Browsing by Subject "Itämeri"
Now showing items 1-8 of 8
-
(2023)Ilmakehän ja meren rajakerroksen aallokolla on keskeinen rooli liikemäärän ja energian vaihdossa ilmakehän ja meren välillä. Tämän kytketyn systeemin mallintaminen on perinteisesti toteutettu toisistaan erillisillä ilmakehä-, aallokko- ja merimalleilla, jotka käyttävät rajakerrosten prosessien kuvaamiseen vakioparametrisointeja. Tässä tutkielmassa tarkastellaan ajassa ja paikassa muuttuvien aaltokentän parametrisointien huomioimisen vaikutuksia kolmiulotteisen hydrodynaamisen merimallin tuloksiin Itämeren alueella yksisuuntaisen WAM-NEMO-mallikytkennän avulla. Yksisuuntaisesti toteutetun aallokko-meri-mallikytkennän kuvaamien vuorovaikutusten ymmärtäminen luo pohjaa täysin kytketyn mallisysteemin muodostamiselle tulevaisuudessa. Tutkielma on toteutettu toimeksiantona Ilmatieteen laitoksella ja sen toteutuksessa on hyödynnetty CMEMS-palvelun BAL MFC -konsortion mallinnusosaamista. Aalto-meri-mallikytkentä toteutettiin käyttämällä WAM-aaltomallin tuloksia pakotteina NEMO-merimallin Nemo Nordic 2.0 -konfiguraatiossa. Mallisimulaatiot toteutettiin aikavälille 1.4.– 31.12.2021. Tarkasteltavia aaltoparametrejä olivat kolmiulotteinen Stokesin virtaus ja mereen kohdistuva, aallokosta riippuva leikkausjännitys. Lisäksi tutkielmassa tarkasteltiin kyseisten parametrien yhteisvaikutusta. Parametrien implementoinnin rajoitteista johtuen aallokko-meri-vuorovaikutuksia ei tarkasteltu eksplisiittisesti jääpeitteen alueella. Toteutettujen skenaariosimulaatioiden tuloksia verrattiin ilman aaltoparametrien vaikutusta toteutettuun kontrollisimulaatioon ja in situ -mittausdataan tulosten validoimiseksi. Tarkasteltujen skenaarioiden välisten erojen tarkastelemiseksi mallituloksista valikoitiin lähempää tarkastelua varten tilanteet, joissa aallokon vaikutukset pintakerroksen dynamiikkaan korostuivat. Aallokosta riippuvan leikkausjännityksen havaittiin vaikuttavan merkittävästi meren sekoittuneen pintakerroksen syvyyteen, kasvattavan keskimääräisiä pintavirtausten nopeuksia koko Itämeren alueella Tanskan salmia lukuunottamatta ja näiden tekijöiden kautta vaikuttavan oleellisesti Itämeren hydrografian kuvaamiseen merimallissa. Tanskan salmissa pienentyneiden virtausnopeuksien havaittiin olevan yhteydessä kasvaneen pinnan suolaisuuden ja pienentyneen halokliinin alapuolisen suolaisuuden kanssa, mikä osoittaa huomattavia muutoksia altaiden välisessä, koko Itämeren alueeseen vaikuttavassa vedenvaihdossa. Stokesin virtauksen vaikutukset meren dynamiikkaan havaittiin pienemmiksi. Tarkastelun perusteella voidaan todeta aallokon muokkaaman leikkausjännityksen vaikutukset tarkastellussa mallikonfiguraatiossa suuriksi, mutta havaintoihin verrattuna epärealistisiksi, mikä korostaa aaltoparametrien jatkotutkimuksen merkitystä niin meren pintakerroksen dynamiikan teoreettisen kuvaamisen kuin operatiivisten mallien näkökulmasta.
-
(2019)The Baltic Sea is a vulnerable marine environment and susceptible to pollution. The situation is especially severe in the Gulf of Finland due to a large catchment area compared to the size of the Gulf. The north eastern Gulf of Finland has been described as one of the most contaminated areas of the entire Baltic Sea, with extensive pollution load via river Kymi in the past. Still today, the currents bring contaminants from the eastern part of the Gulf – the Neva estuary and the Bay of Viborg. The concentrations of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Cd, Sb, Hg, Pb, Bi and La were studied in the surface sediments and three GEMAX cores. The vertical distribution revealed the temporal change in the metal accumulation. The spike in the Cs concentration, indicating the Chernobyl disaster in 1986, enabled the estimation of the accumulation of studied elements over time. The horizontal distribution maps based on the concentrations in the surface sediments enabled the discovery of the sites with most intense metal accumulation. Correlation coefficients showed the effect of carbon and sediment grain size in the distribution of metals. The comparison of the metal concentrations to the natural background levels and the Canadian sediment quality guidelines (SQGs) enabled the estimation of the degree of contamination of the area. The metal concentrations have declined during the last decades in the north eastern Gulf of Finland, indicating lower contamination input towards present day. However, in the oxidized Ravijoki core, the decline was not that obvious, probably due to metal scavenging by Fe and Mn oxides and bioturbation. The regional metal distribution was strongly affected by the grain size and carbon – most metals showed high positive correlations with carbon and finer sediment fraction. Mn was an exception, showing negative correlations with both carbon and clay, probably due to the Mn reduction at sites with high organic matter accumulation. The regional distribution pattern suggested main Cd pollution arriving from the eastern part of the Gulf. The distribution of Hg, Mo, Cu and Zn also suggested a possible source in the east. High concentrations of Hg, Pb and Cu were discovered in the outlets of river Kymi. According to the Canadian SQGs, the sediments in the north-eastern Gulf of Finland were contaminated. The situation is especially severe in the case of Zn – the higher reference value PEL, above which adverse biological effects frequently occur, was exceeded even in the oxidized Ravijoki sediments. The highest concentrations of the elements with defined SQGs (Cd, Cr, Zn, Cu, Hg, Pb and As) exceeded the lower reference values in the surface sediments, indicating that all these metals could, at least locally, pose a severe threat to benthic species.
-
(2023)Tähän tutkielmaan on käytetty Ilmatieteen laitoksen digitaalista jääkartta-aineistoa. Jääkarttoja on tehty operatiivisiin tarkoituksiin jo 1800-luvun loppupuolelta asti, mutta käytössä ollut aineisto sisältää viimeisimmät vuodet 1980–2022, joiden jääkartat on saatu digitaaliseen muotoon. Aineistosta käsiteltiin merijään konsentraatiota ja siitä laskettavaa jäällistä alaa. Merijään vuosittainen laajuus vaihtelee paljon, mikä näkyy myös tulosten aikasarjoissa. Vuosittaiseen vaihteluun vaikuttavat muun muassa Pohjois-Atlantin heilahtelu (NAO) ja Arktinen heilahtelu (AO). Selkämeri ja Suomenlahti ovat fyysisiltä muodoiltaan, meriveden ominaisuuksiltaan ja sijainniltaan erilaisia, joten niiden merijäätkin eroavat jonkin verran toisistaan. Mitä pohjoisempana tai idempänä sijainti on, sitä ankarampia talvet ja jääolot ovat. Tämä vaikuttaa osittain siihen, että Selkämeren osa-alueiden välillä on eroja jääpeitteessä, samoin Suomenlahden osa-alueiden välillä. Kaikkia eroja ei kuitenkaan voida laittaa pelkästään maantieteellisen sijainnin piikkiin, vaan jääpeitteeseen ja sen sijaintiin vaikuttaa myös merijään dynamiikka. Merijää, meri ja ilmakehä ovat kaikki kytkeytyneet toisiinsa termodynaamisten ja dynaamisten prosessien kautta, ja niiden vaikutuksesta merijääpeite on jatkuvasti muutoksessa. Konsentraation ja jäällisen alan käsittelyn jälkeen nähtävissä oli, että merijään laajuuden trendi on kaikilla tarkastelluilla alueilla vähenevä. Nämä tulokset ovat linjassa myös muiden kirjallisuudessa esitettyjen tulosten kanssa, joiden mukaan talvet ovat leudompia ja ankaria talvia esiintyy harvemmin. Aineistosta erottui yksi erityisen kylmä talvi (1987), jolloin merijään jäällinen ala on ollut laajimmillaan tämän tarkastelujakson aikana. Ilmastonmuutoksella on jo ollut vaikutuksensa myös Itämeren merijäähän ja merijäätä pidetäänkin ilmastonmuutoksen herkkänä mittarina.
-
(2021)Gulf of Bothnia was simulated with NEMO sea model and LIM3 sea ice model. The results were used to count ice area, ice thickness, ice season length and the dates for freezing ang thawing. Results contained years from 1975 to 2059 but only years from 2006 were mostly used. Before 2006 the model was forced with a statistical history run. It was compared to thickness observations and the ice model was considered reliable enough. Atmospheric forcings became from three earth system models and two emission scenarios. With smaller emissions results about ice conditions and its trends vary between model runs with different focings a lot more than with higher emissions. In many case a propability distribution was used on results unlike on earlier similar researches which have mostly used only medians of ice parameters. Propability distribution for ice area was made using cumulative Gumbel probability distribution which enabled counting time periods longer than the time series. It also increased the reliability of extreme results. According to the results the northen part of the Bay of Bothnia freezes in every winter at 2050s. Ice thickness is 80cm at the most and median is 50cm. In almost every result southern part of the Bothnian Sea has over 50% chance for ice to occur and the median of thickness is more than 10cm. Length of the ice season close to 2050s can exeed 150 days often at the northen Bay of Bothnia but elsewhere it is closer to 100 days and varies a lot. The counted propability distributions for ice area let us suspect that a part of the Bay of Bothnia would remain unfreezed at least once every 30 years or more propably every 20 years in years from 2006 to 2059. In contradiction, not much can be said about large areas, because results vary a lot about wheter the whole Gulf of Bothnia can be expected to freeze close to 2050s.
-
(2021)Itämeren pohja on ollut vähähappinen tai kokonaan hapeton useita kertoja viimeisten 8000 vuoden aikana. Holoseenin lämpömaksimin aikana, Litorinameren suojaisessa mataloituvassa lahdessa nykyisen Kurikan alueelle on kerrostunut aikaresoluutioltaan poikkeuksellisen hienosyinen sedimenttisarja, joka kertoo pohjan happitilanteen muutoksista. Ajallisesti sedimenttisarja kattaa paikallisen deglasiaation, Ancylusjärvivaiheen ja Litorinameren kehityksen paikalliseen kuroutumiseen asti, ajoittuen jaksolle n. 10 800–4 500. Magneettiset mineraalit ovat herkkiä ympäristön prokseja ja niiden kerrostumisen jälkeiseen diageneesiin liittyy joko detritaalisten magneettisten mineraalien muuttuminen tai uusien magneettisten mineraalien syntyminen. Koska muutoksia tapahtuu sekä hapettavissa että pelkistävissä ympäristöissä, voidaan magneettisia mineraaleja käyttää tutkittaessa sedimenttien diageneettisiä prosesseja ja ympäristöjä. Esimerkiksi greigiitti on rautasulfidi, jonka esiintyminen indikoi hapetonta ympäristöä. Greigiittiä voi syntyä diageneesissa sulfaatin pelkistymisen tai metaanin anaerobisen hapettumisen seurauksena. Lisäksi magnetotaktiset bakteerit tuottavat greigiittiä magnetosomeihinsa. Ympäristömagneettiset ominaisuudet kertovat greigiitin synty-ympäristön redox-olosuhteista. Huhtikuussa 2019 kerätystä 40 metriä pitkästä sedimenttisarjasta määritettiin sedimentin litologia, magneettinen suskeptilibeetti, orgaanisen aineksen pitoisuus sekä raekoko. Tulosten perusteella sedimenttisarja jaettiin viiteen yksikköön (KY15-1–KY15-5). Yksiköistä KY15-2, KY15-3 ja KY15-4 selvitettiin ympäristömagneettiset ominaisuudet neljästä eri vyöhykkeestä. Suskeptibiliteettiaineiston toistotarkkuus varmennettiin korkeamman resoluution mittauksin ja ympäristömagneettisia tuloksia verrattiin suskeptibiliteettimittauksiin. Ympäristömagneettisten tulosten vertailu suskeptibliteetin arvoihin osoittaa, että suskeptibiliteettia voidaan käyttää ympäristömagneettisten ominaisuuksien rekonstruoimiseen Kurikan sedimenttisarjan sedimenttiyksiköissä, joissa sedimentaatio on verrattain tasaista eikä suuria raekokomuutoksia esiinny. Litorinamerivaiheen sedimentistä havaittiin single-domain (SD) kokoista (200-1000 nm) autigeenistä greigiittiä Kurikan sedimenttisarjassa ja ympäristömagneettiset tulokset indikoivat sen alkuperäksi sulfidista ympäristöä. Tutkimuskohteen sedimenttisarja eroaa muista Itämerestä tutkituista sedimenttisarjoista erityisesti Ancylusjärven sedimenttien ympäristömagneettisilta tuloksiltaan. Poiketen syvänteistä kerätyistä sedimenttisarjoista, ei Ancylusjärven savista tunnistettu greigiittiä, eikä sedimentissä nähty selviä sulfidikerroksia. Litologisten ja ympäristömagneettisten tulosten perusteella greigiitin (autigeeninen) syntymekanismi Kurikan sedimenttisarjassa on erilainen, kuin Itämeressä aiemmin havaitulla greigiittillä (magnetotaktisten bakteerien synnyttämä). Tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että greigiitin syntytavat voivat olla jopa altaan samoissa sedimenteissä toisistaan poikkeavat, ja että sedimentaatioympäristö vaikuttaa vahvasti greigiitin syntymiseen ja sen säilymiseen sedimentissä. Suskeptibiliteetin perusteella hypoksia on ollut Litorinameren aikana mataloituvassa merenlahdessa yleistä, mutta ei jatkuvaa. Isomman mittakaavan trendit hapettomuuden vaihtelussa ovat olleet perenniaalisia oletetulla aikaresoluutiolla, mutta aineisto ei sulje pois hapettomuuden kausittaisuutta. Litorinameren ajalta voidaan erottaa ainakin kaksi pitempiaikaista, muutamia satoja vuosia jatkuvaa, hapetonta tai vähähappista kautta. Greigiitin määrä kuitenkin vaihtelee jaksojen aikana, heijastaen vaihtelua pohjaolosuhteissa. Hypoksisten kausien välillä (~6500–7000 cal BP) on viitteitä lyhytaikaisista hapellisista jaksoista. Kyseinen ajanjakso on yhdistetty kirjallisuudessa korkeampiin suolatasoihin Itämeren altaassa, suhteellisen merenpinnan korkeampiin tasoihin sekä hapellisten olosuhteiden yleistymiseen.
-
(2023)Global warming and anthropogenic activity will change the environmental conditions in the northern regions. For example, precipitation and river flow are expected to increase, the amount of organic matter ending up in the sea from land will increase, and its quality will change. The impact of changes in organic matter on northern coastal ecosystems and the carbon cycle is poorly known and these impacts need to be studied. In this study, the amount, quality and variations of organic matter accumulated in the surface sediments of the Bothnian Bay coastal areas in the northern part of the Baltic Sea and in the Liminka Bay over the past 100 years are studied by analyzing the concentrations of organic carbon and nitrogen (TOC and TN), C/N ratio, and the stable isotope ratios δ13C and δ15N, thus assessing environmental change in the coastal area of the Bothnian Sea. The accumulation of organic matter along the coast of Bothnian Bay is affected by both the proximity of the rivers and the land cover and land use of the river basin. More organic matter accumulates on the coasts (average 3.5 wt%) than further into the open sea (average 1.9 wt%). Contrary to presuppositions, there is no clear variation in the quality of organic matter between the coast and the open sea, but the observed change is north-south: in the northern areas, organic matter is more terrestrial and autochthonous, and in the southern areas it is more aquatic and allochthonous. The northern regions are characterized by large rivers with large amounts of forests and peatlands in the catchment areas. Further south, the rivers are smaller and carry less organic matter in quantity. Further north in the coastal ecosystem, the amount of primary production is lower and nitrogen does not limit primary production, as opposed to more southern areas. Primary production of ice may also have affected the organic matter deposited in the Bothnian Sea sediments. The amount of organic matter deposited in Liminka Bay has been on the rise over the past century, probably due to global warming, increased river flow and the impact of human activity. Based on the C/N ratio, the material has been more terrestrial in the 1930s to 1970s, after which the material has become more aquatic. In addition, aquatic primary production has increased in the Liminka Bay and nitrogen has begun to restrict primary production more. The study shows that climate and environmental change and human activities affect the amount and quality of organic matter in northern coastal areas, but further research is needed to determine more accurate ecosystem impacts.
-
(2023)Ongoing climate change alters Northern marine ecosystems, where annual sea-ice cover has a significant role. Changes caused by climate change, such as sea surface temperature and sea-ice season, affect the composition of the community of primary producers. Primary producers have an important role in the ecosystems and biological and geological cycle, and a slight change in their community can have a significant impact on the marine system. Past environments provide important information on the effects of future changes in the environment and climate as well as tools to control them. Diatoms are commonly used in micropaleontology and paleoecology as an indicator for past environmental conditions and are therefore important proxies for paleoenvironments and climates. To better understand the past and future changes in the environment and climate, it is important to study not only microfossils in the sediments but also the relationship of modern diatoms to environmental factors. In the Baltic Sea, seasons strongly regulate the environmental conditions, which are reflected in the diatom community. Different seasons are represented by diatoms adapted to different conditions, which could lead to misrepresentation of environmental conditions if seasonal patterns are not recognized. In this master’s thesis, modern diatom seasonal succession is studied, as well as the role of environmental factors on diatom species over one year period. A sediment trap was used to monitor seasonal diatom succession and sediment vertical flux in Tvärminne Storfjärden, Gulf of Finland between 2012–2013. New information was discovered on the ecology and succession of common diatom species in the Baltic Sea. Data shows a clear succession according to the season as diatom community evolved to represent winter and early spring community, late spring community and autumn community. In winter the diatom community consists mainly of sea-ice species such as Pauliella taeniata and cold-water species Thalassiosira levanderi. The role of Pauliella taeniata was smaller than expected, possibly due to long-term decreasing trend associated with changing environment. Other central species were sea-ice related Stauroneis radissonii and a species belonging to Chaetoceros group. Sea-ice species formed a bloom around sea-ice melt and again during the spring bloom. In contrast to sea-ice species Thalassiosira levanderi formed a bloom only in the early spring, although it was present throughout the year. The bloom was probably initiated by optimal environmental conditions and lack of competition. Dominant species during spring bloom were common spring species in the Baltic Sea Skeletonema marinoi and Diatoma moniliformis. The latter occurs in benthic and planktic environments that were discovered blooming in planktic on spring blooms in May of 2013. In summer diatoms were relatively scarce, but a group of small centric species (including Cyclotella Choctawhatcheeana, Cyclotella atomus, Minidiscus proschkinae) formed massive autumn blooms as turbidity and nutrient concentrations increased in September and August.
-
(2019)Itämeren ja sen tilan tutkimus on perustunut rannikon läheisyydessä oleviin mittausasemiin sekä seurantamatkoihin, joita esim. Pohjanlahdella tehdään noin 4 kertaa vuodessa. Viimeisen parinkymmenen vuoden aikana Itämerellä ollaan kuitenkin alettu käyttämään kauppalaivoihin asennettuja läpivirtauslaitteistoja eli niin sanottuja FerryBoxeja, eli niin sanottuja SOOP:eja (ship of opportunity). Automaattiset mittausmenetelmät ovat lisääntyneet viime vuosina ja FerryBox on yksi niistä. Tässä tutkielmassa keskitytään Pohjanlahdella kulkevan M/V Transpaper -aluksen FerryBoxin suolaisuus- ja lämpötilamittauksiin. Keskeisiä kysymyksiä ovat: onko data luotettavaa, mitä data kertoo suolaisuuden ja lämpötilan alueellisista ja ajallisista muutoksista, sekä miten sitä voi hyödyntää Itämeren tilan seurannassa. Tässä työssä käytetty data on haettu CMEMS -palvelusta. Data sisälsi jonkin verran epäluotettavia havaintoja, joten sille tehtiin ylimääräinen laadunvarmennus. Laatutarkastettu data vastasi hyvin lähettyvillä tehtyjä CTD -mittauksia sekä reitin varrella olevia pysyviä mittausasemia. CTD- ja FerryBox -mittausten välillä on vahva korrelaatio. Data sopii hyvin suolaisuuden ja lämpötilan tutkimiseen Itämerellä, kunhan datan laatu on varmistettu. Suolaisuusdatasta nähdään hyvin vuosikierto, pintaveden ollen kesällä vähäsuolaisempaa kuin talvella. Pintasuolaisuus vaihtelee eniten rannikon lähellä Perämerellä ja Merenkurkun eteläosassa, jossa keskihajonta on jopa 0,7 ja vähiten Perämeren keskiosissa ja Selkämeren keski- ja eteläosissa, jossa se on alle 0,2. Vaikka vuosikierto on selvästi nähtävissä, nähdään myös selviä eroja vuosien välissä. Mittausajanjaksosta 2009--2017 vuodet 2016 ja 2017 olivat keskimääräistä vähäsuolaisempia ja 2011--2012 tavanomaista suolaisempaa. Myös lämpötilassa näkyy selvä vuosikierto, sekä vuosien välistä vaihtelua. Ajanjakson lämpimin vuosi oli 2014 ja kylmin 2017. Lämpötilan kuukausikeskiarvoista näkee, että ne ovat selvästi lämpimämmät kuin aiemmin kirjallisuudessa esitetyt lämpötilanarvot. Pintaveden lämpötila oli varsinkin pohjoisessa syksyllä kirjallisuudessa olevia arvoja lämpimpää. Varsinkin Perämerellä lokakuussa keskiarvolämpötila oli 6,7⁰C--10⁰C, joka on ylärajaltaan 4⁰C korkeampi kuin kirjallisuuden 4--6⁰C. Tämä oli oletettua, koska kirjallisuudessa käytetyt arvot ovat 70-luvun alussa julkaistuja ja muutkin tutkimukset ovat todenneet pintavesien lämpenemisen.
Now showing items 1-8 of 8