Vesine füüsika

Marek Strandberg:

Läänemeri on ainulaadne veekogu maailmas, mida peab ka ainulaadselt mõõtma ja uurima. Öeldakse „maakera”, kuid õigem oleks öelda „veekera”. Vee ja veesüsteemide osa Maal on keskne. Ei ole ka meie mitte mullast, vaid veest võetud. Nii arvatakse. Vesi seob elu Maal tugevamalt kui ühine atmosfäär. Uudishimulik inimene on kolinud kõrgematelt aladelt madalatele. Mere äärde. Seal on ilus, seal on kaubateed, seal on inimeste meeli köitev majanduskirg. Rannikul on paraku ka suurimad ohud saada üldisest veetaseme tõusust või maavärina tagajärjel tekkinud hiidlainest mõjutatud või minema pühitud. Maailmameri oma mitmekülgsuses ja keerukuses on õnneks aina hoomatavam, kuna kasutatakse üha võimsamaid arvuteid, paremaid vaatlusvahendeid ja mõõteriistu ning nutikamaid teooriaid. Merefüüsika ja meresüsteemide uurimisest rääkis Sirbile Tallinna Tehnikaülikooli meresüsteemide instituudi vanemteadur Tarmo Kõuts. M. S. Marek Strandberg: Kuidas sa leidsid tee üldse füüsika ja merefüüsika juurde? Tarmo Kõuts: Ülikooli sai füüsikat õppima mindud selge sooviga astronoomiks saada. Ühel hetkel, kolmandal kursusel ehk, hakkas mereuurimine rohkem köitma. Põhjus võib olla selles, et uurimisobjekt on käega katsutavam, kuigi mõlemad uurimisobjektid on sellised mõõtmatud, romantilisedki mõnes mõttes. Siis tulid juba reisid uurimislaevaga Livonia (endine Arnold Veimer) Läänemerel ja Atlandi ookeanil, mis kindlalt kuuluvad mereuurijaks saamise baashariduse juurde ja mind mereuurimisega lõplikult sidusid.

Mida endast kujutab merefüüsika? Milliseid protsesse uuritakse ja mida mõõdetakse? Mida üldse ennustada suudetakse?

Põhimõtteliselt merefüüsika, tuntud ka kui füüsikaline okeanograafia sellise ametliku terminina, uurib füüsikalisi protsesse meredes ja ookeanides, mõnikord ka suurtes järvedes, kus füüsikalised protsessid on sarnased väiksema merega. Protsessidest on tuntumad ehk need, mis merepinnal näha – lainetus, veetemperatuuri ja soolsuse muutused, meretase kindlasti ja palju ka seda, mis jääb merepinnast allapoole – hoovused, veealused lained ja muud võnkumised, veetemperatuuri ja soolsuse vertikaalne jaotumine, erinevate vete segunemine, vete uuenemine jne. Et füüsikaliste protsessidega haakuvad kohe ka keemilised ja bioloogilised, ei saagi tänapäeval neid enam eraldi käsitleda. Kindlasti sellised olulisemad ja vägagi päevakajalised on toitainete ringkäik meres, hapnikurežiim, süsinikuringe, viimasel ajal ka räniringe (osa vetikate jaoks on räni oluline ehituskomponent – M. S.). Kõik need näitajad, mis on mõõdetavad ja siis analüüsides kasutatavad. Kõik see on vastuse leidmiseks ühele suurele küsimusele: millised muutused merekeskkondades aset leiavad, kas need on pöörduvad või pöördumatud, inimtegevuse mõju. Kõik selleks, et aru saada, mida tuleks teha, et merekeskkond oleks edaspidigi eluks sobilik, ning mis seal salata, ka ressurss toiduks sobiva mereelustiku näol. Seosed eri protsesside vahel on samuti oluline teema.

Kas meres toimuvate protsesside kirjeldamisel on suudetud ennustada mõnda, mida varem jälgitud või mõõdetud ei oldud?

Eks teadlase igapäevatöö ole üsna sarnane iga teisegi tööga, rutiini selgelt kõige enam. Stiilipuhast avastust/heurekat tuleb ette harva, aga ei saa öelda, et seda üldse ei ole. Siiski tuleb tunnistada, et avastustele teadustööd üles ehitada ei saa. Pigem on selleks huvi uue ja tundmatu vastu ja püüd mõista seda tundmatut – see on ehk küll teadusetegemist läbivaks punaseks jooneks. On ka selge, et kõik need „huvitavad tundmatud” ei ole veel kaugeltki avastused, vahest murdosa neist. Aga ühe sellise näite leian küll. See oli päris teadlastee alguses 1980ndate lõpus, kui meil õnnestus Läänemere keskosas Gotlandi süvikus mõõta umbes 100 meetri sügavusel keerisläätsesid. Kümmekond aastat varem oli teada, et ookeanis on samasugused nähtused umbes 1000 meetri sügavuses. Neid oli korduvalt mõõdistatud ja uuritud. Füüsikalises okeanograafias oli see sel ajal selline kuum moeteema. Siis meil õnnestus neid mõõta Läänemeres. Kuna meie käsutuses olnud uurimislaev ja mõõtetehnika oli tolle aja maailma tipp ja Läänemerel vaat et kõige moodsam, siis meil see õnnega pooleks korda läks. Eks ajad olid teised ja uurimislaeva kasutamine odavalt või suisa ilma rahata käes, tänapäeval jääks analoogiline üritus juba uurimislaeva taha. Enam ei saa merele minna nii, et „ah me lähme uut nähtust avastama” – kõik on reglementeeritud, eelarved aastaid ette planeeritud jne. Aga tol ajal sellised mõõtmised tehtud said ja ka minu doktoritöö osaks. Mitte küll lihtsalt, sest alguses kriitikud arvasid, et tegu on mõõtmisveaga. Õnneks kaitsmise ajaks oli juba kõigile selge, et tegu on ikka uudse protsessiga, millel on tähtis osa Läänemere süvakihtide vee uuenemisel.

Kas Läänemeri on mereökosüsteemina ja füüsikalise süsteemina mõneti omapärane?

Läänemeri on vägagi omapärane, vaat et lausa ainulaadne meri: merevee soolsus on ligi neli korda madalam kui ookeanis. Kahekihiline veemasside vertikaalne struktuur: pealpool jõgedest vett juurde saav magedam pinnakiht, vahel soolsuse hüppekiht ja allpool soolasem alumine, kutsutakse ka süvakihiks. Kuigi erilisi sügavusi ju Läänemeres polegi, põhiosas 50 meetrit ja alla selle, suurem – Gotlandi süvik 250 meetri sügavusega Läänemere keskosas ja veel üks üsna väikesemõõduline Landsorti süvik, kus sügavust 450 meetrit. Ühendus maailmaookeaniga, tegelikult Põhjamerega, on läbi väga kitsaste Taani väinade, mis omakorda tähendabki, et Läänemeri on suhteliselt magedaveeline – soolane vesi ei pääse lihtsalt sisse. See on oluline tegur ka Läänemere sügavama kihi hapnikurežiimi kujunemisel ja eriti viimasel ajal mõõdetud hapnikuvaese süvavee areaali laienemisel. Selline madal veekogu on avatud tuule mõjutustele, mis siis genereerib lainetust ja hoovusi, samuti veetaseme kõikumist. Tõus-mõõn on Läänemeres olematu, vaikse suveilmaga võib siiski näha – umbes kümme sentimeetrit. Kõik need nimetatud asjaolud ja tegurid kujundavadki Läänemerest vägagi omapärase veekogu, kus vastavalt on ka protsessid teistsugused kui mujal maailmaookeanis. See omakorda on väga oluline teadmiste kompleks, kui soovime midagi ära teha Läänemere ökosüsteemi kaitsel, kõige loodusliku säilitamisel, mere kui ressursi haldamisel.

Millest võime ilma jääda, mida maha magada, kui me meresüsteemide füüsika ja meresüsteemide laiema kirjeldamise ja uurimisega ei tegele?

Kuna Läänemeri on väga omapärane veekogu: madal, suur inimasutuse tihedus ümberringi, suhteliselt noor – sellisel kujul ainult 7000 aastat vana –, siis on ka mere ökosüsteem kergesti mõjutatav ja haavatav. Isegi kui mingi väline mõjur, nimetagem siin kas või inimtegevust, ei jäta kohe otsest jälge, siis sellest ei saa järeldada, et mõjud ei kuhju ja summaarne mõju meresüsteemi mingit laadi väljundina meid ei mõjuta. Ilmekas näide on sinivetikate õitsengud, kui suve keskpaiku võib vesi keset merd vetikatest lausa supiks muutuda. Tegu on vetikaliikidega, mis on võimelised õhus olevat lämmastikku kasutama toitainena, kuna see on sisuliselt piiramatu – sellest siis ka õitsengud. See ei leia aset ühtäkki, enne peab toimuma teiste vetikate areng vees leiduvate toitainete varal. Tegu on omamoodi stsenaariumiga, mis saab alguse juba talvel ja kulmineerub suvel. Loodusele on see täiesti loomulik aineringlus, mis mingil põhjusel sellisel intensiivsel moel aset leiab. Tegemist on massiliselt kasvanud ja siis ühtäkki surnud vetikamassiga, mis lagunedes võib eraldada mürgiseid aineid, just võib, sest päris iga kord see nii ei toimu. Kui mürgised vetikamassid siiski tekivad ja need triivivad randa, on puhkus rikutud. Teha pole muud kui uurida, mis asjaoludel täpsemalt sellised sündmused aset leiavad – millised füüsikalised, keemilised, bioloogilised protsessid seal taga on ja milliste võtetega selliseid vohamisi ohjeldada või kuidagi neid ettegi ennustada. Eks lõppkokkuvõttes on raske määratleda seda üht või ainust probleemi, mis tekib, kui merd ei uuritaks. Eks see muutu ka kogu aeg, milline see kõige põletavam probleem just parajasti on. Pigem on tarvis oskust ja analüüsivõimet, seoste ja tihti ka teadusharudevaheliste sünergiate nägemist. Õnneks soosivad seda suuremad uurimisprojektid, mis tänapäeval on interdistsiplinaarsed.

Kui pikalt on mere käitumist võimalik ette ennustada?

Mere käitumise ennustamine või prognoosimine on tegelikult kahekordne prognoos, kui võtame lihtsama variandi, füüsikalised protsessid, mille põhiliseks käivitajaks on ilmaolud Läänemere-sarnases madalas, tõusu ja mõõna suhtes suletud veekogus. Seega, kui soovime ennustada lainetust, hoovusi, meretaset, peame aluseks võtma ilmaennustuse. Paraku on siis ka nii, et ilmaennustuse vead kuhjuvad vigadena mereprognoosides, mis teinekord võivad võtta küllaltki kurioosseid mõõtmeid, et mitte öelda hullemini – et muudavad mereprognoosi mõttetuks. Kui soovime süsteemi käsitleda tervikuna ja prognoosidesse haarata ökosüsteemi, siis asi läheb aina hullemaks, kuna siis kumuleeruvad vead juba kolmel tasandil: meteoroloogilised – mere füüsikalised protsessid – ökosüsteem. Tänapäeval peame tõdema, et selline korrektne operatiivselt töötav süsteem on ikkagi ilmastiku ja mere ühised füüsikalised protsessid. Ökosüsteemides aktsepteeritavate prognooside saamiseks peame veel töötama, mis ei muidugi tähenda, et selliseid ökosüsteemi prognoose ei tehta, ikka tehakse, paraku nende usaldusväärsus ei ole kiita. Mis puutub ette ennustamise aega, siis tüüpiline aeg on 48 tundi, näiteks meretaseme puhul, mille prognoosisüsteemi väljatöötamisega on meie instituut viimased kuus aastat tegelnud. Mereolude ennustamine põhineb valdavalt numbrilistel hüdrodünaamilistel mudelitel, mis ei ole matemaatiliselt teab mis keerukad, aga arvutused on ressursimahukad, sest lähtuvad vajadusest maksimaalselt arvesse võtta Läänemere omapära, selle keerukat merepõhja reljeefi ja rannajoont, veemasside keerukat struktuuri jne.

Mere ja ilma kohta kogutakse jooksvalt andmeid. Kas need andmed peaksid olema kõigile kättesaadavad?

Olen jah olnud seda meelt, et mere- ja ka ilma mõõteandmed peavad olema reaalajas kasutavad. Ega seadmetel teinekord suurt maksumuse vahet olegi, need koguvad andmeid sisemälusse või saab neid kasutada juba kohe mõõtmise ajal mingi sidevahendi kaudu. Reaalaja andmetel on täita oluline roll otsustuste tegemisel kas laevanduses, mingi tegevuse juhtimisel merel ja sadamates. Võib isegi öelda, et viimase kahe kümnendi jooksul on välja kujunenud eraldi teadusharu, mis tegeleb selle temaatikaga – operatiivne okeanograafia. Tugevaks toeks ja ehk ka stimulaatoriks selliste online-mõõtesüsteemide tekkes ja arengus on olnud GSM-side ja interneti tormiline areng viimasel kümnendil. Lahendused, mis veel paarkümmend aastat tagasi olid ulme või röögatult kallid, on tänapäeval tavapärased ja vabalt kasutavad igaühele, kes asja vastu huvi tunneb. Veebilehtede arv, kus esitame online-andmeid mere ja ilma kohta nii keset merd kui ka rannikul, on kasvanud 20 kuni 25ni ja nende kasutamine on väga intensiivne – mis näitab, et on, kellele see töö korda läheb. Selline esimene pääsuke oli 2000. aastal käima pandud Pärnu sadama mõõtejaam, mis kohe ka internetti sai, olles sel ajal üks esimesi onlinemõõtejaamu vähemalt Läänemere piirkonnas. Selle jaama kõrghetk saabus 2005. aasta 9. jaanuaril, kui Pärnu ja ümbruskonna rahvas sai ajalooliselt kõrgeima meretaseme tõusu reaalajas interneti vahendusel jälgida. Ja mitte ainult tavakodanikud, vaid ka kohalik omavalitsus, päästeamet, politsei. Ka riigiasutustele oli see sel ajal ainuke infoallikas hetkeolukorra kohta. See Pärnus kunagi puht huvist, et kas nii saab, tehtud lahendus ongi olnud nüüd edasiste arenduste aluseks ja eeskujuks ja sellest on välja kasvanud meretaseme infosüsteem, mis katab tervet Eesti rannikut. Viimase aja probleemiks on pigem üksikute mõõtejaamade ja süsteemide integreerimine eksperdisüsteemiks, otsustustugi jm sellised mõisted. Uuringud on näidanud, et liiga suur kogus infot ja erinevaid andmeid pigem pärsib nendes tingimustes pädeva otsuse tegemist, kui sellele kaasa aitab. Ehk siis probleemiasetus seisneb selles: kuidas kasutaja saaks õigel ajal ja õiges kohas just selle õige andmepaketi, mis teda otsuse tegemisel aitab. Selliste lahenduste väljatöötamise ja realiseerimisega püüamegi tegelda.

Mis on sinu meelest hea teadus?

Eks teaduse üldisem roll ühiskonnas ole tekitada nn turvalisuse mulli nii üksikisiku kui ka ühiskonna ümber, et aidata hinnata riske, neid maandada, pakkuda võimalust keskkonnaga sel viisil läbi saada, et see kummalegi poolele hukatuslik ei oleks. On ka väidetud, et tänapäeva teadusel olevat lausa religiooniga ühiseid jooni! See on küll vist selge, et igasugune areng majanduses tervikuna, eriti tööstuses, on tänapäeval seotud teadusmahukusega. Hea teadus võiks olla uudne teadmine, aga ka kvaliteetteadmine – teadmine, mis omakorda toodab uut teadmist. Proosalisemalt: ja tasub end ära, kas inimtegevuse ressursimahukuse vähenemise või ka inimese suunatud tegevuse efektiivsemaks muutmisega. Raske on siin välja tuua seda kõige õigemat mõõdikut, mis näitab teaduse headust. Aktuaalsus, uudsus, juba olemasoleva teadmise integreerimine, tulemuste rakendatavus ja praktilisus – need võiksid olla hea teaduse näitajad.

Kas meie teaduse ja kõrgharidusega on asjad korras või on midagi, mis võiks olla teistmoodi?

Alati ju tahaks teistmoodi, aga midagi kardinaalset nüüd ka lahti ei ole – teadustegevuse finantseerimine täiesti toimib, eks uusi ja kandvamaid ideid võiks alati rohkem olla, aga ega praegugi häda ole. Eesti näib väljastpoolt innovaatiline ja teadusaldis ühiskond – väike aga/ja tubli, nagu muudel elualadelgi. Mida võiks rohkem olla? Sellist stiilipuhast akadeemilist dispuuti, aga seda on uue kommunikatsiooni saabumisega igal pool vähemaks jäänud, nii et kohalikke olusid süüdistada ei saa ja ilmselt peaks siinkohal enda muutmisest alustama. Kõrghariduse kohta ei saa ka midagi paha öelda. Kes tahab ja on usin, saab ka targemaks! 1980ndate ja varasemate aegade akadeemilisus on asendunud teatava pragmaatilisusega, aga nii on see ka mujal maailmas, peame leppima. See võiks ehk olla, et tudengid ei peaks muude kõrvaltöödega tegelema ning saaksid rohkem õppetööle pühenduda. Vaikselt see ka paraneb võrreldes viie aasta taguse ajaga, aga arenguruumi on – eks see jällegi meie majanduslike oludega seotud ole. Loodame paremat!