Reostuse tekkepõhjuste ja edasikandemehhanismide uuring Kardioru-Maarjamäe rannikumeres (KIK-i projekt 69) VAHEARUANNE 1. Sissejuhatus Rand ei ole kusagil pidevalt saastatud peale suuremat tormi on isegi Merivälja sopp puhas. Russalka rand võib oma parematel aegadel näha välja puhas ja kutsuv (joonis 1), halvematel päevadel aga olla kaetud lagunevate vetikatega (joonis ). Ka üks kõige tugevamat haisu levitavam ala, Saare nurk ( Hukkunud langevarjuri mälestusmärgi juures, joonised 3 ja 4) võib peale tormi olla ilus liivarand. Merivälja sopp kipub küll enamasti nägema välja nii nagu joonistel 5 ja 6. Samas voolab ka seal lahte näiliselt puhas (ja lõhnatu!) vesi nagu ka teistest sissejooksudest. Joonis 1. Russalka rand (foto G. Lessin, 8.9. ). Joonis. Russalka rand (foto G. Lessin, 3.7.). Joonis 3. Saare nurk (foto A. Erm, 6.9. ). Joonis 4. Saare nurk (foto G. Lessin, 3.7.).
Joonis 5. Merivälja sopp (foto A. Erm, 7.8.). Joonis 6. Merivälja sissejooks (foto A. Erm, 7.8.). Joonis 7. Lauluväljaku sissejooks (foto A. Erm, 6.9.). Joonis 8. Saare sissejooks (foto A. Erm, 8.9.). Kuigi on kindlalt teada, et sadevete kanalisatsioonist (vt. joonised 6,7 ja 8) merre juhitavas vees on toiteainete sisaldused sadu kuni tuhandeid kordi kõrgemad, kui Tallinna lahe keskosas, ei ole siiski päris kindel, kas kogu rannaäärne reostus ja vetikate vohamine on nendest sissejooksudest põhjustatud. Et võtta tarvitusele mingeid meetmeid ranna puhastamiseks, on vaja kindlalt teada, millest saaste tingitud on, kuidas ta levib ja kui kiiresti end taastoodab. Käesoleva töö eesmärgiks ongi nii saaste tekkimise kui ka edasikandemehhanismide välja selgitamine. Vahearuande valmimise hetkeks on teostatud järgmised tööd. 1. On kaardistatud põhjasetted uuringualal ja tehtud setteproovidele sõelanalüüs.. On võetud perioodiliselt analüüse nii sissejooksudest (Russalka, Lauluväljak, Saare tee, Pirita jõgi, Merivälja) kui merejaamadest (jaamad 1 4) ning analüüsitud neis toiteainete sisaldust, samuti heljumi ja klorofülli sisaldust (ei kajastata vahearuandes). 3. On võetud setteprofiilid merejaamadest 1 5 ja analüüsitud HELCOM'i metallide (Cd, Hg, Pb, Cu, Zn) sisaldust proovides. On tellitud ka polüklooritud bifenüülide (PCB) ja kloororgaaniliste pestitsiidide analüüsid (vastused ei ole veel saabunud). 4. On mõõdetud hoovuste profiili juulist novembrini jaamas (tulemused töötlemisel). 5. On salvestatud laineparameetrid novembris jaamas 1 (tulemused töötlemisel). 6. On modelleeritud sissejooksudest tulevate ainete levik vaikse ilma korral.
. Uuringualad ja sõelanalüüs Uuringualasid oli kaks, esimene Vanasadamast kuni Pirita Jahisadamani hõlmas rannikumere kuni 1 m isobaadini ja 3 sadevete sissejooksu: Russalka, Lauluväljak ja Saare tee (joonis 9), teine Merivälja sissejooksu juures (Ranniku tee vastas, joonis 1). Joonis 9. Russalka Pirita uuringuala. Sademevee sissejooks Joonis 1. Merivälja uuringuala
Joonis 11. Keskmised tera läbimõõdud settejaamades. Ristiga on märgitud jaamad, kust proove ei olnud võimalik võtta (liivakivi, sinisavi pank või kivine põhi). Uuringualadele märgitud võrgustiku jaamadest võeti kopaproovid (kokku 14 kopaproovi ), millele tehti Eesti Geoloogiakeskuse Laboratooriumis sõelanalüüs ( joonis 11). Jooniselt on näha, et Russalka juures katab merepõhja jäme liiv. Lauluväljaku vastas on meri pikalt madal (ja kivine), sügavamal jookseb kirdesuunaline pank kuni Pirita jõe suudmeni välja. Sellelt pangalt saadi proovivõtjasse aeg-ajalt kas sinisavi või liivakivi tükke, samuti väheselt vetikaid. Saare nurgas on põhi vahelduv. Märgitud võrgustikus, s.o. ~ ja ~1 m isobaadi vahel olulisi vetika kolooniaid ei täheldatud, need olid madalamal, sissejooksude vahetus ümbruses.. 3. Veeproovid 3.1. Toiteainete ruumiline jaotus Veeproove on võetud 5 sissejooksust ja 18 merejaamast. Viimastest neli n.ö. avamerejaama paiknevad 1 m isobaadi läheduses (proovid 4 eri perioodist) ning viies 5 m sügavusel (sette- ja veeproovid 8. novembrist ). Merejaamadest on olemas tulemused nitraatidenitritite ja fosfaatide sisalduse kohta, ranna lähedalt ka üldlämmastiku ja üldfosfori kohta. (NB! Siin ja edaspidi - kõik nitraatide-nitritite ja fosfaatide kontsentratsioonid väljendavad arvuliselt elementaarse lämmastiku ja fosfori osakaalu veeproovis). Jaamade asukohad on joonisel ning toiteainete varieerumise piirid neis on esitatud joonistel 13 16. Joonistelt (13 16) on näha, et toiteainete kontsentratsioon rannikult mere suunas väheneb üldjuhul väga kiiresti, samas Merivälja uuringualal kasvavad kontsentratsioonid avamere pool uuesti. Põhjus saab olla Pirita jõe vee kandumine jaamadeni.
Joonis. Avamerejaamade paiknemine ja sügavused. Joonis 13. Nitraatide ja nitritite kontsentratsioon (μg/l) Russalka Pirita uuringualal. Joonis 14. Nitraatide ja nitritite kontsentratsioon (μg/l) Merivälja uuringualal. Joonis 15. Fosfaatide kontsentratsioon (μg/l) Russalka Pirita uuringualal. Joonis 16. Fosfaatide kontsentratsioon (μg/l) uuringualal. Merivälja
3.. Toiteainete ajaline muutlikkus meres Avamererejaamadest võeti perioodiliselt veeproove, v. a. jaam 5, kust võeti veeproovid vaid ühel setteproovide hankimise ekspeditsioonil 8. novembril. Fosfaadid merejaamades M1 põhi 35 M1 pind 3 M pind M põhi 5 P, µg/l M3 pind M3 põhi 15 Russa lka me ri 1 5 9 8 8 9 8 19 8 9 1 / / 1 / / 1 / 7/ 3 7 1 / 7/ 1 6 3 Joonis 17. Fosfaatide(PO43-) kontsentratsioon merejaamadest võetud veeproovides. M1, M ja M3 avalahelt (~1 m isobaat), Russalka meri -.5 m sügavuselt Russalka mälestusmärgi vastast. 1. N, µg/l 1. 1. 1..1 Nitraadid ja nitritid merejaamades M1 pind M pind M3 pind R us s a lka m eri M1 põ hi M põ hi M3 põ hi 1/ /1 7 1/ /1 7 / /1 18 9/ 8 9/ 8 8/ 19 7/ 3 7/ 1 6/ Joonis 18. Nitraatide ja nitritite (NO3-ja NO-) kontsentratsioon merejaamadest võetud veeproovides. M1, M ja M3 avalahelt (~1 m isobaat), Russalka meri -.5 m sügavuselt Russalka mälestusmärgi vastast.
Päikesepaiste kestus, t Päikespaiste kestus h/päevas 18 16 14 1 8 6 4 1 per. Mov. Avg. (Päikesepaiste kestus, t) 7-Nov 8-Oct 18-Oct 8-Oct 8-Sep 18-Sep 8-Sep 9-Aug 19-Aug 9-Aug 3-Jul -Jul 1-Jul 3-Jun -Jun Joonis 19. Päikesepaiste kestus. a. suvel. Merejaamadest võetud proovide analüüs näitas suhteliselt stabiilset ja mõõdukat fosfaatide kontsentratsiooni (5 1 µg/l, joonis 17) nii pinna- kui põhjalähedastes proovides, rannalähedaste jaamades võis see olla ka mõned korrad kõrgem (vt. Russalka meri, joonis 17). Lämmastiku sisaldus avamerejaamades (joonis 18) oli kesksuvel üsna mõõdukas (1 4 µg/l), septembriks oli tõusnud 1 1 µg/l ning novembriks juba kuni 5 µg/l. Tõenäoliselt on selline tendents tingitud eelkõige valgustustingimuste muutumisest. Suve teises pooles, alates. augustist olid päevad põhiliselt pilvised, s.t. tingimused fütoplanktoni produktsiooniks (ja lämmastiku tarbimiseks) olid kehvad, vt. joonis19. 3.3. Toiteained ajaline muutlikkus sissejooksudes Sissejooksudest (Russalka, Lauluväljak, Saare, Pirita jõgi, Merivälja) on võetud proove -l eri perioodil, hetkel on teada fosfaatide ja nitraatide-nitritite kontsentratsioonid võetud veeproovides. Osaliselt on olemas ka üldfosfori ja üldlämmastiku kontsentratsioonid. Fosfaatide ja nitraatide - nitritite sisalduse varieerumine sissejooksudest võetud veeproovides on toodud joonistel ja 1.
Fosfaadid sissejooksudes 5 Pirita jõ g i R u s s a lka s is s e jo o ks Me rivä lja s is s e jo o ks P, µg/l L a u lu vä lja ku s is s e jo o ks Sa a re s is s e jo o ks 15 Sa a re m e ri R u s s a lka m e ri 1 Me ri R 1 p in d Me ri R p in d Me ri R 3 p in d 5 / /1 18 9/ 8 9/ 8 8/ 19 7/ 3 7/ 1 6/ 5/ 31 5/ 11 Joonis. Fosfaatide (PO43-) kontsentratsioon sissejooksudest võetud veeproovides. Võrdluseks on toodud ka kaldalähedasest merest (Russalka meri ja Saare meri) ning avamerejaamadest R1, R ja R3 võetud proovid. Nitraadid ja nitritid sissejooksudes 45 Pirita jõ g i 4 R u s s a lka s is s e joo ks 35 Me rivä lja s is s e jo o ks N, µg/l 3 L a u lu välja ku s is s e jo o ks Saa re s is s e jo o ks 5 R u s s a lka m e ri 15 Saa re m e ri 1 Me ri R 1 5 18 8 8 19 3 1 31 11 /1 9 / / 1 1 1 / 1 1 1 / / / 8/ 9 7 7 6 1 / 5/ 5 Joonis 1. Nitraatide ja nitritite (NO3-ja NO-) kontsentratsioon sissejooksudest võetud veeproovides. Võrdluseks on toodud ka kaldalähedasest merest (Russalka meri ja Saare meri) ning avamerejaamadest R1, R ja R3 võetud proovid. Fosfaatide kontsentratsioon on olnud suhteliselt stabiilne kogu suve jooksul ja mitte eriti kõrge mõnevõrra eristuvad vaid Merivälja ja Saare tee jaamad. Nitraatide kontsentratsioon sissejooksudes alanes suve esimesel poolel kuni. juulini, seejärel tõusis kuni 18 juulini ja langes uuesti kuni 31. juulini, seejärel püsis suhteliselt stabiilsena ning suve teisel poolel hakkas uuesti tõusma. Tuleb märkida, et. juulist kuni 18. juulini oli suurem vihmaperiood, nt. 17. juulil sadas alla 3 mm sademeid, samuti oli palju sademeid augusti viimasel dekaadil, vt. joonis.
Sademete summa mm/päevas 35 Sademete summa, mm 3 5 15 1 5 8-Sep 9-Aug 19-Aug 9-Aug 3-Jul -Jul 1-Jul 3-Jun -Jun Joonis. Sademete hulk. a. suvel. 3.4. Võrdlus eelnevate aastatega Võrreldes aasta suve tulemusi perioodi - 9 tulemustega 1 tuleb tõdeda, et nitraatide ja nitritite sisaldus sissejooksudes on küll mõnevõrra vähenenud, kuid on endiselt väga kõrge, ületades taustkontsentratsiooni ( avamerejaamad ) kaks kuni kolm suurusjärku. Võttes arvesse sissejooksude ja Pirita jõe vooluhulkasid võib öelda, et sadevete puhul on tegemist kohtreostustega, mis oluliselt ei mõjuta Tallinna lahe üldist seisundit (kolme sissejooksu osakaal bilansis on alla 1%, vt. tabel 1). Tabel 1. Toiteainete keskmised kontsentratsioonid ja sissejooksude vooluhulgad perioodil 9; keskmised kontsentratsioonid. aastal. -91 Vooluhulk, m3/d Saare tee 14 Lauluväljak 59 Russalka 735 Merivälja Pirita jõgi 648 Meri (~1m) N, µg/l 458 55 8 N, t/aastas 3.6 11 1 P, µg/l 56 95 167 P, t/aastas.4.6.4 38 55 43 9.5 Navg 36 69 1483 358 134 1.8-95 Pavg 89 88 7 69 37 3.4-1.5 Kvalitatiivselt sama pilt on ka fosfaatidega, kuigi siin on sadevete osakaal veidi suurem (~15%). Samas on nende suhteline kontsentratsioon sadevees tunduvalt madalam, küündides vaid Merivälja sissejooksus 1 kordseks võrreldes avamerega ja jäädes Lauluväljaku ja Russalka sissejooksudes vaid kolm kuni viis korda kõrgemaks. 1 Kakum, T. 9. Tallinna sademevee väljalaskude seire aruanne. OÜ Keskkonnauuringute keskus.
4. Ainete hajumine sissejooksudest väljumisel vaikse ilma mudel Kuna meil puuduvad hetkel andmed aasta sissejooksu mahtude kohta, võtsime aluseks olemasolevad keskmised vooluhulga andmed perioodi kuni 9 kohta ning käesoleval suvel määratud maksimaalsed nitraatide kontsentratsioonid sissejooksudest. Joonisel 3 a) on mudeli tulemus kolmanda päeva lõpuks peale sissejooksu avamist ja joonisel 1 b) neljanda päeva lõpuks. Mudel näitab, et muude faktorite (tuul, hoovused) puudumisel on sadevete hajumine väga aeglane ning kogu sissejooksust tulev vesi koguneb väga kitsale rannikuribale. Etteruttavalt võib öelda, et sama võib väita ka vetikate levimise kohta. Samas olulisem toitainete allikas, Pirita jõgi, viib oma vee põhiliselt Pirita ja Merivälja randa, mõningal määral ka Saare nurka. Pirita vee käändumist Merivälja poole täheldasime ka välitöödel Merivälja uuringualalt võetud proovide puhul oli kontsentratsioonigradient ranna lähedalt avamere suunas. a) b) Joonis 3. Ainete arvutatud kontsentratsioon 3 päeva (a) ja 4 päeva (b) peale sissejooksude avamist. 5. Rasked metallid merejaamades Merejaamadest (1,, 3, 4 ja 5) võeti ka põhjalähedase piirikihi proovid (8 cm veekiht ja 8 cm settekiht) ja telliti analüüsid rasketele metallidele (Zn, Cu, Pb, Cd, Hg) ning polüklooritud bifenüülidele (PCB) ja kloororgaanilistele pestitsiididele (analüüsimisel).
4.8.4 1 3 4 Zn Cu Pb Cd Hg 5 Jaam Joonis 4. Helcom'i metallide sisaldus merejaamade põhjasetetes. Punktiiriga on tähistatud määramispiir. 6 3 4 1 Cu, Pb, Cd [µg/l] 1. Zn [ µg/l] 6 Raskemetallid põhjalähedases veekihis (alumine kiht - 8 cm) Hg, Cd [mg/kg] Pb, Zn, Cu [ mg/kg] Raskemetallid põhjasetetes (ülemine kiht - 8 cm) Zn Cu Cd Pb 1 3 Jaam 4 5 Joonis 5. Helcom'i metallide sisaldus merejaamade põhjalähedases veekihis. Punktiiriga on tähistatud määramispiir. Joonistelt 4 ja 5 järeldub, et tehtud analüüside alusel mingisugust jääkreostust eeldada ei saa. Kõik kontsentratsioonid jäävad kordades alla lubatud normi ja ka allapoole sihtarvu ning vastavad enam-vähem inimtegevusest häirimata foonile. Tõsi, edaspidi on vajalik analüüsida ka sügavamalt võetud setete profiile, kuna uuritud sügavustel (v.a. jaam 5) ei pruugi Tallinna lahes moodustuda püsivat piirikihti nii tormi- kui laevalained ulatuvad sügavusele kuni m ja enam, seejuures kiirlaevalainete toime on pidev päevast päeva. Segunemise toime ilmneb ka jooniselt 4 - suuremad kontsentratsioonid on sügavamates jaamades (19 m) ja 5 (5 m). 6. Vetikatest Ei hakka vastu vaidlema Tartu Ülikooli Eesti Mereinstituudi bioloogidele, kes oma uuringus jõudsid järeldusele, et haisu põhjustavad lagunevad vetikad. Ka meie vaatlused (joonised 6 ja 7) on näidanud, et kõigi sissejooksude juures on merepõhi kaetud üheaastaste rohevetikatega (Enteromorpha intestinalis), silma järgi hinnates võib see ala olla ~1 m, aga loomulikult tuleks nende vetikate täpset liigilist koostist, levikut ja produktsiooni vegetatsiooniperioodi vältel mõõta. Kurja juureks tunduvad olevat sadevete sissejooksud, mis põhjustavad vetikate vohamise suubumisalal. Joonis 4. Vetikamatt mere põhjas lauluväljaku sissejooksu juures (foto A. Erm, 6.9.). Joonis 5. Vetikad Russalka sissejooksu juures (foto A. Erm, 6.9.). T. Paalme (Vast. täitja), Tallinna lahe keskkonnaseisundit mõjutavad survetegurid, nende põhjused ning mõjude vähendamise võimalused. Leping nr. 4-1.1/55 18. TÜ Eesti Mereinstituut, 11,
7. Tehtud tööde kokkuvõtteks 1. Haisu põhjustajaks on põhiliselt lagunevad vetikad.. Saare ja Merivälja sissejooksude puhul on teatud kahtlus, et sinna satub aeg ajalt ka muud reostust. Kui Russalka ja Lauluväljaku rannikul on selgelt näha vetikamassid (rohelised või lagunevad) ja lõhn on n.ö. paks merelõhn, siis Saare nurga ja Merivälja sopi reostus on tunduvalt mitmekesisem, ka hais meenutab kohati fekaale (kavas on täiendav analüüs võetud proovidele). 3. Merivälja sopp ja mingil määral ka Saare nurk võivad olla oluliselt mõjutatud Pirita jõe toodavatest toiteainetest.. 4. Saasteainete leviku väljaselgitamiseks ja konkretiseeritud meetmete väljapakkumiseks tuleb koostada Tallinna lahe hüdrodünaamiline mudel (on töös). 5. Vajalik on uurida vetikate täpset liigilist koostist, levikut ja produktsiooni (kavas järgmisel vegetatsiooniperioodil). 6. Probleemi lahendamiseks on kolm võimalust: a) sissejooksudest merre tuleva vee puhastamine nitraatidest kõige efektiivsem, aga ilmselt ka kõige kallim; b) vetikate kokkuriisumine merepõhjast ja rannalt tehnikaga võimalik vaid Russalkast Lauluväljakuni (edasi kivine). c) sissejooksude juhtimine lahe keskosa poole (1 3 m sügavusele) vajab täiendavaid uuringuid, KMH-d ja riskianalüüsi - aga tundub olevat kõige odavam ja stabiilsem. Arvestades sissejooksude väikest osakaalu lahe bilansis ja seda, et praegu jõuab sissejooksudest tulev reostus lahte niikuinii, ei peaks see Tallinna lahe üldist seisundit halvendama; d) kahtlane on, kas viimane meede ka Merivälja sopi puhul aitab - kui selgub kindlalt, et Pirita jõgi oma toiteained sinna suunab, ei oska peale mehhaanilise puhastamise midagi välja pakkuda. 8. Edasised tööd Programmis ette nähtud välitööd on väljapakutud osas põhiliselt tehtud. Jäänud on veel põhjakiiruste mõõtmised, mis viiakse läbi peale hüdrodünaamilise mudeli valmimist selle valideerimiseks setete transpordi osas, s.o. 13 aasta kevadel ja suvel. Peale modelleerimise ja põhjakiiruste ning setete transpordi mõõtmise on laekumas osa analüüsitulemusi (üldlämmastik, üldfosfor ja kloororgaanika), samuti on plaanis tellida mõned täiendavad analüüsid. Kokkuvõtvalt on 13 aasta tööplaan järgmine. 1) Valikuliselt määratakse sissejooksude veeproovidest (olemas sügavkülmas) ka teisi saasteaineid (kloororgaanika, kolibakter, ammooniumsoolad) muu võimaliku keemilise ja bioloogilise saaste esinemise kindlaks tegemiseks või välistamiseks. ) Võetud setteproovides määratakse lisaks rasketele metallidele ka polüklooritud bifenüülide (PCB) ja kloororgaaniliste pestitsiidide kontsentratsioon. Võetakse juurde ja analüüsitakse veel kolm setteprofiili sügavamatelt (settimis)aladelt (>3 m). 3) Põhjabatümeetria, põhjasetete kaardistamise ja. a. suvel ja sügisel salvestatud hoovuse ja lainemõõtmiste alusel modelleeritakse Tallinna lahe hüdrodünaamiline mudel, mis kirjeldab vee ja põhjasetete liikumist erinevate tuulte korral - mudel on
eelkõige vajalik meetmeteprogrammi täpsustamiseks ja hindamiseks, nt. kui sadeveed juhtida kaugemale merre, siis kuhu ja kui kaugele, et neid uuesti randa tagasi ei toodaks. Samuti on oluline täpselt välja selgitada Pirita jõe vete segunemine ja liikumine peale lahte suubumist. 4) Mudeli valideerimiseks viiakse 13 aastal lisaks põhjakiirusste ja setete transpordi mõõtmistele (PIV seade)l äbi ka täiendavaid hoovuste (ADCP) lainetuse mõõtmised. 5) Võimaluste piires kaardistatakse vetikate levikuala ja produktsioon mõnede sissejooksude, eelkõige Russalka ja Lauluväljaku juures - need tööd ei olnud käesoleva programmiga planeeritud Meresüsteemide Instituudile, aga on meetmete väljatöötamiseks paraku hädavajalikud.. Ants Erm Fred Buschmann Ilja Maljutenko TTÜ Meresüsteemide Instituut