HAMMASLAHDEN KAIVOSALUEEN VEDEN LAATU HAVAINTOPUTKISSA V

Transkriptio

1 Rovaniemen yksikkö ARKISTORAPORTTI S/44//1/24 HAMMASLAHDEN KAIVOSALUEEN VEDEN LAATU HAVAINTOPUTKISSA V Ulpu Väisänen Rovaniemi 24

2 2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä Tekijät Ulpu Väisänen Raportin laji Tutkimus Toimeksiantaja Geologian tutkimuskeskus Raportin nimi Hammaslahden kaivosalueen veden laatu havaintoputkissa v Tiivistelmä Hammaslahden vanhan kuparikaivoksen ympäristötutkimuksiin liittyen alueella on tutkittu veden laatua ja erityisesti veteen liuenneita raskasmetallipitoisuuksia. Kaivosalue sijaitsee Pohjois-Karjalassa, Pyhäselän kunnassa. Outokumpu Oy aloitti siellä kaivostoiminnan vuonna 1973 ja kaivos suljettiin vuonna Kuparin lisäksi malmista rikastettiin myös sinkkiä ja kultaa. Kaivosalueella on kolme avolouhosta ja sivukiven ja rikastushiekan läjitysalueet. Alueelle on asennettu havaintoputkia sekä rikastushiekan läjitysalueelle että sen ulkopuolelle suotovesialueelle. Havaintoputkista on tutkittu veden laatua ja vedenpinnan korkeuksia jatkuvana seurantana vuodesta 21 alkaen. Tässä raportissa selvitetään veden laatua vuosina sekä läjitys- että suotovesialueella. Rikastushiekka-alueella vedet olivat laadultaan keskimäärin lievästi happamia ja vesissä oli suuria pitoisuuksia rikkiä, rautaa ja mangaania. Suotovesialueella vesi oli hapanta ja pitoisuudet olivat huomattavasti suurempia kuin läjitysalueella, mikä osoittaa rapautuneesta maa-aineksesta liukenevan veteen runsaasti metalleja. Suotovesissä oli suuria alumiinipitoisuuksia ja raudan ja mangaanin lisäksi runsaasti muitakin raskasmetalleja. Suoalueella, noin 2 m:n etäisyydellä läjitysalueen reunasta sijaitsevassa havaintoputkessa pitoisuudet olivat huomattavasti pienempiä kuin läjitysalueen vieressä, mikä osoittaa kosteikkojen pidättävän raskasmetalleja. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Pyhäselän kunta, Pohjois-Karjala, Hammaslahti, pohjavesi, pintavesi, suotovesi, maaperä, raskasmetallit Maantietellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Itä-Suomen lääni, Pyhäselkä, Hammaslahti Karttalehdet 4241 Muut tiedot Arkistosarjan nimi Arkistotunnus Kokonaissivumäärä 25 Kieli suomi Hinta Julkisuus julkinen

3 3 SISÄLTÖ Sivu Johdanto 4 Tutkimusalueen geologia. 4 Tutkimusaineistot ja näytteenotto 6 Tutkimustulokset.. 8 Yhteenveto 21 Kirjallisuutta. 25

4 4 JOHDANTO Hammaslahden vanha kuparikaivos sijaitsee Pyhäselän kunnassa Pohjois-Karjalassa. Outokumpu Oy aloitti siellä kaivostoiminnan vuonna 1973 ja kaivos suljettiin vuonna Kaivoksesta louhittiin kaikkiaan 7 milj. tonnia malmia, jonka kuparin keskipitoisuus oli 1,16 %. Malmista rikastettiin myös sinkkiä ja kultaa. Malmia louhittiin kolmesta avolouhoksesta ja maanalaisesta kaivoksesta. Kaivosalueella on kolme avolouhosta sekä sivukiven ja rikastushiekan läjitysalueet (kuva 1). Kosteikkoaltaissa puhdistuva vesi virtaa ulos avolouhoksen eteläpuolen allasosasta putken kautta louhoksen itäpuoliseen avo-ojaan ja sieltä edelleen suo-ojaa pitkin Iiksenjokeen (Räisänen ym. 23). Rikastushiekan läjitysalue (3 ha) sijaitsee Iiksenjoen laaksotasanteella. Sivukiven läjitysalue (5 ha) sijaitsee eteläisen avolouhoksen länsipuolella. Sivukivikasa koostuu pääasiassa voimakkaasti rapautuneista rautakiisupitoisista liuskekivistä (mustaliuske) ja kiisuttomasta hienorakeisesta kiilleliuskeesta (fylliitti). Geologian tutkimuskeskus on tutkinut Hammaslahden kaivosalueen ympäristön tilaa vuodesta 1999 lähtien. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää (Räisänen ym. 23): - rikastushiekkakasan rakennetta ja rautasulfidien hapettumisprosessia - läjitysalueen maapohjan tiiveyttä ja metallin pidätyskykyä kasan alapuolisissa maakerroksissa ja lähiympäristön suoalueella - rikastushiekkakasan ja kasasta suotautuvien vesien kemiallista laatua ja niiden happamoittavaa vaikutusta ympäristön pinta- ja pohjavesiin - geofysikaalisten mittausmenetelmien soveltuvuutta läjitysalueiden maan sisässä kulkevien suotovesien paikantamiseen ja rikastushiekan läjitysalueen rakenteen kuvaamiseen TUTKIMUSALUEEN GEOLOGIA Hammaslahden Cu-Zn-Au-esiintymä koostuu kolmesta malmiosta, S-, N- ja Z-malmioista (Loukola- Ruskeeniemi ym. 1992). S-malmio, joka on louhittu eteläisimmästä avolouhoksesta ja maan alta, on kattanut 7 % malmivaroista. Se on koostunut massiivisesta Cu-Zn-Fe-sulfidimalmista ja breksiamalmista (Cu-Fe-sulfidit). N-malmio on breksiatyyppinen Cu-sulfidimalmi, jota on louhittu keskimmäisestä pienestä avolouhoksesta ja maan alta. Pohjoisimman Z-louhoksen malmi on sisältänyt pääasiassa sinkkivälkettä (Räisänen ym. 23) sekä rikkikiisua ja magneettikiisua (Hämäläinen 1987). Kultaa on rikastettu S- ja Z-malmioista. Malmiot ovat sisältäneet vähäisiä määriä myös lyijyä, hopeaa, kobolttia, nikkeliä, antimonia ja uraania (Loukola-Ruskeeniemi ym. 1992). Harmemineraalit koostuvat pääasiassa kvartsista ja kloriitista (Pelkonen ym. 1973). Hammaslahden kaivosalue sijaitsee Toisen Salpausselän ja siitä länsiluoteeseen, kohti Pyhäselkää lähtevän harjun polvekkeessa jääden näiden sora- ja hiekkamuodostumien pohjoispuolelle. Kaivosja rikastushiekka-alueen ympäristö itään ja pohjoiseen on tasaista. Kaakkoisosassa Salpausselkävyöhyke on topografialtaan jyrkkäpiirteistä ja länsiosassa maaston muodot myötäilevät loivasti kallioperää. Maapeitteen paksuus Iiksensuon ja Salpausselän alueilla voi olla paikoin jopa useita kymmeniä metrejä (Räisänen ym. 23). Yleisimmät maalajit kaivosalueella ovat hieta, hiekkamoreeni, saraturve ja kalliomaa. Pinta-alaltaan yleisin maalaji on hieta, jota esiintyy Iiksensuon ympäristössä ja Pykälikössä. Toiseksi yleisin maalaji on moreeni, jota on pääasiassa alueen länsireunalla ja eteläosassa. Länsiosassa moreenipeitteen paksuus on enimmäkseen 1-3 m, ja eteläosassa on muutamia moreenikumpuja, jotka ovat koostu-

5 5 mukseltaan hiekkamoreenia. Moreenikerrostumien paksuus on niissä yli 5 m. Kallioalueita ja alle metrin paksuisen moreenin peittämiä kalliomaita esiintyy lähes koko alueella, lukuun ottamatta kaakkoisosaa. Turvekerrostumista valtaosa sijaitsee Iiksensuolla. Turve on pääasiassa saravaltaista, mutta koillisosassa Uutelansuon ja Iiksensuon välinen alue on rahkaturvevaltainen. Alueen kaakkois- ja eteläreunoilla on lähes 1 ha:n laajuisella alueella myös soraa ja hiekkaa, jotka kuuluvat Toiseen Salpausselkään (Räisänen ym. 23). Kuva 1. Rikastushiekan ja sivukiven läjitysalueet sekä avolouhosten sijainti Hammaslahden vanhalla kuparikaivosalueella Iiksenjokilaaksossa (Räisänen ym. 23).

6 6 TUTKIMUSAINEISTOT JA NÄYTTEENOTTO Rikastushiekan läjitysalueella tehtiin kairauksia vuosina 2 ja 22 maaperätutkimuksia varten. Kairausten yhteydessä asennettiin kolme allasveden havaintoputkea (PP1, PP7 ja PP8) rikastushiekan läjitysalueelle ja kaksi havaintoputkea (PP2 ja PP11) läjitysalueen ulkopuolelle, suotovesialueelle (kuva 2). Siiviläputket on asennettu siten, että ne alkavat 2 m syvemmältä kuin kairauksen yhteydessä todettu vedenpinta. Poikkeuksena on havaintoputki PP7, johon on asennettu vain 1 m:n siiviläputki pohjalle, rikastushiekan alapuoliseen maakerrostumaan noin m:n syvyyteen. Läjitysalueen pintatopografia on vaaittu sentti-gps-laitteella kesällä 22 (Räisänen ym. 23). Kuva 2. Hammaslahden rikastushiekka- ja suotovesialueille asennetut havaintoputket.

7 7 Havaintoputkista analysoitiin vesinäytteitä useita kertoja vuosina 21 ja 22 sekä mitattiin pharvot, sähkönjohtavuudet ja veteen liuenneen hapen pitoisuudet. Havaintoputket tyhjennettiin nk. sytkypumpulla näytteenottoa edeltävänä päivänä. Vesinäytteet otettiin vesinoutimella eri syvyyksiltä (taul. 1). Vedenpinnan korkeuksista on tehty jatkuvia seurantamittauksia. Taulukko 1. Havaintoputkien näytteenottosyvyydet ja -ajankohdat. Havaintoputki Näytteenottosyvyydet Aika ja putken syvyys maanpinnasta m kk/vuosi PP1 9,1-1,1 & 11,6-12,6 5/21 13,1 m 9,1-1,1 & 1,6-11,6 1/21 9,1-1,1 & 1,6-11,6 5/22 9,1-1,1 & 1,6-11,6 6/22 9,1-1,1 & 1,6-11,6 8/22 9,1-1,1 & 1,6-11,6 9/22 9,1-1,1 & 1,6-11,6 1/22 9,1-1,1 & 1,6-11,6 11/22 PP2 3,1-4,1 & 4,1-5,1 6/22 5,6 m 3,1-4,1 & 4,9-5,9 8/22 3,6-4,6 & 4,6-5,6 9/22 2,1-3,1 & 4,1-5,1 1/22 3,1-4,1 & 4,1-5,1 11/22 PP7 15,3-16,3 6/22 17,3 m 16,5-17,5 8/22 16,3-17,3 9/22 16,3-17,3 1/22 15,3-16,3 11/22 PP8 7,1-8,1 & 9,1-1,1 & 13,1-14,1& 14,6-15,6 5/21 16 m 7,1-8,1 & 9,1-1,1 & 12,1-13,1 & 13,1-14,1 1/21 7,1-8,1 & 9,1-1,1 & 12,1-13,1 & 13,1-14,1 5/22 7,1-8,1 & 8,1-9,1 & 1,1-11,1 & 11,1-12,1 & 13,1-14,1 & 14,1-15,1 6/22 7,1-8,1 & 8,1-9,1 & 1,1-11,1 & 11,1-12,1 & 13,1-14,1 & 14,1-15,1 8/22 7,1-8,1 & 8,1-9,1 & 1,1-11,1 & 11,1-12,1 & 13,1-14,1 & 14,1-15,1 9/22 8,1-9,1 & 1,1-11,1 & 11,1-12,1 & 13,1-14,1 & 14,1-15,1 1/22 8,1-9,1 & 1,1-11,1 & 11,1-12,1 & 13,1-14,1 & 14,1-15,1 11/22 PP11 1,2-2,2 & 2,2-3,2 & 3,2-4,2 & 6,2-7,2 & 7,2-8,2 5/21 9,4 m 1,2-2,2 & 2,2-3,2 & 3,2-4,2 & 6,2-7,2 & 7,2-8,2 1/21 2,2-3,2 & 3,2-4,2 & 6,2-7,2 & 7,2-8,2 5/22 2,2-3,2 & 3,2-4,2 & 6,2-7,2 & 7,2-8,2 6/22 2,2-3,2 & 3,2-4,2 & 6,2-7,2 & 7,2-8,2 8/22 2,2-3,2 & 3,2-4,2 & 6,2-7,2 & 7,2-8,2 9/22 2,2-3,2 & 3,2-4,2 & 6,2-7,2 & 7,2-8,2 1/22 3,2-4,2 & 6,2-7,2 & 7,2-8,2 11/22 PP73 3,2-4,2 5/21 n. 5 m 3,2-4,2 5/22 3,2-4,2 6/22 3,2-4,2 8/22 3,2-4,2 & 4,2-5,2 9/22 3,2-4,2 1/22

8 8 Vesinäytteiden otossa kädet suojattiin muovikäsinein (nitrile, powder free). Ennen näytteenottoa pullo huuhdeltiin korkilla suljettuna pari kertaa näytevedellä. Näytteestä suodatettiin kertakäyttösuodattimilla 1 ml happopestyihin muovipulloihin ja kestävöitiin,5 ml:lla väkevää typpihappoa (65 % suprapur). Suodattimen läpäisykoko oli <,45 µm. Vesinäytepullot varastoitiin kenttätukikohdassa jääkaappiin. Kestävöidystä vesinäytteestä analysoitiin alkuainepitoisuudet ICP-AES- ja ICP-MS-laitteilla GTK:n geolaboratoriossa. Osa vertailunäytteistä varastoitiin suodattamattomina parin vuorokauden ajan, minkä tarkoituksena oli laskeuttaa vedestä kiintoaines ja saostuva ainesosa. Laskeutuneesta vedestä dekantoitiin osanäyte muoviseen dekantteriin, josta mitattiin ph ja sähkönjohtavuus (WTW ph33/set ja LF33/SET-mittarit). Vesinäytteistä analysoitiin seuraavat alkuaineet: Al, Fe, S, Ca, Mg, K, B, Na, Si, Rb, Sr, Mn, Co, Cu, Ni, Pb, Zn, As, Cd ja Mo. TUTKIMUSTULOKSET Vesinäytteistä tehdyistä määrityksistä ja analyyseistä tarkastellaan ph- ja sähkönjohtavuusarvoja, kestävöidyistä näytteistä analysoituja alumiini- ja rikkipitoisuuksia sekä raskasmetalleista raudan, mangaanin, kuparin, nikkelin, sinkin, lyijyn ja koboltin pitoisuuksia. Vertailtaessa pitoisuuksia eri ajankohtina käytettiin putkista eri syvyyksiltä otettujen näytteiden keskiarvoja. Havaintoputki PP1, läjitysalue Havaintoputki PP1 sijaitsee läjitysalueen länsireunalla. Putken syvyys on 13,1 m. Vedenpinnan syvyys oli seurantajaksolla n. 8,6-9 m. Vesinäytteet otettiin touko- ja lokakuussa 21 sekä touko-, kesä-, elo-, syys-, loka- ja marraskuussa 22. Näytteet otettiin pääosin syvyyksiltä 9,1-1,1 m ja 1,6-11,6 m (taul. 1). Näytteiden ph-arvot olivat 6,15-6,59. Pienimmät ph-arvot olivat toukokuussa 21 ja suurin arvo toukokuussa 22. Eri syvyyksillä erot olivat enintään ph-yksikön kymmenesosan verran. Sähkönjohtavuudet olivat ms/m. Pienimmät arvot olivat toukokuussa 21 ja suurimmat elokuussa 22 (kuva 3). Erot eri syvyyksillä olivat pieniä. Liuenneen hapen kyllästysaste oli 1-34 % (,98-4,74 mg/l). Alumiinipitoisuudet olivat enimmäkseen pienempiä kuin hyvälle talousvedelle asetettu maksimipitoisuus (2 µg/l). Sinkkipitoisuudet olivat kaikissa näytteissä pieniä maksimipitoisuuden ollessa 66 µg/l. Lyijypitoisuudet olivat myös pieniä tai jopa alle määritysrajan lukuun ottamatta kahta näytettä touko-kesäkuussa 22. Tällöin pitoisuudet olivat 54 ja 57 µg/l (kuva 4). Alumiini- ja sinkkipitoisuuksien erot eri syvyyksillä olivat pieniä lukuun ottamatta toukokuuta 21, jolloin syvemmissä näytteissä pitoisuudet olivat huomattavasti pienemmät. Rauta-, rikki- ja mangaanipitoisuudet olivat hyvin suuria. Pienimmät pitoisuudet olivat toukokuussa 21. Rautapitoisuus oli tällöin keskimäärin 165 mg/l (muilla näytteenottokerroilla <6-78 mg/l), rikkipitoisuus 483 mg/l (muulloin mg/l) ja mangaanipitoisuus 1835 µg/l (muulloin µg/l) (kuva 4). Pitoisuudet vaihtelivat jonkin verran eri syvyyksillä. Kobolttipitoisuudet olivat kaikissa näytteissä pieniä, jopa alle määritysrajan (<1 µg/l). Kupari- ja nikkelipitoisuudet olivat myös hyvin pieniä, useimmiten alle määritysrajan (Cu <1 µg/l ja Ni <4 µg/l).

9 9 ph-arvot ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP1 ph Maanpinta m mpy ph, m mpy ( m) ph, m mpy ( m) vedenpinta m mpy 5_1 1_1 5_2 6_2 8_2 Kk/v 9_2 1_2 11_2 EC ms/m _1 1_1 Sähkönjohtavuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP1 5_2 6_2 8_2 Kk/v 9_2 1_2 Maanpinta m mpy 11_ EC ms/m, m mpy ( m) EC ms/m, m mpy ( m) vedenpinta m mpy Kuva 3. ph-arvot ja sähkönjohtavuudet sekä vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP1.

10 1 ug/l touko_1 Al-, Zn- ja Pb-pitoisuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP1 loka_1 touko_2 elo_2 syys_2 loka_2 marras_2 keskiarvo m mpy Al ug/l Zn ug/l Pb ug/l vp m mpy Fe-, S- ja Mn-pitoisuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP1 mg/l; ug/l m mpy touko_1 loka_1 touko_2 elo_2 syys_2 loka_2 marras_2 keskiarvo Fe mg/l S mg/l Mn ug/l vp m mpy Kuva 4. Alumiini-, sinkki-, lyijy-, rauta-, rikki- ja mangaanipitoisuudet ja vedenpinta havaintoputkessa PP1. Korrelaatiota ph-arvojen ja vedenpinnan korkeudessa ei ole havaittavissa. Vedenpinnan vaihtelu oli seurantajaksolla 43 cm. Alimmillaan vedenpinta oli alkukesällä 22 ja ylimmillään marraskuussa 22. Havaintoputki PP2, suotovesialue

11 11 Havaintoputki PP2 sijaitsee suotovesialueella läjitysalueen länsipuolella, noin 1 m:n etäisyydellä PP1:stä. Putken syvyys on 5,6 m ja vedenpinnan syvyys oli seurantajaksolla 1,8-2,3 m. Maapeitteen paksuus on vain 1-3 m ja se on koostumukseltaan hiekkamoreenia. Havaintoputkesta analysoitiin näytteet kesä-, elo-, syys-, loka- ja marraskuussa 22. Näytteet otettiin kahdelta eri syvyydeltä (vaihteluväli 2,1-5,9 m, taul. 1). PP2:n vesi oli hapanta verrattuna PP1:een, ph-arvot olivat 4,16-6,26 (kuva 5). Suurin ph-arvo oli marraskuussa. Sähkönjohtavuudet olivat ms/m. Pienimmät arvot olivat kesäkuun näytteissä, 143 ja 462 ms/m ja suurimmat elokuussa kuten PP1:ssäkin. Sähkönjohtavuudet ja ph-arvot eivät vaihdelleet oleellisesti eri syvyyksillä, lukuun ottamatta kesäkuun sähkönjohtavuusarvoja (kuva 5). Liuenneen hapen kyllästysaste oli % (1,86-3,1 mg/l). ph-arvot ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP2 ph _2 8_2 9_2 1_2 11_2 Kk/v Maanpinta m mpy ph, m mpy ( m) ph, m mpy ( m) vedenpinta m mpy EC ms/m Sähkönjohtavuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP2 6_2 8_2 9_2 1_2 11_2 Kk/v Maanpinta m mpy EC ms/m, m mpy ( m) EC ms/m, m mpy ( m) vedenpinta m mpy Kuva 5. ph-arvot, sähkönjohtavuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP2.

12 12 Rauta- ja mangaanipitoisuudet olivat hyvin suuria. Mangaanipitoisuudet olivat 7,3-36,1 mg/l ja pitoisuudet vaihtelivat eri syvyyksillä. Rautapitoisuudet olivat mg/l, ja ne olivat enimmäkseen suurempia syvemmällä. Rikkiä ja alumiinia oli myös paljon. Rikkipitoisuudet olivat mg/l ja alumiinipitoisuudet mg/l (kuva 6). Alumiinipitoisuudet olivat hyvin suuria verrattuina PP1:een. Happamissa olosuhteissa alumiinia liukenee helposti veteen. Al 3+ on tällöin alumiinin yleisin muoto ja sen liukoisuus lisääntyy huomattavasti olosuhteissa, missä ph<5,5 (Reimann ym. 1998). Alumiinipitoisuudet olivat suurempia syvemmissä näytteissä. Kobolttipitoisuudet olivat µg/l, nikkeliä oli 4-94 µg/l ja sinkkiä µg/l. Pitoisuudet olivat suuremmat syvemmältä otetuissa näytteissä. Kuparipitoisuudet olivat 1,4-418 µg/l ja lyijypitoisuudet 6,4-281 µg/l (kuva 7). mg/l Al- ja Mn-pitoisuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP2 elo_2 syys_2 loka_2 marras_2 keskiarvo m mpy Al mg/l Mn mg/l vp m mpy mg/l Fe- ja S-pitoisuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP2 elo_2 syys_2 loka_2 marras_2 keskiarvo m mpy Fe mg/l S mg/l vp m mpy Kuva 6. Alumiini-, mangaani-, rauta- ja rikkipitoisuudet sekä vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP2.

13 13 Co-, Ni- ja Zn-pitoisuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP2 µg/l m mpy Co ug/l Ni ug/l Zn ug/l vp m mpy elo_2 syys_2 loka_2 marras_2 keskiarvo ug/l Cu- ja Pb-pitoisuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP2 elo_2 syys_2 loka_2 marras_2 keskiarvo m mpy Cu ug/l Pb ug/l vp m mpy Kuva 7. Kupari-, nikkeli-, sinkki-, kupari- ja lyijypitoisuudet sekä vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP2. Kaikkien analysoitujen raskasmetallien pitoisuudet olivat PP2:ssa keskimäärin hyvin suuria verrattuina PP1:n pitoisuuksiin. Vedenpinnan vaihtelu oli seurantajaksolla 47 cm. Alimmillaan veden pinta oli lokakuussa ja maksimikorkeudessaan kesäkuussa, jolloin sähkönjohtavuus oli minimissään. Vedenpinnan korkeudella ja ph-arvoilla ei ole havaittavissa korrelaatiota.

14 14 Havaintoputki PP7, läjitysalue Havaintoputki PP7 sijaitsee läjitysalueen luoteisosassa (kuva 2). Putken syvyys on 17,3 m ja vedenpinnan syvyys oli seurantajaksolla 9,8-1 m. Näytteitä otettiin yhdeltä syvyydeltä kesä-, elo-, syys-, loka- ja marraskuussa 22. Näytteenottosyvyys vaihteli 15,3 ja 17,5 metrin välillä (taul. 1). Vesi oli laadultaan lievästi hapanta (ph-arvot 6,4-6,6) ja sähkönjohtavuudet olivat ms/m (kuva 8). Liuenneen hapen kyllästysaste oli 9-33 % (1,3-3,3 mg/l). Alkuainepitoisuudet olivat huomattavasti pienempiä kuin läjitysalueella havaintoputkessa PP1. ph ph-arvot m mpy ( m) ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP7 6_2 8_2 9_2 1_2 11_2 KK/v Maanpinta m mpy ph vedenpinta m mpy EC ms/m Sähkönjohtavuudet (76-78 m mpy) ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP7 6_2 8_2 9_2 1_2 11_2 Kk/v Maanpinta m mpy EC ms/m vedenpinta m mpy Kuva 8. ph-arvot ja sähkönjohtavuudet sekä vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP7.

15 15 Rautapitoisuudet olivat mg/l ja rikkipitoisuudet mg/l. Mangaanipitoisuudet olivat suunnilleen saman suuruisia kuin PP1:ssä, mutta sinkkiä oli vähemmän. Rauta-, rikki- ja mangaanipitoisuudet olivat kesäkuussa pienimmät ja elo-syyskuussa suurimmat. Elokuussa myös sähkönjohtavuus oli suurin. Alumiinipitoisuudet olivat yhtä näytettä lukuun ottamatta alle määritysrajan. Lähes kaikki koboltti-, kupari-, nikkeli- ja lyijypitoisuudet olivat myös alle määritysrajan. Pienet pitoisuudet johtuvat todennäköisesti siitä, että siiviläputkea on vain metri havaintoputken pohjalla, joten putkessa oleva vesi on pääasiassa pohjavettä. Vedenpinnan vaihtelu oli seurantajaksolla vain 2 cm. Alkuainepitoisuuksien vaihteluilla ei näytä olevan yhteyttä vedenpinnan korkeuteen eikä pharvoihin. Havaintoputki PP8, läjitysalue Havaintoputki PP8 sijaitsee läjitysalueen pohjoisreunassa, noin 25 m PP7:stä itään. Putken syvyys on 16 m ja vedenpinnan syvyys oli seurantajaksolla noin 5,6-6,5 m. Vesinäytteitä otettiin touko- ja lokakuussa 21 sekä toukokuussa 22 neljältä eri syvyydeltä, kesä-, elo- ja syyskuussa 22 kuudelta syvyydeltä ja loka- ja marraskuussa 22 viideltä syvyydeltä (taul. 1). Vesi oli laadultaan lievästi hapanta tai lähes neutraalia ph-arvojen ollessa 6,9-7,21 (kuva 9). Suurimmat ph-arvot olivat lokakuussa 21 ja 22 putken ylemmissä näytteissä ja pienimmät arvot kesällä ja syksyllä 22 keskivaiheilta ja syvemmältä otetuissa näytteissä. Erot eri syvyyksillä olivat yleensä muutamia ph-yksikön kymmenesosia ja enimmillään lähes yksi ph-yksikkö. Sähkönjohtavuudet olivat ms/m. Suurimmat arvot olivat elokuussa 22 ja pienimmät toukokuussa 21 (kuva 9). Liuenneen hapen kyllästysaste oli 9-46 % (1-5,49 mg/l). Rautapitoisuudet olivat 38,5-171 mg/l ja keskimäärin pienempiä kuin läjitysalueen putkissa PP1 ja PP7. Rikkipitoisuudet olivat suuria, mg/l, ja keskimäärin vähän pienemmät kuin PP1:ssä, mutta huomattavasti suuremmat kuin PP7:ssä. Mangaanipitoisuudet olivat µg/l (kuva 1) ja huomattavasti pienemmät kuin PP1:ssä ja PP7:ssä. Rauta-, rikki- ja mangaanipitoisuudet pienenivät syvemmälle päin. Raudan ja mangaanin maksimipitoisuudet olivat elokuussa 22 ja rikin touko-elokuussa 22. Lyijypitoisuudet olivat,1-84 µg/l ja sinkkipitoisuudet <1-79 µg/l. Alumiini-, kupari-, koboltti- ja nikkelipitoisuudet olivat suurimmaksi osaksi alle määritysrajan. Vedenpinnan vaihtelu oli seurantajaksolla 12 cm. Korrelaatiota vedenpinnan korkeuden ja alkuainepitoisuuksien välillä ei ole havaittavissa, lukuun ottamatta mangaanipitoisuuksien ja vedenpinnan laskua elo-marraskuussa 22 (kuva 1). Havaintoputki PP11, suotovesialue Havaintoputki PP11 sijaitsee suotovesialueella noin 5 m PP8:sta pohjoiseen. Putken syvyys on 9,4 m ja vedenpinnan syvyys oli seurantajaksolla,6-1,1 m. Vesinäytteitä analysoitiin touko- ja lokakuussa 21 viideltä eri syvyydeltä, touko-, kesä-, elo-, syys- ja lokakuussa 22 neljältä ja marraskuussa 22 kolmelta eri syvyydeltä (taul. 1). Sähkönjohtavuus, ph ja happipitoisuus mitattiin myös marraskuussa 22 neljältä syvyydeltä.

16 16 ph _1 ph-arvot ja vedenpinnan korkeus, PP8 1_1 5_2 6_2 Kk/v 8_2 Maanpinta m mpy 9_2 1_2 11_ ph, m mpy (8-9 m) ph, m mpy (9-1 m) ph, m mpy (1-11 m) ph, m mpy (11-12 m) ph, m mpy (12-13 m) ph, m mpy (13-14 m) ph, m mpy (14-15 m) ph, m mpy (15-16 m) vedenpinta m mpy Sähkönjohtavuudet ja vedenpinnan korkeus, PP8 EC ms/m _1 1_1 5_2 5_2 6_2 Kk/v 8_2 9_2 Maanpinta m mpy 1_2 11_ EC, m mpy (8-9 m) EC, m mpy (9-1 m) EC, m mpy (1-11 m) EC, m mpy (11-12 m) EC, m mpy (12-13 m) EC, m mpy (13-14 m) EC, m mpy (14-15 m) EC, m mpy (15-16 m) vedenpinta m mpy Kuva 9. ph-arvot ja sähkönjohtavuudet sekä vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP8.

17 17 mg/l touko_1 loka_1 Fe- ja S-pitoisuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP8 huhti_2 touko_2 elo_2 syys_2 loka_2 marras_2 keskiarvo m mpy Fe mg/l S mg/l vp m mpy ug/l Mn-, Pb- ja Zn-pitoisuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP8 touko_1 loka_1 huhti_2 touko_2 elo_2 syys_2 loka_2 marras_2 keskiarvo m mpy Mn ug/l Pb ug/l Zn ug/l vp m mpy Kuva 1. Rauta-, rikki-, mangaani-, lyijy- ja sinkkipitoisuudet sekä vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP8. PP11:n vesi oli laadultaan hapanta ph-arvojen ollessa 4-5,94. Eri syvyyksillä ph-arvot olivat lähes saman suuruisia. Korkeimmat ph-arvot olivat toukokuussa 21 ja touko-kesäkuussa 22. Sähkönjohtavuudet olivat suuria, ms/m (kuva 11). Suurimmat arvot olivat elokuussa 22. Erot eri syvyyksillä olivat enimmäkseen pieniä. Happipitoisuudet olivat 1-51 % (1,1-5,6 mg/l).

18 18 ph-arvot ja vedenpinnan korkeus, PP11 ph _11_15_26_28_29_21_211_2 Kk/v Maanpinta m mpy ph, m mpy ph, m mpy ph, m mpy ph, m mpy ph, m mpy vedenpinta m mpy Sähkönjohtavuudet ja vedenpinnan korkeus, PP11 EC ms/m _1 1_1 5_2 6_2 8_2 Kk/v 9_2 1_2 Maanpinta m mpy _2 EC ms/m m mpy EC ms/m, m mpy EC ms/m, m mpy EC ms/m, m mpy EC ms/m m mpy vedenpinta m mpy Kuva 11. ph-arvot ja sähkönjohtavuudet sekä vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP11. Rautapitoisuudet olivat mg/l (kuva 12). Ne olivat enimmäkseen suurempia kuin PP8:ssa (läjitysalue). Rikkipitoisuudet olivat mg/l ja pienemmät kuin PP8:ssa. Mangaania oli 1,3-21,4 mg/l ja alumiinia,3-19,3 mg/l (kuva 12). Mangaanipitoisuudet olivat noin kymmenkertaisia PP8:aan verrattuina, myös alumiinipitoisuudet olivat huomattavasti suurempia kuin PP8:ssa.

19 19 mg/l touko_1 loka_1 Fe- ja S-pitoisuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP11 huhti_2 touko_2 elo_2 syys_2 loka_2 marras_2 keskiarvo m mpy Fe mg/l S mg/l vp m mpy mg/l Al- ia Mn-pitoisuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP11 touko_1 loka_1 huhti_2 touko_2 elo_2 syys_2 loka_2 marras_2 keskiarvo m mpy Al mg/l Mn mg/l vp m mpy Kuva 12. Rauta-, rikki-, alumiini- ja mangaanipitoisuudet sekä vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP11. Kobolttia oli µg/l ja nikkeliä µg/l (kuva 13). Sinkkiä oli <1-37 µg/l ja lyijyä,1-25,8 µg/l. Nikkelipitoisuudet suurenivat enimmäkseen syvemmälle päin, kun taas sinkkipitoisuudet pienenivät. Kuparipitoisuudet olivat kaikissa näytteissä alle määritysrajan. Rauta-, rikki-, mangaani-, alumiini-, koboltti- ja nikkelipitoisuudet olivat suurimmat elomarraskuussa 22. Vedenpinnan vaihtelu oli seurantajaksolla 49 cm. Alimmillaan vedenpinta oli elokuussa 22, jolloin sähkönjohtavuudet olivat suurimmat. Vedenpinnan korkeudella, ph-arvoilla tai sähkönjohtavuudella ei ole havaittavissa yhteyttä alkuainepitoisuuksiin.

20 2 ug/l Co-, Ni-, Zn- ja Pb-pitoisuudet ja vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP11 touko_1 loka_1 huhti_2 touko_2 elo_2 syys_2 loka_2 marras_2 keskiarvo m mpy Co ug/l Ni ug/l Zn ug/l Pb ug/l vp m mpy Kuva 13. Koboltti-, nikkeli-, sinkki- ja lyijypitoisuudet sekä vedenpinnan korkeus havaintoputkessa PP11. Havaintoputki PP73 Havaintoputki PP73 sijaitsee Iiksensuolla 1 m:n etäisyydellä läjitysalueen reunasta ja 2 m PP11:stä koilliseen. Näytteitä otettiin kuusi kertaa vuosina kahdelta eri syvyydeltä (taul. 1). Näytteiden ph-arvot olivat 6,4-6,8 ja sähkönjohtavuudet 2-72 ms/m (kuva 14). Hapen kyllästysaste oli %. Rautapitoisuudet olivat mg/l ja rikkipitoisuudet 2,5-21 mg/l. Rikkipitoisuudet olivat huomattavasti pienempiä kuin muissa havaintoputkissa, myös rautapitoisuudet olivat pienempiä. Mangaanipitoisuudet olivat,7-2,6 mg/l, alumiinipitoisuudet <1-84 µg/l ja sinkkipitoisuudet 4-31 µg/l. Kobolttia oli <,1-1,9 µg/l, nikkeliä <,4-2,6 µg/l ja lyijyä <,1-8,9 µg/l. Vedenpinnan vaihtelu oli seurantajaksolla vain 28 cm.

21 21 Sähkönjohtavuudet ja ph-arvot havaintoputkessa PP73 Sähkönjohtavuus ph EC ms/m ph 5_15_26_28_29_29_21_2 kk_vuosi Kuva 14. Sähkönjohtavuudet ja ph-arvot havaintoputkessa PP73. YHTEENVETO Havaintoputket PP1, PP7 ja PP8 sijaitsevat läjitysalueella, putket PP2 ja PP11 suotovesialueella ja PP73 suolla. PP2:n ja PP11:n ph-arvot olivat huomattavasti alhaisempia kuin läjitysalueen havaintoputkissa. Läjitysalueen havaintoputkista PP1:ssä oli eniten rautaa, rikkiä ja mangaania. PP7:ssä oli vähiten rikkiä ja PP8:ssa vähiten rautaa ja mangaania, vaikka niidenkin pitoisuudet olivat suuria. Raudan ja mangaanin lisäksi muiden analysoitujen raskasmetallien pitoisuudet olivat melko pieniä, usein alle määritysrajan. Suotovesialueiden putkissa PP2 ja PP11 pitoisuudet olivat keskimäärin suurempia kuin niiden lähellä sijaitsevissa läjitysalueen putkissa PP1 ja PP8. Poikkeuksena on PP11:n rikkipitoisuus, joka oli pienempi kuin läjitysalueella, sen lähellä sijaitsevassa PP8:ssa. Suurimmat raskasmetalli-, rikki- ja alumiinipitoisuudet olivat PP2:ssa. Iiksensuolla sijaitsevassa havaintoputkessa PP73 pitoisuudet olivat keskimäärin pienimmät. Happipitoisuudet pienenivät enimmäkseen syvemmälle päin. Alkuaineiden pitoisuudet vaihtelivat jonkin verran eri syvyyksillä. Alumiinilla, raudalla ja mangaanilla on keskeinen rooli veden happamuuden säätelyssä ja sitä kautta ne vaikuttavat myös muiden raskasmetallien liukoisuuteen (Räisänen ym 23). Esim. veteen liuennut rauta ja/tai mangaani hapettuvat ja saostuvat oxyhydroksideina, jolloin veden ph laskee. Hapan suotovesi liuottaa patovallin sulfidipitoisesta maa-aineksesta ja sitä ympäröivästä maasta alumiinia ja raskasmetalleja. Vertailu PP1/PP2: PP1:n (läjitysalue) rauta-, rikki- ja mangaanipitoisuudet olivat hyvin suuria, mutta PP2:ssa (suotovesialue) ne olivat vielä suuremmat. Mangaanipitoisuudet olivat jopa monikymmenkertaisia. PP2:ssa raudan ja mangaanin lisäksi myös muut raskasmetallipitoisuudet olivat hyvin suuria.

22 22 Vertailu PP8/PP11: PP8:ssa rauta- ja rikkipitoisuudet olivat hyvin suuria. Rikkiä oli kaikilla näytteenottokerroilla PP8:ssa (läjitysalue) enemmän kuin PP11:ssä (suotovesialue), mutta mangaani-, alumiini-, koboltti-, nikkeli- ja sinkkipitoisuudet olivat PP11:ssä huomattavan suuria verrattuina PP8:aan. Myös rautapitoisuudet olivat elo-marraskuussa 22 suuremmat PP11:ssä. "Mustaliuskepesäkkeet" läjitysalueella voivat vaikuttaa läjitysalueen suuriin rikkipitoisuuksiin. Näytteenotto toistuvine alkutyhjennyksineen hapettaa putken ympäristöä, mikä edistää aineiden liukenemista. PP7:ssä (läjitysalue) rauta-, mangaani- ja rikkipitoisuudet olivat suuria. PP7:n rautapitoisuudet olivat erityisen suuria elo-, syys- ja lokakuussa 22. Muiden raskasmetallien pitoisuudet olivat useimmiten jopa alle havaintorajan. Pieniin pitoisuuksiin on syynä se, että siiviläputkea on vain 1 m pohjalla, m:n syvyydessä. Vesi on siis pääosin pohjavettä, vaikka rikastushiekan vettä joutuisikin jonkin verran putkeen. PP73 sijaitsee kauempana Iiksensuolla, mikä on syynä pienempiin pitoisuuksiin. Kosteikot pidättävät tehokkaasti raskasmetalleja. Kosteikkojen haitallisten aineiden pidätyskyky on suuri, mutta jätelaki estää soiden käytön läjitysalueina. Läjitysalueiden vaatimuksena on vähintään 5 m:n paksuinen maakerros, jonka vedenläpäisykyvyn on oltava 1-9 m/s (saven vedenläpäisykyky). Maa-aineksen ominaisuuksien on oltava riittävät, jotta haitallisia aineita ei leviä ympäristöön. Havaintoputkista laskettiin eri alkuaineille kaikkien näytteenottokertojen ja eri syvyyksien pitoisuuksien keskiarvot, joiden perusteella saatiin yleiskuva pitoisuuseroista havaintoputkissa. Rauta- ja rikkipitoisuudet olivat suurimmat PP2:ssa ja PP1:ssä. Suurimmat alumiini- ja mangaanipitoisuudet olivat PP2:ssa ja PP11:ssä (kuva 15). Kuparia, sinkkiä ja kobolttia oli eniten PP2:ssa. Kobolttia oli paljon myös PP11:ssä. Lyijyä oli eniten PP1:ssä ja PP2:ssa (kuva 16). Kaikissa havaintoputkissa pitoisuudet suurenivat ensimmäisen näytteenottokerran jälkeen v. 21 syystä, että näytteenotto toistuvine alkutyhjennyksineen hapettaa putken ympäristöä. Ensimmäisen näytteenoton yhteydessä tyhjennyspumppauksia ei tehty. Tästä syystä minimipitoisuudet olivat lähes poikkeuksetta toukokuun 21 näytteissä. Kaivosten läjitysalueilla FeS hapettuu herkästi ja tällöin Fe 2+ hapettuu Fe 3+ :ksi. Samalla muiden metallisulfidien ja silikaattien rapautuminen käynnistyy thiobacillus-bakteerien toimiessa katalysaattoreina. Happamissa olosuhteissa ferrorauta on hapen läsnäollessa kuitenkin suhteellisen stabiili ja kemiallinen hapettuminen on hidasta. Rautabakteerin vaikutus voi aiheuttaa myös ympäristöongelmia. Happamia kaivoshuuhtoumia syntyy, kun pyriitti reagoi bakteerien katalysoimana hapen ja veden kanssa muodostaen rikkihappoa ja liukoista rautaa. Rikkihappo liuottaa edelleen metalleja. Kun ph nousee yli 3:n, osa raudasta saostuu raudan oksideiksi Fe(OH) 3. Mustaliuske on erittäin happoa tuottava, koska magneettikiisu hapettuu nopeasti, mutta rikkikiisu taas ei. Joskus tilanne voi olla toisinpäinkin. Fe 3+ :n pitoisuuksia selvitettiin laskemalla totaaliraudan ja Fe 2+ :n erotus. Tulokseksi saatiin useimmiten negatiivinen tulos. Käytännössä rikastushiekan vedestä mitattu liukoinen rauta on kahden arvoista, eikä kolmen arvoista rautaa oleteta olevan kasan sisällä. Todennäköisesti havaintoputkissa maan sisällä on edelleen pelkistävät olosuhteet, jolloin ferrirautaa ei juuri synny. Olosuhteet ovat toisenlaiset pintaan tulevissa suotovesissä, joista ei analysoitu rautapitoisuuksia.

23 23 Fe- ja S-pitoisuuksien keskiarvot havaintoputkissa Fe mg/l S mg/l 5 PP1 PP2 PP7 PP8 PP11 PP73 Al- ja Mn-pitoisuuksien keskiarvot havaintoputkissa Al mg/l Mn mg/l 5 PP1 PP2 PP7 PP8 PP11 PP73 Kuva 15. Raudan, rikin, alumiinin ja mangaanin keskiarvot havaintoputkissa.

24 24 Cu- ja Pb-pitoisuuksien keskiarvot havaintoputkissa Cu ug/l Pb ug/l 5 PP1 PP2 PP7 PP8 PP11 PP73 Kuva 16. Kuparin ja lyijyn keskiarvot havaintoputkissa. Vedenpinnan pysyminen mahdollisimman korkealla rikastushiekka-alueella olisi tärkeää, jotta rapautumista ei tapahtuisi. Vedenpinnan syvyydet rikastushiekka-alueen havaintoputkissa olivat: PP1: 8,6-9 m, PP7: 9,8-1 m ja PP8: 5,6-6,5 m. Suotovesialueella vedenpinnan syvyydet olivat: PP2: 1,8-2,3 m ja PP11:,6-1,1 m. Rapautuneesta maa-aineksesta liukenee helposti haitallisia metalleja. Läjitysalueilla on havaittu havaintoputkien ympäristössä tapahtuneen hapettumista jo vuoden aikana, mistä syystä rikastushiekan rapautumien mineralogian tunteminen on tärkeää.

25 25 KIRJALLISUUTTA Hämäläinen, I Hammaslahden sinkkimalmi. Pro gradu-tutkielma, Turun yliopisto, Geologian ja mineralogian laitos. 11 s. Loukola-Ruskeeniemi, K., Gaal, G. & Karppanen, T Geochemical and structural characteristics of a sediment-hosted copper deposit at Hammaslahti, Finland: comparison with Besshi-type massive sulphide deposits. Teoksessa: K. Loukola-Ruskeeniemi. Geochemistry of Proterozoic metamorphosed black shales in eastern Finland, with implication of exploration and environmental studies. Väitöskirja, Helsingin yliopisto. Geologian tutkimuskeskus, Espoo. Pelkonen, K., Alopaeus, E., Penttilä, S. & Korhonen, O Outokumpu Oy:n Hammaslahden kaivos. Vuoriteollisuus 2, Reimann, C., Äyräs, M., Chekushin, V., Bogatyrev, I., Boyd, R., Caritat, P. de, Dutter, R., Finne, T. E., Halleraker, J. H., Jæger, O., Kashulina, G., Lehto, O., Niskavaara, H., Pavlov, V., Räisänen, M. L., Strand, T. & Volden, T Environmental Geochemical Atlas of the Central Barents Region. Central Kola Expedition (CKE), Geological Survey of Finland (GTK), Geological Survey of Norway (NGU). NGU and GRYTTING AS, Trondheim. 745 s. Räisänen, M. L., Niemelä, K. & Saarelainen, J. 23. Rautasulfidipitoisen rikastushiekan läjitysalueen rakenne ja ympäristön pintavesien nykytila. Vuosien 2 ja 21 seurantatulokset, Hammaslahden vanha kuparikaivos. Geologian tutkimuskeskus, Raportti S/44//1/ s.