Mikä rooli Itämeren merenpohjien ekosysteemeillä on hiilen sitomisessa?
Itämeren rannikkovyöhykkeellä kasvaa monipuolisesti vesikasveja ja leviä, jotka sitovat hiiltä itseensä. Hiilinieluja tarvitaan hillitsemään ilmastonmuutosta. Tutkijat selvittivät, miten paljon hiiltä voi sitoutua rannikkojen merenpohjiin.
Johdanto
Kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen on ensiarvoisen tärkeää ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Sen ohella on tärkeää myös kasvattaa hiilinieluja ja suojella ekosysteemejä, jotka ovat sitoneet itseensä paljon hiiltä. Hiilinielut ovat ekosysteemejä, jotka sitovat itseensä enemmän hiiltä kuin päästävät sitä ilmakehään. Suomessa metsien puuston biomassaan ja maaperään sitoutunut hiili on jo pitkään mielletty tärkeäksi ilmastoa sääteleväksi tekijäksi. Puut ja muutkin kasvit sitovat biomassaansa hiiltä yhteyttäessään, ja kun metsän eläimet syövät kasveja, hiili siirtyy puolestaan niiden biomassaan. Hiiltä myös vapautuu hiilidioksidina ilmaan jokaisella ravintoverkon tasolla eliöiden hengityksessä. Jos metsän eliöiden biomassa pysyy samalla tasolla, metsät eivät ole hiilinielu eivätkä sen lähde. Jos metsän biomassa kuitenkin kasvaa, sanotaan metsien olevan hiilinielu, sillä hiilidioksidin pitoisuus ilmakehässä vähenee, kun sitä kertyy kasvavaan biomassaan. Jos metsän biomassa puolestaan vähenee esimerkiksi metsäpalon aikana, metsään aiemmin sitoutunut hiili vapautuu takaisin ilmakehään.
Maanpäälliset ekosysteemit eivät kuitenkaan ole ainoita, joissa tapahtuu yhteyttämistä. Voivatko rannikkoekosysteemitkin sitoa itseensä paljon hiiltä? Itämeren rannikkovyöhykkeellä kasvaa monipuolinen lajisto vesikasveja ja leviä, jotka sitovat hiiltä itseensä yhteyttäessään. Osa niiden biomassan hiilestä siirtyy ylemmille ravintoverkon tasoille, kun esimerkiksi siirat ja katkat syövät vesikasveja. Emme kuitenkaan tiedä, paljonko hiiltä on sitoutunut mataliin rannikkoekosysteemeihin. Tämä olisi tärkeää selvittää, sillä Suomi on sitoutunut saavuttamaan hiilineutraaliuden vuoteen 2035 mennessä.1 Ekosysteemeihin sitoutuneen hiilen määrää kasvattamalla voidaan kompensoida kasvihuonekaasupäästöjä sellaisilta teollisuuden aloilta, joilla päästöjen vähentäminen on hankalaa. Yksi vaihtoehto on kasvattaa Suomen metsien puubiomassaa vähentämällä metsien hakkuita. Rajallisesta maapinta-alasta kilpailee metsien kanssa kuitenkin monta muutakin maankäyttömuotoa, kuten maatalous ja asutus. Siksi halusimmekin tutkimusryhmäni kanssa selvittää, kuinka paljon hiiltä voi sitoutua rannikkoekosysteemeihin. Keskityimme hyvin mataliin, alle yhden metrin syvyisiin merenpohjan ekosysteemeihin, ja selvitimme, kuinka paljon hiiltä on sitoutunut vesikasvien, pohjaeläinten, epifaunan ja kalojen biomassaan.
Miten tutkimus tehtiin?
Saadaksemme selville, kuinka paljon hiiltä on sidottuna merenpohjien eliöiden biomassaan, keräsimme vesikasveja, pohjaeläimiä, epifaunaa ja kaloja kahdeltakymmeneltä matalalta hiekkarannalta Hankoniemen ulkosaaristosta kahden viikon ajan elokuussa 2013. Kahlasimme rantavedessä ja rajasimme näytteenottoalueen pudottamalla pohjalle metallisen kehikon, jonka sisään merenpohjan eliöt jäivät (ks. Kuva 1). Keräsimme vesikasvit ja pohjaeläimet pienemmältä alueelta metallikehikon sisältä painamalla hiekkapohjaan sylinterin, jolla voimme nostaa pienen palan merenpohjaa ylös kasvit ja pohjaeläimet mukanaan. Keräsimme epifaunaa kahdella eri tavalla. Kasveissa kiinni olevat eläimet, kuten kotilot ja siirat, poimittiin talteen kasvinäytteistä. Isommat epifaunalajit, kuten katkat, saatiin talteen käsihaavilla (ks. Kuva 2). Lopulta kävelimme rantaviivaa pitkin nuotan kanssa pyydystääksemme rantavyöhykkeellä elävät kalat. Otimme tutkimuspaikoilta myös sedimenttinäytteitä pienellä näytteenottoputkella.
Punnitsimme laboratoriossa kalojen ja kasvien painot ja mittasimme pohjaeläinten ja epifaunan ruumiinpituudet. Laskimme eliöiden biomassan hiilivarannon käyttämällä muuntokertoimia ruumiinpituuden, biomassan ja biomassan hiilipitoisuuden välillä. Muuntokertoimet perustuvat aiempaan tutkimukseen ja niillä saadaan muutettua suure toiseen yksikköön, kuten esimerkiksi eliön pituus eliön biomassaksi. Käytämme tässä tekstissä sanaa ”hiilibiomassa” kuvaamaan sitä osaa biomassasta, joka on puhdasta hiiltä. Analysoimme sedimenttinäytteistä orgaanisen aineksen pitoisuuden ja raekoon. Laskimme joka näytteestä myös lajimäärät eri lajiryhmille, mikä kuvaa luonnon monimuotoisuutta näytteenottopaikoilla. Käytimme lineaarista regressioanalyysia selvittääksemme, mitkä biologiset ja ympäristötekijät vaikuttivat siihen, kuinka suuri hiilibiomassa kyseisellä näytteenottopaikalla oli.
Mitä tutkimuksessa löydettiin?
Vesikasvien, pohjaeläinten, epifaunan ja kalojen yhteenlaskettu hiilibiomassa vaihteli suuresti näytteenottopaikkojen välillä (0,13–45,95 grammaa hiiltä per neliömetri, keskiarvo 10,29 g hiiltä/m2). Suurin osa hiilibiomassaa olivat kasvit ja pohjaeläimet, joista molemmat sitoivat biomassaansa keskimäärin 5 grammaa hiiltä per neliömetri. Epifaunan ja kalojen hiilibiomassat olivat huomattavasti pienempiä (0,14 ja 0,05 g hiiltä/m2).
Tärkein hiilibiomassaa ulkosaariston näytteenottopaikoilla lisäävä ympäristötekijä oli suojaisuus. Sedimentin raekoko ja orgaanisen aineksen pitoisuus kuvaavat sitä, miten suojainen jokin paikka on. Aallokko saattaa irrottaa vesikasveja pohjasta ja pöllyttää sedimenttiä ja siellä eläviä eläimiä mukanaan. Sen lisäksi suojaisammissa lahdissa sedimentin orgaanisen aineksen pitoisuus oli korkeampi ja raekoko pienempi, koska veden virtaus ei ole kova, ja pienetkin veden kuljettamat sedimenttirakeet saattavat laskeutua merenpohjalle. Hienojakoinen ja runsaasti orgaanista ainesta sisältävä sedimentti on hyvä ja ravinnerikas kasvualusta vesikasveille ja se sisältää runsaasti ruokaa pohjaeläimille, joista moni laji syö sedimentin orgaanista ainesta.
Luonnon monimuotoisuus oli myös tärkeä hiilibiomassaan vaikuttava tekijä. Hiilibiomassa oli joka eliöryhmälle sitä korkeampi, mitä suurempi lajimäärä kyseistä eliöryhmää oli näytteessä. Tämä johtuu siitä, että monimuotoisempi eliölajisto pystyy hyödyntämään tehokkaammin kaikki käytettävissä olevat resurssit ja täyttämään useamman ekolokeron.2
Havaitsimme, että matalien rantojen hiilibiomassa (10,29 g hiiltä/m2) oli hiukan pienempi kuin aiemmassa tutkimuksessa laskettu koko Itämeren keskimääräinen hiilibiomassa 12,6 g hiiltä/m2.3 Tuohon koko Itämeren kattavaan tutkimukseen oli kuitenkin laskettu mukaan myös plankton eli vedessä vapaana ajelehtivat, mikroskooppisen pienet eliöt, joita tässä tutkimuksessa ei ollut otettu huomioon. Joissain Itämeren ekosysteemeissä hiilibiomassa voi kuitenkin olla paljon suurempi. Esimerkiksi vedenalaisilla niityillä, joilla kasvaa meriajokas-kasveja, pelkästään meriajokkaan hiilibiomassa voi olla keskimäärin 29,8 grammaa hiiltä/m2.4 Itämeren ekosysteemien hiilibiomassa on myös trooppisiin merialueisiin verrattuna pieni, mikä johtuu muun muassa kylmemmästä ilmastosta ja lyhyemmistä kasvukausista. Esimerkiksi Kaakkois-Aasiassa meriajokasniityt voivat sitoa biomassaansa hiiltä 323 g/m2.5
Entä miten rannikkoekosysteemien hiilibiomassa vertautuu Suomen metsien hiilibiomassaan? Suomen metsien hiilivarantoihin verrattuna rannikkoekosysteemien hiilibiomassa on varsin pieni, sillä esimerkiksi vanhan metsän hiilibiomassa voi olla 36 000 g hiiltä/m2,6 eli yli tuhat kertaa korkeampi kuin tässä tutkimuksessa mitattu rannikkoekosysteemien hiilivaranto. Metsien biomassa on kuitenkin Suomessa kääntynyt laskuun muun muassa lisääntyneiden hakkuiden vuoksi,7 joten rannikkoekosysteemit voivat tarjota tärkeän lisän ilmastonmuutoksen hillitsemisen työkalupakkiin.
Hiilen varastoinnissa rannikkoekosysteemeillä on lisäksi yksi etu metsiin verrattuna. Kun vesieliöt kuolevat, sedimentissä elävät mikrobit hajottavat niiden ruumiit ja vapauttavat ravinteita takaisin kiertoon. Nämä mikrobit tarvitsevat happea voidakseen hajottaa orgaanista ainesta nopeasti, mutta sedimentti varsinkin syvemmillä merenpohjilla voi usein olla vähähappinen. Tämän vuoksi hajotustoiminta merissä onkin moniin maaekosysteemeihin verrattuna hidasta, ja osa kuolleesta orgaanisesta aineksesta ehtii hautautua syvälle sedimenttiin ja piilottaa sisältämänsä hiilen vuosituhansiksi sedimenttiin. Sedimentin hiilimassa, joka sisältää sekä jo kuolleen orgaanisen aineksen hiiltä että sedimentissä elävien mikrobien biomassan, on usein hiilibiomassaan verrattuna suuri. Esimerkiksi Itämeressä sedimentin pintakerrokseen (päällimmäiseen 10 cm:iin) on sitoutunut keskimäärin 830 g hiiltä/m2.8 Tämä on toinen mekanismi hiilibiomassan kasvamisen lisäksi, joka tekee ekosysteemeistä tehokkaita hiilinieluja.
Lopuksi
Vaikka matalien rannikkoekosysteemien hiilivarannot ovat metsiin verrattuina pieniä, parhaiten hiiltä sitovia rannikkoekosysteemejä suojelemalla tai ennallistamalla voimme auttaa hiukan ilmastonmuutoksen hillinnässä. Samalla voimme suojella myös muita rannikkoekosysteemien tarjoamia ekosysteemipalveluita ja luonnon monimuotoisuutta. Tarvitaan kuitenkin lisää tutkimusta siitä, millä keinoilla voimme suojella merenpohjan ekosysteemejä niin, että hiilibiomassa kasvaisi, luonnon monimuotoisuus säilyisi, emmekä samalla haittaisi merestä hyötyviä elinkeinoja.
On myös tärkeää huomata, että mittasimme eliöiden hiilibiomassan vain yhden kerran. Jotta tietäisimme, kasvaako rannikkoekosysteemien hiilibiomassa vai ei, pitäisi hiilibiomassaa seurata pitkän ajan. Keskityimme tässä tutkimuksessa vain eliöiden hiilibiomassaan, emmekä mitanneet sitä, kuinka suuri osa hiilibiomassasta hautautuu sedimenttiin. Siksi emme voi tämän tutkimuksen perusteella sanoa, toimivatko matalat merenpohjat hiilinieluina.