Sedimentit ovat järven muisti – mitä ne kertovat turvetuotannon vaikutuksista

Turvetuotannon vesistövaikutusten arviointiin on kaivattu laajempaa tutkimustietoa ‒ eritoten järvisedimenttien kertymien kehityksestä ‒ sillä usein huolena on ollut, että turvetuotantoalueilta tulevien vesien mukana alapuolisiin vesistöihin huuhtoutuu ja kerrostuu paljon eloperäistä materiaalia. On ajateltu, että turveperäistä sedimenttiä voi paikoin kertyä jopa useiden metrien paksuudelta.

Metsätalouden vaikutuksista vesistöihin on viime aikoina saatu lisätietoa (mm. Finer ym. 2020) ja uusimpien tutkimusten mukaan näyttäisi siltä, että metsäojitukset, varsinkin vanhat metsäojitukset, lisäävät ravinnekuormitusta alapuolisissa järvissä enemmän kuin on aiemmin ymmärretty. Laajat kansainväliset tutkimukset ovat lisäksi osoittaneet, että ihmisen toiminta, kuten peltojen raivaus ja metsähakkuut järvien valuma-alueilla, näkyvät järvisedimenteissä selkeästi jo tuhansien vuosien takaa. Suomi ei ole poikkeus tässä kokonaiskuvassa. Mitä järvien pohjasta löytyy, paljonko ”mutaa” on kertynyt? Mitkä tekijät ovat vaikuttaneet järvisedimentteihin, ja mikä on turvetuotannon osuus tässä kaikessa? Näihin kysymyksiin haettiin tietoa ja ymmärrystä Geologian tutkimuskeskuksen vuonna 2013 alkaneella järvisedimenttitutkimuksella.

Järvimuta, lieju: järvisedimentit ovat oleellinen osa terveellistä järveä

Palataanpa alkuun ja pohditaan kysymystä ”mitä järvisedimentit ovat”? Järvisedimentit, kansankielellä muta tai lieju, ovat oleellinen osa terveellistä järvisysteemiä. Kaikissa järvissä on sedimenttiä, ja sedimentin kerrostuminen poistaa aineita kierrosta ja määrää osaltaan vesistön luonteen. Järvisedimenttiin kertyy ravinteita ja muuta materiaalia eri lähteistä: ilmasta sekä valumavesien ja pohjavesien kautta. Sedimentti syntyy siis valuma-alueen ja järven prosesseista; järvien syvänteissä uutta sedimenttiä kerrostuu jatkuvasti vanhan päälle. Järvisysteemin muutokset tallentuvat näin sedimenttiin syvyyssuuntaisena vaihteluna ‒ voidaankin sanoa, että sedimentit ovat järven muisti.

Kohteellinen järviparitutkimus ja laaja-alainen järviryhmätutkimus täydentävät toisiaan

Vuonna 2016 ilmestyneessä Geologian tutkimuskeskuksen tutkimuksessa vertailtiin kahta järveä keskenään, jotta turvetuotannon vaikutukset pystyttäisiin havaitsemaan järvien pohjakerrostumista (Kauppila ym.). Vierekkäin sijaitsevista tutkimusjärvistä toinen on turvetuotannon mahdollisten vaikutusten alaisena (kohdejärvi) ja toinen muun maankäytön piirissä (vertailujärvi). Tutkimuksen perusteella turvetuotanto ei aiheuttanut poikkeavia kerrostumia järven sedimentaatiossa verrattuna muun maankäytön vaikutuspiirissä olevaan järveen, mutta laajempaan aineistoon perustuville jatkotutkimuksille nähtiin tarvetta.

Lisätietoa turvetuotannon vaikutuksista järvisedimentteihin alettiin kerätä 2013 alkaneella tutkimuksella, johon valittiin satunnaisotannalla yhteensä 60 järveä eri puolilta Suomea. Valituista tutkimusjärvistä puolet sijaitsivat turvetuotannon ja puolet muun maankäytön vaikutusten alaisena. Kaikille järville tehtiin mahdollisuuksien puitteissa kaikuluotaukset, joiden perusteella valittiin edustava näytteenottopaikka alueelta, jossa järvisedimenttiä oli kerrostunut ja kerrostuu jatkuvasti. Kaikuluotausten perusteella selvitettiin myös järvenpohjan pehmeän sedimentin paksuus altaassa. Järvien pohjilta otetuista sedimenttinäytteistä analysoitiin mm. hiilen ja muiden alkuaineiden pitoisuuksia, jotta voitiin arvioida maankäytön ja muiden tekijöiden vaikutuksia hiilen kertymiseen ja sedimentin koostumukseen. Kiintoaineksen ja hiilen kertymisen kartoittamiseksi sedimenttien ikää selvitettiin ihmisen aiheuttamien, ydinkokeisiin ja -onnettomuuksiin liittyvän radioaktiivisen cesiumin (Cs) laskeumien perusteella.

Turvetuotannon vaikutuksia järvisedimentteihin tarkasteltiin myös bioindikaattoritutkimusten avulla. Vuonna 2020 julkaistussa artikkelissa (Daza Secco ym.) tarkasteltiin kuoriameebayhdyskuntien vaihtelua järvisedimenttien nuorempien ja vanhempien osien välillä. Kuoriameebat ovat kohtalaisen säilyviä organismeja, ja eri lajit indikoivat lajille tyypillisiä elinympäristöjä; soisten alueiden ja esimerkiksi savikoiden lajistot ovat erilaisia. Tuloksissa ei löydetty mitään viitteitä turvetuotannon erilaistavista vaikutuksista, mutta samalla pohdittiin bioindikaattorin käytettävyyttä tällaisessa tutkimuksessa.

Tutkimusjärvien sedimentit tyypillisiä Suomen järvien joukossa

Järviryhmätutkimuksessa kaikuluotauksen avulla järvistä selvitettiin pehmeän sedimenttikerroksen paksuus ja laajuus. Tulosten mukaan yhdenkään tutkitun järven sedimenttikerrosten paksuudet ja alueelliset jakaumat eivät poikenneet muista vastaavista järvistä Suomessa.

Sedimenttien cesium-ajoittaminen perustuu tunnettuihin, selkeästi aikaan sidottuihin tapahtumiin, joista Tšernobylin vuoden 1986 ydinvoimalaonnettomuudesta seurannut ilmaperäinen laskeuma jätti Pohjois-Euroopassa järvisedimentteihin selvästi havaittavan Cs-pitoisuuden kohouman (’piikin’). Suurimmasta osasta tutkittuja järvisedimenttiprofiileja oli selkeästi tunnistettavissa vuoden 1986 laskeumasta johtuva cesium-piikki, eikä järviryhmien välillä havaittu eroavaisuuksia.

Kohdejärvissä 1986 laskeumaa indikoiva cesium-piikki ilmeni sedimenteissä keskimäärin 6,1 cm syvyydessä (vaihteluväli 3–15 cm), kun se vertailujärvissä oli keskimäärin 7,1 cm syvyydessä (vaihteluväli 3–17 cm). Tulokset osoittavat, ettei kummassakaan järviryhmässä esiintynyt kuin muutaman senttimetrin paksuisia sedimenttikertymiä vuoden 1986 jälkeen. Tällöin kerrostuneiden sedimenttien kuiva-aineen ja hiilen kertymänopeuksia verrattiin aikaisempien järvisedimenttitutkimusten tuloksiin Suomessa. Hiilen kertymät olivat samanlaiset molemmissa ryhmissä, ja vertautuivat vastaavien järvien tuloksiin esimerkiksi Pajusen (2004) tutkimuksissa, joissa oli mukana 122 järveä eri puolilta Suomea. Turvetuotannon määrällä valuma-alueella, tai millään muullakaan yksittäisellä ominaisuudella, ei havaittu tilastollisesti merkittävää yhteyttä hiilen kertymiseen tutkimusjärvissä.

Valuma-alueen ja järven ominaisuudet vaikuttavat sedimentin laatuun

Kerrostumisnopeuden lisäksi valuma-alueen maankäyttömuodoilla on vaikutusta sedimentin koostumukseen. Molempien järviryhmien näyteprofiileista tutkittiin alkuainepitoisuuksia sekä pitoisuuksien viimeaikaisia muutoksia vanhempien ja uudempien kerrosten välillä. Tällä pyrittiin selvittämään, millä tavoin ympäristömuuttujat kuten maankäyttö näkyvät sedimentin kemiallisessa koostumuksessa ja voidaanko yksittäisen muuttujan, tässä tapauksessa turvetuotannon, vaikutukset erottaa aineistosta. Erityisesti turvetuotannon vaikutukset saattaisivat näkyä lisääntyneenä orgaanisena aineksena järvien pohjissa.

Kaikissa tutkituissa järvissä havaittiin, että valuma-alueen maankäyttö on muuttanut sedimentin koostumusta viime vuosikymmeninä. Maamme järvien pohjasedimenttien koostumus on siis laajalti muuttunut valuma-alueilla tapahtuneen maankäytön ja todennäköisesti myös ilmaston muuttumisen myötä. Näiden lisäksi järvien sedimentin laatuun vaikuttavat muutkin tekijät, kuten valuma-alueen yleiset piirteet, esim. alueen laajuus. Tutkimuksessa järvien välillä oli eroja sedimentin koostumuksessa jo ennen ihmistoiminnan vaikutuksia, eivätkä nämä erot hävinneet nuoremmissakaan sedimenteissä.

Järven yläpuolisen valuma-alueen koko, veden syvyys ja turvemaiden osuus valuma-alueesta ovat vaikuttaneet liejun koostumukseen jo ennen viime vuosikymmenten voimakasta maankäyttöä. Nuorempien sedimenttien laatua selittävät samat tekijät, mutta myös maatalousmaan määrä näyttäisi vaikuttavan nykyisten sedimenttien koostumukseen. Turvetuotannon määrän ei havaittu vaikuttavan sedimentin koostumukseen, eikä vaikutus tullut esille myöskään huomioimalla ensin muut keskeisiksi tiedetyt selittävät tekijät.

Ihmistoiminnan vaikutukset näkyvät järvisedimenteissä – turvetuotanto ei nouse esiin merkittävänä yksittäisenä tekijänä

Tulosten perusteella ihmistoiminta on muuttanut sedimenttien koostumusta laajasti. Turvetuotannon vaikutuksia ei kuitenkaan pystytty erottamaan muista tekijöistä sedimentin koostumuksen tai kertymänopeuksien osalta. Muiden maankäyttömuotojen tavoin turvetuotannosta aiheutuu kuormitusta vesistöihin, mutta turvetuotanto järvien valuma-alueella ei aiheuta järvien pohjiin nopeasti kertyviä metrien paksuisia orgaanisia sedimenttejä, kuten ei muukaan maankäyttö. Sedimentin koostumuksen ja kertymien muutokset ja erot heijastelevat erilaisia alueellisia yleismuuttujia ja maankäyttöä sekä globaaleja ilmasto- ja ympäristömuutoksia.

Teksti

Ryhmäpäällikkö Tuija Vähäkuopus, Ympäristöratkaisut, tuija.vahakuopus@gtk.fi

Tutkimusprofessori Tommi Kauppila, Kiertotalouden ratkaisut, tommi.kauppila@gtk.fi

Erikoistutkija Antti Ojala, Tietoratkaisut, antti.ojala@gtk.fi

Erikoistutkija Jari Mäkinen, Ympäristöratkaisut, jari.makinen@gtk.fi

Päällikkö Samu Valpola, Strategia ja suunnittelu, samu.valpola@gtk.fi

Viitteet

Daza Secco ym. 2020: Testate amoebae as a potential tracer of organic matter dislodged from peat extraction areas. Boreal Env. Res. 25: 19–37.

Kauppila ym. 2016: Aquatic effects of peat extraction and peatland forest drainage: a comparative sediment study of two adjacent lakes in Central Finland. Environmental Earth Sciences volume 75, Article number: 1473 (2016).

Pajunen, H. 2004: Järvisedimentit kuiva-aineen ja hiilen varastona. Summary: Lake sediments as a store of dry matter and carbon. Geologian tutkimuskeskus. Tutkimusraportti – Geological Survey of Finland, Report of Investigation 160.

Vähäkuopus ym. 2020: Sedimentation Patterns of Multiple Finnish Lakes Reveal the Main Environmental Stressors and the Role of Peat Extraction in Lake Sedimentation. Geosciences 2020, 10(8), 313.