Läänemere eutrofeerumine

Läänemere eutrofeerumine on tähtis keskkonnaprobleem, kuna Läänemeri on enim eutrofeerunud meresid kogu maailmas. Põllumajanduses kasutatavatest väetistest jõuab osa merre, mis pikema aja jooksul toob kaasa ulatuslikud süsteemsed muutused, mõjutades negatiivselt nii veekvaliteeti kui ka elustikku. Läänemere eutrofeerumine on olnud väga kiire ja intensiivne, sest seda on soodustanud unikaalsete eripärade kokkulangevus, milleks on väga aeglane veevahetus ookeaniga, riimveelisus, väike keskmine sügavus ja intensiivne inimtegevuse surve. Läänemere ökoloogilise seisundi parandamiseks ning kaitsmiseks tegutseb merd ümbritsevate riikide ühendus Helsingi komisjon ehk HELCOM, mis on hea näide riikide teaduslikust ja poliitilisest koostööst keskkonna nimel. 
Eutrofeerumine meres.
Mereline eutrofeerumine on keerukas, tervet mereökosüsteemi haarav protsess, mille käigus toimuvad muutused mere aineteringes ning süsteemis hakkavad kuhjuma toitained ja orgaaniline aine. Eutrofeerumise kutsub esile intensiivpõllumajandusest pärinevate toitainete, eriti lämmastik- ja fosforiühendite, ning vahel ka orgaanilise aine suur koormus ökosüsteemile. Kuigi eutrofeerumine võib olla pikaajaline looduslik protsess vananevates järvedes, siis merelises keskkonnas on see peaaegu alati inimtegevuse negatiivne tagajärg. Ülemaailmselt on eutrofeerumine käinud käsikäes tööstuslike väetiste kasutuselevõtmisega ja Läänemeri ei ole siin mingi erand. Esimesed suuremad eutrofeerumise ilmingud tekkisid juba 20. sajandi esimeses pooles, kuid tõsised tagajärjed hakkasid endast märku andma alates 1950. aastatest koos intensiivpõllumajanduse järjest suurema levikuga Läänemere kallastel.
Peamiseks toitainete transportijateks Läänemerre on jõed, mis "koguvad" oma valgalalt tulevad toitained, eriti lämmastiku, mis leostub väetatavatelt põldudelt väga kergesti. Üldiselt on tihedamalt asustatud ja aktiivse põllumajandusega aladel voolavad jõed ka suurema toitainete koormusega – sellisteks on näiteks Vistula, Nemunas ja Odra Läänemere lõunaosas. Põhjapoolsetel aladel, kus kasvab rohkem metsa ja asutus on hõredam, on ka toitainekoormus väiksem. Oluline osa fosforist (56%) tuleb lisaks punktreostusallikatest, näiteks linnade heitveest. Lämmastikku lahustub merre ka atmosfäärist (hinnanguliselt 25% koguhulgast), seda nii liikluses ja tööstuses tekkivate ühenditena kui ka sinivetikate ehk tsüanobakterite vahendusel. 
Toitainete roll eutrofeerumises.
Pidev suurel hulgal toitainete lisandumine on Läänemere ökosüsteemis tekitanud ulatusliku eutrofeerumise ning vallandanud positiivse tagasiside ahela, mis tähendab, et eutrofeerumine on hakanud iseennast taastootma. Siinkohal mängivad olulist rolli lämmastiku- ja fosforiringe. 
Lämmastiku ringlus meres on suhteliselt kiire ja normaalsetes tingimustes lämmastik vette ei kuhju. Lämmastik, mis vees esineb sagedamini nitraatide ja ammooniumina, eemaldavad veesüsteemist anaeroobsete bakterite läbiviidavad protsessid denitrifikatsioon või anammoks, mis tavaliselt toimuvad setetes. Nende protsesside tulemusel tekib nitraatidest ja nitrititest gaasiline lämmastik, mis veest lendub. Kuigi eutrofeerumise tulemusel tekkinud surnud tsoonid võivad lämmastiku äraviimist süsteemist ajutiselt suurendada , siis pikaajalisema anoksia korral kipub lämmastik ammooniumina kuhjuma, mille eest hoolitseb anaeroobsete bakterite läbiviidav protsess nimega DNRA. Kui see ammoonium jõuab merepõhjast taas eufootsesse vööndisse, siis hakkab see toitainena taas vetikaõitsengut soodustama. 
Fosfor on palju aeglasem ja püsivam element kui lämmastik. Kord veekogusse sattununa pole kuigi palju protsesse, mis fosforit jäädavalt ringlusest eemaldaks. Läänemeres esineb fosfor peamiselt fosfaadina, mille liig seotakse hapnikurikastes tingimustes setetesse ühendina koos raua, kaltsiumi või alumiiniumiga. Hapnikutingimustes on see protsess efektiivne ja liigne fosfor jääb setetesse. Kui aga hapnik veest kaob, siis lülitub kiiresti sisse alternatiivne protsesside jada, mille tulemusel vabaneb fosfaat toitainena taas setetest. Läänemeres on anoksia järjest laiema levikuga tekkinud suur sisemise fosforiringe, mis on välistest allikatest täiesti sõltumatu. . Setetest vabanenud fosfor muudab ka harjumuspärast lämmastiku ja fosfori vahekorda vees (vt Redfieldi suhe), mis omakorda mõjutab vetikaõitsengute koosseisu. Kuna fosforit on vees rohkem, siis kipub seda kevadõitsengu lõppedes alles jääma, samas, kui lämmastik on kõik ära tarbitud. See loob suvel soodsad tingimused massiliseks sinivetikate õitsenguks, kes lämmastikusidujatena saavad kasvada ka siis, kui lämmastikku ei ole. Sinivetikad on Läänemeres oluline lämmastikuallikas, tuues süsteemi hinnanguliselt 20–50% välisest lämmastikust. Seda sisemise toitaineringe käivitatud positiivse tagasiside ahelat, mis iseennast taastoodab ning eutrofeerumist süvendab, nimetatakse Läänemere nõiaringiks. Erinevatel hinnangutel hakkab Läänemere olukord paranema alles siis, kui sisemine fosforiringe lõpuks vaibub, mis on väga pika viibeajaga protsess ja võib kesta aastakümneid. 
Surnud tsoonid.
Surnud tsoonideks nimetatakse hapnikuvaeseid piirkondi meres, kus valitseb anoksia või hüpoksia. Läänemeres on eutrofeerumise tõttu tekkinud väga suure summaarse pindalaga surnud tsoon, mis oma suuruselt on võrreldav Iirimaaga. Kuigi 20. sajandi ulatuslikud surnud tsoonid võib kanda antropogeense eutrofeerumise arvele, on piiratud ulatuses hapnikupuudust esinenud Läänemere sügavamates soppides kogu tema lühikese ajaloo jooksul. See tuleneb mere looduslikest eripäradest. Läänemeri on riimveeline ning veesammas on vertikaalselt tugevalt kihistunud, mida iseloomustab halokliin ligikaudu 50–60 meetri sügavusel. Soolast ja hapnikurikast vett tuleb Läänemerre juurde suurte Põhjamere sissevoolude ehk soolapulsi läbi, mis toimuvad tavaliselt ligikaudu kümneaastase intervalliga – nii tekib soolase põhja- ja mageda pinnaveekihi vahel tugev soolsuse gradient. Sellest tulenevalt ei segune veesammas sügavamates piirkondades, mis jäävad allapoole halokliini, läbi ning alumises kihis võib tekkida hapnikupuudus ka ilma suurema eutrofeerumiseta. See looduslik eelsoodumus hapnikupuuduse tekkeks süvendab eutrofeerumise negatiivseid mõjusid veelgi ning muudab keeruliseks ka mere hea seisundi taastamise. Aastatel 2018–2019 oli Läänemere surnud tsoon rekordilise suurusega, hoolimata toitainete koormus järkjärgulisest vähendamisest. Lisaks sügavale ava-Läänemerele on hapnikupuudus nüüd levinud ka suhteliselt madalatele rannikualadele, kus see on küll hooajaline, aga see-eest palju ohtlikum, sest langeb kokku aladega, kus on suurem elurikkus. Piisab vaid lühiajalisest anoksiast, et suurem osa elustikku merepõhjas kaoks.
Ökosüsteemi muutused.
Eutrofeerumise tagajärjed, nagu hapnikupuudus ja vee läbipaistvuse vähenemine, põhjustavad mereökosüsteemi toiduahelas muutuste kaskaadi, mis moel või teisel mõjutab peaaegu kõiki liike, nende hulgas ka inimest. 
Esimesena reageerib toitainete taseme tõusule fütoplankton, kes merre lisandunud toitainete otsese tarbijana saab järjest rohkem biomassi toota. Ulatuslikud vetikaõitsengud on ka Läänemeres üks silmapaistvamaid eutrofeerumise ilminguid, mille intensiivsuse ja ulatuse kasvu on täheldatud alates 1950. aastatest. Kevadisi õitsenguid tekitavad Läänemeres valdavalt ränivetikad ja dinoflagellaadid, suviti aga on levinud sinivetikad, kelle hulgas on ka mürgiseid liike. Intensiivsete vetikaõitsengute käigus tekib vette suurel hulgal orgaanilist ainet, mis vähendab oluliselt vee läbipaistvust. Lisaks kulub orgaanilise aine lagundamiseks bakterite poolt ohtralt hapnikku, mille tagajärjel võib halvemal juhul tekkida hapnikupuudus. 
Langenud veekvaliteet ja hapnikudefitsiit muudavad paljude mereliikide elu väga keeruliseks; eutrofeerumisel on oluline mõju liikide elupaikadele ja seeläbi nende biomassile ja arvukuse dünaamikale üldiselt. Hinnanguliselt on suurem osa Läänemere pelaagilistest ja bentilistest elupaikadest eutrofeerumise tõttu kehvas või väga kehvas seisus. Eutrofeerumise tõttu häguseks muutunud vesi ei sobi kuigivõrd näiteks suurtele röövkaladele (sh haug), kelle saagipüüdmise edukus sõltub heast nähtavusest. Teisi kalu, nt turska, mõjutavad negatiivselt eutrofeerumisega suurenenud surnud tsoonid. Kui suurte röövkalade arvukus väheneb, võidavad sellest väiksemad kalaliigid, kes toituvad nii põhjataimestikust kui ka zooplanktonist, ehk surve neile gruppidele kasvab. Zooplanktoni arvukuse vähenemine tähendab, et fütoplankton saab veelgi piiramatumalt kasvada. Anoksilised tingimused merepõhjas vähendavad nii bentose kui põhjas kasvavate veetaimede leviala. Hapnikupuuduses hukkub suurem osa merepõhjaelustikust üsna lühikese aja jooksul Veetaimede ja bentose arvukuse langus aga mõjutab paljusid liike korraga, kes neist toituvad – sh kalad ja linnud. Näiteks põisadru levik, mida peetakse ka üheks Läänemere tugiliigiks, on eutrofeerumise tagajärgede tõttu vähenenud. Põisadru, nagu ka teised merepõhjas kasvavad liigid (merihein, penikeel), on negatiivselt mõjutatud nii päikesevalguse vähenemisest vee hägustumise tõttu kui ka põhjakihtide hapnikupuuduse tõttu. Sellistes tingimustes saavad konkurentsieelise vähenõudlikumad ja kiiremakasvulised vetikad, kes sama väärtuslikke kooslusi ei moodusta. See on ökosüsteemi liigirikkuse seisukohast tõsine probleem, sest põisadru ja merihein on Läänemeres võtmetähtsusega liigid, kellest omakorda sõltuvad paljud teised organismid, näiteks selgrootud ja väikesed kalad, kes signatuurkoosluste kadumisega samuti ohtu satuvad, mõjutades omakorda teisi troofilisi tasemeid. 
Läänemeri on ajalooliselt suhteliselt liigivaene süsteem ning liigirikkuse täiendav vähenemine võib ökosüsteemi stabiilsust oluliselt mõjutada. Keeruliste ökosüsteemide käitumist mitme faktori koosmõjul on väga keeruline ette ennustada, aga on suur oht, et kombinatsioonis suure hulga võõrliikide invasiooni, intensiivse kalapüügi ja kliimamuutusega võib eutrofeerumine Läänemere harjumuspärast ökosüsteemi peaaegu tundmatuseni muuta. Mida enam suudetakse hoida siinseid liike ja toiduahela stabiilsust, seda suurem on lootus, et Läänemere ökosüsteem ei ületa murdepunkti, millest tagasiteed enam ei ole. 
HELCOM ja meetmed olukorra parandamiseks.
Läänemere-äärsed riigid on eutrofeerumise probleemi teadvustanud juba aastakümneid ning lahenduste otsimisel on tugev fookus olnud toitainete koormuse vähendamisel. Need tegevusplaanid lähtuvad põhimõttest, et kui toitainete hulga kasv meres on tekitanud eutrofeerumise, siis seisneb lahendus toitainete hulga viimises eutrofeerumiseelsele tasemele. 
Suurt rolli on selles tegevuses mänginud Helsingi komisjon – HELCOM, mille tähelepanu liikus eutrofeerumisele 1980. aastate teises pooles kui esitati esimesed soovitused toitainete koormuse vähendamiseks asulate reovees ning põllumajandus- ja tööstusasutuste heitvees, millele hiljem lisandusid laevandus, metsandus ning kalakasvatus. 1992. aastal jõustunud Helsingi konventsioon ja sellele järgnenud tegevused viisid toitainete olulise vähendamiseni nii punkt- kui ka hajaallikatest, kuid 2003. aastaks oli selge, et eutrofeerumise sümptomeid see vähendanud ei ole. Probleemi süsteemsemaks lahendamiseks võeti lisaks toitainete koormusele arvesse ka ökosüsteemi käitumine ning mere regionaalsed eripärad, millest 2007. aastal sündis Läänemere tegevuskava (Baltic Sea Action Plan, BSAP), mida uuendati 2021. aastal. Eesmärgiks seati kvantitatiivsed tunnused, mis näitaks mere head ökoloogilist seisundit (näiteks vee läbipaistvus) ning toitainekoormused, mis selle hea seisundi saavutamist võimaldaks. Läänemere tegevuskavaga on mõtteliselt seotud ka Euroopa veedirektiivid (nt veepoliitika raamdirektiiv ja merestrateegia raamdirektiiv), mille oluliseks fookuspunktiks on samuti eutrofeerumise vähendamine. Lisaks toitainete koormuse vähendamisele on aina enam hakatud otsima võimalusi ka looduslike meetoditega toitaineid veest eemaldada. Selle otstarbega on võimalik luua näiteks karbi- ja vetikafarme, mille võimaluste uurimisega praegu tegeletakse.
Tänu HELCOM-i, Euroopa Liidu ning riikide individuaalsele tegevustele on toitainete koormus Läänemerre viimastel aastakümnetel oluliselt vähenenud, olles 1960. aastate tasemel lämmastiku (−12%) ja 1950. aastate tasemele fosfori puhul (−28%). Kuigi lokaalselt on mõned veekvaliteedi näitajad, näiteks toitainete kogus vees, läinud paremaks, pole Läänemere ökoloogiline seisund tervikuna siiski oluliselt paranenud. 2023. aasta seisuga on 86% rannikumerest ja 100% avamerest HELCOM-i hinnangul kehvas seisus. See annab mõista, et Läänemeri kui keeruline ökosüsteem on suhteliselt inertne ning reageerib muutustele pika viibeajaga, mistõttu meetmete toimimine vajab aega ja järjepidevust.