Havsvattenståndet varierar med olika naturfenomen

Vattenståndet i Östersjön beror på vattenmassornas rörelser och täthet, på lufttrycket, men i mycket låg grad på tidvattnet. Eftersom Östersjöns vatten är allt lättare ju längre in i Finska viken och Bottniska viken man kommer, är vattenytan i princip lutande och högre i vikarnas ändor än i de mellersta och södra delarna av Östersjön.

Eftersom Östersjön är i kontakt med Nordsjön varierar vattenmängden i någon mån. Hårda västvindar packar vattenmassan i botten av vikarna varifrån det flyter tillbaka när vindriktningen och hastigheten förändras. Också lufttrycket påverkar vattenståndet: högtryck pressar ner vattnet och lågtryck låter det stiga igen.

Landhöjning har en minskande effekt på vattennivån särskilt i Kvarken-området. Å andra sidan ökar oceanernas värmeutvidgning och smältningen av kontinentala glaciärer vattennivån i världens hav, vilket också är uppenbart i Östersjön.

Havsvattenståndet påverkas av vind, lufttryck och is

Högtryck pressar vattenytan nedåt, lågtryck får den att stiga. En lufttrycksskillnad på 1 millibar motsvarar ungefär en centimeter i vattennivå. Den normala lufttrycksvariationen kan därför förklara vattenståndsvariationer på tiotals centimeter.

Ett enhetligt istäcke påverkar vattenståndets korttidsvariation genom att upphäva vindens inverkan. Vinden lyckas inte pressa upp vatten mot kusten, vilket leder till att extrema högvatten inte uppstår lika lätt som när havet svallar öppet.

Tidvattnet påverkar vattenståndet längs den finska kusten med endast några centimeter.

Seiche - egensvängning

När vatten som pressats upp av vinden återtar sitt jämviktsläge uppstår en så kallad egensvängning eller seiche, vars höjd beror på bassängens längd.

I den havsbassäng som utgörs av Finska viken, mellersta och södra Östersjön är seiche ett typiskt fenomen som leder till att vattnet stiger och sjunker med drygt 24 timmars intervall. Fenomenet är tydligast i bassängens ändor.

Samma fenomen i mindre skala kan vem som helst testa i ett badkar.

Vattenståndet i Finland växlar med över tre meter

Längs Finlands kust är vattenståndsvariationerna störst i norra Bottenviken och östra Finska viken och lägst på Åland.

Vattenståndet i havet varierar på olika sätt under olika årstider, beroende på vind- och lufttrycksmönstrens årsvariation. I genomsnitt är havsvattenståndet längs den finska kusten högst i december och lägst i april-maj. Enskilda år kan ändå avvika kraftigt från varandra och det beskrivna mönstret ses inte varje år.

Översvämningar och låg vatten

De största översvämningarna kan inträffa då vattenmängden i Östersjön är stor, vattnet börjat svänga och området påverkas av lågtryck och hårda vindar. Vinden blåser från rätt riktning samtidigt som seiche-svängningen trycker vattenmassorna mot ändan av viken.

En sådan situation orsakade till exempel de exceptionella översvämningarna i Finska viken och längs Östersjöns östra kust den 9.1 2005.

Däremot låg vattennivå försvårar t.ex. sjöfart.

Saltpulserna efterlängtade på många håll

Brackvattnet i Östersjöns är en blandning av salt nordsjövatten och sötvatten från hela Östersjöns avrinningsområde. Saltvatten tränger in i Östersjön endast genom de danska sunden.

Saltvattnet kan inte heller strömma in i stora volymer. Av geografiska och meteorologiska orsaker strömmar nytt saltvatten endast sällan in i Östersjöns djup. Då detta sker talar vi om en saltpuls som hämtar in syrerikt och salt vatten in i Östersjön.

Haloklinen förhindrar omblandning av vatten

Östersjöns vatten är inte lika salt överallt. Ju saltare vattnet är, desto tätare och tyngre blir det. Därför sjunker saltvatten ner mot bottnen medan det sötare och lättare vattnet blir kvar närmare ytan. Så uppstår saltsprångskiktet, haloklinen, där salthalten varierar med djupet.

I Egentliga Östersjön ligger haloklinen på 40–80 meters djup. Vattnet under haloklinen är tyngre än vattnet ovanför den.

En kubikmeter ytvatten väger under 1 005 kg, medan motsvarande mängd djupvatten väger cirka 1 010 kg. Även om skillnaden verkar liten är den stor när det gäller omblandning av vattenmassor.

När ytvattnet kyls av på hösten ökar ytvattnets täthet, men inte så mycket att haloklinen skulle försvinna. Det sötare och lättare ytvattnet och det salta tunga djupvattnet är fortfarande separerade från varandra.

Inte ens kraftiga höststormar lyckas bryta haloklinen. Gotlandsdjupets vatten får därmed aldrig mera syre från ytan.

Nedbrytningen av organiskt material förbrukar det sista syret i havsbotten

När havsorganismerna dör sjunker de ner mot djupen och bryts ned. Denna nedbrytning kräver syre. Eftersom vattnet under den permanenta haloklinen inte får in nytt syre från ytan konsumerar nedbrytningen allt det tillgängliga syret.

Den här situationen kallas för en stagnation. När djupvattnets syre är slut fortsätter nedbrytningen under syrefria, anoxiska förhållanden och med giftig vätesulfid som biprodukt.

Bristen på syre i kombination med vätesulfid tar livet av alla högre bottenorganismer. Bottendjuren dör och fiskarna flyr.

Syrebristen påskyndar också frisättningen av näringsämnen, särskilt fosfor, från bottensedimenten. Detta fenomen ökar näringsinnehållet i bottenvattnet. Frisättningen av näringsämnen som redan försvunnit ur kretsloppet, kallas intern belastning.

Syrehalten i de finska havsområdena varierar

I Bottniska viken är syrehalten i hela vattenpelaren genomgående bra året om. Syrehalten sjunker endast något mot botten. I avsaknad av en haloklin blandas hela vattenmassan om varje år och syre ”pumpas” från ytan till botten.

Finska viken drabbas däremot, både i skärgården och på öppna havet, av syrebrist då bakteriernas nedbrytande verksamhet konsumerar allt syre på botten och inget nytt syre kan blandas från ytan.

Ute till havs hindras omblandningen av djupvattnets haloklin. I skärgården orsakar termoklinen tidvis syrebrist. Till skillnad från haloklinen försvinner termoklinen, temperatursprångskiktet, varje höst då vattnet kyls av och vattenmassan blandas till botten och får in syre.

Saltpulser inträffar bara under gynnsamma förhållanden

Östersjön läcker hela tiden ut vatten genom de grunda danska sunden. I Skagerrak och Nordsjön blandas det utrinnande vattnet med havsvatten i ytskiktet. En del strömmar sedan tillbaka till Östersjön.

Det salta nordsjövattnet har ändå svårt att ta sig över Östersjöns trösklar, in i själva havet. Bara under gynnsamma omständigheter lyckas saltvatten i större kvantiteter ta sig över trösklarna och tränga in i Södra Östersjöns havsbassänger.

En sådan händelse kallas en saltpuls på grund av dess relativt korta varaktighet på några veckor. Endast en stor saltpuls kan bryta stagnationen och ersätta det syrefria bottenvattnet med syrerikt havsvatten.

En stor saltpuls innebär att 200–300 kubikkilometer salt, syrerikt ytvatten från Nordsjön på kort tid tränger in i Östersjön genom de danska sunden.

Saltpulsen påverkar många organismer positivt

När en stor saltpuls tränger in höjs salthalten i nästan hela Östersjön. Många djur- och växtarter som behöver mera salt ökar sin utbredning. Marina planktonarter sprider sig i riktning mot norr och öst.

När syreläget på djupen förbättras återintar bottendjuren de områden som tidigare saknat makroskopiskt liv. Också torsken leker längre norrut, till och med i Gotlandsdjupet som då syreläget tillåter, är en viktig lekplats.

Saltpulsen kan också förvärra eutrofieringen

Stora saltpulser har inte enbart positiva effekter. Eutrofieringen förvärras då näringsrikt djupvatten blandas med ytvatten där det finns både ljus och primärproduktion.

Det salta syrefattiga bottenvattnet som trängts undan rör sig inåt Östersjön och kan lägga sig på andra djup, ända inne i Finska viken. Detta förstärker den permanenta haloklinen.

Haloklinen kan liknas vid ett golv som hindrar vinden att blanda in syrerikt ytvatten i djupvattnet. En kraftig haloklin kan därför leda till döda bottnar och inre belastning då gamla näringsämnen på nytt frigörs ur sedimenten.

Under 2000-talet har endast några få saltpulser kommit in i Östersjön.

På grund av Östersjöns indelning i bassänger är de syrefria bottnarna ett naturligt fenomen. Sannolikheten för stora saltpulser är störst under vinterstormar. År 1951 trängde en ovanligt kraftig saltpuls in genom sunden. Också under åren 1975-76 och 1993 tog Östersjön emot stora saltpulser.

Fram till 1980-talet mottog Östersjön regelbundet medelstora saltpulser. Detta följdes av en lång stagnationsperiod. Stagnationen bröts år 1993 av en mycket kraftig puls. Följande stora puls anlände tio år senare 2003.

Efter 2003 fortsatte stagnationen och syreläget försämrades i Östersjöns huvudbassäng och i Finska viken ända fram tills den tredje största av alla kända saltpulser inträffade 2014 och följdes av medelstora pulser åren 2015 och 2016.

Emellertid hade tillståndet i Östersjöns djupa vatten redan blivit så dåligt att inte ens denna puls kunde förbättra situationen för en längre tid. En stor mängd syre behövs för att neutralisera mängden svavelväte som produceras under och efter stagnationen. Först då kan situationen förbättras.

Uppvällning för upp djupvatten till ytan

Vad har hänt om som en vacker sommardag havsvattnet känns plötsligt mycket kallare?

Fenomenet är vanligt och handlar om att svalt vatten från botten väller upp till ytan. I Östersjön kommer uppvällningen från djup på högst några tiotals meter.

Orsaken är vind

Uppvällningen orsakas av strömmar som dragits upp av vindarna. En typisk uppvällningssituation sker då vinden blåser längs kusten, från höger mot vänster från stranden sett. Corioliseffekten, en följd av jordens rotation, som på norra halvklotet vrider vindarna mot höger, får kustvatten att strömma utåt. Också en vind som blåser från land, rakt ut mot havet kan åstadkomma uppvällning.

Vattnet som strömmar bort från stranden ersätts av uppvällande vatten från bottnen. Det alltså inte handlar om en snabb avkylning, utan om att varmt vatten ersätts med kallare. En typisk uppvällningszon sträcker sig från kusten cirka 30–150 kilometer ut på havet som en bred front och når mellan 5 och 20 kilometer från stranden. Sådana här kallvattenzoner syns tydligt på satellitbilder.

Uppvällningen kräver tid

Uppvällning sker inte direkt eftersom havets stora massa motsätter rörelse. På Finska viken måste måttliga vindar blåsa längs kusten i minst ett par dagar för att uppvällningen kan komma igång.

Efter uppvällningen kompenserar strömmar och solvärme de största temperaturskillnaderna inom några dagar, men spåren kan vara synliga i ett par veckor.

Morgonsimmare ogillar uppvällningar

På sommaren kan uppvällningsepisoderna dramatiskt påverka livet på badstränderna. Det varma strandvattnet kan kylas med över tio grader på en natt, vilket ger morgonens första simmare en otäck överraskning.

Uppvällningen kan gynna algernas tillväxt

Uppvällningen kan gynna planktonalgernas tillväxt och påskynda blågrönalgernas blomning eftersom det uppvällande vattnet också lyfter upp näringsämnen. Under själva uppvällningen är vattnet ofta för kallt för algernas tillväxt, men under nästa varma och vindstilla period påskyndas tillväxten.

Detta är ofta fallet i augusti i Finska viken. Då finns det bara lite näring kvar i ytvattnet och måttliga vindar som krävs för uppvällning börjar uppträda efter högsommarens vindsvaga period. När vattnet väller upp för det med sig näringsämnen för algerna.

Vågor skapas av vinden

Havet rör sig på olika sätt, men människan reagerar mest på sjögången. Vågor uppkommer när en vind blåser ovanför en lugn vattenyta, får vattnet att strömma och orsakar virvlar, dvs. turbulens i vattnet.

Virvlarna ger upphov till tryckskillnader som bryter den släta vattenytan. Vinden griper tag i vattnets ”rynkor” och börjar förstora dem.

Små vågor är branta i början, men börjar sedan öka i längd snabbare än i höjd. Korta vågor rör sig långsammare än långa och vågorna växelverkar med varandra och utbyter energi.

Snart uppvisar vattenytan vågor med olika höjder, längder och riktningar. Vågor som bildats av vinden är oregelbundna till sin grundkaraktär.

Vattenytan är inte bara ett passivt objekt för vindarnas verkan. Rörliga vågor av olika storlek och de speciella brutna vågorna påverkar samverkan mellan havet och atmosfären, såsom rörelsemängden och gasutbytet. Vågorna förändrar också vindarna som fått dem att växa.

Vågornas tillväxt påverkas utom av vindstyrkan, också av hur länge det blåser och av vindens stryklängd. Med stryklängd avses den sträcka som vinden blåser över.

Så länge vinden fortsätter att blåsa är det stryklängden som bestämmer vågornas höjd. Därför blir vågorna högst i Egentliga Östersjöns norra delar.

Våghöjd och -längd

Vågens höjd är avstånden mellan vågdalen och vågens topp. När man talar om vågor är den signifikanta våghöjden en viktig term. Den signifikanta våghöjden är i praktik den våghöjd som en tränad observatör med ögonmått uppfattar som vågornas höjd.

De största enskilda vågorna kan vara nästan dubbelt så höga som den signifikanta våghöjden. På Östersjön har man uppmätt signifikanta våghöjder på över 8 meter och enstaka vågor på över 14 meter.

Bottenhavets största vågor är nästan lika höga som vågorna i Norra Östersjön. I Bottenviken och Finska viken är vågorna något mindre. Vågmätningar har utförts ända sedan 1970-talet i Finlands havsområden.

Bassängens form och vattendjupet påverkar också vågornas tillväxt. När vattendjupet blir mindre än hälften av vågornas längd börjar botten bromsa vågorna.

Våglängden är avståndet mellan två vågkammar. När vågor rör sig in på grunt vatten förkortas våglängden, vågorna blir brantare och bryts i bränningar. På grunt vatten lösgör vågorna också sediment och näringsämnen från botten.

Salthalt, temperatur och vågornas tillväxt

Salthalten eller vattnets temperatur har ingen större inverkan på vågorna, men temperaturskillnaden mellan luft och vatten påverkar vågornas tillväxt. När vattnet är varmare än luften växer vågorna lite snabbare än när situationen är den motsatta.

På hösten och vintern är vattnet ofta varmare än luften ovanför, men de höga vågorna under de här årstiderna beror ändå främst på att det oftare blåser hårdare än under sommaren.

Dyningarna rör sig långa vägar

När vinden mojnat rör sig vågorna snabbare än vinden och vinden kan inte längre mata energi i dem. De minsta vågorna lägger sig först och vågsvallet förvandlas till långsamma dyningar.

Också vågor som anländer från ett fjärran stormområde kallas dyningar. På världshaven kan dyningarna röra sig tusentals kilometer, nästan utan att stillas, innan de hamnar på grunt vatten och bryts i ståtliga bränningar.