Happikato
Happikato ja happivajaus
Vedessä oleva liukoinen molekulaarinen happi (O2) on elintärkeä yhdiste happea hengittäville eliöille. Alentunut happipitoisuus vaikeuttaa eliöiden selviytymistä. Vedessä on merkittävä happivajaus kun happipitoisuus laskee alle 5 mg/l. Suuressa happivajauksessa veden happipitoisuus on vain 3–0,4 mg/l. Happikato merkitsee, että vedessä ei esiinny lainkaan liukoista happea. Pohjasedimentin hapenkulutus
Eniten vedessä olevan liukoisen hapen varastoa kuluttaa pohjasedimentti. Paljon eloperäistä ainesta sisältävässä pohjasedimentissä liukoinen happi loppuu yleensä muutaman millimetrin syvyydellä, vaikka pohjanläheisessä vedessä olisi runsaastikin happea. Pohjasedimentin hapenkulutus voidaan jakaa biologiseen ja kemialliseen hapenkulutukseen. Biologisella hapenkulutuksella tarkoitetaan eliöiden liukoisen hapen kulutusta, jossa eloperäinen aines hapettuu hiilidioksidiksi. Kemiallisessa hapenkulutuksessa pelkistyneet yhdisteet puolestaan hapettuvat liukoisen hapen vaikutuksesta happea sisältäviksi yhdisteiksi. Pohjasedimentin biologinen eloperäisen aineksen hajotus säätelee oleellisesti pohjanläheisen veden happipitoisuutta. Pohjan hapenkulutuksen aiheuttama happikato eteneekin pohjan läheisistä vesikerroksista pintaa kohti. Rehevöityminen lisää eloperäisen aineksen määrää vedessä ja tämän aineksen vajoamista pohjan pinnalle. Pohjasedimentin lisääntynyt hapenkulutus puolestaan heikentää pohjanläheisen veden happitilannetta. Happikadon alueellinen esiintyminen
Hienojakoinen eloperäinen aines kulkeutuu vedessä pitkiäkin matkoja ennen kuin se laskeutuu pysyvästi pohjasedimentin pinnalle. Sekä meri- että järvialueiden pohjat voidaan karkeasti jakaa hienojakoisen aineksen eroosio-, kuljetus-, ja kerääntymisalueisiin. Kerääntymisalueesta käytetään myös nimiä akkumulaatio- tai sedimentaatioalue.
Hienojakoinen kiintoaines hautautuu lopulta pysyvästi kerrostumispohjille, joilla pohjanläheiset vesivirtaukset ovat heikkoja. Näillä pohjilla virtaukset eivät kykene siirtämään laskeutunutta ainesta takaisin veteen. Kerrostumisalueet sijaitsevat usein syvänteissä. Kerrostumispohjilla pohjasedimentin hapenkulutus on tehokasta ja pohjanläheisen veden uusiutuminen on hidasta. Tämän vuoksi kerrostumisalueet ovat herkkiä happikadolle. Happikadon ajallinen esiintyminen
Happikatoja esiintyy yleisimmin kesällä ja talvella. Keväiset ja syksyiset happikadot ovat harvinaisia. Kesällä happikato johtuu yleensä veden kerrostumisesta. Tällöin vesipatsaaseen muodostuu lämmin pintavesikerros ja tämän kerroksen alapuolella on kylmemmän veden kerros ns. alusvesikerros. Vesikerrosta, jossa lämpötila muuttuu voimakkaasti kutsutaan harppauskerrokseksi eli termokliiniksi. Harppauskerros eristää pinta- ja alusvesikerrokset toisistaan ja näin pohjanläheisen veden viipymä pitenee. Mitä pidempi veden viipymisaika on, sitä todennäköisemmin happipitoisuus alenee pohjan lähellä.
Talvella jääpeite estää hapen pääsyn veteen eivätkä tuulet pääse sekoittamaan vesimassaa. Tällöin pienikin lämpötilaero voi eristää vesikerrokset toisistaan ja happipitoisuus laskee pohjanläheisissä vesikerroksissa. Talvella koko vesimassan happipitoisuus voi laskea niin pieneksi, että järven kalakanta tuhoutuu. Talvisia happikatoja esiintyy yleisesti vesitilavuudeltaan pienissä järvissä. Hapenvajauksen ja happikadon seuraukset
Ravinteita vapautuu pohjasta myös hapelliseen veteen, mutta happikadon seurauksena pohjasedimentin ravinteiden pidätyskyky heikkenee ja ravinteiden vapautuminen pohjasedimentistä veteen lisääntyy voimakkaasti. Eliöiden kasvussa voidaan havaita muutoksia kun veden happipitoisuus on välillä 6–4,5 mg/l. Valtaosa kalalajeistamme välttää alueita, joilla happipitoisuus on pienempi kuin 5 mg/l ja laajoja kalakuolemia esiintyy järvissä kun happipitoisuus laskee alle 3 mg/l. Eräät pohjaeläinlajit sietävät hyvin pieniäkin happipitoisuuksia, mutta yleisesti pohjaeläinten kuolleisuus lisääntyy voimakkaasti kun pohjanläheisen veden happipitoisuus on välillä 2–0,5 mg/l. Pitkäaikainen happikato johtaa pohjaeläinten täydelliseen katoamiseen. Happikadon aikana eloperäisen aineksen hajotus tapahtuu anaerobisesti eli ilman liukoista happea. Tällöin pohjasta voi vapautua veteen suuria määriä metaanikaasua ja merialueilla rikkivetyä, joka on eliöille myrkyllistä. Itämeren erityisominaisuudet
Itämeressä vesirungon tiheyskerrostuneisuuteen vaikuttavat sekä suolaisuus että lämpötila. Suolaisempi vesi on tiheämpää ja näin myös raskaampaa kuin vähäsuolainen vesi. Vesisyvyyttä, jossa suolaisuus muuttuu voimakkaasti kutsutaan halokliiniksi. Halokliini aiheuttaa voimakkaamman kerrostuneisuuden kuin termokliini.
Suolaisuuskerrostumisessa muodostuu kaksi erillistä vesikerrosta, jotka sekoittuvat heikosti keskenään. Näin hapekas pintavesi ei pääse sekoittumaan syvempien, suolaisten vesikerrosten kanssa ja hapen täydentyminen syviin vesikerroksiin estyy. Avomerellä pitkiäkin aikoja muuttumattomana säilyvät suolaisuuserot aiheuttavat syvänveden kerrostuneisuuden kun taas rannikkoalueiden pienialaisilla syvänteillä ja lahdilla vesipatsaan sekoittumisen estää lähinnä lämpötilakerrostuneisuus. Ajoittaista, lähinnä kesäaikaista hapettomuutta esiintyy rannikkoalueiden syvänteissä, kun jopa vuosia kestävät hapettomat jaksot sijoittuvat Itämeren syville alueille.
Itämeren suolaisuuskerrostuneisuudella on suuri vaikutus pohjanläheisen veden happioloihin, jotka puolestaan vaikuttavat sedimentin ravinteiden pidätyskykyyn. Kun sedimentin pinnan happiolosuhteet heikkenevät, fosforin vapautuminen pohjasta lisääntyy ja sedimentin typpeä poistavat prosessit heikkenevät. Vuosien 1970 ja 2000 välisenä ajanjaksona suuresta happivajauksesta (happipitoisuus < 3 mg/l) kärsivien alueiden pinta-ala Itämeressä on vaihdellut n. 10 000 – 70 000 km2 välillä. Tällä pinta-alan vaihtelulla on suuri merkitys pohjasedimentin ravinteiden pidätyskykyyn ja Itämeren ravinneoloille ja rehevöitymiselle. Lisätietoja
Erikoistutkija Jouni Lehtoranta, Suomen Ympäristökeskus (SYKE),
etunimi.sukunimi@ymparisto.fi
Sivun alkuun
|