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.
Mis puutub soode taastamisse, siis on siin erinevaid strateegiaid. Mõnel pool toimib soode taastamine väga hästi, teisal jällegi paremini märgade metsade säilitamine. Näiteks uurime ühes projektis maha jäetud turbasoid, millele on eri aegadel istutatud mets. Puud kasvavad seal väga hästi, sest turba kuivendamisel vabanevad toitained, peamiselt lämmastiku- ja fosforiühendid. Ent süsinikusisaldus turbas mineraliseerumise tõttu kahaneb, seda nii süsihappegaasi lendumise kui ka süsinikuühendite leostumise kaudu. Kui me tahame süsinikusisaldust turbas hoida või isegi suurendada ja asume selleks taastama soid piirkondades, kus need kunagi ammu on olnud, siis tuleb arvestada, et see on väga aeganõudev protsess. Meie oludes tuleb oodata 100 kuni 150 aastat, enne kui turbasamblast ja teistest sootaimedest moodustuv turvas uuesti tüsenema ja soo kasvama hakkab. Kui me ujutame metsa üle, siis ilmuvad sinna kõigepealt liigid, mida me pigem näha ei tahaks, näiteks hundinui ja pilliroog. Koos kõdunevate kändude ja puutüvedega annavad need esialgu orgaanikat üksnes juurde, mis suurendab kasvuhoonegaaside lendumist. Pikas perspektiivis on soode taastamine kahtlemata õige samm väga õiges suunas, aga arvestades pikka aega, mis põhjapoolkeral uue turbamassi moodustumiseks kulub – seda aega ei ole meil kliimamuutuste pakilisust arvestades kuigi palju –, on esmase tähtsusega ikkagi olemasolevate soode kaitsmine ja säilitamine. Neid puutuda oleks kõige hullem asi, mida me teha saame.
Tõenäoliselt on soode taastamine troopikas oluliselt kiirem, efektiivsem ja globaalselt ka märksa suurema mõjuga. Esiteks ei ole turvas seal tekkinud turbasamblast nagu meil, vaid kõdunenud puudest. Ja kuna orgaanika laguneb soojas kliimas väga kiiresti, moodustub ka turvas troopikas kiiremini.
Märkisid, et naerugaasi lendub üldjuhul häiritud ökosüsteemidest. Kuivõrd on need häiringud tingitud otsesest inimtegevusest, kuivõrd senistest kliimamuutustest?
Võib öelda nii, et kõige rohkem emiteerivad kasvuhoonegaase inimmõjulised looduslikud alad. Need on sellised alad, kus muutused ei toimu mitte inimese vahetu tegevuse tulemusena, nagu näiteks troopilise märgala muutmisega istanduseks, vaid inimtegevusest tingitud kliimamuutuste tõttu. Selle parim tõend on Hawaiil Mauna Loa observatooriumi pikaajaliste mõõtmiste alusel koostatud graafik, mida tuntakse selle looja järgi Keelingi kõverana. See näitab, kuidas süsihappegaasi osakaal meie atmosfääris on viimase ligemale 70 aasta jooksul pidevalt kasvanud. Ja seda eriti intensiivselt viimastel aastakümnetel. Selle peamine põhjus on põudade sagenemine, millel on omakorda otsene mõju mulla veerežiimile: kui veetase langeb, intensiivistub mullas mikroobide lagundav tegevus ja pinnasest hakkab lenduma sedavõrd suures koguses süsihappegaasi, et taimed ei suuda seda enam fotosünteesi käigus ära siduda. Selle tõttu jõuab kasvuhoonegaase, sealhulgas ohtlikku naerugaasi, atmosfääri järjest enam, mis tähendab, et kliima soojenemine kütab ise juba kliima soojenemist. Lumepall on lükatud veerema.
Kliimamuutuste kontekstis räägitakse enamasti fossiilkütuste põletamisest tingitud kasvuhoonegaasidest. Sina oled rõhutanud just maakasutuse muutustest ajendatud emissioonide osakaalu. Kuidas kasvuhoonegaaside emissioon nende kahe vahel jaguneb?
Kui vaadata atmosfääri paisatavaid süsihappegaasi absoluutkoguseid, siis fossiilsete kütuste osa on umbes kümme gigatonni aastas, millele lisandub maakasutuse muutustest umbes kaks gigatonni aastas. Looduslikest ökosüsteemidest pärineva süsihappegaasi bilanss, mida valitsustevaheline kliimamuutuste nõukogu (IPCC) veel praktiliselt ei käsitle, peetakse vaikimisi tasakaalus olevaks: aastas lendub 130 gigatonni ja sama palju CO2 seotakse. Tegelikult võivad järjest kasvavad kaudsest ehk juba käivast kliimasoojenemisest ja sellega seotud ebastabiilsusest tingitud temperatuuri- ja sademete režiimi muutused fossiilkütuste ja maakasutuse muutuste otsest mõju aga juba oluliselt ületada. Hinnanguliselt võib inimtegevusest mõjutatud looduslikest maismaaökosüsteemidest lähtuv süsihappegaasi emissioon, eriti põua-aastatel, küündida kuni 20 gigatonnini aastas. Tõenäoliselt see ongi atmosfääris CO2-sisalduse kasvu peamine põhjustaja. Ja me räägime siinkohal üksnes süsihappegaasist, sest naerugaasi kohta meil veel globaalsed andmed puuduvad.
Loomulikult tuleb keskkonna parandamiseks fossiilkütuste kasutamist piirata, kas või selle pärast, et parandada kohalikku õhukvaliteeti. Turbasoode kuivendamisest ja üha sagenevatest põudadest tingitud emissioonide mastaapsust arvestades on see aga vaid murdosa sellest, mida tuleks kasvuhoonegaaside emissioonide vähendamiseks ette võtta. Hinnanguliselt on praegu kuivendamise ja turbatootmise tõttu kadumas umbes kümnendik maailma soodest. Kui arvestada juurde kõikvõimalikud muud häiringud veerežiimis, sealhulgas need, mida põhjustavad järjest sagenevad põuad, võib häiritud märgalade osakaalu maakera turbasoodest hinnata 50 protsendile. Need on päris mõtlemapanevad arvud, mis tähendab, et kasvuhoonegaaside lendumine üha jätkub.
Kas sul on optimismi, et meil õnnestub rohepöörde abil kliimamuutusi ohjeldada?
Rohepööre on veidi üle võlli keeratud, ülespuhutud vaimustus, millega on õnnetuseks seotud väga palju raha. Kliimamuutuste tagasipööramiseks pole sellest kasu, kuid sellest on kahtlemata abi, et parandada keskkonda lokaalselt, muuta inimeste endi suhtumist, kuidas oma elukeskkonda hoida. Selle suhtes, et kliimamuutusi oleks võimalik kuidagi tagasi pöörata, mul aga kahjuks optimismi pole.
Küll on võimalikud soojenemise enda põhjustatud muutused, eriti ookeanivee tsirkulatsiooni muutuste kaudu. Näiteks Golfi hoovuse seiskumine, mida ennustavad järjest tõsisemalt võetavad mudelid, teeks põhjapoolkera ja eriti Euroopa kliima märgatavalt jahedamaks. Teisalt tekib igikeltsa sulamisel juurde suuri madalaid veekogusid, kus juba kasvab edukalt turbasammal, tekitades uusi soid. Ehk kompenseerib selline areng turbasoode kao parasvöötmes ning aitab süsinikku paremini salvestada.
Miks läksid ülikooli geograafiat õppima? Kas sul oli juba lapsena huvi loodusteaduste vastu?
Oli küll. Ma korjasin mardikaid ja olin pioneerina loodusuurijate sektsioonis. Kui see tuhin üle läks, hakkasin suuresti tänu Jaan Eilartile kodu-uurijaks. Käisin alates kaheksandast klassist geograafiaolümpiaadidel. Esimese uurimistöö tegin Tartu õlletehase ajaloost, järgmise Tartu bussiliikluse ajaloost. Istusin nädalate kaupa Liivi tänaval arhiivis ja lugesin vanu dokumente, millest mõned olid veel saksakeelses gooti kirjas. Eks ma siis pusisin seal, päris huvitav oli, ja minu uurimistööd tunnistati parimaks. Praktilise poole pealt olin kehvem, ilmselt olin üks maailma halvimaid orienteerujaid: kord tulin võistlustel metsast välja siis, kui kõik teised olid juba koju läinud. Nii et jah, huvi geograafia vastu oli mul juba põhikoolis olemas ega kadunud ka keskkooliajal, kui tegin uurimistöö Tartu linna ja rajooni looduskaitsealustest objektidest. Tollal neid nii palju ei olnud kui praegu, peamiselt kaitsealused puud ja kivid.
Kuidas sinust teadlane sai?
Sellega läks mul teisiti kui tänapäeval. Praegu hakatakse tegema tõsist teadust enamasti kohe pärast ülikooli lõpetamist. Kui mina 1977. aastal geograafina Tartu ülikooli lõpetasin, siis sai minust Eesti maaülikooli, toonase nimega Eesti põllumajanduse akadeemia (EPA) assistent ja ma hakkasin lugema kõigile EPA osakondadele looduskaitset. Mäletan, et loengute ettevalmistamine võttis tohutult aega. Õpetasin ka geoloogia aluseid ja sain maaparanduse tudengitele praktikume tehes ise ka kivimid ja mineraalid põhjalikumalt selgeks. (Muigab.) Õppetööd oli vahel 36 tundi nädalas, nii et teaduseks ei jäänud palju aega. Aga huvi oli ja üks teema, mis mind paelus, oli raskemetallide, eriti varem bensiinile lisatud plii levik teede ääres. Uurisin, kuidas seda mõjutab teeäärsete hekkide rajamine. Tulemused avaldasin Eesti Looduses. Selgus, et nii plii kui ka kaadmium, mis on mõlemad inimese tervisele ohtlikud ja mille kasutamine on nüüdisajal rangelt reglementeeritud, kuhjusid hekkide ja tee vahelisel alal nii mullas kui ka taimedes. Nõukogude aja viljastavates tingimustes olid teeäärsed alad aga sageli linlaste kartulimaaks, sest oma maa omamine oli enamikule kodanikest piiratud.
Järgmisena hakkasin uurima maaparanduse mõju maastiku mitmekesisusele, millega olin tegelenud juba ülikooli ajal ja mille tõttu EPA mind nii varmalt kohe lõpetamise järel tööle võttis. Tollal oli ju põhireegel, et põllu suurus peab vastama masina suurusele, mille nahka läks palju vanasid talukohti. Mina uurisin, millised on taimekooslused põldudevahelistes metsatukkades, tegin maastike mitmekesisuse indeksi, mis äratas tähelepanu soomlastes. Sealt edasi tuli küsimus, kuidas leevendada põllumajanduslikku reostust veekogudes, ning nii kasvaski teadustöö põhiliseks ja nii see on jäänud. 1991. aasta alguses tulin tagasi Tartu ülikooli juurde, millest saab varsti juba 35 aastat.
Mida sulle vabal ajal teha meeldib?
Esiteks, mul ei ole eriti palju vaba aega. Aga kui on, siis võtab suvekodu peamise energia. Hooned on küll olemas, aga nüüd on juba vaja hakata neid otsast remontima, lisaks muidugi kogu see hooajaline potipõllundus. Mulle on meie maakodu väga oluline koht ja küllap teistelegi pereliikmetele. Ma ei saa jätta märkimata, et meie maakodust sai alguse ka Pühaste õlu, kui mu vanem poeg hakkas seal tegema esimesi katsepruule. Noorem poeg rajab seal aga endisele põllumaale liigirikast puisniitu.
ÜLO MANDER
Sündinud 11. jaanuaril 1954 Tartus
1977. aastal lõpetas Tartu riikliku ülikooli geograafina cum laude
1983. aastal kaitses samas bioloogiakandidaadi töö ökoloogia alal
1977–1991 töötas Eesti põllumajanduse akadeemias esmalt assistendi, seejärel vanemõpetaja ja dotsendina
1991–1992 TÜ füüsilise geograafia kateedri juhataja
1992. aastast TÜ loodusgeograafia ja maastikuökoloogia professor
1992–1998 ja 2003–2007 TÜ geograafia instituudi juhataja; 2007–2012 ja 2019 TÜ ökoloogia ja maateaduste instituudi geograafia osakonna juhataja
2012–2016 külalisprofessor Prantsusmaa keskkonna ja põllumajanduse teadus- ja tehnoloogiainstituudis
2000. ja 2012. aastal pälvinud Eesti Vabariigi teaduspreemia
Valgetähe IV klassi teenetemärgi kavaler
2024. aastast Genti ülikooli audoktor
2024. aastast Eesti teaduste akadeemia liige (globaalmuutuste akadeemik)
Mitme rahvusvahelise ajakirja toimetuskolleegiumi liige ja kaastoimetaja
Üle 400 teadusliku publikatsiooni autor ja kaasautor
Hobid: tööd maakodus, varem ka talvine suusatamine
Abielus, kaks last
Intervjuu on ilmunud Horisondi 5/2025 numbris.