Aranda lähtee syksyn Maameri-matkalle Helsingin Ruoholahdesta sunnuntai-illan pimeyteen.

Viikon tutkimusurakkamme alkaa matkakokouksen jälkeen makoisilla yöunilla. Kun aamu valkenee, olemme sopivasti ensimmäisellä pisteellä Hangon edustalla.

Maameri-hankkeessa tutkimme, miten maalta tuleva ravinnekuormitus vaikuttaa Saaristomeren ekosysteemiin. Erityisesti tutkijoita kiinnostavat maalta kulkeutuva partikkelimainen aines, pohjan kerrostumien eli sedimenttien osuus kuormituksessa sekä fosforikuormituksen ja eliöstön vuorovaikutus. Tämä on myös rehevöitymisen, esimerkiksi kaikkien näkemien leväkukintojen taustalla.

Hankkeessa on Suomen ympäristökeskuksen eli Syken merikeskuksen lisäksi mukana Helsingin yliopisto, Turun yliopisto, Geologian tutkimuskeskus, Ilmatieteen laitos ja Varsinais-Suomen ELY-keskus. Tämänkertaisen Arandan matkan nimi on Maameri 3, mikä tarkoittaa sitä, että olemme hankkeen kolmannella matkalla. Maameri-hanke on myös osa Ympäristöministeriön Veden vuoro -ohjelmaa.

Maameri-matkalla tutkitaan merenpohjan sedimenttejä ja niiden kautta ravinnekuormituksen vaikutusta Saaristomeren ekosysteemiin.

Jo ennen aamupalaa alueella on aloitettu sedimenttien eli merenpohjan kerrostumien kaikuluotaus, jolla merenpohjasta etsitään sopiva pehmeä alue. Istumme kollegojen kanssa pitkästä aikaa saman pöydän ääressä ja vaihdoimme kuulumisia. Omaan pöytääni osuvat tällä kertaa Syken merikeskuksesta meren kemiaa ja biogeokemiaa selvittävä erikoistutkija Kaarina Lukkari, mikrobeihin erikoistunut meribiologi ja hankkeen johtaja Hermanni Kaartokallio, sekä merigeologi Joonas Virtasalo GTK:lta.

Joonas tulee aamupalalle yläkannelta kaikuluotaamasta. Hän oli etsimässä sopivaa pohjaa ja aseman tarkkaa sijaintia. Niin, aseman, se on tutkijapuhetta näytteenottopaikasta, jolle alus pysähtyy ja pysyy hienon potkurijärjestelmänsä avulla automaattisesti paikallaan kymmenien senttien tarkkuudella.

”Kerrostumispohjat erottuvat harmaasävyisissä luotausprofiileissa vaaleanharmaina, sillä veden ja juuri kerrostuneen sedimentin välinen tiheysero on pieni”, Joonas Virtasalo kertoo.

Syvyyttä Arandan alla on nyt 52 metriä.

Kerrostumispohja on kuin iso kulho, johon kerrostuu vedestä laskeutuvaa ja pohjan myötäisten virtausten mukana kulkeutuvaa ainesta. Saaristomeren kerrostumispohjista on yllättävän vähän tietoa, vaikka ne ovat rehevöitymisen kannaltakin merkittäviä. Matalan veden pohjille ei yleensä kerry sedimentoituvaa ainesta pysyvästi, vaan se kulkeutuu pohjan myötäisesti virtausten mukana syvemmälle kerrostumispohjille, mihin aines kerrostuu ja hautautuu uusien kerrosten alle.

Tähän mennessä Maameri hankkeessa on tehty kolme näytteenottomatkaa Arandalla. Hankkeen tällä erää viimeinen matka on luvassa toukokuussa 2022.

Kun happi loppuu, rehevöittäviä ravinteita vapautuu pohjasta

Kerrostumispohjat kiinnostavat myös ekologeja, sillä jos niiltä loppuu happi, pohjaan varastoitunutta fosforia alkaa vapautua veteen ja sillä on seurauksia. Kun pohjalle kertyvää orgaanista ainesta on runsaasti, kuten rehevöityneillä alueilla usein on, sen hajoaminen kuluttaa happea ja voi heikentää pohjan happitilannetta. Vähähappisilta pohjilta alkaa vapautua pohjan kerrostumiin kertyneitä ravinteita, ja lisäksi hapettomuus heikentää pohjaeläinyhteisöjä.

Kerrostumispohjien happitilanne onkin tärkeässä osassa, kun arvioidaan alueen sisäistä fosforikuormitusta. Jos pohja on hapeton, sen vapauttama fosfori voi lisätä muun muassa sinileväkukintoja, mikäli se pääsee sekoittumaan pinnanläheiseen tuottavaan vesikerrokseen.

Kerrostumispohjat ovat myös geologien aarreaitta, sillä kerrostumia voi olla hyvinkin pitkältä ajalta. Joonas Virtasalo kertookin, että Suomen rannikon sedimentteihin on taltioitunut alueen koko viime jääkauden jälkeinen historia. Tältä aamun ensimmäiseltä asemalta kaksiputkinen raskas Gemax-sedimenttinoudin osuu kovaan pohjaan eikä tuo sopivaa näytettä tullessaan, ja matka jatkuu suoraan seuraavalle näytepisteelle.

Suomen rannikon sedimentteihin on taltioitunut alueen koko viime jääkauden jälkeinen historia.

Päivän toisella pisteellä etäällä näkyvän Bengtskärin majakan ja Hiittisen saarten välissä olemme kerrostumapohjan yllä. Vettä on kölin alla 46 metriä. Arandaa pidetään paikallaan tunnistetun näytepisteen päällä, ja ensimmäisenä veteen lasketaan iso niin sanottu CTD-rosette vesinäytteiden ottoa varten. Se mittaa vedestä perusominaisuuksia, kuten lämpötilaa suolaisuutta ja happipitoisuutta.

CTD-rosette mittaa vedestä perusominaisuuksia, kuten lämpötilaa suolaisuutta ja happipitoisuutta.

Laitteessa on näytteenottoputkien kehä, joilla vesipatsaasta voidaan ottaa halutuilta syvyyksiltä vesinäytteitä. Lisäksi pohjan läheisestä vedestä otetaan näyte erillisellä Hydrobios-näytteenottimella. Vesinäytteet päätyvät useisiin eri näytepulloihin, ja niistä määritetään pH, hapen tai rikkivedyn pitoisuus, ravinteita ja vielä klorofylli ja sameus. Näitä tietoja käytetään yhdessä sedimenttianalyysien kanssa, kun selvitetään millä alueilla fosforia vapautuu vesipatsaaseen.

Saaristomeri on melko matala, sen keskisyvyys on vain 23 metriä. Matalammat alueet ovat pääosin sisäsaaristossa. Niille Aranda ei pääse näytteenottoon, koska laivan isojen potkurien pohjaa sekoittavan vaikutuksen vuoksi minimisyvyys näytteenotolle on parikymmentä metriä. Onneksi Maameri-hankkeessa tehdään töitä myös pienemmillä aluksilla.

Saaristomeren syvyyskartta. Huomaa muuta aluetta syvemmät kanjonit.

Arandan ohella työssä ovat Augusta ja Aurelia

Helsingin yliopiston Tvärminnen tutkimusaseman tuliterä tutkimusalus Augusta tekee samaan aikaan näytteenottoa Paimionlahdella. Lisäksi Seilin Aurelia ja GTK:n Geomari seilaavat Saaristomerellä luotaamassa ja ottamassa näytteitä. Åbo Akademin tutkijat taas noutavat näytteitä makrolevistä veneestä ja snorklaamalla.

Saaristomeri on Suomen viimeinen jäljellä oleva Itämeren suojelukomission HELCOMin suuren kuormituksen alue eli hot spot. Vaikka vesiensuojelutyötä on tehty alueella jo pitkään, meren tila ei ole parantunut odotetusti, mikä näkyy varsinkin kesällä alueella kulkijoille veden sameutena ja sinileväkukintoina.

Aranda ja me tutkijat olemme täällä siksi, että tarkennamme kuvaa siitä, miten fosfori alueella liikkuu, miten maalta tuleva kuormitus leviää, paljonko kuormitusta pääaltaalta kulkeutuu veden mukana, mihin nämä ravinteet päätyvät ja miten ne vaikuttavat Saaristomeren ekosysteemissä.

Jokien ja avomerien välissä

Tiedetään, että Saaristomerelle tulee paljon ravinteita ja partikkeliainesta jokien mukana. Saaristomeren sisäosiin virtaa useampi merkittävä joki: Laajoki ja Mynäjoki, Aurajoki, Paimionjoki sekä Halikonjoki ja Uskelanjoki joista monella on maatalousvaltainen valuma-alue ja paljon eroosiolle alttiita savimaita. Jokien kuormitus vaikuttaakin erityisesti sisäsaariston vesien tilaan.

Me kellumme tässä suurten kuormituslähteiden välissä, sillä Saaristomeren eteläpuolella on Itämeren pääallas, jonka pohjan valtavien hapettomien alueiden sedimenteistä vapautuu jatkuvasti rehevöittävää fosforia, mikä virtausten mukana päätyy myös Saaristomerelle. Tällä matkalla kuljetaan pitkin Saaristomeren eteläreunaa. Sisemmällä saaristossa on käyty jo aiemmilla matkoilla.

Jokien kuormitus vaikuttaa erityisesti sisäsaariston vesien tilaan.

Matkoilla olen oppinut itsekin muun muassa sedimenteistä ja niiden keskeisestä roolista fosforin kierrossa. Hankkeessa sedimenttien kemian tutkimuksesta vastaa Kaarina Lukkari Syken merikeskuksesta. Olen oppinut muun muassa, että fosforia esiintyy sedimenteissä liukoisuudeltaan ja sitoutumiseltaan erilaisissa muodoissa.

Osa fosforista voi ajan myötä vapautua veteen eliöille käyttökelpoisessa muodossa, osa taas hautautuu ja poistuu ravinnekierrosta. Sisäisen kuormituksen arvioimisessa erityisesti se osa sedimentin fosforista, joka voi palata sedimentistä takaisin veteen, on tärkeää.

Pohjan happiolot vaikuttavat fosforin sitoutumiseen ja tätä kautta myös siihen, mikä osa fosforista voi vapautua kiertoon ja eliöiden käytettäväksi.

Eloperäisen aineksen, kuten kuolleiden kasvien ja eliöiden osien hajoaminen kuluttaa happea. Hapettomuus voi puolestaan johtaa fosforia sitovien rautayhdisteiden hajoamiseen ja vapauttaa fosforia. Jos pohjan happiolosuhteet ovat hyvät, vapautunut fosfori voi myös sitoutua sedimentteihin.

”Liukoinen fosfori vedessä on tärkeässä roolissa paitsi kasviplanktonille yleensä, myös erityisesti sinileväkukintojen muodostumisessa”, sanoo Syken merien saastuminen -yksikön johtava tutkija Hermanni Kaartokallio.

”Itämeren rihmamaiset sinilevät voivat sopivissa oloissa sitoa ilmasta typpeä, eli ne tarvitsevat vedestä vain fosforia.”

Sedimenttikakut paljastavat pohjan tilanteen

Näytteet otetaan Gemax-nostimella, jossa on kaksi yhdeksän senttiä halkaisijaltaan olevaa putkea. Nostimen kimpussa ovat Tuomo Roine ja Sami Pusa Ilmatieteen laitokselta. He toimivat matkalla näytteenottajina.

Kun vesinäytteet on otettu, on aika nostaa sedimenttinäytteitä. Niiden kanssa puuhaaminen on likaista, ja vesinäytteiden oton jälkeen puenkin itselleni jämäkät kuravaatteet. Näytteet otetaan Gemax-noutimella, jossa on kaksi yhdeksän senttiä halkaisijaltaan olevaa putkea. Noutimen mukana putket tunkeutuvat pehmeään pohjaan ja niiden sisään jää kerroksellinen sedimenttinäyte kuin poikkiraidallinen pitkä mutakakku.

Mittausten jälkeen näytteet viipaloidaan erityisellä siivutuslaitteella ja niistä selvitetään myöhemmin fosforin esiintymismuotoja.

Viipaleista tehdään raekokoanalyysi ja sedimenttien ikä ajoitetaan radioaktiivisen cesiumin avulla. Sitä päätyi sedimentteihin Tsernobylin ydinvoimalaonnettomuuden seurauksena, ja viipaleen syvyyden ja cesiumin pitoisuuden avulla sedimenteistä voidaan määrittää sekä ikä että sedimentaationopeus. Parhaimmillaan pehmeiltä kerrostumapohjilta saadaan puolisen metriä pitkät sedimenttinäytteet.

Toisinaan syvemmiltä pohjilta nostettavat näytteet kuplivat, kun ne nostetaan pintaan. Kuplinta kertoo, että pohja on hapeton ja metaania tuottavat bakteerit viihtyvät siinä. Hapellisella pohjalla sedimentin pinta on vaaleanruskea ja joskus sedimentin sisässä näkyy pohjaeläimiä kuljettamassa hapekasta vettä syvemmälle sedimenttiin.

Hapellisen sedimentin pinta on vaaleanruskea.

Sedimenttinäytteet pakastetaan purkkeihin tai pusseihin ja analysoidaan muualla, mutta vesinäytteet tutkitaan pääosin jo Arandan laboratoriossa. Tuloksia käytetään osana rannikon kokonaiskuormitusmallia, kun arvioidaan pohjasta vapautuvan ja kulkeutuvan fosforin määrää eri alueilla.

Vedenalaiset kanjonit vahvistavat yhteyttä Itämeren pääaltaalle

Näytteenottopisteet eivät ole satunnaisia, vaan ne on määritelty tarkasti niille alueille, mistä sedimenttien ominaisuuksia ei vielä tunneta. Lisäksi näytteitä pyritään ottamaan jokisuilta aina avomerelle saakka.

Itämeren pääaltaalta voi Saaristomerelle päätyä varsinkin otollisissa virtaus- ja tuulioloissa paljonkin fosforia. Kulkeutumismallinnuksen perusteella jokien vaikutusalue ulottuu lähinnä sisä- ja välisaaristoon, ja ulkosaariston kuormitus on pääosin avomereltä. Nyt tähänkin saadaan lisää selvyyttä.

Itämeren pääaltaan vettä päätyy Saaristomerelle pintavesien mukana, mutta osin myös siksi, että kallioperässä on vajoamia, vedenalaisia kanjoneita. Nämä kiehtovat uurteet kulkevat Saaristomeren poikki meren pohjassa kuin vedenalaiset joet. Osassa virtaukset ovat hyvinkin voimakkaita, kuten mantereen joissa, ja näissä syvänteissä ei sedimentin kerrostumista tapahdu.

Vastikään peruskorjattu tutkimusalus Aranda palvelee suomalaista merentutkimusta tulevinakin vuosikymmeninä. Kuva: Ilkka Lastumäki

Viikon aherrus loppuu tällä kerralla jo torstaina. Myrsky lähestyy Saaristomerta pohjoisesta ja tuuliennuste näyttää yli 20 m/s tuulia perjantaille. Liian kovalla tuulella ei voi ottaa näytteitä, mutta olemme saaneet laivan miehistön avulla kirittyä viikon mittaan ohjelmaa. Olemme Hermannin kanssa yhtä mieltä siitä, että matka meni mainiosti ja työt saatiin tehtyä, vaikka myrsky hieman kirittikin meitä.

Parasta siis lopetella työt ajoissa ja ajella ajoissa Turkuun tuulensuojaan. Kävimme paluumatkalla kuudella uudella näytepisteellä, minkä ansiosta Saaristomeren kerrostumapohjien merkityksestä tiedetään jälleen paljon enemmän.

Tällä matkalla syvyydet laivan alla vaihtelivat 46 ja 214 metrin välillä. Iloinen uutinen on, että kaikissa näytepisteissä oli pohjallakin happea. On myös hienoa, että Aranda on juuri peruskorjattu suomalaisen merentutkimuksen seuraavaa 20 vuotta varten.

Jutun pääkuva: Ilkka Lastumäki