SELVITYS HIILIDIOKSIDIN VAPAUTUMINEN KOLLAJAN TEKOJÄRVIALUEELTA

Transkriptio

1 SELVITYS HIILIDIOKSIDIN VAPAUTUMINEN KOLLAJAN TEKOJÄRVIALUEELTA DI Tiina Seppälä Spring Environment Oy

2 SISÄLLYSLUETTELO 1. Johdanto Hiilidioksidi kasvihuoneilmiötä voimistavana yhdisteenä Hiilidioksidinkierto eri ekosysteemissä Metsäekosysteemit Suoekosysteemit Vesiekosysteemit Hiilidioksidi talvikautena Ihmistoiminnasta vapautuvat hiilidioksidipäästöt Hiilidioksidin määrä eri ekosysteemeissä Metsät ja metsäojitetut alueet Luonnontilaiset suot Hakkuu- ja turvetuotantoalueet Vesialueet Tekojärvien vapautuvat hiilidioksidivirrat Kollajan tekojärvialue Hiilidioksiditase tarkastelualueella Yhteenveto Lähteet Liitteet /23

3 1. Johdanto Tämä selvitys on tehty Pohjolan Vesivoima Oy:n pyynnöstä osaksi Kollajan tekojärven ympäristövaikutusten arviointiin liittyviä selvityksiä. Selvityksen tarkoituksena on antaa tietoa hiilidioksidin vapautumista Kollajan alueella. Kirjallisuuslähteenä on käytetty aiheeseen liittyviä julkaisuja ja aiempia tutkimuksia kasvihuonekaasujen vapautumisesta havumetsävyöhykkeellä. Tarkoituksena oli selvittää hiilidioksiditaseessa tapahtuva muutos Kollajan alueella. Kirjallisuudesta löytyvien tutkimustuloksien pohjalta arvioidaan alueen nykyinen CO 2 -tase ja mahdollisen tekojärven tuoma muutos alueella. Selvityksen edetessä kävi ilmi, ettei hiilidioksidin kiertokulun tutkimuksia voida suoraan yleistää Kollajan alueelle. Hiilidioksiditutkimukset Suomessa ja ulkomailla toteavat, että hiilidioksidin kiertoon vaikuttaa lukuisia tekijöitä ja tehdyt mittaukset ovat paikka- ja aikakohtaista. Vuosittaisesta hiilidioksidinettovaikutuksesta Kollajalla sijaitsevien maankäyttötyyppien kohdalta voidaan sanoa ainoastaan toimiiko, jokin tietty alue todennäköisemmin nieluna vai päästölähteenä. 3/23

4 2. Hiilidioksidi kasvihuoneilmiötä voimistavana yhdisteenä Suurimman osan kasvihuonekaasuista muodostavat hiilidioksidi (CO 2 ), metaani (CH 4, suokaasu) ja typpioksiduuli (N 2 O, dityppioksidi). Näitä kaasuja vapautuu niin luonnon vesi- ja maaekosysteemeistä kuin ihmisten hallinnassa olevista systeemeistä. (Tremblay ym. 2005) Näiden kaasujen lämmön pidättämiskykyominaisuutta auringon infrapunasäteilystä kutsutaan kasvihuoneilmiöksi. Tämä on luonnollinen ilmiö, joka pitää maapallolla lämpötilan noin 18 celsiusasteessa. Ilman tätä ilmiötä lämpötila olisi noin -15 celsiusastetta. Tänä päivänä kasvihuonekaasujen konsentraatio ilmakehässä on kasvanut huomattavasti ihmistoiminnasta peräisin olevien kasvihuonekaasupäästöjen johdosta ja vahvistanut ilmiötä. (Tremblay ym. 2005) IPCC:n National Greenhouse Gas Inventories Programme (NGGIP) on kasvihuonekaasupäästöjen raportointijärjestelmä. Järjestelmään kerätään ihmistoiminnasta aiheutuvien päästöjen vuosittaiset vapautumis- ja sitoutumismäärät. Kaasuvirtojen katsotaan olevan nolla luonnontilaisilla alueilla esimerkiksi soilla, koska niitä ei raportoida osana järjestelmää. Tämä laskentasääntö on yleensä huomioitava päästöjen laskemisessa. Toisaalta on huomioitava IPCC-laskusääntöjen soveltuvuus, kun on kyse on maankäytön muutoksen kasvihuonekaasupäästöjen vertailusta. (IPCC 2006) Hiilidioksidimolekyylin ilmakehän lämmitysvaikutukselle (Global Warming Potential, GWP) on sadan vuoden periodilla määritetty kerroin 1. Yksi hiilidioksiditonni vastaa yhtä hiilidioksidiekvivalenttitonnia. Muut kasvihuonekaasut muutetaan omien kertoimien avulla hiilidioksidiekvivalenteiksi, jotta kasvihuonekaasujen vaikutuksen keskinäinen vertaaminen on mahdollista. (IPCC 2001) 4/23

5 3. Hiilidioksidinkierto eri ekosysteemissä 3.1. Metsäekosysteemit Hiilidioksidia sitoutuu enemmän kasvavaan puustoon kuin maaperän ja karikkeen hajoamisesta palautuu ilmaan, täten vuositasolla kasvavan metsän nettohiilidioksidipäästö ilmaan on negatiivinen. Kivennäismaiden metsän hiilidioksidin kierto on esitetty kuvassa 1. Kuva 1 Kivennäismaiden kasvillisuuden ja maaperän hiilivarastot ja niiden keskimääräiset vuosimuutokset Suomessa metsämailla. Luvut ovat keskiarvoja vuosilta (Liski & Mäkipää. 2001). 5/23

6 3.2. Suoekosysteemit Suoekosysteemissä hiilidioksidia sitoutuu kasvien yhteyttämisessä ja vapautuu taas karikkeen ja turpeen hajotessa. Osa suolla vapautuvasta hiilidioksidista on peräisin suon hapellisessa pintakerroksessa hapettuneesta metaanista. Kuvassa 2 esitetään kasvihuonekaasujen virtaus suoekosysteemissä. Kuva 2 Kasvihuonekaasujen virrat suoekosysteemissä (Martikainen ym. 1996) Vesiekosysteemit Vesiekosysteemeissä hiilidioksidia vapautuu pääasiassa diffuusion kautta. Kuvassa 3 esitetään kasvihuonekaasujen virrat vesiekosysteemissä. Hiilidioksidia liukenee veteen ilmasta, joissa levät hyödyntävät se yhteyttämisessä. Meret ovat metsien rinnalla merkittävä hiilidioksidinielu (Harvard Magazine 2002). 6/23

7 Kuva 3 Kasvihuonekaasujen virrat vesiekosysteemissä (Martikainen ym. 1996) Hiilidioksidi talvikautena Talvikautena yhteyttävien kasvien määrä laskee ja hiilidioksidin sitoutuminen hidastuu. Lumipeitteen ja jään eristävä vaikutus mahdollistaa kasvihuonekaasujen tuotannon ympärivuoden. Talvikauden aikaisia päästöjä on tutkittu erilaisilla soilla ja järvissä. Metsäojitettujen soiden talviset hiilidioksidipäästöt olivat selvästi luonnontilaisia korkeampia, mutta suhteessa vuoden mittaan turpeesta vapautuvaan hiilivirtaan niiden osuus oli samanlainen kuin luonnontilaisillakin soilla, suotyypistä riippuen % (Alm ym. 1999). Vesiekosysteemien talviset kasvihuonekaasut varastoituvat jään alle. Ne pääsevät ilmakehään jäiden lähdön jälkeen vesirungon tuulettuessa kevään täysikierrossa. Jääpeitteen aikana syntyvää metaanipäästön suuruutta on tutkittu laajasti. Hiilidioksidi säilyy runsaimpana kasvihuonekaasuna kasvihuonekaasutuotannossa havumetsävyöhykealueella. Järvien pohjan talvihapetus ei vaikuta suuresti hiilidioksidipäästön suuruuteen (Huttunen ym. 2001). Talviajan päästöjen lisääminen havumetsävyöhykkeen järvien ja soiden kasvihuonekaasutaseeseen antaa epäilemättä paremman vuositason taselaskelman. (Huttunen & Martikainen 2003; Alm ym. 1999) 7/23

8 4. Ihmistoiminnasta vapautuvat hiilidioksidipäästöt Hiilidioksidia vapautuu ihmistoiminnassa pääasiallisesti fossiilisten polttoaineiden tuotantoketjusta ja polttoprosessista. Hiilidioksidi on palamisen lopputuote. Vapautuvan hiilidioksidin määrä on riippuvainen polttoaineen sisältävän hiilin määrästä ja laadusta. Energiaksi poltettava polttoaine voi olla fossiilisten polttoaineiden lisäksi uusiutuvaksi luokiteltu, esim. puu. Hiilidioksidipitoisuus ilmakehässä on kasvanut (Tremblay ym. 2005) samansuuntaisesti kuin vapautuneen hiilidioksidin määrä energiatuotannossa.(fogelholm 1994) Kuvassa 4 esitetään Energy Information Administration (EIA) tilastoinnin pohjalta tehty graafinen esitys. Euroopan maiden päästömäärä on vakiintunut. Erityisesti 2000-luvulla on kasvanut Aasian hiilidioksidipäästöt, kun muissa maanosissa päästöt ovat vakiintumassa (IEA 2006). Hiilidioksidipäästöt kulutetusta fossiilisista polttoaineista miljonaa CO 2 -tonnia yhteensä kaikki maat yhteensä Euroopan maat vuosi Kuva 4 Energiatuotannosta vapautuvan hiilidioksidipäästöjen määrä vuosina (EIA 2006) Taulukossa 1 esitetään Suomen hiilidioksidipäästöt vuodelta Suomen ihmistoiminnasta aiheutuneet päästöt olivat yhteensä 66 miljoona tonnia. Maankäytön muutos hiilidioksidia uudelleen sitovaksi ilmaistaan negatiivisena lukuna taulukossa. Kuvassa 5 esitetään hiilidioksidin prosentuaalinen jakautuminen eri päästösektorien kesken ilman laskennallista nieluvaikutusta. 8/23

9 Taulukko 1 Suomen IPCC-raportoidut hiilidioksidipäästöt (miljoonaa CO 2 -tonnia) vuonna Negatiivinen arvo muodostuu hiilidioksidinielulle (Tilastokeskus 2009) Päätoiminen sähkön ja lämmön tuotanto Öljynjalostus 2.86 Kiinteiden polttoaineiden valmistus ja muu energiateollisuus 0.35 Teollisuus ja rakentaminen Liikenne Rakennusten lämmitys sekä maa-, metsä- ja kalatalous 4.94 Teollisuusprosessit 4.27 Polttoaineiden haihtumapäästöt 0.14 Liuottimien ja muiden tuotteiden käyttö 0.06 Muu polttoainekäyttö 1.06 Maankäyttö, maankäytön muutos ja metsätalous Yhteensä Yht. ilman maankäyttöä, maankäytön muutosta ja metsätaloutta % 0.2 % 6.4 % 7.5 % 1.6 % Päätoiminen sähkön ja lämmön tuotanto Öljynjalostus Kiinteiden polttoaineiden valmistus ja muu energiateollisuus Teollisuus ja rakentaminen 21.2 % 41.0 % Liikenne Rakennusten lämmitys sekä maa-, metsäja kalatalous Teollisuusprosessit Polttoaineiden haihtumapäästöt Liuottimien ja muiden tuotteiden käyttö 17.2 % 4.3 % 0.5 % Muu polttoainekäyttö Kuva 5 Suomen IPCC-raportoidut hiilidioksidipäästöt sektoreittain (mukaillen Tilastokeskus 2009). Kuvasta 5 nähdään, että vuonna 2007 yli puolet Suomen vapauttamasta hiilidioksidista ilmakehään on peräisin sähkön ja lämmön tuotannosta sekä öljynjalostuksesta. Teollisuuden ja rakentamisen sekä liikenteen osuudet yhteensä ovat samaa suuruusluokkaa energiatuotannon kanssa. 9/23

10 Energiatuotantomuotoja voidaan verrata keskenään kasvihuonekaasupäästöjen avulla. Taulukossa 2 esitetään Euroopassa tyypillisten sähkötuotantomuotojen vaihteluväli. Taulukko 2 Energiamuotojen vertailu tuotettua kwh sähköä kohden Euroopassa (laskuissa käytetty 100 v GWP) (mukaillen Dones 2003). Minimi (g CO 2 -ekv./ kwh sähköä ) Maksimi (g CO 2 -ekv./ kwh sähköä ) Ruskohiili Kivihiili Öljy Teollisuuskaasu Maakaasu Vesivoimalle on esitetty lähteistä riippuen erilaisia päästöarvoja. Euroopan tekojärvien keskimääräinen päästö on 10 g CO 2 -ekvivalenttia/kwh sähköä (Dones 2003). Jokivoimalaitoksia ja tekojärviä olevassa joessa keskimääräinen kasvihuonekaasupäästö oli Euroopassa 3 27 g CO 2 - ekvivalenttia/kwh sähköä (Dones 2003). Näissä laskelmissa yksikköä kohden laskettua päästöä kwh sähköä kohden on käytetty koko joen alueelta saatua energiamäärää. 10/23

11 5. Hiilidioksidin määrä eri ekosysteemeissä Hiilidioksidin kokonaiskierron toimintaperiaate on asiaa tutkineiden tiedossa, mutta hiilidioksidin sitoutumismääristä ei voida sanoa samaa. Tutkimuspaikat ovat yksilöllisiä ja niiden tulokset kertovat sen paikan hiilidioksidin kierrosta sen hetkisissä olosuhteissa. Tuloksia ei voida yleistää nykyisillä tiedoilla. Hiilidioksidin vapautumis ja sitoutumismäärät riippuvat monesta eri tekijästä, jotka joko hidastavat tai nopeuttavat diffuusionopeutta (mg m -2 d -1 ) eri elementtien välillä. Vaikuttavia tekijöitä ovat mm. lämpötila ja kosteus maaperä, ravinteisuus ja kasvillisuus hapen saatavuus ilmasto, vuodenaika ja sää (Tremblay ym. 2005; Minkkinen ym. 2007a; Saarnio ym. 2007; Pumpanen 2003, MMM 2007, Alm ym 1997) 5.1. Metsät ja metsäojitetut alueet Metsät vaikuttavat maapallon ilmastoa säätelevien kasvihuonekaasujen, etenkin hiilidioksidin, määrään ilmakehässä. Puut ottavat hiilidioksidia ilmasta yhteyttäessään, varastoivat hiilen biomassaansa ja siirtävät sitä maaperään. (Metsätalouden kehittämiskeskus 2009). Ruotsissa ja Kanadassa laskettujen metsien nettohiilidioksiditase olivat välillä mg m -2 d -1 (Tremblay ym. 2005). Metsien tiedetään toimivan hiilidioksidin nettositojana, vaikka sitoutuneesta määrästä ei toistaiseksi ole yleisiä viitearvoja. Arvioita voidaan tehdä erilaisten mallinnusten avulla. Suomessa on kehitetty dynaaminen maamalli (YASSO, joka tuottaa kariketta ja ilmastoa kuvaavien tietojen perusteella arvion maahan sitoutuneen hiilen määrästä, vuotuisista hiilen määrän muutoksista ja maahengityksestä. (Liski & Mäkipää 2001) Metsäojitusalueiden maaperän vanhan orgaanisen eineen (turve ja humus) hapellinen hajotus hiilidioksidiksi muodostaa suometsien hiilitaseen suurimman poistuman. Tämä maaperän hiilidioksidivuo ilmakehään on g m -2 vuodessa suon ravinteisuustasosta riippuen. Vuo on suurin runsasravinteisilla tyypeillä ja pienintä niukkaravinteisimmilla ojitusalueilla. Suurin osa 11/23

12 suometsistämme kasvaa karuilla ja keskiravinteisilla kasvupaikkatyypeillä, joilta keskimääräiset vuotuiset CO 2 -päästöt maasta ilmaan näyttäisivät simulaatioiden mukaan asettuvan välille g m -2 hiiltä. Osa maaperän päästöstä korvautuu puuston ja metsäkasvillisuuden kariketuotannolla, joka tuo sekä maan päälle että maaperään (turpeeseen) uutta orgaanista ainetta, jolloin hiilen kokonaistase voi jäädä positiiviseksi tai negatiiviseksi. (MMM 2007) 5.2. Luonnontilaiset suot Luonnontilaiset ombrotrofiset ja minerotrofiset suot voivat toimia joko CO 2 -nieluina tai päästölähteinä vuosipäästön tasolla. Suuri variaatio vuosittaisissa nettohiilidioksiditaseissa johtuu erityisesti hydrologiasta ja lämpötilasta. Nettohiilidioksidipäästöt ilmaan vaihtelevat ombrotrofisilla soilla g CO 2 m -2 v -1 ja minerotrofisilla soilla g CO 2 m -2 v -1 (negatiivinen luku tarkoittaa CO 2 :den sitoutumista). Nykytietämys ei riitä antamaan vielä kattavaa kokonaiskuvaa luonnontilaisten soiden hiilidioksiditaseen ajallisesta vaihtelusta eri suotyypeillä. (Saarnio ym. 2007) 5.3. Hakkuu- ja turvetuotantoalueet Metsähakkuiden jälkeen metsä menettää hiilidioksidin sitomiskyvyn ja nettohiilidioksiditase muuttuu. Hakkuun jälkeen alue toimii hiilidioksidilähteenä vähintään 15 vuoden ajan, kunnes kasvistoon ja puihin sitoutumisen määrä kohtaa vapatuvan hiilidioksidimäärän. Avohakkuu alueella tehdyt mittaukset osoittivat, että maasta vapautuvan hiilidioksidin määrä oli suurempi paikalla, jossa karike jätettiin paikoilleen kuin oli otettu pois.(pumpanen 2003) Turpeen nostoalueiden nettohiilidioksiditase on todettu positiiviseksi eli alueilta vapautuu hiilidioksidia ilmaan. Suomessa turpeennostoalueella tehtyjen mittausten mukaan hiilidioksidipäästöt ovat keskimäärin noin 600 g CO 2 m -2 v -1 kesällä ja noin 300 g CO 2 m -2 v -1. Turpeen varastoaumoista vapautuvat hiilidioksidimäärät olivat noin 15 kg CO 2 m -2 v -1 ja 25 kg CO 2 m -2 v -1 talvella. Turpeennostoalueiden kaasupäästöissä esiintyy suurta vuotuista vaihtelua. Suotuisten olosuhteiden, kuten kosteiden ja lämpimien sääolosuhteiden vallitessa, niiltä voi vapautua huomattavia määriä hiilidioksidia. (MMM 2007) Turvetuotantoalueiden ennallistaminen tuotannon loppumisen jälkeen sitoo hiilidioksidia. Hiilen nettosidonta alkaa ennallistamisen myötä. Kasvien tehokas fotosynteesi alkuvuosina ja vähäinen metaanin määrä kerryttää hiiltä entisillä tuotantoalueilla. (MMM 2007) 12/23

13 5.4. Vesialueet Hiilidioksidivuo voi suuntautua ilman ja veden rajapinnassa molempiin suuntiin kuten luvussa 3 on kerrottu. Luonnontilaisten järvien hiilidioksidin vaihteluväli nähdään kuvasta 7. Tyypillinen nettopäästön vaihteluväli mg CO 2 m -2 d -1 riippuen järven muista ominaisuuksista (mm. ravinneisuus ja hapekkuus) (Tremblay ym. 2005). Taulukossa 3 esitetään kooste Suomessa tehtyjen mittausten tuloksia. Taulukko 3 Keskimääräisiä ulappa-alueen hiilidioksidi- ja metaanipäästöjä avovesikaudella suomalaisesta järvistä ja tekojärvistä. Mittaukset kammiotekniikalla 1-5 mittauspaikalta/järvi (Huttunen ym 2003a). Järven nimi Trofiataso vuosi mg CO 2 m -2 d -1 mg CH 4 m -2 d -1 Luonnonjärvet Mäkijärvi oligotrofinen Jäkäläisenlampi mesotrofinen Kotsamolampi mesotrofinen Vehmasjärvi eutrotrofinen Heinälampi eutrotrofinen Postilampi eutrotrofinen Kevätön eutrotrofinen Tekojärvet Porttipahta mesotrofinen Lokka eutrofinen /23

14 6. Tekojärvien vapautuvat hiilidioksidivirrat Tekojärvet poikkeavat luonnontilaisista järvistä suuremman ja nopeamman vedenpinnan korkeuden vaihtelun vuoksi. Veden vaihtuvuus juoksutuksen takia on luontaisia järviä nopeampaa. Vedenlaadullisia ongelmia esiintyy joillakin tekojärvillä, mutta pääsääntöisesti vedenlaatuvaihtelu ei eroa luonnontilaisten järvistä. (Martikainen ym. 1996, Tremblay ym. 2005) Kasvihuonekaasujen muodostusprosessi ja sitoutuminen ja vapautuminen muistuttavat luonnontilaisia järviä ja lampia. Tekojärven täytön jälkeen kymmenessä vuodessa merkittävimmät muutokset ovat ehtineet tapahtua. Diffuusion kautta hiilidioksidia vapautuu havumetsävyöhykkeellä määrällisesti enemmän kuin kuplinnan välityksellä (95 % / 5 %). (Tremblay ym. 2005) Kuva 6 Tyypillinen CO 2 -vuon suuruus eri-ikäisissä tekojärvissä Kanadassa ja järvien luonnollinen vaihtelu (Tremblay ym. 2005). Vesivoimalaitoksen jälkeen veteen liuenneet kasvihuonekaasut (CO 2 ja CH 4 ) voivat vapautua ilmakehään. Tuulettuminen seuraa veden paineen vaihteluista ja turbulenssista turbiinin jälkeen ja siitä, että vedessä on ylikyllästystila hiilidioksidia ja metaania siihen verrattuna että vesi olisi tasapainossa ilmakehän kanssa. Havumetsävyöhykkeellä kyseinen ilmiö yleensä esiintyy hiilidioksidin kohdalla, ei metaanin (liite 1-2). (Tremblay ym. 2005) Hiilidioksidivuon suuruutta on mitattu osana metaanimittaustutkimuksia. Tällöin mitattu hiilidioksidi kertoo vain vedestä vapautuvan hiilidioksidin määrän, ei sitoutunutta. Suuri variaatio on seurausta useista tekijöistä. Lisäksi vapautuvan metaanin määrä vaikuttaa hiilidioksidin havaintomääriin mittauksissa. Mediaani tai moodi kuvaa keskiarvoa paremmin keskimääräistä kasvihuonekaasujen vapautumisvuon suuruutta. Kuvassa 8 esitetään esimerkki havaittujen hiilidioksidivuon frekvenssistä vesiekosysteemistä. 14/23

15 Kuva 7 CO 2 vuon yleisyys mittaussarjassa Kanadan LA-1 tekoaltaassa vuosina (mukaillen Tremblay ym. 2005). Kuvasta 7 nähdään, että tyypillisesti hiilidioksidivuon suuruus on alle 2000 mg m -2 d -1 avovesikautena. Suomessa avovesikausi kestää noin 180 vuorokautta (Ilmatieteenlaitos 2009). 15/23

16 7. Kollajan tekojärvialue Kollajan tekojärvialue sijaitsee Iijoen valuma-alueella ja tekojärven pinta-ala tulisi olemaan noin 48 km 2 (PVO 2009b). Nykyisiä vesivoimalaitoksia on alueella viisi. Rakennettava tekojärvi tulee sijaitsemaan näiden voimalaitosten yläpuolella. Uuden vesivoimalaitoksen rakentamista selvitetään hankkeen ympäristövaikutusten arvioinnissa. Kollaja-hanke käsittää säännöstelyyn käytettävän tekojärven ja sitä säännöstelevän voimalaitoksen. Suunnitelman mukainen lisäenergiamäärä on 200 GWh vuodessa. (PVO 2009a). Vesistöjen säännöstelyä tehostamalla tulvavahinkoja voitaisiin estää ja nykyisin ohijuoksutettavaa vettä hyödyntää vesivoimana (Oesch 2005). Kyseisessä tapauksessa hyödynnettäisiin tekojärveä veden säännöstelyssä. Maaperä- ja käyttötiedot jakautuminen esitetään kuvassa 8. Tarkempi tyyppikuvaus alueesta maaperän luokituksesta on esitetty mm. alueen metaaniselvityksestä (Seppälä 2008). 11 % 34 % 1 % 1 % 23 % 13 % metsät puustoiset luonnonsuot puuttomat luonnonsuot ojitetut suot järvet ja joet tiet ja kallio turvetuotanto 17 % Kuva 8 Kollajan tekojärvialueen maaperä- ja maankäyttötietojen prosentuaalinen jako (mukaillen Seppälä 2008 ja PVO2009b). Tekojärven tulevan päästön arvioimisessa käytettiin sitä vedenlaaturaportoinnin tietoa, että järven vedenlaatu olisi rehevä - lievästi rehevä ja hapettomia osia ei järveen muodostu (PVO 2009b). Tekojärven ilmastovaikutusta on suositeltavaa tarkastella yli 10 ikävuoden jälkeen, kun merkittävät muutokset ovat tapahtuneet. 16/23

17 8. Hiilidioksiditase tarkastelualueella Tarkoituksena oli arvioida Kollajan tekojärvialueen nykyistä maisemaa ja verrata sitä tulevaan. Hiilidioksidin määrällistä kiertoa ei vielä tunneta tarpeeksi ja sen tutkiminen jatkuu maailmalla. Ongelmaksi muodostuu se, että hiilidioksidin tutkimuksissa tehdyt mittaukset ovat aina ns. yksilöllisiä luonnon monimutkaisuuden vuoksi. Hiilidioksidin vapautumismäärät ovat hyvin herkkiä ulkoisille vaikutustekijöille, jolloin variaatio on jo mittaussarjojen välilläkin laajaa. Luvussa 5 on esitetty muutamien mittausten tuloksia esimerkkinä. Lukuja ei voida suoraan siirtää Kollajan alueelle. Kollajan alueen maankäytön jakautuminen esitettiin kuvassa 8. Julkaisujen mittaustutkimusten perusteella voi sama suo toimia sekä nieluna että lähteenä eri vuosina tai suon eri osissa. Ainoastaan kasvavan metsän hiilidioksiditase jää pääsääntöisesti negatiiviseksi eli hiilidioksidinieluksi. Hakkuu- ja turvetuotantoalueet vapauttavat pääsääntöisesti hiilidioksidia, jolloin hiilidioksiditase on positiivinen. Hiilidioksidin vapautumista tekojärvestä pystytään ehkä parhaiten käyttämään arvioinnissa. Havumetsävyöhykkeen tekojärvien tulosten perusteella voidaan arvioida Kollajan tekojärven tulevaa hiilidioksidia. Tekojärvien vedestä mitatut hiilidioksidivuot kuvaavat kuvan 3 CO 2 - diffuusionuolta. Tämä diffuusionuoli voi olla myös ilmasta veteen. Tekojärveen muodostunut leväbiomassa muodostaa järven nieluvaikutuksen. Voimalaitoksen jälkeinen hiilidioksidin tuulettumisilmiötä voidaan verrata periaatteessa luonnon koskiin, jossa osa hiilidioksidista vapautuu ilmaan. Taulukkoon 4 on yhteenveto kirjallisuuslähteistä, kuinka eri maatyypit toimivat vuositasolla hiilidioksidin suhteen. Taulukko 4 Kollajan pinta-alatiedot ja nykyisen maankäytön nettovaikutus vuositasolla. Pinta-ala vuositasolla km 2 nettohiilidioksidi- lähde metsät 11 nielu puustoiset luonnonsuot 6 nielu tai päästölähde puuttomat luonnonsuot 8 nielu tai päästölähde ojitetut suot 16 nielu tai päästölähde järvet, joet 1 nielu tai päästölähde turvetuotanto 6 lähde 1. Tremblay ym. 2005, Walström ym. 1996, Metsätalouden kehittämiskeskus 2009, Liski & Mäkipää Saarnio ym. 2007, Tremblay ym. 2005, MMM Saarnio ym. 2007, Tremblay ym. 2005, Nykänen ym. 1998, MMM Walström ym. 1996, Minkkinen ym. 2007, Nykänen ym. 1998, MMM Huttunen ym. 2002a, Huttunen ym. 2002b, Huttunen ym. 2003, Tremblay ym. 2005, Huttunen & Martikainen Alm ym. 2007, MMM 2007, Tuittila /23

18 9. Yhteenveto Hiilidioksidi on osa luonnossa tapahtuvaa hiilen kiertokulkua. Sitä vapautuu ilmakehään suo- ja vesiekosysteemeistä ja sitoutuu kasvistoon erilaisten mekanismien kautta. Ihmisen toiminnan seurauksena hiilidioksidia vapautuu fossiilisten polttoaineiden käytöstä. Kokonaisuudessaan luonnossa hiilidioksidikierto on moniulotteinen ja lisätutkimukset sen ymmärtämiseksi ilmastonmuutoksen kannalta ovat tarpeellisia. Ilmastonlämpenemisen vaikutus luontoon ja kasvihuonekaasujen kokonaiskiertoon on heikosti tunnettu. Vesiekosysteemissä hiilidioksidikiertoon vaikuttaa sinne kulkeutuneesta hiilen määrä enemmän kuin itse vedenlaatu. Kollajan tekojärvialueella kivennäismailla oleva kasvava metsä toimii todennäköisesti vuositasolla hiilidioksidin nettonieluna. Puuston hakkuut poistavat nieluvaikutuksen väliaikaiseksi reiluksi kymmeneksi vuodeksi. Soiden osalta on mahdotonta arvioida todennäköisintä nettohiilidioksiditaseen suuntaa. Samakin suo voi toimia nieluna tai päästölähteenä eri vuosina tai suon eri osissa. Turvetuotantoalueet ovat todennäköisesti hiilidioksidin nettopäästölähteitä, koska lisäksi tehdyt ojat ja aumat ovat hiilidioksidilähteitä ja kasvien sidonta vähäistä. Alueelle suunnitellun tekojärven voitaisiin olettaa mukaileva Porttipahdan hiilidioksidipäästöjä. Nykytilanteen hiilidioksiditaseen kokonaisuutta ei voida tarkkaan laskea, koska muualla suoritettuja mittauksien tuloksia ei voida soveltaa Kollajan maaperätyypeille. Tällä hetkellä tietyt osat nykyisestä tekojärvialueesta toimivat hiilioksidinieluina ja osa hiilidioksidilähteinä riippuen maatyypistä ja muista ympäristötekijöistä. Kokonaishiilidioksidinettotase voi siten olla joko negatiivinen tai positiivinen. Muutoksen suuruus alueella riippuu nykytilanteen hiilidioksiditaseesta. 18/23

19 10. Lähteet Alm J., Saarnio S., Nykänen H., Silvola J. & Martikainen P. J Winter CO 2, CH 4 and N 2 O fluxes on some natural and drained boreal peatlands. Biogeochemistry 44. Kluwer Academic Publishers. s Alm J., Talanov A., Saarnio S., Silvola J., Ikkonen E., Aaltonen H., Nykänen H. & Martikainen P.J Reconsruction of the carbon balace for microsites in boreal oligotrophic pine fen Finland. Oecologia 110. Spinger-Verlag, s Alm J., Shurpali N. J., Minkkinen K., Aro L., Hytönen J., Laurila T., Lohila A., Maljanen M., Martikainen P. J., Mäkiranta P., Penttilä T., Saarnio S., Silvan N., Tuittula E-S. & Laine J Emission factors and their uncertainty for exchange of CO 2, CH 4 and N 2 O in Finnish managed peatland. Boreal Environment research 12. s ISSN Dones R., Heck T. & Hirschberg S Greenhouse gas emission from energy systems: comparison and overview. PSI Annual Report 2003 Annex IV. Paul Scherrer Institut. Switzerland [viitattu ] Saatavissa: Duchemin E., Lucotte M., Canuel R. & Soumis N First assessment of methane and carbon dioxide emissions from shallow and deep zones of boreal reservoirs upon ice break-up. Lakes & Reservoirs: Research and Management 2006 vol. 11. Blackwell Publishing Asia Pty Ltd. s.9-19 International Energy Administration [viitattu ]. Saatavissa: Fogelholm C.-J Energiatalous ja ympäristönsuojelu. Hakapaino Oy. 189s. ISBN Harvard Magazine verkkolehti November-December issue [viitattu ] Saatavissa: Huttunen J., Hammar T., Alm J., Silvola J., & Martikainen P. J Greenhouse gases in nonoxygenated and artificially oxygenated eutrophied lakes during winter stratification. Journal of Environmental Quality 2001 vol. 30. s Huttunen J.& Martikainen P.J Järvet ja tekoaltaat kasvihuonekaasujen lähteinä. Ilmansuojelu-lehti 4/2003. Ilmansuojeluyhdistys ry. s Huttunen J., Alm J., Liikanen A., Juutinen S., Larmola T., Hammar T. Silvola J. & Martikainen P. J Fluxes of methane, carbon dioxide and nitrous oxide in boreal lakes and potential 19/23

20 anthropogenic effects on the aquatic greenhouse gas emissions. Chemosphere, 2003 vol. 52. Elsevier Science Ltd. s Huttunen J., Väisänen T. S., Heikkinen M., Hellsten S., Nykänen H., Nenonen O. & Martikainen P. J Exchange of CH 4, CO 2 and N 2 0 between the athmosphere and two northern boreal ponds with catchments dominated by peatlands of forests. Plant and Soil 242. Kluwer Academic Publishers. s Huttunen J., Väisänen T. S., Hellsten S., Heikkinen M., Nykänen H., Jungner H., Niskanen A. Virtanen M. O., Lindquist O. V., Nenonen O. S. & Martikainen P. J Fluxes of CH 4, CO 2 and N 2 0 in hydroelectric reservoirs Lokka and Porttipahta in the northern boreal zone in Finland. Global Biogeochemical Cycles 2002 Vol. 16 No. 11. s Ilmatieteenlaitos Ilmastotilastot [Viitattu ]. Saatavissa: IPCC IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. [viitattu ]. Saatavissa: IPCC Intergovermental Panel on Climate Change Working Group I: The Scientific Basis [viitattu: ] Saatavissa: Liski J. &. Mäkipää R Suomen Akatemian SUNARE Luonnonvarojen kestävän käytön tutkimusohjelma - Metsien hiilitaseiden integroitu laskentamenetelmä [viitattu ] Saatavissa: Maa- ja metsätalousministeriö Tupeen ja turvemaiden käytön kasvihuonevaikutukset Suomessa- Tutkimusohjelman loppuraportti. Maa- ja metsätalousministeriön julkaisut 11/2007. Vammalan kirjapaino. 68s. ISBN , Martikainen P., Väisänen T., Heiskanen M., Niskanen A., Huttunen J., Hänninen P., Helsten S., Nykänen H., Regiena K., Lappalainen E., Lindqvist O. & Nenonen O Pohjoisten tekojärvien merkitys kasvihuonekaasujen tuottajina. Tutkimusraportti 327. Valtion teknillinen tutkimuskeskus Metsätalouden kehittämiskeskus Tapio [viitattu ]. Saatavissa: Minkkinen K., Laine J., Shurpali N. J., Mäkiranta P., Alm J. & Penttilä T Heterotrophic soil respiration in forestry-drained peatlands. Boreal Environment Research 12. s ISSN /23

21 Nykänen H., Vasander H., Huttunen J. & Martikainen P.J Effect of experimental nitrogen load on methane and nitrous oxide fluxes on ombrotrophic boreal peatland. Plant and Soil 242. Kluwer Academic Publishers. S Oesch, P Vesivoimatuotannon määrä ja lisäämismahdollisuudet Suomessa. Energiateollisuus Ry. Kauppa- ja teollisuusministeriön rahoittama tutkimus. vain sähköinen julkaisu. 31 s + liitt 3 s Pumpanen J CO 2 efflux from boreal forest soil before and after clear-cutting and site preparation [viitattu ] Saatavissa: Pohjolan Voima (a) 2009.Kollaja-hankeen internetsivusto [Viitattu: ]. Saatavissa: Pohjolan Voima (b) hiilidioksidiselvitystä varten annettu kirjallinen materiaali ja tieto Saarnio S., Morero M., Shurpali N. J., Tuittila E-S., Mäkilä M. & Alm J Annual CO 2 and CH 4 fluxes of pristine boreal mires as a background for the lifecycle analyses of peat energy. Boreal Environment research 12. s ISSN Seppälä T Metaanin (CH 4 ) vapautuminen tekojärvialueelta. Vesitalouden diplomityö Yhdyskunta- ja ympäristötekniikan laitos. Teknillinen korkeakoulu 50s+8s Tilastokeskus Hiilidioksidiraportointi [Viitattu ]. Saatavissa Tremblay A., Varfalvy, L., Roehm, C. & Garneau, M Greenhouse Gas Emissions - Fluxes and Processes - Hydroelectric Reservoirs and Natural Environments. Series: Environmental Science and Engineering s. ISBN: Tuittila E.-S Restoring vegetation and carbon dynamics in a cut-away peatland. Helsingin yliopiston kasvitieteen julkaisuja No s Walström E., Hallanaro E-L. & Manninen S Suomen ympäristön tulevaisuus. Oy Edita Ab 272 s. ISBN /23

22 11. Liitteet Liite 1 Alle 10-vuotiaan tekojärven rakentamisen jälkeisien kasvihuonekaasuvoiden suunnat havumetsävyöhykkeellä (Tremblay ym. 2005) 22/23

23 Liite 2 Yli 10-vuotiaan tekojärven rakentamisen jälkeisien kasvihuonekaasuvoiden suunnat havumetsävyöhykkeellä (Tremblay ym. 2005) 23/23