Julkisivupintojen biologiset kasvustot ja niiden esiintyminen Suomessa

Rakennusten julkisivupinnoilla voi esiintyä biologisia kasvustoja [1], joita nimitetään usein julkisivukasvustoiksi. Rakennettu ympäristö on jatkuvasti tekemisissä erilaisten mikro-organismien kanssa, sillä niiden leviäminen tapahtuu pääosin ilman välityksellä [2]. Ilmassa mikro-organismit esiintyvät erilaisissa muodoissa kuten esimerkiksi soluina, palasina ja säikeinä tai lisääntymiseliminä kuten itiöt [3], ja ne voivat levitä esimerkiksi tuulen, lintujen ja hyönteisten mukana [4]. Näkyvät kasvustot muodostuvat usein paikkoihin, jotka pysyvät jatkuvasti kosteana, ja joissa valo- ja lämpötilaolosuhteet ovat otolliset [3]. Julkisivukasvusto voi omien luontaisten osiensa lisäksi kerätä yhteyteensä pölyä ja muita hiukkasia, jotka lisäävät sen peittävyyttä ja ulkonäköä heikentävää vaikutusta [5].

Julkisivupinnoilla havaittavista kasvustoista ja niiden vaikutuksista kasvualustana toimivaan julkisivuun on esitetty julkisuudessa monenlaisia väitteitä, ja erityisesti ”punajäkälästä” on uutisoitu merkittävänä uhkana julkisivun käyttöiälle. Erään uutisen mukaan ”punajäkälä, myös betoniruosteena tunnettu levä” voi olosuhteista riippuen lyhentää julkisivun ikää jopa 2–5 vuotta yhden vuoden aikana [6]. Uutinen on tutkimustiedon valossa ongelmallinen, sillä määritelmällisesti jäkälä ja levä eivät edes tarkoita samaa asiaa [7], eikä ”punajäkälä”-nimistä lajia ei esiinny alan kirjallisuudessa lainkaan [8, 9] Lisäksi kasvustojen vaikutusten julkisivuun tiedetään vaihtelevan lajeittain, ja lajien kohdekohtainen tunnistaminen edellyttää usein laajan asiantuntemuksen lisäksi mikroskooppi- ja jopa geenitason tutkimuksia [10]. Ongelmana julkisivukasvustoja koskevassa julkisessa keskustelussa on ollut kotimaisen tutkimuksen puute, sillä lähes kaikki julkisivukasvustoja käsittelevistä tutkimuksista ovat ulkomaisia ja kokonaiskuvan muodostaminen ilman laajaa syventymistä hankalaa. Aihe on kuitenkin kansainvälisesti laajalti tutkittu, ja vertaisarvioitua tietoa on tuotettu ympäri maailmaa.

Diplomityön tavoitteena oli selvittää muilla kuin puisilla julkisivupinnoilla esiintyvien julkisivukasvustojen tyyppejä, niiden vaikutuksia alustaansa sekä kasvustojen esiintymisen tyypillisiä piirteitä Suomessa. Tutkimus koostui kirjallisuuskatsauksesta sekä kenttätutkimuksesta, jossa analysoitiin kohdekäynnein Tampereella ja Helsingissä yhteensä 187 kasvustoja ilmentävää julkisivua.

Julkisivukasvustot koostuvat biofilmeistä, jäkälistä ja sammalista

Julkisivuilla esiintyvät kasvustot voitiin tutkimuksessa jaotella kolmeen päätyyppiin niiden rakenteen ja ominaisuuksien perusteella. Julkisivukasvustojen päätyypeiksi määritettiin erilaisten mikro-organismien muodostamat biofilmit [11], jäkälät sekä sammalet [1]. Vaikka kasvustojen lajikohtainen tunnistaminen on erityisesti pienten mikrobien osalta monimutkainen prosessi, selkeimmät eroavaisuudet päätyyppien välillä voivat olla erotettavissa paljain silmin.

Biofilmeissä julkisivuilla tavattaviin solutyyppeihin kuuluvat levät, sienet, syano- ja muut bakteerit, joiden lajisto on erittäin laaja [2]. Levät ovat yleisimpiä eurooppalaisten julkisivujen biofilmeissä esiintyviä pieneliöitä, ja niiden määrän on havaittu olevan noin 50 % seuraavaksi yleisimpiä syanobakteereja suurempi [12]. Biofilmien ulkoasu pinnalla voi vaihdella melko paljon niiden lajiston ja kehitysvaiheen mukaan. Biofilmit esiintyvät alkuvaiheessaan vain mikrometreissä mitattavina kerroksina pinnalla, mutta biofilmi voi paksuuntua kuolleiden solujen kertyessä vasten alustaansa. Biofilmien on soveltuvissa olosuhteissa havaittu kehittävän jopa millimetreissä mitattavia kerroksia, joiden pinnoille kertyy kovan kuorikerroksen muodostavia pöly- ja mineraalipartikkeleita. [13]

Jäkälät koostuvat symbioosissa elävistä mikroskooppisista osista, joihin kuuluvat mykobiontiksi nimitetty sieniosakas sekä fotobionteiksi nimitetyt levät tai syanobakteerit, joita molempia voi esiintyä jäkälässä yhtä aikaa [14]. Myös jäkälien kirjo on laaja, ja lajeja esiintyy luonnossa kymmeniä tuhansia [15]. Jäkälille on tunnuksenomaista niiden sekovarsi, jossa ei ole versokasveille ominaisia piirteitä kuten vartta tai lehtiä. Jäkälien tunnistaminen paljain silmin voi olla haastavaa, sillä niiden osat voivat olla hyvin pieniä, eivätkä tunnistamisen kannalta oleelliset tuntomerkit ole välttämättä nähtävissä ilman suurennusta [7].

Sammalet ovat bryofyyttien ryhmään kuuluvia maakasveja, joita esiintyy lähes kaikissa ekosysteemeissä. Sammalille tunnuksenomainen piirre on kasvillinen varsi, jonka ruodittomat lehdet kiinnittyvät suoraan varteen [16]. Selkeämmin kasvimaiset piirteet ja usein vihreä väri helpottavat sammalen erottamista muista julkisivukasvustotyypeistä.

Kasvun edellytykset

Julkisivukasvustojen kasvun on arvioitu merkittävimmin riippuvan ympäristön olosuhteista [12], ja mikro-organismien menestyminen julkisivupinnalla edellyttää useiden tekijöiden yhtäaikaista vaikutusta [11]. Kasvun ja esiintyvyyden kannalta merkittävät tekijät eivät ole kuitenkaan yleispäteviä, ja esimerkiksi pelkästään levälajien välillä on havaittu merkittäviä eroja niiden esiintymisen edellyttämien olosuhteiden osalta.

Kosteuden saatavuuden on useissa tutkimuksissa määritetty olevan tärkein tekijä useimpien julkisivukasvustojen esiintymiselle ja leviämiselle. Tarvittavan vesimäärän ollessa saatavilla, ei esimerkiksi viherlevien lisääntymisen kuitenkaan ole havaittu merkittävästi kiihtyvän kosteusrasituksen kasvaessa entisestään [3]. Alustamateriaalin kosteus ei lisäksi ole kaikkien kasvustojen esiintymisen edellytys, sillä joidenkin viherlevien [17] ja viherlevää fotobionttinaan käyttävien jäkälien on arvioitu voivan ottaa fotosynteesiin tarvitsemansa kosteuden myös suoraan ilmasta [18]. Julkisivukasvustojen esiintyminen on yleistä kosteilla julkisivuilla, mutta jatkuvaan tai merkittävästi liialliseen kosteuteen ne eivät silti yleensä viittaa. Kenttätutkimuksessa kasvustojen määrän olevan usein ympäristöään suurempi lämmittämättömissä tai muusta syystä hitaasti kuivuvissa rakenteissa.

Kosteuden lisäksi julkisivukasvustojen esiintymiseen vaikuttavia tekijöitä voivat olla muun muassa lämpötila, ympäristön muut sääolosuhteet, kilpailevat eliölajit [11] sekä ja saasteet julkisivun lähiympäristössä [19]. Kasvustot edellyttävät veden saatavuuden takia yli 0 °C:n lämpötilan kasvaakseen, mutta toisaalta yli 35 °C:ssä olosuhteet kääntyvät epäsuotuisiksi. Pitkillä kuumilla ja kuivilla ajanjaksoilla solut voivat kuolla tai siirtyä epäaktiiviseen tilaan [20]. Valon saatavuus on tarpeellinen tekijä yhteyttävien kasvustojen ravinnon tuottamisessa, mutta tarve suojautua auringon UV-säteilyltä usein rajoittaa kasvustojen esiintymistä auringon säteilylle alttiissa paikoissa [17]. Julkisivuja lähellä sijaitsevan puuston on havaittu lisäävän kasvustojen määrää, sillä ne suojaavat pintaa säteilyltä ja toimivat lisäksi ravinne- ja itiölähteenä julkisivukasvustoille [2].

Olosuhteiden lisäksi muodostuvien kasvustojen määrään voivat vaikuttaa alustana toimivan julkisivun materiaali, ominaisuudet ja muoto [11]. Alustan pinnan rosoisuuden on havaittu lisäävän mikrokasvustojen mekaanista tartuntaa alustamateriaaliin, sillä biomassa takertuu kiinni mikroepätasaisuuksiin. Rosoisuuden lisäksi alustan huokoisuudella on havaittu olevan lisäävä vaikutus kasvustojen esiintyvyyteen, sillä biomassa todistetusti kerääntyy eniten alustan huokosten ympärille [21]. Huokoisuutensa ja usein karhean pintansa vuoksi betoni on edullinen alusta julkisivukasvustoille. Sen sijaan sileät pinnat, kuten lasi tai metalli, ovat kasvustojen tartunnalle epäsuotuisia, sillä sadevesi huuhtoo pinnalle kulkeutuvat solut helpommin pois [2]. Kasvustoja voi silti esiintyä myös liukkailla pinnoilla, joskin usein vähäisemmissä määrin.

Pintastruktuurin lisäksi alustan pH-arvolla on merkittävä vaikutus kasvustojen esiintymiseen, sillä useiden levä- ja syanobakteerilajien on havaittu esiintyvän lievästi emäksisillä alustoilla, muttei happamilla [22] Pinnan on arvioitu olevan usein suotuisa mikro-organismien esiintymiselle, kun sen pH-arvo laskee alle yhdeksään [3]. Täysin päinvastaisesti leviin ja syanobakteereihin verrattuna monien sammalien on havaittu sopeutuneen happamiin kasvuolosuhteisiin, eivätkä ne siedä emäksistä kasvualustaa [7]. Pinnan pH-arvon aiheuttamien rajoitusten seurauksena esimerkiksi hyvin emäksisen tuoreen betonin pinnassa ei esiinny kasvustoja, vaan suotuisten olosuhteiden muodostuminen edellyttää ulkopinnan karbonatisoitumista. Pinnan olosuhdemuutokset selittävät kasvustojen yleisyyttä vanhoilla julkisivupinnoilla uusiin verrattuna.

Kasvustojen vaikutukset julkisivuun vaihtelevat

Ensisijaisesti Euroopassa tuotettuun tutkimustietoon pohjautuvassa kirjallisuustutkimusosiossa havaittiin, että vaikka kasvustojen usein markkinoidaan aiheuttavan merkittäviä heikennyksiä julkisivun käyttöikään, ovat vaikutukset usein kasvustolajista riippuen lähinnä esteettisiä. Biologisten kasvustojen on kuitenkin tunnistettu kykenevän heikentämään alustaansa niin kemiallisesti, mekaanisesti kuin välillisestikin.

Mekaaniset vauriot liittyvät tutkimuskirjallisuuden mukaan usein materiaalin mikrorakenteen sisällä sijaitsevien kasvustosolujen kosteuselämiseen, jolloin myös alustan materiaaliin kohdistuu mahdollisia mikrohalkeamia aiheuttavaa painetta [5]. Sienten, jäkälien ja erilaisten bakteerien on havaittu kykenevän vaurioittamaan alustaansa kemiallisesti, sillä jotkut niistä kykenevät tuottamaan orgaanisia ja epäorgaanisia happoja, jotka voivat syövyttää materiaalia [23]. Kasvustojen muodostaman peitteen on lisäksi havaittu pitävän alustan kosteuspitoisuutta paikallisesti korkeampana, mikä voi lisätä kosteudesta aiheutuvia välillisiä vaikutuksia [24]. Silmämääräisen arvion perusteella ei voida varmuudella arvioida kasvuston vaikutuksia julkisivuun, sillä kasvustojen vaikutukset vaihtelevat lajikohtaisesti [10], ja kasvuston tarkka tunnistaminen edellyttää usein mikroskooppitutkimuksia [25].

Vaikka kasvustojen on tunnistettu voivan vaikuttaa julkisivumateriaalin mikrorakenteeseen monin tavoin, ei kasvustojen merkittävästä vaikutuksesta Suomessa tyypillisten julkisivujen käyttöikään esiintynyt laajassa tutkimusaineistossa viitteitä. Euroopan julkisivukasvustoista yleisimpien levien ja syanobakteerien [12] vaikutukset ovat suurimmilta osin esteettisiä [10]. Julkisivuilla punaisena havaittavat kasvustot koostuvat usein Trentepohlia- suvun levistä [12], eikä kyseessä siis yleisestä ”punajäkälä”-nimityksestä huolimatta ole välttämättä jäkälä lainkaan.

Huomattavimmin vaurioitumista kiihdyttävä vaikutus on pystytty havaitsemaan happoherkällä marmoripinnalla, missä syanobakteerien metabolian tuottamat hapot kiihdyttävät pinnan eroosiota noin viisinkertaiseksi [26]. Tällöinkin julkisivupinnan on mitattu kuluvan vain noin millimetrin syvyydeltä 40 vuoden kuluessa, joten vastaavan ilmiön ei ole syytä odottaa merkittävästi heikentävän huomattavasti marmoria lujempien betonijulkisivujen kuntoa.

Kasvustohavainnot Suomesta vastaavat muuta Eurooppaa

Osana diplomityötä toteutettiin kenttätutkimus julkisivukasvustojen esiintymisen piirteiden selvittämiseksi Suomessa. Tutkimuksessa tarkasteltiin julkisivuja, joiden pinnalla esiintyi silmin havaittavia julkisivukasvustoja tutkimusalueilla Tampereen Hervannassa (107 kpl) ja Helsingin Vuosaaressa (80 kpl). Tutkimus toteutettiin katutasosta julkisivuja silmämääräisesti arvioiden ja valokuvaten. Julkisivusta ja siinä havaituista kasvustoista kirjattiin tutkimushavaintoa varten useita eri tietoja, kuten julkisivun materiaali, korkeus ja suuntautuminen, kasvuston väri, laajuus ja sijoittuminen julkisivulle. Lisäksi kullekin tutkimukseen sisällytetylle julkisivulle laskettiin ominainen viistosateen seinäindeksi, jolla voitiin laskennallisesti arvioida julkisivupintaan kohdistuvan saderasituksen määrää vuositasolla.

Kenttätutkimuksen perusteella Suomessa havaittujen julkisivukasvustojen esiintyminen noudattaa pääpiirteittäin ulkomaisissa sijainneissa toteutettujen tutkimusten havaintoja. Kenttätutkimuksessa ei laajan otannan vuoksi voitu suorittaa lajitasoista tunnistamista, mutta kasvustojen päätyypeistä biofilmien ja jäkälien määrän julkisivuilla voitiin havaita olevan merkittävästi sammalia suurempi. Sammalten ei havaittu muodostavan laajalti peittäviä kasvustoja, vaan ne keskittyivät useimmin pistemäisesti julkisivun epäjatkuvuuskohtien vaakapinnoille.

Tutkimuksen perusteella voitiin todeta kasvustoille kirjallisuudessa edulliseksi esitettyjen olosuhteiden pätevän pääosin myös Suomessa. Pohjoiseen suuntautuvien, vähiten auringonsäteilylle altistuvien julkisivujen havaittiin olevan eniten edustettuja suomalaisten julkisivujen kasvustohavainnoissa. Kasvustojen määrässä voitiin lisäksi havaita jonkin verran eroja Helsingin ja Tampereen tutkimusalueiden välillä. Julkisivuilla havaittujen kasvustojen keskimääräinen peittävyys oli Tampereen tutkimus-alueella 36 % ja peittävyyden mediaani 30 %. Helsingin tutkimusalueella keskimääräinen peittävyys ja peittävyyden mediaani olivat kumpikin 50 %. Rannikolla kasvustoille suotuisammat kasvuolosuhteet johtuvat todennäköisesti sekä korkeammasta vuotuisesta keskilämpötilasta että meren läheisyyden kosteutta lisäävästä vaikutuksesta. Ilmastonmuutoksen seurauksena kasvustoille otolliset olosuhteet voivat lisääntyä tulevaisuudessa myös pohjoisempana, jolloin myös kasvustojen määrä ja levinneisyys voi lisääntyä nykyisestä.

Vaikka kosteuden voitiin havaita monin paikoin lisäävän kasvustojen esiintymistä, tutkimuksessa laskettujen julkisivukohtaisten viistosademäärien perusteella korkean viistosaderasituksen ei voida yksiselitteisesti todeta kasvattavan julkisivun kasvustoille otollisia olosuhteita. Viistosademäärältään vähäisempien pohjoiseen suuntautuvien- tai ympäristöltään varjostettujen julkisivujen olosuhteet olivat tutkimuksen perusteella kasvustojen esiintymisen kannalta edullisimmat todennäköisesti hitaan kuivumisen ja vähäisemmän UV-säteilyn seurauksena. Kirjallisuustutkimuksessa ilmeni tätä havaintoa vastaavasti, että viherlevät kasvavat tasaisella nopeudella saadessaan jatkuvasti tarvitsemansa veden, eikä kosteusrasituksen lisääminen tarvittavan määrän yli kiihdytä tutkimuksessa seurattua kasvua.

Tampereen tutkimusalueella eniten kasvustohavaintoja tehtiin maalatuista betonipinnoista, kun taas Helsingissä huomattavasti yleisin alusta oli pinnoittamaton, usein vaalea betoni. Kasvuston peittävyys julkisivupinnalla oli laajinta tuulettuvissa levyverhousjärjestelmissä. Erilaisilla betonipinnoilla kasvustojen peittävyys oli pääosin toisiaan vastaavaa, mutta pesubetonin osalta kasvustojen peittävyys oli vähäistä mahdollisesti ulkopinnan tiiveydestä johtuen. Myös lasi- ja peltiverhotuilla julkisivuilla havaittiin julkisivukasvustoja, mutta määrät olivat poikkeuksetta hyvin vähäisiä verrattuna huokoisiin ja rosoisiin pintamateriaaleihin. Lisäksi julkisivujen roiskevesialueiden ja puutteellisten kosteusteknisten detaljien voitiin havaita lisäävän kasvustojen määrää paikallisesti.