Veden tummuminen, engl. brownification tai browning, viittaa veden läpinäkyvyyden vähenemiseen ja veden värin lisääntymiseen ilman suoraa levien tai veteen liuenneiden savipartikkeleiden määrän lisäystä.
Veden tumma väri on tyypillinen monille Suomen vesistöille. Turvemaat ja havupuuvaltaiset metsät ovat merkittäviä luontaisia orgaanisen hiilen lähteitä vesistöihin erityisesti napapiirin eteläpuolella. Kaikki vesistöt eivät kuitenkaan ole luontaisesti tummia ja humuspitoisia.
TOC eli orgaanisen kokonaishiilen määrä selittää keskimäärin 79-88 % vesistöjen veden väristä ja liukoinen rauta loput. Raudan vaikutus veden väriin vaihtelee.
Ilmastonmuutoksesta johtuva lämpötilan kohoaminen, muutokset sadannassa ja valunnassa sekä roudattomien kausien pituudessa ovat merkittäviä syitä tummumisen taustalla.
Happamoitumisesta toipuvissa maaekosysteemeissä hiilen liukeneminen on lisääntynyt maaperän pH:n nousun myötä. Aikaisemmin teollisuuden päästöistä johtuvat ns. happamat sateet laskivat maaperän pH:ta, mikä vähensi hiilen liukoisuutta maaperästä.
Maankäytöstä johtuva vesistöjen orgaanisen kokonaishiilen pitoisuuden kasvu on keskeinen tummumiseen vaikuttava tekijä. Turvemaiden maankäytöllä, kuten soiden ojituksilla ja avohakkuisiin perustuvalla suometsätaloudella sekä havupuuvaltaisuudella on orgaanisen hiilen valumia ja pintavesien tummumista lisäävä vaikutus.
Tummumisen vaikutukset vesistöissä
Valon määrä ja lämpökerrostuneisuus: Orgaaninen hiili ja humusyhdisteet absorboivat tehokkaasti auringon säteilyenergiaa. Veden tummuessa valaistu ja tuottava päällysvesikerros ohenee, päällysveden lämpötila nousee ja lämpötilakerrostuneisuus jyrkkenee.
Veden pH-arvo ja happipitoisuus: Humusyhdisteet ovat happamia, jonka vuoksi ne madaltavat vesistön pH-arvoa. Toisaalta matala pH voi myös lisätä humusaineiden liukenemista veteen. Humusaineiden hajoaminen kuluttaa happea ja tummuminen voi lisätä vesistön happiongelmia. Toisaalta hapen puute voi myös johtaa humusaineiden sisäiseen kuormitukseen ja niiden kertymiseen pohjanläheiseen veteen.
Päästöt: Vesistöjen lisääntyvä hiilen määrä vaikuttaa niiden kasvihuonekaasupäästöihin. Mitä enemmän orgaanista hiiltä päätyy vesistöihin, sitä enemmän sitä prosessoituu ja voi vapautua epäorgaanisena hiilenä ilmakehään. Hiilidioksidia vapautuu järvistä ilmakehään erityisesti kevät- ja syystäyskiertojen aikaan, jolloin jään alle tai lämpökerrostuneisuuskaudella alusveteen kerääntyneet metaboliakaasut vapautuvat. Tummuminen vaikuttaa myös elohopean ja muiden myrkyllisten aineiden vapautumiseen pohjasedimentistä.
Perustuotanto: Orgaanisen hiilen pitoisuuden nousun myötä valo alkaa rajoittaa kasviplanktonin perustuotantoa ravinteiden sijaan. On arvioitu, että liuenneelle orgaaniselle hiilelle (DOC) valorajoitteisuuteen siirtymisen raja-arvo olisi 10-15 mg/l, mikä vastaa värilukua ~70-130 mg Pt/l.
Ravinteiden kierto ja ekosysteemit: Muutokset vesistön ekologiassa heijastuvat koko eliöyhteisöön – kasviplanktonista eläinplanktoniin, pohjaeläimiin, kaloihin, vesilintuihin ja viime kädessä ihmisiin saakka. Tummuminen heikentää vesielinympäristöistä riippuvaisten eliöyhteisöjen monimuotoisuutta ja muuttaa ravintoresurssien määrää ja laatua.
Ekosysteemipalvelut: Tummumisen aiheuttamat muutokset veden laadussa heikentävät vesistöjen tarjoamia ekosysteemipalveluja. Tummuminen nostaa raakaveden käsittelykustannuksia, heikentää vesistön virkistyskäyttöarvoa ja ravintoverkon kautta kalastoa sekä kalojen ravintoarvoa ihmisille. Lisäksi tummuminen vaikeuttaa ilmastonmuutoksen torjuntaa, kun kasvihuonekaasupäästöt vesistöistä lisääntyvät.
Mitä tummumiselle voidaan tehdä?
Ilmastonmuutoksen hillintä edellyttää laajoja, kansainvälisiä toimenpiteitä. Kansallisella tasolla tummumisen hillintään voidaan vaikuttaa kestävämmällä, turpeen maatumista ehkäisevällä maankäytöllä.
Ympäristöhallinto: Tummuminen olisi jatkossa huomioitava paremmin myös vesien tilaa heikentävänä paineena. Veden väri vaikuttaa vesistön tyypittelyyn, mutta ekologisen tilan luokitteluun sillä ei ole vaikutusta. Rehevöitymisen aiheuttamien muutosten arvioinnin rinnalle tarvitaan mittareita, joiden avulla myös tummumisen aiheuttamat ekologisen tilan muutokset voidaan arvioida.
Vesiensuojelurakenteet ovat tehottomia hillitsemään tummumista: Esimerkiksi kosteikot, laskeutusaltaat tai pintavalutuskentät eivät pidätä hiiltä tehokkaasti. Ensisijainen keino hiilikuormituksen pysäyttämiseksi on sen synnyn ehkäisy.
Kestävä, turpeen maatumista ehkäisevällä maankäyttö: Turvemaiden maa- ja metsätalouden systeeminen muutos. Ks. kuva.
Vesistöjen tummumisen hillintä edellyttää systeemistä muutosta turvemaiden metsätalouden toimintatavoissa. Lähde: Härkönen ym. 2022.
Suometsätalouden systeemisen muutoksen tekijöitä
Jatkuvapeitteinen metsänkasvatus on metsänhoitoa ilman avohakkuuta, ja se perustuu pääasiassa luontaisen uudistumisen ja olemassa olevan alikasvoksen hyödyntämiseen. (Luke)
Sekametsät tarjoavat hyvät mahdollisuudet monitavoitteiseen metsien käyttöön ja hoitoon niin ilmastokestävyyden, monikäytön kuin monimuotoisuudenkin kannalta. Sekametsien parempi elinvoimaisuus ja tuhonkestävyys edesauttavat puuntuotoksen säilymistä muuttuvissa olosuhteissa ja näin pystytään vahvistamaan metsien hiilinieluja ja -varastoja. (Luke)
Vesistöjen suojavyöhykkeet ovat metsänkäsittelyalueen ja pienvesien sekä vesistöjen väliin jätettyjä käsittelemättömiä puustoisia alueita, joiden tarkoitus on vähentää metsätalouden toimenpiteiden aiheuttamia haittoja. Suojavyöhykkeet pidättävät ravinne- ja kiintoainehuuhtoumia, suojaavat rantavyöhykettä kulumiselta ja ylläpitävät maaperän kosteutta ja pienilmastoa. (Metsäkeskus)
Suomen metsäojitetuista soista 0,5–1,0 miljoonaa hehtaaria on jäänyt vähäpuustoisiksi. Ekologisen ennallistamisen tavoitteita ovat suon vesitalouden, kasvihuonekaasujen vaihdon ja monimuotoisuuden palauttaminen kohti luonnontilaa. (Luke)
Vesien tyypittely ja luokittelu pähkinänkuoressa
Vesien tyypittelyssä sisävedet ja rannikkovedet jaotellaan luontaisten ominaisuuksiensa mukaan. Näin saadaan vertailukohta veden nykytilan arvioinnille. (Syke)
Huomattava osa joki- ja järvityypeistä jaetaan veden värin perusteella luontaisen humuksisuuden mukaisiin vesimuodostumatyyppeihin.
Pintavedet luokitellaan niiden ekologisen ja kemiallisen tilan mukaan. Ekologisen tilan luokittelussa tarkastellaan ihmistoiminnan aiheuttamia muutoksia vesien tilassa. Ekologisen tilan tarkastelussa hyödynnetään ensisijaisesti biologisia ja vedenlaadullisia laatutekijöitä, kemiallisen tilan luokittelussa taas tiettyjä vaarallisia ja haitallisia aineita. (Syke)
Koska väri on tyypittelyn peruste, se ei ole ekologisen luokittelun laatutekijä.
Miten veden väriä tarkastellaan?
Humuspitoisuudella tarkoitetaan humusaineiden määrää vedessä. Humus on orgaanista ainetta, joka muodostuu maaperässä kasvien maatuessa. Humusaineet esiintyvät vedessä sekä liukoisina humusyhdisteinä, jotka aiheuttavat humuspitoiselle vedelle tyypillisen värin että kolloidisina humusyhdisteinä eli veteen liukenemattomina suurina molekyyleina ja kiinteässä muodossa. Humusaineiden määrän mittaamiseen ei kuitenkaan ole yhtä yksinkertaista menetelmää, minkä vuoksi humuspitoisuutta tutkitaan usealla eri tavalla.
Väriluku (mg Pt/l) kuvaa veden humuspitoisuutta, mutta sisältää muidenkin vettä värjäävien aineiden aiheuttamaa tummuutta. Vettä voidaan pitää värittömänä, mikäli väriarvo on <15 mg Pt/l. Järvet tyypitellään värin perusteella luontaisen humuspitoisuuden mukaan karkeasti vähähumuksisiin järviin (< 30 mg Pt/l), humusjärviin (30–90 mg Pt/l) ja runsashumuksisiin järviin (> 90 mgPt/l).
Kemiallinen hapenkulutus (CODMn), mg O2/l, mittaa vedessä olevien kemiallisesti hapettuvien orgaanisten aineiden määrää. Se on yleisimmin käytettävä humuspitoisuuden määrittävä menetelmä. Värittömien vesien arvo on 4–10 mg O2/l ja humusvesien 10–20 mg O2/l.
Orgaanisen hiilen kokonaismäärä TOC, mg C/l, kuvaa melko hyvin humusyhdisteiden määrää vedessä. TOC:ssa on humusaineiden lisäksi mukana organismien aineenvaihduntatuotteet, kuolleiden organismien jäänteet, bakteerikasvustot ja muut hiiltä sisältävät yhdisteet.
Liuennut orgaaninen hiili DOC, mg C/l, kuvaa veteen liuenneen hiilen määrää. Ennen hiilen massan määrittämistä, vedestä suodatetaan pois kaikki yli 0,45 μm suuruiset hiukkaset. Tämä on tarkin humusyhdisteitä määrittävä menetelmä. Kaikki vedessä oleva hiili ei kuitenkaan kuvaa humusyhdisteitä, joten menetelmä lievästi yliarvioi niiden määrän.
Rautapitoisuus, µg/l tai mg/l, määrittää vesistössä olevien rautaionien yhteispitoisuuden. Rautapitoisuus on yhteydessä veden väriin ja humuksen esiintymiseen. Rautaionit muodostavat hapen kanssa rautaoksidia ja ruosteenvärisiä yhdisteitä, jotka samentavat ja värittävät vettä.
Näkösyvyys tarkoittaa veden läpinäkyvyyttä. Mittaus suoritetaan näköaistin varaisesti ja mittavälineenä käytetään secchi-levyä. Levy upotetaan veteen ja näkösyvyys määrittyy syvyydessä, jossa levy ei enää erotu pinnalta katsoen. Näkösyvyys havainnollistaa veden humuksisuutta, sameutta, väriä ja rehevöityneisyyttä, mutta se ei mittaa niiden todellista määrää.
Sameus kuvaa veden läpinäkyvyyttä ja kirkkautta vähentävien tekijöiden kokonaisvaikutusta. Sameus johtuu valon läpäisevyyteen vaikuttavien hiukkasten, kuten saven tai levän, runsaudesta. Sameus on kuitenkin eri asia kuin veden väri, joka myös vaikuttaa valon kulkuun vedessä. Sameuden yksikkö on FTU (Formazin Turbitidy Units). Kirkkaan veden sameus on <1,0 FTU. Lievästi samean veden sameus on välillä 1-5 FTU. Silminnähden vesi on sameaa välillä 5-10 FTU. (Savipartikkeleiden aiheuttama sameus kuvassa yllä.)
Kuvat: Laura Härkönen, Syke.
Lähteet
Estlander S., Pippingsköld E. ja Horppila J. 2021. Artificial Ditching of Catchments and Brownification-Connected Water Quality Parameters of Lakes. Water Research (Oxford) 205: 117674–117674.
Graneli, W. 2012. Brownification of lakes. Encyclopedia of earth sciences seriesb pp. 117–119.
Härkönen, L.H., Lepistö, A., Sarkkola, S., Kortelainen, P. ja Räike, A. 2022. Vesistöjen tummumisen hillintä edellyttää systeemistä muutosta turvemaiden metsätalouden toimintatavoissa. Vesitalous 5/2022: 27–31.
Kritzberg, E. S., ja Ekström, S. M. (2012). Increasing iron concentrations in surface waters – A factor behind brownification? Biogeosciences, 9(4), 1465–1478.
Marttunen, M. ja Annala, M. (toim.). 2023. Valuma-aluesuunnittelulla kohti hiilineutraalia maankäyttöä – SysteemiHiili-hankkeen tulokset. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 35/2023.
Räike, A., Lepistö, A., Härkönen, L.H., Taskinen, A. ja Kortelainen, P. 2022. Eteneekö Suomen vesistöjen tummuminen? Vesitalous 5/2022: 5–9.
Xiao, Y., Räike, A., Hartikainen, H. ja Vähätalo, A.V. 2015. Iron as a source of color in river waters. Sci. Total Environ. 536, 914-923.
Xiao, Y. ja Riise, G. 2021. Coupling between increased lake color and iron in boreal lakes. Sci. Total Environ.,767, 145104.
SKVSY – kokoava vesienhoidon toimija
Savo-Karjalan Vesiensuojeluyhdistys ry (SKVSY) edistää vesien ja ympäristön hyvää tilaa ja kestävää käyttöä tuottamalla tietoa, toteuttamalla kehittämistoimenpiteitä ja vaikuttamalla päätöksentekoon vesien, alueensa ja jäsenistönsä hyväksi.
Pinnalla nyt
Tilaa SKVSY:n uutiskirje
SKVSY:n uutiskirje tarjoaa kiinnostavia sisältöjä sekä tietoa tulevista koulutuksista ja tapahtumista. Lähetämme uutiskirjeen noin neljästi vuodessa.