Veesamba mikroprügi pilootseire Eesti merealal 2016 Aruanne Leping nr. 4-2/16/32 Projekti algus 30.03.2016 Projekti lõpp 31.03.2017 Koostanud: Kati Lind Inga Lips Tallinn 2017
SISUKORD SISSEJUHATUS... 3 MIKROPRÜGI ISELOOMUSTUS, ALLIKAD JA MÕJU MEREKESKKONNAS... 4 METOODIKA JA SEIREALAD... 6 Tallinna laht... 8 Soome lahe keskosa... 10 Narva laht... 12 Liivi laht... 17 HINNANG EESTI MEREALA KESKKONNASEISUNDILE... 19 SOOVITUSED... 20 Proovide kogumine... 20 Proovide analüüs... 21 EESTI MEREALA MEREPINNA MIKROPRÜGI SEIREKAVA ETTEPANEK... 21 KASUTATUD KIRJANDUS... 23 2
SISSEJUHATUS Euroopa Liidu merestrateegia raamdirektiivi (2008/56/EÜ, MSRD) kohaselt kohustuvad EL liikmesriigid ette võtma vajalikke meetmeid mereala hea keskkonnaseisundi saavutamiseks aastaks 2020. Sellest lähtuvalt on liikmesriigid kohustatud välja töötama merestrateegia, mis hõlmab teiste seas seireprogrammide väljatöötamist ja rakendamist (MSRD artikkel 11). Programmidega on seotud keskkonnaalased sihid, hea keskkonnaseisundi kriteeriumid ja indikaatorid. Käesoleva töö tulemiks on esimesed andmeread, mis võimaldavad hinnata hea keskkonnaseisundi tunnuse nr 10, so mereprügi, keskkonnaalase sihi mereprügi kogused on minimaalsed saavutamise suunas liikumist ja seotud indikaatorite (veesambas oleva mereprügi koguste trend ja mikroplastiku kogused veesambas) väljatöötamist. Pilootseire läbiviimine on kooskõlas ka Eesti HELCOM eesistumise perioodi prioriteediga: 10 aasta pärast on Läänemeres oluliselt vähem mereprügi võrreldes tänasega. Teadmata mereprügi hetkeseisu ei ole 10 aasta pärast võimalik hinnata, kas seatud eesmärkideni on ka jõutud. 2016. aasta mikroprügi pilootseire lähteülesanneteks oli esialgse informatsiooni saamine mikroprügi koguste, iseloomu ja leviku kohta mere pinnakihis. Saadud informatsioon on aluseks 2018. aasta merestrateegia raamdirektiivi kohase aruandluse koostamisel mere pinnakihis oleva mikroprügi (< 5mm) koguste ja leviku hinnangute andmisel. Samuti kasutatakse pilootseire andmeid tuleviku seirekava koostamiseks (seire sagedus, rotatsioon, piirkonnad). Pilootseire raames seirati mikroprügi koguseid ja levikut erinevates piirkondades ja erinevatel aastaaegadel Eesti merealal. Mikroprügi proove koguti Manta võrguga (võrgusilma suurus 333 µm) mere pinnakihist Sillamäe ja Tallinna veepuhastusjaama väljalaskude piirkondadest ja sama mereala avamere piirkondadest, Soome lahe keskosast ja Liivi lahe keskosast ning Läänemere avaosast. Kogutud veeproovid sõeluti erinevateks fraktsioonideks ja analüüsiti mikroskoopiliselt. Lisaks mikroprügi proovide kogumisele ja analüüsile on töövõtja osalenud ka JPI projekti Ocean Defining the baselines and standards for microplastics analyses in European waters (BASEMAN) töös. Käesolevaks hetkeks ei ole nimetatud projekti raames veel jõutud mere veesamba mikroprügi analüüsimiseks parima metoodika väljatöötamiseni ja mikroprügi analüüsimise rahvusvaheliste võrdluskatseteni. jätkab projektis assotsieerunud partnerina ja osaleb võrdluskatsetes, kui need välja kuulutatakse. 3
MIKROPRÜGI ISELOOMUSTUS, ALLIKAD JA MÕJU MEREKESKKONNAS Mikroprügiks loetakse alla 5 mm diameetriga tehislikke mikroskoopilisi materjaliosakesi, mis on sageli palja silmaga nähtamatud. See omakorda jaguneb suuremaks mikroprügiks (1-5 mm) ja väiksemaks mikroprügiks (<1 mm). Sellised osakesed võivad olla plast, kumm, töödeldud puitmaterjal, klaas, metall või sünteetiline tekstiil. Mikroprügi tekib füüsikaliste (lainetus, UV kiirgus) või keemiliste mõjutuste, bioloogilise fragmentatsiooni, aga ka otsese eraldumise teel suurema prahi lagunemisel. Merekeskkonda satub mikroprügi mitmel viisil sanitaar- ja heitvetest, tööstusest, kalandusest, turismist, laevandusest ja otsese merre heitmise või suurema prahi lagunemise teel. Hinnanguliselt moodustab plast 60-80% merre sattunud prügist. Plast jaguneb omakorda esmaseks ja teiseseks mikroplastiks. Esmaseks mikroplastiks loetakse valmistoodetes sisalduvaid töödeldud mikroskoopilisi plastosakesi. Näiteks mikropelletid, mida kasutatakse koorivates hügieenitoodetes või laeva kere ja vrakkide puhastamisel. Teiseseks mikroplastiks loetakse merekeskkonda sattunud suurema plastprügi mehaanilise lagunemise või fotodegradatsiooni käigus tekkivaid osakesi. Samuti riiete pesemisel eraldunud sünteetilisi kiudusid ning kummi osakesi, mis on tekkinud rehvide normaalse kulumise toimel (Essel jt, 2015; HELCOM RAP ML, 2015 36/1). Merre sattunud prügi lagunemine sõltub palju keskkonnatingimustest valguse ja hapniku olemasolust, veetemperatuurist ja mikroorganismidest. Lagunemisajad võivad ulatuda kuudest tuhandete aastateni. Hinnanguliselt ei lagune klaas mitte kunagi. Suurimaks probleemiks on erinevad plastid, mis moodustavad peamise osa inimtekkelisest prügist. Plast on ülekaalus seetõttu, et see on odav ja vastupidav muljumisele ning vormimisele ja seega on seda võimalik korduvalt ümber töödelda. Plastide kasutamine mitmesugustes toodetes pikendab oluliselt nende lagunemisaega (Andrary, 2011; Barnes jt, 2009; Dřίmal jt, 2006; Lavender Law jt, 2010). Mõningad plastid on juba eelnevalt töödeldud lagunema väiksemateks osadeks, tekitades mikroplasti. Lõpptulemus aga ei pruugi olla täielikult biolagunev, mistõttu hakkab mikroplast akumuleeruma veesambasse, rannikualadele ja setetesse. Mõningad tooted sisaldavad juba algselt mikroplasti ning sattudes kanalisatsiooni, liiguvad need osakesed otse merre kuna reoveepuhastusjaamade filtrid ei pruugi alati sellises suuruses plastosakesi kinni püüda (Talvitie jt, 2015, 2016). Mikroprügi kahjulikkus merekeskkonnale väljendub mitmel viisil. Olles samas suurusjärgus paljude mereorganismidega võib mikroprügi olla toiduobjektiks filtreerijatele, detrivooridele ja settetoidulistele organismidele, aga ka vähilaadsetele, kaladele, veelindudele ning imetajatele. Mikroprügist toitumine võib põhjustada lämbumist, nälgimist, füüsilisi vigastusi ja erinevate organite ummistusi ning samuti on mikroprügi üheks toksiliste ainete transpordivektoriks (Cole jt, 2011; Rochman jt, 20153). Mikroprügi võib sisaldada ja absorbeerida ohtlikke aineid nt raskemetalle (Zn, Cu, Hg ja Ni) ning püsivaid orgaanilisi saasteaineid (pestitsiidid DDT, PCB). Plastid on juba eelnevalt töödeldud mitmesuguste toksiliste ainetega monomeerid ja oligomeerid, bifenool-a, ftalaadid, tuletõkkelised ja antimikroobsed ained (Teuten jt, 2007; Thomas jt, 2014). Selliseid aineid looduslikult merekeskkonnas ei leidu ning plast on suure 4
tõenäosusega nende ühendite vektoriks toiduahelas. Ftalaate ja tuletõkkelisi aineid on leitud kaladest, molluskitest ja mereimetajatest. Ookeaniveest on leitud bifenool-a ja stüreeni. Bifenool-A kasutatakse plastpudelites ja alumiiniumpurkides ning see mõjutab organismide viljakust ja reproduktsiooni. Stüreen on kantserogeenne polüstüreeni kõrvalprodukt, mis eraldub polüstüreeni lagunemisel 30 C vees. Mõne nädalaga on sellised saasteained plastide pinnal ja ümbritsevas merekeskkonnas mitmekordselt kontsentreeritumad. Isegi kui plastid ei sisaldanud enne keskkonda jõudmist mürgiseid saasteaineid, siis reostunud keskkonda sattudes, toimivad need nagu käsnad ning imavad keskkonnas sisalduvad saasteained endasse. Saastunud mikroprügist toitudes transporditakse sellised toksilised ained kõrgematele troofilistele tasemetele jõudes lõppkokkuvõttes ka inimorganismi. 5
METOODIKA JA SEIREALAD Mikroprügi pilootseire raames koguti 2016. aasta mikroprügi proove riikliku avamere seirereiside ajal kevadel aprillis, suve alguses mai lõpp-juuni algus, suve lõpus augustis ja sügisel oktoobri teises pooles. Proovivõtu piirkondade valikul lähtuti projekti lähteülesandes toodud potentsiaalsetest mikroprügi allikatest ning neid ümbritsevatest avavee piirkondadest hindamaks võimalusel ka mikroplasti levikut potentsiaalsest saasteallikast. Mikroprügi proovid koguti mere pinnakihist Sillamäe ja Tallinna reoveepuhastusjaamade väljalaskude piirkondadest ja sama mereala avaosa piirkondadest, Soome lahe keskosast ja Liivi lahe keskosast, Narva jõe suudmealalt ja Narva lahe avaosast (tabel 1). Kokku oli lähteülesandes toodud 7 seirepiirkonda Paljassaare reoveepuhasti väljalask, 2, 14, N12, N8, Sillamäe reoveepuhasti väljalask ja G1 (joonis 1). Lisaks lepingus toodud merealadele koguti võrdlevalt proove ka Läänemere avaosa jaama 85 piirkonnast. Tabel 1. Mikroprügi pilootseire käigus teostatud Manta võrgu vedamiste piirkonnad 2016. aastal. Proove koguti peale reoveepuhastusjaamade väljalaskude erinevate mereseire jaamade piirkondadest. Nr. Transekti nimi 1 Paljassaare 2 2 3 14 4 N12 5 N8 6 Sillamäe 7 85 8 G1 Algus koordinaadid 59.501111 N 24.645278 E 59.538611 N 24.685833 E 59.833056 N 25.619167 E 59.583056 N 27.452778 E 59.475278 N 27.993889 E 59.410833 N 27.762778 E 58.4575 N 20.913611 E 57.676111 N 23.559167 E Lõpp koordinaadid 59.496667 N 24.656667 E 59.545556 N 24.682222 E 59.829444 N 25.606389 E 59.582778 N 27.466389 E 59.4750 N 28.008333 E 59.406389 N 27.773889 E 58.4500 N 20.9075 E 57.672778 N 23.573333 E Piirkond Paljassaare reoveepuhastusjaam Tallinna laht Soome lahe keskosa Narva lahe avaosa Narva jõe suue Sillamäe reoveepuhastusjaam Läänemere avaosa Liivi lahe keskosa Mikroprügi proovid koguti mere pinnakihist Manta võrguga (võrgusilma suurus 333 µm). Võrku veeti uurimuslaeva SALME kõrval 15 minutit ~5 m kaugusel, kiirusega 1,5-2,2 sõlme. Pärast vedamist tõsteti võrk laevale ning võrku jäänud materjal loputati väiksemasse otsavõrku. Otsavõrk eemaldati ning võrgu sisse jäänud materjal loputati kraaniveega plekkämbritesse. Ämbri sisu valati läbi kolme metallsõela (5 mm, 1 mm, 300 µm), mis olid asetatud üksteise peale. 5 mm sõela pealne materjal loputati hoolikalt deioniseeritud (DI) veega üle, silmaga nähtavad prügiosakesed korjati välja ja orgaanika visati minema. 1 mm ja 300 µm sõela peale jäänud materjal loputati hoolikalt DI veega klaaspurkidesse. Proovid fikseeriti 37 % formaliiniga ja säilitati pimedas toatemperatuuril. 6
Laboris filtreeriti proovid klaasfiiberfiltritele (Whatman GF/A) ning kuivatati ahjus 60 C juures 15 minutit. Suurema orgaanika sisaldusega proovidele lisati eelnevalt vesinikperoksiidi (34,5-36,5 %) ning proove hoiti vesinikperoksiidi lahuses toatemperatuuril vähemalt 7 päeva. Seejärel filtreeriti proovid klaasfiiberfiltritele ning kuivatati ahjus 60 C juures 15 minutit. Kuivatatud filtrite peale jäänud osakesed analüüsiti stereomikroskoobi all. Kõik prügi osakesed loendati, vajadusel pildistati, testiti sulamist kuuma nõela abil ning korjati välja 1,5 ml tuubidesse (võimalikuks edaspidiseks koostise määramiseks). Leitud mikroprügi jagati sõela suuruse järgi kahte suuremasse rühma 1mm ja 300 µm. Need rühmad jagunesid omakorda kuju järgi kaheks kiud (mikrofiiber) ja tükk. Värvidest eristati must/hall, valge, sinine, punane/roosa/lilla, roheline, kollane/oranž, pruun ja muu (kuldne/hõbedane/värviline). Lisaks märgiti eraldi üles plastosakesed. Joonis 1. Mikroprügi pilootseire piirkonnad 2016. aastal. Tulemuste arvutamisel leiti vee maht (m 3 ), mis läbis Manta võrku 15 minuti jooksul. Manta võrgu avaosa laius Manta võrgu avaosa kõrgus vedamise pikkus Seejärel leiti osakeste arv ühes kuupmeetris. leitud osakeste koguarv vee maht Tulemuste analüüsil on võrreldud erinevates piirkondades ja jaamades leitud mikroprügi koguarvukust. Välja on toodud mikrofiibrite ja tükkide osakaal ja värvus. Lisaks on eraldi analüüsitud mikroprügi koguarvukuses leiduvate mikroplasti fiibrite ja tükkide osakaalu ja värvust. 7
TULEMUSED Tallinna laht Mikroprügi pilootseire raames teostati 2016. aastal Paljassaare reoveepuhastusjaama väljalasu ja Tallina lahe seirejaama 2 piirkonnas Manta võrgu vedamisi neljal korral aprillis, mais, augustis ja oktoobris. Suurim mikroprügi osakeste koguarvukus (5,6 osakest/m 3 ) esines aprillis Paljassaare reoveepuhastusjaama väljalasu alal (joonis 2). Joonis 2. Paljassaare reoveepuhastusjaama väljalasu alalt, Tallinna lahe jaama 2 ning Soome lahe keskosa jaama 14 piirkonnas leitud mikroprügi osakeste koguarvukus 2016. aastal. Antud mereala iseloomustas suur mikroprügi osakeste esinemise ajaline muutlikkus. Tallinna lahe jaamas 2 leitud mikroprügi osakeste arv jäi vahemikku 3,3-4,4 osakest/m 3, olles suhteliselt stabiilne erinevate aastaaegade lõikes. Mai lõpus ületas jaamas 2 leitud mikroprügi osakeste arv rohkem kui poole võrra Paljassaare reoveepuhastusjaama väljalaske alalt leitud mikroprügi kogust (vastavalt 1,9 ja 4,1 osakest/m 3 ). Edaspidi leiti mikroprügi mõlemast jaamast enamvähem võrdses koguses. Antud jaamas leitud suhteliselt stabiilne mikroprügi osakeste arv lubab arvata, et peamisteks saasteallikateks on Pirita jõgi ja Tallinna sadamapiirkonnad kust lähtub suhteliselt stabiilne mikroprügi voog. Võrreldes erinevat tüüpi mikroprügi osakesi olid mõlemas vaadeldud piirkonnas ülekaalus mikrofiibrid (joonis 3). Paljassaares piirkonnast leiti erinevat tüüpi mikroprügi tükke mikrofiibritega võrreldavas koguses vaid aprillis (2,8 tükki/m 3 ). Tallinna lahe jaama 2 piirkonnas leitud mikrofiibrite arvukus ületas enamikel kordadel mikrotükkide esinemist enam kui kahekordselt, erandiks vaid oktoober, mil nii tükke kui kiude leiti enamvähem võrdselt. Mikroplasti arvukus oli kõrgem Paljassaare lähistel, maksimumiga aprillis, 2,2 plastosakest/m 3 (joonis 5). Ülekaalus olid erivärvilised mikroplasti fiibrid, põhiliselt mustad mikrokiud. Paljassaare lähistelt leitud mikroplasti tükkidest olid arvukaimad valged ja mustad (foto 1) osakesed. Tallina lahe jaama 2 piirkonnas püsis mikroplasti kogus kõikidel aastaaegadel samal tasemel, keskmiselt 0,9 plastosakest/m 3. Kõige arvukamalt leiti musti mikroplasti fiibreid ning siniseid mikroplasti tükke (foto 2). Võrreldes Paljassaare alaga jäi jaama 2 piirkonnas 8
mikroplasti arvukus enamikel kordadel madalamale tasemele, olles mõnevõrra kõrgem vaid mai lõpus. Joonis 3. Paljassaare reoveepuhastusjaama väljalasu alalt ja Tallinna lahe jaama 2 piirkonnast leitud mikroprügi kiudude (ülal) ja tükkide (all) koguarvukus 2016. aastal. Foto 1. Mikroprügi pilootseire raames leitud mikroplastiku tükid Paljassaare reoveepuhastusjaama väljalasu piirkonnas 2016. aastal. 9
Foto 2. Mikroprügi pilootseire raames jaama 2 piirkonnast leitud mikroplastiku tükid 2016. aastal. Soome lahe keskosa Paljassaare reoveepuhastusjaama väljalasu ala ja Tallinna lahe jaama 2 piirkonna võrdlevaks mereala avaosa piirkonnaks valiti Soome lahe keskosa jaam 14. Antud jaama piirkonnas teostati Manta võrgu vedamisi 2016. aasta aprillis, juuni alguses, augustis ja oktoobris. Mikroprügi koguarvukus oli uurimusperioodil väga kõikuv, jäädes vahemikku 1,7-4,5 osakest/m 3 (joonis 2). Võrreldes Tallinna lahe piirkondadega (Paljassaare ja jaam 2) oli jaama 14 piirkonnas aprillis ja augustis mikroprügi koguarvukus tunduvalt madalam. Juuni alguses ja oktoobris aga leiti mõnevõrra rohkem mikroprügi just Soome lahe keskosa jaama 14 piirkonnast. Mikroprügi (eriti mikroplasti) arvukus antud jaama piirkonnas korreleerub hästi valitsevate meteoroloogiliste tingimustega. Mai lõpus oli proovikogumise ajal meri sile ning sellele perioodile vastab ka mikroprügi suurim arvukus antud piirkonnas. Erinevat tüüpi mikroprügi tükkide arvukus jäi võrreldes mikrokiududega enamikes proovides rohkem kui poole madalamale tasemele (joonis 4). Erandiks vaid juuni algus, kui tükkide arvukus ületas mõnevõrra mikrofiibrite arvukust (vastavalt 2,6 tükki/m 3 ja 1,9 kiudu/m 3 ). Kõige arvukamalt leiti erineva kujuga musti ja halle, seejärel valgeid ja siniseid mikroprügi tükke. Sarnaselt Tallinna lahe piirkondadele (Paljassaare ja jaam 2) olid mikrofiibritest arvukaimad sinised, seejärel mustad või hallid mikrokiud. Mikroplasti koguarvukus jaama 14 piirkonnas oli võrreldes Paljassaare ja jaama 2 piirkonnaga enam kui poole madalam aprillis ja augustis (joonis 5). Suurim mikroplasti kogus jaama 14 piirkonnas leiti juuni alguses 1,7 plastosakest/m 3. Selles avamere piirkonnas olid kõikidel aastaaegadel arvukaimad valged mikroplastiku tükid ja mustad või hallid mikroplasti fiibrid (fotod 3 ja 4). 10
Joonis 4. Soome lahe keskosa jaama 14 piirkonnast leitud mikrofiibrite ja mikroprügi tükkide koguarvukus 2016. aastal. Joonis 5. Paljassaare reoveepuhastusjaama väljalasu ning jaamade 2 ja 14 piirkonnast leitud mikroplasti arvukus 2016. aastal. 11
Foto 3. Mikroprügi pilootseire raames Soome lahe keskosa jaama 14 piirkonnast leitud erivärvilised mikroplastiku tükid 2016. aastal. Foto 4. Mikroprügi pilootseire raames Soome lahe keskosa jaama 14 piirkonnast leitud erivärvilised mikroplastist fiibrid 2016. aastal. Narva laht Soome lahe idaosas teostati mikroprügi proovivõttu Sillamäe reoveepuhastusjaama väljalasu alal, Narva lahe avaosas jaama N12 piirkonnas ja Narva jõe suudmealal jaama N8 piirkonnas. Eesti mereala idaosa piirkonna mikroprügi maksimum (4,3 osakest/m 3 ) mõõdeti aprillis Narva jõe suudmealal jaama N8 piirkonnas (joonis 6). Samal ajal mõõdeti kõrged mikroprügi arvukused ka jaama N12 piirkonnas ning Sillamäe lähistel, vastavalt 3,6 ja 3,5 osakest/m 3. Juuni alguses oli võrreldes aprilliga kõigis kolmes piirkonnas mikroprügi arvukus enam kui poole madalam, vahemikus 0,9-1,4 osakest/m 3. Augustis ja oktoobris kogutud proovides esines mikroprügi osakesi enam-vähem võrreldaval tasemel. Narva lahe piirkonnas ei esinenud vaadeldud merealadel erinevatel aastaaegadel suurt ruumilist mikroprügi arvukuse erinevust. 12
Narva lahe piirkonnas head korrelatsiooni mikroprügi osakeste ja valitsevate tuuletingimuste vahel ei leitud. Arvatavasti domineerib Narva jõe mõju tuule segunemise üle. Joonis 6. Narva lahe avaosas (N12), Narva jõe suudmealal (N8) ja Sillamäe reoveepuhastusjaama väljalaske alal leitud mikroprügi koguarvukus 2016. aastal. Kõigis kolmes jaamas olid kõikidel proovikogumistel ülekaalus mikrofiibrid, põhiliselt sinised ja mustad mikrokiud. Mikroprügi tükkidest olid Sillamäe piirkonnas ülekaalus valged ja mustad tükid. Narva lahe avaosas (N12) olid ülekaalus rohelised ning Narva jõe suudmealal (N8) samuti valged osakesed, aga leiti ka palju pruune pudedaid tükke. Maksimaalsed mikroplasti osakeste arvukused leiti aprillis, jaamade N8 ja N12 (1,4 plastosakest/m 3 ) piirkondades, samas kui Sillamäe reoveepuhastusjaama väljalasu alal leiti mikroplasti mõnevõrra vähem 0,9 plastosakest/m 3 (joonis 7). Edaspidi jäi mikroplastide arvukus kõikides jaamades võrreldes aprilliga madalamale tasemele, keskmiselt 0,7 plastosakest/m 3. Kõige rohkem leidus mikroplastide seas kõigis kolmes vaadeldud Soome lahe idaosa piirkonnas musti ja siniseid mikrofiibreid (foto 5). Samas suurusjärgus leiti ka valgeid mikroplasti tükke (foto 6). Joonis 7. Narva lahe avaosas (N12), Narva jõe suudmealal (N8) ja Sillamäe reoveepuhastusjaama väljalasu alal leitud mikroplasti arvukus 2016. aastal. 13
Foto 5. Mikroprügi pilootseire raames Sillamäe reoveepuhastusjaama väljalasu alalt (ülal), Narva jõe suudmealal (N8; all vasakul) ja Narva lahe avaosas (N12; all paremal) leitud mikroplasti fiibrid 2016. aastal. Foto 6. Mikroprügi pilootseire raames Sillamäe reoveepuhastusjaama väljalasu alalt (vasakul), Narva lahe avaosast (N12; ülal paremal) ja Narva jõe suudmeala piirkonnast (N8; all paremal) leitud mikroplasti tükid 2016. aastal. Paljassaare ja Sillamäe reoveepuhastusjaamad Võrreldes Paljassaare ja Sillamäe reoveepuhastusjaamade väljalaskude piirkondi leiti kogu uurimusperioodi vältel Paljassaare piirkonnast tunduvalt rohkem mikroprügi Paljassaares keskmiselt 3,8 osakest/m 3 ning Sillamäel 2,4 osakest/m 3. Mõlemas piirkonnas domineerisid põhiliselt mustad ja sinised mikrofiibrid. Kui Paljassaare piirkonnas leiti kõikidel vaadeldud 14
aastaaegadel mikrofiibreid tunduvalt rohkem kui Sillamäel, siis Sillamäel leitud mikroprügi tükkide arvukus ületas juunis ja augustis mõnevõrra Paljassaare mikroprügi tükkide arvukust. Samuti leiti kõikides proovikogumistes erinevat tüüpi mikroplasti osakesi rohkem Paljassaare kui Sillamäe piirkonnas (joonis 8, foto 7). Selliseid tulemusi võib seletada asjaoluga, et Paljassaares on ülekaalus peamiselt Tallinna linnast ja selle lähiümbrusest tulev reovesi. Suurem elanikkond toob kaasa suurema koormus reoveepuhastusjaamale. Lisaks asub Paljassaare lähistel ka tiheda laevaliiklusega Tallinna sadam. Sillamäel on elanikkond tunduvalt väiksem ning peamine reoveepuhastusjaama koormus tuleneb lisaks linnale ka metallitööstusest ja Sillamäe soojuselektrijaamast, mis tagab tööstuspiirkonnas paiknevate tarbijate reovee ära juhtimise. Joonis 8. Paljassaare ja Sillamäe reoveepuhastusjaamade väljalaskude piirkondadest leitud mikroplasti arvukus 2016. aastal. Foto 7. Mikroprügi pilootseire raames Paljassaare (ülal) ja Sillamäe (all) reoveepuhastusjaamade väljalaskude piirkondadest leitud valged mikroplasti tükid 2016. aastal. 15
Läänemere avaosa Mikroprügi koguarvukuse võrdlus 2016. aastal Läänemere avaosa jaama 85 piirkonnas ja Soome lahe erinevates piirkondades on toodud joonisel 9. Võrreldes Soome lahe erinevate piirkondadega, leiti aprillis jaama 85 piirkonnas mikroprügi koguarvukus samaväärsel või mõnevõrra madalamal tasemel. Juuni alguses oli mikroprügi arvukus sarnasel tasemel Soome lahe keskosa piirkondadega (jaamad 2 ja 14) ning kõrgem Soome lahe ida osa (N12, N8, Sillamäe) ja Paljassaare piirkonnast leitud mikroprügi kogustest. Suurimad mikroprügi arvukused Läänemere avaosas registreeriti augustis, mil need ületasid mikroprügi arvukust kõikides Soome lahe erinevates piirkondades. Augustis mõõdeti ka Läänemere avaosa piirkonna mikroprügi koguarvukuse maksimum, 9,6 osakest/m 3. Oktoobris oli mikroprügi arvukus antud piirkonnas kahanenud, kuid jäi ikkagi kõrgemale tasemele võrreldes sama perioodi Soome lahe erinevate piirkondadega. Joonis 9. Mikroprügi koguarvukus Läänemere avaosa jaamas 85 võrreldes Soome lahe seire piirkondadega (2, 14, N12, N8, Paljassaare ja Sillamäe) 2016. aastal. Kõige arvukamalt esines Läänemere avaosa jaama 85 piirkonnas mikrofiibreid, keskmiselt 3,97 kiudu/m 3. Peamiselt domineerisid mustad või hallid ning punased ja sinised mikrokiud (foto 7). Mikroprügi tükke leiti mõnevõrra vähem, keskmiselt 1,4 tükki/m 3, arvukaimad olid samuti mustad või hallid ja sinised tükid. Mikroplasti arvukus jäi antud merealal vahemikku 0,8-1,5 plastosakest/m 3, kusjuures domineerisid mustad mikroplasti fiibrid ja sinised mikroplasti tükid (foto 8). Läänemere avaosa jaama 85 piirkonnast leiti mikroplasti rohkem, kui enamikest Soome lahe piirkondadest, keskmiselt 1,2 plastosakest/m 3. Erandiks oli vaid Paljassaare väljalasu piirkond, kus aprillis mõõdeti Soome lahe maksimaalne mikroplasti kogus (2,2 plastosakest/m 3 ). 16
Foto 7. Mikroprügi pilootseire raames Läänemere avaosa jaama 85 piirkonnast leitud erivärvilised mikrofiibrid 2016. aastal. Foto 8. Mikroprügi pilootseire raames Läänemere avaosa jaama 85 piirkonnast leitud mikroplasti tükid 2016. aastal. Liivi laht Liivi lahe avaosas jaama G1 piirkonnas teostati mikroprügi proovide kogumine juuni alguses, augustis ja oktoobris. Tugeva tuule ja kõrge lainetuse tõttu aprillis Manta võrgu vedamist ei tehtud. Juunis ja augustis püsis mikroprügi koguarvukus sarnasel tasemel, vastavalt 2,9 ja 3,2 osakest/m 3. Võrreldes Soome lahe ja Läänemere avaosa piirkondadega, leiti oktoobris jaama G1 piirkonnast märkimisväärselt rohkem mikroprügi. Samal ajal mõõdeti jaama G1 piirkonnas ka maksimaalne mikroprügi koguarvukus, 9,7 osakest/m 3 (joonis 10). Kõige arvukamalt leiti musti või halle ning siniseid mikrofiibreid. Mikroprügi tükkide arvukus oli juunis ja augustis <1 tükki/m 3, oktoobris aga kordades kõrgem 4,4 tükki/m 3. Kõige rohkem leidus siniseid ja pruune mikroprügi tükke. Kui juunis ja augustis jäi mikroplasti osakaal suhteliselt madalale tasemele (vastavalt 0,6 ja 0,7 plastosakest/m 3 ), siis oktoobris oli see võrreldes teiste uuritud piirkondadega mitmekordselt tõusnud, moodustades mikroplasti arvukuse maksimumi 3,7 17
plastosakest/m 3. Põhiliselt leiti siniseid mikroplasti tükke ning musti või halle mikroplasti fiibreid (foto 9). Joonis 10. Liivi lahe jaama G1 piirkonnast leitud mikrofiibrite ja mikroprügi tükkide arvukus 2016. aastal. Foto 9. Mikroprügi pilootseire raames Liivi lahe jaama G1 piirkonnast leitud mikroplasti tükid ja mikroplasti fiibrid 2016. aastal. 18
HINNANG EESTI MEREALA KESKKONNASEISUNDILE Vastavalt merestrateegia raamdirektiivile on kõik EL liikmesriigid kohustatud rakendama vajalikke meetmeid hea keskkonnaseisundi saavutamiseks aastaks 2020. Sellest lähtuvalt on liikmesriigid kohustatud välja töötama merestrateegia, sealhulgas seireprogrammid ja nende rakendamise (MSRD artikkel 11). Käesoleva mikroprügi pilootseire käigus koguti esmased andmed mikroprügi (<5 mm) koguste, iseloomu ja leviku kohta mere pinnakihis Eesti merealal. Pilootseire tulemused on nii sesoonselt kui ka asukohapõhiselt väga varieeruvad. Samas saab mõningaid üldistusi teha ka käesolevate andmete põhjal. Soome lahe idaosas (Narva lahe piirkonnas) esineb küll oluline kõikumine erinevate aastaaegade vahel, kuid samas iseloomustab antud piirkonnas vaadeldud piirkondi suhteliselt sarnane mikroprügi arvukus erinevatel sesoonidel. Viimane lubab arvata, et Narva jõe mõju ületab tuule tekkelist potentsiaalset ülemise kihi segunemist. Tugeva magevee sissevoolu korral võib soolsusest tingitud kihistumine ületada tuule tekkelist segunemist. Tallinna lahe jaama 2 piirkonnas on mikroprügi sisaldused erinevatel proovikogumise perioodidel suhteliselt sarnased, samal ajal esineb oluline mikroprügi arvukuse ajaline dünaamika nii reovee väljalaskude kui Soome lahe avaosa piirkondades. Mikroprügi koguarvukuse sesoonne dünaamika reoveepuhastite väljalaskude piirkonnas on sarnane, olles madalaim mai lõpus juuni alguses ja kõrgeim aprilli keskel. Liivi lahes mõõdeti sarnased mikroprügi kogused suve alguses ja lõpus, kuid oktoobris kogutud proovides leidus mikroprügi osakesi 3x enam. Oktoobri proovikogumise ajal valitsesid Liivi lahel rasked ilmastikuolud ning laine kõrguseks mõõdeti kuni 2 m. Sellele vaatamata koguti mikroprügi proov tavapärasel viisil. Suur teistest proovikogumise perioodidest erinev mikroprügi arvukus võib olla pigem tingitud ebaühtlasest võrgu vedamisest (vastu lainet vedamisega läbis võrku enam vett kui arvutuslikult arvestati) kui suurenenud koormusest. Suur mikroprügi arvukuse varieeruvus esines ka Läänemere avaosas erinevatel aastaaegadel. Avamere piirkondade suur sesoonne varieeruvus on tõenäoliselt seotud valitsevate hüdrodünaamiliste tingimustega. Nimelt tuleks avamere piirkondades kindlasti arvesse võtta mesomastaapseid ja sub-mesomastaapseid struktuure (nt pöörised, jugahoovused) kus esinevad nii konvergentsi kui divergentsi piirkonnad. Kuna varasemad mikroprügi koguste, iseloomu ja leviku andmed ning hinnangud Eesti merealal puuduvad, siis on käesoleva pilootseire tulemusi võrreldud soomlaste poolt 2013. aasta augustis Soome lahel läbi viidud uurimustulemustega (Setälä jt, 2016). Mainitud uurimuses kasutati mikroprügi proovide kogumiseks samuti Manta võrku ning osaliselt viidi proovide kogumist läbi käesoleva pilootseire raames vaadeldud Eesti mereala lähedal (Soome jaam LL6 asub käesoleva pilootseire jaama 14 läheduses). Tuleb välja tuua, et soomlaste poolt läbiviidud uuringus oli võrgu vedamisel laeva kiirus mõnevõrra suurem ja võrgu vedamise aeg 5 minutit lühem. Soome teadlaste uuringust selgus, et Soome lahe avaosa piirkonna mikroprügi koguarvukus oli võrreldes käesolevas pilootseires leitud sama mereala mikroprügi koguarvukusest oluliselt väiksem, vastavalt 0,4 osakest/m 3 ja 1,7 osakest/m 3. Tulemuste erinevuse üheks selgituseks võib olla asjaolu, et soomlased jätsid tulemustest välja arvatavad värvi tükid, samas kui antud pilootseires on need arvesse võetud. Jaama 14 piirkonnast leitud plastosakeste arvukus on aga samas suurusjärgus soomlaste poolt leitud plastosakeste 19
arvukusega 0,3 plastosakest/m 3 jaama 14 piirkonnas ja 0,2 plastosakest/m 3 soomlaste jaama LL6 piirkonnas. Võrdlevates arvutuses on arvestatud Manta võrgu vedamise erinevate aegadega 15 minutit jaama 14 ja 10 minutit jaama LL6 piirkonnas. Käesoleva mikroprügi pilootseire tulemuste põhjal ei ole võimalik anda hinnangut Eesti mereala keskkonnaseisundile tunnuse nr 10 järgi kuna mikroprügi andmehulk ei ole veel hinnangu andmiseks piisav (andmeid olemas vaid ühest aastast). Samuti ei saa testida merealade keskkonnaseisundit HELCOM indikaatorite abil, sest viimased on alles väljatöötamise järgus. Samas on kogutud andmed aluseks tuleviku seire andmete interpreteerimisel, moodustades andmestiku mida on võimalik kasutada hinnangute andmise alusandmetena ja ka mikroprügi indikaatorite väljatöötamisel. Käesoleva pilootseire tulemuste põhjal võib väita, et kasutatud metoodika sobib mikroprügi kogumiseks mikroprügi, sh mikroplasti leiti sõltumata aastaajast kõikides Eesti mereala piirkondades. Edasised uuringud võimaldaksid võrrelda sama piirkonna mikroprügi, sh mikroplastide arvukuste muutuseid ning teha kindlaks potentsiaalsed mikroprügi allikad. Andmerea pikenedes on võimalik mereala keskkonnaseisundit ka hinnata. SOOVITUSED Proovide kogumine Mere mikroprügi proovide kogumiseks sobib kasutada Manta võrku, mida kasutatakse edukalt ka mujal maailmas mikroprügi kogumiseks mere pinnalt. Manta võrguga kogutud proov saadakse suhteliselt laialt merealalt ning võrku läbiva vee hulk on suur. Oluline on alati fikseerida võrgu vedamise aeg ja kogupikkus, et võimalikult täpselt hinnata läbi võrgu mineva vee kogust. Proovikogumisel tuleb kindlasti võrku vedada laeva kõrval (vähemalt 5 m kaugusel) vältimaks laevalt pärineva mikroprügi sattumist proovivette. Võrku tuleb vedada suhteliselt väikese kiirusega (1,5-2,2 sõlme) kindla ajaperioodi vältel (nt 15 min). Antud proovivkogumise metoodika on hästi ühildatav avamere seire teostamisega avamere seire teostamiseks kuluv aeg pikeneb umbes päeva võrra, samas eraldi mikroprügi seire teostamiseks kogu Eestit ümbritseval merealal kuluks iga kord üle 3 ööpäeva. Samuti on avamere seirega ühildamisel suureks plussiks veesamba vertikaalse struktuuri registreerimine seire jaamades. See ja uurimislaevale Salme paigaldatud ferrybox süsteem võimaldavad koos saada infot veesamba vertikaalse segunemise ja pinnakihis esinevate tuuletekkeliste sub-mesomastaapsete nähtuste kohta. Võrgu vedamisel tuleb kindlasti silmas pidada ilmastikutingimusi ning merekeskkonna sesoonseid iseärasusi. Liiga tugev tuul ning kõrge laine raskendavad oluliselt mikroprügi kogumist, võrk hakkab lainetel hüppama, mistõttu on keeruline hinnata läbi võrgu mineva vee hulka ning seega ei ole võimalik saada usaldusväärset tulemust mikroprügi arvukuse kohta. Manta võrku ei ole võimalik kasutada talveperioodil osaline jääkate või võrgu jäätumine vedamisel lõhub võrku. Kevadel ja suvel võib aga suurest planktiliste organismide produktsioonist tingituna esineda võrgu kiiret ummistumist. Eelkõige tuleks vältida mikroprügi proovide kogumist fütoplanktoni, eriti just tsüanobakterite vohamise/pinnaakumulatsioonide perioodil. 20
Proovide analüüs Kuna mere ülemises veekihis esineb palju orgaanilist materjali, mis raskendab oluliselt mikroskoopilist analüüsi, tuleks analüüsimetoodikat edasi arendada. Mikroskoopilise analüüsi lihtsustamiseks kasutati käesoleva projekti raames orgaanika pleegitamiseks ja lagundamiseks vesinikperoksiidi. See on odav ja suhteliselt lihtsasti kasutatav kemikaal, kuid kuna sel moel ei eemaldata kogu orgaanikat proovist, siis on mikroskoopilise analüüsi aeg ikkagi suhteliselt pikk (1 proovi analüüsimiseks võib suure orgaanika sisalduse korral kuluda mitu päeva, üldjuhul peaks hakkama saama 1 tööpäevaga). Orgaanika eemaldamiseks tuleks katsetada teaduskirjanduses välja pakutud orgaanilise aine ensüümaatilist lagundamist, mis on küll analüüsi hinda arvestades kallim, aga võimaldaks proovi analüüsida kiiremini ehk ei suurendaks tõenäoliselt 1 analüüsi maksumust. Pilootseire raames viidi läbi vaid proovide visuaalne analüüs, mille käigus eristati mikroprügi osakesi kuju (osake või kiud) ja värvi järgi. Lisaks tuleks mikroplastidest parema ülevaate saamiseks teostada põhjalikum analüüs Fourier teisendusega infrapunaspektroskoobiga (FTIR), mis võimaldab määrata erinevaid merekeskkonnast leitud plastide tüüpe (polüester, polüamiid, polüetüleen) ning seeläbi hinnata nende võimalikku päritolu. EESTI MEREALA MEREPINNA MIKROPRÜGI SEIREKAVA ETTEPANEK Käesolevast pilootseirest lähtudes oleks kõige sobivam aeg Manta võrguga mere pinnakihist mikroprügi kogumiseks mai lõpp-juuni algus, augusti lõpp või äärmisel juhul ka oktoober (kui ilmastikuolud lubavad). Kuna pilootseire tulemused on piirkonniti ka sesoonselt väga varieeruvad, siis tuleks vähemalt esialgu (2017-2020) proove koguda võrdlevalt kevade ja suve lõpus (mai-juuni ja augusti lõpu avamere seire reisid). Suured ruumilised mikroprügi arvukuse erinevused Soome lahes viitavad vajadusele jätkata proovide kogumist edasiseks keskkonnaseisundi hinnangu andmiseks kõigist kolmest piirkonnast Narva lahe, Tallinna lahe ja Soome lahe avaosa piirkonnast, kusjuures proove tuleks koguda jätkuvalt just suuremate jõgede (Pirita ja Narva jõgi) mõju piirkondadest ning võimalusel jätkata ka erinevate reoveepuhastusjaamade väjalaskude piirkonnas (Paljassaare ja Sillamäe; Pärnu puhul ei ole eraldi vaja proovi koguda, sest reoveepuhastusjaama väljalask on jõe mõju piirkonnas). Kuna Narva lahe piirkonnas ei esinenud mikroprügi arvukuses olulist ruumilist lahknevust, siis võib loobuda jaama N12 piirkonnas proovi kogumisest. Liivi lahe piirkonnas tuleks aga lahe avaosa piirkonnale lisaks koguda mikroprügi proove ka Pärnu jõe suudmealalt (Pärnu jõkke suubuvad ka kõik piirkonna sademevee lasud). Läänemere avaosast võiks mikroprügi proovide kogumist jätkata jaama 85 piirkonnas. Kuna mirkoprügi horisontaalne jaotus mere pinnal sõltub suures osas valitsevatest hüdrofüüsikalistest tingimustest, siis tuleks igal seire alal teostada 3x3 km ruudus 3 võrgu vedamist. Taoline proovi kogumine tagaks selle, et väga laigulise mikroprügi horisontaalse jaotuse korral oleksid proovid kogutud läbi võimalike hüdrofüüsikaliste struktuuride. Viimasel ajal teostatud mudelarvutused näitavad, et nt tuuletekkeliste pööriste (läbimõõduga 15 km) sees esinevad paari kilomeetrise vahega konvergentsi- ja 21
divergentsipiirkonnad (Väli jt., 2017). Osaproovide tulemused keskmistatakse sarnaselt põhjaelustiku analüüsidega. Arvestades Tabelis 2 toodud minimaalset kogutavate proovide arvu ning nende kogumiseks (laevaaeg arvestatud avamere seire ajale juurde 2x1 lisapäev; ühe päeva maksumus 2 500 eurot), analüüsimiseks (iga proov analüüsitakse 2 suurusfraktsioonis; 36x2; ühe suurusfraktsiooni analüüsi hind 162 eurot) ja aruande/hinnangu koostamiseks tehtavaid kulutusi oleks merepinna mikroprügi seire orienteeruvaks aastaseks maksumuseks 19 200 eurot (sisaldab üldkulu 15%, ei sisalda käibemaksu). Kui jätkata seiret ka Tallinna ja Paljassaare reoveepuhastusjaamade väljalaskude piirkonnas (mis oleks soovitatav), siis suureneks seire maht 12 proovi (12x2) ehk orienteeruvalt 3 900 euro (+km) võrra. Tabel 2. Merepinna mikroprügi seire piirkonnad ja sagedused (miinimumprogramm). Mereala Seire ala Sagedus aastas Proove merealalt Proovide arv aastas Soome laht Soome lahe avaosa 2 3 6 jaama 14 piirkond Narva laht jaama 2 3 6 N8 piirkond Tallinna laht jaama 2 3 6 2 piirkond Liivi laht Liivi lahe avaosa 2 3 6 jaama G1 piirkond Pärnu laht jaama 2 3 6 K5 piirkond Läänemere Jaama 85 piirkond 2 3 6 avaosa Kokku 36 22
KASUTATUD KIRJANDUS HELCOM Regional Action Plan for Marine Litter in the Baltic Sea. 2015. 36/1. Andrary, A.L. 2011. Microplastics in the marine environment. Marine Pollution Bulletin 62, 1596-1605. Barnes, D.K.A., Galgani, F., Thompson, R.C., Barlatz, M. 2009. Accumulation and fragmentation of plastic debris in global environments. Philosophical Transactions of the Royal Society B 364, 1985-1998. Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T.S. 2011. Microplastics as contaminants in the marine environment: A review. Marine Pollution Bulletin 62, 2588-2597. Dřίmal, P., Hrnčiřίk, J., Hoffmann, J. 2006. Assessing aerobic biodegradability of plastics in aqueous environment by GC-analyzing composition of equilibrium gaseous phase. J. Polym. Environ. 14, 309-316. Essel, R., Engel, L., Carus, M., Ahrens, R.H. 2015. Sources of microplastics relevant to marine protection in Germany. Umweltbundesamt Texte 64/2015. Lavender Law, K., Morét-Ferguson, S., Maximenko, N.A., Proskurowski, G., Peacock, E.E., Hafner, J., Reddy, C.M. 2010. Plastic accumulation in the North Atlantic Subtropical Gyre. Science 329, 1185. Rochman, C.M., Tahir, A., Williams, S.L., Baxa, D.V., Lam, R., Miller, T.J., Tehm F.-C., Werorilangi, S., The, S.J. 2015. Anthropogenic debris in seafood: Plastic debris and fibers from textiles in fish and bivalves sold for human consumption. Scientific Reports 5, 14340. Setäla, O., Magnusson, K., Lehtiniemi, M., Norén, F. 2016. Distribution and abundance of surface water microlitter in the Baltic Sea: A comparison of two sampling methods. Marine Pollution Bulletin 110, 177-183. Talvitie, J., Heinonen, M., Pääkkönen, J.-P., Vahtera, E., Mikola, A., Setälä, O., Vahala, R. 2015. Do wastewater treatment plants act as a potential point source of microplastics? Preliminary study in the coastal Gulf of Finland, Baltic sea. Water Science & Technology 72.9, 1495-1504. Talvitie, J., Mikola, A., Setälä, O., Heinonen, M., Koistinen, A. 2016. How well is microlitter purified from wastewater? A detailed study on the stepwise removal of microlitter in a tertiary level wastewater treatment plant. Water Research 109, 164-172. Teuten, E.L., Rowland, S.J., Galloway, T.S., Thompson, R.C. 2007. Potential for plastics to transport hydrophobic contaminants. Environmental Science & Technology 41, 7759-7764. Thomas, K.V., Nerland, I.L., Halsband, C., Allan,I. 2014. Microplastics in marine environment: Occurrence, distribution and effects. Report nr. 6754-2014. Väli, G., Zhurbas, V., Lips, U., Laanemets, J. 2017. Submesoscale structures related to upwelling events in the Gulf of Finland, Baltic Sea (numerical experiments). Journal of Marine Systems, DOI 10.1016/j.jmarsys.2016.06.010 [ilmumas]. 23