Mittausten inffoa

Mikä on plankton?

Plankton on veden keijustoa eli planktoneliöt keijuvat vedessä. Plankton ei aktiivisesti ui eikä toisaalta kellu veden pinnalla vaan keijuu vapaasti veden virtausten kuljettamana.

Plankton voidaan jakaa kasvi- ja eläinplanktoniin. Kasviplankton kykenee itse tuottamaan oman energiansa yhteyttämällä vettä ja hiilidioksidia auringon valon avulla sokeriksi. Yhteyttäviä eliöitä kutsutaan omavaraisiksi eli autotrofeiksi. Kasviplanktoniin kuuluvat mm. syanobakteerit (sinilevät), viherlevät, piilevät, panssarilevät ja nielulevät.

Kasviplanktonilla on suuri merkitys osana ravintoketjuja ja ravintoverkkoja; vesiekosysteemeissä ne ovatkin merkittävimpiä tuottajia. Tuottaessaan sokereita kasviplankton sitoo ilmakehästä hiilidioksidia ja vapauttavat happea. Kasviplanktonilla on täten suuri vaikutus myös veden happipitoisuuteen.

Kasviplanktonia on veden kaikissa syvyyksissä, mutta yhteyttäminen onnistuu vain aivan veden pintaosissa, jossa auringon valoa on saatavilla. Kasviplankton toimii vedenlaadun bioindikaattorina, sillä lajistossa tapahtuvat muutokset kertovat veden laadun muutoksista. Levien runsaus riippuu myös sääolosuhteista. Tyynellä ja lämpimällä säällä, ravinteikkaissa vesissä niiden määrä voi runsastua nopeasti. Rehevöityvässä vedessä kasvaa ensin piilevien ja myöhemmin syanobakteerien määrä. Syanobakteerit tuottavat eliöille myrkyllisiä yhdisteitä ja niiden massaesiintymät ovat erityisen ongelmallisia.

Järviveden happipitoisuus

Vesistön happipitoisuus kertoo vesistön hydrologisesta ja ekologisesta tilasta. Veden happipitoisuus vaikuttaa merkittävästi myös veden kemialliseen tilaan. Happipitoisuudella tarkoitetaan yleensä kaasumaisen hapen liuennutta määrää litrassa vettä. Veteen liukenee happea pääasiassa ilmasta. Liukenemisessa ilman happimolekyylit tunkeutuvat veden pinnan vesimolekyylien väliin ja liikkuvat vesimolekyylien lämpöliikkeen kuljettamina kaikkialle veteen. Tämän vuoksi happea esiintyy enemmän pinnan läheisyydessä. Ilmasta liukenevan hapen ohella myös kasviplankton ja vesikasvit tuottavat happea veteen yhteyttämällä. Veden happipitoisuudella on siten myös yhteys vesistön tuottajien elinvoimaisuuteen.{\displaystyle {\frac {p}{p_{t}}}\cdot 100\%.}

Veteen liuennutta happea myös haihtuu siitä pois. Mitä enemmän vedessä on liuenneena happea, sitä nopeammin sitä myös poistuu ilmaan. Liuos on kylläinen jos veteen liukenee koko ajan yhtä paljon happea kuin siitä poistuu. Kylläisen hapen määrä vedessä on suhteessa ilmankosteuteen, ilmanpaineeseen ja lämpötilaan; lämpimään veteen liukenee vähemmän happea kuin kylmään veteen. Hapen määrä siis kasvaa veden viiletessä ja vastaavasti eliöiden metabolia kiihtyy ja hapentarve kasvaa lämpötilan noustessa. Aktiivinen fotosynteesi lisää hapen määrää vedessä ja hajotustoiminnan seurauksena hapen määrä vähenee. Hapen määrä vedessä ilmaistaankin usein O₂ -saturaationa (% tietyn lämpötilan teoreettisesta arvosta). Yöllä pimeään aikaan happisaturaatio laskee (yhteyttäminen lakkaa – huomio kesän valoisat yöt).

Happi voi esiintyä vesistössä myös ylikylläisenä. Kasviplankton ja vesikasvit yhteyttävät kesällä voimakkaammin kuin muulloin ja tuottavat veteen happea. Kun tuotanto on vilkasta, kasvaa hapen määrä vedessä kylläiseen rajaan asti, vaikka soluhengitys ja kemialliset reaktiot samalla kuluttavat sitä. Yöllä järven veden happipitoisuus jää lähelle maksimiarvoaan, mutta aamupäivällä aurinko lämmittää veden pari kolme astetta lämpöisemmäksi. Silloin kylläisyysraja laskee lämpötilan takia, mutta happipitoisuus säilyy edelleen samana. Ylikylläisessä liuoksessa happi poistuu vedestä hitaasti diffuusion avulla. Tällöin kylläisyysaste ylittää 100 %.

Happikato ja veden (lämpötila)kerrostuneisuus

Jos kuollutta orgaanista ainesta on paljon (rehevät järvet) ja hajotustoiminta on vilkasta, happea kuluu paljon. Happi voi jopa loppua kokonaan (happikato), jolloin aerobiset eli happea tarvitsevat hajottajat kuolevat ja anaerobiset hajottajat (mädättäjät) yleistyvät. Mädätysprosessin seurauksena pohjalle voi kertyä myrkyllistä rikkivetyä. Pohjan hapettomuuden seurauksena pohjalietteeseen sitoutunutta fosforia alkaa liueta veteen. Fosfori toimii lannoitteen tavoin, eli vesistö lannoittaa itseään. Ilmiötä kutsutaan sisäiseksi kuormitukseksi. Myös monet alkuaineet tai yhdisteet reagoivat spontaanisti hapen kanssa. Tätä palamista tapahtuu myös hapen ollessa liukoisessa tilassa. Monissa suomalaisissa suojärvissä humus (orgaaninen maa-aines) on merkittävä hapen kuluttaja.

Talvella veden pinnalle levittäytyvä jää estää hapen liukenemisen veteen. Silloin on veteen jäättömänä aikana liuennut happi riitettävä eliöille talven yli. Talviaikainen hapettomuus on ongelma yleensä matalien, vaihtuvuudeltaan vähäisten ja rehevien vesistöjen kohdalla.

Järvissä esiintyy lämpötilakerrostumista vuodenaikojen mukaan. Talvella, tihein 4 °C vesi painuu pohjalle.  Jään alla vesi on 1- 0 °C. Kesällä, lämpötilakerrostuminen syntyy pohjan 4 °C ja pinnan 20 °C väliin, välissä on harppauskerros. Eri lämpötilassa olevat vesikerrokset eivät sekoitu, jos tuulet eivät puhalla riittävän voimakkaasti. Talvella taas jääpeite estää sekoittumisen. Kerrokset sekoittuvat täyskierrossa keväisin ja syksyisin, jolloin koko vesipatsas on 4 °C. Täyskierron aikana hapekasta päällysvettä pääsee pohjalle, ja samalla pohjalta kumpuaa ravinteita pintaveteen. Jos kerrostumavaihe kestää pitkään, voi järven alusveteen aiheutua hapettomuutta.

Vesieliöiden fotosynteesi

Kasvit, yksi- ja monisoluiset levät sekä tietyt prokaryootit eli esitumaiset (syanobakteerit, purppurabakteerit ja vihreät rikkibakteerit) ovat fotoautorofeja eli yhteyttämiseen kykeneviä eliöitä.  Nämä eliöt käyttävät valoenergiaa orgaanisten yhdisteiden tuottamiseen. Auringon valoenergian lisäksi fotosynteesissä tarvitaan hiilidioksidia ja vettä. Reaktiossa vapautuu happea ja muodostuu glukoosia. Happi vapautetaan veteen tai ilmaan ja glukoosi käytetään kasvuun ja lisääntymiseen.  Fotosynteesiin tarvittava vesi otetaan maasta juurilla tai vesikasvien kohdalla yleensä suoraan vedestä. Fotosynteesiin tarvittava hiilidioksidi otetaan joko ilmasta tai vedestä. Levät ja uposkasvit sekä irtokellujat ottavat hiilidioksidin vedestä. Ilmaversoiset kasvit ja kelluslehtiset kasvit ottavat hiilidioksidia ilmasta.

Koska auringon valo on tuottajille välttämätöntä ja valon määrä on suurimmillaan aivan veden pintakerroksessa, on levien ja kasvien määrä siinä suurin. Osa kelluslehtisten ja ilmaversoisten kasvien tuottamasta hapesta, vapautuu ilmaan, osa veteen. Pysyvästi veden alla olevat uposkasvit, irtokellujat ja kasviplankton tuottavat veteen liuennutta happea, joka hyödyttää koko eliöyhteisöä. Hiilidioksidin määrä on vedessä rajallinen ja jos yhteyttäminen on hyvin voimallista voi hiilidioksidista tulla rajoittava tekijä, erityisesti niiden eliöiden kohdalla, jotka ottavat sen suoraan vedestä.

Fotosynteesi tapahtuu viherhiukkasissa (prokaryooteilla tylakoidikalvostoissa). Viherhiukkanen on kaksoiskalvon ympäröimä soluelin, jonka sisällä on litteitä, kiekkomaisia kalvorakkulapusseja, tylakoideja. Fotosynteesi tapahtuu näiden kalvostojen pinnalla, jossa on erilaisia pigmenttejä, kuten klorofylli-pigmenttejä, jotka kykenevät absorboimaan auringon valoa eli ottamaan vastaan valon fotonien sisältämän energian. Eri pigmentit absorboivat valon eri aallonpituuksia. Pigmentit siirtävät vastaanottamansa energian reaktiokeskuksille.

Saamansa säteilyenergian avulla yhteyttämiskalvostolla sijaitseva reaktiokeskus hajottaa veden hapeksi ja vetyioneiksi eli protoneiksi. Samalla syntyy pelkistyneitä elektroninsiirtäjiä. Syntyneet vetyionit ja pelkistyneet elektroninsiirtäjät käytetään hiilen sitomisreaktioissa, ja happi vapautuu joko veteen tai ilmaan. Tämä edellä kuvattu reaktio, on siis fotosynteesin valoreaktio, joka nimensä mukaisesti vaatii valoa.

Valoreaktiota seuraa hiilen sitomisreaktio, pimeäreaktio, joka ei vaadi valoa.  Hiilen sitomisreaktiot tarvitsevat kuitenkin toimiakseen valoreaktioiden tuotteita, joten nimestään huolimatta ne tapahtuvat valossa kuten valoreaktiotkin. Nämä hiilen sitomisreaktiot tapahtuvat viherhiukkasen sisällä, mutta yhteyttämiskalvostojen ulkopuolella.

Sitomisreaktioissa ilmakehän hiilidioksidi pelkistetään elektroninsiirtäjien ja ATP:n (adenosiinitrifostfaatti) avulla glukoosiksi. Yhden glukoosimolekyylin rakentamiseksi fotosynteesissä sidotaan kuusi hiilidioksidimolekyyliä ja käytetään pelkistyneitä elektroninsiirtäjiä ja 18 ATP-molekyyliä. Sivutuotteena syntyy kuusi vesimolekyyliä. Hiilen sitominen orgaanisiksi yhdisteiksi kuluttaa paljon energiaa.

Fotosynteesin reaktiokaava hieman yksinkertaistettuna on:

Valoreaktiot: 12 H₂O ➞ 6 O₂ + 24H⁺ + 24 e^– (Elektronit siirtyvät elektroninsiirtäjämolekyylille. Happi vapautuu ilmaan tai veteen.).

Hiilen sitomisreaktiot: 6 CO₂ + 24 H⁺ + 24 e^– ➞ C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O

Kokonaisreaktio yksinkertaistettuna: 6 CO₂ + 6 H₂O ➞ C₆H₁₂O₆ + 6 O₂.

Fotosynteesin tehokkuuteen vaikuttavat monet tekijät. Valon määrä vaikuttaa eliöiden yhteyttämistehokkuuteen, ja täten voimakkaassa valossa fotosynteesi on tehokkaampaan kuin hämärässä.
Myös valon aallonpituus, valon väri, vaikuttaa fotosynteesin tehokkuuteen. Yhteyttäminen on tehokkainta punaisen ja sinisen spektrin alueella sillä klorofylli-pigmentti absorboi punaista ja sinistä valoa ja heijastaa vihreän valon pois. Apupigmenttinä toimivat esimerkiksi karotenoidit, jotka absorboivat valon sinisiä aallonpituuksia. Elinympäristön korkea hiilidioksidin määrä edesauttaa kasvin yhteyttämistä. Myös veden saatavuus vaikuttaa yhteyttämiseen, sillä vesi on fotosynteesin lähtöaine. Vedessä elävillä fotoautotrofeilla ei tosi ole yleensä pulaa vedestä.

pH

Happamuus ilmaisee osaltaan luonnonvesistön kemiallista tilaa ja vaikuttaa vesieliöiden elinoloihin. Vesistön tila voi olla hapan, neutraali tai emäksinen ja tätä tilaa kuvataan pH-arvolla. Veden normaali happamuustaso on neutraalia esittävä pH-arvo 7. Vesien eliöstö on sopeutunut elämään pH-arvovälillä 6–8. Suomalaiset järvet ovat yleensä lievästi happamia pH:n ollessa 6,5–6,8.  Kallioperästä ja maaperästä liukenee veteen erilaisia emäksiä ja happoja, joiden keskinäiset happo-emäs-reaktiot tuottavat vesistön luontaisen pH-arvon. Luonnonveden happamuuden aiheuttavat erilaiset luonnossa esiintyvät hapot, yleensä humushapot. Ihmisen toimista vesistöihin päätyy jätevesipäästöjä sekä kulkeutuu kuiva- ja märkälaskeumana happamoittavia aineita. Päästöissä on mukana sekä happoja että emäksiä, mutta yleensä vaikutukset ovat luonnossa pääsääntöisesti happamoittavia.

Vesistöillä on luontainen puskurointikyky happamoitumista vastaan, mutta ympäristön kyky vastustaa hapanta voi alentua, jos happamoittava kuorma on merkittävä. Tällöin vesistö happamoituu pysyvästi. Vesistön happamoituminen vaikuttaa vesistön eliöyhteisöön: kasvi- ja eläinplanktonin määrä hupenee ja kalkkikuoriset eliöt, kuten simpukat, kotilot ja ravut, voivat kadota kokonaan, sillä hapan liuottaa kalkkia. Kalojen lisääntyminen voi epäonnistua, sillä hapan vahingoittaa mätiä ja kalan poikasia (erityisesti kevätkutuiset kalat kärsivät, sillä vesi on happaminta talven jälkeen) ja näin kalakanta harvenee. Myös vesikasvillisuus kärsii vesistön happamoitumisesta.