2006/11



   Eesti Looduse
   fotovoistlus 2010




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
Artikkel EL 2006/11
Narva je phjaj uuringud on linud ajalukku

Tnavu novembrikuus mdub sada aastat ajast, mil avaldati phjalik uurimus phjaj tekkest jgedes. Olulised uuringud selleks tehti Narva je krestikel.

1906. aastal ilmus veitsis Aarau linnas raamat Das grundeis und daherige Strungen in Wasserlufen und Wasserwerken (Phjaj ja sellest tulenev mju veevoolule ja veeseadmetele) [3]. See t puudutab otseselt vga kitsast hdroloogide ja veeinseneride ringi neid, kellel phjust tegelda jgede jnhtuste ja -reiimi uuringutega ning veeju kasutusega talveoludes.

Georg Lscheri uurimusel oli vrdlemisi suur thtsus phjaj tekke selgitamisel, mistttu hdroloogia ajaloos peetakse seda kogu maailmas oluliseks teoseks. Meid seob Lscheri tga aga asjaolu, et uuringud phjaj tekketeooria esitamiseks tegi ta Eestis Narva je krestikel. Seeprast on igati asjakohane tutvustada seda temaatikat tpselt sada aastat hiljem, sh. phjaj uurimise ajalugu laiemalt.


J vib olla erisugune. Tekkekoha jrgi vib jgede j jaotada pinna- ja veesiseseks jks. Viimast on tavaliselt nimetatud phjajks, kuigi kigi tekkeviiside jrgi ei ole alati tegemist phja kinnitunud jga.

Phjaj jaotatakse omakorda kaheks: leheline j, kus lehekeste lbimt on kuni 25 mm ja paksus 0,251 mm, ning smerjas j, mis on ksnataoline, sarnanedes pigem vettinud lume kui hariliku jga. Smerj tekib voolutakistuste, niteks kivide, phjakrgendike ja risu mber, kuhu jnelad ehk esmased jmoodustised veepinnalt turbulentse vooluga satuvad. See on urbne mass, mis koosneb korrapratult liitunud jneltest ja -kristallidest ning kristallide kogumitest. Smerj tekib krestikes, leheline j rahulikuma vooluga kohtades. Veevool murrab josakesed lahti ja viib need kaasa tekib jsodi ehk jlobjakas. Selle ja vee erikaal on peaaegu vrdne ning vool kannab niisugust jmassi hsti edasi. Jlobjakat vib nimetada ka kolmandaks veesiseseks jliigiks.

Traditsiooniliselt on phjajd nimetatud inglise keeles ground ice. Tnapeval kasutatakse Ameerikas laialdaselt ka nimetust anchor ice otsetlkes ankurj. Soovitatav on siiski kasutada mistet phjaj: see annab hsti edasi huvitava tekkeviisiga j olemuse.


Miks valiti Narva jgi? J- ja lobjakaummistused Narva jel olid tuntud ammu. lalpool Narva koske paiknes krestik, kus vee sgavus ulatus keskmiselt kahe meetrini. Sellest vastuvoolu Kulgu kohal voolas rahulik vesi, sest jgi oli lai ja sgavus kuni kaheksa meetrit. Krestikus tekkis pidevalt jd, mis kandus koseni ja ummistas veejuseadmete pealevoolukanaleid. Phjajd tuli juurde jkatte algusajast kuni veebruari lpuni, see katkes vaid pehmete talveilmade ja sulade ajal. Ummistuste tttu tuli ette hireid Kreenholmi manufaktuuri tekstiilivabrikute ts, sest vabriku seadmed lkkas kima Narva kose veejud.

Jummistused tkestasid vee juurdevoolu turbiinidele, mnikord sulgusid pealevoolukanalid tielikult ning isegi turbiinid kiilusid kinni [5]. Ummistused Narva kose piirkonnas phjustasid ootamatut veetaseme tusu lespoole jvas jeligus, vabrikute lheduses, Kulgu sadamas ja koguni linna lunaosas jersetel aladel. Samamoodi tekkisid Narva je voolusngi ummistused Omuti krestiku ligus, mis mnikord peaaegu sulgesid vljavoolu Peipsi jrvest [2]. Talviti krvaldas Kreenholmi vabriku veerajatistes jummistusi omaette abiksus, ajuti oli selle teenistuses le sadakonna mehe.

Et seda probleemset olukorda selgitada, kutsuti Narva veeinsener Georg Lscher, kellelt telliti ka uurimist. Arvatavasti oli Lscher tol ajal ainuke phjaj asjatundja: ta oli varem selle teemaga kokku puutunud veitsis, hinnates mgijgede veeju tehnilisi kasutusvimalusi. Kuid vesiehitistega tegelejate jaoks polnud tolleaegsed phjaj tekkemehhanismi teoreetilised ksitlused piisavalt teprased. Narva je jolud andsid suureprase vimaluse phjalikeks uuringuteks ja seda ei jtnud Georg Lscher kasutamata. Ilmselt oli tolleks ajaks phjaj probleem esile kerkinud eesktt seetttu, et tunti laialdast huvi veeju kasutuselevtu ja veejujaamade rajamise vastu.


Lscheri phjaj uuringud. Georg Lscheri raamat koosneb kolmest peatkist, neist esimene hlmab phjaj tekketeooria uut ksitlust, teine Narva jel tehtud vaatlusandmete analsi ja teoreetiliste seisukohtade testusi ning kolmas praktilisi jreldusi ja soovitusi, kuidas korraldada veejuseadmete td.

Mtmised Narva krestikel tehti 1899. aasta jaanuaris ja 1900. aasta veebruaris. Peale selle koguti lhema aja kohta andmeid ka Omuti krestikul ning mdeti veetemperatuuri neis likudes, kus phjajd ei teki. Niiviisi kogunes terviklik levaade temperatuuri muutustest je eri likudes. Et phjajd veelgi paremini selgitada, uuriti veetemperatuuri eri sgavustel ja Narva krestikul kividevahelistes mnekmne sentimeetri sgavustes lohkudes. Je sngis olevatesse kividesse puuriti 3035 cm sgavused augud, kuhu paigaldati samuti termomeetrid. Temperatuuri mdeti erisuguse tumedusega kividel: valkjal, heledal punakaspruunil ning tumedal punaka tooniga lubjakivil. Uuringutes kasutati vga tpseid termomeetreid: mtmistpsus 0,05 C. Neid kontrolliti Peterburis Tsaari-Venemaa riiklikus mtetehnika ametis. Kuna phjaj teke sltub otseselt ilmastikuoludest, siis mdeti htlasi hurhku, temperatuuri, niiskust, pilvisust, tuule suunda ja tugevust ning pikesepaiste kestust.

Georg Lscher phjaj teooria jrgi tekivad vee pinnal klma huga kokku puutudes imepeened josakesed nelj. Turbulentses voolus vesi seguneb hsti kogu je ristlike ulatuses. Need jnelad sulavad allpool olevas vees ja jahutavad phjatakistustega kokku puutuvat vett, kuni kogu ristlike ulatuses on vesi nullkraadise temperatuuriga, kuid kiire vool takistab j edasist arengut. Je phjas olevate voolutakistuste mjul on vee liikumine seal aeglasem ja josakesed hinevad ebakorraprasteks tompudeks kujuneb jlobjakas.

Kui vesi on pisut alajahtunud (alla 0 C), kinnituvad josakesed phjatakistuste klge ja algab jtumine je phjas. Kohtades, kus esimesed jkristallid on je phjas juba olemas, tekib jd pidevalt juurde, mida vool omakorda lahti murrab ja allavoolu kannab. Lscheri vaatlused nitasid, et ka ksikud kivid liivasel phjal on ohtralt jga kaetud, samal ajal kui liivane phi on jvaba, vlja arvatud taimede mber. Suurema klma ajal phja kinnitunud jga ala laieneb ning j pakseneb, kuni veevool selle lahti murrab ja kaasa haarab. Narva je hilisemate jvaatluste materjalidest vib lugeda, kuidas je phjast kerkis les umbes 200 m2 suurune jlahmakas, haarates kaasa liiva ja kive [6]. Nii kordub jteke pidevalt ning kiire voolu tttu psivat jkatet ei kujune.

Georg Lscheri teooria jrgi areneb normaalne jkate juhul, kui voolukiirus ei leta 1 m/s; kui see on 1,5 m/s ja rohkem, ei teki psijd isegi hutemperatuuril 25 kuni 30 kraadi. Kiire voolu ja klma ilma korral on vabaveelistes kohtades aga soodsad tingimused phjaj tekkeks. Ligi ndalase vaatlusperioodi jooksul je phjas olnud kivid kattusid siti jga, kusjuures voolukiirus oli 1,2 m/s. Kalda res, kus voolukiirus ei letanud 0,5 m/s, phjajd ei tekkinud. Kivisid paigutati omavahel mber, kuid vaiksemas ja madalamas kohas jd ikka ei kujunenud, kiirevoolulises kohas jtumine aga jtkus. Kige intensiivsemalt kattusid jga kohad, kus vool oli eriti ge.

Lscher on oma raamatus mrkinud ka kiirgusreiimi mju phjaj tekkele, mis on eriti oluline selge ja piisavalt klma ilma korral (hutemperatuur vhemalt miinus kmme kraadi). Niisuguses olukorras kivine jephi klmeneb lbi vee atmosfri tagasi peegelduva soojuskiirguse arvel: see soodustab vee alajahtumist ja phjaj teket. Kuna kiirgust ei mdetud, siis jb see aspekt Lscheri phjaj tekkemehhanismi seletamisel tagaplaanile.


Teisi phjaj tekke seletusi. Professor Howard T. Barnes McGilly likoolist Kanadas esitas samuti 1906. aastal Lscheri td teadmata phjaj tekke teooria [1]. Selle jrgi mjutab nii ujuva nelj kui ka otse veekogu phja kinnituva j teket veekogu soojuskiirgus. Phjaj saab tekkida siis, kui veetemperatuur pinnal on le 0 C, taevas pilvitu ning veekogu phjas on tumedamad kivimid. Kargetel talvedel jahtub phi je phjast les suunduva pikalainelise kiirguse tttu rohkem, kui ta peval pikesepaistel soojeneb, st. peva tsklis on soojusvoog suunatud veekogu phjast lespoole. Peval soojeneb ainult huke pinnakiht. Voolu toimel aitab see jd kergemini lahti murda, kuid ei soojenda phjas olevaid kive niipalju, et jtumine katkeks. Je phjas on sel juhul alajahtunud vesi: temperatuur on 0,01 kuni 0,001 C. Puutudes kokku phjatakistustega, voolukiirus vheneb ja klma phjaga kontaktis olev vesi kristalliseerub vga kiiresti. Laborioludes on saadud jkristallide juurdekasvuks kuni 1 cm/s, juhul kui on piisavalt kristallisatsioonituumakesi.

Kmme aastat prast Lscheri raamatu ilmumist avaldas W. Altberg Peterburi fsika observatooriumis tehtud katsete phjal pikema artikli phjaj uurimisest laboratooriumis ja looduslikes tingimustes [6]. Phjaj tekke selgitamisel kasutas ta ka Lscheri ja Barnesi tid. Altbergi esitatud jreldused on kui kokkuvte mlema nimetatud autori seisukohtadest. Seega ajavahemikul 19061916 pandi kirja phjaj tekke phiseisukohad: peamiselt kujuneb phjaj vastuvoolu suunatud phjakrgenditel; intensiivsem on see kohtades, kus voolu turbulentsus on suurim; lejahtunud vesi phjustab kristalliseerumise ning phjaj tekib ainult lahtise veepinna korral ja protsess kestab seni, kuni veekogu pind kattub jga vi ilm pehmeneb ja muutub pilviseks.

Veel mrkis W. Altberg, et phjajd tuleb ette ainult jgedes, mitte seisvas vees. Ndseks on teada, et seda tekib ka jrvedes ning isegi Antarktikas ja Arktikas madalas meres kohtades, kus jed suubuvad vga klma veega mereossa [4].


Olukord Narvas nd ja mujal Eestis. Narva je jreiimi phjalikke uuringuid tehti ka 1921/22. aasta talvel, veejujaama projekteerimise tttu. Sisevete broo juhataja veeinsener August Wellneri juhatusel veti vaatluse alla j, sh. phjaj teke kogu je pikkuses [5, 6]. Nende uuringute kigus tpsustati jummistuste mju je veetasemele ja jreldati, et talviste uputuste peamine phjus peitubki phjajs. Uuringute tulemusena esitati ka soovitused, kuidas vhendada phjaj kahjulikku mju.

Prast seda, kui Narva veejujaam 1956. aastal td alustas, lakkasid ka jummistused Narva linna kohal: phjajd tekitanud krestik uputati ja kosk ji kuivale. Omuti krestiku lemises otsas tekib phjajd aga endistviisi, sest sinna Narva veehoidla paisutuse mju ei ulatu.

Omuti krestiku phjaj kandub vooluga veehoidla algusosas oleva j alla ning takistab niiviisi vee liikumist. Erakordsetes oludes vib veepinna tus Omutis olla kuni 56 meetrit, mis takistab omakorda vljavoolu Peipsist [2]. Paraku on phjaj teket vimalik peatada ainult krestike uputamisega. Nnda phjendati veepaisutuse vajalikkust ka Omutisse kavandatud veejujaama puhul.

Phjajd on talviti ka teistes Eesti jgedes: kikjal, kus on krestikke ja klmal ajal tavalisest suurem vooluhulk, mis soodustab turbulentset voolu. Kuid kusagil mujal ei saa phjajd tekkida mahuliselt nii palju kui Narva jes.

ks tuntud phjaj tekkekoht on Pltsamaa krestik linna lunaosas. Viimati oli seal phjajd mrkimisvrselt palju 2004. aasta jaanuari esimeses dekaadis. Tol ajal oli je vooluhulk 34 korda suurem, vrreldes jaanuari alguspoole pikaajalise keskmisega, ja ilmad mitmel peval selged ning piisavalt klmad peva keskmine hutemperatuur ji miinus kmnest kraadist madalamale. Pltsamaa krestikus tekkis palju phjajd, mille veevool kandis allapoole. Linna ja Kamari vahemikus oli sellel ajal aga paks psij. Jlobjakas kogunes jkatte ette ning sulges osaliselt veevoolu. Krgele tusnud vesi ujutas le jersed madalamad alad. Samamoodi tekkis Pedja je keskjooksul Hrjanurme-Tammeme vahemikus phjajd. See kogunes Tammemest allpool psij taha, phjustades samuti jrsu veetaseme tusu. Samal ajal oli jtumine intensiivne mujalgi Eestis, ka paisude levooludel, kus alajahtunud vees tekkis phjajd veelaskerajatiste voolutkete (niteks varjapostide) taga.

Talve alguse lobjakaummistusest tingitud lokaalsed jgede leujutused on seotud mitme ebasoodsa asjaolu kokkulangemisega: nullilhedane veetemperatuur, talveoludes ebatavaliselt suur vooluhulk ning klm ja selge ilm. Niisuguses olukorras on takistatud nn. normaalne jtumine, kuid on soodsad eeldused phjaj tekkeks.

Kindlasti pole phjaj tekkevimaluste teaduslik selgitus Narva je uurimisandmete phjal oluline mitte ksnes Eesti looduse uurimise ajaloos ja meie hdroloogias, vaid see on plvinud tunnustust ka mujal maailmas.


1. Barnes, Howard T. 1906. Ice Formation with special Reference to Anchor-ise and Frazil.

2. Eipre, Tiit 1973. Lobjakaummistus Vasknarvas. Eesti Loodus 24 (12): 752.

3. Lscher, Georg 1906. Das Grundeis und daherige Strungen in Wasserlufen und Wasserwerken. Aarau.

4. Tsang, Gee 1982. Frazil and Achor Ice: A monograph. NRC subcommittee on Hydraulics of Ice Covered Rivers. Ottawa, Ontario, Canada.

5. Welner, August 1936. Die Wasserstnde und Eisverhltnisse des Narvaflusses. V Hydrologische Konferenz der Baltischen Staaten. Bericht 7A, Helsinki.

6. Wellner, August 1923. Naroowaje uurimise andmed ja weeju kasutamise kawa. Teedeministeeriumi vljaanne, Tallinn.



Arvo Jrvet
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012