Auringon valo muuntaa vesistöjen liuennutta orgaanista ainesta ravinteiden ja hiilen lähteiksi leville ja bakteereille

Hanna Aarnoksen väitöskirja Helsingin yliopistossa on valmistunut. Väitöskirjan nimi on Photochemical transformation of dissolved organic matter in aquatic environment – from a boreal lake and Baltic Sea to global coastal ocean, suomeksi Liuenneen orgaanisen aineen valokemiallinen hajoaminen vesiympäristössä.

Maailmanlaajuisesti tarkastellen merien, järvien ja jokivesien DOM muodostaa merkittävän orgaanisen hiilen ja typen varaston, ja siten sen dynamiikan ja hajoamisen ymmärtäminen on olennaista hiilen ja ravinteiden kierron kannalta. Tässä väitöskirjassa selvitettiin ja mitattiin prosesseja, jotka hajottavat DOMia luonnonvesissä (valokemiallinen ja mikrobiologinen hajoaminen), sekä mallinnuksen avulla arvioitiin DOMin määrällistä hajoamista erilaisissa vesiympäristöissä. Tutkimusalueina olivat Lammin Pääjärvi, Itämeri sekä jokisuualueet kymmenestä suuresta joesta (Mississippi, Amazon, Kongo, Paraná, Yantgze, Mekong, Ganges-Brahmaputra, Lena, Tonava ja St. Lawrence).

Liuennut orgaaninen aine voi hajota vesistöissä joko biologisesti bakteeritoiminnan seurauksena tai valokemiallisesti auringon säteilyn, erityisesti UV-säteilyn, vaikutuksesta. Useimmiten DOM-yhdisteet ovat niin monimutkaisia ja heikosti biologisesti käyttökelpoisia, että ainoastaan valokemialliset reaktiot voivat hajottaa niitä. Toisaalta valokemiallisia hajotusreaktioita voi tapahtua vain esimerkiksi järven tai meren valaistussa pintavesikerroksessa, joka väitöskirjassa tutkitussa järvessä sekä Itämerellä rajoittui ylimpään 30 cm:iin. Auringon säteily voi muuntaa DOMin sisältämän orgaanisen typen esim. leville käyttökelpoiseen muotoon (ammoniumtypeksi) ja orgaanisen hiilen joko hiilidioksidiksi tai pienemmiksi orgaanisiksi yhdisteiksi, jotka ovat käyttökelpoisia bakteereille. Osa bakteerien käyttämästä hiilestä muuntuu bakteerihengityksen kautta edelleen hiilidioksidiksi ja osa bakteeribiomassaksi, joka siirtyy bakteereja syövien siimaeliöiden kautta osaksi ylempää ravintoverkkoa.

Tässä väitöskirjassa havaittiin, että valokemiallisten reaktioiden tuottamat bakteereille käyttökelpoiset hiiliyhdisteet lisäsivät bakteerien kasvun lisäksi myös siimaeliöiden sekä niitä laiduntavien ripsieläinten biomassaa Itämerellä. Valokemiallisesti tuotettu typpi puolestaan lisäsi planktonlevien kasvua. Väitöskirjassa arvioitiin, että koko Itämeren alueella valokemia hajotti vuodessa orgaanista hiiltä hiilidioksidiksi määrällisesti enemmän kuin joet vuosittain kuljettavat DOMia valuma-alueelta Itämereen. Orgaanisen typen valokemiallinen hajoaminen puolestaan vastasi 9-18 % vuosittaisesta liuenneen orgaanisen typen jokikuormituksesta ja saattaa siten muodostaa merkittävän typenlähteen leville Itämerellä. Väitöskirjassa tarkasteltujen suurten jokien mereen kuljettamasta DOM-kuormasta 14-22 % hajosi hiilidioksidiksi valokemian seurauksena. Maailmanlaajuinen arvio jokivesien mereen kuljettaman orgaanisen hiilen kohtalosta osoitti, että maalta mereen kulkeutunut aines hajoaa jo rannikkovesialueella. Jokivesien vaikutus ulottuu keskimäärin korkeintaan noin 500 km etäisyydelle rannasta, lukuun ottamatta suurimpia DOMia kuljettavia jokia (Amazon ja Kongo) sekä Jäämerelle laskevaa jokea (Lena), jossa valaistusolot rajoittavat DOMin valokemiallista hajoamista.

Väitöskirjan verkko-osoite on: https://helda.helsinki.fi/handle/10138/165714

Tutkimus on saanut rahoitusta Maa- ja vesitekniikan tuki ry:ltä. Yhdistyksen rahoittamia valmistuneita hankkeita voi tarkastella verkkosivuilla:

http://www.mvtt.fi/fi/apurahat/selaa-tuettuja-hankkeita/

Vesitalouden uutiskirjeElokuu 201631.8.2016