentiaaliyhtälön (35) perusteella.Kvanttiluvun m mahdolliset arvot ovat11 Tämän differentiaaliyhtälön ratkaiseminen on olennaisesti monimutkaisempaa kuin aiemmassa tapauksessaja se sivuutetaan tässä tekstissä.125

m=−l ,−l1,...,l−1,l (39).Ominaisfunktion kulmamuuttujista riippuvan osan Y(,) muoto muodostuu siisdifferentiaaliyhtälöiden (34) ja (35) ratkaisuista kaavan (33) mukaisesti, missädifferentiaaliyhtälön (35) mahdollisten ratkaisujen muodoksi määräytyy kaavojen (36) ja (39)mukaisestiY l , m , = l , m m = l , m e i m (40).Funktion Y(,) ominaisarvot ovat kaavan (32) mukaisesti kaavassa (38) ilmoitetut arvot.(Brehm, Mullin, 1989 : 309-319) Ajasta riippumaton Schrödingerin yhtälö voidaan nytkirjoittaa kaavojen (23), (29), (32) ja (38) nojalla muotoon−2 ħ2 1 ∂ ∂r 2 ∂ r r2∂ r l l1r RrV r Rr= E Rr 2 (41).Tarkastelussa ei ole huomioitu atomien elektronien vaikutusta. Mikäli elektronienliikemäärämomenttia vastaava kvanttiluku on 0, yhtälö (41) pätee sellaisenaan. Monissatilanteissa on myös mahdollista korvata l(l+1) kokonaisliikemäärämomentin neliöllä J 2(Brehm, Mullin, 1989 : 523). Differentiaaliyhtälön (41) ratkaiseminen olisi periaatteessamahdollista, jos potentiaali V(r) tunnetaan, mutta yksinkertaisella approksimaatiolla saadaanhelposti arvio energian rotaatiotiloille. Potentiaalilla V(r) on minimi tietyssä kohdassa r 0 . Josoletetaan, että värähtelyn ja kiertoliikkeen voimakkuus ovat niin pieniä, että R(r):nkeskimääräinen arvo ei oleellisesti muutu, voidaan arvioida, että r r 0 , jolloin saadaan arviorotaatilojen energialleE rot≈ ħ2 l l12 (42).2 r 0(Brehm, Mullin, 1989 : 523)Ajasta riippumattomia tiloja kuvaava Schrödingerin yhtälö (41) voidaan kirjoittaa muotoon 121 ∂ 2[r Rr ] ħ 2 l l1R rV r Rr=E Rr22 r ∂ r 2 r 2− ħ2VibraatiotilatRotaatiotilatKerrotaan yhtälö puolittain r:llä ja otetaan käyttöön merkintäU r=rRr (44).Tällöin vibraatiotiloja kuvaava differentiaaliyhtälö on(43).12 Tässä on käytetty vaihtoehtoista, kaavan (23) kanssa yhtäpitävää, muotoa Schrödingerin yhtälöllepallokoordinaatistossa, vaihtoehtoinen muoto on − ħ22r 2 r ∂ 2∂r 2[r ]2 V r=i ħ ∂ ∂ t . 126

− ħ2∂ 22 ∂ r U rV rU r= E vibU r (45).2Monille molekyyleille, joilla on kovalenttiset sidokset, voidaan käyttää Morsen potentiaaliaV r=Ae −2 a r−r 0−2e −ar−r 0 (46),missä A, a ja r 0 ovat molekyylistä riippuvia parametrejä. Potentiaalia kuvaava kaava (46) onpohjimmiltaan valistunut arvaus, mutta se kuvaa hyvin monia molekyylien ominaisuuksia.Vain muutamille molekyyleille, esimerkiksi H 2 :lle, on mahdollista johtaa täsmällinenpotentiaalia kuvaavan funktion kaava. Kun r poikkeaa vain vähän r 0 :sta, potentiaalifunktiotavoidaan arvioida harmonisen oskillaattorin potentiaalilla.V r≈V r 0 1 2 K r−r 0 2 (47)(Brehm, Mullin, 1989 : 524-525).Kuva D.2: Morsen potentiaali V(R), jota approksimoidaan harmonisen oskillaattorin potentiaalilla V R ,(Brehm, Mullin, 1989 : 525)Tämä nähdään kirjoittamalla V(r):n Taylorin sarjan muutama ensimmäinen termi r 0 :nympäristössäV r=V r 02 1 d 2 V r r−rdr 20 2 ...r=r0K(Brehm, Mullin, 1989 : 243). Harmonisen oskillaattorin potentiaali on hyvä arvio, mikäli r eipoikkea paljon r 0 :sta. Tämän approksimaation avulla vibraatiotiloja kuvaava yhtälö (45)voidaan kirjoittaa muotoon− ħ2∂ 2(48)2 ∂ r U r 1 2 2 K r−r 0 2 U r=E vib −V r 0 U r (49)127

Otetaan käyttöön merkinnät x = r-r 0 , = E vib – V(R 0 ) ja u(x) = U(x+r 0 ) = U(r). Tällöin yhtälö(49) voidaan kirjoittaa muotoon− ħ2∂ 22 ∂ x ux 1 2 2 Kx 2 ux= ux (50)(Brehm, Mullin, 1989 : 526). Yhtälö (50) on kvanttimekaniikan mukainen kuvaus hiukkaselleharmonisen oskillaattorin potentiaalissa ja sen avulla voidaan tarkastelun nojalla kuvatakaksiatomisen molekyylin vibraatiotiloja, sillä kahden hiukkasen systeemin kuvaus onmatemaattisesti yhdenmukainen yhden hiukkasen kuvauksen kanssa. Yhtälön ratkaisun avullanähdään vibraatiotilojen energian kvantittuminen. Kun otetaan käyttöön merkinnätja 2 = Kħ= 2 ħ Kx 2 (51)(52),yhtälö (50) voidaan kirjoittaa muotoon∂ 2 u∂ 2 = 2 − u (53).Sijoittamalla yhtälöön (53) yriteu=H e −/2 (54),missä H() on joko muotoataik=nH = ∑ a k k ,n parillinen (55)parillinen kk=nH = ∑ a k k ,n pariton (56)pariton koleva polynomi 13 , on mahdollista selvittää yhtälön (53) vakion mahdolliset arvot n=2n1,missä n on kokonaisluku (mukaanlukien 0) (57)(Brehm, Mullin, 1989 : 243-249). Yhtälöiden (53) ja (57) avulla saadaan vibraatiotilojenenergioiden arvotE vib −V r 0 = n =ħ K n 1 2 (58).Jos otetaan käyttöön klassisen fysiikan mukaisen harmonisen oskillaattorin kulmanopeutta13 On mahdollista osoittaa, että H():n on oltava juuri kuvatun kaltainen funktio (Brehm, Mullin, 1989 : 247).Todistusta ei käsitellä tässä tekstissä.128

vastaava merkintä perustilaa (n = 0) vastaavassa tapauksessa 0 =K (59),voidaan yhtälö (58) kirjoittaa muotoonE vib=V r 0ħ 0 n 1 2 , missä n = 0,1,2, ... (60),joka kuvaa molekyylin vibraatiotilojen energian mahdollisia arvoja. (Brehm, Mullin, 1989 :526)Vaikka edellä on sivuttu klassisen hiukkasen liikkeen kuvausta, klassista kuvausta ei missäänvaiheessa tarvita kvanttimekaniikan mukaisen kuvauksen muodostamisessa. Kuitenkinvertaamalla yhtälöitä (12) ja (13) sekä (20) ja (23) toistensa kanssa voidaan ymmärtää millätavoin kvanttimekaaninen ja klassinen kuvaus vastaavat toisiaan. Yhtälössä (47) esitettyharmonisen oskillaattorin potentiaali on samanlainen kuin jousen kuormittamista kuvaavapotentiaali, joten jousen painaminen kasaan ja sen venyttäminen antavat sopivanlaisen yhtälöävastaavan klassisen fysiikan mukaisen mielikuvan. Schrödingerin yhtälöissä (12), (15) ja (23)massan m ja redusoidun massan esiintyminen johtuvat energian ja liikemäärän välisestärelaatiosta E = p 2 /(2m) sekä kaavoista (1) ja (2).Ajasta riippumattomien tilojen muuttuminen sähkömagneettisen säteilyn vaikutuksesta.Sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutus molekyylin kanssa voidaan ymmärtää seuraavanyhteen ulottuvuuteen rajoittuvan semiklassisen mallin avulla, jossa säteilyn ajatellaansyntyvän klassisen fysiikan mukaisesti varatun hiukkasen kiihtyvän liikkeen seurauksena jahiukkasen paikka tulkitaan kvanttimekaniikan avulla. (Brehm, Mullin, 1989 : 268) Klassisentarkastelun nojalla taajuudella f värähtelevä sähköinen dipoli tuottaa samantaajuistasähkömagneettista säteilyä. Jos tarkastellaan varatun hiukkasen liikettä sähköisen dipolinliikkeenä, voidaan ymmärtää dipolin liike aineen emissiospektrin aiheuttajana. Vastaavastimolekyyli ottaa pääosin vastaan sellaista sähkömagneettista säteilyä, joka vastaa senemissiospektriä. (Alonso-Finn, 1972 : 726-731, 743) Absorptio- ja emissiospektrit siisvastaavat toisiaan. Tarkastellaan kvanttimekaniikan avulla kuvattavan varatun hiukkasenliikettä. Merkitään hiukkasen varausta kirjaimella e. Tällöin hiukkasen dipolimomenttivoidaan kirjoittaa hiukkasen paikan odotusarvon avulla∞e 〈x〉=e∫ * x ,t x x ,tdx (61).−∞129

Kahden pysyvän tilan välistä siirtymää, jossa sähkömagneettista säteilyä syntyy, voidaankuvata tilojen aaltofunktioiden superpositiona=c n xe −i E n t /ħ c ' n' xe −i E n' t /ħ (62),jossa n ja n' viittaavat hiukkasen tiloihin, c ja c' ovat aaltojen amplitudit ja E n ja E n' tilojenenergiat. Tällöin dipolimomentti on kaavan (61) mukaisesti∞e 〈x〉=e ∫ x[∣c n∣ 2 c * c' * n n'e i E n −E n' t/ħ c ' * c * n' ne −iE n −E n' t/ħ ∣c' n'∣ 2 ]dx−∞(63),jossa integraalin sisällä olevissa ensimmäisessä ja viimeisessä termissä ei oleaikariippuvuutta, joten ne eivät vaikuta syntyvään sähkömagneettiseen aaltoon.Sähkömagneettinen aalto syntyy kahden keskimmäisen termin vaikutuksesta, jotkavärähtelevät taajuudellaf = E n −E n 'ħ(64).Tämän perusteella voidaan ymmärtää sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutus varatunhiukkasen kanssa. Koska sähkömagneettinen säteily vuorovaikuttaa molekyylin varattujenhiukkasten kanssa, kaava (64) kuvaa säteilyn vuorovaikutusta molekyylien kanssa. (Brehm,Mullin, 1989 : 268-270)Esitetyn tarkastelun nojalla voidaan ymmärtää kaasumolekyylien energian kvantittuminen jasähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutus molekyylien kanssa. Kuvassa D.3 esitetyssämittaustuloksessa näkyy, että ilmamolekyylien energioiden kvantittumisesta johtuenilmakehän kaasut absorboivat joitakin säteilyn alueita paremmin kuin toisia.130

Kuva D.3: Ylhäällä olevan pienemmän kuvan mukaisessa satelliitin avulla tehdyssä mittauksessa saatujamittaustuloksia: havaitun auringon säteilyn aallonpituusspektri kuudella eri korkeuden h arvolla. Kun h onpieni, auringon säteily kulkee pidemmän matkan ilmakehän lävitse, kuin suurilla h:n arvoilla. Kuvassa näkyy,että ilmakehän kaasut absoroboivat auringon säteilystä tiettyjä aallonpituuksia (Taylor, 2004 : 94)Esimerkkejä1. Lasketaan arvio vetymolekyylin rotaatioenergialle, kun arvioidaan vetyatomin massaksi m 1,710 -27 kg (= 1,0 u = 931,5 MeV/c 2 ) ja atomien väliseksi keskimääräiseksi etäisyydeksiarvioidaan r 0 0,07 nm. Redusoitu massa on tällöin= m mmm = m 2Molekyylin rotaatiotilojen energialle saadaan kaavan (42) mukainen arvioE rot≈ ħ2 l l1= 1,0545727⋅10−34 Js 222 r 0 1,7⋅10 −27 kg⋅0,07⋅10 −9 m l 2 l1≈1,2⋅10−21 J ⋅l l1,missä l=1,2,3,...Elektronivolteissa ilmoitettuna tulos onE rot ≈7⋅10 −3 eV⋅l l1(Brehm, Mullin, 1989 : 524).2. Lasketaan arvio happimolekyylin O 2 vibraatiotilojen energialle käyttäen Morsenpotentiaalissa (46) arvoja A = 5,2 eV, r 0 = 0,12 nm ja a = 27 nm -1 ja atomin painona m =16 u.Tällöin = 8 u = 8(931,5 MeV/c 2 ). Vakion K arvoksi saadaan kaavan (48) mukaisesti131

K = d 2 V r=2 adr 2 A=7600 eVJ 2r=r 0nm 2 =1,2⋅103 m 2 .Morsen potentiaalin arvo kohdassa r 0 onV r 0=−ATällöin molekyylin vibraatiotilojen energiaksi saadaan kaavan (60) mukaisestiE vib =V r 0 ħ 0 n1 2 =− Aħ K n1 2 7600⋅10=−5,2eV6,582⋅10 eV⋅s⋅ 18 eV−16 m 28⋅931,5MeV /c ≈−5,2eV0,2eV 2 n 1 2missä n = 0,1,2, ...n 1 2Happimolekyyli hajoaa, jos säteilyn vaikutuksesta E vib ≥ 0.Esimerkkien 1 ja 2 energioita voidaan verrata atomin elektronin virittymisenergiaan, joka ontyypillisesti noin luokkaa 10 eV. (Brehm, Mullin, 1989 : 527)Liite E: SäteilypakoteKuten kolmannessa luvussa mainittiin, säteilypakote kuvaa kuinka paljon eri tekijät(esimerkiksi kasvihuonekaasu, ilmakehän aerosolit jne.) vaikuttavat säteilytasapainoon.Säteilypakote määritellään tietyn tekijän aiheuttamaksi muutokseksi pinnan ja troposfäärinmuodostaman systeemin säteilytaseessa, kun stratosfääri on hakeutunut tasapainoon, muttapinnan ja troposfäärin muodostaman systeemin lämpötila ei vielä ole muuttunut. Stratosfäärihakeutuu tasapainoon paljon nopeammin (muutamassa kuukaudessa) kuin pinnan jatroposfäärin muodostama systeemi, sillä jälkimmäisessä tapauksessa merien lämpeneminenuuteen tasapainolämpötilaan kestää kymmeniä tai jopa satoja vuosia. (Räisänen, 2004) Koskatroposfäärin ja stratosfäärin ilma sekoittuvat vain hitaasti keskenään, niiden lämpötila voimuuttua eri tavoin. Esimerkiksi hiilidioksidin kaksinkertaistuminen aiheuttaisi muutamassakuukaudessa stratosfäärin jäähtymistä, mutta vaikutus troposfäärin ja pinnan muodostamaansysteemiin olisi lämmittävä (Harvey, 2000). Määritelmästä nähdään, että tämä otetaanhuomioon säteilypakotetta laskettaessa.132

Liite F: PalauteilmiötPalauteilmiöillä viitataan prosesseihin, jotka seuraavat jonkin säteilypakotteeseen vaikuttavantekijän muutoksesta. Niillä on tärkeä vaikutus maan säteilytasapainoon. Muun muassaseuraavia ilmiöitä on huomioitava tarkasteluissa. Eri palauteilmiöiden vaikutusnopeudet ovaterilaisia. Esimerkiksi tavallisen merijään- ja lumipeitteen muutoksiin kuluva aika on vuodenluokkaa, mannerjäätiköiden jopa vuosituhansia. Kasvillisuuteen ja hiilen kiertoon liittyvätmuutokset voivat tapahtua vuosikymmenissä. Ilmastonmuutos vaikuttaa vesihöyryyn japilvisyyteen lähes välittömästi. (Harvey, 2000)1) Lämpösäteilyn lisääntyminen: Lämpötilan kasvaessa myös lämpösäteilyn määrä kasvaa(Räisänen, 2004).2) Vesihöyry: Ilman lämpötilan noustessa vesihöyrypitoisuus lisääntyy. Koska vesihöyry onvoimakas kasvihuonekaasu, sen pitoisuuden kasvaminen lisää kasvihuoneilmiön vaikutusta.3) Pilvet: Pilvien vaikutus on toisaalta jäähdyttävä ja toisaalta lämmittävä. Jäähdyttävävaikutus perustuu pilvien kykyyn heijastaa auringosta tulevaa säteilyä. Tämä vaikutus onsuurempi jos pilvi sijaitsee sellaisen pinnan yläpuolella, joka absorboi valoa voimakkaasti.Lämmittävä vaikutus perustuu siihen, että pilvi absorboi maasta tulevaa lämpösäteilyä jaemittoi sitä ylöspäin vähemmän kuin maan pinta, sillä pilvi on maan pintaa kylmempi. Jospilviä ei nykyisessä ilmastossa olisi, ilmasto olisi nykyistä lämpimämpi, koskatämänhetkisessä tilanteessa pilvien heijastava vaikutus keskimäärin ylittää niidenkasvihuonevaikutuksen. Pilvien vaikutus ilmastonmuutoksiin on erilainen: se riippuu siitä,miten pilvien määrä ja muut ominaisuudet muuttuvat maapallon lämmitessä. Koskajälkimmäiseen vaikutukseen liittyy monia tekijöitä, on epävarmaa, onko pilvienkokonaisvaikutus jäähdyttävä vai lämmittävä.4) Ilmakehän lämpötilarakenne: Mikäli troposfäärin yläosan lämpötila kohoaa alaosaaenemmän, maasta poistuvan lämpösäteilyn määrä kasvaisi. Toisaalta mikäli alaosa lämpeneeenemmän, olisi vaikutus päinvastainen.133

5) Jään ja lumen pinta-ala: Jään ja lumen väheneminen vähentää heijastuvan valon määrää,jolloin vaikutus on lämmittävä. Jään ja lumen vähenemisestä seuraava haihtumisenlisääntyminen voi toisaalta lisätä pilvien määrää.6) Kasvillisuus: Kasvillisuuden muutokset voivat vaikuttaa pinnan heijastuskykyyn. Katsomyös kohta 7).7) Hiilen kierto ilmakehässä: Ilmasto vaikuttaa eliöihin ja meriin, jolloin vaikutusta onluultavasti myös hiilidioksidin ja metaanin vapautumiseen ja sitoutumiseen.(Harvey, 2000 : 45-48)Liite G: Säteilypakotteeseen vaikuttavia tekijöitäKasvihuonekaasut. Eri kasvihuonekaasujen määrät ja vaikutukset vaihtelevat huomattavasti.Seuraavassa käsitellään kaasuja, jotka ovat peräisin ihmisen aiheuttamista päästöistä tai niistäseuraavista kemiallisista reaktioista. Pitkäikäiset kasvihuonekaasut, kuten esimerkiksihiilidioksidi, metaani ja typpioksiduuli (eli ilokaasu) ovat kemiallisesti stabiileja ja säilyvätilmakehässä kymmenistä satoihin vuosiin tai jopa pidempään, joten niillä on pitkäaikainenvaikutus ilmastoon. Lyhytikäiset kasvihuonekaasut, kuten esimerkiksi rikkidioksidi jahiilimonoksidi ovat kemiallisesti aktiivisia ja poistuvat hapettumisreaktion kautta.Hiilidioksidin, metaanin ja typpioksiduulin pitoisuus ilmakehässä ylittää selvästi teollistaaikaa edeltäneet arvot. Hiilidioksidia sitoutuu eliöiden toiminnan vaikutuksesta. Pitoisuudenkasvu, ilmastonmuutos ja monet muut tekijät kuitenkin vaikuttavat sitoutumiseen.Tämänhetkinen metaanipitoisuus ilmakehässä johtuu pääosin ihmisen toiminnasta.Metaanipitoisuuden kasvu on kuitenkin hidastunut, mikä johtuu luultavasti siitä, ettäpäästöjen määrä on pysynyt samana ja ilmakehä lähestyy tasapainotilaa. Nitraattioksidinpitoisuuden kasvu johtuu pääosin ihmisen toiminnan vaikutuksesta, erityisestimaanviljelyksestä ja maankäytön muutoksista. CFC ja HCFC kaasut ovat kasvihuonekaasujaja ne ovat peräisin ihmisen toiminnasta. CFC-yhdisteiden päästöt ovat vähentyneet Montrealinilmastosopimuksen jälkeen. Useimpien HCFC yhdisteiden määrät sen sijaan kasvavat134

edelleen (IPCC 2007 WG1 Ch.2 kuva 2.6), joskin niiden merkitys kasvihuoneilmiön kannaltaon toistaiseksi hyvin pieni. Troposfäärin otsoni on lyhytikäinen kasvihuonekaasu, jota syntyykemiallisissa reaktioissa.Aerosolit. Aerosolit ovat ilmakehän pienihiukkasia. Niiden tuntemus on parantunut viimevuosina. Erilaisten aerosolien kyky absorboida ja sirottaa säteilyä vaihtelee, jonkaseurauksena myös vaihtelee se, onko vaikutus lämmittävä vai viilentävä. Teollisuudestaperäisin olevien aerosolien koostumus on pääosin sulfaatteja, orgaanista ja mustaa hiiltä,nitraatteja ja teollisuuspölyä. Aerosolien vaikutus pilviin aiheuttaa epäsuorasti albedonkasvamista. Aerosolit vaikuttavat myös pilvien elinikään sekä jään muodostumiseen pilvissä.Sekä aerosolien pitoisuuksien mittaamiseen että niiden mallintamiseen liittyy vielä paljonepävarmuutta.Lentokoneiden jäljet ja niiden vaikutus pilviin. Lentokoneiden jättämillä jäljilllä onluultavasti pieni vaikutus säteilypakotteeseen. Niiden suora vaikutus, sekä vaikutus pilviintunnetaan heikosti.Auringon aktiivisuus ja tulivuorten purkaukset. Auringon toimintaa on seurattuyhtäjaksoisesti 28 vuoden ajan ja mittaustulosten perusteella auringon säteilyteho vaihtelee 11vuoden jaksossa 0,08 % verran. Selvää pidempiaikaista muutoksen suuntaa ei olehavaittavissa. Aihe tunnetaan vielä heikosti. On ehdotettu, että auringon toiminnastaseuraavilla kosmisilla säteillä voisi olla vaikutusta ilmakehän pilvipeitteeseen. Teoria onsaanut empiiristä tukea, mutta todistusaineisto tällaisesta vaikutuksesta on vielä epävarma.Voimakkaat tulivuorenpurkaukset voivat lisätä huomattavasti aerosolien määrää ja yksikintulivuoren purkautuminen voi jäähdyttää maapallon keskilämpötilaa muutaman vuoden ajan.Muita vaikutuksia. Ihmisen toiminnasta seurannut maankäytön muutos on kasvattanutmaapallon albedoa hiukan, jolloin sillä on luultavasti pieni viilentävä vaikutus. Lumeensekoittuva musta hiili puolestaan pienentää albedoa hiukan, jolloin sillä on luultavasti pienilämmittävä vaikutus.(IPCC 2007, WG1, TS :23-32)135

Liite H: IlmastomallitJotta säähän ja ilmastoon liittyviä ennusteita olisi mahdollista tehdä, tarvitaan tietokoneitasuorittamaan laskutoimituksia 14 . Tietokoneiden avulla laskettavat ilmastomallit perustuvatfysikaalisia prosesseja ja liikkeitä kuvaaviin matemaattisiin yhtälöihin. Vaikka yli 10 päiväntarkkojen sääennusteiden luotettavuus on jo heikko, mallien avulla voidaan laskea ennusteitakeskimääräisille arvoille, sillä keskimääräisiin arvoihin alkutilan arvojen virheet vaikuttavatpaljon vähemmän kuin sääennustuksissa laskettaviin hetkellisiin arvoihin (Räisänen, 2004).Kolmiulotteisessa kytketyssä ilmastomallissa fysikaalisien suureiden arvojen jakaumaailmakehässä ja valtamerissä kuvataan hilapisteiköllä, jossa suureita kuvaavat arvot onsijoitettu kolmiulotteiseen hilaanKuva H.1: Kolmiulotteisessa kytketyssä ilmastomallissa suureita kuvaavat arvot on sijoitettu kolmiulotteiseenhilaan (Räisänen, 2004 : 79)Mallissa otetaan huomioon liitteessä F esitetyt palauteilmiöt ja eri osa-alueiden välinenvuorovaikutus. Tietokoneiden laskentatehon kehittyessä ilmastomallien tarkkuus ja ennusteetovat parantuneet.14 Lewis Fry Richardson teki ensimmäisen numeerisen sääennusteen vuonna 1922 ilman tietokoneen apua,mutta kuuden tunnin ennusteen laskemiseen kului häneltä kuusi kuukautta, joten käytännöllinen hyöty olitällöin vähäinen. (Houghton)136

CLIMATE MODEL EVOLUTION1975 1985 1992 1997 2004/05 2009/11?Atmosphere Atmosphere Atmosphere Atmosphere Atmosphere AtmosphereLand surfaceLand surfaceLand surfaceLand surfaceOcean & sea-ice Ocean & sea-ice Ocean & sea-iceSulphateaerosolSulphateaerosolNon-sulphateaerosolLand surface+ land ice?NewOcean & sea-iceSulphateaerosolNon-sulphateaerosolCarbon(+ N?) cycleAtmosphericchemistryOff-linemodelsOcean & sea-icemodelSulphurcycle modelLand carboncycle modelOcean carboncycle modelNon-sulphateaerosolsCarboncycle modelAtmosphericchemistryAtmosphericchemistryKuva H.2: Ilmastomallien kehittyminen (Taalas, 2007).Mallin luotettavuutta voidaan arvioida käyttämällä mallia aikaisempien vuosien ilmastontietojen avulla määritettyjen reunaehtojen avulla joidenkin vuosien ajan ja vertaamalla mallinantamaa tulosta tämän päivän mitattuihin arvoihin. Mallia voidaan arvioida myös asettamallareunaehdoiksi maan radan muutoksista riippuvien muuttujien arvoja, jotka voidaan laskeatunnetun maan asennon muutoksen avulla ja vertaamalla mallin antamaa tulosta fossiilistenlöydösten avulla tehtyihin päätelmiin. Kolmas tapa arvioida mallien toimintaa on laskeaniiden avulla suuriin ilmakehän tapahtumiin, kuten El Nino ilmiöön, liittyviä ennustuksia.Ilmastomallien avulla havaitaan, että ihmisen toiminta antaa uskottavan selityksen viimevuosikymmenen lämpötilan muutoksille, mutta parhaimman selityksen tarjoavat mallit, jossaon otettu huomioon sekä ihmisen toiminnan vaikutus että luonnolliset tekijät. Meretvaikuttavat lämpötilojen muutokseen hidastavasti, jolloin systeemin asettuminen tasapainoonkestää kauemmin ja ilman niiden vaikutusta ilmaston lämpötilan kasvu olisi luultavasti ollutvoimakkaampaa.137

Tietokoneiden laskentatehon rajoituksista johtuen käytettyjen maailmanlaajuisten mallienavulla on voitu laskea suuressa mittakaavassa (hilan koko n. 300 km) ennusteita ilmastonkäyttäytymiselle. Jotta voitaisiin ennustaa ilmaston käyttäytymistä myös pienemmässämittakaavassa (25 tai 50 km), on kehitetty myös alueellisia ilmastomalleja, joihin syötetääntietoja suuremman mittakaavan mallista ja lasketaan tarkempi alueellinen ennuste.Biologisia ja kemiallisia prosesseja ja hiilen kiertoa on tähän mennessä mallinnettuyksinkertaisilla ei-interaktiivisilla malleilla. Tietokoneiden laskentatehon kehittyessä onmahdollista tulevaisuudessa ottaa nämäkin tekijät paremmin huomioon. Tietokoneiden nopeakehittyminen on mahdollistanut ilmastomallien luotettavuuden paranemisen, jolloin niidenantamia tuloksia voidaan käyttää uskottavana perusteena päätöstenteossa. Mallinnus onedelleen nopeasti kehittyvä tieteenala.(Houghton, 2004 : 77-111)Liite I: Erilaiset tulevaisuudenskenaariotSeuraavassa on esitetty erilaisia tulevaisuudenskenaarioita, jotka ovat toimineet lähtökohtinatulevaisuuden kasvihuonekaasupäästöjen ennakoimisessa.A1F1, A1T, A1B:●●●●●●Nopea ekonominen kasvu.Väestön kasvu saavuttaa huippunsa vuosisadan puolessa välissä ja kääntyylaskuunNopeasti kehittyvät uudet teknologiat.Alueellinen yhdentyminen, sosiaaliset ja kulttuuriset vuorovaikutukset.Alueellisten erojen vähentyminen.Kolme eri skenaariota, joille edellä olevat kohdat ovat yhteisiä:●●●A1FI: runsas fossiilisten polttoaineiden hyödyntäminen.A1T: muiden energianlähteiden kuin fossiilisien polttoaineidenhyödyntäminen.A1B: tasapaino eri energianlähteiden välillä.138

A2:●●●●Hyvin heterogeeninen (alueellisesti eriytynyt) maailma.Alueet luottavat omaan toimintaansa ja paikallisia identiteettejä pyritäänsäilyttämään.Syntyvyys vähenee hitaasti, josta seuraa väkiluvun kasvaminenTaloudellinen kasvu on erilaista eri alueilla ja hitaampaa kuin muissaskenaarioissaB1:●●●●●Vastaavanlainen väestönkasvu kuin A1 skenaarioissaNopea muutos taloudessa kohti palvelu- ja informaatioyhteiskuntaaPuhtaan ja resurssitehokkaiden teknologioiden nopea käyttöönottoPyrkimys maailmanlaajuisin taloudellisiin, sosiaalisiin ja ympäristöähuomioiviin ratkaisuihin sekä oikeudenmukaisuuden kehittymiseenEi muita ilmastoon liittyviä toimiaB2:●Painotus alueellisiin ratkaisuihin taloudellisissa, sosiaalisissa jaympäristökysymyksissä.● Väestö kasvaa, mutta hitaammin kuin skenaariossa A2.●Taloudellinen kehitys ei nopeaa eikä hidasta.● Hitaampi ja moninaisempi teknologinen muutos kuin skenaarioissa B1 ja A1.●Vaikka suuntaus on kohti ympäristön suojelua ja sosiaalista tasa-arvoa, kehitystapahtuu paikallisesti ja valtiollisella tasolla.Skenaarioissa ei ole huomioitu muita ilmastoon liittyviä toimia. Tämä tarkoittaa, ettäesimerkiksi UNFCCC:n ja Kyoton ilmastosopimuksia ei olla huomioitu.(IPCC 2007 WG1 SPM : 18)139

Liite J: Lämpötilojen määrittäminenNoin vuodesta 1860 alkaen maapallon keskilämpötila voidaan laskea lämpömittarien avullasaadun tiedon perusteella seuraavalla tavalla. Mitattujen arvojen perusteella lasketaanalueellinen keskiarvo, jonka jälkeen maapallon keskilämpötila lasketaan alueellistenkeskiarvojen keskiarvona painottaen alueellisia arvoja pinta-alojen suuruudella. Maanpinnalla lämpötilan määrityksessä on käytetty sellaisia mittauspisteitä, jotka ovat olleetsamassa paikassa riittävän pitkän ajan. Merellä erilaisia lämpötilamittauksia on tehtylaivoissa. Viimeisen kolmenkymmenen vuoden aikana vapaan ilmakehän lämpötiloista onsaatu tietoja säähavaintopallojen ja satelliittien avulla. Mittauksiin liittyviä virhetekijöitä ontutkittu useissa toisistaan riippumattomissa tutkimuksissa. Esimerkiksi kaupungistumisenvaikutuksia maalla sijaitsevien mittauspisteiden havaitsemaan lämpötilaan sekä merivedenlämpötilan määrityksessä käytettyjen erilaisten menetelmien vaikutusta tuloksiin on tutkittu.Mittausten luotettavuutta on arvioitu vertaamalla erilaisten lähteiden avulla laskettujenkeskiarvojen vastaavuuksia, esimerkiksi maa- ja merilämpötilojen tai pohjoisen ja eteläisenpallonpuoliskon lämpötilojen keskiarvoja. Myös erilaiset epäsuorat havainnot, kutenesimerkiksi lumi- ja jääpeitteen kutistuminen tukevat lämpötilamittausten avulla saatuakäsitystä. Muita säähän liittyviä tekijöitä on mitattu viimeisen 140 vuoden ajan. Tätäaikaisemmat tiedot ovat hajanaisia ja epäluotettavia. Esimerkiksi 200 vuotta sitten käytettyjälämpömittareita ei yleensä oltu kalibroitu. Viimeisen tuhannen vuoden ajalta ilmastoonliittyviä tietoja saadaan kuitenkin monista epäsuorista lähteistä. Tietoja yhdistämällä voidaansaada arvioita menneestä ilmastosta. Lähteinä käytetään jään ytimestä saatuja näytteitä, puunvuosirenkaita, koralleja ja historiallisia tietoja. Miljoonan vuoden aikavälillä tulkinnat ovatluonnosta löytyvien epäsuorien lähteiden varassa. Eräitä tärkeitä tietolähteitä ovat Grönlanninja Antarktiksen jäätiköt. Satava lumi kerrostuu jäätiköihin ja vanhemmat kerrokset jäävätalemmaksi. Kerroksia tutkitaan kairaamalla jäätä syvältä. Esimerkiksi antarktiksella 3,5kilometrin syvyisen reiän pohjalla oleva jää on satanut yli 400 000 vuotta sitten. Jään 18 Oisotoopin pitoisuuden avulla voidaan määrittää arktisten alueiden lämpötiloja seuraavasti.Veden höyrystyessä ja tiivistyessä höyryssä ja jääkiteissä olevan isotoopin 18 O osuus riippuulämpötilasta. Tutkimalla jäässä olevia isotooppipitoisuuksia voidaan näin ollen arvioida lumenmuodostumisen aikana vallinneita lämpötiloja. Myös ilmakehän kaasujen pitoisuuksiavoidaan arvioida jäähän jääneiden ilmakuplien avulla. Meren isotooppipitoisuutta eri aikoinaon arvioitu korallien ja meren pohjan sedimenttien avulla. Näiden ikiä puolestaan arvioidaan140

adioaktiivisen 14 C isotoopin hajoamisen perusteella sekä merkittävien menneidentapahtumien korrelaation avulla. (Houghton, 2004) 14 C isotoopin perusteella tehtävä määritysperustuu siihen, että elävä eliö käyttää ravintonaan aineita, jotka sisältävät 14 C isotooppia.Eliön kuoltua isotooppipitoisuus alkaa vähentyä isotoopin hajotessa ajan kuluessa.Pitoisuuden avulla voidaan siis määrittää eliön ikä.Liite K: Ilmastonvaihteluita ja ekologisia muutoksia eriaikakausiltaSeuraavissa kolmessa kuvassa on esitetty tietoja eri aikoina vallinneesta ilmastosta,tapahtumista sekä eliöiden kehittymisestä. Aikoja on suhteutettu yhden vuorokaudenkellonaikoihin havainnollistuksen vuoksi. Tällöin maapallon syntymistä vastaa klo 0:00 janykyhetki olisi havainnollistuksessa 24 tunnin kuluttua. Taulukko on laadittu JormaKeskitalon teoksen Maapallon muuttuva ilmasto perusteella (Keskitalo, 2005)Kuva K.1: Ilmaston ja eliöiden kehittyminen (n. 30 miljoonaa vuotta sitten - nykyhetkeen). Taulukko on laadittuJorma Keskitalon teoksen perusteella. (Keskitalo, 2005)141

Kuva K.2: Ilmaston ja eliöiden kehittyminen (n. 400 miljoonaa vuotta sitten – 30 miljoonaa vuotta sitten).Taulukko on laadittu Jorma Keskitalon teoksen perusteella.(Keskitalo, 2005)Kuva K.3: Ilmaston ja eliöiden kehittyminen (n. 4,5 miljardia vuotta sitten – n. 400 miljoonaa vuotta sitten).Taulukko on laadittu Jorma Keskitalon teoksen perusteella. (Keskitalo, 2005)Kuvissa K.1, K.2 ja K.3 esiintyneet alaviitteet: (1): Keskitalon mukaan ”tapahtuma on ollut luonnontutkijoillemelkoinen mysteerio”, mutta tiedetään että ”ekokatastrofin aiheutti ankara ilmastonmuutos, joka antaa142

pohtimisen aihetta myös maapallon tulevaisuuden arvioinnille”. Esitettyjä teorioita: laakiobasalttipurkauksia,joista olisi purkautunut pienhiukkasia ja kasvihuonekaasuja; metaanipurkaukset merenpohjasta; asteroidintörmäys maahan. (2): Ilmastonmuutoksen syyksi on esitetty metaanin purkautumista merenalaisista kätköistä taiturvepalojen aiheuttamia hiilidioksidipäästöjä. (3): Keskinen esittelee Mark Canen ja Peter Molnarin teoriaa,jonka mukaan Itä-afrikan kuivuminen johtui eteläisten merivirtojen heikkenemisestä. Tämä olisi voinut aiheuttaamyös maailmanlaajuiseen ilmastonmuutokseen ja käynnistää jääkausien sarjan, joka jatkuu edelleen.Liite L: Maapallon liikkeen vaikutus lämpötiloihinMaapallon liikkeessä auringon suhteen on kolme säännönmukaista vaihtelua. Ensimmäinenvaihtelu johtuu maan elliptisen radan eksentrisyyden vaihtelusta. Vaihtelun jaksonaika on noin100 000 vuotta. Toinen vaihtelu johtuu maan pyörimisakselin kaltevuuskulman vaihtelusta.Tämän vaihtelun jaksonaika on noin 41 000 vuotta. Kolmas vaihtelu liittyy siihen, että aikajolloin maa on lähinnä aurinkoa vaihtelee. Tämän vaihtelun jaksonaika on 23 000 vuotta.Vaikka maahan tulevan säteilyn kokonaismäärä vaihteleekin vain vähän, on vaihtelusuurempaa napojen lähettyvillä. James Croll (1821-1890) [7] ehdotti 1867, että suuretjääkaudet voisivat liittyä tähän jaksottaiseen vaihteluun. Milutin Milankovich (1879-1958) [8]kehitti vuonna 1920 näiden ajatusten pohjalta teorian, joka on saanut tukea tehdyistälämpötilamäärityksistä. Pohjoisille alueille tulevan säteilytehon vaihtelun ja jään määränvälillä on havaittu yhteys.143

Kuva L.1: a) Maan radan muutoksia rataellipsin eksentrisyydessä, pyörimisakselin suunnassa sekä ajassa,jolloin maa on lähinnä aurinkoa. b) Muutosten vaikutus navoille kesällä tulevaan auringonsäteilyyn (miljooniajouleja neliömetrille päivässä). c) Vaikutus jään tilavuuteen navoilla. (Houghton, 2004 : 71)Säteilytehon vaikutukset eivät kuitenkaan yksinään pysty selittämään niin voimakkaitailmastonvaihteluita, kuin mittausten perusteella on havaittu. On huomioitava myös muitavaikuttavia tekijöitä. Hiilidioksidipitoisuus on tässä tapauksessa eräs lämpötilasta riippuvapalauteilmiö, joka omalta osaltaan on myös voinut vaikuttaa ilmaston lämpötilaan esimerkiksivahvistamalla lämmittävää vaikutusta. (Houghton, 2004)144