Tartu ülikooli loodusgeograafia ja maastikuökoloogia professor Ülo Mander on oma uurimistööga välja selgitanud, et soomuldade kuivendamisel lendub atmosfääri märkimisväärsel hulgal naerugaasi. Selle ohtliku kasvuhoonegaasi tekke ja heite lähemaks uurimiseks pälvis ta kahe aasta eest Euroopa teadusfondilt 3,4 miljoni euro suuruse tippteadlase grandi. Kuidas meditsiinis valuvaigistina tuntud naerugaas tekib ja millisel määral on selle heide seotud kliimamuutustega, uuris Ülo Manderilt Helen Rohtmets-Aasa.
Pälvisid 2023. aastal üha ihaldatuma teadusrahastuse, Euroopa teadusnõukogu miljonigrandi, et uurida naerugaasi ringet märgaladel ning selle seoseid kliimamuutustega. Algatuseks palun selgita, mis gaas see naerugaas selline on?
See on üks kolmest kõige olulisemast inimtekkelisest kasvuhoonegaasist. Naerugaas (keemilise valemiga N2O) on süsihappegaasi (CO2) ja metaani järel olulisuselt kolmas kasvuhoonegaas, aga tema kiirguslik toime on CO2-ga võrreldes umbes 300 korda suurem. Kuigi emissioonikoguste poolest on CO2 kasvuhoonegaaside seas endiselt esirinnas, on naerugaasil üks saatanlik mõju, mis teda teistest kasvuhoonegaasidest eristab: see mitte üksnes ei takista soojusenergia lahkumist Maalt tagasi maailmaruumi, vaid hävitab stratosfääris asuvat osoonikihti, mis kaitseb meid liigse ultraviolettkiirguse eest. Seega võib öelda, et naerugaas on praegu peamine osoonikihti hävitav gaas, mille õhkupaiskamist ei ole rahvusvaheliste kokkulepetega ära keelatud. Enamike teiste ohtlike ühendite, näiteks külmkappides ja tulekustutites laialt tarvitatud freoonide kasutamine keelustati juba 1987. aastal Montréali protokolliga, mis muide on üks parimaid kokkuleppeid, mis on keskkonnaprobleemide kohta kunagi sõlmitud.
Tartu ülikooli loodusgeograafia ja maastikuökoloogia professor Ülo Mander. Intervjuud illustreerivad fotod on tehtud tema maakodus Pühastel Jaani-Matsi talus. FOTOD: LAURI KULPSOO
Osooniaugu suurenemisest kõneldi palju 1990. aastatel. Kas ma saan õigesti aru, et see teema on jälle aktuaalne?
1990. aastatel räägiti osooniaugust, mis on põhiliselt Antarktika, aga ka Arktika kohal. Nüüdseks on ta kahanenud, kuid kaitseprillide kasutamine neis piirkondades on kohustuslik. Nüüd on mõned uuringud näidanud, et osoonikiht on vähenemas ka troopikas, millesse panustab tõenäoliselt just seesama naerugaas. Kui suur selle mõju osoonikihile täpselt on, nõuab veel lisauuringuid ja seda me oma projekti raames muu hulgas teeme. Üks meie ülesanne ongi seda küsimust satelliidiandmetega täpsustada.
Kuidas naerugaas tekib?
Naerugaasi võib tulla väga erinevatest kohtadest ja eri protsessidest, kuid üldjuhul ikkagi häiritud ökosüsteemidest. Mahuliselt tuleb seda enim põllumajandusest, mis annab seniste hinnangute järgi koguni 60 protsenti kogu naerugaasi emissioonist, aga ka näiteks kuivale jäänud soodest või teistelt lämmastikurohketelt turbamaadelt. See tähendab, et naerugaasi tuleb eeskätt sealt, kus on palju lämmastikku, see on keerulise lämmastikuringe kahe põhiprotsessi – hapnikurikka keskkonna nitrifikatsiooni ning hapnikuvaese keskkonna denitrifikatsiooni – saadus. Põllumajanduses soodustab seda teadagi väetamine, sest liigne lämmastik mitte ainult ei leostu mullast nitraadina välja, vaid ka lendub.
Kui püüda üldistada, siis naerugaasi emissiooni parim pump on muutuv veetase, mis reguleerib hapnikusisaldust mullas. Looduslikus märjas soos, kus hapnikusisaldus mullapoorides on väga väike, naerugaasi olulisel määral ei teki. Kui aga soos veetase langeb, on põrgu lahti: pealmine turbakiht muutub hapnikurikkaks, mis soodustab orgaanilise aine lagunemist. Selle tagajärjel paiskub omakorda õhku naerugaas, seejuures optimaalse mullaniiskuse korral nii denitrifikatsiooni kui ka nitrifikatsiooni tõttu. Nii et parima eelduse naerugaasi tekkeks loob kas põud või märgala kuivendamine. Samuti võib üldistatult öelda, et naerugaasi tekib enam soojemas mullas, kus protsessid on kiiremad. Nii et eriti suurel hulgal lendub seda troopilistest soomuldadest, milles senine veerežiim mingil moel muutub. Seega on just troopikas asuvad märgalad häirimise korral ühed peamised kasvuhoonegaaside tekkekolded. Külmemas kliimas on naerugaasi oluliseks allikaks maapinna külmumis- ja sulamistsüklid, mis kevaditi, aga ka soojematel talvedel, järjest sagenevad.
Kuidas gaasiemissioone mõõdetakse?
Selleks on eri tehnikaid. Mullast mõõtmise puhul kasutatakse näiteks kambermõõtmisi: mulda paigutatakse kamber, kuhu kogutakse kindla ajavahemiku jooksul mullast erituvaid gaase. Saadud proovid viiakse laborisse ja pannakse gaasianalüsaatorisse, mis mõõdab, millist gaasi ja millises koguses on selle konkreetse ajaühiku jooksul mullast lendunud. Enamasti kasutatakse mõõtmisel kaaluühikuid. See tähendab, et saadakse teada, kui palju gramme või kilogramme gaase vaadeldava ajaperioodi jooksul mullast lendub. Muidugi on selline meetod väga aeganõudev, nii et võimaluse korral oleme kasutanud kaasaskantavaid laseranalüsaatoreid, mis koguvad gaase samasugustest kambritest, kuid millest saab tulemuse kohe mõõtmise järel kätte.
Täiesti eraldi ooper on õhuvoolude mõõtmine puuvõrade kohal ja sees, milleks kasutatakse laseranalüsaatoreid ja akustilisi anemomeetreid. Sel puhul on niinimetatud korjeala kümneid kordi suurem kui kambritega kaetud mullapind. Neid mõõtmisi on üsna keeruline teha, samas annab just nende ja muldadest lenduvate voogude võrdlus väga põnevaid tulemusi. Oleme nimelt avastanud, et puude lehestik ja võrad takistavad märkimisväärselt naerugaasi atmosfääri lendumist. Tõenäoselt on selle taga lehtedes elavad mikroobid, aga mis protsessid seal täpsemalt toimuvad, on endiselt suur küsimärk. Meil on koos kolleegidega Helsingi ja Ida-Soome ülikoolidest käimas mitu uuringut, mille raames püüame need mikroobikooslused ära määrata ja selgitada välja, milline on puuvõrade mõju kasvuhoonegaaside lendumisele.
Kus te mõõtmisi korraldate?
Eestis on meil selleks neli ala. Üks neist on kõdusoomets ehk kuivendatud soomets, kus mõõtmisi tehakse juba viiendat aastat, ja naljaga pooleks võib öelda, et koostöös kobrastega. Nimelt on meil vaja selleks, et vaadata, kuidas võiks toimida soometsade taastamine, ala aeg-ajalt üle ujutada. Ja siin tulevadki meile appi koprad, kes seal piirkonnas tamme ehitavad. Kui veetaset on vaja alla viia, lõhume tammid ära, ja mõne aja pärast ehitavad koprad need jälle tagasi. Selline „eksperiment“ aitab meil paremini aru saada üleujutuse mõjust kasvuhoonegaaside voogudele. Nii mulla kui ka puutüvede gaasivoogusid, samuti mulla ja lehestiku mikroobikoosluste tulemusi alles analüüsime.
Lisaks oleme paigutanud mõõtmiskambrid ühte kõdusoo sanglepikusse, kus voogude mõõtmine on täielikult automatiseeritud. Rohumaana kasutataval lammi madalsool ja intensiivse põllumaana kasutataval madalsoomullal teeme esialgu vaid kambermõõtmisi.
Välisriikidest mõõdame Peruus Amazonase madaliku palmisoos ja Malaisias Borneo saare põhjaosas. Seal mõõdame naerugaasi emissoone nii õlipalmiistanduses kui ka täiesti puutumatus, meie raba tüüpi looduslikus ökosüsteemis, mis on seal piirkonnas, nagu troopikas tavaliselt, kaetud troopilise metsaga. Ühtlasi oleme käinud välitöödel Ugandas, kus tegime mõõtmisi ühes Virunga mäestiku looduslikus pilvemetsas, samuti turbamaale rajatud kartulipõllul ja ka papüürusesalus Niiluse lätetel. Euroopa teadusnõukogu grandi toel oleme käinud ekspeditsioonidel Kongo vabariigi soodes ning Réunioni saare looduslikes pilvemetsades, kust saadud uurimistulemused on alles analüüsimisel.
Eestis on viimasel ajal palju vaieldud soode taastamise teemal. Miks on märgalad meile nõnda olulised?
Kui vaadata meie planeeti tervikuna, siis katavad sood kolm kuni neli protsenti selle maismaapinnast. Samas talletavad nad tervelt kolmandiku maismaamuldades leiduvast orgaanilisest süsinikust ja ligemale kümnendiku lämmastikust. See tähendab, et kui me soode veerežiimi muudame, näiteks hakkame neid kuivendama, et rajada põldu või istandusi, muutub turbasse talletunud süsinik hapniku mõjul süsihappegaasiks ja lendub atmosfääri või lahustub mullast välja orgaanilise süsinikuna. Ja nagu juba öeldud, lendub muutunud veerežiimiga märgaladelt ka naerugaasi, mille võime kasvuhooneefekti tekitada on süsihappegaasist veel mitusada korda suurem.