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.

Winter limnology in North Karelia

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

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

Winter limnology team, part of the UEF water programme, is investigating how the warming winters affect North Karelian lakes. This is the first time when the microbial communities in lake sediments in Eastern Finland are investigated by using modern tools based on stable isotopes and molecular biology, uncovering the whole diversity and process rates of the sediment microbial communities.

Eastern Finland, as part of the high Northern latitudes, is warming faster than more southern areas, and thus understanding the effect of climate change on lakes is crucial to be able to prepare and adapt to the prevailing change. Life under ice is still poorly understood, yet aquatic animals spend nearly half of their lives under the ice. This research is shedding light to sediment processes that are currently very poorly known in boreal lakes.

Lakes are bound to changes in their catchment area. In living memory, winter used to come rapidly, soil froze deep, and lakes used to be ice-covered for half of the year. Now, due to climate change, autumns are longer, there is more rain and snow, and ice-covered period is shorter.

More precipitation and shorter ground frost period mean more dissolved and particulate organic matter, containing carbon and nutrients, that are leaching from terrestrial environments into lakes. Intensive land uses can further magnify the impacts. This has led to darkening watercolor, known as brownification.

Even the Finland’s most prestigious clearwater lakes such as lake Puruvesi have become visibly browner. In addition to changes in the watercolor, the increasing load from catchments also affects how nutrients recycle in lakes, and between the lakes and the atmosphere.

Preliminary data give us a warning that aquatic systems which receive high amounts of organic matter from their catchment, cannot cope with the effects of excess nutrient loads as efficiently as clearwater lakes, and are prone to the negative effects of eutrophication, including loss of oxygen and death of animals living in bottom sediments.

The large unknown is that most nutrient cycling measurements have been done during the open water season, and thus the role of wintertime nutrient processing is mostly unknown.

The winter limnology team has been measuring nitrogen cycling in lake sediments during the ice cover season on various locations in North Karelia. The team has sampled both in clearwater and brown color basins in lake Höytiäinen and lake Viinijärvi. Laboratory measurements of the collected samples reveal the resilience of lakes towards increasing loading of nutrients and organic matter.

The research is collaborative among the Biogeochemistry and Aquatic ecology and behavioural ecology groups of UEF, University of Jyväskylä and the Swedish University of Agricultural Sciences. The processing of samples is currently underway, and we can expect preliminary results during the fall 2021 and published outputs in early 2022.

WINTER LIMNOLOGY TEAM

Carlos Palacín-Lizarbe (UEF Connect profile)
Anssi Vainikka (UEF Connect profile)
Raine Kortet (UEF Connect profile)
Jari Syväranta (UEF Connect profile)
Helena Jäntti (UEF Connect profile)
Pyry Pihlasvaara (UEF Connect profile)

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

Talven limnologiaa Pohjois-​Karjalassa

(Blogikirjoitus alunperin julkaistu 10.5.2021, osoitteessa https://www.uef.fi/fi/artikkeli/blogi-talven-limnologiaa-pohjois-karjalassa)

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

Itä-Suomen yliopiston vesitutkimusohjelmaan kuuluva talvilimnologianryhmä selvittää, miten lämpenevät talvet vaikuttavat havumetsävyöhykkeen järviin. Tämä on ensimmäinen kerta, kun Itä-Suomen järvien pohjasedimenttien mikrobiyhteisöjä tutkitaan käyttämällä keskeisten alkuaineiden stabiileihin isotooppeihin ja molekyylibiologiaan perustuvia menetelmiä. Tutkimuksessa keskitytään mikrobiyhteisöjen rakenteeseen sekä niiden vaikutukseen typen eri muotojen esiintymiseen vedessä ja ilmassa.

Pohjoiset leveysasteet lämpenevät nopeammin kuin eteläisemmät alueet. On tärkeää, että ilmastonmuutoksen järviin kohdistuvat vaikutukset ymmärretään paremmin, jotta alueella voidaan valmistautua ja sopeutua vallitsevaan muutokseen.

Elämää jään alla ymmärretään edelleen huonosti, vaikka jääpeitteinen aika kestää lähes puolet vuodesta. Talvilimnologianryhmän tutkimus tuottaa perustietoa sedimenttien talviaikaisesta mikrobiaktiivisuudesta: järven pohjassa lämpötila on usein lähes sama 4 ˚C ympäri vuoden mutta valaistusolosuhteet ja vesipatsaan koostumus vaihtelevat.

Järvet ovat valuma-alueensa heijastumia. Ennen maaperä jäätyi syksyllä aiemmin ja järvet olivat jääpeitteisenä lokakuusta toukokuun loppupuolelle. Nyt syksyt ovat ilmastonmuutoksen vuoksi pidempiä, vettä sataa enemmän ja järvien jääpeitteinen aika lyhyempi.

Lisääntynyt sademäärä ja lyhentynyt routakausi tarkoittavat, että järviin huuhtoutuu valuma-alueelta enemmän liuennutta ja hiukkasmaista orgaanista ainesta, joka sisältää hiiltä ja ravinteita. Intensiivinen maankäyttö voi entisestään lisätä huuhtoumia. Tämä on johtanut siihen, että jopa Suomen kirkasvetisimmät järvet, kuten Puruvesi, ovat näkyvästi tummuneet.

Veden värin muutosten lisäksi kasvavat huuhtoumat vaikuttavat ravinteiden kiertoon järvissä sekä järvien ja ilmakehän välillä. Alustavat tutkimustulokset osoittavat, että vesiekosysteemit, joita kuormitetaan runsaasti liukoisella orgaanisella aineksella ovat alttiimpia rehevöitymisen kielteisille vaikutuksille, joita ovat mm. syvänteiden happikato ja pahimmillaan pohjasedimenteissä elävien selkärangattomien kuolema.

Ilmastonmuutosennusteiden epävarmuutta lisää se, että tähän mennessä suurin osa ravinnemittauksista on tehty avovesikaudella, eikä talviaikaisen prosessien roolia juuri tunneta. Tämän vuoksi talvilimnologian tiimi on kerännyt näytteitä sekä alku- että lopputalvesta, ja jakanut näytteenoton kirkasvetisille ja tummavetisille alueille, jotka erottuvat selvästi tutkimusjärvillä, Höytiäisellä ja Viinijärvellä.

Kerättyjen näytteiden laboratoriomittaukset kertovat, miten typpiyhdisteiden prosessointi sedimentin mikrobiyhteisöissä muuttuu suhteessa talven vaiheeseen sekä orgaanisen aineen kuormitukseen.

Tutkimusta tehdään yhteistyössä Itä-Suomen yliopiston biogeokemian ja akvaattisen ekologian ryhmien kesken, sekä Jyväskylän yliopiston ja Ruotsin maatalousyliopiston kesken, ja siitä vastaa tutkijatohtori Carlos Palacín. Näytteiden käsittely on parhaillaan käynnissä, ja alustavia tuloksia on odotettavissa syksyn 2021 aikana. Julkaistuja tuloksia voidaan odottaa aikaisintaan alkuvuodesta 2022.

TALVILIMNOLOGIARYHMÄ

Carlos Palacín-Lizarbe (UEF Connect -profiili)
Anssi Vainikka (UEF Connect -profiili)
Raine Kortet (UEF Connect -profiili)
Jari Syväranta (UEF Connect -profiili)
Helena Jäntti (UEF Connect -profiili)
Pyry Pihlasvaara (UEF Connect -profiili)

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