PYHÄSALMEN KAIVOKSEN RIKASTUSHIEKAN JÄTE- ALUEEN YMPÄRISTÖN PINTAVESIEN KEMIALLINEN NYKYTILA VUONNA 2006

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ PYHÄSALMEN KAIVOKSEN RIKASTUSHIEKAN JÄTE- ALUEEN YMPÄRISTÖN PINTAVESIEN KEMIALLINEN NYKYTILA VUONNA 2006 Marja Liisa Räisänen ja Vilma Skinnari Rikastushiekan jätealue, D-allas, Pyhäsalmi, Pohjois-Pohjanmaa.

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ KUV AILULEHTI Dnro KS/42/03 Tekijät Marja Liisa Räisänen Vilma Skinnari Raportin laji Arkistoraportti Toimeksiantaja Raportin nimi Pyhäsalmen kaivoksen rikastushiekan jätealueen ympäristön pintavesien kemiallinen nykytila vuonna 2006 Tiivistel mä Tutkimuksessa kartoitettiin rikastushiekka-altaasta pintaan purkautuvien suotovesien ja jätealuetta ympäröivän metsäalueen ojavesien virtaussuunnat ja kemiallinen laatu. Suotovesikartoitustulokset osoittivat, että altaan sisäinen vesien suotautumissuunta on etelään, lounaaseen ja luoteeseen seuraten läjitysalustan ja reuna-alueiden kallioperän topografiaa. Pintaan suotovesiä purkautui maisemoidun A-allasosan vyöhykepadon lounaiskulmasta ja A-ja D-altaan rajavyöhykkeen padon sekä D- altaan padon luiskien alaosista. Muissa osin patoja suurin osa suotavedestä purkautui ympärysojaan. Kartoitustulokset toivat esille myös kohteita, missä suotovesiä kulkeutui välikerrosvaluntana ympärysojan alitse ympäröivään metsämaahan. Näitä kohteita olivat 8-altaan luoteispuolen, Pyhäjärveen rajautuva metsäalue ja A-altaan lounaispuolen metsäalue. Junttiselkään juoksutettavan jäteveden ph oli neutraali tai hieman emäksinen ja sille oli tunnusomaista suuret rikki- ja kalsiumpitoisuudet mutta pienet metalli- ja hivenalkuainepitoisuudet. Pyhäsalmen alueen luonnonvesien koostumusta luonnehtivat metallisulfidipitoiselle kallioperälle tunnusomaiset S-, Mg-, Ca-, Na-, Sr-, Li-, Zn-, 8-, Cu-, Co- ja Rb-pitoisuudet. Luontaisiin pitoisuustasoihin verrattuna suotovesien ja kontaminoituneiden ojavesien vastaavat alkuainepitoisuudet olivat kertaisia. Lisäksi suotavesistä mitattiin poikkeavan suuria Fe-, Al-, Mn-, As-, Cr-, Cd-, U-ia Th-pitoisuuksia. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Rikastushiekan jätealue, ympäristö vaikutus, suotovesi, pintavesi, pohjavesi, hapontuotto (ARD), rikki, metallit, arseeni, hiven alkuaineet Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Pohjois-Pohjanmaa, Pyhäjärvi, Ruotanen Karttalehdet Muut tiedot Liitteitä 6 Arkistosarjan nimi Arkistotunnus 63/2015 Kokonaissivumä!lrä Kieli Hinta Julkisuus 28 suomi Julkinen arkistoraportti Yksikkö ja vastuualue Maankäyttö ja Ympäristö Hanketunnus All7}>irjeitus/nimen selvennys Allekirjoitus/nimen se lvcnn~ "1: r:::,t_. i~ N~ ~ ~ :;2,-'e-:2 Raimo Nevalainen, toimialapäällikkö J iisa Räisänen, erikoistutkija, FT GTK GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLOGISKA FORSKNINGSCENTRALEN GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND

3 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 JOHDANTO Pyhäsalmen kaivosalueen maaperä 3 2 RIKASTUSHIEKAN LÄJITYSALUEEN YMPÄRISTÖN VESIEN VIRTAUSSUUNNAT 3 3 TUTKIMUSAINEISTO JA -MENETELMÄT Maastokartoitus Suotovesi- ja pintavesinäytteenotto, fysikaaliset mittaukset ja kemian analyysit 4 4 TULOKSET Rikastushiekan läjitysalueen ympäristön pintavesien happamuus (ph) ja hapetuspelkistyspotentiaali (redox) Rikastushiekan läjitysalueen ympäristön pintavesien kemiallinen laatu Pintavesien fysikaaliset ominaisuudet Pintavesien alkuainepitoisuudet Pohjaveden kemiallinen laatu A-altaan lounaispuolella 14 5 JOHTOPÄÄTÖKSET 15 KIRJALLISUUS 15 LIITTEET 16

4 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ JOHDANTO Pyhäsalmi Mine Oy:n kaivos sijaitsee Oulun läänissä, Pyhäjärven kaupungin Ruotasen taajamassa, noin neljä kilometriä Pyhäsalmen asutuskeskuksesta kaakkoon. Pyhäsalmen malmi löytyi vuonna 1958 ja tuotanto alkoi Louhinta tapahtui aluksi avolouhintana ja vuodesta 1967 lähtien myös maanalaisena. Avolouhinta päättyi lopullisesti vuonna Nykyinen käytössä oleva kuilu ulottuu noin 1400 metrin syvyyteen. Syvämalmi sijaitsee aiemmin louhitun malmin alapuolella noin 1-1,5 km:n syvyydessä. Mineralogisesti ja pitoisuuksiltaan se vastaa lähes täysin yläosan malmia. Pyhäsalmen malmi on massiivinen, karkearakeinen sulfidimalmi, jossa sulfidien osuus malmista on 75 %. Tärkeimmät ja rikastettavat mineraalit ovat kuparikiisu, noin 3 %, sinkkivälke, noin 4 % ja rikkikiisu, noin 66 % (Pohjois-Pohjanmaan ympäristökeskuksen lupapäätös 2000, Drno 1199Y ). Lisäksi malmi sisältää hieman lyijyhohdetta ja sulfosuoloja. Malmi rikastetaan prosessissa, johon kuuluvat murskaus, jauhatus, vaahdotus ja veden poisto. Murskaus tapahtuu maan alla, josta murske nostetaan maanpäälliseen rikastamoon. Vaahdotuskemikaaleina käytetään kalkkia, rikkihappoa, isobutyyliksantaattia, sinkkisulfaattia, kuparisulfaattia, natriumsyanidia ja Pine oil vaahdotetta. Prosessin tuotteena saadaan kupari-, sinkki- ja rikkirikastetta sekä jonkin verran kultaa ja hopeaa. Malmin rikastuksesta syntyvä rikastushiekka johdetaan putkia pitkin jätealtaille. Sipilän (1994) tekemän tutkimuksen mukaan rikastushiekka koostuu sulfidimineraaleista ja harmemineraaleista, joita ovat baryytti (Ba-sulfaatti), kvartsi (piioksidi), maasälvät (Na-Ca, K alumiinisilikaatti), kiilteet (K ja K-Fe-Mg alumiinisilikaatti), karbonaatit ja pieniä määriä amfibolimineraaleja (Fe-Mg silikaatti). Sulfidimineraaleista enemmistö on rikkikiisua (FeS 2 ) ja pienemmät määrät muita metallisulfideja kuten kuparikiisua (CuFeS 2 ), sinkkivälkettä [(Zn,Fe)S] ja magneettikiisua (FeS). Näistä hapettumiselle herkkiä ja siten hapellisessa ympäristössä happoa tuottavia sulfideja ovat magneettikiisu ja rikkikiisu. Rikastushiekan läjitysalue ja sen pohjois- ja koillisosassa oleva selkeytysallas (jätealue) on 150 hehtaarin laajuinen. Jätealueen pohjakerros on suurimmalla osalla aluetta tiivistynyt turvekerros, joka rajautuu alla olevaan hienoainesmoreeniin ja moreenia peittävään, ohueen (<1 m) savi-/hiesukerrokseen (Nenonen 1995). Läjitysaltaan itäreunan kalliokohoumat ja länsiosan matala, moreenipeitteinen kallioselänne ohjaavat altaan sisäisten vesien suotautumisen pääasiassa etelän, lounaan ja luoteen suuntiin. Oletuksena on ollut, että läjitysalueen suotovedet purkautuvat lateraalisesti jätealuetta reunustavaan ympärysojaan. Sieltä vedet johdetaan edelleen puhdistettavaksi selkeytysaltaaseen. Näiden lisäksi puhdistettavaksi johdetaan ympärysojan kautta kaivoksen piha-alueen ja jätealueen eteläpuolen metsäja peltoalueen pintavedet sekä osasta kohtaa jätealueen lounaispuolen metsästä ojavedet. Aiemmissa tutkimuksissa ei ole selvitetty jätealueen ja Pyhäjärven välisen metsäkaistaleen ojavesien kemiallista tilaa sekä suotovesien mahdollista leviämistä ympärysojan alitse lateraalisesti (välikerrosvaluntana) metsämaan pohjavesiin ja ojiin. Tämän tutkimuksen tavoitteina oli kartoittaa rikastushiekka-altaasta pintaan purkautuvien suotovesien ja jätealuetta ympäröivän metsäalueen ojavesien virtaussuunnat ja kemiallinen laatu. Kartoitus tehtiin vuonna Tutkimuksessa selvitettiin suotovesien mahdollinen leviäminen välikerrosvaluntana jätealueen ympärysojan alitse metsämaassa metsäojiin ja sitä kautta Pyhäjärveen (ks. myös Skinnari 2008). Kartoitus perustui jätealueen ympäristön pintavesien maastomittauksiin, joissa ojavesien ph ja redox (hapetus-pelkistyspotentiaali) -arvot mitattiin tihein mittausvälein. Suotovesikontaminaation tunnistaminen perustui veden laadun muutokseen, mille on tunnusomaista alentunut ph-arvo ja/tai kohonnut redox-arvo. Ilmiö liittyy rautasulfidien hapettumiseen, jonka seurauksena veteen liukenee ph:ta laskevaa rikkihappoa ja redox-arvoa kohottavaa, liukoista ferrirautaa. Rikkihapon lisäksi ph-arvoa alentaa saostuva ferrirautayhdiste (rautahydroksioksidi). Em. kartoituksen perusteella valittiin edustavat näytteenottokohteet veden kemiallisen laadun määrittämiseksi (alkuaineanalyysiin).

5 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Yhtenä osana kartoitusta oli selvittää Pyhäjärven Vanharantaan laskevan ojaveden laatu ja jätealueen eteläpuolen metsä- ja peltoalueen ojavesien laatu ja virtaussuunnat. Tutkimuksen ajankohtana Vanharannan läheisyydessä olevaan vesien keruualtaaseen kulkeutui vesiä sinkkipitoisen rikasteen kontaminoimalta maa-alueelta. Em. altaalta vesiä pumpattiin läjitysaltaan ympärysojaan ja edelleen puhdistettavaksi selkeytysaltaalle. Pieni osa vesistä suotautui kivimurskepadon läpi Vanharantaan laskevaan ojaan. Vanharantaan kulkeutui mahdollisesti kontaminoituneita vesiä myös jätealueen eteläpuolen metsä alueelta, missä aluskasvillisuus on vaurioitunut aikana, jolloin rikastushiekka-altaalta levisi metallisulfidipitoista pölyä ja maaperän happamoituminen lisääntyi (Räisänen, 1995). 1.1 Pyhäsalmen kaivosalueen maaperä Kaivosalueen maasto on topografialtaan muutamia moreenikumpareita lukuun ottamatta hyvin tasaista. Yleisin maalaji alueella on hienoainesmoreeni, jonka paksuus vaihtelee 5-15 metriä (Liite 1). Moreenia peittäviä maalajeja ovat turve, savi, hiesu ja hieta. Turvekerrostumat ovat muodostuneet ravinteikkaasta saraturpeesta ja ne ovat paksuudeltaan yleensä alle metrin luokkaa. Savea on tavallisesti 0,5-1 metrin paksuudelta ja turpeen sijasta sitä voi peittää myös hiesu tai hieta. Maaperä voi myös paikoin olla hienoainesmoreenia heti maan pinnasta lähtien. (Huttunen 1995) Kaivoksen rikastushiekka-alue on rakennettu kallioperän painanteeseen, tiiviille ja vettä pidättävälle maanpohjalle, hienoainesmoreenille ja sitä peittävälle turpeelle. Rikastushiekka-alueen ja Pyhäjärven väliin jää kalliokynnys, jonka syvyys on 2,1-4,7 metriä maan pinnasta. Alueen eteläpuolella kallio on vähintään 10-16,7 metrin syvyydessä ja pohjoispuolella 12,5 metrin syvyydessä. Itäpuolella taas kallio on laajalla alueella paljastuneena. (Nenonen 1995) 2 RIKASTUSHIEKAN LÄJITYSALUEEN YMPÄRISTÖN VESIEN VIR- TAUSSUUNNAT Rikastushiekan läjitysalue sijaitsee Pyhäjärven itärannalla, noin muutaman sadan metrin päässä rannasta (Liite 2). Osa jätealueesta (A-allas) on suljettu ja peitetty vuonna 2002 noin metrin paksuisella moreenikerroksella ja nurmetettu. Moreenin päälle on kasvukerrokseksi läjitetty osaan aluetta yhdyskuntajäteveden puhdistamon kiintolietettä. Nykyisin rikastushiekkaa pumpataan B- ja D-altaisiin (R. Urpelainen, Pyhäsalmi Mine Oy, suullinen tiedonanto). Rikastamolta tuleva rikastushiekkaliete pumpataan altaisiin kalkittuna yhdessä kaivoksen kuivana pitovesien, kaivosalueen pintavesien ja suotovesien kanssa. Kalkki neutraloi jätevedet (ph >10) ja veteen liuenneet metallit saostuvat (kalkkisaostus) ja laskeutuvat altaan pohjalle yhdessä rikastushiekan kanssa. Rikastushiekka-altailta vesi johdetaan vesivarastoaltaaseen, mistä selkeytynyt vesi johdetaan avo-ojaa pitkin Pyhäjärven Junttiselälle, Tikkalansalmen pohjoispuolelle. (Pohjois-Pohjanmaan ympäristökeskuksen lupapäätös 2000, Drno 1199Y ) Rikastushiekka-altailta suotautuvista vesistä suurin osa ohjautuu jätealueen ympärysojaan. Altaan sisäinen vesien suotautumissuunta on pääasiassa etelään, lounaaseen ja luoteeseen seuraten läjitysalustan ja reuna-alueiden kallioperän topografiaa. Tiivistyneestä turvekerrospohjasta seuraa, että suotovedet purkautuvat lateraalisesti kohti jätealueen reunaa ympäröiviin ojiin ja osittain ojien alitse ympäröivään metsämaahan, välikerrosvaluntana purkautuen metsäojiin (Liite 2). Ympärysojia alittavat suotoalueet Liitteessä 2 on rajattu vuoden 2006 pintavesikartoituksen perusteella. Näitä kohteita on jätealueen lounais- (A-allas) ja luoteispuolen (B-allas) metsässä. Alueiden väliin jää moreenin peittämä kalliokohouma, joka ohjaa A-altaan sisäisen veden paineen lounaan suuntaan (suotautumissuunta) ja B-altaan sisäisen veden paineen osin lännen ja luoteen suuntaan.

6 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Maisemoidun A-altaan lounaiskulmassa, vyöhykepadon alaosassa oli näkyvissä pintaan purkautuvia suotovesiuomia (suotovesilähteitä), joista vesi kulkeutui ympärysojaan. Kauempana A-altaasta, ympärysojan takana olevissa metsäojissa välikerrosvaluntana kulkeutuva suotovesi purkautui metsämaan painanteissa ojien pohjalle. Samanlainen ilmiö oli näkyvissä B-altaan länsi- ja luoteispuolella. Käytöstä poistetun räjähdysainevaraston lähiympäristössä, missä pieni ala metsää oli kuollut, suotovesiä purkautui maan pintaan keväällä ja sadekausina pohjavesipinnan ollessa korkealla. Nykyisin tämä alue on kunnostettu rakentamalla kohteeseen suotovesiä puhdistavat kosteikkorakenteet (M. L. Räisänen, suullinen tiedonanto 2014). Entisen räjähdevaraston eteläpuolella olevaan kaivantoon purkautui myös altaan suotovesiä. Etäämpänä, Ruotasenrannan pohjoispuolen metsässä ja Pajulahtea reunustavassa metsässä suotovesi purkautui ojien pohjalle metsämaan painanteissa. Metsäojista vedet purkautuivat järven rantaa reunustavalle ruohikkokosteikolle. Ojista ei ollut vuoden 2006 kartoituksen aikaan suoraa oikovirtausta järveen, vaan vedet levisivät ruohikkokosteikolle (Liite 2). Vuonna 2006 jätealueen eteläpuolella pintaan purkautuvia suotovesiuomia esiintyi kolmessa kohtaa, A- ja D-allasosien rajavyöhykkeen padon (pumppurakennuksen takana) ja D-altaan vyöhykepadon alaosassa (Liite 2). Näistä suotovesi kulkeutui ympärysojaan ja edelleen puhdistettavaksi. Jätealueen etelänpuoleisen maantien ojaan kulkeutuivat pintavedet metsä- ja peltoalueelta, missä oli näkyvissä kasvillisuusvaurioita tai kuolleen aluskasvillisuuden laikkuja. Alangontausalueen metsäojiin ja niitä pitkin Pyhäjärveen ei maastokartoituksen mukaan levinnyt kontaminoituneen maa-alueen vesiä tai likaisia vesiä sinkkirikasteen leviämisalueelta. 3 TUTKIMUSAINEISTO JA -MENETELMÄT 3.1 Maastokartoitus Pyhäsalmen kaivoksen rikastushiekan läjitysalueen ympäristön suotovesien ja pintavesien laadun kartoitus aloitettiin maastokartoituksella kesällä Toukokuussa viikolla 20 kartoitettiin pintaan purkautuvat suotovesikohteet ja tehtiin alustava suunnitelma pintavesikartoitukselle. Maastokartoitus tehtiin kesäkuussa viikolla 22, jolloin mitattiin ph- ja redox-arvoja rikastushiekka-altaan suotovesien keräysojista ja kaivannoista sekä ympäristön ojista ja puroista. Samalla selvitettiin ojavesien virtaussuunnat. Mittaukset tehtiin suoraan mittauskohteesta (ojasta, purosta tms.) Mettler Toledo-mittareilla (SG8 ph/ion/redox). Lisäksi kohteissa tehtiin havaintoja muun muassa veden väristä ja rautasakkojen esiintymisestä ja väristä. Mittauskohteita oli yhteensä 83 (Liite 5). 3.2 Suotovesi- ja pintavesinäytteenotto, fysikaaliset mittaukset ja kemian analyysit Maastokartoituksen perusteella valittiin vesinäytteenottokohteet. Vesinäytteitä otettiin yhteensä 43, joista yksi oli pohjavesinäyte jätealueen lounaispuolen havaintoputkesta (Liite 3a-b). Luonnontilaisten pintavesien (taustan) koostumus määritettiin 7 kohteesta otetuista vesinäytteistä, kaivosalueesta kauempana olevista metsäojista ja isommista joista, jotka laskevat Pyhäjärveen tai Junttiselkään (Liite 3b). Vesinäytteitä kerättiin toukokuussa viikolla 20 (Liite 3a) ja kesäkuussa maastokartoituksen yhteydessä viikoilla (Liite 3b). Elokuussa viikolla 34 tehtiin seurantamittauksia ja otettiin vesinäytteitä lähinnä suotovesikohteissa, missä oli vettä riittävästi mittauksille ja näytteenottamiselle. Elokuun tuloksista esitetään tässä raportissa vain ph ja redox-arvoja. Pintavesi- ja pohjavesinäytteistä mitattiin ph, redox, sähkönjohtokyky, happipitoisuus ja hapen kyllästysasteen kahdesti, maastossa näytteenoton yhteydessä ja noin 1 vrk:n kuluttua laboratoriossa (maastotukikohdassa). Mittaukset tehtiin kenttäkäyttöisillä ph- ja redox-(wtw, ph 340i/Set), sähkönjohtoky-

7 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ ky- (WTW, Cond 340/Set) ja happimittarilla (WTW, OXI 330/Set). Vesien maastokartoituksessa käytettiin Mettler Toledo-mittaria (SG8 ph/ion/redox). Ennen vesinäytteiden suodatuksia annettiin puolen litran vesinäytteiden laskeutua yön yli. Suodatus tehtiin 0,45 µm-huokoskoon kertakäyttösuodattimella 100 ml:n näytepulloihin. Näytteet kestävöitiin välittömästi lisäämällä 100 ml:n vesinäytteeseen 0,5 ml suprapur-typpihappoa. Happolisäyksen oletetaan estävän mahdollista lisäsaostumista suodatuksen jälkeen. Laskeutuksen tarkoituksena oli vähentää hienojakoisen kiintoaineksen tai saostuvan raudan tai muun saostuvan metallin määrää suodatetussa näytteissä ja samalla estää suodattimen tukkeutumista. Ero maastossa mitatun ja laskeutetun vesinäytteiden välillä ilmentää raudan ja alumiinin saostumisen vaikutusta veden happamuuteen ja muiden alkuaineiden liukoisuuteen. Laskeutetusta ja suodatetusta näytteestä mitattu alkuainepitoisuus edustaa alkuaineen biosaatavaa, potentiaalisesti toksista pitoisuutta (esiintyen valtaosaltaan ionimuotoisena). Suodatetuista vesinäytteistä alkuainepitoisuudet mitattiin ICP-AES- (Jarrell-Ash IRIS Advange) ja MS-ICP- (P-E Elan 6000) laitteilla GTK:n geolaboratoriossa Espoossa. Geolaboratorio on akkreditoitu EN standardin ja ISO Guide 25 mukaan. 4 TULOKSET 4.1 Rikastushiekan läjitysalueen ympäristön pintavesien happamuus (ph) ja hapetuspelkistyspotentiaali (redox) Liitteen 5a-kartassa on esitetty pintavesien ph-arvot pallosymboleilla luokittain ja vastaavasti 5bkartassa redox-arvot (hapetus-pelkistyspotentiaali). Liitteessä 5c on esitetty kartoitustulokset lukuarvoina taulukossa ja mittauspisteiden koordinaatit. Happamia pintavesiä (ph<3,5) oli rikastushiekka-altaan ympärysojassa, läjitysalueen eteläpuolen metsä- ja peltoalueen ojissa sekä läjitysalueen lounaispuolen ja luoteispuolen metsäojissa (Liite 5a). Vastaavasti näistä kohteista mitattiin kohonneita redox-arvoja (redox>400 mv, Liite 5b). Näistä kohteista poiketen veden ph ei laskenut läjitysalueen ympärysojaa reunustavan maavallin takana alkavissa metsäojissa, vaan vasta kauempana ojien jatkeilla maaston topografian aletessa. Ympärysojaa lähinnä olevien ojavesien ph oli >4,5 ja redox-arvot vaihtelivat välillä mv, mikä viittaisi vesien laadun olevan lähes luonnontilaisella tasolla (Kuva 1). Tällaisia pintavesiä oli myös osassa kohtaa läjitysaltaan eteläpuolen pelto-ojissa (liite 5a-b). Läjitysalueen lounais- ja luoteispuolen metsäalueita, missä ojavesi oli hapanta ja redox-arvot korkeita, voidaan pitää suotovesien kontaminoimina alueina (ks. rajatut suotoalueet Liitteissä 2 ja 5a-b). Näissä kohteissa suotovesi kulkeutui maassa välikerrosvaluntana (lateraalisesti) ympärysojan alitse ja nousi maan pintaan tai ojiin niissä kohden, missä oli painanteita tai maaston topografia laski. Suotoalueen rajaus järveen rajautuvalla metsäkaistaleilla onnistui hyvin kesäkuussa sateettomana ajankohtana. Ojavesien ph- ja redox- arvot olivat lähes samaa luokkaa kuin ympärysojan ja hapettuneiden suotovesien vastaavat arvot (kuva 1). Tämä viittaa ojavesien olleen mittausajankohtana lähes täysin suotovettä. A-altaasta purkautuville suotovesille ja ympärysojan vedelle oli tunnusomaista alhainen ph (<3,5) ja korkea redox-arvo (>400 mv, kuva 1). Tämä ominaisuus viittaa rautasulfidien hapettumiseen ja siihen liittyvään hapon muodostukseen (ARD-ilmiö, acid rock drainage ). Vastaavanlainen kemiallinen muutos näkyi myös jätealueen lounais- ja luoteispuolen metsäalueen ojavesissä, joiden veden laatu poikkesi merkittävästi vertailualueen ojavesien laadusta (suotoalueen ulkopuoliset ojat, Liite 2 ja Kuva 1).

8 Redox mv (maasto) GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Suotovedet ja suotovesiä keräävät ojat Metsä-/pelto-ojat, suotovaikutus Metsä-/pelto-ojat, vertailuojat Ruotasen alueen pintavesioja Junttiselkään johdettavat jätevedet ph (maasto) Kuva 1. Suoto- ja pintavesien maastokartoituksessa mitattujen ph- ja redox-arvojen jakauma kohderyhmittäin, Pyhäsalmen kaivoalue, Pyhäjärvi. Yllä mainituista pintavesikohteista poiketen D- ja A-altaan rajavyöhykkeen ja D-altaan padon alaosasta purkautuvissa suotovesissä ph oli lähes neutraali (ph 6-6,5) ja redox-arvo negatiivinen, mikä osoitti suotoveden ja sen lähdealueen, patovyöhykkeen rikastushiekan olevan vielä hapettumaton (pelkistävä tila, kuva 2, ks. myös kuva 1). Suotovedet hapettuivat kulkeutuessaan ympärysojan pohjalla (kontakti ilman hapen kanssa). Rikastushiekasta koostuvan patoaineksen kuivuminen kesäkuukausina ilmeisesti edisti hapettumista ja vajoveden happamoitumista, mistä viitteenä oli D-altaasta suotavan veden redoxarvon kohoaminen toukokuusta kesäkuuhun (Kuva 2). Veden hapettumisen myötä ph laski, edellä mainitussa kohteessa ph 6- arvosta ph-arvoon 4,7 (ph-muutos 1 vrk:n laskeutuksen jälkeen). A-altaan lounaiskulman suotovesissä, jotka olivat hapettuneet ja happamoituneet jo patovyöhykkeessä ennen ulospurkautumista, ph- ja redox-arvot pysyivät lähes muuttumattomina toukokuusta elokuuhun. A- ja D-altaan rajavyöhykkeen padosta purkautuva suotovesi sen sijaan pysyi pelkistävänä läpi kesäkauden ja hapettui vasta kulkeutuessa ympärysojaan (Kuva 2). Tämän suotoveden ph-arvo ei myöskään muuttunut merkittävästi näyteveden laskeutuksen aikana (Liite 6a). Selkeytysaltaasta Junttiselkään juoksutettavien vesien ph-arvot vaihtelivat välillä 7-9 ja redox-arvot välillä mv poiketen siten ominaisuuksiltaan täysin muista tutkituista vesinäytteistä. Vertailualueen metsäojissa ph-arvot vaihtelivat välillä 5-6,5 ja redox-arvot välillä mv.

9 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ PYH 101-elo PYH101-kesä PYH5-touko PYH22-elo PYH22-kesä PYH12-touko PYH17-kesä PYH1-touko Redox mv Kuva 2. Suotovesien redox-arvot (hapetus-pelkistyspotentiaali) touko-, kesä- ja elokuun näytteenottoajankohtana, Pyhäsalmen kaivoksen rikastushiekan jätealue. Näytteet PYH1 ja -17 (keltainen) ovat D- altaan suotovesiä, PYH12 ja -22 (oranssi) A-altaan ja D-altaan rajavyöhykkeeltä suotavia vesiä sekä PYH5 ja -101 (ruskea) A-altaan lounaiskulman padosta suotautuvia vesiä (Liitteet 3 ja 6). 4.2 Rikastushiekan läjitysalueen ympäristön pintavesien kemiallinen laatu Pintavesien fysikaaliset ominaisuudet Liitteissä 6a-c on esitetty vesinäytteiden ph-, redox- ja sähkönjohtokykyarvot, happipitoisuus, hapen kyllästysaste sekä liukoisten alkuaineiden pitoisuudet kohteittain ryhmiteltynä. Maastossa ja laboratoriossa tehtyjen mittausten välisiä eroja on esitetty kuvissa 3a-d (ks. myös Liite 4). Erot kuvaavat veden laadun muutosta kiintoaineksen laskeutuessa uoman pohjalle virtauksen pienetessä ja tähän liittyen raudan hapettumisen ja saostumisen aiheuttamaa happamoitumista. ph-arvojen suhteen erot maasto- ja laboratoriomittausten välillä olivat useimpien näytteiden osalta pieniä (Kuva 3a). Poikkeuksina olivat rikastushiekka-altaan suotovedet, joiden hapettuminen laski muutaman näytteen osalta merkittävästi ph-arvoa (ks. myös Liite 6a). ph-arvoihin verrattuna redox-arvot muuttuivat useimpien vesinäytteiden osalta huomattavasti kiintoaineksen laskeutumisen ja saostumisen aikana (Kuva 3b). Useissa näytteissä redox-arvo kasvoi vajaan vuorokauden laskeutuksen hapettumisen lisääntyessä. Redox-arvojen kohoaminen aiheuttaa veden happipitoisuuden laskua, mikä on seurausta raudan saostumisesta ja saostumien sitoessa happea (hapen kulutus). Tämä oli tunnusomaista rautasulfidihapettumisen kontaminoimille suotovesille ja suotovesiä kerääville pintavesille. Redox-arvoissa ja happipitoisuuksissa ilmenneet muutokset eivät heijastuneet vesien sähkönjohtavuuteen, joka pysyi lähes samanlaisena laskeutuksen jälkeen muutamaa poikkeusta lukuunottamatta (Kuva 3c). Taulukossa 1 on esitetty ph-arvojen, redox-arvojen, happipitoisuuksien, hapen kyllästysasteen ja sähkönjohtokyvyn keskiarvoja keskeisistä tutkimuskohteista. Suotovesien ph-arvot (4) olivat keskimäärin

10 SKJ ms/m (laboratorio) Happi mg/l (laboratorio) ph (laboratorio) Redox mv (laboratorio) GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ hieman korkeammat kuin ympärysojaveden ja kontaminoituneiden metsä- ja pelto-ojien ph-arvot (3,0-3,5). Eroa oli myös redox-arvoissa ja happipitoisuuksissa, jotka olivat pienempiä suotovesissä (<300 mv, O 2 <3 mg/l) kuin kontaminoituneissa, hapettuneissa ojavesissä (>400 mv, O mg/l). Alueen luonnon taustaa edustavien jokien ja metsäojien ph oli mittausajankohdasta riippuen keskimäärin välillä 5,5-6,0, redox-arvot välillä mv ja happipitoisuudet välillä 3-4 mg/l. Ruotasen taajamaalueelta tulevien pintavesien ja rikastushiekka-altaiden ympäristön verrokkiojien ph-arvot (4,5-5) olivat alueen luontaisia ph-arvoja hieman pienemmät ja redox-arvot hieman korkeammat ( mv), mikä viittaisi lievään kontaminaatioon. Sen sijaan happipitoisuuksissa ei ollut merkittäviä eroja luontaista taustaa edustavien pintavesien happipitoisuuksiin nähden. (a) (b) ph (maasto) Redox mv (maasto) (c) (d) SKJ ms/m (maasto) Happi mg/l (maasto) Kuva 3. Pintavesien (a) ph-arvot, (b) redox-arvot, (c) sähkönjohtokyky (SKJ) ja happipitoisuus maastomittauksissa näytteenoton yhteydessä ja laboratoriossa vuorokauden laskeutuksen jälkeen (ks. Liite 4), Pyhäsalmen kaivosalue.

11 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Selkeytysaltaan juoksutusvesien ph-arvot olivat kaikkein korkeimmat (keskimäärin 7), kun taas niiden keskimääräinen redox-arvo ( mv) ja happipitoisuus oli luonnon pintavesien luokkaa. Muista vesistä poiketen juoksutusveden redox-arvo laski huomattavasti vesinäytteen laskeutuessa, mikä viittaa veden pelkistävään ominaisuuteen virtauksen pienetessä. Yleensä virtaus lisää veden hapettumista. Juoksutusveden sähkönjohtavuus oli keskimäärin suurempi kuin suotoveden kontaminoimissa metsäojissa. Suurin sähkönjohtavuus (>500 ms/m) mitattiin suotovesissä. Arvot olivat noin kymmenkertaiset luontaista taustaa edustavien oja- ja jokivesien sähkönjohtavuuksiin (<50 ms/m) nähden. Sähkönjohtavuuden perusteella Ruotasen taajamasta tulevat vedet olivat laadultaan luonnontilaisien vesien kaltaisia, vaikkakin redox-arvot ja ph-arvot viittaisivat niiden olevan lievästi happamoituneita. Taulukko 1. ph ja redox-arvojen, happipitoisuuksien, hapen kyllästymisasteen ja sähkönjohtokyvyn keskiarvoja kohderyhmittäin, Pyhäsalmen kaivosalue (ks. Liite 6a-c). Maasto Lab. Maasto Lab. Maasto Lab. Maasto Lab. Maasto Lab. mv mv mg/l mg/l % % ms/m ms/m Tausta, metsäojat 6,3 6, ,4 3, ,0 43,0 Tausta, joet 5,7 5, ,2 4, ,66 3,55 Ruotasen alueen pintavesioja Metsäojat, verrokkialueet Kontaminoimat metsä- /pelto-ojat Ympärysoja (länsilounas, luode) 4,7 4, ,4 6, ,3 24,3 4,9 4, ,6 3, , ,6 3, ,3 4, , ,1 3, ,6 5, Suotovedet, etelä-lounas 4,3 4, ,8 3, Junttiselkään johdettavat jätevedet ph Redox Happi Hapen kyllästysaste Sähkönjohtokyky 7,0 7, ,4 3, Pintavesien alkuainepitoisuudet Rikastushiekka-altaan suotovesien rikkipitoisuudet vaihtelivat välillä mg/l ja rautapitoisuudet välillä mg/l (Liite 6a). Ympärysojassa pitoisuudet olivat rikin osalta välillä mg/l ja raudan osalta 2,5-660 mg/l (Liitteet 6a-c). Metsäkaistaleen suotoalueella pitoisuudet sen sijaan pienenivät rikin osalta välille mg/l ja raudan osalta välille 0,5-175 mg/l, mikä viittaa niiden saostuvan tehokkaasti metsäojaympäristössä. Vertailualueen metsäojavesissä (suotoalueen ulkopuolella) rikkipitoisuudet vaihtelivat välillä mg/l ja luonnon taustaa edustavissa oja- ja jokivesissä välillä 1,5-75 mg/l. Rautapitoisuudet olivat molemmissa ryhmissä samaa luokkaa vaihdellen välillä 0,5-5,0 mg/l. Rikastushiekka-altaiden suotovedet poikkesivat toisistaan alumiinipitoisuuksien osalta siten, että A- altaan etelä-lounaiskulman padon alaosasta purkautuvien suotovesien (PYH5, PYH101, PYH102) pitoisuudet olivat välillä mg/l, kun taas A-altaan ja D-altaan rajavyöhykkeen padon alaosasta (PYH12, PYH22) ja D-altaan padon alaosasta (PYH1, PYH17) purkautuvien suotovesien alumiinipi-

12 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ toisuudet olivat pieniä <0,01 mg/l, korkeimmillaan 1,7 mg/l. Tosin alumiinipitoisuudet kohosivat suotokohdan alapuolisessa uomassa yli kymmenkertaiseksi (PYH13, PYH23) ja suotovesiä keräävässä ympärysojassa (takaojassa) paikoin jopa 100-kertaiseksi vesien hapettuessa ja happamoituessa ( mg/l, Liite 6a). Mangaanipitoisuuksissa oli havaittavissa vastaavanlainen muutos kuin alumiinilla, mutta pitoisuuserot suotokohteiden välillä olivat mangaanille pienempiä kuin alumiinille. A-altaan lounaiskulmalla Mn-pitoisuudet olivat välillä mg/l ja muissa osissa välillä 2-8 mg/l. Ympärysojassa mangaanin pitoisuudet vaihtelivat huomattavasti näytteenottokohteittain (8-76 mg/l, Liite 6a). Suotoalueen (kontaminoituneissa) metsäojissa alumiinin pitoisuudet vaihtelivat välillä 3,7-79 mg/l, maksimipitoisuuden (78,5 mg/l) ollessa B-allasta lähinnä olevassa ojassa, kohteessa PYH48 (ks. Liite 3a). Mangaanin pitoisuudet olivat välillä 1,6-8,8 mg/l. Vertailualueen metsäojissa pitoisuudet olivat alumiinilla enää 0,6-2,3 mg/l ja mangaanilla 0,1-5,7 mg/l. Luonnon taustaa edustavissa oja- ja jokivesissä pitoisuudet olivat yleisesti näitä vieläkin pienempiä ollen alumiinilla välillä 0,06-1,2 mg/l ja mangaanilla välillä 0,02-1,4 mg/l. Sinkki- ja kuparipitoisuuksissa oli havaittavissa samanlainen ero suotovesikohteiden välillä kuin alumiinilla ja mangaanilla. A-altaan lounaiskulman suotovesissä sinkkipitoisuudet olivat välillä 86,7-150 mg/l ja kuparin pitoisuudet välillä 17,1-35,6 mg/l. Muissa suotovesikohteissa sinkin pitoisuudet vaihtelivat välillä 0,2-12,5 mg/l. Kuparin pitoisuudet olivat enimmillään 2,0 mg/l ja pienimmillään alle määritysrajan (<0,0025 mg/l). Allasalueen ympärysojassa sinkkipitoisuudet olivat välillä 30,0-76,8 mg/l ja kuparipitoisuudet välillä 1,8-14,4 mg/l. Suotovesialueen metsäojissa sinkin pitoisuudet vaihtelivat välillä 0,5-25,5 mg/l ja kuparin välillä 0,1-10,8 mg/l. Molempien metallien maksimipitoisuudet (Zn: 25,5 mg/l, Cu: 10,8 mg/l) mitattiin vesinäytepisteestä PYH48, missä myös alumiinin pitoisuus oli suuri. Vertailualueen metsäojissa pitoisuudet olivat edellisiä pitoisuuksia huomattavasti pienempiä (Zn: 0,1-0,3 mg/l ja Cu: 0,005-0,05 mg/l). Luonnon taustaa edustavissa kohteissa (ojat ja joet) sinkin pitoisuudet jäivät yleisesti välille 0,003-0,07 mg/l. Tästä poikkeuksena oli Pyhäsalmentien ojan näytepiste (PYH77), jossa sinkkipitoisuus oli 0,2 mg/l. Kuparin pitoisuudet olivat taustakohteissa välillä 0,001-0,007 mg/l. Arseenin kohdalla rikastushiekka-altaan suotovesien pitoisuudet olivat yleisesti alle 0,01 mg/l (alin <0,002, suurin 0,009 mg/l, Liite 6a). Tästä poikkeava pitoisuus mitattiin A- ja D-altaan rajavyöhykkeen padolle johtavan tierummusta purkautuvasta suotovedestä (toukokuun vesinäytepiste PYH13, kesäkuun näytepiste PYH23, Liite 6a), missä arseenin pitoisuus vaihteli näytteenottokerroilla välillä 1,3-3,6 mg/l. Kaikissa muissa kohteissa arseenin pitoisuudet olivat pieniä vaihdellen välillä 0,0003-0,005 mg/l (Liitteet 6b-c). Rikastushiekka-altaiden suotovedet poikkesivat toisistaan myös kromipitoisuuksien osalta siten, että A-altaan lounaiskulman suotovesien pitoisuudet olivat välillä 0,2-0,4 mg/l. A- ja D-altaan suotovesissä Cr-pitoisuudet olivat jonkin verran pienempiä (alin <0,005, suurin 0,025 mg/l). Jätealueen ympärysojan kromipitoisuudet olivat lähes samaa luokkaa. Näistä poikkeava kromipitoisuus, 0,07 mg/l mitattiin vesinäytepisteestä PYH48. Muissa kohteissa, suotovesialueen ja vertailualueen metsäojissa kromin pitoisuudet olivat useimmiten alle määritysrajan tai lähellä alinta Cr-määritysrajaa (Liite 6b). Myös luonnon taustaa edustavien ojien ja jokien vesien kromipitoisuudet olivat lähellä määritysrajaa tai sen alle (Liite 6c). Nikkelin ja koboltin pitoisuudet olivat keskenään hyvin samalla tasolla kaikissa eri kohteissa. Rikastushiekka-altaiden suotovesien nikkeli ja koboltti osoittivat samanlaista trendiä kuin alumiini-, mangaani-, sinkki-, kupari- ja kromipitoisuudet. A-altaan lounaiskulman suotovesien pitoisuudet olivat huomattavasti suuremmat kuin A-altaan ja D-altaan rajavyöhykkeeltä ja D-altaasta purkautuvien suotovesien pitoisuudet. Ensin mainituissa suotovesissä pitoisuudet olivat välillä 0,8-1,4 mg/l ja viime

13 µg/l mg/l µg/l GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ mainituissa kohteissa alimmat pitoisuudet olivat <0,002 mg/l ja suurimmat 0,09 mg/l. Jätealueen ympärysojassa nikkelin ja koboltin pitoisuudet olivat keskimäärin hieman pienempiä (Ni: 0,2-0,8 mg/l; Co: 0,2-1,0 mg/l, Liitteet 6a-b). Suotoalueen metsäojissa molempien pitoisuusarvot vaihtelivat välillä 0,01-0,1 mg/l. Metallien maksimiarvot (130, 125) mitattiin vesinäytepisteestä PYH48 (Liite 6b). Vertailualueen metsäojissa nikkelin ja koboltin pitoisuudet olivat välillä 0,007-0,05 mg/l. Luonnon taustaa edustavissa ojissa ja joissa pitoisuudet jäivät välille 0,0001-0,02 mg/l ollen kuitenkin yleisimmin alle 0,002 mg/l. Tausta-aluetta edustavista kohteista maksimipitoisuus (0,02 mg/l) mitattiin Pyhäsalmentien ojan vesinäytepisteestä (PYH77). Luonnon tausta Ymp.oja,länsi-lounas Metsäojat, suotoalue Suotovesi,etelä-lounas Ymp.oja,luode Metsäojat,verrokki Luonnon tausta Ymp.oja,länsi-lounas Metsäojat,suotoalue Suotovedet,etelä-lounas Ymp.oja,luode Metsäojat,verrokki ,1 0,1 S Fe Mg Ca Na K Al Mn 0,01 Zn Cu Ni Co Cr As Cd Pb Luonnon tausta Ymp.oja,länsi-lounas Metsäojat,suotoalue Suotovesi,etelä.lounas Ymp.oja,luode Metsäojat,verrokki ,1 0,01 Sr Li B Be Rb U Th V Kuva 4. Alkuainejakaumat suotovesissä, ympärysojan (ymp.oja) vedessä, suotoalueen metsäojien vesissä, vertailualueen metsäojien vesissä (verrokki) ja luonnon taustaa edustavien metsäojien ja jokien vesissä, Pyhäsalmen kaivosalue.

14 S Fe Mg Ca Na K Al Mn Zn Cu Ni Co Cr As Cd Pb µg/l GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Kuvissa 4 a-c on esitetty suotovesien, ympärysojavesien, suotoalueen (kontaminoituneiden) ja vertailualueen metsäojavesien (verrokkiojavesien) alkuaineiden keskiarvopitoisuuksien jakaumaa viivadiagrammeina. Pitoisuustason nousu ja käyrän muoto kuvastavat kontaminaatiolähteen, suotoveden koostumuksen heijastumista sen vaikutuspiirissä oleviin pintavesiin. Luonnon taustan alkuainejakauma (sininen viivakuvaaja) on laskettu keskiarvopitoisuutena tausta-aluetta edustavien joki- ja metsäojavesien alkuainepitoisuuksista (Liite 6c). Pyhäsalmen alueen luonnonvesissä heijastuu metallisulfidipitoiselle kallioperäalueelle tunnusomaiset rikki-, magnesium-, kalsium-, natrium-, strontium-, litium-, sinkki-, boori-, kupari-, koboltti- ja rubidiumpitoisuudet. Luontaisiin pitoisuustasoihin verrattuna suotovesien vastaavat alkuainepitoisuudet olivat kertaisia (Kuva 4). Edellä mainittujen alkuaineiden lisäksi suotovesistä mitattiin poikkeavan suuria pitoisuuksia raudalle, alumiinille, mangaanille, arseenille, kromille, kadmiumille, uraanille ja toriumille. Suotoveden keräysojan, ympärysojan vedessä pitoisuustasot olivat useimpien hivenmetallien tai hivenalkuaineiden osalta samaa suuruusluokkaa. Tästä poikkeava tulos on arseenille, joka hapettumisen seurauksena sitoutuu niukkaliukoisena rautasaostumiin. Saostumia esiintyi runsaasti ympärysojissa ja suotoveden kontaminoimissa metsäojissa. Raudan saostuminen ympärysojaan ja metsäojiin näkyy pitoisuuden pienenemisenä kymmenesosaan suotovesien rautapitoisuuksista. Vastaava muutos näkyy myös rikkipitoisuudessa osoittaen, että myös rikki sulfaattimuodossa pidättyy rautasaostumiin. Alumiinipitoisuudet hieman kasvavat ympärysojissa happamoitumisen seurauksena eivätkä siten sitoudu merkittävästi Fe-saostumiin. Alumiini on lähtöisin rapautuvista Al-silikaateista, lähinnä kiilteistä, joita on rikastushiekassa, patovallin ja ojapenkereiden maa-aineksessa. Metsäojissa alumiinia ilmeisesti liukenee myös pintamaasta sen happamoituessa (Liite 6b) Tausta (ojat,joet) Vanharanta,oja Jätevesijuoksutus Ruotasen taajama,oja Metsäojat,suotoalue ,1 0,01 Kuva 5. Pyhäjärveen laskevien luonnon taustaa edustavien metsäojien, suotoalueen metsäojien, Ruotasen taajaman vesiä keräävän ojaveden, Vanharantaan laskevan ojaveden ja selkeytysaltaan juoksutusveden alkuainejakaumat, Pyhäsalmen kaivosalue.

15 Rauta mg/l Alumiini mg/l Rauta mg/l GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Selkeytysaltaasta Junttiselkään juoksutettavan veden alkuainejakauma poikkesi muiden, Pyhäjärveen laskevien ojavesien alkuainejakaumista (Kuva 5). Juoksutusvedelle on tunnusomaista suuri rikki- (lähinnä sulfaattimuodossa) ja kalsiumpitoisuus (S: 610 mg/l; Ca: 780 mg/l), kun taas suotoalueen metsäojavesissä on rikin ja kalsiumin pitoisuuksien lisäksi suuret rauta-, alumiini-, mangaani-, sinkki- ja kuparipitoisuudet (ks. myös Skinnari 2008). Myös muiden hivenmetallien pitoisuudet olivat arseenia ja kromia lukuun ottamatta hieman suuremmat kuin luonnon taustaa edustavissa metsäoja- tai jokivesissä (ks myös Liitteet 6a-b). (a) (b) ,1 0, ph (laboratorio) ,1 0, Redox mv (c) ,1 0,01 0,01 0, Alumiini mg/l Kuva 6. (a) Alumiinipitoisuuksien ja ph-arvojen, (b) rautapitoisuuksien ja redox-arvojen ja (c) rautaja alumiinipitoisuuksien välinen riippuvuussuhde, Pyhäsalmen kaivosalue.

16 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Suotovesien, ympärysojaveden ja kontaminoituneiden, suotoalueen ojavesien happamuus muodostuu hapettuneen raudan (ferriraudan) saostumisreaktiossa ja silikaattirapautumisessa liuenneen alumiinin hydrolysointireaktioissa (ks. Kuva 6a). Osassa suotovesiä hapettuminen ja happamoituminen eivät ole vielä käynnistyneet, mikä ilmenee suurena rautapitoisuutena (hapettumaton ferrorauta) ja alhaisena redox-arvona (Kuva 6b). Näytteissä, missä redox arvo oli korkea (>400 mv) raudasta osa on hapettunutta ferrirautaa, joka saostuessaan happamoittaa vettä. Liukoinen ferrirauta edistää muiden hapettumatonta ferrorautaa sisältävien mineraalien kuten alumiini- ja rautapitoisten kiilteiden rapautumista ja siten osaltaan edistää alumiinin liukenemista veteen (Kuva 6c). Alumiinin liukeneminen veteen ylläpitää veden alhaista ph:ta (puskurointi) ja siten se edistää puolestaan muiden metallien liukoisuutta veteen ja samalla estää metallien tehokasta pidättymistä ojasedimentteihin tai rautasaostumiin. Sitoutuminen rautasaostumiin vähenee ph:n laskiessa alle viiden. 4.3 Pohjaveden kemiallinen laatu A-altaan lounaispuolella Taulukossa 2 on esitetty A-altaan lounaispuolella, moreenissa olevan havaintoputken pohjaveden phja redox-arvot, happipitoisuus, hapen kyllästysaste ja sähkönjohtokyky sekä liukoiset alkuainepitoisuudet. Pohjaveden ph oli 6,5 kesäkuussa Maasto- ja laboratoriomittausten ph-arvot erosivat vähän toisistaan. Redox-arvo oli negatiivinen ja happipitoisuus pieni, mikä viittaa pohjaveden olevan lievästi pelkistävä ja vähähappinen. Poikkeavan korkeita alkuainepitoisuuksia mitattiin raudalle (40 mg/l), mangaanille (12 mg/l), rikille (520 mg/l), kalsiumille (500 mg/l), magnesiumille (66 mg/l), kaliumille (13 mg/l) ja natriumille (72 mg/l), mikä viittaa osittaiseen suotovesikontaminaatioon. Sen sijaan metallipitoisuudet olivat pieniä, useimpien osalta <0,005 mg/l. Arseenin liukoinen pitoisuus oli vajaa 0,02 mg/l, mikä ylittää talousvedelle asetetun raja-arvon (0,01 mg/l). Taulukko 2. Jätealueen A-altaan lounaispuolella olevan havaintoputken pohjaveden koostumus, Pyhäsalmen kaivosalue. Vesinäyte on otettu kesäkuussa Koordinaatit ph Redox Happi Hapen kyllästysaste Sähkönjohtokyky X-KKJ Alumiini mg/l 0,29 Kupari µg/l <1,0 Y-KKJ Rauta mg/l 42,3 Nikkeli µg/l 3,5 Maasto 6,4 Mangaani mg/l 11,9 Lyijy µg/l 0,4 Lab. 6,5 Rikki mg/l 520 Sinkki µg/l 7,6 Maasto mv -25 Kalsium mg/l 498 Boori µg/l <10 Lab. mv -4,4 Kalium mg/l 12,6 Beryllium µg/l <1,0 Maasto mg/l 2,0 Magnesium mg/l 66,2 Litium µg/l 41 Lab. mg/l 2,6 Natrium mg/l 71,9 Rubidium µg/l 4,9 Maasto % 33 Arseeni µg/l 17 Strontium µg/l 675 Lab. % 43 Kadmium µg/l <0,06 Torium µg/l 0,1 Maasto ms/m 210 Koboltti µg/l 3,6 Uraani µg/l 0,1 Lab. ms/m 209 Kromi µg/l <2,0 Vanadiini µg/l 1,0

17 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ JOHTOPÄÄTÖKSET Pyhäsalmen kaivoksen rikastushiekka-altailla vesien suotautumissuunta on pääasiassa etelään, lounaaseen ja luoteeseen seuraten läjitysalustan ja reuna-alueiden kallioperän topografiaa (kalliokohoumat idässä ja lännessä). Tiivistyneestä turvekerrospohjasta seuraa, että suotovedet purkautuvat lateraalisesti jätealueen reunoja ympäröiviin ojiin. Suotovesistä tai niiden kontaminoimista pintavesistä suurin osa ohjautui ympärysojaan ja sieltä edelleen puhdistettavaksi. Pintavesien ph- ja redox-kartoituksen perusteella pieni osa suotovesistä kulkeutui ympärysojan alitse välikerrosvaluntana altaita ympäröivään metsämaahan. Näitä suotoalueita on B-altaan luoteispuolen, Pyhäjärveen rajautuvalla metsäalueella ja A-altaan lounaispuolen metsäalueella. Kummassakin kohteessa suotovesi nousi painanteissa oleviin ojiin. A-altaan lounaispuolen metsäojista suotovesien kontaminoimat pintavedet ohjautuivat suurimmaksi osaksi ympärysojaan ja vesien puhdistukseen. Sen sijaan B-altaan luoteispuolen metsän suotoalueen vedet kulkeutuivat Pajulahden ja Ruotasenrannan pohjoispuolen järviruohikkokosteikoille. Suoraa ojavirtausta järveen ei havaittu olevan. Läjitysalueen ympärysojaan ohjautui suotovesien lisäksi pintavesiä A- ja D-altaiden eteläpuolen metsävaurioalueelta sekä A-altaan eteläpuolelta, sinkkirikasteen pilaamalta metsäalueelta. Viime mainitulta alueelta osa vesistä kulkeutui kivimurskepadolla Pyhäjärven ranta-alueesta erotettuun vesialtaaseen, josta ne suurimmaksi osaksi pumpattiin ympärysojaan ja edelleen puhdistettavaksi. Pieni osa vedestä suotautui kivimurskepadon läpi Pyhäjärveen. Suotautuvat vedet olivat happamia ja metallipitoisia kuten suotoalueiden ojavedet. Läjitysalueen eteläpuolen metsävaurioalueen pintavesiä ei kulkeutunut Alangontauksen metsäojiin ja niitä pitkin Pyhäjärveen (Vanharannan eteläpuoli). Läjitysalueen lounais- ja luoteispuolen metsän suotoalueilla ojavesien kemiallinen laatu oli hapanta ja alkuainejakaumaltaan altaan padoista pintaan purkautuvien suotovesien ja suotovesiä keräävän ympärysojaveden kaltaista. Alueen luonnon pitoisuustasoihin verrattuna kontaminoituneiden ojavesien alkuainepitoisuudet olivat kertaisia. Selkeytysaltaasta (nykyisestä vesivarastoaltaasta) Junttiselkään juoksutettavan veden alkuainejakauma poikkesi suotovesien ja niistä kontaminoituneiden ojavesien alkuainejakaumista. Juoksutusvedelle oli tunnusomaista suuri rikki- ja kalsiumpitoisuus, kun taas suotoalueelta Pyhäjärveen laskevissa metsäojavesissä oli rikin ja kalsiumin pitoisuuksien lisäksi suuret rauta-, alumiini-, mangaani-, sinkki- ja kuparipitoisuudet. Metsäojista vesi kulkeutui rannan ruohikkokosteikoille, ei suoravirtauksena järveen. Junttiselkään juoksutettavan jäteveden ph oli neutraali tai hieman emäksinen, kun taas suotovesien kontaminoimat ojavedet olivat happamia (ph<4). Kesäkuun juoksutusvesinäytteen laskeutustesti osoitti jäteveden olevan lievästi pelkistävän (redox-arvo <200 mv). Jäteveden poikkeava ph-arvo oli seurausta selkeytysaltaan vesien kalkituksesta. Ojavesissä suotovesikontaminaatio ilmeni vesiä ja ympäristön maa-ainesta happamoittavana ja voimakkaasti hapettavana tekijänä (redox-arvo>400 mv). KIRJALLISUUS Huttunen, T Maaperäkartoitus. Raportissa: Pyhäsalmen kaivoksen ympäristön maaperätutkimukset. Julkaisematon raportti, GTK, Väli-Suomen aluetoimisto. Nenonen, K Kaivoksen jätealueen ympäristön hydrogeologinen tutkimus. Raportissa: Pyhäsalmen kaivoksen ympäristön maaperätutkimukset. Julkaisematon raportti, GTK, Väli-Suomen aluetoimisto.

18 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Räisänen, M. L Maaperän happamoitumisherkkyyden geokemiallinen tutkimus. Raportissa: Pyhäsalmen kaivoksen ympäristön maaperätutkimukset. Julkaisematon raportti, GTK, Väli-Suomen aluetoimisto. Skinnari, V Pintavesien fysikaalis-kemiallinen laatu rikastushiekka-altaan ympäristössä: Pyhäsalmen sinkki-, kupari-, pyriittikaivos. Julkaisematon pro gradu-tutkielma. Kuopion yliopisto. Ympäristötieteen koulutusohjelma, ympäristötieteen laitos. 110 s. LIITTEET Liite 1. Pyhäsalmen kaivosalueen ja lähiympäristön maaperä, Pyhäjärvi Liite 2. Pintavesien ja suotovesien virtaussuunnat Pyhäsalmen rikastushiekka-altaiden ympäristössä sekä kosteikkoalueet Pyhäjärven rantavyöhykkeessä, Pyhäjärvi Liite 3. (a) Toukokuun ja (b) kesäkuun vesinäytteiden ottopisteet, Pyhäsalmen kaivosalue, Pyhäjärvi Liite 4. Pintavesien (a) ph- ja (b) redox-arvot maastokartoituksen mittauspisteissä, Pyhäsalmen kaivosalue, Pyhäjärvi Liite 5. ph- ja redox-maastokartoituksen tulokset ja mittauspisteiden koordinaatit, Pyhäsalmen kaivosalue, Pyhäjärvi Liite 6. Pyhäsalmen rikastushiekka-altaiden suotovesien ja ympäristön pintavesinäytteiden koostumukset (a) etelä-, lounas- ja länsipuolella sekä (b) luoteispuolella sekä (c) selkeytysaltaan juoksutusvesien (jätevesien) ja verrokkikohteiden pintavesien koostumukset, Pyhäjärvi

19 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Liite 1. Pyhäsalmen kaivosalueen ja lähiympäristön maaperä, Pyhäjärvi.

20 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Liite 2. Pintavesien ja suotovesien virtaussuunnat Pyhäsalmen rikastushiekka-altaiden ympäristössä sekä kosteikkoalueet Pyhäjärven rantavyöhykkeessä, Pyhäjärvi.

21 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Liite 3. (a) Toukokuun ja (b) kesäkuun vesinäytteiden ottopisteet, Pyhäsalmen kaivosalue, Pyhäjärvi

22 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Liite 4. Pintavesien (a) ph- ja (b) redox-arvot maastokartoituksen mittauspisteissä, Pyhäsalmen kaivosalue, Pyhäjärvi (a) (b)

23 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Liite 5. ph- ja redox-maastokartoituksen tulokset ja mittauspisteiden koordinaatit, Pyhäsalmen kaivosalue, Pyhäjärvi Vuosi Näytetunnus Koordinaatit T ph Redox X-koord. Y-koord. Maasto Maasto Maasto C mv Suotovedet, jätealtaan keräysoja, kontaminoituneen ojat (etelä) 2006 PYH ,1 2, PYH ,6 3, PYH ,9 3, PYH ,8 5, PYH ,1 2, PYH ,4 2, PYH ,6 2, PYH ,7 2, PYH ,7 6, PYH ,9 3, PYH ,5 2, PYH ,5 3, PYH ,1 3, PYH ,0 2, PYH ,6 3, PYH ,2 3, PYH ,1 3, PYH ,0 2, PYH ,9 3, PYH ,6 2, PYH ,1 3, PYH ,7 2, PYH ,1 3, PYH ,6 3, PYH ,1 3, PYH ,2 3, PYH ,1 3,6 414 Metsä-/pelto-ojat, suotovaikutus 2006 PYH ,2 3, PYH ,6 4, PYH ,7 3, PYH ,8 3, PYH ,9 3, PYH ,6 4, PYH ,0 4, PYH ,4 3, PYH ,0 4, PYH ,2 4, PYH ,8 3, PYH ,5 3, PYH ,2 2, PYH ,5 2, PYH ,7 3, PYH ,3 3, PYH ,7 3, PYH ,5 3, PYH ,0 3, PYH ,6 4, PYH ,8 4, PYH ,7 3, PYH ,8 3, PYH ,8 3,8 435

24 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Liite 5 Jatkuu Vuosi Näytetunnus Koordinaatit T ph Redox X-koord. Y-koord. Maasto Maasto Maasto C mv 2006 PYH ,4 4, PYH ,9 4, PYH ,7 4, PYH ,3 3, PYH ,2 4, PYH ,8 4, PYH ,7 3, PYH ,9 3,9 424 Metsä-/pelto-ojat, vertailuojat 2006 PYH ,5 5, PYH ,1 5, PYH ,4 6, PYH ,6 5, PYH ,6 5, PYH ,4 6, PYH ,7 5, PYH ,7 4, PYH ,3 4, PYH ,0 5, PYH ,3 5, PYH ,2 4, PYH ,1 4, PYH ,2 5, PYH ,2 5, PYH ,5 6, PYH ,6 5, PYH ,8 5, PYH ,0 6, PYH ,9 5,2 265 Ruotasen alueen pintavesioja 2006 PYH ,7 4, PYH ,9 4, PYH ,3 4,6 339 Junttiselkään johdettavat jätevedet 2006 PYH ,6 9, PYH ,0 8,5 147

25 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 63/ Liite 6. Pyhäsalmen rikastushiekka-altaiden suotovesien ja ympäristön pintavesinäytteiden koostumukset etelä-, lounas-, länsi- ja luoteispuolella sekä selkeytysaltaan juoksutusvesien (jätevesien) ja verrokkikohteiden pintavesien koostumukset, Pyhäjärvi Päiväys Koordinaatit ph Redox Happi Hapen Sähkönjohtokyky X-koord. Y-koord. Maasto Lab. Maasto Lab. Maasto Lab. Maasto Lab. Maasto Lab. mv mv mg/l mg/l % % ms/m ms/m Suotovesi, etelä PYH1 touko ,0 5, ,1 5, PYH17 kesä ,9 4, ,4 4, PYH12 touko ,8 6, ,9 0, PYH22 kesä ,6 6, ,2 0, PYH13 touko ,1 3, ,7 5, PYH23 kesä ,4 3, ,2 3, Kaivosalueen pihavesien laskuoja PYH14 kesä ,3 4, ,6 6, Suotovesi, lounas PYH5 touko ,7 2, ,1 0, PYH101 kesä ,7 2, ,9 2, PYH102 kesä ,6 2, ,6 4, Suotovedet, etelä-lounas keskiarvo 4,3 4, ,8 3, min 2,6 2, ,6 0, max 6,6 6, ,1 5, Suotoveden keräysoja, länsi-lounas PYH3 touko ,1 2, ,7 5, PYH78 kesä ,0 3, ,4 1, PYH6 touko ,9 2, ,6 7, PYH83 kesä ,9 2, ,8 3, keskiarvo 3,0 2, ,1 4, min 2,9 2, ,4 1, max 3,1 3, ,6 7, Metsäojat, lounas (suotovaikutus) PYH87 kesä ,9 3, ,2 4, PYH88 kesä ,3 4, ,4 4, keskiarvo 4,1 4, ,3 4, Metsäoja, länsi (vertailukohde) PYH80 kesä ,8 4, ,3 3, Päiväys Al Fe Mn S Ca K Mg Na liuk.pit. liuk.pit. liuk.pit. liuk.pit. liuk.pit. liuk.pit. liuk.pit. liuk.pit. mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Suotovesi, etelä PYH1 touko06 0,02 74,3 1, ,2 63,7 74,1 PYH17 kesä06 1,73 81,3 2, ,2 65,7 76,7 PYH12 touko06 <0, , , ,7 PYH22 kesä06 <0, , , ,1 PYH13 touko06 36, , , ,5 PYH23 kesä06 17, , , ,7 Kaivosalueen pihavesien laskuoja PYH14 kesä06 13,5 1,77 0,45 58,8 14,1 1,61 10,9 3,07 Suotovesi, lounas PYH5 touko , , ,4 PYH101 kesä , , ,4 PYH102 kesä , , ,3 Suotovedet, etelä-lounas keskiarvo , , ,4 min <0,01 74,3 1, ,34 63,7 33,3 max , , ,7 Suotoveden keräysoja, länsi-lounas PYH3 touko , , ,8 PYH78 kesä , , ,4 PYH6 touko , , ,4 PYH83 kesä , , ,9 keskiarvo , , ,1 min , , ,4 max , , ,9 Metsäojat, lounas (suotovaikutus) PYH87 kesä06 7,71 1,65 8, , ,7 PYH88 kesä06 6,29 0,47 2, ,8 1,95 80,7 26,3 keskiarvo 7,00 1,06 5, ,68 91,9 33,5 Metsäoja, länsi (vertailukohde) PYH80 kesä06 1,61 3,27 5, , ,6