Page 1

TalveAkadeemia teaduslike lĂźhiartiklite kogumik 2017


TEADUSLIKUD LÃœHIARTIKLID Scientific Articles

KOGUMIK 15/2017 PUBLICATION 15/2017


TALVEAKADEEMIA KOGUMIK 15/2017 Väljaandja: MTÜ TalveAkadeemia Ehitajate tee 5, 12618 Tallinn www.taleakadeemia.ee Koostaja: Lilian Leis Kujundaja: Eerik Kändler Keeletoimetaja: Enri Uusna

Täname TA2017 toetajaid ja koostööpartnereid, kes aitasid kaasa TudengiTeaduse päeva toimumisele Tartus, kus artiklite autoritel oli võimalus oma töid esitada laiemale publikule! Loomulikult suured tänusõnad sel aastal saabunud tööde retsensentidele: Vivian Bohl, Raavo Josepson, Sirje Keevallik, Veljo Kimmel, Riina Klais, Jüri Krustok, Anneli Kruve, Anne Kull, Peeter Laas, Kaire Lanno, Külli Loodla, Andres Luure, Kaja Orupõld, Riinu Rannap, Marek Sammul, Andrus Seiman, Mait Sepp, Kadri Täht, Merike Vaher ja Meril Ümarik. Lisaks täname koolitajaid Ene Seidla (HAL koolitus), Anni Jürine (AVOK), Veiko Karu ja Katrin Nõu ning TudengiTeaduse päeval raske valiku ees olnud komisjoniliikmeid: Marge Thetloff, Anni Jürine, Jaak Truu, Margit Meiesaar ja Hanna-Lii Kupri. Tartu 2017


EESSÕNA

5

EESSÕNA

T

alveAkadeemia 2017. aasta kogumik sisaldab kõiki teaduslike lühiartiklite konkursile esitatud töid. Konkursist osavõtnutel on seljataga pikk protsess, mis algas sügisel abstrakti või artikli saatmisega ja lõppes 24. märtsil Ahhaa Teaduskeskuses toimunud TudengiTeaduse päevaga. Vahepeal toimusid osalejatele nii akadeemiliste tekstide kirjutamise, postrite koostamise ja esinemiskoolitused. Sel aastal pidasid lõpuni vastu 9 väga erinäolist ja innustunud teadushuvilist, kelle tööde ja tegemistega on selle kogumiku abil võimalus lähemalt tutvuda. Artiklite autorite kaudu on esindatud Eesti Kunstiakadeemia, Eesti Maaülikool, Euroakadeemia, Tartu Ülikool ja Tallinna Tehnikaülikool. Kogumikus on artikleid nii loodusteaduste ja tehnika; ühiskonnateaduste ja kultuuri ning bio- ja keskkonnateaduste valdkonnast, mis annab kinnitust meie ideele, et sõnapaar „jätkusuutlikku areng“ ei iseloomusta ainult kitsat ringi „ökohulle“. Enamik MTÜ TalveAkadeemia liikmetest on tudengid ja hiljuti ülikooli lõpetanud noored – seetõttu tundub kohati uskumatu, et käesolev aasta on TalveAkadeemia tiimi jaoks juba viieteistkümnes. Suhteliselt muutliku koosseisuga ja ennekõike projektipõhise eestvedamise suurimateks eesmärkideks on ülikoolides tehtavate teadusavastuste jagamine laiema kuulajaskonnaga meie emakeeles ja jätkusuutliku arengu mõtteviisi populariseerimine läbi innovatsioonilise lähenemise. Igale tiimiliikmele pakub teaduslike lühiartiklite konkursi, TudengiTeaduse päeva (sel aastal ka TudengiTeaduse nädala) korraldamine põnevaid väljakutseid ning näitab meeskonnatöö kõiki erinevaid tahke. Meeldivat lugemist ja võib-olla saab siit seemne mõni lennukas ning julge idee!


6

SISUKORD

I TASE – BAKALAUREUSEÕPPE ÜLIÕPILASED JA MAGISTRANDID 10 Reemet Okas JÄITE AJALIS-RUUMILINE ESINEMINE EESTIS PERIOODIL 2005-2013

II TASE – MAGISTRANTUURI LÕPETANUD JA DOKTORANDID 26 Kristjan Haav SÜNTEETILISED RETSEPTORID – ELEMENDID ANIOONIDE SEONDUMISES JA ÄRATUNDMISES 40 Tõnis Jürgens PÜHA KOOD JA VABADUSE PARADOKS 64 Eneliis Kattel MIKROSAASTEAINE ATSESULFAAMI LAGUNDAMINE VESIKESKKONNAS UVA-KIIRGUSE ABIL AKTIVEERITUD VESINIKPEROKSIIDI JA PERSULFAADIGA


SISUKORD

7

80 Lily Kivila VIIMSI POOLSAARE HERPETOFAUNA VALGLINNASTUMISE TINGIMUSTES 98 Mari-Liis Kuuse MERENDUSALASTE ÕPPEASUTUSTE LÕPETAJATE UURING 112 Ronald Laarmaa HAJUREOSTUS KUI ZOOPLANKTONI KOOSLUSTE MÕJUTAJA JÕGEVAMAA JÄRVEDE NÄITEL 126 Sven Oras ZNO NANOTRAATIDE MEHAANILISTE JA TRIBOLOOGILISTE OMADUSTE KARAKTERISEERIMINE 142 Jevgeni Rjazin JÄÄOLUDE KARMUSE MÄÄRAMINE - KAS JÄÄD JÄTKUB


8


9

I TASE Bakalaureuseõppe üliõpilased ja magistrandid


10

REEMET OKAS TARTU ÜLIKOOL Tartu Ülikooli geograafiatudengi Reemet Okase tõi oma eriala juurde suur huvi geograafia ja looduse vastu. Samuti tasemel geograafiaõpetaja põhikooli ja gümnaasiumi päevilt. Hetkel on Reemet küll ajateenistuses, kuid see ei ei takista ju TalveAkadeemias osalemist. Reemeti sõnul inspireerib teda soov avastada midagi uut looduses, järeldada ja luua seoseid. Eriti huvitavad on erinevad kitsad süsteemid ja nende omavahelised seosed, nagu näiteks kliima mõju inimesele ja vastupidi. Reemeti kraaditöös on fookuse all jäide. Reemet osaleb TalveAkadeemia konkursil, kuna nägi võimalust oma bakalaureusetööga veel midagi kasulikku ette võtta lisaks kaitsmisele. Kuna enda sõnul pole Reemet kuigi osav avalik esineja, nägi ta konkursi raames pakutavate kursuste näol võimalust end arendada. Kui ajateenistuses on Reemetil üldse vaba aega, kulub see kas koristamisele, trenni tegemisele või internetis surfamisele. Tsiviilis mängib ta aga kitarri, loeb raamatuid, teeb samuti trenni ning tegeleb korporatsiooniga.


REEMET OKAS

11

JÄITE AJALIS-RUUMILINE ESINEMINE EESTIS PERIOODIL 2005-2013 SEOS SÄÄSTVA ARENGUGA

A

reng tähendab ebastabiilsust, sest eeldab muutust; jätkusuutlikkus on aga tasakaal mingis protsessis; kuna muutusi on võimatu peatada, tundub jätkusuutlikus vägagi paradoksaalne – kuidas on võimalik muutuda muutumata? Eestis on selles kontekstis kasutusel sõna „säästlik“, mis erineb sõnast „jätkusuutlik“ ja tähendab kokkuhoidu (Riigikogu Kantselei õigus- ja analüüsiosakond, 2014). Säilitamaks senist teaduskvaliteeti, tuleb jätkata olemasolevate teadussuundade, näiteks keskkonnateadused, püsivat rahastamist sellisel määral, et seniseid andmeid ja uusi andmeid oleks võimalik mõõta ning analüüsida olemasolevates ilmajaamades. Meteoroloogia on väga lai teadus, mis lisaks teaduslikele eesmärkidele pakub huvi ka erinevates valdkondades tegutsevatele riigi- ja eraettevõtetele, näiteks lennundus, transport, energeetika. Paraku on eelmainitud valdkondade hetke ja tuleviku teabenõudeid keeruline täita, kui jätkusuutliku ja säästva arengu kontekstis pannakse liialt rõhku sõnale „säästlikus“. Ühtpidi suudab riik säilitada teatud andmete olemasolu, kuid võimaldatud andmete hulgast ei pruugi kõigi sektorite rahuldamiseks piisata, rääkimata tuleviku põlvkondade, mis on eelmainitud arengu fookuses, perspektiivist. Käesoleva artikli, mis põhineb kraaditööl „Jäite ajalis-ruumiline esinemine Eestis perioodil 2005-2013“, seos säästva arenguga on jätkata ning loodetavasti


12

parendada senist jäite andmete mõõtmist ja eesmärk juhtida tähelepanu antud arengukava kitsaskohtadele.

SISUKOKKUVÕTE Väitekiri „Jäite ajalis-ruumiline esinemine Eestis perioodil 2005-2013“ on esimene Eesti ajalis-ruumilisi jäitetrende analüüsiv uurimus Eestis. Töö tulemusena leiti, et perioodil 2005–2013 kui ka üldiselt on jäide Eestis pigem harva kui sagedasti esinev nähtus. Üheksa aasta pikkuse ajavahemiku vältel registreeriti seda kõigest 314 korral. Samuti ei küündi Eesti jäite põhiparameetrid ehk keskmine kestus, mis on 14 tundi, ja keskmine läbimõõt, mis on 2 mm, ohtlike piirideni, kuid põhjustavad siiski märgatavalt teelibedust ning sellest tulenevalt liiklusõnnetusi. Arvestades kogu perioodi 1950–2013 andmestikku jäite kohta, võib öelda, et jäite parameetrid üldiselt vähenevad, hoolimata sellest, et viimasel kümnendil on täheldatud nii jäite ladestuse diameetri kui ka tüseduse tõusu. Maksimaalne jäite ladestuse läbimõõt perioodil 2005–2013 oli 15 mm ning see mõõdeti Väike-Maarja ilmajaamas. Artikkel on jaotatud seitsmeks peatükiks: esimene osa käsitleb jäite uurimise ja leviku seost jätkusuutliku arengu põhimõtete ja säästva arengu probleemistikuga; teine osa võtab lühidalt kokku kogu artlikli ja selgitab, mis artikli osa millist eesmärki täidab; kolmas osa selgitab jäite iseloomu, jäite uuringute eesmärki, tekkivaid uurimisküsimusi ja uurimisülesandeid; neljas osa kirjeldab kasutatud andmestikku ja metoodikat; viies jäite uuringute tulemusi ja analüüsi; kuues osa kasutatud kirjanduse loetelu ning viimane, seitsmes osa on inglisekeelne kokkuvõte.


REEMET OKAS

13

SISSEJUHATUS Vihm kui kõige tuntum meteoroloogiline atmosfäärinähtus registreeritakse kui vähemalt 0,5 cm läbimõõduga sulanud veetilgad jõuavad läbi püsivalt soojade õhukihtide aluspinnani (Ahrens, 2008). Kuid kui vihm sajab allajahtunud pindadele – näiteks maapinnale, puudele, hoonetele või traatidele – siis tekib jäide. Sellist jää- või sulalume kuhjumist pindadele nimetatakse ladestuseks (nt jääladestus, sulalume ladestus, segatüüpi ladestus jne). (Tillmann, 2008) Kuhjunud ladestuse raskuse all võivad puud murduda, elektriliinid katkeda jne. (Mander & Liiber, 2014) Jäite ( ja kiilasjää) leviku uurimine on väga oluline, sest jäide avaldab suurt mõju nii inim- kui ka looduskeskkonnale. (Tillmann, 2008) Käesoleva töö1 eesmärgiks on analüüsida Eestis jäite andmeid (keskmine, maksimaalne, minimaalne jäite ladestuse diameeter, paksus, mass grammides, mass grammides ühe meetri kohta, jäitepäevade arv, jäite kestus tundides) perioodil 2005–2013 nii ruumilises, aastate kui ka kogu perioodi lõikes ning võrrelda saadud tulemusi eelnevate perioodidega, milleks on 1950–1991 ja 1991–2005 (Tillmann, 2008). Uurimisküsimused ja -ülesanded tulenevadki erinevate jäite näitajate ajalis-ruumilisest varieerumisest Eestis eelmainitud perioodil, näiteks kus tekib kõige suurema läbimõõduga jäite, kus kestab jäide kõige kauem, kuidas mõjutab jäite läbimõõtu ja kestvust kaugus merest?

1 Samuti võib käesoleva artkli jäiteuuringu osa pidada pilootuuringuks, sest esmakordselt (varasemalt on olemas vaid tabelandmed) (Jaagus & Kallis 2016, suulised andmed) koostati Eesti jäiteleviku kaart. Autori märkus.


14

METOODIKA Käesolevas uurimuses kasutati Riigi Ilmateenistuse andmeid jäite ajalise esinemise, kestvuse, diameetri, paksuse ja massi kohta perioodil 2005– 2013 Tallinn-Harku, Tartu-Tõravere, Väike-Maarja ja Võru vaatlusjaamades. Antud perioodi valik on tingitud autori soovist jätkata raamatu „Eesti ilma riskid“ jäite tabelite perioodilist järgnevust. Valitud perioodi pikkus on tingitud andmete olemasolust, autori soovist neid andmeid eelnevate perioodidega siduda ning 2014. ja 2015. aasta andmete puudumisest digitaalkujul. Jäite(-härma) ladestuse vaatlused tehakse koordineeritud maailmaaja (UTC) järgi. Sellest momendist, kui on kujunenud jäite ladestuse tekkimiseks soodsad ilmatingimused tehakse jäitepuki traatide ülevaatus. Jäite kestust mõõdetakse tundides, läbimõõtu ja tüsedust millimeetrites ning kaalu grammides meetri kohta. (Tillmann, 2016). Jäitepäevadeks loeti kuupäevad, kui vaatleja registreeris jäitepukil jäite. Jäitepäevad leidis autor andmekorduste eemaldamisel. Kuna jäite andmed esitatis koos härmatise andmetega, siis tuli esmalt selekteerida välja jäite andmed ning eemaldada käesoleva väitekirja kontekstis ebavajalikud andmed, nagu alguskellaaeg, algne ja maksimaalne õhutemperatuur ning tuule maksimaalne kiirus jäite (tekkimis)perioodil. Kuupäevakordused olid tingitud erinevate ladestuste koostekkimisest, näiteks võib jäide tekkida ka härmatise peale ja vastupidi, seega märgitakse andmetabelisse järgmisele reale sama kuupäeva alla erinevate ladestute mõõtmed. Pärast seda selekteeriti andmeid nii ilmajaamade kui ja aastate kaupa ja arvutati keskmised ning leiti maksimaalsed näitajad nagu kestus, diameeter ja mass. Töödeldud 9-aastase aegrea andmete alusel koostati programmiga MS Excel graafikud ja tarkvaraga Surfer kaardid, kus kujutati samajoontena jäite andmeid, näiteks keskmist ajalist kestust, neljas ilmajaamas perioodidel 2005-2013. Samuti koostati ka eraldi kaarte teatud oluliste näita-


REEMET OKAS

15

jate, nagu jäite ladestuse diameeter, kohta iga aasta lõikes. Kuna tegu oli arvandmetega, leidis töö autor, et kõige mugavam on neid töödelda MS Excelis, sest õppetöö käigus on omandatud vastavad oskused antud programmiga arvandmeid töödelda kõige täiuslikumad. Samuti on programm Surfer töö autori arvates parim programm samajoonte kujutamiseks kaardil. Töö autoril oli antud uurimistöös peaosa ehk omab täielikku autoriõigust.

TULEMUSED JA ANALÜÜS Perioodil 2005–2013 tehti neljas jaamas kokku 314 jäite mõõtmist. Tallinn-Harku, Tartu-Tõravere, Võru ja Väike-Maarja ilmajaamades mõõdeti jäidet vastavalt 43, 57, 45 ja 169 korda. Jäitepäevi, ehk jäite juhtumeid kokku ilma kordusteta vähemalt ühes ilmajaamas, oli Eestis antud perioodil 213. Kõige rohkem oli jäitepäevi Väike-Maarjas, mis on ka eelmistel ajaperioodidel (Tillmann, 2008) samade näitajate poolest esikohal. Enim, täpsemalt 30, oli perioodil 2005–2013 jäitepäevi 2009. ja 2011. aastal. Kõige vähem oli jäitepäevi 2005. aastal. Kogu aegrea keskmine jäitepäevade arv oli 24. Kui perioodi algusaastatel on märgata jäitepäevade kasvu, siis lõpuperioodil, alates 2011. aastast, hoopis jäitepäevade vähenemist. Käesoleval ajavahemikul oli jäidet kõige sagedamini detsembris. Jäite keskmine kestus antud perioodil (vt Joonis 1) oli Harkus 10, Väike-Maarjas 14, Tõraveres 15 ja Võrus 18 tundi. Antud perioodi Eesti keskmine oli 14 tundi. Käesolevad andmed kajastavad ka hästi jäite ajalise kestuse ja ranniku läheduse vahelist seost. Joonist analüüsides tuleb lähtuda sellest, et Lääne-Eesti ja saarte kohta puuduvad jäite andmed täielikult, seega on antud regioonile kuvatud samajooned täielikult simulatiivsed.


16

Joonis 1: Jäite keskmine kestus tundides Tallinn-Harku, Tartu-Tõravere, Võru ja Väike-Maarja ilmajaamades ajaperioodil 2005-2013.

Jäite kestuse keskmised ja maksimaalsed väärtused tundides aastate lõikes ajavahemikus 2005-2013 on kajastud Joonisel 2 (vt Joonis 2). Sellelt jooniselt on hästi näha Tartu-Tõravere ja Võru meteoroloogiajaama keskmiste ja maksimaalsete arvväärtuste sarnasus, mis on tingitud sarnastest meteoroloogilis-klimaatilistest aspektidest. Ühtlasi on märkimisväärne Väike-Maarja maksimaalsete tulemuste pöördvõrdeline seos Tallinn-Harku, Tartu-Tõravere ja Võru ilmajaamadega. Eelmainitud seose ainukeseks erandiks on aasta 2006. Täiendavate seletuste tegemiseks ja saamiseks oleks vajalik uurida konkreetsete ajajärkude ilmaandmeid ning õhumasside liikumisi.


REEMET OKAS

17

Joonis 2: Jäite kestuse (h) keskmised ja maksimaalsed väärtused aastate lõikes perioodil 2005-2013.

Käesolev joonis (vt Joonis 3) peaks kujutama kõige tõenäolisemalt üldist jäite esinemist Eestis homogeensete õhumasside korral ehk jäite ladestuse läbimõõt on seda suurem, mida kaugemal on mererannik.


18

Joonis 3: Jäite keskmine diameeter perioodil 2005-2013 Tallinn-Harku, Tartu-Tõravere, Võru, VäikeMaarja ilmajaamades.

Jäite ladestuse mass arvutatakse siis kui jäite diameeter on vähemalt 5 mm (Tillmann, 2016). Uuritaval perioodil ületas jäide eelmainitud tingimuse ainult kahes jaamas kokku 16 korda – Tartu-Tõravere ilmajaamas 1 korra (2011. aastal) ja Väike-Maarjas 15 korda. Mõlemat asukohta ühendab 2011. aasta 17. jaanuar, sest siis mõõdeti Tõraveres 6 mm ja Lääne-Virumaal 9 mm läbimõõduga ning sellest tulenevalt 72 g ehk 288 g/m jäite ladestus, mis on ka kogu 2005-2013 perioodi rekordkaaluga jäide. Eriti ohtlikku ehk üle 20 mm diameetriga jäidet perioodil 2005-2013 ei täheldatud. Kõige suurem läbimõõt – 15 mm – mõõdeti 25.02.2006 Tartu meteoroloogiajaamas, kõige suurem tüsedus ehk paksus – 11 mm – aga Väike-Maarja meteoroloogiajaamas sama aasta 7. jaanuaril.


REEMET OKAS

19

Joonis 4: Jäite diameetri (mm) maksimaalsed väärtused ilmajaamades aastate lõikes perioodil 20052013.

Nii Joonis 4 kui ka Joonis 5, mis kujutavad jäite diameetri maksimaalseid väärtusi ajalisruumilis aspektis perioodidel 2005-2013 ja 2005-2012, annavad infot üldise jäite diameetri vähenemise kohta, seda eriti just käesoleva kümnendi algusest alates. Töös jäävad salapäraseks ja natuke mõistmatuks Väike-Maarja läbivad maksimaalsed näitajad. Mõneti on see selgitatav üldiste madalamate aastaste keskmiste õhutemperatuuridega antud regioonis (Jaagus et al., 2013). Välistada ei saa ka Pandivere kõrgustiku mõju jäätuvate sademete tekkeks sobivate tingimuste – rannikult tuleva sooja õhu jõudmise blokeerimine alumistesse õhukihtidesse – loomisele. Konkreetsemate järelduste tegemiseks tuleks uurida jäite parameetreid samal kaugusel merest mõnes teises Eesti kohas, näiteks Raplas. Pandivere kõrgustiku jäite moodustumist soodustava teooria kontrollimiseks aga samal laiuskraadil paiknevates Habaja ja Iisaku asulates. Pandivere kõrgustiku analoogiast johtuvalt oleks huvitav teada ka Lääne-Saaremaa kõrgustiku potentsiaalset mõju jäite tekkele saare rannikul ja sisemaal, kuid paraku jäite andmed selle piirkonna kohta puudvad.


20

Joonis 5: Jäite diameetri maksimaalsed väärtused millimeetrites perioodil 2005-2012.


REEMET OKAS

21

Joonis 6: Jäite diameetri maksimaalsed väärtused millimeetrites 2013. aastal.

2013. aasta jäite diameetri maksimaalsed väärtused (vt Joonis 6) erinevad kõige rohkem kaheksast eelnevast aastast. See väljendub sisemaa jäite ladestuse diameetri maksimaalsete väärtuste kolmekordses erinevuses Väike-Maarja ja rannikuga. Joonisel 6 ei kehti ka Joonisel 5 nähtav tendents, mis annab tunnistust ranniku ja sisemaa maksimaalsete jäite läbimõõtude sarnasusest. Seega võib väita, et ranniku lähedus mõjutab jäite kestust, kuid mitte oluliselt arvmõõtmete suurust. Kõige suurema kestusega – 165 tundi – oli jäide Võrus. Kõige suurema läbimõõdu, milleks oli 15 millimeetrit, ja paksusega, milleks oli 11 millimeeterit, jäite ladestused registreeriti samuti Võru meteoroloogiajaamas.


22

Tabel 1. Jäite maksimaalsete näitajate võrdlus perioodidel 1950-1991, 1991-2005 (Tillmann, 2008) ja 2005-2013. Lisatud on ka näitaja mõõtmiskoht, kuu ja aasta.

Periood 1950–1991

Periood 1991–2005

Periood 2005–2013

Jäite 178 maksimaalne kestus Väike-Maarja (h) II 1982

116 Väike-Maarja II 1996

165 Võru XII 2010

Jäite maksimaalne diameeter (mm)

73 Väike-Maarja XI 1968

10 Väike-Maarja II 2003

15 Väike-Maarja I 2006

Jäite maksimaalne kaal (g/m)

416 Väike-Maarja XI 1968

104 Väike-Maarja XI 2003

288 Väike-Maarja I 2011

Võru ilmajaama antud perioodi jäite maksimaalse kestuse rekord 165 h on seletatav 2010.– 2011. talve erakordsete miinuskraadidega (Jaagus et al., 2013). Antud talve võib üldse lugeda selle sajandi üheks, kui mitte kõige külmemaks talveks. Sarnaseid analooge leidis käesoleva väitekirja autor ka 1996. aasta veebruarikuu kohta. Samuti on loogiline, et jäite maksimaalne kestus on tugevas seoses väga madalate miinuskraadide ilmnemise ja püsimisega. Hoolimata sellest, et kokkuvõttes on jäitenäitajad vähenenud, registreeriti perioodil 2005–2013 Eesti kõigi aegade teised maksimaalsed tulemused (vt Tabel 1). Hoolimata sellest, et jäide on meteoroloogiline nähtus, mille mõõtmismeetodid pole tehnoloogiliselt kõige kaasaegsemad (see tähendab, et jäite mõõtmiseks ei kasutata, vähemalt Eestis, automaatseid seadmeid), leiab


REEMET OKAS

23

töö autor, et jäidet tuleb siiski edaspidigi uurida. Jäide, eriti selle tekkeaeg, annab aimu hetkelistest õhumasside kihistustest ning võimaldab pikas perspektiivis laiaulatuslike klimatoloogiliste järelduste tegemist. Väga suur probleem on autori arvates ka Loode-, Lääne- ja Edela-Eesti ning saarte jäiteandmete puudumine. Jäiteuuringute võrku tuleks kindlasti laiendada, sest nelja vaatlusjaama, mis paiknevad Põhja-, Ida- ja Lõuna-Eestis, andmete põhjal laiaulatuslike regionaalsete järelduste tegemiseks ei piisa. Jäite uuringud aitavad analüüsida paremini ka musta jää tekkimist ning sellest tulenevalt parendada teehooldust libeduse esinemisel. Säästev ehk jätkusuutlik areng täidab meie hetkevajadused ning tagab järgnevatele põlvedele samaväärse või parema elukeskkonna ja kvaliteedi – oma osa selles on kõigil teadussuundadel alates meditsiinist, infotehnoloogiast kuni keskkonnatehnoloogia ja majanduseni (TalveAkadeemia, 2016). Töö autor nõustub, et hetkelised jäiteandmed aitavad analüüsida jäite aspekte minevikus, olevikus, seda kinnitab ka Eesti juhtiv jäiteuurija Ene Tillmann käesoleva töö puhul, mis täitis lünga lähimineviku jäite uuringutes, ning sillutada teed ka tulevastele uuringutele. Kuidas aga on seda võimalik teha poole väiksemate arvandmete hulgaga? Samuti on väga keeruline uurida edaspidist jäite ajalis-ruumilist esinemist Eestis, kui senised ilmajaamad automatiseeritakse või suletakse. Põhjala riikides (Soome, Rootsi, Norra, Island) on juba jäite uuringud mingil määral automatiseeritud või on testimise järgus – miks mitte abi küsida sealt, et vältida keskkonnateaduste, eriti meteoroloogia, arengut pidurdavaid otsuseid. Kui muud valdkonnad – eriti infotehnoloogia ja meditsiin – on Eestis jätkusuutliku arengu keskmeks, siis meteoroloogiast on kujunenud kui dünaamiline kitsaskoht. Tõsi, et jätkusuutlik areng hõlmab endas ka teatud kokkuhoiupoliitikat, kuid mingil hetkel muutub kokkuhoid teadust pärssivaks kui mitte stagneerivaks ning siis tuleb kehtestatud ja kavandatavad reformid uuesti ümber hinnata. Teisisõnu üritatakse küll sarnast olukorda säilitada, kuid kordades väiksema arvestatava mahuga. Siit tekibki paradoks – andmete kasutusala oleks lai, nii teaduslikult (sünoptikud, tudengid) kui majanduslikult


24

(Eesti Energia), kuid andmete kasutamine on vähenenud, sest andmeid on vähem. Tõik, et andmed võimaldavad pikas perspektiivis klimatoloogiliste järelduste tegemist, ei ole aga asutuse juhtkonna arvates argument. Eestit ei oota ees kindlasti jäiteuuringute võrgu suurendamine, vaid vastupidi on oht selle vähendamisele. (Tillmann, e-kirjavahetus 2016).

KASUTATUD KIRJANDUS • Ahrens, C. D., 2008. Meteorology Today: An Introduction to Wather, Climate, and the Environment, 9th Edition. Brooks/Cole. Albany, pp. 181-183. • Mander, Ü., Liiber, Ü., 2014. Üldmaateadus. Eesti Loodusfoto. Tartu, pp. 274. • Tarand, A., Jaagus., J., Kallis, A., 2013. Eesti klima minevikus ja tänapäeval. Tartu Ülikooli Kirjastus. Tartu, pp. 412. • Tillmann, E., 2008. Tammets, T., Kallis, A. (Eds.), Eesti ilma riskid. Tallinna Raamatutrükikoda. Tallinn, pp. 82-87. • Tillmann, E., 2016. Jäite-härma ladestuse vaatluse juhend. Keskkonnaagentuur. Riigi Ilmateenistus. Ilmavaatlusosakond. Tallinn. • Aruanded. Veebilehed. • Riigikogu Kantselei õigus- ja analüüsiosakond. 2014. Teemaleht nr 12. Jätkusuutlik areng. (30.10.2016) • TalveAkadeemia. 2016. Konkursitingimused. (30.10.2016)


25

II TASE Magistrantuuri lĂľpetanud ja doktorandid


26

KRISTJAN HAAV TARTU ÜLIKOOL Kristjan Haav õpib Tartu ülikoolis doktoriõppes keemiat ning saabuval suvel on ees ootamas ka kaitsmine. Eriala valikul mängis suurt rolli ka varasemalt sama teed käinud onu. Lisaks leiab Kristjan, et loodusteaduste vallas on tegemist ühe kõige praktilisema erialaga. Kristjan keskendub pigem tulemusele kui protsessile ning annab oma panuse selleks, et uurimisgrupi koostöö oleks võimalikult tihe. Teadustöös mõjub inspireerivalt võimalus luua uusi väärtusi ühiskonnas ja teadusmaailmas. TalveAkadeemia konkursil loodab Kristjan edasi arendada oma eneseväljendusoskust. Samuti on tema jaoks huvitav tutvuda inimestega teistest teadusvaldkondadest. Vaba aega veedab Kristjan võimalikult palju pere seltsis; samuti tegeleb ta keharaskustreeninguga ning loeb saksakeelset kirjandust.


KRISTJAN HAAV

27

SÜNTEETILISED RETSEPTORID – ELEMENDID ANIOONIDE SEONDUMISES JA ÄRATUNDMISES SEOS SÄÄSTVA ARENGUGA

K

eemiline analüüs on oluline mitmes valdkonnas nagu keskkonnakaitse, meditsiin, tööstusprotsesside jälgimine. Instrumentaalmeetodid on keemilises analüüsis ühed kasutatavamad meetodid. Nende headeks omadusteks on võime määrata keemilisi ühendeid võrdlemisi kõrge selektiivsuse ja madala sisalduse juures. Samas on instrumentaalmeetodid küllaltki kapriissed, kallid ja keerukad. Lisaks nõuavad need üldjuhul prooviettevalmistust, mis kätkes endas huvipakkuvate keemiliste ühendite eraldamist, kontsentreerimist või keemilist muundamist, et muuta proov instrumenti sisestamiseks sobilikuks. Mõõtmisi tuleb läbi viia laborites, mis loob vajaduse proovivõtmiseks, transpordiks ja säilitamiseks. Bioloogilistes süsteemides esinevad retseptorid on suutelised ära tundma ja selektiivselt enda külge siduma kindlaid ühendeid. Võttes eeskuju sellest on äärmiselt huvitavaks väljakutseks luua sünteetilisi retseptoreid, mis suudavad bioloogiliste retseptoritega sarnaselt ära tunda ja enda külge siduda huvipakkuvaid anioone. Säärased retseptorid võivad leida kasutust ravimimolekulide kandjatena, ekstrakt-


28

siooni reagentidena või äratundmise elementidena keemilistes sensorites. Keemilised sensorid, mis suudaksid opereerida ilma prooviettevalmistuse või keerulise aparatuurita, võiksid leida kasutust mitmes keemilist analüüsi nõudvas valdkonnas, kus on vajalik kohapeal proovis sisalduvate ühendite hulka määrata. Anioonsed ühendid on laialt levinud keskkonnas, bioloogilistes süsteemides ja tööstuses. Nad on mitmekesised nii struktuuri kui keemiliste omaduste poolest. Mittenaturaalselt esinevad karboksülaadid, tööstuse ja ravimite jäägid ning nende laguproduktid võivad olla toksilise toimega või muul viisil keskkonna kahjulikud. Seetõttu on mitmete anioonsete ühendite sisalduse jälgimine keskkonnas oluline.

SISUKOKKUVÕTE Karboksülaatanioonid on ühend kõige mitmekesisemaid anioonsed ühendid. Samuti on nad olulised analüüdid supramolekulaarses analüütilises keemias. Aniooni aluselisuse tugev mõju muudab nende eristamise retseptorite poolt keeruliseks. Sünteetilised retseptorid, mis suudaksid siduda huvipakkuvaid karboksülaatanioone täiendavate vastasmõjudega, võiksid suuta ületada anioonide tugeva aluselise mõju ja siduda kõrgema tundlikkusega ka nõrgema aluselisusega karboksülaate. Käesoleva töö raames uuriti 4 väikse karboksülaadi (atsetaat, trimetüülatsetaat, bensoaat, laktaat) seondumist 38 neutraalse sünteetilise retseptori suhtes, mis koosnesid indolokarbasooli, uurea, karbasooli, indooli ja/või amiidi fragmentidest. Seondumist uuriti eksperimentaalselt 1 H TMR suhtelise seondumisafiinsuse meetodiga 0.5 % veesisaldusega dimetüülsulfoksiidis. Tulemused näitavad, et kuigi aniooni aluselisus on üks määravaid mõjutajaid seondumisel, siis lisaks mõjutavad aniooni asendusrühmad, hüdrofoobsus/hüdrofiilsus. Samuti on oluline retseptori seondumisrühmade arv ja ruumiline paigutus. Ruumiliselt on optimaalne 4-6 vesiniksideme moodustumine retseptori ja karboksülaatrühma vahel. Kar-


KRISTJAN HAAV

29

boksülaataniooni seondumisel on valitud struktuuridest kõige sobilikumad 1,3-bis(karbasoüül)uureal põhinevad retseptor molekulid. Oluliseks aspektiks on vaba (mitteseondunud) retseptori seondumisrühmade planaarne asetumine, et saavutada võimalikult tugev vastasmõju karboksülaatrühmaga.

SISSEJUHATUS Karboksülaatrühm kui negatiivselt laetud anioonne rühm esineb mitmetes keemilistes süsteemides (Vollhardt & Schore, 2011). Selle olulisus ilmneb eelkõige bioloogilistes süsteemides, kus karboksülaadid esinevad aminohapetena, rasvhapetena või mõne metaboliidina. Lisaks mainituile mängivad nad olulist rolli energia ülekandes tsitraadi- tsüklis. Karboksülaatrühm on kasutusel ka ravimiarenduses. Mitmed mittesteroidsed põletikuvastased ravimid on karboksüülhappe põhised. Tuntumad on ibuprofeen, atsetüülsalitsüülhape (aspirin) ja diklofenak. Ravimite korral on oluline nende võime olla valitud pH vahemikke juures ioonsel kujul, et parendada nende lahustuvust ja imenduvust. Võimalus muuta karboksülaadi süsinikahela pikkus ja selle külge kinnitatuid kõrvalrühmi loob võimaluse suureks mitmekesisuseks. Karboksülaadid esinevad bioloogilistes proovides ja keskkonnas reeglina madalates sisaldustes, seega retseptor, mis oleks piisavalt tundlik ja selektiivne kindlate karboksülaatide suhtes, omaks rakendusvõimalusi keemiliste sensorite väljatöötamisel (Lavigne & Anslyn, 2001; Anslyn, 2007). Kuna sarnasuseks on karboksülaatrühm, siis puhtalt selle alusel erinevaid karboksülaat- anioone üksteisest eristada on keeruline. Sünteetilised retseptorid, mis oleksid võimelised jäljendama bioloogilisi retseptoreid ning ära tundma ja enda külge siduma uuritavaid retseptoreid on äärmiselt huvipakkuvad. Siiani on selles vallas suurimaks väljakutseks piisava tundlikkuse ja selektiivsuse saavutamine (Beer & Gale, 2001). Tavapäraselt on nad lihtsama ehitusega, mistõttu anioone eristav võime on


30

väiksem. Lisaks on sünteetiliste retseptorite ja anioonide vahelised vastasmõjud tugevalt mõjutatud lahusti molekulide ja muude lahuses esinevate osakeste poolt. Retseptorid, mis suudaksid sisuda piisavalt kõrge tundlikkuse ja selektiivusega valituid anioonseid ühendeid, võivad kasutust leida keemiliste sensorite välja töötamisel (Anslyn, 2007; Anzenbacher, Jr. et al., 2010). Üheks peamiseks vastasmõjuks sünteetiliste retseptorite ja anioonide vahel on vesiniksidemed (Beer & Gale, 2001). Neutraalsetest retseptoritest on laialdaselt kasutust leidnud uurea (Amendola et al., 2010) ja pürrooli (Saha et al., 2015) baasil retseptorid. Lisaks on huvipakkuvaks retseptori ehituskiviks indolokarbasool, kus jäigas aromaatses süsteemis on kaks pürrooli NH, mis on suutelised moodustama vesiniksidemeid anioonsete osakestega (Curiel et al., 2005). Käesoleva töö eesmärgiks oli uurida 4 karboksülaataniooni (atsetaat, trimetüülatsetaat, bensoaat ja laktaat) seondumist neutraalsete sünteetiliste retseptorite suhtes. Selleks kaasati 38 erinevat neutraalset indolokarbasooli, uurea, karbasooli, indooli ja amiidi fragmentidest koosnevat retseptor molekuli ning uuriti eksperimentaalselt, kasutades 1H TMR baasil suhtelist seondumisafiinsuse meetodit. Saadud tulemusi analüüsiti püüdes leida struktuur ja seondumise vahelisi seoseid.

METOODIKA Käesoleva uurimuse raames oli minu ülesandeks projekti planeerimine, juhendamine, andmete analüüs ja töötlus ning artiklite käsikirjade kirjutamine. Lisaks oli oluline panus suhtelise seondumisafiinsuse meetodite väljatöötamisel.


KRISTJAN HAAV

31

INSTRUMENDID JA MEETODID TMR mõõtmised viidi läbi 200 MHz NMR Bruker Avance II 200 ja 700 MHz NMR Bruker Avance III 700 TMR spektromeetritega. Spektrofotomeetrilised mõõtmised teostati kahekiirelise UV-Vis spektrofotomeetriga Thermo Nicolet Evolution 300. Spektrofluoromeetrilised mõõtmised teostati Horiba FluoroMax-4 spektrofluoromeetriga.

SOLVENDID JA KEMIKAALID Seondumisafiinsuste mõõtmisteks kasutatud lahustite segud DMSO:H2O (99.5 % : 0.5 % m/m) ja DMSO-d6:H2O (99.5 % : 0.5 % m/m) valmistati gravimeetriliselt kasutades vastavalt DMSO (Sigma Aldrich, veevaba, ≥ 99.9%) või DMSO-d6 (Deutero, 99.8%) ja vett, mis oli puhastatud Advantage A10 süsteemiga. Anioonid kasutati tetrabutüülammoonium (TBA) soolade kujul. Atsetaat (Sigma Aldrich, ≥99.0%) ja Bensoaadi (Sigma Aldrich, ≥99.0%) soolad olid saadaval kommertsiaalselt. TBA laktaat ja TBA trimetüülatsetaat valmistati segades kokku 1:1 moolide suhtes vastavat karboksüülhapet (piimhape, trimetüüläädikhape) ja TBA OH (Sigma Aldrich, 1 M metanoolis). Saadud segu segati 12 h ja seejärel kuivatati rotaatoraurustiga. TBA soolad hoiustati kuivboksis argooni keskkonnas.

SEONDUMISAFIINSUSTE MÕÕTMINE JA ARVUTUSLIKUD MUDELID Seondumisafiinsuse mõõtmised teostati absoluutse seondumisafiinsuse (logKass) UV-Vis spektrofotomeetrilise tiitrimise (Haav et al., 2013) ja 1H TMR baasil suhtelise seondumisafiinsuse (ΔlogKass) määramise meetoditega (Kadam et al., 2014). Suhtelise seondumisafiinsuse mõõtmise meetod on varasemalt kirjeldatud


32

(Haav et al., 2013). Aniooni (külalise, G) seondumine retseptori (peremehe, H) külge 1:1 reaktsioonis ja retseptor-anioon kompleksi moodustumine (HG) on kirjeldatav tasakaalulise reaktsiooniga võrrandis (1). Tasakaalukonstanti Kass, mis väljendab kvantitatiivselt seondumise tundlikkust, kirjeldab võrrand (2), kus aHG, aH ja aG on lahuses esinevate osakeste aktiivsused. H+G¬ K ass =

HG

(1) (2)

aHG aH aG

Aniooni aktiivsuse täpne määramine on raskendatud mitmete lahuses esinevate kõrvalprotsesside poolt (ioonpaardumine, homokonjugatsioon). Suhtelise seondumisafiinsuse mõõtmisel kaob vajadus määrata aniooni aktiivsust. Võrrand (3) kirjeldab kahe retseptori H1 ja H2 seondumist sama aniooni külge. Suhteline tasakaalukonstant ΔlogKass on väljendatav võrrandiga (4). H1 + H 2G ¬

ΔlogKass H1G + H 2

� log K ass = log K ass (H1G ) � log K ass (H 2 G ) = log

aH1G aH2

aH2G aH1

Kuna mõlemad retseptorid ja anioon on lahustatud samas lahuses, siis võimalikud kõrvalprotsessid mõjutavad mõlema retseptori ja aniooni vahelist seondumist samal määral. Lisaks on muud eksperimentaalsed mõjurid (lahuse koostis, temperatuur) samad. Võrrandis (5) on võrrandis (4) olevad aktiivsused asendatud vastavate tasakaaluliste kontsentratsioonidega. See on tehtud vastavalt eeldusele, et aktiivsuskoefitsientide γ(R)/γ(RA-) suhted mõlema retseptori jaoks on sarnased.


KRISTJAN HAAV

� log K ass = log K ass (H1G ) � log K ass (H 2 G ) = log

33

[ [ H1G ] H2 ] [ [ H 2G ] H1 ]

1

H TMR mõõtmised viidi läbi 25 °C juures. Mõõtmisprotseduurid on lähemalt kirjeldatud viidetes (Kadam et al., 2014, 2015). Kaks või enamat retseptorit lahustati samas proovituubis ning seda tiitriti valitud aniooniga. Esmalt salvestati 1H TMR spekter retseptorite segust. Seejärel lisati aniooni ja registreeriti järk-järgult spektrid, millelt oli võimalik jälgida komplekseerumise kulgu. Keemiliste nihete muutustest arvutatu komplekseerumise määrad β vastavate retseptor-anioon kompleksidele (vaata võrrand (6)). b=

d � dH x [H x ] = [H x ] + [H x G ] dH xG � dH

(6) x

δ on tiitrimispunkti keemiline nihe, dH ja dH x G on vaba retseptori ja retseptor-anioon kompleksi keemilised nihked. Võrrand (7) kirjeldab H1 ja H2 vahelist suhtelist seondumist kasutades komplekseerumise määrasid. x

ÄlogK ass = log

b1 () 1 � b2 () 1 � b1 b 2

(7)

TULEMUSED JA ANALÜÜS SEONDUMISAFIINSUSTE MÕÕTMINE JA MÄÄRAMINE Käesolevas töös uuritud sünteetiliste retseptorite ja anioonide vahel peamiseks vastasmõjuks olid vesiniksidemed. Sidemete moodustumisel osalevad retseptori NH-rühmad. Kompleksi moodustumise tagajärjel väheneb NH prootonite varjestus ning need nihkuvad 1H TMR spektris vasakule.


34

Kui seondumine toimub 1:1 stöhhiomeetria alusel, siis vastavalt Metoodika osas kirjeldatule on võimalik keemiliste nihete muutustest leida komplekseerumise määrad ja nendest omakorda suhtelise seondumisafiinsuse konstant. Absoluutsete seondumisafiinsuste leidmiseks koostati suhteliste seondumisafiinsuste skaalad iga mõõdetud aniooni jaoks. Skaalad ankurdati indolokarbasooli absoluutsete seondumiskonstantide väärtuste külge, mis mõõdeti UV-vis spektrofotomeetrilise tiitrimise meetodiga. Selle tulemusena määrati seondumiskonstandid 38 retseptorimolekulile 4 karboksülaadi suhtes DMSO-d6:H2O (99.5 % : 0.5 % m/m). Suhtelised seondumisafiinsusemõõtmised võimaldavad kõrge täpsusega määrata seondumiskonstante (Kadam et al., 2014). TMR spektromeetrias on jälgitavaks parameetriks sagedus, mis on väga täpselt mõõdetav suurus. Samuti ülalpool kirjeldatule puudub vajadus määrata aniooni aktiivsust, mis aitab eemaldada mitmed mõõtemääramatust suurendavad tegurid. Kirjeldatud eelised võimaldavad jälgida nö “selektiivsuse pöördumisi”, kus lähedaste seondumisafiinsuste juures seob retseptor H1 tugevamini anioon G2 ja retseptor H2 hoopis tugevamini anioon G1.

VALITUD RETSEPTORITE SEONDUMISE TUNDLIKKUS JA SELEKTIIVSUS Seondumisafiinsuste mõõtmiste tulemused on illustreeritud joonisel 1. Joonise lihtsustamiseks on võetud ainult osad retseptorid. Seondumiskonstantide kogu andmestik on esitatud viites (Kadam et al., 2015). Kõige huvipakkuvamad on seondumise skaalade ülalosas paiknevad retseptorid. Need on valitud anioonide suhtes kõige suurema tundlikkusega. Anioonide poolelt on peamiselt seondumist määravaks teguriks selle aluselisus. Seetõttu seonduvad karboksülaadid seda tugevamini, mida suurem on nende aluselisus. Antud töös järgib seondumisafiinsus järg-


KRISTJAN HAAV

Joonis 1: Retseptor-karboksĂźlaatanioonide seondumise trendid DMSO:H2O (99.5%:0.5% m/m) (Kadam et al., 2015).

35


36

mist aluselisuse järjekorda: trimetüülatsetaat > atsetaat > bensoaat > laktaat. Mõningatel juhtudel on teisejärguliste efektide mõju piisavalt suur, et mõjutada vastavat järjekorda. Retseptori tundlikkus on tugevalt seotud seondumisrühmade arvu ja ruumilise paigutusega. Karboksülaatanioon on planaarse struktuuriga, mistõttu retseptorid, mis on sarnaselt planaarsed, sobituvad paremini karboksülaadi anioonse rühmaga. Töö tulemuste põhjal saab järeldada, et 4-6 NH-rühma kasutamine on kõige optimaalsem. Biskarbasoüül- ja bisindolüüluurea fragmentides on NH-rühmad soodsamalt paigutunud kui orto-fenüleendiuureates. Kuigi NH-rühmade arv on sama, siis biskarbasoüül- ja bisindolüül uuread seovad valitud karboksülaate märksa kõrgema tundlikkusega. Kahe NH-rühmaga (difenüüluuread, indolokarbasoolid) retseptorid on märksa nõrgemad. Asendajate mõju vesiniksideme donoorsusele on küllaltki märkimisväär-

Joonis 2: Seondumiskonsantide andmestiku põhjal koostatud PKA (Kadam et al., 2015).


KRISTJAN HAAV

37

ne. 3,4,4’-Cl3-difenüüluurea (45) seob karboksülaate tugevamini kui orto-fenüleendiuuread. Kui valitud orto-fenüleendiuureates on 4 või rohkem NH-rühma, siis vabas retseptoris on need paigutunud mitmetasandiliselt. Samuti on neil rohkem sidemetel rohkem vabadust erinevat moodi ruumiliselt paigutuda. Hea näide NH-rühmade paigutuse oluselisusest on retseptor 31, mis seob trimetüülatsetaati indolokarbasoolist (39) ainult 0.12 logKass ühikut tugevamini ja atsetaati lausa 0.18 logKass ühikut nõrgemini. Retseptorite struktuuri ja seondumisafiinsuse vaheliste seoste uurimiseks teostati peakomponentide analüüs (PKA). Joonisel 2 on kujutatud PKA analüüsi tulemused. Peakomponent PC1 (x-telg) kirjeldab on kirjeldatav peamiselt aniooni aluselisusega ja PC2 (y-telg) kirjeldab vähesel määral aniooni hüdrofoobsust. Lisaks on näha, et tugevamini siduvad retseptorid paiknevad paremal ja nõrgemini vasakul pool. Mõnevõrra sarnaselt käituvad retseptorid on gruppidesse jaotatud ning piiritletud vastavat värvi ringidega. Retseptorid on grupeeritud järgmiselt: karbasooli (roheline), orto-fenüleendiuurea (punane), biskarbasoüüluurea (sinine) ja indolokarbasooli/uurea baasil (kollane). Graafiku ülaosas paiknevad retseptorid on selektiivsemad hüdrofoobsemate trimetüülatsetaadi ja bensoaadi suhtes. Sellele aitavad kaasa retseptori külgeahelad, mis on eeldatavasti vastasmõjus anioonide hüdrofoobsete osadega.


38

KASUTATUD KIRJANDUS • Amendola V., Fabbrizzi L., Mosca L. 2010. Anion recognition by hydrogen bonding: urea-based receptors. 39: 3889–3915. • Anslyn EV. 2007. Supramolecular Analytical Chemistry. The Journal of Organic Chemistry 72: 687–699. • Anzenbacher, Jr. P., Lubal P., Buček P., Palacios M.A., Kozelkova M.E. 2010. A practical approach to optical cross-reactive sensor arrays. Chemical Society Reviews 39: 3954. • Beer P.D., Gale P.A. 2001. Anion Recognition and Sensing: The State of the Art and Future Perspectives. Angewandte Chemie International Edition 40: 486–516. • Curiel D., Cowley A., Beer P.D. 2005. Indolocarbazoles: a new family of anion sensors. : 236–238. • Haav K., Kadam S.A., Toom L., Gale P.A., Busschaert N., Wenzel M., Hiscock J.R., Kirby I.L., Haljasorg T., Lõkov M., et al. 2013. Accurate Method To Quantify Binding in Supramolecular Chemistry. The Journal of Organic Chemistry 78: 7796–7808. • Kadam S.A., Haav K., Toom L., Haljasorg T., Leito I. 2014. NMR Method for Simultaneous Host–Guest Binding Constant Measurement. The Journal of Organic Chemistry 79: 2501–2513. • Kadam S.A., Martin K., Haav K., Toom L., Mayeux C., Pung A., Gale P.A., Hiscock J.R., Brooks S.J., Kirby I.L., et al. 2015. Towards the Discrimination of Carboxylates by Hydrogen-Bond Donor Anion Receptors. Chemistry – A European Journal 21: 5145–5160.


KRISTJAN HAAV

39

• Lavigne J.J., Anslyn E.V. 2001. Sensing a paradigm shift in the field of molecular recognition: From selective to differential receptors. Angewandte Chemie International Edition 40: 3118–3130. • Saha I., Lee J.T., Lee C-H. 2015. Recent Advancements in Calix[4] pyrrole-Based Anion-Receptor Chemistry: Calix[4]pyrrole-Based Anion Receptor Chemistry. European Journal of Organic Chemistry 2015: 3859–3885. • Vollhardt P., Schore N. 2011. Organic Chemistry: Structure and Function. New York: W. H. Freeman.


40

TÕNIS JÜRGENS EESTI KUNSTIAKADEEMIA Juba enne uusmeedia õpinguid Eesti Kunstiakadeemas mõtles Tõnis Jürgens sageli tehnoloogia ja inimliku tasandi vahelistest nihetest. Seejärel, käies juba oma haridusteed, õppis ta ehitama lihtsamaid elektroonilisi agregaate, tegi tutvust programmeerimisega ning proovis neid baasteadmisi ühendada kunsti ja kultuuriteooriaga. Tulemus: aastal 2016 omandatud magistrikraad. Tõnis usub teadusesse, mis küll ei seleta päris kõike, kuid võimaldab ühel entusiastil tegeleda mingi konkreetse, mõnikord isegi kummalise, ent samas lõputult huvi pakkuva teemaga. Uurimine, kaevamine ning seoste otsimine hoiab Tõnist tegutsemas ning annab tema sõnul teki, millele lõpuks oma leiud laotada ja ette näidata. TalveAkadeemia konkursil osaleb Tõnis, et saada välist kriitilist tagasisidet siiani kirjutatule. Sageli on ülikoolis kirjutatud akadeemiliste tekstide saatuseks koguda tolmu arhiiviriiuli pimedamas nurgakeses. Tõnise sõnul on TalveAkadeemia justkui sild sellistele töödele akadeemilisest koridorist laiema publikuni. Vaba aega on Tõnisel aga just nii palju, et magada ikka saab.


TÕNIS JÜRGENS

41

PÜHA KOOD JA VABADUSE PARADOKS SEOS JÄTKUSUUTLIKU ARENGUGA

L

ääne tsivilisatsioonis kehtiv neoliberalistlik majandusmudel käib käsikäes tehnoloogilise progressiga. Majanduskasv on otseselt seotud investeerimisega tehnoloogiasse. Majandusteoreetik John Maynard Keynes pakkus 1930. aastal lausa, et tehnoloogiline determinism päädib lõpuks paratamatult „majandusliku probleemi” lahenemisega; see tähendaks, ellujäämise mõttes, majanduslikku küllust kogu inimkonnale ning ühtlasi töönädala pikkuse taandumist minimaalsele määrale, kuivõrd kõik töövaldkonnad oleks tulevikus automatiseeritud. Õhtumaade kehtiv majanduskord on triivinud Keynesi ideedega üldiselt pigem risti vastupidises suunas. Kuigi siinses kultuuriruumis kehtib tugev digitaalsuse ja masinate hegemoonia, eeskätt ideoloogilisel tasandil, näikse see toimivat pigem inimkonda anastava kui emantsipeeriva jõuna. Franco Berardi (2012) väitel on see digitaalne maailmavaade päädinud meie kultuuriruumi n-ö kollektiivse alateadvuse tasajärgulise nihkumisega tajumuslikust, poeetilisemast maailmakäsitlusest millegi funktsionaalsema, numbripõhisema, masinlikuma suunas. Käesolevas uurimistöös pakub autor kultuuriteoreetilise tõlgenduse, millega see tasane digitaalsusesse nihkumine teatud ideoloogilistesse äärmustesse viies võib päädida. Kui kehtiva majandusmudeli ja digitaalse maailmavaate jätkusuutlikkus toob endaga kaasa inimese kui subjekti järk-järgulist tajumuslikku tasalülitumist – ihulise subjekti siirdumist kehavälisesse, programmikoodi valda – siis mida kujutab endast meie tehnoloogiliselt


42

progresseeruva tsivilisatsiooni liikme inimlikkus kui selline transhumanismi hüpoteetilises tulevikus?

SISSEJUHATUS Adam Curtis (2011) väidab, et meie kaasaegse digitaalse ühiskonna tehnofiilset ja neoliberalistlikku maailmakäsitlust aitasid 20. sajandi keskpaiku kultiveerida ökoloogia ja küberneetika diskursuste paradigmaatiline kattumine, mis harmoniseerusid omavahel 1960ndate kontrakultuursete liikumiste ning Silicon Valley „virtuaalse klassi” (Barbrook ja Cameron 1995) ideoloogilise optimismi näol. 1960ndatel oma kuulsuse orbiiti kerkinud meediateoreetiku Marshall McLuhani retoorikas omandab see tehnooptimism lausa religioossed varjundid. McLuhanlik tõlgendus elektroonilise meedia tulevikust näeb ette inimese närvisüsteemi totaalset eksternaliseerimist ning kogu inimkonna elektroonilist ühtelõimumist „spirituaalse informatsioonina” (McLuhan 1995[1964]). Lisaks McLuhani ideedele tõukas Silicon Valley tehnoettevõtjaid tagant tollane ökoloogia ja küberneetika diskursuste lõimumine; 1950ndate ja 60ndate vältel kujundati mitmete eri valla teoreetikute ühiste ponnistuste tulemina mõttevool, mis samastas orgaanilist loodust masinatega, nägi nii looduslikke kui ka ühiskondlikke protsesse olemuslikult isetasakaalustuvatena, ning kutsus Ameerika Ühendriikides esile kontrakultuurse autonoomsuspüüde – seda eksperimentaalselt iseorganiseeruvate, mittehierarhiliste kommuunide näol. Silicon Valley edumeelne virtuaalne klass pakkus oma autonoomsuse-taotlusena välja, et säärane iseorganiseeruv, mittehierarhiline kommuun või „ökotoopia” võiks globaalselt ja virtuaalselt hõlmata isegi kogu inimkonda, seda tänu elektroonilise meedia ja telekommunikatsiooni tehnoloogiate kiirele arengule. (Curtis 2011) Antud artiklis annab autor ülevaate küberneetilisest maailmavaatest kui kaasaegset digitaalset kultuuri ajalooliselt kätkevast mõttevoolust ning võtab täpsema fookuse alla transhumanismi kui ühe selle mõttevoo


TÕNIS JÜRGENS

43

radikaalsema alamharu. Kui küberneetiline maailmavaade soosis, teatud kontrakultuursete ja tehnoettevõtlike liikumistena, ühiskonna autonomiseerumist kehtiva poliit-hierarhilise korra kütkeist, siis tranhumanism tõotab lisaks sotsiaalsele emantsipatsioonile tuua tehnoloogilise progressiga kaasa ka isegi inimese bioloogilise vabanemise. See tähendaks subjektiivse teadvuse siirdamist programmikoodina arvutisse, et saavutada surematus (Bostrom 2005; More 1990; Wiley 2014). Ent selle tehnoloogilise emantsipatsiooni südames on implitsiitne paradoks. Järgnevalt vaatleme, kuidas transhumanismi hüpoteetiline subjektiivse teadvuse siirdamine tähendab omakorda ka ihulise maailmatajumise hülgamist, päädides seega üksnes näilise emantsipatsiooniga ning tuues tegelikult endaga kaasa palju rangepiirilisema ja kinnisema tajustruktuuri kui see, milles elame praegu.

METOODIKA Autor lähtub analüüsis sotsiaal- ja kultuuriantropoloog Tim Ingoldi (2002) pakutud vastanduvatest maailma tajumise mudelitest „ehitamine” ja „kulgemine” (otsetõlkes vastavalt „building” ja „dwelling”1). Ingold (2002: 42) leiab, et Lääne kultuuriruumis on dominantne pigem „ehitamise” tajumetoodika, mis vastandab omavahel kultuuri ja loodust ning käsitleb inimolendit põhimõtteliselt kui andmete protsessorit, kes „ehitab” väljastpoolt keskkonnast talletatud info põhjal oma peas maailma representatsioone (Ingold 2002: 55). Kartesiaanlikule ontoloogiale omaselt on siin teineteisest eraldatud inimese keha ja mõistus. Descartes’i järgi on inimteadvus justkui mahuti, millesse koguneb välise maailma objektide jälgi.

1 Google translate pakub „dwell” tõlkeks „elunema”, „püsima” ja „asuma”. Oma tõlkes lähtun pigem inglisekeelsest sõnaraamatust, kus „dwell” seletatakse mh ka nii: „to exist or continue in a given condition or state” ehk mingis antud seisundis eksisteerimist, jätkamist – kulgemist. Kuigi „dwell” oleks võimalik tõlkida ka kui „asumine”, konnoteerub viimase mõistega pigem paigalseis, staatilisus, mis on omane just „ehitamise” tajumudelile. „Dwell” kui „kulgemine” tähendab põhimõtteliselt subjekti pidevas liikumises olemist, dünaamilist suhet subjekti ümbritseva keskkonnaga.


44

Keha on seega sensoorse info hankimise aparaat, mis edastab (ka hierarhiliselt) ülal, eraldiseisvale mõistusele protsessimiseks andmeid. (Viik 2009: 217-219) „Ehitamise” tajumetoodikas omistatakse intellektile kõrgem väärtus ning kõike kehalist, madalamat, rakendatakse intellektuaalsete ettevõtmiste teenistusse. 20. sajandil, inspireerituna nii Sigmund Freudi psühhoanalüütilisest meetodist kui ka kiiretest arengutest küberneetika vallas, hakati mõistust juba otseselt kõrvutama andmetöötlusaparaadiga, digitaalse arvutiga. Psühholoogi ülesandeks sai nüüd välja selgitada, kuidas ühe või teise inimese sensoorne ja tõlgenduslikult reprodutseeriv aparatuur toimib. (Curtis 2011) 1960ndatel siirdus sedasorti psühhoküberneetiline vaade juba laialt kättesaadava ja populaarse eneseabikirjanduse valda; märkimisväärne teos on siinkohal Maxell Maltzi „Psycho-Cybernetics” (1960), mis innustas omakorda neurolingvistilise programmeerimise idee; viimase järgi on inimkäitumist ja harjumusi võimalik teatud sõnade ja füüsiliste žestide abil (implitsiitselt) ümber programmeerida (McGee 2005: 60-61). „Ehitamise” tajumetoodikas saab, niisiis, kehast sensorite kogum ja mõistusest programmeeritav protsessor. Maailma tajumise metoodikate teises äärmuses on Tim Ingoldi (2002: 154) jaoks Heideggerist inspireeritud „kulgemine”. Selle kohaselt on praktiline ja kultuuriline teadmine pidevalt muutuvas, dünaamilises suhtes inimest ümbritseva keskkonnaga. Arusaamine keskkonnast ning ühest või teisest selles tajutavast fenomenist kujuneb subjekti ja tajutava objekti muutlikust vastastikusest suhtest. Subjekt pole siin mitte passiivne informatsiooni protsessor, kes „ehitab” peas väljastpoolt sensoorselt sissepoole edastatud andmete põhjal maailma representatsioone, vaid subjekt on ise aktiivne info ja kogemuste otsija, kelle pelk kohalolu keskkonnas juba tähendab mingit suhestumist. Keskkonnas „kulgedes” ei muutu mitte ainult subjekt ise, vaid suhtes temaga muutub ka teda ümbritsev keskkond. Subjekt ei otsigi seejuures mitte fikseeritud andmeid, vaid pigem teatud n-ö alalisi allhoovusi või vektoreid kogu selle järjepidevalt moonduva andmetetulva seest. Neid allhoovusi ongi aga üksnes siis võimalik tuvastada,


TÕNIS JÜRGENS

Vahemere meresõitjate pulkadest põimitud, hoovusi kujutavad „vektor-kaardid” (allikas).

45


46

kui subjekt ise on liikumises ning uurib ja kogeb tajutavat mitmest küljest (Ingold 2002: 166-168); mida rohkem seoseid, seda kindlamalt asetub subjekt arusaamise kogemuslikku võrgustikku (Sousanis 2015: 134-135). Fenomenoloog Maurice Merleau-Ponty rõhutab omakorda, et inimene suhestub ja kulgeb oma keskkonnas nimelt kui kehaline subjekt. Õigupoolest pole subjekt Merleau-Ponty jaoks midagi muud kui keha; kuid mitte empiiriline keha, mida saaks omakorda teaduslikult uurida, vaid fenomenoloogiline „isiklik omaihu (corps propre), millega kogetakse ja elatakse” (Viik 2009: 222). Merleau-Ponty vastandus oma filosoofias just kartesiaanlikule dualismile; tema jaoks olid keha ja vaim, mina ja teine, inimene ja maailm, nähtav ja nähtamatu elavas, risti- ja läbipõimuvas suhtes. Merleau-Ponty järgi on kõigi meie kogemuste väli liha; „ihu ja maailm ulatuvad teineteisesse ning määratlevad teineteist vastastikku: ‘maailm on tehtud samast ainest kui ihu’” (Bohl 2009: 268; Merleau-Ponty 1974: 284). Franco Berardi (2012), kanaldades Wittgensteini, aitab siin tuua mõningat kontekstuaalset selgust. Wittgensteini jaoks defineeris keel mõistetava/ mõistmatu vahele jääva piiri; keel ja seda kasutav subjekt pole, niisiis, mitte osad neid ümbritsevast maailmast, vaid ongi (keeleliselt tajutava) maailma piir. (Berardi 2012: 155-156) Merleau-Ponty filosoofia aga veab selle mõttekäigu veidi teises suunas: kuigi keel aitab meil tõmmata piiri mõistetava ja mõistmatu vahele, siis kogemuslikult, väljaspool keelt, valgub tajutav maailm siiski üle keele tingliku piiri subjekti sisse ning subjekt, omakorda, sulab ihuliselt teda ümbritseva maailmaga ühte. Merleau-Ponty jaoks on igasugused mõistetavad tähendused juba a priori maailmas olemas, kuid nende ilmnemine eeldab meie kui subjektide omapoolset aktiivsust. Antud juhul on oluline toonitada, et Merleau-Ponty peab siin esmajoones silmas maailma mittesõnastatavat tähenduslikkust. Maailm ei ole mitte see, mida me mõtleme, vaid see, mida me kogeme. Me mõtleme tähenduslikke mõtteid üksnes seetõttu, et oleme juba suhtes maailma implitsiitse tähenduslikkusega; „me oleme tähendusse määratud”. (Bohl 2009: 269-270, 274) Maailma varjatud tähenduslikkus eelneb meie mõis-


TÕNIS JÜRGENS

47

tuslikult reprodutseeritud nägemusele maailmast. Merleau-Ponty kirjeldab seda implitsiitset tajuilma kui metsikut või toorest Olemist, aga ka kui vertikaalset Olemist. „Vertikaalne Olemine”, kuna see metsikum ja toorem tajuilm ei eelne meie reaalsuse n-ö mõistuspärasele representatsioonile mitte ajaliselt, vaid on pigemini selle aluseks ja käib sellega alati kaasas. (Bohl 2009: 267-268) Merleau-Ponty vaated kattuvad antud juhul siis pigem Ingoldi pakutud „kulgemise” tajumetoodikaga. „Ehitamise” ja „kulgemise” mudelite erinevust ning ihulise maailmasolemise tähtsust illustreerib oma doktoritöös Nick Sousanis (2015: 136), võrreldes omavahel 19. sajandi Euroopa ja Vahemere saarestike (eriti Marshalli saarte) meresõitjate navigeerimismeetodeid. Tollane Euroopa kartograafia põhines ( ja põhineb siiani) kartesiaanliku eraldatuse printsiibil. Elav kolmemõõtmeline maailm surutakse kahemõõtmelisele kaardile lapikuks ning navigatsioon toimub vastavate instrumentidega, mõõtes subjekti asukohta erinevate punktide suhtes. Marshalli Saarte meresõitjate kaardid, seevastu, ei kujutanud mitte fikseeritud topograafiaid ega punkte, vaid merehoovuste ja tähtede liikumisteid – vektoreid (Spennemann 2005). Kui kartesiaanlik navigatsioon mõõdab subjekti suhtelist distantsi, paiknemist teatud fikseeritud, staatiliste punktide või maamärkidega, siis Vahemere saarestike navigeerijate vektoripõhine meetod asetab subjekti kui liikuva punkti suhtesse omakorda teiste liikumiste või liikumisteedega. Lisaks hoovustele ja tähtedele lähtuti ka kala- ja linnuparvede liikumisteedest, tuultest jms hooajalistest nähtustest (Sousanis 2015: 137). Kuigi Marshalli saarte meresõitjad tegid saarestikevahelistest vektoritest niisamuti omamoodi kaarte, erinevad need olemuslikult Lääne kartograafiast (vt illustratsioonid 1.1 ja 1.2). Ühtlasi ei võetud neid vektoripõhiseid kaarte kunagi mereretkedele kaasa – navigeerija pidi vektoreid lihtsalt peast teadma. See oli põlvest põlve pärandatud kogemuslik teadmine. Sellise navigeerimise puhul ei kasutata ühtegi mõõteinstrumenti peale subjekti enda keha ja tajude. Meresõitja peab navigeerimiseks jälgima, kuulama, tundma, suhestuma – olema täienisti „kohal”, et saa-


48

da aru, kus ta on. Keha, niisiis, mitte ei eralda meid maailmast, vaid teeb meid selle osaks. Inimesel mitte ei ole ihu, vaid ta ongi oma ihu. Maurice Merleau-Ponty arvas, et taju representatiivne mudel tuleks asendada nn eksistentsiaalse mudeliga; „see tähendab seda, et tajus pelgalt ei re-presenteerita juba valmis maailma, vaid taju on otsene kontakt maailmaga” (Bohl 2009: 273-274). Descartes kahtles selles, kas ta tõepoolest ka tajub maailma, aga Merleau-Ponty vastab, et maailm ongi see, mida me tajume. Tim Ingoldi „kulgemise” mudel – siinkohal koos Merleau-Ponty fenomenoloogiaga – pakub Õhtumaade kultuuriteooriates üldiselt dominantsele „ehitamise” tajumetoodikale dünaamilisemat alternatiivi. Ingold suudab ladusalt orienteeruda ka 1970ndate „tekstilise revolutsiooni”2 järgselt lõhestunud ja (kohati pärssivalt) eneserefleksiivseks muutunud antropoloogia diskursuse erimeelsete koolkondade vahet, õigustades tugevalt tajude ja kehakesksemat lähenemist antropoloogilises uurimistöös. Käesolevas artiklis kasutame Ingoldi duaalseid tajumudeleid omamoodi siduva sõrestikuna, et navigeerida mõningates küberneetilist maailmavaadet kujundanud mõttevooludes.

TULEMUSED JA ANALÜÜS TRANSHUMANISM Transhumanistlik liikumine taotleb inimkonditsiooni eksistentsiaalset täiendamist ja ületamist tehnoloogiliste vahendite abil. Transhumanismi võimsaim hüpotees on inimeksistentsi surelikkuse kummutamine tehnoloogia abil. Seda surematuse-püüet mõtestab Max More oma manifestis „Transhumanism: Toward a Futurist Philosophy” (1990). More kirjutab, et 2 „Tekstilise revolutsiooni” põhilisemaks eestvedajaks loetakse Clifford Geertzi, kes pakkus 1970ndate alguses välja tihekirjelduse termini ning kultiveeris idee, et kõik kultuurid on olemuslikult nagu tekstid (või tekstide kogumid) ja antropoloogi töö pole mitte kultuuride kogemine vaid hoopiski nende tõlgenduslik lugemine. (Howes 2003: 17) Selle põhjal võiks öelda, et käesolevas uurimistöös kasutame nimme teksti(de)põhist tõlgenduslikku metoodikat, et õigustada omakorda tajumuslikumat lähenemist ainesele.


TÕNIS JÜRGENS

49

2.1: Howard T. Odum’i skeem „Inimene kaasaegses ühiskonnas” (allikas).

talle ei paku rahulolu mitte ükski selline filosoofia, mis ülistab elusolendite vaimset arengut ning samas määrab iga viimse kui indiviidi kõdunema eimiskisse. (More 1990: 10) Sellega esitab More küllaltki nihilistliku küsimuse: mis mõte on otsida elus tähendust, kui sa lõpuks nagunii sured? More’i nägemus transhumanismist, mida ta asus 1980ndate lõpus ja 90ndate


50

algusaastatel kitsamalt määratlema ka kui ekstropianismi (extropianism), viljeleb inimkonna piirideta laienemist ja arengut, sj siis ka millekski inimesest kõrgemaks. Transhumanistlikus mõttevoolus tähendab inimolendi bioloogilise surelikkuse võimalik ületamine omamoodi tehnoloogilis-progressiivset emantsipatsiooni. Surematuse saavutamise tehnilise meetodina pakuvad transhumanistid välja inimmõistuse siirdamist arvutisse (Bostrom 2005: 8-9; Wiley 2014). See tähendab subjektiivse teadvuse eraldamist bioloogiliselt surelikust kehast ning emuleerimist äärmiselt keerulise arvutiprogrammina. Siin kerkib esile transhumanismi kartesiaanlik taust; inimest kui subjekti käsitletakse kõrge intellektina, millele (hierarhiliselt alam) keha kui sensorite kogum edastab teavet välisest keskkonnast – s.o Ingoldi „ehitamise” tajumetoodika. Kehast vabanemist põhjendab filosoofilises mõttes Jean-Paul Sartre. Sartre’i jaoks on vabadus ja tähenduslikkus omavahel eksistentsiaalselt seotud; kuna Sartre’ile oli maailm ise olemuslikult mõttetu ja absurdne, saab igasugune tähenduslikkus tuleneda üksnes teadvusest. Vabadus, niisiis, on enese (teadvuse) eraldamine kõigest muust. Sartre’i deterministlik vabaduse kontseptsioon kangastub tema kuulsas lauses: „inimene on mõistetud olema vaba”. (Bohl 2009: 269) Sartre’i karjäär hõlmas aastatepikkust ja viljakat filosoofilist debatti kolleegi3 Maurice Merleau-Pontyga, kelle jaoks, nagu märkisin ka ülal, kehtis risti vastupidine vabaduse kontseptsioon. Merleau-Ponty kohaselt ei seisne vabadus mitte selles, et me eraldame endid maailmast, teistest inimestest, oma kehadest, vaid vastupidi, vabadus saab ilmneda üksnes suhtes meid ümbritseva maailma ja kõigi teistega – suhtes maailma implitsiitse tähenduslikkusega. Mõistuse siirdamise diskursuse teeb üldse võimalikuks tehniline ettekujutus, et inimaju neuroloogilist tegevust ning ühes sellega ka inimteadvust on võimalik taandada kaardistatavaks informatsioonisüsteemiks.

3 Sartre ja Merleau-Ponty toimetasid ning avaldasid aastatel 1945-’55 koostöös ajakirja „Moodsad ajad” (Les Temps modernes), kus ilmus ka suur osa nende omavahelisest debatist.


TÕNIS JÜRGENS

51

Keith Wiley (2014), uurides mõistuse siirdamise võimalikkust, nimetab säärast metodoloogiat süsteemi identifikatsiooniks; uurija, kes tahab visandada mõnda raskesti hoomatavat looduslikku või dünaamilist süsteemi, keskendub oma uurimistöös ainult mõnele kergemini kaardistatavale osale terviksüsteemist ning võtab seda omakorda kui mudelit ülejäänud süsteemile. Kõik sellest mudelist väljapoole jääv informatsioon saab abstraktse ja mudeli suhtes ebaolulise väärtuse. Wiley väidab, et samal põhimõttel on ka sajandeid tagasi tegutsenud pagarid õppinud selgeks saia kergitamise iseärasused – kuigi nad ei pruukinud teada midagi pärmidest ega mikrofloorast, õppisid nad katse-eksitus meetodil kordama protsessi, millel olid etteaimatavad tulemused. Hoomamatu dünaamiline süsteem – teadvus – redutseeritakse seega hoomatavale küberneetilisele mudelile. Inimaju kaardistamise võrdlemine saiategemisega viib meid küll üsna hämarale territooriumile, aga iseenesest kerkib Wiley võrdlusega esile võimalus anda ülevaade mõningatest ajaloolistest mõttevooludest, mis ühtekokku on panustanud transhumanismi tugevalt mõjutanud küberneetilise maailmavaate tekkesse.

KÜBERNEETILINE EETOS Küberneetiline eetos ehk küberneetiline maailmavaade võttis konkreetselt kuju 1950ndate ja 60ndate aastate jooksul. Selle maailmavaate vundamendiks on orgaanilise looduse samastamine masinatega. Adam Curtis (2011) avab küberneetilist eetost Arthur Tansley teooriaga, mille järgi on kogu looduslik maailm võrgustik omavahel ühendatud ökosüsteeme, mille Tansley uskus olevat loomupäraselt stabiilsed ja iseorganiseeruvad. Tansley nägemuses taandus kogu loodus seega põhimõtteliselt masinaks. 1950ndatel hakkas selle kontseptsiooniga katsetama ökoloog Howard T. Odum. Odum jälgis looduslikke protsesse ning püüdis neid omakorda emuleerida elektriskeemides (vt illustratsioonid 2.1 ja 2.2) ja nende skeemide järgi ehitatud eksperimentaalsetes masinates. Odum tahtis kaar-


52

distada, kuidas energia ökosüsteemides liigub. Küberneetilises mõttes seostub sellega Jay Forresteri idee tagasiside (feedback loop) mehhanismidest ja masinate isereguleerumisest. Forrester pakkus välja, et inimesed elavad nii individuaalsel kui ka ühiskondlikul tasandil isereguleeruvate tagasiside-mehhanismide võrgustikes. Norbert Wiener liitis Tansley ökosüsteemide ja Forresteri tagasiside kontseptsioonid kokku oma 1965. aasta raamatus „Cybernetics: or the Control and Communication in the Animal and the Machine”, millest sai küberneetilise eetose üks kesksemaid tekste. Peale tasakaalu kontseptsiooni kätkeb kogu küberneetilist eetost väga olulisel määral just vabaduse idee. Buckminster Fulleri 1968. aastal väljastatud raamat „Operating Manual for Spaceship Earth” pakkus kujundlikult, et meie planeet on justkui kosmoselaev ning kogu inimkond on nagu seda haldav meeskond. Fuller arvas, et inimkond peaks moodustama globaalsel tasandil ühtse, mitte-hierarhilise süsteemi, mis toimiks kollektiivselt planeedi ökosüsteemide tasakaalus hoidmise huvides. See idee inspireeris ideoloogiliselt laetud kümnendivahetusel Ühendriikide kontrakultuuris massilise siseriikliku rändelaine; vahemikus 1967-’71 rändas üle poole miljoni ameeriklase linnadest maale, et rajada üle riigi tinglike sotsiaalsete hierarhiateta isemajandavaid kommuune, matkides nende ehitamisel sj ka Fulleri arhitektuurist kuulsaid geodeetilisi kupleid. Eesmärk oli katsetada alternatiivi kehtivale süsteemile, milles indiviidide õigused ja kohustused kehtestavad neist ülemad autoritaarsed struktuurid. (Curtis 2011) See entusiasm autonoomsusele kandus üle ka tollal pead tõstvasse California ideoloogiasse (Barbrook ja Cameron 1995). Selle ideoloogia põhilisemaks kasvulavaks sai San Franciscos asuv Silicon Valley e Räniorg, mille tehnoloogiapioneeridest kogukonna moodustasid osaliselt nii 60ndatega kustunud hipiliikumise endised idealistid kui ka Ayn Randi külmast objektivismist ja 70ndatega hoogu saanud neoliberalistlikest väärtustest kannustet ettevõtjad. Inspireeritult meediaguru Marshall McLuhani teooriatest – mis tagantjärele tunduvad lausa prohvetlikud – uskusid


TÕNIS JÜRGENS

53

Ränioru progressiivse „virtuaalse klassi” esindajad (Barbrook ja Cameron 1995), et arvutid, meedia ja telekommunikatsioon võimaldavad üheskoos indiviididele vabaduse suurkorporatsioonide ja valitsuste kütkeist ning loovad eeldused isemajandavaks, mitte-hierarhiliseks, virtuaalseks ja globaalseks „ökotoopiaks” (Curtis 2011). Marshall McLuhan vihjab sellise isemajandava kogukonna tekkele juba 1964. aastal, oma kurikuulsas teoses „Understanding Media”. Tema jaoks võimaldab elektrooniline meedia inimkonnal sedasorti orgaanilisemat informatsiooni haldamist, mis on muidu eksisteerinud üksnes inimese närvisüsteemis. Elektroonilise ajastuga koidab tootmisprotsesside tasajärgne automatiseerimine, mis tähendab füüsilise koormusega töökohtade hajumist ja teadmistepõhiste töökohtade osakaalu kasvu. Inimene on nüüd infot koguv nomaad, vaba fragmetaarse spetsialiseerituse kütkeist, kuid ühtaegu kaasatud rohkem totaalsesse sotsiaalsesse protsessi, kui eales varem. (McLuhan 1995[1964]: 358) Inimese põhiliseks taagaks saab nüüd teatava uue valgustatud seisundi saavutamine. McLuhan võrdleb eelmainitud virtuaalset klassi Aadamaga Paradiisiaias, kellele on delegeeritud ülesanne anda igale elusolendile nimi; nüüd peame me mõne toote või protsessi lihtsalt nimetama ja programmeerima ning järgmisel hetkel on see juba valmis (McLuhan 1995: 352). Veel enam, McLuhani jaoks päädib elektroonilise meedia ajastu lõpuks inimese kesknärvisüsteemi täieliku eksternaliseerimisega. Varasemad, mehhaanilised tehnoloogiad on võimaldanud inimest oma keskkonda ainult osaliselt pikendada. Näiteks ratas on jala pikendus ning seda võimendab omakorda raudtee ja rongiliiklus ning hiljem isiklike autode massiline kasutuselevõtt. Kirjutamine on talletatud kõne; s.o eksternaliseerimine, mis võimenes erakordselt Gutenbergi trükipressi tulekuga ja edasi muidugi veel arenenumate meediumitega. (McLuhan 1995[1964]: 57) Mehhaaniline ajastu on justkui veider kõrvalepõige tsivilisatsiooni tehnoloogilises ajaloos ning selle saadused ja sümptomid olemuslikult fragmentaarsed ja ebatäielikud; McLuhani kohaselt tõotab elektroonilise tehnoloo-


54

gia ajastu teha sellele fragmentaarsusele lõpu ning taasliita tsiviliseeritud inimesed oma hõimkondliku elemendiga. Nüüd eksternaliseeruvad meie närvisüsteemid meid ümbritsevasse maailma kõikehõlmavalt, totaalselt ning sulavad keelteta kosmilises harmoonias üheks teadvuseks. (McLuhan 1995: 43, 57, 80) Elektrooniline meedia mitte ei laienda aegruumilisi piire, vaid kaotab need sootuks; inimesed saavad omavahel suhelda globaalsel tasandil näost-näkku, võrdsetena, süvitsi; orgaaniline asendab mehhaanilise (McLuhan 1995: 255, 349). Muuhulgas pakub McLuhan välja, et elektrooniline meedia võimaldab meil tõlgendada enda kogemusi „spirituaalse informatsioonina” otse arvutitesse; liites kõik need erinevad kogemused kokku, võiks inimkond põhimõtteliselt saavutada mingi ühtse teadvuse (McLuhan 1995: 61). Poeet Stephane Mallarme arvas, et „maailm eksisteerib selleks, et lõppeda raamatus”. Meie olukorras on juba võimalik minna sellest kaugemale ja siirdada kogu show arvuti mälusse. Sest erinevalt puhtbioloogilistest olenditest, nagu täheldab Julian Huxley, evib inimene edastamise ja teisendamise aparatuuri, mis põhineb tema võimekusel talletada kogemusi. Ja nagu ka keele puhul, on inimese võime talletada samal ajal ka vahend kogemuste edastamiseks. (McLuhan 1995: 59) [autori tõlge] Julian Huxleyle viidates satub McLuhani sõrm poolkogemata juba päris otseselt transhumanismi pulsile. Huxley pakkus oma 1927. a essees „Religion without Revelation” esimesena välja termini „transhumanism”, kirjeldamaks usku, et inimesel on võimalik tehnoloogilisel teel areneda millekski endast ülevamaks (Bostrom 2005: 6). Lisaks kartesiaanlikule „ehitamise” tajumetoodikale, nagu seda käsitleb Ingold (2002), vihjab McLuhani retoorika sageli ka teatud kristlikele kujunditele. Virtuaalse klassi esindajast programmeerija muutub Aadamaks Paradiisiaias, kelle pädevuses on mõistusesse talletatavate kogemuste tõlgendamine spirituaalseks informatsiooniks ehk programmikoodiks. Elektroonilise meedia arengu tulemina kogu inimkonna närvisüsteemide totaalne eksternaliseerumine ja globaalne ühteliitumine seondub juba otseselt religiooni mõis-


TÕNIS JÜRGENS

55

2.2: Howard T. Odum’i nägemus Uganda hõimkondlikust karjapidamisest (allikas).

tega; ladinakeelne termin „religare” tähendabki etümoloogiliselt millegi taassidumist või -lõimimist. McLuhani idee fragmenteeritud mehhaanilise ajastu järel hõimkondlike elementidena uuesti ühte koonduvatest infonomaadidest väljendus tema kuulsas terminis „globaalne küla”. Silicon Valleys nähti esimesi märke selle ettekuulutuse realiseerumisest juba 1968. aastal, mil Räniorus toimus Douglas Engelbarti ja Stewart Brandi koostööl „The Mother of All Demos”; s.o ettekanne, kus demonstreeriti esimest korda mitmeid nüüdseks harjumuspäraseks muutunud arvutitehnoloogiaid, sh hüpertekst, e-kirjad, bitmapitud ekraanid, videokõned ja arvutihiir. Need kasutajaliidesed pidid tooma arvutid lähemale ka nn tavakasutaja-


56

tele. Engelbarti ja Brandi nägemuses rakendus kõikjal üle Ühendriikide tekkinud kontrakultuursete kommuunide mittehierarhiline mudel suuremal, isegi globaalsel skaalal, ning seda kõike nimelt arvutivõrkude abil. (Curtis 2011) Selle ajel lootis Ränioru virtuaalne klass kasutada elektroonilise meedia arengut, et saavutada sotsiaalne emantsipatsioon omamoodi globaalse virtuaalse ökotoopia näol, mis opereeriks iseorganiseeruvalt ja -tasakaalustuvalt, väljaspool poliit-hierarhilisi institutsioone. Transhumanismi tehnoloogiline surematuse-püüdlus viib McLuhani spirituaalse informatsiooni idee veelgi kaugemale – taolise bioloogilise ja tähendusliku emantsipatsiooni tasandile, millest näikse unistavat Sartre. Selles kontekstis tähendab inimese närvisüsteemi totaalne eksternaliseerimine subjektiivse teadvuse siirdamist spirituaalse info ehk koodina arvutisse (Bostrom 2005; Wiley 2014). McLuhan (1995[1964]: 80) pakub, et selles transhumanistlikus eksistentsis poleks meil vaja isegi keeli, et omavahel suhelda – kõik oleks üks mõistus, ühes koodis. Nii oleks maailm sõna otseses mõttes meie mõtete kodu; mitte keel ja kehalisus, vaid kood kui ainuline tajumise mudel tõmbaks piiri kõige tajutava ümber. Väljaspool seda piiri polekski midagi, sest poleks midagi, mida me ei tajuks koodis või koodina. Ilma takistavate, tõlgendatavate sõnadeta pääseks me justkui vahetumalt ligi sellele toorele, vertikaalsele Olemisele, millest räägib Maurice Merleau-Ponty, kuivõrd koodis puudub igasugune taoline segadusttekitav tõlgenduslikkus, mis kätkeb keelt. Spirituaalse informatsioonina programmikoodiks tõlgendumine lähendaks inimkonda justkui ontoloogiliselt Merleau-Ponty ideele, et „maailm on tehtud samast ainest kui ihu”, kuivõrd koodina olekski kõik üks ja sama; see tähendaks, et kogemise ja mõistmise vahel poleks mingit tõlgenduslikku piiri ning kõik subjektid „kulgeks” ühiselt lõputult surematus informatsioonivoos, mis võikski ju olla see globaalne, iseorganiseeruv, mittehierarhiline, virtuaalne ökotoopia. Järgnevas peatükis vaatame, miks küberneetilise maailmavaate ja transhumanismi kui tolle äärmuslikuma haru kujutlus säärasest sotsiaalsest ja bioloogilisest vabanemisest on pelgalt illusoorne.


TÕNIS JÜRGENS

57

VEAD KOODIS Tõnis Kahu (2002) kasutab 1960ndate kontrakultuuri ja eeskätt selle psühhedeelse elemendi analüüsimisel Henry Adamsi neitsi ja dünamo duaalseid mõisteid. Adamsi jaoks esindas „neitsi” antud juhul vana maailma kadunud pühalikkust ning „dünamo” sümboliseeris modernsust, progressi, masinate pealetungi. Psühhedeelne liikumine viljeles vabanemist „dünamo” ikkest ning naasemist müstilisse ja pühasse ühtsusesse – tagasi „neitsi” juurde (religare). Oluliseks taolise kirgastumise, ürgsemasse teadmisesse naasemise vahendiks sai LSD (lüsergiinhappe dietüülamiid). Psühhedeelne kultuur taotles „revolutsiooni meie peades”; eesmärk oli taastada „dünamo” tulekuga, kõige tööstusliku ja mehhaanilise pealetungiga hääbunud vaimsus ja pühadus ning vabastada inimene süsteemi ikkest. Ent seda vabanemist ja kaotatud pühaduse, „neitsi” otsingut varjutas tõsiasi, et LSD-d pruugiti (tegelikult juba harjumuspäraselt) kui järjekordset tehnilist meediumit. See väljendub kõige paremini LSD-guru Timothy Leary kurikuulsas lauses: „Turn on, tune in, drop out”, mis samastab psühhedeeliat ehk, otsesõnu, „hinge paljastamist” raadiosageduste timmimisega. Kahu (2002) järeldab, et kokkuvõttes polegi psühhedeelse kultuuri näol tegemist niiväga kultuuriga selle sõna ranges mõttes; pigemini oli psühhedeelne kultuur „aklimatiseerumine virtuaalse reaalsuse tarbeks [...] närvisüsteemi kohandamine masinlikuks, et tulla toime selle meid ümbritseva informatsiooni keskkonnaga”. Nagu öeldud, asusid paljud USA kontrakultuuri esindajad 1960ndate vahetudes 70ndateks tööle Silicon Valleysse, nende seas ka mitmed nn psühhedeelse kultuuri esindajad. Psühhedeelset kultuuri kätkeva emantsipeerumise paradoksi võib tuvastada ka transhumanistlikust mõttest. Bioloogiliselt surelike kehade hülgamine ja spirituaalse infona programmikoodiks tõlgendumine näib pakkuvat sotsiaalset ja bioloogilist emantsipatsiooni, püha elektroonilist ühtelõimumist (religare), tõlgendusliku/kogemusliku – ehk Tim Ingoldi (2002) duaalsete tajumetoodikate „ehitamine”/


58

„kulgemine” – maailmakäsitluse piiri kaotamist. Subjektiivse teadvuse siirdamise kontseptsiooni eelduseks on kartesiaanlik idee mõistuse ja keha eraldatusest. Selles käsitluses tõmbavad inimese keha kontuurid ja keel justkui piiri tajutava ja tajumatu maailma vahele; s.o fragmentaarsus, mida kood lubab oma kõikehõlmavuses kaotada. Tegelikkuses toimib igasugune kodeeritud mudel veel piiravamalt, kui kehaline maailmas „kulgemine”. Kood ei suuda hõlmata individuaalset subjekti, kuna kood taandab viimase pealiskaudseks informatsiooniks. Koodi ridade vahel ei peitu mitte midagi, ei mingeid lisaväärtusi, ei mingit implitsiitset tähenduslikkust ega ürgset baas-Olemist. Kood adub „kulgemist” kui maailma tajumise metoodikat ainult näiliselt. Isegi koodi juhuslikkus on kodeeritud. McLuhan (1995[1964]: 349) väidab, et elektrooniline meedia ei pea enam alluma sedasorti lineaarsusele, nagu kehtib mehhaanika puhul. Aga kood on olemuslikult täiesti lineaarne – programm algab esimesest käsklusest ja lõppeb, kausaalselt, siis kui saabub vastav korraldus. Kood on isegi veel lineaarsem kui tekst. Keeles ilmneb Merleau-Ponty nn vertikaalne Olemine; teksti lugedes kangastub teksti alt mingi teine, sõnastamatu tähenduslikkus. Koodi orgaanilisus on illusoorne ning seda illusiooni võimendab koodi protsessimise meeletu kiirus. McLuhan (1995[1964]: 348) täheldab tegelikult sarnast illusiooni filmiprojektori puhul, mille äärmuslik mehhaniseeritus tekitab vastupidise efekti; filmilint läbib projektorit lineaarselt, aga nii suurel kiirusel, et ekraanile kangastub lõpuks raamistatud kujutelm orgaanilisest ja dünaamilisest maailmast. Ekraani suurus mõjub omakorda immersiivselt. Koodi illusoorsus toimib samal printsiibil – koodi protsessitakse, seeditakse hoomamatutel kiirustel, ent alati lineaarselt ja kausaalselt. Koodi maailm on fabritseeritud, „ehitatud” maailm – seal puudub n-ö loomulik sügavus. Franco Berardi kohaselt on Õhtumaade kultuuriruumis toimunud omamoodi antropoloogiline nihe. Berardi (2012: 123-126) võrdleb kahte n-ö sotsiaalset seostamise mudelit: ühildamine (conjunction) ja ühendamine (connection); ühildamine seostub Berardi jaoks empaatilise tunnetus-


TÕNIS JÜRGENS

59

likkusega – s.o pidev tajumuslik teisekssaamise protsess –, ühendamine aga pigem masinliku statsionaarsete punktide omavahel seostamisega. Sj taoline masinlik punktide omavahel seostamine eeldab ka teatavat standardiseerituse astet. Berardi duaalne mudel kattub käesoleva uurimistöö kontekstis hästi Tim Ingoldi kirjeldatud kahe maailma tajumise metoodikaga. Kui Ingold pakub domineerivale kartesiaanlikule „ehitamise” ontoloogiale alternatiivina dünaamilisemat „kulgemist”, siis Berardi kutsub üles kummutama digitaalsuse, masinate ja kehtiva majandussüsteemi hegemooniat kasutades selleks tajumuslikku, poeetilisemat lähenemist. Berardi jaoks on indiviidide maailmataju ja omavaheline suhtlemine nihkunud esimeselt, ühildavalt tajumuslikult mudelilt pigem teisele, ühendavale. Meid ümbritseva keskkonna digitaliseerumine nii küberneetilise maailmavaate kui ka sellega paralleelselt arenenud neoliberalistliku majandussüsteemiga on sundinud inimesi kohanduma funktsionaalsema, masinlikuma suhtlusmetoodikaga, mille tõhusaks toimimiseks on absoluutselt vajalik, et edastatavatest-vastuvõetavatest sõnumitest kaoks igasugune tajumuslik või tõlgenduslik element. Digitaalses ehk numbritepõhises süsteemis on tajumuslikkus kasutu ning võib olla isegi süsteemile ohtlik (Berardi 2012: 127). Siin kerkib esile keele ja koodi vastandus: koodi puhul päädivad arusaamiste vahelised lüngad ja vastuokslikkused veaga koodis, aga keele puhul päädivad need uute tähendustega, poeesiaga. Kood allutab meie teadvuse funktsionaalsuse, informatsiooni protsessimise rangele tajusfäärile; kuivõrd koodis pole implitsiitseid tähendusi, on ainult eksplitsiitsed, siis tähendaks subjektiivse teadvuse spirituaalseks infoks e koodiks tõlgendamine tõepoolest selle McLuhani ennustuse täitumist, et meie kollektiivselt eksternaliseeritud ja näiliselt kosmilises ühtsuses lõimuvad närvisüsteemid ei vajagi suhtlemiseks enam keelt. Koodi raames on kõik üksteise suhtes vahetul ja üksühesel arusaamisel. Aga koodis saab luua tähendusi ainult fikseeritud parameetrite raames. See on „ehitamise” metoodika. Looming sünnib meie kui subjektide ja tajutava maailma nihestatuse tõttu. Et luua koodis täiesti uusi tähendusi, tuleb


60

koodi muuta, ümber ehitada. Igasugused n-ö mitteregistreeritavad, tajumuslikud kõrvalekalded kutsuvad koodis kui digitaalses süsteemis esile üksnes vea. Kuigi keel kui tajustruktuur on olemuslikult ebatäiuslik, siis keele puhul võimaldavad sõnade vahele jäävad vastuolud ja arusaamise lüngad, praod, siiski tajuda ka mingit sõnade – justkui põranda – alla jäävat sõnastamatut tähenduslikkust; Merleau-Ponty järgi saaks seega keelele omistada „vertikaalse Olemise”. Koodi puhul päädivad aga sedasorti vastuolud ja puudujäägid üksnes veaga koodis. Kuigi mingis mõttes on keel ja kood sarnased tajustruktuurid, võimaldab keel meil vähemasti luua uusi tähendusi. Koodi puhul peab uute tähenduste loomiseks alati muutma ka koodi ennast. Kui kasutada nüüd Ingoldi kahte maailma tajumise mudelit, siis koodile on omane pigem „ehitamine”, keelele aga „kulgemine”. Keel ei pretendeerigi kogu eksistentsiaalse dünaamika hõlmamisele, küll aga aitab keel meil navigeerida subjektiivse tajuvälja muutlikes vetes. Mis veelgi olulisem, kõik keele kui tajustruktuuri piirest väljapoole jääv on inimsubjektile siiski tajumuslikult kogetav. Transhumanistliku vabanemise hüpoteesi raames kaoks ära nii see tajumuslik, ühildav side, kui ka vastav loominguline, poeetiline potentsiaal luua või tuvastada uusi tähendusi, mis Merleau-Ponty kohaselt võimaldabki inimesele vabaduse.

VABANEMINE Küberneetiline eetos, loomuliku maailma samastamine masinatega, usk tehnoloogilisse progressi ja sellega kaasnevasse lunastusse, ühtelõimumisse (religare) – need omavahel kattuvad ideed on tehnoloogiliselt arenenud tsivilisatsioonis võtnud aina jõulisemalt maad. Seda tehnoloogilist optimismi kannustab tõotus inimkonna emantsipatsioonist. Transhumanism, kui selle tehnofiilse mõttevoo radikaalsem haru, lubab vabastada inimkonna isegi selle vanimast eksistentsiaalsest taagast – bioloogilisest surelikkusest.


TÕNIS JÜRGENS

61

Ent selle eesmärgi hüpoteetilised abinõud kätkevad endas vastuolu, kuivõrd subjektiivse teadvuse kartesiaanlik eraldamine kehast ning taandamine arvutiprogrammina emuleeritavaks koodiks tähendab tegelikult subjekti allutamist veel rangepiirilisemale tajuväljale, kui see sümboolne süsteem, milles eksisteerime hetkel. Vaatamata keele kui tajumehhanismi vajakajäämistele, on keel maailma tajumist hõlbustava struktuurina antud võrdluses siiski jätkusuutlikum kui kood. Subjektiivse teadvuse kehast „vabastamine” tähendab antud juhul ka subjekti ära lõikamist sellest ihulisest tajuväljast, mis teda maailmaga seob. Inimteadvuse koodile allutamine tähendab selle siirdamist näiliselt vabastavasse kosmosesse, milles kogu inimkond saaks eksternaliseeritud närvisüsteemidena lõimuda, ilma takistavate, segadust külvavate keelteta, ent tegelikult on see kosmos lihtsalt üks tinglik süsteem teises, kast kastis. Autor usub, et kuigi tehnoloogilisel progressil on inimkonna emantsipeerimisel erinevatest sotsiaalsetest ja ka bioloogilistest probleemidest mängida paratamatult oluline roll, kannustavad tehnoloogilist determinismi mõningad iganenud, vastuokslikud, enesepetlikud ideed. Erinevalt „ehitamise” kartesiaanlikust ontoloogiast, mis evib meie n-ö digitaalses tsivilisatsioonis laialtlevinud hegemooniat, pakub dünaamilisem „kulgemise” tajumetoodika, et inimkonna surelik ja ihuline side maailmaga pole mitte kammitsev kütke, vaid omamoodi päästerõngas; meetod, millega navigeerida meie maailma igimuutlikes tähenduslikes voogudes ning millega seega teatud mõttes vabaneda.


62

KASUTATUD KIRJANDUS • Barbrook, Richard; Cameron, Andy (1995). „The Californian Ideology”, (15.01.2017) • Berardi, Franco „Bifo” (2012). The Uprising. On Poetry and Finance. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press. • Bohl, Vivian (2009). „Maurice Merleau-Ponty” – „20. sajandi mõttevoolud” (toim. Epp Annus). Tallinn-Tartu: Tartu Ülikooli Kirjastus. • Bostrom, Nick (2005). „A History of Transhumanist Thought” – Journal of Evolution & Technology 14. (15.01.2017). • Curtis, Adam (2011). All Watched Over by Machines of Loving Grace. BBC. • Howes, David (2003). Sensual Relations. Engaging the Senses in Culture and Social Theory. Ann Arbor: The University of Michigan Press. • Ingold, Tim (2002) [2000]. The Perception of the Environment. Essays on livelihood, dwelling and skill. 3rd ed. Taylor & Francis e-Library. • Kahu, Tõnis (2002). „Psühhedeelne kultuur” – [loeng; .mp3] Ööülikool (15.01.2017). • Keynes, John Maynard (2013[1930]). „Meie lastelaste majanduslikud võimalused” – (tlk. Märt Väljataga) Vikerkaar 7-8, 2013 (262-284). • McGee, Micki (2005). Self-Help, Inc. Makeover Culture in American Life. New York: Oxford University Press. • McLuhan (1995)[1964]. Understanding Media. The Extensions of Man. 3rd ed. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press.


TÕNIS JÜRGENS

63

• Merleau-Ponty, Maurice (1974). Phenomenology, Language and Sociology: Selected Essays of Maurice Merleau-Ponty (toim. John O’Neill). London: Heinemann Educational Books. • More, Max (1990). „Transhumanism: Towards a Futurist Philosophy” – Extropy, nr 6, juuni 1990. • Sousanis, Nick (2015). Unflattening. Massachusetts: Harvard University Press. • Spennemann, Dirk HR (2005). „Traditional and Nineteenth Century Communication Patterns in the Marshall Islands” – Micronesian. Journal of the Humanities and Social Sciences, nr. 4, juuni 2005. • Viik, Tõnu (2009). „Fenomenoloogia” – „20. sajandi mõttevoolud” (toim. Epp Annus). Tallinn-Tartu: Tartu Ülikooli Kirjastus. • Wiley, Keith (2014). A Taxonomy and Metaphysics of Mind-Uploading. Alautun Press.


64

ENELIIS KATTEL TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Eneliis Kattel on Tallinna Tehnikaülikooli keemia- ja materjalitehnoloogia eriala doktorant. Teda on alati keemia huvitanud ning lisaks peab Eneliis oluliseks, et inimest ümbritseva keskkonna saastekoormuse oleks minimaalne. Need kaks teemat on Eneliis suutnud oma teadustöös suurepäraselt klappima panna ja pole senini oma valikut kahetsenud. Eneliisi inspireerib teaduse juures selle põnevus: lõpptulemus ei ole sageli ette teada ning selle saamiseks tuleb kasutada erinevaid analüüsi- ja töötlusmeetodeid. Käesoleva doktoritöö raames uurib ta, kuidas eemaldada veest ja reoveest mikrosaasteaineid, kasutades selleks süvaoksüdatsioonitehnoloogiaid. Eneliis osaleb TalveAkadeemia konkursil, et saada uusi kogemusi, sealhulgas oma uurimuse tutvustamist emakeeles. Samuti tekitas temas huvi TalveAkadeemia suunitlus jätkusuutliku arengu poole, mida Eneliis ise peab tänapäeva ühiskonnas oluliseks. Vaba aega veedab Eneliis kallite inimeste seltsis; lisaks kulub see looduses liikumisele, trenni tegemisele ning ristsõnade lahendamisele.


ENELIIS KATTEL

65

MIKROSAASTEAINE ATSESULFAAMI LAGUNDAMINE VESIKESKKONNAS UVA-KIIRGUSE ABIL AKTIVEERITUD VESINIKPEROKSIIDI JA PERSULFAADIGA SEOS SÄÄSTVA ARENGUGA

P

eamiselt inimtegevusest pärinev veesaaste on muutumas aina aktuaalsemaks, sest selle tagajärgedega tuleb järjest enam tegeleda. Muuhulgas põhjustavad olulist veekvaliteedi halvenemist vesikeskkonda sattunud orgaanilised saasteained, mida esialgu võib seal olla väga väikestes kontsentratsioonides (tavaliselt µg/l), kuid mis avaldavad oma omaduste poolest pikemas perspektiivis mõju veeorganismidele. Paljudel juhtudel jääb traditsioonilistest veepuhastusmeetoditest (näiteks bioloogiline töötlus, aktiivsöefiltratsioon) nende eemaldamiseks väheks ning tuleb rakendada täiustatud keemilisi töötlusprotsesse (näiteks osoonimine, Fenton-töötlus, fotokatalüüs). Viimaste


66

kasutamine aga võib suure saastekoormuse puhul osutuda kulukaks ning alternatiivina võiks antud protsessidesse kombineerida päikesekiirgust. Hoolikalt reguleeritud töötlustingimuste juures võimaldab päikesekiirguse kasutamine arendada ning rakendada jätkusuutlikke vee/reovee puhastustehnoloogiaid.

SISUKOKKUVÕTE Kunstlikud magusained on vesikeskkonnas valdavalt mikrokogustes leiduvad ühendid, mida on nende laia leviku tõttu viimastel aastatel hakatud käsitlema esilekerkivate orgaaniliste saasteainetena. Reoveepuhastusjaamades kasutatava bioloogilise töötluse käigus pole paljusid kunstlikke magusaineid (atsesulfaam, aspartaam, sukraloos jne) võimalik täielikult eemaldada ning seetõttu tuleks leida sobivamad ärastustehnoloogiad. Käesolevas töös uuriti atsesulfaami (ACE) lagundamist vesikeskkonnas; siiani on seda proovitud bioloogilise töötluse, päikesevalguse, UVC-kiirguse, osoonimise, fotokatalüütilise oksüdatsiooni, elektro-oksüdatsiooni ja granuleeritud aktiivsöefiltratsiooni kaudu. Antud meetoditest on paljulubavaks osutunud radikaalide kõrgel aktiivsusel põhinevad süvaoksüdatsioonitehnoloogiad (SOT), mille hulka kuuluvad ka näiteks aktiveeritud H2O2 ja S2O82- töötlus. Seega oli antud töö eesmärgiks uurida ACE kui ühe enamlevinud kunstliku magusaine lagundamist UVA-kiirguse ja Fe2+-ga aktiveeritud tugevate oksüdeerijate, H2O2 ja persulfaadiga S2O82-. Rakendatud protsesside tõhusust hinnati saasteaine kontsentratsiooni ja üldorgaanilise süsiniku (TOC) sisalduse muutumise järgi töötlusaja (120 min) jooksul. ACE esialgne kontsentratsioon töölahuses oli 75 µM. Lisaks uuriti H2O2, S2O82- ja Fe2+ kontsentratsioonide, pH ning vesikeskkonna (ülipuhas vesi, põhjavesi, heitvesi) mõju kasutatud töötlusprotsesside efektiivsusele. ACE lagunemist ja mineralisatsiooni mõjutas tunduvalt vesikeskkond ja selle pH ning kasutatud oksüdeerijate ja Fe2+ kontsent-


ENELIIS KATTEL

67

ratsioonid. Töös saadud andmete põhjal toimus uuritava aine lagunemine ja mineraliseerumine tunduvalt suuremal määral oksüdeerijate kontsentratsiooni 750 µM ning Fe2+ kontsentratsiooni 75 µM juures happelises keskkonnas (pH 3 ja 5,8). Lähtudes katsetulemustest võib väita, et hoolikalt reguleeritud töötlemistingimuste juures (sh oksüdeerija ja Fe2+ kogus) on võimalik UVA-kiirguse abil saavutada ACE täielik eemaldamine veest suhteliselt mõistliku aja ning reaktiivide kuluga. UVA-kiirguse kasutamine võimaldab antud protsesse rakendada ka päikesevalguse käes, tänu millele võib seda lugeda jätkusuutlikuks vee töötlemise tehnoloogiaks.

SISSEJUHATUS Kunstlikke magusaineid käsitletakse nende laialdase keskkonnas leidumise tõttu esilekerkivate saasteainetena (Kokotou et al., 2012; Lange et al., 2012). ACE on suurema elanikkonnaga riikides (näiteks Saksamaal) reo-, pinna- ja põhjavees üks enim leitud magusained (kontsentratsioonides µg/l kuni mg/l) (Lange et al., 2012). ACE on raskesti biolagundatav, mistõttu satub seda reoveepuhastusjaamadest ka keskkonda; see võimaldab ACE kasutamist inimtegevuse mõju indikaatorina reovees (Buerge et al., 2009; Scheurer et al., 2009). Looduslikes tingimustes toimub teatud määral ACE lagunemine ka päikesekiirguse toimel, ent sageli on tekkivad laguproduktid toksilisemad kui algaine (Gan et al., 2014; Sang et al., 2014). Stolte et al. (2013) uurimuse kohaselt avaldab ACE madalat toksilist mõju näiteks vesikirpudele (Daphnia magna) ja rohevetikatele (Scenedesmus vacuolatus) kontsentratsioonide >1000 mg/l juures. ACE lagundamist vees on uuritud, kasutades bioloogilist töötlust (Tran et al., 2015), kunstlikku päikesekiirgust (Gan et al., 2014), UVC-kiirgust (Sang et al., 2014; Scheurer et al., 2014), osoonimist (Scheurer et al., 2012), fotokatalüütilist oksüdatsiooni (Li et al., 2016), eletro-oksüdatsiooni (Punturat & Huang, 2016) ning granuleeritud aktiivsöe filtratsiooni (Lange et al., 2012). Biotöötluse ja aktiivsöe


68

filtratsiooni kasutamine võimaldas ACE lagundada kuni 23%, seevastu SOT rakendamine võimaldas ACE lagundamise efektiivsust tunduvalt suurendada. Täielik ACE lagundamine saavutati näiteks SOT alla kuuluva elektro-oksüdatsiooniga (Punturat & Huang, 2016), kuid antud süsteem nõuab ka elektrienergia kasutamist, mis eeldab spetsiifilise aparatuuri olemasolu. Sellest lähtuvalt oleks vaja leida lihtsam ning soodsam töötlustehnoloogia. SOT hulka kuuluvad muuhulgas ka Fenton-töötlus ja sellel põhinevad protsessid, mis on osutunud erinevate orgaaniliste mikrosaasteainete lagundamisel väga tõhusateks ning tänu lihtsusele ka kergesti kasutatavateks (Pignatello et al., 2006; Litter & Quici, 2010). Klassikalises Fenton-töötluses tekivad H2O2 ja Fe2+ reageerimisel happelises keskkonnas tugeva oksüdeerimisvõimega hüdroksüülradikaalid (HO•); lisaks tekib ka Fe3+, mis omakorda reageerib järele jäänud H2O2-ga ning seeläbi säilib protsessi tõhusus (Pignatello et al., 2006). UV-kiirguse kombineerimisel Fenton-süsteemi on võimalik HO• teket ja läbi selle ka töötluse tõhusust veelgi võimendada (Litter & Quici, 2010). Viimasel kümnendil on hakatud mikrosaasteainete eemaldamiseks vesikeskkonnast kasutama rohkem ka sulfaatradikaalide (SO4•-) oksüdeerivatel omadustel põhinevaid tehnoloogiaid (Tsitonaki et al., 2010; Zhang et al., 2015). SO4•- tekivad suhteliselt stabiilse oksüdeerija, persulfaadi (S2O82-), aktiveerimisel siirdemetallide, soojuse, UV-kiirguse või ultraheli, aluselise pH, aktiivsöe, H2O2 või osooniga (Tsitonaki et al., 2010; Matzek & Carter, 2016). Siirdemetallidest on S2O82- aktiveerimiseks enimkasutatud Fe2+ tänu selle mittetoksilisusele ning keskkonnasõbralikkusele. Fe2+ kasutamisega kaasnevad siiski ka mõned puudused: koos SO4•- tekib süsteemis ka Fe3+ ning liigne Fe2+ võib reageerida omakorda tekkinud SO4•--ga, mis võivad tunduvalt kahandada töötluse efektiivsust (Liang et al., 2004; Matzek & Carter, 2016). UV-kiirguse kasutamine aga kiirendab SO4•- teket (Tsitonaki et al., 2010) ning seetõttu vajab selline süsteem täpselt kontrollitud tingimusi. Kunstlikud magusained on suhteliselt uus esilekerkivate mikrosaas-


ENELIIS KATTEL

69

teainete klass, mistõttu ei ole veel väga põhjalikult jõutud uurida nendega seotud keskkonnaaspekte (sh nende lagunemine ja laguproduktide ökotoksilisus). Olemasolevas teaduskirjanduses leidub võrreldes teiste kunstlike magusainetega märgavalt rohkem materjale sukraloosi eemaldamise kohta veest. Ainete erinevate omaduste tõttu on otstarbekam teostada esmased töötlused ühe ainega; see võimaldab täpsemalt jälgida aine ning tekkivate laguproduktide käitumist valitud töötlusprotsesside rakendamisel. Käesolevas töös uuritaksegi ACE lagundamist erinevates vesikeskkondades radikaalide aktiivsusel põhinevate UVA-kiirguse ja Fe2+ aktiveeritud H2O2 ja S2O82- töötlustega. Vaadeldakse ka oksüdeerijate, Fe2+ ning pH mõju töötluse efektiivsusele. Protsesside tõhusust hinnatakse ACE kontsentratsiooni ajas vähenemise ja TOC väärtuse muutumise kaudu.

METOODIKA KASUTATUD REAKTIIVID Atsesulfaam (C4H4KNO4S, puhtusastmega ≥99%, molaarmass 201,24 g/mol), vesinikperoksiid (H2O2, ≥30%), naatriumpersulfaat (Na2S2O8, ≥99%), raudsulfaatheptahüdraat (FeSO4∙7H2O, ≥99%), dikaaliumfosfaat (K2HPO4, ≥98%), kaaliumdivesinikfosfaat (KH2PO4, ≥98%), väävelhape (H2SO4, 95-98%) ja naatriumsulfit (Na2SO3, ≥98%) on Sigma-Aldrichi (Ameerika Ühendriigid) toodang. Atsetonitriil (CH3CN, LiChrosolv®), etanool (C2H6O, EtOH, 99%) ja jää-äädikhape (CH3CO2H, 99%) on Merck KGaA (Saksamaa) toodang. Kõik teised kasutatud reaktiivid olid analüütilise puhtusastmega ning ei vajanud täiendavalt puhastamist. Uurimistöös kasutatud töölahused valmistati ette ülipuhtas vees (Millipore Simplicity® UV System, Merck, Saksamaa).


70

PÕHJAVEE JA HEITVEE PARAMEETRID Töös kasutatud põhjavesi pärineb Saku vallast Harjumaalt 19 m sügavusest puurkaevust ja heitvesi (sekundaarselt töödeldud) reoveepuhastusjaamast Tallinnast. Proovid võeti novembris 2015 ning nende peamised parameetrid on näidatud tabelis 1. Tabel 1: Põhjavee ja reoveepuhastusjaamast pärineva heitvee keemiline koostis ning peamised parameetrid. Parameeter pH Üldleelisus

Ühik mgCaCO3/l

Põhjavesi 7,75 650±0

Heitvesi 7,20 370±15

Elektrijuhtivus Üldorgaaniline süsinik (TOC) Fe2+ Üldraud

µS/cm mg/l mg/l mg/l

617±1 4,3 0,03 0,1

1022±1 13,2 0 0

F-

mg/l

0,2

*

Cl-

mg/l

87

450

NO3-

mg/l

*

64

PO43-

mg/l

*

12

SO42-

mg/l

41

75

* alla määramispiiri

KATSETE TEOSTAMISE METOODIKA ACE lagundamise katsed viidi läbi perioodilises režiimis ümbritseval toatemperatuuril (22±1 ºC). ACE (75 µM) lahustati uuritavas vees ja töödeldi 1-liitrises silindrilises klaasreaktoris pidevalt segades (400 p/min) 2-tunni vältel UVA, UVA/H2O2, UVA/H2O2/Fe2+, UVA/Fe2+, UVA/S2O82-, UVA/S2O82-/ Fe2+, H2O2/Fe2+ ja S2O82-/Fe2+ protsessidega. ACE lagundamist uuriti nii reguleerimata kui ka reguleeritud pH (3, 5,8 ja 7,4) juures. Töölahuse pH 3-ni reguleerimiseks kasutati H2SO4 lahust ning pH 5,8 või 7,4-ni reguleerimiseks fosfaatpuhvrite (K2HPO4 ja KH2PO4) lahuseid. Töötluse algul lisati Fe2+-allikas (FeSO4·7H2O), peale selle täielikku lahustumist lisati S2O82- või


ENELIIS KATTEL

71

H2O2 ning lülitati paralleelselt sisse reaktori keskel kvartstorus paiknev UVA-lamp (11W, OSRAM Dulux S BLUE). Püsiva temperatuuri hoidmiseks reaktoris kasutati vesijahutust. Teatud ajavahemike järel (0, 1, 3, 5, 10, 15, 30, 45, 60, 90 ja 120 min) võeti reaktorist proovid, millele edasise oksüdatsiooni peatamiseks lisati vastavalt EtOH (proov/EtOH mahusuhe 10/1) või Na2SO3 (vastavalt moolsuhtele 1/10 [oksüdeerija]0/SO32-), sõltuvalt sellest, kas proove analüüsiti vedelikkromatograafi (HPLC) või TOC-analüsaatori abil. Kõiki katseid teostati kaks korda ning analüüside tulemused on esitatud kolme paralleeli keskmise väärtusena (standardhälve < 5%).

ANALÜÜTILISED MEETODID ACE kontsentratsiooni määramiseks kasutati vedelikkromatograafi (HPLC, YL-Instrument 9300, Hiina). Seade oli varustatud Waters Bridge C18 kolonniga (150 x 3,0 mm (sisediameeter), 3,5 µm osakese suurus) ja UV/Vis detektoriga. Analüüdi elueerimiseks kasututati isokraatilist meetodit, kus liikuvaks faasiks oli 10/90 atsetonitriil/0,1% äädikhappe vesilahus. Eluendi voolukiiruseks oli 200 µl/min, analüüsitava proovi mahuks 20 µl ning analüüsi kestus 12 min. Analüüdi kontsentratsiooni määramine toimus lainepikkusel 230 nm kasutades välisstandardeid. TOC määramiseks kasutati multi N/C® 3100 TOC-analüsaatorit (Analytik Jena, Saksamaa). Anioonide kontsentratsioonide määramiseks kasutati supressoriga varustatud ioonikromatograafi (761 Compact IC, Metrohm Ltd., Šveits). pH määramiseks kasutati digitaalselt pH-meetrit (Mettler Toledo S220, Šveits) ning elektrijuhtivuse määramiseks digitaalset konduktomeetrit (HQ 430d flexi, HACH Company, Ameerika Ühendriigid). Vesinikperoksiidi baaslahuse kontsentratsioon määrati spektrofotomeetriliselt lainepikkusel 254 nm (GENESYS 10S UV/Vis, Thermo Scientific, Ameerika Ühendriigid). Vesinikperoksiidi jääksisaldus töödeldud proovides määrati titaansulfaadiga spektrofotomeetriliselt lainepikkusel 410 nm


72

(Eisenberg, 1943). Persulfaadi jääksisaldus töödeldud proovides määrati spektrofotomeetriliselt lainepikkusel 352 nm kasutades kaaliumjodiidi (Liang et al., 2008). Põhja- ja heitvee üldleelisus määrati tiitrimisel soolhappega (0,1 M) indikaatori metüüloranži juuresolekul (APHA, 2012). Kasutatud analüütilised meetodid valiti kirjanduses käsitletud meetodite põhjal ning sõltuvalt nende usaldusväärsusest ja kasutamise võimalikkusest. Töö autor teostas antud osa iseseisvalt või koostöös magistritaseme üliõpilastega.

TULEMUSED JA ANALÜÜS OKSÜDEERIJA JA AKTIVAATORI ALGKONTSENTRATSIOONI MÕJU Antud osas uuriti UVA-kiirguse ja Fe2+ abil aktiveeritud kahe erineva oksüdeerija (H2O2 ja S2O82-) ning erinevate Fe2+ kontsentratsioonide mõju 75 µM ACE lagundamisele ülipuhtas vees. UVA/oksüdeerija/Fe2+ töötlussüsteemides kasutati muutuvate oksüdeerijate kontsentratsioonidena 150, 375, 750 ja 1500 µM ning muutuvate Fe2+ kontsentratsioonidena 15, 37,5, 75 ja 150 µM. Vastavad ACE/oksüdeerija/Fe2+ moolsuhted oksüdeerija algkontsentratsiooni mõju uurimisel olid 1/2/1, 1/5, 1/10 ja 1/20 ning Fe2+ algkontsentratsiooni mõju uurimisel 1/10/0,2, 1/10/0,5, 1/10/1 ja 1/10/2. Süsteemi pH reguleeriti 3-ni, et tagada raua valentsus (II), mis võimaldab tõhusamalt aktiveerida H2O2 ja S2O82- (Pignatello et al., 2006; Matzek & Carter, 2016). Tabelis 1 esitatud tulemused näitasid, et ACE lagundamise efektiivsus suureneb mõlemas süsteemis nii oksüdeerija kui ka Fe2+ kontsentratsiooni suurendamisega vastavalt 150 µM pealt 750 µM peale või 15 µM pealt 75/150 µM peale.


ENELIIS KATTEL

73

Tabel 2: ACE täieliku lagunemise kiirus ja TOC vähenemine erinevate H2O2, S2O82- ja Fe2+ kontsentratsioonide puhul pH 3 juures ([ACE]0 = 75 µM). Protsess

Kontsentratsioon, µM

H2O2 UVA/ H2O2/ Fe2+ Fe2+

S2O82UVA/ S2O82-/ Fe2+ Fe2+

ACE täieliku lagunemise kiirus, min

TOC vähenemine, %*

150

30

68,5

375 750 1500 15 37,5 75

30 10 15 60 30 10

70,7 81,7 78,2 39 70,3 81,7

150

5

82,9

150

45

64,3

375

45

78,9

750

30

80,3

1500

30

79,2

15

90

37

37,5

45

61,2

75

30

80,3

150

30

80

* peale 2 h töötlust

S2O82- süsteemis ([Fe2+]0 = 75 µM) oli ACE aeglasema lagunemise põhjustajaks tõenäoliselt S2O82- oksüdatsioonile omane S2O82- aktiveerimisel Fe2+-ga tekkiv Fe3+ ja selle akumuleerumine. Pärssivat mõju avaldab ka liigse Fe2+ reageerimine SO4•-ga, mille tulemusena tekib samuti Fe3+ (Zhang et al., 2015; Matzek & Carter, 2016). Seetõttu toimus uuritava aine lagunemine UVA/S2O82-/Fe2+ süsteemis pikema aja jooksul (30-90 min) võrreldes UVA/H2O2/Fe2+ süsteemiga (5-60 min); tendents ei sõltunud lisatud oksüdeerija (150-750 µM) või Fe2+ (15-75 µM) kogusest. Edasine oksüdeerija kontsentratsiooni suurendamine 1500 µM-ni aga ei kiirendanud ACE lagundamist: UVA/H2O2/Fe2+ süsteemis pikenes töötlemisaeg 10 minutist 15 minutini ning UVA/S2O82-/Fe2+ süsteemis jäi 30 min juurde. Põhjus võib olla liigses oksüdeerija koguses, mis käitub fikseeritud Fe2+ koguse puhul radikaalide püüdjana; H2O2 puhul tekivad selle tulemusena vähem aktiivsed hüdroperoksüradikaalid ning S2O82- puhul


74

peroksüdisulfaatradikaalid (Pignatello et al., 2006; Matzek & Carter, 2016). UVA/H2O2/Fe2+ süsteemis kiirenes ACE lagunemine ajaliselt 20 korda, kui suurendati lisatavat Fe2+ kogust. UVA/S2O82-/Fe2+ süsteemis kasvas ACE lagunemise efektiivsus Fe2+ kontsentratsiooni suurendamisel 15 µM pealt 75 µM-ni, edasine suurendamine (150 µM) aga ei avaldanud protsessile täiendavat mõju. Tabelist 2 nähtub, et ACE mineraliseerumise (TOC vähenemine) maksimaalne väärtus oli peale 2 h töötlust erinevate oksüdeerijate ja Fe2+ kontsentratsioonide juures mõlema süsteemi puhul sarnane (ligikaudu 80%). Uuritavate süsteemide puhul hinnati ka oksüdeerijate kasutamist töötluse käigus. UVA/H2O2/Fe2+ süsteemis ei tuvastatud H2O2 peale 2 h töötlust kõikide kasutatud kontsentratsioonide puhul. S2O82- jääksisaldus UVA/ S2O82-/Fe2+ süsteemis suurenes lisatava S2O82- koguse suurendamisega ning oli 150 µM puhul vastavalt 1,6% esialgsest ja 1500 µM kasutamisel juba 85% esialgsest. Sarnased tulemused saadi ka erinevate Fe2+ kontsentratsioonide puhul; andmed on kooskõlas H2O2 ja S2O82- oksüdatsiooni omadustega (Litter & Quici, 2010; Matzek & Carter, 2016). Katsete põhjal selgus, et kõige paremaid tulemusi andis oksüdeerija kontsentratsiooni 750 µM ja Fe2+ kontsentratsiooni 75 µM kasutamine. Seega kasutati neid kontsentratsioonide ka järgnevate töötluste puhul, kus uuriti pH ja vesikeskkonna mõju ACE lagundamisele.

pH MÕJU Erinevate pH väärtuste mõju ACE lagundamisele uuriti pH 3, 5,8 ning puhverdatud pH 5,8 ja 7,4 juures (oksüdeerija kontsentratsioon 750 µM, Fe2+ kontsentratsioon 75 µM). Nii UVA/H2O2/Fe2+ kui ka UVA/S2O82-/ Fe2+ süsteemis lagunes ACE kõige kiiremini pH 3 juures (vastavalt 10 ja 30 min). pH 5,8 juures toimus ACE lagunemine märgatavalt aeglasemalt, vastavalt 60 min (UVA/H2O2/Fe2+) ja 90 min (UVA/S2O82-/Fe2+) jooksul.


ENELIIS KATTEL

75

Puhverdatud töötlussüsteemides ei toimunud ACE täielikku lagunemist ega mineraliseerumist; suurim lagunemise efektiivsus saavutati UVA/ S2O82-/Fe2+ süsteemis (52,1%, pH 5,8). Suurimad ACE mineraliseerumise väärtused saavutati pH 3 juures, vastavalt 81,7% UVA/H2O2/Fe2+ süsteemis ja 80,3% UVA/S2O82-/Fe2+ süsteemis. Tulemust saab seletada nii SO4•- kui ka HO• olemasoluga UVA/S2O82-/Fe2+ süsteemis kõrgemate pH väärtuste juures, mis võimaldab ACE lagundamist tõhustada (Matzek & Carter, 2016). UVA-kiirguse kasutamine pH 3 juures tagab parema raudhüdroksükomplekside lahustumise ning seetõttu sõltub töötluse efektiivsus tugevasti pH-st (Legrini et al., 1993). Saadud tulemuste põhjal saab öelda, et happeline puhverdamata keskkond (pH 3 ja 5,8) soodustas märgatavalt uuritava aine lagundamist võrreldes puhverdatud keskkonnaga (pH 5,8 ja 7,4).

VESIKESKKONNA MÕJU ACE lagunemise efektiivsust UVA/H2O2/Fe2+ ja UVA/S2O82-/Fe2+ süsteemis uuriti lisaks ülipuhtale veele ka põhja- ja heitvees. Kasutati oksüdeerijate kontsentratsiooni 750 µM ja Fe2+ kontsentratsiooni 75 µM, vesikeskkonna pH oli reguleerimata või reguleeritud 3-ni. Nii põhja- kui ka heitvees ei tuvastatud eelnevalt ACE sisaldust. Tulemused näitasid, et ACE täielik lagunemine toimub tunduvalt paremini mõlemas süsteemi puhul ülipuhtas vees nii algse pH (5,8) kui ka reguleeritud pH (3) juures: ACE lagunes UVA/H2O2/Fe2+ süsteemis pH 5,8 juures 60 min jooksul ning pH 3 juures 15 min jooksul. UVA/S2O82-/Fe2+ süsteemis olid vastavad tulemused 120 min ja 30 min. Põhja- ja heitvees oli algset pH-d (vastavalt 7,75 ja 7,20) kasutades ACE lagunemise efektiivsus peale 120 min töötlust 5-6% nii UVA/H2O2/Fe2+ kui ka UVA/S2O82-/Fe2+ süsteemis. pH reguleerimisel 3-ni toimus ACE täielik lagunemine põhjavees vastavalt 30 min (UVA/H2O2/Fe2+) ja 60 min (UVA/S2O82-/Fe2+) jooksul, heitvees olid vastavad tulemused 60 min (UVA/H2O2/Fe2+) ja 120 min (UVA/S2O82-/


76

Fe2+). Eelnevad katsed näitasid samuti, et UVA/S2O82-/Fe2+ süsteemis toimub uuritava aine lagunemine aeglasemalt tulenevalt S2O82- omadustest. Scheurer et al. (2014) leidsid, et kraani- ja joogiveetöötlusjaama vees saab 10 min jooksul UVC-kiirgust (1000 J/m2) kasutades lagundada 0,06 µM ACE-st 34-37%. Samuti selgus nende tööst, et ka pH mõjutab uuritava lagundamise efektiivsust: pH 5 juures saavutati 85% ACE lagunemine, pH 7-8 juures oli see vastavalt 80% ning pH 11 juures 60%. Li et al. (2016) leidsid, et UVC/TiO2 (ACE/TiO2 moolsuhe 1/20) süsteemi kasutades on võimalik 60 min jooksul eemaldada mereveest 30 µM ACE. Punturat & Huang (2016) saavutasid ACE (600 µM) täieliku lagunemise ja mineraliseerumise 30-120 min jooksul bioloogiliselt eeltöödeldud või töötlemata kodumajapidamise reovees kasutades elektrokeemilist oksüdatsiooni. Käesoleva töö tulemustest selgub, et vesikeskkonnal on sõltumata pH-st ACE lagundamisele tugev mõju; töös kasutatud põhja- ja heitvett iseloomustab kõrge üldleelisus ja mitmete anorgaaniliste ioonide sisaldus (tabel 1). Karbonaadid (HCO3-, CO32-) avaldavad pidurtavat mõju nii HO• kui ka SO4•- oksüdeerivatele omadustele, eriti pH väärtuste kasvades (Grebel et al., 2010). UV-kiirgust kasutades takistavad HCO3- selle ebaühtlast jaotumist vesikeskkonnas (Grebel et al., 2010). Kloriid- (Cl-) ja nitraatioonid (NO3-) reageerivad samuti HO• ja SO4•--ga, vähendades enamasti orgaaniliste saasteainete lagundamise efektiivsust (Grebel et al., 2010; Xu et al., 2016). Sulfaat- (SO42-), fosfaat- (PO43-) ja fluoriidioonid (F-) mõjutavad radikaalide reageerimisvõimet enamasti väga vähesel määral (Pignatello et al., 2006). Kõikide eelpool toodud anioonide reageerimisel radikaalidega tekivad peamiselt madalama aktiivsusega radikaalid, mille tõttu võib töötluse efektiivsus kahaneda. ACE lagundamist erinevates vesikeskkondades mõjutavad tugevalt vee koostis (antud juhul anorgaanilised ioonid) ja selle pH. Sellest tulenevalt on vajalik eelnev hoolikas vesikeskkonna pH reguleerimine, et tagada tõhus uuritava aine eemaldamine.


ENELIIS KATTEL

77

Käesoleva uurimustöö tulemused tõestasid ACE lagundamise võimalikkust erinevates eelnevalt hapestatud vesikeskkondades, kasutades UVA-kiirgusega aktiveeritud H2O2/Fe2+ ja S2O82-/Fe2+ protsesse. UVA-kiirguse kasutamine võimaldab antud protsesse kasutada ka päikesevalguse käes ning tänu sellele saab antud protsesse lugeda jätkusuutlikeks veepuhastustehnoloogiateks.

KASUTATUD KIRJANDUS • APHA (American Public Health Association). 2012. Standard methods for the examination of water and wastewater. 22nd ed. Washington DC: American Water Works Association, Water Environment Federation. • Buerge I.J., Buser H-R., Kahle M., Müller M.D., Poiger T. 2009. Ubiquitous occurrence of the artificial sweetener acesulfame in the aquatic environment: an ideal chemical marker of domestic wastewater in groundwater. Environ Sci Technol 43: 4381-4385. • Eisenberg G.M. 1943. Colorimetric determination of hydrogen peroxide. Ind Eng Chem Anal Ed 15: 327-328. • Gan Z., Sun H., Wang R., Hu H., Zhang P., Ren X. 2014. Transformation of acesulfame in water under natural sunlight: joint effect of photolysis and biodegradation. Water Res 64: 113-122. • Grebel J.E., Pignatello J.J., Mitch W.A. 2010. Effect of halide ions and carbonates on organic contaminant degradation by hydroxyl radicalbased advanced oxidation processes in saline waters. Environ Sci Technol 44: 6822-6828.


78

• Kokotou M.G., Asimakopoulos A.G., Thomaidis N.S. 2012. Artificial sweeteners as emerging pollutants in the environment: analytical methodologies and environmental impact. Anal Methods 4: 30573070. • Lange F.T., Scheurer M., Brauch H-J. 2012. Artificial sweeteners – a recently recognized class of emerging environmental contaminants: a review. Anal Bioanal Chem 403: 2503-2518. • Legrini O., Oliveros E., Braun A.M. 1993. Photochemical processes for water treatment. Chem Rev 93: 671-698. • Li A.J., Schmitz O.J., Stephan S., Lenzen C., Yue P.Y-K., Li K., Li H., Leung KS-Y. 2016. Photocatalytic transformation of acesulfame: Transformation products identification and embryotoxicity study. Water Res 89: 68-75. • Liang C., Bruell C.J., Marley M.C., Sperry K.L. 2004. Persulfate oxidation for in situ remediation of TCE. I. Activated by ferrous ion with and without a persulfate-thiosulfate redox couple. Chemosphere 55: 12131223. • Liang C., Huang C-F., Mohanty N., Kurakalva R.M. 2008. A rapid spectrophotometric determination of persulfate anion in ISCO. Chemosphere 73: 1540-1543. • Litter M.I., Quici N. 2010. Photochemical advanced oxidation processes for water and wastewater treatment. Recent Patents Eng 4: 217-241. • Matzek L.W., Carter K.E. 2016. Activated persulfate for organic chemical degradation: a review. Chemosphere 151: 178-188. • Pignatello J.J., Oliveros E., MacKay E.A. 2006. Advanced oxidation processes for organic contaminant destruction based on the Fenton reaction and related chemistry. Crit Rev Environ Sci Technol 36: 1-84. • Punturat V., Huang K-L. 2016. Degradation of acesulfame in aqueous solutions by electro-oxidation. J Taiwan Inst Chem Eng 63: 286-294.


ENELIIS KATTEL

79

• Sang Z., Jiang Y., Tsoi Y-K., Leung K.S-Y. 2014. Evaluating the environmental impact of artificial sweeteners: A study of their distributions, photodegradation and toxicities. Water Res 52: 260-274. • Scheurer M., Brauch H-J., Lange F.T. 2009. Analysis and occurrence of seven artificial sweeteners in German waste water and surface water and in soil aquifer treatment (SAT). Anal Bioanal Chem 394: 1585-1594. • Scheurer M., Godejohann M., Wick A., Happel O., Ternes T.A., Brauch H-J., Ruck W.K., Lange F.T. 2012. Structural elucidation of main ozonation products of the artificial sweeteners cyclamate and acesulfame. Environ Sci Pollut Res Int 19: 1107-1118. • Scheurer M., Schmutz B., Happel O., Brauch H-J., Wülser R., Storck F.R. 2014. Transformation of the artificial sweetener acesulfame by UV light. Sci Total Environ 481: 425-432. • Stolte S., Steudte S., Schebb N.H., Willenberg I., Stepnowski P. 2013. Ecotoxicity of artificial sweeteners and stevioside. Environ Int 60: 123127. • Tran N.H., Gan J., Nguyen V.T., Chen H., You L., Duarah A., Zhang L., Gin K.Y-H. 2015. Sorption and biodegradation of artificial sweeteners in activated sludge processes. Biores Technol 197: 329-338. • Tsitonaki A., Petri B., Crimi M., Mosabaek H., Siegrist R.L., Bjerg P.L. 2010. In situ chemical oxidation of contaminated soil and groundwater using persulfate: a review. Crit Rev Environ Sci Technol 40: (2010) 5591. • Xu Y., Lin Z., Zhang H. 2016. Mineralization of sucralose by UV-based oxidation processes: UV/PDS versus UV/H2O2. Chem Eng J 285: 392401. • Zhang B.T., Zhang Y., Teng Y., Fan M. 2015. Sulfate radical and its application in decontamination technologies. Crit Rev Environ Sci Technol 45: 1756-1800.


80

LILY KIVILA EUROAKADEEMIA Juba lapsest saati on Pärnu rannaniitudel ja metsades ringi mütanud loodushuviline nimega Lily Kivila. Just seal said selgeks õpitud söödavad taimed ja marjad ning abiks oldud ka hättasattunud loomadele. Oma esimesed teadmised Eesti ja maailma loodusest omandas Lily Pärnu loodussõprade majas. Võtmesõnad nagu bioloogiline mitmekesisus, biogeograafia ning looduskaitse on Lily jaoks olulised, mistõttu lõpetas ta 2014. aastal ka Euroakadeemia keskkonnakaitse teaduskonna magistrantuuri looduskaitse suunal. Lily on inimene, kellele meeldivad välitööd, proovid, mõõtmised, looduse jäädvustamine ning hilisemad analüüsid ja järelduste tegemine. Maailm, kus liigid on hääbumas, vajab teadlasi, kes oma vaimse jõu liigi- ja looduskaitsele suunaks. Lily sõnul on Eestis teadlasi, kes seda teha suudavad ning soovib ka ise olla üks neist. Talveakadeemiast osa võtmine annabki Lilyle võimaluse viia teda nii sügavalt puudutanud uurimisteema ka teisteni. Lisaks perega looduses viibimisele loeb Lily vabal ajal nii eriala- kui ka ilukirjandust. Samuti toidavad hinge viiuli- ja klaverimäng.


LILY KIVILA

81

VIIMSI POOLSAARE HERPETOFAUNA VALGLINNASTUMISE TINGIMUSTES SEOS SÄÄSTVA ARENGUGA

T

änapäeval on suurimaks globaalprobleemiks rahvastiku plahvatuslik kasv, mis toob paratamatult endaga kaasa ökosüsteemide kahjustumise: bioloogilise mitmekesisuse vähenemise, kliimamuutused, vihmametsade hävimise, taastumatute loodusvarade vähenemise, veekogude reostumise, kõrbestumise. Mida tugevamaks muutub inimmõju ja mida vähemaks jääb loodusressursse, seda enam tunnistavad eri eluvaldkondade esindajad vajadust säästva arengu järele-sellise majandusliku arengu järele, mis rahuldaks nii praeguse kui ka tulevase ressursside vajaduse, optimeerides loodusvarade kasutust ning minimeerides ja võimaluse korral välistades negatiivse mõju keskkonnale ja bioloogilisele mitmekesisusele (Sammul jt., 2008). Viimase 10-15 aasta jooksul on Viimsi poolsaarel toimunud intensiivne ehitus- ja arendustegevus, sellest tulenevalt on kasvanud ka rahvaarv. Vähenenud on rohealade pindala. Antropogeenne surve elusloodusele Viimsi poolsaarel ajendas autorit kirjutama antud uurimistööd.


82

SISUKOKKUVÕTE Uurimistöö teema „Viimsi poolsaare herpetofauna valglinnastumise tingimustes“ sai aktuaalseks, kui looduslikud rohumaad hakkasid Viimsi poolsaarelt inimmõjul kaduma. Antud uurimistöö eesmärgiks oligi kogutud andmete põhjal saada ülevaade kahepaiksete ja roomajate asustustihedusest Viimsi poolsaarel ning selgitada välja inimtegevuse mõju liigilisele mitmekesisusele valglinnastumise tingimustes. Peamiseks ülesandeks oli võimalike sigimisveekogude seisundi hindamine ning andmete kogumine kahepaiksete ja roomajate liigilise koosseisu ja leviku kohta. Välja selgitamaks, millised kahepaiksete ja roomajate liigid Viimsi poolsaarel elavad ja millised võiksid olla kahepaiksete sigimisveekogud, võeti vaatluse alla 8 vabalt valitud prooviala ja küsitleti kohalikke elanikke. Selgitamaks välja antropogeenset mõju Viimsi poolsaare faunale jäädvustati materjal fotodena. Uurimistulemustest selgus, et Viimsi poolsaarel elas/elab 4 liiki kahepaikseid ja 4 liiki roomajaid. Antropogeenne surve elusloodusele Viimsi poolsaarel on väga tugev, seoses suure ehitusbuumiga vähenevad väärtuslikud rohealad ja metsaalad. Veekogud on reostunud. Probleem Viimsi poolsaarel on ilmselge. Võtmesõnad: valglinnastumine, bioloogiline mitmekesisus, kahepaiksed ja roomajad, inimmõju elurikkusele, veekogude seisund.

SISSEJUHATUS Bioloogilise mitmekesisuse vähenemine on tänapäeval üks kriitilistest ning prioriteetsetest globaalsetest probleemidest. Peamiseks põhjuseks on looduslike elupaikade kiire muutumine ja degradeerumine. (Bioloogiline mitmekesisus....., 2013). Kahepaiksed ja roomajad on kõigusoojased loomad. Neid esineb ar-


LILY KIVILA

83

vukamalt soojema kliimaga aladel. Parasvöötmes on aga levinud vähesed liigid (Veldre, 1985). Kahepaiksed arenevad aeglaselt ja on tihedalt seotud erinevate veekogudega (kraavid, jõed, tiigid, järved). Kudu ja kullese staadiumi veedavad nad veekogudes, täiskasvanuperioodil tegutsevad peamiselt aga maismaal. Suurimad ohud kahepaiksetele urbaniseeruvas keskkonnas on vee- ja maismaaelupaikade hävimine arendustegevuse tõttu; elupaikade killustumine, sellest tulenevalt hukkumine rännetel, asurkondade isoleeritus ja geneetilise mitmekesisuse vähenemine; veekogude keemiline reostus (Uustal, 2011). Kõrge keskkonnatundlikkuse tõttu käsitletakse paljusid kahepaikseid keskkonnaseisundi indikaatoritena (Pappel & Rannap, 2006). Ka roomajad on küllaltki paikse eluviisiga ja väga seotud oma talvituspaikadega. Roomajate seisund annab vihjeid ohutegurite intensiivsuse ja piirkonna keskkonnaseisundi kohta, mistõttu võivad ka roomajate mitmekesisus ja arvukus anda tagasisidet tihe asustatud alade looduse kvaliteedi kohta (Uustal, 2011). Seni on kahepaiksete seires populatsioonide seisundi hinnangu aluseks olnud populatsiooni arvukus. Viimasel ajal on uuringutes suuremat tähelepanu osutatud sigimisedukuse tuvastamisele ning selle põhjal sigimisveekogu seisundi hindamisele. Oodatavaks väljundiks on hinnang liigi asurkonna seisundile ning vajadusel kaitsemeetmete planeerimine ja rakendamine (Pappel & Rannap, 2006). Kahepaiksete arvukuse vähenemist arutati esmakordselt Esimesel Maailma Herpetoloogia kongressil Inglismaal Canterburis 1989. aastal. Toodi välja kolm peamist inimtekkelist arvukuse vähenemise põhjust: kahepaiksete elupaikade hävimine, agrokemikaalide toime ja õhusaaste mõju. Viimastel aastatel on arutlusel olnud 5 peamist põhjust, miks kahepaiksete arvukus väheneb nii kiiresti: UV-kiirgus, haigused, võõrliikide levik, kahepaiksete kasutamine (toiduks, lemmikloomana, meditsiiniteaduses), kliimamuutus (negatiivne mõju kahepaiksete munadele ja vastsetele)


84

(Beebee & Griffiths, 2005). Intensiivne ehitus- ja arendustegevus, suurenenud elanike arv ning teised inimtegevuse ilmingud on põhjustanud rohealade vähenemise Viimsi poolsaarel. Vähe on süstemaatilisi andmeid loomaliikide populatsioonide seisundi kohta Viimsi poolsaarel. Sellest tõdemusest lähtub käesoleva töö üldine uurimissuund. Uuriti 8 valitud prooviala, neist 6 prooviala koos veekoguga, kus määrati kahepaiksete ja roomajate liigiline koosseis ning veekogude vee kvaliteeti keemiliste näitajate alusel. Täiendavate andmete saamiseks kahepaiksete mitmekesisuse muutuste kohta küsitleti kohalikke elanikke. Eeldatavalt on Viimsi poolsaare bioloogilise mitmekesisuse vähenemine tingitud laiaulatuslikust ehitus- ja arendustegevusest, millega on kaasnenud Viimsi poolsaare elanikkonna kasv, metsade raie, veekogude kinnikasvamine, reostuse levik ja rohealade vähenemine. Kõik Eesti kahepaiksed ja roomajad on looduskaitse all.

MATERJALID JA METOODIKA Viimsi vald (pindala 73 km2) paikneb Harjumaa põhjaosas. Viimsi vald on Harjumaa rahvarikkaim, elanikke 17 968 (seisuga 1. aprill 2014). Uuringud käesoleva uurimistöö raames kahepaiksete ja roomajate liigilise mitmekesisuse ning veekogude seisundi välja selgitamiseks viidi läbi maist novembrini 2013 ja 2014 aastal. Uuringu teostamiseks oli vaja täita järgmised ülesanded: Kahepaiksed • Valida proovialad. • Iseloomustada veekogusid valitud proovialadel. • Määrata kahepaiksete liigiline koosseis proovialadel.


LILY KIVILA

85

• Määrata kindlaks inimmõju dominantliigi populatsioonitihedusele. • Viia läbi uuring Viimsi valla elanike hulgas, mis võimaldab teha järeldusi liikide esinemise ja tiheduse dünaamika kohta uuritaval alal. Roomajad • Määrata roomajate liigiline koosseis uuritaval alal. • Viia läbi uuring Viimsi valla elanike hulgas, mis võimaldab teha järeldusi liikide esinemise ja tiheduse dünaamika kohta uuritaval alal. Proovialad valiti potentsiaalsete sigimisveekogude ning elupaikade ja/või toitumispaikade järgi. Valiti 8 prooviala: 6 prooviala koos veekoguga ja kaks prooviala, kus vee olemasolu sõltub sademete hulgast. Kõik proovialad jäid üsna elamurajoonide lähedusse: 4 prooviala Haabneeme alevikus, 1 Viimsi alevikus, 1 Püünsi külas ja 2 Rohuneeme külas. 2014 a. kevadperioodil püüti veekogudest leida häälitsevaid isasloomi, tehti koelmute otsinguid, püüti kahvaga kulleseid, loendati ja mõõdeti ning pandi kirja kõik kohatud kahepaiksete isendid ja määrati liik. Neljal proovialal märgiti ära 30x30 m alad (varem konni kohatud), kus toimus konnade loendus, mõõtmine, pildistamine ja liigi määramine. Et välja selgitada millise liigiga on tegemist, vaadeldi konna nina kuju, pöiaköbrukesi ja kõhumustrit ( joon.1). Joonis 1. Kõhumustri pildistamine (L. Kivila, erakogu)

Loomade kehapikkust mõõdeti ninamikust kloaagini. Iga isendit hoiti käes väga lühikest aega. Konnad vabastati kohe pärast pildistamist ja mõõtmist samasse kohta,


86

kust olid püütud. Roomajaid otsiti teeservadelt, märgaladelt ja nende serva-aladelt ning kivikülvidelt.

VEEPROOVIDE VÕTMINE JA ANALÜÜSIMINE Veekogudega proovialadelt võeti veeproove, et välja selgitada kas antud veekogud sobivad kahepaiksetele sigimisveekogudeks. Peamiseks ülesandeks oli võimalike sigimisveekogude seisundi hindamine. Veeproove võeti kokku 3-4 korral 2013-2014 a., kohapeal 5-6 korral määrati vees lahustunud hapnik (O2) ja selle küllastusprotsent (O2 %), vee temperatuur (t◦) ning vesinikioonide kontsentratsioon (pH). Laboris määrati fosfaatioon (PO43-), nitraatioon (NO3-), nitritioon (NO2-), sulfaatioon (SO42-), raskemetallid ( Fe, Cu, Cr6+), lahustunud ainete üldsisaldus (TDS) ja vee elektrijuhtivus . Keemilised analüüsid tehti Euroakadeemia laboris samal päeval.

ANTROPOGEENSETE MÕJUDE VÄLJASELGITAMINE Andmeid koguti väli- ja kameraaltöödel.

KOHALIKE ELANIKE KÜSITLUS Küsitlus ja arutelu toimus kolmel erineval viisil: 1. kohtumine kohalike inimestega; 2. Viimsi valla lehes pöördumine kohalike elanike poole; 3. ankeet, mis saadeti laiali interneti vahendusel või jaotati inimestele kätte.


LILY KIVILA

87

TULEMUSED JA ANALÜÜS KAHEPAIKSETE SEIRETULEMUSED Uuringu perioodi jooksul kohati 3 liiki kahepaikseid: rohukonn (Rana temporaria), tähnikvesilik (Triturus vulgaris) ja harilik kärnkonn (Bufo bufo). Kõigi proovialade dominantliigiks määrati rohukonn. 2013 aastal leiti proovialadelt kokku 99 ja 2014 aastal 48 rohukonna isendit. Kõige rohkem registreeriti 30 mm rohukonna isendeid, vähem 20 mm isendeid ja kõige vähem suuremaid kui 50 mm. Ühte 70 mm isast isendit registreeriti 3 korral Viimsi KK taga asuval proovialal. Rohukonnad on kudemisveekogude suhtes väga konservatiivsed. Kui me hävitame mingi kudemispaiga, siis on suur tõenäosus, et selles kohas kudemas käinud rohukonnad endale uut kudemispaika ei leia (Uustal, 2011). Roomajate seiretulemused: Uurimisperioodi jooksul (2013-2014) uurimistöö autoril roomajaid ei õnnestunud kohata, kuid varasemal perioodil oli kohatud arusisalikku, rästikut ja nastikut.

VEEKOGUDE SEIRETULEMUSED Uuritavatest veekogudest ei õnnestunud 2014 a. aprillis-mais leida häälitsevaid isasloomi, ei leitud kudupalle. Samuti ei leitud konnakulleseid, ega veetaimestikust vesilike mune. Sulfaadid võivad sattuda vette koos heitveega. Fosfaadid on vette sattunud kas orgaaniliste ainete lagunemisprotsesside tulemusel või olmes kasutavate pesemisvahendite tõttu. Kõikides veekogudes oli uurimisperioodi jooksul O2 sisaldus väga madal (tabel 1). Tegemist oli kas madala või äärmiselt madala hapniku sisaldusega veekogudega.


88

Tabel 1: O2 sisaldus proovivetes

O2 (mg/l)-sisaldus proovialade veekogudes

12.06.2013

29.07.2013

29.08.2013

15.11.2013

17.06.2014

24.08.2014

Viikjärv

2,8

0

0,7

1

1

0,5

Pärnamäe veehoidla

2,6

3,2

1,1

2,3

1,3

1,6

Rohuneeme küla, tehisveekogu

1,7

0,2

0

0

0,3

0,5

Viimsi mõisapark, kraav

0,1

1,1

1,4

1

Viimsi mõisapark, tehistiik

1,7

1

1,6

1,9

1,3

Viimsi koolimaja taga asuv kraav

2,5

2,3

2,44

0,8

1

Looduslikus veekogus peab hapnikusisaldus olema igal aastaajal vähemalt 4 mg/l, eriti hinnaliste ja hapniku suhtes tundlike kalaliikide korral mitte vähem kui 6 mg/l (Koorits, 1996). Ohtlike ainete sisaldused veekogudes minimaalsed. Raua sisaldus nähtavalt suurem Viimsi pargi kraavis, tingitud geoloogilisest eripärast. Proovialadel veekogudest mõõdetud vesinikioonide kontsentratsioon. Vesinikioonide kontsentratsioon pH oli neutraalne kuni nõrgalt aluseline, välja arvatud Pärnamäe veehoidla, kus pH väärtus muutus märgatavalt 29.07.2013 vastavalt pH= 9,58 ja 24.08.2014 pH= 9,8 tugevalt aluseliseks, mis on arvatavasti tingitud looduslikust lubjakivist (tabel 2).


LILY KIVILA

89

Tabel 2: pH väärtus,

pH- väärtus proovialade 12.06.2013 29.07.2013 29.08.2013 15.11.2013 veekogudes

17.06.2014

24.08.2014

Viikjärv

8,31

7,69

7,70

7,70

8,15

7,74

Pärnamäe veehoidla

7,82

9,58

7,8

7,8

8,53

9,8

Rohuneeme küla, tehisveekogu

7,37

6,8

6,79

7,05

6,85

7,1

Viimsi mõisapark, kraav

7,9

7,76

7,3

7,24

Viimsi mõisapark, tehistiik

8,09

7,39

7,75

8,25

8,22

Viimsi koolimaja taga asuv kraav

8,15

8,05

8,1

8,09

7,58

ANTROPOGEENSED MÕJUD • • • • • • • •

Toitumis- ja elupaikadena olevate rohualade niitmine. Igasuguse ehitustegevusega kaasnev rohealade vähenemine. Ehitustegevusega kaasnev veekogude reostus. Veekogude reostumine õhu kaudu. Suur tallatavus. Prügi maha panek. Modernsed koduaiad. Kevadel ja sügisel rännete ajal hukkub palju kahepaikseid autoteedel.


90

ELANIKE KÜSITLUSTULEMUSED • Kahepaiksetest kõige arvukamalt on Viimsi poolsaarel nähtud rohukonna. • On leitud ka rabakonna. • Kärnkonna on Viimsi poolsaarel kohatud väga vähe. • Tähnikvesilikku on täheldatud Rohuneeme ja Püünsi külade koduaedade tiikides. • Roomajatest kõige arvukam on arusisalik. • Arvukas on ka nastik. • Rästikuid on vähe kuna nad ei talu häirimist. • Varem on märgatud ka vaskussi. • Arutelu Varasemad andmed Viimsi poolsaare kahepaiksete ja roomajate kohta on lünklikud. Teaduslikke uurimustöid kahepaiksete ja roomajate kohta pole Viimsi poolsaarel varem tehtud. Enamus andmeid pärinevad elanike küsitlustulemustest. Seepärast on raske võrrelda antud uurimistöös saadud tulemusi kahepaiksete ja roomajate olukorrast Viimsi poolsaarel varasemate andmetega. Kahepaiksetele ja roomajatele keskendunud 2012. aasta loodusvaatluste andmebaasi vaatlusvõistluse kampaania käigus registreeriti Viimsi vallas ainult 2 liiki, kuid jääb selgusetuks, mis liikidega on tegemist (Kahepaiksed ja roomajad......, 2012). Eesti riikliku keskkonnaseire kahepaiksete ja roomajate seireprogrammi Harjumaa seirejaamad jäävad Viimsi vallast kaugemale (Kalevi- Liiva, Jägala- Joa ja Männiku) (Eesti riiklik…..,2013). Aastatel 1982-94 on lähemalt vaadeldud kahepaikseid ja roomajaid Tallinna ümbruse rabades (Männiku, Valdeku, Pääsküla, Õismäe ja Kakumäe) ja soometsades, samuti Ülemiste järve kaitsetsoonis (Ernits, 1994). Uuringuid on läbi viidud veel P. Kiristaja – 2006 aastal, P. Pappeli ning M. Masingu poolt, mis olid keskendunud Tallinna üksikutele aladele. Tallinnas


LILY KIVILA

91

on viimase kolmekümne aasta jooksul kindlalt kohatud 6 liiki kahepaikseid: tähnikvesilik, harivesilik, juttselg-kärnkonn e. kõre, rabakonn, rohukonn ja harilik kärnkonn ning roomajaid 4 liiki: arusisalik, kivisisalik, nastik ja rästik (Uustal, 2011). Viimsi poolsaarel olev kaitsemets koos looduslike veekogude ja kuivenduskraavide tiheda võrgustikuga on olulise tähtsusega, kuna seal on palju potentsiaalseid elupaiku kahepaiksete ja roomajate jaoks. Autori poolt märgitud proovialadel läbi viidud uuringu perioodi jooksul Viimsi poolsaarel kohati 3 liiki kahepaikseid: rohukonn, tähnikvesilik ja harilik kärnkonn. Kõhumustri ja ninamiku järgi määrati kõigi proovialade dominantliigiks rohukonn. Kohalike elanike küsitluste ja autori uuringute põhjal võib öelda, et rohukonn on Viimsi poolsaarel üks tavalisemaid kahepaikseid. Üldiselt peetakse seda liiki vastupidavaks. Kuid nii elanike küsitluse põhjal kui ka uurimistulemuste põhjal võib väita, et viimaste aastate jooksul on rohukonnade arvukus vähenenud Viimsi poolsaarel märgatavalt. 2013. aastal leiti proovialadelt kokku 99 ja 2014. aastal 48 rohukonnaisendit. Üheks põhjuseks, miks 2013 aastal leiti rohkem isendeid kui 2014 aastal, võib olla sobivate talvitumispaikade nappus. 2013.-2014. a. talv oli lumevaene ja sellele järgnes pikk külm sademete vaene kevad, sellest tingituna võisid paljud rohukonnad hukka saada. Vähe leiti suuri, üle 50 mm isendeid. Autori uurimistulemustest järeldub, et rohukonnad asustavad peamiselt metsaalasid. Suurimad elujõulised populatsioonid asusid proovialadel Rohuneeme külas Rändrahnu läheduses ja Haabneeme alevikus Metsasihi teel. Mõlemad alad jäävad kaitsemetsa piiridesse. Tüüpilise metsaliigina vajab rohukonn eluks niisket metsaala. Rabakonna (Rana arvalis) leviku kohta Viimsi poolsaarel andmed puuduvad. Neid võib olla Mäealuse metsamassiivi rabastunud äärealadel. Harilikku kärnkonna kohati ainult ühel korral võib olla seetõttu, et tegemist on ööloomaga. Põhjused miks kahepaiksete ja roomajate arvukus on Viimsi poolsaarel vähenenud võivad olla rohealade ja sigimisveekogude kadumine ning elupaikade killustumine ja häirimine (ehitus- ja arendustegevus, niitmine, metsaraie).


92

Lageraie ohustab puistutele omast elustikku, kui teisalt loob aga raiesmike näol elupaiku ava- ja pool- avamaastiku liikidele. 2005 ja 2006 a. koguti andmeid kahepaiksete ja roomajate leviku kohta Vahe- ja Kõrg-Eesti riigimetsades ja –raiesmikel. Tulemused näitavad, et rohukonni kohati enam põlismetsades ja küpsetes metsades (laane, salu ja rohusoo). Harilikku kärnkonna kohati enam küpsetes metsades. Rästikuid kohati aga enam lage raiesmikel. Kahepaikseid oli kõige vähem kuivades palumetsades. Põlismets võiks kahepaiksete jaoks olla majandusmetsast parem näiteks jämeda kõdupuidu rohkuse tõttu, mis hoiab konnade jaoks vajalikku niiskust ka kuival suvel. Lodumetsad on kõige liigirikkamad (Lõhmus, 2006). Autori poolt läbi viidud seiretulemused näitavad, et vaatlusperioodi jooksul seiratavaid veekogusid kahepaiksed paljunemisaladena ei kasutanud. Kahte veekogu (koolimaja taga ja Viimsi pargis asuvad kraavid) kasutasid konnad enda varjamiseks. Pärnamäe veehoidla vesi oli tugevalt aluseline, see on arvatavasti tingitud looduslikust lubjakivist. Kõikides veekogudes oli uurimisperioodi jooksul O2 sisaldus väga madal. Hapniku sisalduse tabeli järgi oli tegemist madala või äärmiselt madala hapniku sisaldusega veekogudega. Ainus Viimsi poolsaare looduslik järv, Viikjärv on ebameeldiva lõhna ja läbipaistmatu veega, hapnikuvaene veekogu. Võib oletada, et Viimsi poolsaart asustavad kahepaiksed kasutavad paljunemiseks tehistiike (nn. tuletõrje veevõtukohad) ja ajutisi veekogusid (lombid, kraavid). Roomajatele sobivaid elupaikasid kivikülve, vanade talumajade õuealasid, mürast kaugemal asuvaid rohumaid on järjest vähemaks jäänud. Viimsi alevikus Soosepa elamurajooni ehitusega ning Haabneeme alevikus Tammepõllu elamurajooni ehitusega on kadunud oluline osa rohealadest. Haabneeme alevikku riiklikul tasandil kaitstava Viimsi koopa (Kuradikoopa) vahetusse lähedusse rajatud kelgumägi, seiklusrada ja terviserada on võtnud enda alla suure osa looduslikust rohumaast. Haabneeme alevikus Viimsi mõisapargi põhjapoolsel küljel asunud lepistik on hävinenud arendustegevuse käigus. Kõigi nende looduslike rohumaade-


LILY KIVILA

93

ga koos on kadunud antud elupaigale iseloomulikud taime- ja loomakooslused. Üha enam on Viimsi poolsaarel tekkinud juurde kõvakattega pindasid. Need toovad endaga kaasa mitmeid linnastumisele omaseid keskkonnaprobleeme (õhusaaste, üleujutused, soojussaare efekt) ja loovad sotsiaalmajanduslikke probleeme (Uustal, 2013). Viimsi poolsaare elanike küsitluse põhjal saadud liikide arv – kahepaikseid 4 liiki ja roomajaid 4 liiki – vajab veel tõestamist ja mahukamat uurimistööd. Autori poolt uurimisperioodi jooksul kohatud liikide arv – 3 liiki kahepaikseid ja 3 liiki roomajaid – ei olegi nii väike. Kui suudetaks kaitsta neid liike ja säilitada nende sigimis-, elu- ning talvitumispaikasid. oleks Viimsi poolsaar rikkam mitme olulise liigi võrra, säilitamaks bioloogilist mitmekesisust. Kuna Viimsi poolsaar on oma pindalalt üsna suur ja uurimuse all oli peamiselt poolsaare läänepoolne osa, kus ehitustegevus kõige intensiivsem, siis uurimistööst jäi välja ülevaade poolsaare idapoolsest osast. Kindlasti tuleks uuringuid teha ka poolsaare teistes piirkondades.

KOKKUVÕTE JA ETTEPANEKUD Viimsi poolsaar, asudes Eesti pealinna, Tallinna külje all, on oma omapärase reljeefi, veel kauni ökoloogiliselt tähtsa looduskaitsealuse metsa, kaitstavate loodusobjektide ja ajaloolise mõisapargiga ainuke omalaadne poolsaar Põhja-Eestis. Käesoleva uurimistöö eesmärgiks oli kogutud andmete põhjal ülevaate saamine kahepaiksete ja roomajate asustustihedusest ning inimtegevuse mõju liigilisele mitmekesisusele valglinnastumise tingimuses Viimsi poolsaarel. Teema muutus aktuaalseks, kui üha suureneva ehitustegevuse tulemusena hakkas Viimsi poolsaarel rohealade pindala vähenema, liiklus teedel muutus intensiivsemaks ja elanike arv hakkas kasvama. 2014. aastal uuritavatest veekogudest konnakudu, kulleseid ja kaldataimesti-


94

kust tähnikvesiliku mune ei leitud. Uurimistulemustest selgus, et Viimsi poolsaarel elavad järgmised kahepaiksete liigid: rohukonn (võib olla ka rabakonna kuid uurimisperioodi jooksul autor seda liiki ei kohanud), harilik kärnkonn ja tähnikvesilik. Leiti kolm suuremat rohukonna elujõulist populatsiooni: Metsasihi teel, Viimsi Keskkooli taga asuva kraavi kaldal ja Rohuneeme rändrahnu läheduses. 2013. aastal fikseeriti rohkem konnaisendeid kui 2014. aastal, see võib olla tingitud sellest, et 2013/2014 aasta lumeta talvel hukkus palju isendeid. Kõige rohkem registreeriti 30 mm rohukonna isendeid, vähem 20 mm isendeid ja kõige vähem suuremaid kui 50 mm. Ühte 70 mm isast isendit registreeriti 3 korral Viimsi KK taga asuval proovialal. Harilikku kärnkonna ja tähnikvesilikku fikseeriti ühel korral vaatlusperioodi jooksul. Kuid Püünsi külas ühe eraisiku aia tiigis on märgatud kahel aastal (2013-2014) järjest tähnikvesilikku. Roomajatest registreeriti 3 liiki: arusisalik, nastik ja rästik. Uuritud veekogude üldine seisund oli keskmine või halb. Hapestunud veekogusid ei leitud. Madala hapnikusisalduse tõttu ei ole uuritud veekogud sobilikud kahepaiksetele. Antropogeenne mõju Viimsi poolsaare elustikule on väga suur. Toimub aktiivne ehitustegevus ja sellest tulenevalt on suurenenud veekogude reostus. Kaovad väärtuslikud rohumaad. Ainukesed antud töös valitud proovialad, millele inimmõju oli minimaale või puudus üldse, olid Pärnamäe veehoidla ja Rohuneeme külas asuv tehisveekogu. Käesoleva uurimistöö autoril on ettepanekud, et mitte häirida konnasid nende toitumis- ja elupaikades. Heakorra eeskirjades tuleks ära märkida need alad kus konnad elavad, et jäetaks loomadele aega ja ruumi. Lisaks soovitavalt nendel aladel niitmistöid mitte teha. Ehitustööde käigus hoiduda reostamast veekogusid. Säilitada veel olemas olevaid rohumaid ja metsaalasid. Viimsi poolsaare eramajade elanikud saavad kahjulikest limustest lahti „ rajades konnadele teid“ oma aedadesse. Säilitades mõnes aia nurgas looduslikkust ja võimalusel kaladeta tiik rajada. Ettevaatlik peaks olema ka autoga liiklemisel, eriti kahepaiksete rände ajal.


LILY KIVILA

95

Käesoleva uurimistöö teemaga tuleks kindlasti edasi tegeleda, uurida lähemalt olemasolevaid rohukonna populatsioone, nende dünaamikat. Veel rohkem tutvuda Viimsi poolsaarel asuvate väikeveekogude, eelkõige kraavide ja tiikide olukorraga, mis võiksid olla kahepaiksetele paljunemiseks ja arenemiseks sobivad. Lisaks soovitavalt tõsta Viimsi valla elanike teadlikust, milleks on meil vaja selliseid loomi nagu kahepaiksed ja roomajad.

KASUTATUD KIRJANDUS • Beebee, T.J.C., Griffiths, R.A. 2005. The amphibian decline crisis: A watershed for conservation biology? -Biological Conservation, 125, 271285. • Bioloogiline mitmekesisus. [13.06.2013] • Eesti riiklik keskkonnaseire, 2013. [04.03.2014] • Ernits, P. 1994. Kahepaiksed ja roomajad Tallinna ümbruse soometsades. – XVII Eesti Loodusuurijate Päeva ettekannete kokkuvõtted. Soomaa rahvuspargi loodus. Eesti Loodusuurijate Selts, Tartu, lk 78-79. • Kahepaiksed ja roomajad ootavad üleslugemist. 2012. [11.04.2014] • Koorits, A. 1996. Meetodeid vee ja mulla keskkonnakeemilisteks määramisteks. Tartu: Eesti Roheline Liikumine. • Lõhmus, A. 2006. Kahepaiksete ja roomajate suhtelisest arvukusest eri tüüpi metsades ja raiesmikel.- Eesti LUS-i aastaraamat 84. köide, 207216. • Pappel, P., Rannap, R. 2006. Kahepaiksete ja roomajate seirest Eestis. Eesti LUS-i aastaraamat 84. köide, 218-220.


96

• Sammul, M., Kuresoo, R., Primack, R. B. 2008. Sissejuhatus looduskaitsebioloogiasse.Tartu: Eesti Loodusfoto. • Uustal, M. 2011. Kahepaiksed. - Andmeid Tallinna faunast aastatest 1980-2010. Säästva Eesti Instituut. [11.09.2014] • Uustal, M. 2013. Juhend elurikka linna planeerimiseks. SEI Tallinna väljaanne nr 22, Tallinn. • Veldre, I.. (toim.) 1985. Loomade elu 5. - Kahepaiksed ja roomajad. Tallinn: Valgus


LILY KIVILA

LISAD

1.1 Prooviala: Metsasihi teel enne ja pärast niitmist (L. Kivila, erakogu)

1.2 Antropogeensed mĂľjud Viimsi poolsaarel (L. Kivila, erakogu)

97


98

MARI-LIIS KUUSE EESTI MEREAKADEEMIA Eestlasi võib ikka mererahvaks pidada ning Eesti Mereakadeemia magistrant Mari-Liis Kuuse pole samuti erand. Tema erialaks enne magistrantuuri oli mereveondus ja sadamatöö ning nüüd jätkab merenduse erialal. Õpingutega koos alustas Mari-Liis samas akadeemias ka tööd assistendina üld- ja alusõppe lektoraadis. Töö ja õpe tundus Mari-Liisile huvitavana ning tal tekkis koheselt klapp mereakadeemia teadus- ja arenduskeskusega. Järjest enam hakkas ta kokku puutuma erinevate projektidega ning teadus- ja arendustegevusega ka TTÜ-s. Üks tema uuringuid mereharidusasutuste lõpetajate seas leidis ka artikli kujul oma tee TalveAkadeemia konkursile. TalveAkadeemia näol nägi Mari-Liis võimalust saada artikli formaadis teksti kirjutamise kogemus. Paraku sattus Mari-Liis konkursi jooksul õnnetusse, mis aheldas ta pikaks ajaks haiglavoodisse. Olenemata sellest tagasilöögist suutis ta saatuse kiuste oma artikli konkursile esitada. Vabal ajal on Mari-Liis olnud tegev niirahvatantsijana kui ka üliõpilasnõukogu liikmena. Lisaks oli õhtuti huvitavamates loengutes viibimine tema jaoks paras ajasisustus.


MARI-LIIS KUUSE

99

MERENDUSALASTE ÕPPEASUTUSTE LÕPETAJATE UURING SEOS JÄTKUSUUTLIKU ARENGUGA

Ü

heks arengu kui protsessi eesmärgiks on kaardistada hetkeolukord, et leida kitsaskohad, mida edendada või parandada. Haridust võib defineerida kui midagi, mis on pidevalt muutuses ja mis sõltub sellest, mis ümbritsevas keskkonnas toimub. Raske või koguni võimatu on olla hariduse pakkumisel ajast ees, et ennatlikult valmistada maailmakodanikke ette selleks, mis neid ees ootab. Seetõttu võib öelda, et koolihariduse missioon ei saa alati olla ideaalse töötaja loomine, kuivõrd parima eelduse pakkumine, et inimene oleks pärast kooliteed huvitatud enese edasiarendamisest ning suuteline kiiresti kohanema. „Eesti merenduspoliitika 2012-2020“ (MKM, 2012) on riiklik arengukava, mille eesmärk on välja töötada suunised merenduse edendamiseks. Arengukava üks suund näeb ette, et Eesti mereharidus ja teadus- ning arendustegevus peab olema kaasaegsel tasemel ning selle prioriteedi täitmiseks on seatud kaks eesmärki. Ühe seatud eesmärgi kohaselt peab Eestis antav mereharidus kindlustama kõigile merendussektori valdkondadele vajalike spetsialistide kaasaegse õppe. Selle täitmiseks on merenduspoliitika dokumendis meede, mis näeb ette merehariduskontseptsiooni väljatöötamist ja rakendamist. Eesti merehariduse edasiseks planeerimiseks on tarvis koguda senise hariduse hindamiseks piisavalt


100

alusmaterjali. Mereharidusasutuste lõpetajate uuring on üheks eelduseks, kuidas tulevikus merendusalast haridust arendada nii, et see oleks kasulik võimalikult paljudele osapooltele. sisukokkuvõte Sissejuhatuses täpsustatakse merendusalaste haridusasutuste lõpetajate uuringu eesmärke ja ülesehitust. Metoodilises osas on välja toodud, kuidas küsitlus kokku pandi ning missuguseid kanaleid kasutati vastajate leidmisel. Samuti on lahti seletatud uuringu raporti andmekäsitlus. Tulemuste ja analüüsi peatükis on esitatud üldine tulemuste statistika ning osaliselt ka detailsem aruandlus, mida ilmestavad joonised. Artikli lõpus on viidatud allikate nimekiri ning on sisu inglisekeelne kokkuvõte. sissejuhatus Perioodil november 2015 kuni juuni 2016 viis TTÜ EMERA1 teadusja arenduskeskus läbi uuringu merendusalaste õppeasutuste lõpetajate seas, mille eesmärkideks oli hinnata lõpetajate rahulolu merendusalaste õppeasutustega, kaardistada merendusalaste haridusasutuste lõpetajate hariduskäik, luua ülevaade merendusalase haridusega töötajate karjäärist ning saada ülevaade merendussektoris töötavate inimeste valmidusest panustada merehariduse edendamisse. Uuringu tulemusi kasutatakse merehariduskontseptsiooni (MHK) väljatöötamisel, võimalusel mereharidusasutuste õppetegevuse arendamisel ja ka edaspidiste uuringute läbiviimisel. MHK-s nähakse täpsemalt ette merehariduse andmise perspektiiv, koolitatavate spetsialistide vajadus, struktuur, maht, rahastus ja teised olulised aspektid, sh merendussektoriga seotud teadustöö. Uuringus osalenutel paluti vastata üldistele (sugu, vanus, emakeel), hariduskäiku puudutavatele (eriala valiku põhjused, lõpetatud eriala, rahulolu õppeasutusega), tööga seonduvatele (töökoha leidmine pärast õpinguid, ametikoht, töötamise sektor) ja merehariduse edendamisega seotud küsimustele. 1

Tallinna Tehnikaülikooli Eesti Mereakadeemia


MARI-LIIS KUUSE

101

METOODIKA Uuringu aluseks olev küsimustik koostati TTÜ EMERA teadus- ja arenduskeskuses koostöös kooli juhtkonna ning keskuste- ja õppekavade juhtidega. Uuringu usaldusväärsuse suurendamiseks esitasid ettepankuid erinevad merendusalased erialaliidud, Mereakadeemia tudengid, töötajad ning vilistlased. Küsitlusankeedi koostamine koos täiendamiste ja muutmistega kestis üle kolme kuu. Valimisse kuulusid kõik, kes on Eestis lõpetanud merendusalase haridusasutuse, sh EV kodanikud, kes on õppinud mereharidusasutuses välismaal. Üheks oluliseks osaks uuringu läbiviimisel oli andmebaasi koostamine, kuhu kuulusid 9 merendusalast haridust pakkuvat asutust, 28 erialaliitu või -ühingut, kes tegutsevad merendussektoris, 11 erinevat riigiasutust ning 5 merenduse klassifikatsiooniühingut. Nimekirjade koostamisel toetuti merendussektori tööjõuvajaduse uuringu (Rozeik et al., 2015) ning kalandussektoris läbiviidud uuringu (OÜ Eesti Uuringukeskus, 2012) andmebaasidele. Samuti kasutati TTÜ EMERA ja Kuressaare Ametikooli lõpetajate andmebaasi. Kokku saadeti küsitluse link välja rohkem kui 900 unikaalsele meiliaadressile. Küsitluse saatmisel lähtuti koostöövalmiduse põhimõttest ning seetõttu paluti seda merendussektoris ning koolikaaslaste võrgustikus edasi levitada (MKM, 2016). Uuringu raporti esimeses peatükis analüüsitakse üldiseid andmeid nagu vastajate sooline ja vanuseline jaotus. Teises peatükis loetletakse vastajate kõik lõpetatud erialad ning näidatakse rahulolu lõpetatud õppeasutustega. Raporti kolmandas osas on andmed vastajate tööle asumise kohta kas avalikku või erasektorisse ning peamised põhjused, miks ei jätkatud pärast kooli erialasel ametikohal. Raporti järgnevates peatükkides käsitletakse uuringus osalejate vastuseid lõpetamise aasta ja erialade (laevajuht/tüürimees, laeva jõuseadmed/laevamehaanik, külmutusseadmed, mereveonduse ja sadamatöö korraldamine, veeteede haldamine ja ohutuse korraldamine, kalanduse ja kalapüügi erialad) põhiselt.


102

Andmete selgemaks kuvamiseks on tulemused esitatud kahes rühmas. I rühm – merendusalane õppeasutus on lõpetatud 1992 või varem ja II rühm – merendusalane õppeasutus on lõpetatud 1993 või hiljem. Jaotus tuleneb sellest, et 1. jaanuar 1992 loodi Eesti Merehariduskeskus rakenduskõrgkoolina, mis koondas enda alla erinevad merendusalast haridust andvad asutused ja neis õpetatavad erialad. Ühtlasi loetakse Merehariduskeskuse loomist taasiseseisvunud Eesti merehariduse alguseks. Küsitlusega sooviti saada võimalikult palju alusmaterjali karjäärimudelite koostamiseks, seega 1992 ja varem lõpetanute kaasamine oli väga oluline. Nende seas on vastamise hetkeks suurema tõenäosusega tippjuhi positsioonil olevaid mereharidusasutuste lõpetajaid. tulemused ja analüüs Kokku vastas küsitlusele 343 merendusalase õppeasutuse lõpetajat, kellest 58 olid I rühmas ja 285 II rühmas. I rühma vastanute seas oli 2% naisi ja 98% mehi ning II rühmas 69% mehi ning 31% naisi. Naiste osakaal lõpetajate hulgas hakkas suurenema pärast Eesti Merehariduskeskuse loomist. Selle üheks põhjuseks võis olla naistele atraktiivsemate õppekavade koostamine. Näiteks 1995. aastal õppekava „Loodushoid“ lõpetajatest 50% moodustasid naised ning samal aastal lõpetas „Kalatoodete tehnoloogia“ eriala 4 naist ja 7 meest. I rühma vastanute kõigi emakeel oli eesti keel. II rühma vastajate hulgas oli emakeelena eesti keelt kõnelevaid 77%, vene keelt 22%, muid keeli 1% vastanutest. Joonisel 1 on toodud erialad, mille uuringus osalejad olid lõpetanud. Kuna 343-st vastajast 116 (34%) oli lõpetanud kaks või kolm eriala (nt laevajuhi rakenduskõrghariduse ning merenduse magistri), siis kokku oli lõpetatud erialasid rohkem kui vastajaid. Kõige enam oli vastajate hulgas lõpetatud laevajuhi/tüürimehe eriala, mis moodustas 30%. 15% vastanutest oli ühe erialana lõpetanud laeva jõuseadmete/laevamehaaniku ning 14% mereveonduse ja sadamatöö korraldamise eriala.


MARI-LIIS KUUSE

103

Joonis 1: Kõik vastajate poolt märgitud lõpetatud erialad

Kõige enam olid vastajad märkinud lõpetatud asutuseks TTÜ Eesti Mereakadeemia (sh ka selle eellased Eesti Mereakadeemia ja Eesti Merehariduskeskus), mille rakenduskõrgharidus oli lõpetatud 249-l korral, mis moodustas kõigist lõpetatud asutustest 54% ning magistriõpe 31-l (7%) korral. Vastajate andmete põhjal leiti ( joonis 2), et viimase kolme aasta jooksul on lõpetajate hinnangul nii teoreetiline kui ka praktiline ettevalmistus rakenduskõrghariduse tasemel pigem paranenud. Samas on märgata, et läbivalt ollakse teoreetilise baasiga rohkem rahul kui praktilisega.

Joonis 2: Rahulolu Tallinna Tehnikaülikooli Eesti Mereakadeemia (rakenduskõrgharidus) teoreetilise ja praktilise ettevalmistusega


104

Vastajate andmete põhjal suundus kõikidest vastajatest erialasele tööle 73%. I rühmas asus lõpetatud erialal tööle 88%, II rühmas 69% vastanutest. Lisaks vastas 10% I rühmast, et asus küll tööle merendussektorisse, kuid mitte koolis omandatud erialale. Sama vastuse andis 13% II rühma vastajatest. 2% I rühma vastajatest asus sektorivälisele tööle. Sama näitaja on kordades suurem II rühmas, kus koguni 17% asus merendussektorist väljapoole tööle. 222 vastajat oli märkinud enda vastamise hetkeks saavutatud ametikoha brutopalga vahemiku. Andmete alusel on koostati sektordiagramm ( joonis 3), millel on toodud merendusalaste õppeasutuste lõpetajate keskmised brutopalgas vastamise hetkel. Andmetest selgus, et 23% uuringus osalenutest teenib 1501-2000 EUR/kuus ning 18% vastanutest 1001-1500 EUR/kuus.

Joonis 3: Uuringus osalenute keskmine brutopalk, EUR/kuus

Järgnevalt on toodud mõned näited raportis kajastatavast statistikast lõpetatud erialade kaupa. Laevajuhi/tüürimehe eriala oli lõpetanud 119 vastajat. 88% neist asus tööle merendussektorisse erialasele ametikohale ( joonis 4) ning ligi 90% nendest vastajatest asus erialasele tööle juba õpingute ajal või vähem kui ühe aasta jooksul pärast lõpetamist.


MARI-LIIS KUUSE

105

Joonis 4: Laevajuhi/tüürimehe eriala lõpetajate merendussektorisse tööle asumine

„Kooli kaudu“ ning „läbi koolipraktika“ leidsid oma esimese töökoha kokku 36% laevajuhi/tüürimehe eriala lõpetajat, mis tähendab, et koolil ja õppetöö jooksul läbitud praktikal on kõige kaalukam roll töökoha leidmisel, võrreldes muude tööotsimise kanalitega. 21% laevajuhi/tüürimehe eriala lõpetajatest leidis esimese töökoha otsepakkumise teel, mis võib samuti osaliselt toetuda õpingute ajal sooritatud praktikale ja selle käigus loodud kontaktidele. 62% laevajuhi/tüürimehe eriala lõpetajatest töötab vastamise hetkel endiselt merel erialasel ametikohal. Uuringus osalejatel paluti üles märkida vastamise hetkeks saavutatud ametikohani jõudmise aeg. Vastajate andmed on toodud joonisel 5, millelt näeme, et kapteni ametini jõudmiseks kulub keskmiselt 11 aastat, vanemtüürimehe kohale jõudmiseks 6 aastat ja 2. tüürimehe ametini jõudmiseks 4 aastat.

Joonis 5: Laevajuhi/tüürimehe eriala lõpetajate praegusele ametikohale jõudmine (aastates)


106

Uuringus osales 50 laeva jõuseadmete/laevamehaaniku eriala lõpetajat. Vastajate andmete põhjal selgus, et 93% laeva jõuseadmete/laevamehaaniku eriala lõpetajatest asus erialasele tööle juba õpingute ajal või vähem kui ühe aasta jooksul. Läbi koolipraktika leidis endale esimese töökoha 31% uuringus osalejatest, mis oli kõige enam valitud vastusevariant. Jooniselt 6 näeme, et vastamise hetkel töötab merel laevamehaanikuna 73% vastanutest ning arvestades sinna juurde need 8% vastanutest, kes töötavad erialasel tööl maismaal (nt juhendusmehaanikuna), siis kokku suundub erialasele tööle 81% vastanutest.

Joonis 6: Laeva jõuseadmete/laevamehaaniku eriala lõpetajate töötamine merendussektoris

Uuringus osalejad märkisid, mitme aastaga jõuti praegusele ametikohale (merendusalast tööd arvestades). Küsimusele vastas 33 laeva jõuseadmete eriala lõpetajat ning jooniselt 7 on näha keskmine aeg, mis kulus ametile jõudmiseks. Vanemmehaaniku kohani jõudmiseks kulus uuringus osalenutel keskmiselt 10 aastat, 2. mehaaniku ametikohani 4 aastat ning 3. mehaaniku ametini 1 aasta. Aastatel 2006-2014 väljastati esmakordselt kokku 274 (3000 kW ja suurema) ja 56 (väiksema kui 3000 kW) peamasinate efektiivse koguvõimsusega mootorlaeva vanemmehaaniku diplomit (Veeteede Amet, 2016). Võttes arvesse eriala lõpetamise aastat,


MARI-LIIS KUUSE

107

leiti vanemmehaaniku diplomini jõudmiseks kulunud aeg ning nendest andmetest omakorda leiti kaalutud keskmine. Siinjuures tuleb arvestada, et paljud eriala lõpetajad vormistavad töödiplomi hiljem (kuna nt puudub reaalne vajalik meresõidupraktika) ning siia statistikasse kuuluvad ka seoses nimevahetusega uuesti väljastatud diplomid. Andmete kohaselt väljastatakse piiramatu koguvõimsusega mootorlaeva vanemmehaaniku diplom keskmiselt 16 aastat pärast lõpetamist. See on aga 6 aastat pikem aeg, kui selgus uuringu tulemustest. Seega võib öelda, et läbiviidud lõpetajate uuringul on suur tähtsus, et leida reaalne aeg, mis kulub teatud (näiteks vanemmehaaniku) ametikohani jõudmiseks.

Joonis 7: Laeva jõuseadmete/laevamehaaniku eriala lõpetajate ametikohale jõudmine (aastates)

Joonisel 8 on koostatud sektoridiagramm laeva jõuseadmete/laevamehaaniku eriala lõpetanute andmete põhjal. 5001-10000 EUR/kuus teenib 19% vastajatest ning 4001-5000 EUR/kuus 22% vastanutest. Siinkohal tuleb tähelepanu pöörata sellele, et paljud firmad maksavad oma laevadel sõitvatele meremeestele palka ainult merel oldud aja eest. Mis tähendab, et kui meremees kodus puhkab, siis pangakontole midagi juurde ei laeku. Sellegipoolest paluti vastajatel märkida keskmine palk, mille põhjal võib oletada, et vastaja kalkuleeris orienteeruva palgavahemiku ühe kuu kohta ise välja.


108

Joonis 8: Laeva jõuseadmete/laevamehaaniku eriala lõpetajate keskmine brutopalk, EUR/kuus

Külmutusseadmete eriala lõpetajate puhul on väga tõenäoline tööle asumine nii merele kui ka maismaale. Sama kinnitab ka vastajate andmete põhjal koostatud joonis 9, millelt on näha, et 44% vastanutest asus tööle merele ning 56% maale. Ametikohtade alusel asus 15% vastanutest tööle masinameeskonda külmutusseadmete mehaanikuna ning 38% vastanutest külmutus- või kliimaseadmete mehaanikuna. Aastatel 2006-2016 väljastati kokku 44 laeva külmutusseadmete mehaaniku diplomit.

Joonis 9: Külmutusseadmete eriala lõpetajate tööle asumine merele ja maale


MARI-LIIS KUUSE

109

Joonisel 10 toodud andmetelt näeme, et mereveonduse ja sadamatöö korraldamise eriala lõpetajate esimene amet oli 57% lõpetajatest mereveonduse valdkonnas (laevamaakler, laevaliini operaator, laevaagent, merendusalane vahendustegevus, ekspediitor) ning 29% lõpetajatest sadamas (stividor, talman, sadama spetsialist).

Joonis 10: Mereveonduse ja sadamatöö korraldamise eriala lõpetajate esimene ametikoht

Joonisel 11 on toodud mereveonduse ja sadamatöö korraldamise eriala lõpetajate ühe kuu keskmine brutopalk vastamise hetkel sõltuvalt sellest, kas ametikoht asub mereveonduse valdkonnas, sadamas või mujal. Andmed ühe kuu brutopalga kohta märkis 32 lõpetajat. 22% mereveonduse valdkonnas töötavat vastajat teenivad 1001-1500 EUR/kuus ning 19% 15012000 EUR/kuus. Kõigist mereveonduse eriala lõpetanud vastajatest 3%, kes töötavad sadamas, teenivad 5001-10000 EUR/kuus. Samalaadsed joonised on koostatud ka kõikide teiste erialade kohta, mida raportis analüüsitakse.


110

0,2 0,083

0,416

0,7

Joonis 11. Mereveonduse ja sadamatöö korraldamise eriala lõpetajate keskmine brutopalk töökoha alusel, EUR/kuus

Raportis on peatükkide 4-9 lõpus toodud vastajate täiendavad mõtted ja kommentaarid merehariduse kohta. Kalanduse ja kalapüügi erialade Eesti Mereakadeemia lõpetajad (rakenduskõrgharidus, lõpetajad vahemikust 1998 - 2008) kirjutasid näiteks, et • „Oluline on merendusalane hariduse jätkusuutlikkus. Eesti on mereriik, mereharidust ei saa liita teiste haridus erialadega.“ • „Tehnoloogidele pole täiendkoolitust juba üle 15 aasta toimunud ja selle järele on suur puudus!“ • „Merekoolil peaks olema sõitev kaasaegne õppelaev, millel teha esmaseid praktikaid, et saada teatud töödest ettekujutust.“ • „Püüame saada koos õppuritega üha targemaks.“


MARI-LIIS KUUSE

111

KASUTATUD KIRJANDUS • Majandus- ja Kommunikatsiooniministeerium. (2016). Rahulolu-uuring meremeeste koolituste läbiviimise ja diplomeerimise kohta. • Majandus- ja Kommunikatsiooniministeerium. (2012). Eesti Merenduspoliitika 2012-2020 • Rozeik, H., Kupts, M., Rell, M., Batueva, V. (2015). Merendussektori tööjõuvajaduse uuring. Tallinn: Poliitikauuringute Keskus Praxis. • Tööjõu kompetentside ja oskuste taseme ning tööturu vajaduste väljaselgitamine kalandussektoris. 2012. OÜ Eesti Uuringukeskus. Põllumajandusministeerium • Veeteede Ameti meremeeste diplomeerimise ja registri büroo andmed. (2016). Veeteede Amet


112

RONALD LAARMAA EESTI MAAÜLIKOOL Suhteliselt veevaeses Pandivere piirkonnas üles kasvanud Ronald Laarmaa jaoks on vesi alati tundunud eksootilise ressursina, milles peituvad saladused lihtsalt tuli päevavalgele tuua. Sestap ei maksa imeks panna, et temast nüüdseks paadunud hüdrobioloog saanud on. Maaülikoolis on Ronald erialast teed käinud juba aastast 2010 ning leiab, et iga uus rakendusprojekt toob uusi ja huvitavaid uurimisküsimusi, mis lahendamist ootavad. Igav juba ei hakka, sest Eestis on tohutult palju järvi, mida uurida ning iga veeproov tundub mikroskoobi all põnevana – eriti, kui vastu vaatab keegi harvaesinev või sootuks uus tegelane. Ronald on juba ammu soovinud TalveAkadeemia konkursist osa võtta ning nüüd on lõpuks tekkinud võimalus oma uurimusteema laiemaks tutvustamiseks. Kuuldes aga terminit „vaba aeg“, kratsib ta kukalt ja küsib, mis see veel on.


RONALD LAARMAA

113

HAJUREOSTUS KUI ZOOPLANKTONI KOOSLUSTE MÕJUTAJA JÕGEVAMAA JÄRVEDE NÄITEL SEOS SÄÄSTVA ARENGUGA

H

ästi toimivates ökosüsteemides tarbitakse energiat efektiivselt ning seeläbi on lõpp-produkti biomass suurim. Järvede puhul räägime inimesele olulise ressursi, kvaliteetse kala hulgast ja kalade kooslusest. Samuti on inimese jaoks oluline veekogu esteetiline välimus ja rekreatsioonivõimalused, mida tasakaalus ja hästitoimiv ökosüsteem samuti pakub. Paraku inimtegevus ka kaugel, kümnete kilomeetrite kaugusel järvest, võib mõjuda järvele negatiivselt. Valgalal domineeriva põllumaa väetamise korral satub võrdlemisi oluline hulk väetisest otse järve või valgalal asuvate jõgede kaudu järvedesse. Lisandunud toiteainete hulk põhjustab aga ridamisi muutuseid ökosüsteemis. Primaarprodutsentide arvukus ja produktsioon suureneb oluliselt, mistõttu toiduahela järgmine lüli, loomne hõljum ehk zooplankton, pole võimeline neid enam tarbima. Selle tõttu väheneb oluliselt kalade noorjärkude toidubaas. Tarbimata jäänud vetikad lagunevad ja vajuvad veekogu põhja. Sellise protsessi kordumine iga-aastaselt viib veekogu eutrofeerumiseni ning lõpuks elustiku vaesumiseni.


114

Säästva arengu üheks eesmärgiks on tagada järgnevatele põlvedele samaväärne või parem elukeskkond. Selleks on oluline uurida järve ökosüsteemide toimimist, et aru saada, kui suur on inimtegevuse mõju järvele. Kui need teadmised on olemas, saab teha ettepanekuid järvede haju- ja punktreostuse vähendamiseks või likvideerimiseks ning lõpuks tervendamiseks või noorendamiseks, et järved ka edaspidi suudaksid inimesele olulist ressurssi ja silmailu pakkuda.

SISUKOKKUVÕTE Tasakaalus elustiku kooslused peegeldavad järve head seisundit ning sellistes veekogudes domineerivad efektiivsed toiduahelad. Järve lähedal ja valgalal tegutsev inimene aga võib seda tasakaalu enesele teadmata rikkuda, muutes loodusliku valgala osakaalu põllumajandusmaa kasuks. See aga peegeldub veekogu elustiku dünaamikas. Planktonorganismid peegeldavad valgalal toimuvaid protsesse kõige kiiremini just nende lühikese eluea ja kiire regenereerumisvõime tõttu. Täiendav hulk toiteaineid tarbitakse kiiresti enda biomassi moodustamiseks. Kui aga toiteaineid lisandub pikema aja jooksul (näiteks haritava maa suure osakaalu tõttu), muutub elustik ning toiduahela efektiivsus. See peegeldub veekogu elustikurühmade vahekorra ja inimese jaoks olulise ressursi, kalastiku koosluste muutumises. Artikli eesmärk on hinnata 2016. aastal uuritud seitsme Jõgevamaa järve (Elistvere, Kaarepere Pikkjärv, Kaiavere, Kuremaa, Raigastvere, Saadjärv ja Soitsjärv) zooplanktoni koosluste seost valgalalt pärineva hajureostusega. Selleks analüüsiti juulis kogutud zooplanktoni proovid, arvutati kolmelt domineerivalt maakasutustüübilt pärinev potentsiaalne fosforikoormus ning hinnati Vollenweideri mudeli abil koormuse mõju vee ökosüsteemile.


RONALD LAARMAA

115

SISSEJUHATUS Hulkrakne zooplankton ehk metazooplankton moodustab vee toiduahelates keskse lüli. Heas ökoloogilises seisundis olev kooslus suudab kontrollida primaarprodutsentide – fütoplanktoni – biomassi ja arvukust. Samas on metazooplanktoni kooslus pidevalt kalastiku surve all (Zingel & Haberman, 2008). Kõik kalade noorjärgud (nii lepis- kui ka röövkalad) toituvad zooplanktonist. Hästi toimivas toiduahelas kulutatakse energiat efektiivselt. Kui zooplankton ei suuda tarbida fütoplanktoni efektiivselt, hakkavad toimuma toiduahelas muutused. Energia hakkab kulgema rohkem läbi nn mikroobse lingu ehk mikroobse toiduahela. Mikroobse lingu korral liigub lahustunud orgaaniline aine, mis tekib ka fütoplanktoni lagunemise korral, läbi bakterite ja protistide taas toiduahelasse metazooplanktonile tarbimiseks (Tranvik, 1992; Agasild et al., 2013). See on aga võrdlemisi ebaefektiivne. Metazooplanktoni kooslustest kaovad suuremõõtmelised vesikirbulised ja aerjalalised ning domineerima hakkavad väikesemõõtmelised keriloomad, kes on kohastunud toituma lagunenud orgaanilisest ainest, detriidist ja bakteritest. Selline nähtus ilmneb tavaliselt veekogudes, mis on tugeva inimsurve all. Tugeva inimsurve all mõistame tavaliselt kahte aspekti: hajureostus, mis tuleneb maakasutusest valgalal, ja punktreostus, kus reostusallikas on kindla asukohaga määratletav (loomafarm, heitveeväljalase, tööstusettevõte) (Maastik et al., 2004). Punktreostusallikas mõjutab enamasti fosfori kontsentratsioone ning hajureostus nitraatlämmastiku sisaldusi vees (Hesse et al., 2012), seega fosforireostus pärineb üldjuhul punktreostusallikatest ning lämmastikureostus valgalalt (Environmental Report 7, 1993; Hesse et al., 2012). Siiski on praktika näidanud, et valgala maakasutus mõjutab olulisel määral ka järvedesse jõudvat fosforisisaldust. Valgala analüüsist lähtub, et põllumaa domineerimise korral on järvedesse jõudvad fosfori hulgad märkimisväärselt suuremad kui loodusliku valgala kor-


116

ral (Ilmatsalu ja Rahinge..., 2014; Kurepalu paisjärve..., 2014; Roiu paisjärve..., 2014; Limnoloogiliste uuringute..., 2015; Piiri oja ja Sooru paisjärve..., 2015). Suurenevad fosforikontsentratsioonid mõjutavad oluliselt veekogu planktonit. Troofsuse tõustes (taimede toiteelementide fosfori ja lämmastiku sisalduse tõus veekogus) fütoplanktoni hulk kasvab ja domineerida võivad zooplanktonile sobimatu vormiga liigid – niitjad või koloonialised mikrovetikad, kes ei ole sobiv energiaallikas toiduahela järgmisele lülile zooplanktonile. Niitjad või koloniaalsed vetikad tekitavad „ummistusi“ zooplanktoni toitumiselundites ning loomad jäävad nälga ning hukkuvad. Sellises keskkonnas saavad aga edukalt hakkama väikesed keriloomad, kelle koosluses domineerimine viitabki suurenenud toiteainete sisaldusele veekogus. Töö eesmärk on analüüsida, kas uuritud Jõgevamaa järvede loomse hõljumi kehva seisundi põhjustajaks võib olla hajureostus valgalalt või on tegemist järvede enda sisekoormusega (setetest vabanevad suured fosfori hulgad). Eesmärgi täitmiseks püstitati hüpotees: Jõgevamaa järvede valgalal domineeriv põllumaa on põhjuseks väikesemõõtmeliste liikide domineerimisel uuritud järvede zooplanktoni kooslustes.

METOODIKA Proovid metazooplanktoni koosluste analüüsiks ja järvede seisundi hindamiseks koguti juulikuus 2016. aastal seitsmest Jõgevamaa järvest: Elistvere, Kaarepere Pikkjärv, Kaiavere, Kuremaa, Raigastvere, Saadjärv ja Soitsjärv. Proovid koguti van Dorni tüüpi batomeetriga integraalselt järve sügavaimast kohast. Zooplanktoni uurimiseks vajaliku proovi saamiseks kurnati vähemalt 20 liitrit vett läbi 48 μm läbimõõduga Apsteini planktonvõrgu. Proov fikseeriti Lugoli lahusega ( jood-kaaliumjodiidi hapestatud lahus) ning analüüsiti Bogorovi kambris stereomikroskoobi all, kasutades üldtuntud zooplanktoni kvantanalüüsi (Киселев, 1956) ning proovivõtus-


RONALD LAARMAA

117

tandardi EVS-EN 15110:2006 meetodeid. Proovis leiduvad taksonid määrati, loendades (40x – 100x suurendusega) 1/20-1/50 koguproovist. Zooplanktoni arvukus saadi zooplankterite loendamise teel teatud kindlas koguses vees. Biomassi määramisel mõõdeti proovist võimaluse korral 30 isendit igast liigist (vormist) ning leitud pikkuste alusel arvutati vastavate valemite abil (Dumont et al., 1975; Ruttner-Kolisko, 1977) zooplankterite individuaalsed kaalud. Loomade arvukuse ja kaalu põhjal arvutati zooplanktoni biomass. Lisaks leiti arvukuses ja biomassis domineerivad taksonid, rühmade (keriloomad, vesikirbulised ja aerjalalised) protsentuaalne osakaal zooplanktoni biomassist ja arvukusest. Lisaks proovide analüüsimisele analüüsiti ka järvede valgala maakasutust. Varasemalt on keskkonnaseire käigus (Eesti väikejärvede hüdrobioloogiline seire, 2007-2011) analüüsitud järvede valgala ning valgalade maakasutuse tüüpe. Maakasutuse andmete ja fosfori ärakande koefitsientide (Hajukoormuse..., 2013; Survetegurid..., 2013) alusel on võimalik hinnata arvutuslikult, kui suur hulk fosforist valgalalt järve jõuab. See on võrdlemisi kiire ja odav metoodika, mis nõuab üpris vähe sisendandmeid (valgala maakasutus, veekogu keskmine sügavus ja vee viibeaeg), kuid mille alusel saab hinnata, kas valgalalt tulenev koormus on järve jaoks talutaval tasemel või liiga suur. Zooplanktoni koosluse ja valgalalt tuleneva koormuse abil on võimalik hinnanguliselt öelda, kas hajureostus on koosluste kehva seisundi põhjustajaks või on probleem järve enda sisekoormuses. Töö autor kogus ja analüüsis proovid, samuti arvutas maakasutuse tüüpidest tuleneva fosfori koormuse ning hindas selle mõju järve ökosüsteemile ning zooplanktoni kooslusele.


118

TULEMUSED JA ANALÜÜS ZOOPLANKTONI KOOSLUSED Eesti järvede monograafias (1968) toodud hindamisskaala järgi hinnatakse zooplanktoni arvukust alla 50*103 is/m3 madalaks, 50*103 – 100*103 is/ m3 keskmiseks ning üle 100*103 is/m3 kõrgeks. Jõgevamaa järvede zooplanktoni koosluseid iseloomustab enamasti väga kõrge arvukus. Kõikides uuritud järvedes oli arvukus kõrge. Kõrgeim arvukus oli Kaiavere järves (3317,4*103 is/m3) ning madalaim Saadjärves (197,5*103 is/m3), uuritud proovide keskmine arvukus oli 1529,9*103 is/m3. Koosluste analüüsimise käigus selgus, et domineerivaks zooplanktoni rühmaks Jõgevamaa järvedes on keriloomade rühm, moodustades keskmiselt 78,9% koosluse arvukusest ( joonis 1). Uuritud järvedest tuleks esile tõsta, et Kaarepere Pikkjärve ja Saadjärve proovidest tabati kõige suurema osakaaluga koorikloomi (vesikirbulised ja aerjalalised), kuid nende järvede zooplanktoni koguarvukused olid ka ühed väiksemad. Kaiavere järve zooplanktonis oli keriloomi enim, moodustades koguarvukusest 94,2%. Keriloomade domineerimine ja (väga) kõrge arvukus viitab toiteainete kõrgele kontsentratsioonile järves.

Joonis 1: Metazooplanktoni koosluste struktuur uuritud järvedes 2016. a. Jooniselt on näha keriloomade suur osakaal koosluses (keskmiselt 78,9% kooslusest).


RONALD LAARMAA

119

MAAKASUTUS VALGALAL Jõgevamaa järvede valgala maakasutus on sarnane. Valgalast moodustab põhilise osa haritav maa (keskmiselt 48,3% valgalast), sellele järgneb metsamaa (keskmiselt 33,3% valgalast) ning rohumaa (keskmiselt 5,9% valgalast) ( joonis 2). Muud maakasutustüübid (märgalad, asulad, teedealad, haljasalad jt) jäid alla 5 protsendi ning neid arvutustes ei kasutatud.

Joonis 2: Domineeriv maakasutus uuritud Jõgevamaa järvede valgalal. Valgala maakasutus oli kõikidel uuritud järvedel sarnande: domineeris haritav maa, seejärel metsamaa ja rohumaa.

Kasutades Tallinna Tehnikaülikooli poolt välja töötatud metoodikat ning selle edasiarendust Koiva projektis (Hajukoormuse..., 2013; Survetegurid..., 2013), arvutati kolmelt domineerivalt maakattetüübilt tulenev fosforikoormus. Suurim koormus on Elistvere järvele, mille valgalalt tuleb 2,21 grammi fosforit aastas ühe ruutmeetri järve pindala kohta (tabel 1). Väikseim koormus avaldub väikese valgala tõttu Kuremaa järvele (0,11 gP/m2/a).


120

Tabel 1. Mõnede Jõgevamaa järvede peamistelt maakasutustüüpidelt tulenev fosforikoormus.

Järv

Elistvere

Kaarepere Pikkjärv

Kaiavere

Kuremaa

Raigastvere

Saadjärv

Soitsjärv

Tüüp

Pindala

P koefitsient

kgP/aastas

Järve pindala

Koormus

Koormus

(ha)

(gP/m2/a)

kokku

(ha)

(kgP/ha/a)

Põld

4103,18

0,84

3446,67

Mets

2891,27

0,08

231,30

Rohumaa

519,39

0,12

62,33

0,04

Põld

1027,41

0,84

863,03

1,55

Mets

989,01

0,08

79,12

Rohumaa

129,63

0,12

15,56

0,03

Põld

4007,96

0,84

3366,69

1,36

Mets

2891,27

0,08

231,30

Rohumaa

519,39

0,12

62,33

Põld

476,93

0,84

400,62

Mets

370,15

0,08

29,61

Rohumaa

55,93

0,12

6,71

0,00

Põld

2080,72

0,84

1747,80

1,56

Mets

1600,90

0,08

128,07

Rohumaa

278,03

0,12

33,36

0,03

Põld

1445,56

0,84

1214,27

0,17

Mets

888,92

0,08

71,11

Rohumaa

110,76

0,12

13,29

Põld

775,07

0,84

651,06

Mets

287,96

0,08

23,04

Rohumaa

107,65

0,12

12,92

2,03 169,6

55,7

248,0

0,14

0,14

0,09

2,21

1,72

1,48

0,03 0,10 399,6

112,0

724,5

0,01

0,11

0,01

0,11

1,70

0,18

0,00 0,34 188,9

0,01

0,36

0,01

Kasutades järvede keskmise sügavuse andmeid, vee viibeaega (EELIS, 2017) ja fosfori koormuse andmeid kolmelt põhiliselt maakattetüübilt, saab arvutada Vollenweideri mudeli abil (Vollenweider, 1975), kas valgalalt tulenev koormus on järve jaoks vastuvõetaval tasemel või koormus ületab taluvuse piiri. Kui koormus on üle vastuvõetava taseme, võib valgalalt tulenev koormus oluliselt mõjutada elustiku dünaamikat. Kui koormus on vastuvõetaval tasemel, siis hajureostus elustikku olulisel määral ei mõjuta. Mõlemal juhul tuleb arvestada, et elustikku võivad mõjutada ka toiteainete poolt reostunud setted (ehk sisekoormus) ja muud ökosüsteemi eripärad. Setete analüüs on aga väga kallis ja metoodiliselt töömahukas ning sisekoormust analüüsitakse vaid siis, kui on soov veekogust reostunud setteid


RONALD LAARMAA

121

eemaldada või veekogu muul moel tervendada. Joonisel 3 on toodud koormuse mõju järvede ökosüsteemile vastavalt Vollenweideri mudelile.

Joonis 3: Jõgevamaa järvede koormustaluvus Vollenweideri mudeli (1975) alusel. Koormustaluvuses eristus kaks gruppi: punase kolmnurga sisse jäävad Elistvere, Kaarepere Pikkjärv, Kaiavere ja Raigastvere ning sinisesse kolmnurka Kuremaa, Saadjärv ja Soitsjärv. Punase kolmnurgaga tähistatud järvede jaoks on valgalalt pärinev fosforikoormus liiga suur ning sinise kolmnurgaga järvede jaoks on koormus veel enam-vähem vastuvõetaval tasemel.

Vollenweideri mudeli hinnangul on Vooremaa järvede valgalalt (kolmelt domineerivalt maakattetüübilt) tulenev koormus järvede jaoks enamasti liiga suur. Kõige suurema hajureostuskoormuse all on Elistvere järv, kõige paremini saavad hajureostusega „hakkama“ Saadjärv ja Soitsjärv. Saadjärv ja Kuremaa ei ole ka klassikalised „Jõgevamaa järved“, sest nende keskmine sügavus on suurem kui 6 meetrit („klassikalistel Jõgevamaa järvedel“ on see keskmiselt 2,3 meetrit). Samuti on sinisesse kolmnurka jäävate järvede veevahetus uuritud järvede seas kõige väiksem ning seetõttu ka koormus järvele väike ning seetõttu saab järv veel valgalalt pärineva


122

koormusega hakkama. „Sinise rühma“ elustik aga näitab järve kehvenevat seisundit. Soitsjärve puhul on alust kahtlustada ka sisekoormuse olulist osa toiteainete ringlusel vee ökosüsteemis, Saadjärve ja Kuremaa järvede puhul, nende suure veemahu tõttu, aga mitte oluliselt. Töö käigus sai kinnitust hüpotees, et Jõgevamaa järvede loomse hõljumi seisund on survestatud valgalalt pärineva hajureostusega ning seda just seetõttu, et Jõgevamaa järvede valgalal domineerib maakasutustüübina haritav maa. Ilmselt võib koosluste kehv struktuur olla mõjutatud ka järvede sisekoormuse poolt, kuid selle hindamine on ajakulukas ja kallis. Hajureostus on üks olulisemaid reostusallikaid Eesti veekogudele. Paraku on seda keeruline kontrollida või vähendada. Inimtegevuse intensiivsus järvede valgalal peegeldub järve elustiku koosluste muutuses ning toiduahelate efektiivsuse languses. Oluline on seda probleemi teadvustada ning nii isikulisel, ettevõtte kui ka riiklikul tasandil leida leevendusmeetmeid. Meil on mitmeid positiivseid näiteid: hea põllumajandustava rakendamine põllumajandussaaduste tootjate poolt ja kasvõi põhjavee kaitseks loodud nitraaditundlik ala Põhja- ja Kesk-Eestis. Vesi on inimese jaoks oluline ressurss, samuti on seda vees elavad loomad (peamiselt kalad) ja taimed (näiteks pilliroog). Võimalikult looduslähedane järve valgala kindlustab meile toiduahela lõpp-produkti kalade kvaliteedi ning esteetilise ilme ka järeltulevate põlvede jaoks.


RONALD LAARMAA

123

KASUTATUD KIRJANDUS • Agasild, H., Zingel, P., Karus, K., Kangro, K., Salujõe, J., Nõges, T. 2013. Does metazooplankton regulate the ciliate community in a shallow eutrophic lake? Freshwater Biology 58: 183–191 • Dumont, H. J., Van de Velde, I., Dumont, S. 1975. The dry weight estimate of biomass in a selection of cladocera, copepoda and rotifera from the plankton, periphyton and benthos of continental waters. Oecologia 19: 75-97. • Eesti järved. 1968. Tallinn “Valgus”. 548 lk. • Environmental report 7. 1993. Eesti jõgede ja järvede seisund. Environment Data Centre, National Board of Waters and the Environment. • EVS-EN 15110:2006 Water Quality – Guidance standard for the routine sampling of zooplankton from standing waters. • Hesse, C., Krysanova, V., Voβ, A. 2012. Landscape Modeling for the Impact Assessment on Water Quality. Environmental Modeling & Assessment 17: 589–611. • (Kiselev) Киселев, И. А. 1956. Методы исследования планктона. В кн.: Жизнь пресных вод СССР IV (ред. Е.Н. Павловский, В.И. Жадин). Москва-Ленинград: 183-265. • Maastik, A., Kajander, J., Heinonen, P., Hyvärinen, V., Kosola, M.-L., Ots, H., Seuna, P. 2004. Keskkonnasõnaraamat. Finnish Environment Instirute (SYKE). • Ruttner-Kolisko, A. 1977. Suggestions for biomass calculations of plankton rotifers. Archiv für Hydrobiologie–Beiheft Ergebnisse der Limnologie 8: 71–76.


124

• Zingel, P., Haberman, J. 2008. A comparison of zooplankton densities and biomass in Lakes Peipsi and Võrtsjärv (Estonia): rotifers and crustaceans versus ciliates. Hydrobiologia 599: 153-159. • Tranvik, L. J. 1992. Allochtonous dissolved organic matter as an energy source for pelagic bacteria and the concept of the microbial loop. Hydrobiologia 229: 107-114. • Vollenweider, R. A. 1975. Input-Output Models with Special Reference to the Phosphorus Loading Concept in Limnology. Schweizerische Zeitschrift fur Hydrologie 37: 53-83.

ARUANDED JA ANDMEBAASID • EELIS (Eesti Looduse Infosüsteem – Keskkonnaregister). • Hajukoormuse ja sellest tuleneva keskkonnamõju analüüs. 2013. Projekt „Piiriülese Gauja/Koiva vesikonna parema ühise haldamise tegevused“ nr EU 38839. 39 lk. • Ilmatsalu ja Rahinge paisjärvede limnoloogilise seisundi määramine. Vastutav täitja: I.Ott. Eesti Maaülikool, Põllumajandus- ja keskkonnainstituut, Limnoloogiakeskus. 2014. 59 lk. • Kurepalu paisjärve tervendamise eeltööd – limnoloogiline hinnang. Vastutav täitja: I. Ott. Eesti Maaülikool, Põllumajandus- ja keskkonnainstituut, Limnoloogiakeskus. 2014. 43 lk. • Limnoloogiliste uuringute läbiviimine Lahepera järve tervendamiseks. Vastutav täitja: I. Ott. Eesti Maaülikool, Põllumajandus- ja keskkonnainstituut, Limnoloogiakeskus. • Piiri oja ja Sooru paisjärve seisundi uuringud. Vastutavad täitjad: I. Ott, P. Pall. Eesti Maaülikool, Põllumajandus- ja keskkonnainstituut, Limnoloogiakeskus. 2015. 49 lk. Käsikiri Limnoloogiakeskuses.


125

• Roiu paisjärve tervendamise eeltööd – limnoloogiline hinnang. Vastutav täitja: I. Ott. Eesti Maaülikool, Põllumajandus- ja keskkonnainstituut, Limnoloogiakeskus. 2014. 47 lk. • Survetegurid Gauja/Koiva valglapiirkonnas Lätis ja Eestis: uus lähenemisviis ja uus hindamine. 2013. Projekt „Piiriülese Gauja/Koiva vesikonna parema ühise haldamise tegevused“ nr EU 38839. 36 lk.


126

SVEN ORAS TARTU ÜLIKOOL Nanotehnoloogia on tänapäeval kiiresti arenev valdkond ning Tartu Ülikool on üheks kohaks, kus seda tipptasemel uurida saab. Just sellega tegelebki käesoleval hetkel Tartu Ülikooli füüsika doktorant Sven Oras, kelle täpsemaks erialaks on nanotriboloogia. Sveni motiveerib soov saada avastada, milliste seaduste järgi füüsikalised nähtused meie elus toimivad. Eriti just nanoskaalas, kus kõik, mis tavaelust teada on, täpselt samamoodi ei kehti. TalveAkadeemia konkursil osaledes näeb Sven võimalust harjutada oma töö sisu edasi andmist eesti keeles. Vabal ajal tegeleb ta spordiga: teeb ise või korraldab spordivõistlusi teistele.


SVEN ORAS

127

ZNO NANOTRAATIDE MEHAANILISTE JA TRIBOLOOGILISTE OMADUSTE KARAKTERISEERIMINE SEOS SÄÄSTVA ARENGUGA

T

riboloogia puhul on tegemist interdistsiplinaarse teadusharuga, millega tegelevad nii keemikud, füüsikud, materjaliteadlased kui ka insenerid. Definitsiooni kohaselt on triboloogia teadus, mis uurib kontaktis olevate ja üksteise suhtes liikuvate pindade vahel toimuvat. Teostatakse fundamentaaluuringuid saamaks aru, mis protsessid pindade vahel toimuvad ja kuidas nad toimuvad, vaadeldes objekte makroskoopilisest kuni nanoskoopilise skaalani. Samas viiakse läbi ka rakenduslikke uuringuid eesmärgiga tribosüstemi täiustada vastavalt selle rakendusele. Üks aktuaalsemaid nanotriboloogiaga seotud rakendusi on järjest väiksemate elektroonikaseadmete valmistamine. Innovaatilised lähenemised võimaldavad luua seadmeid nagu nutitelefone ja tahvelarvuteid, mille arvutusvõimekus on suurem kui aastakümneid tagasi loodud esimestel lauaarvutitel. Samaaegselt on nende kaasaegsete seadmete mõõtmed kordades väiksemad eelkäijatest. Üks suurimaid probleeme nanoelektromehaaniliste ja mikroelektromehaaniliste süsteemide (NEMS ja MEMS)


128

loomisel on triboloogianähtused nagu adhesioon, ajas kasvav staatiline hõõrdejõud ehk kontaktvananemine ja staatilise ning kineetilise hõõrdejõu suur erinevus. Enamikku nendest nähtustest ei esine makroskoopilistes seadmetes ja kaasnevaid protsesse on siiani vähe kirjeldatud. Seetõttu on nende nähtuste uurimine saanud väga aktuaalseks. Sellest järeldub ka antud uurimisvaldkonna seos säästva arenguga. Järjest suurenevate andmemahtude tõttu on vaja kiiremaid ja väiksemaid seadmeid, mille realiseerimiseks on vaja teada nanoskaalas toimuvate protsesside fundamentaalseid põhjuseid ja nende toimimispõhimõtteid.

SISUKOKKUVÕTE Artikli eesmärk on uurida hõõrdejõudusid fundamentaalsel tasemel võimalikult väikeste kontrollitavate pindalade kaudu. Esmalt valmistati selleks struktureeritud ränipinnad ja ZnO nanotraadid. Traadid kanti alusele tilgutamise meetodil. Järgnevalt viidi läbi traatide 3-punkti paindekatsed aatomjõumikroskoobi (AFM) sees Youngi mooduli määramiseks ja nanomanipulatsioonid skaneeriva elektronmikroskoobi (SEM) sees kogu süsteemi triboloogiliste omaduste uurimiseks. Staatiliste hõõrdejõudude arvutamiseks loodi uus mudel, mis kirjeldab täpsemini traadi ja pinna vahelist interaktsiooni kui eelmised olemasolevad mudelid. Arvutati nanotraatide kineetilised hõõrdejõud pöördliikumisel ja kinnitati, et kineetilised hõõrdejõud on suurusjärkudes madalamad kui staatilised hõõrdejõud samade traatide puhul. Nanomanipulatsioone läbi viies katsetati uut haara ja aseta metoodikat ja leiti, et see pikendab oluliselt manipulatsiooniks kasutatava teraviku eluiga ja võimaldab katsetingimusi paremini kontrollida.

SISSEJUHATUS Üheks levinud katseobjektiks tänapäeva tippteaduses on nanotraat. Selle laius ja kõrgus on nanoskaalas, aga pikkus sellest väljas. See võimaldab


SVEN ORAS

129

nanotraate kergemini mõõta kui näiteks nanoosakesi. Traatide jaoks on välja pakutud mitmeid paljulubavaid rakendusi nanotehnoloogias (Lu, 2006; Tian, 2012) ja esimesi NEMS prototüüpe on demonstreeritud (Lee, 2004). Üheks oluliseks NEMSi toimimise aspektiks on süsteemi triboloogiline käitumine nanotraadi liikumisel. On näidatud, et adhesioon ja staatiline hõõrdejõud võivad olla nii tugevad, et traat püsib paindes olles pinnal ilma täiendava liimi või keevituseta (Antsov, 2014). Selline tugev adhesioon võib olla kasuks nanoseadmete konstrueerimisel, kuid samas raskendab liikuvate süsteemide toimimist. Üksikute nanostruktuuride manipuleerimine elektrivälja või mehaanilise teraviku abil on üks levinumaid viise selle triboloogiliste ja mehaaniliste omaduste uurimiseks nanoskaalas. Kui materjalide mehaanilisi omadusi on uuritud palju ja kirjandusest on võimalik leida vastavaid väärtusi, siis triboloogilisi omadusi on oluliselt vähem uuritud. Enamik töid on tehtud tahuliste või sfääriliste osakestega AFM või SEM (Dietzel, 2007, 2008; Nita, 2012) sees. Viimastel aastatel on hakatud tegema ka nanotraatidega seotud triboloogiauuringuid (Bordag, 2007), millel on varasemate katsete ees teatud eelised. Näiteks, kuna nanotraatidel on üks mõõt nanoskaalast väljas, on neid võimalik näha optilise mikroskoobiga ja samuti on lihtsustatud nende mehaaniline manipuleerimine. Lisaks on nanotraatidel täiendav eelis, et nende puhul ei ole vaja välist sensorit jõudude mõõtmisel (Conache, 2009), vaid seda on võimalik arvutada nanotraadi painde järgi. Selles töös kirjeldatakse SEM sees ZnO painutamist haara ja aseta meetodil, võimaldades täpselt määrata traadi ja pinna vahelist kontakti. Sõltuvalt katsetingimustest ja nanotraadi käitumisest on võimalik tulemustest arvutada traadi tugevus või staatilised hõõrdejõud. Samuti mõõdeti esmakordselt kineetilised hõõrdejõud ZnO nanotraadi pöördliikumisel.


130

METOODIKA ZnO nanotraadid on heksagonaalse ristlõikega ja atomaarselt siledate tahkudega (Cui, 2012). Selgelt defineeritud kontaktpindala teeb nad sobilikeks materjalideks triboloogiliste uuringute läbiviimiseks. Mehaaniliselt on nad vastupidavad deformatsioonidele (Dorogin, 2013). ZnO nanotraadid valmistati solvotermilisel meetodil (Šutka, 2015) ja neid karakteriseeriti SEM ja läbivalgustava elektronmikroskoobi (TEM) sees ( joonis 1).

Joonis 1: SEM (a), (b) ja TEM (c), (d)

Uuringute jaoks on tarvis, et traadid pole mitte lihtsalt siledal ränipinnal, vaid need paiknevad tühimike ääres. Katsetingimuste realiseerimiseks otsustati olemasolevat räni söövitada. ZnO traadid kanti substraadile lahusest tilgutades, millest tulenes traatide suvaline paigutus substraadil. Katsete jaoks otsiti kahes erinevas konfiguratsioonis nanotraate: traat asetseb täies ulatuses üle kogu tühimiku või traat on poolrippuvas asendis üle tühimiku. Esimesel juhul on võimalik mõõta traatide Youngi


SVEN ORAS

131

moodulit 3-punkti paindel. Need katsed viidi läbi AFMis (Dimension Edge, Bruker), kasutades teravikke (PPP-NCHR, Nanosensros) jõuteguriga 50 +- 2.5 N/m. Iga teraviku individuaalne jõukonstant arvutati konkreetse teraviku geomeetriast lähtuvalt (Clifford, 2005). Teisel juhul on võimalik mõõta kas hõõrdejõudusid traadi ja pinna vahel või traadi tugevust sõltuvalt traadi käitumisest. Need katsed viidi läbi SEMis (Helios Nanolab, FEI), kasutades polaar-koordinaatidega manipulaatorit (MM3A-EM, Kleindiek), mille külge kinnitati AFM teravik (ATEC-CONT, Nanosensors). Hõõrdejõud arvutati matemaatiliste mudelite baasil tarkvaraga COMSOL Multiphysics 5.2 kineetilise hõõrdejõu korral ja Wolfram Mathematica 8 staatilise hõõrdejõu korral. Töö autor osales katsete planeerimisel, viis läbi hõõrdejõudude mõõtmised ja arvutused ning osales andmete analüüsimisel.

TULEMUSED JA ANALÜÜS YOUNGI MOODULI ARVUTAMINE Süsteemi triboloogilise omaduste uurimiseks on vaja teada materjali mehaanilisi omadusi, mida väljendatakse Youngi mooduliga. Selle väärtus on kirjanduse andmetel varieeruv, muutudes vahemikus mõned kümned (Song, 2005; Desai 2007) kuni sajad GPa (Chen, 2006; Stan 2007). Seetõttu oli tarvis konkreetsete traatide jaoks mõõta nende Youngi moodul. Meetodiks valiti 3-punkti paine, sest seda loetakse üheks kõige usaldusväärsemaks 1-dimensionaalsete materjalide mehaaniliste omaduste uurimismeetodiks. Youngi moodul avaldub katsest järgmise valemi kaudu (Polyakov, 2014):


132

,kus F on nanotraadile mõjuv jõud, L on nanotraadi rippuv osa, d on nanotraadi keskpunkti paine, A on ristlõike pindala ja I on inertsmoment. Tulemused on avaldatud joonisel 2. Katsete käigus mõõdeti 21 erineva diameetriga ZnO nanotraadi Youngi moodulid. 40 nm väiksemate diameetrite puhul on näha selget Youngi mooduli väärtuste kasvu, mida tuntakse nähtusena suuruse-efekt. Saadud tulemused on kooskõlas makroskoopilise ZnO Youngi mooduli väärtusega, kuid suurem kui enamikus ZnO elastseid omadusi uurivates töödes. Mõõdetud Youngi mooduli väärtusi kasutati järgnevates peatükkides erinevate triboloogiliste omaduste arvutamisel.

Joonis 2: Youngi mooduli väärtused. Siniste täppidega on 21 mõõdetud traadi väärtused ja punase joonega on lähenduskõver.

SEM-MANIPULATSIOON ZnO nanotraatide triboloogiliste omaduste uurimiseks teostati nende mehaanilist manipuleerimist SEM sees. Eksperiment kujutab endast poolrippuva nanotraadi painutamist ning paindeprofiilist jõudude arvutamist. Nagu eelnevalt mainitud, on traatide paigutus substraadil juhuslik ja õiges konfiguratsioonis traatide leidmine on ebatõenäoline. Seetõttu on nendes katsetes kasutatud „haara ja aseta“ katsemetoodikat. Teravikuga tõstetak-


SVEN ORAS

133

se pinnalt traat üles, asetatakse tühimiku äärde nii, et kontaktpindala on soovitud suurusega ja seejärel on võimalik paindekatse läbi viia. Võimalik on traadi käitumine 4 erineval moel. Traat murdub – traadi profiilist vahetult enne murdumist saab arvutada traadi tugevuse. Traat nihkub painde tõttu ja taastub esialgne kuju – sellisel juhul saab arvutada hõõrdejõud traadi ja räni vahel. Traat liigub konstantse paindega – sel juhul on võimalik arvutada kineetilised hõõrdejõud. Traat lendab minema ja mõõtmist ei toimu. Traadi tugevus Nanotraadi tugevuseks loetakse selle maksimaalset mehhaanilist sisepinget enne purunemist. Selle leidmiseks fikseeritakse traadi kõverusraadius maksimaalse painde korral, kui traat on veel ühes tükis. Mehaaniline pinge arvutati valemiga (Smith 2010):

Kus E on Youngi moodul, d on nanotraadi diameeter ja κ on painde kõverusraadius. Arvutatud nanotraadi tugevuse väärtused on joonisel 3. Lisaks on graafikule kantud ka E/10 väärtused (Ashby, 2009, Hirth 1982), mis on kvalitatiivsetel alustel nanotraadi tugevuse hindamise meetodiks. Saadud tugevuse väärtused viitavad vähestele defektidele nanotraadis. Tulemuste suur hajuvus on üldiselt tüüpiline nanomaterjalidele ja ka poolrippuvale konfiguratsioonile, kus pingete jaotus on väga ebaühtlane (Hoffmann, 2006; Lu, 2008).


134

Joonis 3: Nanotraadi tugevus (sinised ringid) ja E/10 väärtused (punased kolmnurgad)

STAATILINE HÕÕRDEJÕUD Staatiliste hõõrdejõudude mõõtmiseks loodi esmalt uus traadi ja substraadi vaheline kontakt. Selleks murti traadist sobiliku pikkusega jupp (mille käigus sai ka tugevust mõõta) ja asetati see uue tühimiku äärele. Seejärel painutati traati, kuni see liikuma hakkas. Kui traat säilitas liikumisel oma profiili, oli võimalik lisaks staatilisele hõõrdejõule mõõta ka kineetilist hõõrdejõudu. Kui traat võttis pärast painutamist jälle sirge kuju, oli võimalik katset korrata ja uuesti sama traadi staatilist hõõrdejõudu mõõta. Sarnaselt tugevusega arvutati traadi hõõrdejõudu paindeprofiilist. Eeldati, et pinge piirpindadel ja hõõrdejõud on ühtlaselt jaotunud üle kogu traadi. Loodi lõplike elementide meetodil baseeruv mudel, mille keskmeks on prismaatiline heksagonaalne nanotraat. Traadi parameetrid (pikkus, diameeter, Youngi moodul) võeti katseandmetest. Lõplike elementide meetodi (FEM) simulatsioonist selgus, et varasemad eeldused staatilise


SVEN ORAS

135

hõõrdejõu ühtlase jaotumise kohta ei pea paika ja hõõrdejõud on painutamisel lokaliseeritud. Staatilist hõõrdejõudu traadi ja pinna vahel saab vaadelda kui mõra propageerimist. Mõra tekkimisel liigub see mööda traati edasi ja järjest suurem osa traadist tuleb pinna küljest lahti. See tähendab, et staatilised hõõrdejõud on suuremad, kui varem arvati. Arvutades ühe traadi jaoks hõõrdejõu vanal meetodil (Dorogin, 2013), oli tulemuseks 31 MPa samas kui FEM mudeliga saadud tulemus on 1,8 GPa. Kuigi kahe suurusjärguline erinevus paneb alguses kahtlema uue mudeli tõesuses, kinnitab tulemuste paikapidamist traatide käitumine katsetes. Esiteks, traatide profiilid tugevuskatsetes ja hõõrdejõu katsetes on sarnase paindega. Järelikult peaksid ka saadud jõuväärtused olema ligikaudu sama suured. Teiseks, ei sõltu uue mudeli järgi staatilised hõõrdejõud kontaktis oleva osa suurusest. Seda kinnitab ka eksperimentides nähtud traadi käitumine, kus traat tuleb lahti sammhaaval ( joonis 4). FEM mudeli järgi on joonisel 4 oleva traadi hõõrdejõud järjest paremalt vasakule 5,7/6,6/6,9/5,7/5,1 GPa. Kolmandaks, sarnaselt teiste varasemate töödega, oli ka nendes katsetes näha olulist erinevust staatiliste ja kineetiliste hõõrdejõudue väärtuste vahel.

Joonis 4: Sammhaaval toimuv staatilise hõõrdejõu mõõtmine. Nool näitab kohta, kus kontakt pinnaga lõppeb.


136

KINEETILINE HÕÕRDEJÕUD Kui traat liigub painutamisel oma sirget kuju taastamata, pööreldes konstantse paindega, on võimalik arvutada traadi kineetiline hõõrdejõud pöördliikumisel. Sellisel juhul on võimalik käsitleda kineetilist hõõrdejõudu kui piirpindade vahelist pinget jagatud kontaktpindalaga (praegusel juhul traadi alumise külje pindala). Saadud kineetilised hõõrdejõud on suure hajuvusega ( joonis 5), kusjuures enamik väärtusi jäi alla 15 MPa. Osadel juhtudel oli traadi paine pöörlemisel nii väike, et kasutatud meetodiga ei olnud võimalik hõõrdejõudu määrata. Sellisel juhul märgiti hõõrdejõu väärtuseks <1 MPa. Saadud tulemused on heas kooskõlas eelnevate töödega. Tulemuste suure hajuvuse põhjuseks on lokaalsete pinnakumeruste ja defektide jaotus nii traadi kui ka ränialuse pindadel. Kuna pindadevahelist adhesiooni põhjustaval Van der Waalsi jõul on väga lühike toimepikkus, saavad üksikud ebatasasused pindadel konktala oluliselt vähendada ja seega vähenevad ka hõõrdejõud. Nanotraatide puhul on TEM piltidel võimalik näha defekte traadi pinnal, mille jaotus erineb traadilt-traadile. Ränialuste keskmiseks pinnakareduseks mõõdeti 0.3 nm. Kuigi see on üpris sile, siis sellest ei piisa, et võtta traadi ühe tahu pindala võrdseks kontaktpindalaga. Võrdluseks, atomaarselt sileda räni keskmine pinnakaredus on 0,04 nm ja HOPG-i 0,03 nm (Yang, 2008). Kuigi katsete tegemine atomaarselt siledate katseobjektidega annaks olulist infot hõõrdejõudude fundamentaalsetest põhjustest, vastavad selle töö katsetingimused pigem reaalsete tingimustele NEMS-des. Lisaks tuleb ära mainida, et kineetilise hõõrdejõudude eksperimendis ei ole arvestatud liikumise kiiruse mõju hõõrdejõule. On näidatud, et kineetiline hõõrdejõud võib teatud juhtudel sõltuda liikumiskiirusest (Bennewitz 1999). Siin töös tehtud katsetes liikus traate liigutav teravik konstantse kiirusega 100 nm/s. Kuid erinevad osad traadist liiguvad erineva kiirusega, sõltuvalt nende kaugusest pöördeteljest. Lisaks sellele varieeruvad nii adeheerunud kui ka poolrippuvate traadiosade pikkused, mis teeb reaalsete kiiruste arvutamise iga traadi jaoks


SVEN ORAS

137

ajamahukaks. Seetõttu loetakse nanotraadi pöörlemise kiiruse erinevuse mittearvestamist üheks katsetulemuste hajumise põhjuseks.

Joonis 5: Kineetiliste hõõrdejõudude statistiline jaotus.

JÄRELDUSED Käesolevas töös viidi läbi ZnO nanotraadi tribomehaanilisi uuringuid traati poolrippuvas asendis painutades. Paindeprofiilist arvutati hõõrdejõud, kasutamata välist jõusensorit. Loodi uus FEM-simulatsioonidel põhinev mudel, mis hindab reaalsemalt staatiliste hõõrdejõudude suurust kontaktis ja näitab nende lokaliseeritust. Saadud tulemus on oluline liikuvaid osasid sisaldavate NEMS valmistamisel tulevikus, sest staatiliste hõõrdejõudude alahindamine vähendab mitmete praeguste prototüüpide eluiga. Samuti saab tehtud töös järeldada, et „haara ja aseta“ meetodi kasutamine võimaldab pikendada nanomanipulaatori eluiga. Selline lähenemine võimaldab täpselt paigutada nanotraati substraadile seega võimaldades väga täpselt määrata katsetingimusi. Kui praeguses töös piirduti üht nanotraati sisaldava süsteemiga, siis tulevikus on sama lähenemisega võimalik realiseerida palju keerukamaid katsetingimusi.


138

KASUTATUD KIRJANDUS • Antsov M., Dorogin L., Vlassov S., Polyakov B., Vahtrus M., Mougin K., Lõhmus R. & Kink I. 2014. Analysis of static friction and elastic forces in a nanowire bent on a flat surface: a comparative study Tribol. Int. 72 31–4 • Ashby M. F., Messler R. W., Asthana R., Furlani E. P., Smallman R. E., Ngan A. H. W., Crawford R. J. & Mills N. 2009. Engineering Materials and Processes Desk Reference. Waltham, MA: Butterworth-Heinemann • Bennewitz R., Gyalog T., Guggisberg M., Bammerlin M. & Meyer E. 1999. Atomic-scale stick-slip processes on Cu(111) Phys. Rev. B 60 301– 4 • Bordag M., Ribayrol A., Conache G., Fröberg L. E., Gray S., Samuelson L., Montelius L. & Pettersson H. 2007. Shear stress measurements on InAs nanowires by AFM manipulation Small 3 1398–401 • Chen C., Shi Y., Zhang Y., Zhu J. & Yan Y. 2006. Size dependence of Young’s modulus in ZnO nanowires Phys. Rev. Lett. 96 75505 • Clifford C. A. & Seah M. P. 2005. The determination of atomic force microscope cantilever spring constants via dimensional methods for nanomechanical analysis Nanotechnology 16 1666–80 • Conache G., Gray S. M., Ribayrol A., Fröberg L.E., Samuelson L., Pettersson H. & Montelius L. 2009. Friction measurements of InAs nanowires on silicon nitride by AFM manipulation Small 5 203–7 • Cui J. 2012. Zinc oxide nanowires Mater. Charact. 64 43–52 • Desai A. V. & Haque M. A. 2007. Mechanical properties of ZnO nanowires Sensors Actuators A 134 169–76


SVEN ORAS

139

• Dietzel D., Mönninghoff T., Jansen L., Fuchs H., Ritter C., Schwarz U. D. & Schirmeisen A. 2007. Interfacial friction obtained by lateral manipulation of nanoparticles using atomic force microscopy techniques J. Appl. Phys. 102 12–7 • Dietzel D., Ritter C., Mönninghoff T., Fuchs H., Schirmeisen A. & Schwarz U. D. 2008. Frictional duality observed during nanoparticle sliding Phys. Rev. Lett. 101 125505 • Dorogin L. M., Vlassov S., Polyakov B., Antsov M., Lõhmus R., Kink I. & Romanov A. E. 2013. Real-time manipulation of ZnO nanowires on a flat surface employed for tribological measurements: experimental methods and modeling Phys. Status Solidi 250 305–17 • Hirth J. P. & Lothe J. 1982. Theory of Dislocations. New York: Wiley • Hoffmann S. et al 2006. Measurement of the bending strength of vapor−liquid−solid grown silicon nanowires Nano Lett. 6 622–5 • Lee S. K., Choi H. J., Pauzauskie P., Yang P., Cho N. K., Park H-D., Suh E. K., Lim K. Y. & Lee H. J. 2004. Gallium nitride nanowires with a metal initiated metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) approach Phys. Status Solidi B 1 2775–8 • Lu W., Lieber C. M. 2006. Semiconductor nanowires J. Phys.D: Appl. Phys. 39 387–406 • Lu C. 2008. On the bending strength of ZnO nanowires Phys. Lett. A 372 6113–5 • Nita P., Casado S., Dietzel D., Schirmeisen A. & Gnecco E. 2013. Spinning & translational motion of Sb nanoislands manipulated on MoS2 Nanotechnology 24 325302 • Polyakov B., Antsov M., Vlassov S., Dorogin L. M., Vahtrus M., Zabels R., Lange S. & Lõhmus R. 2014. Mechanical properties of sol–gel derived SiO2 nanotubes Beilstein J. Nanotechnol. 5 1808–14


140

• Smith D. A., Holmberg V. C. & Korgel B. A. 2010. Flexible germanium nanowires: ideal strength, room temperature plasticity, and bendable semiconductor fabric ACS Nano 4 2356–62 • Song J., Wang X., Riedo E. & Wang Z. L. 2005. Elastic property of vertically aligned nanowires Nano Lett. 5 1954–8 • Stan G., Ciobanu C. V., Parthangal P. M. & Cook R. F. 2007. Diameterdependent radial and tangential elastic moduli of ZnO nanowires Nano Lett. 7 3691–7 • Šutka A., Timusk M., Döbelin N., Pärna R., Visnapuu M., Joost U., Käämbre T., Kisand V., Saal K. & Knite M. 2015. A straightforward and ‘green’ solvothermal synthesis of Al • doped zinc oxide plasmonic nanocrystals and piezoresistive elastomer nanocomposite RSC Adv. 5 63846–52 • Tian Y., Bakaul S R, Wu T. 2012. Oxide nanowires for spintronics: materials and devices Nanoscale 4 1529–40 • Yang S., Kooij E. S, Poelsema B., Lohse D. & Zandvliet H. J. W. 2008. Correlation between geometry and nanobubble distribution on HOPG surface Europhys. Lett. 81 64006


SVEN ORAS

141


142

JEKKI AUGUSTIINUS RJAZIN TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Läänemere jäisus on midagi sellist, mis tõenäoliselt jätab ühe keskmise Eesti kodaniku külmaks. Tartu Ülikooli maateaduse doktorandi Jekki (kodanikunimega Jevgeni) Rjazini jaoks on see kujunenud aga praeguseks uurimisteemaks. Jekki soovib end arendada haritlasena. Eriti paelub teda erinevate kirjelduste tähenduste leidmine ja moodustamine. Talveakadeemiast motiveeris Jekkit osa võtma peamiselt võistlushimu ning soov näha, millega ka kolleegid tegelevad. Vabal ajal Jekkii suhtleb, sõitleb ja muidu rändleb. Samuti purjetab maailmavõrgus.


JEKKI AUGUSTIINUS RJAZIN

143

JÄÄOLUDE KARMUSE MÄÄRAMINE - KAS JÄÄD JÄTKUB LÄÄNEMERE JÄÄ TÄHTSUS JÄTKUSUUTLIKULE ARENGULE

A

asta-aastalt kasutavad Läänemeremaade inimesed üha ulatuslikumalt merd ressursina nii majanduses kui ka vabaaja tegevustes. Merejää on oluliseks transporditeguriks, takistades talviti meresõitu ja samas võimaldades ulatusliku ja tugeva jäätumise ajajärkudel sõidukite liiklust jääteedel. Ka määravad jääolud veekogu elustiku vegetatsiooni tingimusi. Jääkatte tekkimine muudab oluliselt vee-elustiku elutingimusi. Veetemperatuur määrab enamuse bioloogiliste protsesside intensiivsust vees, soojusrežiimi muutus (näiteks jää kadumise ajastus), võib otseselt reguleerida liikide kasvu ja taastootmise taset (Jørgensen, 1994). Inimesed uisutavad jääl ning püüavad jääaukudest kalu. Ligi 30% Eesti elanikkonnast tegelevad kas kutselise või harrastuskalapüügiga. Hoidmaks Läänemere ressursse, sealhulgas jääkatet, vajame teadmisi jää käitumise põhjuslikest seostest. Need teadmised võimaldavad meil Läänemerd jätkusuutlikult kasutada ja seda tulevastele põlvedele pärandada.


144

KOKKUVÕTE Uuringus on kaugseire andmete alusel jääsisaldusest Läänemerel arvutatud jääulatused päevade kaupa vahemikus 1981/82 kuni 2014/15. Tegime kindlaks iga talve suurima jääulatuse, samuti asutasime jäähooaja uue iseloomusti – hooaja jääulatuste summa, ning arvutasime suuruste suhtelised väärtused. Suurima jääulatuse (Umax ) ja hooaja jääulatuste summa (JUSS) põhjal tuvastasime karmid jäähooajad. Valimi karmimaks hooajaks on 1986/87. Veel osutusid karmiks: 1981/82, 1984/85, 1985/86, 1995/96 ja 2002/03. Seega hooaja jääulatuste summa järgi 34-st hooajast 6 on Läänemerel karmid. Samas suurima jääulatuse alusel on karme talvi 4. Niisiis selgus uuringu tulemusel, et karme jäähooaegu on rohkem, kui seni on suurima jääulatuse järgi määratud. Uuringu tulemuste põhjal jaotuvad karmid jäähooajad oma iseloomu poolest kolme tüüpi: - üheselt karmid – mõlemad näitajad ületavad karmuse kriteeriumi (JUSS > 73% ja Umax > 73%); siia kuuluvad 1984/85, 1985/86 ja 1986/87 – kolm talve järjest; - võrdlemisi kestva jääkattega – jääulatuste summa ületab karmuskriteeriumi (JUSS > 73%), aga suurim jääulatus karmuseni ei küüni ( Umax < 73%): 1981/82, 1995/96 ja 2002/03; - võrdlemisi heitliku jääkattega – suurim jääulatus annab liigitada karmiks ( Umax > 73%), aga hooaja jääulatuste summa karmuse kriteeriumi ei ületa (JUSS < 73%); niisuguseks osutub talv 2010/11. Uuringus on võrreldud jääolude kahe karmusnäitaja sobivust jäähooaegade kirjeldamiseks. Jääolude uurimisel enim kasutatud jääulatus kirjeldab hooaega pädevalt. See suurus Läänemerel ligikaudu langeb kokku jääpindalaga. Jäätunud alal on jää tihe, keskmine jääsisaldus vaadeldud ajajärgul oli 71 82%.


JEKKI AUGUSTIINUS RJAZIN

145

Jääulatuste suhteline summa (JUSS) erineb märkimisväärselt (üle 10%) suurimast jääulatusest (Umax ) 11 hooajal (32% valimist). Suurima ulatuse eeliseks on tema lihtsus, seda saab rekonstrueerida ajas tagasi kaudsete näitajate põhjal, et analüüsida pikki aegridu. Ka võimaldab selle suurusega arvestamine ennustada. Suurima jääulatuse puuduseks hooaja kirjeldamisel on see, et nimetatud näitaja ei võimalda eristada lühiajalist jääkatet pikemaaegsest. Mõnel hooajal olulise osa jääkattest moodustas värske jää (niilas). Suur jääulatus võib ilmneda vaid mõnel päeval, kus jää korraks tekib ja peatselt kaob; see jää on üsna õhuke. Niisuguseid hooaegu ei arvesta uuringu autorid karmiks. Hooaja jääulatuste summa kasutuselevõtt võimaldab jäähooaegade karmust tasakaalukamalt määrata, kuna nimetatud suurus võtab arvesse jääkatte ulatust ruumis ja selle kestust ajas ning võimaldab vältida liigse kaalu omistamist jääkatte lühiaegsetele muutustele. Aga jäähooaja käsitlus kahe karmusnäitaja väärtuste võrdlusel avab jääkatte iseloomu, mis annab uue kvaliteedi jäähooaegade kirjeldamisel. Ilmastu aegridade vaatlusel saame esile tuua omadusi, millised ei ilmne eraldi Umax-i alusel hooaegu käsitledes.

SISSEJUHATUS Ilmastik põhjustab merejää teket, samas jääolud mõjutavad olulisel määral ilmastikku. Jää käitumine on tähtis talvisele meresõidule ja mõjutab energiavahetust looduses. Läänemere mitmes piirkonnas; Soome, Liivi ja Botnia lahel vesi jäätub enamikul talvedel. Jääkatte ulatus ja kestus on talve karmuse mõõduks. Kui jäätingimused Läänemerel on karmid, siis kohaldavad riikide veeteede ametid sadamatele piiranguid. Läänemere Keskkonna Kaitse Komisjon (HELCOM), Euroopa Keskkonnaagentuur ja jääteenistused kasutavad oma aruannetes jääolude karmuse määratlemiseks jääkatte suurimat ulatust (Umax). Läänemere piirkonnas kasutatakse jääkarmuse klassi määrami-


146

seks suurima jääulatuse põhjal Seinä - Palosuo (1996) kriteeriume. Karmiks või ülikarmiks loetakse hooaeg, kui jääulatus ületab 73% Läänemere pindalast. Lisaks suurimale jääulatusele on jäähooaegade karmuse määramiseks kasutatud erinevaid suuruseid ja definitsioone. Liitunud pindalade jäämahtu (accumulated areal ice volume) (Koslowski, 1989) kui ka jääkarmuse näitajat (ice severity index) (Sztobryn, 2009) on määratud vaatlusjaamade andmete põhjal. Schmelzer kasutab jäähooaegade kirjeldamiseks nii suurimat jääulatust, liitunud pindalade jäämahtu (Nusser, 1948), kui ka jää-karmuse näitajat (ice severity index) (Schmelzer, Holfort 2011). Jäähooaegade karmust on uuritud ka jääkatte tekke ja kadumise aegade kaudu (Jaagus 2006, Jevrejeva 2001). Ometi ei osuta Umax kõigile rasketele jäähooaegadele. Samas liigitub selle järgi karmiks mõni selline talv, millal jääkate jäi osadel merealadel lühiajaliseks. Näiteks talvel 2002/03 olid jääolud sedavõrd rasked, et Läänemerel oli erakordselt palju (98) laevaõnnetusi (Hänninen, 2003). Teistel talvedel, viimase 16 aasta jooksul, on jääga seotud laevakahjustuste hulk jäänud alla 30 (Soome Veeteedeamet). Külmapäevade temperatuurisumma (sum of negative degree days) absoluutväärtus Soome lahel oli 2 korda suurem kui keskmisel talvel (Pärn, 2011). Samas suurima jääulatuse põhjal määrati see „karm” talv vaid keskmiseks. Uuringus on tuvastatud veel taolisi jäähooaegu, millal jääkate püsis suuremal merealal pikemat aega, aga suurim jääulatus ei küündinud väga suurte väärtusteni. Suurima jääulatuse alusel karmiks liigitatud talvel 2010/11 oli suurim jääulatus 309,000 km² 25. veebruaril. Kaugseireandmetest selgub, et tippulatusega jääkate kestis 4 päeva. Tipphetkele eelnes ja järgnes kiire muutus, nelja päevaga enam kui 15%. Jääkatte suurim ulatus annab jääolukarmusest teatud ülevaate, siiski ei kajasta see suurus jääkatte püsimist. Uuritud päevaste jääulatuste ja talve kestuse põhjal ilmneb, et jääkatte suurim ulatus ei ole piisavalt esinduslik suurus jääolude karmuse iseloomustamiseks.


JEKKI AUGUSTIINUS RJAZIN

147

Kaasaegne vaatluste tehnoloogia võimaldab saada andmed Läänemerest tervikuna. Kaugseire annab jääsisalduse päevased jaotused üle Läänemere, mille alusel saab arvutada päevased jääulatused. Nii jääkarmuse näitaja kui ka liitunud pindalade jäämaht aga üldistatakse üksikute kohalike vaatlusandmete põhjal. Kliimauuringutes kasutatud suurus, jääkarmuse näitaja, kirjeldab jäähooaega ajalise tervikuna (ühe arvuga), kuid ei ava jäähooaja ajalist kulgu. Liitunud pindalade maht aga kirjeldab hooaja iseloomu ning see suurus ongi eeskujuks hooaja jääulatuste summale. Uuringu eesmärk on jäähooaegade karmuse täpsem määramine, arvestades nii jääkatte ulatuse kui ka kestusega. Hooaegade kirjeldust täiendab oluliselt käesolevas uuringus kasutatud suurus – hooaja jääulatuste suhteline summa (JUSS). Töös uuritigi jääolude karmust nii suurima jääulatuse (Umax) kui ka hooaja jääulatuste summa kaudu. Kasutati jääsisalduse kaugseire andmeid aastatel 1982 – 2015 (Copernicus Marine Environment Monitoring Service).

ANDMED JA MEETODID UURINGU LÄHTEANDMED JA KASUTATAVAD SUURUSED Kasutatud on Euroopa geofüüsikaliste vaatluste (Copernicus Marine Environment Monitoring Service) programmi raames Taani Meteoroloogiainstituudi poolt avaldatud infrapunasatelliidiülesvõtetel (võrgusammuga ca 1.5 x 3 km) põhinevaid andmeid jääsisaldusest Läänemerel 1982 – 2015. See uuring käsitleb üksnes jääga kaetud Läänemere alasid. Jääpindala (ice area) on akvatooriumi jääga kaetud osa pindala. Läänemere jääteenistused määratlevad jääulatuse kui merealade kogupindala, kus jääsisaldus (ice concentration) on vähemalt 10%. Kui jääsisaldus on 100%, siis jääulatus ja jääpindala langevad kokku. Muidu on jääpindala alati jääulatusest väiksem.


148

Päevased jääulatused arvutatakse jääsisalduse päevaste jaotuste alusel üle kogu Läänemere. Jääulatus saadakse, kui liidame kõigi jääga kaetud võrgusilmade pindalad. Jääga kaetuks loetakse võrgusilm, kus jääsisaldus on vähemalt 10%. Jäähooaeg hinnatakse karmiks, kui JUSS-i või Umax-i väärtus ületab 73%.

HOOAJA JÄÄULATUSTE SUMMA Seame sisse hooaja jääulatuste summa, et liigitada jäähooaegu karmuse astme alusel. See suurus arvestab jääkatte ulatusega alates jää tekkest kuni sulamiseni. Uuringus on esitletud nii suurima jääulatuse kui ka JUS-i suhtelised väärtused (JUSS) protsentides. Mõlema mõõdu suurim väärtus aastatel 1982 – 2015 oli hooajal 1986/87. Sel talvel jäätus 407 000 km2, mis moodustab 97% kogu Läänemere pindalast (hooaeg kestis 165 jääpäeva), JUSS väärus oli 38744970 km2. Nimetatud hooaeg on võetud käesoleva uuringu reeperiks. Jäähooaegade karmuse mõõtude väärtused on väljendatud protsentidena vastava suuruse suurimast ehk reeperväärtusest.

TULEMUSED JÄÄHOOAEGADE LIIGITAMINE Jääolude uurimisel on jääulatuse mõistet kasutatud rohkem kui jääpindala. Arvutasime nende suuruste suhted. Keskmine jääsisaldus vaadeldud ajajärgul jäi vahemikku 71 – 82%, seega on nende suuruste väärtused Läänemerel küllalt lähedased. Selles uuringus on karmuse määramisel kasutatud üksnes jääulatuse väärtusi. Esitame jäähooaegade 1981/82 – 2014/15 Umax-i ja JUSS-i väärtused ( joonis 1). Karmideks on hooaja jääulatuste summa alusel liigitatud 6 jäähooaega: 1981/82, 1984/85, 1985/86, 1986/87, 1995/96 ja 2002/03. Talve-


JEKKI AUGUSTIINUS RJAZIN

149

de liigitamisel enim kasutatud suuruse, suurima jääulatuse (Umax), poolest ületavad karmuse piiri ainult 4 talve: 1984/85, 1985/86, 1986/87, 2010/11. Umax-i ja JUSS-i alusel ühiselt karmiks osutusid üksnes 3 hooaega (vt Tabel 1). Nendel talvedel kestis ulatuslik jääkate märkimisväärse aja: 165 kuni 190 jääpäeva. Nendest hooaegadest on 1986/87 uuringu reeperiks, kahel ülejäänul on mõlema mõõdu suhtelised väärtused lähedased (Joonis 1). Jääkatte moodustumine ja kahanemine on nendel hooaegadel peaaegu ühtlane. Jäätumise tipphetk jääb ligikaudu hooaja keskele. Hooaja jääulatuste summa (JUSS) alusel ei andnud karmuse mõõtu hooaeg 2010/11 (Tabel 1).

Joonis 1: Suhteline maksimaalne jääulatus (Umax ) ja suhteline jääulatuste summa (JUSS) aastatel 1982 – 2015.


150

karmid hooajad

Umax-i ja JUSS-i alusel ainult Umax-i alusel ainult JUSS-i alusel

1984/85, 1985/86, 1986/87 2010/11

1981/82, 1995/96, 2002/03

Tabel 1: Karmiks liigitatud hooajad: mõlema suuruse alusel, ainult Umax-i alusel ning ainult JUSS-i alusel.

Suurima jääulatuse alusel jäävad karmuse kriteeriumi alt välja 1981/82, 1995/96, 2002/2003. Nendel hooaegadel ületab JUSS märkimisväärselt Umax -i (Joonis 1). Jääolude karmuse kahe suuruse selline vahekord annab tunnistust, et vastaval hooajal püsis jääkate suuremal merealal pikemat aega. Jooniselt 2 näeme, et päevased jääulatused nendel talvedel jõuavad jäätumise tipphetkeks üsna karmuse kriteeriumi lähedale, kuid ei ületa seda. Tippulatus kestab vähemalt kaks nädalat. Kõik need hooajad on pikad (ca 180 päeva). Mitmel hooajal lahknevad ulatuste summa (JUSS) ja suurima jääulatuse (Umax ) väärtused märkimisväärselt. Näiteks talv 2010/11 määrati Umax -i alusel karmiks, aga JUSS-i alusel jääb see keskmiseks. Talvel 2002/03 suhestuvad JUSS ja Umax vastupidi. Seetõttu võrdleme hooaegu 2002/03 ja 2010/11. Selleks lahutame omavahel kahe hooaja suhtelised päevased jääkatte ulatused ( joonis 3). Umax -i järgi keskmise talve 2002/03 väärtustest lahutame karmi talve 2010/11 väärtused vastavatel kuupäevadel. Jooniselt 3 näeme, et valdavas ulatuses hooajast on „keskmise” talve suhtelised jääulatused suuremad, kui „karmi” omad.


JEKKI AUGUSTIINUS RJAZIN

151

Joonis 2: Jääulatused ainult JUSS-i ( ja mitte Umax -i) alusel liigitatud jäähooaegadel.

140 jääpäeva kestnud hooajal 2010/11 ületas jääulatus vaid neljal päeval karmuse kriteeriumi. Tipphetkele eelnes jääkatte kiire kasv ja järgnes kiire kahanemine. Nendel päevadel oli merel värske jää (niilas), mis peatselt hääbus. Maksimaalse jääulatuse päeval 25.02.2011 ületas enamikul Läänemere jäätunud aladel jääsisaldus kaugseire andmetel 50% (Joonis 4). Aga Ava-Läänemerel (Baltic Proper) oli Rootsi Meteoroloogia ja Hüdroloogia Instituudi (2011) jääkaardi andmetel värske jää. Värskelt tekkinud õhukese jää lühiaegne esinemine ei anna alust seda hooaega karmiks arvestada. Kuigi ca 190 jääpäeva pikkune hooaeg 2002/2003 (SMHI, 2003) jäi suurima jääulatuse poolest karmuse kriteeriumile napilt alla, peavad uuringu autorid seda hooaega siiski karmiks. Suurima jääulatuse päevaks (Joonis 4 a) oli ka Ava-Läänemerel jää saavutanud märkimisväärse paksuse 25 cm (Pärn, Haapala, 2013), ning enamikul selle hooaja päevadel kattis jää suuremat mereala kui 2010/11 (Joonis 4 b).


152

Joonis 3: Suhteliste jääulatuste vahe kogu Läänemerel aastatel 2003 ja 2011. Talve 2010/11 määratletakse maksimaalse jääulatuse (Umax) põhjal karmiks, 2002/03 aga keskmiseks. JUSS-i põhjal liigituvad need talved vastupidi.

Joonis 4: Jääsisalduse jaotus Läänemerel jääkatte suurima ulatuse päeval: 5. märts 2003 ja 25. veebruar 2011. Jääsisaldus (0 kuni 1) on näidatud värvidega.


JEKKI AUGUSTIINUS RJAZIN

153

TÄNUAVALDUSED Käesolev uurimus on toetatud Haridus- ja Teadusministeeriumi institutsionaalse uurimistoetuse IUT 19-6 poolt.

KASUTATUD KIRJANDUS • Copernicus Marine Environment Monitoring Service (CMEMS). Baltic Sea ice products. • Hänninen, S., 2003. Incidents and Accidents in Winter Navigation in the Baltic Sea, Winter 2002/2003. Finnish Maritime Administration Research Report, 54, Helsinki, p 39. • Jaagus, J., 2006. Climatic changes in Estonia during the second half of the 20th century in relationship with changes in large-scale atmospheric circulation. Theoretical and Applied Climatology , 83 , 77–88. • Jevrejeva, S., Severity of winter seasons in the northern Baltic Sea between 1529 and 1990: reconstruction and analysis. Clim. Res. , 2001 , 17 , 55–62. • Koslowski, G., 1989. Die flächenbezogene Eisvolumensumme, eineneue Maßzahl für die Bewertung des Eiswinters an der Ostseeküste Schleswig-Holsteins und ihr Zusammenhang mit dem Charakter des meteorologischen Winters. Dt. hydrogr. Z. 42,61-80. • Nusser, F., 1948. Die Eisverhältnisse des Winters 1947/48 an den deutschen Küsten. Dt. hydrogr. Z. 1, 149- 156.


154

• Pärn, O., 2011. Sea Ice Deformation Events in the Gulf of Finland and Their Impact on Shipping . (Doktoritöö, TTÜ Meresüsteemide Instituut): TTU Press. • Pärn, O., Haapala, J., 2013. Ice deformation in the Gulf of Finland in severe winter 2002/03 . Estonian Journal of Earth Sciences, 62 (1), 15 – 25. • Schmelzer, N., Holfort, J., 2011. Ice winter severity in the western Baltic Sea in the period of 1301-1500: comparison with other relevant data. International Journal of Climatology 31:7, 1094-1098. • Seinä A., Palosuo, E., 1996. The classification of the maximum annual extent of ice cover in the Baltic Sea 1720–1995. Meri 27, Report Series of the Finnish Institute of Marine Research, Helsinki, pp 79–91. • SMHI Ice service, Ice chart, 2003. (20.12.2015). • SMHI Ice service, Ice chart, 2011. • http://www.smhi.se/oceanografi/iceservice/is_prod_en.php (20.12.2015). • Soome Veeteedeameti aruanded aastatest 2000 – 2012. • Sztobryn, M., Schmelzer,N., Vainio, J., Eriksson, P-E., 2009, Sea ice index, Report Series in Geophysics, 82.


NIMI

155


156

SUMMARIES


SUMMARY

157

“SPATIO-TEMPORAL DISTRIBUTION OF GLAZE IN ESTONIA, 2005-2013“ REEMET OKAS

T

his article, titled “Spatio-temporal distribution of glaze in Estonia, 2005-2013“, is the first study of spatio-temporal glaze distribution in Estonia. The analysis bases on spatiotemporal distribution of glaze data obtained from four Estonian Weather Service weather stations from 2005 to 2013. As a result, it was found that during the period 2005–2013 as well as in general glaze was a meteorological phenomenon, which occured in Estonia rather seldomly than frequently. During the nine year period, glaze was registered 314 times. Also, the basic parameters, 14 h of mean occurance and average diameter of 2 mm, of Estonian glaze do not outreach the severe parameters, nonetheless glaze still causes car accidents due to road slickness. In consideration of the whole glaze data of the period from 1950– 2013, there can be found that the parameters of glaze mainly decrease, even though the data from the last decade shows signs of increase in the glaze diameter and thickness. The maximum diameter of glaze during the period from 2005 to 2013 was 15 mm and it was measured in Väike-Maarja weather station. Despite the fact that glaze is a meteorological phenomenon, which methods of measurment are not as technologically advanced as other measurment methods of meteorological phenomenons, for example rain measurment gadgets, are, glaze measuring must be continued. Glaze analysis, especially its time of formation gives valuable information about the occuring fronts and helps to make large-scale climatological conclusions. The biggest problem in Estonian glaze surveying is the deficiency of the data about the biggest islands Hiiumaa and Saarema, North-West,


158

South-West and West continental regions. Glaze surveying must be continued, because the four weather stations, which are situated in the North-, East- and South-Estonia, are not sufficent for far-reaching regional conclusions. Glaze surveying also aids the analysis of the formation of black ice on roads, helping to improve the road maintenance.

SYNTHETIC RECEPTORS SENSING ELEMENTS IN ANION RECOGNITION KRISTJAN HAAV

S

ynthetic receptor based chemistry is a fastly growing field in supramolecular chemistry. In terms of analytical chemistry the ability of a receptor to recognize and bind a specific species is particularly interesting. Chemical samples are usually complex and besides target analytes, there are numerous other species that can potentially interfere with the analytical detection. Instrumental methods are capable of detecting analytes both in low quantities and with high selectivity. Methods used for organic molecules are based on LC-MS or GCMS (liquid chromatography â&#x20AC;&#x201C; mass spectrometry or gas chromatography â&#x20AC;&#x201C; mass spectrometry). As samples are usually in the form that can not be injected straight to instrument, sample preparation is needed. This makes these methods expensive, difficult to carry out and capricious. Chemical sensors that could be inserted directly into sample would not require sample preparation. If a sensor is composed of receptors with reasonably high sensitivity and selectivity then it could become a usable tool to detect analytes in complex samples. Design and synthesis of syn-


SUMMARY

159

thetic receptors is the first step process in chemical sensor construction. A good receptor molecule would bind target anion reversibly, high sensitivity and selectivity. For reversible binding non-covalent interactions like hydrogen bonding or on-ion are used. Achieving both high selectivity and sensitivity is where the major challenge begins. It can often happen that when analyte is bound sensitively then selectivity suffers and vice versa. Carboxylate anions as target analytes in supramolecular analytical chemistry introduce a diverse class of potential analytes. They all bear the carboxylate group which can be linked to a variety of organic groups. In biological systems carboxylates are present as amino acids, fatty acids and metabolites (eg. in citric cycle). Further, they have found use in drug development (e.g., nonsteroidal antiflammatory drug like ibuprofen). The goal of this work was to investigate the binding of a variety of neutral hydrogen bond donor (HBD) based synthetic receptors towards small carboxylate anions (acetate, trimethylacetate, benzoate and lactate). 38 different urea, carbazole, indole, and indolocarbazole based receptors were included. Binding was studied experimentally via 1H NMR based relative binding affinity measurement method in DMSO-d6:H2O (99.5 % : 0.5 % m/m). Results show that the number of hydrogen bond donor groups and their spatial arrangement is important. It is good when HBD groups are “prepositioned”, then there is smaller energetical penalty when they have to readjust to bind the carboxylate anion. Binding is also strongly influenced by anion basicity. This effect is quite overwhelming as anions are bound mainly in the order of their basicity (trimethylacetate > acetate > benzoate > lactate). Further, anion hydrophobicity/hydrophilicty has affect on binding. More hydrophobic carboxylates like benzoate and trimethylacetate seem to bind more preferentially to receptors having hydrophobic sidechains. Principal component analysis of binding data shows that receptors with similar structures group together. Results presented in this work are an improtant step further in the design of carboxylate binding receptors. In addition, presented structur-


160

al features of receptors can be used as building blocks in the design of more sensitive and selective carboxylate anioon binding receptors.

HOLY CODE AND THE PARADOX OF FREEDOM TÕNIS JÜRGENS

S

ince the mid-20th century, a certain kind of technological optimism has taken root in our progressive, technologically advanced civilisation, which seems to promise social and – in its more radical ideological branchings – even biological emancipation for all of mankind. There is, however, an implicit controversy within the heart of this technological determinism and its regarding concept of freedom. This paper provides an analytical and critical overview of the concept – and viability – of emancipation within the context of what the author terms as the cybernetic ethos. We will specifically be looking into a more extreme variation of the cybernetic discourse, the transhumanist movement, and also the virtual class, which spawned during the 1970s, in Silicon Valley, as a strange meeting of the now-jaded members of the 1960s (psychedelic) counterculture and a rising tide of believers in neoliberal capitalism. The author gives a brief historic overview on how the cybernetic ethos has cultivated fertile theoretical ground for the promise of the technological emancipation of mankind and the rise of a non-hierarchical, self-regulating global virtual community – or, an ecotopia. This, in turn, is connected to the popularisation of transhumanism as an ideological movement. In addition to the social emancipation of mankind, transhu-


SUMMARY

161

manism makes a hypothetical case for the biological liberation of humanity, which, as it were, would mean the refutation of the mortality of the human body via transferring the subjective mind of a person into a computer. This paper examines the inherent paradox of this dream of emancipation and immortality. As a theoretical approach, the author utilises Tim Ingold’s (2002) dualistic ontological approaches: building and dwelling. “Building” is derived of Cartesian ontology, which separates the mind from the body. As an ontological approach, “building” regards the body as a set of sensors, which serve to gather data from the external world and forward this information to the mind. Within this approach, the mind is considered to be akin to a digital computer, which processes data and, accordingly, creates re-presentations of the environment and projects these onto the world as sort of layers of meaning. As such, the “building” perspective strongly connotes the cybernetic ethos, which basically interprets human beings as machines; it’s a rigid, linear, causal way of thinking, which – in a vein similar to Marshall McLuhan’s (1995[1964]) idea of the total externalisation of the central nervous system, and the transhumanist aspiration to immortality – renders human consciousness to programmable code. The “dwelling” approach, on the other hand, regards human beings and their surroundings to be in a constant flux of dynamic change; here, mind and body are no longer separated, but together, and form a subjective and corporeal perception of the world, whose dynamics cannot be translated unto cybernetics, neither on a social, individual nor phenomenological level. The final chapter of this thesis explores the relationship between language and code, claiming that, in terms of Ingold’s “building” and “dwelling”, code can be likened to the “building” perspective, while language is more akin to “dwelling”. The total externalisation of one’s central nervous system as proposed by McLuhan and wielded by transhumanists means that human consciousness would be rendered into the linear and superficial logic of code (McLuhan also calls it “spiritual information”), which


162

cannot wholly encapsulate the dynamic relationship between the subject and the world. Transhumanism sees the rejection of the human body as a potential way for spiritual emancipation, but in more practical terms it actually means subjecting one’s consciousness to a narrow and rigid form of sensing the world. While language is, in essence, imperfect, the gaps and discrepancies we find between words enable us to sense a level of nonverbose meaning below language. As such, language connotes to what Maurice Merleau-Ponty would deem as vertical Being(-in-the-World). Within code, however, such gaps and discrepancies only amount to error. While language is also an arbitrary structure of sensing the world, it’s imperfections still allow us to sense certain nether layers of meaning below verbosity, and to create new meaning, while subjecting to code means subjecting oneself to a less expressive and much more functional, i.e. cybernetic, way of perceiving the world. Thus, in the context of Ingold’s dualistic ontological models, “building” – when taken to a certain extreme, as is the case with transhumanism – amounts not to social or biological emancipation for humanity, as humanity, in essence, is lost in translation while the subjective mind is transferred into code and emulated as a complex program. In this sense, in order to sustain one’s humanity, one must also be bound by mortality. The “dwelling” perspective, however, sees mankind’s mortal and corporeal bond with the world as a lifeline; a way of navigating the ever morphing dynamics of our world, defining its implicit vectors of meaning – and a way, accordingly, to a kind of freedom.


SUMMARY

163

DEGRADATION OF EMERGING MICROPOLLUTANT ACESULFAME IN AQUEOUS MATRICES BY UVA-RADIATION-ACTIVATED HYDROGEN PEROXIDE AND PERSULFATE ENELIIS KATTEL

A

rtificial sweeteners have become emerging contaminants in recent 4-5 years. Their occurrence in surface waters, groundwater and wastewater treatment plants is a serious concern since their accumulation in the environment and resistance to biodegradation. Previous studies have shown that radical-based advanced purification of water/wastewater for micropollutants removal is a promising solution. Thus, the UVA-induced H2O2/Fe2+ and S2O82-/Fe2+ processes were applied for the degradation of one of the most widespread artificial sweetener acesulfame (ACE) in aqueous matrices. ACE treatment efficacy was evaluated by the pollutant concentration and total organic carbon (TOC) content decrease during time (120 min). The initial ACE concentration spiked into water was 75 µM. The effect of oxidant concentration (75-1500 µM), ferrous iron concentration (15-150 µM), pH (3, 5.8, 7-8) and water matrix (ultrapure water, groundwater, secondary treated wastewater) was investigated. Irrespective of the process applied, the degradation and mineralization of ACE was significantly influenced by water matrix and pH. The studies about oxidant concentration confirmed that the highest efficacy was achieved by the application of 750 µM H2O2 and S2O82-; for Fe2+, the concentration was 75 µM in both systems. The effect of pH was more significant in the application for WW and GW, where in both cases the pH 3 favoured the complete degradation of ACE. WW and GW treatment at initial pH 7.20 and 7.75 resulted in 4.8-7.7% of ACE degradation. This could be instigated by the neutral pH


164

region and consequently, the formation of non-soluble ferric hydroxocomplexes during oxidation. Also, the inhibitory properties of inorganic ions in the water matrices reduce ACE degradation efficacy. Thus, carefully determined treatment conditions are essential for the target compound elimination and proved that UVA-irradiated oxidation systems allow significant elimination of ACE from water. The results of this study provide valuable knowledge for the elimination of artificial sweeteners as emerging micropollutants from various aqueous matrices and the use of UVA-radiation proposes that the processes applied in this research can be used under natural sunlight to contribute to the sustainable water processing technology.

HERPETOFAUNA OF VIIMSI PENINSULA IN SUBURBANISATION LILY KIVILA

T

he topic of this research titled â&#x20AC;&#x153;Herpetofauna of Viimsi Peninsula in Suburbanisationâ&#x20AC;? became relevant when the natural grassland began to disappear from Viimsi peninsula due to human activity. The goal of this research was obtaining an overview of the population density of amphibians and reptiles in Viimsi peninsula on the basis of collected information, and determining the impact of human activity on species diversity in suburbanisation. The primary task of the research was assessing the state of possible bodies of water used for reproduction and collecting information on the


SUMMARY

165

species composition and distribution of amphibians and reptiles. Estonian herpetofauna was investigated in depth in order to carry out the research. 8 selected test areas were observed and local residents were questioned in order to determine which species of amphibians and reptiles dwell in Viimsi peninsula and which bodies of water might be used for the reproduction of amphibians. The material was photographed in order to determine the anthropogenic impact on the fauna of Viimsi peninsula. The research revealed that 4 species of amphibians and 4 species of reptiles dwell in Viimsi peninsula. During field work, the author was unable to locate one amphibian and one reptile species, however, the local residents have noticed those species. The anthropogenic pressure on natural wildlife is very strong in Viimsi peninsula due to the extensive construction boom, valuable grassland and forest areas are decreasing. Bodies of water are polluted. The problem in Viimsi peninsula is evident.

RESEARCH ON ESTONIAN MARITIME EDUCATION ALUMNI MARI-LIIS KUUSE

F

rom November 2015 to June 2016, Research and Development Centre of Estonian Maritime Academy of TUT (hereinafter EMARA TUT) carried out a survey among the alumni of maritime institutions in Estonia. The aims of the survey were to assess the satisfaction of the alumni with maritime education institutions, analyse different


166

possibilities for maritime education, create an overview of alumni career opportunities and get an overview of people’s willingness who work in the maritime sector, to contribute to the development of maritime education in Estonia. The results of this survey are used as one of the inputs to develop Estonian Maritime Education Concept (MEC). Furthermore, they are used for future development of maritime education and training and as the basis for further research. The survey is based on a questionnaire developed by EMARA TUT R&D Centre in cooperation with the school management and curriculum leaders. To increase the reliability of the questionnaire, proposals were also presented by the Estonian Seamen’s Independent Union, The Association of Estonian Deck Officers, The Association of Estonian Marine Engineers, Estonian Shipmasters’ Associations and students, staff members and alumni of EMARA TUT. Altogether with changes and additions it took three months to put the questionnaire together. The participants were asked to answer general questions, questions regarding education and career-related questions. It was also possible to express willingness to be a part of maritime education development in Estonia. Also, at the end of the survey, respondents were able to add additional comments. The survey was carried out in Estonian. The survey included different maritime education institutions alumni, including the citizens of the Republic of Estonia, who had studied in marine educational institutions abroad. A total of 9 different educational institutions, 28 different professional associations, which are active in the maritime sector, 11 different public bodies and five maritime classification societies, that are operating in Estonia, were involved. Altogether the questionnaire was sent to more than 900 unique e-mail addresses. Research company Psience was responsible for online solution of the survey and systematised results for further analysis. The poll was available online from March 7 to June 28 in 2016. A total of 343 maritime educational institutions alumni participated in the survey.


SUMMARY

167

The analysis was based on responses to a questionnaire on whether a maritime educational institution was most recently graduated in 1992 and before or 1993 and later. Such distribution relies on the fact that in 1992 the Estonian Maritime Education Centre, as an institution of higher maritime education, was founded. For reasons of clarity, the results in the report are presented in two groups. Group I â&#x20AC;&#x201C; maritime educational institute was graduated in 1992 or earlier, Group II â&#x20AC;&#x201C; maritime educational institute was graduated in 1993 or later. In group I there were 58 alumni and in group II 285. All respondents in group I were speaking Estonian as their native language. In group II there was 77% who spoke Estonian, 22% who spoke Russian and 1% mentioned some other language as their native language. The most common speciality that was graduated was Deck Officer, with 30%. The next one was The Operation and Management of Marine Diesel Powerplants with 15% and Port and Shipping Management with 14%. The last graduated level of education was applied sciences/bachelor for 56% of respondents, vocational education for 23% and master for 14%. 4% of participants had graduated abroad and 3% some other level (e.g. specialised maritime secondary education). 88% of I group alumni started their first job according to their studies. This percentage is 69% in the II group. Applied higher education in Estonian Maritime Academy was the most common degree (249 responses) and master level in the same school was graduated 31 times (which makes 7% of all answers). For example during last three years, the satisfaction with the education in Estonian Maritime Academy has increased. But at the same time, it was clear that alumni were more pleased with the theoretical rather than practical part of the studies. 222 participants marked their average gross wage. It can be seen from Fig 3 that 23% of the participants earn 1501-2000 EUR/ month and 18& earn 1001-1500 EUR/month. Detailed analysis was done according to the main graduated curricula, which were Deck Officer, The Operation and Management of Marine


168

Diesel Powerplants, Refrigeration Technology, Port and Shipping Management, Waterways Safety Management, Fishing and Fish Related Curricula. Report gives information if the alumni started to work in maritime sector and whether they still work there. Also, analysis was done about how the first job was found, how long it took after graduation, what was the position then and what was the position while answering. How long it took to get up to the position the respondents had by the time of answering. In the end of the survey it was possible to leave remarks about the maritime sector in Estonia which is also added to report as qualitative analysis. From the results it can be seen that 88% of Deck Officer alumni had their first job directly related to the studies and that it takes about 11 years to become a captain. 50 marine engineers participated in the survey. 73% of them were still working as marine engineers while answering. If we count in the 8% who work as engineers on shore, then altogether 81% have a job related to their studies. It takes approximately 10 years for a graduate to become Chief Engineer on a ship. During answering 19% earn 5001-10000 EUR/month. A lot of Refrigeration Technology alumni start working on shore. The results confirm that fact, as 44% had their first job offshore and 56% on shore. The report also shows that 57% of Port and Shipping Management graduates start working in shipping industry and 29% in ports. Chapters from 4 to 9 end with comments about maritime education or maritime politics in Estonia.


SUMMARY

169

INFLUENCE OF DIFFUSE POLLUTION TO ZOOPLANKTON COMMUNITIES IN SOME JÕGEVA COUNTY LAKES RONALD LAARMAA

H

ow people manage lakes’ catchment areas can be an important source of diffuse pollution. A great proportion of agricultural land in a lake’s catchment area is usually one of the main indicators of phosphorus runoff. Increasing phosphorus in lake water column changes aquatic food-webs and community proportions and can lead to eutrophication of waterbody. The main aim of this work was to investigate if the diffuse pollution from catchment areas of lakes of Jõgeva county is influencing negatively the metazooplankton community structure. To fill this aim, the author collected integral metazooplankton samples from seven Jõgeva county lakes: Elistvere, Kaarepere Pikkjärv, Kaiavere, Kuremaa, Raigastvere, Saadjärv, and Soitsjärv. The samples were analyzed and in this work, only the abundance data is used. Afterwards, the author analyzed the catchment areas of investigated lakes. In this article, there were used only the three dominating land-types which were agricultural land, forest, and grassland. On average, these types formed 87,4% of the catchment. Using phosphorus runoff coefficients, the author calculated potential phosphorus load to each investigated lake. Knowing the potential phosphorus load, the average depth of lake and water residence time, the author assessed with the Vollenweider model (Vollenweider, 1975) if these loads are excessive or permissible for the lake. If the load is exessive then we can assume, that diffuse runoff is the main factor that influences the bad condition of metazooplankton. The main results were that investigated lakes formed two groups.


170

Lakes Elistvere, Kaarepere Pikkjärv, Kaiavere and Raigastvere formed the first group and according to the Vollenweider model, the phosphorus load from catchment area is excessive for these lakes. The second group was formed by lakes Kuremaa, Saadjärv and Soitsjärv and their phosphorus loads were more or less in permissible level. The author has to state that Lake Saadjärv and Lake Kuremaa are not „classical Jõgevamaa county lakes“ because their average depth is bigger than 6 meters when the „classical lakes“ the average depth is usually 2,3 meters. These lakes are also with the biggest surface area, therefore with a big water capacity. In Lake Soitsjärv, there must be considered the lake’s internal load (phosphorus-rich sediments). Looking metazooplankton community, the author has to say that abundance of metazooplankton indicates that there have already started eutrophication processes but which factors are influencing the communities, the author can not state. With this work, we can state, that the diffuse pollution is one of the main factors that causes the bad condition of metazooplankton populations of lakes in Jõgevamaa county. Even while according to the Vollenweider model there were three lakes which can handle the phosphorus load from catchment areas, there are signs of eutrophic lakes metazooplankton communities. Processes at the catchment areas can influence the lake ecosystems negatively. Increasing phosphorus load affect the aquatic food-webs and therefore the quality and amount of important aquatic resources (for example fish and reed). Also, it changes the aesthetic parameters of lakes and can influence human health. One of the goals of sustainable development is that we have to ensure ecosystems with good quality for the next generations. Being aware of diffuse pollution, land management influence to the lakes and functioning of aquatic ecosystems can be the first steps for achieving that goal.


SUMMARY

171

MECHANICAL AND TRIBOLOGICAL CHARACTERISATION OF ZNO NANOWIRES SVEN ORAS

W

ith the ever-growing amount of data in our computer systems the need for smaller and faster devices is becoming more and more evident. One hindrance in building these devices is the underestimation of adhesion and friction forces in nanoscope devices. The fundamental laws governing these phenomena are still undiscovered and a lot of work has to be done in the field for us to be able to build reliable NEMS and MEMS devices. The aim of this work was to analyse the static and kinetic friction forces in a contact with a controlled area. To realise this, a novel pick and place approach was used to put ZnO nanowires having well defined hexagonal geometry on an etched silicon substrate in a half-suspended configuration. First the mechanical properties of the wires were measured. The Youngâ&#x20AC;&#x2122;s modulus was found to be in accordance with the bulk value and the calculated results were used in the following calculation. Given the behaviour of the nanowires breaking strength, static friction forces or kinetic friction forces could be calculated. For calculating static friction forces a new more real FEM model was developed. According to the new model breaking strength and static friction forces are in the same order of magnitude which corresponds to the experimental results. For the first time rotating friction of ZnO nanowires was measured. The kinetic friction forces are orders of magnitude smaller than static friction as was expected. Although there has been shown a kinetic friction dependence on moving speed in these experiments, moving speed was disregarded due to the complicated nature of the experiments. It was


172

found that the pick-and-place approach for manipulating nanostructures combined with a substrate with holes with various sizes is excellent for prolonging the lifetime of the AFM tip used for manipulation, since the contact with the surface is reduced.

ICE SEASON SEVERITY DETERMINING METHODS JEKKI AUGUSTIINUS RJAZIN

T

he present study is carried out to determine the ice seasons severity degree basing on the ice seasons 1981/82 to 2014/15. A new characteristic is introduced to describe the ice season severity. It is the sum of ice extents of the ice season id est ice extents sum. The commonly used procedure to determine the ice season severity degree by the maximal ice extent is revised in this paper. The remote sensing data on the ice concentrations on the Baltic Sea published in the European Copernicus Programme are used to perform this study. The ice extents are calculated on these ice concentration data. An ice season when ice covered at least 73 % of the Baltic Sea aquatory is defined as severe. Both the maximal ice extent of the season and a newly introduced characteristic â&#x20AC;&#x201C; the ice extents sum are used to classify the winters with respect of severity. The most severe winter of the reviewed period is 1986/87. Also the ice seasons 1981/82, 1984/85, 1985/86, 1995/96 and 2002/03 are classified as severe.


SUMMARY

173

Only three seasons of this list are severe by both the criteria. They are 1984/85, 1985/86 and 1986/87. We can interpret this coincidence as the evidence of enough-during extensive ice cover in these three seasons. In several winters, for example 2010/11 ice cover extended enough for some time, but did not endure. At few other ice seasons as 2002/03 the Baltic Sea was ice-covered in moderate extent, but the ice cover stayed long time. At 11 winters the ice extents sum differed considerably (> 10%) from the maximal ice extent. These winters yield one third of the sample ice seasons. Thus the maximal ice extent does not enable to describe an ice season severity adequately enough as this characteristic does not account with the ice cover durability. Using the ice extents sum of the season adds the temporal dimension to the ice season severity study.


174

TOETAJAD


NIMI

175


176

TalveAkadeemia teaduslike lühiartiklite kogumik 2017  

Viieteistkümnes valminud kogumik sisaldab 2017. aastal teaduslike lühiartiklite konkursil osalenud töid. Kõiki artikleid ühendavaks märksõna...

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you