Turun ammattikorkeakoulun Energia- ja ympäristötekniikan opiskelija Elisa Walli perehtyi opinnäytetyössään siihen, kuinka laboratoriossa tehtävien inkubaatiokokeiden avulla voidaan arvioida imuruoppauksen vaikutuksia hapettoman merenpohjan kunnostukseen ja merenpohjaan sedimentöityneiden ravinteiden vapautumiseen veteen. Opinnäytetyön tuloksena havaittiin, että imuruoppaus saattaisi soveltua esimerkiksi rehevöityneiden lahtien hoitomuodoksi.

Itämeren haasteena on rehevöityminen

Itämeri on ainutlaatuinen merikokonaisuus. Sen ekosysteemistä tekee ainutlaatuisen mm. veden alhainen suolapitoisuus, matala keskisyvyys sekä laaja valuma-alue, joka levittäytyy 14 valtion alueelle. Itämeren suurin haaste on rehevöityminen ja suurin osa rehevöitymistä aiheuttavista ravinteista on peräisin valuma-alueelta. Valuma-alueen kuormituksen vähentämiseen on kiinnitetty runsaasti huomiota viime vuosikymmeninä ja erilaisilla kohdennetuilla vähentämistoimenpiteillä, kuten esimerkiksi parantuneella jätevedenpuhdistuksella, on saatu päästöjä vähennettyä.

Itämeren pohjasta löytyy kuitenkin ikävä yllätys. Vuosikymmenten aikana meren pohjan sedimenttiin on sitoutunut runsaasti valuma-alueelta mereen huuhtoutuneita ravinteita. Otollisissa oloissa sedimentin ravinteet vapautuvat takaisin vesistöön. Tätä prosessia kutsustaan sisäiseksi kierroksi. Ravinteiden vapautuminen sedimentistä takaisin veteen on seurausta kemiallisista reaktioista, jotka saavat alkunsa, kun meren pohjalla veden happipitoisuus laskee riittävän alas. Veden happipitoisuutta laskee orgaanisen aineen, kuten levän hajoamisprosessi. Kuollut levä vajoaa merenpohjaan, jossa sen hajottaminen kuluttaa happea. Matalan happitason seurauksena merenpohjan sedimentistä vapautuu ravinteita takaisin veteen ruokkimaan uusia leväkukintoja. Näin pääsee muodostumaan noidankehä, jossa rehevöityminen ruokkii itseään.

Itämeren suojeluun saadaan voimaa yhteistyöstä

Itämeren suojelua edistetään muun muassa erilaisilla yhteistyöhankkeilla. Elisa Wallin opinnäytetyö tehtiin osana SEABASED-hankkeen (Seabased measures in Baltic Sea Nutrient Management) toimenpiteitä. Hankkeen tavoitteena oli vähentää rehevöitymisen vaikutuksia Itämeressä ja siinä pilotoitiin ja arvioitiin valituilla rannikkoalueilla toimia, joilla tähdätään merialueen tilan parantamiseen meren sisäistä kuormitusta vähentämällä. Toimia olivat esimerkiksi ravinteikkaan sedimentin pintakerroksen poistaminen tai peittäminen.

Varsinais-Suomen ELY-keskus vastasi hankkeen pilotista, jonka tavoitteena oli arvioida sedimentin pintakerroksen poiston vaikutusta ravinteiden kiertoon sedimentin ja veden välillä. Kokeen toteuttaminen valitussa kohteessa merellä osoittautui liian kalliiksi. Sen sijaan koe toteutettiin laboratoriossa. ELY-keskuksen pyynnöstä Turun ammattikorkeakoulun vesitekniikan, sekä bio- ja kemiatekniikan henkilökunta ja opiskelijat selvittivät laboratoriossa tehtävien inkubointikokeiden avulla hapettoman merenpohjan imuruoppauksen vaikutusta sisäiseen kiertoon ja hapenkulutukseen. Tutkimusta varten suunniteltiin  ja rakennettiin stabiili tutkimusympäristö Houtskarin Hålax vikistä noudetuille koeyksikölle.

Inkubointitutkimuksen toteuttaminen

Koeyksiköt  koostuivat noin metrin mittaisista ontoista muoviputkista, jotka olivat tulpattu molemmista päistä. Putkien sisällä oli Hålax vikin merenpohjasta nostettu häiriintymätön sedimenttinäyte ja sen päällä kerros samalta pisteeltä nostettua merivettä. Koeyksiköt noudettiin Hålax vikistä  Meritaidon sukeltajien toimesta. Häiriintymättömät sedimenttinäytteet haettiin työntämällä näyteputket pehmeään sedimenttiin ja tulppaamalla putket ennen niiden nostamista pinnalle.

Inkubointikokeilla tutkittiin eri muuttujien vaikutuksia ravinteiden vapautumiseen ja hapen kulutukseen. Tutkimuksissa muuttujina olivat muun muassa eri paksuisten sedimenttikerrosten poistaminen ja happipitoisuus. Erityisen kiinnostuneita oltiin happipitoisuuksien muutoksista, sekä veden ja sedimentin ravinnepitoisuuksista.

Tutkimuksen taustalla oli ajatus siitä, että poistamalla sedimentin päällimmäinen, ravinnerikkain kerros, poistetaan samalla suurin osa niistä ravinteista, jotka sisäisen kierron seurauksena vapautuisivat takaisin vesistöön. Näin ollen myös tuleville leväkukinnoille olisi tarjolla vähemmän ravinteita, jolloin voitaisiin hillitä leväkukintoja ja sitä kautta vähentää pohjaan vajoavan biologisen massan määrää. Kun massaa on vähemmä, voitaisiin vähentää myös kuolleen levämassan hajoamiseen kuluvan hapen määrä, jolloin meren pohjan happipitoisuus pysyisi korkeampana.

Inkubointitutkimuksen tulokset

Laboratoriossa tehdyissä inkubointikokeissa saavutettiin parhaat tulokset,  kun sedimenttiä poistettiin  25 cm koeyksikön pinnalta. Koetulosten perusteella kuitenkin jo 5 cm sedimentinpoistolla oli havaittavissa positiivisia vaikutuksia. Tuloksien tulkintaa kuitenkin hankaloitti inkubointien aikana havaittu oletettua nopeampi hapenkulutus. Tämä vaikeutti tulosten keskinäistä vertailua. Vaikka positiivisia vaikutuksia oli havaittavissa, eivät ne olleet tässä tutkimuksessa niin merkittäviä, että niiden pohjalta pystyttäisiin varmasti päättelemään, onko sedimentin poistolla riittävän suurta hyötyarvoa, vai loppuisiko alusveden happi silti. Sedimentin poiston vaikutuksia merien kunnostamisen toimenpiteenä ja sisäisen kierron katkaisijana onkin syytä tutkia vielä lisää laboratoriossa, ennen käytännönkokeisiin ryhtymistä.

Elisa Walli
Turun ammattikorkeakoulun energia ja ympäristötekniikan opiskelija

Hannamaria Yliruusi
Lehtori, Turun ammattikorkeakoulu