Loodusmasinist

Marek Strandberg

Marek Strandberg Ka ökosüsteeme saab käsitada ja kasutada tehnoloogiliselt, kuid selleks peab olema neist täpne teadmine ja ülevaade, kinnitab tehnoloogiliste rakenduste looja Ülo Mander. Varasemas teadusloos võib kohata ettekujutust, nagu toimiks maailm kui omapäraselt keerukas kellamehhanism. Kui masin. Tegelik olukord on masinast üsna kaugel, kuigi ökosüsteemi elemendid on tõepoolest üksteisega seotud. Mitmesugused tagasiside ja üldisemad regulatsioonimehhanismid on piisavalt üldised, et nende omadusi kasutades ehitada tehnoloogilisi süsteeme, näiteks selliseid, mis reovett puhastavad, või selliseid, mis väiksema väetisekulu ja kütusevajadusega toitu kasvatavad. Esimestes toimivad isereguleeruvad puhastusprotsessid, nagu neid on harjutud nägema rabades või niisketel aladel, ja sel moel loodud reoveepuhasteid kutsutakse märgalapuhastiteks. Toiduks kasvatamise ökoloogilist masinavärki nimetatakse aga mahepõllumajanduseks. Nii nende kui muudegi ökotehnoloogiliste lahenduste aluseks on arusaam sellest, kuidas looduses nii aineringe kui ka signaalide edastus ja vastuvõtt on korraldatud. Ka inimene omaloodud masindatud maailmaga on ökosüsteemi osa ning seetõttu on inimese enda jäljed ja tegevus osa ökosüsteemi tervikust. Kuigi inimkond on kombeks võtnud väärtusliku keskkonna prügiks keeramise, on osa jäätmetest, taas ökotehnoloogilise lähenemise korral, edukalt kasutav näiteks veekogude kaitsmisel liigse fosforiühendite voo vastu. Tõsi, ka liigfosfor, mis vee-elustiku ühekülgseks muudab, on inimtekkeline, kuid just ökotehnoloogiline käsitlus võimaldab näiteks põlevkivi põletamisel tekkinud kümned ja kümned miljonid tonnid põlevkivituhka muuta reoveepuhasteis fosforifiltreiks. M. S. 2012. aasta riigi teaduspreemia geo- ja bioteaduste alal määrati Ülo Mandrile ja Kalle Kirsimäele uurimuste tsükli „Ökotehnoloogia maastike aineringe reguleerimisel” eest. Sirbi küsimustele nõustus vastama ökosüsteemide uurija ja nende tehnoloogiliste rakenduste looja Ülo Mander.

Su teadustegevuse ühisteks nimetajateks on nii ökoloogilised tehnoloogiad kui ka ökosüsteemi terviktoimimine. Mida peetakse silmas ökoloogiliste tehnoloogiate all?

Ökoloogiliste tehnoloogiate mõiste on küllalt lai ja selle all mõeldakse kõike seda, kuidas inimkond looduslikke ökosüsteeme kui tervikuid on õppinud jätkusuutlikult kasutama ja neid süsteeme ka ise looma. Kitsamalt käsitledes on meie töögrupi tegevus piirdunud selle osa ökoloogiliste tehnoloogiate väljatöötamisega, mis on seotud tehislike märgalaökosüsteemidega, milliste peamiseks eesmärgiks on heitvete puhastamine. Osa uuringuid on olnud suunatud ka ökosüsteemide (märgalad) taastamisele, eeskätt sellest aspektist, mismoodi see mõjutab kasvuhoonegaaside emissiooni ja seeläbi ka atmosfääri seisundit. Meie uuringute juured ulatuvad 1991. aastasse, mil mitme entusiasti poolt sai loodud Tartu ökoloogiliste tehnoloogiate keskus, tol ajal üks vähestest omataolistest kogu maailmas, mille tegevus on praeguseks küll pisut soikunud, kuid milles osalenud inimesed on nii Tartu Ülikoolis kui ka Eesti Maaülikoolis aktiivselt tegutsemas.

Millised on maailmas olnud huvipakkuvamad tähelepanekud ökosüsteemide toimimises, mille peale tavatarkusega ei tule ja milliseid uudseid aspekte oled sina oma töökaaslastega avastanud?

Enamik tänapäeva ökosüsteemiuuringuid on seotud kliimamuutuste ja nendega kohanemisega, nii elurikkuse kui ka ökosüsteemide aineringluse uuringute vallas. Midagi põhimõtteliselt uut kogu teaduse ulatuses, nagu seda enamasti füüsika valdkond (nt kvantfüüsika ja astrofüüsika) pakkuda võib, pole ökosüsteemiuuringutest välja tulnud, kuid see-eest on need uuringud ehk määrava tähendusega inimkonna ja kogu meie planeedi edasises arengus. Enamik uuemaid tulemusi ökosüsteemiuuringutes on seotud mikroobikoosluste ja ökosüsteemide aineringlust reguleerivate protsesside (metanogenees süsinikuringes, denitrifikatsioon lämmastikuringes) vahekorra selgitamises. Meiegi uuringud on aineringluse valdkonda uuemaid teadmisi panustanud. Näiteks oleme selgitanud, et teatud tüüpi heitveepuhastus-tehismärgalad ning jääkturbasoodes kiirekasvuliste rohttaimede kasvatamine aitavad oluliselt siduda süsinikku ning seeläbi muuta muidu probleemsed märgalad (metaani lendumine!) atmosfääri jahutavateks kooslusteks. Võib-olla uudseimate tulemuste ja ehk ka suurima praktilise väärtusega tööde tsükkel, mida me koos prof Kalle Kirsimäe töörühmaga oleme edendanud, on seotud põlevkivituha platoode sette kasutamisega heitveepuhastus-märgalade filtermaterjalina. Oleme selgitanud, et see materjal on seni uuritud tööstusjäätmetest parimate fosforit siduvate omadustega. Arvestades selle materjali suuri koguseid Eestis ning fosfori kui tähtsa mineraalväetise varude otsalõppemist lähemate dekaadide vältel on sellel tehnoloogial kindlasti perspektiivi ja meie enim tsiteeritud artiklid ongi seotud just selle tsükliga.

Inimkond on rajanud täiesti omaette tehiskeskkonna, mis kulutab püsimiseks märkimisväärse osa loodusvaradest, mis meil kasutada on. Kas ja kui siis millistes valdkondades me saaksime kasutada looduse enese võimaluste kombineerimisest tulenevaid tehnoloogiaid?

See fosfori heitveest tööstusjäätmete abil sidumine ongi ehk üheks näiteks selles valdkonnas, kuid kindlasti on siin väga avarad võimalused biotehnoloogiatel tervikuna. Seetõttu oleme meiegi oma töörühmas oluliselt panustanud mikroobsete protsesside uuringutesse (sh tehismärgalade efektiivsust tagavate protsesside aspektist), milliste olulisemad tulemused on aga alles tuleviku küsimus.

Üldiselt aga tundub mulle, et see loodusressursside küsimus on kogu inimkonna arengu seisukohast otsustava tähendusega, mida kasvuparadigma jätkudes üha selgemini tunnetame. Kuna tehnoloogiad on ikkagi inimese poolt kasutatavad, siis on see kõik seotud ka majandusega ja kui majanduses kardinaalset kasvuparadigma muutust ei toimu, on tulemus suhteliselt nukker. Arvan siiski, et nii kasvuhoonegaaside vähendamise meetmed kui ka ökoloogiliste tehnoloogiate rakendamine ei ole ainult distsiplineeriva tähendusega, vaid aitavad ka meie taset vähemasti hoida.

Milline on ökoloogiliste tehnoloogiate ja elamisvõtete kasutamise tase läänes ja arenevates riikides?

Ökoloogiliste tehnoloogiate ehk suurim rakendaja on põllumajandus, eriti mahepõllumajandus. Nii selles kui ka heitveepuhastus-tehismärgalade uurimise ja rakendamise vallas on populaarsus enamikus lääne tööstusriikides märgatavalt kasvanud. Teiselt poolt on aga näiteks mahepõllumajandus oma kõrgemate hindade poolest elitaarse iseloomuga, mida arengumaad ja ka tööstusriikide vaesem seltskond endale lubada ei suuda. Umbes sama on toimumas tehismärgaladega, mille rajamise kulud on juba sama suured kui nn konventsionaalsetel süsteemidel, millised on aga siiski veel odavamate majandamiskuludega. Üha rohkem jõuavad loodusvarade säästliku majandamise ideed ka arengumaades rakendusse. Paradoksaalne on seejuures, et enamiku ökoloogiliste tehnoloogiate juured ulatuvad traditsiooniliste majandamisstruktuuride ehk siis tänapäeval arengumaades viljeldavate tehnoloogiate juurde, seda vähemasti põllumajanduses.

Tõusev majandus, Hiina, kas selles ühiskonnas on märke loodusest õpitu tehnoloogilise kasutamise kohta?

Hiina on eespool öeldut jätkates üheks paremaks näiteks, kuidas lääne majandus kogu traditsioonilise kiiresti ära unustada suudab. Teadmised ökoloogilistest tehnoloogiatest ja nende kasutamisest on sügaval ka traditsioonilises hiina mõtlemises ja maailmapildis, aga alles viimaste aastate jooksul on ka Hiinas hakatud mõtlema ökoloogilistele tehnoloogiatele, sealjuures oma aastatuhandete taha ulatuvatele traditsioonidele.

Arvan, et arengumaadele oleks õigem tee mitte järgida lääne majanduskasvu ja teha mägimatkajate sõnutsi n-ö traavers, läbimata kõiki tippe ja langusi, vaid hoida aeglast kurssi. See aga nõuab haridust ja teadlikust. Eestil olnuks ka ehk võimalus sellist oma teed järgida, mida me 1980ndate lõpul, 1990ndate algul mõnede mõttekaaslastega ka välja pakkusime, aga nüüdseks oleme kõik jõudnud selgesse kapitalismimaailma, mille fluktuatsioonid on ju hästi teada. Muidugi tuleb meie praeguse elatustasemega vägagi rahul olla ja ka vähe muudetud loodust on meil veel piisavalt. Kuid kauaks?

Millised on suurimad küsimused, millele otsitakse vastuseid seoses ökosüsteemide toimimisega?

Arvan, et selles vallas on käidud alles esimesed sammud ja süvauuringud näiteks aineringluse protsesside osas aitavad meil ka paremaid rakendusi saada, seejuures nn kõrgtehnoloogiatega (infotehnoloogiad, enamik biotehnoloogiatest) kombineerumise teel. Näiteks on lõpuni selgitamata ohtliku kasvuhoonegaasi ja stratosfäärset osooni lõhkuva dilämmastikoksiidi ehk naerugaasi (N2O) tekkemehhanismid ja neid mõjutavad tingimused. Õigete tehnoloogiavõtete rakendamisega on loodetavasti võimalik saavutada minimaalne naerugaasi ja maksimaalne molekulaarse lämmastiku (N2) teke, millest meie atmosfäär peaasjalikult koosneb ja mis on denitrifikatsiooniprotsessi olulisim produkt. Loodus on selles osas asjad päris hästi paika pannud, näiteks oleme tõestanud, et väga intensiivse lämmastikukäibega veekoguäärsed lepiku-ökosüsteemid, milles leppade juurtel sümbioosis tegutsevad Frankiabakterid suuri koguseid õhulämmastikku fikseerivad ja selle nii leppadele kui teistele taimedele omastatavaks muudavad, on dilämmastikoksiidi lendumine väga tagasihoidlik ja peamine voog atmosfääri toimub molekulaarse lämmastiku N2 vormis. Ka ei lase need puhverkooslused lämmastikku ja fosforit veekogudesse, kus need ühendid intensiivset kinnikasvamist põhjustaksid. Väga suurte koormuste korral (nt aastakümnete jooksul põldudel, kust vesi läbi puhvri jõkke voolab, suurte väetisekoguste kasutamine) hakkavad aga puhvrid küllastuma ning kogujate asemel muutuvad nad taimetoitainete, samuti naerugaasi allikaks. Siinkohal peab inimene, kes kõigi ainete ringlust meie planeedi kui terviku ökosüsteemis on oluliselt kiirendanud, ikkagi loodusele appi tulema ning küllastunud puhvri taimekooslusest osa taimset biomassi välja vedama (kütteks, biogaasi tootmiseks, ehituseks vms) ning asendama taimekoosluses taimed toitaineid enam siduvate liikidega. Seega ei pääse kiire aineringlusega ökosüsteemides targast ja loodust tundvast ning selle seadusi järgivast majandamisest.

Kas kliima ja keskkond ja liikide mustrid muutuvad? Kui kiired need muutused on ja kas me oskame nende muutuste tagajärgi ennustada?
Kas need muutused on nähtavalt või ainult arvatavalt inimese põhjustatud?

Loomulikult on ja eks see ole ju kogu biosfääri ajaloos nii olnud. Inimese tegevus on tänapäeval aga kõike protsesse kiirendanud, mis on vajalik kasvava inimkonna ühe suurema nõudluse rahuldamiseks. Eelnevalt oli juttu, et kiirenev aineringlus nõuab ka vastavat majandamist, kuid sellise intensiivsusega harjuvad vaid vähesed liigid. Suurem osa meie taimekoosluste liikidest on aga harjunud kasvama lämmastiku- ja ka fosforivaeguse tingimustes ning toitainete ülekülluses kaotavad nad kiiresti koha toitainelembidele. Seega on biosfääri kui terviku seisukohast tingimata vaja ka säilitada võimalikult vähese toitainete vajadusega kooslusi, millisteks on näiteks meie rabad ja kuivemate kasvukohtade (aru) kooslused. Teisalt mõjutab üldine atmosfääri maalähedase õhukihi temperatuuri tõus, mis toimub vääramatult juba mitme aastakümne vältel, liikide levikupiiride nihkumist. Selles kaotavad kõige rohkem arktiliste koosluste ning kõrgmäestike kõrgeimate ning külmimate tingimustega kohastunud liigid, kellel pole soojenemise tingimustes kuhugi enam põgeneda, samuti mereökosüsteemidest korallikooslused, kes taluvad väga väikeseid temperatuurimuutusi. Ka üldine ookeanide hapestumine suurema koguse süsinikdioksiidi lahustamise tõttu mõjub paljudele mereökosüsteemidele hävitavalt.

Ennustamisega on loomulikult asjad segasemad, sest kõik globaalsete muutustega seotud mehhanismid ei ole sugugi selged ja ka vastavad mudelid on veel suhteliselt primitiivsed. Näiteks ei osata adekvaatselt seletada, millistesse maismaaökosüsteemidesse seotakse ca 2,9 miljardit tonni (2,9 petagrammi) süsinikku aastas. Samuti ei ole selged taimekoosluste ja tervete ökosüsteemide kohanemise ehk adapteerumise võime soojeneva atmosfääri tingimustes. Osale nendest küsimustest püüame vastata 2011. a alustanud uue tippkeskuse EN VIRON raames. Selle keskkonnamuutustele kohanemise tippkeskuse juhiks on prof Ülo Niinemets Eesti Maaülikoolist ning see ühendab viit teadlasterühma Tartu Ülikoolist, Eesti Maaülikoolist ja Tallinna Tehnikaülikoolist.

Millest oled saanud innustust? Ja just selle teadustegevuse suuna, kuhu poole oled liikunud?

Loodus- ja maateaduste vastu on mul huvi olnud juba lapsepõlvest saati. Suviti maal olles ja ka lapsepõlvekodus Tartus Tähtvere linnaosas oli selleks võimalusi palju. Juba keskkooliklassidest alates ja edasi Tartu Ülikoolis geograafiat õppides sain loodushoiuhuvi arendada Jaan Eilarti juhendamisel. Aga juba siis oli mul huviks kuidagi ka rakendada neid teadmisi, mida ökoloogia on pakkunud. Eks ökotehnoloogia üheks selliseks väljenduseks olegi.

Minu ülikooliõpingute ajal 1970ndatel oli loodusteaduste õppimine üheks ausamaks teadmiste omandamise teeks. „Punaseid” aineid oli küll palju, aga see ei seganud ka asjalikke teadmisi omandamast. Ülikoolist alates ja sovetliku süsteemi mõjul on mul olnud üheks teadmiseks, et loodus kunagi ei valeta, inimühiskonnast on aga just peamiselt valet oodata. Selline looduse ja inimühiskonna vastandamine ainuüksi ei ole muidugi õige, aga ega meie praeguseski eluolus see dialektika päris kadunud ole. Jällegi, ehk aitab ökoloogiliste tehnoloogiate rakendamine ka seda vastuolu vähendada.

Kas sul on üliõpilase või ka kooliõpilasena olnud mõjutajaid või sündmusi, mis su just sellele loodusteaduste rajale on suunanud?

Selle küsimuse vastused on suurel määral juba eelmise küsimuse juures ära vastatud, aga üks seik on ehk küll minu uuringute sellist huvi suunanud. See oli 1970ndate väljaparanduse hullus, mille käigus, ja osalt ka 1980ndatel, meie põllumajandusmaastikku oluliselt muudeti. Selle kampaania käigus likvideeriti ka isakodu Koosal, ehkki vanaema oli siis juba linna elama tulnud ja taluhoonedki polnud enam kõige paremas korras. Riigi omandis olnud endiste talumaadega tehti nii, nagu sotsialistlik kord nõudis ning masinatele takistustena käsitletud talukohad väljade keskel lükati hunnikuks kokku. Talukoha mälestuseks tahtsime alles jätta vana tammesalu, aga kohalike entusiastide poolt lõigati see pärast maaparandustööde algust mõne päevaga maha. Vaid üks tamm jäeti tähistama kunagist talukohta. Eks see seik ajendas mind leidma vastuargumente sellisele maastiku muutmisele, millest tulenes ka esimeste uurimistööde vastav suund, mis hiljem juba konkreetsemateks maastikuökoloogilisteks ja ökotehnoloogiliste uuringuteks kanaliseerus. Tänapäeval on maastike hoid nii Eestis kui ka enamikus Euroopa maades tavaline rutiin.

Mis on sinu meelest hea teadus ja kuidas peaks hea teadus olema toetatud ja hoitud?

Teadus on siis teadus, kui ta toodab uut teadmist. Vähemasti loodusteadustes on see nii. Seda võiks võrrelda maja ehitamisega, mis ilmselt kunagi valmis ei saa. Mõnedes harudes on siin-seal rajatud palju müürijuppe, mis heal juhul saavad õigete fragmentide abil suuremaks müüriks ehitatud, parimatel juhtudel on juba maja kontuuregi näha. Hullem on asi täiesti kaootiliselt laotud müüridega, mis pillapalla üksteisest eemal lebavad ja millest suur osa maja kui terviku mõttes tähendust ei omagi. Mulle tundub, et ökoloogias, eriti selle ühes rakenduses ökotehnoloogias, on asi juba selgemate kontuuridega maja suunas liikunud. Uute suundade, nagu infotehnoloogia ja nanotehnoloogia, ülikiire areng on mõnevõrra ökotehnoloogiad tagaplaanile nihutanud, aga ma arvan, et integratsioon ka nende suundadega on võimalik.

Mis võiks Eesti teaduses ja kõrghariduses olla teisiti?

Kõrghariduses on meil on liiga palju parallelismi, dubleerimist ja ebaausat konkurentsi. Kõrgkoolide paljusus võimaldab küll inimestel leida vähem konfliktsemaid tööpaiku, aga ega see teaduse ja ka kõrghariduse kvaliteeti paranda. Selle asemel et üksteisega miniriigis ja pisirahva seas konkureerida, peaksime rohkem ühte hoidma ja igas teadusharus võimalikult kõrgema rahvusvahelise taseme poole püüdlema. Teadus on ju teadupärast rahvusvaheline. Sestap arvan minagi, et üks või äärmisel juhul kaks kõrgel tasemel ülikooli oleks Eestile paras. Tartu Ülikooli, Eesti Maaülikooli ja Tallinna Ülikooli ühendamine üheks ülikooliks ei tohiks palju vastuargumente leida. Kolledžitena ja instituutidena tehakse edukat tööd juba kõigis neis ülikoolides ja ühendamine aitaks ressursse paremini kasutada, dubleerimist kahandada ning eeskätt magistri- ja doktoriõppe kvaliteeti parandada.

Mis vajab teaduses ja kõrghariduses hoidmist ja jätkamist?

Kogu inimkonna progress baseerub teaduse saavutustel ja kõrgharidusel. On raske öelda, mida tuleks teha üha enam leviva kasvuparadigma vastu, mis põhjustas hiljutise majanduskriisi ja on ilmselt edaspidigi majanduskriiside põhjustajaks. Ehk aitavad majandus- ja sotsiaalteadus siinkohal hädast välja?

Eestis tuleks jätkata traditsiooniliselt tugevate teadusharude arendamist, aga veelgi rohkem on ilmselt vaja teadussaavutuste paremat integreerimist tootmisse. Ka ökoloogilistel tehnoloogiatel on arenguruumi veel palju. Kindlasti on hädavajalik suurem rahvusvahelistumine, sest tugev teadus saab tekkida ja areneda vaid koostöös teiste oma ala uurijate ning uurimiskeskustega üle kogu maailma.