Uusi menetelmä suon pohjavesiriippuvuuden selvittämiseen

Uutta isotooppimenetelmää on testattu käytännössä suoalueella ja tulos yllätti tutkijat: ”Pohjaveden määrä suolla vaihteli 0 ja 100 prosentin välillä. Tämä on ensimmäinen kerta, kun suon pohjavesiriippuvuus on laskettu suon eri osissa. Pystyimme osoittamaan, että suon eri osien hydrologinen yhteys pohjaveteen vaihteli suuresti. Pohjavedestä riippuvia alueita löytyi sekä läheltä pohjavesimuodostumaa että myös kauempaa pohjavesialueen rajan ulkopuolelta”, kertoo DI Elina Isokangas tutkimusryhmästä.

Suomessa on parhaillaan menossa pohjavesialueiden luokittelun tarkastaminen, jossa niiden merkittävät pohjavesiekosysteemit otetaan huomioon uudessa E-luokassa. Nyt kehitettyä uutta menetelmää voidaan käyttää suoalueiden luokittelussa. ”Menetelmällä jopa yksi näytteenottokierros sateettomana kesäaikana voi antaa kattavan kuvan pohjaveden roolista suolla”, jatkaa Isokangas.

Suomessa on yli 6000 luokiteltua pohjavesialuetta. Ne ovat tärkeitä yhdyskuntien vesihuollossa tuottaen yli puolet juomavedestämme. Samalla pohjavedenotto kuitenkin uhkaa arvokkaita lähteitä ja soita.

Laki vesienhoidon ja merenhoidon järjestämisestä velvoittaa luokittelemaan ja suojelemaan ekosysteemejä, jotka ovat suoraan riippuvaisia pohjavedestä. Suojelun ongelmana on ollut, miten hydrologista yhteyttä pohjavesimuodostuman ja suon välillä voidaan havaita tarpeeksi kattavasti ja silti kustannustehokkaasti. Nyt kehitettyä uutta menetelmää voidaan käyttää suoekosysteemien pohjavesiyhteyden määrittämiseen.

Stabiilit isotoopit ovat luonnollisia merkkiaineita

”Vesi sisältää luonnollisesti aina ”raskaita”, ei-radioaktiivisia eli stabiileja isotooppeja, jotka merkkaavat vesimolekyylin reittiä hydrologisessa kierrossa. Käytämme tutkimuksissamme happi-18 ja vety-2 -isotooppeja. Niiden osuus veden sisältämistä tavanomaisista isotoopeista on kuitenkin todella pieni ja analysointiin tarvitaan tarkat mittalaitteet. Onneksi uusimmat mittausmenetelmät ovat laskeneet analyysihintoja ja tämän vuoksi isotooppien käyttö hydrologisissa tutkimuksissa on lisääntynyt”, kertoo Isokangas.

Hän kuvaa perusperiaatteen isotooppien käytöstä: ”Ajattele, että sinulla on edessäsi lasi vettä. Vesimolekyyli koostuu kahdesta vety- ja yhdestä happiatomista. Osa näistä happi- ja vetyatomeista voi olla ns. raskaita. Kun vesi alkaa haihtua, kevyemmät vesimolekyylit pääsevät irtaantumaan helpommin kuin raskaat. Tällöin lasiin jää suhteessa enemmän raskaita molekyylejä. Kun määritämme veden isotooppikoostumuksen, voimme yhtälöiden ja mallien avulla laskea, kuinka paljon lasissa olevasta vedestä on haihtunut. Päinvastainen ilmiö tapahtuu veden tiivistyessä sateeksi. Nämä ilmiöt muokkaavat ympäristömme veden isotooppikoostumusta siten, että voimme usein erottaa pohjaveden pintavedestä.”

Menetelmän innovatiivisuus perustuu siihen, että sillä pystytään laskemaan, mikä veden isotooppikoostumus suon pinnassa olisi ennen kesäisten päivien haihtumista. Kun tämä on selvitetty, voidaan laskea pohjaveden osuus suon pintavedessä olettaen, että vesi on joko pohja- tai sadevettä.

Aikaisemmin arvio pohjavesiriippuvuudesta on tehty lähinnä kasvillisuusanalyysiin pohjautuen. Kasvillisuus reagoi kuitenkin hitaasti muuttuvaan hydrologiseen tilanteeseen, jolloin esimerkiksi pohjavedenoton vaikutuksia ei pystytä huomaamaan nopeasti.

Tutkimus kuuluu laajempaan väitöskirjatutkimukseen, jossa Elina Isokangas pyrkii kehittämään menetelmiä myös muiden ekosysteemien, kuten järvien ja purojen, pohjavesiriippuvuuden määrittämiseen.

Soiden isotooppitutkimus ”Quantifying spatial groundwater dependence in peatlands through a distributed isotope mass balance approach” on julkaistu hydrologian alan korkeatasoisimmassa vertaisarvioidussa Water Resources Research -lehdessä. Tutkimusryhmään kuuluvat Elina Isokankaan lisäksi professori Bjørn Kløve, tutkijatohtorit Pekka Rossi, Anna-Kaisa Ronkanen ja Hannu Marttila sekä puolalainen isotooppihydrologian asiantuntija, professori Kazimierz Rozanski.