Teadusmõte Eestis (Vii)

TEADUSMÕTE EESTIS (VII)

MERI. JÄRVED. RANNIK

TALLINN 2011

TEADUSMÕTE EESTIS (VII)

MERI. JÄRVED. RANNIK

Tarmo Soomere (vastutav toimetaja), Tiina Nõges

Helle-Liis Help, Siiri Jakobson, Ülle Rebo, Galina Varlamova

ISSN 1736-5015 978-9949-9203-2-7 (trükis) ISBN 978-9949-9203-3-4 (pdf) © EESTI TEADUSTE AKADEEMIA

Facta non solum verba SISUKORD

Sissejuhatus Tarmo Soomere, Tiina Nõges ...... 7

Populatsioonid, kooslused ja ökosüsteemid muutuvates loodus- ja inimmõju tingimustes Jonne Kotta, Henn Ojaveer...... 13

Kuidas kliimamuutus mõjutab järvede elustikku ja aineringeid? Tiina Nõges, Peeter Nõges ...... 25

Ekstreemsete ilmastikunähtuste ja kohaliku inimtegevuse koosmõju Peipsi kaladele Külli Kangur, Kai Ginter, Andu Kangur, Peeter Kangur, Kati Orru, Tõnu Möls...... 37

Tuulevälja muutumine Läänemere kirdeosas viimase poolsajandi jooksul Sirje Keevallik ...... 49

Tuulekliima muutuste mõju Eesti rannikumere veetaseme-, hoovuste- ja lainerežiimile Ülo Suursaar ...... 59

Läänemere lainekliima Eesti ranniku kontekstis Tarmo Soomere ...... 69

Eesti ranniku uurimine ja problemaatika Are Kont, Kaarel Orviku, Hannes Tõnisson ...... 83

Lainepõhised ohud rannavööndis Ira Didenkulova...... 103

Päikesevalgus vees kui oluline mõjufaktor veekogude ökosüsteemi kujunemisel Helgi Arst ...... 117

Globaal- ja regionaalprobleemide lahendamine kaugseire meetoditega Tiit Kutser, Ele Vahtmäe, Liisa Metsamaa, Birgot Paavel ...... 137

Bakterite ökoloogia Eestiga seotud vesistes keskkondades Veljo Kisand ...... 157

Ka järvesetted kõnelevad – paleolimnoloogilistest uuringutest Eestis viimasel kümnendil Liisa Puusepp ...... 171

Ülemiste järve biomanipulatsioon Tiia Pedusaar, Ain Järvalt ...... 189

Preventiivsed meetodid ranniku kaitseks mere sisemise dünaamika abil Tarmo Soomere ...... 197

Rakenduslikud järveuuringud Euroopa direktiive toetamas Ingmar Ott, Kairi Maileht, Henn Timm ...... 213

Autoritest ja kaasautoritest ...... 228

5 SISSEJUHATUS

Tarmo Soomere Eesti TA Informaatika ja Tehnikateaduste osakonna juhataja TTÜ küberneetika instituudi juhtivteadur, lainetuse dünaamika labori juhataja

Tiina Nõges Eesti Maaülikooli ja Teaduste Akadeemia uurija-professor

Raamatusari “Teadusmõte Eestis” on jõudnud põhimõtteliselt erinevate meetoditega, avaldub maagilise järjekorranumbrini 7 ning praeguseks tippteaduse interdistsiplinaarsus siin kõige eheda- kokku võtnud mitmete teadusvaldkondade edu- mal kujul. Veekogude nii-öelda alumised rajatin- lood, saavutused ja probleemid. Käesolev kogu- gimused ehk merepõhja ja randade omadused mik on esimene, mis kontsentreerub mitte niivõrd määratleb geoloogia ning neid kujundavad tasa- meetoditele või valdkondadele, kuivõrd kindlatele pisi peamiselt hüdrodünaamilised protsessid. Üle- objektidele. misel rajal ehk veepinnal ʻtoidabʼ veekogusid

Ajalooliselt on mere- ja järveteadus üks vanemaid energiaga vastasmõju atmosfääriga; viimasega teadusharusid Eestis. Mõned Eesti vaatlusread tegeleb (mere)meteoroloogia. Mere elutu kesk- kuuluvad maailma pikimate sekka. Nii pärinevad konna ehk veemasside omaduste, liikumise, li- esimesed hüdrometeoroloogiliste vaatluste pro- sandite jaotuste ja mustrite väljaselgitamine on tokollid Tallinnas 1805. aastast ning juba 1824. hüdrodünaamika, hüdrofüüsika ja hüdrokeemia aastal alustati Pärnus regulaarseid meretaseme ülesanne. Elu veekogudes kuulub (hüdro)bio- vaatlusi. Hagudist pärit Adam Johann von Kru- loogia võimkonda. Kõik loetletud valdkonnad ka- senstern juhtis esimest Vene ümbermaailmareisi sutavad ulatuslikult veel tohutut hulka matemaatilisi, füüsikalisi jm meetodeid. 1803–1806. Paljud eksperdid on seisukohal, et nimelt selle ekspeditsiooni käigus tehtud hoo- Tulemusena on ʻvesisteʼ teaduste ja rannikutea- vuste uuringutega pandi alus kaasaegsele füüsi- duse kuuluvus vahel päris keerukas küsimus. Aja- kalisele okeanograafiale. Karl Ernst von Baeri looliselt on järveteaduse ehk limnoloogia ja ran- ekspeditsioone Peipsi järvele (Baer 1852) ja Lää- nikuteaduse tuumkompentents paiknenud Teadus- nemerele peetakse esimesteks teadaolevateks kate Akadeemia praeguses struktuuris bioloogia, lade ülepüügi teaduslikeks uuringuteks maailmas. geoloogia ja keemia osakonnas. Mereteadus on Ülevaate mere-, järve- ja rannikuteaduse mõnede füüsiliselt esindatud aga informaatika ja tehni- harude varasemast ajaloost Eesti kontekstis saab kateaduste osakonnas. Sageli ilmuvad merefüüsi- kirjutistest (Mardiste 1995, 1999; Ojaveer jt kute teadustulemused ajakirjades, mida füüsikud, 2000; Kangur jt 2001; Nõges jt 2001). Viimastel matemaatikud, keemikud või bioloogid peavad aastakümnetel toimunud muutusi ja uusi välja- endi pärusmaaks. Viimastel aastatel on Lääne- kutseid peegeldab mõnevõrra artikkel (Soomere mere mereteaduse fookust (näiteks BONUSe 2009). programmi raames) radikaalselt laiendatud nõnda,

Mere-, järve- ja rannikuteadused on nii definit- et nüüd hõlmab see laia spektrit ühiskonnaprob- leeme ning mere valgalal toimuvaid protsesse. sioonilt kui ka olemuselt objektorienteeritud tea- dussuunad. Kuna nende esindajad tegelevad suh- Mere-, järve- ja rannikuteaduste kohta Eesti tea- teliselt kindlapiiriliste objektidega, kuid paljude dusmaastikul, teadlaste enesehinnangut ning vas-

7 tavate uuringute taset kolleegide ja ülemuste Väike vaheaeg oli 2001. a, mil mere-, järve- ja silmis peegeldavad ehk kõige paremini need rannikuteadusi käsitlevaid töid Eesti teaduspree- uuringud, mis on aegade jooksul esitatud Eesti miale ei esitatud. Läbimurre Eesti teaduse tipp- riikliku teaduspreemia saamiseks. Esimene töö, tasemele algas 2002. a, kui Jüri Elken, Jüri Kask, mis nime poolest seotud ʻvesisteʼ teadustega, oli Tarmo Kõuts, Uno Liiv ja Tarmo Soomere said Arne Sellini artikkel “Taimede veemajanduse öko preemia tehnikateaduste valdkonnas tööde tsükli loogiast” (esitatud 1993 aastapreemiale geo- ja “Saaremaa süvasadama võimalike asukohtade bioteaduste ning põllumajanduse valdkonnas). hüdrodünaamilised ja geoloogilised uuringud” Tõsi, see puudutas küll taimedesisest veevahetust eest. Samal aastal esitati preemiale ka Sergei Ba- ja hüdraulikat. Õige veidi oli käesoleva kogumiku bitšenko, Aina Leebeni, Larissa Porõvkina ja temaatikaga seotud 1995. a teaduspreemia geo- ja Viktor Varlamovi uuringute tsükkel “Veekesk- bioteaduste ning põllumajanduse valdkonnas “Kir konna analüüsi fluorestsentsmeetodid” geo- ja de-Eesti maastike areng ja nende antropogeenne bioteaduste valdkonnas. Selle kollektiivi tegemisi transformatsioon”. Tõenäoliselt on see kõige suu on põgusalt puudutatud P. Saari ülevaates optika remale kollektiivile omistatud preemia: juht Jaan- arengust Eestis (Saari 2006). Selle tuumikselts- Mati Punning, liikmed Katrin Erg, Mati Ilomets, kond osales ühe Eesti partnerina BONUS+ pro- Erik Kaljuvee, Edgar Karofeld, Olevi Kull, Tiiu jektis BalticWay, millest jutustab käesoleva ko- Koff, Are Kont (üks käesoleva kogumiku gumiku artikkel (Soomere 2011). autoritest), Valdo Liblik, Diana Makarenko, Igna Kahel järgneval aastal oli võistlus geo- ja bio- Rooma, Avo Rätsep, Mart Varvas, Arvi Toomik teaduste aastapreemiale peaaegu täielikult mere-, ja Martin Zobel. järve- ja rannikuteadlaste siseasi. Selleks ajaks oli 1990ndate aastate teisel poolel konkureerisid Eesti teadus suurelt jaolt taastunud ülemineku- mere-, järve- ja rannikuteadust esindavad tööd aegade probleemidest ning vastavate tööde te- tehnikateaduste ning geo- ja bioteaduste valdkon- maatika oli märgatavalt laienenud. 2003. a geo- ja nas. 1996. a esitati tehnikateaduste alal preemia bioteaduste aastapreemia läks kollektiivile koos- kandidaadiks Kustav Laigna, Hanno Ohvrili ja seisus Juta Haberman, Avo Miidel, Tiina Nõges, Vello Kala “Ohutut merelaevandust kindlustavate Ervin Pihu ja Anto Raukas Peipsi järve uuringuid tööde tsükkel”. Järgnevatel aastatel võisteldi geo- käsitlevate monograafiate eest. Põllumajandustea- ja bioteaduste liinis: 1997. a kandideeris Ott duste alal sai preemia Riho Grossi ja Tiit Paaveri Rootsi tööde tsükkel “Toksilised kloororgaanili- tsükkel “Ohustatud ja kasvatatavate kalaliikide sed ühendid Läänemere ökosüsteemis”, 1998. a geneetiliste ressursside uuringud”. Eesti teadus- Urve Ratase, Eva Nilsoni, Elle Puurmanni ja Too- preemia kandidaadiks täppisteaduste alal esitati mas Kokovkini monograafia “Eesti väikesaared. tol aastal ka Sirje Keevalliku tööde tsükkel “At- Maastikuökoloogilised uuringud”, 1999. a Võrts- mosfääri tsirkulatsiooni mustrite muutused lo- järve Limnoloogiajaam tulemusliku töö eest Eesti kaalsete kliimamuutuste indikaatorina”. Järgmisel veekogude uurimisel ja 2000. a uuringute tsükkel aastal (2004) võitis geo- ja bioteaduste aastapree- “Peipsi geoloogia” (Avo Miidel, Tiit Hang, Reet mia Helgi Arsti monograafia “Mitmekomponen- Karukäpp, Anto Raukas ja Elvi Tavast) ning Ott diliste looduslike vete optilised omadused ja vee- Rootsi tsükkel keskkonnasaastatuse mõjust Balti alune valgusväli”. Tema konkurentideks oli Evald riikide inimeste tervisele ning püsivate, bioaku- Ojaveeru, Toomas Saati ja Ervin Pihu toimetatud muleeruvate ja toksiliste kemikaalide levikust raamat “Eesti kalad” ning Kalle Olli uuringute Kesk- ja Ida-Euroopa riikides. Konkurents oli aga tsükkel “Funktsionaalsed protsessid ja bioloo- tihe ning preemiat ükski neist töödest ei pälvinud. gilised interaktsioonid planktonikooslustes”.

8 Küllap lõppes selleks korraks võistlusisu ning Enno Lend’i logistika ja transpordi alaste teadus- 2005. a teaduspreemiatele nii-öelda klassikalisi tööde tsükkel hoopis sotsiaalteaduste valdkonnas. mere-, järve- ja rannikuteaduse alaseid töid ei Järgmistel aastatel (2008–2009) esitati uuesti esitatud. Vesiste teaduste esindajatel oli siiski ka Jonne Kotta tööde täiendatud versioonid ning sel aastal põhjust rõõmustada, sest geo- ja bio- Tiina Nõgese ja Külli Kanguri toimetatud mono- teaduste preemia võitis Tiiu Märsi uurimistööde graafia “Euroopa suurjärved. Ökosüsteemi muu- tsükkel “Keskpaleosoiliste selgroogsete evolut- tused ja selle ökoloogiline ja sotsiaalmajanduslik sioon ja levik põhjapoolkera meredes ning nende mõju”. Aastail 2010–2011 on teaduspreemiale praktiline väärtus geoloogias”, mille nimes meri uuesti kandideerinud Tarmo Soomere lainetuse selgelt kõlamas. alased uuringud tehnikateaduste alal, Tiina Nõ- Eelmise kümnendi teine pool tõi uue traditsiooni: gese suurjärvede alased tööd ja Ülo Suursaare mitmed teaduspreemiale esitatud tööd jäid ühel tööde tsükkel “Tuulekliima muutuste mõju vee- aastal konkurentsis alla, kuid võitsid preemia taseme-, hoovuste- ja lainerežiimile ning mere- järgmisel aastal. 2006. aastal sai preemia kaks randadele” geo- ja bioteaduste alal. Teataval mää- aastat varem konkurentsis teistele alla jäänud ral on mere- ja järveteadusega seotud ka 2010. ja Kalle Olli tööde tsükkel “Funktsionaalsed prot- 2011. a geo- ja bioteaduste alal preemiale esitatud sessid ja bioloogilised interaktsioonid planktoni- Olev Vinni tööde tsükkel “Lubiskeletti moodus- kooslustes”. 2006. aastal geo- ja bioteaduste pree- tavate anneliidide biomineralisatsiooni evolut- miale esitatud kaks käesoleva kogumiku autorit siooniline ja ökoloogiline tähendus”. Varem või Ingmar Ott ja Peeter Nõges, said monograafia hiljem osutuvad need rahvusvahelise tunnustuse “Verevi järv – teravalt kihistunud hüpertroofne pälvinud tsüklid kindlasti edukaks ka kodumaises veekogu” ja siseveekogude ökoloogiat käsitlevate konkurentsis. teadusartiklite tsükli eest preemia 2007. a. Viimasel kahel aastakümnel on mere-, järve- ja 2007. a esitati teaduspreemia saamiseks kolmes rannikuteadlased saanud seega Eesti teadus- erinevas valdkonnas koguni viis mere-, järve- ja preemia neljas kategoorias kaheksast ning on rannikuteaduse alaste tööde tsüklit. Tiit Kutseri konkureerinud ka sotsiaalteaduste valdkonnas. uuringute tsükkel “Optiline kaugseire veekesk- Ott Rootsi uuringud võinuks olla edukad ka kee- konna uuringutes” esitati täppisteaduste alal esi- mia vallas. Vaid arstiteaduses ning humanitaar- mest korda 2007 ning sai preemia 2008, Tarmo teadustes pole seni leidunud vastava tasemega Soomere tsükkel “Looduslikud ja inimtekkelised uuringuid. Samuti on praegune mere-, järve- ja lained Läänemerel” konkureeris tehnikateaduste rannikuteadlaste põlvkond veel täies elujõus ning alal, kuid võitis hoopis Balti Assamblee teadus- neil pole veel asja elutöö preemia kandidaatide auhinna 2007. a ainsa mereteemalise tööde tsük- hulka. Tendentsi kõnesolevate teadusharude lina selle preemia ajaloos. Sel aastal esitati geo- ja klastri interdistsiplinaarsuse suunas näeme ka bioteaduste valdkonnas preemiale veel Jaak Jaa- Teadusmõtte sarja varasemates raamatutes. Mere guse töö “Eesti kliima muutused, nende seosed dünaamika uuringuid (Elken jt 2006) ja merele suuremõõtmelise atmosfääri tsirkulatsiooniga suunatud lidartehnoloogia arengut (Saari 2006) ning nende mõjude avaldumine looduskeskkon- on kajastanud täppisteaduse alane kogumik, lai- nas” ja Jonne Kotta töö “Bioloogilise mitmekesi- nete omaduste kirjeldus on leidnud koha tehnika- suse ja ökosüsteemi stabiilsuse uuringud”. Need teadustes (Soomere 2007) ning paleookeano- konkureerisid ülal mainitud Ingmar Otti ja Peeter loogia (Kiipli jt 2011) elu- ja maateaduste seas. Nõgese töödega. Osaliselt käsitles merendusega seonduvaid küsimusi ka Aare-Maldus Uustalu ja * * *

9 Kogumiku koostamisel oli suureks abiks varem vat rolli Eesti mereteaduses praegusel hetkel. ilmunud samalaadsete üllitiste formaat. Teadus- Muidugi on meeldiv tõdeda, et Eesti füüsikaline mõtte seeria kogumikud pakuvad haruldast või- mereteadus on jõudnud mitmes aspektis juht- malust koondada omavahel tihedalt seotud mere-, positsioonile kogu Läänemere mastaabis, kuid järve- ja rannikuteaduse erinäoliste harude edu- fokuseerumine ühele ja samale võrdlemisi kitsale lugude sõnastused nõnda, et edusammude vahel valdkonnale kolmes aktiivselt mereteadust vilje- oleks identifitseeritavad ka lüngad ja probleemid, levas kollektiivis ei pruugi olla pikas perspek- mille lahendamine vajaks lähitulevikus jõupin- tiivis jätkusuutlik. Järveteaduse alased kaastööd gutusi. seevastu peegeldavad limnoloogide koolkonna

Koostajad seadsid eesmärgiks ennekõike kajas- küpsust ja võimekust käsitleda heal tasemel laia spektrit nii teaduslikku põnevust pakkuvaid kui tada Eestis ʽvesisteʼ ja rannikuteaduste vallas tehtud läbimurdelisi uuringute tsükleid, eriti aga ka Eesti arenguks vajalikke küsimusi. Ilmne mu- selliseid, kus Eestis tehtud teadus on maailma- relaps on rannikuteadus. Kuigi see on tänu väike- teadust vedamas. Kuna kogumiku temaatika oli searvuliste rühmade ennastsalgavale tööle säilita- võrdlemisi lai, tuli mõnevõrra piirata kaastööde nud oma väärika koha Eesti teaduses, on selle hulka ning eelistada kirjutisi, mis peegeldavad inimressursid ja materiaalne baas ilmselt ebapii- olulisi läbimurdeid mõne valdkonna arengus. savad Eesti ees seisvate probleemide adekvaatseks käsitlemiseks. Enamasti on taolised tsüklid sündinud paljude autorite koostöös. Vältimaks kaastööde materja- Kogumiku artiklite lahterdamine kolme erineva lide killustamist ning sellega tavaliselt seonduvat teadusvaldkonna alla olnuks tehniliselt muidugi dubleerimist, aga ka minevikuga paralleele tõm- võimalik. Koostajatele tundus aga märksa atrak- mates, seadsime kirjutiste lati omaaegse Nõuko- tiivsem sättida kirjutised sisuliselt põhjendatud gude Liidu teaduste doktori kraadi taotlemiseks järjekorda, alustades üldistest printsiipidest, min- vajalikule tasemele. Teisisõnu, kaastöö pidi tu- nes sealt edasi suuremastaabiliste tegurite muut- ginema üldjuhul kolme kuni viie praeguse PhD likkuse juurde, seejärel tähele panna, kuidas need väitekirja mahus korralikes eelretsenseeritud aja- tegurid mõjutavad meid ümbritsevat ʽvesistʼ ja kirjades ilmunud publikatsioonidele. Kaasaegses rannikukeskkonda, ning edasi suunduda raken- keeles on sellise produktiivsusega enam-vähem duslikus mõttes oluliste edulugude poole. iga asjalik mitmeaastane rahvusvaheline koostöö- Seetõttu alustavad kogumikku Jonne Kotta ja projekt. Valdkonna spetsiifikat arvestades olid Henn Ojaveer ülevaatega populatsioonidest, teretulnud ka uudsete (keskkonna)tehnoloogiate kooslustest ja ökosüsteemidest muutuvates loo- edukaid rakendusi peegeldavad kirjutised. dus- ja inimmõju tingimustes. Tiina ja Peeter Nõ- Algselt veidi karmina tundunud kriteerium kaas- ges jutustavad, kuidas kliimamuutus mõjutab töödele osutus päris jõukohaseks. Käesolevasse järvede elustikku ja aineringeid. Sama temaatikat kogumikku koondatud 15 artiklit annavad üsna jätkavad veidi kitsamas võtmes, kuid ka inim- realistliku läbilõike Eesti mere-, järve- ja ran- mõjusid arvesse võttes Külli Kangur, Kai Ginter, nikuteadlaste tööpõllust, temaatikast, edusammu- Andu Kangur, Peeter Kangur, Kati Orru, Tõnu dest ja osalt ka ambitsioonidest. Kümme kirjutist Möls, vaadeldes ekstreemsete ilmastikunähtuste põhinevad suuresti töödel, mis on kas võitnud ja kohaliku inimtegevuse koosmõju Peipsi kala- Eesti teaduspreemia või olnud esitatud selle kan- dele. Sirje Keevallik jätkab ülevaatega ühest pri- didaadiks. Esindatud on kõik Eesti teadusmaas- maarsest kliimamuutuste ilmingust – tuule oma- tikul selles valdkonnas arvestatavad institutsioo- duste muutustest meie rannavetes. Nende muutus- nid. Merefüüsika alaste artiklite suhteliselt suur te edasist mõju meie rannikumere veetasemele, osakaal kajastab füüsikaliste mereuuringute kand- hoovuste- ja laineterežiimile lahkab Ülo Suursaar.

10 Edasi võtab Tarmo Soomere üles lainekliima muti Võrtsjärve seirepoi installeerimisele ja pi- muutuste teema kogu Läänemere mastaabis, si- devmõõtmiste alustamisele EMÜ Limnoloogia- dudes selle ka inimtekkeliste lainete mõjuga Tal- keskuses. Värske teema on Eesti teaduse infra- linna lähistel. Kord juba rannikule jõudnud, on stuktuuri teekaart. Selles esindavad mere-, järve- igati loogiline jätkata Are Konti, Kaarel Orviku ja ja rannikuteadusi Eesti Keskkonnaobservatoo- Hannes Tõnissoni kirjutisega Eesti rannikutea- rium ning pikemas perspektiivis planeeritav Lää- duse muredest ja rõõmudest ning seejärel lasta nemere uurimislaev. On päris kindel, et korralik mõjuda Ira Didenkulova lool lainepõhistest ohtu- materiaalne baas realiseerub varem või hiljem ka dest rannikuvööndis. tipptasemel teadusena.

Kui loetletud kirjutised on peaasjalikult kirjeldavad, konstateerivad, lahtimõtestavad või pare- VIITED mal juhul teoreetiliselt prognoosivad, siis eda- Baer, K. E. von [Бэр K. M.] 1852. Исследования sised kaastööd on kirjutatud märksa aktiivsemalt для разрешения вопроса: уменьшается ли positsioonilt. Helgi Arst jutustab põneva loo количество рыбы в Чудском озере. Журнал sellest, kui oluline mõjufaktor on päikesevalgus Министерства Государственных Имуществ, veekogude ökosüsteemi kujunemisele. Tiit Kut- 43, 248–302. ser, Ele Vahtmäe, Liisa Metsamaa ja Birgot Paa- vel jõuavad üpris konkreetsete ettepanekuteni Elken, J., Männik, A., Rõõm, R. 2006. Atmo- globaal- ja regionaalprobleemide lahendamiseks sfääri ja mere dünaamika. Teadusmõte Eestis. kaugseire meetoditega. Veljo Kisand sukeldub Täppisteadused. Eesti Teaduste Akadeemia, Tal- tagasi vette ja põhjasetetesse, lahkamaks bakterite linn, 119–126.

ökoloogiat Eestiga seotud vesistes keskkondades Kangur, K., Haberman, J., Kangur, A., Kan- ning Liisa Puusepp demonstreerib, kuidas paleo- gur, P., Milius, A., Mäemets, H., Laugaste, R., limnoloogilised uuringud on nii igivanad kui ka Pihu, E. 2001. History of investigations on the üsna noored järvesetted ilmekalt kõnelema pan- ecosystem of Lake Peipsi. Proc. Estonian Acad. nud. Kaks järgmist kaastööd esitavad päris konk- Sci. Biol. Ecol., 50, 3, 169–179. reetseid lahendusi − Tiia Pedusaar ja Ain Järvalt jutustavad sellest, kuidas biomanipuleeriti Üle- Kiipli, E., Kallaste, T., Kiipli, T. 2011. Hoovused miste järvega ning Tarmo Soomere demonstreerib ja settekivimid Ordoviitsiumi ja Vara-Siluri Balti preventiivsete meetodite võimalusi ranniku kait- basseinis. Teadusmõte Eestis (VI). Elu- ja maa- seks mere sisemise dünaamika abil. Kogumiku teadused. Eesti Teaduste Akadeemia, Tallinn, 145–150. lõpetavad Ingmar Ott, Kairi Maileht ja Henn Timm järveuuringute ühiskonnaga seonduvate Mardiste, H. 1995. Eestit piirava mere hüdro- aspektide käsitlusega, ülevaatega sellest, kuidas loogilise uurimise ajalugu (kuni 1917. aastani). rakenduslikud järveuuringud toetavad Euroopa Teaduse ajaloo lehekülgi Eestist, 11. kogumik. direktiive. Teaduste Akadeemia Kirjastus, Tallinn, 58–75.

Teatavas mõttes on kõnekad ka need mere-, Mardiste, H. 1999. Eesti rannikumere hüdroloo- järve- ja rannikuteaduse aspektid, mis käesoleva giline uurimine aastail 1918–1940. Eesti Geo- kogumiku kaante vahele pole jõudnud. Nii on graafia Seltsi aastaraamat, 32, 80–90. näiteks mere- ja järveteaduse materiaal-tehniline baas viimastel aastatel radikaalselt paranenud Nõges, P., Kangur, A., Järvalt, A., Nõges, T. tänu uurimislaeva “Salme” kasutuselevõtmisele ja 2001. History of hydrological and biological rannikuobservatooriumile suunatud rahalistele investigations of Lake Võrtsjärv. Proc. Estonian Acad. Sci. Biol. Ecol., 50, 3, 180–193. vahenditele TTÜ meresüsteemide instituudis, sa-

11 Ojaveer, E., Rannak, L., Laevastu, T. 2000. One Soomere, T. 2009. Eesti ja Läänemere regiooni and a Half Centuries of Sea and Fisheries Inves- mereteadus eile, täna ja homme. Meremees, tigations in Estonia. Estonian Academy Pub- 4(266), 7–9; Eesti Teaduste Akadeemia aastaraa- lishers, Tallinn. mat XV(42). Eesti Teaduste Akadeemia, Tallinn,

Saari, P. 2006. Optika iseseisvas Eestis. Teadus- 2010, 231–236. mõte Eestis. Täppisteadused. Eesti Teaduste Aka- Soomere, T. 2011. Preventiivsed meetodid ran- deemia, Tallinn, 111–118. niku kaitseks mere sisemise dünaamika abil. Tea- Soomere, T. 2007. Lainetav Läänemere Eesti dusmõte Eestis (VII). Meri. Järved. Rannik. Eesti teadlaste pilgu läbi. Teadusmõte Eestis (IV), Teaduste Akadeemia, 197–211. Tehnikateadused (II). Eesti Teaduste Akadeemia, Tallinn 2007, 133–142.

12 POPULATSIOONID, KOOSLUSED JA ÖKOSÜSTEEMID MUUTUVATES LOODUS- JA INIMMÕJU TINGIMUSTES

Jonne Kotta, Henn Ojaveer Tartu Ülikooli Eesti mereinstituut

Globaalsed kliimamuutused, reostus, loodusres- vad. Mikrovetikad võivad hoovuste mõjul liikuda sursside mõtlematu kasutamine, invasiivsete sadu ja tuhandeid kilomeetreid ning makrovetikad võõrliikide sissetung, samuti viimastel kümnen- võivad lainetuse toimel muuta oma asendit ditel intensiivistunud laevaliiklus, sadamaehitiste sedavõrd, et talluse ülemised ja alumised osad ja energiakandjate ammutamiseks ja transpordiks pääsevad valgusele võrdselt ligi. Siit tulenevalt vajalike struktuuride rajamine on viinud pöördu- pole meil lootustki kirjeldada mereelustiku matute muutusteni mereökosüsteemide kõigil bio- muutlikkust ruumis ja ajas, kui me ei integreeri loogilise organiseerituse tasemetel. Jätkusuutliku mudelitesse eri skaalades toimuvaid protsesse arengu tagamiseks tuleb ökosüsteemidele enam ning erinevate valdkondade uurimistulemusi. mõju avaldavate teguritega arvestada ja sellest lähtuvalt inimtegevust ka planeerida. Sellele vaa- VÄIKESE- JA SUUREMASTAAPSED PROTSESSID tamata pole senini suudetud välja töötada toimi- Väikese- ja suuremastaapsete protsesside koos- vaid lahendusi, sest ülaltoodud survetegurite taga- mõju merekoosluste kujunemisele on tänini suh- järjed avalduvad kõikjal erinevalt. On alust arva- teliselt vähe uuritud. Sageli on mõju defineeritud ta, et erinevad protsessid mõjutavad ökosüsteeme ühes skaalaosas, eirates kõiki ülejäänud võima- samaaegselt erinevates aja- ja ruumiskaalades lusi. On aga vähetõenäoline, et sellised juhusli- ning süsteemi elementide vaheliste seoste tugevus kult valitud skaalad sisaldavad olulist osa kogu määrab elustiku leviku ning toimimise ruumi- ja muutlikkusest või on ökoloogiliselt olulised. Me- ajamustrid. reökosüsteemide struktuur varieerub paljudes

Võrreldes maismaaga on mereökosüsteeme suhte- skaalades ja süsteemi muutlikkus sõltub keskkon- liselt vähe uuritud, mistõttu ka teoreetilised tead- natingimuste varieeruvusest. Seetõttu on väga mised mereökosüsteemide toimimise kohta on oluline määratleda ökosüsteemide jaoks olulised napimad. Sageli on uuritud klassikaliste (st mais- ruumi- ja ajaskaalad ning nende kaudu tuvastada maaelustiku jaoks loodud) teoreetiliste mudelite süsteemi muutlikkust põhjustavad faktorid ja protsessid. paikapidavust merekeskkonnas ning jõutud tõde- museni, et need ei suuda isegi suures plaanis kir- Suure osa oma viimaste aastate teadustegevustest jeldada meres toimuvat. See ei peaks tulema ülla- oleme suunanud selle vajakajäämise lahendami- tusena, kuna merekeskkond on ju maismaast se- seks. Töö käigus määratlesime ruumi- ja ajaskaa- davõrd erinev. Vaadakem näiteks kogu toiduvõr- lad, kus keskkonna muutlikkuse mõju mereöko- gustiku alustalaks olevat taimeriiki. Maismaal süsteemide struktuurile ja toimimisele on kõige paiknevad pikaealised süsteemi stabiilsust toeta- suurem. Kui varasemates uuringutes on koosluste vad puud ja põõsad on valgusele kõige lähemal, kirjeldamisel keskendutud üldiselt mitmesuguste nende all paiknevad lühema elueaga rohttaimed. parameetrite keskmistele väärtustele (või nende Meres on aga kõik vastupidi − veepinna lähedal muutumisele), siis meie fokuseerusime koosluste kasvavad lühiealised mikrovetikad ning nende all levikumustrite muutlikkusele eri skaalaosades. pikaealised makrovetikad või siis kõrgemad Meie poolt loodud metoodika võimaldab uurida taimed. Lisaks on meres elavad taimed väga liiku- ökoloogiliste komponentide (keskkond + elustik)

13 muutlikkuse spektrit ʻmitmetunnuselises ja mit- Füüsikalised mõjurid varjutavad sageli bioloo- mefunktsionaalses ruumisʼ ning leida üldistusi giliste interaktsioonide tähtsust kooslustes (Her- elustiku ruumilistest ja ajalistest mustritest. Koos- kül jt 2006) ja muutused füüsikalises keskkonnas luste mitmekihiline struktuur suurendab analüüsi selgitavad suure osa Läänemere merekoosluste täpsust, kuna võimalikest metoodilistest vigadest muutlikkusest ja toimimisest nii kohalikus kui tekkiv müra filtreerub välja ja koosluse käitumist elupaiga skaalas (Kotta jt 2004, 2007a). Suure- peegeldav signaal võimendub paljude liikide või mõõtmeliste protsesside (kliimamuutus, tormid, funktsionaalsete rühmade sarnase käitumise läbi. toitelisuse suurenemine) tagajärjeks on ruumili- Kui varem usuti, et koosluste varieeruvus suu- selt või ajaliselt korreleeruvad kooslused, kusjuu- reneb mastaapide suurenemisega (Steele 1985), res väikesemõõtmeliste mõjurite (näiteks bioloo- siis meie uuringud näitavad, et puudub selge seos gilised interaktsioonid) tagajärjel esinevad ajali- ruumi- ja ajaskaala ning elustiku muutlikkuse selt või ruumiliselt sõltumatud kooslused. Mõle- vahel. Küll on võimalik elustiku levikumustreid mat tüüpi häiringute olemasolul on koosluste hästi kirjeldada, kui kooslus jagada erinevateks muutlikkus mõõtmetest sõltumatu ehk kooslused funktsionaalseteks ühikuteks, sest erinevatele on kõikides mastaapides suure muutlikkusega. funktsioonidele on omased kindlad varieeruvus- Üldjuhul on mitme mastaabi koostoime mereliste mustrid. Sellised seaduspärasused on tingitud eri ökosüsteemide kujunemise seisukohast kõige funktsionaalsete ühikute levikuviisi, toitumis- ja olulisema tähtsusega, vastandudes klassikalisele paljunemistüübi jms iseärasustest. teooriale, kus suuremastaapsed keskkonnategurid määravad ära ökosüsteemi põhiomadused ning Uuringute tulemused näitasid, et kui keskkon- väiksemates skaalaosades toimivad protsessid nategurid avaldavad elustikule tugevat mõju vaid mõjutavad kooslusi vaid väikestes piirides (Kotta, teatud skaalaosades, siis neis skaalaosades on ka Witman 2009; Põllumäe jt 2009; Hewitt, Thrush elustiku ruumiline ja ajaline muutlikkus suur. 2009) (joonis 1).

Joonis 1. Eri organisatsioonitasandite vaheliste vastasmõju- de suund ja tugevus. Joone paksus viitab seose inten- siivsusele, pidev joon otsestele mõjudele ning katkendlik joon võimalikele kaud- setele mõjudele.

14 VÕTMELIIGID PÕHJAKOOSLUSTES lustest ei avaldanud kuskil Euroopa meredes pi-

Võtmeliikidel arvatakse olevat suur roll koosluste kaajalist mõju ning mõjutas koosluste struktuuri moodustamisel, samuti mõjutavad nad oluliselt lühiajaliselt vaid Põhja-Euroopas. Tugeva talluse- koosluse toimimisega seotud protsesse. Võtmelii- ga vetikate eemaldamine parandas väiksemate kide leviku seaduspärasused ja nende roll koos- vetikate kasvutingimusi Lõuna-Euroopas ning lustes tundub olevat üldiselt teada (Duarte 2002). halvendas nende kasvutingimusi Põhja-Euroopas. Oluliselt lünklikumad on aga meie teadmised Koosluste reaktsioon kliima muutustest tingitud looduslike ja inimtekkeliste tegurite mõjust võt- häiringule suhtes varieerus piirkonniti, kuid ena- meliikidele erinevates ruumi- ja ajamastaapides mik kooslusi olid selle suhtes tundetud sõltumata ning selle mõju tagajärgedest mereökosüsteemide sellest, kas seal olid esindatud võtmeliigid või toimimisele. mitte (Bulleri jt retsenseerimisel). Häiringud soo- dustasid süstemaatiliselt väiksemate vetikate kas- Troopiliste merede pilkupüüdvamateks võtmelii- vutingimusi, tekitasid vaba eluruumi ning selle kideks on kahtlemata korallid. Meie laiuskraa- kaudu muutsid kooslusi vastuvõtlikumaks võõr- didel täidavad seda rolli suurvetikad ja limused. liikide invasioonide suhtes. Tulemused viitavad, Limused võivad üksteise otsa kinnitudes moodus- et Euroopa rannikumere kooslused on väga dü- tada keerukaid kolmemõõtmelisi struktuure. Selli- naamilised ning võimelised taastuma häiringutest, sed struktuurid on väga vastupidavad looduslike mis on seotud funktsionaalse vaesustumisega ja ja inimtekkeliste mõjude suhtes ning säilivad kliima muutustest tuleneva stressiga. Uuring näi- isegi pärast neid moodustanud organismide sur- tas selgelt, et stressorid mõjutavad rannikumere ma. Kuna loodus üldjuhul tühja kohta ei salli, siis kooslusi regioonispetsiifiliselt. Sellest tulenevalt tekkinud biogeenne substraat kattub koheselt me- on efektiivne keskkonnakaitse ja ressursi majan- revetikatega ning limusekoloonia pragusid asus- damine võimalik vaid siis, kui arvestame piir- tab mitmekesine selgrootute ja kalade kooslus. kondlike koosluste eripäraga. Lisaks kinnitas Lisaks uute elupaikade loomisele suudavad paljud uurimus meie arvamust, et võtmeliikide osatäht- limuseliigid veelgi enamat. Inimese jaoks ehk sust koosluste kujunemisel on teaduskirjanduses tähtsaim on nende väga suur filtreerimisvõime, sageli üle hinnatud ning pigem on elustiku leviku mis võimaldab hoida merevett puhtana isegi väga ruumi- ja ajamustrite taga paljud nõrgad interakt- suurte toitainete koormuste juures. Meie poolt sioonid eri organisatsioonitasandite sees ja vahel. läbi viidud eksperimentaaluuringud näitasid, et sellised limusepangad filtreerivad nende kohal LOODUSLIK MUUTLIKKUS JA INIMMÕJU olevast kümnemeetrisest veesambast osakesed välja juba 50 minuti jooksul (Kotta jt 1995). Suuremastaapsete protsesside muutumine avaldab

Sarnaselt limustele kujundavad pikaealised mereökosüsteemide kõigil bioloogilise organisat- pruunvetikaliigid märkimisväärselt rannikumere siooni tasanditel olulist ja ka mõõdetavat mõju. koosluste arengut. Seetõttu oli loogiline eeldada, Kliimamudelid prognoosivad äärmuslike sünd- et selliste pruunvetikate eemaldamine (st kliima- muste, nagu põuad, tormid ja üleujutused, sagene- muutustele sarnaste keskkonnatingimuste loo- mist. Hiljutised uuringud on näidanud, et klii- mine) vähendab lühiajaliselt koosluse vastupanu- matingimuste nihked muudavad liikide levikut, võimet teistele stressoritele. Kuna üldjuhul on arvukuse ja mitmekesisuse mustreid (Hughes mereorganismide stressitaluvus väga suur, siis oli 2000; Zavaleta jt 2003). Äärmuslikud kliima- alust arvata, et mõne aja möödudes suudavad tei- sündmused suurendasid elustiku ajalist muut- sed koosluse liigid üle võtta pruunvetikate rolli. likkust, kui häiringud ajaliselt kas ei seostu või Uurimistulemused andsid aga üllatavaid ja vastu- seostuvad negatiivselt, kuna positiivselt korrelee- olulisi tulemusi. Pruunvetikate eemaldamine koos- ruvate häiringute mõju on vastupidine. Nimetatud

15 tagajärjed on märgatavamad pigem nõrga kui pehmetel põhjadel, pelaagiliste kalade domi- tugeva häiringu intensiivsuse juures, sest tugevad neerimine põhjalähedase eluviisiga kalade üle häiringud vähendavad populatsioonide arvukust ning riim- ja soojaveelise kompleksi domineeri- tasemeni, kus suured kõikumised on võimatud. mine zooplanktoni koosluses. Selliste režiimini- Sellest tulenevalt suureneb liikide väljasuremiste hete ulatust ja täpset toimumise aega on keeruline tõenäosus ebastabiilses keskkonnas, eriti kui ennustada, kuid viimase aja tööd (nt Litzow jt ebasoodsad tingimused kestavad kauem. 2008) on paljulubavad. Režiimimuutuste ennusta-

Räime arvukuse detailsed uuringud näitasid, et miseks on vajalikud suured eelteadmised piirkon- kliimamuutuste tagajärjel muutub koosluste na liikide elutsüklitest, erinevate eluvormide talu- võime taluda või taastuda teistest häiringutest. vuspiiridest ning keskkonna ja elustiku vahelistest funktsionaalsetest seostest. Eriti tugevalt avalduvad kliimamuutused populatsioonide ja isegi ökosüsteemi produktiivsuses Tõenäoliselt määravad looduslike ja inimtekke- (Ojaveer jt 2011a). Teiselt poolt võib intensiivne liste tegurite vahelised keerukad vastasmõjud inimtegevus (nt mere elusvarude ekspluateeri- ökosüsteemi režiimimuutuste suuruse, ruumilise mine) vähendada mereökosüsteemide ja populat- ulatuse ja kestuse. Sellele viitavad ka meie vii- sioonide ʻelastsust’ ning seeläbi muuta nad vastu- mase aja uurimistulemused, millest nähtub, et nt võtlikumaks kliimamuutustele (Planque jt 2009). merevee temperatuuri-, biogeenide sissevoolu- ja Mere-elustiku, loodusliku muutlikkuse ja inim- füüsikaliste häiringute koostoime mõjutab elus- mõju vaheliste seoste mõistmine on loonud teo- tikku mitmel organisatsioonitasandil (Kotta jt reetilise aluse indikaatorite kasutamiseks mere- 2009; Kotta, Witman 2009; Herkül jt 2011; Oja- keskkonna seisundi kirjeldamiseks. Meie kesk- veer jt 2011b). Ökosüsteemi tasandil suurendab konnaalaseid otsuseid reguleerib otseselt Euroopa kõrgem temperatuur ja suurem magevee sissevool Liidu Veepoliitika Raamdirektiiv, mis määratleb kihistumise tugevust ja kestvust, põhjustades sü- merevee kvaliteedi hindamise korra ning nõuab vavee hapnikuvarustuse halvenemist ja hapniku- liikmesriikidelt hea keskkonnaseisundi saavuta- vaeguse piirkonna suurust. Tormide tagajärjel mist. Ehkki direktiiv täidab õilsaid eesmärke, suurenev ranna erosioon tõstab settimise inten- pärinevad selle teoreetilised alged 1960ndatest siivsust ja kahjustab halokliinist sügavamal asu- aastatest, mil mere ökosüsteeme peeti suhteliselt vaid põhjakooslusi. Koosluste tasandil suurendab staatilisteks ning kliimamõjudest veel eriti ei kõrge temperatuur ökosüsteemi hapnikutarbimist räägitud. Nii ei võimalda direktiiv paindlikult ar- ja suur biogeenide sissevool suurendab orgaani- vestada muutuvatest klimaatilistest tingimustest lise aine hulka. Nende kahe teguri koosmõjul vä- põhjustatud inimmõju ja elustiku vaheliste seoste heneb produktsiooni/respiratsiooni suhe ja suu- teisenemist. Tegelikult võivad klimaatilised tegu- reneb ökosüsteemi heterotroofsus. See omakorda rid nõrga inimmõju tingimustes merekeskkonna toob kaasa suured muutused elupaikade seisundis, veekvaliteedi klassi hea või halva suunas nihu- liikide arvukustes ning liikidevahelises konku- tada (Lauringson jt 2012). Tugeva inimmõju rentsis. Sellised vaatlusandmed ja eksperimen- korral on enamasti klimaatiliste tegurite osatäht- taaltööd võimaldavad prognoosida ökosüsteemi sus veekvaliteedi klassi kujunemisel tühine (Lau- režiiminihete suurust, ruumilist ulatust ja kestust ringson jt 2012). ning hinnata looduslike ja inimtekkeliste tegurite

Euroopa merede ökosüsteemide struktuuris on osakaalu muutustes. Sellest tulenevalt on neil viimasel ajal täheldatud terve rida suuri muutusi. uurimustel suur praktiline tähtsus kliimamuutuste ja merereostuse mõjude leevendamisel. Läänemerele iseloomulikeks näideteks on mitme- aastaste vetikate asendumine efemeersete liikide- Kasutades mitmemõõtmelisi statistilise analüüsi ga, eutrofeerumisega seotud režiimimuutused meetodeid ja Bayes'i modelleerimist hindasime

16 eutrofeerumise ja kliimanäitajate individuaal- ja arhiivi andmete põhjal mõjutas 18.–19. sajandil koosmõju Läänemere veekvaliteedile. Suurselg- ilmastik väga oluliselt kalasaakide suurust, kus- rootute dünaamika oli seotud kliimanäitajatega, juures ülepüüki sel ajal veel ei täheldatud (Lajus eutrofeerumise tase mõjutas fütoplanktonit ning jt 2007). Väikesel Jääajal (17. sajandil) dominee- kliimanäitajate ja eutrofeerumise koosmõju ris Liivi lahe töönduspüügis räim, mille aastasaa- kirjeldas põhjataimestiku näitajate muutlikkust. gid olid käesoleva ajaga võrreldes umbes 30 kor- Bayes'i modelleerimisega hinnati määramatust da väiksemad. Ilmselt karmide talvede tõttu oli vee kvaliteedi hindamisel. Modelleerimistulemu- räimepüügi hooaeg nihutatud peamiselt juuni- ja sed näitasid, et fütoplankton ja suurselgrootud ei juulikuusse, kusjuures kaasajal arvukad sooja vett olnud eriti tundlikud kliimamuutustele, samas kui ja eutrofeerumist eelistavad kalad, nagu ahvenla- soolsuse vähenemine avaldas põhjataimestiku sed ja karplased, puudusid tolle aja kalapüügis kooslustele väga tugevat mõju. Sellest tulenevalt täielikult (Gaumiga jt 2007). Kalapüügivahendite määrab põhjataimestik veekvaliteeti enim muutu- oluline areng Läänemeres toimus 20. sajandi al- nud kliima tingimustes (Kotta jt 2009). ECOPATH guskümnenditel, kui hakati rakendama traalpüüki. mudelid (Christensen jt 2004) näitasid, et herbi- Selle oluline mõju kalavarudele (mõõdetuna läbi voorid ei avaldanud olulist mõju makrovetikatele tööndusliku suremuse) on täheldatav alates möö- ning suurem osa taimsest biomassist suunati de- dunud sajandi keskpaigast (Eero jt 2008). Kah- triidiahelasse. Töönduslik kalapüük avaldas olu- juks on ajalooarhiivides infot vaid peamiselt olulist mõju ökosüsteemi struktuurielementidele kõi- lisemate/väärtuslikemate töönduskalade kohta (nt kides uuritud merepiirkondades, kusjuures kaud- räim, tursk, tuur, lõhe, angerjas) ning mitmete tä- sed mõjud ületasid kalapüügi otseseid mõjusid. napäeval oluliste rannikukalade kohta on teave Kalapüük muutis röövtoiduliste kalade osakaalu, kas väga lünklik või puudub sootuks (Ojaveer jt mis omakorda mõjutas põhjaeluviisilisi kalu ning 2007) (joonis 2). suurselgrootute kooslusi. Interaktsioonid olid ökosüsteemispetsiifilised, mistõttu produktiivsus- VÕÕRLIIGID ja eutrofeerumisindikaatorite väljatöötamisel Bioloogilised invasioonid on saanud ülemaailmse tuleb kindlasti arvestada piirkondlike ökosüstee- muutuse üheks olulisemaks osaks, ohustades ini- mi aineringete eripäradega (Tomczak jt 2009). mese tervist (nt koolera bakter), muutes loodus- Erinevate teadusalade koostöö viib sageli uudsete like ökosüsteemide mitmekesisust ning põhjus- tulemusteni. Koostöö ajaloolastega on võimalda- tades olulist majanduslikku kahju. Võõrliikide nud loodusteadlastel avada väga mahukaid aja- sisserännete analüüs on näidanud, et invasiivne looallikaid (eriti kalandusteadlaste puhul), mille võõrliik võib muuta kogu süsteemi käitumist. alusel saab hinnata inimtegevuse iseloomu ja Siiski on ainult piiratud arv võõrliike võimelised mahtu, selle aja sotsiaalmajanduslikku keskkonda uues keskkonnas ellu jääma ja uute tingimustega ja ka mere töönduslike elusvarude seisundit. Glo- edukalt kohanema. Kohanemise edukust ja inva- baalse mereuurimisprogrammi Census of Marine siooni tagajärgi on raske prognoosida, sest tule- Life (http://www.coml.org/) raames uuriti ka Lää- mused sõltuvad oluliselt keskkonnatingimuste nemere kalandust möödunud sajanditel ning, ra- muutlikkusest. Suuremastaapsed keskkonnategu- kendades kaasaegseid analüüsimeetodeid, saadi rid mõjutavad otseselt süsteemi omadusi ja toi- uut teavet alates 13. sajandist (Ojaveer, MacKen- mivad seetõttu filtrina, mis muudab invasiooni zie 2007). Varasematel sajanditel, mil inimmõju edukuse tõenäosust ja tagajärgi. Praeguste inva- oli suhteliselt tagasihoidlik, mõjutas kalapopulat- sioonimudelite puuduseks on katseandmete vähe- sioone enamjaolt kliima ja kalasaake paljuski il- sus invasiooni tagajärgi määravate keskkonna mastik. Näiteks Karl Ernst von Baer’i personaal- koosmõjude ja liikidevaheliste suhete kohta.

Joonis 2. Valitud olulisemad tähised inimese ja Läänemere eluslooduse vahelistes suhetes alates 4000 BC kuni tänapäevani.

18 Võõrliik võib kaotada või asendada seniseid ku liikidevahelisi interaktsioone. Samas väga olu- koosmõjusid, tekitada uusi ja mõjutada kohalike line on ka invasiooniviiside mitmekesisus, mis liikide ohtrust ning lõpptulemusena kogu koos- sisuliselt määrab uute liikide sissetungi võima- luse toimimist. lused. Võõrliikide edukust uues keskkonnas võib

On tõenäoline, et võõrliikide edukus sõltub piir- vähendada kohalike liikide suur konkurentsi- konna geoloogilisest ajaloost ja füüsikalis-keemi- võime ning liikidevaheliste seoste vähene roll liste tingimuste (eelkõige temperatuur ja soolsus, koosluste kujunemisel. Vaid üksikutel juhtudel aga ka näiteks toitainete- ja hapnikusisaldus, vee- võivad tulnukliigid muuta ökosüsteemi ebastabiil- tase, turbulents ja hägusus) muutlikkusest. Geo- seks ning oluliselt vähendada bioloogilist mitme- loogiliselt noored süsteemid, nagu Läänemeri, ja kesisust. Maailmas ei ole seni teada ühtegi juh- muutlikud elupaigad, nagu estuaarid, võiksid tumit, kus võõrliikide invasiooni tõttu kohalikud teoreetiliselt olla bioloogiliste invasioonide suhtes liigid oleks päris ära kadunud, küll aga on hulga- ühed tundlikumad. Meie uuringute tulemused näi- liselt näiteid populatsioonide levikuareaali ahene- tasid selgelt, et Läänemeri on võimeline ʻmaju- mise ja arvukuse/biomassi kahanemise kohta. tamaʼ rohkelt võõrliike. Selle põhjuseks võib Läänemeres on võõrliigid reeglina suurendanud pidada nii mere isoleeritusest ja lühiealisusest tin- liigilist mitmekesisust ning laiendanud ka elustiku gitud väikest liigilist mitmekesisust kui ka nõr- funktsionaalset mitmekesisust (foto).

Läänemerre 19. sajandi keskpaiku saabunud võõrliik tavaline tõruvähk Balanus improvisus. Läänemere madala soolsusega merealadel suudavad vaid võõrliigid filtreerida veest taimset hõljumit ning selle kaudu suurendada põhjakoosluste produktsiooni ja mitmekesisust.

19 Võrreldes teiste meredega maailmas on Lää- tus, võõrliikide invasioon), kusjuures ʻsekto- nemeri momendil oma ligi 120 võõrliigiga ʻkesk- riaalse’ komponendi (reostus, eutrofeerumine) mike’ seas, kuid kindlasti ei saa me vastu Vahe- hinnangus ei oma see olulist tähtsust (Ojaveer, merele, kus elutseb üle 1000 võõrliigi. Nagu kogu Eero 2011). Analüüsi tulemina leidsime, et Lää- Euroopa meredes, on ka Läänemeres võõrliigid nemere Keskkonnakaitsekomisjoni (HELCOM) enamasti rannikualal, kuid ʻinvasioonifront’ on poolt läbi viidud bioloogilise mitmekesisuse te- liikumas avamere suunas. Üheks viimaseks näi- maatilise hinnangu (HELCOM 2009) tulemus- teks on kammloom Mnemiopsis leidyi, kes küll tesse tuleb suhtuda väga ettevaatlikult ning usal- viimaste andmete alusel erilist ohtu Läänemere dusväärse tulemuse saamiseks tuleb kindlasti ka- töönduslikele kalavarudele ei tohiks kujutada. sutada ka alternatiivseid metoodikaid.

Meie viimased uuringud tõdevad (Ojaveer jt Kala- ja kalandusuuringute laiendamine sajandi- 2011b), et üheteistkümne arvukaima võõrliigi tepikkusele skaalale on oluliselt laiendanud tead- aastatevahelist dünaamikat kirjeldab kõige pare- misi populatsioonide ja ökosüsteemi seisundist mini soojusrežiim, kusjuures erinevates alabassei- ajal, mil erinevad inimmõjud olid käesoleva ajaga nides (Liivi ja Soome laht) kirjeldavad samade võrreldes suhteliselt tagasihoidlikud ning peamise võõrliikide dünaamikat reeglina erinevad kesk- tegurina tuleb käsitleda looduslikku mõju (Oja- konnategurid. Samas, sõltumata invasiooni ajast, veer, MacKenzie 2007). Saadud tulemused avar- liigi funktsionaalsest rollist ja toiduahela tase- davad oluliselt meie arusaama võimalustest, mida mest, ei ole mitte ühegi uuritud võõrliigi arvukus Läänemeri meile pakkuda suudab (MacKenzie jt viimastel kümnenditel kahanenud. Seda põhjustab 2011b) ning annavad võimaluse kasutada ajaloo- ilmselt merevee temperatuuri tõus. list infot majandamisotsuste tegemisel. Lääne- mere idaosa tursavaru jätkusuutlikkus on tagatud TULEMUSTE RAKENDUSED juhul, kui töönduslikku suremust (F) hoitakse Viimase aja mitmed Euroopa Liidu strateegiad, madalamal väärtusest 0,3 (Lindegren jt 2010), direktiivid ja poliitika (nt Merestrateegia Raam- ning seda isegi tingimustes, kui hüdrokliima on direktiiv, Komisjoni otsus merevee hea ökoloogi- jätkuvalt ebasoodne ning hallhülge populatsioon lise staatuse kohta, Merenduspoliitika, HELCOM taastub ajaloolise teadaoleva kõrgtasemeni 20. Läänemere tegevuskava) ning edasiarendused (nt sajandi alguses (MacKenzie jt 2011a).

EL ühtne kalanduspoliitika) on suureks väljakut- Viimaste aastate ökosüsteemide uurimine või- seks mereuurijatele. Eelkõige nõuab see aga maldas meil luua reeglistiku, kuidas ühes skaalas olemasoleva teabe kogumist ning agregeerimist kirjeldatud protsesse viia üle teistesse skaaladesse indikaatorite arendamisse (nt Shin jt 2010) ning (sh suuremastaapsete protsesside mõju kirjeldada indikaatoritel põhineva ökosüsteemi seisundi hin- väikeses skaalas ja väikesemastaapsete protsessi- damise läbiviimist. Meie poolt hiljuti läbi viidud de mõju hinnata suures skaalas). Leitud seoste analüüsid, kuhu kaasati umbes 140 indikaatorit, alusel lõime eritüübilisi Läänemere ökosüsteemi näitavad, et usaldusväärsete tulemuste saamiseks muutusi prognoosivad mudelid, mis võtavad ar- on ääretult oluline adekvaatse matemaatilise apa- vesse erinevaid keskkonnamuutuste tulevikustse- ratuuri valik, kusjuures indikaatorite agregeeri- naariume (Kotta jt 2009; Möller jt 2009; Põllu- mise metoodikal (hierarhiline või mittehierar- mäe jt 2009; Kuprijanov jt 2011). Mudelite abil hiline) pole olulist mõju. Andmeridade (st indi- tehti ennustusi mitmete tegurite koosmõju kohta. kaatorite) olemasolu on määrava tähtsusega hin- Kliimamuutusi (muutused keskmises veetempera- damaks ökosüsteemi komponente (nt bioloogiline tuuris ning temperatuuri sesoonses ja aastate- mitmekesisus), mis on mõjutatud väga mitmesest vahelises dünaamikas, tormide esinemissageduses inimtegevusest (kalapüük, eutrofeerumine, reos- ja magevee sissevoolus) käsitleti kui suuremõõt-

20 melist taustamõju, mis võib avalduda teiste tegu- late 17th century. Fisheries Res., 87, 2-3, rite (näiteks reostuse ja bioloogiliste invasioo- 120−125. nide) regionaalses ja lokaalses mõjus. Sellised HELCOM 2009. Biodiversity in the Baltic Sea – üldistused on aluseks mitmete Bayes’i mudelitel An integrated thematic assessment on biodiver- toimivatele rakendustele, mille kaudu saab hin- sity and nature conservation in the Baltic Sea. nata, kuidas erinevad keskkonnapoliitilised otsu- Balt. Sea Environ. Proc. No 116B. HELCOM, sed (nagu eutrofeerumisvastaste meetmete raken- Helsinki. damine, tuuleparkide loomine, sadamaehitused) mõjutavad Eesti rannikumere keskkonnaseisun- Herkül, K., Kotta, J., Kotta, I., Orav-Kotta, H. dit. Bayes’i mudelitega on võimalik näiteks näi- 2006. Effects of physical disturbance, isolation data, kuidas kliimamuutused mõjutavad erine- and key macrozoobenthic species on community vate ökosüsteemide elementide seisundit ning development, recolonisation and sedimentation seeläbi ka rannikumere veekvaliteeti. Modellee- processes. Oceanologia, 48, S, 267−282. rimine võimaldab hinnata millised sammud on Herkül, K., Kotta, J., Pärnoja, M. 2011. Effect of vajalikud, et tagada mere hea seisund ka muutu- physical disturbance on the soft sediment benthic vate keskkonnatingimuste juures. ʻToimivaʼ kesk- macrophyte and invertebrate community in the konnapoliitilise otsuse vastuvõtmisel suudame northern Baltic Sea. Boreal Env. Res., 16, Suppl. vähendada määramatusi ning vältida pöörduma- A, 209−219. tute protsesside eskaleerumist. Hewitt, J. E., Thrush, S. F. 2009. Reconciling the influence of global climate phenomena on VIITED macrofaunal temporal dynamics at a variety of Bulleri, F., Benedetti-Cecchi, L., Cusson, M., spatial scales. Global Change Biol., 15, 8, 1911− Arenas, F., Aspden, R., Bertocci, ., Crowe, T. P., 1929. Davoult, D., Eriksson, B. K., Fraschetti, S., Hughes, L. 2000. Biological consequences of glo- Golléty, C., Griffin, J., Jenkins, S. R., Kotta, J., bal warming: is the signal already apparent? Kraufvelin, P., Maggi, E., Molis, M., Sousa Pin- Trends Ecol. Evol., 15, 2, 56−61. to, I., Terlizzi, A., Valdivia, N., Paterson, D. M. Compensatory dynamics, human perturbations Kotta, J., Aps, R., Orav-Kotta, H. 2009. Bayesian and the stability of European rocky shore as- inference for predicting ecological water quality semblages. Oikos, (toimetamisel). under different climate change scenarios. Mana- gement of Natural Resources, Sustainable Deve- Christensen, V., Walters, C. J. 2004. Ecopath lopment and Hazards II, WIT Transaction on with Ecosim: methods, capabilities and limi- Ecology and the Environment, WIT Press, South- tations. Ecol. Model., 172, 2-4, 109−139. ampton, Boston, 127, 173−184. Duarte, C. M. 2002. The future of seagrass mea- Kotta, J., Kotta, I., Simm, M., Põllupüü, M. 2009. dows. Environ. Conserv., 29, 2, 192−206. Separate and interactive effects of eutrophication Eero, M., Köster, F. W., MacKenzie, B. R. 2008. and climate variables on the ecosystem elements Reconstructing historical stock development of of the Gulf of Riga. Estuar. Coast. Shelf Sci., 84, the eastern Baltic cod (Gadus morhua) before the 4, 509−518. beginning of intensive exploitation. Can. J. Fish. Kotta, J., Lauringson, V., Kotta, I. 2007. Respon- Aquat. Sci., 65, 12, 2728−2741. se of zoobenthic communities to changing eutro- Gaumiga, R., Karlsons, G., Uzars, D., Ojaveer, H. phication in the northern Baltic Sea. Hydro- 2007. Gulf of Riga (Baltic Sea) fisheries in the biologia, 580, 97−108.

21 Kotta, J., Orav-Kotta, H., Vuorinen, I. 2005. Field MacKenzie, B. R., Eero, M., Ojaveer, H. 2011a. measurements on the variability in biodeposition Could seals prevent cod recovery in the Baltic and grazing pressure of suspension feeding bival- Sea? PLoS One, 6, 5, e18998. ves in the northern Baltic Sea. Dame, R., Ole- MacKenzie, B. R., Ojaveer, H., Eero, M. 2011b. nin, S. (eds). The Comparative Roles of Sus- Historical ecology provides new insights for eco- pension Feeders in Ecosystems. Springer, Dord- system management: eastern Baltic cod. Marine recht, 11−29. Policy, 35, 2, 266−270.

Kotta, J., Simm, M., Kotta, I., Kanošina, I., Kal- Möller, T., Kotta, J., Martin, G. 2009. Effect of laste, K., Raid, T. 2004. Factors controlling long- observation method on the perception of com- term changes of the eutrophicated ecosystem of munity structure and water quality in a brackish Pärnu Bay, Gulf of Riga. Hydrobiologia, 514, water ecosystem. Mar. Ecol., 30, 105−112. 259−268. Ojaveer, E., Arula, T., Shpilev, H., Lankov, A. Kotta, J., Witman, J. 2009. Regional-scale pat- 2011a. Impact of environmental deviations on the terns. Wahl, M. (ed). Marine Hard Bottom Com- larval and year class abundances in the spring munities. Springer, Berlin-Heidelberg, 89−99. spawning herring (Clupea harengus membras L.) (Ecological Studies; 206). of the Gulf of Riga (Baltic Sea) in 1947−200 4. Fisheries Res., 107, 1-3, 159−168. Kuprijanov, I., Kotta, J., Pärnoja, M., Herkül, K., Kersen, P. 2011. Scale-specific effects of envi- Ojaveer, H., Awebro, K., Karlsdottir, H. M., ronmental variables on benthic macrophyte and MacKenzie, B. R. 2007. Swedish Baltic Sea fi- invertebrate communities in the Vaindloo area, sheries during 1868−1913: spatio-temporal dyna- the central Gulf of Finland. Estonian J. Ecology, mics of catch and fishing effort. Fisheries Res., 60, 1, 4−17. 87, 2-3, 137−145.

Lajus, J., Ojaveer, H., Tammiksaar, E. 2007. Ojaveer, H., Eero, M. 2011. Methodological chal- Fisheries on the northeast coast of the Baltic Sea lenges in assessing the environmental status of a in the first half of the 19th century: what can be marine ecosystem: Case study of the Baltic Sea. PLoS One, 6, 4, e19231. learned from the archives of Karl Ernst von Baer. Fisheries Res. 87, 2-3, 126−136. Ojaveer, H., Kotta, J., Põllumäe, A., Põllu-

Lauringson, V., Kotta, J., Kersen, P., Leisk, Ü., püü, M., Jaanus, A., Vetemaa, M. 2011b. Alien Orav-Kotta, H., Kotta, I. 2012. Use case of species in a brackish water temperate ecosystem: biomass-based benthic invertebrate index for annual-scale dynamics in response to environ- brackish waters in connection to climate and mental variability. Environ. Res., 111, 7, 933− 942. eutrophication. Ecol. Indicators, 12, 1, 123−132. Ojaveer, H., MacKenzie, B. R. 2007. Historical Lindegren, M., Moelmann, C., Nielsen, A., Bran- development of fisheries in northern Europe- der, K., MacKenzie, B., Stenseth, N. C. 2010. Reconstructing chronology of interactions bet- Ecological forecasting under climate change: the ween nature and man. Fisheries Res., 87, 102− case of Baltic cod. Proc. Roy. Soc. B, 277, 1691, 105. 2121−2130. Planque, B., Fromentin, J. M., Cury, P., Drink- Litzow, M. A., Urban, J. D., Laurel, B. J. 2008. water, K., Jennings, S., Kifani, S., Perry, R. I. Increased spatial variance accompanies reorgani- 2009. How does fishing alter marine populations zation of two continental shelf ecosystems. Ecol. and ecosystems sensitivity to climate? J. Mar. Appl., 18, 6, 1331−1337. Syst., 79, 3-4, 403−417.

22 Põllumäe, A., Kotta, J., Leisk, Ü. 2009. Scale-de- Steele, J. H. 1985. A comparison of terrestrial and pendent effects of nutrient loads and climatic marine ecological systems. Nature, 313, 6001, conditions on benthic and pelagic communities in 355−358. the Gulf of Finland. Marine Ecol., 30, Suppl. 1, Tomczak, M. T., Müller-Karulis, B., Järv, L., 20−32. Kotta, J., Martin, G., Minde, A., Põllumäe, A., Shin, Y. J., Shannon, L. J., Bundy, A., Coll, M., Razinkovas, A., Strake, S., Bucas, M., Blenck- Aydin, K., Bez, N., Blanchard, J. L., Borges, M. F., ner, T. 2009. Analysis of trophic networks and Diallo, I., Diaz, E., Heymans, J. J., Hill, L., Jo- carbon flows in south-eastern Baltic coastal eco- hannesen, E., Jouffre, D., Kifani, S., Labrosse, P., systems. Progr. Oceanogr., 81, 1-4, 111−131. Link, J. S., Mackinson, S., Masski, H., Möll- mann, C., Neira, S., Ojaveer, H., Abdalla- Zavaleta, E. S., Shaw, M. R., Chiariello, N. R., hi, K. O. M., Perry, I., Thiao, D., Yemane, D., Mooney, H. A., Field, C. B. 2003. Additive ef- Cury, P. M. 2010. Using indicators for evalua- fects of simulated climate changes, elevated CO2, ting, comparing, and communicating the ecolo- and nitrogen deposition on grassland diversity. gical status of exploited marine ecosystems. 2. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 100, 13, 7650− Setting the scene. ICES J. Mar. Sci., 67, 4, 692- 7654. 716.

23 KUIDAS KLIIMAMUUTUS MÕJUTAB JÄRVEDE ELUSTIKKU JA AINERINGEID?

Tiina Nõges, Peeter Nõges Eesti Maaülikooli limnoloogiakeskus

JÄRVED SOOJENEVAD KLIIMA MUUTUMINE MÕJUTAB JÄRVEDE ÖKOSÜSTEEME Kliimamuutuste mõju järvedele uuritakse praegu intensiivselt kogu maailmas. Lokaalse iseloo- Õhutemperatuuri ja sademete muutused on põhja- muga ilmastikumuutused küll hägustavad vastus- poolkeral seotud ühe suuremõõtmelise atmosfääri reaktsioone globaalsetele muutustele, kuid need tsirkulatsioonimustri, nn Põhja-Atlandi Ostsillat- on siiski jälgitavad. Eri piirkondade järvede füüsi- siooni (NAO) indeksiga. Kuna NAO mõjutab kalised parameetrid, näiteks veetemperatuur, kompleksselt paljusid meteoroloogilisi parameet- jäänähtuste ajastus, termilise kihistumise iseloom reid, siis on ka veekogudes toimuvad muutused ja veetase reguleerimata järvedes muutuvad ja NAOga tugevamini seotud kui üksikute meteoro- reageerivad kliimaparameetrite muutumisele kül- loogiliste näitajatega. Sügavate järvede põhjakihi laltki koherentselt, keemiliste ja bioloogiliste näi- temperatuur muutub eri järvedes vähem koherent- tajate puhul see kooskõla väheneb. Lühiajalises selt kui pinnatemperatuur, sest sõltub järvede se- perspektiivis käituvad kõige ühetaolisemalt eri gunemise iseloomust (Livingstone jt 2010). Tem- piirkondade veekogude pinnakihi temperatuurid peratuuri hüppekihist allapoole jääva veemassi − (Livingstone jt 2010). Aastate ja dekaadide lõikes hüpolimnioni füüsikalised ja keemilised näitajad on koherentne vastus põhjapoolkera kliimamuu- määratakse suuresti kevadisel segunemisperioodil tustele jälgitav veetemperatuuris, jää tekke ja su- enne kihistumise algust valitsenud ilmastikuolude lamise ajastuses ning jõgede vooluhulkades. 25 poolt. See kliimasignaal võib hüpolimnionis säili- Euroopa järve andmed näitasid veetemperatuuri da kogu kihistumisperioodi vältel ning mõjutada pikaajalist ja kiirenevat tõusutrendi (Arvola jt sealseid hapnikuolusid ja veekeemiat. Vee keemi- 2010). Analüüs Eesti kohta (Nõges 2009) selgi- liste näitajate osas avaldub eri järvede koherents tas, et aastatel 1961–2004 tõusis veetemperatuur kõige tugevamini nitraatide kontsentratsioonis ja Võrtsjärves ja Peipsis oluliselt aprillis ja augustis, nõrgemini fosfori kontsentratsioonis. Bioloogilis- vastavalt 0,37–0,75°C ja 0,32–0,42°C võrra 10 te näitajate koherents on kõige nõrgem, siiski on aasta kohta. Hüppeline veetemperatuuri tõus toi- üsna sageli täheldatud bioloogiliste sündmuste mus 1987–1989. Õhutemperatuur tõusis aastatel (kevadine veeõitseng ja selge vee periood, kalade 1961–2004 Tartu ja Tiirikoja meteojaamades olu- kudemise algus) ajastuse sarnast muutumist palju- liselt jaanuarist aprillini ning juulis ja augustis. des veekogudes. Samas olid kliima soojenemisest Aasta keskmine õhutemperatuur tõusis vastavalt tingitud nihked Eesti kahe karplase − särje ja la- 0,5–1,2°C; 0,3–0,5°C ja 0,4°C võrra 10 aasta koh- tika kudemisökoloogias erinevad (Nõges, Järvet ta. Hüppeline õhutemperatuuri tõus toimus 1986– 2005). Ühitades J. Ristkoka poolt 40 aasta jooksul 1990. Kihistunud järvedes on täheldatud kihis- kogutud fenoloogilised andmed kalade kudemis- tumise teravnemist ja kihistumisperioodi pikene- aja alguse kohta suurjärvedes mõõdetud igapäe- mist. IPCC kõige suuremaid kliimamuutusi en- vaste temperatuuri andmetega, ilmnes, et särje kesk- nustava stsenaariumi A2 kohaselt prognoositakse mine kudemisaeg on selle aja jooksul jäänud aastaks 2100 Euroopa järvedes veetemperatuuri muutumatuks, kuid kudemise alguse veetempera- tõusu 2–7°C võrra ja jääkatte kestuse olulist vä- tuuris ilmneb umbes 3°C tõusu trend. Latika ku- henemist (Nõges jt 2009). demisaeg seevastu oli nihkunud keskmiselt 10

25 päeva varasemale ajale, kuid kudemisaja tempe- mamuutustega kaasnev veetaseme muutumine. ratuur jäänud muutumatuks. Kui veetase on madal, siis segab tuultest põhjus- tatud lainetus intensiivsemalt ka põhjasetteid, Kliima soojenemisega kaasnev veesamba termi- rohkem fosforit vabaneb setetest vette ja muutub lise kihistumise teravnemine ja stratifitseeritud primaarprodutsentidele kättesaadavaks. Madala- perioodi pikenemine vähendab kihistunud järvede tes järvedes soodustab kõrge veeseis seega fosfori põhjas hapniku kättesaadavust. Hapniku puudumi- salvestumist põhjasetetesse ja madalveeperioodid sel hakkavad põhjasetete bakterid orgaanilise aine selle lekkimist setetest vette (joonis 1). lagundamiseks redutseerima muid oksüdeeri-tud ühendeid, kõigepealt nitraate ja siis raud(III)-e. Üleeuroopaliste andmebaaside põhjal selgitati, Raua redutseerimisel tekib lahustumatust raud- kas lämmastikupuudus on Euroopa järvedes süve- (III)fosfaadist lahustuv raud(II)fosfaat ja fos-for, nenud (Weyhenmeyer jt 2007). Leiti, et kevadine mis on peamine järvede eutrofeerumist põh-justav ja suvine nitraatlämmastiku kontsentratsioon on element ja vabaneb vette. alates 1998. a oluliselt langenud ning perioodid, mil see on väga madal, on muutunud kolm korda Kliimamuutuste selle tulemiga on ilmselt seotud sagedamaks. Nitraatide hulga vähenemine on tin- kihistunud Erkeni järves (Rootsi) suvise fosfori- gitud valgalalt ja õhust lähtuva lämmastikukoor- kontsentratsiooni märgatav suurenemine viimasel muse vähenemisest, aga ka kliimamuutustest. kümnendil (Pettersson jt 2010), vaatamata sellele, Lämmastiku defitsiit on põhjustanud õhulämmas- et väline fosforikoormus järvele ei ole tõusnud. tikku siduvate potentsiaalselt mürgiste sinivetika- Madalates järvedes, nagu Võrtsjärv, veesammas te senisest tugevama vohamise paljudes Euroopa ei kihistu ja fosforiringet mõjutab siin pigem klii- järvedes.

Joonis 1. Võrtsjärve toitainete bilanss kõrge (1990) ja keskmise (1995) veetasemega (VT) aastatel. Kõrge veeseisu puhul peab järv kinni palju fosforit ja vähe lämmastikku. Madalaveelistel aastatel peetakse järves kinni (denitrifitseeritakse) palju lämmastikku, kuid fosfori kinnipidamise efektiivsus on väike põhjasetete läbi- segamise tõttu.

26 Koherentsed muutused toiduahelate eri lülide ta- ärakasutamise protsessid võivad olla intensiivse- semel näitavad, et Euroopa järved reageerivad mad kui mõõdukate miinuskraadidega lumevaesel kliimamuutustele sarnaselt nii aineringete kui toi- talvel. Sellest võib tuleneda suurem nitraatideleke duahelate funktsioneerimise osas. Koherentselt pehmematel talvedel. Tegelik nitraatideleke ja muutuvad näiteks ränivetikate kevadise õitsengu selle kliimatundlikkus sõltub nende vastandlike algus ja zooplanktoni diapausi lõpp. Kliimamuu- protsesside omavahelisest tasakaalust ja võib olla tustega kaasnevad muutused ka toiduahela lõpp- üsnagi kohaspetsiifiline. Erinevate kliimastsenaa- tarbijate − kalade hulgas ja arengutsükis ning see riumide alusel tehtud prognoosid aastateks 2071– kujundab koherentseid muutusi toiduahelate 2100 näitavad, et Põhja-Euroopas nihkub keva- funksioneerimises. dise suurvee ja koos sellega ka nitraatide järve- desse sissevoolu tipp varasema lume sulamise ja KLIIMAMUUTUSED MÕJUTAVAD vähesema lume hulga tõttu 1–3 kuud varasemale VALGLAPROTSESSE ajale kui ta oli seda aastatel 1961–1990. Soomes, Eestis ja Rootsis on kevadine suurvesi praegu Kliimamuutused mõjutavad lämmastiku lekkimist reeglina aprillis, tulevikus võib see nihkuda isegi pinnasest veekogudesse, kuid selle lekkimise jaanuari. Aastastes nitraadikoormustes prognoosi- põhjused on keerukad ja komplekssed. Nitraat- takse erinevate kliimastsenaariumide alusel muu- ioonid on pinnasemaatriksiga üsna nõrgalt seotud tusi väikesest langusest kuni enam kui 50% tõu- ja leostuvad sealt vihmadega kergesti välja. Nit- suni (Moore jt 2010). raatide suurenev leke pinnasest väljendub järve- des eelkõige nitraatide talvise kontsentratsiooni Eesti jõed on veerohkemad niiskematel ja sooje- tõusuna. Pikaajaline talvise nitraadikontsentrat- matel aastatel. Jõgede talvine äravool on suure- siooni tõus ilmnes kaheksast uuritud Euroopa jär- nenud ja kevadine vähenenud (Nõges jt 2007a). vest seitsmes (George jt 2010), sealhulgas ka Ainete kontsentratsioonid vees võivad veerohku- Võrtsjärves, kus üldine lämmastikukoormus on sega seoses nii suureneda kui ka väheneda. Paljud selgelt vähenenud. Pinnasenitraate seovad eelkõi- veekvaliteedi näitajad reeglina lahjenevad voolu- ge kasvavad taimed, aga ka pinnasebakterid, kes hulga suurenedes, kuid näiteks nitraatide sisaldus kasutavad seda orgaanilise aine lagundamiseks vees ei sõltu vooluhulgast ja nii viib kliima sooje- anaeroobses keskkonnas. Viimase nn denitrifit- nemine N koormuse tõusule. Aasta lõikes akumu- seerimisprotsessi tulemusel vabaneb atmosfääri leerib Võrtsjärv osa toitainetest (N, P, Si) sõltu- molekulaarne lämmastik N2. See osa nitraatidest, mata konkreetse aasta veebilansist, kuid süsiniku mida pinnases ei seota ega denitrifitseerita, lekib puhul sõltub veebilansist, kas on valdavaks tema sealt kergesti veekogudesse. Talvede soojenemine akumulatsioon või väljakanne (Pall jt 2011). võib nitraatide leket pinnasest mõjutada kahesuu- naliselt. Ühest küljest seovad taimed pehmematel KAS KLIIMA SOOJENEMISEGA KAASNEB JÄRVEVEE TUMENEMINE? talvedel nitraate rohkem ja ka bakterite poolt va- hendatud denitrifitseerimisprotsessid on intensiiv- Vee kollakaspruunikat värvust põhjustava lahus- semad. Teisalt seal, kus külmadel talvedel on pin- tunud orgaanilise aine (LOA, vt ka H. Arsti nas pidevalt külmunud, soodustab pinnase vahel- (2011) kirjutist käesolevas kogumikus) sisaldus duv külmumine ja sulamine pehmemal talvel nit- on laialdastel aladel nii Euroopas kui Põhja- raatide leket. Õhutemperatuur ja pinnasetempera- Ameerikas viimastel aastakümnetel oluliselt suu- tuur ei pruugi omavahel kuigi hästi korreleeruda, renenud, kohati isegi 2–3-kordistunud (Evans jt kui maad katab paks isoleeriv lumikate. Külmal 2005). Kui leiab kinnitust selle seos kliima- talvel paksu lumikatte all võib pinnasetempera- muutusega, on sel tugevaim klimaatiline mõju tuur olla kõrgemgi ning bakteriaalsed nitraatide magevee-elustikule. Lääne- ja Põhja-Euroopa or-

27 gaanikarikkad pinnased kujutavad endast märki- sega ja ülejäänu langenud meresoolade deposit- misväärset orgaanilise aine varu (Jennings jt siooniga tormisuse vähenemise tõttu. LOA kont- 2010), mille transport veekogudesse mõjutab tun- sentratsiooni tõus veekogudes võib olla tingitud tavalt nende süsinikuringet ja veekvaliteeti. LOA pinnase pH suurenemisest ja sellega seotud LOA teket ja transporti valgalade pinnases mõjutavad liikuvuse kasvust. Happevihmade tase on praegu- nii maakasutus, happevihmad kui ka kliima- seks siiski juba madalamal nivool stabiliseerunud faktorid. Kliima mõjutab LOA teket ja transporti ning LOA eksporti hakkavad üha suuremal mää- kompleksselt temperatuuri ja sademete kombi- ral kontrollima kliimategurid. Valglatelt veekogu- neeritud mõju kaudu orgaanilise aine (OA) desse jõudnud LOA mõjutab valgustingimuste lagunemisele, lahustuvusele ja hüdroloogilisele muutuse kaudu fütoplanktoni koosluse koosseisu transpordile. OA lagunemiskiirus sõltub küll ja produktiivsust ning on energiaallikaks bakteri- temperatuurist, kuid andmed selle tempera- test lähtuvatele toiduahelatele. LOA mõjutab po- tuuritundlikkuse kohta on väga varieeruvad. OA sitiivse tagasiside mehhanismi kaudu omakorda lagunemiskiirus sõltub samuti tugevasti pinnase ka kliima soojenemist – mida rohkem on veeko- niiskusest. Kuivadel perioodidel pääseb hapnik gudes LOA-d, seda rohkem eraldub sealt atmo- muidu anaeroobsete pinnasehorisontideni ja seal- sfääri CO2 ja seda tugevamaks muutub kasvuhoo- sed lagunemisprotsessid intensiivistuvad. Tegelik neefekt. pinnase poorivee LOA kontsentratsioon võib vahetult põua järel siiski ka langeda, sest põuaga KLIIMAMUUTUSTE MÕJU võib kaasneda pinnase hapestumine, kui orgaa- PÕHJA-EUROOPA JÄRVEDELE niline väävel oksüdeeritakse sulfaatideks. Happe- Euroopa Keskkonnaagentuuri (EEA) andmetel on lises keskkonnas LOA lahustuvus väheneb. Siiski Põhja-Euroopas järvedega kaetud oluliselt suu- on paljudes uuringutes täheldatud poorivee LOA rem osa pindalast kui mujal Euroopas, ulatudes kontsentratsioonide tõusu, kui pinnas pikaajalise 4,4%-st Eestis 8,7%-ni Soomes ja 9%-ni Rootsis põuaperioodi järel taas niiskust saab. LOA kont- (www.eea.europa.eu). Suurimate Põhja-Euroopa sentratsiooni tõus näib sõltuvat eelneva põuape- järvede hulka kuuluvad Venemaa Ladoga ja One- rioodi pikkusest. Näiteks, kui turbaalad kuivavad ga, Rootsi Vänerni ja Vätterni, Soome Saimaa, läbi sedavõrd, et turvas muutub hüdrofoobseks, Inari, ja Päijänne kõrval ka meie Peipsi ja Võrts- siis LOA lekkimine poorivette väheneb ka pärast järv. Kõige kõrgema toitelisusega järved asuvad taasvettimist. LOA ekspordi seosed temperatuuri Lõuna-Rootsis, Eestis ja Lõuna-Soome ranniku- ja pinnaseniiskusega pole veel kaugeltki selged. aladel. Ehkki põuasele suvele järgnevat LOA kontsentratsiooni tõusu on täheldatud nii Põhja- kui Lää- Põhja-Euroopa (PE) aasta keskmine õhutempera- ne-Euroopas, ei ilmne see mitte kõigil valglatel tuur muutus IPCC võrdlusperioodil (1961–1990) ega ka mitte iga põuase suve järel. vahemikus 3,4–6°C ja sademete hulk vahemikus 500–632 mm. Tulevikustsenaariumid ennustavad LOA eksporti valglatelt veekogudesse mõjutab ka perioodiks 2071–2100 aasta keskmise õhutempe- inimtegevus. Hiljuti on hakatud seostama veeko- ratuuri tõusu 2–6°C võrra ja talvise (detsember- gude suurenenud LOA sisaldust happevihmade veebruar) õhutemperatuuri tõusu 4–5°C võrra vähenemisega (Evans jt 2006). Aastatel (Blenckner jt 2010). Mõned stsenaariumid näita- 1990−2004 vähenes Põhja- ja Kesk-Euroopas vad ka suvise (juuni–august) õhutemperatuuri ning Põhja-Ameerika idaosas koos LOA kont- tõusu 3–4°C võrra ja selle kõige suuremaid muu- sentratsioonidega ka atmosfäärne sulfaatide ja tusi Eestis. Sademete hulga muutust prognoosi- kloriidide koormus (Monteith jt 2007). Ligikaudu takse vahemikus−10 mm kuus suvises Eestis 85% sellest vähenemisest on seotud inimtegevu- kuni +50 mm kuus talvises Lõuna-Rootsis. Kõik

28 kliimastsenaariumid prognoosivad PE-s talvise hüppeliste muutustega teatud läviväärtuste saavu- lumikatte drastilist vähenemist. Kevadised vee- tamisel. Kliima mõjul toimuvate järveökosüstee- temperatuurid näitavad PE järvedes selget tõu- mi muutuste amplituudi mõjutab järve geograa- sutrendi. See on tingitud nii kevadise õhutempe- filine asend, valgala morfomeetria ja muud oma- ratuuri tõusust kui ka talvise õhutemperatuuri dused, inimtegevus ja kõikvõimalikud abiootili- muutustest. Võrtsjärves ja Erkeni järves toimus sed ja biootilised vastasmõjud. Kõik see vähen- pinnavee temperatuuri hüppeline tõus 1987. aasta dab võimalike ökosüsteemsete vastuste ennustata- paiku. Regionaalsete kliimamudelite (RCM) stse- vust ja prognooside realiseerumise tõenäosust. naariumide alusel prognoositakse aastateks 2070– 2100 PE järvede jääkatte kestuse vähenemist 1–2 VÕRTSJÄRV JA PEIPSI GLOBAALSETE MUUTUSTE kuu võrra ja selle suurimaid muutusi Lõuna- ja TAUSTAL

Kesk-Rootsis, Baltikumi edelaosas ja Lääne-Nor- Peipsi (pindala 3555 km2, keskmine sügavus ras. Jääkatte kadumise ja temperatuuri tõusu 7,1 m) ja Võrtsjärv (270 km2, 2,8 m) on oma koosmõju võib põhjustada olulisi muutusi järvede mõõtmete, loodusliku veetasemerežiimi ja pika- kihistumisrežiimis. Näiteks praegused dimiktili- ajaliste uurimisandmete olemasolu tõttu välja- sed järved (segunevad kaks korda aastas, kevadel paistval kohal mitte ainult Eestis vaid kogu ja sügisel) võivad muutuda monomiktilisteks (se- Euroopas kui ideaalsed objektid kliimamuutuste gunevad vaid ühe korra aastas). Sademete ja mõju selgitamiseks suurtele ja madalatele järve- aurumise muutustega kaasnevad järvede veetase- dele. Aastatel 1961–2004 on suurenenud õhutem- me muutused, mis kõige ilmekamalt avalduvad peratuur ja sademete hulk Eestis. Tõusnud on ka meie seni veel loodusliku tasemerežiimiga suur- Peipsi ja Võrtsjärve veetemperatuur (augustis ca järvedes Peipsis ja Võrtsjärves. Veetaseme muu- 0,4°C kümne aasta kohta) ja suurenenud Võrts- tuste mõju madala järve ökosüsteemile on tugev. järve peamise sissevoolu, Väike-Emajõe voolu- Näiteks Võrtsjärve puhul võib seda lugeda lausa hulk. Toitainete koormused Võrtsjärve ja Peipsis- tugevaimaks ökosüsteemi mõjutavaks teguriks se suurenesid kiiresti 1980ndatel aastatel ja lan- (Nõges P. jt 2010b). Soojadel ja kuivadel aastatel gesid 1990ndate alguses. Kuna lämmastikukoor- toitainete sissevool valglalt järvedesse reeglina mus vähenes kiiremini kui fosforikoormus, siis väheneb, kuid nende järvesisesed kontsentratsioo- langes sissevoolava vee N/P (lämmastiku ja fos- nid võivad tõusta suurenenud aurumise ja setetest fori) suhe. Nii veetemperatuuri tõus kui ka N/P vabanemise tõttu. Toitainete vabanemine setetest suhte langus põhjustasid Peipsis varasemast ula- tugevneb eelkõige termiliselt kihistunud eutroof- tuslikumaid veeõitsenguid ja sinivetikate voha- setes järvedes, kus kihistumisperioodi pikenemine mist. Võrtsjärves on N/P suhe ligi kaks korda kõr- toob kaasa põhjakihtides valitseva hapnikupuu- gem, kui Peipsis ja seal suuri veeõitsenguid ei esi- duse ja sellega seotud potentsiaalse fosforilekke ne. Viimastel aastatel näitab N/P suhe mõlemas tugevnemise (joonis 2). järves tõusutendentsi ning see võib viia Peipsis veeõitsengute nõrgenemiseni (Nõges T. jt 2010c). Suurimad muutused PE järvedes saavad tulevikus Viimaste aastate erakordselt kuumadel suvedel on olema seotud tõenäoliselt veetemperatuuri muu- veeõitsengud siiski pigem intensiivistunud. tuste ja sellega seotud muutustega organismide kasvukiiruses, toitaineringetes ja järve üldises Peipsi ja Võrtsjärve veetaseme looduslik tsüklili- produktiivsuses. Järveökosüsteemi vastused klii- sus on tugevalt seotud globaalset kliimamuutust mamõjudele on keerukad ja komplekssed, kuna peegeldava Põhja-Atlandi Ostsillatsiooni (NAO) võivad realiseeruda organismide elutsüklite ja fe- indeksi kõikumisega (joonis 3). Nii Võrtsjärves noloogia muutuste kaudu, sõltuda stohhastilistest kui Peipsis toovad pehmed talved (kõrge NAO) vastasmõjudest ja olla seotud mittelineaarsete kaasa kõrgema veetaseme, kuid selle mõju järve

Kõrgem NAO indeks Talvel rohkem sademeid  Kõrgem õhutemperatuur 

Suurem talvine äravool &  varasem ning madalam jõgede Varasem jääminek järvedes  Kõrgem veetemperatuur kevadine suurvesi  Väiksem kalade talvise Pikem Kestvam Kestvam kihistumi- kevadine Kõrgem veetase suremise oht vegetatsioo- Rohkem (madalates)  niperiood ne  segunemine Varasem LOA-d järvedes    zooplanktoni jõgedes & Varasem areng järvedes  kevadel  Rohkem N, kevadine Vähem Rohkem vähem P, õitseng toitaineid toitaineid Vähem jaheda Vähem kõrgem N/P  kasutada kasutada vee liike valgust  suvel  kevadel   veesambas  Varasem selge vee periood 

Vähem Vähem Vähem Vähem Rohkem Vähem Rohkem Suvine valgust füto- suurtaimi  sini- fütoplankto- fütoplanktonit ränivetikaid zooplankton nõudev plank- vetikaid nit  suvel  kevadel  reageerib füto- tonit   liigispetsiifiliselt plankton  

Raskesti ennustatavad ümberlülitumised Raskesti ennustatavad fütoplanktoni- ja makrofüütide fütoplanktoni biomassi muutused dominantsiga stabiilsete seisundite vahel

Joonis 2. Kliimamuutuste mõjul Põhja-Euroopa järvedes täheldatud muutused ja nende tõenäosused (Blenckner jt 2010). Mida rohkem märke (√), seda suurem on muutuse tõenäosus.

mahule ja keskmisele sügavusele on tugevam nii resuspendeerumise kui denitrifitseerumise kii- madalamas Võrtsjärves (Nõges P. jt 2010ab). rus. Sellega kaasnev madalam fosfori ja kõrgem

Madalaveelistel aastatel paraneb tuulte poolt lämmastiku kontsentratsioon ning kõrgem N/P põhjani läbisegatud Võrtsjärves veesamba kesk- suhe toob kaasa nii üldise vetikabiomassi kui ka mine valgustatus ja tugevneb põhjasetete resus- molekulaarset (õhu)lämmastikku N2 fikseerivate pendeerimine ning fosfori liikumine põhjasetetest sinivetikate hulga vähenemise ning parema vee- vette. Paremad valgusolud ja suurem fosfori hulk kvaliteedi. Lisaks parandab kõrgem veetase talvi- ning madalam N/P suhe toovad Võrtsjärves kaasa seid hapnikuolusid, kuna jää alla ‘lõksu’ sattuv kõrge vetikabiomassi ning soodustavad potent- veemass ja sellest tulenev hapnikuvaru on kõrge- siaalselt mürgiste ja veeõitsenguid põhjustavate ma veetaseme korral tunduvalt suuremad kui madala veetaseme puhul, setete hapnikutarve jääb N2 fikseerivate sinivetikate vohamist just madalaveelistel aastatel. Sügavamas vees on väiksemad aga praktiliselt samaks.

30 Joonis 3. Talvine Põhja-Atlandi Ost- sillatsiooni indeks (NAOw) kõrvutatuna pikaajaliste veetaseme muutustega Laadoga järves, Peipsis ja Võrtsjär- ves. Kõik seeriad silutud 7- aastase libiseva keskmisega. Veetaseme seeriad Ago Jaa- nilt (Jaani 1973, 1990) on Peipsi ja Võrtsjärve osas täiendatud uute andmetega Eesti Meteoroloogia ja Hüd- roloogia Instituudi andme- baasist, NAO indeks veebi- saidilt http://www.cru.uea. ac.uk /cru/data/nao.htm.

Sügavamas Peipsis ei ole see seos nii ilmne kui See mõju on usaldusväärselt jälgitav vee kva- Võrtsjärves. Peipsi ökosüsteemile on suurimaks liteedinäitajate sesoonses ja pikaajalises ohuks püsivalt kõrge fosfori sissevool valgalalt. muutlikkuses ning seetõttu teatud piirini sta- Risk kalade hukkumiseks on Peipsis suurem tistiliste meetoditega aegridadest kõrvaldatav. suvel ja Võrtsjärves talvel. Peipsis on suvise kala- Järelmõju valglast lähtuva koormuse muutu- de suremise põhjuseks sinivetikate vohamine ehk mise kaudu. Sademerohketel perioodidel suu- ‘veeõitseng’. See on tingitud nii reostusest (suure- reneb Võrtsjärve veetase, kuid ka sissekantud nenud fosforikoormus, vähenenud N/P suhe) kui toitainete (N, P) hulk. See efekt ilmneb aegri- ka ilmastikuoludest (soe ja tuulevaikne suvi). dades kõige tugevamini 1-aastase hilinemi- Veeõitsengute ajal nõrgestavad suured ööpäe- sega ja jääb statistiliselt usaldusväärseks pä- vased hapniku kontsentratsiooni muutused kalu ja rast veetaseme otsese mõju statistilist kõrval- muudavad nad teistele kahjulikele mõjuritele vas- damist. tuvõtlikuks, seda eriti soojas vees. Veeõitsengute • Päästikuefekt elustikus toimuvate režiimini- ajal muutub vesi aluselisemaks, mille tagajärjel hetele. Aastate 1978–79 vahel toimunud vee- suureneb kaladele mürgise ammoniaagi hulk taseme tõus põhjustas fütoplanktonis domi- (joonis 4). nantliikide vaheldumise, mida oli ette valmis- Pikaajalised andmeread näitavad, et tugevasti tanud 1970ndate aastate tugev toitainekoor- kliimast sõltuval Võrtsjärve veetasemel on järve mus järvele. Võimule pääsesid kitsalt kohas- seisundile kolme tüüpi mõju (Tuvikene jt 2010; tunud varjutaluvad liigid, mille domineeri- Nõges P. jt 2010b): mist ei suutnud murda ka hilisem veetaseme • Otsene mõju reaalajas setete resuspensiooni langus. Tegu on hüstereesi tüüpi ilminguga, intensiivsuse kaudu. Veetaseme langedes tu- kus varasema seisundi taastamiseks oleks gevneb lainetuse mehhaaniline mõju setetele vaja vähendada toitainete kontsentratsioone ning põhjast üles segatud settekiht mõjutab tunduvalt madalama tasemeni kui see, mil vee optilisi omadusi ja vee keemilist koostist. muutus toimus.

Miks ja millal kalad surevad?

Võrtsjärves Peipsis

Palju Vähe Soe ja

Kuiv suvi, karm talv fosforit lämmastikku tuulevaikne suvi/sügis Madal N/P

Tugev Suvine/sügisene Väike lagunemine Madal veeõitseng vesi hapnikuvaru kõrge O2 kõrge kõrge madal O jää all 2 päeval pH NH + 4 öösel Sinivetika- toksiline Joonis 4. mürgid NH Kliima ja reostuse Hapnik kaob hilistalvel 3 koosmõju Peipsi ja ja kalad võivad hukkuda Kalad võivad hukkuda Võrtsjärve ökosüs- teemile. suvel/sügisel

KLIIMAMUUTUSED JA VEE RAAMDIREKTIIV Kuna kliimamuutuste tagajärjed on paljuski

2000. aastal Euroopa Liidus rakendunud Veepo- sarnased tunnustega, mida toob kaasa veekogude liitika Raamdirektiiv (VRD, Direktiiv 2000) seab antropogeenne eutrofeerumine (joonis 5), millega ülimaks eesmärgiks ära hoida kõigi pinnavee- võitlemiseks VRD peamiselt ellu kutsutud oli, kogude seisundi halvenemine, ning kaitse- ja põhjustab mõjurite selline läbipõimumine tõsi- taastusmeetmete abil saavutada pinnavee hea sei- seid raskusi veekogude kaitsemeetmete tõhususe sund hiljemalt aastaks 2015. Selle direktiiviga hindamisel. See võib kogu ökoloogilise seisundi seonduvaid aspekte käsitleb lähemalt I. Otti, hindamisprotsessi muuta ähmaseks ja anda liik- K. Mailehti, ja H. Timmi kirjutis käesolevas ko- mesriikidele võimaluse oma veekaitse alaseid te- gematajätmisi kliimamuutuse taha varjata. gumikus (Ott jt 2011). See dokument ei anna aga mingeid soovitusi selle kohta, kuidas kliima- Sellise olukorra vältimiseks töötas Euroopa Ko- muutuse tingimustes neid eesmärke saavutada. misjoni juurde moodustatud töörühm 2009. aas- Üha enam ilmub uurimistulemusi, mis näitavad, taks välja juhenddokumendi (CIS 2009), kuidas et kliimamuutus mõjutab ökoloogilise seisundi kliimamuutusi VRD rakendamisel arvesse võtta. hindamise aluseks olevaid veekogude tüübitun- Suure määramatuse tingimustes, mis on seotud nuseid (näiteks vee värvus, jõgede vooluhulk, jär- prognoositud regionaalsete kliimamuutustega ja vede veetase ja segunemisrežiim), eriti aga vee nende mõjuga veeökosüsteemidele, on peamiseks kvaliteedinäitajaid (hapnikusisaldus, toitainete ja soovituseks rakendada jõgikondade veemajan- fütoplanktoni hulk, vee läbipaistvus, veeõitsen- duskavades võimaluse piires selliseid majanda- gute sagedus, jt), mis omakorda seab ohtu veeko- misstrateegiaid, mis oleks kasulikud võimalikest gude hea seisundi saavutamise (Nõges jt 2007b). kliimamuutustest sõltumata.

Joonis 5. Põhimõtteskeem kloro- fülli kontsentratsiooni häl- bimisest veekogus tema looduslikust tasemest (1) kliimamuutuse tagajärjel (2) ja kombinatsioonis antropogeense eutrofeerumisega (3). Sulgudes antud kliimamuutuse toi- memehhanismid tugev- davad eutrofeerumist, mistõttu on nende kombi- neeritud mõju neutrali- seerimiseks vaja rakendada rangemaid veekaitse meetmeid.

Töökindlad ja kohanduvad meetmed peaksid väl- Kõigi kliimamuutusega seotud meetmete puhul tima või minimiseerima võimalikke kahjusid, si- jääb peamiseks nõudeks nende teaduspõhisus ja saldama ohutusvaru, rakendama ʻpehmeid’ võt- vajadus koguda täiendavaid andmeid kliimate- teid ning arvestama teiste majandussektorite poolt gurite poolt veekogudes esile kutsutud otseste ja võetavate leevendamis- ja kohanemismeetmetega kaudsete muutuste kohta. kliimamuutuste tagajärgedega toimetulekuks. Kui VRD keskendub peamiselt veekogude öko- Juhendis on sõnastatud rida põhimõtteid, millest loogilisele seisundile ja vee kvaliteedile, siis prog- veemajanduse korraldamisel kliimamuutuse tingi- noositava sademetejaotuse muutumise tõttu on mustes tuleks lähtuda. Üheks selliseks on soovi- nimetatud juhenddokumendis pearõhk nihkunud tus jälgida muutusi muu inimtegevuse poolt vähe- muutustele veevarudes ja nende kättesaadavuses. mõjutatud veekogudes, kus peamise tegurina vee- Praeguste veemajandust korraldavate seadusak- kogude loomuliku vananemise kõrval tuleb arves- tide (VRD, üleujutuste direktiiv (Direktiiv 2007) se kliimamuutus. Selliste alade seire võimaldaks ja Euroopa Komisjoni põuateatis (Teatis 2007)) eristada kliimamuutuse mõju muu inimtegevuse analüüsil jõuti järeldusele, et vaid nende meetme- poolt esilekutsutud muutustest ja vältida ebarea- programmide perioodiline ülevaatamine tagab listlike eesmärkide püstitamist veekogude seisun- piisava paindlikkuse kliimamuutuse lõimimiseks di taastamisel. Teine, teatud mõttes vastandlik veemajanduslikesse tegevuskavadesse. Kaks hil- idee, on keskenduda seires kliimamuutuste tuli- jutist 7RP projekti REFRESH raames valminud punktidele, st veekogudele või piirkondadele, mis ülevaadet veemajanduses rakendatavatest võima- kõige tundlikumalt kliimamuutusele reageerivad likest meetmetest kliimamuutuse leevendamiseks või kus senised muutused on olnud suurimad. ja selle tagajärgedega kohanemiseks (Nõges T. jt

33 2010ab) loovad hea aluse vastavate tegevus- Evans, C. D., Monteith, D. T., Cooper, D. M. programmide kavandamiseks järgnevatel aastatel 2005. Long-term increases in surface water dis- ka Eestis. solved organic carbon: observations, possible causes and environmental impacts. Environ. VIITED Pollut., 137, 55–71.

Arvola, L., George, G., Livingstone, D. M., Jär- George, G., Järvinen, M., Nõges, T., Blenck- vinen, M., Blenckner, T., Dokulil, M., Jen- ner, T., Moore, K. 2010. The impact of the chan- nings, E., NicAongusa, C., Nõges, P., Nõges, T., ging climate on the supply and recycling of nit- Weyhenmeyer, G. 2010. The impact of the chan- rate. George, D. G. (ed). The Impact of Climate ging climate on the thermal characteristics of Change on European Lakes. Springer, 161–178. lakes. George, D. G. (ed). The Impact of Climate (Aquatic Ecology Series; 4).

Chan-e on European Lakes. Springer, 85–101. Jaani, A. 1973. Veerohkus muutub tsükliliselt. (Aquatic Ecology Series; 4). Eesti Loodus, 12, 758–764.

Arst, H. 2011. Päikesevalgus vees kui oluline Jaani, A. 1990. Võrtsjärve veerežiim ja -bilanss. mõjufaktor veekogude ökosüsteemi kujunemisel. Eesti Loodus, 11, 743–747. Teadusmõte Eestis (VII). Meri. Järved. Rannik. Eesti Teaduste Akadeemia, Tallinn, 117−136. Jennings, E., Järvinen, M., Allott, N., Arvola, L., Moore, K., Naden, P., NicAongusa, C., Nõ- Blenckner, T., Adrian, R., Arvola, L., Järvi- ges, T., Weyhenmeyer, G. 2010. Impacts of cli- nen, M., Nõges, P., Nõges, T., Pettersson, K., mate on the flux of dissolved organic carbon from Weyhenmeyer, G. 2010. The impact of climate catchments. George, D. G. (ed). The Impact of change on lakes in Northern Europe. Geor- Climate Change on European Lakes. Springer, ge, D. G. (ed). The Impact of Climate Change on 199–220. (Aquatic Ecology Series; 4). European Lakes Springer, 339–358. (Aquatic Ecology Series; 4). Livingstone, D. M., Adrian, R., Arvola, L., Blen- ckner, T., Dokulil, M. T., Hari, R. E., Geor- CIS 2009 = River basin management in a change, D. G., Jankowski, T., Järvinen, M. U., Jen- ging climate. Common Implementation Strategy nings, E., Nõges, P., Nõges, T., Straile, D., Wey- for the Water Framework Directive (2000/60/ henmeyer, G. A. 2010. Regional and supra-re- EC). Guidance document No. 24. Luxembourg. gional coherence in limnological variables. Ge- Direktiiv 2000 = Euroopa Parlamendi ja Nõukogu orge, D. G. (ed). The Impact of Climate Change direktiiv 2000/60/EÜ, 23. oktoober 2000, millega on European Lakes. Springer, 311–337. (Aquatic kehtestatakse ühenduse veepoliitika alane tege- Ecology Series; 4). vusraamistik. Euroopa Ühenduse Teataja, L 327, Monteith, D., Stoddard, J. L., Evans, C. D., de 1–72. Wit, H. A., Forsius, M., Høgåsen, T., Winan- Direktiiv 2007 = Euroopa Parlamendi ja Nõukogu der, A., Skjelkvåle, B. L., Jeffries, D. S., Vuoren- direktiiv 2007/60/EÜ, 23. oktoober 2007, üleuju- maa, J., Keller, B., Kopácek, J., Vesely, J. 2007. tusriski hindamise ja maandamise kohta. Euroopa Dissolved organic carbon trends resulting from Liidu Teataja, L 288/27. changes in atmospheric deposition chemistry. Nature, 450, 537–540. Evans, C. D., Chapman, P. J., Clark, J. M., Mon- teith, D. T., Cresser, M. S. 2006. Alternative ex- Moore, K., Jennings, E., Allott, N., May, L., Jär- planations for rising dissolved organic carbon ex- vinen, M., Arvola, L., Tamm, T., Järvet, A., Nõ- port from organic soils. Glob. Change Biol., 12, ges, T., Pierson, D., Schneiderman, E. 2010. Mo- 2044–2053. delling the effects of climate change on inorganic

34 nitrogen transport from catchments to lakes. 24663 EN, Joint Research Centre. Publications George, D. G. (ed). The Impact of Climate Chan- Office of the European Union, Luxembourg. ge on European Lakes. Springer, 179–197. Nõges, T., Nõges, P., Cardoso, A. C. 2010b. Re- (Aquatic Ecology Series; 4). view of published climate change adaptation and Nõges, P., Adrian, R., Anneville, O., Arvola, L., mitigation measures related with water. Scientific Blenckner, T., George, G., Jankowski, T., Jär- and Technical Research Series EUR 24682 EN, vinen, M., Maberly, S., Padisák, J., Straile, D., Joint Research Centre. Publications Office of the Teubner, K., Weyhenmeyer, G. A. 2010a. The European Union, Luxembourg. impact of the changing climate on seasonal dy- Nõges, T., Nõges, P., Jolma, A., Kaitaranta, J., namics of phytoplankton. George, D. G. (ed). The 2009. Impacts of Climate Change on Physical Impact of Climate Change on European Lakes. Characteristics of Lakes in Europe. Office for Springer, 253–274. (Aquatic Ecology Series; 4). Official Publications of the European Commu- Nõges, P., Järvet, A. 2005. Climate driven chan- nities, Luxembourg, doi: 10.2788/41235, EUR ges in the spawning of roach (Rutilus rutilus (L.)) 24064 EN. and bream (Abramis brama (L.)) in the Estonian Nõges, T., Tuvikene, L., Nõges, P. 2010c. Con- part of the Narva River basin. Boreal Env. Res., temporary trends of temperature, nutrient loading 10, 45–55. and water quality in large lakes Peipsi and Võrts- Nõges, P., Kägu, M., Nõges, T. 2007a. Role of järv, Estonia. Aquat. Ecosyst. Health, 13, 143– climate and agricultural practice in determining 153. matter discharge into large, shallow Lake Võrts- Ott, I., Maileht, K., Timm, H. 2011. Rakendus- järv, Estonia. Hydrobiologia, 581, 125–134. likud järveuuringud Euroopa direktiive toetamas. Nõges, P., Nõges, T., Laas, A. 2010b. Climate- Teadusmõte Eestis (VII). Meri. Järved. Rannik. related changes of phytoplankton seasonality in Eesti Teaduste Akadeemia, Tallinn, 213–227. large shallow Lake Võrtsjärv, Estonia. Aquatic Pall, P., Vilbaste, S., Kõiv, T., Kõrs, A., Käi- Ecosystem Health, Management, 13, 154–163. ro, K., Laas, A., Nõges, P., Nõges, T., Piirsoo, K., Nõges, P., Van de Bund, W., Cardoso, A. C., Toomsalu, L., Viik, M. 2011. Fluxes of carbon Heiskanen, A.-S. 2007b. Impact of climatic varia- and nutrients through the inflows and outflow of bility on parameters used in typology and eco- Lake Võrtsjärv, Estonia. Estonian J. Ecol., 60, logical quality assessment of surface waters - im- 39–53. plications on the Water Framework Directive. Pettersson, K., George, G., Nõges, P., Nõges, T., Hydrobiologia, 584, 373–379. Blenckner, T. 2010. The impact of the changing Nõges, T. 2009. Trends of air and water tempe- climate on the supply and recycling of phos- rature in Estonia and in large lakes Peipsi and phorus. George, D. G. (ed). The Impact of Cli- Võrtsjärv, possible consequences on water quali- mate Change on European Lakes. Springer, 121– ty. E. Schweizerbartische Verlagsbuchhandlung, 137. (Aquatic Ecology Series; 4).

Science Publishers, Stuttgart Verhandlungen der Teatis 2007 = Komisjoni teatis Euroopa Par- Internationalen Vereinigung für Theoretische und lamendile ja Nõukogule veepuuduse ja põua pro- Angewandte Limnologie, 30, 7, 997–999. bleemi kohta Euroopa Liidus. KOM(2007) 414.

Nõges, T., Nõges, P., Cardoso, A. C. 2010a. Cli- Tuvikene, L., Nõges, T., Nõges, P. 2011. Why do mate change adaptation and mitigation strategies phytoplankton species composition and ‘‘tradi- already in practice based on the 1st River Basin tional’’ water quality parameters indicate diffe- Management Plans of the EU Member States. rent ecological status of a large shallow lake? Scientific and Technical Research Series EUR Hydrobiologia, 660, 3–15.

Weyhenmeyer, G. A., Jeppesen, E., Adrian, R., Arvola, L., Blenckner, T., Jankowski, T., Jen- nings, E., Nõges, P., Nõges, T., Straile, D. 2007. Nitrate-depleted conditions on the increase in shallow northern European lakes. Limnol. Ocea- nogr., 52, 1346–1353.

36 EKSTREEMSETE ILMASTIKUNÄHTUSTE JA KOHALIKU INIMTEGEVUSE KOOSMÕJU PEIPSI KALADELE

Külli Kangur, Kai Ginter, Andu Kangur, Peeter Kangur, Kati Orru, Tõnu Möls Eesti Maaülikooli limnoloogiakeskus

PEIPSI KALASTIK KUI ÖKOSÜSTEEMI TERVISE sest, mis peegeldab ühtlasi kogu ökosüsteemi ter- MÕÕDUPUU vist ja stabiilsust, on huvitatud nii kohalikud ela-

Kalad on veeökosüsteemide oluliseks funktsio- nikud kui kogu Eesti riik. naalseks komponendiks (Sarvala 1999). Toidu- SURVETEGURITE MITMEKESISUS JA KOOSMÕJU ahela lõpplülina on kalad põhiliseks ülalt lähtu- vaks (top-down) regulaatoriks meie suurjärvedes, Kuna paljud mageveekogudega seotud keskkon- mõjutades toiduahelate kaudu kaskaadselt kogu naprobleemid on viimastel aastatel süvenenud ökosüsteemi. Teisalt peetakse kalastiku seisundit ning muutunud aina komplitseeritumaks nii kogu veeökosüsteemide tervise koondnäitajaks, kuna maailmas (Hart, Calhoun 2010) kui ka Peipsil, toiduahela tipus olles sõltuvad kalad kogu öko- püsib ja tugevneb vajadus uurida, kuidas suurjär- süsteemi struktuurist ja funktsioneerimisest. Suh- ve kalastik kohaneb koosesinevate stressiteguri- teliselt pikast elueast tulenevalt võivad kalad puh- tega. Ökosüsteemi stabiilsuse kadumine võib verdada veekogus toimuvaid muutusi, reageerides põhjustada nii mõnegi kalapopulatsiooni järsku neile mõningase viivitusega (Sarvala jt 2000). kahanemist või isegi kadumist. Siiani on selle

Viimase aastakümne uuringud Peipsil on näida- põhjusena nähtud pigem inimtegevusega kaasnenud, et järve ökosüsteem on ebastabiilses seisun- vat elupaikade hävimist ja ülepüüki (Lobón- dis ja tema tulevikku on keeruline prognoosida. Cervia 2009). Harvem on kalapopulatsioonide vä- Veeökosüsteemide stabiilsus ja vastupidavus eri- henemist ja kadumist seostatud looduslike prot- nevatele surveteguritele on tähelepanu keskmes sessidega (Johnson jt 2007). Veetaseme kõikumi- kogu maailmas, kuna ökosüsteemi reaktsiooni ne, ilmastiku ja jääolude muutused võivad samuti erinevatele mõjuritele ei suudeta ette näha (John- oluliselt mõjutada kalakoosluse arengut (Kangur son jt 2007; Moss 2007). Peipsi unikaalse ökosüs- jt 2007a, 2008). Isegi väga väike veetemperatuuri teemi tasakaalu kadumine kujutab potentsiaalset tõus võib põhjustada dramaatilisi muutusi bioloo- riski ühelt poolt bioloogilisele mitmekesisusele, gilistes kooslustes (Jeppesen jt 2010; Perkins jt ökosüsteemi tervisele ja funktsioneerimisele, tei- 2010). Veelgi enam, kliimamuutused koos teiste salt ühiskonna jaoks olulistele kalavarudele ja sel- stressoritega võivad esile kutsuda erinevaid ku- lest sõltuvale elulaadile (Kangur jt 2009). Suur- mulatiivseid protsesse veeökosüsteemides (Giller järv Peipsi on olnud vägagi kalarikas järv ja eel- jt 2004; Durant jt 2007; Clarke 2009; Woodward kõige seetõttu inimtegevuse keskmes juba sajan- jt 2010ab), mille mõju järvede bioloogilistele kooslustele on siiani teadmata. deid. Järve rannikuala asustusajalugugi on pigem kalapüügiga kui maaviljeluse ja karjakasvatusega Muutusi Peipsi kalastikus on viimase kaheksa- tegeleva rahvastiku ajalugu (Hiiemäe 2008). kümne aasta jooksul üsna hästi jälgitud. Süvitsi Ehkki tänapäeval on järve kalavarud märgatavalt on uuritud kalapopulatsioonide vanuselist struk- vähenenud, on kalandus jätkuvalt selle piirkonna tuuri ja arvukust (Kangur jt 2007ab, 2008; Ginter inimeste üks olulisemaid elatusallikaid ja tähtis jt 2011). Järve kalastikku mõjutavad korraga mit- osa nende elustiilist. Peipsi kalavarude säilimi- med survetegurid, millest igaühe spetsiifilist mõju

37 on raske eristada. Neist tähtsamad on: a) muutu- (Collares-Pereira, Cowx 2004) on rõhutanud, et sed ökosüsteemis (eutrofeerumine, vee kvaliteedi kalanduslike, hüdrometeoroloogiliste ning vee halvenemine, veeõitsengud, kalakoelmute mudas- kvaliteedi andmeridade analüüs on kalapopulat- tumine, nihked toiduahelates), b) looduslikud sioonide arengu mõistmise alus. Seetõttu on ana- protsessid (veetaseme ja -temperatuuri kõikumi- lüüsi integreeritud mitmed mahukad, nii limno- sed, ekstreemsed ilmastikunähtused, jääolud) ja c) loogilised kui ka survetegureid iseloomustavad ülepüük (Kangur jt 2008; 2009). 2010. aasta andmestikud Peipsi kohta; kokku üle mitmesaja suvine massiline kalade suremine Peipsi järves tuhande kirje. Peipsi andmeread on küllaltki pi- tõstatas vajaduse uurida ekstreemsete ilmaolude kad: vee temperatuuri on siin mõõdetud alates ja eutrofeerumise koosmõju kaladele. Keskenduti 1921. aastast, vee kvaliteedi mõningate parameet- erinevate mõjurite analüüsile. Looduslikest tegurite muutusi on jälgitud alates 1950. aastatest ning ritest olid vaatluse all pikaajalised andmed vee- elustiku regulaarseid vaatlusi on tehtud alates temperatuuri ja jääolude kohta. Andmeread erine- aastast 1962. Uurimaks keskkonnaekstreemumite vate vee kvaliteedi näitajate ja kalade tööndus- mõju kalakooslusele kõrvutati katsetraalpüükide püügi kohta peegeldasid inimmõju. Mudelliigiks andmeid enne (2009. aasta sügisel) ja pärast kala- võeti tint (Osmerus eperlanus eperlanus m. spi- de massilist suremist 2010 ülikuumal suvel (2010. rinchus (Pallas)) – Peipsi ökosüsteemi üks võtme- aasta sügisel). Statistiliseks analüüsiks kasutati liik, kes on toiduahelas vahelüli zooplanktoni ja üldist lineaarset mudelit (GLM) (SAS Institute Inc. röövkalade vahel. Tint on Peipsis olnud läbi aega- 2004) ja χ2-testi (R Development Core Team de väga arvukas ja saagi suuruse järgi tähtsaim 2010). Statistilistes analüüsides võeti olulisuse ni- püügikala, kuid praeguseks on tema arvukus ka- vooks 0,001. hanenud nullilähedaseks. Analüüsiti ka kalastiku struktuuri enne ja pärast 2010. aasta suvist massi- NIHKED KALAKOOSLUSE STRUKTUURIS list kalade suremist. Tänapäeval elab Peipsis ja temasse suubuvate jõgede-ojade alamjooksudel 36 kalaliiki ja üks ANDMESTIK JA METOODIKA sõõrsuuliik. Kalaliikide nimestik on jäänud küll Kalade ja nende elukeskkonna seosed on keeru- aastakümneid samaks, kuid olulised nihked on kad, nende mõistmiseks on vaja pikki andmeridu toimunud domineerivates liikides, populatsioo- ja tähelepanu koondamist mitte üksikutele liiki- nide vanuselises koosseisus ja arvukuses ning toi- dele vaid kogu kalakooslusele (Johnston, Macei- tumistüübilt erinevate liikide vahekorras. Peipsi na 2009). Representatiivsete andmete saamine kalastikus on aastakümnete jooksul domineerinud suurjärvede kalastiku kohta on kallis ja tööma- tint, rääbis Coregonus albula (L.) ja koha Sander hukas, lisaks seab piirangud Peipsi piiriülene lucioperca (L.). Töönduslikud kalasaagid on vä- asend. Brämick jt (2008) on seisukohal, et suur- henenud viimase kaheksakümne aasta jooksul ligi järve kalakooslust võib kirjeldada liigilise koos- kaks korda. Aastatel 1931–1940 oli saak keskmi- seisu ja kalaliikide suhtelise ohtruse järgi töön- selt 11 650 tonni aastas (33 kg/ha) ning 2005– dusliku püügistatistika põhjal, samuti kirjanduses 2010 keskmiselt vaid 5408 tonni aastas (16 esitatud andmetele tuginedes. Peipsi kalastiku kg/ha). 1930. aastatel domineeris töönduspüügis kohta on väärtusliku informatsiooni allikaks kala- tint (43% kogusaagist), järgnesid särg Rutilus ru- püügistatistika alates 1931. aastast. Meie käsutu- tilus (L.) (16%), ahven Perca fluviatilis (L.) (7%) ses olevad katsetraalpüükide andmed hõlmavad ja latikas Abramis brama (L.) (7%). Seevastu aas- aastaid 1986 ja 1994–2010. Kahe andmestiku sta- tatel 2005–2010 olid saagis ülekaalus koha tistiline analüüs näitab üldjoontes sarnaseid nih- (27%), ahven (24%), latikas (20%) ja särg (14%). keid suurjärve kalakoosluses. Mitmed uurijad Teisejärgulised püügikalad olid haug Esox lucius

38 (L.), luts Lota lota (L.) ja kiisk Gymnocephalus cernuus (L.).

Märkimisväärne nihe on toimunud toitumistüübilt erinevate kalaliikide vahekorras saagis. Röövtoi- duliste kalade (peamiselt koha) arvukus ja osa- tähtsus töönduslikes saakides on suurenenud, planktontoiduliste (rääbis, tint, siig) kalade osa- tähtsus aga kahanenud (joonis 1). Probleemiks on, et koha püütakse liiga vara välja, isegi enne suguküpsuse saabumist. Kohapopulatsioon on noorenenud, mistõttu tema roll tippröövkalana nn prügikalade kontrolli all hoidmisel on nõrgene- nud.

Peipsi kalakoosluses on toimunud nihe puhta- ja külmaveelistelt kaladelt (rääbis, siig, luts) koha ja latika domineerimise suunas, kes eelistavad kõrge toitelisusega, sooja ja sogast vett. Seega on soojaveeliste ja jaheda-veeliste liikide arvukus Peipsis Joonis 1. liikunud vastassuunas, mis Parmesani ja Yohe’i Toitumistüübilt erinevate kalaliikide osakaal (2003) järgi on selge viide kliima soojenemise Peipsi kalasaagis erinevatel perioodidel aastail mõjule. Rääbis, siig, luts ja ka tint eelistavad vä- 1931–2010. hetoitelisi, jahedaveelisi ning hapnikurikkaid veekogusid. Neile liikidele pole Peipsi enam sobiv. Koha ja latikas on soojaveeliste, kõrge toitelisu- jt 2007; Jeppesen jt 2010). Nende kahe teguri sega ja vähese läbipaistvusega vete asukad. Just koosmõjul võivad süveneda toiteainetega rikastu- niisugused tingimused on kujunenud praegu Peip- misest tingitud protsessid (Padisák, Koncsos sis (Kangur jt 2007b, 2008). Koha arvukuse tõusu 2002). Peipsit on korduvalt tabanud niisugused on viimasel ajal täheldatud veekogude eutrofee- ettearvamatud häired. Juhtumid on küll harvad, rumise tagajärjel ka mitmetes teistes Euroopa kuid laiaulatusliku ja kauakestva mõjuga kalasti- järvedes (Jeppesen jt 2000; Lammens 2001). kule.

Lisaks pikaajalistele nihetele Peipsi kalakoosluses EUTROFEERUMINE JA JÄRVE POLAARSUSE on toimunud ka järske muutusi järve kalastikus. SUURENEMINE Tavaliselt reageerib järve ökosüsteem sujuvalt erinevatele ilmastikunähtustele, veetaseme kõiku- Peipsi eutrofeerumise ilminguteks on vetikate vo- mistele ja toiteainete juurdevoolule (Scheffer jt hamine ja intensiivsed veeõitsengud, millega 2001). Teatud tingimustes võib järve seisund kaasneb öine hapnikupuudus ja kalade suremine, muutuda hüppeliselt, tuues kaasa ootamatuid ka- vetikamürgid vees, nihked fütoplanktoni liigilises tastroofilisi tagajärgi elustikule. Kliimamuutused koosseisus ja dünaamikas, zooplanktoni hulga nõrgendavad ökosüsteemide (sh järveökosüs- drastiline vähenemine, vee läbipaistvuse vähene- teemi) püsivust ning võivad põhjustada järske mine, rannikulähedase vee reostuse suurenemine ja mudastumine (Kangur jt 2006, 2008). nihkeid kooslustes ning ökosüsteemi struktuuris ja funktsioneerimises (Scheffer, Carpenter 2003). Pikaajaliste limnoloogiliste andmeridade (1950– Pealegi võib kliimamuutuste mõju madalatele jär- 2010) statistilise analüüsi tulemused näitavad vedele olla väga sarnane eutrofeerumisega (Mooij Peipsi järve vee kvaliteedi järk-järgulist halvene-

39 mist. Esiteks, vee läbipaistvus avaveeperioodil põhjapoolne ning sügavam Peipsi nn Suurjärv on (aprill–november) on viimase viiekümne aasta oluliselt madalama toiteainete (lämmastiku ja fos- jooksul oluliselt (p < 0,001) vähenenud. Vee läbi- fori) kontsentratsiooniga kui lõunapoolne Pihkva paistvus Secchi ketta järgi oli keskmiselt 2,3 m järv, kuhu suubub Peipsi suurim sissevool Veli- (90% tolerantsipiirid 1,2–4,5 m) perioodil 1950– kaja jõgi (valgla 25 000 km2). Inimtekkeline 1955 ning 1,4 m (90% tolerantsi piirid 0,6–3,4 m) eutrofeerumine avaldub eelkõige järve polaarsuse aastatel 2006–2010. Teiseks, lahustunud hapniku suurenemises vee fosforisisalduse suhtes (Kan- kontsentratsioon (maist oktoobrini) põhjaläheda- gur, Möls 2008). Fosfori kontsentratsiooni tõusu ses veekihis (0,5 m setete kohal) on oluliselt järve lõunapoolsetes osades peegeldavad ka mit- langenud: see oli 10,4 mg/l (90% tolerantsi-piirid med muud vee kvaliteedi näitajad nagu vee läbi- 7,1–15,3 mg/l) aastatel 1950–1955, kuid 8,1 mg/l paistvus või klorofüll-a (allpool Chl-a) sisaldus.

(90% tolerantsipiirid 2,7–23,9 mg/l) aastatel Viimase veerandsaja aasta jooksul (1985–2010 2006–2010. Minimaalne põhjalähedane hapniku august) on üldfosfori (TP) kontsentratsioon Pihk- kontsentratsioon on aastati läbi teinud veelgi va järves tõusnud keskmiselt ligi kaks korda suurema languse: 7,1 mg/l aastatel 1950–1955 (väärtuselt 61 mg/m3 kuni 115 mg/m3) ning Chl-a kuni 0,6 mg/l aastatel 2006–2010. Kolman-daks, kontsentratsioon ligi kolm korda (väärtuselt 20,5 vee pH avaveeperioodil on samal ajal oluliselt (p mg/m3 kuni 62,7 mg/m3). Samal ajal oli märgatav < 0,001) tõusnud: vee pH oli 8,17 (90% TP kontsentratsiooni tõus ka Lämmijärves: 54 tolerantsipiirid 7,83–8,52) perioodil 1950–1955, mg/m3-lt kuni 67 mg/m3; seevastu põhjapool- kuid 8,45 (90% tolerantsipiirid 7,89–9,02) semas Peipsi Suurjärves 30 mg/m3-lt kuni 37 aastatel 2006–2010. 3 mg/m . Sellele vaatamata võime pikaajaliselt tä- Lisaks näitab järve jätkuvat eutrofeerumist järve- heldada vee läbipaistvuse langust ja vee pH tõusu osade erinevus vee kvaliteedis (järve polaarsus): ka Peipsi Suurjärves (joonis 2).

Joonis 2. Vee läbipaistvuse (a) ja pH (b) muutused Peipsi Suurjärves aastatel 1955–2010 GLM mudeli järgi; punktiirjooned näitavad keskväärtuse 95% usalduspiire.

40 VEETEMPERATUUR KUI ELUPAIGA KÕLBLIKKUSE veetasemega. Kõik peamised veekvaliteedi näita- NÄITAJA KALADELE jad (läbipaistvus, toiteainete sisaldus, Chl-a kont-

Veetemperatuur on üks tähtsamaid kalade elutin- sentratsioon) viitavad neil perioodidel järve öko- gimusi määrav näitaja, sest isegi väikestel ja lühi- süsteemi seisundi halvenemisele (Kangur jt aegsetel ilmastiku muutustel võivad olla neile 2003). Seega järve seisund võib kiiresti muutuda, ulatuslikud tagajärjed. Eriti raske on kliimamuu- mis omakorda põhjustab ettearvamatuid katast- tustega kohaneda sügisel kudevatel külmaveelis- roofe, nagu näiteks kalade massiline suremine. tel kalaliikidel (rääbis, luts, Peipsi siig Coregonus Aastast-aastasse varieeruvad looduslikud protses- lavaretus maraenoides Poljakow), kelle sigimise sid ja tsüklid võivad esile kutsuda häireid, mille edukus sõltub suuresti jääkatte kestusest ja püsi- mõju järve elustikule võib olla palju tugevam kui inimmõju (Kangur jt 2003). vusest. Teisalt näitab veetemperatuuri (VT) tõus suvel üle kriitilise piiri, et järv ei ole sel ajal kõl- Viimase poolsajandi jooksul on kuumadel suvedel bulik elupaik külmaveelistele kaladele. Näiteks Peipsil korduvalt täheldatud kalade massilist sure- rääbise jaoks loetakse kriitiliseks piiriks juba mist. See on juhtunud aastatel, kui kuumaperiood veetemperatuuri üle 18 °C (Elliott, Bell 2011). oli eriliselt pikk, VT kõrge (kuni 26–28 ºC) ning

Vaatamata suurele muutlikkusele väljendab VT samaaegselt esines sinivetikate massiline õitseng. pikaajaline dünaamika Peipsis mitmeid kaladele Kuigi sinivetikaõitsengud on Peipsis teada alates olulisi trende. Esiteks, päev mil kevadel VT saa- 19. sajandist (Laugaste jt 2001), on järve jätkuv vutab 20 °C, jõuab kätte oluliselt varem (p < eutrofeerumine intensiivistanud õitsenguid. Esi- 0,001). Teiseks, oluliselt on tõusnud päevade arv, mene kalade suremise teade pärineb 1959. aastast mille puhul VT ≥ 20 °C (p < 0,001). Kolmandaks, (Semenova 1960), kui Pihkva järves esines Apha- tõusnud on aasta maksimumtemperatuurid (p < nizomenon sp. õitsengust ja kõrgest VT tingitult 0,001), kuid näitaja varieerub aastast-aastasse üle 8 massiline tindi suremine (joonis 3). Järgmine °C. Mõnel aastal on maksimum VT Peipsis vaevalt massiline tindi suremine 1972. aasta suvel oli sa- 20 °C, seevastu läbi aegade kõrgeim VT (28,8 °C) muti esile kutsutud pika kuumaperioodi ja inten- mõõdeti 27. juunil 1988. Sarnaselt mõõdeti Peipsi siivse sinivetikaõitsengu poolt, kuid hõlmas juba Suurjärves 2010. aastal maksimaalne VT 26,3 °C, kogu järve. Selle tagajärjel kahanes tindivaru jär- kuid 2009. aastal vaid 22,1 °C. Pikaajalised vaat- ves niivõrd, et 1973–1974 tinti üldse ei püütud. lused näitavad, et veetemperatuuri maksimumid Siiski taastus tindipopulatsioon paari aasta jook- esinevad Peipsil enamasti juulis, kuid võivad ette sul, kuid viimaste aastate katsetraalpüügid näita- tulla ka juuni algusest kuni augusti lõpuni. vad, et tindipopulatsiooni arvukus on kahanenud ajaloolise miinimumini. Neljandaks, statistiline analüüs tunnistab, et ekstreemselt kuumad suved, mil VT püsib pikka Kuumalained on kahjustanud lisaks tindile ka aega (kuni 110 päeva aastal 2002) üle 20 °C, on teiste jaheda-vee liikide populatsioone. Üks olu- esinenud aina sagedamini (p < 0,001). Sama ten- lisim kannataja on rääbis. 1988. aasta kuum suvi dentsi näitab ka VT 20 °C ületavate päevade arvu põhjustas massilist kalade suremist, mille taga- varieerumine aastati (joonis 3). järjel sai oluliselt kannatada järve rääbisepopulat- sioon. Lisaks täheldati 1989. ja 1990. aastal kõige KALADE SUREMINE – PIKAAJALISE varasemat püsiva jääkatte kadumist Peipsil. Kui EUTROFEERUMISE JA INTENSIIVSETE järvel pole püsivat jääkatet, ulatub lainete mõju KUUMALAINETE KOOSMÕJU TULEMUS põhjani ning hilissügisel koetud rääbise mari võib Peipsi järve puhul võime täheldada, et eutrofee- mattuda setete alla ja hukkuda. Rääbisepopu- rumise mõju süveneb oluliselt kuivadel aastatel, latsiooni kollaps oli tõenäoliselt tingitud 1980. kui kõrge veetemperatuur langeb kokku madala aastate lõpu äärmuslike suviste ja talviste ilmaolu-

Joonis 3. Tindisaagi dünaamika Peipsis aastail 1931–2010 (a) ja päevade arv, mil veetemperatuur oli üle 20 °C (b) aastatel 1925–2010. Kalade suremise juhtumid on märgitud tähekesega (b).

de kumulatiivsest mõjust, mis ületasid kala ta- Kuna suvised kuumalained on viimasel kümnen- luvuse piiri. 1991. aastal kadus rääbis tööndus- dil sagenenud, on ka laiaulatuslikud kalade sure- püügist ja tema arvukus järves pole siiani taas- mised muutunud sagedasemaks. Viimased massi- tunud (Kangur jt 2008).

42 lised kalade suremised leidsid aset aastail 2002 ja koha noorjärkude arvukus 89%-lt 0%-le (p < 2010. Kui varasemalt olid põhilised kannatajad 0,0001) ja ahvena noorjärkude arvukus 28%-lt jaheda-vee liigid, nagu tint ja rääbis, siis viimaste 0%-le (p < 0,0026). Püütud isendite arv traaltunni kalade suremiste ajal täheldati mitmete kalalii- kohta (CPUE) vähenes noorkohadel 47 korda, kide, eriti suure hulga kiiskade ja noorkalade su- noortel ahvenatel 31 korda ning noortel kiiskadel remist. Viimase kalade suremise ajal (2010. aasta 10 korda (joonis 4), noorte särgede puhul olid suvel) mõõdeti madalaim hapniku (O2) sisaldus muutused vähemolulised. Kuumalaine põhjustas põhjalähedases veekihis (0,5 m sette kohal) 1,4 ka täiskasvanud kiiskade arvukuse kahekordset mg/l, 10.08.2010. See on madalam kriitilisest O2 langust. Seega lühiajaliste kuid intensiivsete kuu- kontsentratsioonist paljude hapnikulembeste ma- malainete ja kohalike stressorite (nt eutrofee- geveekalade jaoks, rääbise puhul näiteks 2 mg/l rumine) kumulatiivne mõju võib viia oluliste (Elliott, Bell 2011). 2002. aasta kalade suremise muutusteni Peipsi kalakoosluses, nagu on eelne- ajal näitasid ööpäevaringsed mõõtmised mini- valt teistel veekogudel täheldatud Perkins jt maalset lahustunud hapniku kontsentratsiooni (2010). vees vastu hommikut enne päiksetõusu (2 mg/l, 16.08. 2002) (Kangur jt 2005). Kalade hukku- TINT KUI MUDELLIIK mine oli tingitud veeõitsenguga kaasnenud mitme Lobón-Cervia (2009) uuringute kohaselt mõjuta- ebasoodsa teguri koosmõjust. Neist olulisemad vad keskkonnatingimuste ekstreemumid oluliselt olid kestvalt kõrge veetemperatuur, madal vee- kalapopulatsioonide edukust. On täheldatud, et tase, sinivetikate vohamisest tingitud ulatuslik suuremõõtmelised ning pika elueaga liigid on ül- ööpäevane vee hapnikusisalduse, pH ja ammoo- diselt vastupidavamad ettenägematutes keskkon- niumiooni sisalduse kõikumine; ei saa välistada natingimustes (Lobón-Cervia 2009; Woodward jt ka vetikamürkide võimalikku mõju (Kangur jt 2010b). Sellele vaatamata on Thackeray jt (2010) 2005). Seetõttu mõjutavad kalade suremised eel- arvates lühikese elueaga liigid võimelised kliima kõige põhjaelulisi kalu nagu kiisk ning suremised soojenemisega paremini kohanema. Meie uurin- leiavad aset just öösel või varahommikul. Hapni- gute tulemused näitavad, et tint reageerib tugevalt kupuudus põhjustab esmalt kaladel ebanormaalset ning kiiresti keskkonnaekstreemumitele. Lühi- käitumist (kalad on massiliselt pinnalähedases kese eluea (Peipsis keskmiselt 2 aastat), varase veekihis ja ahmivad õhku) ning lõpuks surma. Nii suguküpsuse ning kõrge viljakuse tõttu on tindi- võiski 2002. ja 2010. aasta suvel järve rannalt populatsioon järves väga ebastabiilne ja tundlik leida tuhandeid surnud kalu, mis olid pikema aja keskkonnas aset leidvatele muutustele (Kangur jt jooksul kaldale triipudena kuhjunud sõltuvalt vee- 2007a). Peipsi tindipopulatsioonis on toimunud taseme alanemisest ja tuule suuna muutustest. perioodilisi tõuse ja langusi, kuid pikas perspek- Vene ajakirjanduses võrreldi Pihkva järve 2010. tiivis on populatsioon nõrgenenud ning praegu on aasta augustis piltlikult isegi kalasupi katlaga – tindi arvukus jõudnud oma ajaloolise miinimumi- nii palju oli seal surnud kiiska. ni. Regressioonanalüüs demonstreeris kõrge vee- Võrreldes 2009. ja 2010. sügiseste katsetraalide temperatuuri (üle 20 °C) ja kuumaperioodi kestu- põhjal kalakoosluse struktuuri enne ja pärast se olulist negatiivset mõju tindipopulatsiooni arvu- 2010. aasta suvist kalade suremist võime tähel- vukusele üks-kaks aastat hiljem (Kangur jt 2007a). dada, et kuumalaine mõjutas oluliselt kogu järve Tindipopulatsiooni langus on seega kooskõlas kalakooslust, enim aga noorkalu, kelle osakaal veekeskkonna soojenemisega, mis koos jätkuva katsetraalpüükides vähenes oluliselt. Üldine line- eutrofeerumise ning sinivetikateõitsengutega on aarne mudel väljendas järgmist: kiisa noorjärkude oluliselt vähendanud populatsiooni edukust ja arvukus vähenes 71%-lt 26%-le (p < 0,0029), suurendanud tindi suremust.

Joonis 4. Noorkalade arvukus traaltunni kohta (CPUE) 2009. ja 2010. aasta sügiseste katsetraalpüükide järgi.

Saadud tulemused ühtivad Pörtneri ja Pecki elutsevad teisedki jaheda-vee kalaliigid järves (2010) järeldustega, mille kohaselt jaheda-vee oma füsioloogiliste piiride lähedal ning ka neile liigid nagu tint, kannatavad enim suviste kuuma- võib keskkond muutuda ebasobivaks, kui tem- lainete tagajärjel. peratuur jätkuvalt tõuseb (Jeppesen jt 2010; Per-

Keskkonnaekstreemumid on Peipsis muutunud kins jt 2010; Woodward jt 2010b). sagedasemaks, seega esinevad sagedamini ning EESSEISVAD MUUTUSED laiaulatuslikumalt ka kalade suremised, haarates mitte ainult kõige madalamaid järveosi, vaid kogu Käesolev uuring demonstreeris, et lisaks jaheda- järve. Sellest on oluliselt mõjutatud järve kalastik. vee liikidele, nagu tint ja rääbis, mõjutavad su- Korduvad kuumalained võivad viia mõne kalapo- vised kuumalained oluliselt ka noorkalade ja pulatsiooni vähenemise või isegi kadumiseni. Sel- põhjaeluliste liikide (nt kiisk) edukust. Pärast line olukord on juba tõeseks osutumas tindi pu- 2010. aasta suvist kalade suremist mitmete liikide hul, keda võib vaadelda kui mudelliiki, et hinnata (koha, ahvena) järelkasv Peipsis praktiliselt puu- teistegi kalapopulatsioonide olukorda keskkon- dus. Iga järsem tõus või langus noorkalade arvu- nas, kus mitmed looduslikud ja inimtekkelised kuses mõjutab aga läbi toiduahela kogu järve faktorid mõjuvad ühekorraga. Sarnaselt tindile ökosüsteemi (Carpenter, Kitchell 1993). Eriti olu-

44 liseks hinnatakse mõju just parasvöötme põhja- ahelate kaudu teiste troofiliste tasemete vahekor- poolsemates järvedes, kus liikide toitumisnišš on da ja kogu järve ökosüsteemi. kitsam (Danger jt 2009; Jeppesen jt 2010). Mit- mete autorite (van Densen 1985; Persson, Brön- TÄNUAVALDUS mark 2008) arvates sõltub röövkalade populat- Töö on valminud Eesti Haridus- ja Teadusminis- siooni suurus ja edukus just juveniilsest elupe- teeriumi sihtfinantseeringu 0170006s08 ning Ees- rioodist. Seega mõjutab suvine kuumalaine ja ti Teadusfondi uurimistoetuste 6820 ja 7643 toel. noorkalade suremine oluliselt röövkalade populatsiooni Peipsis. Niigi on intensiivse püügi taga- VIITED järjel järves liiga vähe suuri röövkalu, kes hoiak- sid kalakoosluse tasakaalus. Koha püütakse liiga Brämick, U., Diekmann, M., Lemcke, R., Meh- vara välja, isegi enne esmakordset kudemist. Üle- ner, T. 2008. Assessing shifts in fish assemblages püügi ja keskkonnaekstreemumite mõjul suure- of German large lakes by literature data and com- neb röövkalade populatsioonides väikesemõõtme- mercial catch statistic. Fund. Appl. Limnol., 171, 2, 87–103. liste isendite osakaal, mis muudab nende kaudu toimiva kontrolli vähem efektiivseks ja kogu öko- Carpenter, S. R., Kitchell, J. F. (eds). 1993. The süsteemi ebastabiilseks. Käesoleva uuringu tule- Trophic Cascade in Lakes. Cambridge University mused näitavad, et just latikas ja särg on vähim Press, Cambridge. mõjutatud kuumalainete ja eutrofeerumise koos- Clarke, S. J. 2009. Adaption to climate change: mõjust. Sarnaselt on ka Persson (1986) katseliselt implications for freshwater biodiversity and ma- kindlaks teinud, et särg on kõrgete temperatuuride nagement in the UK. Freshw. Rev., 2, 51–64. korral oluliselt konkurentsivõimelisem kui ahven- lased. Kuna soojenemise trend on eeldatavasti Collares-Pereira, M. J., Cowx, I. G. 2004. The ro- jätkuv (IPCC 2007), on tõenäoline, et karplased le of catchment scale environmental management on Peipsis eelisseisundis võrreldes ahvenlaste ja in freshwater fish conservation. Fisheries Manag. lõhilastega. Ecol., 11, 303–312.

Seega võime eeldada järgmist nihet järve kala- Cooke, S. J., Cowx, I. G. 2004. The role of re- koosluse dominantides. Eutrofeerumise ja kesk- creational fishing in global fish crises. Bio- konnaekstreemumite (kuumalainete) koosmõjul Science, 54, 9, 857–859. võivad tekkida kestvad ja tagasipöördumatud Granek, E. F., Madin, E. M. P, Brown, M. A., Fi- muutuseid selle suurjärve kalastikus. Lisaks jahe- gueira, W., Cameron, D. S., Hogan, Z., Kristian- da-vee liikidele, nagu tint ja rääbis, on oluliselt son, G., de Villiers, P., Williams, J. E., Post, J., mõjutatud ka põhjaelulised liigid (kiisk) ning Zahn, S., Arlinghaus, R. 2008. Engaging recrea- noorkalad. Kuna keskkonnaekstreemumid ja nen- tional fishers in management and conservation: dest tingitud kalade suremised on muutunud sage- global case studies. Conservation Biology, 22, 5, dasemaks ja laiaulatuslikumaks, on väga tõenäo- 1125–1134. line mitmete kalapopulatsioonide langus või isegi Danger, M., Lacroix, G., Kâ, S., Ndour, E. H., häving. Esmajärjekorras võib kadumist prognoo- Corbin, D., Lazzaro, X. 2009. Food-web structure sida just jaheda-vee liikidele. See on juba tõeks and functioning of temperate and tropical lakes: a osutumas tindi puhul, kelle arvukus Peipsis on stoichiometric viewpoint. Ann. Limnol., 45, 11– langenud ajaloolise miinimumini. Kuna kalad 21. omavad järveökosüsteemides, eriti aga suurtes madalates veekogudes, nagu seda on Peipsi järv, Durant, J. M., Hjermann, D. O., Ottersen, G., üht võtmerolli, mõjutab kalade suremine toidu- Stenseth, N. C. 2007. Climate and the match or

45 mismatch between predator requirements and re- Lakes: changes along a phosphorus gradient. source availability. Climate Research, 33, 271– Freshw. Biol., 45, 2, 201–218. 283. Jeppesen, E., Meerhoff, M., Holmgren, K., Gon- Elliott, J. A., Bell, V. A. 2011. Predicting the po- za´lez-Bergonzoni, I., Teixeira-de Mello, F., Dec- tential long-term influence of climate change on lerck, S. A. J., De Meester, L., Søndergaard, M., vendace (Coregonus albula) in Bassenthwaite Lauridsen, T. L., Bjerring, R., Conde-Porcu- Lake, U. K. Freshw. Biol., 56, 2, 395–405. na, J. M., Mazzeo, N., Iglesias, C., Reizen- stein, M., Malmquist, H. J., Liu, Z., Balayla, D., Giller, P. S., Hillebrand, H., Berninger, U.-G., Lazzaro, X. 2010. Impacts of climate warming on Gessner, M. O., Hawkins, S., Inchausti, P., Ing- lake fish community structure and potential ef- lis, C., Leslie, H., Malmqvist, B., Monag- fects on ecosystem function. Hydrobiologia, 646, han, M. T., Morin, P. J., O’Mullan, G. 2004. Bio- 73–90. diversity effects on ecosystem functioning: emerging issues and their experimental test in Johnston, C. E., Maceina, M. J. 2009. Fish as- aquatic environments. Oikos, 104, 3, 423–436. semblage shifts and species declines in Alabama, USA streams. Ecol. Freshw. Fish, 18, 1, 33–40. Ginter, K., Kangur, K., Kangur, A., Kangur, P., Kangur, A., Kangur, P., Kangur, K., Möls, T. Haldna, M. 2011. Diet patterns and ontogenetic 2007a. The role of temperature in the population diet shift of pikeperch, Sander lucioperca (L.) fry dynamics of smelt in lakes Peipsi and Võrtsjärv (Estonia). Hydro- Osmerus eperlanus eperlanus m. Pallas in Lake Peipsi (Estonia/ biologia, 660, 79–91. spirinchus Russia). Hydrobiologia, 584, 433–441. Hart, D. D., Calhoun, A. J. K. 2010. Rethinking Kangur, A., Kangur, P., Pihu, E., Vaino, V., Tam- the role of ecological research in the sustainable bets, M., Krause, T., Kangur, K. 2008. Kalad ja management of freshwater ecosystems. Freshw. kalandus. Haberman, J., Timm, T., Raukas, A. Biol., 55, 1, 258–269. (eds). Peipsi. Eesti Loodusfoto, Tartu, 317–340.

Heino, J., Virkkala, R., Toivonen, H. 2009. Cli- Kangur, K., Kangur, A., Kangur, P., Laugaste, R. mate change and freshwater biodiversity: detected 2005. Fish kill in Lake Peipsi in summer 2002 as patterns, future trends and adaptations in northern a synergistic effect of cyanobacterial bloom, high regions. Biol. Rev., 84, 1, 39–54. temperature and low water level. Proc. Estonian Hiiemäe, M. 2008. Peipsi kalurite eluolust ja rah- Acad. Sci. Biol. Ecol., 54, 1, 67–80. vapärimusest. Haberman, J., Timm, T., Raukas, A. Kangur, K., Kangur, K., Kangur, A. 2009. Ef- (eds). Peipsi. Eesti Loodusfoto, Tartu, 421–433. fects of natural and man induced stressors on

IPCC 2007. = Summary of policymakers. Im- large European lake: case study of Lake Peipsi pacts, adaptation and vulnerability. Contribution (Estonia/Russia). Kovar, P., Maca, P., Redino- of working group II to the Fourth Assessment Re- va, J. (eds). Water Policy 2009. Water as a Vul- port of the Intergovernmental Panel on Climate nerable and Exhaustible Resource. Prague, Change. Parry, M. L., Canziani, O. F., Paluti- Czech Republic, 101−105. kof, J. P., Van Der Linden, P. J., Hanson, C. E. Kangur, K., Möls, T. 2008. Changes in spatial (eds). Climate Change 2007. Cambridge Univer- distribution of phosphorus and nitrogen in the sity Press, Cambridge. large north-temperate lowland Lake Peipsi (Es- tonia/Russia). Hydrobiologia, 599, 31–39. Jeppesen, E., Jensen, J. P., Søndergaard, M., Lau- ridsen, T., Landkildehus, F. 2000. Trophic struc- Kangur, K., Möls, T., Haldna, M., Kangur, A., ture, species richness and biodiversity in Danish Kangur, P., Laugaste, R., Milius A., Tanner, R.

46 2003. Peipsi elustiku, biogeenide ja veetaseme Padisák, J., Koncsos, I. 2002. Trend and noise: ühisdünaamika ning kriitiliste olukordade risk. long-term changes of phytoplankton in the Kesz- Frey, T. (ed). Kaasaegse ökoloogia probleemid. thely Basin of Lake Balaton, Hungary. Verh. In- Tartu, 73–83. ternat. Verein. Limnol., 28, 194−203.

Kangur, K., Park, Y.-S., Kangur, A., Kangur, P., Parmesan, C., Yohe, G. 2003. A globally cohe- Lek, S. 2007b. Patterning long-term changes of rent fingerprint of climate change impacts across fish community in large shallow Lake Peipsi. natural systems. Nature, 421, 37–42. Ecol. Modell., 203, 34–44. Perkins, D. V., Reiss J., Yvon-Durocher, G., Kangur, M., Kangur, K., Laugaste, R., Pun- Woodward, G. 2010. Global change and food ning, J.-M., Möls, T. 2006. Combining limnologi- webs in running waters. Hydrobiologia, 657, cal and palaeolimnological approaches in asses- 181–198. sing degradation of Lake Pskov. Hydrobiologia, Persson, A., Brönmark, C. 2008. Pikeperch San- 584, 121–132. der lucioperca trapped between niches: foraging Laugaste, R., Nõges, T., Nõges, P., Jastrems- performance and prey selection in a piscivore on kij, V. V., Milius, A., Ott, I. 2001. Algae. Pi- a planktivore diet. J. Fish Biol., 73, 4, 793–808. hu, E., Haberman, J. (eds). Lake Peipsi. Flora and Persson, L. 1986. Temperature-induced shift in Fauna. Sulemees Publishers, Tartu, 31–49. foraging ability in two fish species, roach (Rutilus Lammens, E. H. R. R. 2001. Consequences of bio- rutilus) and perch (Perca fluviatilis): implications manipulation for fish and fisheries. FAO Fisheries for coexistence between poikilotherms. J. Anim. Circular No. 952. Ecol., 55, 3, 829–839.

Lammens, E., Möls, T., Kangur, K., Melnik, M. Pörtner, H. O., Peck, M. A. 2010. Climate change 2007. Comparison of phosphorus concentrations, effects on fishes and fisheries: towards a cause- chlorophyll-a and transparency between Lakes and-effect understanding. J. Fish Biol. 77, 8, IJsselmeer, Peipsi and Pihkva. Van Eerden, M., 1745–1779. Bos, H., van Hulst, L. (eds). In the Mirror of a Lake. Lelystad, 81−101. R Development Core Team 2010. R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Lobon-Cervia, J. 2009. Why, when and how do Foundation for Statistical Computing, Vienna, fish populations decline, collapse and recover? Austria. http://www.R-project.org. The example of brown trout (Salmo trutta) in Rio Reynolds, C., Dokulil, M., Padisak, J. 2000. Un- Chaballos (nortwestern Spain). Freshw. Biol., 54, derstanding the assembly of phytoplankton in rela- 6, 1149−1162. tion to the trophic spectrum: where are we now? Moss, B. 2007. Shallow lakes, the water frame- Hydrobiologia, 424, 147−152. work directive and life. What should it all be Sarvala, J. 1999. Biological monitoring – signifi- about? Hydrobiologia, 584, 381−394. cance of monitoring and time series. University of Mooij, W. M., Janse, J. H., De Senerpont Do- Joensuu, Proceedings of the 3th International Lake mis, L. N., Hülsmann, S., Ibelings, B. W. 2007. Ladoga Symposium 126, 117–128.

Predicting the effect of climate change on tempe- Sarvala, J., Ventelä, A.-M., Helminen, H., Hirvo- rate shallow lakes with the ecosystem model nen, A., Saarikari, V., Salonen, S., Sydänoja, A., PCLake. Hydrobiologia, 584, 443−454. Vuorio, K. 2000. Restoration of the eutrophicated Möls, T. 2005. Lineaarsed statistilised meetodid Köyliönjärvi (SW Finland) through fish removal: Eesti mageveekogude vee ja elustiku analüüsi- whole-lake vs. mesocosm experiences. Boreal En- miseks. Eesti Looduseuurijate Selts, Tartu. viron. Res., 5, 1, 39–52.

47 SAS Institute Inc. 2004. SAS OnlineDoc 9.1.3. less, S. 2010. Trophic level asynchrony in rates of Cary, NC, SAS Institute Inc. phenological change for marine, fresh-water and

Scheffer, M., Carpenter, S., 2003. Catastrophic terrestrial environments. Glob. Change Biol., 16, 3304–3313. regime shifts in ecosystems: linking theory to observation. Trends Ecol. Evol., 18, 12, 648–656. van Densen, W. L. T. 1985. Piscivory and the development of bimodality in the size distribution Scheffer, M., Carpenter, S., Foley, J. A., Fol- of 0+ pikeperch ( L.). J. ke, C., Walker, B. 2001. Catastrophic shifts in Stizostedion lucioperca Appl. Ichthyol., 1, 119–131. ecosystems. Nature, 413, 591–96.

Semenova, N. I. 1960. [The reasons of smelt kill Willemsen, J. 1980. Fishery-aspects of eutrophication. Aquatic Ecol., 14, 12–21. in Lake Pskov in August 1959]. Научно-техни- ческий бюллетин ГосНИОРКХ, 10, 23–24, Woodward, G., Christensen, J. B., Olafsson, J. S., (vene keeles). Gislason, G. M., Hannesdottir, E. R., Friberg, N. 2010a. Sentinel systems on the razor’s edge: ef- Thackeray, S. J., Sparks, T. H., Frederiksen, M., fects of warming on Arctic stream ecosystems. Burthe, S., Bacon, P. J., Bell, J. R., Botham, M. S., Glob. Change Biol., 16, 1979–1991. Brereton, T. M., Bright, P. W., Carvaldo, L., Clut- ton-Brock, T., Dawson, A., Edwards, M., Elli- Woodward, G. D., Perkins, M., Brown, L. 2010b. ott, J. M., Harrington, R., Johns, D., Jones, I. D., Climate change in freshwater ecosystems: im- Jones, J. T., Leech, D. I., Roy, D. B., Scott, W. A., pacts across multiple level of organisation. Phil. Smith, M., Smithers, R. J., Winfield, I. J., Wan- Trans. R. Soc. B., 365, 1549, 2093–2106.

48 TUULEVÄLJA MUUTUMINE LÄÄNEMERE KIRDEOSAS VIIMASE POOLSAJANDI JOOKSUL

Sirje Keevallik Tallinna Tehnikaülikooli meresüsteemide instituut

Tuul on vaieldamatult üks olulisemaid ääretingi- vu Lääne-Eesti saarestikus (Orviku jt 2003). musi meremudelite koostamisel ja toimimisel. Kaudset informatsiooni tuulekliima muutuste Tuulega on otseselt seotud lainevälja omadused. kohta saab tuletada uuritavat maakohta ületavate Tuul on omakorda rõhuvälja muutuste tagajärjeks tsüklonite arvukusest ja nende trajektooridest. XX ja nende kahe teguri kombineerumine kergitab sajandi teisel poolel on tsüklonite ja arenenud või langetab meretaset. Seega on oluline teada, madalrõhulohkude arv Läänemere kohal kasva- milline on tuulevälja struktuur mere kohal, kuidas nud, kusjuures tsüklonite trajektoorid on nihku- see muutub aasta lõikes, milliseid ekstreemolu- nud põhja poole (Sepp jt 2005). kordi on oodata või karta ja millised on olnud Aasta keskmine tuule kiirus Läänemere kohal 850 pikaajalised õhuvoolu tugevuse ja/või suuna muu- hPa isobaarpinnal (ca 1,5 km kõrgusel) on ajava- tused. hemikul 1953–1999 kasvanud, iseäranis talvekuu- Palju räägitakse viimasel ajal kliima muutumi- del (Pryor, Barthelmie 2003). Soome lahe ümb- sest, kusjuures need mõisted – nii kliima kui ka ruses võib täheldada, et 20. sajandi viimastel muutumine – on sageli täpsustamata. Küll aga on aastakümnetel on tuule kiirus lahe põhjarannikul hoolikalt uuritud üksikute meteoroloogiliste para- kasvanud ja lõunarannikul kahanenud (Soomere, meetrite muutumist, peaasjalikult nende lineaar- Keevallik 2004). seid trende või aegridade libisevaid keskmisi. Tuule kiirusel on määrav osa küll tuule energee- Ollakse üksmeelel, et kogu Läänemere piirkonnas tikas ja ehitusklimatoloogias, merefüüsikas on on õhutemperatuur aastatel 1871–2004 kasvanud aga märksa olulisem tuule kiiruse ja suuna kom- 0,08º dekaadi kohta ja sademete hulk XX sajandi binatsioon. Mõningal määral on neid suurusi kir- teisel poolel on suurenenud (BACC 2008). Eestis jeldatud kolme Eesti meteoroloogiajaama jaoks on täheldatud, et lumi- ja jääkatte kestus on lühe- (Kull 2005). Täheldati, et ajavahemikul 1966– nenud (Tooming, Kadaja 2000; Sooäär, Jaagus 2004 on aasta keskmine tuule kiirus kahanenud. 2007), madalpilvisuse hulk märtsis on kasvanud Olulisemad tuule suuna muutused on aset leidnud (Keevallik, Russak 2001) ning hilistalvine ja Vilsandil, kus edelatuulte osakaal on kasvanud 15 kevadine õhutemperatuur on tõusnud (Jaagus protsendilt 26 protsendini, lõuna-, ida- ja kirde- 2006; Keevallik 2003). tuulte sagedus aga kahanenud. Selle tõsiasjaga on Suhteliselt vähe on uuringuid tuulevälja muutuste püütud seletada asjaolu, miks lainekõrgus kogu kohta. Enamasti on vaatluse all tormipäevade ar- Läänemere põhjaosas on kasvanud (Räämet vukus või muud tugeva tuule korduvuse näitajad. 2010). Tegelikult on aga merefüüsikas vaja teada Ajavahemikul 1800–2000 pole vähemalt Lõuna- mitte tuule kiirust ja suunda eraldi, vaid tuule- Skandinaavias täheldatud nende suuruste mingeid vektorit tervikuna, sest meri ei reageeri muutus- trende (Bärring, von Storch 2004). Küll aga on tele tuuleväljas hetkeliselt, vaid küllalt suure seal märgata tormide mõningast sagenemist inertsiga. Tuule hetkmõõtmistest tuleb omakorda 1980ndatel ja 1990ndatel aastatel. Samal ajava- tuletada keskväärtused ehk valdava õhuvoolu hemikul on täheldatud ka tormipäevade arvu kas- omadused. Sellest, kuidas tuulevektori kompo-

49 nendid on aja jooksul muutunud ja mida saab on nõrkade (alla 6 m/s) tuulte sagedusjaotus sellest veel tuletada, räägibki käesolev kirjutis. praktiliselt ühtlane. Põhjus seisneb selles, et nõr- gad tuuled kirjeldavad suurel määral kohalikke TUULED olusid, mõõdukad ja tugevad tuuled aga atmo- LÄÄNEMERE KESKOSA JA SOOME LAHE KOHAL sfääri dünaamika põhijooni.

Vastavalt laiuskraadile ja suuremõõtmeliste rõ- Vilsandi tuuleroosidele on iseloomulik, et mõõ- hustruktuuride paiknemisele – Islandi madalrõhk- dukate idatuulte sagedus on võrreldes teistest kond läänes ja Siberi kõrgrõhkkond idas – valit- suundadest puhuvate tuultega vähim ja tugevad sevad Läänemere piirkonnas aastaringselt edela- idatuuled puuduvad hoopis. Esimene seletus sel- tuuled. Vaid kevadel ja suvel on tuule suuna sa- lele tundub olevat Eesti mandri varjestav mõju. gedusjaotusel sekundaarne maksimum põhjas või Sama loogika tähendaks aga, et Rootsi ranniku kirdes. Läänemere keerukas kuju lisab sellele lähedal peaks tuuleroos kujutama Vilsandi tuule- üldisele seaduspärasusele oma erijooned. Lääne- roosi peegelpilti. Tegelikult on ka seal idatuulte mere keskosa tuulerežiimi iseloomustamiseks on sagedus väike. Järelikult on tegemist kogu Lääne- üsna sobilik kasutada tuuleparameetrite mõõtmisi mere keskosa iseloomustava asjaoluga, mida saab Vilsandil (Soomere, Keevallik 2001). Siinsetest seletada nn koridoriefektiga (Soomere, Keevallik andmetest koostatud tuuleroosil on kaks maksi- 2001). mumi. Peamaksimum kinnitab, et kõige sageda- Analoogiline tuulte sagedusjaotus suundade järgi semad on edelatuuled, kõrvalmaksimum aga näi- on iseloomulik ka Soome lahe suudmealal. Hanko tab põhjatuulte küllalt suurt osakaalu. Selline meteoroloogiajaama andmetel on siin samuti val- anisotroopia avaldub eriti selgesti mõõdukate davad edelatuuled, ent põhjatuulte osakaal on vä- (tuule kiirus 6…10 m/s) ja tugevate (üle 10 m/s) henenud ja tekkinud on uus sekundaarne maksi- tuulte sagedusjaotustes suundade järgi. Samal ajal mum idatuulte näol (joonis 2).

Vilsandi MHJ 1966-2005

20 18 16

14 12 10

8 6 4 Joonis 1. Tuule suuna sagedusjaotus % Tuule sagedusjaotus suuna Vilsandi tuule- 2 roos ja erineva 0 tugevusega tuulte N NE E SE S SW W NW jagunemine suun- Kokku 1 - 5 m/s 6 - 10 m/s >10 m/s dade järgi (Žuko- va 2009).

7 -1 >10 m s 6 10417 juhtu Kõik tuuled 5 119064 Joonis 2. juhtu Erineva tugevusega tuulte 4 sagedusjaotused suundade järgi Hankos (1961–2001). 3 Pidev joon – kõik tuuled,

katkendjoon – tuuled kiiru- Esinemissagedus [%] 2 sega üle 5 m/s, punktiir – >5 m s-1 tuuled kiirusega üle 10 m/s 1 59835 juhtu (Soomere, Keevallik 2003; Soomere jt 2008). Hori- 0 sontaaljoon näitab kesk- N NE E SE S SW W NW N mist esinemissagedust. Tuule suund 36 rumbi süsteemis (10º täpsusega)

Mööda lahte itta liikudes väheneb nii põhja- kui karedusega aluspinda ja pöördub mõnevõrra pare- ka idatuulte osakaal. Kõige tugevamad tormid male. puhuvad Soome lahel lõunast või edelast, ent neist ei jää tuule kiiruse poolest palju maha ka TUULE KIIRUS JA idatormid. Kagutuuled on kogu lahe ulatuses suh- TUULEVEKTORI KOMPONENDID teliselt harvad ja nõrgad (Soomere, Keevallik 2003). Tuult kui vektorit saab kirjeldada mitmel viisil. Meteoroloogias kasutatakse tuule kiirust ja suun- Soome lahe tuultele on iseloomulik, et tugevate da, kusjuures suund on kokkuleppel nn kompassi tuulte sagedusjaotus suundade järgi erineb kõi- sisse (WMO 2006). Dünaamilises meteoroloogias kidest tuultest koostatud tuuleroosist. Nii näiteks kirjeldatakse tuulevektorit paralleelisuunalise (po- puhub Hankos suurim osa tugevatest tuultest lõu- sitiivne suund itta) ja meridiaanisuunalise (posi- nast, kõikidest tuultest koostatud tuuleroos näitab tiivne suund põhja) komponendi abil (Holton aga kõige sagedasematena hoopis läänetuuli. 2004). Kui tegeleme vaid üksikmõõtmistega, siis Soome lahe tuulerežiimi aitab paremini mõista pole neil kahel kirjeldusviisil mingit vahet. Vahe hiljutine uuring (Keevallik, Soomere 2010), kus tekib siis, kui tahame mõõtmistulemusi üle mingi võrreldakse ühe aasta jooksul tuule mõõtmisi ka- ajavahemiku keskmistada. Siis saab küll arvutada hes tuletornis – üks ca 20 km kaugusel Naissaa- keskmise tuule kiiruse ja keskmise tuuleroosi, aga rest (Tallinnamadal) ja teine ca 20 km kaugusel nendest ei ole enam võimalik tuletada õhuvoo- Soome saarestikust (Kalbådagrund). Selgub, et lude dünaamikat. Sageli pole aasta keskmisel tuu- vaatamata suhteliselt väikesele vahemaale on ül- le kiirusel enam mitte mingisugust seost keskmise dise õhuvoolu suund neis paigus erinev. Kui Eesti tuulevektori absoluutväärtusega. Nii näiteks oli ranniku lähedal on see edelast, siis Soome ranni- aastatel 1966−2003 tuule keskmine kiirus Vil- ku lähedal pigem lääne-edelast. Ilmselt Eesti alalt sandil 6,30 m/s. Samal ajal oli tuulevektori tso- Soome lahele jõudnud edelavool kohtab väiksema naalne komponent 1,23 m/s ja meridionaalne

51 komponent 0,71 m/s, mis teeb keskmise tuu- vel, siis vähemalt Vilsandil valitseb läänevool levektori absoluutväärtuseks vaid 1,41 m/s. See ühtlaselt juunist jaanuarini ning on väga nõrk näitab, et tuule suund Vilsandil on äärmiselt aprillis ja mais. Lõunavool on seevastu tugev muutlik, nii et eri suundadest puhuvad tuuled märtsis ja novembris ning peaaegu olematu ap- kompenseerivad tuulevektori komponentide rillist juunini. keskväärtuste arvutamisel üksteist, vaatamata Ka teistes Eesti rannikujaamades (Sõrve, Pakri) sellele, et nad on tuule kiiruse järgi otsustades üs- on tuule kiiruse ja tuulevektori komponentide na tugevad. Õhuvoolu keskmine suund selle 38 keskväärtuste aastane tsükkel samasuguse iseloo- aasta jooksul oli 30 kraadi idasuunast põhjasuuna muga (Keevallik 2008). poole ehk traditsioonilises meteoroloogide keeles asimuudiga 240 kraadi. Uuritavate tuuleparameetrite aegread näitavad

Aasta lõikes erinevad oluliselt nii keskmine tuule Vilsandil ajavahemikul 1966–2003 eri kuudel kiirus kui ka tuulevektori komponendid (joonis erinevaid trende, millest suur osa on statistiliselt 3). Kui tuule kiirus on suurim talvel ja vähim su- olulised (tabel 1).

Vilsandi 1966-2003

8 7 6 5 Speed Joonis 3. 4 u Tuule kiiruse, tuu- 3 v levektori tsonaalse Wind, m/s Wind, 2 (u) ja meridionaal- 1 se komponendi (v) 0 kuu keskmiste väärtuste aastane -1 J F M A M J J A S O N D käik.

Tabel 1 Statistiliselt olulised (vähemalt 0,1-nivool) trendikalded kuu keskmise tuule kiiruse ja tuulevektori komponentide aegridades (m/s aasta kohta) Vilsandil ajavahemikul 1966–2003

Kuu Tuule kiirus u v Kuu Tuule kiirus u v Jaanuar 0,102 Juuli -0,020 Veebruar 0,071 August -0,026 Märts September -0,062 -0,053 Aprill -0,036 Oktoober -0,029 Mai -0,021 0,028 November -0,059 Juuni 0,022 0,031 Detsember

52 Tuleb tunnistada, et perioodil 1966–2003 ei ole Tabel 1 näitab, et kõige suuremad muutused on võimalik tuvastada tuule kiiruse kasvu detsembris leidnud aset jaanuaris ja veebruaris, mil tuulevek- ja jaanuaris, mis ilmnes ajavahemikul 1897–2004 tori tsonaalne komponent on kasvanud. Jooniselt (Kull 2005). Küll on aga kahanenud tuule kiirus 4 nähtub, et see ei kajastu tuule keskmises kii- nii soojal aastaajal kui ka aasta keskmisena. ruses ja tuulevektori tsonaalne komponent (lõuna- vool) on koguni pisut kahanenud. Kui Kull (2005) täheldas ajavahemikul 1966– 2004 aastaringselt edelatuulte sageduse kasvu, Muutusi valdavas õhuvoolus on kõige näitlikum siis see peaks kajastuma ka komponentide u ja v kujutada vektoritena, mille komponendid on ühesuguses kasvus, mida tabeli põhjal ei saa arvutatud joonisel 4 näidatud trendide algus- ja öelda. Kuna mängus on praktiliselt sama ajavahe- lõpp-punktide järgi. Jooniselt 5 saab päris hea mik, siis ilmselt on erinevuse põhjuseks asjaolu, ettekujutuse sellest, mis on toimunud valdavas et tuule suuna sageduse arvutamisel ei tehta vahet õhuvoolus Vilsandil 38 aasta jooksul. Õhuvool tugevatel ja nõrkadel tuultel, komponentide ar- jaanuaris (ja lähem analüüs näitab, et ka veebrua- vutamisel on aga tugevamatel tuultel suurem ja ris) on tugevnenud ja pöördunud päripäeva umbes nõrkadel väiksem kaal. 90 kraadi võrra − kui perioodi alguses oli õhuvoo-

Vilsandi January 1966-2003

10 8 6 Speed Joonis 4. 4 u v Tuule kiiruse, tuule- m/s Wind, 2 vektori tsonaalse (u) ja 0 meridionaalse (v) kom- -2 ponendi keskväärtused 1966 1969 1972 1975 1978 1981 1984 1987 1990 1993 1996 1999 2002 jaanuaris. -4

1966 January

2003

Joonis 5. Valdava õhuvoolu muutumine Vilsandil jaanuaris.

53 lu suund lõunakagust põhjaloodesse, siis XXI Aegridade pikendamine aastani 2007 näitas endi- sajandi alguses oli see lääneedelast idakirdesse. selt tuulevektori tsonaalse komponendi (u) kasvu,

Umbes samasugused muutused on toimunud ka kuigi trendikalle oli vähenenud umbes poole võr- Sõrve ning Pakri tuulerežiimis (Keevallik 2008). ra. Seevastu märtsis olid kõik trendid kadunud ja See näitab, et tegu pole mingi kohaliku nähtuse- meridionaalse komponendi (v) aegrida näitas, et ga, vaid muutusega suuremõõtmelises õhuliiku- 1980ndate keskel oli tugev kasvav trend asendu- mises, mida kinnitavad ka Läänemere teiste osade nud praktiliselt sama tugeva kahaneva trendiga kohta tehtud uuringud (Lehmann jt 2011). Nime- (Keevallik, Soomere 2008). Kui nüüd kasutada tatud tulemused on heas kooskõlas tsüklonite tra- erinevaid aegrea osi ja joonistada välja keskmised jektooride uurimise tulemustega (Sepp jt 2005): tuulevektorid vastavate ajavahemike jaoks, saame kui tsüklonite trajektoorid on nihkunud põhja üsna huvitava tulemuse (joonis 6). Ajavahemikul poole, siis jääb Läänemere kirdeosa nende lõuna- 1955–1966 oli valdav õhuvoolu suund märtsis ossa, kus valitsevad läänekaarte tuuled. 500 hPa isobaarpinnal loodest kagusse, ajavahemikul 1967–1995 oli see muutunud läänevooluks TRENDID JA REŽIIMINIHKED ja ajavahemikuks 1996–2007 pöördunud uuesti VABAS ATMOSFÄÄRIS tagasi loodevooluks. Kõrgemal atmosfääris, 850 hPa isobaarpinnal on õhuvoolu suunad küll mõ- Aluspinnalähedane tuul kirjeldab atmosfääri ül- nevõrra teistsugused, aga selle muutumine on dist tsirkulatsiooni enamasti vaid osaliselt, sest täielikus kooskõlas muutustega 500 hPa nivool. siin mängivad suurt rolli kohalikud olud – mitte Tähelepanu väärib asjaolu, et tuulevektori meri- ainult vaatlusväljaku varjatus või avatus, vaid ka dionaalne komponent muudab suunda, olles vaa- lähedaloleva maastiku iseärasus. Õnneks on Tal- deldava ajavahemiku alguses ja lõpus negatiivne linna aeroloogiajaamas mõõdetud meteopara- (põhjast lõunasse), aga ajavahemikul 1967–1995 meetrite vertikaaljaotusi alates aastast 1953. Kui- positiivne (lõunast põhja). Sellega saab seletada gi vaatlusväljaku asukoht on aja jooksul muutu- enamikku trende varakevadistes meteoroloogi- nud (1977. a viidi jaam Koselt Harkusse) ja vanu listes parameetrites, mida on täheldatud aastatu- raadiosonde on aeg-ajalt asendatud uuetüübilis- hande vahetuseni (Keevallik 2003; Jaagus 2006): tega, on tuule kiiruse aegread siiski homogeensed temperatuuri tõus, sademetehulga kasv, madalpil- (Keevallik, Rajasalu 2001) ja nende alusel on või- visuse suurenemine, lumikatte kestuse vähene- malik teha trendiuuringuid. Tuulevektori kompo- mine. See, mis on toimumas ilmastikutingimustes nentide analüüs kõikidel kuudel näitab, et ajava- viimase aastakümne jooksul, vajab veel uurimist. hemikul 1955–1995 on hilistalvel ja varakevadel tuulevektori komponentides ilmnenud mitmeid Kui nüüd tagasi tulla rangema matemaatilise kä- statistiliselt olulisi muutusi (Keevallik 2003). sitluse juurde, siis on võimalik otsida ja leida hüppelisi muutusi uuritava suuruse aegridades ka Tabel 2 spetsiaalse režiiminihete testi abil (Rodionov Statistiliselt olulised (vähemalt 0,1-nivool) 2004; Rodionov, Overland 2005). See kinnitab trendikalded kuu keskmise tuulevektori ülaltoodud vektorite analüüsil saadud tulemust. komponentide aegridades (m/s aasta kohta) vabas Vastav metoodika tuvastab vähemalt kaks režii- atmosfääris Tallinna kohal aastatel 1955–1995 minihet, mis on märtsikuus aset leidnud vaba at-

mosfääri õhuvoolus: üks 1960ndate keskel ja Isobaarpind Veebruar Märts teine 1990ndate keskel (joonis 7). Rodionovi teh- u v u v nika lubab mingil määral ka prognoosida, mis 850 hPa 1,04 0,76 0,98 hakkab toimuma edaspidi. Antud juhul on loota, 500 hPa 1,59 et meridionaalse komponendi negatiivsed väärtu-

a) b)

v v u 1967-1995

1967-1995 u

1996-2007

1996-2007 1955-1966

1955 - 1966

Joonis 6. Keskmine tuulevektor Tallinna kohal märtsis eri ajavahemikel 500 hPa (a) ja 850 hPa (b) isobaarpinnal.

-5 1955 1958 1961 1964 1967 1970 1973 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 Joonis 7. Tuulevektori meridio- -10 naalne komponent Meridional m/s component, Tallinna kohal märtsis 500 hPa isobaar- -15 pinnal ja tuvastatud režiiminihked.

sed on jälle kadumas ja tuulevektori keskväärtus minihet valdavas õhuvoolus käsitleda kui nihet 500 hPa nivool muutumas läänevooluks. üleminekul talviselt tsirkulatsioonitüübilt suvisele ehk kevade alguses. Kui 1950ndatel oli märtsis Tuulevektori muutumise analüüs lubab teha veel valdav talvine tsirkulatsioon, siis alates 1960nda- ühe huvitava järelduse. Nimelt muudab valdava te keskpaigast toimus järgneva 30 a jooksul üle- õhuvoolu meridionaalne komponent aasta jooksul minek suvisele tsirkulatsiooni-tüübile mõni nädal kaks korda suunda, olles talvel negatiivne ja suvel varem. Alates 1990ndate keskpaigast lükkus tsir- positiivne (joonis 8). Seega võib märtsikuist režii- kulatsioonitüübi muutus uuesti aprillikuusse.

Et üleminek talviselt tsirkulatsioonitüübilt su- Küll aga saab režiiminihete tehnika abil tuvas- visele toimub suhteliselt järsult, aga suviselt tal- tada, et enne 1970ndaid aastaid oli august veel visele laugjalt, siis muutused augustikuises valda- suvekuu, siis aga hakkas üleminek talvisele tsir- vas õhuvoolus pole nii silmatorkavad ja tuulevek- kulatsioonitüübile toimuma varem ning alates tori komponendid ei näita mingisuguseid statisti- 1980ndatest lükkus sügise algus jälle mõnevõrra liselt olulisi trende. hilisemale ajale (joonis 9).

500 hPa, 1955-2006(2007), 00 GMT

8 Joonis 8. 6 Tuulevektori 4 komponendid u 500 hPa iso- 2 v baarpinnal Tal- Wind, m/s linna kohal: u – 0 paralleelisuuna- J F M A M J J A S O N D line, itta suuna- -2 tud komponent, – meridiaani- -4 v suunaline, põhja -6 suunatud komponent

1955-1969

1983-2006

Joonis 9. 1970-1982 Keskmine tuulevektor 500 hPa isobaarpinnal Tallinna kohal augustis eri ajavahemikel.

56 KOKKUVÕTE Keevallik, S. 2003. Changes in spring weather

Tuulerežiimi uuringute tsükkel annab ettekuju- conditions and atmospheric circulation in Estonia (1955–1995). Int. J. Climatol., 23, 3, 263−270. tuse keskmise tuulevälja anisotroopiast Lääne- mere keskosas ja Soome lahel, kusjuures Soome Keevallik, S. 2008. Wind speed and velocity at lahe eripäraks on asjaolu, et tugevad tuuled ei three Estonian coastal stations 1969–1992. Esto- puhu enamasti sellest suunast, kust puhub enamik nian J. Engineering, 14, 3, 209−219. tuuli. Keevallik, S., Rajasalu, R. 2001.Winds on the Tuule kiiruse aegridade uuring lubab väita, et nii 500 hPa isobaric level over Estonia (1953–1998). Lääne-Eesti saartel kui Eesti põhjarannikul on Phys. Chem. Earth B, 26, 5-6, 425−429. tuule kiirus aastatel 1966–2000 kahanenud, Soo- me lõunarannikul aga kasvanud. Valdava õhu- Keevallik, S., Russak, V. 2001. Changes in the voolu uuringud näitavad, et jaanuaris ja veeb- amount of low clouds in Estonia (1955–1995). Int. J. Climatol., 21, 3, 389−397. ruaris on nii Lääne-Eesti saarestikus kui Põhja- Eesti rannikul aastatel 1966–2003 keskmine Keevallik, S., Soomere, T. 2004. Trends in wind tuulevektor pöördunud 90 kraadi päripäeva ja parameters over the Gulf on Finland (1966– lõuna-kaguvool on asendunud lääne-edelavoo- 2000). Fourth Study Conference on BALTEX, luga. Gudhjem, Denmark, 24-28 May 2004. Conf.

Proc., 129−130. Vabas atmosfääris näitab analüüs märtsis koguni kahte hüppelist muutust valdavas õhuvoolus: üks Keevallik S., Soomere T. 2008. Shifts in ea.rly 1960ndate keskel, mil keskmine tuulevektor wind regime in North-East Europe (1955–2007). pöördus vastupäeva, teine 1990ndate keskel, mil Clim. Past, 4, 3, 147−152 taastus esialgne suund. Sellisest pöördumisest Keevallik, S., Soomere, T. 2010. Spatial varia- saab järeldada, et ajavahemikul 1960ndate kesk- tions of wind parameters over the Gulf of Finland paigast kuni 1990ndate keskpaigani algas kevad from HIRLAM outputs and offshore measure- mõni nädal varem kui uuritava perioodi (1955– ments. Estonian J. Earth Sci., 59, 4, 288−297. 2007) alguses ja lõpus. Kull, A. 2005. Relationship between inter-annual VIITED variation of wind direction and wind speed. Pub- licationes Instituti Geographici Universitatis Tar- BACC 2008 = The BACC Author Team 2008. tuensis, 97, 62−70. Assessment of Climate Change for the Baltic Sea Basin. Springer. Lehmann, A., Getzlaff, K., Harlass, J. 2011. De- tailed assessment of climate variability in the Bärring, L., von Storch, H. 2004. Scandinavian Baltic Sea area for the period 1958 to 2009. Clim. storminess since about 1800. Geophys. Res. Lett., Res., 46, 2, 185−196. 31, 20, L20202. Orviku, K., Jaagus, J., Kont, A., Ratas, U., Ri Holton, J. 2004. An Introduction to Dynamic Me- vis, R. 2005. Increasing activity of coastal proces- teorology. 4th ed. Elsevier Academic Press. ses associated with climate change in Estonia. J. Jaagus, J. 2006. Climatic changes in Estonia Coast. Res., 19, 2, 364−375. during the second half of the 20th century in relationship with changes in large-scale atmospheric Pryor, S. C., Barthelmie, R. J. 2003. Long-term trends in near-surface flow over the Baltic. Int. J. circulation. Theor. Appl. Climatol., 83, 1-4, 77− Climatol., 23, 3, 271−289. 88.

57 Rodionov, S. N. 2004. A sequential algorithm for Soomere, T., Keevallik, S. 2003. Directional and testing climate regime shifts. Geophys. Res. Lett., extreme wind properties in the Gulf of Finland. 31, 9, L09204. Proc. Estonian Acad. Sci. Eng., 9, 2, 73−90.

Rodionov, S., Overland, J. E. 2005. Application Soomere, T., Myrberg, K., Leppäranta, M., Nek- of a sequential regime shift detection method to rasov, A. 2008. The progress in knowledge of the Bering Sea ecosystem. ICES J. Mar. Sci., 62, physical oceanography of the Gulf of Finland: a 3, 328−332. review for 1997–2007. Oceanologia, 50, 3, 287− 362. Räämet, A. 2010. Spatio-Temporal Variability of the Baltic Sea Wave Fields. PhD Thesis, Tallinn Sooäär, J., Jaagus, J. 2007. Long-term variability University of Technology. and changes in the sea ice regime in the Baltic

Sepp, M., Post, P., Jaagus, J. 2005. Long-term Sea near the Estonian coast. Proc. Estonian Acad. Sci. Eng., 13, 3, 189−200. changes in the frequency of cyclones and their trajectories in Central and Northern Europe. Nor- Žukova, V. 2009. Eesti rannikujaamade võimalu- dic Hydrology, 36, 4-5, 297−309. sed meretuule hindamisel. Magistritöö, TTÜ.

Soomere, T., Keevallik, S. 2001. Anisotropy of WMO 2006 = WMO Guide to Meteorological moderate and strong winds in the Baltic Proper. Instruments and Methods of Observation. 2006. Proc. Estonian Acad. Sci. Eng., 7, 1, 35−49. 7th ed. WMO-No. 8. Geneva.

58 TUULEKLIIMA MUUTUSTE MÕJU EESTI RANNIKUMERE VEETASEME-, HOOVUSTE- JA LAINEREŽIIMILE

Ülo Suursaar Tartu Ülikooli Eesti mereinstituut

Kliima muutumine ning sellega kaasnevad sünd- Tartu Ülikooli Eesti mereinstituudis on selle üles- musteahelad on tõsine väljakutse mitte ainult ka- ande lahendamiseks viimased kümmekond aastat tastroofifilmide režissööridele, vaid ka teadlas- analüüsitud meteoroloogilisi ja veetasemete konnale. Viimastel aastakümnetel räägitakse üha mõõtmisridu, tehtud meres hoovuste- ja laine- kirglikumalt kliima muutumisest, sagedamini just mõõtmisi ning püütud neid nähtusi uurida hüdro- globaalse soojenemise suunas. Ilmselt ei tea veel dünaamiliste mudelite abil. Meresüsteemide mo- keegi lõplikku tõde, kui suur on selles inimese ja delleerimisega tegeleva osakonna töötajate (Ro- milline looduse osa ning mis saab edasi. Soojene- bert Aps, Tiit Kullas, Rein Tamsalu, Mikk Ots- mist võime tõepoolest aeg-ajalt sõna otseses mõt- mann) kõrval on koostööprojektides ja -artiklites tes omal nahal tunda. Samuti võime elavalt ette kaasa löönud ka naaberinstituutide ja -ülikoolide kujutada, kuidas see loodust mõjutab: rohkem lilli teadlased (Jaak Jaagus, Are Kont, Hannes Tõnis- ja liblikaid ning kaks maisisaaki aastas. Harvem son, Tarmo Soomere jt). teadvustatakse, et sellel paljuräägitud “kliima- muutusel” võib ka teisi külgi olla. Nõnda mani- MEREVEE TASE TÕUSEB GLOBAALSELT, festeerub kliima muutus lisaks globaalsele tempe- MÕJUB LOKAALSELT ratuuri tõusule ka atmosfääriprotsesside energili- Eesti rannikumeres mõõdab Eesti Meteoroloogia suse tõusu ja rõhkkondade ümberpaiknemisest ja Hüdroloogia Instituut meretaset tosinkonnas tingitud tuulekliima muutustena. kohas, kuid erinevatel aegadel on veemõõdupos-

Läänemeri, sealhulgas Eesti rannikumeri, on väga tide hulk olnud palju suurem. Suur osa neist nõrkade tõusu-mõõna nähtustega veekogu, kus mõõtmistest on olnud liiga lühiajalised või ka kat- kõige tugevam vett liikumapanev jõud on tuul. kendlikud, et võimaldada pikaajaliste tendentside Tuule ja atmosfääri rõhuväljade muutused tekita- väljaselgitamist. Sobivaimad read algavad Tallin- vad olulisi veetaseme kõikumisi, erineva iseloo- nas aastast 1842, Narva-Jõesuus 1899, Pärnus muga hoovusi ning lainetust. Need hüdrodünaa- 1923 ja Ristnas 1950. Need kujutavad endast suh- milised protsessid mõjutavad veevahetust, mere- telisi veetaseme väärtusi nn Kroonlinna nulli vee omadusi, mere-elustikku ning rannikuid. Ilm- (Balti kõrgussüsteemi) suhtes, kus ei ole arvesta- selt võib eeldada, et juba registreeritud või klii- tud jääajajärgse maakerke mõju. Selleks, et teada mamudelite poolt lähitulevikuks ennustatavad saada ʻtegelikkuʼ ehk klimatoloogilist merevee muutused tuulterežiimis ja tormide sageduses taseme tõusu, tuleb ridade statistilisel analüüsil (Alexandersson jt 2000; Keevallik, Rajasalu saadud trendihinnangutes arvesse võtta ka maa- 2001; Siegismund, Schrum 2001) kajastuvad kerke kiirust, mis varieerub meil umbkaudu nulli kuidagi ka veetaseme-, hoovuste- ja lainerežiimis, ja kolme millimeetri vahel aastas. Üks täpsemaid kuid kuidas täpselt ja millisel määral? Kas nad maakerke isojoonte (isobaaside) kaarte on toodud näiteks artiklis Vallner jt (1988). üldse vaatlusandmetes eristuvad ning milline on nende muutuste mastaap ja võimalik mõju Aasta keskmised veetasemed näitavad valdavalt merekeskkonnale ja randadele? Eesti rannikumeres kergelt tõusvat trendi (0,1 ku-

59 ni 1 mm/a), olulistest jaamadest vaid Ristna puhul va-Jõesuus, 2,7 mm/a Pärnus, 1,6 mm/a Tallinnas on trend negatiivne (u –1 mm/a). Aga Ristna piir- ning 2,0 mm/a Ristnas (veidi lühema ajavahe- konnas on maakerge üks kiiremaid (2,6 mm/a) miku vältel). Meie arvates tuleneb globaalsest pi- Eesti rannikul, seega tähendab ka suhtelise vee- sut kiirem meretaseme tõus viimasel umbes viie- taseme langus Ristnas tegelikult ikkagi tõusvat kümnel aastal täheldatud järk-järgulisest lääne- meretaset. Globaalne meretaseme tõus on olnud tuulte tugevuse tõusust ja tormisuse kasvust, mis viimasel poolsajandil vahemikus 1–2 mm/a suurendab lokaalset (statistilist) veetaseme kallet (Johansson jt 2001; Church, White 2006) ning see poolsuletud Läänemeres ning selle poolsuletud kipub tasapisi kiirenema. Midagi nii äkilist, kui tuulepealsetes alambasseinides, nagu Liivi laht. Antarktika jääkilbi kiirest sulamisest tekkivat 70- Kuni viiesentimeetrine lisakomponent keskmises meetrist meretõusu või kliima soojenemise ja ei ole püsiv, tuulekliima muutudes teiseneb ka atmosfääri superkeeriste poolt käivitatud ja üleöö selle väärtus, kuid ta moonutab trendihinnanguid. saabuvat uut jääaega meil siiski karta ei tasuks. Eesti rannikumere keskmise taseme tõus on tul- Globaalne veetaseme trend tuleneb põhiosas me- nud ainult talvise näitaja arvelt. Tugevnenud on revee soojuspaisumisest tõusva õhu- ja veetem- sesoonne signaal tasemetes, sest kasvanud on just peratuuri tingimustes ning väiksemal määral lius- talvekuude tsüklonaalne tegevus ja läänetuuled, tike ja jääkilpide sulamisest. talved on muutunud nii-öelda merelisemaks Kõik need protsessid toimivad suure inertsiga. (Jaagus 2006). Sellise lokaalse veetaseme tõusu Niisiis on globaalne meretõus praegusel epohhil komponendi olemasolu tõestasid ka mudelsimu- ülioluline, aga ka vastuoluline teema. Selle täpne latsioonid (Suursaar, Kullas 2006). Need näitasid, määramine minevikus, tulevikust rääkimata, si- et üsna realistlik läänetuule tugevnemine suudab saldab probleeme: tasememõõdu kohtade ebaüht- veetaset Liivi lahes hoida praegusest pisut roh- lane tõus-laskumine, kõrgussüsteemide täpsus ja kem kaldu. Pärnus tähendab see aga 2–5 cm võrra seostamatus, ridades sisalduvad tsüklid ja pseu- kõrgemat merd, mis trendianalüüsi perioodile jao- dotsüklid, regionaalsed meteoroloogilised ja ter- tatuna selgitabki lisatõusu umbes 0,3–0,7 mm/a mohaliinsed kõrvalekalded, määramatus tuleviku- ulatuses. stsenaariumides. Meie lokaalne panus globaal- Veelgi järsem tõus iseloomustab maksimumide sesse diskussiooni sisaldab tähelepanu juhtimist trende ning nihked keskmistes on sageli põhjus- mõjule, mida avaldavad andmestikele tuulekliima tatud just muutustest erakordsete nähtuste statis- ja tormisuse muutused sõltuvalt mõõtekoha paik- tikas. Veetasemete muutlikkus on suurim poolsu- nemisest veekogus ning kvantifitseeritud hinnan- letud lahtedes, mis paiknevad basseini nodaaljoo- guid taseme-, aga ka hoovusterežiimi muutuste nest võimalikult kaugel. Meie rannikumeres on kohta erinevate tuulemuutuste stsenaariumide pu- sellisteks kohtadeks Pärnu ja Narva laht. Aja- hul (Suursaar jt 2006a; Suursaar, Kullas 2006; looline veetaseme muutuse ulatus Pärnus küünib Suursaar, Sooäär 2007). nelja meetrini (Suursaar, Sooäär 2007). Lisaks on Kvaasiperioodilisi tsükleid sisaldavate ja maatõu- Pärnu laht oma tuulepealse asendi ja pikliku ning suga kompenseeritud meretaseme aegridade li- madalduva kuju tõttu selline piirkond Eesti ranni- biseva trendi meetodil teostatud analüüsil leiti, et kumeres, mis on kõige tundlikum tuulekliima kui Eesti veemõõdupostide trendid alates 20. sa- muutuste suhtes (joonis 1). Kui 75% ajast püsib jandi keskpaigast on globaalse meretõusu hinnan- veetase Eesti rannikumeres vahemikus ±30 cm gutega vea piirides ligikaudu samad või ebaoluli- keskmisest, siis suurem veetaseme muutlikkus selt järsemad, siis Pärnu trend edestab globaalset. ning harvad, erakordselt madalad või ka kõrged Meie hinnangul on kõige tõenäolisem muutuse tasemesündmused leiavad aset just külmal pool- tempo perioodi 1925–2009 kohta 2,1 mm/a Nar- aastal.

Joonis 1. Maksimaalne mereveetase avamere (Irbe väina taguse Läänemere) foonitaseme suhtes, mida suudab põhjustada ühtlane 20 m/s tuul, mis puhub antud kohale kõige sobivamast suunast (a); vastav tuule suund, mis põhjustab antud kohale vastava kõrgeima võimaliku veetaseme Liivi lahes (b) ja Väinameres (c). Loodetega mere kotidaalkaarte meenutav joonis näitab lokaalse tormiüleujutuse suhtes kõige tundlikumaid piirkondi ning ohtlikke tuulesuundi (Suursaar, Kullas 2009).

Kõige märkimisväärsemad aperioodilised nähtu- torid on madalast õhurõhust tingitud nn pööratud sed on tormiajud (storm surge). Kõrgete veesei- baromeetri efekt, tuulelainete poolt tekitatud vee sude põhjustajaks on eelkõige väga tugevad ede- lokaalne kuhjumine rannal ning pika laine koon- la- ja läänetuuled. Ülejäänud, vähemolulised fak- dumine ahenevas Soome lahes. Sobiva kiirusega

61 lähenev madalrõhkkond tekitab veepinna häiri- tsükloni möödumisel pöördub tuul järk-järgult tuse, mis nagu tsunamigi hakkab pika lainena igas loodesse ja põhja, mis toob veetaseme jälle alla. suunas levima. Läänemere madaluse tõttu on selle 2005. a jaanuaritormi ehk orkaan Gudruni põhjus- leviku kiirus võrreldav tsükloni enda liikumise tatud šokk ühiskonnas tulenes suuresti sellest, et kiirusega ja nii võib näiteks Peterburi puhul kom- inimesed pole harjunud sedavõrd ekstreemsete ja, bineeruda liikuva pika laine ja otsese tormituule mis veelgi olulisem, äärmiselt harva toimuvate mõju. Modelleerimis- ja prognoosiväärtuselt on katastroofidega. Eelmine sarnane sündmus oli Eesti rannikumeres siiski olulisem tuule tangen- mälust kadunud. Hüdrometeoroloogiliste ridade siaalne pinge koosmõjus veekogu ja rannajoone maksimumid alluvad teatud tüüpi teoreetilistele konfiguratsiooniga, millele lisandub madalsage- jaotustele (Gumbeli jaotus jt), millel põhineb ka duslik avatud piiri tagune (Läänemere või Põhja- ekstreemsete nähtuste parameetrite statistiline mere) foonitaseme muutumine (Suursaar 2006; ennustamine (ʻsajandi tormʼ jne). Huvitav, et sel- Suursaar jt 2006b). line taaskorduvus-statistikatel põhinev lähenemi- Madalad veeseisud ehk pagud on seotud püsivate ne mõnikord ei tööta. Ka Pärnu lahe puhul lan- idatuultega, näiteks antitsüklonaalse blokeeringu gesid 1967 ja 2005 sündmused ansamblist välja, tingimustes, kui kogu Läänemere veetase aegla- neid poleks tohtinud justkui esineda (Suursaar, selt alaneb (Eesti rannikumere välispiiril umbes – Sooäär 2007). Hüdrodünaamiline modelleerimine 50 cm alla keskmise). Paguveega ei lange veetase näitas aga, et veelgi kõrgemad meretõusud on samal määral kui see võib tõusta ajuveega, sest võimalikud (Suursaar jt 2006b). Püsiv 20 m/s tuul idatuule kiirus saab meil olla vaid kuni umbes 20 tekitab sobivast suunast puhudes (Pärnu lahel m/s. Ülimadalad veetasemed esinevad kas Mat- 225º, Matsalus 240º) püsiva veepinna kalde ja salu, Haapsalu või Pärnu lahes. umbes 92 cm statsionaarse veeseisu lahe päras (joonis 1). Kiirusega 30 m/s puhuv tuul põhjustab Viimases mõõdetigi 9. detsembril 1959 veesei- Pärnus juba 240 cm taseme. Kui sündmusele suks 123 cm alla pikaajalist keskmist, kusjuures eelneb, näiteks korduvate sügistormide korral, ko- Daugava jõe suudmes mõõdeti samal ajal isegi – gu Läänemere üldine kõrgem veeseis, mis uurita- 130 cm. Ligikaudu sama madal oli veetase Pärnus va ala piiril võib olla kuni 100 cm üle pikaajalise ka 1976. a oktoobris. Kõrgeimad veeseisud ehk keskmise, siis saamegi katastroofilised 300–350 tormiajud on järsud, lühiajalised ja lokaliseeritud. cm. Statistiliselt eeldab see kahe-kolme realistliku Tugevaimad lääne- ja edelatuuled esinevad Lää- tingimuse kokkulangemist, mille perfektse kom- ne-Eestis juhul, kui läänest itta või edelast kirdes- binatsiooni avaldumist olemasolevad mõõdetud se liikuva sügava tsükloni kese möödub Eestist hüdrometeoroloogilised read veel ei sisaldagi. paarsada kilomeetrit põhja poolt, siis pöördub Meretõusu sõltuvus mõnes kriitilises kohas (sh tuul meil üle läänekaare edelast loodesse. suure Greeni faktoriga, st pikalt ahenevas ja Nõnda juhtus see ka 18. oktoobril 1967, kui Pär- madalduvas Pärnu lahes) on ligikaudu proport- nus registreeriti rekordiline 253 cm veeseis ning sionaalne tuule tangensiaalse pingega (viimane on 9. jaanuaril 2005, kui vesi tõusis Eesti ranniku- ruutsõltuvuses tuule tugevusest). Seega, väga tu- mere uue rekordina 275 cm, põhjustades suure gevate tormide puhul sõltub palju kas või näiteks üleujutuse ning muud kahju (Suursaar jt 2006b; 1 m/s võrra tugevamast tuulest ning ʻsobivamastʼ Tõnisson jt 2008). Maksimaalseks keskmise tuule tuule suunast. kiiruseks mõõdeti 28 m/s (puhanguti 38 m/s) ning MUUTUSED HOOVUSTE MUSTRITES üleujutusele eelnev fooniveetase oli varasemate tormide tõttu umbes 70 cm üle pikaajalise kesk- Kui veetaseme kohta eksisteerivad pikaajalised mise. Kõrged tormiajud ei kesta üle ööpäeva, sest vaatlusread, siis hoovusi on Eesti rannikumeres

62 mõõdetud vaid episoodiliselt, mis rangelt võttes Meie uurimisala, kuhu mahub tervenisti nii Liivi ei võimalda klimatoloogiliste tendentside välja- laht kui Väinameri, sisaldab kokku 18 964 punkti selgitamist. Alates 2003. aastast oleme lainetust võrgusammuga 1 km. Mudeli ʻlihtsuseʼ plussi- ja hoovusi uurinud firma AADI Aanderaa mõõ- deks on hõlbus verifitseeritavus ja erinevate arvu- tekompleksi RDCP-600 ja alates 2011 aastast ka tus-stsenaariumide kiire läbimängimine. Oleme Sonteki 3 MHz ADP abil (foto ). Need aparaadid uurinud hüdrodünaamilisi protsesse nii realistlike arvutavad veeosakeste liikumise Doppleri nihke välistingimuste abil, kui ka erinevate konstruee- mõõtmise kaudu välja kolmemõõtmelised hoo- ritud välisjõudude kombinatsioonide kaudu. vustepildid. Mitmes Eesti rannikumere punktis Üks selline eksperiment sisaldas kõigepealt kont- kokku umbes kolme aasta vältel läbi viidud uurin- rollsimulatsioonina veetasemete ja hoovuste arvu- gud on andnud hea baasi hüdrodünaamiliste mu- tuse mõõdetud välisjõudude baasil. Arvutasime delite koostamiseks ja verifitseerimiseks (Suur- mõnes huvipakkuvas punktis terve aasta jooksul saar jt 2002; Suursaar, Kullas 2006, 2009a), mida veetasemete ja hoovuste aegread, samuti aasta omakorda saab rakendada hoovuste- ja lainere- keskmised ruumilised jaotused. Edasi modifit- žiimi pikaajaliste muutuste uurimisel. seerisime tuule sisendandmeid, lisades eri simu- Üheks selliseks mudeliks on mereökosüsteemi latsioonides erinevate ilmakaarte tuulte tugevust matemaatilise modelleerimise mõistes suhteliselt ja osatähtsust, mis paljude uurijate arvates vii- lihtne kahemõõtmeline hüdrodünaamiline mudel. mase 50 aasta jooksul tõepoolest on juba aset See arvutab tuulepingest ning avatud piiri veeta- leidnud ning paljud kliimamudelid prognoosivad seme kõikumistest lähtuvalt hoovused ja veetase- jätkuvat tuulekliima muutust samas vaimus (Räi- me muutused modelleeritava ala võrgupunktides. sänen jt 2004).

Okeanograafilised mõõte- kompleksid 600 kHz RDCP (valge koonus tagapool) ja 3 MHz ADP (ees) uurimislaev “Vilma” pardal. Aparaadid jäetakse mingiks perioodiks merepõhja hoovuste, lainete ja veekihi parameetrite auto- noomseks mõõtmiseks.

63 Lõpuks analüüsisime kontrollsimulatsiooni ja eri- likult võib muutuda resultantne vee liikumise nevate tuulestsenaariumide simulatsioonide vahesid. suund, võib selliste muutuste mõju veevahetusele Eesti rannikumere hoovused on üldiselt väga ning rannaprotsesse käitavatele jõududele olla muutlikud. Tavaliselt on hoovuse kiirus suurim palju suurem kui 20%, ulatudes kohati 100%-ni. lehtrikujulistes merekitsustes – väinades ning piki 2006. aasta suvel (ja veidi nõrgemana 2008 suvel) sirgeid rannalõike. Absoluutsed maksimumid valitses terves Põhja-Eesti rannikumeres apvel- Suures väinas vee pinnakihis võivad tormidega ling (külmema süvavee kerge), mis madala vee- ulatuda 1,5 m/s-ni, Soela väinas koguni kuni 2 temperatuuriga (u 4º tavapärase 20º asemel) rik- m/s (Suursaar jt 2006b). Et tuule suund ja tugevus kus paljude puhkuseplaanid. Meie mõõtmised do- mere kohal pidevalt muutub, siis kipub hoovus kumenteerisid selle sündmusega kaasnevaid huvi- Liivi lahes ja Väinamere väinades edasi-tagasi tavaid hüdrodünaamilisi efekte, jugahoovuseid pendeldama, alambasseinides aga moodustuvad ning hämmastavat mõju mereala pikaajalisele lühiajalised keerisringid. Siiski esinevad teatud termohaliinsele statistikale (Suursaar, Aps 2007; seaduspärasused ja hoovustemustrid, mis vasta- Suursaar 2010). Selliste ulatuslike sündmuste vad parasjagu valitsevale tuulestatistikale. On sel- mõjud merekeskkonnale on kauakestvad ja mit- ge, et kui see statistika muutub, muutub ka kesk- mekülgsed. Et apvellingud ja daunvellingud (peamine hoovusterežiim. Kui resultantne tuule pro- lisvee sukeldumine) on determineeritud tuule jektsioon väina telje suhtes muutub, muutub ka kestvusest ja suunast rannajoone suhtes, siis tuu- veevahetus väinas. Korrapärase kujuga alambas- lekliima muutumine põhjustab ka nihkeid nende seinides, näiteks Pärnu lahes, on kaks põhilist vööndite paiknemises ja statistikas. hoovustemustrit. Umbes 60%-lise korduvusega toimub sissevool piki Liu ja Tahkuranna rannikut MÕJU LAINEKLIIMALE, RANDADELE JA ning väljavool lahe keskosas, moodustades tsük- PÕHJAELUSTIKULE lonaalse ja antistüklonaalse keerisringide paari (Suursaar, Kullas 2006). Põhjakaarte tuulte korral Alates 2008. aastast oleme uurinud tuule- ja esineb lahest väljavool lahe servades ning sisse- lainekliima seoseid. Tuginedes 2006/2007 talvel vool lahe keskel. Selline seaduspära, kus allatuult Vilsandi lähedal RDCP-ga mõõdetud lainesee- voolamine toimub basseini madalamates serva- riale kui kalibratsiooniandmetele (Suursaar jt alades ja kompensatoorne vastutuult voolamine 2008) ning Vilsandi digiteeritud tuuleandmetele, sügavamas telgmises osas, on ovaalsetes suurjär- modelleeriti laineparameetrite aegread alates vedes ja korrapärase kujuga merelahtedes küllalt- 1966. aastast kolmetunnise intervalliga (Suursaar, ki iseloomulik (Raudsepp jt 2001). Kullas 2009a). Piirkond on üks karmima lainekliimaga kohti Eesti rannikumeres (Soomere jt Tuulekliima muutusega muutub ka eri mustrite 2008), kus geomorfoloogilises mõttes potentsed statistiline osakaal. Lõunatuulte tugevnemisega lained kujundavad rannajoont, uuristades näiteks tugevneb hoovus Suures väinas ja veevahetus ter- Kiipsaare tuletorni jalgealust ning kasvatades jät- ves Väinameres, samuti voolamine sirgetel ranni- keid Kelba maasäärele (Tõnisson jt 2008). Koos- kulõikudel Riia ja Pärnu vahel. Läänetuulte tu- töös Tarmo Soomere töörühmaga analüüsisime gevnemisega kasvab hoovus Saaremaa lõunaran- lainekõrguste ja lainetormide dünaamikat võrd- nikul, Irbe ning Kihnu väinas. Need muutused luses WAM mudeli (Räämet jt 2009) ning Vil- pole suured, ulatudes 1–3 cm/s-ni sirgetel ranna- sandi visuaalsete andmetega. Koostatud on laine- lõikudel ja 3–6 cm/s-ni väinades, mis moodustab kliima 43 aastased rekonstruktsioonid ka Letipea- umbes 15–20% algsest keskmisest kiirusest. Kuid Sillamäe (Suursaar 2010) ja Neugrund-Osmus- arvestades, et vee liikumisest tingitud põhjapinge saare mereosa kohta ning NAO-põhine (North on proportsionaalne kiiruse ruuduga ning et täie- Atlantic Oscillation) Saaremaa lääneranniku

64 lainetuse rekonstruktsioon 1825. aastani. Ilmnes, rannaerosiooni ja setete transpordi suhtes määra- et laineklii-ma keskmiste parameetrite read on va tähtsusega suured hoovuse kiirused koos tor- alates 1966. aastast ilmutanud kerget langus- milainetusega üldjuhul 1–2 m keskmisest ranna- trendi, kuid kõrgemate kvantiilide ja maksimumi- joonest kõrgemal. Teisalt on teatud lävest mada- de aegread näitavad tõusu läände avatud randadel lamad kiirused geomorfoloogilises mõttes ʻraisa- (Harilaiul), kuid ikkagi langust põhjasuunda tudʼ, sest nad ei suuda üldse setet liigutada. See- avatud randadel (joonis 2). ga, nii veetaseme tõus, keskmise tuule suuna

Koostöös Tallinna Ülikooli ranniku-uurijatega muutus kui ka tormisuse kasv (koos mere jää- vaatlesime rannaprotsesside dünaamikat seosta- olude pehmenemisega) võivad kokku põhjustada tuna mere hüdrodünaamilise olukorraga. Selgus, märkimisväärseid muutusi rannikutel välja kuju- et põhilised muutused toimuvad mõne loetud tor- nenud geomorfoloogilises tasakaalus. Mõningal misema päeva jooksul aastas (Suursaar, Kullas juhul (näiteks orkaanid Katrina ja Gudrun) võib 2006; Orviku jt 2009), sest tugevad tormid ja selliste nähtuste mõju rannikule, merekeskkon- kõrged veeseisud on meil lühiajalised ning mõju nale ja ühiskonnale olla kaugelt suurem kui selle- ruutsõltuvus vee kiirusest muudab tugevamate le eelnenud aastakümnetepikkuste väikeste muu- tormide mõju drastiliselt suureks. Lisaks toimivad tuste summa (Suursaar jt 2008; Orviku jt 2009).

3 a measurement: av=0.50, max=2.91

model: av=0.50, max=2.86 2 r = 0.923 RMSE = 0.223 m st.RMSE = 7.8% 1

Laine kõrgus [m]

0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Aeg päevades [alates 16.10.2006]

Joonis 2. b Lainemudeli kalibrat- 5 Letipea Harilaid sioon RDCP-ga mõõde- tud ja modelleeritud lai- 4 neridade võrdlusena Leti- pea neeme lähedal (a); modelleeritud lainetingi- 3 Laine kõrgus [m] muste aasta maksimumide võrdlus Kunda – Leti- 2 pea neeme ja Vilsandi – 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Harilaiu poolsaare lähe- Aasta dal (b) (Suursaar 2010).

65 Arvatavasti on kirjeldatud hüdrodünaamiliste tionship with changes in large-scale atmospheric muutuste põhjuseks viimastel aastakümnetel aset- circulation. Theor. Appl. Climatol., 83, 1-4, 77−88. leidnud nihked Põhja-Atlandi tsüklonite teekon- Johansson, M., Boman, H., Kahma, K. K., Launi- nas ning põhjapoolkera õhurõhu keskmete paik- ainen, J. 2001. Trends in sea level variability in nemises (Alexandersson jt 2000; Sepp jt 2005). the Baltic Sea. Boreal Environ. Res., 6, 3, 159−179. Tsüklonite trajektooride varieeruvus võib olla suur, kuid ülekaalus on meil siiski Põhja Atlandilt Keevallik, S., Rajasalu, R. 2001. Winds on the saabuvad tormid. Kui rohkem tsükloneid möödub 500 hPa isobaric level over Estonia (1953-1998). Phys. Chem. Earth B, 26, 5-6, 425−429. Eestist sobivas kauguses põhjapoolt, siis jääb Eesti tormi kõrgehetkel tugevaimate võimalike Kovtun, A., Torn, K., Martin, G., Kullas, T., Kot- edela-läänetuulte tsooni ja vähemaks jääb tuge- ta, J., Suursaar, Ü. 2011. Influence of abiotic en- vaid põhjatuuli (Suursaar 2010). Loomulikult vironmental conditions on spatial distribution of avaldavad hüdrodünaamiliste protsesside muutu- charophytes in the coastal waters of West Esto- sed mõju ka elustikule, alates põhjataimestikust ja nian Archipelago, Baltic Sea. J. Coast. Res., Spe- lõpetades kaladega. Vahetusprotsesside intensiiv- cial Issue 64, 412−416. suse muutus mõjutab vee termikat, soolsust ja Orviku, K., Suursaar, Ü., Tõnisson, H., Kul- hüdrokeemilist koostist, samuti saasteainete levi- las, T., Rivis, R., Kont, A. 2009. Coastal changes ku- ja transformatsioonitingimusi (Aps, Suursaar in Saaremaa Island, Estonia, caused by winter 2011). Suurenenud tormisus ja kõrgemad tor- storms in 1999, 2001, 2005 and 2007. J. Coast. milained muudavad vee madalas rannikumeres Res., Special Issue 56, 1651−1655. pehmete põhjasetete resuspensiooni tõttu perioo- diti hägusemaks. Seega halvenevad valgustingi- Raudsepp, U., Beletsky, D., Schwab, D. J. 2001. mused ning raskeneb röövkaladel saagi tabami- Basin scale topographic waves in the Gulf of Riga. J. Phys. Oceanogr., 33, 5, 1129−1140. ne. Võivad mattuda kalade koelmud ning põhjast lahti rebitud saada põhjataimestik (Kovtun jt Räisänen, J., Hansson, U., Ullerstig, A., Dösch- 2011). Nende ja paljude teiste küsimuste täpsem er, R., Graham, L. P., Jones, C., Meier, H. E. M., uurimine seisab veel ees. Samuelsson, P., Willen, U. 2004. European climate in the late twenty-first century: regional si- VIITED mulations with two driving global models and

Alexandersson, H., Tuomenvirta, H., Schmith, T., two forcing scenarios. Climate Dyn., 22, 1, 13− 31. Iden, K. 2000. Trends of storms in NW Europe derived from updated pressure data. Climate Res., Räämet, A., Suursaar, Ü., Kullas, T., Soomere, T. 14, 1, 71−73. 2009. Reconsidering uncertainties of wave conditions in the coastal areas of the northern Baltic Aps, R., Suursaar, Ü. 2011. Influence of seasonal Sea. J. Coast. Res., Special Issue 56, 257−261. sea ice conditions on hydrodynamic processes and oil spill drift. Coastal Processes II. WIT Sepp, M., Post, P., Jaagus, J. 2005. Long-term Transactions on Ecology and the Environment, changes in the frequency of cyclones and their 149. WIT Press, Southampton, Boston, 309−320. trajectories in Central and Northern Europe. Nord. Hydrol., 36, 4-5, 297−309. Church, J. A., White, N. J. 2006. A 20th century acceleration in global sea-level rise. Geophys. Soomere, T., Behrens, A., Tuomi, L., Niel- Res. Lett., 33, 1, L01602. sen, J. W. 2008. Wave conditions in the Baltic Proper and in the Gulf of Finland during wind- Jaagus, J. 2006. Climate changes in Estonia du- storm Gudrun. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 8, 1, ring the second half of the 20th century in rela- 37−46.

66 Siegismund, F., Schrum, C. 2001. Decadal chan- Suursaar, Ü., Kullas, T. 2009b. Meretase ja hoo- ges in the wind forcing over the North Sea. vused Eesti rannikumeres muutuva kliima tingi- Climate Res., 18, 1-2, 39−45. mustes. Kont, A., Tõnisson, H. (toim). Kliima- Suursaar, Ü. 2006. Merevee tase: globaalne ja muutuste mõju Eesti rannikule: ASTRA projekti lokaalne. Rohtmets, I. (toim). Lehed ja tähed uurimistulemusi. TLÜ Ökoloogia Instituudi Pub- 2006. MTÜ Loodusajakiri, Tallinn, 62−71. likatsioonid; 11. Tallinna Ülikooli Kirjastus, Tal-

Suursaar, Ü. 2010. Waves, currents and sea level linn, 25−43. variations along the Letipea – Sillamäe coastal Suursaar, Ü., Kullas, T., Otsmann, M. 2002. A section of the southern Gulf of Finland. Ocea- model study of the sea level variations in the Gulf nologia, 52, 3, 391−416. of Riga and the Väinameri Sea. Cont. Shelf Res.,

Suursaar, Ü., Aps, R. 2007. Spatio-temporal va- 22, 14, 2001−2019. riations of hydrophysical and -chemical para- Suursaar, Ü., Kullas, T., Otsmann, M., Saare- meters during a major upwelling event in the mäe, I., Kuik, J., Merilain, M. 2006b. Cyclone southern coast of the Gulf of Finland in the Gudrun in January 2005 and modelling its hydro- summer of 2006. Oceanologia, 49, 2, 209−228. dynamic consequences in the Estonian coastal Suursaar, Ü., Jaagus, J., Kont, A., Rivis, R., Tõ- waters. Boreal Environ. Res., 11, 2, 143−159. nisson, H. 2008. Field observations on hydrodynamic and coastal geomorphic processes off Suursaar, Ü., Sooäär, J. 2007. Decadal variations Harilaid Peninsula (Baltic Sea) in winter and in mean and extreme sea level values along the spring 2006–2007. Estuar. Coast. Shelf Sci., 80, Estonian coast of the Baltic Sea. Tellus A, 59, 2, 249−260. 1, 31−41.

Suursaar, Ü., Jaagus, J., Kullas, T. 2006a. Past Tõnisson, H., Orviku, K., Jaagus, J., Suursaar, Ü., and future changes in sea level near the Estonian Kont, A., Rivis, R. 2008. Coastal damages on coast in relation to changes in wind climate. Bo- Saaremaa island, Estonia, caused by the extreme real Environ. Res., 11, 2, 123−142. storm and flooding on January, 9 2005. J. Coast. Res., 24, 3, 602−614. Suursaar, Ü., Kullas, T. 2006. Influence of wind climate changes on the mean sea level and current Vallner, L., Sildvee, H., Torim, A. 1988. Recent regime in the coastal waters of west Estonia, Bal- crustal movements in Estonia. J. Geodyn., 9, 2-4, tic Sea. Oceanologia, 48, 3, 361−383. 215−223.

Suursaar, Ü., Kullas, T. 2009a. Decadal variations in wave heights off Cape Kelba, Saaremaa Is- land, and their relationships with changes in wind climate. Oceanologia, 51, 1, 39−61.

67 LÄÄNEMERE LAINEKLIIMA EESTI RANNIKU KONTEKSTIS

Tarmo Soomere Tallinna Tehnikaülikooli Küberneetika Instituut

Olulist osa elust Eesti kui suure mereriigi ran- LÄÄNEMERE IDARANNIKU LAINETUSE nikul ning meie välissuhtlusest meretranspordi KLIMATOLOOGIA kaudu mõjutavad Läänemerelt meie randadesse jõudvad ning neid ümber kujundavad lained. Lää- Läänemere lainetuse omaduste sügavamaks nemere lainete tavapärased ja ekstreemsed oma- mõistmiseks ning nende prognoosiks võimalike dused said teadlastele enam-vähem selgeks mõne kliimamuutuste puhuks on eelkõige tarvis adek- aasta eest, mil analüüsiti detailselt seni pikim vaatselt kirjeldada lainete klimatoloogiliste muu- instrumentaalselt mõõdetud lainetuse andmestik tuste ulatus. Nendel teadmistel põhineb nii lainete (Broman jt 2006; Kahma jt 2003), määratleti siin ja ranniku vastasmõju analüüs kui ka kiirlaevalai- puhuvate tormituulte mõneti ebatavalised omadu- nete mitmete põnevate omaduste identifitseerimine. sed (Soomere, Keevallik 2001, 2003) ja lainete reaktsioon neile (Soomere 2003) ning koostati Tõuke sellesuunalistele uuringutele andis Rootsi Läänemere põhjaosa lainekliima peamiste oma- ranniku lähistel Almagrundetil 1977–2003 mõõ- duste kirjeldus (Soomere 2008). Selle töö käigus detud andmestiku analüüs. Esimesel poolteisel selgus, et ekstreemsus lainete ja veetõusu kon- aastakümnel, kuni 1980ndate aastate lõpuni, suu- tekstis on märksa sügavama tähendusega kui näi- renes aasta keskmine lainekõrgus 1,8% aastas teks tuule kiiruste puhul (Soomere jt 2008a) ning (Broman jt 2006). Kasv oli veidi kiirem kui At- et hiidlained meie randades on mitte lihtsalt üks landil või Põhjamerel, kuid heas kooskõlas and- meie kodumere igapäevaseid elemente (Soomere, metega mere järjest suurenevast survest meie ran- Engelbrecht 2006), vaid õpetlikud keerukate ja dadele (Orviku jt 2003), millest on lähemalt juttu komplekssüsteemide alase fundamentaalteaduse A. Konti, K. Orviku ja H. Tõnissoni kirjutises viimaste edusammude kontekstis (Soomere käesolevas kogumikus (Kont jt 2011). Alates aas- 2009a). tast 1995 hakkas aga lainekõrgus Almagrundetil

Sellelt vundamendilt on viimase viie aasta jook- kiiresti kahanema. sul lähtunud mitmed arengud pikkade lainete Mõõtmiste lõpuks (2003) ulatus lainekõrgus suh- teoorias (sh lainete transformeerumine madalas teliselt vaiksete 1980ndate aastate alguse tase- vees ning sellega seonduvad mittelineaarsed prot- mele. Selline käitumine ei ole eriti üllatav, sest ka sessid ja spetsiifilised nähtused), hiidlainete süva- Põhjamerel on viimasel aastakümnel keskmine analüüsis mitmesugustes erinevates situatsiooni- lainekõrgus pigem langenud (Weisse, Günther des (Ruban jt 2010; Soomere 2010) ning oluline 2007). Üllatav oli aga asjaolu, et aasta keskmine panus tsunami teooriasse. Nendest arengutest, mis tuule kiirus Utö saarel mõõdetud andmete alusel päädisid Euroopa Geoteaduste Liidu kõrge tun- jätkas kasvamist enam-vähem samas tempos, nustuse – Pliniuse medaliga (2010) – annab üle- mida oli märgatud juba 1960ndatel (Broman jt vaate I. Didenkulova (2011) kirjutis selles kogu- 2006; Räämet, Soomere 2011). Üldiselt tekitavad mikus. Käesolevas artiklis puudutan sellest te- tugevamad tuuled kõrgemaid laineid. Keeruka maatikast vaid riivamisi mõningaid laevalainete- kujuga merealadel ning eriti ranniku lähistel ga seonduvaid aspekte. sõltub lainekõrgus aga oluliselt ka tuule suunast.

69 Almagrundeti andmestiku võrdlemine Eesti ran- Sellised radikaalsed muutused lainekõrguses, kui- nikul alates 1954. aastast tehtud visuaalsete vaat- gi samaaegsed muutustega Almagrundetil ja vaid lustega näitas, et Vilsandil muutus lainekõrgus veidi suurema amplituudiga, tundusid kahtlaste- väga sarnasel moel (joonis 1). Vaatluste esimestel na. Enamasti on taolised hüpped pigem seotud aastakümnetel, 1960ndatel ja 1970ndatel, oli lai- vaatlusvigade või metoodika muutustega. Samas netuse intensiivsus seal suhteliselt madal. Nagu on kliimasüsteemis võimalikud olulised režiimi- Almagrundetilgi, hakkas aasta keskmine lainekõr- nihked, mida on täheldatud ka Läänemerel (Kee- gus kiiresti kasvama 1980ndatel ning ulatus vallik, Soomere 2008). Rannalt teostatud visuaal- 1990ndate keskel peaaegu kolm korda kõrgemale sed vaatlused on tõepoolest võrdlemisi ebatäpsed, kui vaiksetel 1970ndatel. Sellele järgnes lainekõr- sõltuvad olulisel määral vaatleja ettevalmistusest guse drastiline kahanemine sajandivahetusel ning ja distsipliinist, annavad tavaliselt moonutatud 2005. a paiku oli aasta keskmine lainekõrgus ta- pildi ekstreemsetest olukordadest ning võimalda- gasi 1970ndate tasemel (Soomere, Zaitseva 2007). vad saada ettekujutuse vaid teatavast osast merel

Joonis 1. Aasta keskmise lainekõrguse muutumine Almagrundetil instrumentaalselt 1978–2003 mõõdetud andmete baasil ning Narva-Jõesuus, Nidas, Vilsandil ja Pakril visuaalsete vaatluste alusel (Broman jt 2006; Soo- mere, Zaitseva 2007; Zaitseva-Pärnaste jt 2009, 2011). Parema loetavuse huvides on Pakri ja Narva- Jõesuu graafikud teiste suhtes nihutatud 0,2 m võrra allapoole.

70 esinevatest lainesüsteemidest (Soomere, Zaitseva le tüüpilistele jaotustele (Zaitseva-Pärnaste jt 2007). Ranna varjava mõju tõttu on visuaalsete 2009; Räämet jt 2010; Soomere jt 2011b). Aasta vaatluste alusel koostatud lainetuse statistika väga keskmise lainekõrguse muutused on Läänemere tundlik tuule suuna muutuste suhtes. Teisalt on avaosa põhja- ja lõunaosas sarnased, kuid pike- juttu unikaalsest andmestikust, mis peegeldab lai- maajaliste muutuste muster on oluliselt erinev. netuse omadusi Läänemere idaranniku paljudes Kahjuks tehti Pakril lainevaatlusi ainult 1986. punktides alates 1950ndatest aastatest. Need on aastani, mistõttu Vilsandil aset leidnud muutusi ei tehtud mitte lihtsalt palja silmaga, vaid omaaegset saa Pakri andmestiku alusel kontrollida (Zaitseva- korralikku tehnikat – perspektomeetreid, mõõte- Pärnaste jt 2009). Narvas ei olnud jälgegi suurtest latte ja -toodreid kasutades ning kogu kõnesoleva muutustest. Sealne lainekõrgus kahanes aeglaselt ajavahemiku vältel põhimõtteliselt ühe ja sama ja peaaegu monotoonselt alates 1980ndate kesk- metoodika alusel (Soomere, Zaitseva 2007; Zait- paigast (Räämet jt 2010). Seevastu Leedu jaama- seva-Pärnaste jt 2009, 2011). Lainetuse omaduste des ilmnes sügav (ligikaudu kaks korda väiksem fikseerimist kvalitatiivses skaalas (pallides) alus- pikaajalisest tasemest) aasta keskmise lainekõr- tati mitmes kohas juba 1940ndate teisel poolel guse miinimum just 1990ndate keskel (Kelpšaite ning lainekõrguste vaatlust kvantitatiivses skaalas jt 2008, 2011), mil Vilsandi vaatlused näitasid lai- 1954. aastal. Tegemist on seega maailma pikima- nekõrguse drastilist suurenemist (joonis 1). te hulka kuuluvate süstemaatiliste ning suhteliselt homogeensete lainetuse vaatlusridadega. Loomu- Teatava ootamatusena selgus, et jääperioodi pik- likult on taolistes andmetes palju müra ja mõõt- kuse ja aasta keskmise lainekõrguse muutused ei misvigu, kuid juba Charles Babbage (1792–1871) ole Eesti vaatlusjaamades üldse korreleeritud märkis, et ka kehvad andmed on märksa parem (Soomere jt 2011b). See ei tähenda muidugi, et kui andmete puudumine1. Visuaalsete vaatluste jääkatte taandumine rannikuprotsesse ei mõju- alusel koostatud laineatlaste esimene põlvkond taks: jääperioodi pikkuse muutumine toob üldiselt (Rzeplinski, Brekhovskhih 1967) oli Läänemere endaga kaasa lainetuse integraalsete karakteristi- idabloki riikides kasutusel kuni möödunud aasta- kute (nt randa jõudva laineenergia) hulga muu- kümneni (Lopatukhin jt 2008). Rumal oleks neid tuse. Veel huvitavam oli asjaolu, et kõigi Eesti ja andmeid ignoreerida; pigem tuleb neid meie mere Leedu jaamade aasta keskmised lainekõrgused mineviku mõistmiseks ja tuleviku prognoosimi- olid võrdlemisi tugevas positiivses korrelatsioonis seks maksimaalselt kasutada. Praeguseks on digi- aastail 1954–1986, kuid edasi on Narva ja Vilsan- teeritud kolmest Eesti (Vilsandi, Pakri, Narva- di andmete vahel tugev negatiivne korrelatsioon Jõesuu) ja kolmest Leedu (Palanga, Klaipeda, Ni- (Räämet jt 2010). Kui Vilsandil olnuks tegemist da) rannikujaamast pärinev andmestik ning käi- lihtsalt lainekõrguse ülehindamisega või metoo- vad läbirääkimised originaalpäevikute kopeerimi- dika muutusega, jäänuks korrelatsioon enam- seks Läti vaatlusjaamadest. vähem samaks. Vaatlusvigade sagenemisel oleks korrelatsioon tugevasti kahanenud. Korrelatsiooni Lainetuse klimatoloogia analüüs jätkus teistes hüppeline muutus positiivsest negatiivseks viitab Eesti rannikujaamades (Pakri ja Narva-Jõesuu) aga teatavale muutusele Läänemere tormide ning Leedus tehtud vaatluste andmestike alusel. struktuuris. Veidi lihtsustatult võib selle muutuse Lainetuse mitmesuguste omaduste jaotused (sh iseloomu väljendada järgnevalt. Kuni 1980ndate lainekõrguste ja perioodide kahemõõtmeline jao- aastateni mõjutasid tormid enam-vähem ühtmoo- tus) vastasid kõigis rannikujaamades Läänemere- di kogu Eestiga piirnevat mereala Saaremaast Narvani. Seevastu alates 1980ndate lõpust need

1 tormid, mis tõstsid kõrgeid laineid Läänemere Errors using inadequate data are much less than those avaosas, ei tekitanud olulisi laineid Narva kandis using no data at all.

71 ja vastupidi. Taolise muutuse jaoks piisab näiteks, Kohalike meteoroloogiliste andmete kontekstis et läänest itta liikuvad tormid (mille puhul tormi peegeldab teatav osa kirjeldatud muutusi lihtsalt algusfaas tekitab kõrged lained Saaremaal ja lõ- tuule suuna süstemaatilist pöördumist edelasse pufaas Narva lahes) on asendunud edelast kirdes- (Jaagus 2009). On loogiline oodata, et sellega se suunduvate tormidega. Sellised piki Lääne- kaasneb ka lainete tüüpilise levikusuuna muutu- merd liikuvad tormid tekitavad kõrgeid laineid mine. Kõigepealt täheldati levikusuuna võimalike vaid Läänemere avaosas ning praktiliselt ei muutustega seonduvaid asjaolusid Leedu ranni- puuduta Narva lahte. Kaudselt kinnitab sellise kul, kus aegade jooksul varieerus erosiooni- ja muutuse võimalikkust ka pisiasi, et Narva-Jõe- akumulatsioonialade paiknemine tõenäoliselt just suus on lainete tüüpilised perioodid suuremad kui lainete leviku suuna muutumise tõttu (Kelpšaite jt Vilsandil või Pakril – võimalik, et tänu Lääne- 2011). Vilsandi ja Pakri andmestik on järelduste mere põhjapoolsest avaosast Narva-Jõesuusse tegemiseks liiga mürane (Zaitseva-Pärnaste jt jõudvatele ummiklainetele. Lainekõrguse muutu- 2011). Seevastu Narva-Jõesuus pöördus kõige sa- matust Tallinna lahes viimase 20 aasta vältel gedasem lainelevi suund aastail 1954–2009 aega- (Kelpšaite, Soomere 2009; Kelpšaite jt 2009) ja mööda tervelt 90 kraadi võrra (Räämet jt 2010) aeglast kahanemist Eesti põhjarannikul on kin- (joonis 2). Märksa väiksema amplituudiga, kuid nitanud ka sõltumatud uuringud (vt Ü. Suursaare siiski selge signaal lainete levikusuuna muutumi- (2011) kirjutist käesolevas kogumikus) ja arvu- sest ilmneb Klaipeda andmestikus (Zaitseva-Pär- tisimulatsioonid (Soomere jt 2010). naste jt 2011). Selliste muutuste mõju rannaprot-

Joonis 2. Lainetuse levikusuundade jaotus ilmakaarte vahel Narva-Jõesuus 1954–2008. Värvikood näitab erinevatest ilmakaartest saabuvate lainete osakaalu protsentides iga aasta jaoks (Räämet jt 2010).

72 sesside käigule avaldub võrdlemisi keerukal peamiseks sihiks lainekliima võimalike muutuste moel, kuna oma osa mängivad ka lainekõrgused identifitseerimine. Üldiselt arvatakse, et võimali- ja perioodid. kud kliimamuutused peaksid kindlasti väljendu- ma mõõdetud õhurõhu jaotusest arvutatud nn MUUTUSTE MUSTRID geostroofilise tuule omaduste muutumises. Geo- stroofiline tuul väljendab õhumasside liikumist Viimase aastakümne jooksul on mitmed Lääne- kõrgemates õhukihtides, kus maapinna ebaüht- mere maade uurimisrühmad teatanud pikaajaliste luste ja kareduse mõju pole tunda. Lainemudelite lainetuse rekonstruktsioonide valmimisest (vt poolt kasutatavad tuule parameetrid 10 meetri Soomere, Räämet 2011ab ja seal toodud biblio- kõrgusel leiti geostroofilisest tuulest suhteliselt graafiat). Siiski pole ükski neist oma uurimistu- lihtsa lähenduse kaudu, mida mere avaosas pee- lemusi detailselt kirjeldanud. Pole välistatud, et takse üldiselt adekvaatseks (Räämet, Soomere põhjuseks on rekonstrueeritud ja instrumentaal- 2010). Kuna geostroofilise tuule arvutamise me- selt mõõdetud parameetrite lahknemine, mis pais- toodika ja andmestiku ruumiline lahutusvõime ei tab olevat Läänemere laineteaduse üks suuremaid ole aastakümnete jooksul muutunud, on see and- väljakutseid. Selle taga on ennekõike ebatäpsused mestik märksa homogeensem, võrreldes mitmesu- tuule ruumilise mustri ja ajalise muutlikkuse taas- guste atmosfäärimudelitega arvutatud tuule para- tamisel isegi kaasaja parimate atmosfäärimudelite meetritega. Seetõttu on õigustatud Läänemere lai- poolt. Neid muresid, mis on võrdlemisi tõsised nekliimas toimunud muutuste identifitseerimine Soome lahe kontekstis, on puudutatud S. Keev- just geostroofilise tuule alusel. Samas on küsitav alliku kirjutises käesolevas kogumikus (Keevallik üksikute tormide poolt tekitatud lainete rekonst- 2011). On päris tavaline, et ka kõrgekvaliteedi- ruktsiooni kvaliteet, kuna geostroofiline tuul liste tuuleandmestike kasutamine annab mõnel peegeldab ennekõike tuule keskmisi omadusi merealal mõõdetud ja arvutatud lainetuse peaaegu suhteliselt suurtel aladel. perfektse vastavuse, kuid teistes regioonides on erinevused väga suured (Räämet jt 2009; Räämet, Läänemere lainete rekonstruktsioon aastaiks Soomere 2011). Kuna tuule suuna rekonstruee- 1970–2007 (Räämet, Soomere 2010; Räämet jt rimine tundub olevat keerukam võrreldes tuule- 2010) hindab tõenäoliselt veidi (ca 10–15%) alla kiiruse adekvaatse prognoosiga (Keevallik, Soo- pikaajalist keskmist lainekõrgust, kuid peegeldab mere 2010), pole ka eriti üllatav, et arvutisimulat- adekvaatselt lainete perioode. Üldiselt on lainetus sioonides ei ole lainelevi suuna võimalikke muu- intensiivseim Läänemere suurtes avatud basseini- tusi identifitseeritud (Räämet jt 2010). Need ilm- des – merealal Gotlandist lõuna pool, mere ava- nevad siiski Läänemere idarannikul aset leidva osa põhjapoolses sektoris ja Botnia mere idapool- settetranspordi modelleerimisel (Soomere, Viška ses osas (joonis 3). Esmapilgul tundus, et laine- 2011). kõrgus mere edelaosas võib olla veidi üle hinnatud, kuna teised lainetuse rekonstruktsioonid näi- Kuna atmosfäärimudelite abil rekonstrueeritud tavad selles piirkonnas mõnevõrra madalamaid tuule omaduste moonutused on suures enamuses laineid. Suure lainekõrguse üheks põhjuseks võib süstemaatilist laadi, on modelleeritud tuule alusel olla asjaolu, et tuuleandmestiku tuletamisel igno- rehkendatud lainetuse statistiliste omaduste muu- reeritakse saarte ja maismaa olemasolu, mistõttu tused märksa usaldatavamad, võrreldes lainetuse võib geostroofiline tuul selles piirkonnas olla vei- rekonstruktsioonidega konkreetsetes tormides. di üle hinnatud (Pryor, Barthelmie 2003). Võrdlus Seetõttu seati TTÜ Küberneetika Instituudi laine- pikaajaliste lainetuse mõõtmistega Darss Sillʼi tuse dünaamika labori ja TTÜ mehaanikainsti- lähistel (1991–2010) näitas aga, et rekonst- tuudi koostöös tehtud lainetuse rekonstruktsiooni rueeritud keskmine lainekõrgus (80 cm) langeb

73 mõne protsendi täpsusega kokku mõõdetud Kogu Läänemere keskmine lainekõrgus ei ole keskmisega (75 cm) (Soomere jt 2011cd). praktiliselt muutunud (Räämet, Soomere 2011).

Sellest rekonstruktsioonist leitud lainekõrguste ja Küll aga on toimunud märgatavad lainekõrguse perioodide jaotused klapivad kenasti visuaalsete muutused üksikutes regioonides (Räämet jt 2010; vaatluste tulemustega (Räämet jt 2010), mis mõ- Räämet, Soomere 2011; Soomere, Räämet 2011a). nevõrra kinnitab lainevaatluste adekvaatsust. Lai- Lainekõrgus on suurenenud Kuramaa ja Stock- nekõrguste ja perioodide ühisjaotuse alusel leitud holmi arhipelaagi vahelisel merealal, Botnia lahe lainete omaduste kombinatsioonid tugevaimates ja Botnia mere vahel ning Rügeni saare ümbruses tormides sobivad samuti päris hästi tegelikult (joonis 3). Samas on lainekõrgus märgatavalt vä- mõõdetuiga. Lainekõrguse pikaajaline muutlikkus henenud Gotlandist edelas, Botnia mere loode- on üldiselt mõistlikus korrelatsioonis vaatlustule- osas ja Botnia lahes. Üllatav on kõnesolevate mustega. Siiski on nii instrumentaalselt mõõdetud muutuste ruumiline muster Läänemere avaosas, kui ka vaadeldud muutuste ulatus palju suurem kus lainekõrguse kasvu ja kahanemise alad vahel- kui võiks arvata arvutustulemuste alusel. Samuti duvad iga 150–200 kilomeetri tagant. Selline ei peegeldu arvutustulemustes lainelevi suuna mastaap peegeldab teataval määral geostroofilise muutused. Need erinevused ei ole üllatavad, kuna tuule andmestiku lahutusvõimet, kuid näitab geostroofilise tuule andmestiku ruumiline lahu- samas, et lainekliima muutused Läänemere tusvõime (1 kraad) on tagasihoidlik. Pigem on erinevates osades võivad radikaalselt erineda. meeldivaks üllatuseks paljude arvutatud ja mõõ- Suur osa identifitseeritud muutustest on toimunud detud või vaadeldud parameetrite kokkulangevus. jaanuarist märtsini (Räämet, Soomere 2011), mis

0 20 40 60 80 100 -10 -5 0 5 10

64°00' 64°00'

62°00' 62°00'

60°00' 60°00'

58°00' 58°00'

56°00' 56°00'

54°00' 54°00' 12°00' 16°00' 20°00' 24°00' 28°00' 12°00' 16°00' 20°00' 24°00' 28°00'

Joonis 3. Vasakul pikaajaline keskmine lainekõrgus Läänemerel (cm), paremal selle muutumine aastatel 1970–2007 (Räämet, Soomere 2010; Soomere, Räämet 2011).

74 on kooskõlas tuuletingimuste muutustega Lääne- nevates liivarandades, nagu Pirita (Soomere jt mere kohal viimastel aastakümnetel (Lehmann jt 2007, 2008b) või Valgerand (Kartau jt 2011); aga 2011). Lisaks avaldub lainekõrguste muutustes ka dünaamilises tasakaalus suurte jõgede suud- tugev ligikaudu 10–15-aastase perioodiga signaal. mealal, nagu Narva-Jõesuu (Laanearu jt 2007).

Saatuse irooniana paiknevad kõik Läänemere ida- Soome lahe keerukas geomeetria tingis vajaduse ja põhjaosas asuvad lainetuse mõõtmis- ja vaat- rakendada mitmeastmelist lainemudelite hierar- luskohad aladel, kus pikaajalised muutused prak- hiat, mille abil rekonstrueeriti rannalähedaste tiliselt puuduvad (Soomere, Räämet 2011). lainete omadused ligikaudu 500-meetrise sam-

Ekstreemsete lainekõrguste (igal aastal tõenäosu- muga. Nende arvutuste alusel selgitati välja Pirita sega 1% esinevad lainekõrgused) ruumiline jaotus ranna funktsioneerimise peamised jooned ja ran- ning pikaajaliste muutuste muster on võrdlemisi nasetete liikumise skeem. Liiva defitsiidi peami- sarnased joonisel 3 toodud keskmiste lainekõr- seks põhjuseks selles kenas rannas on mitte guste omadustega. Suurimad erinevused kesk- niivõrd liiva kandumine mere suunas, kuivõrd miste ja ekstreemsete lainekõrguste muutumise asjaolu, et inimtegevus on tõkestanud sette- vahel on Soome lahes. Keskmised lainekõrgused materjali juurdevoolu nii Pirita jõest kui ka ei ole siin praktiliselt üldse muutunud, kuid ekst- Viimsi poolsaare idarannikult. Aegna näitel ja reemsed lainekõrgused on oluliselt kahanenud Kalbågrundi tuuleandmetele toetudes demonst- Eesti ranniku lähistel ja kasvanud Soome lähistel reeriti, et Tallinna lahel ei ole tuulelainetuse aasta ning lahe idaosas Peterburi piirkonnas (Soomere keskmine intensiivsus viimase 30 aasta jooksul jt 2010). Mõnes piirkonnas on keskmised laine- oluliselt muutunud (Kelpšaite jt 2008; Kelpšaite, Soomere 2009). kõrgused kahanenud ja ekstreemsed kasvanud, kinnitades nõnda veidi aega tagasi väheste and- Pirital tehtud uuringute alusel formuleeriti lihtne, mete alusel püstitatud hüpoteesi (Soomere, Healy kuid universaalne meetod liiva kao hindamiseks 2008). Pole välistatud, et just see nähtus mängib peaaegu tasakaalulistes randades – nn Bruuni oma osa Soome lahe kirdeosa rannapurustuste ak- pöördreegel (Kask jt 2009). Selle alusel kvan- tiviseerumises (Ryabchuk jt 2011). tifitseeriti setete bilanss Pärnu lahe põhjarannikul Valgerannast Pärnu jõe muulideni. Suhteliselt kii- LAINED JA RAND rele rannajoone taganemisele vaatamata on liiva 3 kadu Valgerannast suurusjärgus 1000 m aastas Pikema ülevaate Eesti rannikut käsitlevatest (Kartau jt 2011). Seda on täiesti võimalik kom- uuringutest annab A. Konti, K. Orviku ja H. Tõ- penseerida liiva juurdetoomise või -pumpamisega nissoni (Kont jt 2011) kirjutis. Seetõttu käsitlen mõistlike kapitalimahutuste piires. Kuna ena- järgnevalt vaid üksikuid lainete ja ranna muses Eesti randades on liiva kadu võrdlemisi vastasmõju aspekte peamiselt rannaprotsesside tagasihoidlik, on neis võimalik efektiivselt raken- intensiivsuse analüüsi ja tasakaalulise ranna dada nn kontrollitud taganemise (managed ret- teooria raames. Eesti rannad arenevad mõneti reat) filosoofiat (Healy, Soomere 2008). Selle omapärastes tingimustes. Enamasti vahelduvad aluseks on idee optimeerida kulutused ranna kait- hüppelise arengu perioodid pikaajaliste stabiilsete sele, tagades strateegiliste objektide kaitse ilma seisunditega (Orviku jt 2003). Seetõttu võib Eesti ülejäänud ranna vastupanuvõimet oluliselt nõr- randu paljude ülesannete lahendamisel lugeda gendamata. Liiva optimaalne kasutamine on tule- praktiliselt tasakaalulisteks (Soomere, Healy viku seisukohalt järjest olulisema tähendusega, 2011). Selline tasakaal võib ilmneda mitmel moel; sest tööstuslike liivamaardlate arv ja maht Eesti enamasti tagasihoidliku ristiranda transpordi ja vetes on tagasihoidlik ning liiva varud piiratud piiratud pikiranda transpordi näol lahepärades paik- (Kask jt 2010).

75 LAEVALAINED RANDA UURISTAMAS lainekõrgus, koguenergia, energia voog, asüm-

Varasematel aastatel kontsentreerusid Tallinna la- meetria nii vertikaal- kui ka horisontaalsihis) hel tehtud laevalainete uuringud ennekõike nende võrdlev analüüs näitas, et enamus neist on teis- parameetrite võrdlemisele looduslike lainetega tega hästi korreleeritud. Peaaegu kõiki laevalai- (Soomere 2005) ja põhimõtteliselt lineaarse laine- nete süsteemi omadusi iseloomustab hästi maksi- teooria baasil prognoositavate nähtuste analüüsile maalne lainekõrgus (Kurennoy jt 2009b). Teatava nagu suured põhjalähedased kiirused teatavas sü- üllatusena selgus, et lainete asümmeetria on teine gavuste vahemikus ja nendega kaasnev põhjase- kiirlaevalaineid iseloomustav sõltumatu paramee- tete resuspensioon (Erm, Soomere 2006; Soomere ter (Kurennoy jt 2009a). Selle omaduse tähendust 2006). Mittelineaarsetest nähtustest vaadeldi lainerünnaku kontekstis avab lähemalt I. Diden- kulova (2011) kirjutis käesolevas kogumikus. põhiliselt madala vee hiidlainetega (Soomere, En- gelbrecht 2006) seonduvat küsimuste ringi Ka- Tallinna lahel, kus laevad sõidavad lainetuse teki- domtsev-Petviašvili võrrandi raames (Soomere tamise mõttes tundlikus režiimis võrdlemisi lühi- 2007a). Nende aspektide põhjalik ülevaade pai- kest aega, on nende tekitatud lained kõrged vaid gutas esmakordselt kõik kiirlaevalainete süsteemi suhteliselt väikesel merealal (Torsvik, Soomere teadaolevad komponendid ühtsesse raamistikku 2008, 2009). Kõrgete lainete süsteemi leviku- (Soomere 2007b). suund sõltub nii laeva trajektoorist kui ka kiiru-

Laevalainete-alaste uuringute jätkamist motivee- sest, mistõttu erinevatel väljumistel jõuavad kõr- ris oluline muutus alates 2007. a Tallinna lahel ged lained üldiselt erinevatesse rannalõikudesse. sõitvate laevade seas. Klassikalised kiirlaevad na- See eripära annab lõviosa varasemates uuringutes gu “AutoEkspress” lahkusid Tallinna-Helsingi lii- (Soomere 2005, 2009b) täheldatud kiirlaevalai- nilt. Neid asendasid suured väga võimsate mooto- nete omaduste muutlikkusest konkreetses mõõte- ritega parvlaevad, nagu “Viking XPRSˮ või Tal- punktis. Seda on võimalik kasutada näiteks lae- link “Star” ja “SuperStarˮ. Uute laevade järellai- vade kiiruse vähendamisel praktiliselt alati tekki- netuse omadusi, sh üksiklainete kuju, analüüsiti vate ohtlike lainerühmade (Torsvik jt 2006) suu- detailselt veepinna asendi täpsete salvestuste alu- namiseks ohututesse kohtadesse. Tallinna lahel sel ca 2,5 m sügavusele vette paigutatud tripoo- on kõrgete lainete ʻlehvikuʼ ulatus enamasti vaid dile monteeritud akustilise kaugusemõõturiga. 2–3 km ning vastavate kõrglahutusega arvutuste Mitmesaja laevalainete süsteemi salvestuste ana- tulemused klassikalise kiirlaeva “SuperSeaCat” lüüs (vertikaalne lahutusvõime 1 mm, salvestus- mõnede väljumiste jaoks langesid praktiliselt täp- sagedus 5 Hz) võimaldas kvantifitseerida laeva- selt kokku mõõdetud signaaliga (Torsvik jt 2009). lainete mitmete tuntud omaduste muutlikkuse ja Helsingisse suunduvate laevade puhul tabab lai- identifitseerida mõned üllatavad jooned. Kuna nete ʻlehvikʼ enamasti Aegna sadama ümbrust uued laevad sõitsid üldiselt veidi aeglasemalt kui ning Tallinna poole sõitvate laevade puhul Len- klassikalised kiirlaevad, olid nende poolt tekita- nusadama ja Pirita ümbrust. Seetõttu on loomulik, tud lainete kõrgused ja perioodid mõnevõrra et Aegna lähistele jõuavad regulaarselt suhteliselt väiksemad eelmiste aastate rekorditest. Siiski ula- kõrged laevalained ning Tallinna lahe lääneran- tusid päeva kõrgeimad laevalained enamasti 1,3– nikul Pikakari piirkonnas on lainete kõrgused 1,5 meetrini. Hoolimata neist muutustest ei olnud märksa väiksemad (Kurennoy jt 2011; Erm jt laevalainete kõrgus, energia ja selle voog 2008. a 2011) ka siis, kui laevalainete üldine koormus Tallinna lahel on jäänud samaks. suvel Aegna lähistel, võrreldes situatsiooniga 6–8 aasta eest, märgatavalt muutunud (Parnell jt 2008; Kiirlaevalainete ja ranna vastasmõju analüüsiti Kurennoy jt 2009ab). Laevalainete mitmesuguste kahe erinevat tüüpi ranna näitel. Aegna muulist omaduste (nt maksimaalne lainekõrgus, keskmine veidi põhja pool paikneb kruusa-kliburand, mida

76 looduslikud lained aegamisi settematerjaliga täi- kõrgusega mõned millimeetrid. See kannab enda- davad (Soomere jt 2009a). Üldiselt arvatakse, et ga kaasas suure hulga vett, kuni 10 kuupmeetrit kiirlaevalainete mõju on tugevaim sügavustes 5– rannajoone meetri kohta (Soomere jt 2011a) 10 meetrit, kuhu suhteliselt lühikesed laevalained (joonis 4). Taolisest häiritusest ei kujune murdu- ei ulatu (Soomere 2007b). Vaatlused Aegnal de- vat lainet ning see avaldub rannal veepinna teata- monstreerisid, et kiirlaevalainete mõju on oota- va tõusuna. Selle poolt rannale toodud veemass matult tugev üksikutes rannaosades, kus veepiiril hakkab mere poole tagasi voolama parajasti siis, paikneb kruus või sellest peenem settematerjal (vt kui jõuavad kohale laevade järellainetuse lühe- fotod). Rannaprofiili kordusmõõtmised näitasid, mad komponendid. Koos tagasivoolava veega vii- et kiirlaevalained võivad looduslike lainete poolt vad need veepiiri lähistel liikuma pandud sette- sinna toodud materjali väga kiiresti ära viia. Nii materjali üsna kiiresti suhteliselt suurtele süga- näiteks viis nelja hommikuse laeva järellainetus vustele. Kirjeldatud ülipika veepinna häirituse 18. juunil 2008 rannast ära 750 liitrit materjali iseloom ja parameetrid vajavad selgitamist, kuid (kruusa ja klibu) rannajoone meetri kohta. Kuna kindel on, et see on seotud suurte laevade liikumi- laevad möödusid suhteliselt lähestikku, ei olnud sega suhteliselt madalas vees. Selle poolt randa võimalik üksikute laevade mõju eraldada. Terve kantud veemass – kui see jõudis randa just koos päeva jooksul viisid laevalained ära ligikaudu 1,6 kõrgeimate lainetega – võib olla lihtne selgitus kuupmeetrit setteid rannajoone meetri kohta sellele, et vahel paiskasid laevalained suure ko- (Soomere jt 2009a). Samas paiskasid üksikud guse liiva märksa kõrgemale uhtekõrguse mitme- lained setteid märksa kõrgemale veepiirist, kui päevasest maksimumist (Soomere jt 2009b). võinuks arvata lainete omaduste alusel. Laevalainete ja looduslike lainete koosmõju võib Laevalainete mõõdistuste detailne analüüs või- viia rannaprofiili kardinaalsele ümberkujunemi- maldas identifitseerida ka setete kiiret kadu põh- sele. Tavaliselt moodustub looduslike lainete mõ- justava mehhanismi. Selgus, et enam-vähem sa- jul murdlainete vööndis praktiliselt tasakaaluline mal ajal kõrgeimate laevalainetega jõuab randa profiil, kus vee sügavus h suureneb võrdeliselt kau- ülipikk veepinna häiritus kestusega 2–3 minutit ja gusega rannast y astmes 2/3 (h = Ay2/3).

Looduslike lainete poolt toodud settematerjal Aegna rannas (vasakul) ning sama rannalõik mõned päevad hiljem laevalainete poolt settematerjalist puhastatuna (paremal) (Soomere jt 2009a).

77 Erinevate lainekliimaga randadel võib astme- Ühtsesse raamistikku on koondatud praktiliselt näitaja veidi varieeruda, kuid jääb tavaliselt 2/3 ja kõigi Läänemere lainekliima aspektide analüüs: 1 vahele ning vaid väga üksikutel juhtudel on ku- lainetuse statistika nii avamerel kui ka ranniku lä- ni 1,1. Veepiirist veidi maa pool moodustub sõl- histel, lainetuse parameetrite ruumiline muutlik- tuvalt kohalikest tingimustest ja veetaseme muu- kus, ekstreemsete situatsioonide (sh hiidlained, tuste iseloomust kas rannavall või väike astang. lainerünnak, tsunamid jne) detailne analüüs, lai- Ka Aegnal kujundavad laevalained samasuguse nekliima muutused Eesti ja lähipiirkondade ran- profiili astmenäitajaga ligikaudu 2/3 (Didenku- navetes, looduslike ja inimtekkeliste lainete osa- lova jt 2011). Seevastu Pikakari rannas kujunda- kaalu, sarnasuse ja erinevuste ning nende poolt vad looduslikud ja laevalained veepiiri ümbruses rannaprotsessidele avaldatava mõju võrdlev ana- püsiva profiili, mille astmenäitaja on 4/3 (Diden- lüüs, aga ka lainete rolli kvantifitseerimine ran- kulova, Soomere 2011). Just selliste omadustega dade dünaamikas peaaegu tasakaaluliste randade profiilil võivad pikad lained levida nõnda, et jaoks. nende energia praktiliselt ei peegeldu, mistõttu Pärast teatavat vaheaega oleme uuesti alustanud saavad võimalikuks väga suured uhtekõrgused ja siselainete käsitlemist (Delpeche jt 2009; Kurkina ohtlikud lainerünnakud (Didenkulova jt 2009). jt 2011), millel on tõenäoliselt oluline roll Lää- nemere paljude osade põhjasete resuspensiooni KOKKUVÕTE kujundamisel. Kirjeldatud uuringute alusel on Viimastel aastatel on TTÜ Küberneetika Instituu- 2007–2010 kaitstud kuus doktoriväitekirja. Olu- di lainetuse dünaamika laboris oluliselt panusta- line osa uuringutest, mis on tehtud Eesti põhja- tud Läänemere lainete tüüpiliste ja ekstreemsete rannikul, on üldistatud Soome lahe ja siin ilm- omaduste iseloomustamisse erinevat tüüpi lainete nevate kliimamuutuste konteksti (Soomere jt ja Eesti randade vahelise vastasmõju kontekstis. 2008c, 2009b).

Joonis 4. Veepinna asendi muutumine keskmise suhtes looduslikes ja laevalainetes (roheline, vasakpoolne skaala) ning hetkeline (punane) ja keskmistatud (sinine) vee transport (parempoolne skaala) Aegna randa laeva Tallink “Superstar” järellainetuse poolt 5. juulil 2008 (Soomere jt 2011a).

78 Meeldiv on tõdeda, et Eesti rannavetes tehtud Healy, T., Soomere, T. 2008. Managed retreat – uuringud (ja vastavate uuringualade omadused is it really an option for mitigation of chronic (Didenkulova jt 2009)) on õnnestunud seada nor- erosion and storm surge flooding. Wallendorf, L., miks selle valdkonna ülemaailmsetes uuringutes Ewing, L., Jones, C, Jaffe, B. (eds). Solutions to ning selle kaudu adekvaatsemalt positsioneerida Coastal Disasters 2008. American Society of Ci- Eestis tehtavad mere- ja rannikutehnika-alased vil Engineers, 456–462. uuringud maailmateaduse kontekstis. Jaagus, J. 2009. Pikaajalised muutused tuule suundade korduvuses Eesti läänerannikul. Publi- VIITED katsioonid / Tallinna Ülikool, Ökoloogia Insti- Broman, B., Hammarklint, T., Rannat, K., Soo- tuut, 11, 11–24. mere, T., Valdmann, A. 2006. Trends and extre- Kahma, K., Pettersson, H., Tuomi, L. 2003. Scat- mes of wave fields in the north-eastern part of the ter diagram wave statistics from the northern Baltic Proper. Oceanologia, 48, S, 165–184. Baltic Sea. Meri – Rep. Ser. Finn. Inst. Mar. Res., Delpeche, N. C., Soomere, T., Lilover, M.-J. 49, 15–32.

2010. Diapycnal mixing and internal waves in the Kartau, K., Soomere, T., Tõnisson, H. 2011. Saint John River Estuary, New Brunswick, Cana- Quantification of sediment loss from semi-shel- da with a discussion relative to the Baltic Sea. tered beaches: a case study of Valgerand Beach, Estonian J. Engineering, 16, 2, 157–175. Pärnu Bay, the Baltic Sea. J. Coast. Res., Special Didenkulova, I. 2011. Lainepõhised ohud ranna- Issue 64, 100–104. vööndis. Teadusmõte Eestis (VII). Meri. Järved. Kask, A., Soomere, T., Healy, T., Delpeche, N. Rannik. Eesti Teaduste Akadeemia, Tallinn, 103– 2009. Rapid estimates of sediment loss for “al- 115. most equilibrium” beaches. J. Coast. Res., Special Didenkulova, I., Pelinovsky, E., Soomere, T. Issue 56, 971–975.

2009. Long surface wave dynamics along a Kask, A., Soomere, T., Suuroja, S., Kask, J. 2010. convex bottom. J. Geophys. Res., 114, C07006. Sand accumulation under varying lithohydro- Didenkulova, I., Pelinovsky, E., Soomere T., Par- dynamic conditions in the coastal area of the nell, K. E. 2011. Beach profile change caused by north-eastern Baltic Sea. Baltica, 23, 2, 157–164. ship wakes and wind waves in Tallinn Bay, the Keevallik, S. 2011. Tuulevälja muutumine Lää- Baltic Sea. J. Coast. Res., Special Issue 64, 60– nemere kirdeosas viimase poolsajandi jooksul. 64. Teadusmõte Eestis (VII). Meri. Järved. Rannik. Didenkulova, I., Soomere, T. 2011. Formation of Eesti Teaduste Akadeemia, Tallinn, 49–58. two-section cross-shore profile under joint in- Keevallik, S., Soomere T. 2008. Shifts in early fluence of random short waves and groups of spring wind regime in North-East Europe (1955– long waves. Marine Geology, 289, 1-4, 29−33, 2007). Clim. Past, 4, 3, 147–152. doi: 10.1016/j.margeo.2011.09.011. Keevallik, S., Soomere T. 2010. Towards quanti- Erm, A., Alari, V., Lips, I., Kask, J. 2011. Re- fying variations in wind parameters across the suspenson of sediment in a semi-sheltered bay Gulf of Finland. Estonian J. Earth Sci., 59, 4, due to wind waves and fast ferry wakes. Boreal 288–297. Env. Res., 16, Supplement A, 149–163. Kelpšaite, L., Dailidiene, I., Soomere, T. 2011. Erm, A., Soomere, T. 2006. The impact of fast Changes in wave dynamics at the south-eastern ferry traffic on underwater optics and sediment coast of the Baltic Proper during 1993–2008. resuspension. Oceanologia, 48, S, 283–301. Boreal Env. Res., 16, Supplement A, 220–232.

79 Kelpšaite, L., Herrmann, H., Soomere, T. 2008. Lopatukhin, L. I., Bukhanovsky, A. V., Iva- Wave regime differences along the eastern coast nov, S. V., Tshernyshova, E. S. (eds). 2006. of the Baltic Proper. Proc. Estonian Acad. Sci., Handbook of wind and wave regimes in the 57, 4, 225–231. Baltic Sea, North Sea, Black Sea, Azov Sea and the Mediterranean. Russian Shipping Registry, St. Kelpšaitė, L., Parnell, K. E., Soomere, T. 2009. Petersburg, (vene keeles). Energy pollution: the relative influence of wind- wave and vessel-wake energy in Tallinn Bay, the Orviku, K., Jaagus, J., Kont, A., Ratas, U., Ri- Baltic Sea. J. Coast. Res., Special Issue 56, 812– vis, R. 2003. Increasing activity of coastal proces- 816. ses associated with climate change in Estonia. J.

Kelpšaitė, L., Soomere, T. 2009. Vessel-wave in- Coast. Res., 19, 2, 364–375. duced potential longshore sediment transport at Parnell, K. E., Delpeche, N., Didenkulova, I., Aegna Island, Tallinn Bay. Estonian J. Engi- Dolphin, T., Erm, A., Kask, A., Kelpšaite, L., Ku- neering, 15, 3, 168–181. rennoy, D., Quak, E., Räämet, A. Soomere, T., Kont, A., Orviku, K., Tõnisson, H. 2011. Eesti Terentjeva, A., Torsvik, T., Zaitseva-Pärnaste, I. ranniku uurimine ja problemaatika. Teadusmõte 2008. Far-field vessel wakes in Tallinn Bay. Eestis (VII). Meri. Järved. Rannik. Eesti Teaduste Estonian J. Engineering, 14, 4, 273–302. Akadeemia, Tallinn, 83–102. Pryor, S. C., Barthelmie, R. J. 2003. Long term Kurennoy, D., Didenkulova, I., Soomere, T. trends in near surface flow over the Baltic. Int. J. 2009a. Crest-trough asymmetry of waves gene- Climatol., 23, 271–289. rated by high-speed ferries. Estonian J. Enginee- ring, 15, 3, 182–195. Rzheplinsky, G. V., Brekhovskikh, Yu. P. (toim). 1967. Soome lahe laineatlas. Gidrometeoizdat, Kurennoy, D., Parnell, K. E., Soomere, T. 2011. Leningrad, (vene keeles). Fast-ferry generated waves in south-west Tallinn Bay. J. Coast. Res., Special Issue 64, 165–169. Ruban, V., Kodama, Y., Ruderman, M., Dud-

Kurennoy, D., Soomere, T., Parnell, K. E. 2009b. ley, J., Grimshaw, R., McClintock, P. V. E., Ono- Variability in the properties of wakes generated rato, M., Kharif, Ch., Pelinovsky, E., Soome- by high-speed ferries. J. Coast. Res., Special re, T., Lindgren, G., Akhmediev, N., Slunya- Issue 56, 519–523. ev, A., Solli, D., Ropers, C., Jalali, B., Dias, F., Osborne, A. 2010. Rogue waves – towards a uni- Kurkina, O., Pelinovsky, E., Talipova T., Soo- fying concept?: Discussions and debates. EPJ mere, T. 2011. Mapping the internal wave field in Special Topics, 185, 5–15. the Baltic Sea in the context of sediment transport in shallow water. J. Coast. Res., Special Issue 64, Räämet, A., Soomere, T. 2010. The wave climate 2042–2047. and its seasonal variability in the northeastern

Laanearu, J., Koppel, T., Soomere, T., Davi- Baltic Sea. Estonian J. Earth Sci., 59, 1, 100–113. es, P. A. 2007. Joint influence of river stream, Räämet, A., Soomere, T. 2011. Spatial variations water level and wind waves on the height of sand in the wave climate change in the Baltic Sea. J. bar in a river mouth. Nord. Hydrol., 38, 3, 287– Coast. Res., Special Issue 64, 240–244. 302.

Lehmann, A., Getzlaff, K., Harlass, J. 2011. De- Räämet, A., Soomere, T., Zaitseva-Pärnaste, I. tailed assessment of climate variability in the Bal- 2010. Variations in extreme wave heights and tic Sea area for the period 1958 to 2009. Clim. wave directions in the north-eastern Baltic Sea. Proc. Estonian Acad. Sci., 59, 2, 182–192. Res., 46, 185–196.

80 Räämet, A., Suursaar, Ü., Kullas, T., Soomere, T. lids, Fluids, and Mathematical Methods. Springer, 2009. Reconsidering uncertainties of wave condi- Heidelberg, 193–228. tions in the coastal areas of the northern Baltic Soomere, T. 2010. Rogue waves in shallow wa- Sea. J. Coast. Res., Special Issue 56, 257–261. ter. EPJ Special Topics, 185, 81–96.

Ryabchuk, D., Kolesov, A., Chubarenko, B., Spi- Soomere, T., Behrens, A., Tuomi, L., Niel ridonov, M., Kurennoy, D., Soomere, T. 2011. sen, J. W. 2008a. Wave conditions in the Baltic Coastal erosion processes in the eastern Gulf of Proper and in the Gulf of Finland during wind- Finland and their links with geological and hyd- storm Gudrun. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 8, 1, rometeorological factors. Boreal Env. Res., 16, 37–46. Supplement A, 117–137. Soomere, T., Didenkulova, I., Parnell, K. E. Soomere, T. 2003. Anisotropy of wind and wave 2009a. Implications of fast-ferry wakes for semi- regimes in the Baltic Proper. J. Sea Res., 49, 4, sheltered beaches: a case study at Aegna Island, 305–316. Baltic Sea. J. Coast. Res., Special Issue 56, 128– 132. Soomere, T. 2005. Fast ferry traffic as a qualita- tively new forcing factor of environmental pro- Soomere, T., Engelbrecht, J. 2006. Weakly two- cesses in non-tidal sea areas: a case study in dimensional interaction of solitons in shallow water. Eur. J. Mech. B Fluid., 25, 5, 636–648. Tallinn Bay, Baltic Sea. Env. Fluid Mech., 5, 4, 293–323. Soomere, T., Healy, T. 2008. Escalating extremes over descending trends of the northern Baltic Sea Soomere, T. 2006. Nonlinear ship wake waves as wave fields. Wallendorf, L., Ewing, L., Jones, C., a model of rogue waves and a source of danger to Jaffe, B. (eds). Solutions to Coastal Disasters the coastal environment: a review. Oceanologia, 2008. American Society of Civil Engineers, 129– 48, S, 185–202. 138.

Soomere, T. 2007a. Fast ferries as wavemakers in Soomere, T., Healy, T. 2011. On the dynamics of a natural laboratory of rogue waves. Rendiconti “almost equilibrium” beaches in semi-sheltered del Seminario Matematico Università e Politec- bays along the southern coast of the Gulf of nico di Torino, 65, 2, 287–299. Finland. Harff, J., Björk, S., Hoth, P. (eds). The

Soomere, T. 2007b. Nonlinear components of Baltic Sea Basin, Central and Eastern European ship wake waves. Appl. Mech. Rev., 60, 3, 120– Development Studies, Part 5, Springer, Heidel- berg, Dordrecht, London, New York, 255–279. 138. Soomere, T., Kask, A., Kask, J., Healy, T. 2008b. Soomere, T. 2008. Extremes and decadal varia- Modelling of wave climate and sediment trans- tions of the northern Baltic Sea wave conditions. port patterns at a tideless embayed beach, Pirita Pelinovsky, E., Kharif, Ch. (eds). Extreme Ocean Beach, Estonia. J. Mar. Syst., 74, S133–S146. Waves. Springer, 139–157. Soomere, T., Kask, A., Kask, J., Nerman, R. Soomere, T. 2009a. Solitons interactions. Mey- 2007. Transport and distribution of bottom sedi- ers, R. A. (ed). Encyclopedia of Complexity and ments at Pirita Beach. Estonian J. Earth Sci., 56, Systems Science, Vol 9. Springer, 8479–8504. 4, 233–254.

Soomere, T. 2009b. Long ship waves in shallow Soomere, T., Keevallik, S. 2001. Anisotropy of water bodies. Quak, E., Soomere, T. (eds). App- moderate and strong winds in the Baltic Proper. lied Wave Mathematics: Selected Topics in So- Proc. Estonian Acad. Sci. Eng., 7, 1, 35–49.

81 Soomere, T., Keevallik, S. 2003. Directional and Soomere, T., Weisse, R., Behrens, A., Schrä- extreme wind properties in the Gulf of Finland. der, D. 2011c. Wave climatology in the Arkona Proc. Estonian Acad. Sci. Eng., 9, 2, 73–90. basin, the Baltic Sea. Ocean Sci. Discuss., retsenseerimisel. Soomere, T., Leppäranta, M., Myrberg, K. 2009b. Highlights of the physical oceanography of the Soomere, T., Weisse, R., Kurkina, O. 2011d. Sta- Gulf of Finland reflecting potential climate chan- tistics of extreme wave conditions in the south- ges. Boreal Env. Res., 14, 1, 152–165. western Baltic Sea. Fundamental and Applied Hydrophysics, retsenseerimisel. Soomere, T., Myrberg, K., Leppäranta, M., Nek- rasov, A. 2008c. The progress in knowledge of Suursaar, Ü. Tuulekliima muutuste mõju Eesti physical oceanography of the Gulf of Finland: a rannikumere veetaseme-, hoovuste- ja lainerežii- mile. Teadusmõte Eestis (VII). Meri. Järved. review for 1997–2007. Oceanologia, 50, 3, 287– 362. Rannik. Eesti Teaduste Akadeemia, Tallinn, 59– 67. Soomere, T., Parnell, K. E., Didenkulova, I. Zaitseva-Pärnaste, I., Soomere, T., Tribštok, O. 2011a. Water transport in wake waves from high- 2011. Spatial variations in the wave climate speed vessels. Journal of Marine Systems, 88, 1, change in the eastern part of the Baltic Sea. J. 74–81. Coast. Res., Special Issue 64, 195–199.

Soomere, T., Räämet, A. 2011a. Long-term spa- Zaitseva-Pärnaste, I., Suursaar, Ü., Kullas, T., tial variations in the Baltic Sea wave fields. Lapimaa, S., Soomere, T. 2009. Seasonal and Ocean Science, 7, 1, 141–150. long-term variations of wave conditions in the Soomere, T., Räämet, A. 2011b. Spatial patterns northern Baltic Sea. J. Coast. Res., Special Issue of the wave climate in the Baltic Proper and the 56, 277–281.

Gulf of Finland. Oceanologia, 53, 1-TI, 335–371. Torsvik, T., Didenkulova, I., Soomere, T., Par-

Soomere, T., Zaitseva, I. 2007. Estimates of wave nell, K. E. 2009. Variability in spatial patterns of climate in the northern Baltic Proper derived from long nonlinear waves from fast ferries in Tallinn Bay. Nonlinear Process. Geophys., 16, 2, 351–363. visual wave observations at Vilsandi. Proc. Esto- nian Acad. Sci. Eng., 13, 1, 48–64. Torsvik, T., Dysthe, K., Pedersen, G. 2006. In- fluence of variable Froude number on waves ge- Soomere, T., Zaitseva-Pärnaste, I., Räämet, A. nerated by ships in shallow water. Phys. Fluids, 2011b. Variations in wave conditions in Estonian 18, Paper 062101. coastal waters from weekly to decadal scales. Boreal Env. Res., 16, Supplement A, 175–190. Torsvik, T., Soomere, T. 2008. Simulation of patterns of wakes from high-speed ferries in Tallinn Soomere, T., Zaitseva-Pärnaste, I., Räämet, A., Bay. Estonian J. Engineering, 14, 3, 232–254. Kurennoy, D. 2010. Spatio-temporal variations of Torsvik, T., Soomere, T. 2009. Modeling of long wave fields in the Gulf of Finland. Fundamental waves from high speed ferries in coastal waters. and Applied Hydrophysics, 4, 10, 90–101, (vene J. Coast. Res., Special Issue 56, 1075–1079. keeles). Weisse, R., Günther, H. 2007. Wave climate and Soomere, T., Viška, M. 2011. Reconstruction of long-term changes for the Southern North Sea longshore sediment transport along the eastern obtained from a high-resolution hindcast 1958– Baltic Sea coast. J. Mar. Syst., retsenseerimisel. 2002. Ocean Dyn., 57, 3, 161–172.

82 EESTI RANNIKU UURIMINE JA PROBLEMAATIKA

Are Kont, Kaarel Orviku, Hannes Tõnisson Tallinna Ülikooli ökoloogia instituut

SISSEJUHATUS lahendada üheskoos. Teisalt aga pärsib jõudude

Rannik on mereäärsete maade looduse üks oluli- killustatus mahukamate projektidega tegelemist. semaid ja kiiremini muutuvaid komponente. Eesti Eestis puudub tänaseni asutus, milles oleks ran- rannik on valdavalt madal, looduslikult väga va- niku uurimisele spetsialiseerunud sektor või osa- helduv ning pakub inimtegevuseks mitmeid või- kond. malusi. Nagu mujal maailmas, on ka Eestis eksis- teerinud ranna-äärne asustus aastasadu ja -tuhan- EESTI RANDADE UURITUSEST deid. Lisaks atraktiivsusele on rannik unikaalne Eesti nüüdisrandla ehitust ja arengut on süstemaa- looduskeskkond, mis on pakkunud huvi väga eri- tiliselt uuritud alates möödunud sajandi 50ndate neva tegevusalaga inimestele, sealhulgas teadlas- aastate lõpust–60ndate aastate algusest, kui selle tele – ranniku-uurijatele. temaatikaga hakati tegelema Eesti Teaduste Aka- Rannikute ja randade uurimine on Tallinna Üli- deemia Geoloogia Instituudis (Orviku, Orviku kooli ökoloogia instituudi üks olulisi teadustege- 1960, 1961; Orviku 1974ab, 1992, 1993). Eri vuse valdkondi, peamise fookusega kahele vald- uurimisasutustes ja erineval tasemel on need konnale: 1) randade ja rannikute evolutsioon ning uuringud jätkunud tänaseni (Orviku 2003, 2004, rannaprotsesside dünaamika iseärasused viimase 2005ab, 2006ab; Orviku jt 2003, 2005, 2008, poole sajandi jooksul muutuvates kliimatingi- 2010, 2011; Raukas jt 1988; Raukas, Tavast mustes; 2) rannamaastike ja -ökosüsteemide 1989, 2005; Kessel, Raukas, 1967; Tavast, Rau- struktuur ja dünaamika nii looduses kui ka ühis- kas 1991; Tõnisson jt 2006, 2007, 2008, 2009, konnas toimunud muutuste foonil. Käesolevas ar- 2011; Kartau jt 2011; Rivis jt 2009; jt). Varase- tiklis keskendutakse peamiselt viimase kümne- mad uuringud alates XIX saj. lõpust kuni möödu- konna aasta vältel saavutatud tulemustele Eesti nud sajandi keskpaigani olid valdavalt episoodili- randade dünaamika uurimisel ning üleskerkinud sed, kohati ka fragmentaarsed ning sageli tehtud probleemidele. Neisse keerukatesse ja mitmetahu- teiste erialauuringute kõrvalt. Neist saab hea pildi listesse uuringutesse kaasati erinevate alade spet- nud ülevaatest (Orviku, Orviku 1984). sialistid ning nende käigus kaitsti kaks doktori- Eesti rannik on valdavalt madal ning lauge. Suh- väitekirja (Rivis 2005; Tõnisson 2008). teliselt pikk rannajoon (ca 3800 km), mis on tuge- Viimastel aastatel on rannauuringud jätkunud ka vasti liigestatud poolsaartest ja lahtedest, ning rahvusvahelise koostööna. Nii näiteks valmis saarte rohkus (ca 1500 saart) teevad Eesti ranniku Läänemeremaade ranniku uurimist rahastanud In- kergesti haavatavaks meretaseme tõusu ning kõr- terreg III B projekti ASTRA lõpptulemusena tea- ge ajuveega tugevate tormide korral (Kont jt dusartiklite kogumik (Tõnisson jt 2009). Taoline 1997). Tulenevalt asendist Fennoskandia kristalse paljude erinevate asutuste vaheline koostöö ühiste kilbi lõunanõlval, mis allub maakoore tektooni- projektide edendamisel on saanud heaks tooniks lisele ja isostaatilisele kerkele, on ka enamik Eesti Eesti loodusteadustes ning näitab, et ühes väike- rannikust kerkiv (kuni 3 mm/a), kompenseerides ses riigis, kus erinevate erialade spetsialiste on seega teatud määral maailmamere veetaseme vähe, on võimalik aktuaalseid teadusülesandeid tõusu (Vallner jt 1988).

83 RANNIKUTE TEOORIA EESTI RANNIKU Ranniku maapoolseks piiriks võib tinglikult lu- KONTEKSTIS geda lahtede pärasid, merepoolseks poolsaarte tippe või rannikusaarestiku välissaari ühendavat Mererand on unikaalne looduskeskkond, mis on joont. HELCOM soovitab lugeda rannikuks ca 3 kahe suure – Maismaa ja Mere omavahelise võit- km maismaa ja 300 m laiust rannikumere vöödet luse tallermaa. Selle erinevate elementide kirjel- (HELCOM, Recommendation 15/1. Protection of damiseks kasutatakse mitmeid sõnu nagu (me- the coastal strip, 18.03.1994). Samalaadselt käsit- re)rand, randla, rannavöönd ja rannik, mis kõne- letakse rannikuala mõistet tavaliselt ka Euroopa keeles on võrdlemisi laialivalguva tähendusega, Liidus. kuid rannikute teooria kontekstis rahvusvaheliselt RANDLA, ka rannavöönd (shore, shore zone) on piiritletud mõisted. Randa formeeriva põhijõu – mere või suurjärve (Eestis Peipsi või Võrtsjärve) merelainetuse – mõju ulatusest ja tegevusest sõl- madalaveeline osa (ehk rannak) koos seda palis- tuvalt jagavad rannauurijad selle keskkonna eri- tava maismaariba ehk rannaga, mida tänapäeval nevateks allüksusteks (joonis 1) (Mereleksikon aktiivselt mõjutab lainetuse tegevus. Randla on 1996). seega morfogeneetiline mõiste: territoorium, mil- RANNIK (coast) ehk rannikuvöönd (coastal zone) le ehitus ja areng on seotud nii seda kujundavate on randla (ehk piirkond, kus kaasajal lained jõudude kui ka siin paiknevate pinnavormide ku- aktiivselt mõjutavad maismaad või merepõhja, vt junemisega. Randla on võrreldes rannikuga üsna allpool) koos sellega piirneva maismaa ja merega. selge, enamike rannauurijate poolt ühel ja samal See on suhteliselt laialivalguv mõiste, mille alla moel käsitletav mõiste. paigutatakse sageli nii rannikumaa, kus käib rand- RAND (shore ja beach) on randla maismaaline osa laste ehk rannarahva elu, kui ka rannikumeri, kus keskmisest rannajoonest (veepiirist) ajuveega käib rannasõit ja rannapüük. Eestis loetakse ran- kaasneva tugevaima tormilaine mõjupiirini. Selle niku koostisse maismaariba ning see osa mere- kõige maapoolsemat osa, mida tugev lainetus põhjast, kus veel on jälgitavad vanad rannamoo- mõjutab vaid episooditi kõrge ajuvee tingimustes, dustised. nimetatakse ajurannaks (backshore).

Joonis 1. Ranniku all- jaotuste skeem liivarandla näitel.

84 Paljudes maades loetakse ranna maismaapoolseks jumina edasikantavaid setteid, aga ka pinnareos- piiriks luidete jalamit. tust, ajupuitu ning vetikaid ja taimejäänuseid.

RANNAK, varem ka veealune rannanõlv (nearshore) Hoovuste osa rannasetete dünaamikas on taga- on randla veealune osa, mis ulatub keskmisest sihoidlik seoses randa moodustavate setete jäme- veepiirist sügavuseni, kus lainete mõju mere- da lõimise ja suure tiheduse tõttu, mistõttu tuule- põhjale lakkab. Eri uurijate hinnangul mõjutab hoovused neile omaste väikeste kiiruste tõttu ei lainetus merepõhja 1/2..1/3 lainepikkusega võrdse suuda rannasetteid üldiselt paigastki liigutada, kõ- nelemata edasikandest. sügavuseni. Selle ala kõige maismaapoolsemat osa, mis ajuti madala veetaseme korral (paguvee- Kui tuulelained lähenevad rannale rannajoonega tasemega) kuivaks jääb, nimetatakse pagurannaks paralleelselt, murrutatakse setteid rannanõlvalt (foreshore). ning heidetakse need ristirände korras paguran-

Rannikuid liigitatakse enamasti tekke, pinnamoe nale ja rannale. Eriti selgelt ilmneb see protsess ja rannajoone liigestatuse põhjal (nt skäär-, fjord-, Eesti rannikul paeklibu liikumise ja rannavallide laguun-, laheline rannik). Eesti rannikul võib eris- moodustumise käigus (foto 1). Enamasti lähene- tada vähemalt kaheksat randlatüüpi (Orviku vad lained rannale põiki ning murdlusvoolu vesi 1992): 1) pank-; 2) astang-; 3) kalju-; 4) moreen-; ning sellega kaasahaaratud setted “joonistavad” 5) kruusa-veeristiku-; 6) liiva-; 7) mölli- ja 8) rannale sujuvaid kõverjooni ning siksakilisi must- tehisrandla. Need jagunevad sõltuvalt sellest, mis- reid. Setted kanduvad rannale koos murdlusvoolu sugusesse arengustaadiumi nad on jõudnud, kui veega terava nurga all ning seejärel veereb suu- avatud nad on lainetusele jms., omakorda väikse- rem osa setetest tagasi merre uude asupaika, nagu mateks üksusteks, mis reageerivad tormilainete ʽhüpeldesʼ piki randa. Niisugust liikumist nime- tegevusele üsna erinevalt. tatakse setete pikirändeks (joonis 2). Paljuaastast keskmist rannasetete liikumise suunda nimeta- Randa kujundavaks ja rannasetteid liigutavaks takse settevooluks. Settevoolu suuna ja võimsuse põhijõuks on tormilainetus ja selle transformee- arvestamine on väga oluline näiteks sadamate rumisel kujunev murdlusvool (Zenkovitch 1967; projekteerimisel, et vältida merekanalite ja Bird 1985; Encyclopedia of Coastal… 2005). Lai- sadamasuudmete ummistumist (Martin, Orviku netuse iseloom omakorda sõltub tuulte režiimist, 1988; Orviku, Palginõmm 1998). rannalähedase merepõhja iseloomust ja mitmetest teistest teguritest. Tuule mõju kombineerumisel Tuul kannab rannaliiva edasi maismaale, ka piki muude teguritega võib Läänemere rannikul mere- randa, ning kuhjab selle eelluideteks ja rannikuvee tase ajuti tõusta meetreid kõrgemale keskmi- luideteks. Eelluidete esinemine ja aktiivne areng sest meretasemest, mis soodustab randadel tuge- on iseloomulik enamikule Eesti liivarandadele, vaid purustusi ja intensiivset setete edasikannet. eriti sellistele, kus lahe pärades esineb piisavalt Kõrge veetaseme korral lainete energia vabaneb rannaliiva, nagu Keibu lahe pära, Kloogaranna keskmisest rannajoonest oluliselt kaugemal maa supelrand, Narva Jõesuu, aga ka Kõpu ja Tahkuna pool, mille tulemusel toimub randade eriti aktiiv- poolsaare põhjarannik Hiiumaal ja mujal. Eel- ne areng nn ajuranna piires. Tekkinud muutused luidete aktiivne juurdekasv viitab tavaliselt liiva võivad jääda püsima aastakümneteks. Seda väidet rohkusele ja ranna suhtelisele stabiilsusele vaa- on kinnitanud ka Eesti rannikul viimastel aasta- deldaval alal. kümnetel tehtud ranna-protsesside ja randade Merejää tegevuse võib jagada kaheks. Ajujää rün- evolutsiooni iseärasuste uuringud (Orviku 1974b, ne võib aeg-ajalt rannasetteid kobestada (Orviku 1992; Orviku jt 2003, 2009). jt 2011), muutes pikalt stabiilsena püsinud randla- Tuule mõjul kujunevad ka merehoovused, mis lõike taas aktiivseks, rahne rannale lükata, ranna- koos lainetusega aitavad liigutada peamiselt hõl- äärseid puid ja põõsaid purustada.

Foto 1. Näide setete ristirändel kujunenud hobuserauakujulisest rannavallist (K. Orviku foto 1967).

Joonis 2. Setete pikiranda liikumise skeem.

86 Vastukaaluks võib aga ranna lähedale moodus- vee mõjude all. Tallinnas oleksid kahjud rahalises tunud jää kaitsta randa. Vaid sajakonna meetri väärtuses Eesti suurimad, sest riskivööndites (näi- laiune jääriba võib takistada lainetuse ulatumist teks suhteliselt madal Kakumäe laht, Tiskre oja rannale ja seeläbi mõneks ajaks rannaprotsessid suudme ja Harku järve vaheline ala ning suur osa sõna otseses mõttes ʽkülmutadaʼ. laugest Paljassaare poolsaarest) on rohkesti hoo-

Üha suuremat tähelepanu pööratakse inimtege- neid, tänavaid, elektriliine ja muid rajatisi. vuse osale randade arengus (Orviku 2001). Kah- juks on inimtegevuse mõju randlate arengule ta- UURIMISALAD JA METOODIKA valiselt seotud vigadega hüdrotehniliste ehitiste Randades toimuvate protsesside näiline lihtsus ja rajamisel (otsene mõju) või vääralt kavandatud arusaadavus ei peegelda kaugeltki rannavööndis majandusliku tegevuse aktiviseerumisega kogu toimuva tegelikku iseloomu. Rannaprotsesside rannikul (kaudne mõju). Eri tüüpi rannikud on põhjalikumaks mõistmiseks on tarvilik hea teo- olnud ka erineva inimasustusega. Vanimad ranna- reetiline ettevalmistus ja spetsiaalne aparatuur. äärsed asulad on arvatavasti üle 5000 aasta vanad. Ökoloogia instituudi baasil tegutsev uurimisrühm Maakoore tõusust tingituna on vanemad ranna- kontsentreerus kliima muutuse trendide ja kuhje- külad jäänud tänapäeva rannajoonest sisemaa randade arengu omavaheliste põhjuslike seoste suunas ning asuvad enamasti väljapool ohutsooni. analüüsile. Pideva tähelepanu all on viimastel Erandiks on mõned linnad, nagu Pärnu ja Haap- aastakümnetel olnud eripalgelised rannad Lääne- salu, samuti uued asulad või uuselamurajoonid, Eestis ja saartel, nagu Valgerand, Harilaiu pool- mis on kerkinud merele liiga lähedale ja seetõttu saare rannik, Järve-Mändjala liivarand, Luidja lii- jäänud korduvalt tormilainete meelevalda. varand, Tareste maasäär, Küdema ja Tagalahe Üha enam kasvab Eestis huvi rannaalade kasutu- kruusa-veeristiku- e kliburannad jt rannad (Orvi- selevõtmise vastu. Läänemere piirkonnas on ana- ku, Palginõmm 2002; Orviku jt 2003), Soome loogses arengustaadiumis Poola, Leedu ja Läti. lahe rannikul Narva-Jõesuu, Sillamäe, Aa, Kunda, Aktiivselt on asutud taastama endisi meretradit- Aegna, Pirita, Keibu, Nõva, Osmussaar jmt (Or- sioone. Kavandatakse ja ehitatakse uusi ning re- viku 1999, 2010; Orviku jt 1995, 2003, 2009, konstrueeritakse ja laiendatakse vanu sadamaid, 2011; Tõnisson jt 2007, 2008, 2011; Suursaar jt rannikule kavandatakse puhkealasid ja luuakse 2008). Suure osa eelnimetatud uuringualade aren- võimalusi mereturismi arendamiseks. Tihti toimi- gut on juba alates eelmise sajandi keskpaigast jäl- takse rannikul kitsastest huvidest lähtudes. Suvi- ginud üks autoritest (K. Orviku). Nõnda talletatud laid ja elamuid ehitatakse võimalikult lähedale väärtusliku faktilise materjali alusel on võimalik rannajoonele. Mida uhkem väljavaade merele, se- identifitseerida ka randade pikaajalisi muutusi, da suurem on krundi väärtus. Hoolimata ranniku selgitada nende evolutsiooni seaduspärasusi ja looduskeskkonna arengu iseärasustest ja kehtiva- uurida võimalikke seoseid kliimanähtuste ja inim- test seadusest rajatakse elamuid mere võimupiir- tegevusega. konda, kus ajuvesi ja tormilainetus hakkab neid Randlate iseloomu ja rannajoone muutuste kind- mõjutama (Orviku jt 2008). lakstegemine on toimunud peamiselt erivanuse- Muutuvate kliimatingimustega kaasneva Maail- lise kaardimaterjali võrdlemisel ja välitöödel mamere veetaseme kerkimisega võib ka Eesti kogutud andmete läbitöötamisel. Vanimaks piisa- rannikul tulevikus meretase märgatavalt tõusta. va täpsusklassiga kaardiks võib lugeda 20. sajandi See mõjutaks suhteliselt vähem Põhja-Eesti ranni- algusaastatel koostatud nn üheverstalist kaarti kut, suuremas ulatuses aga Lääne-Eesti ja saarte (1:42 000) ja selle põhjal tehtud Saksa 8. armee rannikut. Näiteks Pärnu lahe lauge rannik koos kaarti (1:25 000) aastast 1917. Oluliseks andme- Pärnu linnaga on korduvalt kannatanud kõrge aju- allikaks on aerofotod, millest vanimad pärinevad

87 1950ndatest aastatest. Uusimaks ja täpseimaks saar jt 2008, 2011) ning nende abil kalibreeritud alusmaterjaliks on ortofotod, mille tegemist alus- lihtsa üheparameetrilise lainemudeli ja kohalike tati 1992. aastal. Tänaseks uuendatakse ortofo- tuuleandmete baasil genereeritud pikemaajaliste tosid 3–5 korda 10 aasta jooksul. Ortofotodelt lainetuse aegridadega. Kogu andmestik on oma- leitav rannajoon võib peegeldada veepiiri asendit korda seostatud klimatoloogiliste parameetritega erinevate meretasemete korral. Seetõttu kontrol- nagu tormipäevade arv, tuulte suundade muutlik- litakse pildistamise hetke meretasemeid ja suurte kus, jääpäevade arv (Jaagus 2006). Pikaajalisi erinevuste korral jäetakse ebasobivad ortofotod muutusi tormide sageduses Eesti läänerannikul edasistest uuringutest välja. Vanadel kaartidel, analüüsiti Mann-Kendalli testi abil (mis ei vaja aero- ja ortofotodel olevad rannajooned on viidud andmeridade normaaljaotust ega ole tundlik üksi- vektorkujule ja koondatud ühtsesse andmebaasi. kute lünkade suhtes vaatlusandmestikus) erineva- Andmete töötlemiseks kasutatud tarkvara Map- te ilmajaamade (Vilsandi, Sõrve, Kihnu, Kunda info ja ESRI abil on võrreldud eriaegsete kaartide jne) vaatlusmaterjali baasil (Orviku jt 2003). Tu- rannajooni, leitud muutuste ulatus ja dünaamika. gevamaid rannapurustusi on põhjustanud mitte

Viimasel kümnel aastal on läbi viidud ranna- üksikud lühiajalised tormid, vaid pikemaajalised joonte GPS-mõõdistused, mis aitavad välja tuua nädalaid või lausa kuid kestnud eriti tormised pe- ka lühiajalisi muutusi. Nende abil on detailsemalt rioodid. Kõige enam on tugevate tormide sagedus kirjeldatud ka uuringualadel esinevate rannamoo- kasvanud Lääne-Eestis ning eelkõige külmal pool- dustiste kuju ja paiknemist. Alates 2010. aastast aastal (Orviku jt 2003). Saadud tulemused korre- kasutatakse diferentsiaal-GPS-i, mille täpsus on leeruvad hästi Läänemeremaade teistes piirkondades saadud tulemustega (Alexandersson jt 1998). iseloomustatav millimeetrites.

Uuringualadelt on koostatud ka mitmeid maastiku Et ilmajaamade vaatlused toimuvad kindla pe- ristprofiile. Nende loodimist alustatakse tavaliselt rioodiga, ent rannajoone muutuste fikseerimine veepiirist (st välitööde ajal esinenud mereveetase- käib ebaregulaarselt, on nimetatud nähtuste ja mest). Andmed seostatakse hiljem välitööde päe- protsesside vahelisi seoseid raske kindlaks mää- val olnud veetasemega, mis on omakorda saadud rata. Paljuski tuleb siin toetuda pikaajalistele ko- Eesti Meteoroloogia ja Hüdroloogia Instituudist. gemustele, millest olulisim on see, et suurimad Sageli ulatuvad profiilid rannanõlvale kuni 1,5–2 rannapurustused toimuvad kestvatel tormipe- meetri sügavuseni rannikumerre. Erakordselt rioodidel kõrge meretaseme tingimustes. Tava- väärtusliku võrdlusmaterjalina on kasutatud ühe liselt fikseeritakse vaid tormi lõpptulemus, kuid autori (K. Orviku) poolt 1960.–1980. läbiviidud rannakeskkonna evolutsiooni prognoosimiseks, välimõõdistuste andmeid – profiile, mensulmõõ- rannikulooduse ja inimtegevuse vaheliste suhete distusi ning eri aegadel tehtud fotosid. Uusimate analüüsimiseks ning siin valitsevate protsesside võimalustena on lisandunud LIDAR kaardista- hindamiseks oleks vaja põhjalikult läbimõeldud mise andmed, mis võimaldavad analüüsida rannas eksperimente saamaks andmeid in situ just aktiiv- ümberpaigutatavate setete mahtu. Rannikumere se arengu ajal, s.o tugeva tormilainetuse tingi- sügavuste kirjeldamiseks on kasutatud kajaloodi. mustes. Rannamoodustiste siseehituse ja kujunemistingi- muste analüüsimiseks on alates 2010 a kasutusele TUGEVNENUD TORMISUSE MÕJU EESTI võetud georadar SIR-3000, mis võimaldab ker- RANDADELE gesti ja keskkonnasõbralikult analüüsida uurin- Nii Eesti kui kogu Läänemere regiooni ilmajaa- gualade geoloogilise ehituse iseärasusi. made XX sajandi vaatlusandmestik näitab sooje- Rannamuutuste andmed on seostatud hüdrodü- nemise tendentsi (Heino 1994; Moberg, Alexan- naamiliste protsesside mõõtmisandmetega (Suur- dersson 1997). Eesti rannikul paiknevate ilmajaa-

88 made vaatlusandmete homogeniseeritud aegrida- nõmm 1998). Tormipurustuste all kannatasid taas de lineaarse regressioonanalüüsi tulemused ajava- Valgerand, Aegna saare lõunarannik jt piirkonnad. hemikust 1900–1999 näitavad aasta keskmise Lähiaegade viimased eriti tugevad tormid olid õhutemperatuuri tõusu 0,7–1,0 ºC võrra (Jaagus Eestis ja kogu Läänemere rannikul 2001. a no- 1996, 2003, 2008; Kont jt 2002). Soojenemine on vembris, 2005. a jaanuaris ja 2007. a jaanuaris. olnud kõige suurem kevadel (märtsist maini 1,1– Ulatuslikke rannapurustusi esines erinevate ran- 1,6 ºC) ning talvel (detsembrist veebruarini 0,7– natüüpide piires praktiliselt kogu Eesti rannikul. 1,0ºC). Selle ilmekamaiks tagajärjeks on Lääne- Eriti tugevasti kannatasid liivarannad. Saaremaal mere jääkatte kestuse lühenemine (Haapala, Lep- Harilaiu poolsaarel Kiipsaare neemel nihkus ran- päranta 1997). naastang vanades luitevallides tänu ulatuslikule Enamik torme esineb külmal poolaastal oktoob- liiva ärakandele 2001. aasta tormiga kohati kuni rist märtsini, mil atlantilise õhumassi sagedane 30 meetrit maa suunas, ning 2005. a täiendavalt sissetung on peamine sooja õhu allikas ning üht- ligi 15 meetrit (Tõnisson jt 2008), 2007. a jaanua- lasi intensiivse tsüklonaalse tegevuse ja sagedaste ritormiga taganes Kiipsaare neeme rannaastang tormide põhjustaja. Tormisuse kasvu, eriti XX 35–50 meetrit (Orviku jt 2009). Ulatuslikud ran- sajandi teisel poolel, on täheldatud mitmel pool napurustused esinesid 2001. ja 2005. aastal veel Põhja-Euroopas (Carter, Draper 1988; Gulev jt Järve-Mändjala puhkerannal, Pärnus ja Valgeran- 2002; Alexandersson jt 1998). Märkimisväärseid nas, kruusa-veeristikrandadel Sõrve poosaare ti- muutusi Läänemere regiooni tuulterežiimis on pus ja Küdema lahes. Tugevad purustused esine- näidanud Ekman (1999) veetaseme pikaajaliste sid samal ajavahemikul ka Ruhnu idarannikul. muutuste kontekstis. Tallinnas intensiivistus liivakivipankade murrutus

Samaaegselt ülalmainitud protsessidega Lääne- Kakumäe poolsaare rannikul. Pankade ja astan- meremaades on fikseeritud suured muutused ja gute taandumist täheldati ka mitmel pool mujal Eesti rannikul. intensiivistunud abrasioon Eesti kuhjerandadel, eriti liivarandadel (Orviku 1992, 1993; Orviku jt Korduvalt on tugevate tormide tõttu kannatanud 2003, 2009 jne). Kuna meretaseme tõus Eestis on Pirita supelrand, nagu näiteks 1967. ja 1975/76 valdavalt neutraliseeritud maakerke poolt, võib aasta tormiga. 1980. a suveolümpia eel randa re- arvata, et kuhjerandade intensiivne abrasioon tu- konstrueeriti ja toodi siia täiendavalt ca 30 000 leneb sagenenud ja tugevnenud tormidest. Sama m³ liiva. 2001. a 15.–16. novembri tugeva tormi- on täheldatud ka Kanada idarannikul (Shaw jt ga toimusid suured purustused. 2005. a jaanuari- 1998). Tormisuse kasv on eriti tähelepanuväärne torm süvendas veelgi Pirita liivaranna kehva sei- Läänemere idaosas, sest läänekaarte tuuled jää- sundit. See on ka loomulik, sest viimasest ranna vaba mere tingimustes põhjustavad ajuvee kõrge rekonstrueerimisest enne olümpiaregatti on möö- taseme just seal. dunud enam kui 25 aastat ning ranna looduslik

Väga tugevalt mõjutasid Eestis mererandu 1990. kaitsevõime on järjest vähenenud. Iga järgmine aasta jaanuari–märtsi tormid. Saaremaa Järve- torm võib siin tekitada uusi ja ulatuslikke eba- soovitavaid muutusi (Orviku 2010). Mändjala liivane rannaastang taandus koos luide- tega mitme kilomeetri pikkusel lõigul 4–5 m võr- Lisaks tormilainetele vähendavad kaitsvat liiva- ra ja umbes 4 km pikkuselt rannikulõigult kanti kogust rannas ka tugevad tormituuled, mis liiva ära üle 30 000 m³ liiva. Vastavad vaatlusandmed maismaale metsa alla puhuvad. Võsul ja Narva- on avaldatud populaarteaduslikus artiklis (Orviku Jõesuus on randa viivad teed sageli liiva täis 2003). Suured muutused olid siis ka Ruhnu saare kantud. Pirita metsaalune on mõnigi kord pärast idarannikul Limo liivaranna piires (Orviku, Palgi- tormi lausa valge.

89 MARKANTSED ARENGUD käigus liivarand taganes ja tuletorn sattus üha kaugemale merre, tormilainete meelevalda. Torni HARILAIU POOLSAAR JA KIIPSAARE TULETORN kalle suurenes vähehaaval ligi 9 kraadini. 2008. Saaremaa looderannikul on üks seni detailsemalt aasta kevadeks oli torni jalami ja rannajoone va- uuritud ning samas kiiremini arenevaid ranniku- heliselt alalt tublisti liiva ära kantud, merepõhi alasid Eestis (joonis 3). Selle piires võib esile mõnevõrra süvenenud ja rannajoon märgatavalt tuua erineva geoloogilise ehituse ning eksposit- maa suunas taganenud. Tormilainete energia ra- siooniga uurimisala, nagu Kiipsaare nukk, mida kendus nüüd ka vundamendi maismaapoolsele iseloomustavad avamerele hästi eksponeeritud lii- küljele. Selle tulemusel kanti torni jalami maa- varannad ja Kelba nukk − kruusa-veeristikuvalli- poolselt küljelt liiva minema ja torn vajuski osali- dest koosnev maasäär. selt lehtrisse tagasi – ajas end püsti.

Viimase sajandi vältel on oluliselt muutunud Ha- RANNAJOONE MUUTUSED KIIPSAARE NEEMEL rilaiu poolsaare kontuurid (joonis 4). Harilaiu loo- 1900. aastal oli praeguse tuletorni asukohas loo- deosas asub ka kuulus Kiipsaare tuletorn. See ehi- desse sirutunud Kiipsaare neeme laius ca 300 m tati 1933. aastal tollase poolsaare keskossa, kuid (joonis 4). Järgnevad usaldatavad andmed pärine- tänaseks asub rannajoonest umbes 30 m kaugusel vad 1955. a, mil neeme edelarand oli taganenud meres (fotod 2). Vahepeal oli ta umbes 10-kraadi- umbes 25 meetrit maa suunas, kuid idapoolne se nurga all, kuid nüüdseks jälle püstises asendis. rannajoon (Uudepanga lahepoolne) nihkunud ligi Niisugust liikumist võib selgitada järgmiselt. 45 meetrit mere suunas. Perioodil 1955–1981 oli Ajal, mil tuletorn asus vahetult liivase astangu märgata läänest ja edelast lähtuva lainetuse mõju pervel, viis murdlusvool torni vundamendi mere- olulist tugevnemist, mille tulemusel avamerepool- poolselt küljelt liiva minema ja tuletorn hakkaski ne rannajoon taganes ligi 40 meetrit. Juurdekasv viltu vajuma. Rannaastangu jätkuva erosiooni neeme idaküljel jäi 25 meetri lähedale.

KIIPSAAR E

HARILAID

Joonis 3. Harilaiu poolsaar KELBA ning Kiipsaare ja Kelba uuringu- alad.

Foto 2. Kiipsaare tuletorn aastatel 1991, 2005, 2009.

Joonis 4. Rannajoone muutused Kiipsaarel.

91 Ajavahemikul 1981–1988 olid murrutusprotsessid rannikul liikuvate ja kuhjuvate rannaliivade alla, võrdlemisi loiud: rand taganes 8 meetrit neeme kuid uhuti nüüd uuesti päevavalgele hoopis nee- lääneküljel ja kasvas ca 10 meetri võrra neeme me vastasküljel, s.o läänerannal. Piltlikult öeldes idaküljel. Edasi on toimunud protsessides oluline on neeme tipp 100–150 aasta jooksul liikunud pööre. Aastail 1988–2002 toimus neeme järkjär- vrakkidest üle. Eesti rannikul on see teadaolevalt guline kitsenemine nii läänest (ca 45 m) kui idast esmane taoline õnnelik juhus, kus rannaprotses- (ca 25 m). Viimaste tormide käigus neem kitse- side tulemusel aktiivne rannamoodustis umbes nes jätkuvalt ja pikenes loode suunas. Murrang sajandi jooksul nagu rullub üle kindla objekti. toimus aga 2002–2009, kui 2005. a nn sajandi Kui arvestada 2000. a leitud vraki ligikaudseks tormiga taganes Kiipsaare läänepoole rannaastang vanuseks merearheoloogide hinnangu põhjal üle 20 meetri, muutes ranna järgnevate tormide 100–150 aastat, siis on see heas kooskõlas Kiip- suhtes väga tundlikuks. saare neeme arengu kohta kaardimaterjali alusel

Järgmist tugevat tormi ei tulnud oodata kaua. tehtud järeldustega. Kahjuks ei tehtud kohe puidu 2007. aasta jaanuaris toimus rannaprotsesside sei- dateeringuid ning 2001. a tugeva sügis-talvise sukohalt Kiipsaare neemel viimase kümnendi tormi käigus taganes rannaastang uuesti kümneid suurim muutus. Kui seni oli Kiipsaare nukast läh- meetreid, ning aasta tagasi astangust väljauhutud tunud loodesuunaline liivasäär, mis keskmise me- vrakist polnud enam jälgegi järel. retaseme korral kuiva jalaga läbitav oli, siis 2007. RANNAJOONE MUUTUSED KELBA NUKAL. a jaanuaritormi tagajärjel see kadus ja 2008. aas- Veel selgemad seosed tormide ja rannaprotsesside taks oli selles kohas ligi 2 meetri sügavune meri. vahel ilmnevad Harilaiu kaguosas Kelba nukal, Ka Kiipsaare rannaastang taganes 2007. aastal mis on uute kruusast ja veeristikust rannavallide kohati kuni 50 meetrit. Rannajoon neeme lää- arvel pidevalt pikenev maasäär (joonis 5). Uued nepoolsel küljel taganes samuti kümnete meetrite rannavallid moodustavad selgesti eristatavaid võrra (joonis 4). Huvitava faktina võib märkida kasvujätkeid ning tekivad lääne- ja eriti loodetor- seda, et 2010. a talvel tekkis uus kitsas põhja- midega Harilaiust edelas paiknevatelt madalatelt suunda sirutuv maasäär. ning maasääre tüveosast murrutatud settematerjali

Sajandi vältel on poolsaare loodetipp, Kiipsaare kuhjumisel maasääre distaalsesse ossa. Kelba nukk, kulutus-kuhjeprotsesside tulemusel pöördu- maasääre pikenemist ja laienemist näitab nii eri nud enam põhjasuunas, muutudes samaaegselt pi- aegadest (1955, 1981, 1995) aerofotode kui ka kemaks ja kitsamaks. Kiipsaare neeme lääne- mõõdistusandmete võrdlus (Orviku 1974a; Rau- ranniku vanade rannajoonte asenditest annavad kas jt 1994; Tõnisson jt 2011). Iga-aastaste kor- ettekujutuse luitestunud rannavallide seeriad. dusmõõdistuste tulemusena arvutatud maasääre Need pole tänapäevase rannajoonega paral- pindala muutumine ning leitud arengu trend näi- leelsed, vaid lõikuvad sellega ligi 45° nurga all tavad selget juurdekasvu kiirenemist. Kui ajava- (foto 3), mis viitab siin pika aja välted toimunud hemikul 1900–1954 on Kelba maasääre pindala muutused olnud keskmiselt 400 m2/a, siis 1955– ulatuslikele kulutus- ja kuhjeprotsessidele. 2 1980 oli see pisut üle 700 m /a. Muutuste kiirus LAEVAVRAKK KUI RANNAJOONE MUUTUSTE INDIKAATOR kasvas oluliselt perioodil 1981–1997, mil see Neeme ümberpaiknemisest kulutus- ja kuhjeprot- ulatus juba üle 3000 m2/a. Viimasel kümnendil sesside mõjul ida poole annavad kinnitust ka (1998–2009) on aga sealsete muutuste keskmine 2000. a kevadel ja 2010. a suvel pärast talviseid kiirus jõudnud juba 5000 m2/a tasemele. Sealne torme neeme läänerannal astangus paljastunud muutuste kiiruse kasv on heas korrelatsioonis aas- laeva(paadi-)vrakkide jäänused (fotod 4). Tõe- taste maksimaalsete meretasemete kasvu ja mak- näoliselt mattusid need mingil ajal poolsaare ida- simaalsete lainekõrguste kasvuga (Tõnisson 2008).

Foto 3. Vanad vallid ristuvad praeguse rannajoonega umbes 45 kraadise nurga-all.

Foto 4. Kiipsaare neemelt leitud laevavrakid aastatel 2000 (a) ja 2010 (b).

Joonis 5. Rannajoone muutused Kelba maasäärel.

Sarnased arengutendentsid on ilmnenud ka mit- randa on tormilained räsinud juba mitmel korral. mel teisel uurimisalal. Saaremaa lõunarannikul Ühelt poolt on põhjuseks arvatavasti Narva jõe Järve rannas (Orviku 2006b) taandus liivaastang paisutamine veehoidlaks seoses hüdroelektrijaa- 1990. a tormiperioodil (8 tormipäeva maksimaal- ma ehitusega 1956. a. Selle tulemusena jõe voolu- se tuulekiirusega 25 m/s lõunast ning veetase kuni hulk kevadise suurvee ajal järsult vähenes ning 171 cm üle pikaajalise keskmise) 4–5 m võrra. ühtlasi vähenes ka jõekallaste erosioon ning sete- Üle 6500 m3 liiva kanti rannast ära. Võrreldavad te transport ja kuhje suudmealale. muutused esinesid ka 2005 aasta 9. jaanuari tor- Teiselt poolt on vähenenud rannaliivade juurdetu- miga, kui astang taganes umbes 4 meetrit (Tõnis- lek läänepoolsetelt kulutusaladelt (Orviku, Romm son jt 2008). 1992). Selle tulemusena on mitmed tugevad tor- NARVA-JÕESUU mid kandnud liiva rannast ära Narva lahe idapiir- Kirde-Eestis on mitmeid tähelepanu pälvivaid konda. Looduslikud protsessid ei ole suutnud piirkondi. Sarnaselt Pärnu ümbrusega on Merikü- seda enam kompenseerida. Olukorra leevendami- la ja Narva-Jõesuu vaheline lõik Eesti üks hinna- seks rajati möödunud sajandi 80. aastate lõpus tumaid puhkepiirkondi. Sealset suurepärast liiva- Narva jõe suudme lääneküljele muul, mis pidi

94 kaitsma laevateed ummistumise eest ning teisalt ranna piirkonnas (Orviku 2006b), mis on viimas- pikiranda liikuvate liivade tõkestamise teel tel aastakümnetel korduvalt ja enim kannatanud laiendama olemasolevat liivaranda. Täiendavalt tormikahjustuste all. Ka varemalt on tormidega pumbati liiva merepõhjast rannale. Kuigi Järve luidetesse kujunenud murrutusastang olnud nimetatud meetmed parandasid oluliselt Narva- värskeilmeline, ilma kaitsva rusukaldeta (fotod Jõesuu liivaranna looduslikku seisundit ja 6). On väga tõenäoline, et aja jooksul on murru- kaitsesid laevateed ummistumise eest, ei viidud tusastang taganenud kümneid meetreid ja oma- neid tegevusi lõpuni. aegsete luidete kõrgeim osa on hävinud. Sellele viitab ka murrutatava luiteaheliku reljeefi maa- JÄRVE-MÄNDJALA-NASVA suunaline kalle, mis näitab, et tegemist on juba liivase astangranna arengu näol on tegemist luiteaheliku maapoolse nõlvaga. klassikalise näitega, mis iseloomustab viimaste aastate muutusi meie rannikul, kus ekstreemsete Kulutusalast kagusuunas paiknev 1,8 km pikkune looduslike tingimuste kokkulangemine (sesoonne randlalõik kuni Mändjala kämpinguni on valda- kõrge meretase, erakordselt tugev tormituul, mil- valt stabiilne liivarand. Aktiivse liivaranna maa- lega kaasneb kõrge ajuveeseis, jäävaba meri, ning poolsel piiril on rannataimestikuga kattunud eel- külmumata setted) on peamiseks rannaprotsesside luidete vööde, mille lõunapoolse osa stabiilne aktiviseerumise põhjuseks (Orviku jt 2003; Or- areng viitab pikiranda liikuvate rannasetete hulga viku 2006a). Samaaegselt kulutuse aktiviseerumi- püsivale iseloomule. Selle rannalõigu keskosast sega on kiiremaks ja intensiivsemaks muutunud algab veealune kuhjeline liivamoodustis – ranna- ka kuhjeliste rannavormide areng. barr, mis lõunapool Männikäbi supelranda hakkab eemalduma rannajoonest ja pöördub Nasva Kogu Suure Katla lääne-looderannik Tehumardi- jõe suudme suunas. Seoses sadamamuuli lääne- Järve piirkonnast kuni Nasva sadamani kuulub küljele kujunenud rannabarri liitumisega sadama- ühtsesse kulutus-kuhjesüsteemi (joonis 6). Valdav muuli otsaga (sisuliselt uue rannajoone moodus- kulutusala on ca 3 km pikkune randlalõik Järve tumisega) liiguvad setted juba merekanalisse ja kõrgete luidete piirkonnast kirdes ja Järve Kesk- ummistavad sadamasuuet (Orviku 2006b).

Joonis 6. Järve ranna ja Nasva sadama- vahelise piirkonna setete liikumise põhimõtteline skeem.

Foto 5. a) Järve kõrgetesse luidetesse kujunenud astang pärast 1967. a sügistormi, b) Järve luidete eest on liiv Nasva suunas ära kantud (K. Orviku fotod 1967 ja 1964).

Selle piirkonna iseärasus on, et Tehumardi-Järve teele kaevatakse süvend, kus setted hakkavad rannaastangute murrutusel moodustuv settema- kuhjuma enne, kui need jõuavad merekanalisse terjal liigub lainetuse ja tormihoovuste toimel in- (Encyclopedia of... 2005). Liivade loodusliku pi- tensiivselt piki rannajoont Nasva sadama suunas, kiranda rände puhul on sellise profülaktilise abi- mis settevoolu seisukohalt paikneb setete lõpliku nõu kasutamine kõige ratsionaalsem. kuhjumise piirkonnas (Orviku 2006b). Seetõttu ei 2005. A JAANUARITORMI TAGAJÄRJED EESTI RANNIKUL ole suured purustused Järve-Mändjala supelranna 2005. a 9. jaanuaril Läänemeremaades möllanud piires kuidagi seotud Nasva sadama ehitusega. erakordselt tugev torm Gudrun tabas Eestit ja Tugevad liivaastangu purustused esinesid näiteks meie rannikut eriti tugevasti. Tsükloni kese möö- aastail 1933/1934, 1954 ja 1969, teisisõnu palju dus meist umbes paarsada kilomeetrit põhja poolt, aastaid enne kui Nasva jõe suudmes 1970. aastal mistõttu Eesti territoorium sattus kõige tugeva- alustati muuli ehitust. Purustused jätkusid aastatel mate tuulte tsooni. Edela- ja läänetuulte kiirus (10 1975, 1990 ja 2005, mil sadam valmis oli. Inten- minuti keskmisena) ulatus Lääne-Eesti rannikul siivsete purustusperioodide kokkulangevus sada- 28 m/s, tuulepuhangud 38 m/s Kihnus ning 34 ma laiendustöödega on juhuslik (Orviku 2006b). m/s Ruhnus ja Sõrves. Torm põhjustas katastroo- Seega mitte sadam ei põhjusta purustusi Järve filise üleujutuse Pärnu linnas, hõlmates enda-alla rannal, vaid hoopis vastupidi – Järve-Mändjala ca 8 km2. Pärnus registreeriti seni kõrgeim mere- liivaastangu viimaste aastakümnete tugevad tor- tase +275 cm (Suursaar jt 2006). Kuna oli teada mipurustused lisavad hulgaliselt merre uut liiva, testalade randade seisund enne tormi, siis muu- mis piki randa kagu suunas edasi liikudes ohustab tuste fikseerimisel vahetult pärast tormi vaibumist Nasva sadama ekspluateerimist (Orviku 2006a). saadi väga huvitavaid tulemusi, sealhulgas kõne- Ulatusliku ummistumise vältimiseks Nasva sada- kaid tõendeid mõnede varasemate hüpoteeside ma suudmealal ja merekanalis on alustatud enne- kinnituseks. Nii nagu mõne eelnenud tugeva tor- tavat süvendamist, ammutades liiva Nasva sada- mi puhul oli ka Gudruni poolt tekitatud suurte ma läänemuuli lõunaküljelt: rannasetete liikumise rannapurustuste eelduseks jäävaba mere, enne

96 tormi suhteliselt pikka aega püsinud kõrge veeta- nikul kui ka mitmel pool Eesti rannikul on seme ja selle foonilt arenenud väga intensiivse toimunud luidete pindala kahanemine ning suu- tormilainetuse koosmõju. Kuigi torm oli võrdle- renenud luitemaastike fragmenteeritus sinna raja- misi lühiajaline, vabanes laineenergia keskmisest tud puhkeotstarbeliste ehitusobjektide, teede jm rannajoonest oluliselt kaugemal sisemaal, mõnes infrastruktuuri arvelt. Niisugune luitemaastike kohas isegi kaugemal kaasaegse randla maapool- killustamine on suureks ohuks sealsele õrnale sest piirist. ökosüsteemile, vähendades ühtlasi randade vastu-

Kruusa-veeristikurandadel rannavallidest moo- panuvõimet sageli esinevatele väga tugevatele dustunud maasäärtel enne ja pärast väga tugevaid tormidele (Stancheva jt 2011). torme või tormiperioode tehtud uuringud on või- KOKKUVÕTE maldanud määrata nende arengu sõltuvusi meretasemest ja tormide parameetritest, nagu tuule Viimaste aastakümnete randade ehituse ja evo- kiirus, suund, tormi kestus jne. Nendel randadel, lutsiooni komplekssete uurimistööde tulemused mis on tormilainete eest enam kaitstud, kujunevad on märgatavalt laiendanud arusaamu selle dünaa- väga tugevate tormide ajal vaid paarikümmend milise keskkonna seaduspärasustest. Uurimustu- cm maksimaalsest meretasemest kõrgemad ranna- lemused on veenvalt tõestanud, et: vallide harjad. Seejuures omab suurt tähtsust tuu-  Suurimad muutused Eesti randadel, nii le suuna muutuse ja meretaseme omavaheline rannajoone paiknemise ja kontuuri kui ka seos. Nii näiteks Saaremaa põhjarannikul Kooru- rannamoodustiste morfoloogia ja dünaa- nõmmel, kui 2005. a jaanuaritormi viimases faa- mika osas, on aset leidnud ebatavaliselt tor- sis pöördus tuul loodesse, mis suunas on avatud mistel perioodidel väga kõrge ajuvee tin- ka uuritav ala, oli meretase juba alanenud ning gimustes, soojadel talvedel, kui meri on tormilainete tegevus seetõttu ei avaldanud enam jäävaba ja rannasetted külmumata, teisi- suurt mõju. Samal ajal olid Kelba maasäärel, mis sõnu mitmete erakordsete looduslike tingi- oli avatud tuultele ja lainetele tormi harjal, muu- muste kokkulangemisel. Sellistes, reeglina tused oluliselt suuremad. Setete defitsiidist tule- sügistalviste tugevate tormituulte ning aju- nevalt on tugevad tormid asunud intensiivselt tise kõrgvee tingimustes, toimuvadki ran- murrutama varem tekkinud rannamoodustisi, mis- dadel olulisemad, sageli pöördumatud tõttu tormituultele avatud rannalõikudes toimub muutused, kuna randade murrutus, aga ka isegi kruusa-veeristikurandade taandumine endi- setete transport ja kuhje toimub keskmisest sel setete kuhje ja rändealal. Uuringute ühe täht- veetasemest kõrgemal ja kaugemal maa saima tulemusena võib väita, et Gudrun tekitas pool, sageli isegi eelluidete jalamil. Lääne-Eesti kuhjerandades märksa suuremaid  Kõige tuntavamad muutused rannikukesk- muutusi kui eelneva 10–15 aasta tormid kokku. konnas, mis on fikseeritud rannajoone Kruusast ja veeristikust koosnevad rannavallid, asendite muutustena ja rannakahjustustest mis kuhjati jaanuaritormiga, paiknevad sedavõrd haaratud rannaalade laienemisena mitmel kaugel keskmisest rannajoonest ning kõrgemal pool Eesti randades, on toimunud hüppe- keskmisest meretasemest, et nende püsimine seal liselt, ning seejärel lühemaks või pikemaks muutumatul kujul näib kestvat kaua (Tõnisson jt ajaks püsima jäänud. 2007, 2009).  Kliimaandmete analüüsi tulemuste kõrvu-

2010. a alustati uuringuid, mis keskenduvad ran- tamine nüüdisrandade geoloogilis-geomor- nikuluidetele ja nende kahanemisele tingituna tor- foloogiliste uuringute tulemustega näitab misuse kasvust ja inimtegevuse intensiivistumi- märgatavaid seoseid rannaprotsesside akti- sest rannikutel. Nii Bulgaaria Musta mere ran- viseerumise ning intensiivistunud tsüklo-

97 naalse tegevuse vahel. Erakordselt tormi- konstrueerimisel või hooldamisel võimalik nende sed perioodid on esinenud rannikul ebare- ekspluatatsioonitingimusi õigeaegselt kohandada gulaarselt, kuid viimastel aastakümnetel võimalikele globaalsetele kliimamuutustele, ees- sagedamini. Tormide sagedus on oluliselt kätt meretaseme tõusule. kasvanud talvekuudel.  Rannikualade majandamisel soovitatakse Euroo- Sageli levivad Eesti ranniku hõivamise käigus pa Liidus lugeda rannikuks ca 3 km maismaa ja väärseisukohad randade muutuste, sadamate ja 300 m laiust rannikumere vöödet. Selle õrna ja looduskeskkonna omavaheliste vahekordade koh- kiirelt muutuva rannakeskkonna dünaamika ja ta, mis pole seletatavad ei aabitsatõdedega, ega evolutsiooni iseärasuste selgitamisse tuleb väga teaduslike uurimistulemustega. Oleme minetanud tõsiselt suhtuda, et leida loodussõbralikke lahen- rannarahvale nii omase ʽtalupoja tarkuseʼ, ega dusi inimese heaolu rahuldamiseks. Iga konk- taha tunnistada selle keerulise looduskeskkonna reetset randlalõiku tuleb vaadelda arengulistes se- arengu iseärasusi. Aasta-aastalt kasvab rannaala- ostes naaberaladega (kulutus-kuhjelised süstee- de majandamise osatähtsus. Järgneva sammuna mid), mitte unustades seejuures seoseid rannalä- peab organiseerima rannikualade teemaplanee- hedase mere ja maismaa vahel. ringud ja töötama välja selle rahastamise skeemi. Rannik on dünaamiline piir kahe looduskesk- Selliste tööde tulemusena paraneks loodushoid ja konna piirimail, mis vajab meie igapäevase te- väheneks inimese hävitav sissetung sellesse õrna gevuse huvides tõsist teaduslikku lähenemist. Nii ja dünaamiliselt aktiivsesse rannakeskkonda. suudame säilitada ranniku looduslikke, esteetilisi Kus võimalik, tuleks randu tiheasustusega piir- ja majanduslikke väärtusi ka pikemas perspek- konnas, sh ka linnades, tõhusamalt kindlustada tiivis. erakordse meretaseme tõusu ja tormilainete eest. Kindlasti ei päästaks tammid ega muud kaitse- VIITED vallid Pärnu linna, kus tuleb olukorraga ilmselt kohaneda ning uute hoonete paigutamisel ja ehi- Alaxandersson, H., Schmith, T., Iden, K., Tuo- tamisel rakendada sobivamaid meetodeid. Maa- menvirta, H. 1998. Long-term variations of the ilmas on näiteid, kuidas randade taandumist on storm climate over NW Europe. Global Atmos. püütud tõkestada massiivsete seinte rajamisega, Ocean Syst., 6, 97–120. mis on aga omakorda põhjustanud intensiivsemat Bird, E. C. F. 1985. Coastline Changes: A Global erosiooni naabruses asuvates randades. Väärtus- Review. Wiley, New York. like liivarandade säilitamiseks on võimalik kasutada liiva pumpamist rannale, või selle juurde- Carter, D. J. T., Draper, L. 1988. Has the north- toomist maismaa karjääridest, mis on väga kallis east Atlantic become rougher? Nature, 332, 6164, ettevõtmine. Selliselt käituti näiteks 1970ndatel 494. aastatel, kui karjääridest toodi Pirita randa ligi 3 Ekman, M., 1999. Climate change detected 30 000 m liiva, mis kahjuks jäi ühekordseks through the world´s longest sea level series. ettevõtmiseks. Tänaseks, eriti pärast 2005 a tormi, Global Planet. Change, 21, 4, 215–224. on Pirita liivaranna Merivälja poolne osa jätku- valt halvas seisukorras. Encyclopedia of Coastal Science. 2005. Springer.

On selge, et ka sadamaid tuleb aeg-ajalt renovee- Gulev, S. K., Jung, T., Ruprecht, E. 2002. Clima- rida ning kohandada vastavalt muutunud loodus- tology and inter annual variability in the intensity oludele. Eriti kehtib see oletatava Maailmamere of synoptic-scale processes in the North Atlantic tõusu kohta. Õnneks on hüdrotehniliste rajatiste from the NCEP-NCAR reanalysis data. J. Cli- eluiga 40–50 aasta piires, seega on sadamate re- mate, 15, 8, 809–828.

98 Haapala, J., Leppäranta, M. 1997. The Baltic Sea Artificial Structures and Shorelines. Kluver Aca- ice season and the changing climate. Boreal Env. demic Publishers, 53–57. Res., 2, 1, 93–108. Mereleksikon. 1996. Eesti Entsüklopeediakirjas- Heino, R. 1994. Climate in Finland during the tus, Tallinn. period of meteorological observation. Finnish Meteorological Institute Contributions, 12, 1– Moberg, A., Alexandersson, H. 1997. Homogeni- 209. zation of Swedish temperature data. Part II: Homogenized gridded air temperature compared Jaagus, J. 1998. Climatic fluctuations and trends with a subset of global air temperature since in Estonia in the 20th century and possible cli- 1861. Int. J. Climatol., 17, 1, 35–54. mate change scenarios. Kallaste, T., Kuldna, P. (eds). Climate Change Studies in Estonia. Stock- Orviku, K. 1974a. Moрские берега Эстонии holm Environment Institute Tallinn Centre, Tal- [Eesti mererannavöönd]. Tallinn. linn, 7–12. Orviku, K. 1974b. Использование результатов Jaagus, J. 2003 Kliimamuutuste tendentsid Eestis исследования геологии современных берегов 20 sajandi teisel poolel seostatuna muutustega при выяснении истории Балтийского моря atmosfääri tsirkulatsioonis. Uurimusi Eesti klii- [Nüüdisrandade uurimistulemuste kasutamine Balti mast. Publ. Inst. Geogr. Univ. Tartuensis, 93, 62– mere geoloogilise ajaloo uurimisel]. Baltica, 5, 79. 163–170.

Jaagus, J. 2006. Climatic changes in Estonia Orviku, K. 1992. Characterisation and evolution during the second half of the 20th century in of Estonian seashores. Tartu Ülikool, doktoritöö relationship with changes in large-scale atmo- ingliskeelne kokkuvõte. spheric circulation. Theor. Appl. Climatol., 83, 1- Orviku, K. 1993. Nüüdisrandla. Lutt, J., Rau- 4, 7788. kas, A. (toim). Eesti šelfi geoloogia. Eesti Geo- Kartau, K., Soomere, T., Tõnisson, H. 2011. loogia Selts, Tallinn, 29–39. Quantification of sediment loss from semi- sheltered beaches: a case study of Valgerand Orviku, K. 1999. Geology of the Estonian shelf, Beach, Pärnu Bay, the Baltic Sea. J. Coast. Res., Modern Shores. Allt, A. (ed). Report of Finnish- Special Issue 64, 100–104. Estonian seminars. Possibilities for boating net- work in the Gulf of Finland. Helsinki University Kessel, H., Raukas, A. 1967. Прибрежные от- of Technology, Helsinki, 21–35. ложения Aнцилового озера и Литоринового моря в Эстонии [Antsülusjärve ja Litoriinamere Orviku, K. 2001. Kuivõrd Eesti randade muutus- setted Eesti rannikumeres]. Valgus, Tallinn. tes on süüdi laevaliiklus. Kreem, E. (toim). Eesti laevanduse aastaraamat. Eesti Meremeeste Liit, Kont, A., Jaagus, J., Oja, T., Järvet, A., Rivis, R. Tallinn, 47–54. 2002. Biophysical impacts of the climate change on some terrestrial ecosystems in Estonia. Orviku, K. 2003. Tormid lõhuvad Eestimaa liiva- GeoJournal, 57, 3, 169–181. randu. Eesti Loodus, 12, 6–13.

Kont, A., Ratas, U., Puurmann, E. 1997. Sea- Orviku, K. 2004. Eesti mererand ja selle arengu- level rise impact on coastal areas of Estonia. tendentsid. Estonia Maritima, 6, 27–44. Climatic Change, 36, 1-2, 175–184. Orviku, K. 2005a. Rannikualade ratsionaalsest Martin, E., Orviku, K. 1988. Artificial structures kasutamisest. Eesti Mereakadeemia toimetised, 2, and shoreline of Estonian SSR. Walker, H. J. (ed). 42–61.

99 Orviku, K. 2005b. Mererand vajab paremat kait- Orviku, Karl, Orviku, Kaarel. 1961. Jooni Eesti set. Eesti Geograafia Seltsi aastaraamat, 35. Eesti tänapäeva ranniku geoloogiast. ENSV Teaduste Entsüklopeediakirjastus, Tallinn, 111–129. Akadeemia Geoloogia Instituut, Uurimused, 7, 187–202. Orviku, K. 2006a. Rannaprotsesside teadusliku tõlgendamise vajalikkusest rakenduslike küsimus- Orviku, Karl, Orviku, Kaarel. 1984. Nüüdisranna- te lahendamisel rannikul. Sammul, M. (toim). vööndi geoloogia uurimise ajaloost Eestis. Eesti Eesti Loodusuurijate Seltsi aastaraamat, 84. Tal- Geograafia Seltsi aastaraamat 1980. Tallinn, 83– linn, 94–113. 93.

Orviku, K. 2006b. Developmental ties between Orviku, K., Palginõmm, V. 1998. Looduse ja Järve-Mändjala beach and Nasva harbour. Eesti sadamate vahekordadest Liivi lahe rannikul. Mereakadeemia toimetised, 3, 7–18. Kukk, T. (toim). XXI Eesti looduseuurijate päev. Edela-Eesti loodus. Eesti Looduseuurijate Selts, Orviku, K. 2010. Tallinna rannikuala geoloogia. Tartu-Tallinn, 15–29. Soesoo, A., Aaloe, A. (toim). Tallinna Geoloogia Orviku, K., Palginõmm, V. 2002. Pärnu lahe ran- = Geology of Tallinn. Tallinn, 202–229. niku geoloogiast ja randade arengust. Kukk, T. Orviku, K., Bird, E., Schwartz, M. 1995. The pro- (toim). XXV Eesti Loodusuurijate Päev. Pärnu- venance of beaches on the Estonian Islands of maa loodus. Eesti Loodusuurijate Selts, Tartu, Hiiumaa, Saaremaa and Muhu. J. Coast. Res., 11, 23–34. 1, 96–106. Orviku, K., Romm, R. 1992. Лито-морфодина- Orviku, K., Jaagus, J., Kont, A., Ratas, U., Ri- мика вершины Нарвского залива [Narva lahe vis, R. 2003. Increasing activity of coastal pro- pära lito-morfodünaamika]. Proc. Estonian Acad. cesses associated with climate change in Estonia. Sci. Geol., 41, 3, 139–147.

J. Coast. Res., 19, 2, 364–375. Orviku, K., Suursaar, Ü., Tõnisson, H., Kul- Orviku, K., Jaagus, J., Kont, A., Ratas, U., Ri- las, T., Rivis, R., Kont, A. 2009. Coastal changes vis, R., Tõnisson, H. 2005. Rannaprotsesside akti- in Saaremaa Island, Estonia, caused by winter viseerumise ja kliimamuutuste vahelised seosed storms in 1999, 2001, 2005 and 2007. J. Coast. Eestis. Eesti Geograafia Seltsi aastaraamat, 35. Res., Special Issue 56, 1651–1655.

Eesti Entsüklopeediakirjastus, Tallinn, 75–100. Orviku, K., Tõnisson, H., Aps, R., Kotta, J., Kot- Orviku, K., Jaagus, J., Tõnisson, H. 2011. Sea ice ta, I., Martin, G., Suursaar, Ü., Tamsalu, R., Za- shaping the shores. J. Coast. Res., Special Issue lesny, V. 2008. Environmental impact of port 64, 681–685. construction: Port of Sillamäe case study (Gulf of Finland, Baltic Sea). 2008 IEEE/OES US/EU- Orviku, K., Kont, A., Tõnisson, H. 2010. Estonia. Baltic International Symposium "Ocean Obser- Bird, E. (ed). Encyclopedia of the World's Coas- vations, Ecosystem-Based Management & Fore- tal Landforms. Springer, Dordrecht, Heidelberg, casting". IEEE, 350–359. London, New York, 605–611. Raukas, A., Bird, E., Orviku, K. 1994. The pro- Orviku, Karl, Orviku, Kaarel. 1960. О распрост- venance of beaches on the Estonian Islands of ранении и литологии современных пляжных Hiiumaa and Saaremaa. Proc. Estonian Acad. Sci. песов Эстонии [Eesti rannaliivade levikust ja Geol., 43, 2, 81–92. litoloogiast. Raskete mineraalide kuhjumise ja jaotumine ranna ja rannalähedastes setendites]. Raukas, A., Tavast, E. 1989. Peipsi – Pihkva puh- Riia, 83–100. kepiirkonna arendamise geoloogilis-geomorfo-

100 loogilised eeldused. Eesti Geograafia Seltsi aasta- Coastal Processes II. WIT Press, Southampton, raamat, 23, 80–96. Boston, 99–110.

Raukas, A., Tavast, E. 2005. Peipsi rannad, nende Tavast, E., Raukas, A. 1991. Tormipurustused muutused ja kasutamisperspektiivid. Eesti Mere- Peipsi põhjarannikul. Eesti Loodus, 1, 38–41. akadeemia toimetised, 2, 5, 82–95. Tõnisson, H. 2008. Development of Spits on Raukas, A., Tavast, E., Kalm, V. 1988. Bottom Gravel Beach Type in Changing Storminess and and coastal deposits of Lake Lämmijärv. Proc. Sea Level Conditions. Dissertations on natural Acad. Sci. Estonian SSR. Geol., 37, 2, 103–113. sciences 17 Tallinna Ülikool, Tallinn.

Rivis, R. 2005. Shoreline dynamics in Estonia Tõnisson, H., Jaagus, J., Kont, A., Orviku, K., associated with climate change. Dissertations on Palginõmm, V., Ratas, U., Rivis, R., Suursaar, Ü. natural sciences 9. Tallinna Pedagoogikaülikool, 2009. 2005. aasta jaanuaritormiga (Gudrun) kaas- Tallinn. nenud üleujutuse tagajärjed loodusele ja ühis-

Rivis, R., Vilumaa, K., Ratas, U. 2009. Develop- konnale Eesti rannikul. Kont, A., Tõnisson, H. ment of aeolian coastal landscapes on the island (toim). Kliimamuutuste mõju Eesti rannikule: of Hiiumaa, Estonia. J. Coast. Res., Special Issue ASTRA projekti uurimistulemusi. Tallinna Üli- 56, 655–659. kooli Ökoloogia Instituudi Publikatsioonid, 11, 90–129. Shaw, J., Taylor, T. B., Forbes, D. L., Ruz, M.-H., Solomon, S. 1998. Sensitivity of the coasts of Tõnisson, H., Orviku, K., Jaagus, J., Suursaar, Ü., Canada to sea-level rise. Geological Survey of Kont, A., Rivis, R. 2008. Coastal damages on Canada, Bulletin 505, 179. Saaremaa Island, Estonia, caused by the extreme storm and flooding on January 9, 2005. J. Coast. Stancheva, M., Ratas, U., Orviku, K., Pala- Res., 24, 3, 602–614. zov, A., Rivis, R., Kont, A., Peychev, V., Tõnis- son, H., Stanchev, H. 2011. Sand dune destruc- Tõnisson, H., Orviku, K., Jaagus, J., Suursaar, Ü., tion due to increased human impacts along the Kont, A., Rivis, R., Ratas, U. 2006. Coastal damages in Estonia caused by cyclone Gudrun. Bulgarian Black Sea and Estonian Baltic Sea coasts. J. Coast. Res., Special Issue 64, 324–328. Tubielewicz, A. (ed). Coastal Dynamics, Geo- morphology and Protection: “Littoral2006” 8th Suursaar, Ü., Jaagus, J., Kont, A., Rivis, R., International Conference “Coastal Innovations Tõnisson, H. 2008. Field observations on hydro- and Initiatives”, Gdansk University of Techno- dynamic and coastal geomorphic processes off logy, 1820 September 2006, Poland, Gdansk. Harilaid Peninsula (Baltic Sea) in winter and Gdansk University of Technology, 18–26. spring 2006–2007. Estuar. Coast. Shelf Sci., 80, 1, 31–41. Tõnisson, H., Orviku, K., Kont, A., Suursaar, Ü., Jaagus, J., Rivis, R. 2007. Gravel-pebble shores on Suursaar, Ü., Kullas, T., Otsmann, M., Saare- Saaremaa Island, Estonia, and their relationships mäe, I., Kuik, J., Merilain, M. 2006. Cyclone to formation conditions. J. Coast. Res., Special Gudrun in January 2005 and modelling its Issue 50, 810–815. hydrodynamic consequences in the Estonian coastal waters. Boreal Env. Res., 11, 2, 143–159. Tõnisson, H., Suursaar, Ü., Orviku, K., Jaagus, J., Kont, A., Willis, D. A., Rivis, R. 2011. Changes Suursaar, Ü., Szava-Kovats, R., Tõnisson, H. in coastal processes in relation to changes in 2011. Wave climate and coastal processes in the large-scale atmospheric circulation, wave para- Osmussaar – Neugrund region, Baltic Sea. Be- meters and sea levels in Estonia. J. Coast. Res., nassai, G., Brebbia, C. A., Rodriguez, G. R. (eds). Special Issue 64, 701–705.

101 Zenkovich, V. P. 1967. Processes of Coastal De- velopment. Oliver & Boyd, Edinburgh.

Vallner, L., Sildvee, H., Torim, A. 1988. Recent crustal movements in Estonia. J. Geodyn., 9, 2-4, 215–223.

102 LAINEPÕHISED OHUD RANNAVÖÖNDIS

Ira Didenkulova Tallinna Tehnikaülikooli Küberneetika Instituut

RANNAVÖÖND MERELT LÄHTUVATE OHTUDE des kohtades pärast 26. detsembril 2004 üle India MEELEVALLAS ookeani rullunud tsunami rünnakut (Lay jt 2005).

Need, kellel on olnud võimalus kas või lühikest Kaasajal sünnib suur enamus tsunamidest Vaikses aega elada mere ääres, teavad, kui kaitsetud on ookeanis. Seetõttu on just Vaikse ookeani jaoks inimesed merelt lähtuvate tohutute jõudude vastu. loodud rahvusvaheline tsunami hoiatuskeskus, Tuntud Kolumbia kirjanik Gabriel Garcia Mar- mille peakorter asub tsunamide poolt kõige sage- ques on kirjeldanud merd kui ülimat võimu, kes damini rünnatud piirkonnas Havail. Tegelikult heas tujus olles kingib meile elu ja katab söö- pole tsunami eest kaitstud mitte ükski mereala. gilaua, kuid vihahoos võib külvata surma ja hä- Ka Euroopas on tsunami sagedane külaline, kus vingut. Paljud pole kunagi näinud, milline näeb ta suhteliselt sageli ründab Vahemeremaade ran- välja rannik pärast võimsat tormi. Sageli on seal du. Tsunamisid on dokumenteeritud praktiliselt räämas, tükati ära uhutud luitejalam, rannametsast kõigil Euroopa rannikutel, näiteks Põhjameres murdunud puud ning vahel isegi paigast nihkunud (Bondevik jt 2005), Mustas meres ja Aasovi rändrahnud. Samuti juhtub, et torm on suured tü- meres (Nikonov 1997; Yalciner jt 2004), samuti kid hauganud vanadest rannavallidest, rannahei- Norra fjordides (Sælevik jt 2009). Tõenäoliselt on namaa või -karjamaa murumätastest, lõhkunud vähem tuntud tõsiasi, et tsunamisid võib esineda paadikuurid, paisanud kuivale sisse muljutud kül- ka jõgedes, järvedes ja veehoidlates (Didenku- gedega paadid ning toonud ajuvee alale segiläbi lova, Pelinovsky 2006). Valik Euroopa vetes aset ajupuitu, pilliroogu, adrut ja mõne vana laevade- leidnud tsunamide kirjeldusi leidub populaarses taili. ülevaates (Soomere 2005). Tallinna ja Pärnu elanikele on see pilt viimastel Tsunami tohutu purustusjõud ei saa tekkida ise- aastakümnetel mitmel korral lausa koju kätte too- enesest. Loogiline on seostada tsunami moodus- dud. Kõige sügavama jälje inimeste mällu jättis tumist eelkõige sündmustega, kus lühikese aja tõenäoliselt 2005. aasta jaanuaritorm Gudrun, mis jooksul vabaneb suur hulk energiat. Kõige sage- ujutas üle mitmete linnade mereäärsed kvartalid, damini tekitab tsunami võimas maavärin. Tsuna- lõhkus hulga väikesadamaid ning võttis ka ühe mi tekke põhjuseks võib olla ka vulkaanipurse inimelu (Soomere jt 2008). Samal aastal, vaid (Pelinovsky jt 2005; Torsvik jt 2010), maalihe mõned kuud hiljem möllanud orkaan Katrina uju- (Bondevik jt 2005; Masson jt 2006) või merre tas üle peaaegu terve New Orleansi linna ja teki- kukkuvad asteroidid (Hills, Gods 1998; Ward, tas tohutuid kahjusid mitmesaja kilomeetri pikku- Asphaug 2000; Kharif, Pelinovsky 2005). Arva- sel rannalõigul (Kim jt 2008). takse, et nimelt üks Barentsi merd tabanud aste- Kuid ka kõige purustavamate tormide kuulsus roid põhjustas Norra fjordides muinasaja ühe suu- kahvatub tsunami poolt tekitatud hävingu kõrval. rima tsunami ja jättis norra folkloori sügava jälje Kohad, mida on tabanud võimas tsunami, muu- “Thori haamri” nime all. Tsunamilaadseid lained tuvad sõna otseses mõttes tühermaaks (foto 1). võib aga tekitada ka pikema aja jooksul mõjuv Just selline vaatepilt avanes Sumatra saare palju- suhteliselt tagasihoidliku võimsusega välisjõud.

103

Foto 1, a ja b. India ookeani tsunami purustused 26. detsembril 2004 Sumatral (foto Ahmet Yalciner).

Nii on viimase kahe aastakümne jooksul inten- ritest, vaid ootamatult kõrged (Didenkulova jt siivselt analüüsitud nn meteoroloogiliste tsuna- 2006a; Dysthe jt 2008; Kharif jt 2009; vt samuti mide tekkemehhanisme (Rabinovich, Monserrat populaarset ülevaadet Engelbrecht, Soomere 2006). 1998). Selgus, et sobiva kiirusega liikuvad õhurõ- Praeguseks on selgunud, et erinevalt teistest, hu häiritused võivad teatava aja jooksul tekitada ʻtavalistestʼ lainetest, aga ka tsunamidest, ei ole laine, mis mitte millegi poolest ei erine tsunamist need enamasti seotud konkreetse energiaallikaga. (foto 2). Eestis selles vallas kuni 2006. aastani Avamerel formeeruvad taolised lained mitme põ- tehtud uuringute kokkuvõte on esitatud ülevaates himõtteliselt juhusliku iseloomuga teguri koos- (Soomere 2007). mõjul. Seetõttu on võimalik anda vaid prognoos selliste piirkondade kohta, kus nende esinemise Teine erakordselt ohtlik nähtus nii avamerel kui tõenäosus on suhteliselt suur. Vaid üksikutel eri- ka rannikul on hiidlained (ka mõrvarlained, ingl juhtudel (nt madalas vees, kus need tekivad soli- rogue waves, freak waves or killer waves). Need tonilaadsete lainete lõikumisel) on võimalik neid lained on mitte lihtsalt märksa kõrgemad oma naab- täpsemalt prognoosida (Soomere 2010).

Foto 2, a ja b. Hiidlained, tõenäoliselt meteoroloogiline tsunami, Trinidad ja Tobagos 16. oktoobril 2005 (Didenkulova jt 2006a).

104 Rannikualadel kujutavad hiidlained endast ena- sed. Kui laev (või õhurõhu häiritus) liigub suhte- masti kas üksikut ootamatult kõrget lainet või ka- liselt kiiresti võrdlemisi madalas vees (laeva hest-kolmest väga kõrgest lainest koosnevat rüh- kiirus on enam-vähem võrdne pinnalainete leviku ma, mis üksteise järel randa ründavad (Diden- maksimaalse kiirusega antud sügavusega mere kulova jt 2006a). Sageli käituvad sellised lained jaoks), tekib resonantsitaoline nähtus. Selle tule- nagu tsunami, mis liigub kaugele sisemaale, püh- musena võib laeva poolt veemassidele edasi an- kides kõik oma teelt. Kõrget rannaastangut või tud energia kontsentreeruda ühte-kahte väga kõr- lainemurdjat kohates võib taoline laine transfor- gesse lainesse. Tallinna lahel on kõrged laevalai- meeruda ägedaks murdlusvooluks, mis võib lõh- ned päris tavalised; neid tekitavad Tallinna ja kuda pealtnäha ohutus kõrguses paiknevaid ra- Helsingi vahel kurseerivad kiirekäigulised reisi- jatisi või üllatada inimesi (Didenkulova jt 2006a). laevad (Parnell jt 2008; Torsvik jt 2009). Varase- Põhimõtteliselt on see nähtus ekspertidele hästi matel aastatel, kui käigus olid veel võimsad ka- tuntud ning näiteks Austraalias soovitatakse me- tamaraanid “AutoExpress” ja “Nordic/Baltic Jet” rele mitte kunagi selga pöörata, kuid sellest hooli- ning kiirekäiguline “SuperSeaCat”, ulatus kõr- mata põhjustavad taolised lained ikka ja jälle geimate laevalainete kõrgus sageli üle kahe meet- inimohvreid, isegi märksa rohkem kui hiidlained ri ja nende periood üle 10 sekundi (Soomere avamerel (Nikolkina, Didenkulova 2011). 2007). Nende laevade asendamine suurte võim- sate mootoritega reisilaevadega, nagu “Viking Omapäraseks siduvaks lüliks meteoroloogiliste XPRS” või “Tallinn Star” ja “SuperStar”, viis lai- tsunamide, hiidlainete ja inimmõju vahel on kiir- nekõrguste ja perioodide teatavale kahanemisele, laevalained (foto 3). Merel toimivate tohutute kuid ka uute laevade tekitatud lained on dünaa- jõudude taustal võib tavamõistuse jaoks näida us- miliselt ekvivalentsed maalihete poolt tekitatud kumatuna, et kiirlaevalained on mitte ainult väga tsunamidega (Didenkulova jt 2011). Sellised lai- sarnased meteoroloogilistele tsunamidele, vaid ned võivad põhjustada ranna ootamatult kiiret võivad olla ka tõsiselt ohtlikud nii avamerel kui erosiooni (Soomere jt 2011). Nendega tõenäoli- ka rannavetes. Liikuv laev ja õhurõhu häiritus selt kaasnevad väga suured vee kiirused ranna- mõjuvad vee pinnale täpselt ühtmoodi, mistõttu vööndis on ohtlikud nii mere ökosüsteemile kui nõnda tekkivad lained on põhimõtteliselt ident- ka inimestele.

Foto 3, a ja b. Kiirlaevalained Tallinna lahel.

105 LAINETE VÕIMENDUMINE RANNAL des eeldusest, et sügavuse lauge muutumise puhul

Muude võrdsete tingimuste korral peetakse lai- ei muutu laine poolt edasi kantava energia voog neid avamerel vähem ohtlikeks võrreldes ranna (vt nt Soomere 2005). Ideaaljuhul kirjeldab laine- lähistel (eriti murdlainete vööndis) valitseva si- kõrguse muutumist Greeni valem, mille kohaselt tuatsiooniga. Tõepoolest, avamerel on lained mõ- lainekõrgus muutub võrdeliselt neljanda astme nevõrra laugemad. Rannale lähenemisel (vee sü- juurega sügavuse suhtelisest muutusest. Kui laine gavuse vähenemisel ja/või avamerelt saabuvate ja levib kitsenevas väinas, järeldub samast printsii- rannalt peegelduvate lainete liitumisel) laine kõr- bist, et lainekõrgus kasvab võrdeliselt ruutjuurega gus üldiselt suureneb. Kuna periood jääb samaks, väina laiuse suhtelisest muutusest. Teatavas mõt- muutuvad lained järsemaks ning selle võrra oht- tes on kirjeldatud efekt analoogiline Bernoulli likemaks. Seetõttu soovitatakse tugevates tormi- efektiga, mille kohaselt muutuva läbilõikega torus des laevadel hoiduda rannast võimalikult kaugele. on voolamine kiireim just toru kitsaimas osas.

Sama soovitus on eluliselt oluline tsunamide pu- Tegelikkuses on lainekõrguse võimendumine ta- hul. Avaookeanil on tsunami lained väga lauged, valiselt märksa väiksem Greeni valemi poolt pro- nende kõrgus on enamasti alla 1 meetri ja pikkus gnoositavast väärtusest. Merepõhjal levides kao- sadu kilomeetreid. Seega pole neid laeva pardalt tab laine alati järk-järgult oma energiat. Suhte- võimalik märgatagi, ohtlikkusest rääkimata. liselt suured kaod esinevad järskude sügavuse Tsunami tohutu purustusjõu kujunemist saab tea- muutuste puhul ning kohtades, kus basseini laius tava piirini mõista ja selgitada isegi lihtsaima, li- hüppeliselt muutub. Sellistes kohtades (nt vee- neaarse pikkade pinnalainete teooria alusel. Laine aluste mägede lähistel, aga ka veealuste kanjonite võimendumist põhjustab eelkõige mere sügavuse servadelt) toimub intensiivne energia peegeldu- h vähenemine rannikule lähenedes. On hästi tea- mine, mille tulemusena randa jõuab vaid osa laine da, et sügavuse vähenemisel laine leviku kiirus energiast. Kirjeldatud efekte kasutatakse prakti- aeglustub. Seega on loomulik, et laine energia kas lainetuse summutamiseks veealuste laine- kontsentreerub järjest väiksemale merealale, mil- murdjate abil. Mõnikord aga hoolitseb loodus ise lest omakorda järeldub, et laine kõrgus suureneb. ranna eest, luues randa kaitsvaid looduslikke ta- Lainega toimuvaid muutusi saab arvutada, lähtu- kistusi nagu veealused kõrgendikud või rändrah-

Foto 4. Lainete murdumine Aegnal, kus randa kaitsevad suured kivid.

106 nude kuhjad. Paljusid Eesti randu kaitsevad just peegeldunud lainega täpselt vastandfaasis. Selli- selliseid jääliustiku poolt siia toodud või lainete sed lained kohtumisel neutraliseerivad teineteise. poolt moreenist välja uhutud suurte kivide vöön- Järelikult ei toimu sellise kaheastmelise põhja geo- did murdlainete vööndis (foto 4). meetria puhul üldse laineenergia peegeldumist.

Tegelikkuses on seega vähetõenäoline, et kogu Saab näidata, et eksisteerib kaks laugelt muutuva laineenergia jõuaks randa. Teatav osa sellest lä- põhjaga mittepeegeldavate rannaprofiilide (e heb igal juhul kaotsi tänu põhjahõõrdele. Suhte- ranna ristlõigete) klassi. Selliste omadustega on liselt siledate põhjade korral võib selle mõju olla profiilid, kus sügavus h suureneb rannast eemal- üsna väike. Sellistel juhtudel väheneb randa jõu- dumisel vastavalt astmefunktsioonidele h ~ x4/3 dev laineenergia peamiselt lainete murdumise ja või h ~ x4, kus x on kaugus rannast (Didenkulova laineenergia peegeldumise tõttu põhja ebatasasus- jt 2009; Didenkulova, Pelinovsky 2010). Es- telt. Väga pikkade lainete puhul ei pruugi aga lai- mapilgul tundub, et taolised profiilid on looduses, ned üldse murduda. Nii on see näiteks tõusulaine kui neid üldse esineb, erandlikud, sest lained ku- puhul, mil vesi enamasti lihtsalt liigub sisemaale. jundavad randade madalaveelises osas üldiselt Selles kontekstis pakuvad erilist huvi situatsioo- klassikalise nõgusa rannaprofiili, mis järgib sageli nid, kus laineenergia rannalt üldse ei peegeldu. 2/3 astmefunktsiooni. Teatava üllatusena selgus, Praktikas tähendab see olukorda, kus laineenergia et selliseid kumera profiiliga randu, kus sügavus kahanemine on anomaalselt väike. Selliseid randu suureneb võrdeliselt kaugusega astmel 4/3, esineb nimetatakse mittepeegeldavateks (Didenkulova jt päris sageli. Neid on ka Eestis, näiteks Pirita 2009; Didenkulova, Pelinovsky 2010). ranna sügavam osa, alates ligikaudu kahemeet- risest sügavusest (joonis 1). Mittepeegelduva ranna eksisteerimise võimalus tuleneb lihtsa näite analüüsist. Vaatleme mono- On tõenäoline, et seda tüüpi profiil on üldiselt ise- kromaatilise laine levimist kanalis, mille põhjas loomulik neile setterandadele, mis paiknevad on kaks järjestikust astet, millelt mõlemalt laine- maakerke piirkonnas. Kui selliste randade mada- energia osaliselt peegeldub. Valime astmete kõr- laveelises osas kujundavad lained kiiresti klassi- gused nõnda, et mõlemalt astmelt peegeldunud kalise nõgusa rannaprofiili, siis sellest mere pool laine kõrgus on võrdne. Erinevatelt astmetelt pee- on loogiline kumera rannaprofiili eksisteerimine. geldunud lainete kõrgus ei sõltu astmete vahe- Sellistes randades jõuab üsna suur osa avamerelt maast (Dean, Dalrymple 1991). Seetõttu saame tulevast lainetusest murdlainete vööndisse, mis on valida astmete vahemaa selliselt, et teiselt astmelt seetõttu mõnevõrra laiem kui peegeldavate ranna- peegeldunud laine jõuaks esimese astmeni sellelt profiilidega randade puhul (foto 5).

-2

-4

-6 Joonis 1. (m) Depth -8 Pirita ranna mõõdetud profiil (punktiirjoon) ja -10 selle aproksimatsioon 0 200 400 600 800 1000 astme-funktsiooniga x4/3 Distance from the coast (m) (pidev joon).

107

Foto 5. Lai murdlainete vöönd Pirita rannas (foto V. Bysov).

Kirjeldatud profiilid, sh nende rakendus Pirita MITTELINEAARSUS ranna puhuks, on põhimõtteliselt ühemõõtmelised On hästi teada, et rannale lähenevate lainete pro- ning eeldavad, et rand on rannajoone sihis täiesti fiil muutub aegamööda ebasümmeetriliseks (Di- homogeenne ning et lained saabuvad randa otse denkulova jt 2006c; Zahibo jt 2008). Selline käi- mere poolt. Tegelikkuses on loomulik, et ranna tumine on osalt tingitud sellest, et laine leviku kii- ristlõige muutub ranna erinevates osades ning et rus väheneb vee sügavuse vähenemisel. Päris ma- rannaprofiil (siin mõistetud juba kui rannavööndi dalas vees, kus lainekõrgus on võrreldav vee sü- batümeetria) on kahemõõtmeline. On selgunud, et gavusega, on veekihi paksus laine harja all mär- eksisteerivad ka mittepeegeldavad kahemõõtmeli- gatavalt suurem vee sügavusest laine talla all. sed profiilid. Enamgi veel, neid on märksa roh- Seetõttu liiguvad erinevad lained erinevate kem kui eespool vaadeldud ühemõõtmelisi ana- kiirustega: laineharja ümbritseva piirkonna loogiliste omadustega profiile (Choi jt 2008; Di- liikumise kiirus on suurem lainetalla ümbruse denkulova, Pelinovsky 2009, 2011). Praktiliste liikumise kiirusest. Isegi kui kiiruste erinevused rakenduste seisukohalt pakuvad suurimat huvi pole väga suured, on laineharjadel tendents nih- sellised profiilid, mis peegeldavad lainelevikut ja kuda neile eelneva lainevao poole. Selle tulemu- lainete võimalikku võimendumist mitmesuguse sena suureneb algul järk-järgult laineharja esinõl- geomeetria ja batümeetriaga lahtedes, väinades, va kalle. Kõnesolev protsess on klassikaline mit- kanalites ja fjordides. Selgus, et mis tahes lahe telineaarsuse ilming. Selle tulemusel formeeruv või kanali ristlõike muutumise mustri jaoks saab lööklaine (boor) on dokumenteeritud mitmete tsu- alati konstrueerida pikiprofiili, mis vastab ebaha- namide puhul ning sellisena jõudis paljudes koh- rilikule lainekasvule sellises lahes (Didenkulova, tades randa ka 26.12.2004 India ookeani tsunami. Pelinovsky 2011). Mõnedele tüüpilistele lahe, kanali või fjordi geomeetriale vastavad mittepeegel- Kirjeldatud lihtne mudel selgitab näitlikult ka lai- dava põhja kujud on toodud joonisel 2. nete murdumise protsessi. Laine murdub siis, kui

108

Joonis 2. Mittepeegeldava batümeetria näiteid (Didenkulova, Pelinovsky 2011).

laineharja esinõlva kalle on suurenenud 90 kraa- põhjast kaasa suure hulga setteid. Tulemusena dini, teisisõnu siis, kui laine hari on jõudnud talla- muutub sageli vee värvus ning murdlained võivad le järele. Selles situatsioonis ei saa enam tegeli- kiiresti ümber paigutada suuri settekoguseid. kult rääkida lainelevist, tegemist on märksa kee- Inimese jaoks ei pruugi nõnda tekkinud voola- rukama ja väga intensiivse voolamiste komplek- mise kiirus olla iseendast ohtlik. Märksa suurem siga. Suures rulluvas või sukelduvas murdlaines ohufaktor on seotud voolukiiruse järskude muu- esinevad uskumatult suured lokaalsed kiirendused tustega murduvates lainetes ning neist tekkinud ning selle teele sattuda on väga ohtlik. Kuna vee boorides, millele on praktiliselt võimatu reageeri- kiiruse vertikaalkomponent on üldiselt võrdeline da. Lauges laines on kiirendused väikesed, vee veepinna kaldega, kaasnevad murduva lainega kiirus muutub aeglaselt ning ujujal on muutustega väga suured vertikaalkiirused. Rulluva murdlaine kerge kohaneda ja end veepinnal hoida. Vee kii- harjast moodustunud joad paiskuvad tohutu jõuga ruste hüppelisteks muutumisteks murduvas laines laine ees paiknevasse vette. Sageli ulatub nende ja booris on pea võimatu valmis olla − järsud mõju merepõhjani ning koos järgneva ülespoole voolu kiiruse muutused löövad meid sõna otseses suunatud vee liikumisega haarab murdlusvool mõttes jalust.

109 PROTSESSID UHTEALAS uhtealasse jõudnud realistlikus laines on jaotunud

Uhteala all mõistame piirkonda, milles veepiir ebaühtlaselt, on loogiline eeldada, et maksimaal- lainete mõjul liigub edasi-tagasi. Lainete ja ranna ne uhtekõrgus (ning seega ka kaugus, kuhu laine vastasmõju dünaamika üks keskseid ülesandeid sisemaale tungib) sõltuvad laine kujust. Kirjan- on leida, kuidas muutub veepiiri asend laine saa- duses on teoreetiliselt analüüsitud mitmete erine- bumisel. Selle ülesande lahendamine annaks vas- vate lainetüüpide käitumist uhtealas ning näida- tuse paljudele olulistele küsimustele: kui kaugele tud, et sama kõrgusega, kuid erineva profiiliga võib laine tungida sisemaale, kui kiiresti see prot- lainete uhtekõrgus võib olla erinev. sess toimub, milline on vee kiirus uhtealas, kui Kahjuks ei tea me näiteks tsunami puhul kunagi, suur osa kuivast maast võiks lühiajaliselt vee alla milline on selle kuju enne ranna ründamist. Pari- jääda, kui kaugele taganeb veepiir laine talla ko- mal juhul suudetakse määratleda vaid laine esma- halejõudmisel jne. sed parameetrid, nagu kõrgus, ruumiline ulatus ja Esimeses lähenduses on võimalik uhtealas toimu- ligikaudne pikkus. Evakuatsiooni vajalikkuse ja vate protsesside intensiivsust hinnata, lähtudes selle rakendusala otsustamisel on sellest vähe, energeetilistest kaalutlustest. Lihtsaim võimalus palju olulisem on teada, kui kaugele sisemaale selleks on eeldada, et uhtealas toimub lihtsalt lai- võib vesi jõuda, teisisõnu, on vaja kiiresti ja või- ne poolt randa toodava kineetilise energia trans- malikult täpselt välja arvutada uhtekõrgus ja uhte- formeerumine potentsiaalseks. Sellises lähendu- ala laius. ses on selge, et mida kõrgem on laine ning mida kiirem selle poolt tekitatud voolamine, seda kau- Selle ülesande detailne analüüs näitas, et eksistee- gemale sisemaale see tungib. Selline hinnang on rib põhimõtteline erinevus sümmeetriliste ja muidugi tugevasti idealiseeritud, kuid siiski sisal- asümmeetriliste lainete käitumise vahel uhtealas. dab endas üht-teist õpetlikku, näiteks uhtekõrguse Sümmeetriliste lainete puhul sõltub uhtekõrgus olulist sõltuvust veeosakeste kiirusest. Tegelikult vaid vähesel määral laine kujust ning on võimalik võib, nii nagu lainete rannale lähenemise puhul leida uhtekõrguse mõistlik ja adekvaatne para- üldiselt, osa uhtealasse jõudnud lainete energiast metriseering, lähtudes randa ründavate lainete tagasi peegelduda, aga ka sumbuda ning transfor- primaarsetest omadustest (Didenkulova jt 2007ab, 2008; Didenkulova, Pelinovsky 2008). meeruda setete liikumiseks jne. Seepärast on re- aalsete prognooside jaoks üldiselt tarvis kasutada Olukord on põhimõtteliselt teistsugune asüm- märksa keerukamaid matemaatilisi mudeleid, mis meetriliste lainete puhul. Asümmeetrilise kujuga võimaldaksid detailselt arvutada ka keeruka geo- lained tungivad rannale märksa kaugemale ning meetriaga uhtealas toimuvate protsesside üksik- vesi katab palju suurema ala võrreldes sama kõr- asju. gusega sümmeetriliste lainetega (joonis 3). Samu-

Viimaste aastate uuringud on näidanud, et selles ti on sisemaale pürgiv vool märksa kiirem ning üsna keerukas valdkonnas on endiselt võimalik selle tõttu oluliselt ohtlikum ning suurema mõju- jõuda oluliste tulemusteni klassikaliste analüüti- ga. Huvitava iseärasusena soodustab laine asüm- liste meetoditega. Üks keskseid järeldusi on, et meetriline kuju oluliselt uhtekõrguse suurenemist uhtekõrgus ja mitmed uhtealas toimuvate protses- ja uhteala laienemist, kuid ei avalda praktiliselt side omadused sõltuvad olulisel määral laine mingit mõju laine tallaga seonduvale paguvee- kujust. Põhimõtteliselt ei ole see ootamatu, sest alale (sh veepiiri ajutisele nihkumisele avamere laine kineetiline energia (mis on laine poolt liiku- poole ning sel moel ajutiselt kuivaks jääva ala lai- ma pandud veeosakeste kineetiline energia) sõl- usele) (Didenkulova jt 2006b, 2007ab; Diden- tub otseselt laine kujust. Edasi, kuna laine energia kulova, 2009ab).

110

Joonis 3. Asümmeetrilise laine uhtekõrgus (punane joon) ja veepiiri taganemine (sinine joon) võrreldes sama kõrge sümmeetrilise lainega.

Seni vaadeldud lahendused peegeldasid üksikute (Torsvik jt 2010). Kuigi eelpool kirjeldatud me- lainete käitumist uhtealas peamiselt tsunami näi- toodika on välja arendatud suhteliselt lihtsate tel. Märksa keerukam on olukord realistlike tuule- ühemõõtmeliste situatsioonide kontekstis, andis ja ummiklainete puhul, mil põhimõtteliselt ei ole nende rakendamine realistliku hinnangu randa võimalik eristada ühte konkreetset lainet või jõudvate lainete kõrgusele ja nende uhtekõrgusele lainete gruppi ja uurida nende käitumist uhtealas ka võrdlemisi keerukas tugevalt mittelineaarses teistest lainetest sõltumatult. Sellistel juhtudel on situatsioonis (joonis 4). loogiline vaadelda randa jõudvate lainete süstee- PERSPEKTIIVID mi juhuslike lainete kogumina ning kasutada vastavaid statistilisi meetodeid (Didenkulova jt Kirjeldatud ülesanded, meetodid ja saadud tule- 2010). Selgus, et juhuslike lainete jõudmisel uhte- mused on üldist laadi ning rakendatavad väga eri- alasse sõltub toimuv oluliselt sellest, milline osa- nevates tingimustes. Loogiline edasiarendus on kaal on mittelineaarsusel lainete käitumises. Mit- nende kasutamine edasistes teoreetilistes ja telineaarsete efektide tugevnemisel tõuseb kesk- numbrilistes uuringutes realistlike kolmemõõtme- mine veetase uhtealas; samuti kasvab eriti suurte liste mudelite komponentidena (Choi jt 2008). lainete randa jõudmise võimalus ning vastavalt ka Paljude adekvaatsete lootustandvate post factum maksimaalne uhtekõrgus. Teisisõnu, tugevalt mit- rekonstruktsioonide kontekstis on märksa suure- telineaarsete lainesüsteemide puhul kasvab mär- maks väljakutseks leitud lahenduste ja insener- gatavalt vee kaugele sisemaale tungimise ning tehniliste prognoosmudelite rakendamine merelt rannaalade ulatusliku üleujutuse tõenäosus (Di- lähtuvate ohtude õigeaegseks prognoosimiseks ja denkulova jt 2010). leevendamiseks, seda nii operatiivsete hoiatussüs- Saadud lahenduste ühe rakendusena vaatlesime teemide kui ka plaanipärase ranna-alade haldami- suhteliselt keerukat tsunami tekkimise ja trans- se vajadusteks. Uhtekõrguse oluline sõltuvus lai- formeerumise protsessi pärast Karõmskoje järves ne kujust võimaldab märksa täpsemalt kvantifit- (Kamtšatka) toimunud veealust vulkaanipurset seerida hiidlainete rünnakute võimalikud tagajärjed

111

Joonis 4. Mudeli prognoositud uhtekõrguse (kollased tulbad) ja mõõdetud veepiiri asendi (sinised tulbad) võrdlus Karõmskoje järves.

erinevate rannapiirkondade jaoks, täpsustada üle- dele märksa suuremat mõju võrreldes energia voo ujutuste poolt ohustatud alade paiknemist ning muutusega. Nii näiteks ilmnes, et väike liiva- optimeerida evakuatsiooniplaane. Tõenäoliselt kruusarand Aegna saarel kaotas kiirlaevalainete jäävad kõrgeima riskiga piirkonnad enamuses sa- mõjul ühe päevaga ligi 2 m3 setteid iga ranna- maks; täpsustub vaid riski suurus. Siiski võib see joone meetri kohta (foto 6) (Soomere jt 2009). tähendada olulisi muutusi hoonete ja kaitseehi- Sellise kiire muutumise sõnum on kahetine. Ühest tiste rajamise normides ja/või kaitseehitiste ning küljest näitab see laevaliikluse järjest suurenevat evakuatsioonialade ja -teede projekteerimises. potentsiaali tundlike randade ja ökosüsteemi kah- justamiseks ning vajadust järgida üldtunnustatud Kaugemas perspektiivis on saadud tulemused ka- praktikat seada laevadele kiirusepiirangud nõnda, sutatavad tänapäeval üha populaarsemaks muutu- et nende lained ei lõhuks rannikualasid. Tõenäo- vate alternatiivsete energiaallikate kasutuselevõt- liselt on vaja piiranguid vaid suhteliselt lühikestel misel – merelainete energeetilise potentsiaali ra- laevatee lõikudel (Torsvik jt 2009). Teisest kül- kendamisel. Mitmed lahendused selles vallas põ- jest toob see esile suure lünga meie teadmistest hinevad uhtealas toimuvate protsesside kasuta- ning vajaduse märksa paremini mõista veepiiri lä- misel, mistõttu seal toimuvate nähtuste täpsem histel ja eriti uhtealas lainete poolt käivitatavate kvantifitseerimine on taoliste lahenduste oluline protsesside detaile, sealhulgas lainetuse mõju komponent. rannikumere ja ranniku ökosüsteemidele. Uhtealas toimuvad protsessid ja nende iseloomu võimalik muutumine muutuva (laine)kliima tingi- TÄNUAVALDUS mustes võivad osutuda teatavates tingimustes võt- Avaldan tänu Olga Tribštokile ja Tarmo Soo- meküsimuseks rannikute arengu kontekstis. Üldi- merele artikli tõlkimise eest. selt eeldatakse, et rannikuprotsesside intensiivsus VIITED on võrdeline konkreetsesse rannalõiku jõudva laineenergia vooga. Osa teostatud uuringute tule- Bondevik, S., Lovholt, F., Harbitz, C. B., Man- mustest viitab võimalusele, et uhtealasse jõudvate gerud, J., Dawson, A., Svendsen, J. I. 2005. The lainete kuju muutumine (nt mittelineaarsete efekti- Storegga slide tsunami – comparing field obser- de tugevnemise või lainete jooksumaa pikkuse vations with numerical simulations. Mar. Petrol. muutumise tõttu) võib avaldada rannaprotsessi- Geol., 22, 1-2, 195208.

112

Foto 6, a ja b. Tuulelainete poolt toidetud rand Aegna muuli juures (vasakul), kust kiirlaevalained setteid kiiresti ära kandsid (paremal).

Choi, B. H., Pelinovsky, E., Kim, D. C., Didenku- Didenkulova, I., Pelinovsky, E. 2008. Run-up of lova, I. 2008. Two- and three-dimensional com- long waves on a beach: the influence of the inci- putation of solitary wave runup on non-plane dent wave form. Oceanology, 48, 1, 16. beach. Nonlinear Process. Geoph., 15, 3, 489 Didenkulova, I., Pelinovsky, E. 2009. Non-dis- 502. persive traveling waves in strongly inhomoge- Dean, R .G., Dalrymple, R. A. 1991. Water Wave neous water channels. Phys. Lett. A, 373, 42, Mechanics for Engineers and Scientists. World 38833887.

Scientific Press. Didenkulova, I., Pelinovsky, E. 2010. Traveling

Didenkulova, I. 2009a. Nonlinear long-wave de- water waves along a quartic bottom profile. Proc. formation and runup in a basin of varying depth. Estonian Acad. Sci., 59, 2, 166171.

Nonlinear Proc. Geoph., 16, 1, 2332. Didenkulova, I., Pelinovsky, E. 2011. Runup of tsunami waves in U-shaped bays. Pure and Appl. Didenkulova, . 2009b. New trends in the analyti- Geophys., 168, 6-7, 12301249. cal theory of long sea wave runup. Quak, E., Soomere, T. (eds). Applied Wave Mathematics. Didenkulova, I., Pelinovsky, E., Sergeeva, A. Springer, 265296. 2010. Statistical characteristics of long waves nearshore. Coast. Eng., 58, 1, 94102. Didenkulova, I., Kurkin, A., Pelinovsky, E. 2007a. Run-up of solitary waves on slopes with Didenkulova, I., Pelinovsky, E., Soomere, T. different profiles. Izv. Atmos. Ocean. Phys., 43, 2008. Run-up characteristics of tsunami waves of 3, 384390. “unknown” shapes. Pure Appl. Geophys., 165, 11/12, 22492264. Didenkulova, I., Pelinovsky, E. 2006. Phenomena Didenkulova, I., Pelinovsky, E., Soomere, T. similar to tsunami in Russian internal basins. 2009. Long surface wave dynamics along a con- Russian Journal of Earth Sciences, 8, 6, ES6002, vex bottom. J. Geophys. Res. Oceans, 114, doi:10.2205/2006ES000211, (vene keeles). C07006.

113 Didenkulova, I., Pelinovsky, E., Soomere, T. Lay, Th., Kanamori, H., Ammon, Ch. J., Nett- 2011. Can the waves generated by fast ferries be les, M., Ward, S. N., Aster, R. C., Beck, S. L., Bi- a physical model of tsunami? Pure Appl. Geo- lek, S. L., Brudzinski, M. R., Butler, Rh., phys., doi: 10.1007/s00024-011-0289-z. DeShon, H. R., Ekström, G., Satake, K., Sip-

Didenkulova, I., Pelinovsky, E., Soomere, T., kin, S. 2005. The Great Sumatra-Andaman Earth- Zahibo, N. 2007b. Runup of nonlinear asym- quake of 26 December 2004. Science, 308, 11271133. metric waves on a plane beach. Kundu, A. (ed). Tsunami & Nonlinear Waves. Springer, 175190. Masson, D. G., Harbitz, C. B., Wynn, R. B.,

Didenkulova, I., Sergeeva, A., Pelinovsky, E., Pedersen, G., Lovholt, F. 2006. Submarine land- Gurbatov, S. 2010. Statistical estimates of cha- slides: processes, triggers and hazard prediction. racteristics of long-wave run-up on a beach. Izv. Phil. Trans. Roy. Soc. London A, 364, 20092039. Atmos. Ocean. Phys., 46, 4, 530532.

Didenkulova, I., Slunyaev, A., Pelinovsky, E., Nikolkina, I, Didenkulova, I. 2011. Rogue waves Kharif, Ch. 2006a. Freak waves in 2005. Nat. in 20062010. doi: 10.1007/s11069-011-9945-y.

Hazards Earth Syst. Sci., 6, 10071015. Nikonov, A. A. 1997. Tsunamis occurrence on

Didenkulova, I., Zahibo, N., Kurkin, A., Le- the coasts of the Black Sea and the Sea of Azov. vin, B., Pelinovsky, E., Soomere, T. 2006b. Izv. Phys. Solid Earth, 33, 7787.

Runup of nonlinear deformed waves on a beach. Parnell, K. E., Delpeche, N., Didenkulova, I., Dokl. Earth Sci., 411, 8, 12411243. Dolphin, T., Erm, A., Kask, A., Kelpsaite, L., Ku- Didenkulova, I., Zahibo, N., Kurkin, A., Peli- rennoy, D., Quak, E., Räämet, A., Soomere, T., novsky, E. 2006c. Steepness and spectrum of a Terentjeva, A., Torsvik, T., Zaitseva-Pärnaste, I. nonlinearly deformed wave on shallow waters. 2008. Far-field vessel wakes in Tallinn Bay. Izv. Atmos. Ocean. Phys., 42, 6, 773776. Estonian J. Engineering, 14, 4, 273302.

Dysthe, K., Krogstad, H. E., Muller, P. 2008. Pelinovsky, E., Choi, B., Stromkov, A., Diden- Oceanic rogue waves. Annu. Rev. Fluid Mech., kulova, I., Kim, H. 2005. Analysis of tidegauge 40, 287310. records of the 1883 Krakatau tsunami. Satake, K.

Engelbrecht, J., Soomere, T. 2006. Kui meri mä- (ed). Tsunamis: case studies and recent developments. Springer, 5778. ratseb: Mõrvarlained. Horisont, 1, 2833.

Hills, J. G., Gods, M. P. 1998. Tsunami from Rabinovich, A. B., Monserrat, S. 1998. Genera- asteroid and comet impacts: the vulnerability of tion of meteorological tsunamis (large amplitude Europe. Sci. Tsunami Hazards, 1998, 16, 310. seiches) near the Balearic and Kuril Islands. Nat. Hazards, 18, 2755. Kharif, Ch., Pelinovsky, E. 2005. Asteroid impact tsunamis. CR Phys., 6, 3, 361366. Torsvik, T., Didenkulova, I., Soomere, T., Par- nell, K. E. 2009. Variability in spatial patterns of Kharif, Ch., Pelinovsky, E., Slunyaev, A. 2009. long nonlinear waves from fast ferries in Tallinn Rogue Waves in the Ocean. Springer. Bay. Nonlinear Proc. Geoph., 16, 2, 351363. Kim, K. O., Lee, H. S., Yamashita, T., Torsvik, T., Paris, R., Didenkulova, I., Peli- Choi, B. H. 2008. Wave and storm surge simu- novsky, E., Belousov, A., Belousova, M. 2010. lations for Hurricane Katrina using coupled pro- Numerical simulation of a tsunami event during cess based models. KSCE J. Civ. Eng., 12, 1, the 1996 volcanic eruption in Karymskoye lake, 18.

114 Kamchatka, Russia. Nat. Hazards Earth Syst. Soomere, T., Parnell, K. E., Didenkulova, I. 2009. Sci., 10, 11, 23592369. Implications of fast ferry wakes for semi-shetered

Sælevik, G., Jensen, A., Pedersen, G. 2009. beaches: a case study at Aegna Island, Baltic Sea. J. Coastal Res., Special Issue, 56, 128132. Experimental investigation of impact generated tsunami; related to a potential rock slide, Western Soomere, T., Parnell, K. E., Didenkulova, I. 2011. Norway. Coastal Engineering, 56, 9, 897906. Water transport in wake waves from high-speed vessels. J. Marine Syst., 88, 1, 7481. Soomere, T. 2005. Märatsev meri: Kagu-Aasia tsunami. Horisont, 2, 1017. Ward, S., Asphaug, E. 2000. Asteroid impact tsu-

Soomere, T. 2007. Lainetav Läänemeri Eesti nami: a probabilistic hazard assessment. Icarus, 145, 6478. teadlaste pilgu läbi. Teadusmõte Eestis (IV), Teh- nikateadused (II). Eesti Teaduste Akadeemia, Yalciner, A., Pelinovsky, E., Talipova, T., Kur- Tallinn, 133142. kin, A., Kozelkov, A., Zaitsev, A. 2004. Tsuna-

Soomere, T. 2010. Rogue waves in shallow wa- mis in the Black Sea: Comparison of the historical, instrumental, and numerical data. J. Geo- ter. EPJ Special Topics, 185, 8196. phys. Res. Oceans, 109, C12023. Soomere, T., Behrens, A., Tuomi, L., Niel- Zahibo, N., Didenkulova, I., Kurkin, A., Peli- sen, J. W. 2008. Wave conditions in the Baltic novsky, E. 2008. Steepness and spectrum of non- Proper and in the Gulf of Finland during wind- linear deformed shallow water wave. Ocean Eng., storm Gudrun. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 8, 1, 35, 1, 4752. 3746.

115 PÄIKESEVALGUS VEES KUI OLULINE MÕJUFAKTOR VEEKOGUDE ÖKOSÜSTEEMI KUJUNEMISEL

Helgi Arst Tartu Ülikooli Eesti mereinstituut

PROBLEEMI ÜLDISELOOMUSTUS* vee enda molekulid, vaid ka mõningad lisaained, mida nimetatakse optiliselt aktiivseteks aineteks. Teatavasti on Päike kogu meie koduplaneedi Maa Kiirguse hajumine vees on põhjustatud peamiselt jaoks elu kindlustav ja suunav taevakeha. Päike- vees sisalduvatest orgaanilistest ja mineraalsetest sekiirgus annab meile valgust ja soojust, ʻtoidabʼ osakestest, vesi ise on nõrk hajutaja. Füüsikas ise- taimestikku ning mõjutab veekogude omadusi, loomustatakse valguskiire neeldumist nn neeldu- olles suure tähtsusega inimeste ja loomade elu- miskoefitsiendi a abil ja hajumist hajumiskoefit- keskkonna kujunemisel. Maa loodus on kaunis ja siendi b abil. Nende summa moodustab nõrgene- mitmekesine: kirju pildina vahelduvad mäed ja miskoefitsiendi c, ehk c=a+b. Lisaks kasutatakse orud, kõrbed ja vihmametsad, suured maismaa- laialdaselt nn difuusset nõrgenemiskoefitsienti Kd. alad ja väikesed saared, ookeanid, jõed ja järved. Selle puhul vaadeldakse looduslikku valgust, kus Ookeanid ja mered hõlmavad Maa pindalast 71%, veepinnale langeb mitte ühes suunas kulgev kiir- seega on veekogud looduskeskkonna väga oluline tekimp, vaid nii otsekiirgus päikesekettalt kui ka osa. Kolossaalset mõju Maa kliimale ja ilmasti- atmosfääris hajunud päikesekiirgus, mis võib kule avaldavad ookeanid, mis on palju aastaid tulla veepinna kohal paikneva poolsfääri igast olnud mereteadlaste põhiliseks uurimisobjektiks, suunast. Kiirguse nõrgenemine vees on erinev kusjuures materjali on kogutud nii bioloogia, geo- mitte ainult ookeanis ja järvedes, vaid see võib loogia, füüsika, keemia kui ka ökoloogia vald- muutuda ka järvelt järvele. konnas. Viimastel aastakümnetel on suuri edusamme tehtud veekeskkonna uurimisel optiliste Erinevate veekogude omadused on seotud nende meetoditega. Optiliste seadmete paigutamine sa- limnoloogilise ja/või optilise tüübiga, vees sisal- telliitidele võimaldab saada operatiivset informat- duvate lisaainetega, aastaaegadega, veekeskkonna siooni globaalsetes mõõtmetes. Siiski on jõutud bioloogilise aktiivsuse tsüklilise muutumisega ja tõdemuseni, et väga oluline on uurida ka siseme- inimtegevusega. Ei optiliste ega ka muude oma- rede, rannavete ja järvede ökoloogilist seisundit. duste põhjal pole võimalik asetada veekogusid Need on alad, kus vete omadused muutuvad lineaarsele skaalale, kus ühes otsas on suure läbi- kiiresti nii ruumis kui ajas, ja antropogeenne paistvusega veed ja teises otsas peaaegu läbipaist- koormus on eriti suur. matud veed. Vette tunginud valgus nõrgeneb sü- gavusega mitte niivõrd vee mõjul, vaid põhiliselt Veepinnale langenud päikesekiirgus peegeldub vees sisalduvate optiliselt aktiivsete ainete (OAS) osalt tagasi atmosfääri, osalt murdub ja tungib valgustneelava ja -hajutava mõju tõttu. Ookeani vette. Sügavuse suurenedes hakkab kiirgus üha võib harilikult vaadelda ühekomponendilise süs- enam ja enam nõrgenema. Selle põhjuseks on teemina, kus peale vee enda on valgustnõrgen- kaks protsessi − kiirguse neeldumine ja hajumine davaks aineks fütoplankton. Sisemeredes, jõge- veekeskkonnas. Kiirgust neelavad mitte üksnes des, ranna- ja järvevetes on aga oluline veel kahe

* Artiklis on vähesel määral kasutatud ka väljaandes “Eesti Teaduspreemiad 2004ˮ sisalduvaid materjale (H. Arst. 2004. Mitmekomponendiliste looduslike vete optilised omadused ja veealune valgusväli).

117 optiliselt aktiivse aine mõju − lahustunud orgaa- meie planeedi eri regioonides. Erijuhuna mainin nilise aine värvuskomponent, nn värvunud kolla- veel naftareostuse mõju: kui laiadel aladel lebab ne aine, ja tripton ehk tahked mineraalsed või sur- veepinnal paks naftakile, mis neelab tugevalt päi- nud orgaanilised osakesed. Sellistel juhtudel on kesevalgust, siis võib see põhjustada olulisi tegu mitmekomponendilise optilise süsteemiga. muutusi nii mere kiirgus- kui ka temperatuuri- Inimtegevuse mõjul võib lisanduda ka muid opti- režiimis. liselt aktiivseid komponente. Eredaks näiteks on SEOS MEREBIOLOOGIAGA. Praktiliselt kõik veealused siin naftareostus, kus veepinnal lebav naftakile ja organismid vajavad oma elutegevuseks päikese- naftaemulsioon vees võivad oluliselt mõjutada valgust. Tuntuim protsess on fütoplanktoni rak- veekogu optilisi omadusi ja temperatuuri. kudes toimuv fotosüntees, mille tulemusena tek- Mida ütleb sõnaühend ʻvee optiline kvaliteetʼ? kiv primaarprodukt sioon on veekogude ʻtoitu- Siin ei pruugi olla üks-ühest vastavust joogivee misahelaʼ esimene lüli. Põhjataimestikul (mida kvaliteediga või vee kõlblikkusega suplemiseks. loetakse veekogude ökoloogilise seisundi indi- Kui joogiveele lisada mingit mürkainet, mis pole kaatoriks) pole võimalik areneda, kui ta ei saa optiliselt aktiivne, siis vee OPTILINE kvaliteet ei vajalikku valgushulka. See, millises sügavuses on muutu, kuigi vesi ei kõlba enam joomiseks. Tei- säilinud veel 1% veepinnale langevast kiirgusest, selt poolt, pruuniveeliste rabajärvede läbipaistvus on vee ökoloogilise seisundi üks näitajatest. Nagu (seega ka optiline kvaliteet) on madal, kuid ometi juba öeldud, näitab vee optilise kvaliteedi halve- ei kujuta see vesi suplejatele mingit ohtu. Kui aga nemine tihti ka veekogu ökoloogilise seisundi vee optilise kvaliteedi muutus on põhjustatud halvenemist (sh vetikavohangud). veekogu eutrofeerumise suurenemisest, heitvete SEOS TUULE JA HOOVUSTEGA väljendub peamiselt merrelaskmisest või naftareostusest, siis võib see veesolevate optiliselt aktiivsete ainete edasi- olla hoiatussignaal, mis kas fikseerib/prognoosib kandumisena ühelt alalt teisele, samuti vee- vetikavohangut või vee saastumist inimtegevuse masside segunemisena. Laevaliikluse mõjul ning mõjul. sadamaehituste kaevetöödel ja kaadamisel üles- Millistes looduslikes protsessides on oluline päi- paiskunud põhjasetted võivad tuulte ja hoovuste kesekiirguse peegeldumine, hajumine ja neeldu- mõjul kanduda kaevekohast kaugemale. Nende mine veekogudes? Nimetan kolme põhilist: kontsentratsioon võib mõnda aega olla vertikaal-

SEOS VEE TEMPERATUURIGA on üheks faktoriks kliima selt ebaühtlane, kuid siis vee segunemisel üht- kujunemisel. Näiteks rannaliivale, mullale või lustuda. Loomulikult halvendab selline hõljuv- asfaldile langev päikese-kiirgus neeldub pinnases ainete lisandumine vee läbipaistvust. Erilise tähe- täielikult juba mõne sentimeetri sügavusel ning lepanu all peaks olema rannalähedases madalas edasi soojeneb pinnas soojusjuhtivuse teel. Vee- vees kasvav põhjataimestik, mis vajab oma aren- kogudes tungib kiirgus palju sügavamale − guks päikesevalgust. ookeanides mõnesaja meetrini, hägustes järvedes 1–3 meetrini. Tulemusena on rannaliiva pealis- VEEALUNE KIIRGUSREŽIIM JA OPTILISELT AKTIIVSED AINED VEES kiht palju soojem kõrval asuvast veepinnast. Rannaliiv (või mõni muu pinnas) hakkab aga Veealune valgusväli iseloomustab elukeskkonda kiiresti soojust tagasi andma atmosfääri, kuid vesi veekogudes, tema kvantitatiivsed väärtused ja ʻkogubʼ soojust. Vee suure soojusmahtuvuse ja spektraalne koostis eri sügavustes on selle kesk- turbulentse soojuse edasikande tõttu on ookeanid konna omaduste indikaatoriteks. Nähtava valguse ja mered kujunenud Maa soojusreservuaariks ja spektripiirkonda (400–700 nm) nimetatakse ka ʻsoojushoorattaksʼ (Ivanov 1978). Üldtuntud on PAR piirkonnaks (fotosünteetiliselt aktiivne spekt- ju merelise ja kontinentaalse kliima erinevused rivahemik). Sageli kasutatav karakteristik on vee-

118 aluse valguse kiiritustihedus, mille spektraalse tabelis 1. See tabel ei sisalda järvi, mille OAS ja kiirguse ühikuks on W/(m2nm). Merebioloogias vee läbipaistvuse mõõtmisi teostati aastatel 1992– on aga vajalikud nn skalaarse kvantkiirguse kii- 1993 (Jõksi, Kurtna Liivjärv, Kurtna Valgjärv, ritustiheduse andmed, mille alusel on võimalik Nõuni, Pangodi, Piigandi, Pühajärv, Rõuge Suur- määrata fütoplanktoni rakule igast suunast lan- järv, Tamula) (Arst jt 1999), samuti pole seal ka geva kiirguse koguhulka ja selle neelamist raku andmeid Reinart jt (2004) artiklite ettevalmis- poolt (ühikuks harilikult μmol/(m2snm)). Inte- tamisel tehtud ekspeditsioonide kohta. graalset PAR piirkonna kvantkiirgust on või- Enamikel juhtudel olid järved väikesed ja küllalt- malik arvutada energeetilise kiiritustiheduse ki madalad, seega piisas ühest mõõtejaamast. Mõ- spektraalse jaotuse alusel. Valguse difuusse nõr- nede suuremate järvede (Peipsi, Võrtsjärv, Päijän- genemiskoefitsiendi määramiseks on vajalikud ne, Vesijärvi, Lohjanjärvi) puhul tuvastati veeko- kiiritustiheduse spektraalsed väärtused eri süga- gu bio-optiliste parameetrite varieerumine järve vustes; teiselt poolt, kui on teada spektraalne nõr- eri piirkondades. Koostöö Võrtsjärve Limnoloo- genemiskoefitsient ja pealelangeva kiirguse spek- giakeskuse bioloogidega võimaldas lülitada uuri- ter, siis saab arvutada veealuse kiiritustiheduse mustesse ka veealuse fütoplanktoni primaarpro- spektraalseid väärtusi. Kõik see kehtib ka PAR duktsiooni mõõtmisi ja vastavaid mudelarvutusi. piirkonna jaoks, kus arvutatakse difuusse nõrge- Enamikes ülalmainitud publikatsioonides on OAS nemiskoefitsiendi integraalsed väärtused või siis ja kiirguskarakteristikute mõõtmisandmed, nende veealuse kiiritustiheduse integraalsed väärtused. analüüs ja vastavad mudelarvutused segunenud,

Optiliselt aktiivsete ainete (OAS) ja vee optiliste nii et raske on jaotada töid uuritavate parameetrite karakteristikute andmebaasi kogumist järvede ja järgi. OAS väärtuste jaoks on kogunenud iga ka- rannavete jaoks alustasime juba 1992. a, viimased rakteristiku kohta ligi 2000 mõõtmistulemust, andmed saadi 2010. (Arst 2003; Arst jt 1996, enamasti veekogu pinnakihi jaoks. Secchi ketta 1999, 2002, 2006a, 2008ab; Arst, Reinart 2009; näite ja veealuseid kiirgusprofiile on tunduvalt Erm jt 2001, 2002; Herlevi jt 1999; Paavel jt vähem, sest sageli ei võimaldanud ilmastikutingi- 2007, 2008, 2009, 2011; Reinart jt 2001, 2004ab, mused neid mõõtmisi teha, kuid veeproove saab 2005; Reinart, Herlevi 1999; Sipelgas jt 2003; võtta ka suure lainetusega ja pimedas. Primaar- Toming jt 2009). Põhilised uurimisobjektid olid produktsiooni (PP) mõõtmisi tegime ainult kol- järved ja Läänemere rannikuveed. 1994. aastal mes Eesti järves (Peipsi, Harku ja Võrtsjärv). Ko- alustasime koostööd Helsingi Ülikooli tead- gunenud on 78 seeriat, kus peale PP veealuste lastega, vastav koostööleping (projekt SUVI) toi- profiilide on andmed ka vastavate OAS ja kiir- mis aastatel 1995–2005, mille käigus tegime töid guskarakteristikute kohta (Arst jt 2006a, 2008bc; 14 Eesti ja 7 Soome järvel. Kasutati osalt Eesti, Kauer jt 2009; Nõges jt 2011). osalt Soome teadlaste aparatuuri. Perioodi lõpp- METOODIKA LÜHIKIRJELDUS aastatel uurisime ka järve- ja merejää omadusi Fütoplanktoni ja hõljumi (tripton + elusad orgaa- ning jääalust valgusvälja (Leppäranta jt 2003; nilised osakesed) kontsentratsioonid määrati vee- Arst 2003; Arst jt 2006b, 2008a). proovide põhjal laboratooriumis. Värvunud kolla- Koostöös Rootsi teadlastega tehti mõõtmisi ka se aine hulka iseloomustati tema valgustneelava Peipsi järvel (Reinart jt 2004ab). Peipsi uurimist toime kaudu, mõõtes filtreeritud veeproovidest jätkati hiljem (2003–2009) ka ühisprojektis EMÜ spektrofotomeetri abil suunatud kiirguse nõrgene- Võrtsjärve Limnoloogiakeskusega. Merealadest miskoefitsiendi spektreid. Need spektrid mõõdeti olid vaatluse all Pärnu ja Liivi laht Eesti ranna- ka filtreerimata veeproovidest, mille puhul tule- vetes ja Santala laht Soomes. Peamiste projekti mused iseloomustavad kõikide optiliselt ak- SUVI raames uuritud järvede loetelu on esitatud tiivsete ainete koosmõju valguse nõrgenemisele.

119

Tabel 1

Projekti SUVI raames uuritud Eesti (E) ja Soome (S) järved

Pindala Keskmine Vaatlus- Järv N N N (km2) sügavus (m) periood s ms t

Peipsi (E) 2611 8,3 2003–2009 27* 36* - Võrtsjärv (E) 270 2,8 1994–2010 51 84 - Harku (E) 1,64 2 1999–2010 40 64 3 Äntu Sinijärv (E) 0,024 3,5 1994–1995 5 5 1 Päijänne (S) 1038 15,9 1996–2002 11 22 - Puujärvi (S) 7 6 1997 3 7 - Koorküla Valgjärv (E) 0,441 8,5 1997–2007 13 45 - Paukjärv(E) 0,086 5 1999–2001 17 54 1 Kurtna Nõmmjärv (E) 0,156 3,1 1995–1996 5 6 - Nohipalu Valgjärv (E) 0,063 6,2 1994–2001 19 36 1 Maardu (E) 1,75 2,5 1999–2002 25 49 5 Vesijärvi (S) 112 6,6 1994–2002 12 30 - Uljaste (S) 0,63 2,2 1995–1996 8 9 - Mähuste (E) 0,057 3,7 2001–2002 8 31 - Lammi Pääjärvi (S) 13,4 14,4 1994–2002 13 29 1 Linajärv (E) 0,058 3,8 1999–2000 7 26 - Lohjanjärvi (S) 94 15 1997–2002 7 32 - Verevi (E) 0,126 3,6 1994–2002 17 43 - Valkeakotinen (S) 0,036 3,0 1995 2 2 1 Tuusulanjärvi (S) 6,1 3,1 1996–2002 15 21 - Ülemiste (E) 9,6 2,5 1997–2002 48 247 6 Nohipalu Mustjärv (E) 0,219 3,9 1995–2002 14 14 -

Ns − suviste välitööde arv; Nms − vastav mõõtmisseeriate arv; Nt − talviste ekspeditsioonide arv. Lisatud on väljaspool seda projekti uuritud Peipsi järv.

Mõõtmised sooritati Hitachi Corp. laboratoorse genemiskoefitsiendi spektreid. Viimased on vaja- spektrofotomeetri eri versioonidega. Töödes Arst likud loodusliku kiirguse (päikese otse- ja hajus- jt (1997, 2002) on koostatud poolempiiriline mu- kiirgus) veealuste väärtuste arvutamiseks eri sü- del, mis võimaldab suunatud kiirguse nõrgene- gavustel. Spektraalsed mõõtmised tehti intervalli miskoefitsiendi spektritest tuletada difuusse nõr- (350)400–700 nm jaoks, kuna nimelt selles piir-

120 konnas olevad valguskvandid tarbitakse fotosün- Valgjärv, Peipsi, Võrtsjärv ja Harku järv, lisaks teesis. Kollase aine lõppkarakteristikuks valiti on veel tulemused Pärnu lahe rannavete jaoks valguse nõrgenemiskoefitsiendi väärtus filtree- (jaam Turbakai). Arvutatud on 10 cm sügavuse ritud vees lainepikkusel 380 nm. Filtreerimata vee kohta. Vertikaalteljel esitatud suhteline kiiritusti- jaoks arvutati ka vastav integraalne karakteristik, hedus esindab tegeliku kiiritustiheduse spektraal- keskmistades PAR piirkonnas mõõdetud nõrgene- seid väärtusi antud sügavusel, mis on jagatud vas- miskoefitsientide spektrid. Üheks oluliseks and- tavate pealelangeva kiiritustiheduse väärtustega. mebaasi parameetriks on traditsiooniline Secchi Nii näeme, et selgeveelisel Koorküla Valgjärvel ketta näit ehk Secchi sügavus, mille abil iseloo- on sügavusel 10 cm säilinud rohkem kui 80% mustatakse vee relatiivset läbipaistvust. Mõõtmis- pealelangevast kiirgusest (mõnedel lainepikkustel tulemuseks on siin sügavus, kus inimsilm ei eral- isegi üle 95%), seevastu Harku järves pole ühtegi da enam vettelastud valge ketta kontuure. Veealu- lainepikkust, kus see kiirgus ületaks 60%. Tähele- se kiirguse (enamasti PAR piirkonnas) spektreid panu väärib ka kõverate mingil määral erinev ja integraalseid väärtusi eri sügavustel mõõdeti kuju, mis seostub vees domineeriva OAS tüübiga. spektrofotomeetri LI-1800 UW ja kvantkiirguse Näiteks Pärnu lahe rannaäärse kai vetes on (eriti sensorite LI-192 SA ning LI-193 SA abil (mõle- kevadel) väga domineeriv värvunud kollane aine, mad firma LI-COR toodang). Vee esmaseid opti- mille valgustneelavatest omadustest tulenevad ka lisi parameetreid (a ja c) mõõdeti in situ, kasuta- vastava suhtelise kiiritustiheduse väga väikesed des Helsingi Ülikoolile kuuluvat spektrofoto- väärtused spektripiirkonnas 350–450 nm (joonis meetrit ac-9. Primaarproduktsiooni profiilid mõõ- 1). Võrtsjärves ja Harku järves on valguse nõr- deti Võrtsjärve limnoloogiakeskuse teadlaste genemisel suur roll triptonil ja fütoplanktonil. poolt, lisaks koostati vastavad poolempiirilised Viimane põhjustab kõverate ʻkäänuliseʼ käigu arvutusmudelid (Arst jt 2008c). piirkonnas 650–700 nm, kuna lainepikkuse 680 ümbruses asub planktonis sisalduva klorofülli VEEALUSE VALGUSVÄLJA MUUTLIKKUS neeldumismaksimum. Kiirguse nõrgenemine on Vette tunginud valgus nõrgeneb sügavusega mitte eriti suur Harku järves, mis on tuntud ka oma hi- niivõrd vee enda mõjul, vaid suuremalt jaolt vees lissuviste veeõitsengute poolest. sisalduvate optiliselt aktiivsete ainete (OAS) valgustneelava ja -hajutava mõju tõttu. Need mõjud Veealuse päikesekiirguse laialdane monitooring ei jaotu ühtlaselt üle nähtava valguse spektri, vaid on kallis ning tehniliselt komplitseeritud, mistõttu igale OAS-le on omane mingi iseloomulik neel- eksisteerib akuutne vajadus veealuse kiirgusvälja dumis- ja hajumisspekter. Näiteks värvunud kol- kvaasioperatiivsete mudelite järele. Meie poolt on lase aine puhul kahaneb neeldumine (enam-vä- välja arendatud ning verifitseeritud veealuse kiiri- hem eksponentsiaalselt) lühematelt lainepikkus- tustiheduse poolempiiriline mudel, mille algand- telt pikemate poole, teisisõnu, valgus neeldub eri- meteks on aluspinnale langeva päikesekiirguse re- ti tugevalt lillas ja sinises spektriosas. Fütoplank- gistreerimistulemused ja episoodiliselt võetud tonis sisalduva klorofülli pigmentide neeldumis- veeproovidest määratud valguse nõrgenemiskoe- spektrid on aga irregulaarsed, mitme maksimumi fitsiendi spektrid. Eesmärgiks oli siin leida või- ja miinimumiga. Veealuse kiirguse suhtelist hulka malus määrata veealuse kiiritustiheduse tunni- ja spektraalset muutlikkust erinevates veekogudes summade, päevasummade ja kuusummade ligi- iseloomustab joonis 1. Arvutused on tehtud eel- kaudsed väärtused eri sügavustes pikema ajava- dusel, et kõigile veekogudele langeb samasugune hemiku (näiteks kogu suve) jooksul. See lubab kogus päikeseenergiat. Need kõverad kujutavad hinnata veealuste organismide ʻvarustatustʼ päi- endast tüüpilisi näiteid, mis saadud kevad- ja su- keseenergiaga lühemate või pikemate perioodide vekuudel järgmistel Eesti järvedel: Koorküla vältel.

121

100

80 K.Valgjärv 60 Peipsi Võrtsjärv

40 Harku järv Pärnu kai Joonis 1. 20 Suhtelise kiiritustiheduse tüüpilised spektrid (%) 0 Suhteline Suhteline kiiritustihedus, % erinevates veekogudes. 400 500 600 700 Näited on arvutatud aastatel 2007–2008 mõõ- Valguse lainepikkus, nm detud andmete põhjal.

Teatavasti mõjutab veealust kiirgusvälja ka peale- Joonis 2 esitab näite spektraalse kvantkiirguse langeva päikesekiirguse ajaline muutus päeva päevasest muutumisest Võrtsjärves 17. juulil jooksul, mille lisapõhjuseks on pilvisus (eriti 2007 (nii veepinnale langev kui ka sügavustel 0,2 irregulaarne on kiiritustiheduse päevane käik vaja 0,4 m). Jooniselt on näha, et pärast keskpäeva helduva pilvisuse puhul). Seetõttu oli vajalik vee- on taevas läinud pilve, mis vähendas muidugi pinnale langevat päikeseenergiat pidevalt regist- oluliselt kiirgust kõikidel sügavustel. reerida. Iga OAS erinev roll päikesekiirguse nõrgenemisel Teiselt poolt eeldati, et mis tahes veekogu optilis- vees viib mõtteni hinnata kvantitatiivselt nende te karakteristikute ajaline muutumine on suhteli- osakaalu kiirguse koguneeldumises ja koguhaju- selt aeglane, nii et nende väärtuste saamiseks pii- mises vees. Praktiliselt osutus see meil võimali- sab veeproovide võtmisest iga 7–10 päeva tagant. kuks suunatud kiirguse neeldumiskoefitsiendi a ja Veeproovide võtmise suhteliselt suure ajalise in- nõrgenemiskoefitsiendi c jaoks (Paavel jt 2007). tervalli tõttu võib jääda arvestamata (või arves- Mingi OAS osakaalu näitamiseks kasutasime tä- tatakse liigselt) mõni lühiajaline veekogu bioloo- histusi a(w), a(CDOM), a(ph) ja a(t), kus sul- gilise aktiivsuse muutus, kuid saadud viga kuu- gudes olevad tähed on ingliskeelsed lühendid, summades ei tohiks olla suur. Mudeli verifitsee- vastavalt puhas vesi, värvunud kollane aine, füto- rimiseks kasutati firma LI-COR veealust spektro- plankton ja tripton. Iga osakaal saadi, jagades radiomeetrit LI-1800 UW, millega mõõdeti vee- vastavat substantsi iseloomustava neeldumiskoe- aluse kiiritustiheduse spektraalseid väärtusi ja ar- fitsiendi väärtuse summaarse neeldumiskoefit- vutati siis vastavad difuussed nõrgenemiskoefit- siendiga a. Tripton on hõljumi osa, kust on siendid (Arst jt 1997, 2002; Arst 2003). eemaldatud elusad fütopanktoni rakud. Samal Töödes Kauer jt (2009, 2010) on tehtud mudel- põhimõttel määrati OAS osakaal (neeldumine ja arvutused spektraalse kvantkiirguse vertikaalse ja hajumine) summaarses nõrgenemiskoefitsendis, ajalise muutlikkuse kirjeldamiseks eri järvedel. vaid jagatise nimetaja oli siin c.

122

Joonis 2. Spektraalse kvantkiirguse muutumine sõltuvalt laine- pikkusest (vertikaaltelg) päeva jooksul (Eesti suveaeg, horisontaaltelg) Võrts- järves kolmel sügavusel (z = 0, 0,2 ja 0,4 m). Kiirguse väärtused [μmol/(m2·s·nm)] on näidatud värvidega.

123 Joonistel 3 ja 4 on toodud näited kahe järve ainet iseloomustava valguse nõrgenemiskoefit- kohta: eutroofne Võrtsjärv (Eesti) ja kollasevee- siendi kohta (0,65–93 1/m). Secchi ketta näit oli line Lammi Pääjärvi (Soome) (Paavel jt 2007). piires 0,1–7 m, erandiks Äntu Sinijärv (Eesti), Kuna nii puhta vee kui ka kollase aine puhul on kus Secchi sügavus oli umbkaudu 15 m (kuna põ- hajumiskoe-fitsient väga väike, siis joonisel 4 hi paistis läbi, saadi tulemus kaudsete meetodi- esitatud hajumine on praktiliselt fütoplanktoni ja tega). triptoni poolt põhjustatud hajumiste summa (neid Need läbipaistvuse väärtused on väga madalad, on teineteisest raske eristada). võrreldes ookeaniveega, kus võib kohata isegi ar- Kogu andmebaasi lõikes varieerusid uuritavate ve üle 50 m. Läänemere avaosa vete läbipaistvus karakteristikute väärtused väga laiades piirides. on 5–8 korda väiksem kui avaookeani vetel Fütoplanktonit iseloomustav klorofüll a kontsent- keskmiselt ja umbes 2 korda väiksem, kui Taani ratsiooni ülempiir oli sadu kordi suurem alampii- väinade põhjaosas (viimane on lähedane Äntu rist (0,3–400 mg/m3), sama võib öelda ka kollast Sinijärve omale).

L. Võrtsjärv 1.0

0.8 L. Võrtsjärv a(ph) 14.1% 0.6 a(t) a(t) 31.4% 0.4 a(ph)

0.2 a(CDOM) Contributions a(w) 0.0 a(w) a(CDOM) 412 440 488 510 532 555 650 676 6.2% 48.3% Wavelength, nm

L. Lammi Pääjärvi 1.0 L. Lammi Pääjärvi 0.8 a(w) 6.4% 0.6 a(t) a(t) 0.4 a(ph) 13.2% a(CDOM) 0.2 Contributions a(w) a(ph) 3.4% 0.0 a(CDOM) 77.0% 412 440 488 510 532 555 650 676 Wavelength, nm

Joonis 3. Erinevate OAS ja puhta vee tüüpiline osakaal valguse summaarses neeldumiskoefitsiendis Võrtsjärves ja Lammi Pääjärvis. Ketasdiagrammil on kujutatud osakaalud PAR piirkonnas ning tulpades 8 kitsa laine- riba jaoks selles spektrivahemikus.

124 Ülemiste järve läbipaistvus on suveperioodil 15 on aastate jooksul kaugenenud oma varasemast korda väiksem kui Äntu Sinijärvel, Nohipalu oligotroofse järve seisundist. Veeõitsengu perioo- Mustjärve vee läbipaistvus on omakorda umbes 2 didel on seal mõõdetud suuri klorofülli väärtusi korda väiksem Ülemiste omast. Uuritud 21 jär- ning suhteliselt väikest läbipaistvust (Secchi ketta vest kaheksal polnud Secchi ketta näit jäävabal näit 3 m või isegi vähem). Ülaltoodud karakteris- perioodil kordagi suurem, kui 2 m (Linajärv, Üle- tikute muutlikkuse struktuuris tuleb eristada muu- miste, Võrtsjärv, N. Mustjärv ja Harku Eestis tusi ʻjärvelt järveleʼ ja sesoonseid ning ruumilisi ning Lohjanjärvi, Valkeakotinen ja Tuusulanjärvi muutusi mingil üksikul järvel. Suured kontrastid Soomes). Selgeveelistest järvedest võiks peale on üksikute järvede vahel. Näiteks oligotroofsel Äntu Sinijärve nimetada veel Paukjärve ja Koor- Päijännel (Soome) on valguse difuusne nõrgene- küla Valgjärve Eestis ja Päijännet ja Puujärvit miskoefitsient 0,8–2 1/m piires, hüpertroofsel Soomes. Secchi näit oli neis 3–7 m. Nohipalu Harku järvel aga isegi üle 8 1/m. Kuna nõrgene- Valgjärv (20 ekspeditsiooni aastatel 1992–2001) miskoefitsiendi väärtus kujuneb mitme optiliselt

L. Võrtsjärv

L. Võrtsjärv a(t) a(ph) 1.0 5.2% 2.1% a(CDOM) 0.8 7.9% a(w) 0.6 1% a(t) 0.4 a(ph) a(CDOM) 0.2 a(w)

b Contributions b 83.6% 0.0 412 440 488 510 532 555 650 676 Wavelength, nm

L. Lammi Pääjärvi a(t) L. Lammi Pääjärvi 8.1% b a(ph) 1.0 38.2% 2.1% 0.8

0.6 a(t) 0.4 a(ph) a(w) a(CDOM) a(CDOM) 4.0% 47.6% 0.2 a(w) Contributions b 0.0 412 440 488 510 532 555 650 676 Wavelength, nm

Joonis 4. Erinevate OAS ja puhta vee tüüpiline osakaal valguse summaarses neeldumiskoefitsiendis Lammi Pää- järvis ja Võrtsjärves. Ketasdiagrammil on kujutatud osakaalud PAR piirkonnas ning tulpades 8 kitsa laine- riba jaoks selles spektrivahemikus.

125 aktiivse aine koosmõjul, siis on huvitav otsida, a väärtused õitsengu tippajal ületasid 500 mg/m3 milline aine on domineeriv ja millises spektriosas ja Secchi ketta näit oli vaid 0,1 m). Ülemiste on see mõju maksimaalne. Üldteada on fakt, et järves oli vee läbipaistvus (Secchi ketta näit) kollase aine neeldumisspekter kahaneb lühematelt kevadel ja suvel enamasti 0,5–1,7 m piires, mille lainepikkustelt pikemate poole, mis põhjustab poolest ta sarnaneb Võrtsjärvega. Sealjuures ei veealuse päikesekiirguse tugeva neeldumise just tuvastatud Ülemiste vete optiliste karakteristikute lillas ja sinises spektriosas (vt ka jooniseid 3 ja 4). ruumilist muutlikkust ega ka mingit erilist trendi Vaadeldes domineerivaid OAS, saame märgata- vee optilise kvaliteedi halvenemise suunas. Kolla- vad erinevused. Näiteks Lammi Pääjärvil (Soo- ne aine käitus aga ebahuvitavalt, olles kevadest me) ja eriti Nohipalu Mustjärvel (düstroofne järv) sügiseni vähe muutuv, vaid Harkus täheldati selle on näha ülitugevat kollase aine mõju (osakaal val- olulist vähenemist maist novembrini. Kokku guse summaarse neeldumiskoefitsiendi väärtuse võttes projekti SUVI tulemusi võib öelda, et Eesti formeerumisel 77–95%). Teistes järvedes võib ja Soome järvede optiline/bioloogiline mitmeke- kollase aine osakaal olla suurem või väiksem, sisus on suur, kusjuures leidub vägagi ekstremaal- sõltuvalt fütoplanktoni ja heljumi hulgast järves. sete omadustega järvi – näiteks suvel rohelist Näiteks Võrtsjärves on kollase aine osakaal 48% värvi ülisuure primaarproduktsiooniga Harku järv ja klorofülli ning hõljumi osakaal summaarselt ja tumepruuni rabaveega Nohipalu Mustjärv.

46% (joonis 3). Seega on värvunud kollane aine Järvede suur looduslik mitmekesisus on olnud oluline veealuse kiirgusvälja mõjutaja ning ta on ajendiks töödele, kus järvi püütakse klassifitsee- vähem oluline vaid tugevalt eutroofsetes või siis rida. Tuntuim on limnoloogiline klassifikatsioon, hüpertroofsetes järvedes (Harku järv, Tuusu- kus põhiparameetrid on võetud füüsika, bioloogia lanjärvi (Soome)), eriti veeõitsengute perioodil. ja keemia valdkonnast (Kirk 1994; Reinart jt Nelja aasta (1998–2002) jooksul jälgiti optiliselt 2003; Arst 2003; Arst, Reinart 2009). Erinevate aktiivsete ainete ja optiliste karakteristikute se- autorite poolt väljaarendatud süsteemides on klas- soonset käiku neljal Eesti järvel (Paukjärv, Maar- side arv erinev: kui OECD protokollides (Vollen- du, Ülemiste ja Harku). Erilist tähelepanu pöörati weider, Kerekes 1982) on vaid 5 klassi, siis Eesti Ülemiste järvele (mõõtmised algasid seal juba teadlaste süsteemis on koguni 27 klassi (Mäemets 1997) kuna teatavasti kujutab see järv endast 1971; Ott, Kõiv 1999). Meid huvitas aga enam Tallinna linna peamist joogivee reservuaari. Vaa- järvede optiline klassifitseerimine. Siin tuleb es- deldud erinevused nendel neljal järvel vastasid majärjekorras mainida Jerlovi (1976) uurimust, enam-vähem järve tüübile. Oligotroofses Pauk- kus ta klassifitseeris erinevad veed valguse di- järves väljendus OAS sesoonne käik nõrgalt ja fuusse nõrgenemiskoefitsiendi spektrite põhjal (5 süsteemitult. Maardu järv, mis paarkümmend aas- ookeani tüüpi ja 5 rannavete tüüpi). Võrdlusel tat tagasi liigitati eutroofsete hulka (Secchi ketta selgus aga, et meie järved on parimal juhul lähe- näiduga alla 2 m), on tänapäeval muutunud olu- dased kahele viimasele rannavee tüübile, kuid vä- liselt selgeveelisemaks (paiguti oli isegi raskusi ga paljudel järvedel on vee läbipaistvus tunduvalt mõõta Secchi ketta sügavust, kuna 3,5 m süga- väiksem kui Jerlovi kõige mustemal rannavete vune põhi paistis läbi). Huvitav on fakt, et Maar- tüübil. Meie uurimused järvede optilise klassifi- dul toimub intensiivne veeõitseng peamiselt ke- katsiooni väljatöötamiseks on esitatud töödes vadel (aprilli lõpp−mai esimene pool) ja hilis- (Reinart jt 2003; Arst 2003; Arst, Reinart 2009). suvine õitseng on vaid vaevumärgatav. Seevastu Andmebaasina olid meie käsutuses nii Eesti ja on Ülemistel ja Harkul hilissuvine veeõitseng Soome järvede kui ka kahe Rootsi suurjärve (Vät- vägagi intensiivne (eriti võimas oli vetikavohang tern ja Vänern) kohta kogutud materjalid. Selgus, Harkul 1999. a juulist hilissügiseni, kus klorofüll et veekogude tüüp võib muutuda mitte ainult

126 järvelt järvele, vaid et ka ühe järve piires esineb natsiooni nendest parameetritest. Kuna mõlemad sesoonne muutlikkus (joonis 5a,b). muutuvad laiades piirides, siis on ka klasside arv

Iga klassi identifitseerimisel on parameetriteks suur, kuigi iga järve piires vaadeldi vaid 3–8 klas- vee läbipaistvus (Secci ketas või valguse nõrge- si. Järved on reastatud läbipaistvuse vähenemise nemiskoefitsient) ja jagatis ʻklorofülli kontsent- suunas; nii näemegi joonisel 5, et järved muutu- ratsioon/kollase aine spektraalne neeldumis- vad valge-helesinisest (Vättern Rootsis) kuni koefitsientʼ. Seega saame iga klassi kui kombi- punase-tumepruuni Nohipalu Mustjärveni.

Joonis 5. Erinevate järvede klassid ja nende muutumine iga üksiku järve piires (Arst, Reinart 2009). Ni − antud klassi kuuluvate juhtumite arv, Nsum − juhtumite koguarv sellel järvel. Horisontaalteljel on kujutatud järvede nimetuste lühendid (vt tabel 1).

127

Korrelatsioone OAS ja optiliste karakteristikute koorub välja oluline järeldus: üldistatud regres- vahel on uuritud peamiselt SUVI andmebaasi jär- sioonivõrrandeid ei saa tuletada mingi ühe üksiku vede jaoks. Selgus, et korrelatsioon klorofülli ja veekogu isegi pikaajalisel jälgimisel, vaid baasiks hõljumi kontsentratsioonide vahel oli võrdlemisi peab olema paljude eri tüüpi veekogude jaoks suur (R2 = 0,77), kuid (nagu oligi oodata) neil saadud andmestik. Praktikas vajalik seos Secchi parameetritel puudus pea täielikult seos kollase ketta ja kiirguse difuusse nõrgenemiskoefitsiendi aine hulgaga (R2 < 0,1). Secci ketta näit andis hea vahel on saadud töös (Arst jt 2008a) (joonis 6). korrelatsiooni (regressioonvalemiks astmefunkt- Jooniselt näeme, et väikese (alla 1 m) zSD puhul sioon) nii klorofülli kui ka hõljumiga (R2 isegi tugev optiliselt aktiivsete ainete hulga suure- vastavalt 0,75 ja 0,79). Mõnevõrra üllatuslikult nemine mõjutab vähe Secchi ketta näitu (jäädes andis väga kõrge R2 väärtuse (0,945) ja väikese isegi mõõtmisvigade piiridesse), kuid kajastub vabaliikme (0,053 1/m) mitmene regressioon, kus hästi valguse nõrgenemises. Läbipaistvates vetes vaadeldi suunatud kiirguse nõrgenemiskoefit- aga on Kd,PAR väike, kuid samal ajal muutub siendi seost kolme OAS-ga 802 mõõtmise alusel. Secchi sügavus märgatavalt (joonis 6). Seega Töödes (Erm jt 2002; Arst 2003) määrati lisaks sobib selgeveelistes järvedes valguse nõrge- veel regressioonvõrrandid valguse nõrgenemis- nemise kirjeldamiseks pigem Secchi ketas koefitsiendi ja iga optiliselt aktiivse aine vahel (sügavus), sogastes järvedes on selleks aga parem kuue järve jaoks eraldi (Harku, Lohjanjärvi, karakteristik Kd,PAR (või ka veeproovidest mää- Maardu, Paukjärv, Lammi Pääjärvi ja Ülemiste; ratud suunatud kiirguse nõrgenemis-koefitsient). mõõtepunkte vastavalt 21, 14, 25, 21, 26 ja 65). Secchi ketas on väga kaua olnud põhiline vee Tulemused olid huvipakkuvad: enamikul juhtudel läbipaistvuse näitaja. Enamik mereuuringuid olid regressioonvõrrandid küllaltki palju erinevad sisaldab selle väärtusi, mis võimaldab võrrelda nendest, mis saadi kogu andmebaasi põhjal. Kui erinevate autorite tulemusi ja hinnata trende. hõljumi jaoks andsid kõik kuus järve positiivse R Teiselt poolt sõltub Secchi ketta näit vaatlejast ja väärtuse, siis klorofüll a puhul oli Lammi Pää- pealelangeva kiirguse nurk-jaotusest, samuti pole järvis ja Päijännel R negatiivne. Kollase aine võimalik teha mõõtmisi tugeva lainetusega ja jaoks oli R negatiivne Harku järvel. Eelnevast öösel. Valguse nõrgenemiskoefitsiendi määrami-

12 10 y = 1.6941x-0.6771 ) 2 -1 8 R = 0.7281

(m 6

d,PAR K 4 2

0 Joonis 6. 0 2 4 6 8 Regressioon PAR piirkonna difuusse nõrgenemiskoefitsiendi (Kd,PAR) ja zSD (m) Secchi ketta näidu (zSD) vahel.

128 seks on vaja võtta vaid veeproove (mida saab teha tiivseks interpreteerimiseks vajalik antud vee- ka hämaruses), kusjuures saame erinevatelt tüübile sobiv atmosfääri korrektsiooni algoritm, sügavustelt võetud veeproovide abil määrata ka mis arvestab atmosfääri mõju veest tagasihajunud vee optilise kvaliteedi vertikaalset profiili (Arst kiirguse teekonnal veepinnast satelliidini. Lisaks 2003). sellele on kaugseire võimeline infot ammutama

Koostöös Soome kolleegidega uuriti ka veeko- vaid vee pinnakihist, mille paksus sõltub vee gude jääkatte füüsikalisi ja optilisi omadusi ning läbipaistvusest. Mõnikord erinevad selle pinna- jääaluse kiiritustiheduse vertikaalseid profiile kihi omadused oluliselt allpool asuvast veest, (Leppäranta jt 2003; Arst 2003; Arst jt 2006b, näiteks vetikavohangute perioodil või veepealse 2008a). Näidati, et põhiliseks kiirguse neelajaks naftakile puhul. Kuigi viimastel aastatel on oluli- on jää peal asuv lumekate. Võrreldes jääkatte val- selt paranenud satelliitmõõtmiste ruumiline ja ra- gustneelavaid omadusi Santala lahes (Soome) ja diomeetriline lahutusvõime, on mitmeid problee- Eesti järvedes, leiti, et soolasest veest moodus- me, mis raskendavad kvantitatiivse info saamist tunud jää on palju tugevam neelaja. Sellises jääs mitmekomponendiliste ja/või väiksemõõtmeliste on vertikaalsed kanalid, kus areneb fütoplankton, veekogude kohta. Seega jääb endiselt oluliseks mis ongi suurenenud neeldumise põhjustaja. traditsiooniliste in situ meetodite kasutamine ja arendamine. Määrati ka pinna albeedo väärtused, alates värs- keltsadanud lumest kuni sulava jääni, äärmised Eristatakse satelliitpiltide kvalitatiivset ja kvanti- tulemused erinesid teineteisest 4,5 korda. tatiivset analüüsi. Esimene näitab satelliidini jõudva signaali relatiivset tugevust, teisel juhul OPTILINE KAUGSEIRE püütakse juba tuvastada üksikuid OAS ja nende

Optilised mõõtmised satelliitidelt võimaldavad hulka vaadeldava veeala üksikutes osades. Satel- saada operatiivset ja regulaarset infot suurte terri- liidi sensorisse jõudev signaal kujutab endast vee- tooriumide kohta, nagu ookeanid, metsamassii- pinnalt peegeldunud ja veest õhku tagasihajunud vid, põllud, atmosfääri sünoptiline seisund, maa- kiirguste summat, mis on moondunud, läbides at- pinnal asuvad objektid jne. Seetõttu on optiline mosfääri veepinnalt satelliidini (ingliskeelne ter- kaugseire tänapäeval saanud väga laialdaselt ka- min on remote sensing radiance, eesti keeles sutatavaks meetodiks. Veekogude optiline kaug- ʻoptilise kaugseire heleduskoefitsientʼ). Satel- seire on võimalik tänu sellele, et veest õhku taga- liidini jõudnud signaal vajab töötlemist − esiteks sihajunud kiirguse spektraalne koostis erineb on vaja eemaldada veepinnalt peegeldunud kiir- märgatavalt pealelangeva kiirguse omast. Käes- guse mõju, teiseks arvestada, kuidas on signaal oleva artikli autori uurimused veekogude optilise moondunud atmosfääri läbimisel. Allpool on kaugseire osas on jäänud kaugele minevikku esitatud neli näidet satelliitpildi kvalitatiivse (Arst jt 1984, 1990; Kutser jt 1995, 1998, 2001; tõlgenduse kohta (joonis 7). Optilise kaugseire Arst 2003). Loetletud töödes käsitletakse ka heleduskoefitsiendi kõrgemad väärtused (joonisel naftareostust ning erinevate naftatüüpide oma- roheline ja punane) on tõenäoliselt põhjustatud dusi: veepinnal asuv naftakile mitte ainult mõju- veeõitsengust (suur elusa ja surnud fütoplanktoni tab veealust valgusvälja ja vee temperatuuri, vaid hulk) ja ka rohkest mineraalsest hõljumist. muudab tunduvalt ka signaali, mis jõuab satel- FÜTOPLANKTONI PRIMAARPRODUKTSIOON liidini. Satelliituuringute abil pole siiski alati või- malik lahendada kõiki probleeme, näiteks või- Fütoplanktoni primaarproduktsioon (PP) kujutab matu on koguda maapealset infot pilves ilmade endast orgaanilise aine peamist sünteesi veekogu- puhul (Läänemere regioonis on selliseid päevi des, andes tõuke toitumisahela kujunemiseks ja 60% aastast). Samuti on satelliitandmete kvantita- olles ökoloogilise püramiidi vundamendiks. See

129

Joonis 7. Satelliidi sensor MODIS Aqua 250 m lahutusvõimega piltidelt hinnatud optilise kaugseire heleduskoefitsiendi (peegeldab OAS koosmõju) ruumiline varieeruvus Pärnu lahe piirkonnas. Rohelised ja punased alad viitavad ilmselt nii füto- planktoni kui ka heljumi rohkusele. Pildi autor on L. Metsamaa.

toimub fotosünteesi käigus: fütoplanktoni rakud, muutlik suurus, kusjuures selle muutlikkuse üks kasutades valguskvantide energiat, muudavad peamisi allikaid on veealune päikesekiirgus. selle keemiliseks energiaks, mille tagajärjel muu- Traditsioonilised primaarproduktsiooni mõõtmise tub anorgaaniline aine orgaaniliseks. Tulemusena meetodid põhinevad fotosünteesi protsessis toi- kasvab fütoplanktoni (vetikate) hulk, mis suu- muva gaasivahetuse uurimisel, kusjuures mõõde- rendab zooplanktoni toidulauda. Viimane süüakse takse kas planktoni rakkudelt eralduvat hapnikku aga osaliselt ära kalade poolt (Kirk 1994; Nõges või siis süsihappegaasi fikseerumist rakus. Eri- T. jt 2003, 2011; Nõges P. jt 2003). nevates sügavustes asuvaid veepudeleid ekspo- Primaarsete protsesside efektiivsuse aste viitab neeritakse päevavalguse käes 1–2 tundi; seejärel järve limnoloogilisele tüübile ja viib lõpuks kas analüüsitakse nendes asuv vesi spetsiaalsete mee- kalavarude kasvule või kahanemisele. Vaatamata toditega (Nõges P. jt 2003; Arst jt 2008c; Nõges sellele, et järvede pindala moodustab vaid väikese T. jt 2003, 2011). Tulemuste saamiseks pikemate osa Maa veealade kogupindalast, on neil oluline ajavahemike kohta (päev, kuu, aasta) tuleb teos- osa süsiniku aineringes veekogudes. Järved pei- tada tohutu hulk üksteisele järgnevaid PP mõõt- davad oma setetes rohkem orgaanilist süsinikku misi. Kuna muutuvad valgustustingimused päeva/ kui kogu ookean (Downing jt 2008). päevade jooksul põhjustavad PP märgatava ajalise muutlikkuse, on vaja pidevaid mõõtmisi. Veekogud erinevad oma võime poolest siduda Siit tuleneb vajadus arvutusmudelite järele, mis süsinikku ja selle näitajaks on erinevused nende lubaksid leida PP väärtusi, kasutades kergesti fütoplanktoni primaarproduktsioonis. Viimane on mõõdetavate lähteparameetrite kombinatsiooni.

130 Töös (Arst jt 2008c) kvantifitseeriti poolem- Joonise 8 tõlgendamiseks on oluline arvestada piiriline mudel, mis lubab arvutada PP üksik- fakti, et kuigi fotosüntees on võimatu ilma val- väärtusi kolme lähteparameetri – veepinnale lan- gusenergiata, ei pruugi primaarproduktsiooni hulk geva päikesekiirguse, vee klorofüllisisalduse ja mingis ruumipunktis suureneda kiirguse suure- valguse difuusse nõrgenemiskoefitsiendi – and- nedes. Fütoplanktoni rakkudel on võime vastu mete alusel. Mudelil on kaks versiooni − spekt- võtta vaid piiratud kogus kiirgust, veelgi enam, raalne ja integraalne. Esimese jaoks on algand- liiga suured kiirguse väärtused põhjustavad PP metena vaja nii langeva kiirguse kui ka difuusse vähenemist veepinna läheduses ja tema maksi- nõrgenemiskoefitsiendi spektreid, teisel juhul mumi paigutumist mingile sügavusele (joonis 8). piisab nende parameetrite integraalsetest väärtus- Väikese valgustatuse puhul (pealelangev kiirgus test PAR piirkonna jaoks. Spektraalne mudel on on vähenenud kas päikese kõrguse muutudes või mõnevõrra täpsem, kuid integraalne mudel sobib pilvisuse mõjul) asub aga maksimum veepinnal ja tihti paremini praktilisteks arvutusteks (eriti PP PP väheneb kiiresti sügavuse suurenemisel (P pikaajalise muutlikkuse hindamisel), sest siin pole 13.07.2004). Juht P 11.06.2003 kujutab endast PP vaja aparatuuri, mis mõõdaks pealelangeva kiir- profiili, kus intensiivne kiirgus (1800 μmol/(m2 guse ja difuusse nõrgenemiskoefitsiendi spekt- h)) väheneb aeglaselt, sest vee läbipaistvus on reid, piisab ka nende PAR piirkonna väärtustest. suur; tulemusena asub PP maksimum umbes 3 m Mudelid töötavad vaid hästisegunenud järvedes, sügavusel. Võrtsjärve kirjeldav profiil aga kuju- kus klorofülli ja nõrgenemiskoefitsiendi väärtu- neb sõltuvalt vee küllaltki suurest hägususest, sed sügavusega peaaegu ei muutu. Mudelid ei mistõttu kiirgus neeldub kiiresti ja PP maksimum tööta jääkatte puhul, kuna jääaluse PP määra- on umbes 0,5 m sügavusel. miseks oleks vaja lisaandmeid jää paksuse ja Neli näidet primaarproduktsiooni ajalisest (päeva tema optiliste omaduste kohta. Mõned näited pri- jooksul) ja vertikaalsest muutlikkusest on esitatud maarproduktsiooni vertikaalsetest profiilidest on joonistel 9 ja 10 (Kauer jt 2009), mis demonst- toodud joonisel 8. PP in situ mõõtmised on teos- reerivad ilmekalt järvede erinevust. tatud Võrtsjärve Limnoloogiakeskuse teadlaste poolt. -3 -1 PP, mgC m h P 11.06.03, 0 30 60 90 120 mõõd 0 P 11.03.03, arv 1 P 13.07.04, 2 mõõd P, 13.07.04, 3 arv V 20.05.08, m Sügavus, 4 mõõd 5 V 20.05.08, 6 arv Joonis 8. Mõõdetud (mõõd) ja spektraalse mudeli abil arvutatud (arv) primaarproduktsiooni profiilide võrdlus Peipsi järves (P) ja Võrtsjärves (V) kolme mõõtmisjuhu (11.06.2003, 13.07.2004 ja 20.05.2008) jaoks. Veepinnale langeva kvantkiirguse kiiritustihedus ja klorofülli kontsentratsioon olid vastavalt 1800, 320 ja 1200 μmol/(m2·h) ning 8,7, 19 ja 50 mg/m3.

131

Joonis 9. Spektraalse mudeli abil arvutatud primaarproduktsioon PP(z,t), mille väärtused on näidatud värvide abil ühikutes mgC/(m3·h) sõltuvalt kellaajast (Eesti suveaeg) ja sügavusest: (a) Peipsi järv, 27. juuni 2008; (b) Võrtsjärv, 17. juuli 2007. Mõlemal juhul oli vahel- duv pilvisus, z − sügavus ja t − aeg.

Joonisel 9a esitatud Peipsi järve iseloomustavad füllist. Mudelis on teisteks mõjufaktoriteks veel ligi viis korda väiksemad primaarproduktsiooni veepinnale langev kiirgus ja vee läbipaistvus. So- väärtused, võrreldes väga sogase Harku järvega gase vee tugev valgustneelav võime põhjustab joonisel 10b. Kuigi vastav klorofülli kontsent- Harkus PP(z,t) maksimumi paiknemise pinna ratsioon oli Peipsi näite puhul umbes 15 korda lähedal, keskpäeval vaid umbes 0,2 m sügavusel väiksem kui Harku puhul, ei saa siit teha järel- (joonis 10b). Joonistel 9a,b on näha PP(z,t) ebare- dust, et primaarproduktsioon sõltub vaid kloro- gulaarne ajaline muutumine vahelduva pilvisuse

132

Joonis 10. Spektraalse mudeli abil arvutatud primaarproduktsioon PP(z,t), mille väärtused on näidatud värvide abil ühikutes mgC/(m3·h) sõltuvalt kellaajast (Eesti suveaeg) ja sügavusest: (a) Võrts- järv, 17. september 2007 (pilves ilm); (b) Harku järv, 23. juuli 2008 (enamasti päikesepaisteline ilm).

mõjul. Praeguseks on mõlemad PP mudelid auto- ritud primaarproduktsiooni väärtused (ühikuks matiseeritud, mis väga suurel määral kiirendab ar- mgC/(m2·h)), mis on aluseks veekogu summaarse vutusprotsessi. Vastavasse faili tuleb lihtsalt ko- produktsiooni hindamisel. Kuna mudelid võimal- peerida algandmete tabel ning soovitud süga- davad kiiresti teostada suuremahulisi arvutusi, vused (neid võib olla kuni 20). Tulemused valmi- saab neid kasutada PP päevasummade, kuusum- vad mõne sekundi jooksul. Automatiseeritud mu- made ja kogu jäävaba perioodi summade hinda- del arvutab otsekohe ka üle veesamba integree- miseks.

133 Artikli maht ei võimalda kirjeldada kõiki tehtud Arst, H., Erm, A., Hussainov, M., Kutser, T., töid, nii jäid välja Pärnu lahel aastatel 2006–2007 Mäekivi, S., Reinart, A., Herlevi, A. 1999. Inves- tehtud in situ mõõtmiste analüüs (Paavel jt 2011) tigation of Estonian and Finnish lakes by optical ja aastatel 2000–2003 tehtud jää optiliste oma- measurements in 1992-97. Proc. Estonian Acad. duste ning jääaluse valgusvälja uurimistulemused Sci. Biol. Ecol., 48, 1, 524. (Leppäranta jt 2003; Arst 2003; Arst jt 2006b). Arst, H., Erm, A., Kangro, K., Nõges, T., Nõ- Loodan, et ülalkirjutatu äratab meie noortes huvi ges, P. 2006a. Comparison of spectral and broad- mere/järvede optikaga seotud teemade vastu, sest band models for computing photosynthetically väga vajalik on sellekohaste uurimuste jätkumine absorbed radiation in turbid waters. Boreal Env. ka tulevikus. Res., 11, 1, 5565.

TÄNUAVALDUS Arst, H., Erm, A., Leppäranta, M., Reinart, A. Artikli autoril on olnud õnn omada kaasuurijate ja 2006b. Radiative characteristics of ice-covered abilistena palju võimekaid teadlasi, nii et tänu- fresh- and brackish-water bodies. Proc. Estonian avalduse nimekirja mahub vaid osa neist. Kõige- Acad. Sci. Geol. 55, 1, 323. pealt avaldan tänu Matti Leppärantale, Antti Her- Arst, H., Erm, A., Reinart, A., Sipelgas, L., Her- levile ja Juhani Virtale Helsingi ülikoolist, eriti levi, A. 2002. Calculating irradiance penetration pikk nimekiri tuleb aga Eestist: Anu Reinart, Tiit into water bodies from the measured beam Kutser, Tiina Nõges, Peeter Nõges, Ants Erm, attenuation coefficient II: Application of impro- Medhat Hussainov, Georg-Egon Arst, Birgot ved model to different types of lakes. Nord. Paavel, Tuuli Kauer, Sirje Mäekivi, Liis Sipelgas, Hydrol., 33, 2, 207226. Kaire Toming, Liisa Metsamaa. Palju tänu ka ra- halise uurimistoetuse eest, mida on andnud Eesti Arst, H., Herlevi, A., Lukk, T., Mäekivi, S. 1997. Teadusfond (grandid Nr 252, 751, 1804, 3613, Calculating irradiance penetration into water 5594 ja 7156) ja Eesti Teaduste Akadeemia ning bodies from the measured beam attenuation coef- ka Soome Akadeemia seoses Soome-Eesti ühis- ficient. Limnol. Oceanogr., 42, 2, 379385. projektiga “SUVI”. Arst, H., Mäekivi, S., Kutser, T., Reinart, A., VIITED Blanco-Sequeiros, A., Virta, J., Nõges, P. 1996.

Arst, H. 2003. Optical Properties and Remote Investigation of different types of lakes in Estonia Sensing of Multicomponental Water Bodies. and Finland by optical methods. Lakes Reser- voirs: Res. Manage., 2, 3-4, 187198. Springer, Chichester, UK.

Arst, H. 2004. Mitmekomponendiliste looduslike Arst, H., Nõges, T., Nõges, P., Paavel, B. 2008b. vete optilised omadused ja veealune valgusväli. Relations of in situ primary production, under- Eesti Vabariigi teaduspreemiad 2004. Eesti Tea- water irradiance and optically active substances duste Akadeemia, Tallinn, 6679. in turbid lakes. Hydrobiologia, 599, 169176.

Arst, H., Eerme, K., Purga, A. 1984. On the Arst, H., Nõges, T., Nõges, P., Paavel, B. 2008c. brightness coefficient of the Baltic Sea. Dt. Hyd- In situ measurements and model calculations of rogr. Zeitschr., 37, 6, 221233. primary production in turbid waters. Aquat. Biol.,

Arst, H., Erm, A., Herlevi, A., Kutser, T., Leppä- 3, 1, 1930. ranta, M., Reinart, A. 2008a. Optical properties of Arst, H., Pozdnyakov, D., Rosenstein, A. 1990. boreal lake waters in Finland and Estonia. Boreal Optiline kaugseire okeanoloogias. Valgus, Tal- Env. Res., 13, 2, 133158. linn, (vene keeles).

134 Arst, H., Reinart, A. 2009. Application of optical of water transparency, chlorophyll a and total classification to North European lakes. Aquat. phosphorus concentrations on Lake Peipsi. Int. J. Ecol., 43, 4, 789801. Remote Sensing, 16, 16, 30693085.

Downing, J. A., Cole, J. J., Middelburg, J. J., Kutser, T., Arst, H., Mäekivi, S., Kallaste, K. Striegl, R. G., Duarte, C. M., Kortelainen, P., 1998. Estimation of the water quality of the Baltic Prairie, Y. T., Laube, K. A. 2008. Sediment orga- Sea and some lakes in Estonia and Finland by nic carbon burial in agriculturally eutrophic im- passive optical remote sensing measurements on poundments over the last century. Global Bio- board a vessel. Lakes Reservoirs: Res. Manage., chem. Cycles, 22, 1, GB1018. 3, 1, 5366.

Erm, A., Arst, H., Nõges, P., Nõges, T., Rei- Kutser, T., Herlevi, A., Kallio, K., Arst, H. 2001. nart, A., Sipelgas, L. 2002. Temporal variations A hyperspectral model for interpretation of in bio-optical properties of four North Estonian passive optical remote sensing data. Sci. Total lakes in 1999-2000. Geophysica, 38, 1-2, 89111. Environ., 268, 1-3, 4758.

Erm, A., Arst, H., Trei, T., Reinart, A., Hussai- Leppäranta, M., Reinart, A., Erm, A., Arst, H., nov, M. 2001. Optical and biological properties Hussainov, M., Sipelgas, L. 2003. Investigation of Lake Ülemiste, a water reservoir of the city of of ice and water properties and under-ice light Tallinn I: Water transparency and optically active field in fresh and brackish water bodies. Nord. substances in the water. Lakes Reservoirs: Res. Hydrol., 34, 3, 245266. Manage., 6, 1, 6374. Mäemets, A. 1971. Estonian Limnology. Valgus, Herlevi, A., Virta, H., Arst, H., Erm, A. 1999. Tallinn. Results of light absorption/attenuation measurements in Finnish and Estonian lakes in summer Nõges, T., Arst, H., Laas, A., Kauer, T., Nõ- 1997. Proc. Estonian Acad. Sci. Biol. Ecol., 48, 1, ges, P., Toming, K. 2011. Reconstructed long 4662. term time-series of phytoplankton primary pro-

Ivanov, A. 1978. Sissejuhatus okeanograafiasse. duction of a large shallow temperate lake: the Mir, Moskva, (vene keeles). basis to assess the carbon balance and its climate sensitivity. Hydrobiologia, 667, 1, 205222. Jerlov, N. G. 1976. Marine Optics. Elsevier Ocea- nography Series 5, Elsevier, Amsterdam Oxford Nõges, T., Haberman, J., Kangur, A., Kangur, K., New York. Kangur, P., Künnap, H., Timm, H., Zingel, P., Nõges, P. 2003. Võrtsjärve toiduahelad. Haber- Kauer, T., Arst, H., Nõges, T., Tuvikene, L. 2009. man, J., Pihu, E., Raukas, A. (toim). Võrtsjärv. Estimation of the phytoplankton productivity in Loodus, aeg, inimene. Eesti Entsüklopeediakir- three Estonian lakes. Estonian J. Ecol., 58, 4, jastus, Tallinn, 393404. 297312.

Kauer, T., Arst, H., Tuvikene, L. 2010. Under- Nõges, P., Laugaste, R., Nõges, T. 2003. Füto- water light field and spectral distribution of atte- plankton. Haberman, J., Pihu, E., Raukas, A. nuation depth in inland and coastal waters. Ocea- (toim). Võrtsjärv. Loodus, aeg, inimene. Eesti En- nologia, 52, 2, 155170. tsüklopeediakirjastus, Tallinn, 261277.

Kirk, J. T. O. 1994. Light and Photosynthesis in Ott, I., Kõiv, T. 1999. Estonian Small Lakes: Spe- Aquatic Ecosystems. Cambridge University cial Features and Changes. Keskkonnaministee- Press, Cambridge. riumi Info- ja Tehnokeskus, Tallinn.

Kutser, T., Arst, H., Miller, T., Käärmann, L., Paavel, B., Arst, H. 2009. Bio-Optical Properties Milius, A. 1995. Telespectrometrical estimation of North European Turbid Lakes and Attenuation

135 of Solar Light in the Water. VDM Verlag Dr. Reinart, A., Herlevi, A., Arst, H., Sipelgas, L. Müller Aktiendesellschaft & Co. KG Saarb- 2003. Preliminary optical classification of lakes rücken, Germany. and coastal waters in Estonia and south Finland.

Paavel, B., Arst, H., Herlevi, A. 2007. Depen- J. Sea Res., 49, 4, 357366. dence of spectral distribution of inherent optical Reinart, A., Paavel, B., Pierson, D. 2004a. Effect properties of lake waters on the concentrations of of colored dissolved organic matter on at- different water constituents. Nord. Hydrol., 38, 3, tenuation of photosynthetically active radiation in 265285. Lake Peipsi. Proc. Estonian Acad. Sci. Biol.

Paavel, B., Arst, H., Metsamaa, L., Toming, K., Ecol., 53, 2, 88105. Reinart, A. 2011. Optical investigations of Reinart, A., Paavel, B., Pierson, D., Strömbeck, N. CDOM-rich coastal waters in Pärnu Bay. Esto- 2004b. Inherent and apparent optical properties of nian J. Earth Sci., 60, 2, 102112. Lake Peipsi, Estonia. Boreal Env. Res., 9, 5, Paavel, B., Arst, H., Reinart, A. 2008. Variability 429445. of bio-optical parameters in two North-European Sipelgas, L., Arst, H., Kallio, K., Erm, A., Oja, P., large lakes. Hydrobiologia, 599, 201211. Soomere, T. 2003. Optical properties of dis-sol- Reinart, A., Arst, H., Erm, A., Trei, T., Hussai- ved organic matter in Finnish and Estonian lakes. nov, M. 2001. Optical and biological properties Nord. Hydrol., 34, 4, 361386. of Lake Ülemiste, a water reservoir of the city of Tallinn II: Light climate in Lake Ülemiste. Lakes Toming, K., Arst, H., Paavel, B., Laas, A., Nõ- Reservoirs: Res. Manage., 6, 1, 7584. ges, T. 2009. Spatial and temporal variations in co-loured dissolved organic matter in large and Reinart, A., Arst, H., Pierson, D. 2005. Optical shallow Estonian water bodies. Boreal Env. Res., properties and light climate in Lake Verevi. 14, 6, 958970. Hydrobiologia, 547, 4149. Vollenweider, R. A., Kerekes, J. J. 1982. Eutro- Reinart, A., Herlevi, A. 1999. Diffuse attenuation phication of waters: monitoring, assessment and coefficient in some Estonian and Finnish lakes. control. OECD, Paris. Proc. Estonian Acad. Sci. Biol. Ecol., 48, 4, 267 283.

136 GLOBAAL- JA REGIONAALPROBLEEMIDE LAHENDAMINE KAUGSEIRE MEETODITEGA

Tiit Kutser, Ele Vahtmäe, Liisa Metsamaa, Birgot Paavel Tartu Ülikooli Eesti mereinstituut

Regionaalsed ja eriti globaalsed keskkonnauurin- mõõtmistulemustel. Põhjataimestiku ning korall- gud ei ole mõeldavad ilma kaugseire vahendeid riffide seisundi uurimine on veelgi keerulisem, kasutamata, kuna vajalikus mahus kontaktandme- kuna vastavad tööd on seotud sukeldumisega, te kogumine ei ole võimalik. Eriti aeganõudvad ja mille ajaline maht (ja seega uuritava ala suurus) kulukad on veekeskkonna uuringud, sest uuritav inimese kohta on meditsiinilistel põhjustel väga ala on tihti väga suur, kuid uurimislaevade kiiru- limiteeritud. Tihti on probleemiks ka riffide suur sed on väikesed. Uuritavad alad ei pruugi olla li- pindala (Suur Vallrahu 300 000 km2), nende kau- gipääsetavad ning uurimislaeva päeva maksumus gus teaduslikust infrastruktuurist (näiteks üle on enamasti väga kõrge. Samas on veekeskkonna Vaikse ookeani laialipillatud korallrifid) või ligi- omadused tihti nii ruumiliselt kui ajaliselt väga pääs (madal vesi, murdlainetus, hoovused). varieeruvad. Võttes veeproove mõnest harvast Optiliselt keerukate vete (ranniku- ja siseveed) konkreetsest punktist saab küll detailse ülevaate kaugseire probleemidega on Eesti Mereinstituudis sellest punktis mingil kindlal ajahetkel toimunust, ja selle eelkäijates tegeletud aastakümneid. Teh- kuid juba pisut eemal võivad vee omadused olla noloogia kiire areng nii kaugseire aparatuuri poo- kardinaalselt teised. Samuti on kontaktmõõtmiste lel (satelliidid, lennukil paiknevad sensorid) kui abil tihti raske uurida paljusid protsesse, kuna pii- ka vee optiliste omaduste uurimiseks vajaliku sava sagedusega mõõtmiste teostamine ei ole teh- aparatuuri osas võimaldab kasutusele võtta uud- niliselt ega majanduslikult võimalik. seid metoodikaid kaugseire andmete interpretee- Vee omaduste varieeruvust rannikumeres ning rimisel ning hinnata kaugseire abil parameetreid, kaugseire kasutamise eeliseid iseloomustab ilme- mis varem polnud võimalik. Allpool on toodud kalt satelliidi ALI pilt Väinamerest (joonis 1). lühiülevaade TÜ Eesti Mereinstituudi kaugseire Näiteks on Matsalu lahest välja voolav pruun ja mereoptika osakonna viimaste aastate töödest huumusaineterikas vesi oluliselt teistsuguste oma- kaugseire meetodite arendamisel ning kaugseire dustega kui Väinamere vesi keskmiselt. Samuti uute rakenduste väljatöötamisel. on näha, et vee omadused muutuvad kardinaalselt MADALATE VETE KAUGSEIRE mõnekümnemeetrise vahemaa jooksul. Seega hin- nates Väinamere seisundit mõne väga täpse uuri- Vee kohal satelliitide poolt mõõdetud signaal mislaevalt toestatud mõõtmise tulemuste põhjal koosneb paljudest komponentidest. Ligikaudu võime saada üsna vale ettekujutuse mere tege- 90–99% mõõdetavast kiirgusest on tagasi hajunud likust olukorrast. Analoogsed probleemid on ka atmosfääris. See osa kiirgusest ei ole kunagi jõud- limnoloogias ja madalate vete uurimisel. Näiteks nud veepinnani ega kanna endas mingit informat- uurimaks järvede osa globaalses süsinikuringes siooni vee omaduste kohta. Osa sensorite poolt oleks vaja koguda andmeid sadadest tuhandetest mõõdetud kiirgusest on tagasi peegeldunud järvedest või ideaaljuhul lausa kõigist maailmas veepinnalt. Selle signaaliosa põhjal saab uurida olevatest järvedest. Samas piirduvad suuremad näiteks lainetust või reostust veepinnal. Osa näh- kontaktmõõtmistel põhinevad globaalsed uurin- tavast valgusest jõuab vette ning pärast mitmeid gud kõigest mõnesaja kuni mõne tuhande järve transformatsioone vees ja atmosfääris on mõõde-

137

Joonis 1. Vee optiliste omaduste varieeruvus Väi- nameres mõõdetuna satelliidil EO-1 paikneva sensori Advanced Land Imager (ALI) abil. ALI ruumiline lahutus on 30 m.

138 tav kaugseire sensorite poolt. See osa mõõdeta- ning merepõhja iseloomust konkreetses uurimis- vast signaalist annab informatsiooni veesambas piirkonnas. Saadud tulemuste puuduseks on lo- leiduvate optiliselt aktiivsete ainete ja nende hul- kaalsus: ühe rifi jaoks välja töötatud kaugseire al- kade kohta. Kui vesi on optiliselt madal, jõuab goritme ei saa automaatselt kasutada mujal. Sa- mingi osa valguskiirgusest läbi atmosfääri ja veemas kohas erinevatel aegadel tehtud piltide ana- samba merepõhjani ning hajub sealt tagasi, kan- lüüsimine on samuti olnud keerukas, kuna atmo- des endas informatsiooni merepõhja optiliste sfääri ja valgustustingimuste muutuste mõju on omaduste kohta. Madalate vete kaugseires on piltidelt raske täielikult eemaldada ning need ainult see osa signaalist kasulik informatsioon ja avaldavad igal pildil erinevat mõju statistiliste ülejäänu on müra, mis tuleb signaalist eemalda- seoste abil saadud merepõhja klassifikatsiooni tuda. Seepärast on madalate vete kaugseire enim lemustele. Lisaks sellele on olnud keeruline erine- arenenud puhastes ookeanivetes, kus vee läbi- va ruumilise ja spektraalse lahutusega satelliitide paistvus on suurim. kasutamine isegi samas kohas, sest igale sensorile

Korallrifid on ookeanide vihmametsad, kus paik- on vaja välja töötada oma kaugseire algoritme. neb enamus merede liigirikkusest. Mõistmaks vii- Nendele probleemidele pakub lahenduse mere- mastel aastakümnetel toimunud kohati drastilisi põhja, veesamba ja atmosfääri füüsikalistel oma- muutusi neis ökosüsteemides, on vajalik põhjalik dustel põhinev kaugseire andmete klassifitseeri- uurimine. Selle teostamine sukeldumiste abil on mise metoodika (Kutser jt 2006c), mis võimaldab väga aeganõudev ja kulukas ning uuritava ala hinnata vee sügavust ja merepõhja tüüpi sama- suurus on riffide pindalaga võrreldes tühine. aegselt ning ei vaja kontaktandmeid konkreetsest Korallrifid katavad suuri alasid (näiteks Suur 2 uurimispiirkonnast. Selle rakendamiseks on vaja Vallrahu 300 000 km ). Suur osa neist paikneb teada erinevate põhjatüüpide (elusad ja surnud geograafiliselt eraldatud piirkondades ning paljud korallid, liiv, vetikad, jne) optilisi omadusi ning piirkonnad on sukeldujatele kas ligipääsmatud omada mõningat informatsiooni vees leiduvate (mõnede atollide laguunid) või töötamiseks liiga optiliselt aktiivsete ainete (fütoplankton, mine- ohtlikud (näiteks murdlainetuse tõttu). Korallrif- raalsed osakesed, huumusained) varieeruvuse fide seisundi hindamisega kaugseire meetoditel ulatuse kohta uuritavas piirkonnas. Kasutades on tegeletud juba üle kahe aastakümne (Jupp jt kiirgusülekande võrranditel põhinevat mudelit 1985), kuid üheks põhiprobleemiks on jäänud vee koostatakse spektrikogu, kus iga põhjatüübi, vee sügavuse muutustest ja merepõhja tüübi (korall, sügavuse ja veesamba omaduste kombinatsiooni vetikad, jne) vaheldumisest tingitud kaugseire jaoks arvutatakse vee heleduskoefitsiendi spekter. signaali muutuste eristamine teineteisest. See tä- Põhjatüüp, vee sügavus ja vee omadused uurita- hendab, et põhjatüüpide kaardistamiseks on olnud val satelliidi (või lennuvahendilt tehtud) pildil vajalik mingigi informatsioon vee sügavuse kohta tehakse kindlaks võrreldes pildi iga piksli spektrit ning kontaktandmete (soovitavalt kogutud satel- teadaolevate omadustega spektrikogu spektritega, liidi ülelennuga samal ajal) olemasolu. Samas ei kasutades selleks näiteks n-mõõtmelist võrdlus- ole käesolevaks ajaks veel isegi kõikide maailma meetodit Spectral Angle Mapper (SAM). Tule- korallriffide asukoht kaardistatud, rääkimata sel- museks on põhjatüüpide ja vee sügavuse kaart lest, et sealt oleks olemas vee sügavuse kaardid (joonis 2B). Vastavalt konkreetsele huvile saab või informatsiooni põhjatüüpide kohta. seda tulemust kasutada kas sügavuse kaardina Kuna senised meetodid kasutasid statistilisi seo- (joonis 2C, kus kõik samal sügavusel olevad seid põhjatüübi ja kaugseire andmete vahel (Jupp põhjatüübid on esitatud sama värviga), või põhja- jt 1985; Andréfouët jt 2003), siis olid tulemused tüüpide kaardina (joonis 2D, kus kõik põhjatüü- suures sõltuvuses pildiinformatsiooni kvaliteedist bid on esitatud sama värviga). Kuna väljatöötatud

139

A B

C ddd D

Joonis 2. Satelliidil EO-1 paikneva sensori Hyperion pilt Cairns’i ja Osterlandi riffidest Suure Vallrahu põhjaosas (A) ning sellest toodetud põhjatüübi ja sügavuse kaart (B), mille legendil enamus põhjatüüpe tehnilistel põhjustel puudub. Joonised C ja D kujutavad vastavalt sügavuse ja põhjatüübi kaarte, mis on saadud joonisel B oleva informatsiooni kujutamisel kahe eraldi kaardina.

140 meetod (Kutser jt 2006c) põhineb erinevate mõõdetud kiirguste suhteid, tugineb pakutud põhjatüüpide, nende kohal paikneva veesamba ja meetod kogu mõõdetud spektri kasutamisele. Ko- atmosfääri optilistel omadustel, mitte iga konk- gu mõõdetud spektraalse informatsiooni kasuta- reetse satelliidipildi statistilistel omadustel, siis mine ning lähtumine merepõhja, veesamba ja at- on see meetod kasutatav igal pool ning ka piir- mosfääri füüsikalistest omadustest annabki või- kondades, kust puuduvad kontaktmõõtmiste and- maluse klassifitseerida samaaegselt nii põhjatüü- med. pe kui ka hinnata vee sügavust ja selles leiduvate

Lisaks põhimõtteliselt erinevale põhjatüüpide optiliselt aktiivsete ainete (fütoplankton, hõljum, klassifitseerimise meetodi väljapakkumisele on lahustunud orgaanilised ained) hulka. samas töös (Kutser jt 2006c) testitud ka teistsu- Üheks oluliseks kriteeriumiks erinevate põhjatüü- gust pilditöötluse põhimõtet. ʻKlassikalineʼ pildi- pide edukaks identifitseerimiseks kaugseire abil töötlus algab atmosfäärikorrektsiooniga. See tä- on ka sobiva põhjatüüpide klassifikatsiooni kasu- hendab, et pildilt eemaldatakse see osa mõõdetud tamine. Kuna vett suudab läbida ja merepõhja signaalist, mis on tekkinud atmosfäärist tagasiha- omadustest informatsiooni anda vaid nähtava val- junud kiirgusest ja ei anna mingit informatsiooni guse lainepikkustel leviv kiirgus, siis peab põhja- vee omaduste kohta. Satelliidi poolt vee kohal tüüpide klassifikatsioon põhinema nende optilis- mõõdetud kiirgusest ületab sellise kiirguse osa tel omadustel. Samas peab see omama mõisteta- 90%. Vajadusel teostatakse vee pinnapeegelduse vat tähendust ka korallriffide bioloogia ja ökoloo- korrektsioon ehk eemaldatakse mõõdetud signaa- gia vaateviklist. On tehtud katseid kasutada ühtset list see osa kiirgusest, mis on peegeldunud vee- põhjatüüpide klassifikatsiooni korallriffide kaar- pinnalt. Kui tegu on merepõhjatüüpide kaardis- distamiseks üle maailma (Andréfouët jt 2003). tamisega, siis tuleb veel eemaldada ka teadmata Kuna kasutatud klassifikatsioon ei lähtunud sügavuse ning tundmatute optiliste omadustega põhjatüüpide optilistest omadustest, siis ei olnud veesamba mõju enne, kui saab põhjatüüpide saadud kaugseire tulemused eriti positiivsed. klassifitseerimisele asuda. Meie katsetused näi- Maailma eri piirkondades kogutud spektraalse tasid, et oluliselt paremaid merepõhja klassifit- informatsiooni võrdlemine meie poolt mõõdetud seerimise tulemusi saab modelleerides põhjatüü- andmetega (Kutser jt 2003, 2006c; Kutser, Jupp pide spektreid nii nagu nad paistaks läbi erine- 2006) näitas, et pruun-, puna-, ja rohevetikate, vate optiliste omaduste ning sügavusega vee- meriheinte ja korallide heleduskoefitsiendi spekt- samba ja muutuvate omadustega atmosfääri, rites on igale rühmale tüüpilised tunnused sõltu- kasutades saadud spektrikogu satelliidi toorpildi mata nende kasvukohast. See võimaldab korallrif- (ilma atmosfäärikorrektsioonita) klassifitseerimi- fide põhjatüüpide jämeda klassifikatsiooni puhul sel. Selle põhjuseks on tõenäoliselt asjaolu, et nii kasutada nii-öelda ʻkeskmisiʼ heleduskoefitsiendi atmosfääri- kui veesamba korrektsioon vähenda- spektreid ning ei pea tingimata uurima, millised vad oluliselt kasutatava signaali intensiivsust, liigid asustavad konkreetset uuritavat ala ning kuid ei vähenda signaali müra. Pealegi on mõle- millised on nende konkreetsete liikide optilised ma protsessi puhul tegemist pöördülesandega, omadused. Üheks oluliseks järelduseks on see, et millel ei pruugi olla ühest lahendit. koralle ei ole kaugseire abil võimalik identifitsee- Kuna spektrikogu spektrid on kergesti ümberar- rida liikide tasemel, kuna varieeruvus sama liigi vutatavad iga konkreetse sensori spektraalset la- korallide optilistes omadustes võib olla sama suur hutusvõime jaoks, siis ei ole ka probleemiks eri- kui varieeruvus eri liiki korallide optiliste oma- nevate sensorite kasutamine. Erinevalt ʻklassikali- duste vahel (Kutser, Jupp 2006). Näiteks võivad stestʼ meetoditest, kus põhjatüübi identifitseerimi- sama liiki korallid olla pruunikad, sinakad või seks kasutatakse kahes-kolmes spektrikanalis rohelised. Samas on suure spektraalse lahutusega

141 sensorite abil võimalik eristada tüüpilisi kollakas- ditelt. Näiteks on joonisel 4 toodud spektromeetri pruune, siniseid ja rohelisi koralle üksteisest, ka- CASI piltidel põhinev põhjataimestiku kaart Vil- sutades optilisi meetodeid. sandi saare ümbrusest.

Kui selgetes ookeanivetes on merepõhjatüüpide Madalate vete kaugseire probleemidega tegele- kaugseire abil tuvastamise võimalusi uuritud juba mise käigus töötati välja uudseid meetodeid nii aastakümneid, siis hägusates, optiliselt palju kee- välitööde läbiviimiseks kui pilditöötluse arenda- rukamates, vetes on selle probleemi lahendamine miseks (Kutser jt 2007b, 2009b). Kuna merihein- alles algfaasis. Näiteks Läänemeres on mõõdetud te biomassi kogumine, kuivatamine ja kaalumine keskkonnaseisundi indikaatorliikide ning erineva- on väga aeganõudev protsess, siis kasutati senini te merepõhjatüüpide optilisi omadusi ning neid põhiliselt meetodit, kus sukeldujad hindasid bio- hinnatud, tuginedes mudelarvutustele, kas ja kui massi visuaalselt, jagades selle tiheduse järgi näi- sügavas vees oleks Läänemeres võimalik põhilisi teks viide klassi. Selline meetod eeldab pikka põhjataimestiku rühmi (pruun-, puna- ja roheveti- veealust treeningut ja selle käigus teatud koguse kad) üksteisest eristada, kui sügavas vees on see meriheinte kogumist. Viimane on näiteks kaitse- võimalik ning milliseid kaugseire sensoreid peaks aladel keelatud. Meie poolt pakutud meetod (Kut- selleks kasutama (Kutser jt 2006de; Vahtmäe jt ser jt 2007b) põhineb veealustel fotodel biomassi 2006, 2007). Meie uurimistulemused näitavad, et hindamisel, kasutades selleks laboris mõõdetud puna-, rohe- ja pruunvetikad on ideaalsetes oludes biomassiga ning fikseeritud suurusega (2525 kaardistatavad kuni nende sügavusteni, kus vas- cm) testalade fotosid. Testaladelt tuleb küll klas- tavad põhjataimestiku rühmad Läänemere vetes sifikatsiooni väljatöötamise käigus samuti korjata veel esinevad. Seda juhul kui kasutada suure kogu biomass, see kuivatada ja kaaluda, aga te- spektraalse lahutusega sensoreid. Samas on põh- gemist on ühekordse protseduuriga. Uuritava ala jataimestiku ruumiline jaotus Eesti rannikuvetes ja mõõdetud biomassiga ala fotode võrdlus toi- nii muutlik, et vaja oleks kasutada suure ruumi- mub küll samuti visuaalselt, kuid annab väga häid lise lahutusega satelliite nagu QuickBird (ruumi- tulemusi ka praktiliselt treenimata personali kaa- line lahutus 2,4 m, 4 spektrikanalit) ja WorldView-2 sates. Oluliseks eeliseks võrreldes senise meeto- (ruumiline lahutus 1,8 m, 8 spektrikanalit) või diga on asjaolu, et kogu sukeldumiste aeg kulub hoopis lennukil paiknevaid spektromeetreid, mis reaalse informatsiooni kogumisele, mitte eksper- ainsana pakuvad vajalikku spektraalset ja ruumi- tide koolitamisele ja treenimisele. Meetod on ka- list lahutust koos. sutatav nii kaugseire andmete kontrollimiseks kui

Mõne suhteliselt laia (20–30 nm) spektrikanaliga ka iseseisva kiire veealuse meetodina biomassi hindamiseks. nähtavas spektriosas ei ole võimalik kasutada meie poolt välja töötatud füüsikalisi meetodeid Varasemad meetodid pinnapeegelduse eemalda- (modelleeritud spektrikogusid). Mudelarvutused miseks kaugseire piltidelt (Hochberg jt 2003) näitasid, et selliste sensorite spektraalne lahutus ei põhinesid eeldusel, et lähisinfrapunases spektri- ole piisav eristamaks mitmeid olulisi põhjatai- osas puudub veest tulev kiirgus. See eeldus ei ole mestiku rühmi. Meie praktiline kogemus Eesti tõene füüsiliselt madalas (alla 2 m) vees kasvava rannavetest (joonis 3) näitab, et juhul, kui uuri- taimestiku, aga ka näiteks tugeva fütoplanktoni tavast piirkonnast on piisaval hulgal in situ mõõt- õitsengu korral. Mõlemal juhul korrigeeritakse miste andmeid, siis on see võimalik, kui lisaks pilti üle, mille tulemusena muutub vee heleduse spektri kujule kasutatakse ära ka spektri numb- spekter ja seega ei ole võimalik pilditöötluses ka- riline väärtus ehk heledus. Eesti rannikuvete sutada füüsikalisi meetodeid. Meie poolt välja pa- põhjataimestikku kaardistatakse ka lennuvahen- kutud meetod (Kutser jt 2009b) põhineb eeldusel,

142

Joonis 3. Satelliidi WorldView-2 pildist saadud põhjatüüpide kaart Kõiguste lahe ümbrusest. Satelliidipildi klassifit- seerimisel on kasutatud veealuse video andmeid ning maksimaalse tõepära meetodit.

et hapniku neeldumisjoon 760 nm ümbruses on Me näitasime, et selle neeldumisjoone sügavus on vee heleduskoefitsiendi (veest tuleva ja pealelan- proportsionaalne pinnapeegelduse hulgaga ja see- geva kiirguse suhe) spektris näha vaid juhul kui ga saab seda ära kasutada pinnapeegelduse eema- veest tulev kiirgus sisaldab olulisel määral pinnalt ldamiseks, rikkumata seejuures heleduskoefit- peegeldunud kiirgust. siendi spektri kuju.

143

Joonis 4. Lennuvahendil paikneva spektromeetri CASI pildist toodetud põhjataimestiku kaart Vilsandi saare ümbrusest. Kasutatud klassid on järgmi- sed: 1 – taimestikuta liiv, 2 – üle 5 m sügavu- sed alad, 3 – põisadru Fucus vesiculosus, 4 – taimestikuta paekiviplaat, 5 – tihe Chara, substraati pole nä- ha, 6 – tihe niitjate vetikate kiht, substraati pole näha, 7 – kõrgemad taimed liivapõhjal, 8 – rohevetikad kivisel põhjal.

144

Joonis 5. Hiiumaa ja Saarnaki laiu vaheline mereala aastal 2005 (vasakul) ning 2008 (paremal).

GLOBAALSE SÜSINIKURINGEGA SEOTUD hulka järvesid uurides ning kasutades statistilisi UURINGUD hinnanguid järvede hulga kohta Maal. Ainuke

Globaalsed süsinikuringe mudelid, näiteks need, realistlik võimalus saada teada tegelik järvede mida kasutatakse Rahvusvaheliste Kliimamuu- hulk ning süsiniku hulk neis on kasutada kaug- seiret. tuste Paneeli (IPCC) poolt, eeldavad, et siseveekogud on inertsed ʻtorudʼ, mis transpordivad süsi- Kaugseire abil on võimalik koguda informatsioo- nikku maismaalt ookeanidesse (joonis 6A). See ni veekogu optiliste omaduste (värvi) kohta. See- tähendab, et praegustes mudelites sisevee-kogud ga ei ole nii võimalik otseselt hinnata värvust ja nendes toimuvad protsessid puuduvad. mitte omavate ainete (lahustunud süsinik, CO2, Uuemad uurimused (Tranvik jt 2009; Battin jt jne) hulkasid. Boreaalse vööndi järvedes on huu- 2009) näitavad, et tegelikult on siseveekogud, musainete (annavad veele pruuni värvuse) kont- eriti järved, süsinikuringes väga olulisel kohal. sentratsioon üldiselt korrelatsioonis lahustunud Praegused hinnangud (joonis 6B) näitavad, et süsiniku üldhulgaga vees (Tranvik 1990). Kui järvedes settiv süsiniku hulk on samas suurus- kaugseire abil saaks hinnata huumusainete hulka järgus maismaalt maailmameredesse jõudva süsi- vees, siis saaks tulemustest arvutada ka lahustu- niku hulgaga ning siseveekogudest erinevate nud süsiniku hulga nendes vetes. Samas on lahus- protsesside tulemusena eralduva süsiniku (CO2, tunud süsiniku hulk järvede vees korrelatsioonis CH4) hulk on isegi suurem kui ookeanidesse süsihappegaasi küllastusega (Sobek jt 2003). See- jõudva süsiniku hulk. Seega ei saa mingil juhul ga, kui õnnestub kaugseire abil määrata huumus- väita, et siseveekogudel ei ole rolli globaalses ainete hulka järvedes, siis on võimalik leida ka süsinikuringes. Samas on joonisel 6B esitatud iga järve vees lahustunud süsiniku hulk ning hin- tulemused (Tranvik jt 2009) saadud piiratud nata potentsiaalselt atmosfääri paisatava CO2 hulka.

145

ookeanid maismaa siseveed 0,9 0,9

atmosfäär 1,4

maismaa siseveed ookeanid

2,9 0,9

setted 0,6

Joonis 6. Süsiniku vood maismaalt ookeanidesse: A) vastavalt traditsioonilisele lähenemisele nagu näiteks IPCC poolt kasutatavates mudelites, B) vastavalt uuematele teadustulemustele (Tranvik jt 2009). Numbrid näi- tavad süsiniku hulka petagrammides aastas.

Kasutades alguses optilist modelleerimist ning mõnelt kümnelt (tavaline järvede hulk ühes uuri- tehnoloogiliste võimaluste avanedes ka reaalseid misprojektis) tuhandetesse, haarates vajadusel kas satelliidiandmeid õnnestuski näidata, et kaugseire või kõiki boreaalses vööndis või ka kõiki Maal abil on võimalik hinnata huumusainete hulka jär- asuvaid järvi. vede vees ning seega hinnata lahustunud orgaa- Eeltoodud uurimustes kasutati eksperimentaalset nilise aine hulka ning süsihappegaasi küllastust sensorit ALI, mis ei võimalda kaardistada süsi- boreaalse vööndi järvedes (Kutser jt 2005ab) niku hulka kõigis maailma järvedes. Piisava ruu- (joonis 7). See tulemus võimaldab limnoloogidel milise lahutuse (30 m) ja globaalse katvusega astuda suure sammu edasi järvedes toimuvate sensoritest on praegu saadaval ainult Landsat see- protsesside ning võimalike kliimamuutuste mõju- ria satelliidid. Kuna need sensorid on ehitatud he- de uurimisel, kuna uuritavate järvede hulk kasvab leda maismaa uurimiseks, siis ei ole nende tund-

146

Joonis 7. Satelliidil EO-1 paikneva sensori ALI abil saadud huumusainete (CDOM – coloured dissolved organic matter), lahustunud süsiniku (DOC – dissolved organic carbon) ning süsihappegaasi küllastuse (pCO2) kaart lõuna Soome järvedest.

147 likkus piisav optiliselt tumedate objektide, nagu Huumusainete poolt neelatav valgus soojendab veekogud, uurimiseks ega süsiniku hulga hinda- oluliselt vee pinnakihti. Need protsessid on eriti miseks järvedes (Kutser 2010a). ALI tehniliste olulised arktilistes vetes, kus kliimamudelid en- parameetritega ning globaalse katvusega järgmise nustavad väga suurt huumusainete hulga kasvu põlvkonna Landsat seeria satelliit peaks orbiidile soojemas ja niiskemas kliimas sulava igikeltsa jõudma 2012. aasta lõpus. Siis kulub veel mõni tõttu. Soojem ja niiskem kliima soodustab ka aasta, et katta piltidega kogu Maa ning kaardista- merejää sulamist Arktikas. Huumusainete hulga da ka süsiniku hulka järvedes. Esmase kiirema suurenemise tõttu kasvav merepinna ülemise kihi versioonina oleme lõpetamas järvede tegeliku (1–2 m) soojenemine kiirendab seda protsessi hulga ja pindala kindlakstegemist Maal, kasuta- veelgi. Praegu on suvisel perioodil Põhja-Jääme- des selleks Landsat’i piltide arhiive. Teise sam- res ookeanivetest erinevate optiliste omadustega muna leiame lahustunud süsiniku hulgad nende vett 17 miljonil ruutkilomeetril (Kutser 2010b). piirkondade jaoks, kus ALI pildid on juba olemas Kui see ala peaks suurenema või huumusainete (Kutser jt 2009a) ning ekstrapoleerime saadud hulk sellel alal kasvama, avaldab see kindlasti piirkondlikud statistikad valmivale Maa järvede olulist mõju soojusbilansile Arktikas ja kliimale kaardile. Nii on võimalik saada täpsem tulemus kogu maailmas. joonisel 6B toodud hinnangutele. POTENTSIAALSELT TOKSILISTE TSÜANOBAKTE- Lisaks globaalsetele uuringutele on välja töötatud RITE ESINEMISE TUVASTAMINE JA ÕITSENGUTE lahustunud orgaanilise aine hindamise algoritmid SEIRE olulised ka joogivee ressursside majandamisel. Potentsiaalselt toksilised tsüanobakterite (siniveti- Nimelt tekivad joogivee kloreerimisel huumusai- kad) massesinemised (õitsengud) on probleemiks netega reageerimisel kantserogeensed ühendid, paljudes veekogudes, põhjustades näiteks kalade mille negatiivne mõju on juba kinnitust leidnud ja loomade hukkumist, aga tihti ka olulist kahju (Koivusalo jt 1997). Lisaks võivad vees lahus- turismile. Suureks probleemiks on tsüanobakterite tunud süsinikuühendite reageerimisel klooriga õitsengud Läänemeres, kus need leiavad aset igal tekkida ka mutageensed ühendid (McDonald, Ko- suvel ning katavad kohati merealasid, mis on suu- mulainen 2005). Huumusainetel on leitud ka hor- remad kui 100 000 km2 (Kahru 1997). Harvade moonilaadseid omadusi (Steinberg jt 2003). Klii- punktmõõtmistega uurimislaevadelt või ka kasu- mamuutuste tõttu muutuv sademete hulk võib põ- tades automaatanalüsaatoreid reisi- ja kaubalae- himõtteliselt nii suurendada kui vähendada maa- vadel ei ole praktiliselt võimalik saada adekvaat- pinnast järvedesse uhutavate huumusainete hulka. set informatsiooni õitsengute ulatuse ja liikumise Kaugseire abil on nüüd võimalik jälgida regio- kohta. Õitsengute ulatuse määramine on väga naalseid muutusi huumusainete kontsentratsioo- lihtne satelliitide abil (Kutser 2009) (joonis 8), nides eri järvedes ning teha kogutud materjali kuna erinevalt enamusest teistest fütoplanktoni põhjal prognoose optimaalse pinnavee kasutamise liikidest suudavad tsüanobakterid ise veesambas osas (näiteks kas on mõistlikum ehitada joogivee- liikuda ning kogunevad tihti pinnalähedasse kihti trass mõnest teisest järvest või suurendada ku- või ka veepinnale ning on siis kergesti erinevate lutusi huumusainete eemaldamiseks joogiveest). kaugseire sensorite poolt kaardistatavad. Lisaks Lisaks eelmainitud efektidele on huumusainetel õitsengu ulatusele on oluline teada ka tsüano- oluline mõju ka veealusele valguskliimale ning bakterite hulka vees. Näiteks on esitatud hüpo- energiabilansile. Huumusained neelavad väga teese (Vahtera jt 2007), et reovete parem puhas- tugevasti valgust sinises spektriosas, vähendades tamine Läänemere ümbruses suurendab tsüano- seega fotosünteesiks kättesaadavat energiat ja bakterite õitsenguid, andes neile konkurentsieeli- kahandades veekogude primaarproduktsiooni. se, kuna suvel pärsib teiste fütoplanktoni liikide

148

Joonis 8. Satelliidi MODIS kilomeetrise ruumilise lahutusega pilt tsüanobakterite õitsengust Läänemeres 22. juulil 2002.

hulka lämmastiku puudus. Tsüanobakterid suuda- aegse hindamise meetodiga (Kutser 2004). Bio- vad aga omastada lämmastiku atmosfäärist. massi hindamiseks kasutatakse kogu kaugseire Seejuures võib tsüanobakterite poolt fikseeritud spektrit nähtavas ja lähisinfrapunases spektriosas, lämmastiku hulk olla hinnanguliselt kuni pool võrreldes seda tuntud biomassiga vee spektritega. kogu valgalalt Läänemerre suubuvast lämmas- Seejuures võivad tuntud omadustega vee spektrid tiku-kogusest. Samuti võib tsüanobakterite hulka olla kas mõõdetud või modelleeritud. Kuna tsüa- suu rendada kliima soojenemine, sest õitsengute nobakterite õitsengutest on väga vähe kontakt- eelduseks on suhteliselt kõrged (üle 17ºC) vee mõõtmiste abil kogutud informatsiooni, siis on temperatuurid. Nende hüpoteeside kontrollimi- praktiliselt ainsaks võimaluseks kasutada model- seks ning Läänemere ökoloogia paremaks mõist- leeritud spektreid. Tuginedes laboris mõõdetud miseks on vaja teada tsüanobakterite biomassi. tsüanobakterite kultuuride ning Läänemere vete optilistele omadustele modelleeriti vee hele- Biomassi hindamiseks sai välja töötatud uudne duskoefitsiendi spektreid kindla biomassi hulgaga meetod, mis on analoogne eelkirjeldatud mada- vete jaoks. Modelleeritud spektrite kaugseire pilte lates vetes põhjatüüpide ja vee sügavuse sama- interpreteerimisel kasutades ilmnes, et tsüanobak-

149 terite hulk Läänemere pinnakihis võib olla küm- keskkonnaseires, sest tsüanobakterite õitsengute neid kuni sadu kordi suurem kui seni arvatud õigeaegne tuvastamine võimaldab hoiatada suvi- (Kutser 2004; Reinart, Kutser 2006). Pildima- tajaid läheneva ohu eest või näiteks transportida terjali ja veeproovide kogumiseks kasutatavate ujuvsumpades kalakasvandusi kohtadesse, kus metoodikate analüüs näitas, et tsüanobakterite õit- kalade mürgistuse ohtu pole karta. Mudelarvutus- sengute ajal on vaja muuta laevadelt veeproovide te tulemused (Kutser jt 2006a; Metsamaa jt 2006) võtmise tehnoloogiat, et saada adekvaatset hin- näitasid, et tsüanobakterid on nende heleduskoe- nangut vees leiduvate tsüanobakterite hulga koh- fitsiendi spektri põhjal eristatavad teistest füto- ta. Põhiliseks vääraks eelduseks on siin ühtlaselt planktoni rühmadest. Samas on kontsentratsioon, segunenud veesamba olemasolu eeldamine. Lää- kus need erinevused on kaugseire sensorite (lae- nemeres moodustub suvel segunenud pinnakiht val, lennukil või satelliidil paiknevate) abil tuvas- paksusega 10–25 meetrit. Läbivoolusüsteemiga tatavad, suurem kui kontsentratsioon, mida loe- varustatud reisi- ja kaubalaevadelt kogutakse in- takse Läänemeres õitsenguks. Seega ei ole õitsen- formatsiooni vee omaduste kohta ühelt sügavu- gu varases faasis veel võimalik täie kindlusega selt – sealt, kus on laeva mootorite jahutusvee öelda kas tegu on potentsiaalselt toksiliste tsüano- sissepääsuavad (enamasti umbes 5 m sügavusel). bakteritega. Õitsengu ruumiline ulatus on Ka uurimislaevadelt kogutakse tihti veeproove kaugseire sensorite abil määratav ka väiksemate vaid pinnakihist või kasutatakse integraalseid kontsentratsioonide puhul. Seega on tekki-vad veeproove. Erinevalt enamusest fütoplanktoni lii- tsüanobakterite õitsengud loogiliselt tuvastavad kidest on paljudel tsüanobakteritel võime regulee- (kui praktiliselt ainuke põhjus, mis suurendab rida oma ujuvust ning liikuda sügavusse, kus on Läänemere avaosas suvel vee heleduskoefitsien- neile optimaalne valgus- ja toitainete režiim. Võt- ti), kuid korrektne tsüanobakterite identifitseeri- tes veeproovi vaid ühelt sügavuselt või segades mine on võimalik alles suuremate biomasside pu- erinevatelt sügavustelt võetud veeproovid võib hul. saada väga väära ettekujutuse tsüanobakterite bio- Eelmainitud tulemused saadi, kasutades suure massist. Samas on tsüanobakterite vertikaalsel ruumilise (30 m) ja spektraalse (200 spektrika- paiknemisel suur mõju mõõdetavale kaugseire nalit) lahutusega eksperimentaalse satelliidi pilti signaalile (Kutser jt 2008). või simuleerides selle satelliidi spektraalset lahu- Joonisel 9 on kujutatud satelliidi Hyperion ning tusvõimet. Igapäevases keskkonnaseires saab eelkirjeldatud uudse meetodi abil saadud tsüano- praegu kasutada tagasihoidlikumate karakteristi- bakterite biomassi (klorofüll-a kontsentrat-sioon) kutega satelliite. Seetõttu oli vaja uurida, kas ja kaart. Nagu sellelt näha, on klorofülli kont- millised merekeskkonna seireks sobivad satellii- sentratsioon laeva jäljes sadu kordi madalam kui did (mis annaks andmeid vähemalt korra päevas) mõnikümmend meetrit eemal häirimata merealal. on suutelised tuvastama tsüanobakterite olemas- See seab kahtluse alla nii uurimis- kui reisi- ja kau- olu vees (eristama tsüanobaktereid teistest füto- balaevadelt läbivoolusüsteemi abil seni kogutud planktoni liikidest) ning millise täpsusega on või- tsüanobakterite biomassi andmed ning ühtlasi malik saadaolevate sensorite abil tsüanobakterite demonstreerib kaugseire kasutamise vajadust. hulka hinnata (Kutser 2004; Kutser jt 2006a, Kasutades eelmainitud mudelit uurisime ka, kas 2009d; Metsamaa jt 2006; Reinart, Kutser 2006). tsüanobakterid on optiliselt piisavalt erinevad Käesoleval ajal on mere kaugseires kasutatavatest teistest fütoplanktoni liikidest, võimaldamaks sensoritest ainult MERIS’el selline spektraalne avastada potentsiaalselt toksiliste liikide domi- lahutus, mis võimaldab tuvastada tsüanobak- neerimist kaugseire abil. See on oluline aspekt tereid.

150

Joonis 9. Satelliidil EO-1 paikneva 30-meetrise ruumilise lahutusega ning suure spektraalse lahutusega sensori Hyperion pildi abil saadud tsüanobakterite biomassi kaart Soome lahe loodeosast. Legendil olevate kloro- füll-a kontsentratsioonide ühikuks on mg/m3. Väljasuurendatud fragmendil on näha kui kiiresti ja suures ulatuses muutub biomass. Eriti silmatorkav on biomassi muutus laeva poolt kõrvale lükatud õitsengu ja häirimata alade vahel (kohati kuni 500-kordne erinevus 60 m vahemaa peal).

151 RANNALÄHEDASTE PROTSESSIDE UURIMINE algoritmide väljatöötamiseks ja ka kaugseirele uute rakenduste otsimisel. Kaugseire meetoditega on võimalik uurida mitmeid rannalähedasi protsesse. Näiteks on oluline VIITED teada, kuidas muutub rannajoon ning kuidas toimub mineraalsete osakeste transport rannaläheda- Andréfouët, S., Kramer, P., Torres-Pulliza, D., ses vees, või uurida, kui suured alad on mõjutatud Joyce, K. E., Hochberg, E. J., Garza-Perez, R., sadamaehitustest ja süvendustöödest. Kui esime- Mumby, P. J., Riegl, B., Yamano, H., Whi- seks on vaja suure ruumilise lahutusega andmete te, W. H., Zubia, M., Brock, J. C., Phinn, S. R., aegridasid, siis teise probleemi uurimiseks sobi- Naseer, A., Hatcher, B. G., Muller-Karger, F. E. vad ka tavalised mere kaugseire satelliidid, nagu 2003. Multi-site evaluation of IKONOS data for MODIS ja MERIS. classification of tropical coral reef environments. Remote Sen. Environ., 88, 1-2, 128143. Näitena vees olevate tahkete osakeste hulga muutlikkusest Eesti rannikuvetes võib välja tuua Battin, T. J., Luyssaert, S., Kaplan, L. A., Aufden- Sillamäe sadama süvendustööde mõju uurimisel kampe, A. K., Richter, A., Tranvik, L. J. 2009. (Kutser jt 2007a) ilmnenud tulemused. Selgus, et The boundless carbon cycle. Nat. Geosci., 2, 9, sellistel madalatel rannikualadel nagu Narva laht 598600. võib sobiva tuulega vee hõljumisisaldus tõusta Dong, J. Kaufmann, R. K., Myneni, R. B., Tuc- suurusjärgu võrra, ületades kohati isegi hõljumi ker, C. J. Kauppi, P. E., Liski, J., Buermann, W., väärtusi, mis esinevad näiteks süvendustööde Alexeyev, V., Hughes, M. K. 2003. Remote sen- vahetus läheduses (joonis 10). Samas võib tuule sing estimates of boreal and temperate forest tõttu suurenenud hõljumiga ala suurus ületada woody biomass: carbon pools, sources, and sinks. kümneid ja sadu kordi süvendustööde käigus tek- Remote Sen. Environ., 84, 4, 393410. kiva hõljumipilve suurust. Seega on antropogeen- sete protsesside mõju hindamisel äärmiselt olu- Hochberg, E. J., Andrefouet, S., Tyler, M. R. line teada uuritavate parameetrite looduslikku va- 2003. Sea surface correction of high spatial reso- rieeruvust uuritaval alal. Seda on võimalik saavu- lution IKONOS images to improve bottom map- tada aastatepikkuse seirega uuritavas piirkonnas, ping in near-shore environments. IEEE Trans. mis on kontaktmõõtmistega äärmiselt kulukas Geosci. Rem. Sens., 41, 7, 17241729. ning ei saa kunagi toimuma piisava ruumilise ja Jupp, D. L. B., Mayo, K. K., Kuchler, D. A., ajalise katvusega. Mitmete parameetrite (hõljumi Classen, D. V. R. 1985. Remote sensing for plan- hulk, vee läbipaistvus, fütoplanktoni ja lahustu- ning and managing the Great Barrier Reef of nud orgaanilise aine kontsentratsioon, vee tem- Australia. Photogrammetria, 40, 1, 2152. peratuur jne) puhul on võimalik kasutada satel- liitkaugseire andmeid. Mitmete satelliitide puhul Kahru, M. 1997. Using satellites to monitor large- on juba võimalik kasutada ka aastate ja kohati scale environmental change in the Baltic Sea. isegi aastakümnete pikkusi aegridasid. Kahru, M., Brown, C. W. (eds). Monitoring algal blooms: New techniques for detecting large-scale Kokkuvõtteks võib öelda, et passiivne optiline environmental change. Springer-Verlag, 4361. kaugseire on väga võimas ja kohati ainus või- Kutser, T. 2004. Quantitative detection of chloro- malik tööriist mitmete globaal- ja regionaalprob- phyll in cyanobacterial blooms by satellite remo- leemide uurimisel, aga ka vajalik abivahend näi- te sensing. Limnol. Oceanogr., 49, 6, 21792189. teks keskkonnaseires. TÜ Eesti Mereinstituudis jätkuvad uurimistööd optiliselt keerukate ranniku- Kutser, T. 2009. Passive optical remote sensing ja sisevete jaoks sobivate kaugseire meetodite ja of cyanobacteria and other intense phytoplankton

152

Joonis 10. Satelliidi MODIS 250 m ruumilise lahutusega piltidest toodetud hõljumi kaardid Narva lahes septembris 2006. A) 11. september, B) 13., C) 16., D) 17. , E) 21. ja F) 22. september. Noolega on tähistatud Sillamäe sadam. Süvendustööde mõju ulatus on näha joonistel DF ning sellest vasakul on näha ka välja süvenda- tud materjali kaadamiskoht. Joonistel A–C on põhiliselt näha enne 11. septembrit puhunud tugevate lääne- tuulte poolt veesambasse paisatud setted.

153 blooms in coastal and inland waters. Int. J. Rem. Kutser, T., Pierson, D. C., Kallio, K., Reinart, A., Sens., 30, 22, 44014425. Sobek, S. 2005a. Mapping lake CDOM by sate-

Kutser, T. 2010a. Monitoring long time trends in llite remote sensing. Remote Sen. Environ., 94, 535540. lake CDOM using Landsat image archive. Geoscience and Remote Sensing Symposium Kutser, T., Pierson, D. C., Tranvik, L., Rei- (IGARSS), 2530 July 2010, Honolulu, IEEE, nart, A., Sobek, S., Kallio, K. 2005b. Estimating 389392, doi: 10.1109/IGARSS.2010.5649665. the colored dissolved organic matter absorption

Kutser, T. 2010b. Global change and remote sen- coefficient in lakes using satellite remote sensing. sing of CDOM in Arctic coastal waters. Oceans Ecosystems, 8, 709720.

2010, 2427 May 2010, Sydney, IEEE, 4pp, Kutser, T., Tranvik, L., Pierson, D.C. 2009a. Va- doi:101109/OCEANSSYD.2010.5603676. riations in colored dissolved organic matter

Kutser, T., Dekker, A. G., Skirwing, W. 2003. between boreal lakes studied by satellite remote Modeling spectral discrimination of Great Barrier sensing. J. Appl. Rem. Sens., 3, 033538, Reef benthic communities by remote sensing inst- doi: 101117/1.3184437. ruments. Limnol. Oceanogr., 48, 1, 497510. Kutser, T., Vahtmäe, E., Martin, G. 2006d. As- Kutser, T., Jupp, D. L. B. 2006. On the possibility sessing suitability of multispectral satellites for of mapping living corals to the species level ba- mapping benthic macroalgal cover in turbid sed on their optical signatures. Estuar. Coast. coastal waters by means of model simulations. Shelf Sci., 69, 3-4, 607614. Estuar. Coast. Shelf Sci., 67, 521529.

Kutser, T., Metsamaa, L., Dekker, A. G. 2008. In- Kutser, T., Vahtmäe, E., Metsamaa, L. 2006e. fluence of the vertical distribution of cyanobac- Spectral library of macroalgae and benthic sub- teria in the water column on the remote sensing strates in Estonian coastal waters. Eesti Teaduste signal. Estuar. Coast. Shelf Sci., 78, 4, 649654. Akadeemia Toimetised. Bioloogia. Ökoloogia, 55, 329340. Kutser, T., Metsamaa, L., Strömbeck, N., Vaht- mäe, E. 2006a. Monitoring cyanobacterial blooms Kutser, T., Vahtmäe, E., Praks, J. 2009b. A sun by satellite remote sensing. Estuar. Coast. Shelf glint correction method for hyperspectral imagery Sci., 67, 1-2, 303312. containing areas with non-negligible water leav- ing NIR signal. Remote Sens. Environ., 113, 10, Kutser, T., Metsamaa, L., Vahtmäe, E., Aps R. 22672274. 2007a. Operative monitoring of the extent of dredging plumes in coastal ecosystems using Kutser, T., Vahtmäe, E., Roelfsema, C. M., Met- MODIS satellite imagery. J. Coast. Res., Special samaa, L. 2007b. Photo-library method for map- Issue 50, 180184. ping seagrass biomass. Estuar. Coast. Shelf Sci., 75, 4, 559563. Kutser, T., Metsamaa, L., Vahtmäe, E., Ström- beck, N. 2006b. On suitability of MODIS 250 m McDonald, T. A., Komulainen, H. 2005. Carcino- resolution band data for quantitative mapping cy- genicity of the chlorination disinfection by- anobacterial blooms. Proc. Estonian Acad. Sci. product MX. J. Environ. Sci. Health C Environ. Biol. Ecol., 55, 4, 318328. Carcinog. Ecotoxicol. Rev., 23, 2, 163 214. 

Kutser, T, Miller, I., Jupp, D. L. B. 2006c. Map- Metsamaa, L., Kutser, T., Strömbeck, N. 2006. ping coral reef benthic substrates using hyper- Recognising cyanobacterial blooms based on spectral space-borne images and spectral libra- their optical signature: a modelling study. Boreal ries. Estuar. Coast. Shelf Sci., 70, 449460. Env. Res., 11, 6, 493506.

154 Reinart, A., Kutser, T. 2006. Comparison of dif- Porter, J. A., Prairie, Y., Renwick, W. H., Ro- ferent satellite sensors in detecting cyanobacterial land, F., Sher-man, B. S., Schindler, D. W., bloom events in the Baltic Sea. Remote Sens. Sobek, S., Tremblay, A., Vanni, M. J., Ve- Environ., 102, 1-2, 7485. rschoor, A. M., von Wachenfeldt, E., Weyhen-

Sobek, S., Algesten, G., Bergström, A.-K., Jan- meyer, G. A. 2009. Lakes and reservoirs as sson, M., Tranvik, L. J. 2003. The catchment and regulators of carbon cycling and climate. Limnol. Oceanogr., 54, 6, 22982314. climate regulation of pCO2 in boreal lakes. Global Change Biol., 9, 630641. Vahtera, E., Conley, D. J., Gustafsson, B. G.,

Steinberg, C. E. W., Hoss, S., Kloas, W., Lutz, I., Kuosa, H., Pitkänen, H., Savchuk, O. P., Tammi- Meinelt, T., Pflugmacher, S., Wiegand, C. 2004. nen, T., Viitasalo, M., Voss, M., Wasmund, N., Hormonelike effects of humic substances on fish, Wulff, F. 2007. Internal ecosystem feedbacks en- amphibians, and invertebrates. Environ. Toxicol., chance nitrogen-fixing cyanobacteria blooms and 19, 4, 409411. complicate management in the Baltic Sea. Am- bio, 36, 2-3, 186194. Tranvik, L. J. 1990. Bacterioplankton growth on fractions of dissolved organic carbon of different Vahtmäe, E., Kutser, T. 2007. Mapping bottom molecular weights from humic and clear waters. type and water depth in shallow coastal waters Appl. Environ. Microbiol., 56, 6, 16721677. with satellite remote sensing. J. Coast. Res., Spe- cial Issue 50, 185189. Tranvik, L. J., Downing, J. A., Cotner, J. B., Loi- selle, S. A., Striegl, R. G., Ballatore, T. J., Dil- Vahtmäe, E., Kutser, T., Martin, G., Kotta, J. lon, P., Finlay, K., Fortino, K., Knoll, L. B., Kor- 2006. Feasibility of hyperspectral remote sensing telainen, P. L., Kutser, T., Larsen, S., Lauri- for mapping benthic macroalgal cover in turbid on, I., Leech, D. M., McCallister, S. L., Mc- coastal waters. Remote Sens. Environ., 101, 3, Knight, D. M., Melack, J. M., Overholt, E., 342351.

155 BAKTERITE ÖKOLOOGIA EESTIGA SEOTUD VESISTES KESKKONDADES

Veljo Kisand Tartu Ülikooli tehnoloogiainstituut Eesti Maaülikooli limnoloogiakeskus

SISSEJUHATUSE ASEMEL Lokk. Edaspidi on veemikrobioloogia uuringud

Ajalooliselt on veekogude ökoloogia kohta tead- Võrtsjärve ääres asuvas erinevaid nimesid kand- miste ammutamine saanud alguse kalade või mõ- nud teadusasutuses (praegu Eesti Maaülikooli nede muude inimesele oluliste veeorganismide Limnoloogiakeskus, laialdasemalt tuntud Limno- uurimisest. Eesti veekogudel olid teerajajaks ka- loogiajaamana) toimunud järjepidevalt. Kahjuks landusuuringud Peipsi järvel (Baer 1860). Üks on erinevalt muust maailmast Eestis jäänud esimesi trükiseid Võrtsjärve kohta kandis peal- tahaplaanile merebakterite uurimine. Üksikud kirja “Der See Wirzjerw in Livland: Biologie und projektid ning uurimisgrupid on nendega küll Fischerei” (Mühlen 1920). Pikaajaliselt on regist- tegelenud, aga killustatult. reeritud ka lihtsaid füüsikalis-keemilisi parameet- BAKTERID MEIE ÜMBER reid nagu näiteks vee temperatuur ja veetase. Va- raseim teada olev süsteemne veekogude jälgimine Elu leidub Maal kõikjal. Tihti ei teata, et orga- on Tallinna sadama veetaseme mõõtmine aastatel nismide arvukuse, biomassi ja liigilise mitmekesi- 1805–1813 (Mardiste 1995). Bakterite uurimisel suse poolest on ülekaalus mikroorganismid, seal- sellised pikaajalise traditsioone ei ole. Pikka aega hulgas bakterid. Keskkonnaga lähemalt tegelevad ei peetud neid looduskeskkonnas kuigi tähtsateks inimesed ja ka muidu loodusehuvilised-nautijad ning bakterite massiline esinemine puhtaveelistes võivad seostada bakterite olemasolu vee kehva veekogudes võib olla nii mõnegi inimese jaoks kvaliteedi või hoopis keskkonnareostusega – ühe- üllatus. Ka tänapäeval valitseb tavainimeste, aga sõnaga probleemidega. Tegelikult on bakterid ar- ka teiste erialade teadlaste hulgas vahel arusaam, vukas ja loomulik komponent kõikides veekogu- et bakterid on seotud eelkõige meditsiiniliste tee- des. Ka inimtegevusest kaugel eemal asuvate madega, heal juhul on neist kasu biotehnoloogias, kõrgmäestike puhaste järvede igas milliliitris lei- mille alla kuulub ka mitmesuguste toiduainete dub tuhandeid mikroobe (Alfreider jt 1996). Vesi valmistamine. Mõneti on see loomulik, sest kind- on igasuguste eluvormidega väga tihedalt seotud lasti on bakterite uurimine ja meditsiin ajalooli- aine ning loomulik mikrofloora on olemas kõik- selt omavahel tihedalt seotud. Nagu mujal maail- jal, kus leidub vett – ookeanisügavustest (Rami- mas, nii kuulusid ka Eesti aladel tehtud esimesed rez-Llodra jt 2010) liustike pooriveeni (Hodson jt mikrobioloogilised uurimused meditsiini vald- 2008). konda. Näiteks kaitsti 1876. aastal Dorpati Kei- Tänapäevane süsteemne lähenemine ökosüstee- serliku Ülikooli meditsiiniteaduskonna juures midele, ka vesistele ökosüsteemidele, kasutab doktoritöö “Über das Verhalten von Bakterien zu tihti kvantitatiivset vaatekohta − uuritakse nn bio- einigen Antisepticisˮ (Bucholtz 1876). geokeemilisi protsesse elik aineringeid. See tä- Eestikeelse ülikooli tekkimise järel jätkus medit- hendab aineringetes toimivate ainevoogude olu- siinilise mikrobioloogia õpetamine ja sellealane lisuse hindamist ja koguste kvantifitseerimist. uurimistöö. Veemikroobide uurimiseni jõuti alles Sellised protsessid hõlmavad mitte ainult eluga 1950ndatel aastatel Aime Mäemetsa eestvedami- seotud nähtusi, vaid ka füüsikalisi muutusi ning sel. Seda suunda jätkas 1960ndate algusest Saida

157 otseselt elu osaluseta toimuvaid keemilisi reakt- relda taimse biomassiga maismaal. Mõlemad sioone. Sageli meenutavad need uuringud raa- küünivad umbes 550 miljardi tonnini süsiniku matupidamisarvutusi ning on suhteliselt lihtsa- ühikutes (550 Tkg C, (Whitman jt 1998)). Kuna koelised. Sellist tüüpi uurimistöö taustal võib ük- mikroobid on oluliselt süsinikuvaesemad kui tai- sikute organismirühmade uurimise tähtsus näida med, siis ületab nende biomassis olev lämmastik esmapilgul väike, samas suudab üksnes detailse- ja fosfor kümnekordselt taimedes leiduva. Ka mate teadmiste taseme tõus parandada üldise mo- ainevoogude liikumisel toiduvõrgustikes on bak- saiigi kildude ja seoste kokkupanemist. Ka liht- terid tunnistatud kandvaks lüliks. Nende roll aval- sate bilansiarvutuste tegemiseks peavad olemas dub kõige paremini nn mikroobse lingu kontsept- olema täpsed arvud ning hinnangud kõikide bio- sioonis (Pomeroy 1974), millest tuleb lähemalt geokeemiliste protsesside kohta. Detailsete uurin- juttu allpool. gutega on vaja välja selgitada nii üksikute toidu- Tänapäevane bakterite uurimine veelistes kesk- võrgustiku lülide hulk (biomass) kui ka nende kondades lähtub esmajärjekorras vajadusest täp- osalusel käideldavad ainevood. Paljusid neist on semalt hinnata erinevate biogeokeemiliste prot- keeruline mõõta, sest need näitajad muutuvad ajas sesside ulatust ja kiirust ning selgitada välja neid pidevalt. Siin kehtib samasugune suhe nagu (tea- parameetreid mõjutavad tegurid. Teine oluline dus)filosoofilise mõtte arengu ja baasuuringute teema on selle taevatähtede arvust suurema arvu- vahel − ilma fundamentaalsete detailteadmiste kusega ʻkoosluseʼ bioloogiline mitmekesisus. laienemiseta ei ole võimalik muuta üldisi paradig- Bakterite (ka arhede) mitmekesisus on ka teoree- masid. tilise bioloogia seisukohalt huvitav, sest mitmed Ilmekaks näiteks on siinkohal areng veebakterite olulised mõisted nagu ʻliik’ ja ühte kindlasse po- osa mõistmisel veekogude biogeokeemilistes pulatsiooni kuuluva organismi ʻgenoom’ kipuvad protsessides − ebaolulisest ning väikesearvuliseks siin hägustuma. Kuigi mikrobioloogidele on nn arvatud organismide rühmast on ʻsaanudʻ arvu- mobiilsed geneetilised elemendid hästi teada (näi- kaim. Maailmameres arvatakse leiduvat 1028−1029 teks antibiootikumiresistentsust kandvad plasmii- bakterit, lisaks on tõenäoliselt sama arvukad ka did jms), võivad väga sarnased bakterid (ühe liigi arhed (vanemas kirjanduses tuntud arhebakteri- eri tüved) erineda üksteisest oma kromosomaalse tena) ning veel suurusjärgu võrra rohkem võib genoomi suuruse ja seetõttu ka geenide arvu poo- olla viiruseid (Curtis jt 2006). Viimaseid ei loeta lest mitmekümne protsendi võrra. Millistel tingi- elusorganismideks, aga kahtlemata koosnevad mustel ja põhjustel ning kui lihtsalt ja tihti selli- nad aktiivsetest biomolekulidest. Need arvud on seid muutusi looduses juurde tekib, on praegu oluliselt suuremad kui arvatav tähtede arv univer- veel selgusetu. 21 23 sumis (10 –10 ). Veel võrdlusi arvude maail- Veeuuringutes lähtutakse tihti uuritavast objektist, mast: inimese kehas on keharakke umbes 50 kuni järveuurijad (limnoloogid) tavaliselt meresid ei 75 triljonit (Asimov 2007), kogu inimkonna rak- uuri ja vastupidi. Elusorganismide ja koosluste kude arvu saamiseks tuleks see korrutada ~7 mil- seisukohalt on sellel ka oma põhjus. Magevee or- jardiga, tulemus on võrreldav Avogadro arvuga ganismid ei talu kõrget soolsust, merelise eluvii- (6,0221023). ʻPuhtustʼ armastavate, pigem isegi siga organismid ei suuda aga vastu pidada mage- steriilsust taotlevate Lääne ühiskonna liikmete das vees. Soolsuse erinevuste talumatus tuleneb hulgas võib kerget õõvastust tekitada fakt, et nor- soolade ainevahetuse (osmoregulatsiooni) tüüpi- maalses inimese kehas on rohkem bakterirakke dest, mille ühest tüübist teise üleminek pole fü- kui inimese enda rakke, kuigi biomassilt jäävad sioloogiliselt lihtne. Väga magedas, destilleeritud bakterid muidugi kehamassile oluliselt alla. Bak- vees suudavad elada vaid mõned bakterid. Loo- terite summaarset biomassi biosfääris võib võr- duslike analoogidega (vihmapiisad ning lume- või

158 jääsulamisvesi) on siiski teised lood ja sellises Bakterid tunduvad selliste keskkonnatingimuste keskkonnas elunevaid organisme on palju, lisaks muutuste osas olevat palju tolerantsemad kui tai- bakteritele ka teised mikroorganismid. Eesti med ja loomad. Võimalik, et nad suudavad sool- mõistes on mereuurimine eelkõige Läänemere suse muutustest hoopis kasu lõigata (Wikner jt uurimine, mis pole oma madala soolsuse tõttu 1999; Kisand jt 2002, 2005). Kuidas on aga lood päris õige meri. Riimveelised tingimused seavad bakterite liigirikkuse muutumisega riimvees ning paljudele organismidele kindlad piirid, sest eluks kas bakterite liigiline koostis on stabiilne või mit- vajalikku rakusisest osmootsust on keeruline ta- te, on käesoleval ajal aktiivseks uurimisteemaks. gada, kui vee soolsus suurtes piirides muutub. KES NAD ON? Seetõttu on nii merelised kui ka mageveelised organismid riimvees oma liigikaaslastest keha Elusloodus jagatakse laias laastus kolme rühma: poolest väiksemad ning üleüldine liigirikkus on bakterid (ld Bacteria), arhed (Archaea) ja euka- riimvees madalam. Riimvee ökosüsteeme peetak- rüoodid (Eukarya, joonis 1). Valdav osa organis- se ka tunduvalt labiilsemateks ning väiksema midest on üherakulised mikroorganismid. Kahte puhverdusvõimega süsteemideks, millele välised neist rühmadest, baktereid ning arhesid tuntakse mõjud, näiteks otsene inimtegevus või kliima- ka prokarüootsete elik eeltuumsete organismi- muutused, avaldavad kiiremat, sügavamat ning dena. Need on eranditult üherakulised olendid, pöördumatut mõju. millest mõned moodustavad kolooniaid, kuid mitte kunagi mitmerakulisi organisme.

Joonis 1. Kõikide organismide kolme põhi- lise haruga (doomeniga) evolut- siooniline puu.

159 Traditsiooniliselt tegeletakse bakterite uurimise järjestuse kindlakstegemine ning võrdlemine. Fü- korral nende rühmadega, kes ei ole fotosünteesi- logeneetilisel markergeenil peavad olema teatud jad (välja jäetakse tsüanobakterid) ning kuuluvad kindlad omadused: aluseks võetav geen peab esi- harusse Bacteria. Piir, milliste rühmadega tegele- nema kõikides uuritavates organismides ning sel- takse, on hägune ja teadlased, kes uurivad bakte- le järjestus peab olema eri organismide vahel rite mitmekesisust, kalduvad uurima ka arhede võrreldav. Võrreldavaks teeb ühe geenijärjestuse mitmekesisust. konserveerunud ning varieeruvate järjestuspiir-

Tänapäeval kasutatakse bakterite liigilise (füloge- kondade olemasolu, mille algpõhjuseks on sarna- neetilise) kuuluvuse uurimisel mitmesuguseid ne füsioloogiline ja metaboolne funktsioon. Kon- molekulaarbioloogilisi meetodeid. Muud teed ei serveerunud piirkonnad võimaldavad leida ühis- ole, sest väliste tunnuste poolest on nende variee- osa ning varieeruvad piirkonnad eristada erine- ruvus väike ning ei ole kuigi oluliselt seotud lii- vaid organismide rühmi. Sellised omadused on giga. Väliselt võivad bakterid olla päris dekora- näiteks ribosomaalse RNA geenijärjestustel. Ri- tiivsed, kuigi selle ilu nägemiseks on vaja elekt- bosoom on suhteliselt keerukas raku sisestruk- ronmikroskoobi võimekust. Huviline võib proovi- tuuri element, mida kutsutakse organelliks. Viiru- da Google pildiotsingut näiteks märksõnade seid näiteks ei paigutata juba ainuüksi ribosoomi kombinatsiooniga ʻbacteria scanning electron puudumise tõttu elusorganismide hulka. Moleku- microscopyʼ. Ainevahetuse tüüpide poolest on laarses ökoloogias on eelkõige kasutatud ühte ri- bakterid kõige varieeruvamad organismid, samas bosoomi osa − ribosomaalset RNA geeni, täpse- aga ei sobi need tunnused alati hästi liikide mää- malt väikese subühiku RNA geeni (ssu rRNA ramiseks, sest erineva fülogeneesiga organismide elik 16S/18S rRNA geen). Kasutatakse ka teisi, hulgas võib esineda sarnast ainevahetuse tüüpi. näiteks suure subühiku rRNA geeni järjestust või Klassikalises bakterioloogias ainevahetuse tunnu- spetsiifilisematel juhtudel nende kahe geeni vahe- seid siiski kasutatakse. Mitmete biomakromole- list mittekodeerivat ala (joonis 2). Mittekodeeriv kulide (näiteks DNA) primaarstruktuur (nukleo- ala võimaldab uurida sagedamini toimuvaid DNA tiidne järjestus) sisaldab endas infot evolutsiooni- järjestuse muutusi, mida pole võimalik leida rRNA liste protsesside kulgemise kohta, mis võimaldab geenidest. Bakterite puhul teeb mittekodeeriva ala organismide fülogeneesi määrata ning kasutada kasutamise keerukaks asjaolu, et ühes rakus võib seda nende rühmitamisel. Kolme eludomeeniga rRNA geene olla mitu ning erinevad mittekodee- puu (joonis 1) põhinebki sellisel analüüsil. rivad alad võivad erineda liiga suurel määral. Siiski on selline metoodika leidnud rakendust Molekulaarsetest meetoditest on kõige enam levi- teatud rühmade uurimisel, näiteks tsüanobakterite nud fülogeneetiliste markergeenide nukleotiidse ja eukarüootidest seente taksonoomias.

Joonis 2. Ribosomaalse RNA operoni struktuur bakterites. Kolm rRNA geeni, mis kodeerivad 16S, 23S ja 5S sub- ühiku järjestusi, on omavahel kindlas järjekorras. 16S ja 23S geenide vahel asub mittekodeeriva DNA osa, mis siiski sisaldab ka kodeerivat tRNA geeni(e). P1/P2 ja t1/t2 tähistavad rRNA operoni transkriptsioonil kasutatavaid promootor- ja terminaatorpiirkondi.

160 Formaalselt ei saa ühe geenijärjestuse alusel tu- Siiski ei olnud see sarnasus nii suur kui arvasime vastada bakteri liiki, sest vastavalt bakteriliigi de- (joonis 3). Sajaprotsendilise sarnasusega fülotüü- finitsioonile on vaja teada midagi ka tema meta- pe, mis esineksid nii settes kui vees, me oma bolismist ja füsioloogiast. Parim oleks teada kogu uuringutes ei leidnud (Tšertova jt 2011). Suure genoomi ning muude geneetiliste (liikuvate elik sarnasusega fülotüüpe oli ainult 4 ja neist kahe mobiilsete elementide) osade täpset järjestust ja puhul oli tegemist ökoloogiliselt tavabakterite muutlikkust ning geenide avaldumist. Seetõttu hulka mittekuuluvate organismidega (tsüanobak- kasutatakse puht praktilisest seisukohast bakterite terid/kloroplastid). Kloroplasti järjestused päri- märgistamisel ʻliiginimegaʼ mõistet OTU (inglise nevad hoopis eukaruootse vetika rakust, evolut- keeles operational taxonomic unit). Juhul kui siooniliselt on nende rakuorganellide iseseisev OTU põhineb ühel fülogeneetilisel markeril, võib genoom lähedane tsüanobakterite genoomile. Ma- seda nimetada ka fülotüübiks. Sellist lähenemist gevees üldiselt kõige arvukama rühma, Betapro- kasutatakse seetõttu, et valdav enamus (90–99%) teobacteria esindajad jagunesid selgelt vee ja set- suvalises looduslikus koosluses leiduvatest bakte- te rühmaks. Väga põhjapanevaid järeldusi siiski ritest ei ole kergesti kultiveeritavad, mistõttu on veel teha ei saa, sest vette resuspendeerunud osa- raske otse nende metabolismi ja füsioloogiat keste bakterikoosluse analüüsid on pooleli. uurida ning klassikalisi liigitunnuseid määrata. Settelõksudesse settinud materjalist uuriti, kuidas OTUde määramine ssu rRNA järjestuse järgi on võiks muutuda vees hõljuvatel osakestel leiduv üks esimesi ja seni ka levinuim metoodika bakte- bakterite kooslus pärast osakeste uuesti põhja set- rite liigilise koosseisu uurimiseks. Lähitulevik timist. Selgus, et settele tüüpilise bakterikoosluse tõotab tulla väga huvitav, sest kiired arengud ge- taastumine võtab väga lühikese aja – mõnest päe- noomika, proteoomika ning rakkude sorteerimise vast kuni nädalani. Tüüpiliselt järvedele ja veeko- metoodikate vallas võimaldavad uurida üksikute gudele üldse leiti Võrtsjärvest arvukalt OTUsid, rakkude genoomi, metabolismi ja füsioloogiat il- mis kuulusid hõimkondadesse Bacteriodetes ja ma laborikultuure kasutamata. Proteobacteria ning viimase kahte peamisesse alamhõimkonda Betaproteobacteria ja Gamma- VÕRTSJÄRVE VEE- JA SETTEBAKTERITE proteobacteria. Ainult settes leiti Deltaproteobac- LIIGILINE KOOSTIS teria liike, ainult vees Actinobacteria ja Alpha- proteobacteria liike. Eesti suurima siseveekogu Võrtsjärve bakterite liigilist koostist on detailsemalt uuritud perioodil Sarnaseid tulemusi on saadud ka teistest veekogu- 2004–2010, sh põhjasette ülemise kihi (kuni 30 dest mujal maailmas (Sass jt 2002; Zwart jt cm sügavuseni) koostist aastail 2005–2007. 2002). Settes leidus veel vähesel määral tüüpilisi Võrtsjärv on suhteliselt suur (270 km2) madala- anaeroobseid rühmi, nagu purpursete väävlibak- veeline järv, mille keskmine sügavus on ainult 2,8 terite hulka kuuluv gammaproteobakterite rühm m. Võrtsjärve veetase kõigub suurtes piirides, ühe Chromatiacea, roheliste väävlibakterite esindaja aasta jooksul kuni 1,4 m. Absoluutse mõõdetud Chlorobium ja üksikud deltaproteobakterite (Tšer- veetaseme miinimumi ja maksimumi vahe on 3 tova jt 2011) esindajad, kes on ilmselt samuti m. Tänu järve suurusele tekib tuule mõjul sageli anaeroobsed organismid. Siiski ei ole Võrtsjärve tugevam lainetus, mille mõju ulatub põhjani ja sette ülakihi bakterikooslus kuigi sarnane süga- põhjustab vahel sette intensiivset resuspensiooni. vamate järvede settekooslustega, kus intensiivset Seetõttu võis eeldada, et bakterite kooslus Võrts- resuspensiooni ei toimu. Anaeroobseid tingimusi järve vees ja settes, kahes muidu väga erinevate vajavaid liike on vähem ning fakultatiivseid anae- ökoloogiliste tingimustega niššides, on sarnane. roobe rohkem. Betaproteobacteria on tuntud kui

161

Joonis 3. Ribosomaalse RNA geenijärjestuse põhjal tuvastatud bakterid Võrtsjärve vees ja settes. Fülogeneetiline puu on konstrueeritud 550 kuni 600 aluspaarilise ssu rRNA geenifragmendi alusel. Mustad ruudud tähis- tavad veebaktereid ja punased ringid settebaktereid.

enim levinud magevee bakterite rühm, keda lei- võrrelda kooslusi omavahel. Olulisemate mikro- dub pea kõikides järvedega seotud ökoniššides, st organismide hulka ja esinemist Võrtsjärves hin- nii vees, settes perifüütonis jne (Zwart jt 2002). nati denatureeriva gradiendiga geelelektroforeesi Huvitaval kombel eristusid Võrtsjärves spetsiifi- (DGGE) metoodikaga. Kokku leiti nii settest kui lised betaproteobakterite rühmad, mille liigid veest sarnane arv OTUsid: settes 77 ja vees 81. eelistavad elada vaid kas siis vees või settes. Suuresti tuleneb see sarnasus siiski metoodika eripärast, sest sõltumata koosluse tegelikust mit- Lisaks otseselt nukleotiidse järjetuse järgi OTU mekesisusest suudab DGGE metoodika eristada määramisele kasutatakse nn ʻsõrmejäljeʼ (ingl umbes 50–100 OTUd. Sõrmejälje metoodika abil fingerprinting) meetoteid. Selliste meetodite ühi- leitud OTUsid oli rohkem kui järjestuste abil seks jooneks on see, et analüüsi käigus tekkiva kindlaks määratud OTUsid. Kuna mustrite abil mustri järgi saab eristada erinevaid OTUsid ja tuvastatud liigilise koostise kohta ei saa midagi

162 täpset öelda, saab tulemusi hinnata vaid suhte- penitsilliini tüüpi antibiootikumi looduslikud alli- liselt. Selgus, et Võrtsjärve sette ülemise 1 cm kad pärinevad mullas elunevate seente rühmalt paksuse kihi bakterikoosluse sesoonne ning ruu- Penicillum. Penitsilliini ja selle derivaate kasutak- miline dünaamika on väga väike (Tšertova jt se aktiivselt ka tänapäeval. Aktinobakterite-akti- 2011). Põhiliseks keskkonnateguriks, mis mõjutas nomütseetide perekond Streptomyces on andnud settes leiduva bakterikoosluse muutlikkust, oli kõige laialdasema valiku mitmesuguseid varem jääkate, mille olemasolu selgelt halvendas hapni- kasutuses olnud või ka praegu kasutatavaid anti- kutingimusi sette ülakihis. Jääga kaetud järves biootikume, nagu streptomütsiin, klooramfenikol, vähenes liigiline mitmekesisus selles kihis ~10% tetratsükliin, vankomütsiin jne. Aktinomütseetide võrra, samas ~40% liikidest oli olemas suuremal rühm tervikuna on ka mageveekogudes laialt levi- arvul, sõltumata ajast. Sette bakterikoosluse süga- nud, kuid Streptomycesʼe liigid on spetsialisee- vusprofiilide analüüs näitas, et oluline koosluse runud elama mullas. Siiski on Streptomycesʼeid muutus toimus 2–5 cm vahel, mis viitab sellele, et ka veekogudes, kuigi mitte arvukalt. Neid on lei- sügavamad settekihid ei osale enam aktiivselt tud isegi Baikali järve sügavamatest kihtidest resuspensioonis. (Terkina jt 2002). Antibiootikume kasutatakse

Bakterikooslus Võrtsjärve vees on palju dünaami- laialdaselt patogeensete infektsioonide raviks nii lisem võrreldes sette bakterikooslusega. Mitme- meditsiinis, veterinaarias kui ka kalakasvatustes. aastane uuring 2004–2010 näitas, et veebakterite Teatud juhtudel on antibiootikumidega tõrjutavad liikide sesoonne dünaamika on selgelt suktses- bakterid osutunud resistentseteks. Seda täheldati siivse iseloomuga: samasugused kooslused kor- juba 1940ndate aastate lõpus antibiootikumide duvad iga aastaringi jooksul uuesti. Bakteri- kasutuselevõtu algusaegadel. Antibiootikumide koosluse sesoonne suktsessioon oli seotud nii laialdane kasutamine inimese poolt võimaldab füüsikalis-keemiliste keskkonnatingimustega kui mitmesugustel mikroobipopulatsioonidel, kes ka fütoplanktoni ja algloomade, eelkõige rips- looduslikult seda ei teeks, nendega rohkem kokku loomade liigilise koostisega. Ühe olulisema välise puutuda. Eriti ohtlik on antibiootikumide lisamine keskkonnatingimusena mõjutas bakterplanktoni ja loomade toidule nn kasvuvõimendajatena (ingl ka teiste planktonirühmade aastatevahelist variee- growth promoters). Euroopa Liidus keelati nende ruvust järve veetase. Madalaveeliste aastate (2005 kasutamine lõplikult 1. jaanuarist 2006 (EL direk- ja 2006) bakterikooslused olid omavahel sarna- tiiv IP/05/1687). Nende laialdane kasutamine semad ning eristusid kõrgema keskmise vee- jätkub Ameerika Ühendriikides, rääkimata muust tasemaga aastate kooslustest. maailmast. Seetõttu võib antibiootikumide vastase resistentsuse levik laieneda. Samuti võib ku- VÕRTSJÄRVE NING EMAJÕE RESISTOOM juneda välja uut tüüpi resistentsusi, sh multiresistentsust – tüved on resistentsed korraga mit- Esmapilgul tunduvad antibiootikumid ja bakterite me erineva antibiootikumirühma suhtes. antibiootikumidevastane resistentsus kuuluvat peamiselt meditsiini ja veterinaaria valdkonda. Antibiootikumiresistentsus on alati looduses ole- Samas ei tohi unustada et algselt pärinevad anti- mas olnud. Näiteks penitsilliine lagundavad bak- biootikumide peamised funktsionaalsed klassid terid beetalaktamaasid on väga ürgsed. Geenijär- looduskeskkonnas elavatelt mikroorganismidelt. jestuste fülogeneesi uurimisel on hinnatud, et esi- Enamus antibiootikume on looduslikku päritolu mesed A klassi beeta-laktamaasid tekkisid 2,2–2,4 või vähesel määral keemiliselt modifitseeritud miljardit aastat tagasi graam-negatiivsetes bakte- ning neil on oma ökoloogiline funktsioon. Inime- rites. Umbes 800 miljonit aastat tagasi toimunud se poolt esimeses järjekorras laialdasemalt kasu- horisontaalse geenitriivi tulemusena said selle tusele võetud beeta-laktaamide hulka kuuluva geeniperekonna ka graam-postiivsed bakterid.

163 Peamiste tänapäeval tuntud beeta-laktamaaside Suur-Emajõkke suubumist, joonis 4). Antibiooti- alamgruppide eristumine on toimud 200 kuni 400 kumid, mida uuringus kasutati, kuuluvad peamis- miljonit aastat tagasi (Hall, Barlow 2004). Resis- tesse tuntud antibiootikumirühmadesse, nagu tentsusgeenide liikumine kromosoomist mobiil- valgusünteesi inhibiitorid (tetratsükliin – TET, setesse geneetilistesse elementidesse võib aga olla kanamütsiin – KAN, klooramfenikol – CAM), otseselt seotud inimtegevusega, st olla antibioo- rakukesta sünteesi inhibiitorid (ampitsiliin – tiliste ainete laialdase ja mõtlematu kasutamise AMP), DNA topoisomerisatsiooni inhibiitorid tulemus. (norfloksatsiin – NOR). Neist ainuke sünteetiline antibiootikum on kinoloonide hulka kuuluv NOR. Nii ei tohiks olla üllatav, et looduslikes bakteripo- pulatsioonides leidub hulgaliselt antibiootikumi- Looduslikus vees leiduv bakterite populatsioon de vastase resistentsusega (AR) organisme. Aas- kanti ühele antibiootikumi sisaldavale söötmele. tatel 2005−2009 uurisime agarsöötmetel kultivee- Sellel arenenud bakterikolooniad isoleeriti ning ritavate AR bakterite fülogeneetilist mitmekesi- seejärel puhastati neist bakteriaalne DNA. AR sust ja nende multiresistentsust Võrtsjärves ning bakterite fülogeneetiline kuuluvus määrati ssu Suur-Emajões (k.a kontrollina Pede jõe suue enne rRNA geeni järjestuse järgi.

Joonis 4. Võrtsjärve ja Emajõe proovivõtupunktide skeem.

164 Kokku isoleeriti ligi 2000 erinevat isolaati, mis kuuluv resistentsusgeenide grupp, mis algselt kuulusid ssu rRNA geeni järjestuste järgi 186 asub mitmete graam-negatiivsete bakterite kro- erinevasse taksonisse. Suurima arvuga olid esin- mosoomis. Tänapäeval on AmpC geene leitud ka datud Pseudomonas, Chryseobacterium, Pedo- plasmiididest ning seetõttu võivad nad levida ho- bacter, Aeromonas, Stenotrophomonas, Flavo- risontaalse geenitriivi tulemusena paljudele teiste- bacterium ja Microbacterium perekonnad – seega le bakteritele, kelle kromosoomist need puuduvad peamiselt gamma-proteobakterid, aga ka Bacte- (Philippon jt 2002). Meie poolt uuritud AmpC riodetesʼed ning aktiinobakterid. Võrreldes iso- geenid kuulusid kõik FOX alamperekonda. Võr- laatide fülogeneesi ning nende leidmise asukohta reldes teiste FOX geenidega moodustasid Võrts- selgus, et Võrtsjärvest ning Emajõe kõikidest kol- järvest ja Emajõest leitud lähedase, aga siiski sel- mest proovipunktist isoleeritud bakterid kuulusid gelt eristuva geenigrupi (joonis 5). Loodusest sarnastesse taksonitesse. Erineval ajal võetud leitud FOX geenid olid levinud mitmete bakte- proovide varieeruvus oli kõige suurem Võrtsjär- riperekonna liikide hulgas, ülekaalukalt Aeromo- ves. Emajõe ülemjooks oli Võrtsjärvega sarnasem nasʼtel ning Pseudomonasʼtel aga ka Stenotro- kui alamjooks, mis viitab teatavatele koosluse phomonasʼsel, Acidovoraxʼil ja Acinetobacterʼil. muutustele vesikonna piires. Küll aga olid Pede Määrati ka kõikide bakteriisolaatide antibiootiku- jõest, mille valgala on erinev, saadud isolaadid mitaluvus ning suurim inhibeeriv kontsentrat- mõnevõrra erinevad. Tartu linnast allavoolu jää- sioon kõikide selektsioonis kasutatud 5 antibioo- vast proovivõtupunktist saadud bakterid aga ei tikumi suhtes, lisaks veel karbapeneemide hulka erinenud oluliselt enne Tartut võetud proovidest (beetalaktamaas) kuuluva meropeneemi suhtes. saadud bakteritest. Meropeneem on poolsünteetiline 1990ndatel välja Lisaks uuriti AmpC geeniperekonda kuuluvate töötatud laia spektriga reservantibiootikum, mida järjestuste olemasolu isoleeritud tüvedes. AmpC kasutatakse muudele antibiootikumide resistent- on laialdaselt levinud beetalaktamaaside hulka sete infektsioonide raviks.

Joonis 5. Võrtsjärvest ning Ema- jõest leitud beeta-laktamaaside ampC pere- konna alamgruppi FOX kuuluvate geenijärjes- tuste sarnasus teiste seni tuntud FOX geenijär- jestustega (grupid FOX 1–FOX 7). Fülogeneeti- line puu on konstrueeritud 190 aluspaarilise geenifragmendi põhjal, kasutades suurima tõe- pära meetodit.

165 Erinevalt looduslikest beeta-laktaamidest on see seerimata andmed). Millised mehhanismid nende raskesti lagunev nii inimeste ja loomade organis- looduslike bakterite resistentsuse tagavad, pole mis kui ka looduslikus keskkonnas. Meropenee- teada; samuti see, kas mõned mehhanismid on miresistentsus ei ole laialt levinud, kuid on olnud potentsiaalselt ülevõetavad ka patogeensete bak- probleemiks Eesti erinevates haiglates. Kõikide terite poolt. kasutatud antibiootikumide suhtes leidus vähe- MIDA BAKTERID VEES TEEVAD? tundlikke või koguni resistentseid tüvesid (joonis 6). Uuringu tulemused näitasid, et looduslik mit- Kuigi bakterite näol on tegemist esmapilgul liht- mekesisus on nii suur, et iga antibiootilise aine sakoeliste organismidega, on mitmed nende öko- suhtes leidus ikka mõni bakteriliik, kes oli tunde- loogiaga seotud protsessid äärmiselt keerukad. tu; sealjuures paljud oli multiresistentsed (publit- Bakterid suhtlevad omavahel aktiivselt, kasutades

Joonis 6. Antibiootikumiresistentsete isolaatide suhteline arvukus (0 kuni 1) arvukamate bakteriperekondade ja antibiootikumide kaupa. Horisontaalteljel olevad numbrid tähistavad antibiootikume: 1 – ampitsiliin (kasutatud antibiootikumi kontsentratsioon 100 µg/ml), 2 – klooramfenikol (5 µg/ml), 3 – kanamütsiin (1 µg/ml), 4 – meropeneem (0,3 µg/ml), 5 – norfloksatsiin (0,5 µg/ml), 6 – tetratsükliin (5 µg/ml). Verti- kaaltelg väljendab resistentsete tüvede suhet mitteresistentsetesse tüvedesse (suhe alla 0,5 näitab, et tundlikke tüvesid on rohkem).

166 signaalmolekule. Samuti toimub geneetilise infor- lahustunud orgaanilise aine tagasi toiduahelasse. matsiooni vahetamine, kuigi see pole seotud otse- Lahustunud orgaanilised ained vabanevad vette selt paljunemisega, nagu kõrgematel organismidel mitmete erinevate protsesside käigus kõikidest jne. Biogeokeemiliste aineringete seisukohalt on toiduahela lülidest ning neid kantakse veekogusse peamine küsimus, mida nad söövad/tarbivad ja ka valgalalt. Bakterid on nn osmotroofsed orga- millised laguproduktid vabanevad ümbritsevasse nismid, kes on praktiliselt ainukese ökoloogilise keskkonda. Siinkohal oleks lihtsam küsida, milli- rühmana võimelised lahustunud orgaanilisi aineid seid ainerühmi bakterid ei ole suutelised oma elu- otse veest omastama. Kui bakteriaalne tarbimine tegevuse käigus mõjutama. Erinevatesse bakteri- puuduks, siis kuhjuks lahustunud orgaanika vette rühmadesse kuuluvate organismide ainevahetuse ning väljuks seal ainult mõnede suhteliselt aeg- tüübid varieeruvad laias skaalas, orgaanilisest laste füüsikalis-keemiliste protsesside käigus. ainest toituvatest heterotroofidest (täpsemalt ke- Raskestilagunevad humiinained tegelikult kogu- moorganoheterotroofid nagu kõik loomad, sh ini- nevadki ja nende vanus võib ulatuda mitme tu- mene) kuni kemolitoautotroofideni. Kemolito- hande aastani. Paljud lahustunud orgaanilised autotroofia on selline ainevahetuse tüüp, mis ka- ained on aga bakteritele kergesti kättesaadavad sutab ainult anorgaanilisi aineid nii süsiniku- kui ning nende peamiseks toiduallikaks. ka energiaallikana. Sellised organismid ei vaja Paljud planktilised vetikad on evolutsiooni käigus teiste organismide olemasolu ega ka valgust. Sel- muutunud sellisteks, et taimtoidulised zooplank- list ainevahetuse tüüpi on peetud kõige ürgse- terid neid ei saa süüa. Näiteks pikad niitjad mit- maks, kuna arvatavasti olid elu tekke algaegadel mest rakust koosnevad kolooniad on tavalised keskkonnatingimused kemolitoautotroofia aren- mitmes vetikarühmas. Peaaegu kogu nende poolt guks soodsaimad, kui mitte ainuvõimalikud. Tä- fotosünteesi käigus toodetud orgaaniline aine va- napäevasel Maal kasutab enamus kemolitoautot- baneb lõpuks vette lahustunud orgaaniliste ainete- roofe siiski selliseid anorgaanilisi ühendeid, mis na. Seda omastavad bakterirakud on parimaks osalevad aktiivselt bioloogilistes aineringetes. toiduks väikestele algloomadele, kes ise omakor- Paljud arhed on kemolitoautotroofid, kuid neid da on toiduks suurematele loomadele. Ilma nende leidub ka bakterite hulgas – väävlibakterid, raua- lülideta oleks heterotroofsete bakterite ökoloogili- bakterid, metanotroofid. Kõiki neid esineb mit- ne funktsioon ikkagi ainult orgaanilist ainet remi- mesugustes Eesti veekogudes. Arvestades orgaa- neraliseerida. Võrtsjärve planktonit iseloomustab nikarikaste setete ning turba laialdast leidumist zooplanktoni poolt söödavate vetikate väga väike Eesti järvedes ja sellega seotud metaani moodus- biomass, samuti on selle järve iseärasuseks mit- tumist, on metanotroofid siin ilmselt üsna oluli- mesuguste ripsloomade suur mitmekesisus ja ar- sed, kuid nende tõsise uurimiseni pole Eestis veel vukus. Ripsloomad moodustavad üle 50% selle jõutud. järve zooplanktoni biomassist ning nende koos- Metabolismi tüübi poolest on muudele vees ela- luse struktuur on väga varieeruv – ühtekokku on vatele organismidele kõige lähedasemad hetero- leitud üle 70 liigi (Kisand, Zingel 2000; Zingel jt troofsed veebakterid, mida on Eestis ka kõige 2007). Ripsloomad suudavad teatud perioodidel rohkem uuritud. Analoogia põhjal maismaa öko- ära süüa kuni 100% juurdekasvavatest bakteritest süsteemidega võiks eeldada, et ka veekogudes on ja seega täielikult kontrollida bakterite biomassi. heterotroofsed mikroorganismid olulised eelkõige Sellist ripsloomade olulist rolli on siiani kirjelda- orgaaniliste ainete lagundajatena ning et nende tud väga vähestes veekogudes, täiesti looduslikes roll aineringetes on orgaanika remineraliseerimi- tingimustes üldse mitte. Enamasti on bakterite ne. Tegelikkuses on heterotroofsete veebakterite tarbijatena kõige olulisem roll viburloomadel, kes üheks kõige olulisemaks rolliks see, et nad viivad on küll väiksemad ja suudavad korraga (ühe vi-

167

Joonis 7. Mikroobne ling. Vasakul: vees toimivate toiduahelate lihtsustatud skeem. Punaste nooltega on näidatud mikroobse lingu osa, siniste nooltega klassikaline taimest röövloomani kulgev toiduahel. Paremal: Võrts- järves mõõdetud toitumisvõrgustiku lülide keskmised biomassid ja ainevood. Ülemine paneel kajastab järve avaosa, alumine – suurtaimederikast lõunaosa. Noolte laius on proportsionaalne ainevoo suurusega. Noolel olev allajoonitud number näitab orgaanilise süsiniku liikumist (µC/(lh) ). Samuti on ruutude suurus proportsionaalne biomassile, number ruudu sees on biomassi mediaanväärtus (µC/l).

168 burlooma kohta) süüa vähem baktereid, keda aga Curtis, T., Head, I., Lunn, M., Woodcock, S., enamasti leidub veekogudes suurusjärgu võrra Schloss, P., Sloan, W. 2006. What is the extent of rohkem kui ripsloomi. Selles osas on Võrtsjärve prokaryotic diversity? Philos. Trans. Roy. Soc. B, mikroobne ling üsna eriline: viburloomade koha 361, 1475, 20232037. on siin võtnud väikesed ripsloomad. Hall, B., Barlow, M. 2004. Evolution of the serine

β-lactamases: Past, present and future. Drug. VEEBAKTERITE UURIMISE TULEVIK Resist. Updates, 7, 2, 111123. Viimaste aastakümnete jooksul on kogu maailmas tehtud veebakterite ökoloogia (loomulikult ka ül- Hodson, A., Anesio, A., Tranter, M., Fountain, A., disemalt bakterite) uurimisel suuri edusamme, Osborn, M., Priscu, J., Laybourn-Parry, J., Satt- eelkõige tänu molekulaarbioloogiliste meetodite ler, B. 2008. Glacial ecosystems. Ecol. Monogr., 78, 1, 4167. kasutuselevõtule. Viimaste aastate arengud on plahvatuslikult suurendanud metoodikate võima- Kisand, V., Andersson, N., Wikner, J. 2005. Bac- lusi. Eelkõige on selle taga nn uue põlvkonna sek- terial freshwater species successfully immigrate veneerimise/järjendamise (ingl next generation to the brackish water environment in the northern sequencing – NGS) meetodite kasutuselevõtmine. Baltic. Limnol. Oceanogr., 50, 3, 945956.

Eestis on juba praegu olemas vastav aparatuur, Kisand, V., Cuadros, R., Wikner, J. 2002. Phylo- kuigi kaasajal ei olegi enam nii oluline, kus konk- geny of culturable estuarine bacteria catabolizing reetselt analüüs läbi viiakse. Küll aga tuleks ko- riverine organic matter in the Northern Baltic Sea. hapeal täiendada ja automatiseerida proovide eel- Appl. Environ. Microbiol., 68, 1, 379388. analüüsi metoodikaid. Järjest olulisem on, et proovide kogumise strateegia aitaks maksimaal- Kisand, V., Zingel, P. 2000. Dominance of ciliate selt ära kasutada analüüside võimalusi. Nii nagu grazing on bacteria during spring in a shallow mujal maailmas on ka Eestis suurimaks kitsasko- eutrophic lake. Aquat. Microb. Ecol., 22, 2, 135 haks saadavate andmete töötlemine (bioinformaa- 142. tika), sest andmete mahud kasvavad plahvatusli- Mardiste, H. 1995. Eestit piirava mere hüdroloo- kult ning sageli puuduvad optimaalsed meetodid gilise uurimise ajalugu (kuni 1917. aastani). Kaa- nende töötlemiseks. vere, V., Kongo, L., Tammiksaar, E. (toim). Geo- graafia ajaloost Eestis. Teaduste Akadeemia Kir- VIITED jastus, Tallinn, 5878. (Teaduse ajaloo lehekülgi Alfreider, A., Pernthaler, J., Amann, R., Satt- Eestis; 11). ler, B., Glöckner, F., Wille, A., Psenner, R. 1996. Community analysis of the bacterial assemblages Mühlen, M. von zur. 1920. Der See Wirzjerw in in the winter cover and pelagic layers of a high Livland: Biologie und Fischerei. (Äratrükk: mountain lake by in situ hybridization. Appl. En- Archiv für die Naturkunde des Ostbaltikums viron. Microbiol., 62, 6, 21382144. (vormals Liv-, Ehst- und Kurlands). 2. Ser. Biologische Naturkunde, Bd. 14. Lfg. 1). Asimov, I. 2007. The human body. New Encyclo- paedia Britannica, vol. 6, 134. Philippon, A., Arlet, G., Jacoby, G. 2002. Plasmid-

Baer, K. von 1860. Investigations on the state of determined AmpC-type β-lactamases. Antimicrob Agents Chemother, 46, 1, 111. fisheries in Russia. 1. Fishery in Lakes Peipsi and Pskov and in the Baltic Sea. Sankt Peterburg, Pomeroy, L. 1974. The ocean's food web, a chan- (vene keeles). ging paradigm. Bioscience, 24, 9, 499504.

Bucholtz, L. 1876. Über das Verhalten von Bak- Ramirez-Llodra, E., Brandt, A., Danovaro, R., De terien zu einigen Antisepticis. Dorpat. Mol, B., Escobar, E., German, C., Levin, L., Mar-

169 tinez Arbizu, P., Menot, L., Buhl-Mortensen, P., Whitman, W., Coleman, D., Wiebe, W. 1998. Narayanaswamy, B., Smith, C., Tittensor, D., Ty- Prokaryotes: The unseen majority. Proc. Natl. ler, P., Vanreusel, A., Vecchione, M. 2010. Deep, Acad. Sci. USA, 95, 12, 65786583. diverse and definitely different: Unique attributes of the world's largest ecosystem. Bio-geosciences, Wikner, J., Cuadros, R., Jansson, M. 1999. Diffe- rences in consumption of allochthonous DOC 7, 9, 28512899. between a lake and an estuary in a temperate Sass, A., Eschemann, A., Kuhl, M., Thar, R., watershed. Aquat. Microb. Ecol, 17, 3, 289299. Sass, H., Cypionka, H. 2002. Growth and chemo- sensory behavior of sulfate-reducing bacteria in Zingel, P., Agasild, H., Nõges, T., Kisand, V. oxygen-sulfide gradients. FEMS Microbiol. 2007. Ciliates are the dominant grazers on pico- Ecol., 40, 1, 4754. and nanoplankton in a shallow, naturally highly eutrophic lake. Microbial Ecology, 53, 1, Terkina, I., Drukker, V., Parfenova, V., Kostor- 134142. nova, T. 2002. The biodiversity of actinomycetes in Lake Baikal. Microbiology, 71, 3, 346349. Zwart, G., Crump, B., Kamst-van Agterveld, M.,

Tšertova, N., Kisand, A., Tammert, H., Kisand, V. Hagen, F., Han, S. 2002. Typical freshwater bac- 2011. Low seasonal variability in community teria: an analysis of available 16S rRNA gene composition of sediment bacteria in large and sequences from plankton of lakes and rivers. shallow lake. Env. Microbiol. Rep., 3, 2, 270277. Aquat. Microb. Ecol., 28, 2, 141155.

170 KA JÄRVESETTED KÕNELEVAD – PALEOLIMNOLOOGILISTEST UURINGUTEST EESTIS VIIMASEL KÜMNENDIL

Liisa Puusepp Tallinn Ülikooli ökoloogia instituut

EESSÕNA tada laiemaid loodussüsteemide arengustsenaa- riume (Last, Smol 2001; Punning 2007; Smol Eesti looduse kohta võib kirjalikke ülestähendusi 2008; Terasmaa 2011). Need kirjeldused ja mu- leida juba Läti Henriku Liivimaa kroonikast, mil- delid tuginevad järvede põhjasetetesse talletunud les on kirjeldatud nii maastikumustreid kui ilmas- füüsikalistele (sette tekstuur, tihedus), keemiliste- tikuolusid. Järgnevate sajandite jooksul Eesti loo- le (orgaanilise aine sisaldus, erinevate keemiliste dust puudutavate andmete hulk üha täienes, kuid elementide hulk settes, isotoobid) ja bioloogilis- süstemaatilistest, instrumentaalsetel mõõtmistel tele (õietolm, makrojäänused, diatomeed e räni- põhinevatest andmekogudest saab rääkida siiski vetikad, kladotseerid e vesikirbud, hironomiidid e vaid paari viimase sajandi kontekstis. Mis oli surusääsed, ostrakoodid e karpvähid, fossiilsed Eesti territooriumil enne, kui säilinud teaduslikud pigmendid) paleomarkeritele, mis pärinevad nii loodusvaatlused meile kajastavad? Eestimaa jär- järvest endast kui valglalt. ve- ja soosetted on tänuväärne uurimismaterjal, omamoodi arhiivid, raamatud, looduse mälu, mil- Paleolimnoloogiliste uuringute aluseks on UNIFOR- les kajastub olnu ja mis kirjeldavad suurepäraselt MISMIPRINTSIIP (ka aktualismiprintsiip), millest kir- tuhandete aastate taguseid arengukäike. Järgnev jutas esmakordselt briti geoloog Hutton (1788), kirjutis annab lühikese ülevaate sellest, mida ja märkides, et kivimite ringe toimub küll aeglaselt, kuidas jutustavad meile järved, milliseid metoo- kuid pidevalt ning ilma nähtava alguse või lõpu- dikaid selleks kasutatakse ning milliseid paleo- ta. Sellest mõttest on nüüdseks välja kasvanud limnoloogilisi töid Eesti väikejärvedest on viima- uniformismiprintsiibi põhiidee, et tänapäev on sel kümnendil tehtud. võtmeks mineviku mõistmisel (Geikie 1905; Old- royd 1980). Printsiip tugineb eeldusele, et minevikus toimunud geoloogilised sündmused on PALEOLIMNOLOOGIA EESTIS analoogilised tänapäevaste samatoimeliste sünd- Ökosüsteemid on keerukad võrgustikud, kus mustega (nii iseloomu kui intensiivsuse poolest) omavahel põimuvad biootilised ja abiootilised ning et kogu Maa (geoloogiline) areng on olnud komponendid. Järved on näited väikestest öko- võrdlemisi stabiilne ja lineaarne; seega paiknevad süsteemidest, mille arengulugu Eestis ulatub vanemad setted üldiselt sügavamal ning peal stra- 10 000 aasta taha ning mis on erinevate mehha- tigraafiliselt nooremad kihid. Eeldatakse näiteks, nismide ja faktorite tõttu selle aja jooksul kordu- et taimekooslused olid ka varem levinud neile so- valt muutunud. Teadust, mis käsitleb järvi ja nen- bivate tingimustega kasvukohtadel, nii nagu täna- de kujunemislugu nimetatakse PALEOLIMNOLOO- päeval, ning karbonaadid settisid veekogudes sa- GIAKS (kr k – palios-> vana, limni-> järv, logos-> masugustes tingimustes kui praegu. Tegemist on õpetus). Paleolimnoloogiliste uuringute põhili- selgelt oletusega ning omad korrektuurid sellesse seks eesmärgiks on peamiselt järvedes, aga ka teevad võimalikud protsesside kiiruse muutused valglal toimunud protsesside kirjeldamine, endis- ning hüppelised arengud ühest tasakaaluasendist aegse seisundi ning arenguloo rekonstrueerimine, teise, mis loomulikult mõjutavad lõpptulemust, et modelleerida põhjus-tagajärg seoseid ja koos- kuid mida reaalselt kontrollida ei saa.

171

Olulist rolli mängib inimtegevus, mis teatud pe- mustega tegelevad Tallinna Ülikoolis ökoloogia rioodidel on intensiivselt sekkunud loodussüstee- instituut, Tallinna Tehnikaülikoolis geoloogia mide arengusse. Punning (2007) on kirjutanud, et instituut, Tartu Ülikoolis ökoloogia ja maatea- loodussüsteemide keerukuse ning võimalike mõ- duste instituut ning Eesti Maaülikoolis põlluma- jurite rohkuse tõttu võib uniformismiprintsiibi jandus- ja keskkonnainstituudi limnoloogiakes- lihtsustatud rakendamine viia valede järeldusteni kus. Paljud meie ülikoolides kaitstud doktoritööd ning andmete korrektseks paleogeograafiliseks in- puudutavad ühel või teisel viisil paleolimno- terpreteerimiseks on vaja arvesse võtta täienda- loogia temaatikat (Alliksaar 2000; Kangur 2005a; vaid printsiipe: põhjus-tagajärg vastavuse print- Terasmaa 2005a; Kisand 2008; Niinemets 2008; siip; mõjurite paljususe printsiip; sarnaste arengu- Salujõe 2009; Vaasma 2010; Amon 2011; Puu- teede printsiip. sepp 2011; Sohar 2011; Vandel 2011).

Paleoökoloogiliste sh paleolimnoloogiliste uurin- Lähtudes viimaste aastate teadustööde eesmär- gute olulisus on viimastel aastakümnetel pidevalt kidest saab välja tuua kolm ajaperioodi, mille suurenenud. Erinevate paleolimnoloogiliste küsi- kestel toimunud muutusi on kirjeldatud: viimased

Joonis 1. Viimasel kümnendil paleolimnoloogia alastes artiklites kajastust leidnud Eesti järved. Võrtsjärves ja Peipsi järves tehtud uuringuid antud kirjutises ei käsitleta.

172 ~ 100 aastat, kogu Holotseen e viimased 11 700 organismide ja tahkete elutute osakeste kogum kalendriaastat ja hilisglatsiaal. Eesmärkideks on (Masing 1992: 228)) bilansse, kirjeldada nende olnud kirjeldada järvede veetaseme kõikumisi ja sesoonset dünaamikat ja setete moodustumise toitelisuse muutusi ning nende mõju järve öko- mehhanisme ning leida põhjuseid ja tagajärgi, mis süsteemile, nii lokaalse kui regionaalse taimkatte kaasnevad erinevate järvesiseste protsessidega ja arengut, inimmõju avaldumist järvesetetes, klii- meteoroloogiliste tingimuste muutustega. Uurin- mamuutusi, settimisdünaamikat. Metoodilist laa- gutulemuste põhjal töötati välja metoodika ses- di töödes on vaadeldud, milline on parim viis tonivoogude ja sette kujunemise ruumilise ja meie orgaanikarikaste järvesetete lõimiseanalüü- ajalise varieerumise analüüsimiseks (Punning jt siks (Vaasma 2008, 2010), kuivõrd kasulikuks 2002a, 2003b; Terasmaa, Punning 2006). võib kujuneda seni enamasti meditsiinis kasu- Selgus, et materjali ümbersettimine on tugevalt tuses olnud kompuutertomograafia (Terasmaa jt seotud valitsevate meteoroloogiliste tingimuste- esitatud), või kuidas saab mudelite abil rekonst- ga, järve stratifikatsiooni ja selle sesoonsete muu- rueerida minevikus olnud taimkatet (Gaillard jt tustega ning järvepõhja topograafiaga. Lumikatte 2010; Sugita jt koostamisel). Viimasel kümnendil paksus talvel ja varakevadised ilmastikuolud ilmunud paleolimnoloogia alastes artiklites on ära mõjutasid valglalt pärineva materjali sissekande märkimist leidnud üle 70 Eesti järve (joonis 1). intensiivsust ja juba järve põhja settinud materjali ümbersettimist. Settelõksude ja põhjasette ses- ʽOLEVIKU-UURINGUDʼ tonivoogude võrdlemisel leiti, et u 55% orgaa- Minevikutingimuste rekonstrueerimiseks on vaja nilisest ainest laguneb juba settimise käigus. teada, kuidas toimuvad protsessid käesoleval ajal. Uuritud sestoniosakeste settimiskiirus on madal Ideaalkujul peaks see tuginema batümeetria, toi- suvise stratifikatsiooni korral, mil termokliin ta- telisuse ja muude parameetrite poolest erinevatest kistab osakeste sadenemist. Seega toimub põhili- järvedest pärinevale informatsioonile, haarates nii ne materjali settimine kevadsuvisel perioodil. füüsikaliste, keemiliste kui ka bioloogiliste paleomarkerite ʻkäitumismustreidʼ. Tänapäevaste järvesiseste protsesside mõistmi- seks analüüsitakse ka järve põhjasetete PINDMISI Järvesette kujunemine, koostis ja struktuur on KIHTE (1–5 cm), mis peegeldavad viimaste aastate määratud paljude keskkonnatingimuste ja järve- produktsiooni ning näitavad, kuidas toimub setti- siseste protsesside poolt, millest olulisemad on nud materjali jaotumine järve põhja. Nüüdissetete järve morfomeetrilised parameetrid (järvenõo ja kujunemise ja vesi-sete piirpinna probleemis- settepinna topograafia, järve kuju ja suurus jne), tikuga on põhjalikult tegeldud TLÜ Ökoloogia kliima, sisse- ja väljavool, valgla suurus ja struk- Instituudis (Terasmaa 2005ab; Punning jt 2004c; tuur, järveelustiku mõju, järve troofsus jne. Ni- Mikomägi, Punning 2007; Koff, Vandel 2008; metatud tegurid mõjutavad veel omakorda üks- Vandel 2010). Töödes on kasutatud väga erine- teist ja tekkiv sünergia suurendab mõnda mõjurit vaid paleomarkereid (sette lõimis, orgaanilise ja veelgi. Nii on olulisel kohal SETTELÕKSUDE EKSPERI- mineraalaine hulk, diatomeed, taimsed makrojää- MENDID (Punning jt 2002a, 2003b; Terasmaa, Pun- nused, pigmendid, orgaanilise süsiniku ja läm- ning 2006), mis võimaldavad selgitada, kuidas mastiku suhe OC/N). erineva suuruse ja tihedusega ning erinevatest al- likatest pärinevad paleomarkerid settesse sattu- Sette LITOLOOGILISE KOOSTISE ruumilised variat- vad. Settelõksude eksperimentide käigus kogutud sioonid kannavad endas otsest infot järvenõo to- andmestik kuivaine, õietolmu ja lendtuhaosakeste pograafia, batümeetria ja kaldajoone kohta (Pun- liikumise kohta järves võimaldab koostada sesto- ning jt 2005b; Terasmaa 2005ab). Leidub ka nivoogude (seston – veekogude vees hõljuvate märke väljastpoolt tulevate mõjurite (maakasutus,

173 veetaseme kõikumisest tingitud muutused järves) gilistes uuringutes kasutatakse tihti OC/N-i väär- kajastumisest ja säilimisest järvesettes. Detailsem tusi hindamaks settes oleva orgaanilise aine päri- analüüs võimaldab luua sette litoloogilise koos- tolu. Tulemused kinnitasid, et kasutatud komp- tise varieerumisel põhineva ülemineku pindmiste leksset metoodikat saab rakendada järvede veeta- setete uurimiselt paleoinformatsiooni interpretee- seme kõikumiste rekonstrueerimisel minevikus rimisele, nt mineviku veetaseme kõikumiste re- (Punning jt 2004c; Punning, Puusepp 2007; Puu- konstrueerimisele. sepp 2011).

Taimseid MAKROJÄÄNUSEID kasutatakse paleouurin- Fotosünteesivatest organismidest (vetikad, foto- gutes õietolmuanalüüsi kõrval, et hinnata mine- troofsed bakterid, veetaimed) pärinevad PIGMEN- viku taimestikku. Kuna erinevate taimeliikide eri DID on järvesetetes tavalised ning peegeldavad osad ei säili setetes ühtmoodi ning nende suu- veekogus toimunud primaarproduktsiooni muu- rused ja tihedused varieeruvad oluliselt, toimub tusi. Ökoloogia Instituudis on juurutatud erine- ka makrojäänuste settimine erinevalt. Järvede vate fossiilsete pigmentide määramismeetodeid – suurtaimestiku leviku ning järvede pindmistes se- spektrofotomeetriline meetod klorofülli derivaa- tetes sisalduvate makrojäänuste ruumilise jaotuse tide (CD) ning karotenoidide (TC) määramiseks võrdlev analüüs (Koff, Vandel 2008; Vandel ja kõrgsurve vedelikkromatograafiline meetod 2011) näitas, et kaldavööndis kasvavate taimede (HPLC) üksikute pigmentide identifitseerimiseks. ja nende fikseeritud osiste (eelkõige seemnete) Uurimistulemused näitasid, et CD ja TC sisaldus levikualade kattuvus sõltub liigist ning järve suurenes settes vee sügavuse suurenemisega. Kin- topograafiast. Vaid 50% kasvavatest veesisestest nitati, et HPLC spektrid võimaldavad identifitsee- ja ujulehtedega taimede liikidest oli esindatud ka rida järvesettest erinevaid pigmente ja nende alu- pindmistes järvesetetes makrojäänustena. sel saab hinnata järve floorat settimise ajal (Mikomägi, Punning 2007). Paleolimnoloogiliste protsesside paremaks interpreteerimiseks analüüsiti 15–30 cm sügavuses Kirjeldatud uuringute tulemused on oluliseks järvevees, kuivõrd mõjutab taimestik ORGAANILISE sammuks, et kirjeldada järve setteläbilõigetest AINE LAGUNEMIST settes (Vandel 2010, 2011). Sel- saadud paleoinfo põhjal veekogu arengulugu. In- gus, et lagunemisprotsessid toimusid kiiremini terpreteerimisel peab aga arvestama, et erinevate setetes, millel kasvas taimestik (valdavalt pilli- järvede puhul võivad erinevad sündmused anda roog) ning olid intensiivseimad ülemises 5 cm settesse erineva signaali ja erinevad paleomar- settekihis. Taimkatte eemaldamine katsealalt kerid võivad ühte olukorda peegeldada erineva in- mõjutas oluliselt sette mikrokliimat. Kõrgem sette tensiivsusega. temperatuur neil aladel, kus pilliroog jäi niitmata, soodustas omakorda orgaanilise aine lagunemist VIIMASE ~100 AASTA KAJASTUMINE (Vandel 2010, 2011). JÄRVESETETES

DIATOMEESID e ränivetikaid kasutatakse paleolim- Ülestähendatud infot mõningate järvede olustiku noloogias veekogu arenguloo kirjeldamiseks, toe- kohta leidub monitooringuandmete või muul tudes koosluste ja keskkonnaparameetrite vahel kujul jäädvustatuna koos foto- ja kaardimater- olevikus valitsevatele seostele. Järvesetete pind- jaliga vähemalt viimase saja aasta kohta. Möö- miste kihtide analüüsi tulemusena leiti seosed dunud sajandil tehti laialdaselt limnoloogilisi töid diatomeekoosluste ja veesügavuse vahel, samas (Riikoja 1934, 1940; Kask 1964; Mäemets 1968, uuringus kirjeldati ka taimsete makrojäänuste le- 1977; Ott 1999), mis nüüd on oluliseks võrdlus- vikut ja mõõdeti orgaanilise süsiniku ja läm- materjaliks. mastiku suhte (OC/N-i) muutusi sõltuvana vas- Teades näiteks, millal algas järve ümbruses inten- tava setteproovi sügavusest vees. Paleolimnoloo- siivne põllumajandustegevus, alustas tööd uus

174 kaevandus või karjäär, millal muudeti väikejärve did) ja/või keemilistele parameetritele tuginedes kallas puhkealaks, tuues sinna koormate viisi lii- (Punning, Leeben 2003; Punning jt 2004b, 2007a; va, saab hakata otsima järvesettes jälgi nendest Heinsalu, Alliksaar 2009a; Marzecová jt 2011). sündmustest, mis pidid mõjutama ka järve öko- Nõmmejärve järvesette geokeemilises koostises süsteemi. Eesmärk on uurida, kuivõrd suuri muu- toimusid järsud muutused ajal, mil järve suunati tusi täheldatakse järvesetetes, mis moodustusid kaevandusveed ja kasvas inimmõju (Marzecová jt ʻsündmusegaʼ samal ajal, otsida vastust küsi- 2011). Sarnaseid signaale on andnud varasemates musele, kas sette moodustumisel on sinna salves- uuringutes käsitletud Kurtna järvede setteläbi- tunud vastava ajalõigu teavet ning kas teave on lõiked. Nohipalu Valgjärves on järvevee pH pä- säilinud moodustumise hetkest tänini muutumatul rast 1980. aastat langenud ʻtänuʼ turbatootmisele kujul. Eelkõige on sellesuunalised uuringud seo- naabruses olevast Meenikunno rabast. Seda kinni- tud veetasemete muutuste, reostuskoormuse suu- tasid samal sügavusel settes olevad diatomee- renemise ja järvede troofsustaseme tõusuga ning kooslused (Heinsalu, Alliksaar 2009a). Vahel ei nüüd juba ka järvede isetaastumisega pärast inten- avaldu ʻsündmusʼ setetes koheselt. Ruusmäe siivse inimmõju lakkamist. järve reostuskoormus suurenes oluliselt 1950nda- tel, kuid sette keemiline koostis kui ka diatomeed Viimase saja aasta jooksul on Eestis maakasutus näitasid ökosüsteemi muutusi alles 1960ndatel oluliselt teisenenud. Muutunud on põllumajan- (Punning jt 2004b). duse osakaal ning põllumaade asukohad ja suuru- sed. Dokumenteeritud on mitmeid tulekahjusid, VEETASEME MUUTUSED muudavad järve settimisala- mis mängivad taimkatte kujunemisel olulist rolli. de jaotust ning seetõttu mõjutavad otseselt setti- Nendega kaasnevaid TAIMKATTE MUUTUSI on võima- misprotsesse, resuspensiooni ja sellega kaasne- lik tuvastada järvesetete õietolmu ja söeosakeste valt akumuleerunud ainete veekeskkonda sattu- profiilidelt. Need annavad olulist teavet taimkatte mist. Järvede põhjasetete pindmiste kihtide lito- arengust, liikidevahelistest suhetest ning taim- loogilised parameetrid on seotud järve põhjato- katte struktuuri ja keskkonnaparameetrite vahe- pograafiaga (Terasmaa 2005ab). Sellele asjaolule listest seostest. Häiringute ilmnemist õietolmu- tuginedes on võimalik kontrollida, kas viimase diagrammidel avatud ja metsase maastiku puhul saja aasta jooksul dokumenteeritud veetaseme ning seda, kuivõrd kajastavad tulemused erine- muutused kajastuvad järvesetetes. Martiska järve vate põllukultuuride kasvatamist ning tulekah- (foto järgmisel lk) veetaseme kõikumise andmete jude ʻmärkeʼ, on analüüsitud mitmes töös (Koff jt ning järvesette mineraalaine ja terasuuruste 2000; Kangur 2002, 2005a; Koff, Punning 2002). sisalduse võrdlus näitas, et terasuuruse jaotus va- Leiti, et suurte järvede puhul (>100 ha) pidi õie- rieerus sõltuvalt järve batümeetriast, veetasemest tolmuprofiilil selgelt jälgitav sündmus hõlmama ning kaldajoone asendist proovivõtukoha suhtes. muutusi ulatuslikul (kuni 2000 ha) territooriumil Profiilina võetud setteläbilõigete lõimiseanalüüsi veekogu vahetus läheduses kasvavas taimkattes. tulemustes kajastusid järve viimased suuremad Väikejärvede puhul võis muutus hõlmata väik- veetaseme muutused väga selgelt (Punning jt semat territooriumi, kuid see toimus järve kaldast 2006, 2007a; Vaasma 2010). mitte kaugemal kui mõnisada meetrit (Kangur 2005a). EESTI ALA ARENG HOLOTSEENIS JA

HILISGLATSIAALIS Oluline teemade ring on seotud veekogude TROOF- SUSE MUUTUSTE (eelkõige eutrofeerumine) ja REOS- Kirjeldades tagasiulatuvalt Holotseeni ning järve TUSEGA asula- või farmilähedastes või Kirde-Eesti arengut sel perioodil, ei saa rääkida aastatäpsus- tööstuspiirkonna järvedes, mida on analüüsitud test või konkreetsetest sündmustest. Esiteks, pole järvesetete bioloogilistele (diatomeed, pigmen- neid sündmusi dokumenteeritud ning erinevad

175

Martiska järv 2009. aasta kevadel (Liisa Puusepp). sündmused võivad kaasa tuua sarnase kajastuse invasioon ning millal on erinevates piirkondades järvesetetes. Teiseks, tänapäeval kasutusel olevad täheldatud esimesi märke inimmõjust (nt kultuur- dateerimismetoodikad võimaldavad enamasti rää- kõrreliste ilmumine õietolmuspektritesse) ja selle kida saja-aastase täpsusega perioodist. Radiosüsi- avaldumisest veekogudel. Paleoandmete põhjal niku aastad ei vasta täpselt kalendriaastatele ja on modelleeritud pärastjääaegseid kliima- ja taim- kalibreerimine tekitab lisaprobleeme. Samuti ei katte muutusi (Punning jt 2003a; Poska jt 2004; ole meie enamasti madalate järvede puhul või- Kangur 2005ab, 2009; Veski jt 2004, 2005; malik eristada üksikuid varve e järvesetete aasta- Punning jt 2007b; Niinemets, Saarse 2009; Saarse kihtisid. Seega saab Holotseenist ja sel ajaperioo- jt 2010). Võrreldes omavahel kogu Holotseeni dil toimunud järve ökosüsteemi ja valgla muutus- hõlmavaid õietolmuprofiile erinevatest Eesti re- test rääkida üldistatult ning vaid pikematest aja- gioonidest on leitud, et mullastiku heterogeensus vahemikest. on üks olulisemaid tegureid, mis on kujundanud taimkatte struktuuri õietolmu baasalal Holotseeni TAIMESTIKU ARENGU puhul tuginetakse enamasti vältel (Kangur 2005ab). õietolmu andmetele, mille põhjal tehakse ka järel- dusi olnud aegade üldiste keskkonna- ja klimaati- Tänaseks päevaks on Eesti taimkattearengu kvan- liste tingimuste ja inimmõju intensiivsuse kohta. titatiivseks kirjeldamiseks koostatud kogu Eestit Uurimuste eesmärgiks on olnud kirjeldada, kui- hõlmav õietolmuprofiilide andmebaas, millesse das viimastel sajanditel toimunud metsasuse muu- lülitati publitseeritud, vähemalt kolme 14C datee- tused mõnede Eesti väikejärvede ümbruses kajas- ringuga ja enamust Holotseenist hõlmavad õie- tuvad nende järvede õietolmuspektrites, millal ja tolmudiagrammid. Esialgsed tulemused (Sugita jt millises suunas on toimunud mõningate liikide koostamisel) näitavad, et regionaalsel skaalal on

176 Eesti taimkatte areng kulgenud küllaltki erine- arvandmetega põhjendada veetaseme muutuste vaid teid pidi. Uuringud on keskendunud ka mõju järvede biogeokeemilise aineringe ajalis- Holotseeni vältel esinenud järskude KLIIMA- ruumilisele kulgemisele süsteemis valgla-järv- MUUTUSTE perioodidele, sh jahenemine 8200 aastat sete. Mitme paleolimnoloogilise markeri analüü- tagasi, väike jääaeg (500–100 aastat tagasi), kesk- sid erinevates järvedes (Väike Juusa järv Otepää aegne soojenemine (1100–600 aastat tagasi). kõrgustikul, Ķūži järv Vidzeme kõrgustikul) on

On uuritud neid geoloogilises mõttes kiireid näidanud, et väikejärvede areng ja veetaseme sündmusi, mis on talletunud järvesetetesse ees- muutused neis on Holotseeni vältel toimunud sama mustri alusel. märgiga selgitada sündmusstratigraafia skaala loomise võimalusi ja probleeme Eestis. Mitmed Õietolmuandmete sidumine veetaseme muutus- Eesti õietolmuandmed on kaasatud üldistesse tega (Kangur 2009) on näidanud, et veetaseme andmebaasidesse; nende abil on modelleeritud fluktuatsioonid mõjutavad selgelt veesisese or- maastikumustri muutusi minevikus, näiteks kir- gaanilise ja mineraalse aine kulgu, geobiokeemi- jeldatud 8200 aastat tagasi olnud kliimajahene- list aineringet, samuti valglalt pärineva õietolmu mise ruumilist ulatust Euroopas (Veski jt 2004; jaotust järves. Pikaajaline veetaseme kõikumine Seppä jt 2007, 2009; Gaillard jt 2010). määrab liigispetsiifilise õietolmu jaotuse järve

HILISGLATSIAALI TAIMKATTE arengu ja kliimatingi- erinevate osade vahel ja seega ka selle settimise ja muste kirjeldamisele on Eestis vähe tähelepanu kajastumise setteläbilõigetes (Kangur 2009). Järe- pööratud. Eesti hilisjääaja setteläbilõigete vara- likult tuleb mineviku rekonstrueerimisel tähele- semad kirjeldused olid dateerimata ning tuginesid panu pöörata sellele, et lisaks taimkatte struk- üksnes õietolmu andmete võrdlevale analüüsile. tuurile mõjutavad õietolmuprofiilide kujunemist Ka meiega sarnastel laiuskraadidel Lähi-Vene- olulisel määral järvesisesed protsessid. maal ja Lätis pole hilisglatsiaalist biostratigraa- fiaga seotud AMS radiosüsinikudateeringuid. Et PALEOLIMNOLOOGILISTE UURINGUTE METOODIKA seda lünka parandada on TTÜ Geoloogia Insti- tuudi hiljutiste tööde eesmärk olnud viimase Paleolimnoloogia on vaatamata erinevate andme- mandrijää taandumisel vabanenud alade keskkon- töötluse võimaluste kasutuselevõtule veel küllalt- natingimuste, paleokliima ja taimestiku arengu ki kirjeldav teadus, andes pigem kvalitatiivset in- täpsustamine ajavahemikus u 15 000 kuni 11 000 fot. Samas liigutakse üha enam suunas, kus erine- kalendriaastat tagasi (Amon jt 2009; Amon, Saar- vate mudelite kasutamisega kaasnevad ka de- se 2010; Amon 2011). tailsed kvantitatiivsed rekonstruktsioonid.

EESTI JÄRVEDE VEETASE on pärastjääajal korduvalt ja Paljudes Eesti väikejärvedes ulatub tänapäeva tugevasti muutunud (Saarse, Harrison 1992), kuid settekihi paksus üle 10 meetri, mis tähendab, et tänini puudub meil tõene informatsioon veetase- algse nõo väiksemad pinnavormid võivad olla ära me muutuste ja biogeokeemilise aineringe seos- silutud ning ilma GEORADARIT kasutamata võib test järvedes. Veetaseme muutuste viimase küm- järve settehulga arvutamisel ning järvenõo arengu nendi uuringud (Punning jt 2003a, 2004a, rekonstrueerimisel teha ekslikke järeldusi. Tava- 2005ab, 2006; Koff jt 2005; Punning, Puusepp liselt võimaldab georadari kasutamine oluliselt 2007; Kangur jt 2009; Terasmaa 2011; Terasmaa vähendada aeganõudvate sette sondeerimiste ar- jt esitatud) on seadnud eesmärgiks määrata erine- vu, sest radar annab suurte alade pinnase geo- va hüdroloogilise režiimiga järvede veetasemete loogilisest ehitusest ülevaatliku pildi. Kui pole kõikumiste ajaline kulg ja amplituudid pärast- võimalik uuringute käigus kasutada georadarit, jääajal ning välja selgitada nende põhjused, mõju tuleb proovi võtmisel arvestada sellega, et üks ja regionaalsed seaduspärasused, kirjeldada ning läbilõige ei pruugi anda järve arengust sugugi

177 terviklikku pilti. Kogemused on näidanud (Pun- mineraalaine terakestele absorbeerunud ained), ning jt 2005ab; Terasmaa 2005a, 2011; Punning, mis võivad mõjutada terasuuruse jaotuse tulemu- Puusepp 2007; Kangur 2009; Terasmaa 2011), et si. Kiireim ja usaldusväärseim oksüdeerimise parim lahendus on kasutada PROFIILIMEETODIT ning meetod tuleb läbi viia kuumutusplaadil, töödeldes võtta järvest vähemalt 2–4 kogu settelasundit hõl- proovi järjestikku 10% HCl, 30% H2O2 ja 10% mavat läbilõiget. Sügavaima koha setted on eel- KOH lahuses. Lisameetodina tuleb kasutada mik- duse kohaselt küll kõige vanemad, stabiilsemates roskoopilist analüüsi, mis võimaldab monitoorida oludes säilinud ning pole karta settelünki, kuid eeltöötluse käiku ja selle toimet proovile. samas peab arvestama mõningase info detailide Paleoökoloogilised TAIMKATTE struktuuri ja maa- sumbumisega ʻmürasseʼ – autohtoonse orgaanika kasutuse uuringud põhinevad peamiselt kaudsetel ühtlane voog on nii suur, et suhteliselt väiksemas ja kvalitatiivsetel tõenditel ning oletustel. Kuna skaalas toimunud muutused ei pruugi sinna oma puude ja rohttaimede õietolmu suhe ei kirjelda jälge jätta. Näiteks Terasmaa (2011) andmetel adekvaatselt maastiku avatuse dünaamikat Holot- avaldub veetaseme muutuste jälg settes paremini seenis, on võetud kasutusele Sugita (2007ab) kaldalähedasel akumulatsiooni- ja transpordiala poolt väljatöötatud LRA (Landscape Reconstruc- piiril, kuhu teralistel setetel on kantuna suurem tion Algorithm) metoodika, mis võimaldab kvan- tõenäosus jõuda kui järve keskossa. titatiivselt hinnata minevikus toimunud muutusi Setteläbilõigete analüüsil on järjest sagedamini taimkattes. Käimasolevate uuringute eesmärgiks rakendatud KOMPUUTERTOMOGRAAFILISI UURINGUID, on kvantifitseerida maastiku avatuse dünaamika mida on eelkõige harjutud seostama meditsiini ja Eestis Holotseeni vältel. Mitmed mudeli katsetu- tervishoiuga, kuid mitmete uurijate poolt on need sed on näidanud, et inimese poolt põhjustatud uuringud leidnud rakendust ka sette- ning mulla- maastiku avatus on viimase 2000–3000 aasta väl- proovide analüüsimisel (Hunt jt 1988; Duliu tel olnud ulatuslikum, kui seda võiks oletada vaid 1999; Van Geet jt 2001). Esialgsed tulemused õietolmu profiilide põhjal (Sugita jt koostamisel). orgaanika- ja veerikaste järvesetetega on palju- Kasutatavad mudelid eeldavad, et väikeste (mõ- lubavad (Terasmaa jt retsenseerimisel). Kompuu- nehektariliste) järvede õietolmuprofiilid kannavad tertomograafia abil saab sette koostise (tiheduse) infot ainult lähiümbruse (kuni mõnesaja meetri muutusi vaadelda kolmemõõtmeliselt kogu puur- raadiuses ümber järve) taimkatte kohta, kuid südamiku ulatuses, mitte ainult pinnakihis. Puur- >100 ha järved lubavad teha üldistusi juba suu- südamikku läbiv analüüs annab informatsiooni remas regionaalses skaalas. Tuleb muidugi tun- selle võtmisel tekkinud võimalike vigade kohta – nistada, et mudelid on alati looduslikke protsesse esile tulevad kihtide deformatsioonid ja nihku- lihtsustavad ja näiteks ei võeta arvesse maastiku mised. Nimetatud metoodika näitab, kuidas kihid struktuuri ning konvektiivset ja advektiivset tur- paiknevad, milline on võimalik üldistusaste. See bulentsi, mis samuti mõjutab õietolmu edasikande teave on oluline edasisel proovivõtmisel, puur- ulatust (Koff 2007). Ka ajas muutuv ruum (nt südamiku tükeldamisel ning analüüside planee- järve pindala) määrab paleoökoloogilise teabe rimisel (joonis 2). sisu ning sette-läbilõike analüüsil saadud õietol-

Paljud metoodikad ei sobi meie orgaanikarikaste mudiagramm võib erinevatel ajalõikudel anda setete jaoks. Vaasma (2008, 2010) tööde üks ees- teavet metsade arengust erinevatel aladel (Pun- märke oli arendada LÕIMISANALÜÜSI EELTÖÖTLUSME- ning 2007).

TOODIKA sobivaks orgaanikarikaste järvesetete Settinud DIATOMEEDE ning järvevee keemilise uuringuteks paleolimnoloogias. Järve valgalalt koostise ja füüsikaliste omaduste (pH, fosfori- sisse kantud (allohtoonse) mineraalaine uurimisel sisaldus, soolsus, temperatuur jne) vahelised STA- on oluline eemaldada lisandid (orgaanika ning TISTILISED SEOSED on viimastel kümnenditel mine-

178

Joonis 2. Näide kompuutertomograafia uuringutulemustest kõrvuti fotoga samast setteläbilõikest. Kompuutertomo- graafias mõõdetakse proovi tihedust Hounsfield’i ühikutes (HU) (Hounsfield 1973), väärtusvahemikuks on –1024 kuni +3071 HU, kus –1024 HU on õhu väärtus ja 0 HU on vee väärtus. Seega, mida tihedam materjal, seda suurem on positiivne väärtus. Joonisel on lisaks toodud ka mineraalaine väärtused.

viku keskkonnatingimuste rekonstrueerimisel Kui tänapäevase veekvaliteedi ja pindmiste setete küllaltki laialdast kasutamist leidnud, eriti vee- diatomeede vahelised seosed on statistiliselt olu- kvaliteedi probleemide ja kliimamuutuste selgita- lised, on igati loogiline vastav andmekogum ekst- misel (Smol 2008; Smol, Stoermer 2010). Nime- rapoleerida minevikku ning nõnda kasutada pa- tatud seosed on tuletatud regionaalsetest kalib- leouuringutes. Setteläbilõike diatomeekoosluste reerimisandmebaasidest, mis koosnevad erine- alusel saab kvantitatiivselt rekonstrueerida mine- vaid keskkonnatingimusi esindavate järvede viku veekeskkonna muutusi ning nende järvede pindmiste setete diatomeede andmestikust ning puhul, mille kohta puuduvad seireandmed, hinna- veekeskkonna parameetrite (järvevee erinevate ta ka veekogu tänapäevast ökoloogilist seisundit. limnoloogiliste näitajate) andmetest (Birks 2010). Sellisel kujul järvede fosforihulga ja pH rekonst-

179 rueerimist on kasutatud töödes (Heinsalu, Allik- biootilises komponendis. Keeruliseks muudab saar 2009ab), tuginedes Euroopa Diatomee And- mitme paleomarkeri interpretatsiooni asjaolu, et mebaasile (European Diatom Database (Battar- üks ja sama järv on oma arengu jooksul võinud bee jt 2000; Juggins). olla täiesti erinevates staadiumites juba ainuüksi nõo topograafiast tingituna, mistõttu on olnud Pindmiste setete koostist ja proovivõtukohta kir- erinev ka markerite reaktsioon sellele. Üleminek jeldavaid parameetreid (veerukalded, veesügavus, ühest staadiumist teise ei pruugi alati olla lineaar- kaugus kaldast) kasutades on kasutusele võetud selt kulgev protsess, vaid võib toimuda hüppeli- KOONDPARAMEETER (CP), mis võimaldab omavahel selt (paleouuringute maksimaalse ajaresolutsiooni võrrelda erineva kuju, suuruse ja põhjareljeefiga mõttes), n-ö ühest diskreetsest olekust teise (Te- järvi ning nende settimismustrit (Terasmaa rasmaa ilmumas). 2005ab). Erinevate settimisalade jaotus CP väär- tuste alusel langes uuritud järvedes kokku erine- Mitmeid paleomarkereid kasutavad uuringud on vatele settimistingimustele viitavate suuremate praeguseks kujunenud normiks. Neile on olulise erinevustega setete litoloogilises koostises. tõuke andnud arvutite areng – võimalus teha suuremahulisi andmeanalüüse, kasutada statistilisi Pindmiste setete ruumilise varieerumise analüüsi meetodeid, rakendada erinevaid mudeleid (joonis põhjal väljatöötatud mudeli abil on rekonst- 3) või kombineerida neid võimalusi eelpool mai- rueeritud 3D paleonõod, mis on heaks aluseks nitud profiilimeetodiga. Põhjalikud veetaseme kogu Holotseeni vältel järve settimisrežiimis toi- ning settimisdünaamika rekonstruktsioonid, mis munud muudatuste ning nende põhjuste selgita- tuginesid mitmel läbilõikel ning paljudel erine- misel. Väljatöötatud mudeli (Terasmaa 2005ab) vatel paleomarkeritel, on tehtud näiteks Otepää kasutatavuse hindamiseks rakendati seda Väike kõrgustikul asuva Väike Juusa järve (Punning jt Juusa järve arengu rekonstrueerimiseks Holotsee- 2005ab; Koff jt 2005; Terasmaa 2005ab, 2009, nis (Terasmaa 2009, 2011). See andis võimaluse 2011; Punning, Puusepp 2007) ja Vidzeme kõr- kirjeldada järve veetaseme muutuste mõju sette gustikul asuva Ķūži järve kohta (Kangur jt 2009; kujunemisele. 3D mudelid paleonõgudest koosta- Terasmaa jt esitatud). Nende käigus on selgunud ti erinevatel aegadel minevikus ning rekonstruee- järvenõgude keerukas kujunemine ning tõik, et riti järvenõo areng varem publitseeritud andme- ühe järve varajases arengujärgus on erinevate test lähtuvalt (Punning jt 2005ab; Koff jt 2005; veetasemete ning põhja asendite kombinatsioone Terasmaa 2005ab; Punning, Puusepp 2007). olnud väga palju.

Kuna järve ökosüsteem koos seda ümbritseva Arusaamale, et järveökosüsteemis toimuvad prot- maastikuga on keerukas kompleks, kus erinevatel sessid on keerukad ja ühe faktori muutus järves tasemetel mängivad rolli paljud faktorid, siis või valglal toob kaasa teise ning et toimunut võib kombineerides omavahel mitmeid indikaatoreid, selgitada mitmete paleomarkerite analüüs, andis nagu bioloogilised (makrojäänused, õietolm, dia- kinnitust Ķūži järve andmestiku statistilisel tööt- tomeed jne), sette keemiline koostis, tekstuur, lusel leitud korrelatsioon kliimamuutuste ning tihedus (nn MULTI-PROXY uuringud (Birks, Birks Holotseeni vältel õietolmu profiilis ja diatomee- 2006)), saab teha korrektsemaid üldistusi, kui koosluste andmestikus inimmõju tõttu toimunud seda võimaldaksid teha üksikud indikaatorid muutuste vahel. Statistiliselt olulisim seos esines eraldi vaadeldes. Põhimõtteliselt saaks nõnda diatomeekoosluste ning kuuse ja rohttaimede õie- maksimaalselt laiahaardelist ja objektiivset infot tolmu osakaalu ja söeosakeste kontsentratsiooni järve ja valgla erinevatel aeg-ruumi momentidel dünaamikate vahel. Perioodil, mil suurenes kuuse toimunud muutuste kohta nii abiootilises kui õietolmu osakaal settes (5300–2500 aastat tagasi),

180

Joonis 3. Näide multi-proxy uuringu tulemustest Ķūži järve näitel (Terasmaa jt retsenseerimisel), kus erinevate paleomarkerite andmekogumid lihtsustati põhikomponentanalüüsiga (PCA) (joonisel on ära märgitud paleomarkerite PCA esimese telje väärtused) ning kogu Holotseeni tsoneerimine kolmeks suuremaks perioodiks põhineb klasteranalüüsil (CONISS).

oli jälgitav happelistele veekogudele omaste dia- PALEOLIMNOLOOGILISTE UURINGUTE TÄHTSUS JA TULEVIKUVAATED tomeekoosluste esinemine. Söeosakeste kontsentratsiooni ning rohttaimede õietolmu osakaalu dü- Eelnimetatud uuringute otsene olulisus ja väljund naamika oli positiivses korrelatsioonis diatomee- on järvede haldamise ning nende seisundi hinda- dega, mida seostatakse järve ümbruse avatumaks mise teaduslike aluste täpsustamine. Eesti jaoks muutumisega ning inimtegevuse intensiivistumi- on eriti oluline väikejärvedes toimuvate protsessi- sega (Puusepp, Kangur 2010; Puusepp 2011). de selgitamine, kuna maailmas on vaatluse all

181 peamiselt suurjärved, milles toimuvaid protsesse Eesti väikejärvede arenguloo kirjeldamisel seni mõjutavad tihti teised faktorid kui väikejärvedes. veel kasutatud (nt HIRONOMIIDID). Lisainfot võivad Paleolimnoloogilistele töödele tuginedes saab in- anda ka FÜTOLIIDID ja LUBJAKONKRETSIOONID. Kuigi fot minevikus olnud keskkonnatingimuste kohta, maailma paleoteadustes juba rakendatakse nn kirjeldada põhjus-tagajärg seoseid looduses ning IIDSE-DNA uuringuid, et kirjeldada näiteks mõne ennustada teatud protsesside kulgu tulevikus. Li- taimeliigi levikut ja pärinemist, siis Eesti jaoks on saks aitab järvede settimisprotsesside mõistmine need veel tuleviku-uuringud. kaasa erinevate keskkonnaprogrammide rakenda- Kindlasti saab uuringute planeerimist ja läbivii- misele. Mageveevarude paremaks haldamiseks mist täiustada ja edasi arendada välitööde ja la- koostatud Euroopa Liidu veepoliitika raamdirek- boratoorsete analüüside käigus tehtavate uuen- tiiv 2000/60/EC (2002) näeb ette veekogude hea duste näol. Arenguruumi on ka uute MUDELITE ja seisundi saavutamist ja tagamist. Kõrvuti moni- STATISTILISTE ANDMEANALÜÜSIDE rakendamisel. Näi- tooringusüsteemi täiustamisega rõhutatakse selles teks rekonstrueerides sette diatomeekooslustele paleouuringute tähtsust järvede pikemaajaliste tuginedes järve vee pH või üldfosfori hulka mine- arenguteede mõistmises. vikus, kasutatakse praegu andmebaase, kus pole Eestlastele on järvede rohkusega suured trumbid andmeid Eesti järvede kohta. Meie järvede and- kätte mängitud. Palju ahvatlevaid võimalusi pei- mestike ühendamine Euroopa suuremate andme- tub uuringute lahutusvõime ja täpsuse suurenda- baasidega on loogiline tee usaldusväärsemate re- mises, võttes kasutusele metoodikaid, mida meie konstruktsioonide suunas. Multi-proxy meetodi järvede puhul pole veel rakendatud, osaledes üle- järjest laienev rakendamine nõuab üha keeruka- maailmsetes andmebaasides, luues ja katsetades mate ja täiuslikumate statistiliste andme-töötlus- uusi, meie järvede omaduste jaoks häälestatud meetodite kasutuselevõtmist. mudeleid. Seda suunda toetavad pidevalt täius- Kui praegu uuringutes pigem konstateeritakse tuvad dateerimise andmebaasid (nt radiosüsiniku fakti, et keskkonnaseisund on muutunud ühes või ja -plii kohta) ja koos sellega ka järvesetete vanu- teises suunas, sest teatud paleomarkerid annavad se määramise täpsus. settesse vastava signaali, siis eesmärk peaks ole- Käesolevas artiklis pole kindlasti nimetatud kõiki ma üha enam suunatud protsessi kirjeldamisele metoodikaid, mida Eestis järvesetteid uurides ka- ning püüdlustele leida vastus küsimusele, miks sutatakse, kirjeldatakse vaid sagedamini raken- selline muutus üldse toimus ning millised prot- dust leidnuid. Järvesette keemilise koostise hin- sessid on selle taga. damiseks on üha enam kasutust leidmas RÖNTGEN- FLUORESTSENTSANALÜÜS (XRF) ja ISOTOOPMEETOD (Punning jt 2002b; Koff jt 2005; Marzecová jt LÕPPSÕNA

2011; Terasmaa jt 2011). Setete füüsikalisi para- Pärast-jääaegsetesse järvesetetesse talletunud meetreid analüüsides oleks oluline varem rohkem stratigraafiline informatsioon aitab lahti mõtesta- rakendust leidnud MINEROLOOGILINE ANALÜÜS taas da nii looduslikke kui ka inimtegevusega seotud kasutusele võtta. keskkonnamuutusi. Eesti järveuurijad on näida- Enim järvesetete kirjeldamisel rakendust leidnud nud ennast maailma teadusmaastikul tõsiste te- bioloogilised markerid on siiani olnud diatomeed, gijatena − ilmunud on arvestatav hulk artikleid õietolm ja makrojäänused, vähe on kasutatud teemadel, mis puudutavad järvedes toimuvaid näiteks KLADOTSEERE (Alliksaar jt 2005; Koff jt protsesse, ainete settimist ja jaotusmustrit järve 2005; Salujõe 2009) ja OSTRAKOODE (Sohar, Klam põhjas, erinevate keskkonnamuutuste kajastumist 2008; Sohar, Meidla 2009; Kalm, Sohar 2010; setetes ning järve ja seda ümbritseva valgla aren- Sohar 2011). Mitmeid bioloogilisi markereid pole gulugu.

182 Paleoinformatsiooni interpreteerimisel tuleb olla Amon, L., Saarse, L. 2010. Postglacial palaeoen- ülimalt ettevaatlik, et ei tehtaks liiga detailseid vironmental changes in the area surrounding La- järeldusi. Samuti tuleb eelnevalt kriitiliselt läbi ke Udriku in North Estonia. Geol. Quart., 54, 1, mõelda uuringu disain: millist järve uurida, milli- 85–94. seid paleomarkereid kasutada, mitu setteläbilõiget Amon, L., Veski, S., Heinsalu, A., Saarse, L. võtta. Iga järv on oma kindla arengulooga ning 2009. Stop 5: New late glacial chronology, envi- tänu ülimalt keerukale süsteemile on erinev nii ronmental and climatic conditions in southern paleoindikaatorite säilumine kui settesse sattu- Estonia: Evidence from Lake Nakri. Kalm, V., mine. See, kuidas informatsioon settesse satub, Laumets, L., Hang, T. (eds). Extent and Timing peaks olema esmaseks uurimisküsimuseks, enne of the Weichselian Glaciation Southeast of the seda, kui minna mineviku rekonstrueerimise Baltic Sea: Abstracts & Guidebook. The INQUA juurde – algul tuleb uurida järvesiseseid protsesse Peribaltic Working Group Field Symposium in ning setete ja selles oleva materjali ruumilist southern Estonia and northern Latvia, September jaotust. Võttes kasutusele uusi metoodikaid ning 13–17, 2009. Tartu Ülikooli Kirjastus, Tartu, 73– mitte ära unustades vanu ja äraproovituid, saab 74. järvede arenguloost luua üha terviklikuma pildi ning selle põhjal vaadata ka tulevikku. Battarbee, R. W., Juggins, S., Gasse, F., Ander- son, N. J., Bennion, H., Cameron, N. G. 2000. TÄNUAVALDUS European Diatom Database (EDDI). An Informa- Tänan kõiki kolleege, kelle kriitiliste kommen- tion System for Palaeoenvironmental Reconstruc- taaride ja heade soovituste toel see artikkel val- tion. European Climate Science Conference, mis. Tänan Jaanus Terasmaad, kes aitas koostada Vienna City Hall, Vienna, Austria, 19.–23. Octo- jooniseid. Vabandan siinkohal nende autorite ees, ber 1998. Environmental Change Research Cent- re, London. kelle uurimused on kirjutisest välja jäänud – Ees- tis tehtud paleolimnoloogiliste tööde hulk on Birks, H. J. B. 2010. Numerical methods for the aukartustäratavalt suur ning vääriks kindlasti analysis of diatom assemblage data. Smol, J. P., omaette kogumikku. Stoermer, E. F. (eds). The Diatoms: Applications for the Environmental and Earth Sciences. 2 ed. VIITED Cambridge University Press, Cambridge, 23–54.

Alliksaar, T. 2000. Spatial and Temporal Varia- Birks, H. H., Birks, H. J. B. 2006. Multi-proxy bility of the Distribution of Spherical Fly-Ash studies in paleolimnology. Veget. Hist. Archaeo- Particles in Sediments in Estonia. Dissertation on bot., 15, 235–251. Natural Sciences 4, Tallinn University. Duliu, O. G. 1999. Computer Axial Tomography Alliksaar, T., Heinsalu, A., Saarse, L., Salujõe, J., in geosciences: An overview. Earth Sci. Rev., 48, Veski, S. 2005. A 700-year decadal scale record 4, 265–281. of lake response to catchment land use from Gaillard, M.-J., Sugita, S., Mazier, F., Kap- annually laminated lake sediments in southern lan, J. O., Trondman, A.-K., Broström, A., Hick- Estonia. Verh. Int. Ver. Theor. Angew. Limnol., ler, T., Kaplan, J. O., Kjellström, E., Kokfelt, U., 29, 1, 457–460. Kuneš, P., Lemmen, C., Miller, P., Olofsson, J., Amon, L. 2011. Palaeoecological reconstruction Poska, A., Rundren, M., Smith, B., Standberg, G., of Late-glacial vegetation dynamics in eastern Fyfe, R., Nielsen, A. B., Alenius, T., Balakaus- Baltic area: a view based on plant macrofossil kas, L., Barnekow, L., Birks, H. J. B., Bjune, A., analysis. Thesis on Natural and Exact Sciences Björkman, L., Giesecke, T., Hjelle, K., Kalni- B116, Tallinn University of Technology. na, L., Kangur, M., van der Knaap, W. O.,

183 Koff, T., Lagerås, P., Latalowa, M., Leydet, M., files from Lacustrine Sediments. Dissertation on Lechterbeck, J., Lindbladh, M., Odgaard, B., Peg- Natural Sciences 12, Tallinn University. lar, S., Segerström, U., von Stedingk, H., Sep- Kangur, M. 2005b. Palynostratigraphy of Holo- pä, H. 2010. Holocene land-cover reconstruction cene lake sediments on the Otepää Heights, sout- for studies on land cover-climate feedbacks. hern Estonia. Proc. Estonian Acad. Sci. Geol., 54, Clim. Past, 6, 4, 483–499. 1, 52–68. Geikie, A. 1905. The Founders of Geology. Mac- millan, London. Kangur, M. 2009. Spatio-temporal distribution of pollen in Lake Vaike-Juusa (South Estonia) sedi- Heinsalu, A., Alliksaar, T. 2009a. Palaeolimno- ments. Rev. Palaeobot. Palynol., 153, 3-4, 354– logical assessment of environmental change over 359. the last two centuries in oligotrophic Lake Nohi- palu Valgjärv, southern Estonia. Est. J. Earth Sci., Kangur, M., Koff, T., Punning, J.-M., Vainu, M., 58, 2, 124–132. Vandel, E. 2009. Lithology and biostratigraphy of the Holocene sediment sequence in L. Ķūžu, Heinsalu, A., Alliksaar, T. 2009b. Palaeolimno- Vidzeme Heights (Central Latvia). Geol. Quart., logical assessment of the reference conditions and 53, 2, 199–208. ecological status of lakes in Estonia – implications for the European Union Water Framework Kask, I. 1964. Eesti NSV järvede nimestik. Tal- linn. Directive. Estonian J. Earth Sci., 58, 4, 334–341.

Hounsfield, G. N. 1973. Computerized transverse Kisand, A. 2008. Sediment Phosphorus Forms axial (tomography). Part 1, Description of system. and their Role in Lake Ecosystems. A Thesis for Br. J. Radiol., 46, 1016–1022. Applying for the Degree of Doctor of Philosophy in Hydrobiology, Estonian University of Life Sci- Hunt, P., Engler, P., Bajsarowicz, C. 1988. Com- ences, Tartu. puted tomography as a core analysis tool: Appli- cations, instrument evaluation and image impro- Koff, T. 2007. Õietolmuanalüüsist, selle rakenda- vement techniques. J. Petrol. Technol., 40, 9, mise võimalustest ja piirangutest. Punning, J.-M. 1203–1210. (ed). Keskkonnauuringute nüüdisprobleeme, 10. Tallinna Ülikooli Ökoloogia Instituut, Tallinn, Hutton, J. 1788. Theory of the Earth. Trans. 105–129. Royal Soc. Edinburgh, Vol. I, Part II, 209–304. Koff, T. Punning, J.-M. 2002. The last hundred Juggins, S. The European Diatom Database years of land-use history in Estonia as inferred (EDDI). http://craticula.ncl.ac.uk/Eddi/ from pollen records. Ann. Bot. Fennici, 39, 3, Kalm, V., Sohar, K. 2010. Oxygen isotope frac- 213–224. tionation in three freshwater ostracod species from early Holocene lacustrine tufa in northern Koff, T., Punning, J.-M., Kangur, M. 2000. Im- Estonia. J. Paleolimnol., 43, 4, 815–828. pact of forest disturbance on the pollen influx in lake sediments during the last century. Rev. Pa- Kangur, M. 2002. Methodological and practical laeobot. Palynol., 111, 1-2, 19–29. aspects of the presentation and interpretation of microscopic charcoal data from lake sediments. Koff, T., Punning, J.-M., Sarmaja-Korjonen, K., Veget. Hist. Archaeobot., 11, 4, 289–294. Martma, T. 2005. Ecosystem response to early and late Holocene lake-level changes in Lake Kangur, M. 2005a. Disturbances and Vegetation Juusa, Southern Estonia. Polish J. Ecol., 53, 4, Patchiness Reflected in Pollen and Charcoal Pro- 553–570.

184 Koff, T., Vandel, E. 2008. Spatial distribution of Punning, J.-M. 2007. Aeg ja ruum paleolimno- macrofossil assemblages in surface sediments of loogias. Punning, J.-M. (ed). Keskkonnauurin- two small lakes in Estonia. Estonian J. Ecol., 57, gute nüüdisprobleeme, 10. Tallinna Ülikooli 1, 5–20. Ökoloogia Instituut, Tallinn, 74–104.

Last, W. M., Smol, J. P. 2001. Tracking Environ- Punning, J.-M., Alliksaar, T., Terasmaa, J., Jev- mental Change Using Lake Sediments. Vol. 1, rejeva, S. 2004a. Recent patterns of sediment ac- Basin Analysis, Coring, and Chronological Tech- cumulation in a small closed lake revealed by the niques. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht/ sediment records. Hydrobiologia, 529, 1, 71–81.

Boston/London. Punning, J.-M., Boyle, J. F., Terasmaa, J., Vaas- Marzecová, A., Mikomägi, A., Koff, A., Mart- ma, T., Mikomägi, A. 2007a. Changes in lake sema, T. 2011. Sedimentary geochemical response diment structure and composition caused by hu- to human impact on Lake Nõmmejärv, Estonia. man-impact: repeated studies of Lake Martiska, Estonian J. Ecol., 60, 1, 54–69. Estonia. The Holocene, 17, 1, 145–151.

Masing, V. 1992. Ökoloogialeksikon: Loodus- Punning, J.-M., Kangur, M., Koff, T., Poss- teaduslik oskussõnastik. Eesti Entsüklopeedia- nert, G. 2003a. Holocene lake-level changes and kirjastus, Tallinn. their reflection in the paleolimnological records of two lakes in northern Estonia. J. Paleolimnol., Mikomägi, A., Punning, J.-M. 2007. Fossil pig- 29, 167–178. ments in surface sediments of some Estonian lakes. Proc. Estonian Acad. Sci. Biol. Ecol., 56, 3, Punning, J.-M., Koff, T., Alliksaar, T., Teras- 239–250. maa, J. 2002a. Tracing the pathways of settling particles into lake sediments. Proc. Estonian Mäemets, A. 1968. Eesti järved. Valgus, Tallinn. Acad. Sci. Biol. Ecol., 51, 4, 225–240.

Mäemets, A. 1977. Eesti NSV järved ja nende Punning, J.-M., Koff, T., Kadastik, E., Mikomae- kaitse. Tallinn. gi, A. 2005a. Holocene lake level fluctuations re- Niinemets, E. 2008. Vegetation and Land-Use corded in the sediment composition of Lake History of the Haanja Heights (SE-Estonia) Du- Juusa, Southeastern Estonia. J. Paleolimnol., 34, ring the Holocene. Dissertationes Geologicae 2, 377–390.

Universitatis Tartuensis 22. Tartu Ülikooli Kir- Punning, J.-M., Koff, T., Martma, T., Possnert, G. jastus, Tartu. 2002b. Stable isotope and pollen stratigraphy in

Niinemets, E., Saarse, L. 2009. Holocene vegeta- marl sediments from Lake Ilmjärv (central tion and land-use dynamics of south-eastern Es- Estonia). Proc. Estonian Acad. Sci. Geol., 51, 3, tonia. Quatern. Internat., 207, 104–116. 180–192.

Oldroyd, D. R. 1980. Sir Archibald Geikie Punning, J.-M., Koff, T., Sakson, M., Kangur, M. (1835–1924), geologist, romantic aesthete, and 2007b. Holocene pattern of organic carbon accu- historian of geology: The problem of whig histo- mulation in a small lake in Estonia. Polish J. Ecol., 55, 1, 5–14. riography of science. Ann. Sci., 37, 4, 441–462.

Ott, I., Kõiv, T. 1999. Eesti väikejärvede eripära Punning, J.-M., Koff, T., Sakson, M., Teras- ja muutused. Tallinn. maa, J. 2004b. Human impact on the ecosystem of Lake Ruusmäe (Southern Estonia) traced in the Poska, A., Saarse, L., Veski, S. 2004. Reflections sediments. Polish J. Ecol., 52, 3, 285–299. of pre- and early-agrarian human impact in the pollen diagrams of Estonia. Palaeogeogr. Palaeo- Punning, J.-M., Leeben, A. 2003. A comparison climatol. Palaeoecol., 209, 1-4, 37–50. of sediment and monitoring data: implications for

185 paleomonitoring a small lake. Environ. Monit. re, T., Mardiste, H., Merikalju, L., Punning, J.-M. Assess., 89, 1, 1–15. (eds). Estonia. Man and Nature. Tallinn, 6–20.

Punning, J.-M., Puusepp, L. 2007. Diatom as- Saarse, L., Niinemets, E., Poska, A., Veski, S. semblages in sediments of Lake Juusa, Southern 2010. Is there a relationship between crop far- Estonia with an assessments of their habitat. ming and the Alnus decline in the eastern Baltic Hydrobiologia, 586, 27–41. region? Veget. Hist. Archaeobot., 19, 1, 17–28.

Punning, J.-M., Puusepp, L., Koff, T. 2004c. Spa- Salujõe, J. 2009. Zooplankton as the indicator of tial variability of diatoms, subfossil macrophytes ecological quality and fish predation in lake eco- and OC/N values in surface sediments of Lake systems. Dissertationes Biologicae Universitatis Väike Juusa (Southern Estonia). Proc. Estonian Tartuensis 163. Tartu Ülikooli Kirjastus, Tartu. Acad. Sci. Biol. Ecol., 53, 3, 147–160. Seppä, H., Birks, H. J. B., Giesecke, T., Hammar- Punning, J.-M., Terasmaa, J., Kadastik, E. 2005b. lund, D., Alenius, T., Antonsson, K., Bjune, A. E., Grain size of the bottom sediments of lake Väike Heikkilä, M., MacDonald, G. M., Ojala, A. E. K., Juusa (Southern Estonia) as the indicator of wa- Telford, R. J., Veski, S. 2007. Spatial structure of ter-level fluctuations. Proc. Estonian Acad. Sci. the 8200 cal yr BP event in northern Europe. Geol. 54, 40–51. Clim. Past, 3, 2, 165–195.

Punning, J.-M., Terasmaa, J., Koff, T., Allik- Seppä, H., Bjune, A. E., Telford, R. J., saar, T. 2003b. Seasonal fluxes of particulate Birks, H. J. B., Veski, S. 2009. Last ninethousand matter in a small closed lake in northern Estonia. years of temperature variability in Northern Euro- Water Air Soil Pollut., 149, 1, 77–92. pe. Clim. Past, 5, 3, 523–535.

Punning, J.-M., Terasmaa, J., Vaasma, T. 2006. Smol, J. P. 2008. Pollution of Lakes and Rivers  The impact of lake-level fluctuations on the sedi- A Paleoenvironmental Perspective. Blackwell ment composition. Water Air Soil Pollut. Focus, Publishing, Oxford. 6, 515–521. Sohar, K. 2011. Quaternary ostracods from Esto- Puusepp, L. 2011. Spatio-Temporal Variability of nia and their application in palaeoenvironmental Diatom Assemblages in Lake Sediments. Disser- reconstruction. Dissertationes Geologicae Uni- tation on Natural Sciences 24. Tallinn University. versitatis Tartuensis 29. Tartu Ülikooli Kirjastus, Tartu. Puusepp, L., Kangur, M. 2010. Linking diatom community dynamics to terrestrial vegetation Sohar, K., Kalm, V. 2008. A 12.8-ka-long pa- changes: A palaeolimnological case study of Lake laeoenvironmental record revealed by subfossil Ķūži, Vidzeme Heights (Central Latvia). Estonian ostracod data from lacustrine freshwater tufain J. Ecol., 59, 4, 259–280. Lake Sinijärv, northern Estonia. J. Paleolimnol., 40, 3, 809–821. Riikoja, H. 1934. Eesti järvede nimestik. Tartu. (Loodusuurijate Seltsi Aruanded; XLI). Sohar, K., Meidla, T. 2009. The Late Glacial and Early Holocene environmental history of shallow Riikoja, H. 1940. Zur kenntnis einiger seen in lakes in Estonia, revealed from subfossil ostracod Ost-Eestis, insbesondere ihrer Wasserchemie. data. Geol. Quart., 53, 2, 209–218. Tartu. (Eesti Teaduste Akadeemia juures oleva Sugita, S. 2007a. Theory of quantitative recon- Loodusuurijate Seltsi Aruanded; XLVI). struction of vegetation I, Pollen from large sites Saarse, L., Harrison, S. P. 1992. Holocene lake- REVEALS regional vegetation composition. The level changes in the eastern Baltic region. Kaa- Holocene, 17, 229241.

186 Sugita S. 2007b. Theory of quantitative reconst- Holocene: a multi-proxy palaeolimnological stu- ruction of vegetation II, All you need is LOVE. dy of a small lake in humid temperate zone. J. The Holocene, 17, 243257. Paleolimnol., (retsenseerimisel).

Sugita, S., Kangur, M., Koff, T., Avel, E., Trond- Vaasma, T. 2008. Grain-size analysis of lacust- man, A.-K. Regional changes in Estonian vege- rine sediments: A comparison of pre-treatment tation during the Holocene based on the REVE- methods. Estonian J. Ecol., 57, 4, 231–243. ALS reconstruction approach, (koostamisel). Vaasma, T. 2010. Grain-size Analysis of Lake Terasmaa, J. 2005a. Seston Fluxes and Sedimen- Sediments: Research Methods and Applications. tation Dynamics in Small Estonian Lakes. Disser- Dissertations on Natural Sciences 21. Tallinn tation on Natural Sciences 11. Tallinn University. University.

Terasmaa, J. 2005b. Bottom topography and sedi- Vandel, E. 2010. Effect of vegetation on alpha ment lithology in two small lakes in Estonia. cellulose decomposition in littoral lake sedi- Proc. Estonian Acad. Sci. Biol. Ecol., 54, 171–189. ments. Aquatic Bot., 93, 179–184.

Terasmaa, J. 2009. 3D digital height models as a Vandel, E. 2011. Formation of Plant Macrofossil tool for reconstructing the impact of lake-level Records in Lacustrine Sediments of Baltic Re- fluctuations on the sedimentation dynamics in a gion and their Palaeolimnological Implications. small lake (Southern Estonia). Caballero, M., Or- Dissertation on Natural Sciences 25. Tallinn Uni- tega, B., Lozano, S., Zarate, P., Rosas, J., So- versity. sa, S., Rodriquez, A. (eds). Abstracts of 11th International Paleolimnology Symposium, 144. Van Geet, M., Swennen, R., Wevers, M. 2001. Towards 3-D petrography : Aplication of micro- Terasmaa, J. 2011. Lake basin development in the focus computer tomography in geological Holocene and its impact on the sedimentation science. Comp. Geosci., 27, 1091–1099. dynamics in a small lake (southern Estonia). Estonian J. Earth Sci., 60, 3, 159171. Veepoliitika raamdirektiiv, 2002. Euroopa Par-

Terasmaa, J. Aeg, ruum ja paleolimnoloogia. lamendi ja Euroopa Liidu Nõukogu direktiiv 2000/60/EÜ. Keskkonnaministeerium. Kangur, M., Raukas, A. (eds). Publikatsioonid 12. Tallinna Ülikooli Ökoloogia Instituut, Tallinn, Veski, S., Koppel, K., Poska, A. 2005. Integrated (ilmumas). palaeoecological and historical data in the service

Terasmaa, J., Punning, J.-M. 2006. Sedimenta- of fine-resolution land use and ecological change tion dynamics in a small dimictic lake in northern assessment during the last 1000 years in Rouge, Estonia. Proc. Estonian Acad. Sci. Biol. Ecol., 55, southern Estonia. J. Biogeogr., 32, 8, 1473–1488. 3, 228–242. Veski, S., Seppa, H., Ojala, A. E. K. 2004. Cold Terasmaa, J., Puusepp, L., Marzecová, A., Van- event at 8200 yr BP recorded in annually lami- del, E., Vaasma, T., Koff, T. Natural and human- nated lake sediments in eastern Europe. Geology, induced changes in Eastern Europe during the 32, 8, 681–684.

187 ÜLEMISTE JÄRVE BIOMANIPULATSIOON

Tiia Pedusaar Eesti Meteoroloogia ja Hüdroloogia Instituut

Ain Järvalt Eesti Maaülikool, Põllumajandus- ja Keskkonnainstituut, Limnoloogiakeskus

BIOMANIPULATSIOON – MIS SEE ON ? väärtus kui ka võimalused vee kasutamiseks muu- del eesmärkidel, näiteks tööstuse tarbeks. Järvi on võimalik tervendada tehnoloogiliste ja bioloogiliste meetoditega, biomanipulatsioon Biomanipulatsioon on järvede tervendamise mee- kuulub viimaste hulka. Biomanipulatsiooni idee, tod, mis seisneb järve toiduahelasse kuuluvate mille isaks loetakse tšehh J. Hrbačekit (1961), on elustikurühmade arvukusvahekorra reguleerimi- olnud üks inspireerivamaid limnoloogia ajaloos. ses, kui ahela erinevate ʻlülideʼ vaheline seos on

Ehkki järvede eutrofeerumist on uuritud pikka katkenud või ebatõhus (joonis 1). Peamine ees- aega, on see ka 21. sajandi alul väljakutse limno- märk on vähendada ahela lõpus oleva fütoplank- loogidele. Eutrofeerumist seostatakse ennekõike toni arvukust. Seda saab teha mõjutades toiduahe- toiteainete, peamiselt fosfori ja lämmastiku sisse- lat kas ülalt-alla (top-down control), suurendades kandega veekogusse, kuid viimastel aastakümne- fütoplanktonit toiduks tarvitava taimtoidulise tel ka veekogu sisese koormusega ehk setetesse zooplanktoni hulka või alt-üles (bottom-up cont- akumuleerunud fosfori vabanemisega. Samas rol), vähendades fütoplanktonile kättesaadavat märgati, et sarnase fosforisisalduse korral oli vesi toiteainete, eelkõige fosfori hulka setetes. Zoo- ühes järves läbipaistvam, teises aga mingil põh- planktoni hulka saab suurendada teda toiduks tar- jusel hägusem. Järeldati, et peale toiteainete, mil- vitavate planktontoiduliste kalade arvukuse vä- lel on vaieldamatult tähtis roll, on ka teisi tegu- hendamise (väljapüüdmise) või siis lepiskalu söö- reid, mis mõjutavad vee-ökosüsteemi aineringet. vate röövkalade (haug ja koha) hulga suurenda- mise (taasasustamise) kaudu. Järve põhjas toitu- Andmete analüüs ja eksperimendid osutasid, et kui röövkalu, kes toituvad lepiskaladest, on vähe, siis ei oma nad ʻkontrolliʼ lepiskalade üle. Roh- RÖÖVKALAD kearvuline lepiskalavaru järves, toitudes zooplanktonist, sh ka herbivooridest ehk fütoplank- LEPISKALAD tonist toituvast zooplanktonist, vähendab seega (plankton- ja bentostoidulised) oluliselt herbivooride arvukust ning ahela lõpus olev fütoplankton saab massiliselt areneda (joonis Ülalt-alla ZOOPLANKTON kontroll (sh herbivoorid) Alt-üles 1). Teisalt vabastavad põhja- ehk bentostoidulised kontroll kalad setetesse talletunud toiteaineid, peamiselt FÜTOPLANKTON fosforit, soodustades samuti fütoplanktoni massilist arengut. Veekogu seisundit mõjutab järelikult TOITEAINED ka toiduahel ja selle toimimine. Fütoplanktoni, eriti just sinivetikate vohamise tõttu muutub vesi Joonis 1. sogaseks ja langevad nii veekogu rekreatiivne Toiduahel järves.

189 vad (bentostoidulised) kalad, nagu näiteks latikas, BIOMANIPULATSIOONILE EELNENUD UURINGUD aitavad kaasa toiteainete vabanemisele põhjasete- Biomanipulatsiooni rakendamisele eelnenud and- test ning seega mõjutab nende tegevus fütoplank- mete kogumise, analüüsimise ja planeerimise aeg tonit eelkõige toiduahelas alt-üles. oli pikem kui aktiivse väljapüügi periood ise, vas- Biomanipulatsiooni õnnestumise vältimatuks eel- tavalt siis 7 (1997–2003) ja 3 (2004–2006) aastat. duseks on eelnevalt välise toiteainete koormuse Eelnes hulk eeltöid, mille raames analüüsiti erine- minimeerimine (Jeppesen, Sammalkorpi 2002). vate tervendusmeetmete teostatavust (Tallinn Neid kaht meedet rakendataksegi sageli koos, mis Catchment Management Strategy 2007), tehti küll võib raskendada tulemuste interpreteerimist järve kalavaru uuringuid (Järvalt 2002), viidi läbi (Pedusaar jt 2010b). nn ʻpotikatsedʼ, selgitamaks välja latika ja särje

Biomanipulatsioonile pühendatud projektide põh- mõju järve veekvaliteedile, kavandati eesmärgid, jal on korraldatud palju konverentse ja viimase koostati aja- ja tegevuskava (Sammalkorpi 2003), kulu-tulu analüüs ning lõpuks hangiti püügiload. kahe aastakümne jooksul on ilmunud nii kaa- lukaid ülevaateartikleid (Benndorf 1990; Hansson Projekti tegi huvitavaks fakt, et 1990ndate algu- jt 1998; Mehner jt 2004) kui ka vaid sellele tee- sest oli kalapüük Ülemistes keelatud, mistõttu male kontsentreerunud ajakirjade eriväljaandeid teadmised kalavarust olid alguses väga lünklikud (Gulati jt 1990; Kasprzak jt 2002), milles on ana- (Pedusaar jt 2008; Järvalt jt 2010). Erinevate lüüsitud õnnestumiste ja ebaõnnestumiste põhjusi. püügivahenditega katsepüügid selgitasid välja, et Viimastest on kõige tavalisem veekogu jätkuvalt järves on biomassi järgi suur täiskasvanud latika kõrge toiteainete väliskoormus ja/või sisekoor- varu. Samuti selgus katsepüükidel ahvena ja koha mus. Sageli peetakse ebaõnnestumise põhjuseks suur reproduktsioonivõime. Latikas on Ülemiste ka järjepidevuse puudumist, huvipoolte konflikte järves oluline bentostoiduline kalaliik, keda ei ja kooskõlastamatut tegevust nii veekogus kui ohusta kehakujust tulenevalt enam ka suured lähiümbruses, mistõttu biomanipulatsiooni mõju röövkalad – koha ja haug. Kuna toitu otsides tuh- vee-ökosüsteemile võib osutuda oodatust väikse- nib latikas veekogu põhjas, peaks latika selektiiv- maks või lausa vastupidiseks. Hästi kavandatud ja ne väljapüük aitama vähendada toiteainete vaba- kestvalt häid tulemusi andnud biomanipulatsiooni nemist setetest ning seeläbi pidurdama fütoplank- näite võib tuua Soomest, kus peale vee kvaliteedi toni kasvu. paranesid ka Vesijärvi rekreatiivsed omadused Eeltööde tulemusena järeldati, et kolm kõige sa- ning suurenes järve ümbritseva maa väärtus gedamini väljatoodud eeltingimust biomanipulat- (Sammalkorpi, Horppila 2005). siooni õnnestumiseks (Mehner jt 2002) on roh- Biomanipulatsiooni on sageli rakendatud ka Taa- kem või vähem Ülemiste puhul täidetud. Võrrel- nis, Rootsis, Saksamaal, Hollandis jm. Eestis rades 1970ndate aastatega oli väline toiteainete kendati seda esmakordselt Harku järvel koormus vähenenud pea kaks korda ning makro- 1990ndate algul (Tuvikene jt 2006). Ülemiste füütide leviku laienemiseks ja röövkalade varu järve projekt on teine kogemus Eestis. Järgnevalt suurenemiseks ei nähtud olulisi takistusi (Pedu- anname ülevaate Ülemiste järve biomanipulat- saar jt 2008). Lisaks toodi välja mitmeid muid sioonile eelnenud uuringutest, biomanipulat- projekti teostatavust toetavaid faktoreid: juba suh- siooni tulemustest ja tulevasest rollist Ülemistes, teliselt madal järvesisene üldfosfori kontsentrat- lahendamist vajavatest probleemidest ning bio- sioon; üldfosfori ja fütoplanktoni hulga positiivne manipulatsiooni rakendamise käigus üleskerkinud korrelatsioon; järve madalus ja hästi eristuvad sü- praktilistest probleemidest. gavamad kohad järves, mis peaks kergendama

190 masspüügi läbiviimist; pikenenud veeviibeaeg tiivne väljapüük toiduahela kontrolli pigem alt- järves; ainult üks järve haldamise eest vastutaja; üles kui ülalt-alla. püügisurve puudumine röövkaladele ja asjaolu, et MUUTUSED ÜLEMISTE JÄRVE VEE KVALITEEDIS kalapüük ei häiri otseselt Tallinna veepuhastus- jaama igapäevatööd. Biomanipulatsiooni aktiivses faasis (aastatel 2004–2006) püüti järvest 156 tonni lepiskala, Lisaks eelloetletud toetavatele faktoritele analüü- millest latikas moodustas ca 55% ja särg 26%. siti ka biomanipulatsiooni kui tervendusmeetme Biomanipulatsioonist mõjutatud aastate (2005– võimalikke negatiivseid tagajärgi ja ebaõnnestu- 2007) vegetatsiooniperioodidel vähenesid Üle- mise põhjusi. Hoolimata välise koormuse vähene- mistes oluliselt üldfosfor ja üldlämmastik, samuti misest tasemele, mis olid lähedane soovituslikule klorofüll a (Chl-a) ning fütoplanktoni biomass (Hansson jt 1998; Jeppesen, Sammalkorpi 2002), (tabel 1) (Pedusaar jt 2010b). Fütoplanktoni võib Ülemiste järve mõjutav toiteainete voog osu- kooslusesse ilmusid niitjate sinivetikate kõrvale tuda ikkagi liiga kõrgeks. Samuti võib biomani- kolooniaid moodustavad mikro- ja pikoplanktoni pulatsiooni õnnestumist ohustada kalade suur liigid (joonis 2) ning kevadine fütoplanktoni taastootmisvõime. Negatiivne olnuks ka võima- kooslus muutus liigirikkamaks. Vee läbipaistvus lik koloonialiste sinivetikate arvukuse kasv või (Secchi sügavus) paranes ainult maikuus. Järve domineerimine järve fütoplanktoni liigilises koos- vesikirbuliste biomass vastupidiselt ootustele ei seisus peale biomanipulatsiooni. Nimelt rasken- suurenenud ja Daphnia cucullata jäi jätkuvalt davad limatupega ümbritsetud sinivetikate koloo- ainsaks oma perekonda esindavaks zooplank- niad (või nende üksikud rakud) vee puhastamist teriks Ülemistes. Keriloomad domineerisid nii veetöötlemise tehnoloogia esimeses etapis, um- enne kui ka pärast biomanipulatsiooni, ehkki nen- mistades mikrofiltrid. de arvukus langes oluliselt (tabel 1) (Pedusaar jt Nullhüpotees enne projektiga alustamist oli järg- 2010b), mis oli veetöötlemise seisukohalt posi- mine: Ülemiste järves mõjutab lepiskala selektiivne tulemus.

Tabel 1

Vee kvaliteedi parameetrid (keskmine ± standardviga) Ülemiste järves vegetatsiooni perioodil enne biomanipulatsiooni (2000–2004), biomanipulatsiooni ajal (2005 ja 2006) ja pärast biomanipulatsiooni (2007). Vee läbipaistvus on väljendatud keskmise Secchi sügavusena mais

2000 2004 2005 2006 2007 Parameeter N=32−138 N=26−27 N=26−27 N=26−27 Üldfosfor (µg/l) 48 ± 1 54 ± 2 31 ± 2 36 ± 2 Üldlämmastik (µg/l) 1494 ± 40 1309 ± 59 1082 ± 46 1214 ± 136 Chl-a (µg/l) 30 ± 2 23 ± 2 20 ± 2 21 ± 2 Fütoplanktoni biomass (mg/l) 15 ± 1 9 ± 2 8 ± 1 6 ± 1 Vesikirbuliste biomass (mg/l) 0,570 ± 0,147 0,287 ± 0,048 0,165 ± 0,036 0,189 ± 0,038 Keriloomade arvukus (mln isendit / m3) 0,486 ± 0,055 0,286 ± 0,033 0,218 ± 0,023 0,122 ± 0,019 Vee läbipaistvus mais (cm) 81 132 114 123

191

Joonis 2. Fütoplanktoni kooslus enne ja pärast biomanipulatsiooni.

Järvesisene üldfosfor vähenes tõenäoliselt kahe või jätkumist kui ka toiduahela reguleerimist teguri koosmõjul. Fosfori vabanemine setetest (biomanipulatsiooni) (Pedusaar 2010). alanes tänu bentostoidulise latika biomassi vähen- Kalavarude majandamisega Ülemistes tuleks damisele biomanipulatsiooni kaudu. Samuti lan- kindlasti jätkata, töötades välja kalapüügi reeglid, ges väline koormus (Pedusaar jt 2010b). Füto- et kaitsta röövkalade varu ja aidata röövkalal hoi- planktoni liigilise koosseisu järsu muutuse põh- da ʽkontrolliʼ lepiskala üle. Perioodilised katse- justas algselt suvine paduvihm ja järgnenud kii- püügid erinevate püügivahenditega annaksid in- renenud veevahetus järves. Hilisem koloonialiste formatsiooni, mille põhjal saab otsustada mass- sinivetikate domineerimine koos niitjate mikro- püügi läbiviimise vajalikkuse üle. Kuna 2004– vetikatega oli kevadel järve üldfosfori kontsent- 2006 aastate biomanipulatsiooni aktiivses faasis ratsiooni vähenemise, aga ka veealuste valgustin- kontsentreeruti täiskasvanud latika väljapüügile, gimuste paranemise tagajärg. Leiti, et suuremate siis ilmselt edaspidi tuleb tähelepanu pöörata ka vesikirbuliste arvukus järves ei taastunud esma- teistele kalaliikidele, aga esmajoones suure palju- joones just ahvena suure reproduktsioonivõime nemisvõimega liikidele Ülemistes. tõttu. Selgus, et nullhüpotees pidas paika, st lepiskala selektiivne väljapüük Ülemiste järves mõju- Efektiivsema toiduahela nimel vääriks kaalumist tas esmajoones toiduahela kontrolli alt-üles, sa- ka veetaseme alandamine kevadel, soodustamaks mas kui kontroll ülalt-alla jäi lühiaegseks või osu- suurtaimestiku arengut järves, mis toetaks oma- tus statistiliselt ebaoluliseks. korda suurte taimtoiduliste zooplankterite arengut, pakkudes neile varju kalade kisklussurve eest.

BIOMANIPULATSIOONI ROLLIST Järve oligotrofeerumisega, millele võis ja võib tu- JÄRVE HALDAMISES TULEVIKUS levikuski kaasa aidata biomanipulatsioon, kaas- Ülemiste järve haldamine tulevikus peaks sisal- neb ilmselt kolooniaid moodustavate sinivetikate dama nii välise kui ka sisemise koormuse vähen- arvukuse kasv, mis ei ole esmakordne nähtus jär- damiseks teostatavate meetmete rakendamist ja/ ve ajaloos (Pedusaar, avaldamata andmed). Seetõt-

192

Kastmõrra tühjendamine (Tiia Pedusaar).

Hädavajalikud töövahendid , GPS ja

sonar, kalaparvede kindlakstegemisel

(Tiia Pedusaar).

Latkas noodapüügilt (Tiia Pedusaar).

193

Sinivetikaõitseng Ülemistes

(Tiia Pedusaar).

tu tasub kaaluda veepuhastustehnoloogia esimese annaksid informatsiooni järve mineviku kohta, aga etapi täiustamist. ka teavet akumuleerunud fosfori kogustest ja selle

Ehkki Ülemiste on olnud sajandeid veeallikas Tal- võimest vabaneda veesambasse ning heidaksid linna linnale, on dokumenteeritud andmeid ja valgust paljuräägitud Ülemiste setete eemaldamise publitseeritud artikleid järve kohta väga vähe (Pe- mõttekusele ja teostatavusele. Vajalikud oleksid dusaar 2010). Biomanipulatsiooni rakendamise ka füto- ja zooplanktoni detailsed uuringud, mis käigus, andmete analüüsimisel kerkis uusi küsi- hõlmaksid nii pikoplanktoni kui röövtoidulise zooplanktoni rolli toiduahelas. musi, mis vajaksid täiendavat analüüsi või spetsi- aalseid uuringuid. Järve otstarbekama haldamise, Kindlasti oleks tarvis täpsemalt määratleda seosed sh biomanipulatsiooni parema mõistmise nimel on veekvaliteedi nende parameetrite vahel, mida vaa- hädavajalikud Ülemiste järve setete uuringud, mis deldakse veepuhastuse tehnoloogia efektiivsuse

194 hindamisel (tulenedes suuresti joogivee direk- KOKKUVÕTE tiivist), nt orgaanilise aine kontsentratsioon (PHT Ülemiste järve biomanipulatsiooni projekt on Ees- või TOC), vee hägusus, vee pH ning teisalt järve tis seni ainus omalaadne teaduspõhiselt planee- seisundit iseloomustavate elustikuparameetrite ritud ja adekvaatselt dokumenteeritud, sh rahvus- vahel, nagu fütoplankton, Chl-a või zooplankton. vahelistes teadusajakirjades, projekt. Tegelikult Ökoloogiliste parameetrite abil hinnatakse bioma- pole Eestis siiani ühtki muud igakülgselt etteval- nipulatsiooni edukust, kuid veetöötlemise efek- mistatud ja ka läbiviidud näidet järvede terven- tiivsuse seisukohalt ei oma need tähtsust. Lim- damise kohta (Ott jt 2006). Samas tõi hiljutine noloogide ja tehnoloogide huvid on küll samad, st raport Eesti keskkonnaseisundi kohta (Estonian ... parem veekvaliteet järves, kuid nn ʻkeelʼ millega 2009) esile, et umbes 40% Eesti järvede öko- nad üksteist kõnetavad, ei ole sageli teisele poo- loogiline seisund on kesine või lausa halb. Loo- lele arusaadav. tustandev on SA Keskkonnainvesteeringute Kes- Ükski meede, mida rakendatakse veekogude res- kuse poolt pinnaveekogude tervendamise prog- taureerimiseks, ei paranda veekvaliteeti järves iga- rammi käivitamine, milles on ette nähtud vahen- veseks. Seega, Ülemiste järve jätkusuutlik halda- deid ka järvede seisundi parandamiseks. mine on oluline, eriti pidades silmas, et Tallinna linnale paremat alternatiivset joogivee allikat ei VIITED ole (Ülemiste… 2001). Benndorf, J. 1990. Conditions for effective biomanipulation: conclusions derived from whole-lake PRAKTILISI PROBLEEME experiments in Europe. Hydrobiologia 200-201, Biomanipulatsiooni rakendamisel kerkis mitmeid 187–203. probleeme. Eestis puudus varasemast hoolikalt Estonian Envrionmental Indicators 2009. 2010. planeeritud, läbiviidud ja dokumenteeritud bioma- Estonian Environment Information Centre, Tal- nipulatsiooni kogemus, mistõttu see meede tekitas linn. ühiskonnas vastukaja. Ajakirjanike suur huvi andis võimaluse selgitada biomanipulatsiooni kui Gulati, R., Lammens, E. H., van Donk, E. 1990. tervendusmeetme sisu ja rakendamise vajadust Biomanipulation – tool for water quality management. Hydrobiologia 200-201, 1–628. (Pedusaar jt 2006; Zobel 2006ab)

Lepiskala selektiivse väljapüügi efektiivseks teos- Hansson, L.-A., Annadotter, H., Bergman, E., tamiseks on lisaks liigilise koosseisu tundmisele Hamrin, S. F., Jeppesen, E., Kairesalo, T., Luok- tarvis täpselt teada, millal ja millistes järve osades kanen, E., Nilsson, P.-A., Sondergaard, M., kala parvleb; sellest sõltub ka püügivahendite Strand, J. 1998. Biomanipulation as an application valik. Nende aspektide kindlakstegemiseks kulus of food-chain theory: Constraints, synthesis, and Ülemiste järvel suhteliselt palju aega, kuna eel- recommendations for temperate lakes. Ecosys- tems, 1, 6, 558–574. nevaid andmeid kalastiku kohta oli vähe ja puudusid teadmised kalade käitumise kohta. Hrbaček, J., Dvořakova, M., Kořinek, V., Pro-

Projekti rakendamise käigus ilmnesid lüngad Eesti chazkova, L. 1961. Demonstration of the effest of seadusandluse selles osas, mis puudutab biomani- fish on the species composition of zooplankton pulatsiooni või muid veekogude tervendusmeet- and the intensity of metabolism of the whole meid. Esmajoones seonduvalt väljapüütud lepis- plankton association. Verh. Int. Ver. Theor. An- gew. Limnol., 14, 192–195. kala realiseerimisega, sest selektiivse püügi saak on valdavalt turuväärtust mitte omav või madala Jeppesen, E., Sammalkorpi, I. 2002. Lakes. Per- turuväärtusega peenkala. row, M. R., Davy, A. J. (eds). Handbook of Eco-

195 logical Restoration. Restoration in Practice. 2. reservoir of Estonia´s capital city: prospects for Cambridge University Press, Cambridge, 297– success. Lakes Reserv. Res. Manage. 13, 289– 324. 300.

Järvalt, A. 2002. Biomanipulatsiooni teostatavuse Pedusaar, T., Sammalkorpi, I., Hautala, A., Sa- uuring Ülemiste järves. EPMÜ Zooloogia ja Bo- lujõe, J., Järvalt, A., Pihlak, M. 2010b. Shifts in taanika Instituut. Võrtsjärve limnoloogiajaam. Kä- water quality in a drinking water resevoir during sikiri. and after the removal of cyprinids. Hydrobiologia, 649, 1, 95–106. Järvalt, A., Pedusaar, T., Panksep, K. 2010. Ülemiste järve kalastik ja biomanipulatsioon. Pedusaar, T., Sammalkorpi, I., Järvalt, A., Hauta- Mae, R., Kesküla, P. P. (toim). Õngemees kala- la, A. 2006. Biomanipulatsioon – üks veekogude vetel, 4, 122–126. tervendusmeetmeid. Keskkonnatehnika, 2, 8–9.

Kasprzak, P., Benndorf, J., Mehner, T., Ko- Sammalkorpi, I. 2003. Possibilities for improve- schel, R. 2002. Biomanipulation of lake ecosys- ment of raw water quality by biomanipulation in tems – introduction. Freshwater Biol., 47, 12, Lake Ülemiste, drinking water reservoir of Tal- 2277–2465. linn. A planning report to AS Tallinna Vesi.

Mehner, T., Arlinghaus, R., Berg, S., Dörner, H., Sammalkorpi, I., Horppila, J. 2005. Ravinketju- Jacobsen, L., Kasprzak, P., Koschel, R., Schul- kunnostus. Ulvi, T., Lakso, E. (toim). Järvien kun- ze, T., Skov, C. Wolter, C., Wysujack, K. 2004. nostus. Helsinki, 169–189.

How to link biomanipulation and sustainable Zobel, M. 2006a. Ülemiste järve vanake kogeb fisheries management: A step-by-step guideline biomanipulatsiooni. Loodus, 2, 8–9. for lakes of the European temperate zone. Fish. Manage. Ecol., 11, 3-4, 261–275. Zobel, M. 2006b. Ülemiste pirakad angerjad. Loo- dus, 2, 4. Mehner, T., Benndorf, I., Kasprzak, P., Kochel, R. 2002. Biomanipulation of lake ecosystems: suc- Tallinn Catchment Strategy. 1997. Parkman, Li- verpool. cessful applications and expanding complexity in the underlying science. Freswater Biol., 47, 12, Trei, T. 2002. L.Ülemiste – the drinking water 2453–2465. reservoir – water regime and quality dependence th Ott, I, Pedusaar, T., Järvalt, A. 2006. Järvede ter- on water consumption of the city. 4 International vendamine ja biomanipulatsioon. Eesti Loodus- Conference on Reservoir Limnology and Water uurijate Seltsi aastaraamat, 83, 47–69. Quality. Czech Republic, České Budějovice, 12– 16 August 2002, 354–356. Pedusaar, T. 2010. Management of Lake Üle- Tuvikene, L., Tuvikene, A., Laas, A., Sarik, D., miste, a Drinking Water Reservoir. PhD thesis. Järvalt, A. 2006. Järvede majandamine ja taasta- Tallinn University of Technology, Tallinn. mine Eestis. EL Interreg IIIC programmi projekt Pedusaar, T., Loigu, E., Pyrh, A., Pihlak, M. Lakepromo. Eesti Maaülikool, Limnoloogiakes- 2010a. The influence of city water consumption kus. Tartu. on the water balance and quality of drinking water Ülemiste järve ja valgala vee kvaliteet: hinnang supply with implications for altered operating praegusele situatsioonile, meetmete tesotatavus rules. Water Sci. Technol., 10, 3, 376–382. toorvee parandamiseks ja majandamise priori- Pedusaar, T., Sammalkorpi, I., Hautala, A., Jär- teedid ajavahemikus 2002–2005. 2001. AS Tallin- valt, A. 2008. Biomanipulating the drinking water na Vesi raport. Tallinn.

196 PREVENTIIVSED MEETODID RANNIKU KAITSEKS MERE SISEMISE DÜNAAMIKA ABIL

Tarmo Soomere Tallinna Tehnikaülikooli Küberneetika Instituut

INIMTEGEVUS MEREL OHUSTAB MEIE RANDU sihtkohtadest (Kaliningradi piirkonna ja Läti sa- damad) üle kogu Soome lahe. Lahe kõige kitsa- Meri on olnud ning tõenäoliselt ka jääb rahvus- mas osas ristub see Tallinna-Helsingi laevateega, vahelise transpordi keskseks tuiksooneks. Üks mille liikluse intensiivsus eelmise aastakümne Euroopa peamisi meremagistraale suundub keskel ulatus 70 laevani päevas (joonis 1). Kuigi Põhjamerelt läbi Taani väinade itta, kulgeb üle praeguseks on laevu Tallinna ja Helsingi vahel Läänemere keskosa ning jätkub piki Soome lahte mõnevõrra vähemaks jäänud (Parnell jt 2008; meie mere olulise tõmbekeskuse – Peterburi suu- Kurennoy jt 2011), on endiselt tegemist ühe kõige nas. Selle meretee koormus suurenes hüppeliselt ohtlikuma piirkonnaga Läänemeres. Sügisesed ja pärast Nõukogude Liidu lagunemist. Venemaa on talvised pikad ööd, tugevad tuuled, sagedane udu, sellest ajast peale tugevdanud oma positsiooni terav lainetus, kiiresti muutuv hoovuste muster mitmesuguste toorainete eksportijana ning samas ning mõnel talvel kuni pool aastat kestev jääkate on oluliselt kasvanud Venemaale suunduvad teevad meremeeste töö selles piirkonnas väga kaubavood. Eesti, Läti ja Leedu on kiiresti integ- keeruliseks. Mitmed väikesaared ja madalad, eriti reerunud rahvusvahelisse meretranspordisüsteemi lahe idaosas, sunnivad liiklust koonduma kitsas- ning haaranud enda kätte arvestatava lõigu Lää- tele merealadele. Sellistes tingimustes on laeva- nemere põhjaosa reisilaevade turust. Eriti tihe- liiklusega ja eriti võimalike avariidega seotud me- daks on kujunenud reisilaevade liiklus Tallinna ja rereostuse riskid väga suured. Samas on tegemist Helsingi vahel. Suurte ja võimsate laevade too- väga hapra ökosüsteemiga, mida inimtegevus on mine sellele liinile 1990ndate aastate lõpul tekitas juba oluliselt mõjutanud ja kus võimaliku reos- rea laevalainetega seonduvaid probleeme. Nende tuse suhteline mõju on väga suur (Soomere jt lahkamisest Tartu Ülikooli Eesti Mereinstituudis 2008). Sellise hapra ökosüsteemi hoidmine inten- ja Tallinna Tehnikaülikoolis kasvas välja madala siivse laevaliikluse tingimustes on keerukas üles- vee solitonide interaktsioonil põhinev pikaealiste anne. Rahvusvaheline Mereorganisatsioon (Inter- hiidlainete teooria (Peterson jt 2003; Soomere, national Maritime Organization) kuulutas 2005. a Engelbrecht 2006). Laevalainete mõju analüüs kogu Läänemere eriti tundlikuks merealaks. meie õrnade randade kontekstis viis järeldusele, Eestiga külgnevad merealad on seni pääsenud et kiirlaevalained kujutavad endast Läänemere ulatuslikust reostusest. Suhteliselt tõsised reostus- tingimustes kvalitatiivselt uut hüdrodünaamilise juhtumid leidsid aset 2006. aasta jaanuaris (Soo- aktiivsuse komponenti. Selles valdkonnas kuni mere 2006), kui Soome lahe suudmealal sattus 2006. aastani tehtud uuringuid on lähemalt käsit- merre võrdlemisi suur hulk (hinnanguliselt mõni- letud kogumikus “Teadusmõte Eestis. Tehnika- kümmend tonni) naftat. Reostuse tekitanud laev teadused IIˮ (Soomere 2007b). jäi välja selgitamata, kuid õli jõudis Eesti loode- Oluline struktuurne muudatus Läänemere liiklu- rannikule ja kahjustas ligikaudu 35 km pikkust ses on tekkimas seoses uute naftaterminaalide rannalõiku. Kaks kuud hiljem sai Soome lahe ida- (Primorsk, Ust-Luuga) ehitamisega Soome lahe osas jäälõhkuja järel karavanis sõitnud laev idaosas. Tankerite marsruut pikeneb senistest “Runner 4” löögi teiselt laevalt ning uppus.

197

Joonis 1. Laevaliiklus Soome lahes 2009. a novembri kahe nädala jooksul. Sinised jooned näitavad reisilaevu, mustad tankereid ning punased muid kaubalaevu (Soomere jt 2010).

Osa laeval olnud ligikaudu sajast tonnist kütte- ja šansse nende tagajärgede leevendamiseks. Vastus määrdeõlist lekkis vette ning triivis Lahemaa ran- on kindlasti positiivne. Põhimõtteliselt on ju või- niku poole. Mõne päevaga jõudis reostus jää all malik laevaliiklus kas üldse ära keelata, või siis õnnetuse kohast 40 km kaugusele ning paari nä- panna iga laeva sappa valvemeeskond ja hoida dala pärast isegi enam kui 100 km kaugusele Tal- varus võimas õlitõrjelaevastik. Majanduslikult ei linnast lääne poole. Olemasolevad reostustõrjeva- ole taolised lahendused muidugi aktsepteeritavad. hendid jääsupis ei toiminud. RISKI VÄHENDAMISE VÕIMALUSED Need kaks Eesti loode- ja põhjarannikut 2006. a algul tabanud õnnetust olid, erinevalt 2005. a Riski mõistet interpreteeritakse erinevates vald- jaanuaritormist, mil meri dikteeris sündmuste käi- kondades üsna erinevalt. Loodusteadustes ning ku, puhtalt inimtegevuse tulemus. Järjest tihenev insener-tehniliste ja tööstuslike lahenduste puhul laevaliiklus jääb ilmselt pikaks ajaks meie randu kasutatakse praegu valdavalt definitsiooni, mille ohustavaks teguriks (joonis 1). Tõenäoliselt oleks kohaselt mingi õnnetusega seonduv risk avaldub vale küsida, kas oleks võimalik taolisi õnnetusi täie- kahe teguri (õnnetuse tõenäosus ja prognoositav likult vältida. Õige on küsida, kas Eestil on mingeid kahju) korrutisena*.

* Selline lähenemine, mis on vaid ligikaudu viiskümmend aastat vana, sai alguse rannikute kaitse ülesande mate- maatilisest käsitlusest. Pärast Euroopat 1953. a tabanud ohvriterohket rannaäärsete alade üleujutust, mille käigus ainuüksi Hollandis sai surma 1835 inimest, otsustas Hollandi valitsus ehitada unikaalse rannakaitserajatiste süsteemi, mis radikaalselt vähendaks taoliste õnnetuste ulatust. Rajatise planeerimisse kaasati tippmatemaatikud tollase matemaatilise statistika suurkuju David van Dantzigʼi käe all. Põhimõttelise uuendusena riskikäsitlusse tegid matemaatikud ettepaneku riskide hindamisel arvestada nii tormide omadusi kui ka konkreetsete tormide võimaliku kahju suurust. See idee kirjutati Hollandis isegi vastavasse seadusesse ning praeguseks on üldiselt kasutusel situatsioonides, kus erinevad õnnetused võivad põhjustada oluliselt erineva suurusega kahjusid (Wolman 2008).

198 Teisisõnu, laevaliiklusega kaasneva reostusega henduse summaarsele edasikandele annab vas- seonduvate riskide vähendamiseks on põhimõt- tavate vektorite liitmine. Kui reostus leviks vaid teliselt kaks võimalust. Esiteks võib proovida vä- tuule ja lainete mõjul, oleks lahendus peaaegu tri- hendada õnnetuse enda tõenäosust, sh õnnetuse viaalne − laevatee peaks paiknema võimalikult puhul reostuse merre sattumise tõenäosust. Selles kaugel vastutuult tundlikest merealadest. suunas töötavad paljud teadlased, eksperdid ja Ülesande teeb keerukaks reostuse edasikanne institutsioonid. Selle töö väljundiks on laevade hoovustega, mille suund tavaliselt ei ühti tuule konstruktsiooni tugevdamine, ühekereliste tanke- või lainete leviku suunaga ning mis tegelikult on rite asendamine kahekerelistega, erinevates suun- isegi fundamentaalselt erinev laine- ja tuuletrans- dades sõitvate laevade suunamine erinevatele me- pordist. Hoovuste süsteem kujutab endast mere realadele, uued navigatsioonivahendid jne, mis kui terviku veemassi reaktsiooni paljude tegurite kõik on suunatud avariide vältimisele ning või- koosmõjule. Osa neist on sisuliselt punktallikad maliku õnnetuse puhul merre sattuva reostuse (nt jõgede suudmetes merre voolav vesi), teised hulga minimeerimisele (HELCOM 2009). (nt tuul, sademed ja aurumine) mõjutavad vee Märksa vähem on meretranspordi planeerimisel pinda, aga näiteks päikesekiirgus soojendab päris pööratud tähelepanu võimaliku õnnetusega seon- paksu veekihti kogu mere ulatuses. Lisaks mõju- duva riski teise komponendi – õnnetuse kahjude tavad hoovuseid mere geomeetria ja batümeetria; minimeerimisele. Maismaal on taoline lähenemi- Läänemere puhul ka veevahetus läbi Taani väi- ne igapäevane; näiteks suunatakse ohtlikud veo- nade. Maa pöörlemine kombineerituna veemas- sed mööda teid, mis paiknevad suurematest asu- side vertikaalse struktuuri ja merepõhja kaldega latest võimalikult kaugel. Selle taga on arusaam, kallutab hoovuseid kõrvale ja põhjustab enam- et erinevate kohtade ʻväärtusʼ (st võimalik kahju vähem kindlate mõõtmetega keerisringide tekki- õnnetuse puhul konkreetses punktis) on erinev. mist. Tekkiv hoovuste süsteem on mitte lihtsalt Kuigi merel rakendatakse taolist vahetegemist ülimalt keerukas, vaid ka enamasti tugevalt aniso- harvem, on erinevatel merealadel selgelt erinev troopne ning mittehomogeenne (st pealtnäha sar- tähendus. Näiteks on rannavöönd peamine bioak- nastel merealadel võib hoovuste muster olla radi- tiivne ehk elu taastootmise piirkond (Kokkonen jt kaalselt erinev) ja mittestatsionaarne (ehk ajas 2010). Kui õlireostus tabab avamerd, võib hukku- kiiresti varieeruv) isegi siis, kui seda käivitavad da küll suur hulk linde ja kalu, aga kui reostus jõud on statsionaarsed. Seetõttu on hoovuste poolt jõuab rannikumerre, hukkuvad ka tulevased põlv- tekitatud õlireostuse edasikande prognoos ava- konnad. Avamerel on võimalik õlireostust ka mere tingimustes endiselt tõsine väljakutse. Isegi märksa odavamalt ja kiiremini likvideerida kui selle lihtsaima versiooni, pinnakihti paigutatud rannikumeres. Seetõttu on oluline vältida võima- passiivsete drifterite edasikandumise täpset repro- liku õlireostuse kandumist rannikupiirkonda, üldi- dutseerimist vähegi pikemate ajavahemike vältel semalt mis tahes eriti väärtuslikule või tundlikule peetakse kaasaegse mereteaduse käsutuses oleva- merealale. te vahenditega praktiliselt võimatuks (Vanden-

Merre kord juba sattunud ning pinnakihti püsima bulcke jt 2009). jäänud reostus kandub edasi kolme peamise te- PÜSIVAD HOOVUSTE MUSTRID guri mõjul − tuul, lained ja hoovused. Tuule ja lainete mõju on kaasajal võimalik adekvaatselt re- Siiski pole olukord lootusetu. Paljudes valdkon- konstrueerida ning prognoosida kaks-kolm päeva dades alluvad pealtnäha juhuslikud liikumised ette kõrglahutusega regionaalsete atmosfäärimu- kindlatele seadustele ning sageli ilmnevad teata- delite (nt HIRLAM) abil. Reostus liigub allatuult vad püsivad omadused või mustrid. Situatsioon ning samas ka lainete leviku suunas. Päris hea lä- on võrreldav kärestikulise jõega: igal ajahetkel

199 tundub liikumine olevat täiesti juhuslik, kuid te- osa pinnakihist ning seega ka võimalikust õlireos- gelikult voolab vesi mere poole. Teatavas mõttes tusest, ja kannab selle Läänemere avaosa suunas. analoogiline olukord esineb võrdlemisi sageli nii Taolised situatsioonid on dokumenteeritud nõrga Soome lahes kui ka kogu Läänemeres. Hoovuste tuule puhul (Gästgifvars jt 2006) ning nõnda süsteem on siin, eriti pinnakihis, väga ebapüsiv, peaks sündima ka jääkatte all. Selline hoovuste teisisõnu, nii tugevasti mõjutatud mitmesuguste muster viib tõepoolest Soome lahe suudmes vette väliste tegurite poolt, et selle täpne prognoos on sattunud õli Nõva ja Keibu lähistele ning Vaind- praktiliselt võimatu (Andrejev jt 2004ab; Soo- loo kandis lekkinud kütuse Lahemaa randa ja eda- mere jt 2008, 2009). Seevastu joonistub pinna- si Tallinna lahe suunas (joonis 2). Teisiti võib min- aluses kihis, ligikaudu 3–8 m sügavusel välja na siis, kui merel on tugev tuul ja kõrged lained, huvitav voolamise struktuur. Lahe teljest veidi see aga on tüüpiline vaid vähestele sügiskuudele. põhja pool liigub vesi püsivalt lahest välja ning Praegu kulgeb Soome lahe laevatee rahvusvahe- piki Eesti looderannikut lahte sisse (joonis 2). listes vetes, seega praktiliselt lahe keskel. Kirjel- Nende kahe hoovuse vahel ning lahe idaosas lei- datud tsirkulatsiooni mustri puhul satub laevateel dub hulgaliselt mitmesuguseid keeriseid (And- tekkiv reostus suure tõenäosusega Eesti randa. rejev jt 2004ab). Kirjeldatud arvutieksperimen- Teoreetiliselt oleks võimalik vähendada reostuse tides oli pinnaalune kiht pinnakihist märksa pak- randa jõudmise tõenäosust laevaliikluse suuna- sem. Seetõttu on väga tõenäoline, et selline sageli misega kõnesoleva pinnaaluse hoovuse kõige domineeriv pinnaaluste hoovuste muster (mis on intensiivsemasse ossa, kus reostus vähemalt ilmselt osa märksa keerukamast Soome lahe vee- mõnel kuul aastas kantakse võrdlemisi kiiresti masside kolmemõõtmelise liikumise skeemist) Läänemere avaossa (Soomere 2006; Soomere, haarab endaga teatavatel juhtudel kaasa ka suure Quak 2007).

Joonis 2. Soome lahe pinnaaluse kihi (sügavused 2,5–7,5 m) tsirkulatsiooni skeem 1987–1992. Laiad jooned näitavad pinnaaluse hoovuse paiknemist (Andrejev jt 2004b; Soomere jt 2008, 2009).

200 Päriselt vältida reostuse Eesti randa kandumist ei jõuaks. Nagu märgitud, ei ole enamasti võimalik ole ilmselt võimalik, sest tuuled ja tugevad lo- nendele küsimustele täpselt vastata. Seetõttu ka- kaalsed pinnahoovused võivad vahel reostust sutatakse vastavate tõenäosuste hinnanguteks mit- imekiiresti edasi kanda; ka ei pruugi pinnaaluse mesuguseid statistilisi meetodeid või mudelite an- hoovuse mõju alati piisavalt tugev olla. Samas ei sambleid (sh mitmekordseid arvutusi ühe ja sama suureneks märkimisväärselt reostuse Soome ran- mudeliga) (Abascal jt 2010). Sellist metoodikat da kandumise tõenäosus, vähemalt mitte seni, hakati Eestis süstemaatiliselt kasutama kümme- kuni laevad Soome rannikule liiga lähedale ei sa- kond aastat tagasi alates Saaremaa süvasadama tu. Potentsiaalne reostus püsiks kauem avamerel, võimalike asukohtade hüdrodünaamilistest uurin- kus selle koristamine on lihtsam ja odavam. Lää- gutest (Elken 2001). nemere avaosa suhteliselt suures akvatooriumis oleks reostuse randa kandumise tõenäosus juba AVAMERE ISELOOMUSTAMINE RANNIKUREOSTUSE KONTEKSTIS märksa väiksem. Sellisel lahendusel on teisigi ahvatlevaid omadusi. Seire teostamine piki suhteli- Lõviosa kirjeldatud ülesannetest lahendatakse nn selt kitsast laevateed on lihtsam ja odavam, reos- hoovustranspordi otseülesandena: on teada, kuhu tuse avastamine märksa kiirem ja selle allika lo- mingi lisand sattus ja ka selle lisandi omadused. kaliseerimine lihtsam. Selle alusel prognoositakse, kuhu ja millal see

Kirjeldatud idee realiseerimine pelgalt ühes arvu- lisand jõuab. Nii on võimalik hinnata, millistesse tieksperimendis ilmnenud hoovuste huvitavate rannaosadesse või muudele olulistele merealadele omaduste alusel ei tule muidugi kõne alla. Selle reostus suhteliselt sageli jõuab ning nende piirkondade kaitseks tarvilikke abinõusid rakendada. tegelik väärtus oli mujal − see ärgitas otsima me- rehoovuste pealtnäha varjatud omadusi (nt sta- Märksa põnevam on küsimus sellest, kas meil on tistilises mõttes püsivaid mustreid või muid mere võimalusi kontrollida või juhtida reostuse trans- dünaamika sisemisi seaduspärasusi) eesmärgiga porti nõnda, et eriti väärtuslikele aladele see üldse kasutada neid erinevate praktiliste küsimuste la- ei jõuaks. Kindlasti saab seda teha võimsa reos- hendamiseks. Hoovustranspordi seaduspärasuste tustõrjelaevastiku abil. Tuult, laineid ja hoovuseid mõistmist ja nende prognoosimise võimekust on juhtida ei ole inimestel veel võimalik, küll aga on hädasti tarvis nii päästeteenistusel, kadunud kon- meie võimuses valida, millist trajektoori mööda teinerite otsimisel kui ka merre sattunud prügi laevad merel sõidavad. triivi prognoosimisel (Yoon jt 2010). Nagu ennist märgitud, on mõttekas suunata lae- Analoogilised ülesanded on igapäevased paljudes vad nõnda, et tuule ja lainete poolt tekitatud oht- merebioloogia valdkondades, mitmesuguste mik- like ainete transport väärtuslikele aladele kestaks roorganismide ja vee õitsengualade leviku model- võimalikult kaua. Selle idee edasiarendust kasuta- leerimisest (Korajkic jt 2009), heljumi edasikan- takse Norra rannikul puksiirlaevade optimaalseks de prognoosist (Gräwe, Wolff 2010), kalamarja paigutamiseks. Puksiirid hoiavad end kogu aeg ja -vastsete liikumisest (Mariani jt 2010) või kilp- selliste laevade lähistel, mis tehniliste problee- konnakulleste edasikandumisest (Monzon-Argul- mide (nt mootori- või roolirike) puhul võivad ko- lo jt 2010) kuni küsimuseni, miks jõuab meie ve- hapealsete tuuletingimuste tõttu kiiresti rannakal- tesse kaasajal märksa vähem angerjaid. Nende la- judele triivida. Kui probleem peaks tekkima, on hendamisel on tavaliselt eesmärgiks prognoosida, puksiir lähedal ning merealadel, kust randa trii- kuhu levib juba tekkinud reostus, millised ranna- vimine võtab väga kaua aega, võib probleemne osad või tundlikud merealad on tugevaima löögi laev rahulikult mõnda aega abi oodata (Eide jt all ning kui kaua kulub aega, et reostus nendeni 2008).

201 Põhimõtteline samm edasi on süstemaatiliselt oleks minimeeritud reostuse sattumine näiteks määratleda avamere erinevate piirkondade potent- vääriskalade kudemisaladele. siaal olla tundlikele merealadele või rannikule jõudva reostuse allikaks. Nagu märgitud, on see HOOVUSTRANSPORDI STATISTIKA ülesanne tuule ja lainete poolt põhjustatud trans- Hoovustranspordi statistiliste omaduste adekvaat- pordi jaoks põhimõtteliselt lahendatud ning Eide se analüüsi eelduseks on väga hea kolmemõõtme- jt (2008) näitel juba aastaid kasutusel. Hoovus- line tsirkulatsioonimudel. Läänemere mereteadus transpordi puhul on taoline ülesanne mõttekas on selles vallas teinud viimastel aastakümnetel vaid neil merealadel, kus võivad esineda suhte- kiireid edusamme ning kaasaegsed meremudelid liselt püsivad hoovuste mustrid ning nende poolt rekonstrueerivad siin võrdlemisi adekvaatselt tagatud mitteisotroopsed ja mittehomogeensed hoovuste üldise struktuuri ja statistika. Siiski ei hoovustranspordi omadused – nii nagu eespool suuda isegi parimad mudelid reprodutseerida hoo- juttu olnud Soome lahe pinnaaluse hoovuse pu- vuste süsteemi detaile. Seetõttu on reostuslevi hul. Kui taolisi mustreid meres pole, taandub op- usaldusväärse statistika leidmiseks vaja kasutada timaalse laevatee leidmise ülesanne lihtsalt mere väga suurt modelleeritud reostuse liikumise and- geomeetria analüüsile. Sobivate omadustega on mestikku. loomulikult avaookeani jugahoovuste piirkonnad. Nii näiteks kannab Golfi hoovus angerjavastsed Kaasaegsed mudelid jaotavad tavaliselt mere vee- Sargasso merest Euroopa suunas. Soome lahes ja massi eraldatud rakkudeks ning esitavad vee lii- Läänemeres taolised jugahoovused puuduvad, kumise meres teatava arvutusvõrgu keskpunktide kuid viimastel aastatel on üha enam märgatud tea- jaoks nn Euleri kiirustena. Kõnesoleva ülesande tavaid püsivaid või sageli korduvaid hoovuste puhul on üldiselt määrav mitte vee kiirus konk- mustreid (Lehmann jt 2002; Meier 2007) . reetses punktis, vaid see, kuhu kindel vee- või reostusosake (allpool lihtsalt lisand) teatava aja Ülesanne tervikuna kujutab endast klassikalise jooksul välja jõuab. Ühest kohast teise ümber- (hoovustega levivate lisandite) Lagrange’i trans- paiknevad lisandid liiguvad mööda vahel väga pordi problemaatika edasiarendust. Üldjuhul kuu- keerulisi nn Lagrangeʼi trajektoore. Sisuliselt lub see nn pöördülesannete klassi, mille lahenda- taandub reostuse hoovustranspordi modelleerimi- miseks pole olemas standardseid meetodeid. Kui- ne suure hulga taoliste trajektooride arvutamisele. gi mitmed hoovustranspordi mudelid on formaal- Erinevate avamere piirkondade omadusi kõnes- selt pööratavad, on hoovuste rekonstrueerimine olevas kontekstis analüüsitakse saadud trajektoo- suunaga minevikku matemaatilises mõttes eba- ride algus- ja lõpp-punktide, lisandi ümberpaik- korrektne. Siiski on võimalik taolisi pöördüles- nemise kiiruse jne alusel. Selle töö tulemuseks on andeid teatavas mõttes lahendada statistiliste teatavate suuruste (nt lisandi randa jõudmise tõe- meetoditega: pöördülesande lähislahend konst- näosus) kaardid vaadeldaval merealal. Nende alu- rueeritakse suure hulga otseülesannete lahenduste sel on võimalik anda soovitusi näiteks laevatee abil. Merekeskkonnas tähendab see, et analüüsi- optimaalseks planeerimiseks või keskkonna- takse paljude vee- või reostusosakeste transporti. ohtlike tegevuste piiramiseks. Põhimõtteliselt po- Analüüsi tulemusena sünnivad teatavad kaardid, le siin vahet, kas on tegemist näiteks vaaladega mis näitavad, kui ohtlik on konkreetsesse ava- kohtumise tõenäosuse (Stokstad 2009) või ranni- mere piirkonda sattunud reostus teadaolevatele kureostuse tõenäosuse kaardiga (joonis 3). Oluli- tundlikele või väärtuslikele aladele. Nende kaar- ne on asjaolu, et taolisel kaardil on ohtlikumad ja tide alusel on võimalik valida laevatee nõnda, et ohutumad piirkonnad selgelt eristuvad

202

Joonis 3. Bostoni sadamasse siseneva laevatee nihutamine, minimeerimaks vaalade vigastamise tõenäosust (Stokstad 2009).

ning et optimaalne valik tooks endaga kaasa Esmapilgul tundus taolise tehnoloogia väljatöö- mõistlikud lisakulutused. tamine ulmelise ülesandena. Kuna Eestis pole

Seega on kirjeldatud ülesanne jagatav neljaks lihtsalt kogu vajalikku kompetentsi, inimressurs- etapiks: (i) mere tsirkulatsiooni modelleerimine, si, arvutusvõimsust ning mere tsirkulatsiooni mo- (ii) veeosakeste ja vette sattunud objektide või li- delleerimiseks tarvilikke andmeid, konsolideeriti sandite edasikande modelleerimine, (iii) avamere selleks Läänemere ümbruse ressursid mereteadust erinevate piirkondade iseloomustamine veeosa- finantseerivate organisatsioonide ühisel jõul pro- keste trajektooride alusel ning (iv) teatava siht- grammi BONUS raames. Rannikureostuse vähen- funktsiooni minimeerimine. Näidisülesandeks, damisele suunatud uurimisprogramm BalticWay mille alusel lahenduskäiku ning vastava tehno- kujunes ainsaks füüsikalisele okeanograafiale fo- loogia võimalusi ja piire demonstreerida, valisime kuseerunud jõupingutuseks 16-st 2008. a konkur- sil finantseeritud taotlusest. ülesande paigutada laevatee selliselt, et võimaliku õnnetuse korral oleks lekkiva reostuse mõju ran- Teadlaste konsortsium koondab parimad Lääne- navööndile minimaalne (Soomere jt 2011a). Loo- mere tsirkulatsiooni modelleerijad Rootsist ja giline oli ülesanne seada Soome lahe kontekstis, Saksamaalt, Soome lahe tsirkulatsiooni spetsialis- nii selle tõttu, et siinne hoovuste süsteem on tõe- tid Soomest, Lagrange’i transpordi alase tipp- näoliselt soodus mõistliku tulemuse tagamiseks kompetentsi Stockholmi Ülikoolist, parimad ole- kui ka laevaliikluse tiheduse ning detailsete tead- masolevad andmed Läänemere hoovuseid mõjuta- miste olemasolu tõttu selle piirkonna jaoks (Soo- vate välistegurite kohta Rootsi Meteoroloogia ja mere jt 2008, 2009). Hüdroloogia Instituudist, lidartehnoloogia reos-

203 tuse avastamiseks ning selle edasikande jälgimi- 2010), ei ole nõnda leitud trajektoorid küll päri- seks Eesti firmalt Laser Diagnostic Instruments, selt sõltumatud, kuid see ei mõjuta praktiliselt Läänemere operatiivokeanograafia pikaajalise lõpptulemust. eestvedaja Taani Meteoroloogia Instituudi vasta- Kuna meie kandis erinevad tuule (ja järelikult ka va töörühma ning Tallinna Tehnikaülikooli Kü- hoovuste) omadused märgatavalt vaiksel kevad- berneetika Instituudi kompetentsi vastavates ma- suvisel ning tuulisel sügis-talvisel ajal, peavad temaatilistes küsimustes. arvutused katma vähemalt aasta, pigem kaks- BRUTO- JA NETOTRANSPORDI MUSTRID kolm aastat (Andrejev jt 2011). Soome lahe tingi- JA AJAMASTAABID mustes väheneb ligikaudu kolme-nelja aasta jooksul erinevate aastaaegade mõju tulemustele mõne Teatava ettekujutuse tehnoloogia perspektiividest protsendini nende tüüpilistest väärtustest (And- konkreetses veekogus annavad mõnest päevast rejev jt 2011; Soomere jt 2011a). Teisisõnu, sel- mõne nädalani püsivad transpordimustrid listel tugevalt väljendunud sesoonse muutlikku- (Soomere jt 2011d). Nende identifitseerimiseks ja sega merealadel nagu Läänemeri ja selle analoo- nähtavakstegemiseks rakendatakse ülalkirjeldatud gid peaks arvutustega katma vähemalt viieaasta- tehnoloogia kolme esimest sammu suhteliselt lü- se ajavahemiku. Erinev ajanihe akende vahel ei hema ajavahemiku jaoks (mõnest kuust ühe-kahe mõjuta kuigivõrd arvutuste tulemusi (Viikmäe jt aastani). Võtmeküsimus on sobivate ajamastaa- 2010) ning statistika adekvaatsus sõltub ennekõi- pide valik. Arvutuste efektiivsus nõuab, et kasu- ke kasutatud trajektooride arvust. Läänemere ede- tatavad trajektoorid oleksid nii lühikesed kui või- laosas on hoovuste sesoonne muutlikkus suhteli- malik, samas peab iga arvutus adekvaatselt väl- selt väike ning peamine tsüklilisus tuleneb ebare- jendama veemasside dünaamikat. Ülesandes on gulaarsetest soolase vee sissevooludest, mistõttu vaikimisi olemas päris mitu ajamastaapi; õnneks võib arvutusi olla vaja teha kümmekonna aasta ei mõjuta osa neist arvestataval määral lahenduse vältel (Xi jt 2011). omadusi (Viikmäe jt 2010). Iga üksiku trajektoori arvutamine väga pika aja vältel pole mõttekas; Märksa keerukam on trajektooride pikkuse (resp. märksa parem lahendus on jagada kogu vaadeldav ajaakna pikkuse) valik. Soome lahes ja Lääne- ajavahemik lühemateks osadeks (ajaakendeks). meres puuduvad püsivad jugahoovused ning vee- Arvutuste üldskeem on järgmine. Iga ajaakna al- masside ümberpaiknemine toimub suurelt jaolt gul määratletakse teatav parv lisandi osakesi, see- keerisringide süsteemi kaudu. Need teevad täis- järel arvutatakse ja salvestatakse nende trajek- pöörde Soome lahes mõne päevaga ning Lääne- toorid ajaakna vältel. Arvutusi sama osakeste par- mere avaosas paari nädalaga. Seetõttu ei tohi piir- vega korratakse järgmise ajaakna vältel, mille al- duda hoovustranspordi arvutustes täispöördest gus on eelmise akna suhtes veidi nihutatud. Tsir- märksa lühema ajaga, sest siis saaksime informat- kulatsioonimudeli arvutusvõrgu iga punkti siooni ainult hoovuste lokaalse struktuuri kohta, omadusi iseloomustatakse kõigi sellest punktist mitte aga rannikuni ulatuva transpordi kohta. alguse saanud trajektooride kogumi alusel. Tra- Keerisringide kui tervikute ümberpaiknemise jektooride hulka saab suurendada alustades määratlemiseks tuleb läbi arvutada 2–3 täispööret. arvutusi järgmises aknas juba enne, kui eelmine Seega tuleks Soome lahes lisandite trajektoore aken on lõpetatud (Viikmäe jt 2010; Soomere jt rehkendada vähemalt kümmekond päeva; samas 2010), või siis suurendades osakeste hulka ei pruugi keerisringid ja muud tsirkulatsiooni parves. Kuna trajektoore looduses mõjutavad ka komponendid püsida kauem kui paar-kolm näda- protsessid, mida tsirkulatsioonimudel arvestab lat. Kümne päeva pikkuste trajektooride analüüs vaid osaliselt, nt suhteliselt väikeste mastaapidega viib üldiselt adekvaatsete tulemusteni Soome lahe vee liikumised (subgrid turbulence) (Andrejev jt tingimustes (Viikmäe jt 2010; Andrejev jt 2010,

204 2011). Hilisemad arvutused on kasutanud ka 20 tab endast ka teatavas mõttes optimeeritud laeva- päeva pikkusi trajektoore Soome lahes ja Lääne- teed: reostuse sattumine merre joonest põhja pool mere edelaosas (Soomere jt 2011a; Xi jt 2011) tähendab, et reostusel on suuremad šansid jõuda ning 60 päeva pikkusi arvutusi Läänemere avaosa Soome randa ja vastupidi. jaoks (Viikmäe jt 2011). Lahe kitsamas osas paikneb võrdtõenäosusjoon Keerisringide pöörlemisega ja ringide kui terviku enam-vähem lahe keskel. Vastaval tõenäosusjao- edasikandumisega seonduvat veemasside ja lisan- tusel on võrdlemisi suur põhja-lõunasuunaline dite transporti saab teataval määral hinnata vee- gradient, mistõttu reostuse asukoha isegi väike osakeste neto- ja brutotranspordi võrdlemise kau- nihkumine selles piirkonnas toob endaga kaasa du. Brutotranspordi all mõistame siin trajektoori ühte või teise randa jõudmise tõenäosuse hüppeli- kogupikkust ning netotranspordi all vahemaad se kasvu. Lahe suudmes ning lahe laiemas ida- trajektoori alguse ja lõpu vahel, st veeosakese või osas eemaldub võrdtõenäosusjoon lahe teljest ko- reostuse ümberpaiknemist. Nii lühikeste trajek- hati mitmekümne kilomeetri võrra. Neis kohtades tooride kui ka jugavoolu sattunud osakeste puhul eksisteerib mitmekümne kilomeetri laiune mere- on neto- ja brutotransport praktiliselt võrdsed. ala, kus reostusallika asukoha muutumine ei põh- Seevastu paigalseisvasse keerisringi sattunud osa- justa arvestatavat randa jõudmise tõenäosuse keste puhul suureneb brutotransport võrdeliselt muutumist. Taolistele aladele sattunud lisandid hoovuse kiirusega, kuid netotransport võngub püsivad seal kaua ning nende randa jõudmise tõe- nulli ja keerisringi diameetri vahel. Neto- ja bru- näosus on üldiselt väike. Seega võib neid õigu- totranspordi suhe iseloomustab ringliikumise ja sega nimetada minimaalse riskiga merealadeks keerisringide edasikandumise osakaalu. rannikureostuse kontekstis. Optimaalne laevatee Peterburi peaks niisiis kulgema mööda võrdtõe- Aastate 1987–1991 jaoks arvutatud keskmised näosusjoont nendel merealadel, kus reostuse ran- neto- ja brutotranspordi jaotused (Soomere jt da jõudmise tõenäosusjaotusel on suur põhja-lõu- 2011d) kinnitasid hästi tuntud tõsiasja, et Soome nasuunaline gradient, või siis mööda minimaalse lahe pinnakihis domineerib valitsevate läänekaare riskiga merealasid (Soomere jt 2010, 2011a). tuulte poolt põhjustatud Ekmani transport, milles ilmneb itta ja kagusse suunatud liikumise väike RANNIKUREOSTUSE TÕENÄOSUS ülekaal. Kuigi lahes tervikuna valitseb tsüklonaal- JA REOSTUSE RANDA JÕUDMISEKS KULUV AEG ne voolamine, võib pinnakihis ilmneda aeglane On intuitiivselt selge, et võrdtõenäosusjoon on antitsüklonaalne struktuur sarnaselt USA suur- vaid lokaalne optimum, mis jagab riski (ja vastu- järvedega (Beletsky jt 2006). Nii neto- kui ka bru- tuse) võrdselt kahe rannikuala vahel, kuid ei pruu- totranspordi jaotused erinevate aastate jaoks on gi pakkuda kogu mereala jaoks globaalses mõttes väga sarnased, kuid transpordi omadused erineva- optimaalset lahendust. Üldiselt tuleb kvantifitsee- tel aastaaegadel olid drastiliselt erinevad. Ena- rida avamere erinevad piirkonnad vastavalt neisse masti seondub kiire netotransport rannalähedaste sattunud lisandite mis tahes rannalõiku kandumi- hoovustega, kuid üksikutel aastaaegadel ilmnesid se tõenäosusele (Soomere jt 2011a). Veel pare- ka lahe teljega risti suunatud kiire transpordi mini iseloomustab erinevate merealade ʽvõimetʼ mustrid (Soomere jt 2011d). tekitada rannikureostust aeg, mis kulub reostuse

randa jõudmiseks (Andrejev jt 2010, 2011; Soo- VÕRDTÕENÄOSUSJOON mere jt 2011ac). Edaspidi nimetan seda aega Piklike merealade puhul nagu Soome laht on mõt- lisandi vanuseks. Optimaalne laevatee peaks kul- tekas leida joon, millele sattunud reostuse levik gema mööda merealasid, mille jaoks on ranniku- lahe põhja- ja lõunarannikule toimub võrdse tõe- reostuse tõenäosus võimalikult väike ja lisandi näosusega (Soomere jt 2010). Selline joon kuju- vanus võimalikult suur.

205

Rannikureostuse tõenäosuse (joonis 4) ja lisandite iseloomustada piki laevateed arvutatud joonin- vanuse (joonis 5) kaardid Soome lahe jaoks on tegraalide abil, mis arvestavad ka läbitava maa võrdlemisi sarnased. Samuti on neil päris palju pikenemist (Soomere jt 2011c). Tõenäoliselt on ühiseid jooni võrdtõenäosusjoone arvutamise alu- võimalik rannikureostuse tõenäosust vähendada seks olevate jaotustega. Kõigi kolme kriteeriumi 10–20 protsendipunkti võrra (seega kuni 30% alusel leitud optimaalsed laevateed paiknevad võrra), või siis reostuse randa jõudmise aega pi- Soome lahe kitsaimas osas praktiliselt lahe telg- kendada 2–3 päeva (kuni 40%) võrra (Soomere jt joonel (Andrejev jt 2011; Soomere jt 2011abc; 2011c).

Viikmäe jt 2011), kus nii rannikureostuse tõenäo- Erinevatele kriteeriumidele vastavad optimaalsed susel kui ka lisandite vanusel on selgelt määratle- laevateed on üksteisest mõnevõrra erinevad. Nen- tud lokaalne ekstreemum. Seevastu lahe suudme- de paiknemine sõltub aga märksa enam arvutuste osas ja idapoolses laiemas osas on nendel suurus- aluseks oleva tsirkulatsioonimudeli lahutusvõi- tel väga väike gradient, teisisõnu, laevatee nihu- mest (Andrejev jt 2011). Erinevused on päris tamine kohati kuni mõnekümne kilomeetri võrra suured 2-miilise ja 1-miilise lahutusvõimega mu- ei muuda arvestatavalt ei rannikureostuse tõenäo- delite korral, märksa väiksemad aga 1-miilise ja sust ega reostuse randa jõudmiseks kuluvat aega. 0,5-miilise sammuga mudelite puhul. Sellise eri- Rannikureostuse tõenäosuse ja lisandite vanuse nevuste mustri taga on tõenäoliselt asjaolu, et 2- andmestike alusel on võimalik jämedalt hinnata, miilise sammuga mudelid reprodutseerivad Soo- kas kõnesoleva tehnoloogia rakendamisel konk- me lahe keerisringide süsteemi võrdlemisi ebatäp- reetsel merealal on üldse jumet. Esmaseks indi- selt. Siiski on suhteliselt tagasihoidliku lahutus- kaatoriks on siin nende suuruste keskväärtuste ja võimega mudelite rakendamine kõnesoleva me- ekstreemumite võrdlus. Näiteks iseloomustab toodika kasutusvõimaluste esialgsel hindamisel mõistliku ajaakna pikkuse jaoks arvutatud ran- igati õigustatud. Täpsemad hinnangud optimaalse nikureostuse tõenäosuse keskväärtus teatavas laevatee jaoks tuleb anda mudelitega, mis adek- mõttes mereala kui terviku tundlikkust avamerel vaatselt reprodutseerivad nn sünoptilise mastaa- aset leidnud reostuse suhtes. Kui see on väga biga voolamised. suur, 80–90% ringis, jõuab reostus kiiresti ranna- vööndisse ning vastavate riskide leevendamiseks PREVENTIIVNE RISKIDE MAANDAMINE JA laevatee valiku kaudu on vähe võimalusi. Kui aga MEREALADE RUUMILINE PLANEERIMINE rannikureostuse tõenäosus on väga väike, ei anna Kuigi kirjeldatud tehnoloogia on praegu alles ku- laevatee optimeerimine arvestatavat võitu. junemisjärgus, on juba tekkinud mitmed ahvat- Soome lahe jaoks aastate 1987–1991 jaoks arvu- levad võimalused selle rakendamiseks laevaliik- tatud vastavate suuruste keskväärtused varieeru- lusega üldse mitte seotud valdkondades. Põhimõt- vad arvutuste algul tugevasti, olenevalt tuule kii- teliselt on see praktiliselt puhas ʽrohelineʼ teh- ruse sesoonsest muutlikkusest, kuid koonduvad noloogia, mille rakendamiseks vajalikud kulu- paari-kolme aasta pärast praktiliselt konstantse- tused on marginaalsed, kuid kokkuhoid võimaliku teks suurusteks (Andrejev jt 2011). Mõlema suu- suurõnnetuse tagajärgede vähendamise tõttu võib ruse ekstreemumid erinevad keskväärtusest ligi- juba eos olla ülimalt suur. Sellisena järgib see kaudu 40% võrra (Soomere jt 2011ac), mistõttu meetod kaasaegse keskkonnakaitse ja -tehno- laevatee optimeerimine võib tõepoolest anda ar- loogia eesmärki investeerida mitte niivõrd kasu vestatava võidu. Kuna optimaalne laevatee on saamiseks, kuivõrd kahju ärahoidmiseks või mi- praegu kasutatavatest variantidest mõnevõrra pi- nimeerimiseks, st preventiivseks riskide maanda- kem (Andrejev jt 2011), saab võimalikku ʽkasuʼ miseks.

206

Joonis 4. Rannikureostuse tõenäosus Soome lahe erinevatesse osadesse sattunud lisandite jaoks 10 päeva jooksul (Andrejev jt 2011).

Joonis 5. Reostuse Soome randa kandumise aeg päevades 10-päevaste trajektooride alusel (Andrejev jt 2011).

207 Kuigi kõnesoleva tehnoloogia idee tekkis seoses hendus on piisavalt adekvaatne, tuleb olemas- laevaliikluse kaugriskide analüüsi ja võimalike olevad laevateed, meremärgistus, lootsiraamatud riskide maandamisega ning selle rakendamine ja kaardid ümber teha. Suureneb suhteliselt kitsas võib arvestataval määral vähendada laevaliik- piirkonnas liikuvate laevade kokkupõrgete oht. lusega seonduvat rannikureostuse riski ja/või li- Mitmeid sadamaid külastavad laevad peavad sõit- sada aega juba merre sattunud reostuse eemalda- ma maha pikema maa. Kohati siseneb nõnda miseks, on vastavate muutuste rakendamine lae- kujundatud laevatee erinevate maade territoriaal- valiikluse reguleerimiseks seotud suurte keeru- vetesse ning pole selge, kas kõik riigid seda akt- kustega. Praeguseks on leitud vaid klimatoloo- septeeritavad. Pealegi on praeguseks üsna vähe gilises mõttes optimaalsed lahendused. Pinnahoo- teada kogu tehnoloogia taga olevate matemaa- vuste, eriti netotranspordi mustrite drastiline tiliste küsimuste ringist, nagu võimalikud määra- muutlikkus erinevatel aastaaegadel (Soomere jt matused, leitud jaotuste stabiilsus või süstemaa- 2011d) näitavad, et optimaalne lahendus võib tilised moonutused (joonis 6). kujuneda oluliselt erinevaks eri aastaaegade pu- Kõnesoleva tehnoloogia usaldusväärsust ja opti- hul. Kuna ka aastaaegade algus ja lõpp võib mär- maalsete laevateede määramatust saab kaudselt gatavalt varieeruda, on teoreetiliselt parimaks la- hinnata, arvutades koridorid merel, milles ranni- henduseks hoovuste mustrite ja võimaliku reos- kureostuse tõenäosus, lisandite vanus või erine- tuslevi operatiivne prognoos ja laevade suuna- vatesse rannaosadesse jõudva reostuse tõenäosus mine reaalajas sarnaselt lennukite juhtimisele. erineb mõnevõrra optimaalsest väärtusest (Soo- Isegi kui klimatoloogilises mõttes optimaalne la- mere jt 2011c).

Joonis 6. Optimaalsed laevateed Viiburisse suunduvate laevade jaoks 2-miilise (punane ja must), 1-miilise (kollane ja sinine) ja 0,5-miilise (roheline ja helesinine) tsirkulatsioonimudeli alusel ning lähtudes rannikureostuse tõenäosusest ja lisandite vanusest (Andrejev jt 2011). Taustaks Soome lahe sügavus meetrites (Andrejev jt 2010).

208 Soome lahe kitsaimas osas on taolised koridorid Andrejev, O., Myrberg, K., Lundberg, P. A. väga kitsad. Kohati suurendab optimumist eemal- 2004b. Age and renewal time of water masses in dumine vaid mõnesaja meetri võrra rannikureos- a semi-enclosed basin – application to the Gulf of tuse tõenäosust enam kui 10 protsendipunkti võr- Finland. Tellus A, 56, 5, 548–558. ra. Soome lahe idaosas paikneb ulatuslik mereala, Andrejev, O., Sokolov, A., Soomere, T., Värv, R., kus optimaalsest laevateest eemaldumine mitme- Viikmäe, B. 2010. The use of high-resolution kümne kilomeetri võrra ei suurenda riske arvesta- bathymetry for circulation modelling in the Gulf taval määral. Sellel iseärasusel on oluline sõnum of Finland. Estonian J. Engineering, 16, 3, 187– merealade ruumilise planeerimise kontekstis: suh- 210. teliselt sarnastel ning enam-vähem samasuguste mõõtmetega merealadel võib olla radikaalselt eri- Andrejev, O., Soomere, T., Sokolov, A., Myr- nev sisemine dünaamika, mida arenenud ühis- berg, K. 2011. The role of spatial resolution of a kond kindlasti peaks arvestama. three-dimensional hydrodynamic model for marine transport risk assessment. Oceanologia, 53, Teisalt on selle idee realiseerimine praktikas tõsi- 1-TI, 309–334. ne väljakutse kaasaegsele mereteadusele, de- monstreerides, et alusteaduse arengusse panus- Beletsky, D., Schwab, D., McCormick, M. 2006. tamine toob ühiskonnale tagasi ülisuuri, kuigi ra- Modeling the 1998-2003 summer circulation and has raskesti mõõdetavaid väärtusi. Paljudes maa- thermal structure in Lake Michigan. J. Geophys. ilmamere osades pole taolist võimalust – varjatud, Res., 111, C10, Art. No. C10010. kuid püsivaid hoovuste süsteeme – lihtsalt ole- Eide, M. S., Endresen, Ø., Brett, P. E., Er- mas. Kaasproduktina uuendataks olulisel määral vik, J. L., Røang, K. 2007. Intelligent ship traffic veetaseme, lainete, hoovuste jm. mereseisundi pa- monitoring for oil spill prevention: Risk based rameetrite jälgimise ja prognoosi süsteem. Puhta decision support building on AIS. Mar. Pollut. veega rannikualade positiivset mõju tunneks Bull., 54, 2, 145–148. kaudselt kogu Läänemere ökosüsteem. Arendatud tehnoloogia on võrdlemisi universaalne, realisee- Elken, J., 2001. Modelling of coastal circulation ritav vabalt kättesaadavate mudelite kombinee- and oil drift at possible deep harbour sites, north- rimise teel ning väikeste muudatustega kasutatav western Saaremaa Island. Proc. Estonian Acad. mis tahes hoovuste poolt transporditavate ainete Sci. Eng., 7, 2, 141–156. või objektide (päästepaadid, konteinerid, prügi Gästgifvars, M., Lauri, H., Sarkanen, A.-K., Myr- meres jne.) jaoks ning võimalik kergesti kohan- berg, K., Andrejev, O., Ambjörn, C. 2006. Mo- dada üsna laia sihifunktsioonide klassi (ehk prak- delling surface drifting of buoys during a ra- tiliste ülesannete ringi) tarvis. pidly-moving weather front in the Gulf of Fin- land, Baltic Sea. Estuar. Coast. Shelf Sci., 70, 4, VIITED 567–576.

Abascal, A. J., Castanedo, S., Medina, R., Lis- Gräwe, U., Wolff, J.-O. 2010. Suspended particu- te M. 2010. Analysis of the reliability of a statis- late matter dynamics in a particle framework. tical oil spill response model. Mar. Pollut. Bull., Env. Fluid Mech., 10, 1-2, 21–39. 60, 11, 2099–2110. HELCOM 2009. Ensuring safe shipping in the Andrejev, O., Myrberg, K., Alenius, P., Lund- Baltic. Stankiewicz, M., Vlasov, N. (eds). Hel- berg, P. A. 2004a. Mean circulation and water sinki Commission. Helsinki. exchange in the Gulf of Finland – a study based on three-dimensional modelling. Boreal Env. Kokkonen, T., Ihaksi, T., Jolma, A., Kuikka, S., Res., 9, 1, 1–16. 2010. Dynamic mapping of nature values to sup-

209 port prioritization of coastal oil combating. Env. Soomere, T. 2007. Lainetav Läänemere Eesti Model. Software, 25, 2, 248–257. teadlaste pilgu läbi. Teadusmõte Eestis (IV), Teh-

Korajkic, A., Badgley, B. D., Brownell, M. J., nikateadused (II). Eesti Teaduste Akadeemia, Tallinn, 133–142. Harwood, V. J. 2009. Application of microbial source tracking methods in a Gulf of Mexico field Soomere, T., Andrejev, O., Sokolov, A., Myr- setting. J. Appl. Microbiol., 107, 5, 1518–1527. berg, K. 2011a. The use of Lagrangian trajectories for identification the environmentally safe Kurennoy, D., Parnell, K. E., Soomere T. 2011. fairway. Mar. Pollut. Bull., 62, 7, 1410–1420. Fast-ferry generated waves in South-West Tallinn Bay. J. Coast. Res., Special Issue, 64, 165–169. Soomere, T., Andrejev, O., Sokolov, A., Quak, E. 2011b. Management of coastal pollution by Lehmann, A., Krauss, W., Hinrichsen, H.-H. means of smart placement of human activities. J. 2002. Effects of remote and local atmospheric Coast. Res., Special Issue, 64, 951–955. forcing on circulation and upwelling in the Baltic Sea. Tellus A, 54, 3, 299–316. Soomere, T., Berezovski, M., Quak, E., Viik- mäe, B. 2011c. Modeling environmentally friend- Mariani, P., MacKenzie, B. R., Iudicone, D., Bo- ly fairways using Lagrangian trajectories: a case zec, A. 2010. Modelling retention and dispersion study for the Gulf of Finland, the Baltic Sea. Oce- mechanisms of bluefin tuna eggs and larvae in the an Dynamics, 61, 10, 1669–1680. northwest Mediterranean Sea. Progr. Oceanogr., 86, 1-2, 45–58. Soomere, T., Delpeche, N., Viikmäe, B., Quak, E., Meier, H. E. M., Döös, K. 2011d. Meier, H. E. M. 2007. Modeling the pathways Patterns of current-induced transport in the sur- and ages of inflowing salt- and freshwater in the face layer of the Gulf of Finland. Boreal Env. Baltic Sea. Estuar. Coast. Shelf Sci., 74, 4, 610– Res., 16 (Suppl. A), 49–63. 627. Soomere, T., Engelbrecht, J. 2006. Weakly two- Monzon-Argullo, C., Lopez-Jurado, L. F., Ri- dimensional interaction of solitons in shallow co, C., Marco, A., Lopez, P., Hays, G. C., water. Eur. J. Mech. B Fluid., 25, 5, 636–648. Lee, P. L. M. 2010. Evidence from genetic and Soomere, T., Leppäranta, M., Myrberg, K. 2009. Lagrangian drifter data for transatlantic transport Highlights of the physical oceanography of the of small juvenile green turtles. J. Biogeogr., 37, 9, Gulf of Finland reflecting potential climate chan- 1752–1766. ges. Boreal Env. Res., 14, 1, 152–165.

Parnell, K. E., Delpeche, N., Didenkulova, I., Soomere, T., Myrberg, K., Leppäranta, M., Nek- Dolphin, T., Erm, A., Kask, A., Kelpšaitė, L., Ku- rasov, A. 2008. The progress in knowledge of rennoy, D., Quak, E., Räämet, A., Soomere, T., physical oceanography of the Gulf of Finland: a Terentjeva, A., Torsvik, T., Zaitseva-Pärnaste, I. review for 19972007. Oceanologia, 50, 3, 287– 2008. Far-field vessel wakes in Tallinn Bay. 362. Estonian J. Engineering, 14, 4, 273–302. Soomere, T., Quak, E. 2007. On the potential of Peterson, P., Soomere, T., Engelbrecht, J., van reducing coastal pollution by a proper choice of Groesen, E. 2003. Interaction soliton as a possible the fairway. J. Coast. Res., Special Issue, 50, model for extreme waves in shallow water. Non- 678–682. linear Process. Geophys., 10, 6, 503–510. Soomere, T., Viikmäe, B., Delpeche, N., Myr- Soomere, T. 2006. Right fairway may reduce berg, K. 2010. Towards identification of areas of coastal pollution. Scandinavian Shipping Gazette, reduced risk in the Gulf of Finland, the Baltic June 2006, 14–16. Sea. Proc. Estonian Acad. Sci., 59, 2, 156–165.

210 Stokstad, E. 2009. U.S. poised to adopt national Viikmäe, B., Soomere, T., Viidebaum, M., Bere- ocean policy. Science, 326, 1618. zovski, A. 2010. Temporal scales for transport

Vandenbulcke, L., Beckers, J.-M., Lenartz, F., patterns in the Gulf of Finland. Estonian J. Engi- neering, 16, 3, 211–227. Barth, A., Poulain, P.-M., Aidonidis, M., Mey- rat, J., Ardhuin, F., Tonani, M., Fratianni, C., Wolman D. 2008. Before the levees break: a plan Torrisi, L., Pallela, D., Chiggiato, J., Tudor, M., to save the Netherlands. Wired Magazine, Book, J. W., Martin, P., Peggion, G., Rixen, M. 17.01.2008.

2009. Super-ensemble techniques: Application to Xi, L., Soomere, T., Stanev, E, Murawski, J. sur-face drift prediction. Progr. Oceanogr., 82, 3, 2011. Identification of the safe fairway in the 149–167. western Baltic Sea using the Lagrangian trajec- Viikmäe, B., Soomere, T., Parnell, K. E., Del- tories. Ocean Dynamics, retsenseerimisel. peche, N. 2011. Spatial planning of shipping and Yoon, J.-H., Kawano, S., Igawa, S. 2010. Mode- offshore activities in the Baltic Sea using Lag- ling of marine litter drift and beaching in the rangian trajectories. J. Coast. Res., Special Issue, Japan Sea. Mar. Pollut. Bull., 60, 3, 448–463. 64, 956–960.

211 RAKENDUSLIKUD JÄRVEUURINGUD EUROOPA DIREKTIIVE TOETAMAS

Ingmar Ott, Kairi Maileht, Henn Timm Eesti Maaülikooli limnoloogiakeskus

EUROOPA LOODUSDIREKTIIVID kompleksne veekaitse tegevustik, mille majan-

Looduslike objektide mõistlik kaitsmine ja jätku- dusüksusteks on vesikonnad ning mis sisaldab suutlik majandamine eeldab põhjalikke teadmisi läbimõeldud kaitsemeetmeid kindlaksmääratud nii nende kujunemise, ressursside, funktsioneeri- ajaliste etappidega. Eesmärgid peavad olema saa- mise kui ka mõjutavate tegurite kohta. Eriti olu- vutatud 2015. aastaks. Veemajanduskavad pidid lised on vastavad teadmised ning nende harmo- olema koostatud 2009. a. Sellele eelnes aga rida niseerimine sotsiaalmajandusliku süsteemi ja teaduslikke ja rakendusuuringuid: veekogude res- ühiskonna ootustega selliste juriidiliste (raam)do- sursi uuringud, ökoloogilise tüpoloogia loomine, kumentide loomisel, mille rakendamine tulevikus seisundi hindamise põhimõtete selgitamine, juba mõjutab suure hulga objektide saatust ning selle läbi viidud seisundi klassifikatsioon ja selle üle- euroopaline harmoniseerimine. kaudu sageli ühiskonda tervikuna.

Minevikus on Euroopa Liidus vastu võetud palju Teine järveuuringuid kitsamas mõttes ning Eu- veekogude kaitse erinevaid aspekte käsitlevaid di- roopa Liidu (EL) liikmesriikide looduskaitset rektiive, mille järgimine ning prioriteetide arves- laiemalt hõlmav, 1992. a vastu võetud “Direktiiv tamine oli keerukas. Taolise killustatuse ületami- looduslike elupaikade ja loodusliku fauna ning seks on Euroopa Liidus viimasel kümnendil min- floora kaitsest” (Council directive 92/43/EEC of dud veeseadusloome integreerimise teed. Kõik 21 May 1992 on the conservation of natural habi- veemajandust ja -kaitset suunavad direktiivid tats and of wild fauna and flora) on saanud Eestis (keemilise seire, keskkonna kvaliteedi standar- nimetuse “Loodusdirektiivˮ (allpool lihtsalt Loo- dite, põhjavee, ohtlike ainete, asulareovee puhas- dusdirektiiv). See ühendab mitmed eraldi elusti- tamise, nitraadi-, tööstusheitmete, joogivee, sup- kurühmade kaitset käsitlenud seadusaktid ja do- lusvee, üleujutuste jmt) on integreeritud Veepo- kumendid, süvendab ja konkretiseerib neid ning liitika Raamdirektiivi (VRD) (Euroopa Parlamen- sätestab nendest tulenevad kohustused. Elupai- di… 2000), mis hakkas kehtima 2000. a detsemb- kade kaitse osas arendab see edasi 1979. a sõl- ris. mitud nn Berni konventsiooni ideid, kuid omab

Peamiseks VRD eesmärgiks on luua pinnavee, märksa laiemat ülesannet: kaitsta biotoope/öko- siirdevee, rannikuvee ja põhjavee kaitse raa- toope mitte ainult kui teatud looma- ja taime- mistik, mis a) hoiab ära veeökosüsteemide ning liikide elupaiku/kasvukohti, vaid kui omaette väärtust omavaid nähtusi. neist sõltuvate maismaaökosüsteemide ja märga- lade seisundi halvenemise, kaitseb ja parandab Direktiivi raames arendatakse välja ökoloogiline nende seisundit; b) edendab säästvat veekasutust; võrgustik Natura 2000. See peaks koosnema ala- c) seab eesmärgiks prioriteetsete ainete vettejuh- dest, mis hõlmavad ja esindavad direktiivi lisas I timise vähendamise ja/või järkjärgulise kõrvalda- nimetatud elupaiku, samuti lisas II loetletud lii- mise; d) tagab põhjavee reostuse vähendamise ja kide elupaiku. Natura 2000 aladega liidetakse ka hoiab ära selle edasise reostamise; e) aitab kaasa juba varem liikmesriikide poolt nn Linnudirek- üleujutuste ja põudade mõju leevendamisele tiivi raames loodud hoiualad. Teatud tüüpi kuu- (Euroopa Parlamendi… 2000). Sisuliselt on VRD luvate elupaikade kaitstus loetakse tagatuks, kui

213 a) nende levila on stabiilne või laieneb, b) on nud mitu etappi, mille alguseks oli väärtuste in- kindlustatud nende pikaaegseks säilimiseks vaja- ventuur, seejärel järgnesid aut-, dem- ja sünöko- like struktuuride ja tegurite olemasolu, ja c) on loogilised uuringud, produktsiooniuuringud, ka- rahuldavalt tagatud nendes elavate/kasvavate lii- landus jm. Hüdrobioloogiliste uuringutega on ala- kide kaitstus. Liikmesriigid osalevad Natura 2000 ti kaasnenud looduskaitseline suund, mis põhjali- võrgustiku loomisel sel määral, kuivõrd nende kult hakkas arenema peamiselt Aare Mäemetsa territooriumil vastavaid elupaigatüüpe esineb. eestvedamisel 1960ndate lõpust alates ja ülevaat- Loodusdirektiiv rõhutab samuti vajadust arves- likumad publikatsioonid ilmusid alates 1970nda- tada maakasutuse planeerimisel ja arenguplaanide test. koostamisel kooskõla Natura 2000 võrgustikuga. LIMNOLOOGILINE KOMPETENTS Eriti peetakse silmas selliste maastikuelementide LOODUSKAITSES kaitset, millel on oluline tähtsus looduses elavate JÄRVEDE TÜPOLOOGIA LOOMINE loomade ja taimede rände, leviku ja geneetilise mitmekesisuse seisukohalt, näiteks jõed ja jõe- Looduskaitseliste probleemide lahendamiseks on kaldad, põlluservad, väikesed järved, metsasalud vaja teada esmalt veekogude ressursse. Selleks jm (Paal 2004, 2007). Eesti limnoloogid võtsid ja tehti Eestis üsna pika aja jooksul järvede inven- võtavad osa Eesti järvede sellekohasest inventuu- tuure. H. Riikoja töödes oli palju faktilist ma- rist ning on kohandanud elupaigatüüpide kirjel- terjali, kuid esimese kompleksse tüpoloogilise ül- dusi. Praegu osalevad nad kaitsekorralduskavade distuseni jõudis Mölder (1943), kui ta töötas juba koostamisel ja uute inventuuride tegemisel. Soomes. A. Mäemets (1974, 1976, 1977) lõi põhjaliku limnoloogilise ja H. Simm (1975) hüd- EESTI RAKENDUSLIKE JÄRVEUURINGUTE rokeemilis-füüsikalise tüpoloogia. A. Mäemets AJALOOST ise nimetas oma süsteemi aluseks ainete akumu- Eesti on Euroopas järvede pindala poolest neljan- latsiooni iseärasusi. Ta kasutas Thienemanni dal kohal Rootsi, Soome ja Norra järel (Climate (1928) ja Naumanni (1932) poolt Saksamaal ja Change… 2005). Seega on üsna ootuspärane, et Rootsis välja töötatud järvede tüpoloogia põhi- Eesti teadlased on intensiivselt haaratud selle mõtteid, mille kohaselt peamisteks ökoloogilis- väärtusliku ressursi uuringutesse. Meie limno- teks mõjuriteks on karbonaatioonide või/ja huu- loogia ajalugu saab mõõta juba poolteise sajan- musainete valgumine järvedesse. Vastavalt nende diga, kui selle alguseks lugeda K. E. von Baeri ainete kogustele ja vahekordadele nimetati ka jär- poolt juhitud ekspeditsioonid Peipsile aastatel vetüübid. Lisaks neile peamistele mõjuritele mää- 1851–52. Kahekümnenda sajandi alguskümnendi- ratleti vähearvukamaid järvetüüpe, kus mõjuriteks tel koondus järvede uurimine Tartu Loodusuuri- olid kõrgenenud soolsuse või rauasisalduse tase. jate Seltsi järvekomisjoni alla. Alates 1930ndatest Nii moodustus järvede 8 põhitüüpi (joonis 1), mis aastatest seostuvad mitmekülgsed limnoloogilised võivad teatavates suundades muutuda teisteks tööd professor H. Riikoja nimega. Tema arvukast tüüpideks: oligotroofne (vähetoiteline), semidüst- õpilaskonnast jätkavad mõned veel tänagi tege- roofne (poolhuumustoiteline), düstroofne (huu- vust ning tema vahetute õpilaste õpilased on prae- mustoiteline), eutroofne (rohketoiteline), düseu- gu aktiivses teadustegevuses. Aastakümnete jook- troofne (miksotroofne, segatoiteline), alkali- sul on kogutud ulatuslik andmestik Eesti järvede troofne (lubjatoiteline), siderotroofne (rauatoi- kohta, mille põhjal on välja selgitatud siseveeko- teline), halotroofne (soolatoiteline). Veekogude gude ressursid, teoreetilise üldistusena välja kihistatuse, vee kareduse ja eutrofeerumise tase- töötatud Eesti järvede tüpoloogia, identifitseeritud me alusel eristus kokku 25 alamtüüpi. inimmõju ulatus ning läbi viidud looduskaitselisi A. Mäemetsa loodud tüpoloogias ei olnud selgelt uuringuid. Järvede rakendusuuringud on läbi tei- eristatud algsed, tüüpi määravad keskkonnatingi-

214

Joonis 1. Eesti järvetüüpide aren- guteed A. Mäemetsa järgi (v.a kalgiveelised vähetoitelised). Jooniselt puudub rauatoiteline tüüp. T. Kõivu joonis.

mused ja eutrofeerumisest tingitud näitajad. Näi- muste kui ka ökoloogilise seisundi kohta. Näiteks teks toitesoolade kogused ja pH on pigem öko- on oligotroofsetes järvedes pH reeglina neut- loogilise seisundi näitajad. Ott ja Kõiv (1999) raalsele lähedal või alla selle. Seevastu alkali- lihtsustasid seda tüpoloogiat, eristades 11 järve- troofsetes on pH alati > 8. Samas on suured pH tüüpi A. Mäemetsa põhi- ja alamtüüpe kombi- kõikumised ökoloogilise seisundi näitaja. neerides. Arvestati tüüpide arengus toimunud pi- Eesti tüpoloogia oli mõneti erinev, kasutades mõ- kaajalisi muutusi ning järvede arvukust tüüpides. lemat tüüpi näitajaid. Eesti limnoloogid (Nõges, Oti ja Kõivu (1999) järgi on Eesti järvetüübid: Ott 2003) kohandasid selle VRD nõuetele, kasu- oligotroofne, atsidotroofne (happetoiteline), semi- tades nii kohustuslikke kui ka soovitatavaid näi- düstroofne, düstroofne, miksotroofne, sidero- tajaid. Olulise sammuna jõuti järeldusele, et meie troofne, alkalitroofne, eutroofne, halotroofne, suurjärved, Peipsi ja Võrtsjärv, on tänu väga suu- 215 makrofüütne (kinnikasvav), hüpertroofne (üliroh- rele akvatooriumile ja ka majandamise spetsii- ketoiteline). Viimased kaks on suurt inimmõju fikale eraldi järvetüübid. Sellel seisukohal põhi- peegeldavad veekogud, mille arv on viimastel nev tüpoloogia kehtestati keskkonnaministri aastakümnetel oluliselt kasvanud. Looduslikult käskkirjaga (Pinnaveekogumite… 2009). kuuluvad makrofüütsed kas eutroofsete või Oluliseks parameetriks, mis mõjutab ökosüsteemi miksotroofsete järve hulka. talitlust, on järve sügavus. Kui madalates järvedes VRD peab oluliseks keskkonnatingimuste ja öko- piisab pinnavee proovist, et kirjeldada seal va- loogilist seisundit näitavate parameetrite erista- litsevaid nii abiootilisi kui biootilisi tingimusi, mist. Maailmas üldkasutatud nn troofsustüpo- siis sügavates kihistunud järvedes võivad näi- loogia seda ei võimaldanud. Nii jaotati järved toi- tajate väärtused veesambas olla väga erinevad, tesoolade koguse alusel oligotroofseteks, meso- sõltudes järve morfomeetriast, kihistumise kestu- troofseteks, eutroofseteks, hüpertroofseteks. Li- sest, ilmastikust, troofsustasemest jpm. EL maade saks eristati veel düstroofset tüüpi. Algsed kesk- järvetüpoloogiates on madala ja sügava järve eris- konnatingimuste iseärasused olid kõrvale jäetud. tamiseks sageli kasutatud keskmise sügavuse VRD lähenemine korrastas tüpoloogiat oluliselt. väärtust 3 meetrit.

Sellele vaatamata on selge, et osa limnoloogilisi Meie eelistame konkreetse sügavuse asemel läh- parameetreid kannavad infot nii keskkonnatingi- tuda kihistuse olemasolust või puudumisest, mis

2151 on funktsionaalsem näitaja. Järve akumulatsioo- kaljused valglad, mis on levinud põhjamaades. nitüübi eristamisel on arvestatud kaht valgla tüüpi Mineraalseteks valglateks tuleb lugeda Eestis ka selle järgi, kas valgla pinnases domineerib turvas liivaseid alasid, ehkki seal paiknevate järvede mi- või on tegemist mineraalmaaga. Turbastelt ja neraalsus on silikaatide väikese lahustuvuse tõttu metsastelt valglatelt kogunevad vette huumus- sageli ülimadal. Meie vete peamiseks mineraal- ained. Need annavad veele kollaka või pruuni seks komponendiks on karbonaadid, mille sisal- värvuse, mistõttu neid tuntakse veeoptikas ʽkol- dust saab hinnata vee kareduse, elektrijuhtivuse lase aineʼ nime all Arsti järgi (2011). Huumus- või aluselisuse põhjal. Kokku kasutati järvetüpo- ainete sisaldus on määratav vee värvusena kas loogia loomiseks kuut elementi (pindala, vee ka- etalonskaala (nt plaatina skaala) järgi või spekt- redus, värvus, valgala pinnakate, järve sügavus, rofotomeetriliselt sinises spektri osas. Huumus- kloriidide sisaldus), millest aluselisus jagunes ainete hulgaga on heas kooskõlas ka vee keemi- kolme, ülejäänud näitajad kahte kategooriasse line hapnikutarve (KHTMn ja KHTCr), kuna huu- (tabel 1). Kokku 24-st võimalikust kombinatsioo- musained moodustavad enamuse looduslike pin- nist kolmteist ühilduvad hästi juba olemasoleva navete orgaanilise aine sisaldusest (Simm 1975; Eesti limnoloogilise tüpoloogiaga ning ülejäänud Mäemets 1977; Ott, Kõiv 1999). Eestis puuduvad on äärmiselt ebatõenäolised. Tabel 1 Eesti järvede VRD-le vastav tüpoloogia

Kloriidide Limnoloogiline Pindala, VRD Karedus Värvus Valgla Sügavus sisaldus, tüüp (Ott, Kõiv km2 tüüp mg/l 1999) Kare Hele Miner. Madal < 200  A I Kare Hele Miner. Sügav < 200  A I Keskm. karedusega Hele Miner. Madal < 200  E II Keskm. karedusega Hele Miner. Sügav < 200  E III Keskm. karedusega Hele Org. Madal < 200  MX, E II Keskm. karedusega Hele Org. Sügav < 200  MX, E III Pehme Tume Org. Madal < 200  D IV Pehme Tume Org. Sügav < 200  Atsido IV Pehme Hele Miner. Madal < 200  O, SD V Pehme Hele Miner. Sügav < 200  O, SD V Kare Hele Miner. Madal > 200 – 500  E VI Kare Hele Miner. Madal > 500  E VII Kare Hele Miner. Madal < 200 > 25 H VIII

Org. – valdavalt turbase valglaga; Miner. – valdavalt mineraalse valglaga; O – oligotroofne; MX – miksotroofne (segatoiteline); SD – semidüstroofne; A – alkalitroofne; E – eutroofne; Atsido – atsidotroofne; D – düstroofne; H – halotroofne

JÄRVEDE KLASSIFIKATSIOONI LOOMINE loomine jälle limnoloogia kui teaduse abi. Eesti

Pärast järvetüüpide selgitamist vajab ökoloogilise järvedes arvestatakse surveteguritena eutrofeeru- seisundi hindamise süsteemi ehk klassifikatsiooni mist, orgaanilist koormust ja kompleksmõju.

2162 Tundliku ökosüsteemidega põhjamaades arves- kohaks (Nõges jt 2009). Samas on VRD täpsus- tatakse hapestumise mõju, paljudes riikides ka tanud mitmed põhimõtted, mille alusel peab klas- ohtlike ainete mõju. Tüpoloogias oli pearõhk abi- sifikatsiooni looma. Rõhutatakse võimalikult ootilistel näitajatel, aga kvaliteedi hindamisel on teaduslikku lähenemist ja loomise läbipaistvust. suurem osa elustiku rühmadel (biootilistel ele- Skaala alguseks (ehk väga hea kvaliteediklassi mentidel). Järvedes on nendeks fütoplankton, tunnusena) tuleb arvestada looduslikke, inimesest suurtaimed + fütobentos, põhjaloomad ja kalad. puutumata veekogusid ja tingimusi. Foonitingi- Nimekirja pole arvatud zoo- ja bakterplanktonit, muste määratlemisega on põhjalikult tegeldud nii millest kirjutab Kisand (2011). Kuna VRD on EL maades kui ka Eestis (Carvalho jt 2009; Poi- kasutatavate kvaliteedinäitajate osas soovitusliku kāne jt 2010). Muidugi tekib siin küsimus, kust iseloomuga, võivad riigid lisada kvaliteediele- leida inimesest mõjutamata loodust. Erinevad mente oma äranägemisel. Eestis võimaldab väga ökoregioonid on kehtestanud puutumatute fooni- hea limnoloogiline andmebaas vee kvaliteedi hin- järvede valikul valgala kriteeriumid, milleks meil damiseks kasutada ka zooplanktoni näitajaid, mi- on inimasustus < 10 in/km2, punktreostusallikate da peetakse eriti tähtsateks madalates järvedes. puudumine, mets jt looduslikud alad > 90%. Ees- Abiootilistest näitajatest tulevad arvesse eelkõige tis on kerge leida selliseid veekogusid inimasus- peamiste toitesoolade kogused. tuse järgi, kuid teiste tingimuste täitmisega on

Kõnesoleva süsteemi loomisel on eeskujusid võt- meil raskusi. Viimasel ajal on hakatud proovima ta vähe ja iga riik peab tegema valiku kasutata- ka nn etalonveekogusid (benchmarking), mis täie- vatest näitajatest. Põhjamaade omavaheline koos- likult ei vasta tingimustele, aga on lähedaste väär- töö on olnud tihedam, ülejäänud maade vahel olu- tustega. Peamiseks peetakse järvedes üldfosfori liselt tagasihoidlikum. Põhjamaade looduslik-kli- sisalduse kui surveteguri iseloomustajat. Etalon- maatilised tingimused on üsna omanäolised ja veekogudes lubatakse isegi kahekordselt suure- seetõttu on vähe võimalusi nende standardeid otse maid väärtusi võrreldes fooniveekogudega. Klas- üle võtta. Ka on Eesti järved põhjamaade omadest sifikatsiooni loomisel kasutatakse nn ökoloogilise väga erinevad. Meie kuulume koos Läti ja Lee- kvaliteedi suhet, mis tähendab näitajate väärtuste duga Balti ökoregiooni ning kõigil kolmel riigil kõrvalekalde ulatust foonitingimustest (joonis 2). on sarnased probleemid. Klimaatiliselt ja huu- Süsteemi loomiseks võib kasutada paleolimno- musainete sisalduselt on meile sarnased põhja- loogilisi andmeid, mudeleid, ajaloolisi materjale, maad, vee kareduse poolest Lääne- ja Kesk- erandjuhtudel ka ekspertarvamust. Klassifikat- Euroopa riigid. Arvestama peab veel Eesti kliima siooni loomisel tuleb kehtestada ka nn klassi- erilisust, mis seisneb kiires üleminekus mereliselt piiride määratlemise protseduur (boundary setting mandrilisele teataval kaugusel rannast. procedure). Peamiseks tingimuseks on kasutata- VRD eristab viis ökoloogilise kvaliteedi klassi: vate meetodite tulemuste seoste tõestamine sur- väga hea, hea, kesine, halb ja väga halb. Kõige veteguritega. See pole üldse lihtne ülesanne, sest olulisem on piir hea ja kesise vahel, sest kui öko- isereguleeruvates ökosüsteemides pole koormu- süsteemi kvaliteet langeb kolme kehvemasse sed lineaarses ja otseses sõltuvuses elustiku näi- klassi, peetakse olukorda alarmeerivaks ning riik tajatega, vaid avalduvad keerukate elustikurüh- peab võtma meetmeid seisundi parandamiseks, made suhete kaudu. Eesti väikejärvede näitajate alustades seda meetmekava koostamisega. Nende sagedusjaotused ja esialgse ökoloogilise seisundi viie kvaliteediklassi definitsioonid on VRD-s esi- klassifikatsioon abiootiliste näitajate, fütoplank- tatud üsna pealiskaudselt (Euroopa Parlamendi… toni, suurtaimede ja suurselgrootute alusel (Ott 2000). Seda pealiskaudsust ning sealt tulenevat 2006) on välja töötatud H. Timmi ja H. Mäemetsa mitmemõttelisust peetakse üheks VRD nõrgaks abiga.

2172

Joonis 2. Ökoloogilise kvaliteedi suhte (EKS) põhimõtte- line skeem järve seisundi hindamiseks. Väga hea ja hea klass loetakse vastu- võetavaks. Koostatud VRD alusel (Euroopa Parlamendi… 2000).

EESTI VÄIKEJÄRVEDE ÖKOLOOGILISE SEISUNDI HINDAMISE on kooslus suurem ja arvukus/biomass ühtlase- METODIKAD malt jaotunud. Selle kasutamise teeb mugavaks

Fütoplanktonit peetakse kõige otsesemalt sõltu- ka väärtuste paiknemine vahemikus 0–1. Koond- vaks surveteguritest, eeskätt toitesoolade kogus- indeksis kasutatakse koormust taluvate ja tund- test. Fütoplankton reageerib kiiresti surveteguri- like taksonite arvu suhet. Koosluse kirjeldus an- tele ja samas hõivab enamuse järve veemahust, nab ülevaate dominantidest. Kõik need näitajad kandes seega teavet kogu ökosüsteemi kohta. Do- hindavad ka veeõitsenguid, mis on VRD kohus- mineerivad liigid vahelduvad ja fütoplanktoni ko- tuslikuks komponendiks. Fütoplanktoni proove gused muutuvad siiski väga kiiresti ja vähese arvu kogutakse 3–4 korda kasvuperioodil. Fütoplank- proovide alusel ei saa suuri järeldusi teha. Lii- toni meetodi informatiivsuse tõestuseks on statis- gilise koosseisu uurimine kogu veesambas annab tilised seosed nn valgalaga indeksiga*. Füto- seevastu täiendavat teavet pikema aja kohta. Tihti planktoni alusel saadud hinnangud on heas koos- kõlas surveteguritega (joonis 3). on sügavamates kihtides leida liike, mis on sinna vajunud või siis vastupidi, hakkavad pinnakihti Klassipiiride kehtestamisel on arvestatud juba va- tõusma. rem Eestis kasutatud ökoloogilise seisundi hin-

Esialgset VRD-l põhinevat fütoplanktoni klassifi- nanguid (Kõvask, Milius 1982; Ott 1987, 1988) katsiooni (Nõges, Ott 2003; Ott 2005) on hiljem ning limnoloogiakeskuse andmebaasi, mille alu- täiustatud K. Mailehe, R. Laugaste, A. Rakko abi- sel on võimalik jälgida pikaajalisi muutusi füto- ga ja praeguseks kinnitatud keskkonnaministri planktonis. Neid muutusi on võrreldud survetegurite dünaamikaga (Ott jt 1997). poolt (Pinnaveekogumite… 2009). Kasutatakse nelja näitajat: klorofüll a sisaldus veesamba kesk- Klassipiiride selgitamisel olid toeks ka paleolim- misena (mis iseloomustab fütoplanktoni kogust), noloogiliste uuringute tulemused (Heinsalu jt Pielou ühtluse indeks (Pielou 1975) mitmekesisuse (liigirikkuse ja arvukuse jaotuse) hindajana, Nygaardi (1949) modifitseeritud fütoplanktoni * Valgala indeks = inimasustuse tihedus valgalal + koondindeks (Ott, Laugaste 1996; Kangro jt inimtekkeliste maakasutustüüpide % + koduloomade 2005) ja koosluse kirjeldus. Pielou indeksi puhul arv veekogu mahu kohta + sekundaarreostus, kus kom- eeldatakse, et parema ökoloogilise seisundi juures ponente hinnatakse skaalal 0–4.

121 8

3,6

3,4

3,2

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

Fütoplanktoni skoor Joonis 3. 1,8

VRD II ja III järvetüübi 1,6 ökoloogilise seisundi hin- 1,4 nangute (Fütoplanktoni skoor, FPS) tulemuste sta- 1,2 tistiline seos valgala in- 1,0 deksiga. FPS = 0,87 + 2 4 6 8 10 12 14 16 2 0,13 Indeks; r = 0,53, Indeks 95% usaldatav us 95% usaldatavuse juures.

2007; Heinsalu, Alliksaar 2009ab). Kvaliteedi Suurtaimed paiknevad peamiselt veekogu öko- klassipiiride täpsustamisel arvestatakse VRD-s tonis ja nende areng sõltub peale survetegurite esitatud vastavaid definitsioone, kus on kirjelda- paljuski substraadist, valgustatusest, batügraa- tud survetegurite mõju elustikunäitajatele. Silmas fiast, veevahetusest jm. Samas on nende elu- peetakse ka seoseid teiste elustikurühmade muu- tsükkel pikem kui planktoni isenditel, seega kan- tustega. Lõplikult kehtestatakse piirid sarnaselt navad nad informatsiooni pikema aja kohta. Kui teiste liikmesriikidega spetsialistide ekspertar- mitmete elustikurühmade arengut mõjutab oluli- vamuse alusel. Eesti fütoplanktoni meetodit täius- selt ka ärasöömine, siis suurtaimi puudutab see tatakse ja harmoniseeritakse koostöös EL suhteliselt vähe. Pealegi loovad suurtaimed elu- ja Kesk/Balti ökoregiooni ekspertidega. varjepaiku teistele elustikurühmadele. Suurtaime- Eesti limnoloogidel on pikaajalised traditsioonid de mõõdetavaid näitajaid kasutatakse veekogude ja kogemused suurtaimede alusel järvede hinda- hindamisel vähe ja neid on raske mõõta. Eesti sü- miseks (Mäemets, Aime 1982, 1991; Mäemets jt gavamates järvedes on selliseks näitajaks taimede 1994). Eesti VRD-põhise klassifikatsiooni alu- levikusügavus. Enamasti kasutatakse aga domi- seks olid üle-Euroopalise projekti ECOFRAME neerivate liikide ohtruse järjestust ja indikaator- kogemused (Moss jt 2003). Esialgset suurtaimede liikide ohtrust. Näiteks on klassifikatsioonis klassifikatsiooni (Nõges, Ott 2003) asus täiusta- mändvetikate, kardheina, ujutaimede, epifüütsete ma H. Mäemets (2005; Pinnaveekogumite… niitvetikate, kaelus-penikeele jt ohtrus. VRD 2009). nõuab seisundi hindamist ka järvede fütobentose

Kui fütoplanktoni alusel on kasutatavad näitajad alusel, mis sisuliselt tähendab veekogude põhjas erinevates väikejärvede tüüpides enam-vähem elutsevate mikroskoopiliste ränivetikate uurimist. samad (v.a VIII tüübis, rannajärvedes), siis suur- Seda teevad siiski vähesed Euroopa riigid. Eestis taimedes on erinevused suured. on seda tehtud vaid üksikutes uuringutes. Euroo- 219

2129 pa Komisjon lubab fütobentose tähenduses kasu- gierisusest, vanuselisest struktuurist (T. Krause ja tada ka makroskoopilisi niitvetikaid, mida Eesti A. Palm). teebki. Elustiku näitajaid täiendavad mitmed vee füü- Eestis on pikaajalised kogemused profundaali sikalis-keemilised omadused ja hüdromorfoloogi- suurselgrootute uurimisel. See elupaik on suhteli- lised näitajad. Vee omaduste puhul on põhimõtte- selt stabiilne ja ei kajasta kuigi hästi ökosüsteemi line küsimus, kas nad iseloomustavad veekogu seisundi dünaamikat. Litoraali põhjaloomade ka- tüüpi, ökoloogilist seisundit või mõlemat korraga. sutamisel peab meeles pidama, et tegu on jällegi Reeglina peetakse toitesoolade koguseid seisundi ökotoniga ja kehtivad sarnased omadused, nagu ja samas survetegurite näitajaiks. Paljudest või- suurtaimede puhul. malikest on valitud erinevates tüüpides üldfosfori,

Erinevalt suurtaimedest võib põhjaloomastikku üldlämmastiku, vee pH, läbipaistvuse, orgaanilise mõjutada oluliselt ka ärasöömine. Litoraali sette tüseduse, metalimnioni (st järve termilisel põhjaloomastiku põhjalike uuringute alusel kihistumisel nn hüppekihi) ulatuse näitajad (Timm 2005; Timm, Möls 2008; Timm jt 2006) (Pinnaveekogumite…, 2009). Klassifikatsiooni on koostatud ka vastav klassifikatsioon (Pinna- loomisel kasutati rahvusvahelisi ja Eesti vara- veekogumite… 2009). Põhjaloomade kasutamine semaid kriteeriume (Simm 1975; Lindpere, Sta- veekogude ökoloogilise seisundi hindamisel on rast 1977; Mäemets 1977; Mäemets, Ott 1993; EL liikmesriikides suhteliselt hästi välja arenda- Milius 1994; Milius jt 1994). Hüdromorfoloogi- tud (European Committee… 1994). Eestis kasu- liste näitajate (kaldaala looduslikkus ja hüdroloo- giline režiim) kriteeriumid on arendamisjärgus. tatakse loomarühmade indikaatorväärtusi Briti indeksis (Armitage jt 1983), Taani vooluvete EESTI SUURJÄRVED indeksis (Skriver jt 2000) ja happelisusindeksis Eestis uurituimate järvede Võrtsjärve ja Peipsi (Johnson 1999; Henrikson, Medin 1986). Arves- tähtsust arvestades peab nende ökoloogilise sei- tatakse ka taksonirikkust ja liigierisust (Johnson sundi hindamine olema väga põhjalik. Samas on 1999), EPT indeksis ühepäevikuliste, kevikuliste see ka keerukas, sest tegemist on intensiivselt ma- ja ehmestiivaliste taksonite arvu proovis (Lenat jandatavate järvedega, mida mõjutavad väikejär- 1988). Suurselgrootute klassifikatsioon on lisaks vedega võrreldes teistsugused mõjurid (nt kee- järvetüüpidele erinev ka elupaikade valdava sub- rukas hüdroloogiline režiim). Mõlemad järved on straadi järgi (taimestik, liiv ja kivid). võrdlemisi madalad ning veetaseme kõikumine ja Suhteliselt pika elutsükli tõttu on kalad öko- ilmaolud on nende jaoks üliolulise tähtsusega loogilise seisundi hindamiseks hästi sobivad, kuid ökofaktorid. Siin tekib küsimus, milline on ini- sageli muudab püügikoormus arvukust ja liikide mesest ja milline ilmastikust tingitud ökoloogilise vahekorda. Kalade uurimine on teistest elustiku- seisundi dünaamika. Et mõlemad järved on kala- rühmadest raskem ja enamasti uuritakse vaid majanduslikult intensiivselt kasutatavad veeko- töönduskalu. Ökoloogilist seisundit peaks uurima gud, on nende hindamine kalade alusel rasken- aga ka teiste, vähearvukate või inimese toiduks datud. VRD-kohane hindamine algas Võrtsjärves vähesobivate kalade järgi. Eesti väikejärvedes osaliselt projekti ECOFRAME raames (Moss jt toimunud uuringud on olnud küll ülevaatlikud 2003) ja Peipsis projekti Mantra-East raames (Pihu 1993, 2002; Pihu, Turovski 2001; Ojaveer (Mourad jt 2006; Stålnacke jt 2006; Nõges, Nõ- jt 2003), kuid kvantatiivseks, VRD alusel ges 2006). tehtavaks ökoloogilise seisundi hindamiseks vä- Mõlema järve kohta on tehtud väga palju öko- hesobivad ning ametlikku klassifikatsiooni Eestis loogilist seisundit käsitlevaid uuringuid (vt mo- siiani veel pole. Kasutatakse mitmeid indekseid, nograafiaid (Haberman jt 2003, 2008) ning seal milles on teave lepiskalade osakaalust, kalade lii- esitatud publikatsioonide nimistut). Suurjärvede

2220 klassifikatsiooni väljatöötamisel on osalenud rumine määras umbes veerandi näitajate väär- L. Tuvikene, T. Feldmann, P. ja T. Nõges, A. Tu- tustest. T. Nõges (2009a) uuris 1337 Euroopa vikene, A. Järvalt, K. Kangur, A. Kangur, P. Kan- järve morfomeetria ja ökoloogilise kvaliteedi sta- gur, R. Laugaste, E.-J. Haberman, H. Timm, tistilisi seoseid. T. Timm. Foonitingimuste leidmiseks kasutati Suurematel laiuskraadidel olevad järved on reeg- paleolimnoloogilisi uuringuid (Heinsalu jt 2007), lina suuremad, madalamad ja pehmema veega kirjandusest teadaolevaid mudeleid (Nõges, Nõ- ning ka madalama troofsusega. Kõrgemal paik- ges 2006) ja ekspertarvamust. Kasutatakse surve- nevad järved on väiksema valgalaga, sügavamad teguritega statistiliselt usaldusväärseid seoseid ja ka puhtama veega. Väiksematel laiuskraadidel andvaid näitajaid, arvestatakse näitajate sesoonset olevad suuremad madalad järved on intensiiv- dünaamikat. sema veevahetusega ja kõrgema troofsusega. VRD järgi antakse järvele ökoloogilise seisundi Eesti järvede kontekstis on uuritud Põhja-Atlandi lõpphinnang põhimõttel, et kõige kehvema kvali- ostsillatsiooni indeksi (NAO) korrelatsioone teediga elustikurühm otsustab lõpliku seisundi- järvede veetasemega, jääkatte kestusega ning sel- hinnangu. See on põhjustanud palju vaidlusi ning le mõju ökosüsteemide funktsioneerimisele (Nõ- ei pruugi anda adekvaatseid tulemusi. Mitme hin- ges jt 2005abc; Nõges 2009b). Kliima soojene- damisvõimaluse võrdlus (Moss jt 2003) näitas, et misel lüheneb jääkatte kestus, veetemperatuur kõige kehvemas seisundis elustiku rühma järgi tõuseb, veesamba kihistatus tugevneb, vesi muu- hindamine on liiga range ja juhuslik. Ka Eesti tub tumedamaks, süveneb eutrofeerumine, hapni- limnoloogid kasutavad nn ʽ2/3ʼ põhimõtet, kus kurežiim halveneb, väheneb liigiline mitmekesi- kõikidel näitajatel on võrdne kaal. Lõpphinnan- sus. Ilmastiku ja kliima seost ökoloogilise sei- guks on 2/3 parematesse klassidesse langevate sundiga on vaadeldud peamiselt Peipsi ja Võrts- näitajate madalaim klass. Näiteks, kui 2/3 näita- järve näitel (Nõges, Nõges 2006). jaist langeb väga heasse, heasse ja kesisesse klassi, siis on lõplik ökoloogilise kvaliteedi klass ʽke- Väikejärvedes avastati Eesti jaoks uue nähtusena sineʼ (Pinnaveekogumite… 2009). kevadise veemassi segunemise puudumine (Ott, Kõiv 2005), mille tagajärjel seadistus järve öko- ILMASTIK JA GEOGRAAFILINE JAOTUS ÖKOLOOGILISE süsteem kogu kasvuperioodiks tavapärasest hoo- SEISUNDI MÕJUTAJANA pis erinevaks.

Põhimõtteline ja raske küsimus on, kuidas sõltub JÄRVEDE ÖKOLOOGILISE KVALITEEDI KLASSIPIIRIDE järvede ökoloogiline seisund ilmastikust, teisisõ- INTERKALIBREERIMINE 221 nu, milline osakaal on ilmastikul ja milline inim- mõjul. Sama oluline on küsimus ökoregioonidest, VRD-s on interkalibreerimine üks põhimõttelise- teisisõnu, millistes geograafilistes piirkondades maid küsimusi, milles on võrreldes enamuse kehtivad samad veekogude tüübid? VRD on muude selle võimkonnas tõusetuvate küsimustega kehtestanud Euroopas riikide kaupa kulgevad rohkesti fundamentaalteaduslikku lähenemist. In- ökoregioonid, mis on põhimõtteliselt problemaa- terkalibreerimise all mõeldakse liikmesriikide tiline. Näiteks Rootsi lõunaosas paiknev Skåne ökoloogilise klassifikatsiooni kvaliteedi klassi- sarnaneb looduslikelt tingimustelt Taaniga, mis piiride võrdlemist ja harmoniseerimist. See peaks kuulub aga teise ökoregiooni. P. Nõges jt (2003) andma vastused küsimustele, millised on EL analüüsisid Euroopa 86 madala järve hüd- maade järved ja kuidas hinnata nende seisundit rokeemiliste näitajate väärtusi ja ökoloogilist sei- omavahel võrreldavas süsteemis. Interkalibreeri- sundit määravaid tegureid. Selgus, et järvede näi- mine oleks pidanud lõppema 2007. a, kuid jätkub tajate varieeruvuse määravad peamiselt siiski loo- tänaseni. VRD-s olid ökoloogilise kvaliteedi klas- duslikud mõjurid, vähem inimene; nt eutrofee- sid sõnastatud üsna üldsõnaliselt ja kaemuslikult

2213 ning just interkalibreerimine pidi need täitma tea- üldfosfori sisalduse optimumi ja taluvuse vahe- dusliku sisuga. Protsessi alguses oli vähestel asja- mikku. Järvede suurtaimede puhul toimub sama- osalistel aimu, kuidas kõike seda teha. Kohati sugune protseduur. Riikide meetodite võrdlustes ilmnes mingil määral üleolev suhtumine – see on osalenud H. Mäemets (Toth jt 2008). Ühis- pole teadus, vaid kokkulepete küsimus, mis vajab meetod on välja töötatud taimede sügavuslevi ja vaid lihtsat süsteemi. Algselt loodeti, et on või- liikide indikaatorväärtuste alusel. Praeguseks malik koostada lihtne ja kõigile arusaadav süs- vastavad Eesti ja Leedu meetodid hästi kehtes- teem. Aja jooksul ilmnes, et see ei õnnestu, kuid tatud nõuetele, Saksamaa on selle üsna lähedal. esialgse suuna valik takistas oluliselt asjade aren- Aastatel 2007–2011 interkalibreeriti järvetüüpe gut. Liikmesriigid alustasid seda tööd 2003. a, LCB1 ja LCB2 suurselgrootutest lähtudes. Eesti seega täitub juba kaheksas aasta. Ikka ja jälle poolt on võrdlusesse haaratud viiel tunnusel põhi- pöördutakse tagasi põhimõtteliste küsimuste juur- nev seisundi koondhinnang, jagatuna seisundi de: proovide kogumise ja määramise meetodid, etalonhinnanguga neis tüüpides (Pinnaveekogu- uuringu ajad, kordused ja vaatluste tihedus; liik- mite… 2009). Eri maade võrdluses on välja vali- mesriikide järvetüüpide võrreldavus ja esindatus; tud 7 indeksit, millest omakorda kolm peaksid elustikurühmade näitajad (mõõdetavad, hinnata- moodustama edaspidi universaalindeksi, millega vad ja loendatavad näitajad ning nende kombi- tuleks kõiki tulemusi kalibreerida. Need kolm on neerimine); proovide kordused ja taksonoomiline taksoni keskmine tundlikkus ASPT, tundlike tak- määramistase; eksperimendid või vaatlused; mil- sonite (ühepäevikulised, ehmestiivalised, kiili- lised on foonitingimused, fooniveekogud, milli- lised) osakaal, ning kas tundlike taksonite isendite sed on nende selgitamise kriteeriumid; kui palju osakaal või kiililiste isendite osakaal. Suurbri- mõjutab geograafiline paigutus tulemust, kui tannia meetod on teistest erinev, põhinedes ainult palju sõltub tulemus ilmastikust ja kliimast; mil- ühel loomarühmal (surusääsklased). liseid survetegureid arvestatakse, kuidas neid eristada? (Nõges, Ott 2003; Nõges jt 2009; Poikāne Katsed seda teistega seostada pole väga hästi jt 2009). õnnestunud. Eesti meetodi järgi hinnatud seisun- dipiirid sobivad üsna hästi muude maade oma- 2011. aastal peab interkalibreerimine kindlasti dega (v.a Suurbritannia). Eesti eripäraks on ole- lõppema kas liikmesriikide harmoniseeritud me- masolevatel andmetel kiililiste liigirikkuse sobi- toodika kehtestamise või siis ökoregioonide piires matus seisundi hindamiseks samas tähenduses kui kehtiva ühise metoodika rakendamisega. Asi jääb muude indeksite järgi. Seega loodame, et seda otsustada liikmesriikidele. Balti/Keskökoregioo- tunnust universaalindeksisse ei valita. Tulemused nis interkalibreeritakse kolme järvetüüpi, mis vas- peaksid selguma 2011. a. jooksul. tavad Eesti II, III ja V tüübile (vt tabel 1, rah- Järvede kalastiku kui indikaatori interkalibreeri- vusvaheline tähistus vastavalt LCB2, LCB1 ja misega alustati alles 2007. a lõpus. On selgunud, LCB3). et kalade alusel veekogude seisundi hindamine on Käesoleva aasta suveks on jõutud nii kaugele, et väga keeruline. Riikidel on väga erinevad lähene- fütoplanktoni suhtes osa riike oma meetoditega misviisid. Kalade elupaigaeelistused on erineva- (sh Eesti fütoplanktoni meetod oma väga/hea ja tes geograafilistes piirkondades erinevad. Nii jääb hea/kesise piiri määratlemisega) juba vastavad kõigile riikidele sobivaid indikaatorliike üsna vä- kehtestatud nõuetele. Joonisel 4 on võrdlus nn heks. Probleemid on ka püügimeetoditega. See- ühismeetodiga väga hea ja hea kvaliteediklassi pärast on suhteliselt keerukas teha kalade alusel piiril, mis põhineb fütoplanktoni perekondade interkalibreerimine ära mõne aastaga, kui füto- indikaatorlusel. Perekondade indikaatorväärtused planktoni ja suurtaimede jaoks kuluks selleks ka- on leitud arvestades nende esinemiseks vajalikku heksa aastat.

4222

Joonis 4. Balti/Keskökoregiooni riikide füto- 0,60 planktoni hindamismeetodi võrdlu- 0,43 sed ühismeetodiga väga hea ja hea 0,40 kvaliteedi klassi piiril. Lubatud kõr- 0,21 valekalle on 0,25 normeeritud ühikut 0,20 0,17 0,17 (joonisel katkendlik punane joon;

Milestone 5 Report. Phytoplankton. 0,00 0,02 IR

2011. Central Baltic Geographical PL

EE LV

BE NL

DE DK UK -0,14 Intercalibration Group**. UK – -0,20 Ühendkuningriik; DE – Saksamaa; -0,27 EE – Eesti; LV – Läti; BE – Belgia; -0,40 -0,40 NL – Holland; DK – Taani; PL – -0,48 Poola; IR – Iirimaa. -0,60

LÕPETUSEKS kirjutises käsitleti peamiselt VRD-ga seotud ra-

Paljude maateaduste valdkondade, olgu need me- kenduslikke uuringuid, kuid limnoloogiliste ra- reteadused, geoloogia, hüdroloogia või limnoloo- kendusuuringute spekter on väga lai, nt. veekogu- gia, eripära on see, et nad on seotud konkreetsete de seire, tervendamine, veeõitsengute uurimine, objektidega, mis paiknevad kindlal kohal ruumis, naftareostuse mõju elustikule, kalade stressitalu- on mõjutatud suure hulga välistegurite poolt ning vus, kalavarude taastootmine, kalanduse korralda- on samal ajal eluliselt oluliselt inimeste heaolu mine jm. Suur osa sellistest uuringutest annab jaoks ning ühiskonna kui terviku funktsioneeri- omakorda hindamatu väärtusega teavet alusuurin- miseks. Seetõttu on võrreldes paljude teiste tea- gute arendamiseks ning viib sageli põhimõtteliselt dusharudega maateaduslikud alus- ja fundamen- uute küsimuste ja ülesannete seadmise juurde. taaluuringud palju sagedamini lahutamatult seotud rakendusuuringutega ning seadusloomega. VIITED

Nõnda on ka limnoloogia ning ökosüsteemide Armitage, P. D., Moss, D., Wright, J. F., Fur- kontekstis eriti hüdrobioloogia mitmeti seotud se, M. T. 1983. The performance of a new biolo- 223 rakendusküsimustega, olgu see ressursiuuringud, gical water quality score system based on a wide nende kasutamine või looduskaitselised küsimu- range of unpolluted running-water sites. Water sed. Res. 17, 333–347.

Eesti järveteadlaste peamise asutuse, limno- Arst, H. 2011. Päikesevalgus vees kui oluline loogiakeskuse, praktiliselt kõik töötajad on hõi- mõjufaktor veekogude ökosüsteemi kujunemisel. vatud rakenduslike uuringutega, mis finantsma- Teadusmõte Eestis (VII). Meri. Järved. Rannik. hult moodustavad suurima osa eelarvest. Selles Eesti Teaduste Akadeemia, Tallinn, 117136.

** WISER Deliverable D3.1-1: Report on lake phytoplankton composition metrics, including a common metric approach for use in intercalibration by all GIGs. 2010. Lead contractor: Norwegian Institute for Water Research (NIVA). Contributors: G. Phillips, G. Morabito, L. Carvalho, A. L. Solheim, B. Skjelbred, J. Moe, T. Andersen, U. Mischke, C. de Hoyos, G. Borics. 131 pp.

2231 Carvalho, L., Solimini, A. G., Phillips, G., Pieti- Johnson, R. K., 1999. Benthic macroinverteb- läinen, O.-P, Moe, J., Cardoso, A. C., Solhe- rates. Wiederholm, T. (ed). Bedömningsgrunder im, A. L., Ott, I., Søndergaard, M., Tartari, G., för miljökvalitet. Sjöar och vattendrag. Bak- Rekolainen, S. 2009. Site-specific chlorophyll re- grundsrapport 2. Biologiska parametrar. Natur- ference conditions for lakes in Northern and Wes- vårdsverket Förlag, 85–166. tern Europe. Hydrobiologia, 633, 59–66. Kangro, K., Laugaste, R., Nõges, P., Ott, I. 2005. Climate Change and the European Water Dimen- Long-term changes and seasonal development of sion 2005. Eisenreich, S. J. (ed). A report to the phytoplankton in a strongly stratified hyper- European Water Directors. European Commis- trophic lake. Hydrobiologia, 547, 91–103.

sion  Joint Research Centre. EUR 21553. Kisand, V. 2011. Bakterite ökoloogia Eestiga

Euroopa Parlamendi ja Nõukogu direktiiv seotud vesistes keskkondades. Teadusmõte Eestis 2000/60/EÜ, 23. oktoober 2000, millega kehtes- (VII). Meri. Järved. Rannik. Eesti Teaduste Aka- tatakse ühenduse veepoliitika alane tegevusraa- deemia, Tallinn, 157170.

mistik. EV Keskkonnaministeerium. Kõvask, V., Milius, A. 1982. Lõuna-Eesti järvede

European Committee for Standardization 1994. fütoplankton. Paaver, K. Simm, H. (toim). Eesti 222 Water quality – Methods for biological samp- NSV järvede nüüdisseisund. Eesti NSV Teaduste ling – Guidance on handnet sampling of aquatic Akadeemia Zooloogia ja Botaanika Instituut, Tartu, 75–85. benthic macro-invertebrates. EN 27828. European Committee for Standardization, Brussels, Bel- Lenat, D. R. 1988. Water quality assessment of gium. streams using a qualitative collection method for

Haberman, J., Timm, T., Raukas, A. (toim). 2003. benthic macroinvertebrates. J. North Amer. Ben- thol. Soc., 7, 3, 222–233. Võrtsjärv. Loodus. Aeg. Inimene. Eesti Entsüklo- peediakirjastus, Tallinn. Lindpere, A., Starast, H. 1977. 27 Lõuna-Eesti veekogu hüdrokeemiast. ENSV TA Toim. Biol., Haberman, J., Timm, T., Raukas, A. (toim). 2008. 26, 2, 149–157. Peipsi. Eesti Loodusfoto. Tartu. Milius, A. 1992. A survey of water transparency Heinsalu, A., Alliksaar, T. 2009a. Palaeolimnolo- in small lakes of South-East Estonia. Proc. Esto- gical assessment of environmental change over nian Acad. Sci. Biol., 41, 4, 216–223. the last two centuries in oligotrophic Lake No- hipalu Valgjärv, southern Estonia. Estonian J. Milius, A., Starast, H., Lindpere, A. 1994. Total Earth Sci., 58, 2, 124–132. nitrogen in small lakes of SE Estonia. Proc. Es- tonian Acad. Sci. Ecol., 4, 4, 175–181.

Heinsalu, A., Alliksaar, T. 2009b. Palaeolimnolo- Moss, B., Stephen, D., Alvarez, C., Becares, E., gical assessment of the reference conditions and Van de Bund, W., Collings, S. E., Van Donk, E., ecological status of lakes in Estonia  implica- De Eyto, E., Feldmann, T., Fernández-Aláez, C., tions for the European Union Water Framework Fernández-Aláez, M., Frankeng, R. J. M., García- Directive. Estonian J. Earth Sci., 58, 4, 334–341. Criado, F., Gross, E., Gyllström, M., Hans- son, L.-A., Irvine, K., Järvalt, A., Jenssen, J.-P., Heinsalu, A., Alliksaar, T., Leeben, A., Nõges, T. Jeppesen, E., Kairesalo, T., Kornijów, R., Krau- 2007. Sediment diatom assemblages and compo- se, T., Künnap, H., Laas, A., Lill, E., Lorens, B., sition of pore-water dissolved organic matter ref- Luup, H., Miracle, M. R., Nõges, P., Nõges, T., lect recent eutrophication history of Lake Peipsi Nykänen, M., Ott, I., Peczula, W., Pee- (Estonia/Russia). Hydrobiologia, 584, 133–143. ters, E. T. H. M., Phillips, G., Romo, S., Rus-

2242 sell, V., Salujõe, J., Scheffer, M., Siewertsen, K., Mäemets, Aime. 1991. Suurtaimestik kui järvede Smal, H., Tesch, C., Timm, H., Tuvikene, L., hindamise informatsiooniallikas. Saarse, L. Tõnno, I., Virro, T., Wilson, D. 2003. The deter- (toim). Inimene ja geograafiline keskkond. Va- mination of ecological quality in shallow lakes  bariikliku geograafia-alase nõupidamise materja- a tested system (ECOFRAME) for implementa- lid. Eesti Geograafia Selts, Eesti Teaduste Aka- tion of the European Water Framework Directive. deemia Geoloogia Instituut, Tallinn, 93–97.

Aquatic Conserv. Mar. Freshw. Ecosyst., 13, 6, Mäemets, H. 2005. Macrophytes – a tool to clas- 507–549. sify the ecological status of lakes. Estonian expe- Mourad, D., van der Perk, M., Nõges, T., Stål- rience. Lääne, A., Heinonen, P. (eds). Presenta- nacke, P., Pihlak, M., Loigu, E., Piirimäe, K., tions of Three Training Seminars About Quality Skakalsky, B. 2006. Chapter 5. Quantitative sce- Assurance (QA), Biological Methods of Water narios and modelling. Gooch, G. D., Stålnacke, P. Framework Directive and Waste Water Sampling (eds). Integrated Transboundary Water Manage- Techniques. Suomen Ympäristökeskus, 65–69.

ment in Theory and Practice: Experiences from Mölder, K. 1943. Die regionale Verteilung der the New EU Eastern Borders. IWA Publishing, Seetypen in Estlands. Arch. f. Hydrob., 39. London, UK, 101–126. Naumann, E. 1932. Grundzüge der regionalen Mäemets, Aare. 1974. On Estonian lake types and Limnologie. Die Binnengewässer, 11, 1176.

main trends of their evolution. Kumari, E. (toim). Nõges, P., Blenckner, T., Dokulil, M., Geor- Estonian Wetlands and Their Life. Valgus, Tal- ge, G., Straile, D. 2005a. The impact of climate linn, 29–62. change on lakes in Europe. Ch. IV.B. Eisen- Mäemets, Aare. 1976. Lake types as basis for the reich, S. (ed). Climate Change and European Wa- limnological division on the Estonian SSR. Esto- ter Dimension. European Commission, EUR nia. Regional Studies. Academy of Sciences of 21553 EN, 52–80.

the Estonian SSR, Tallinn, 63–71. Nõges, P., Blenckner, T., Dokulil, M., Geor-

Mäemets, Aare. 1977. Eesti NSV järved ja nende ge, G., Straile, D. 2005b. Case study on specific kaitse. Valgus, Tallinn. lakes. Ch. VI.A. Eisenreich, S. (ed). Climate Change and European Water Dimension. Euro- Mäemets, Aare, Ott, I. 1993. Järved ja nende sei- pean Commission, EUR 21553 EN, 151–165. sund. Väikejärved. Eesti jõgede ja järvede sei- Nõges, P., Nõges, T. 2006. Indicators and criteria sund. Environmental Report 7. Environmental to assess ecological status of the large shallow Data Centre, National Board of Waters and temperate polymictic lakes Peipsi (Russia/Es- Environment, Helsinki, 35–39. tonia) and Võrtsjärv (Estonia). Boreal Env. Res., Mäemets, Aare, Ott, I., Mäemets, Aime. 1994. 1, 11, 67–80.

Eesti väikejärvede seisundi muutused ja kaitse. Nõges, P., Ott, I. 2003. Eesti järveteadus Euroopa Järvekülg, A. (toim). Eesti jõgede ja järvede sei- tõmbetuultes. Frey, T. (toim). Kaasaegse öko- sund ning kaitse. Teaduste Akadeemia Kirjastus, loogia probleemid. Eesti globaliseeruvas maail- Tallinn, 32–47. mas. Eesti IX Ökoloogiakonverentsi lühiartiklid. Mäemets, Aime. 1982. Antropogeense eutrofee- Eesti Ökoloogiakogu, 159–172.

224 rumise mõju eri tüüpi järvede suurtaimestikule Nõges, P., Nõges, T., Tuvikene, L., Smal, H., (makrofloorale). Paaver, K., Simm, H. (toim). Ligeza, S., Kornijow, R., Peczula, W., Beca- Eesti NSV järvede nüüdisseisund. Eesti NSV res, E., Garcia-Criado, F., Alvarez-Carrera, C., 225 Teaduste Akadeemia Geoloogia Instituut, Tartu, Fernandez-Alaez, C., Ferriol, C., Miracle, R. M., 116–124.

2253 Vicente, E., Romo, S., Van Donk, E., van de and Lakes in Estonia. Estonian Academy of Sci- Bund, W., Jensen, J. P, Gross, E. M., Hans- ences, MAB, Institute of Zoology and Botany, son, L.-A., Gyllström, M., Nykänen M., de Tallinn Botanical Garden, Tartu State University, Eyto, E., Irvine, K., Stephen, D., Collings, S., Tallinn, 216–227. Moss, B. 2003. Factors controlling hydrochemi- Ott, I. 2005. Phytoplankton as a tool to classify cal and trophic state variables in 86 shallow lakes ecological status of lakes. Estonian experiences. in Europe. Hydrobiologia, 506-509, 51–58. Lääne, A., Heinonen, P. (eds). Presentations of Nõges, P., van de Bund, W., Cardoso, A. C., Three Training Seminars About Quality Assu- Heiskanen, A.-S. 2005c. Climate change, ecolo- rance (QA), Biological Methods of Water Frame- gical status and the Water Framework Directive. work Directive and Waste Water Sampling Ch. V. C. Eisenreich, S. (ed). Climate Change Techniques. Suomen Ympäristökeskus, 48–56. and European Water Dimension. European Com- mission, EUR 21553 EN, 136–142. Ott, I. 2006. Some principles of ecological quality classification in Estonian lakes. de Wit, H., Nõges, P., van de Bund, W., Cardoso, A. C., Skjelkvale, B. L. (eds). Proceedings of the 21th Solimini, A. G. 2009. Assessment of the ecolo- Meeting of the ICP Waters Programme Task gical status od European surface waters: a work in Force in Tallinn, Estonia, October 17–19 2005. progress. Hydrobiologia, 633, 197–211. Norwegian Institute for Water Research, 8–14.

Nõges, T. 2009a. Relationships between morpho- Ott, I., Kõiv, T. 1999. Eesti väikejärvede eripära metry, geographic location and water quality ja muutused. Tallinn. parameters of European lakes. Hydrobiologia, 633, 33–43. Ott, I., Kõiv, T. (eds). 2005. Lake Verevi, Esto- nia – A Highly Stratified Hypertrophic Lake. Nõges, T. 2009b. Trends of air and water tem- Developments in Hydrobbiology, 182. Springer. perature in Estonia and in large lakes Peipsi and Võrtsjärv, possible consequences on water qua- Ott, I., Laugaste, R. 1996. Fütoplanktoni koond- lity. Verh. Int. Ver. Theor. Angew. Limnol., 30, indeks (FKI), üldistus Eesti järvede kohta. Eesti Keskkonnaministeeriumi infoleht, 3, 7–8. 7, 997–999.

Nygaard, G. 1949. Hydrobiological studies on Ott, I., Laugaste, R., Lokk, S., Mäemets, Aare. some Danish Ponds and lakes II. Thequotient 1997. Plankton changes in Estonian small lakes in hypothesis on some new or little known phyto- 1951–1993. Proc. Estonian Acad. Sci. Biol. Ecol., 46, 1-2, 58–79. plankton organisms. Det Kongelige Danske Vi- denskabernes Selskab 7, 1, 1293. Paal, J. 2004. “Loodusdirektiiviˮ elupaigatüüpide käsiraamat. Eesti Natura 2000, Digimap, Tallinn. Ojaveer, E., Pihu, E., Saat, T. (eds). 2003. Fishes of Estonia. Estonian Academy Publishers, Tal- Paal, J. 2007. Loodusdirektiivi elupaigatüüpide linn. käsiraamat. Eesti Natura 2000. Teine, parandatud ja täiendatud trükk. Andreseni Projekt, Tallinn. Ott, I. 1987. Long-term changes of summer phytoplankton in Estonian lakes and relations with Pielou, E. C. 1975. Ecological Diversity. Wiley, ecological factors. Dissertation to apply for de- New York. gree of candidate of biology. Manuscript at Tartu Pihu, E., 1993. Distribution of fish species in University. Estonian lakes. Proc. Estonian Acad. Sci. Ecol.,

Ott, I. 1988. A method for identifying the ecolo- 3, 4, 181–186. gical status of the lake by phytoplankton species Pihu, E., Turovski, A. 2001. Eesti mageveekalad. composition. Dynamics and Ecology of Wetlands Kalastaja Raamat, Tallinn.

4226 Pihu, E. 2002. Ihtüoloogiline uurimine. Eesti Stålnacke, P., Vandsemb, S., Nõges, T., Nõ- Entsüklopeedia, 11, 202–212. ges, P., Mourad, D., van der Perk, M., Nilsson, S., Hannerz, F., Langaas, S., Loigu, E., Heinsalu, A., Pinnaveekogumite moodustamise kord ja nende Skakalsky, B. 2006. Chapter 2. The physical en- pinnaveekogumite nimestik, mille seisundiklass vironment: Lake Peipsi and its drainage basin. tuleb määrata, pinnaveekogumite seisundiklassid Gooch, G. D., Stålnacke, P. (eds). Integrated ja seisundiklassidele vastavad kvaliteedinäitajate Transboundary Water Management in Theory and väärtused ning seisundiklasside määramise kord, Practice: Experiences from the New EU Eastern 2009. Keskkonnaministri 28. juuli 2009. a. mää- Borders. IWA Publishing, London, UK, 25–52. rus nr 44 (RTL, 06.08.2009, 64, 941). Thienemann, A. 1925. Die Binnengewässer Mit- Poikāne, S., Alves, M. H., Argillier, C., van den teleuropas. Eine limnologische Einführung. Die Berg, M,, Buzzi, F., Hoehn, E., de Hoyos, C., Karottki, I., Laplace-Treyture, C., Solheim, A. L., Binnengewässer, 1, 1255. Ortiz-Casas, J., Ott, I., Phillips, G., Pilke, A., Pá- Timm, H. 2005. Benthic invertebrates as a tool to classify ecological status of inland waters. 2dua,26 J., Remec-Rekar, S., Riedmüller, U., Scha- umburg, J., Serrano, M. L., Soszka, H., Tier- Estonian experiences. Lääne, A., Heinonen, P. ney, D., Urbanič, G., Wolfram, G. 2010. Defining (toim). Suomen ympäristökeskuksen moniste. Suomen Ympäristökeskus, Helsinki, 89–94. chlorophyll-a reference conditions in European lakes. Environ. Manage., 45, 6, 1286–1298. Timm, H., Möls, T. 2008. Do shallow-water mac-

Poikāne, S., Berg, M., Ortiz-Casas, J., Phil- roinvertebrate assemblages correspond to phy- lips, G., Solheim, A. L., Tierney, D., Wolf- sico-chemical habitats of streams and lakes? ram, G., Nõges, P. 2009. Lake assessment stra- Verh. Int. Ver. Theor. Angew. Limnol., 30, 1, 138–140. tegy in European Union (EU): Case study of European large lakes. Verh. Int. Ver. Theor. Timm, H., Möls, T., Timm, T. 2006. Effects of Angew. Limnol., 30, 7, 10071012. long-term non-point eutrophication on the abun-

Simm, H. 1975. Eesti pinnavete hüdrokeemia. dance and biomass of macrozoobenthos in small Tallinn. lakes of Estonia. Proc. Estonian Acad. Sci. Biol. Ecol., 55, 3, 187–198. Skriver, J., Friberg, N., Kirkegaard, J. 2000. Bio- logical assessment of watercourse quality in Den- Toth, L. G., Poikāne, S., Penning, W. E., Free, G., mark: Introduction of the Danish Stream Fauna Mäemets, H., Kolada, A., Hanganu, J. 2008. First Index (DSFI) as the official biomonitoring me- steps in the Central-Baltic intercalibration exer- thod. Verh. Int. Ver. Theor. Angew. Limnol., 27, cise on lake macrophytes: where do we start? 1822–1830. Aquat. Ecol., 42, 2, 265–275.

2275 AUTORITEST ja KAASAUTORITEST*

Helgi ARST (1931) Lõpetanud Tartu Ülikooli geofüüsika erialal 1955. Füüsika-matemaatikakandidaat 1962, PhD (geofüüsika) 1991. Tartu Ülikooli Eesti mereinstituudi juhtivteadur.

Ira (Irina) DIDENKULOVA (1980) Lõpetanud Lobatsevski nimelise Nižni Novgorodi Riikliku Ülikooli 2003. Füüsika-matemaatikakandidaat 2006, PhD (ehitus ja keskkonnatehnika) 2008. Tallinna Tehnikaülikooli küberneetika instituudi vanemteadur.

Kai GINTER (1985) Lõpetanud Eesti Maaülikooli rakendushüdrobioloogia erialal 2007. Eesti Maaülikooli põllumajandus- ja keskkonnainstituudi limnoloogiakeskuse spetsialist, doktorant.

Ain JÄRVALT (1958) Lõpetanud Tartu Ülikooli bioloogia-ihtüoloogia erialal 1981. Eesti Maaülikooli põllumajandus- ja keskkonnainstituudi limnoloogiakeskuse teadur.

Andu KANGUR (1944) Lõpetanud Tartu Ülikooli bioloogia-zooloogia erialal 1972. Bioloogiakandidaat 1981. Eesti Maaülikooli põllumajandus- ja keskkonnainstituudi limnoloogiakeskuse vanemteadur.

Külli KANGUR (1947) Lõpetanud Tartu Ülikooli bioloogia-zooloogia erialal 1972. Bioloogiakandidaat 1978. Eesti Maaülikooli põllumajandus- ja keskkonnainstituudi limnoloogiakeskuse vanemteadur.

Peeter KANGUR (1971) Lõpetanud Tartu Ülikooli bioloogia-zooloogia erialal 1995. PhD (hüdrobioloogia) 2003. Eesti Maaülikooli põllumajandus- ja keskkonnainstituudi limnoloogiakeskuse teadur.

Sirje KEEVALLIK (1943) Lõpetanud Tartu Ülikooli füüsikaosakonna 1966. Füüsika-matemaatikakandidaat 1970. Tallinna Tehni- kaülikooli meresüsteemide instituudi vanemteadur, okeanograafia õppetooli juhataja, meteoroloogia- professor.

Veljo KISAND (1970) Lõpetanud Tartu Ülikooli bioloogia erialal 1992. PhD (hüdrobioloogia) 1998. Tartu Ülikooli tehnoloogia- instituudi vanemteadur.

Are KONT (1952) Lõpetanud Tartu Ülikooli füüsilise geograafia erialal 1975. Geograafiakandidaat 1987. Tallinna Ülikooli ökoloogia instituudi vanemteadur.

* Ülikoolide ja asutuste nimed on toodud tänapäeval kasutataval kujul

228 Jonne KOTTA (1972) Lõpetanud Tartu Ülikooli bioloogia erialal 1993. PhD (hüdrobioloogia) 2000.Tartu Ülikooli Eesti mereinstituudi vanemteadur.

Tiit KUTSER (1964) Lõpetanud Tartu Ülikooli geofüüsika erialal 1990. PhD (keskkonnafüüsika) 1997. Tartu Ülikooli Eesti mereinstituudi juhtivteadur.

Kairi MAILEHT (1984) Lõpetanud Eesti Maaülikooli rakendushüdrobioloogia erialal 2008. Eesti Maaülikooli keskkonna- ja rakendusbioloogia doktorant.

Liisa METSAMAA (1981) Lõpetanud Tallinna Ülikooli bioloogia erialal 2004. PhD (hüdrobioloogia) 2009. Tartu Ülikooli Eesti mereinstituudi vanemteadur.

Tõnu MÖLS (1939) Lõpetanud Tartu Ülikooli teoreetilise füüsika erialal 1963. Füüsika-matemaatikakandidaat 1974. Eesti Maaülikooli põllumajandus- ja keskkonnainstituudi limnoloogiakeskuse vanemteadur.

Peeter NÕGES (1957) Lõpetanud Tartu Ülikooli bioloogia-ökoloogia erialal 1980. Bioloogiakandidaat 1987. Eesti Maaülikooli põllumajandus- ja keskkonnainstituudi limnoloogiakeskuse juhtivteadur.

Tiina NÕGES (1957) Lõpetanud Tartu Ülikooli mikrobioloogia erialal 1981. Bioloogiakandidaat 1989. Eesti Maaülikooli põllu- majandus- ja keskkonnainstituudi uurija-professor. Eesti Teaduste Akadeemia uurija-professor.

Henn OJAVEER (1965) Lõpetanud Tartu Ülikooli bioloogia erialal 1991. PhD (ihtüoloogia ja kalandus) 1997. Tartu Ülikooli Eesti mereinstituudi vanemteadur.

Kati ORRU (1982) Lõpetanud Tartu Ülikooli sotsioloogia erialal 2004. PhD (riskihaldus) 2011. Eesti Maaülikooli põllu- majandus- ja keskkonnainstituudi teadur.

Kaarel ORVIKU (1935) Lõpetanud Tartu Ülikooli geoloogia erialal 1959. PhD (geoloogia) 1993. Tallinna Ülikooli ökoloogia instituudi teadur.

Ingmar OTT (1955) Lõpetanud Tartu Ülikooli bioloogia erialal 1980. Bioloogiakandidaat 1987. Eesti Maaülikooli rakendus- hüdrobioloogia professor.

Birgot PAAVEL (1980) Lõpetanud Tartu Ülikooli füüsika erialal 2002. PhD (hüdrobioloogia) 2008. Tartu Ülikooli Eesti mereinstituudi vanemteadur.

229 Tiia PEDUSAAR (1968) Lõpetanud Tartu Ülikooli bioloogia erialal 1994. PhD (ehitus ja keskkonnatehnika) 2010. Eesti Meteoro- loogia ja Hüdroloogia Instituudi peaspetsialist.

Liisa PUUSEPP (1980) Lõpetanud Tallinna Ülikooli geoökoloogia eriala 2002. PhD (ökoloogia) 2011. Tallinna Ülikooli öko- loogia instituudi teadur.

Tarmo SOOMERE (1957) Lõpetanud Moskva Riikliku Ülikooli matemaatika erialal 1980. Eesti Teaduste Akadeemia liige 2007. Füüsika-matemaatikakandidaat 1984, matemaatikadoktor 1992. Tallinna Tehnikaülikooli küberneetika instituudi juhtivteadur, lainetuse dünaamika labori juhataja, rannikutehnika professor.

Ülo SUURSAAR (1962) Lõpetanud Tartu Ülikooli geograafia-hüdroloogia erialal 1985. PhD (geograafia) 1993. Tartu Ülikooli Eesti mereinstituudi vanemteadur.

Henn TIMM (1960) Lõpetanud Tartu Ülikooli bioloogia erialal 1983. Bioloogiakandidaat 1990. Eesti Maaülikooli hüdro- bioloogia vanemteadur.

Hannes TÕNISSON (1980) Lõpetanud Tallinna Ülikooli geoökoloogia erialal 2002. PhD (ökoloogia) 2008. Tallinna Ülikooli öko- loogia instituudi teadur.

Ele VAHTMÄE (1980) Lõpetanud Tallinna Ülikooli merebioloogia-keskkonnaspetsialisti diplomiga 2004. PhD (hüdrobioloogia) 2009. Tartu Ülikooli Eesti mereinstituudi teadur.

230

Sarjast TEADUSMÕTE EESTIS on ilmunud

2002 TEHNIKATEADUSED 2005 ARSTITEADUS 2006 TÄPPISTEADUSED 2007 TEHNIKATEADUSED (II) 2009 HUMANITAARTEADUSED 2011 ELU- JA MAATEADUSED