Plastics are Bad

TEXT: Fazel Abdolahpur Monikh & Mandar Bandekar

There are many political and social activities that have been initiated to ban single-use plastics, mitigate plastic pollution, and reduce plastic productions/consumption. The toxicity of different types of plastics has been investigated, however, researchers mostly used polystyrene as a model of microplastics. The question still remains unanswered whether the findings on polystyrene can be extrapolated to other types of plastics. There are some regulations about microplastics, but difficult to be implemented, yet.

Microplastics (1 um < size < 5 mm) are worse

Since the early 21st century, our knowledge about microplastics is increasing. We know that they can be more harmful than their larger counterparts and they induce toxicity to organisms, including humans.

Nanoplastics (size < 1 um) are the worst

Because of their small size, they can penetrate physiological barriers and easily circulate in the bodies of organisms. We know little about them. Most of the existing toxicological studies used polystyrene to understand the toxicity of nanoplastics. A knowledge gap still exists on the toxicity of other commonly found nanoplastics such as polyethylene, PVC, and polypropylene. Our team at Water Research investigated:

  • Ecotoxicity of plastic in the environment
  • Method development for tracing and characterization of plastics in the environment and organisms
  • Interaction of plastic particles with biomolecules (protein and enzymes)
  • Degradation and fate of plastic particles in the environment

The occurrence of micro/nanoplastics influences the microbiome in different ecosystems

TEXT: Fazel Abdolahpur Monikh & Mandar Bandekar

Over the last 60 years plastics are widely used for their attractive properties (Lei et al., 2018), and increased production rate has led to its accumulation and distribution across the ecosystems. In the environment, plastics can undergo weathering through series of mechanical/biological fragmentation, leading to formation of microplastics (MPs, plastic particles 1 µm < size <5 mm in diameter) and nanoplastics (NPs, plastic particles < 1 µm in diameter). Recent research has found that MP/NPs is not only limited to the aquatic environment but can also be found in aerial and terrestrial ecosystems. The latest findings show that micro/nanoplastic interaction not only cause physical harm to the fish but also induce microbiota dysbiosis in the gut (Qiao et al., 2019). The micro/nanoplastic interact with organisms in the aquatic systems in multiple ways, including ingestion by consumers, facilitating the accumulation of persistent organic pollutants into food webs, and the selection of unique assemblages of colonizing microbes.

Lately, interaction between MP/NPs and microorganisms has interested a lot of environmental biological researchers (Gambarini et al., 2021). For example, microbial communities on the surface of MP/NPs particles, ability of bacteria and fungi to degrade plastic particles, influence of bacterial communities on the dispersion of MP/NPs and the ability of MP/NPs to transport antimicrobials to different ecosystems are extensively studied. All this research indicates that there is a critical link between MP/NPs and the microorganisms, that should be better explored. For example, microplastics in water act as surfaces to support microbial biofilms that are distinct in taxonomic composition than those of the surrounding water, suggesting that microplastic surfaces represent a distinct microbial habitat, and the processes carried out by microplastic-attached microbes might differ from those in the surrounding water.

Despite the available studies on the environmental distribution and ecotoxicological effects of MP/NPs, very little is known about their effects on the microbiome in various organism and ecosystems. For instance, microbial biofilm formation on microplastic has been documented in water, but little information is available on the gut microbiome of organisms. The changes in the microbiome of organisms’ gut due to the presence of plastic particle could dramatically influence the immune systems of the organisms. MP/NPs can be transported downstream to marine and freshwater environments such as, soil ecosystem. The plants from these ecosystems may retain the plastic particles through attachment to the roots, which in turn might influence the structure and the function of the rhizosphere microbes which are involved in regulating greenhouse gas production, organic matter turnover and nutrient cycling eventually leading to global implications. However, there is still a knowledge gap on this topic.

Microbes are critical to every ecosystem, and it is important to assess the influence of exposure of plastic particles on them. Microbiome of the organisms is related to several factors such as genotype and physiology, hence it is critical to understand the correlations between the MP/NPs and microbes for possible significance in toxicity studies. Our research focuses on bringing new approach that aims on better understanding the effects and implications of MP/NPs on the microbiota from different habitats. The research is a collaborative effort of the researchers from the Department of environmental and biological sciences at the University of Eastern Finland. The experiments are successfully concluded, and processing of data is currently underway.

UEF Water programme is funded by Saastamoinen foundation, Wihuri foundation, and Olvi foundation.

Kalastusmatkailuelämyksen arvoon vaikuttavat tekijät

Teksti: Jarno Suni

(Blogikirjoitus on aiemmin julkaistu 27.10.2021 osoitteessa https://www.uef.fi/fi/artikkeli/blogi-kalastusmatkailuelamyksen-arvoon-vaikuttavat-tekijat)

Kalastus on useissa maissa suosittu vapaa-ajan aktiviteetti. Suomessa lähes 30 % aikuisväestöstä harrastaa jonkin tyylistä kalastusta vuosittain. Vapaa-ajan kalastuksella tarkoitetaan ”toimintaa, jonka tarkoituksena on pyydystää pääasiallisesti koukulla ja siimalla kalaa tai muita vesiorganismeja omaksi iloksi, rentoutumiseksi tai ruokakäyttöön” (Pawson, Glenn and Padda, 2008, s. 341). Vaikka vapaa-ajankalastuksesta ja sen merkityksestä matkailuyrityksille on kirjoitettu paljon, ainoastaan muutama tutkimus käsittelee kalastusta matkailuelämyksenä tai kalastajia potentiaalisina matkailijoina.

Piakkoin International Journal of Sport Management and Marketing -aikakauslehdessä julkaistavassa tutkimuksessa tavoitteenamme oli tutkia, millaisista elementeistä kalastusmatkailuelämys rakentuu ja millaista arvoa kalastus matkailijalle tuottaa. Lisäksi tunnistimme kalastusmatkailijasegmenttejä matkailijoiden arvo-odotusten perusteella. Käytetty aineisto koostui 937 vastauksesta, jotka keräsimme suomalaisilta vapaa-ajankalastajilta.

Lähtökohtana käytetyssä Shethin, Newmanin ja Grossin teoriassa elämys koostuu viidestä arvon elementistä; toiminnallisesta, tunteellisesta, sosiaalisesta ja tilanteellisesta arvosta sekä uutuusarvosta. Lyhyesti kuvailtuna toiminnallinen arvo viittaa siihen, miten hyvin tuote, palvelu tai aktiviteetti toteuttaa sen tarkoitusta. Tunteellinen arvo liittyy palvelun tai toiminnon kykyyn herättää asiakkaan tunteita. Uutuusarvo liittyy uutuuden etsintään, mielenkiintoon ja itsensä kehittämiseen. Sosiaalinen arvo viittaa esimerkiksi positiiviseen ”statukseen” tietyissä yhteisöissä (esim. kaveripiiri). Näiden viiden arvon lisäksi sisällytimme tutkimukseen myös aiemmin metsästysmatkailututkimuksessamme tunnistetun yhdessäolon arvon, joka liittyy sosiaalisen vuorovaikutuksen tuottamaan arvoon.

Arvoulottuvuuksien avulla loimme kuusi erilaista kalastusmatkailijasegmenttiä, 1) Palvelusuuntautuneet uutuuden etsijät, 2) Rauhan ja hiljaisuuden etsijät, 3) Palvelusuuntautuneet saaliinpitäjät, 4) Tunnustuksen etsijät, 5) Ruokakalastajat ja 6) Uutuusarvoa etsivät ammattilaiset.

Jokainen segmentti nimettiin tärkeimmän arvokomponentin mukaan. Palvelusuuntautuneille uutuuden etsijöille tärkeää oli mahdollisuus kokea uusia asioita sekä kehittää kalastustaitojaan. Rauhan ja hiljaisuuden etsijät haluavat kokea luonnon rauhaa sekä kehittää itseään. Palvelusuuntautuneet saaliinpitäjät keskittyvät kalanpyyntiin sekä saaliin ravinnoksi käyttämiseen. He ovat myös kiinnostuneita käyttämään opaspalveluita kalastusmatkoillaan. Tunnustuksen etsijät kokivat tärkeäksi etenkin suurien kalojen saaliiksi saamisen. Ruokakalastajat kokivat kalojen käytön ravinnoksi tärkeämmäksi kuin muut ryhmät. Uutuusarvoa etsivät ammattilaiset haluavat erityisesti kehittää kalastustaitojaan sekä kalastukseen liittyvää asiantuntijuuttaan.

Kalastusmatkailuun elämysarvoihin liittyen, tunteellinen arvo, joka tässä tapauksessa viittaa luonnonrauhaan, yksinoloon ja luonnonkauneuteen yhdistettyihin tunteisiin – oli yksi kaikkein tärkeimmistä arvoista kaikille ryhmille. Suomalaisille kalastusmatkailijoille, uutuusarvo kuvaa kolmea seikkaa: uutuuden etsintää, uusien ihmisten kohtaamista sekä itsensä kehittämistä. Näistä kolmesta itsensä kehittäminen oli selkeästi voimakkain arvo. Kalastusmatkailijoiden tarpeiden ja odotusten erojen ymmärtäminen on keskeistä kalastusmatkailualalle, jotta erityyppiset vesistöt ja matkakohteet osataan kohdentaa sopiville matkailijaryhmille.

Itä-Suomen yliopiston kauppatieteiden laitoksella jatkotutkimusta tehdään kalastusmatkailun liittyvien arvojen lisäksi kalastuskilpailumatkailuun liittyen. Tulevissa tutkimuksissa suomalaisten kalastusmatkailijoiden lisäksi myös venäläiset kalastusmatkailijat ovat tutkimuskohteena.

Tutkimusartikkelin otsikko: “Determinants of the value of fishing tourism experience among anglers”
Kirjoittajat:
Raija Komppula, Jarno Suni, Lari Turunen, William Gartner & Anssi Vainikka

Vesivarojen kestävä yhteiskäyttö (WATER) -tutkimusohjelmaa ovat tukemassa Saastamoisen säätiö, OLVI-säätiö sekä Jenny ja Antti Wihurin rahasto.

Determinants of the value of fishing tourism experience

Text: Jarno Suni

(The blog was previously published on 27th October at https://www.uef.fi/en/article/blog-determinants-of-the-value-of-fishing-tourism-experience)

In several countries, fishing is a popular form of outdoor recreation. In Finland, annually around 30% of the adult population participates in some type of fishing. Recreational fishing refers to “activities which intend to catch fish or other aquatic organism primarily with hook and line for pleasure, amusement, relaxation or home consumption” (Pawson, Glenn and Padda, 2008, p. 341). Although a large body of literature handles recreational fisheries and their role in tourism businesses, only a few tourism related studies have identified angling as a tourist experience or, furthermore, anglers as potential tourists.

In our paper, “Determinants of the value of fishing tourism experience among anglers” (soon to be published in International Journal of Sport Management and Marketing), we aim to define fishing tourism related experience elements by adapting the consumption value theory by Sheth, Newman and Gross (1991) in the identification of the essential components. Moreover, we created segments based on fishing tourists’ value expectations. The data is composed of 937 Finnish anglers.

Sheth’s, Newman’s and Gross’s theory contains five consumption values, namely functional, emotional, epistemic, social, and conditional value. Shortly put, functional value refers to how well the product, service, or activity fulfills its purpose. Emotional value refers to the service’s or activity’s ability to provoke a customer’s feelings. Epistemic value refers to novelty seeking, curiosity, and self-development. As a simplified example, social value can refer to a positive “status” in certain communities (e.g., a circle of friends). As an addition to these five values, we also included the value of togetherness, where the value is focused more on the social interaction, as Komppula and Gartner (2013) have previously presented in their paper.

Based on the value related data analysis, six different angler segments were created: 1) Service-minded novelty seekers, 2) Tranquility seekers, 3) Service-oriented catch keepers, 4) Recognition seekers, 5) Food anglers, and 6) Novelty seeking experts.

Each segment was named based on the value components that the respondents had appreciated most. Service-minded novelty seekers considered the possibility to experience novelty and developing fishing-related skills important. Tranquility seekers are looking for silence, peacefulness of nature and self-development. Service-oriented catch keepers focus on catching fish, using the fish as nutrition, and also would be interested to use fishing guide during their fishing tourism trips. Recognition seekers have a desire to catch fish and especially big fish. For food anglers, nutrition acquisition is more important than for the other segments, and for Novelty seeking experts, fishing is very much about the development of fishing-related skills and expertise.

In terms of the dimensions of fishing tourism experience value, emotional value – referring here to a need for tranquility, solitude, and beauty of nature – was one of the most important value dimensions for all segments. For Finnish tourist anglers, epistemic value was presented clearly in three things: novelty seeking, need for meeting with new people, and self-development, the latter being the most dominant. The heterogeneity of tourist anglers makes it essential for the fishing tourism sector to allocate different types of waters and destinations for different segments.

The results of this study indicate that a “one-model-for-all-type” fisheries management is not efficient, when considering the development of fishing tourism-based businesses. For Finnish stakeholder associations and fisheries regions, the message is that not all anglers seek the same outcomes. If a manager is only interested in making sure there are a lot of small fish to be caught for food, they unknowingly work against providing value for anglers who desire different outcomes. This is a valuable management notion and supports the current Finnish fishing legislation that encourages the identification of waters to be managed for different purposes.

In the near future, we are also studying values related to angling competitions (anglers considered as tourists) and what kind of values Russian angling tourists consider important.

Manuscript Authors:
Raija Komppula, Jarno Suni, Lari Turunen, William Gartner & Anssi Vainikka

Venäläisten matkailijoiden näkemyksiä veden laadusta Suomessa

Teksti: Olga Hannonen & Jarno Suni

(Blogikirjoitus on aiemmin julkaistu 27.10.2021 osoitteessa https://www.uef.fi/fi/artikkeli/blogi-venalaisten-matkailijoiden-nakemyksia-veden-laadusta-suomessa)

Viime kesänä kysyimme Suomessa käyneiltä venäläisiltä matkailijoilta heidän vesistöihin liittyvistä vapaa-ajan harrasteista ja heidän näkemyksistään veden laadusta. Venäläiset ovat Suomen suurin ulkomainen matkailijaryhmä (ennen covid-pandemiaa). Järvi-Suomi on yksi suosituimmista kohteista pääkaupunkialueen lisäksi. Venäläisillä matkailijoilla on laaja kokemus suomalaisista vesistöistä, ja noin kaksi kolmesta on kalastanut Suomeen tehdyn matkan aikana, ja joka toinen on harrastanut veneilyä ja uintia. Veden laatu määrittelee vesistöjen käyttöä ja käyttötapoja (esim. harrasteet), mikä on tärkeää vesistöjen käytön suunnittelussa. Tutkimusta varten kerättiin yhteensä 525 vastausta verkkokyselyllä. Tämä tutkimus on osa Itä-Suomen yliopistossa toteutettavaa Vesivarojen kestävä yhteiskäyttö -hanketta.

Pyysimme vastaajia kuvailemaan, millaista vettä he suosivat vesiaktiviteettejaan varten. Vastaukset vaihtelivat puhtaasta ja läpinäkyvästä vedestä lämpimiin ja hiljaisiin vesistöalueisiin. Muutamille vastaajille kelpaisi minkä tyyppinen vesistö tahansa, laadusta huolimatta. Suurin osa vastaajista sanoi veden puhtauden olevan etusijalla. Puhtautta kuvailtiin monin eri tavoin. Esimerkiksi eräs vastaaja kertoi suosivansa puhdasta vettä luonnollisessa vesistössä ja toinen painotti, että vesistön tulee olla puhdas uintia varten.

Noin 11 % vastaajista ilmoitti tarkasti halutun veden lämpötilan tai yleisesti että veden tulee olla lämmin. Kolmannes vastaajista kertoi haluamansa millaisesta vesistötyyppiä he suosivat, järvet ja joet olivat suosituimpia. Noin 5 % vastaajista määritteli halutun vesistötyypin harrastuksensa, esimerkiksi kalastuksen tai uimisen perusteella.

Millainen näkemys venäläisillä matkailijoilla sitten on veden laadusta Suomessa? Matkailijat arvioivat veden laatua kuuden eri kategorian kautta, jotka koostuivat 1) saastuneisuudesta, 2) limamuodostumien esiintymisestä rannoilla, 3) kukkivasta sinilevästä, 4) ruskeasta väristä, 5) läpinäkyvyydestä sekä 6) epämiellyttävän hajun esiintymisestä. Suurin osa vastaajista (64 %) ei pidä Suomen järviä tai jokia saastuneina. Saastumiseksi on määritelty esimerkiksi teollisuus- ja viemärijäte, tai roskat/roskaantuminen. Yli puolet (59%) ei ollut kokenut limamuodostumien esiintymistä ranta-alueilla.

Lähes 90 % vastaajista koki Suomen järvien ja jokien veden kirkkaina, vain 3 % oli eri mieltä tästä asiasta.

Tulokset osoittavat, että venäläisillä matkailijoilla on positiivisia mielikuvia ja kokemuksia Suomen vesistöistä. Erään vastaajan kommentti voisi monelta osalta tiivistää tulokset: ”Vesi Suomessa on jo sillä tasolla niin kuin sen pitäisi olla, koska suomalaiset huolehtivat ympäristöstä!”. Lisäksi 37 % vastaajista kertoi, että veden laatu vaikutti positiivisesti heidän matkailukokemukseensa, juuri veden puhtauden takia. Vastaajat kommentoivat muun muassa että ”on miellyttävää viettää aikaa puhtaalla rannalla ilman epämiellyttäviä hajuja” ja että on ”erittäin miellyttävää kalastaa puhtaissa ja saastumattomissa vesistöissä”.

Alustavat tulokset näyttävät, että Suomen vesistöt täyttävät venäläisten matkailijoiden odotukset veden laatuun liittyen. Eräs vastaajista kommentoikin: ”Suomi on järvien maa, kaikki järvet ja ympäröivä luonto ovat erittäin sopivia lomailuun”.

Vesivarojen kestävä yhteiskäyttö (WATER) -tutkimusohjelmaa ovat tukemassa Saastamoisen säätiö, OLVI-säätiö sekä Jenny ja Antti Wihurin rahasto.

Russian tourists’ perceptions of water quality in Finland

Text: Olga Hannonen & Jarno Suni

(The blog was previously published on 27th October at https://www.uef.fi/en/article/blog-russian-tourists-perceptions-of-water-quality-in-finland)

During summer 2021, we have asked Russian tourists visiting Finland about their perceptions of water in Finland and their water-related activities during travels. Russians are the biggest group of foreign tourists visiting Finland (pre-Covid). Finland’s Lakeland is the top destination for Russian tourists along the capital region. Thus, Russian tourists have extensive experiences with water environments in Finland. Water quality pre-defines the use of waterbodies and type of water activities, which is important in planning of water use. The study is a part of the ‘Recreational Use of Waters and Tourism’ research stream under the UEF Water research programme at the University of Eastern Finland. Altogether 525 individuals participated in the online survey.

First, we asked to describe what kind of waters Russian tourists prefer for water-related activities. The answered varied from clean and transparent to warm and quiet waters, from indication of specific waterbodies to specific activities, such as kayaking, boating, swimming, and fishing. Several respondents stated that they would be happy with any water.

Most of the respondents preferred the water to be clean. The cleanness of water has been mentioned in a variety of forms. For example, one of the respondents wrote: “I prefer clean water in natural waterbodies”, while another emphasised a specific activity: “Clean with a place for swimming”. About 11% indicated specific water temperature or that the water should be warm. The third most popular answer included a type of waterbody, among which lakes and rivers were the most preferred type. About 5% of the respondents defined the most preferrable kind of water through water activities, in which fishing and swimming are the most dominant ones.

About 66% of the respondents have been fishing during their travels in Finland, another 51% have been swimming and boating. So, how Russian tourists perceive water quality in Finland? The graph below shows that the participants stated their perceptions by rating six different categories, 1) visible pollution, 2) slimes on the shores, 3) blooming blue-green algae, 4) brown(ish) colour, 5) presence of bad odour, 6) transparency. The most respondents (64%) disagreed in general (from somewhat disagree to strongly disagree) that Finnish lakes and rivers are polluted. The polluted option included both industrial pollution, sewage and, for example, the presence of trash. In a similar way, about 59% disagree that Finnish lakes and rivers have slime on the shores. Another 50% disagree that lakes and rivers have smell.

Opinions about the of blooming blue-green algae and the brown(ish) colour of waters were divided between the respondents. While about 34% agree about the presence of blooming blue-green algae, 49% disagree with that. In a similar way, about 46.5% disagree that the water has brown(ish) colour in Finnish lakes and rivers, but the 36% agree with that. These varying perspectives can be a result of visiting different areas in Finland and in different seasons.

Water transparency in Finland has been rated very positively. Over 89% of the participants agree that water in Finnish lakes and rivers is transparent. Only 3% of the respondents have expressed disagreement with that.

The results show that Russian tourists visiting Finland have good perceptions about the water quality in Finland. It can be summarised with the citation of a Russian tourist: “Water in Finland is already the way it should be, because Finns take care of the environment!” In addition, 37% of the participants said that the water quality in Finland had a positive impact on their overall travel experience. Again, most of the participants indicated that the cleanness of water is the main factor in providing pleasant experiences. Russian tourists wrote that it is “Pleasant to spend time on a clean shore with no smelly water” and “Very pleasant to fish on clean and noncontaminated waterbodies”.

The preliminary findings of the survey show that Finland provides desirable conditions for water-related activities and experiences for Russian tourists. As one of the respondents accurately concludes: “Finland is the country of lakes, all the lakes and nature are very suitable for vacation”.


UEF Water programme is funded by Saastamoinen foundation, Wihuri foundation and Olvi foundation.

Jälleen Sysmäjärvellä

(Blogikirjoitus alunperin julkaistu 9.9.2021, osoitteessa: https://www.uef.fi/fi/artikkeli/blogi-jalleen-sysmajarvella)

Teksti: Helena Jäntti & Hannu Nykänen | Kuva: Carlos Palacín

Teimme tammikuussa 2021 näytteenhakumatkan Outokummun Sysmäjärvelle gradutyötä varten. Näytteenoton tarkoituksena oli kerätä järven pohjasedimenttiä ja tarkastella sen roolia Sysmäjärvessä keväisin havaituissa happamuuspiikeissä. Kokeneenkin tutkijan yllätti se, että järvessä oli hapanta jo keskitalvella, eikä suinkaan pohjan lähellä vaan jään alla. Loogistahan se toki on, että pH laskee, kun happi kohtaa 2-arvoisia metalleja, joita Sysmäjärvessä piisaa vuosikymmenien kaivosvesikuormituksen jäljiltä. Mutta että pH laskee järvessä alle neljän, siihen törmää harvemmin.

Haastavista sääolosuhteista ja graduntekijän kylmistä varpaista huolimatta sedimentit saatiin tuolloin kerättyä ja kokeet laboratoriossa käyntiin. Lisäksi vinkkasimme ELY:n suuntaan, että kannattaa tarkkailla Sysmäjärven pH:ta myös talvella, vaikka sitä ei ole aiemmin rutiinitarkkailussa tehtykään. Laboratoriossa tehdyt kokeet osoittivat, että sedimentissä olevat yhdisteet säätelevät hapettuessa ja pelkistyessään veden pH:ta ja tämä mekanismi ainakin osittain selittää Sysmäjärvessä tapahtuvat pH:n vaihtelut. Tulokset osoittivat myös varsin selvästi, että prosessin takana ei ole puhdasta kemiaa. Sedimentin yläpuolisen veden pH vaihteli merkittävästi enemmän näytteissä, joista mikrobit oli eliminoitu pois kuumentamalla. Lisää tästä tämän opinnäytetyön loppupäätelmistä voi lukea täältä. Ja mikä noiden mikrobien toimintaa säätelee, siitä saisi jo väitöskirjan kasaan.

Koska meitä alkoi kiinnostaa kuinka Sysmäjärvi käyttäytyy, kun jääkansi sedimentin päältä poistuu ja happitilanne muuttuu, suunnittelimme toisen näytteenottomatkan vapun tienoille, jolloin jäiden pitäisi olla juuri ja juuri lähdössä. Mukaan värvättiin ja menneen talven Pohjois-Karjalan järvillä seikkaillut espanjalainen tutkija Carlos, joka linnuista innostuneena biogeokemistinä halusi sekä katsastaa lintutilanteen että nähdä biogeokemialtaan varsin erikoisen Sysmäjärven. Tiirailtuamme aikamme jäätilannetta satelliittikuvista, löimme labrainssi Pyryn kanssa näytteenottopäivän lukkoon ja sovimme veneen tuonnista rantaan.

Vaan kuinkapa kävikään…

Tuli muutama tuulinen päivä, jäät painuivat rannoille ja vesipatsas pyörähti ympäri niin, että talvella pohjan lähellä ollut vähähappinen vesi sai happea ja sekä happi- että pH-tilanne tasoittui. Tästä voi tehdä kaksi loppupäätelmää: 1) jos nopeisiin kemiallisen tilan vaihteluihin haluaa päästä kiinni, mittauspäivän ennakkoon sopiminen on lähes mahdotonta, ja 2) ns. perinteisin keinon tehty monitorointi, jossa näytteenottaja käy hakemassa näytteet ennalta sovittuna ajanjaksoina, ei välttämättä paljasta järven todellisia ongelmia. Vesien tilan seuranta vaatiikin uudenlaista näkökulmaa niin monitoroinnin toteuttajille, kun niissä käytettäville laitteistoille.

Sysmäjärven, ja monen muun vesistön, ongelmien ratkaisu vaatii monitieteistä osaamista. On tärkeää ymmärtää sekä vesistön tila että siihen vaikuttavat ympäristötekijät. Lisäksi on tärkeää tuntea ne sääntelyn keinot, jolla tilaan voidaan vaikuttaa. UEF Water -hanke pyrkii tuottamaan monitieteisiä työkaluja tutkimuksen avulla vesien tilan kohentamiseksi.

Vesivarojen kestävä yhteiskäyttö (WATER) -tutkimusohjelmaa ovat tukemassa Saastamoisen säätiö, OLVI-säätiö sekä Jenny ja Antti Wihurin rahasto.

Hyvää Itämeripäivää!

(Blogikirjoitus alunperin julkaistu 25.8.2021, osoitteessa: https://www.uef.fi/fi/artikkeli/blogi-hyvaa-itameripaivaa)

Teksti: Helena Jäntti | Kuvitus: Helena Jäntti

Itämeripäivä on John Nurmisen Säätiön vuonna 2019 käynnistämä jokavuotinen tekoja ja ajatuksia inspiroiva, kansainvälinen Itämeren juhlapäivä. Päivän tavoitteena on nostaa Itämeri ykkösaiheeksi yhtenä päivänä vuodessa, opettaa sen luonnosta, kulttuurista ja historiasta sekä juhlistaa Itämeren monimuotoisuutta.

Itämeri on ainutlaatuinen meri, jossa suolapitoisuus vaihtelee Tanskan salmien noin kolmesta prosentista Pohjanlahden 0,3 prosenttiin. Tämä johtuu siitä, että suolainen vesi Itämereen tulee Pohjanmereltä Tanskan salmien kautta ja mentäessä kohti pohjoista suolapitoisuus laimenee Itämeren valuma-alueelta tulevan makean veden vuoksi. Suolapitoisuuden laimenemisen vuoksi Itämeren vesipatsas on kerrostunut suolapitoisuuden suhteen. Tiheä ja suolainen Tanskan salmista tuleva vesi painuu Itämeren syvänteisiin ja keveämpi valuma-alueelta tuleva makea vesi säilyy pinnassa. Tiheyserot suolaisen ja makean veden välillä estävät vesipatsaan sekoittumisen, mikä toisi happea pohjan läheiseen veteen. Tämän vuoksi Itämeressä jo luonnostaan hapettomia alueita, mutta alueiden laajenemisen on todettu johtuvan ihmistoiminnasta.

Itämeren valuma-alueen pinta-ala on noin kuusi kertaa suurempi kuin meren pinta-ala ja siellä asuu n. 85 miljoonaa asukasta. Luonnollisesti näin suuri ihmismäärä on vaikuttanut voimakkaasti Itämeren tilaan ja Itämerellä onkin kyseenalainen maailman saastuneimman meren titteli. Miten me itäsuomalaiset voimme vaikuttaa Itämeren tilaan, lähes 400 kilometrin päässä meren rannasta? Vastaus on varsin helppo: pitämällä kunnossa meitä lähellä olevat vesistöt. Kuten yllä todettiin, Itämereen valuu vettä ja sen mukana haitallisia aineita varsin laajalta alueelta, myös täältä Itä-Suomesta. Valuma-alueella olevat järvet kuitenkin poistavat ja pidättävät haitallisia aineita niin etteivät ne päädy kokonaisuudessaan Itämereen. Esimerkiksi Kallavedelle tulee runsaasti vesistöjä rehevöittävää fosforia maatalousvaltaiselta Iisalmen reitiltä, mutta on arvioitu, että noin kolmannes tästä fosforista pidättyy tai poistuu Kallavedessä. Pitämällä Kallavesi hyvässä tilassa siten, että se poistaa eikä tuota haitallisia ravinteita, emme suojele ainoastaan Kallavettä vaan myös Itämerta.

Laaja valuma-alue luo Itämeren suojelulle haasteita. Itämeren suojelutoimenpiteiden tulee tapahtua suureksi osaksi valuma-alueella, joka on kaukana meren rannasta. Tästä johtuen paikallisten toimijoiden motivointi toimenpiteisiin ei ole helppoa. Itämeri onkin oivallinen esimerkki siitä, miten vesien suojeluun liittyvien ongelmien ratkaisuun tarvitaan monitieteistä osaamista. Ei riitä, että Itämerta kuormittavat päästölähteet tunnetaan ja niiden poistamiseen kehitetään tekniset ratkaisut. Itämeren ongelmien ratkaisuun tarvitaan myös oikeudellista sääntelyä, tuntemusta ihmisten käyttäytymisestä, poliittista ohjausta sekä taloudellisia kannustumia. Tämän tyyppinen monitieteinen osaaminen on keskiössä UEF Water -tutkimusohjelmassa, ja ohjelmassa tehtävällä tutkimukselle vaikutetaan paikallisten vesistöjen lisäksi myös Itämeren tilaan.

UEF Water eli Vesivarojen kestävä yhteiskäyttö (WATER) -tutkimusyhteisö yhdistää laaja-alaisesti Itä-Suomen yliopiston vesitutkijoita ja tutkimusryhmiä. Tavoitteena on tehdä kansainvälisesti korkeatasoista vesialan tutkimusta, kouluttaa vesialan osaajia sekä parantaa vesivarojen kestävää ja vastuullista yhteiskäyttöä yhdistämällä tutkijoiden osaamista yli laitos- ja tiedekuntarajojen.

Lake Sysmäjärvi – taking a closer look to mining impacted lake

(This blog post was originally published on May 10th 2021 at https://www.uef.fi/en/article/blog-winter-limnology-in-north-karelia)

Text: Hannu Nykänen & Helena Jäntti | Photo: Carlos Palacín

January, minus 15 degrees Celsius. The sun is about to come up. There is snow on the ice that occasionally collapses when you step on it. Underneath the snow, there is water. I am trying to step into the footmarks that Helena has left behind. Leather shoes were not the right choice for today, there is just too much water. Live and learn. Pyry went first, alone, driving the snowmobile. Sledging is difficult in watery-snow slush, and the snowmobile must be left on the islet. In the slush, heavy work snowmobile would no longer come off because of the frost. “It’s acidic!”, Pyry shouts and takes a photo from the YSI-meter screen.

We are collecting water and sediment samples from Lake Sysmäjärvi in Outokumpu, North Karelia, to find out why lake water acidification is taking place during spring. Even when it is not spring, the water is already acidic. Our wet toes are starting to freeze. Tar black sediment can be collected with sediment grabs, but water sampler, Limnos, freezes after getting it out of the water the first time. The trip was not supposed to be this difficult for experienced scientists. Usually samples are collected during open water season or during spring when the sun gives warmth.

We came to Lake Sysmäjärvi to investigate why water quality monitoring shows signs of acidification. Everyone can view the officially collected monitoring data from an open database called Hertta, maintained by the Finnish Environment Agency. Measurement data related to Lake Sysmäjärvi has been collected since 1968. There are indications regarding water acidification, however, the information is fragmented, and it must be refined into a more comprehended form: figures and tables. This data and mining the data will be examined in a master thesis at the University of Eastern Finland, Joensuu campus.

Outokumpu, Vuonos, and Keretti mines produced copper ore and concentrate from 1910 to 1989. What is the problem then with Lake Sysmäjärvi, a few kilometres from the mine? We must now go back even further in history, quoting Peltonen et al.’s (2008) article: ‘Outokumpu-type Cu-Co-Zn-Ni-Ag-Au sulfide formation was formed around 1.95­-1.88 billion years ago’. The sulfide minerals were formed when hydrogen sulfide oozing from the oxygen-free seabed encountered the metals that leached from the soil to the sea. The same phenomenon is applied also in mouthwashes – the zinc chloride added to the mouthwash binds smelly hydrogen sulfide and forms an odorless sulfide mineral. What happens when sulfide mineral is mined, grinded, enriched and disposed? If the mineral contains neutralizing rock species, acid release does not occur in harmful measures. However, if there are no neutralizing components in the mining waste, contact with oxygen, water, and bacteria will begin releasing sulphuric acid and metal ions into the surrounding waters. This results in acidic run-off called acid mine drainage (AMD).

Why were we on the lake in January in such a cold weather? When the snowmobile belts are filled with slush that freezes like the feet of a researcher who chose the wrong shoes? The aim was to find out how the process leading to acidification works in Lake Sysmäjärvi, and furthermore, is the acidification a result of the chain of events related to piles of mine tailings. For this reason, oxygen concentration, acidity, and temperature were measured in the lake as background information for a master thesis study on sediment processes. The sediment processes are studied under controlled laboratory conditions at the University of Eastern Finland, Kuopio campus.

In the laboratory, the sediment microbes were killed by heat in some of the samples. This allowed us to separate effects of chemical and microbiological processes on acid formation. By incubating the sediment without oxygen, we imitated the situation where there is no oxygen in the water and anoxic processes occur under the ice. Anoxic conditions under the ice are quite common in shallow and nutrient rich lakes because oxygen-consuming decomposition processes continue throughout the winter, while less oxygen dissolves from the atmosphere into water due to the ice cover. By adding air, a situation corresponds to overturn during spring, when the water profile is uniformly cold and oxygenated. The surface water mixes with anoxic water and causes acid release. Adding sugar to the sediment sample mimics the growth of algae in lake and the effect of increase of fuel to microbiological processes. Also, nutrients and both, oxidized and reduced forms of iron were measured. But why measure iron when investigating the effects related to a copper mine? Because, actually, iron represents all bivalent metals in processes, and iron chemistry and microbiology are best known.

On the way home, back to Kuopio, our toes warmed up and the shoes slowly dried. It seems that the sediment behaved as expected, however the role of microbes, which has not been traditionally determined in these studies, is more significant than expected. The further processing of the results is in the final stages and the thesis is about to be completed. The ice melted from Lake Sysmäjärvi during week 16. The shores are getting greener. We did an additional sampling of water column just before 1st of May, May Day. More outcomes about that trip in the next blog post.

Peltonen, P., Kontinen, A., Huhma, H., Kuronen, U. (2008) Outokumpu revisited: New mineral deposit model for the mantle peridotite-associated Cu–Co–Zn–Ni–Ag–Au sulphide deposits. Ore Geology Reviews, 33, 559–617.

RESEARCHERS
Helena Jäntti (UEF Connect profile)
Hannu Nykänen (UEF Connect profile)
Pyry Pihlasvaara (UEF Connect profile)
Jarkko Akkanen (UEF Connect profile)
Jussi Kukkonen (UEF Connect profile)

UEF Water programme is funded by Saastamoinen foundation, Wihuri foundation and Olvi foundation.

Kaivostoiminnan vaikutusten tarkastelua Sysmäjärvessä

(Blogikirjoitus alunperin julkaistu 10.5.2021, osoitteessa: https://www.uef.fi/fi/artikkeli/blogi-kaivostoiminnan-vaikutusten-tarkastelua-sysmajarvessa)

Teksti: Hannu Nykänen & Helena jäntti | Kuva: Carlos Palacín

Tammikuu, pakkasta 15 astetta. Aurinko noussee kohta. Jäällä on lunta, joka pettää satunnaisesti askeleen alla, ja alta paljastuu vettä. Koetan astua Helenan jättämiin jälkiin. Nahkajalkine ei ollut oikea valinta, vettä on liikaa. Oppia ikä kaikki. Pyry meni ensin yksin moottorikelkalla ja Helenakin näyttää jo ehtineen kävellen avannolle. Kelkkailu on vaikeaa vetisessä lumessa ja kelkka täytyy jättää luodolle. Sohjosta iso työkelkka ei tällä pakkasella enää irtoaisi. ”Hapanta on!”, Pyry huikkaa ja ottaa kuvan kenttämittarin näytöltä.

No, tuon tiedon vuoksihan täällä oltiin. Keräämässä vesi- ja sedimenttinäytteitä Outokummun Sysmäjärvestä, jotta päästäisiin selville siitä, miksi järvivesi happamoituu keväällä. Nyt ei ole vielä kevät, ja vesi on hapanta. Kastuneet varpaat alkavat jäätyä. Pikimustaa sedimenttiä saadaan nostettua, mutta vedenotin Limnos jäätyy ensimmäisten vesinäytteiden noston jälkeen. Ei tämän näin vaikeata pitänyt olla kokeneille tutkijoille. Yleensä näytteet kerätään avoveden aikaan tai keväällä kun aurinko jo alkaa lämmittää.

Olemme saapuneet Sysmäjärvelle tutkimaan miksi viimeaikainen vedentilan seuranta näyttää happamoitumisen merkkejä. Kerätyn tiedon tarkastelu on kaikille mahdollista Suomen ympäristökeskuksen ylläpitämästä avoimesta Hertta tietokannasta. Sysmäjärveen liittyviä mittauksia löytyy aina vuodesta 1968 alkaen. Veden happamoitumiskehityksestä on viitteitä, mutta koska tieto on hajanaista, sitä pitää jalostaa helpommin omaksuttavaan muotoon: kuviksi ja taulukoiksi. Tästä tiedosta ja tiedonlouhinnasta tehdään opinnäytetyötä Itä Suomen yliopistossa, Joensuussa.

Sysmäjärvi on linnustoltaan rikas, Natura-suojeltu 687 hehtaarin kokoinen rehevä järvi Liperissä ja Outokummussa. Sysmäjärvi on yksi Suomen arvokkaimmista ja kansainvälisestikin arvokas lintuvesi, tietää www.ymparisto.fi kertoa. Rannoilla on kaksi lintutornia ja nuotiokatos. Rantaa on raivattu ja rannalla on veneitä, eli tänne tullaan viettämään vapaa-aikaa ja veneiden maastovärityksestä päätellen myös metsästämään. Ysitieltä kääntyy järven rantaan hyväkuntoinen tie.

Outokummun kaivos ja samassa malmiossa olevat Vuonos ja Keretti tuottivat kuparimalmia ja rikastetta 1910–1989. Ja mikä tässä on se ongelma, Sysmäjärven osalta, kilometrin päässä kaivoksesta? Nyt täytyy palata historiassa vielä kauemmas, ja lainata Peltosen ym. 2008 tieteellistä artikkelia: ”Outokumpu-tyyppinen Cu- Co-Zn-Ni-Ag-Au-sulfidimuodostuma syntyi aikavälillä 1.95-1.88 miljardia vuotta sitten”. Suldimineraalit syntyivät, kun hapettomasta merenpohjasta tihkuva rikkivety kohtasi maaperästä mereen liuenneet metallit. Samasta syystä suuvesissä on sinkkiä: se sitoo hengitykseen hajua tuottavan rikkivedyn. Ja mitä tapahtuu, kun sulfidimineraali, kiisu – josta suurin osa on rikkiä – nostetaan maan pinnalle, jauhetaan, rikastetaan ja jäte kasataan maan päälle. Jos mineraalissa on mukana happoa neutraloivia kivilajeja, niin hapon vapautumista ei tapahdu. Jos kaivosjätteessä ei ole neutraloivaa osuutta, sulfidimineraalien, ilman hapen, veden ja bakteerien kohdatessa kivi rapautuu ja alkaa päästää ympäröiviin vesiin rikkihappoa ja metalli-ioneja. Näin syntyvät happamat valumavedet (engl. acid mine drainage (AMD)).

Miksi järvellä oltiin tammikuussa kelillä, jossa moottorikelkan telan väli täyttyy sohjosta ja väärillä kengillä varustautuneen tutkijan jalat jäätyvät? Haluttiin päästä selville, kuinka prosessi toimii Sysmäjärvessä ja noudattaako se edellä kuvattua rikastushiekkakasoihin liittyvää tapahtumaketjua. Tämän vuoksi järvestä mitattiin happipitoisuutta, happamuutta ja lämpötilaa taustatiedoksi sedimentin prosesseista tehtävälle opinnäytetyölle, jossa selvitetään sedimentin prosesseja hallituissa laboratorio-olosuhteissa Itä Suomen yliopistolla, Kuopiossa.

Sedimentistä mitattiin aluksi sen ominaisuudet: orgaanisen aineen määrä, huokoisuus ja pH. Osasta sedimenteistä tapettiin mikrobit autoklavoimalla. Tällä haluttiin selvittää kemiallisten ja mikrobiologisten prosessien vaikutusta happamuuden muodostumisessa. Inkuboimalla pullokokeissa sedimenttiä hapettomissa olosuhteissa jäljiteltiin tilannetta, jossa vedestä loppuu happi ja hapettomat prosessit pääsevät vallitseviksi jään alla. Hapettomuus jään alla on varsin tavallista matalissa ja rehevissä järvissä, sillä happea kuluttavat hajotusprosessit jatkuvat läpi talven, mutta happea liukenee ilmakehästä veteen kesäaikaa vähemmän jääpeitteen vuoksi. Ilmaa lisäämällä aikaansaatiin tilanne, joka tapahtuu kevään täyskierron yhteydessä, jolloin vesipatsas on tasalämpöinen ja hapellinen pintavesi sekoittuu hapettoman pohjaveden kanssa ja aiheuttaa vesirungossa ja sedimentissä AMD-ilmiön. Sokerin lisäämisellä puolestaan matkittiin luonnossa tapahtuvaa levien kasvua ja niistä vapautuvan hiilen antaman energian lisäyksen vaikutusta mikrobiologisiin prosesseihin ja happamuuteen. Mittaavina suureina olivat jo edellä mainitut, mutta nyt mitattiin myös raudan eri muotoja – hapettunutta ja pelkistynyttä rautaa. Miksi mitata rautaa, kun tutkitaan aikanaan Euroopan merkittävimmän kuparikaivoksen vaikutuksia alapuolisessa vesistössä? Tämä tehtiin siksi, että rauta edustaa tässä kaikkia muitakin metalleja ja raudan kemia ja mikrobiologia tunnetaan parhaiten.

Varpaat sulivat kotimatkalla Kuopioon ja kengätkin kuivuivat vähitellen. Näyttää siltä, että sedimentti käyttäytyi odotetusti, ja prosessit ovat sekä mikrobiologisia että kemiallisia. Tulosten käsittely on loppusuoralla ja opinnäytetyöt valmistumassa. Sysmäjärven jäät lähtivät viikolla 16. Rannat alkavat vihertyä. Näytteenotto veneestä tehdään ennen vappua. Siitä enemmän seuraavassa blogissa.

Peltonen, P., Kontinen, A., Huhma, H., Kuronen, U. (2008) Outokumpu revisited: New mineral deposit model for the mantle peridotite-associated Cu–Co–Zn–Ni–Ag–Au sulphide deposits. Ore Geology Reviews, 33, 559–617.

TUTKIJAT
Helena Jäntti (UEF Connect -profiili)
Hannu Nykänen (UEF Connect -profiili)
Pyry Pihlasvaara (UEF Connect -profiili)
Jarkko Akkanen (UEF Connect -profiili)
Jussi Kukkonen (UEF Connect -profiili)

Vesivarojen kestävä yhteiskäyttö (WATER) -tutkimusohjelmaa ovat tukemassa Saastamoisen säätiö, OLVI-säätiö sekä Jenny ja Antti Wihurin rahasto.