Itämeri, ravinnekuormitus ja tilan muutos

20.9.2021

Itämeri on murtovesiallas, jonka pinta-ala on noin 420 000 km2 ja tilavuus noin 21 000 km3. Itämeri voidaan jakaa kynnysten erottamiin altaisiin, jotka poikkeavat toisistaan mm. lämpötilan, suolaisuuden, syvyyden ja veden viipymäajan suhteen. Itämeren keskisyvyys on vain 54 m, joten se on hyvin matala verrattuna esimerkiksi Välimereen (1 500 m). Syvin kohta (459 m) löytyy läntiseltä Gotlannin altaalta.

Itämeressä ei ole pysyviä merivirtoja vaan hyvin vaihtelevat virtaukset riippuvat pääosin säätilasta. Maapallon pyörimisliike kääntää virtauksia menosuuntaan katsottuna oikealle. Lisäksi rannikko, saaret ja merenpohja ohjaavat virtauksia.

Itämeren suolaisuus vaihtelee eri osissa. Tanskan salmissa pintaveden suolapitoisuus on noin 20 g/kg, mutta pienenee kohti pohjoista (Suomenlahden pohjukka 0 - 3, ja Perämeren pohjukka noin 2 g/kg).

Makeaa vettä tulee Itämereen jokien kautta ja sateena. Suolaista vettä kulkeutuu Tanskan salmien kautta Pohjanmereltä. Sopivissa sääoloissa suolaista ja hapekasta vettä tulee suurempia määriä ns. suolapulsseina. Olosuhteet suurelle suolapulssille ovat otollisimmat talvimyrskyjen aikana. 2000-luvulla suolapulsseja on ollut tähän mennessä vain muutamia. Pulssin matkaan Gotlannin syvänteelle kuluu noin puoli vuotta ja edelleen muutama kuukausi Suomen merialueille.

Valuma-alue

Itämeren valuma-alue (noin 1,7 milj. km2) on yli 4-kertainen meren pinta-alaan nähden. Itämeren ympärillä on 9 rantavaltiota, jotka kattavat lähes 93 % valuma-alueesta. Kaikkiaan valuma-alue ulottuu 14 valtion alueelle. Koko valuma-alueen yli 84 milj. asukkaasta 45 % asuu Puolassa. Noin 15 milj. asuu 10 km säteellä rannasta. 

Suuri valuma-alue ja asukasmäärä selittää osaltaan sitä, miksi Itämeri on niin herkkä kuormitukselle. Itämeren veden vaihtumisaika on noin 50 vuotta, mikä lisää Itämeren herkkyyttä ihmisen toiminnan vaikutuksille.

Kuva 1. Itämeren osat, 7 suurinta mereen laskevaa jokea ja valuma-alue. Lähde: HELCOM 2019.

Maa- ja metsätalous

Maatalousmaan osuus Itämeren valuma-alueesta on 21 % (358 000 km2, v. 2014). Viljellyn maan osuus koko maan alasta on suurin Tanskassa (61 %) ja Puolassa (60 %) ja alhaisin Ruotsissa ja Suomessa (7 %). Eniten viljelymaata on Puolassa (187 000 km2). Seuraavina tulevat Ruotsi (noin 30 tkm2) ja Liettua (noin 24 tkm2). Eniten metsää on Suomessa (72 % maa-alasta) ja Ruotsissa (69 %) ja vähiten Tanskassa (13 %).

Itämeren valuma-alueen siipikarjasta 55 %, naudoista 45 % ja 39 % sioista on Puolassa (v. 2014). Sioista 36 % kasvatetaan Tanskassa, 17 % siipikarjasta Venäjällä, 13 % naudoista Saksassa. Eläintiheys on suurin Saksassa ja Tanskassa (yli 200 ey/maatalousmaa-km2) ja pienin Baltian maissa (noin 55 ey/km2). Suomessa eläintiheys on Puolan kanssa samaa luokkaa (noin 80 ey/km2). Luken Taloustohtori-palvelun tietojen mukaan eläintiheys Suomessa oli keskimäärin 0,38 ey/ha, ja maan sisällä tiheys vaihteli 0,11 ja 0,60 ey/ha välillä vuonna 2019.

Katso myös: Itämeren ravinnekuormitus

Rehevöityminen

Itämerestä puhuttaessa huomio kiinnittyy usein ensimmäiseksi rehevöitymiseen, joka on Itämeren pahin ongelma, mutta myös mm. haitalliset aineet, roskat, melu ja merenpohjan pilaaminen ja hyödyntäminen kuormittavat merta.

Suomea ympäröivät merialueet eivät ole kaikki yhtä herkkiä rehevöitymiselle ja niiden ravinnepitoisuudet poikkeavat paljon toisistaan. Esimerkiksi Selkämerellä avoimen rannikon ansiosta rehevöitynyt rannikkovyöhyke on selvästi kapeampi kuin Saaristomerellä. Suomenlahdella Suomesta tuleva ravinnekuormitus rehevöittää erityisesti jokisuualueita sekä sisä- ja välisaaristoa, mutta se ei selitä ulompien rannikkovesien rehevöitymistä.

Luonnonhuuhtouman osuus Itämeren typpi- ja fosforikuormituksesta on noin kolmannes vuoden 2014 tietojen perusteella. Tässä on kuitenkin vaihtelua merialueittain. Osuus on suurin Suomenlahdella ja Pohjanlahdella ja pienin Riianlahdella. Ihmistoiminnasta peräisin oleva kuormitus on pääosin hajakuormitusta. Sen osuus on vajaa puolet Itämereen jokien kautta tulevasta kokonaistyppikuormituksesta ja runsas kolmannes fosforikuormituksesta. Maatalouden osuus hajakuormituksesta on suuri. Pistekuormituksen osuus on runsas 10 % kokonaistypestä ja vajaa neljännes kokonaisfosforikuormituksesta, mutta tässäkin on suurta alueellista vaihtelua.

Kuva 2. Maataloudesta peräisin oleva typpi- ja fosforikuormitus (kg/km2) Itämeren valuma-alueella. Lähde: HELCOM 2018.

Itämeren ravinnekuormitus on vähentynyt viime vuosikymmeninä, mutta meren tila ei ole merkittävästi parantunut. Osasyynä tähän on ns. sisäinen fosforikuormitus, jossa aikojen saatossa mereen päätynyttä ja pohjasedimenttiin sitoutunutta fosforia vapautuu takaisin veteen. Sisäinen kuormituskin vaihtelee alueittain. Esimerkiksi Pohjanlahdella sisäinen kuormitus ei ole ongelma pohjien hyvän happitilanteen ansiosta.

Toinen asia, joka tulee muistaa, on ns. vanha perintö. On arvioitu, että lähes puolet Itämereen valumavesien mukana tulevasta P-kuormituksesta on perintöä, joka on peräisin lähinnä liiallisesta ravinteiden käytöstä maataloudessa ja jätevesistä 1960 - 1990-luvuilla. Varastoituneen P:n määrä vähenee vähitellen, mutta siihen vaikuttaa, kuinka hyvin pystytään estämään varaston kasvua. Viimeisten 50 vuoden aikana Itämeren alueelle on tuotu 4 milj. tonnia fosforia eläinrehujen, ihmisten ruuan ja erilaisten tuotteiden mukana. Lisäksi on käytetty noin 35 milj. tonnia mineraalifosforilannoitteita. Käsittelemättömistä tai huonosti käsitellyistä jätevesistä peräisin olevaa fosforia on puolestaan kertynyt järvien ja jokien sedimenttiin, josta sitä huuhtoutuu vähitellen Itämereen. Fosforikuormituksesta kolmanneksen arvioidaan olevan luonnon omaa taustakuormitusta ja vajaa 10 % on peräisin rannikkokaupunkien suorasta jätevesikuormituksesta mereen. Loppu tulee erilaisista muista lähteistä, kuten maataloudesta.

Itämeren valuma-alueelle on kertynyt arviolta noin 40 milj. t fosforivarasto (1960 - 2010), mikä on noin 20 kertaa suurempi kuin mereen varastoitunut määrä. Kasvit pystyvät hyödyntämään maahan kertynyttä fosforia ja maan P-pitoisuuden on oltava riittävä kasvien kasvun turvaamiseksi. Valitettavasti osa varastoituneesta fosforista on kuitenkin alttiina huuhtoutumiselle. On arvioitu, että huuhtoutuva määrä on noin 0,015 milj. t/v. eli puolet Itämereen jokien kautta tulevasta kuormituksesta.

Itämereen on päätynyt fosforia eri lähteistä noin 4 milj. t viimeisen vuosisadan aikana. Osa tästä on Itämeren vesipatsaassa, osa pidättynyt pohjasedimenttiin ja osa kulkeutuu Pohjanmereen. Vesipatsaassa ja aktiivisessa sedimenttikerroksessa on noin 2,2 milj. t P. Fosforia liikkuu näiden välillä sisäisenä kuormituksena. Osa fosforista hautautuu syvälle sedimenttiin eikä enää kierrä. Pohjanmereen kulkeutuu noin 0,003 milj. t P vuodessa. Arviot vaihtelevat jonkin verran eri lähteissä.

Siitä, kun fosforia käytetään valuma-alueella, kuluu keskimäärin 30 vuotta ennen kuin se päätyy mereen tai pidättyy tiukasti maahan tai vesistöjen sedimenttikerroksiin. Meressä fosforin pysyy toiset 30 vuotta vedessä ja pintasedimentissä ennen kuin se hautautuu syvälle pohjasedimenttiin tai kulkeutuu Pohjanmerelle. Tämä hidastaa huomattavasti kuormitusta vähentävien vaikutusten näkymistä Itämeren tilassa.  

Kuva 3. Fosforin kierto Itämerellä. Vuosia jatkuneen suuren ravinnekuormituksen seurauksena Itämerelle on syntynyt fosforivarasto (2,2 milj. t), jossa fosfori kiertää ylimmän sedimenttikerroksen ja veden välillä. Fosforin huuhtoutuminen Itämereen (29 000 t/v) ja kulkeutuminen sieltä pois (8 000 t/v) tai hautauminen syvälle sedimenttiin (30 000 t/v) on nykyoloissa pientä suhteessa varastoon. Varasto pienenee nykyisin noin 9 000 t/v. Näin ollen vähentyneen kuormituksen vaikutusten näkyminen Itämeren tilassa vie aikaa. Fosforikuormitus Itämereen on pienentynyt noin neljänneksellä viime vuosikymmenten aikana, mutta kuormituksen on edelleen vähennyttävä. Maahan ja järvien pohjiin on varastoitunut paljon fosforia, josta arviolta noin 17 milj. t voi huuhtoutua Itämereen. (kuva: Robert Kautsky/Azote). Lähde: Gustafsson ym. 2021.

Kuva 4. Itämeren rehevöitymistila v. 1901 - 2012. Jos suhdeluku on 1 tai suurempi, on meri rehevöitynyt. Muutos rehevöityneeseen tilaan tapahtui 1950- ja -60-lukujen taitteessa. Lähde: Andersen ym. 2017.

Itämeren rehevöitymistilaa on mallinnettu 350 vuoden ajalta menneestä tulevaan (v. 1850 - 2200). Tulokset antavat toivoa Itämeren tilan parantumisesta. Jos BSAP:n (Baltic Sea Action Plan) kuormitusvähenemätavoitteet saavutetaan, päästäneen hyvään tilaan useimmilla merialueilla. Jos ravinnekuormitus pysyy v. 1997 - 2003 tasolla tai kasvaa, hyvää tilaa ei saavuteta. Rehevöityminen alkoi voimistua 1960-luvulla. Kuormituksen vähetessä elpyminen on käynnistynyt eri merialueilla 1990-luvun lopussa tai 2000-luvun alussa. Esimerkiksi Suomenlahden ennakoidaan olevan rehevöitymätön v. 2060 - 2070 mennessä, mutta Selkämeren ei oleteta saavuttavan hyvää tilaa ennen v. 2200. Pohjanlahden ei arvioida saavuttavan tässä ajassa tavoitetta.

Kuva 5. Mallinnettu Itämeren rehevöitymiskehitys 9 merialueen keskiarvona. Eri väriset viivat kuvaavat eri kuormitusskenaarioita. Vaaleampi viiva kuvaa vuotuisia arvoja ja tummempi viiva 10 vuoden liukuvaa keskiarvoa. Pisteviiva ER = 1 on hyvän rehevöitymistilan raja. Lähde: Murray ym. 2019.

Työ ei ole ollut turhaa

Tutkimusten mukaan Itämeren tilanne olisi huomattavasti nykyistä huonompi, jos mitään ei olisi tehty ravinnekuormituksen vähentämiseksi. Jos kuormitus olisi jatkunut 1980-luvun tasolla, olisi esim. fosforipitoisuus varsinaisella Itämerellä 40 % korkeampi kuin nykyisin.

Itämeri ja ilmastonmuutos

Ilmastonmuutos vaikuttaa monin tavoin Itämereen, mutta kaikkia vaikutuksia ei vielä tunneta. 

Itämeren keskilämpötilan arvioidaan nousevan noin 2 - 3 astetta 1900-luvun lopusta vuoteen 2100 mennessä. Tämä vaikeuttaa monien eläinlajien selviytymistä. Alkutuotanto meressä lisääntyy, ja merenpohjan orgaaninen aines hajoaa entistä nopeammin. Lämmin vesi varastoi myös happea vähemmän kuin kylmä vesi. Tämä seurauksena rehevöityminen lisääntyy ja meren happitilanne heikkenee. Kun happi loppuu, sedimenttiin sitoutunut fosfori vapautuu takaisin veteen. Tämä voimistaa meren rehevöitymistä.

Sadannan arvioidaan kasvavan erityisesti valuma-alueen pohjoisosissa. Tämä lisää jokien virtaamaa sekä maalta tulevien ravinteiden huuhtoutumisriskiä. Molempien seurauksena myös Itämeren ravinnekuormitusriski kasvaa. Laskentamalleissa on kuitenkin mm. sademäärissä, haihdunnan suuruudessa ja lumitiedoissa suuria epävarmuustekijöitä.

Itämeren merenpinnan nousu on näkyy eniten eteläosissa. Pohjanlahdella nousua kompensoi maankohoaminen, mutta Suomenlahdella keskimääräinen vedenkorkeus nousee.

Talvinen jääpeite vähenee merkittävästi, mutta pohjoisosissa on jäätä jatkossakin. Jääpeitteisen ajan on arvioitu lyhenevän 1 - 2 kuukautta. Jääpeitteen laajus supistunee puoleen nykyisestä. Talviset happikadot voivat vähentyä, kun vesi sekoittuu kovilla tuulilla syvemmälle jäättömällä merellä. Toisaalta meren lämpeneminen lisää happikadon riskiä. Jääpeitteen muutokset vaikuttavat myös meren keväiseen ja kesäiseen ravinnetilanteeseen. 

Itämeren suolapitoisuuteen vaikuttavat maa-aluelta tuleva valunta, sateet, haihdunta ja Tanskan salmien kautta tuleva suolaisen veden virtaus. Lisääntyneen sadannan seurauksena Itämereen tulee enemmän makeaa vettä, mutta toisaalta merenpinnan nousu voi lisätä suolaisen veden sisäänvirtausta. Malleissa on suurta epävarmuutta, mutta arvio on kohti suolaisuuden vähenemistä. Pohjoisella Itämerellä pintaveden suolapitoisuus on nykyisin 5 - 7 ‰ ja sen arvioidaan pienenevän 1 - 2 ‰.

Lopputuloksena on täysin uudenlaiset olosuhteet. Jotkut eliölajit hyötyvät muuttuneista olosuhteista, kun taas toiset voivat jopa kokonaan hävitä. Alueelle voi tulla myös uusia vieraslajeja. Tämä muuttaa ravintoverkkoa ja lajien välistä vuorovaikutusta. Lajit reagoivat ympäristömuutoksiin sekä toisiin lajeihin ja niiden aiheuttamiin muutoksiin.