Oulun yliopiston vesietsivä jäljittää veden sormenjälkiä selvittääkseen lumen merkityksen ekosysteemille ja vesistöillemme

Tarkalleen ottaen tutkijat mittaavat raskaampien ja kevyempien isotooppien suhdetta vedessä. Nämä isotoopit ovat apulaisprofessori ja akatemiatutkija Pertti Ala-Ahon tutkimuksen pääaihe.

Isotooppien suhteeseen keskittyvää tiedettä käytetään monenlaiseen etsivätyöhön. Rikostutkimuksessa voidaan käyttää isotooppeja selvittämään tuntemattoman vainajan henkilöllisyyttä ja elintarviketutkijat saattavat pyrkiä selvittämään lihan tai kasvisten todellisen alkuperän isotooppien avulla. Vesi joka virtaa elollisten olentojen ja kasvien läpi jättää jälkensä, esimerkiksi ihmisen hiuksiin ja vereen.

Ala-Aho on kotoisin Oulun seudulta ja kuulostaa siltä että tutkija on viihtynyt lähinnä korkeammilla leveysasteilla - hän kertoo tekemästään lumitutkimuksesta Skotlannissa, Alaskassa, pitkin Suomen Lappia sekä uusimmalla mittausasemallaan Oulun yliopiston takapihalla. Uusi asema on osa Ala-Ahon omaa SNOMLT-nimistä akatemiaprojektia, jossa hän johtaa ryhmää joka pyrkii selvittämään lumen salaisuudet. Kävimme tutustumassa lumenmittausasemaan marraskuussa, kun ensimmäiset lumihiutaleet leijailivat hiljalleen kolmelle, koskemattomuuden turvaamiseksi aidatulle mittausalueelle.

Lumen ja sulamisveden merkitys vesivaroillemme ja ekosysteemeille saattaa olla nykytietämystä suurempi

Vastasataneella lumella on tietynlainen, melko kevyt isotooppijälki. Yksinkertaistaen voimme ajatella, että talviaikaan veden haihtuminen on hidasta koska vähäinen talviauringon energia ei riitä muuttamaan raskaampia, hitaampia isotooppeja nesteestä vesihöyryksi. Kesäsateen isotooppijälki on paljon raskaampi, koska haihduntaa tapahtuu paljon ja siten myös raskaammat vesimolekyylit päätyvät ilmakehään ja sieltä piristämään lomakauttamme sateen muodossa. Ala-Aho tutkii, muuttuuko talvihangen isotooppijälki raskaammaksi talven aikana, esimerkiksi lumen, ilmakehän ja maaperän rajapinnoissa tapahtuvissa reaktioissa.

Voit kuvitella ryhmän retkeilijöitä, joista osa kantaa kevyitä ja osa raskaita reppuja. On todennäköistä, että kevyiden reppujen kantajat jaksavat kävellä enemmän ja raskaiden reppujen kantajat tarvitsevat useampia taukoja (= veden isotooppien jakautuminen). Jos sama ryhmä vaeltaa talvella ja kesällä, on vielä todennäköisempää, että raskaita reppuja kantavat liikkuvat talvella vähemmän kuin kesällä, koska lumessa käveleminen vaatii enemmän energiaa (= enemmän jakautumista talvella kuin kesällä).

Miksi isotooppijäljen muutoksella on merkitystä hydrologialle? Kun tutkijat analysoivat pohjoisten pintavesien isotooppijälkeä, he tekevät olettamuksen veden alkuperästä sen raskauden perusteella: onko näytteessä enemmän keveää talvihankea vai raskasta kesän ukkoskuuroa? Ala-aho uskoo että osa kesäsateeksi oletetusta raskaammasta vedestä saattaakin olla peräisin lumihangesta, jonka isotooppijälki on muuttunut talven aikana raskaammaksi. Lumi siis saattaakin jättää kesäsateen sormenjälkiä hämätäkseen vesietsivää.

Siten pohjavetemme, jokien ja järviemme vesi ja metsien kasvien ja puiden käyttämä vesi saattaakin olla riippuvaisempaa lumien sulamisvedestä kuin olemme ajatelleet. Lumen ja sulamisvesien määrä tulee vahenemään ilmastonmuutoksen myötä, ja siksi on tärkeää tietää millaisia vaikutuksia tällä on vesivaroillemme, metsillemme ja muulle kasvillisuudelle – ja toki meille vedestä riippuvaisille ihmisille myös.

Datavirtaa valjastamassa

Vesistötutkimuksen osaamiskeskus kehittää uusinta mittaustekniikkaa ja datan keräämisen ja tallentamisen automatisointia jokiympäristön digitaalista kaksosta varten. Osaamiskeskuksen akatemiarahoitteinen Hydro RI platform-projekti on mahdollistanut Ala-Ahon ryhmälle uuden Picarro-isotooppianalysaattorin. Picarro tekee lumen isotooppianalyysit automaattisesti käyttäen Freiburgin yliopiston ja UGT:n kehittämää näytteenottosysteemiä. Digitalisaation kehittäminen on Ala-Ahon toinen haaste apulaisprofessorina: yksittäisen tutkimuksen tekeminen ja tulosten saaminen ei enää riitä. Kerätty data on järjestettävä, käsiteltävä ja analysoitava siten että se on käyttökelpoista muille tutkijoille, digitaalisille kaksosille ja tulevaisuudessa kehitettäville malleille – muutoin se hukkuu loputtoman datan virtaan. Datavirta on valjastettava digitalisaation toteutumiseksi, ja se vaatii tarkkaa suunnittelua, automatisaatiota ja uusia teknisiä ratkaisuja.

Teksti ja kuva: Annukka Pekkarinen

Oulun yliopisto tekee läheistä yhteistyötä alan tutkimuslaitosten kanssa. Vesitekniikan uudella resursoinnilla vahvistetaan myös vesitekniikan yritysyhteistyötä ja tutkimuksen tuomien ratkaisujen soveltamista käytäntöön laajasti Suomessa ja kansainvälisesti. Vesitekniikan tutkimusta rahoittavat muiden muassa Suomen Akatemia ja Maa- ja vesitekniikan tuki ry.

Lue lisää

• Pallaksen pohjavesitilanteesta jatkuvaa tietoa
• Pohjoisen jäämeren jääpeitteen väheneminen voi tuoda runsaita lumisateita Eurooppaan
• Pertti Ala-Aho haluaa hyödyntää digitalisaatiota vesivarojen tutkimuksessa ja hallinnassa
• Vesistötutkimuksen osaamiskeskuksen tavoitteena on turvata Suomen vesivarat
• Oulun yliopiston vesi-, energia- ja ympäristötekniikka tutkimusyksikkö