2006/12



   Eesti Looduse
   fotovoistlus 2010




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
Artikkel EL 2006/12
Kiirlaevalained rsivad rannanlva

Tormilainete omadusi mdetakse, analsitakse ja arvutatakse ikka selleks, et osata kaitsta rannarajatisi ja inimesele vrtuslikku vara. Eesti Looduse juuni- ja juulinumbrist visime lugeda, et Tallinna lahel on kujunenud ainulaadne olukord: mrkimisvrne osa siinsetest lainetest on inimtekkelised. Paraku on need looduslikest kohati ohtlikumadki.

Suurem osa avamerel tekkinud lainete energiast rakendub suhteliselt madalas vees: seal, kus lained ulatuvad phja mjutama, tavaliselt rannavndis. Ka laevalainete mju avaldub sageli laevateest pris kaugel. Kiirlaevaliikluse hdrodnaamilist kaugmju vib vaadelda kui laevaliikluse riskitegurite uut aspekti. Avamere tingimustes on see esimest korda ehmatavalt selgel moel avaldunud Tallinna lahel [14, 16]. Seda kannavad pikad ja krged kiirlaevalained, mida loodus jrele teha ei suuda. Need levivad mda veepinda paremini kui elektrivool juhtmeis, psivad sobivates oludes kompaktseina kui kahurikuulid ning vivad pealtnha vaikse veepinna all kvasti rsida randa ja selle elustikku.

Laevalainete mjul, nagu ka laeva turbulentses jljes, paigutuvad veemassid mber ning segunevad omavahel. Seda nitavad vee temperatuuri ja muude omaduste drastilised muutused, mida on mdetud nii saartevahelistes kanalites mitme kilomeetri kaugusel laevateest kui ka lausa avamerel [7]. Pole heselt selge, kas srane mju on tervitatav vi mitte. hest kljest rikastatakse sgavamaid veekihte hapnikuga, kuid samas tuuakse tusuhoovustega phjakihtidest veepinna lhistele toitainerikast vett, mis arvatavasti kiirendab eutrofeerumist ning soodustab sinivetikate vohamist [9].

Laevalainete mju on thine avaookeani rannikul, mida sageli uhuvad krged tormilained ning kus looded on tihti suure amplituudiga. Lnemere ja Tallinna lahe lained on ookeanilainetest tagasihoidlikumad; siiski jvad laevalained ka neile alla Tallinna lahe tuulelainetuse energiast hlmavad laevalained kuni kmnendiku ja selle vimsusest kuni kolmandiku [14, 16, vt. ka EL 2006, nr. 7]. Seega vib laevalainete mju domineerida vaid seal, kus looduslik hdrodnaamiline aktiivsus on mingil phjusel vike. Selline piirkond asub teatavas sgavuste vahemikus rannanlval.


Pikkade lainete mju ulatub sgavale. Laine mjutab merekeskkonda eelkige veeosakesi liikuma pannes: veeosakeste kiirus oleneb keerukal moel vee sgavusest ja laine omadustest. Lhikeste lainete mju piirdub mere pinnakihiga, sellest ka nende nimetus: pinnalained. Mida pikem on laine, seda sgavamale ulatub tema mju. Tusu-mnalained ja tsunami on niteks nii pikad, et panevad vee liikuma ookeani pinnast phjani.

Krgeimate kiirlaevalainete perioodid on Tallinna lahel 1015 sekundit, seega umbes kaks korda pikemad siinsete tormilainete omadest. Seetttu mjutavad kiirlaevalained mrksa sgavamal paiknevat merephja kui tuulelained. Meetrikrgune ja 12-sekundilise perioodiga kiirlaevalaine tekitab paarikmne meetri sgavusel vees merephja lhistel viis kuni kuus korda intensiivsema vee liikumise kui niisama krge, kuid 5-sekundilise perioodiga tormilaine (vt. # 1). Kmne meetri sgavusel merephjas on vee kiirus kuni 45 cm/s seda rannalhedased hoovused tavaliselt ei tekita. Veel 30 meetri sgavusel on sellise lainega saavutatud vee kiirus phja lhedal 20 cm/s, mis letab palju kordi niisama krgete, kuid tunduvalt lhemate tuulelainete tekitatud kiiruse. Seetttu on mitmes Tallinna lahe ranna osas 10 meetri sgavusel vees laevalainete tekitatud igapevane phjalhedase kiiruse maksimum peaaegu niisama suur kui 1020 aasta tugevaimas tormis; paarikmne meetri sgavusel vib see olla aga tunduvalt suurem isegi sajandi tugevaimate tormide omast [15]. Sgavamal kui 30 meetrit on kiirlaevalainete mju viksem rannalhedaste hoovuste toimest.

Toodud hinnangud on arvutatud eeldusel, et laevalained kujutavad endast klassikalisi siinuslaineid. Alla kmmekonna meetri sgavusel on kiirlaevalained pigem vrdlemisi kitsad lainevallid [14]. Need panevad vee liikuma kohati mrksa kiiremini, kui prognoosib klassikaline laineteooria. Seetttu on nende mju looduslike lainete omast sageli suurem veel ligikaudu viie meetri sgavusel vees. Sellest madalamas vees pseb mjule tormilainete suurem krgus.

Kiirlaevalainete tugev mju on lhiajaline ning kaasneb krgeimate ja pikimate lainetega. Teisisnu, kiirlaevalained tekitavad teatavas sgavuste vahemikus ebaharilikult suure veeosakeste kiiruse tttu vga tugevaid impulsskoormusi. See on peamine phjus, miks neid peetakse Tallinna lahel kvalitatiivselt uueks hdrodnaamilise aktiivsuse komponendiks [14, 16].

Veeosakeste suur phjalhedane kiirus 530 meetri sgavusel meres, mida loodusoludes tuleb ette rmiselt harva, on hiriv vrmju veekogu phja kossteemile. Seda aspekti on palja silmaga sna raske igesti hinnata, sest pikki laineid tajub vilumatu silm vrdlemisi kehvasti. Samas on see tsine probleem veealuste tde ja tuukrite jaoks, mistttu niteks Suurbritannia meteoteenistus annab pikkade lainete jaoks eraldi prognoosi. Pikad lained sageli ei murdu meile nhtaval moel, vaid lihtsalt tstavad ja langetavad mneks ajaks veetaset nagu leujutus vi tusu-mnalained. Mhinal murduvad enamasti lhemad lained, mis kannavad endaga suhteliselt vikest osa laevalainete energiast ning mille mju on analoogiline tuulelainete mjuga.


Kas sogases vees on parem? Vee ebaharilikult suur kiirus mjutab merephja ja sealset elustikku. See on ldiselt vrreldav kva tuule mjuga kuival maal: maismaal kantakse lahtine liiv ra, suuremad puud murtakse maha ja hk on tolmune. Meres hakkavad aga liikuma phjasetted, suurem phjataimestik kistakse lahti ning osa peeneteralisi setteid paisatakse heljumina veesambasse. Paljudele liikidele on niisugune muutus meeleprane: raiesmikus kasvavad eriti head vaarikad ja mned kalad saavad elada vaid murdlainete vndis. Seetttu ei ole kindlasti ige vita, et laevalainetel on vaid halb mju.

Laevalainete mdetav mju avaldub eesktt setete resuspensioonis ja nende intensiivistunud transpordis. Jgedes, kus vesi voolab tavaliselt kiiremini kui rannalhedastes hoovustes, aga ka avamerelainete eest varjatud lahtedes, vivad laevalained paisata veesambasse kuni 100 g/l setteid [2]. Samasugune on madalaveelistes lahtedes ja jrvedes kiiresti sitvate vikeste paatide tekitatud lainete toime. Niteks Franz Andersoni uurimuses [1] oli vee sgavus vaadeldud aladel ligikaudu meeter. Paadid sitsid seal kiirusega 16 km/h; seega oli olukord igati sarnane kiirlaeva liikumisega. Tugevat phjasetete erosiooni ja vee hgususe suurenemist theldati juba 1015 cm krguste lainete puhul. Tallinna lahe rannavndis suurendavad kiirlaevalained heljumi sisaldust enamasti mne grammi vrra liitri kohta; ksikutel juhtudel kuni 20 g/l vrra [6]. Neid arve tuleb vtta konservatiivsete hinnangutena, sest enamasti ei nnestu veeproove saada hetkel, mil heljumi kontsentratsioon on suurim.

Heljumi suure sisaldusega seotud probleemid on hsti tuntud: need on samasugused veealuse kaevandamise vi svendamisega kaasnevate muredega. Suur hulk heljumit teeb vee sogaseks ja vee ldine kvaliteet halveneb. Erinevus on vaid selles, et laevalainete mju piirdub phjalhedase veekihiga, mille paksus viie meetri sgavuses vees on ligikaudu meeter [6]. Lnemere vee kehva lbipaistvuse tttu ei saa seda mju ei rannalt, lennuki pardalt ega satelliitide abil jlgida. Vee vhenenud lbipaistvus [6] ja taimedele sadestunud heljum takistavad aga valguse psu kudedesse. See vib pidurdada fotosnteesi niigi sogase Lnemere sgavamates kihtides, mistttu phjataimestik vib rannanlva sgavamatest osadest taanduda. Vee hgusus piirab ka osa kalade elupaiku ja nnda vib mne liigi silimine ohtu sattuda. Kui heljum kandub kalade kudemisaladele ja settib seal, siis vib juhtuda, et mari ei kinnitu kudesubstraadile ning hukkub. Kui aga kalamari kattub heljumi vljasettimisel hapnikku mittelbilaskva peene settekihiga, sureb mari hapnikupuuduse tttu.


Kord juba lhutud asi jb hapraks. Merephja omadused vivad laevalainete tekitatud impulsskoormuste tttu suuresti muutuda. Hillsborough lahes Lne-Floridas panevad laevalained samuti vee liikuma mrksa kiiremini kui looduslikud tegurid [13]. Veesambasse tstetud phjasette kogumass letab palju kordi loodusteguritega resuspendeeritud setete hulga. Kuigi laevalainete mju on lhiajaline, liigutavad looduslikud lained ja hoovused kord les tstetud ja uuesti tagasi settinud materjali palju kergemini kui pikka aega puutumatult phjas lasunud setteid. Laevaliikluse kaudse tulemusena suurenes seal mrgavalt looduslike tegurite phjustatud setete edasikanne. Pole mingit phjust arvata, et Tallinna lahes oleks see teistmoodi.

Kiirlaevalainete pikkuse mju vib avalduda sna ootamatutes seostes. Isegi vrdlemisi madalate pikkade lainete lisandumine tekitab sageli phjasetete mrksa intensiivsema liikumise, vrreldes olukorraga, mil samavrra suureneb lhemate lainete energia [3]. Vahel kasvab phjasetete rakanne hppeliselt [17]. Phjuseks on enamasti eespool mrgitud asjaolu, et erisuguse pikkusega lained panevad setted liikuma eri sgavustel. Pikkade lainete ja tavaliste tuulelainete kombinatsioon on eriti mjuv kohtades, kus kohalike tegurite tekitatud phjalhedaste veeosakeste kiirus on vaid pisut viksem setteid liikuma panevast kiirusest.

Suhteliselt vhe tuntud on asjaolu, et lainetus vib suurendada vees lahustunud ainete difusioonikoefitsienti phjasetete pealmistes kihtides [18]. See avaldub kige selgemini siis, kui lainete periood on ligikaudu 10 sekundit, mis on just krgeimate kiirlaevalainete tavaline periood Tallinna lahel. Selle efekti kaudne tulemus vib olla setetes paiknevate toitainete (sh. eutrofeerumist vi sinivetikate vohamist kontrollivate ainete) sidumisvime muutus, mille tttu vib teoreetiliselt muutuda vastavate ainete bilanss. Kuna laevalained mjutavad otseselt Soome lahe ranna vikest riba ning veevahetus Tallinna lahes on kllalt intensiivne, ei tohiks see efekt siin kandis kuigi oluline olla.


Kas kiirlaevalained lhuvad randu? Eestis oli kiirlaevalainete uuringute pstikuks kartus, et laevalained lhuvad pealinna randu. Selle kohta on igasuguseid arvamusi; hea levaate neist ja randade kujunemise ldjoontest annavad Kaarel Orviku kirjutised [11, 12].

Tegelikult on protsessid vga pnevad ning teatavas mttes igus kikidel pooltel. Laevalained ei phjusta tavaliselt rannapurustusi veepiiri lhistel, kus on mrav parameeter lainete krgus: selle omaduse poolest letavad tormilained neid enamasti vrdlemisi selgelt. Merele avatud rannad, nii nagu enamik Tallinna lahe rannavndist, on veepiiri lhistel kaetud veeriste, munakate vi suuremate kividega. Tagasihoidliku krgusega laevalained ei suuda sellise sillutisega kaitstud piirkondi oluliselt mjutada [8, 16].

Philine laevalainete tegevuspiirkond on sgavamal, kus nende tekitatud vee kiirused letavad looduslikke. Sgavusel mnest paarikmne meetrini on merephi tavaliselt kaetud suhteliselt peeneteralise settega [8], mida laevalained kergesti liikuma panevad. Ants Erm on mtnud setete intensiivset resuspensiooni 215 meetri sgavusel [6], kuid laevalainete mjuala on ilmselt palju laiem. Kiirlaevalained paiskavad mrkimisvrse koguse setteid veesambasse ligikaudu viieks minutiks. Rannalhedaste hoovuste tavaline kiirus on kmmekond sentimeetrit sekundis, seega viiakse settematerjal prast iga laeva mdumist mnekmne meetri kaugusele. Suvel sidab pevas le Tallinna lahe mitukmmend kiirlaeva: kui hoovus oleks psiv, juaksid setted peva jooksul kilomeetri kaugusele ja ndalaga lahest pris vlja. Setete transpordi suund on nneks muutlik ning oleneb nii lainete, setete kui ka keskkonna omadustest. Kuna kiirlaevade phjustatud setete liikumise ajal kulgeb hoovus ranna lhistel sageli vastassuunas, vrreldes krgete tuulelainete ajal valitsevaga, siis vib teatavatel aastaaegadel muutuda setete rakanne tavaprasest erinevaks, nitavad professor Jri Elkeni arvutused [16].

Jelaevade lained ei kahjusta tavaliselt kaldaid kuigivrd. Paljudel juhtudel need pigem kuhjavad setteid kallaste lhedale ning taastavad vooluga lhutud kaldaosi [2]. Seevastu kiirlaevalained liigutavad phjasetteid valdavalt avamere suunas [10]. Seetttu on vga tenoline, et kiirlaevade kigulainete mjutatud rannanlva teatavates osades domineerib kulutus. Loodus ei salli thja kohta ning setete defitsiidi korvab teatava aja jooksul looduslike protsesside kigus kulutatud paika transporditav materjal.


Tasakaaluline rannaprofiil. Muutused Eesti randade keskmise veepiiri lhistel paiknevates osades kaasnevad peamiselt sgiste ja talviste tormidega [12]. Seda aspekti on retult oluline arvestada kiirlaevalainete vimalikku mju analsides.

Randades valitseb enamasti tasakaal: mere sgavus suureneb kindla seadusprasuse jrgi ning ranna ristlikeks on nn. tasakaaluline rannaprofiil [4] (# 2). Selle ulatus ja tpne kuju olenevad lainetuse ja phjasetete omadustest. Kui rannanlva mingist osast lheb teatav hulk materjali kaotsi (pole vahet, kas see kaevandatakse vi viivad lained selle minema), ei ole seda rannas niipea mrgata. Muutused ilmnevad sageli alles siis, kui vga tugev torm taastab tasakaalulise rannaprofiili suhteliselt suure sgavuseni.

Pirita ranna puhul on kuupmeetri setete kadu rannajoone meetri kohta samavrne veepinna tusuga 5 millimeetri vrra ehk rannajoone taganemisega ligikaudu 40 sentimeetri jagu. Seejuures pole oluline, millisest kohast materjal on kadunud alates veepiirist kuni suurima sgavuseni, mida murduvad tormilained otseselt mjutavad. Ainuksi kiirlaevalainetega rannanlva sgavamas osas veesambasse paisatud heljumina mujale viidava materjali kogus on nii suur, et selle tttu vib rannajoon taganeda mnekmne sentimeetri vrra aastas [6]. Ja peaaegu kigis Tallinna lahe rannaosades leidub veepiiri lhistel pesiti peeneteralisemat materjali [8], mida tormilained vivad sgavamale kanda ning mille arvelt saab meri peale tungida.

Kogu probleemi tuum on seega lihtsalt tsiasjas, et looduslikud ja inimtekkelised lained on Tallinna lahe oludes erisuguse pikkusega ning paigutavad settematerjali mber eri sgavusel. Nende vaheldumisi toimiv mju vib mrgatavalt kiirendada setete transporti teatavates sgavustes, mille kigus osa materjalist paratamatult kantakse kas lahest vlja vi settib pris sgavale. Selle peaaegu vaikse veepinna all meile nhtamatult toimuva kulutuse teevad ilmsiks alles kvad tormid, mis toovad puuduva materjali katteks setteid igalt poolt, kuhu vaid murdlained ulatuvad. Enamasti pestakse selle tarvis peenemaid settefraktsioone vlja ranna madalaveelisest osast [4]; krge veeseisu korral ka veepiirist maa poolt.

Mis aga tpselt rannaga ja selle kossteemiga juhtub, on raske ette arvata. Setete transpordi suunda ning seda, kas ja kus tpselt rannanlva kulutatakse, ei ole seni kindlaks tehtud. Asi pole selles, et muutusi ei osataks mrgata ega prognoosida: vastavad td on paraku vga kallid ning rannikukeskkond erakordselt keerukas. Samuti pole tavaliselt teada, milline oli merephi ja elustik konkreetses kohas enne kiirlaevaliikluse algust. Ja kui juhtub ks suurem torm le kima, on hea kiki muutusi selle kaela ajada. Ilmselt pole vimalik juriidilise tpsusega testada, et rhnide toksitud augud olid suurt puud parasjagu nii palju nrgendanud, et see tormis murdus. Sdlast nhakse ikka tormituules, sest kui sellist raju poleks olnud, seisaks puu ju endiselt. ks asjalik advokaat leiab mis tahes tpsusega tehtud teaduslikes hinnangutes ikka mne huaugu Ja kalad surevad vaikides ning soga merephjas segab esialgu vaid ksikuid rannakalureid.


Ei ole ksi kski laht. Loodusliku ja inimtekkelise lainetuse perioodide erinevuse taga on enamasti peale kiirlaevalainete eripra veel konkreetse mereala geomeetria ja valitsevate tuultega kujundatud looduslike lainetuse omaduste kombinatsioon. Tallinna laht on justkui looduslik labor, kus kiirlaevalaineid on palju ning tuulelained suhteliselt lhikesed.

Knesolev erinevus on tegelikult ldine probleem kigil madalatel merealadel, kus tusu-mna amplituud on vike ning kuhu ei tungi pikad ega krged ummiklained: niteks Aasovi meri, Vahemere mned osad ja suured, kuid suhteliselt madalad jrved. Sellistes veekogudes on kossteemi paljud komponendid kohanenud phjalhedase vee tagasihoidliku liikumiskiirusega. Srase keskkonna jaoks on kiirlaevalained kvalitatiivselt uus hdrodnaamilise aktiivsuse vorm, mis vib oluliselt mjutada phjasetteid ning elustikku [14].

Laevalainete mju kohta on esitatud erisuguseid argumente. On mistetav, et laevaomanike meelest on nende laevad parimad ning mis tahes probleemid lainetega vaid viklane norimine. Mned laevaliiklusega kaasnevad nhtused on kindlasti positiivsed. Kuid ei tohiks juhtuda, et lisandunud inimtekkeline koormus letab laevaliikluse mjusfris paiknevate alade kossteemi kohanemisvimet. Tenoliselt on tulevikus kiirlaevaliikluse potentsiaalse kaugmju anals ks osa tundlike alade lhistel paiknevate sadamate ja laevateede keskkonnamju hinnangust.

Laevalainete eest on kaitsetud need lautrid ja lahesopid, mis on elukohaks vi kasutamiseks valitud seetttu, et on loodusliku lainetuse eest varjatud. Ent loodus ega ka inimesed pole arvestanud laevalainetega, mis vivad tulla suundadest, kust krgeid looduslikke laineid ei saabu. Hea nide on kevadel avatud Tamme sadam Kdema lahe servas Saaremaal. Selles piirkonnas pole lindude pesitsusperioodil avamerelt krgeid laineid oodata. Ent Kpu poolsaare ja Saaremaa vahelise mereala sgavus on 3040 meetrit. Seega on kriitiline kiirus seal 3038 slme ja ohtlikud lained vivad tekkida juba alates kahekmnest slmest, mis on tavaline ndisaegsete matkelaevade kiirus. Kui maanteel seab kihutaja ohtu peale enda veel paar autotit kaaskodanikke, siis Tamme sadama puhul vib ksainus laev oma lainega hvitada kogu veelinnukoloonia pesad. Kui maanteel nnestub vahel ohuolukorrast terve nahaga pseda, siis laevalainete rhma ei peata merel enam miski. Seetttu tuleks vhemalt heksa korda mta, enne kui lubada kiirlaevu Tamme sadamasse.


1. Anderson, Franz E. 2002. Effect of wave-wash from personal watercraft on salt marsh channels. Journal of Coastal Research, Special Issue 37: 3349.

2. Bauer, Bernard O. et al. 2002. Estimating boat-wake-induced levee erosion using sediment suspension measurements. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering 128: 152162.

3. Coates, Tom T.; Hawkes Peter J. 1999. Beach recharge design and bi-modal wave spectra. Coastal Engineering 1998: proceedings of the 26th international conference 2226 June 1998, Falconer Hotel, Copenhagen, BL Edge (ed.), ASCE, 3: 30363045.

4. Dean, Robert G.; Dalrymple Robert A. 2004. Coastal processes with engineering applications. Cambridge University Press.

5. Eberhards, Guntis; Saltupe, Baiba 2006. Hurricane Erwin 2005 coastal erosion in the Gulf of Riga, in: The Baltic Sea Geology, The 9th Marine Geological Conference, August 27 September 3, 2006, Jrmala, Latvia, Riga 2006, 19-21.

6. Erm, Ants; Soomere, Tarmo 2006. The impact of fast ferry traffic on underwater optics and sediment resuspension. Oceanologia 48 (S): 283301.

7. Fagerholm, Hans-Peter et al. 1991. Remote sensing assessing artificial disturbance of the thermocline by ships in archipelagos of the Baltic Sea with a note on some biological consequences. International Geoscience and Remote Sensing Symposium Digest 2: 377380.

8. Kask, Jri et al. 2003. Geological setting of areas endangered by waves generated by fast ferries in Tallinn Bay. Eesti TA Toimetised. Tehnikateadused. 9: 185208.

9. Lindholm, Tore et al. 2001. Effects of ship traffic on archipelago waters off the Lngns harbour in land, SW Finland. Hydrobiologia 444: 217225.

10. Maritime and Coastguard Agency 2000. A physical study of fast ferry wash characteristics in shallow water, Research Project 457. The Queens University of Belfast, Kirk McClure Morton

11. Orviku, Kaarel 2001. Kuivrd Eesti randade muutustes on sdi laevaliiklus. Kreem, E. (toim.). Eesti meremeeste liidu aastaraamat. Eesti Meremeeste Liit. Tallinn.

12. Orviku, Kaarel 2005. Mererand vajab paremat kaitset. Eesti Geograafia Seltsi aastaraamat 35: 111129.

13. Schoellhamer, David H. 1996. Anthropogenic sediment resuspension mechanisms in a shallow microtidal estuary. Estuarine, Coastal and Shelf Science 43: 533548.

14. Soomere, Tarmo 2005. Fast ferry traffic as a qualitatively new forcing factor of environmental processes in non-tidal sea areas: a case study in Tallinn Bay. Environmental Fluid Mechanics 5: 293323.

15. Soomere, Tarmo 2006. Kiirlaevade kiiruse piiramise vajadusest ja vimalustest Tallinna lahel. Uuringuaruanne Tallinna Transpordiametile. TT Kberneetika Instituut, Tallinn.

16. Soomere, Tarmo et al. 2003. Fast ferries as a new key forcing factor in Tallinn Bay. Eesti TA Toimetised. Tehnikateadused 9: 220242.

17. Talke, Stefan A.; Stacey, Mark T. 2003. The influence of oceanic swell on flows over an estuarine intertidal mudflat in San Francisco Bay, Estuarine, Coastal and Shelf Science 58: 541554.

18. Webster, Ian T. 2003. Wave enhancement of diffusivities within surficial sediments. Environmental Fluid Mechanics 3: 269288.



Tarmo Soomere
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012