Geofysikaalisen aineiston ja ASTERkuvien tulkinnasta Kemin ympäristön suotutkimuksissa

Transkriptio

1 ESY Q20/2007/ Espoo Geofysikaalisen aineiston ja ASTERkuvien tulkinnasta Kemin ympäristön suotutkimuksissa Karla Tiensuu, Taija Huotari, Hilkka Arkimaa

2 suotutkimuksissa GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro Tekijät Karla Tiensuu, Taija Huotari, Hilkka Arkimaa Raportin laji Geofysikaalinen tutkimus Toimeksiantaja GTK Raportin nimi Geofysikaalisen aineiston ja ASTER-kuvien tulkinnasta Kemin ympäristön suotutkimuksissa. Tiivistelmä Geofysikaalista (aerogeofysiikka, vastusluotausmittaukset) ja kaukokartoitusaineistoa (ASTER-kuvia, Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer ) korreloimalla pyrittiin saamaan esiin suotutkimuksen, maaperäkartoituksen ja hydrologisen tutkimuksen kannalta relevanttia tietoa. Apuna käytettiin maastohavaintoja, maastomittauksia sekä kairaustietoja. Maavastusluotauksia turvekerrosten paksuuksien ja johtavuuksien selvittämiseksi tehtiin viidellä avosuolla. Tutkittujen soiden turvepaksuus on pääsääntöisesti pieni, korkeintaan 2 4 m. Maavastusluotaukset antoivat tietoa myös turvekerroksen alla olevan maalajin johtavuudesta ja paksuudesta. Aerogeofysiikan sähköistä imaginaarikomponenttia ja radiometristä kaliumkomponenttia käytettiin myös turpeen paksuusvaihteluiden arviointiin. Maavastusluotausten tuloksia käytettiin avaimina aerogeofysiikan tulkintaan. ASTER-aineiston näkyvän ja lähi-infran aallonpituuksille sijoittuvat kanavat antavat parhaiten informaatiota soiden kasvipeitteen ja kosteuden vaihteluista. Kahden päätyypin, rahka- ja sarasuon heijastusominaisuudet eroavat selvästi toisistaan. Soiden sisäinen vaihtelu edelleen korostuu kun näkyvän ja infra-alueen kanavista lasketaan Minimum Noise Fraction (MNF) muunnos. ASTER-aineiston termisiä kanavia voidaan hyödyntää soiden kosteusvaihteluiden tarkastelussa. Kuivat rahkasuot erottuvat korkeamman pintalämpötilansa vuoksi hyvin kosteista sarasoista. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Kemi, suotutkimus, aerogeofysiikka, vastusluotaus, kaukokartoitus, ASTER-kuvat Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Oulun lääni, Kemi, Keminmaa, Juokuanjänkä, Matinaapa, Holstinharju, Törmäjänkä, Hallikontio Karttalehdet 2541, 2542, 2543 ja 2544 Muut tiedot Arkistosarjan nimi Q Arkistotunnus Q20/2007/35 Kokonaissivumäärä Kieli Hinta Julkisuus 29 suomi julkinen Yksikkö ja vastuualue Hanketunnus ESY / Allekirjoitus/nimen selvennys Allekirjoitus/nimen selvennys

3 suotutkimuksissa Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 TUTKIMUKSEN TAVOITTEET 1 2 KÄYTETYT OHJELMISTOT 1 3 TUTKIMUSALUE 1 4 AIEMMIN TEHTYJÄ TUTKIMUKSIA 2 5 MAASTOMITTAUKSET 3 6 ALUEIDEN KUVAUS Juokuanjänkä Törmäjänkä Hallikontio Matinaapa Holstinharjun suo 10 7 MAAVASTUSLUOTAUSTEN TULKINTA Juokuanjänkä Törmäjänkä Hallikontio Matinaapa Matinaapa N Matinaapa S Holstinharjun suo 16 8 AEROGEOFYSIIKKA Sähkömagneettinen aerogeofysikaalinen aineisto Radiometrinen aerogeofysikaalinen aineisto 20 9 ASTER-KUVAT YHTEENVETO VIITTEET 29

4 suotutkimuksissa 1 1 TUTKIMUKSEN TAVOITTEET Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää aerogeofysikaalisen sähköisen aineiston käyttökelpoisuutta Kemin ympäristön soiden turvekerrosten paksuuden ja johtavuuden määrittämiseen ja radiometrisen lentoaineiston soveltuvuutta kallion ja mineraalimaan päällä olevan turpeen ja vesikerroksen paksuuden määrittämiseen. Toisena tavoitteena oli ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) satelliittikuvien käyttökelpoisuuden selvittäminen suotutkimuksissa. Tavoitteena oli selvittää, saadaanko siitä suotutkimuksen ja maaperäkartoituksen kannalta relevanttia tietoa suotyypeistä ja kosteusolosuhteista. Apuna käytettiin maastohavaintoja, maastomittauksia sekä kairaustietoja. 2 KÄYTETYT OHJELMISTOT Geofysikaalisen aineiston tulkinnassa on käytetty Oasis montaj ja ErMapper ohjelmistoja. ASTER-kuvia on käsitelty Envi- ja ErMapper-ohjelmistoilla. Aineistojen yhdistämisessä ja vertailussa on käytetty ArcGIS-, Oasis montaj- ja ErMapperohjelmistoja. 3 TUTKIMUSALUE Tutkimusalue sijaitsee Kemi-Tornio-alueella karttalehtien 2541, 2542, 2543 ja 2544 alueella. Kemin (Elijärven) kromiittikaivos sijaitsee tutkimusalueella. Tutkimusalue on esitetty kuvassa 1.

5 suotutkimuksissa 2 Kuva 1. Tutkimusalueen (ASTER-kuvien kattaman alueen) sijainti. Kuvassa on esitetty ASTER-alue VNIR-aallonpituusalueen väärävärikuvana. Kemi-Tornio-alueella on runsaasti erilaisia sara- (Carex) ja rahkasoita (Sphagnum). Molempia suotyyppejä edustavia avosoita valittiin kenttätyökohteiksi. Lisäksi valinnassa huomioitiin alueen tutkimushistoria; mukaan valittiin sekä soita, joilta on jo olemassa muuta tutkimustietoa että soita, joilta tietoa ei ollut saatavissa. 4 AIEMMIN TEHTYJÄ TUTKIMUKSIA Tutkimusalueelta oli käytettävissä suoinventointien yhteydessä tehtyjä kairaustietoja. Myös aerogeofysikaalista aineistoa ja ASTER-satelliittikuvia oli saatavilla koko alueelta. Aikaisemmin alueella on mitattu lentokoneesta käsin monikanavaista hyperspektriaineistoa HyMap-spektrometrillä (Arkimaa et al., 2005). HyMap-aineisto kattaa tutkimusalueen koillisosan. Turvetutkimuksia ja kasvillisuuskartoitusta on tehty alueen pohjoisosassa (X ), eteläpuolelta vastaavaa aineistoa ei ollut käytettävissä. Elijärven kromiittikaivos sijoittuu juuri tutkitun alueen eteläpuolelle.

6 suotutkimuksissa 3 5 MAASTOMITTAUKSET Maastotöitä tehtiin karttalehtien 2541 ja 2542 alueella heinäkuussa Juokuanjänkä, Matinaapa ja Holstinharjun suo sijaitsevat karttalehdellä 2541 ja Törmäjänkä ja Hallikontio ovat 2542:lla. Näillä soilla suoritettiin maavastusluotausmittauksia ja suosondauksia Vastusluotaukset tehtiin ABEMin nelikanavaisella Terrameter SAS laitteistolla monigradienttimittauskonfiguraatiolla. Mittauskonfiguuraatio on lähinnä pooli-dipoli- ja Schlumberger-järjestelmien yhdistelmä (ABEM Instrument AB, 2004). Mittausproseduurissa käytettiin kahta eri mittausohjelmaa, joita kutsutaan nimellä "long" ja "short". Mittausohjelma "long" mittaa elektrodien välistä potentiaalieroa neljällä kaapelilla (81 elektrodia) hyödyntämällä vain joka toista maahan asennettua elektrodia. "Short"-ohjelmaa käytettäessä mittaus suoritetaan pelkästään kahdella kaapelilla ja potentiaalieron mittauksessa hyödynnetään kaikkia maahan levitettyjä elektrodeja (41 elektrodia). Näin mitattaessa saadaan tulos pinnasta tarkemmin kuin syvemmältä, mutta mittaus nopeutuu huomattavasti. Käytännössä yksi neljästä kaapelista koostuva mittaus sisältää vaiheet "short", "long"&"short" ja "short". Näin voidaan mitata 5 metrin minimielektrodivälillä 400 metrin pituinen linja yhdellä vedolla. Linjaa voidaan jatkaa tarvittaessa "roll-along"-tyyliin siirtämällä aina yhtä kaapelia kerralla eteenpäin ja toistamalla vaiheet "long" ja "short". Kairaus- ja muita inventointitietoja oli valmiiksi Juokuanjängältä ja Törmäjängältä. Suosondilla tehtiin lisämittauksia Hallikontiossa (13 pisteen linja, pisteväli 25 m) ja Matinaavalla, tosin Matinaavalla sondaukset jouduttiin lopettamaan kesken sondin kastumisen vuoksi.

7 suotutkimuksissa 4 Valituista kenttätyökohteista Holstinharjun suo, Matinaapa ja Hallikontio olivat soita, joilta ei ollut ennakkotietoja. Juokuanjängältä ja Törmäjängältä oli turveinventointi- ja sondaustietoja ja lisäksi ne sijaitsevat alueella, jolta on tehty HyMap-aineiston tulkinta. Viidellä suolla (Juokuanjänkä, Törmäjänkä, Hallikontio, Matinaapa ja Holstinharjun suo) mitattiin yhteensä kuusi vastusluotauslinjaa, joista kaksi mittauslinjaa sijoittui Matinaavalle ja muille yksi linja. Yhteenveto tehdyistä mittauksista on esitetty taulukossa 1. Taulukko 1. Mittausajankohdat, suot, niiden tyypit ja aiemmat ja uudet tutkimukset. Mittauspäivä Suo Suotyyppi Aiemmat (karttalehti) tutkimukset Tehdyt tutkimukset Juokuanjänkä rahkasuo suosondaus, maavastusluotaus ( ) turveinventointi Törmäjänkä sarasuo suosondaus maavastusluotaus ( ) Hallikontio sara/rahkasuo ei maavastusluotaus, ( ) suosondaus Matinaapa sarasuo ei maavastusluotaus ( ) (2 linjaa), (suosondaus) Holstinharjun suo ( ) rahkasuo ei maavastusluotaus

8 suotutkimuksissa 5 6 ALUEIDEN KUVAUS 6.1 Juokuanjänkä Juokuanjänkä (karttalehdellä ) on rahkasuo, jonka halki kulkee kapea kosteampi sarajuotti. Juokuanjänkä on aiemmin tutkitussa HyMap-aineistossa (Arkimaa et al., 2005) luokittunut rahkasuoksi, jossa oleva sarainen juotti erottuu hyvin. Kuva 2. Yleiskuva Juokuanjängältä. Vaaleampi vyöhyke on suon poikki kulkeva sarajuotti. Suolla mitattiin 250 m:n maavastusluotauslinja, joka ylitti sarajuotin. Tyypilliseen kasvilajistoon suolla kuuluivat rahkasammaleet, vaivaiskoivu, lakka, variksenmarja, karpalo ja pyöreälehtikihokki, sarajuotissa puolestaan oli runsaasti saroja ja raatetta.

9 suotutkimuksissa 6 Kuva 3. Yleiskuva Juokuanjängän sarajuotista. 6.2 Törmäjänkä Törmäjänkä (karttalehdellä ) on sarasuo, jossa saran seassa kasvoi myös paikoin rahkasammalta. HyMap-aineiston luokittelussa Törmäjängälle luokittui useita sekä saraettä rahkasuotyyppejä (Arkimaa et al., 2005). Suon yli mitattiin luoteesta kaakkoon 500 m:n maavastusluotauslinja, jonka alkuosassa pintakasvillisuus oli sarasuolle tyypillistä mutta muuttui loppuosassa rahkasuolle tyypillisempään suuntaan. Suon kaakkoisreunalla kasvoi myös vaivaiskoivua. Tyypilliseen kasvilajistoon Törmäjängällä kuuluivat sarat, raate, rahkasammal, suokukka, karpalo ja pyöreälehtikihokki.

10 suotutkimuksissa 7 Kuva 4. Tyypillistä kasvillisuutta Törmäjängällä. Kuva 5. Törmäjängän rahkasammalvaltaisempaa osaa.

11 suotutkimuksissa Hallikontio Hallikontio (karttalehdellä ) on uusi, Kemijoen länsipuolella oleva tutkimuskohde. Suolla mitattiin 300 m pitkä maavastusluotauslinja ja 13 suosondauspistettä samalta linjalta 25 m välein. Hallikontiossa on sekä sara-, että rahkasuon piirteitä. Erityisesti suon keskiosa on rahkasammalvoittoista. Tyypilliseen kasvilajistoon kuuluvat sarat, rahkasammal, lakka, karpalo ja tupasvilla. Kuva 6. Hallikontion yleisilme. 6.4 Matinaapa Matinaapa (karttalehdellä ) on uusi, tutkimusalueella eteläinen sarasuo, joka sijaitsee hivenen pohjoiseen Kemin kaatopaikalta (Taipaleenkylä, Holstinharju). Suolla mitattiin kaksi maavastusluotauslinjaa (200 m ja 160 m), joista jälkimmäiseltä mitattiin myös suosondauspisteitä. Sondaus kuitenkin lopetettiin, koska sondin epäiltiin kostuneen kyseisen tai edellisen päivän sateiden takia. Jälkimmäisen maavastusluotauslinjan loppupää mitattiin pelkästään long -ohjelmalla (ei siis short :ia lainkaan), koska suo alkoi olla liian märkä ja upottava liikkumiseen ja mittalaitteiden kuivana säilyttämiseen. Tästä johtuen eivät pintaosan mahdolliset yksityiskohdat erotu linjan loppupäässä. Tyypilliseen kasvilajistoon Matinaavalla kuuluivat heinät ja sarat, raate, rahkasammal, suokukka, karpalo, pyöreälehtikihokki, pitkälehtikihokki ja vesiherne.

12 suotutkimuksissa 9 Kuva 7. Matinaavan yleisilme pohjoisella mittauslinjalla. Kuva 8. Matinaavan yleisilme suon keskiosassa eteläisellä mittauslinjalla.

13 suotutkimuksissa 10 Kuva 9. Matinaavan keskiosan ruoppapintaa, pitkälehtikihokkiruusukkeita sarojen ja rahkasammaleen välissä. 6.5 Holstinharjun suo Matinaavan länsipuolella (Holstinharjun toisella puolen, karttalehdellä ) oleva nimetön, uusi, eteläinen rahkasuo. Suolla mitattiin 80 m pitkä maavastusluotauslinja. Suo sijaitsee pohjoiseen Kemin kaatopaikalta (Taipaleenkylä, Holstinharju). Suon pohjoisosa, jossa mittauslinja sijaitsi, oli kuiva ja hieman metsittynyt. Tyypilliseen kasvilajistoon suolla kuuluivat rahkasammaleet, vaivaiskoivu, mänty, lakka ja variksenmarja.

14 suotutkimuksissa 11 Kuva 10. Elektrodien asennusta Holstinharjun suon mittausalueella. 7 MAAVASTUSLUOTAUSTEN TULKINTA Maavastusluotausaineisto on tulkittu Geotomo Softwaren RES2DINV-ohjelmalla. Linjat on tulkittu N-S- tai W-E-suuntaisina, minkä vuoksi kaksi E-W-suuntaisina mitattua linjaa on käännetty ennen tulkintaa. Juokuanjängän tulkinnan visualisoinnissa on käytetty eri johtavuusasteikkoa kuin muissa, koska Juokuanjängän pohja on merkittävästi muita alueita johtavampaa ainesta. Muissa tulkintakuvissa johtavuusasteikko on keskenään sama. 7.1 Juokuanjänkä Koko linja on 250 m pitkä ja se mitattiin 2,5 m:n elektrodivälillä. Linja mitattiin alun perin E-W-suuntaisena, mutta se on käännetty ennen tulkintaa W-E-suuntaiseksi.

15 suotutkimuksissa 12 Kuva 11. Juokuanjängän maavastusluotaus. Juokuanjängän pintaosan ominaisvastus vaihtelee noin Ωm:n alueella. Kosteampi sarajuotti ylitettiin jokseenkin kohtisuoraan noin m:n kohdalla, ja tulkintakuvassa 50 m:n kohdalla on nähtävissä pieni positiivinen muutos pintaosan ominaisvastuksessa. Suon turvepaksuus on muutama metri, aikaisemman sondaustiedon perusteella 2 m. Turpeen alla on paksulti, noin 20 m:iin saakka johtavaa (ρ < 100 Ωm) ainesta, todennäköisesti savea tai liejua. Johtavan kerroksen alla on jälleen hieman resistiivisempää materiaalia, jonka ominaisvastusarvo 100 Ωm. 7.2 Törmäjänkä Törmäjängän yli mitattiin 500 m pitkä linja 2,5 m:n elektrodivälillä. Linjan keskiosassa, rahkasammalmättäisellä alueella, on pinnassa ohut hieman resistiivisempi (ρ Ωm) kerros. Aiemmin tehtyjen suosondausten perusteella turvepaksuus suolla on noin 1,5 2 m pohjamateriaalin ollessa hiekkaa (ρ Ωm). Noin m:n syvyydessä on ilmeisesti kallionpinta (ρ > 1000 Ωm, ominaisvastus kasvaa nopeasti ainakin arvoon ρ 3000 Ωm), tosin m:n kohdalla linjaa rajapinta katoaa tulkinnasta ja johtavampi aines jatkuu tulkinnan syvyysulottuvuuden pohjaan (noin 30 m) asti. Kyseessä voi olla kallionpinnan niiaus syvemmälle tai kallioperän ruhjevyöhyke.

16 suotutkimuksissa 13 Kuva 12. Törmäjängän maavastusluotaus. 7.3 Hallikontio Hallikontiolla mitattiin 300 m:n mittauslinja 2,5 m:n elektrodivälillä. Linja mitattiin alun perin E-W-suuntaisena, mutta on käännetty ennen tulkintaa W-E-suuntaiseksi. Lisäksi mitattiin 13 suosondauspistettä samalta linjalta 25 m välein ensimmäisen mittauspisteen ollessa linjan alussa (0 m). Hallikontion pinnassa on noin 10 m paksuinen johtavahko kerros (ρ 350 Ωm), jonka alapinta aaltoilee hieman pitkin linjaa. Tästä kerroksesta voidaan n metrin kohdalla linjaa erottaa vielä johtavampi vyöhyke. Turpeen alapinta rajoittuu todennäköisesti tämän johtavan vyöhykkeen yläpintaan, jolloin turpeen paksuus suolla on n. 3-4 m. Kaikkialla turve ei erotu alla olevista pohjamaalajeista liian pienen johtavuuskontrastin vuoksi. Pienehkö johtava vyöhyke turpeen alla voi olla silttiä. Muualla turpeen ja kallion välissä on todennäköisesti hiekkaa. Ominaisvastus on m:n syvyydellä Ωm ja yli 20 m:n syvyydellä ominaisvastus kasvaa edelleen saavuttaen paikoin 5000 Ωm:n tason.

17 suotutkimuksissa 14 Kuva 13. Hallikontion maavastusluotaus. 7.4 Matinaapa Matinaavalla mitattiin kaksi linjaa. Ensimmäinen, 200-metrinen mittauslinja 2 m:n elektrodivälillä oli suon kuivemmassa pohjoispäässä ja toinen, eteläisempi 160-metrinen linja 2 m:n elektrodivälillä keskempänä, kuitenkin suon keskuslammen (Matinaavanjärvi) pohjoispuolella Matinaapa N Pohjoisemmalla linjalla turvetta on suosondaustulosten perusteella 0,5 2 m, valtaosalla linjaa turvepaksuus on 1 m tai vähemmän. Turpeen alla on luultavasti harjusoraa tai moreenia (ρ 500 Ωm) noin 10 m:n syvyydelle, ja tällä syvyydellä lienee kallionpinta (ρ 2000 Ωm). Linjalla noin m:n kohdalla on tällä syvyydellä suuremman johtavuuden alue, mahdollisesti kallioperän ruhje tai kallionpinnan muu niiaus syvemmälle.

18 suotutkimuksissa 15 Kuva 14. Matinaavan pohjoispään maavastusluotaus Matinaapa S Eteläisemmälläkin linjalla suon syvyys kasvaa keskemmälle siirryttäessä ja on ilmeisesti muutaman metrin suuruusluokkaa. Johtavahkon (ρ 300 Ωm) pintaosan alla on 5 10 m:n syvyydelle hieman resistiivisempää ainesta (ρ 500 Ωm) resistiivisyyden kasvaessa syvyyden mukana koko ajan. Noin 15 m:n syvyydellä saavutetaan jo Ωm:n resistiivisyys. Linjan loppupäässä tätä ei kuitenkaan havaita, mutta se johtunee erilaisesta mittauskonfiguraatiosta. Tämän linjan loppupää mitattiin pelkällä long -ohjelmalla (ei siis short :ia lainkaan), koska suo alkoi olla liian märkä ja upottava liikkumiseen ja mittalaitteiden kuivana säilyttämiseen.

19 suotutkimuksissa 16 Kuva 15. Matinaavan eteläisempi maavastusluotaus. 7.5 Holstinharjun suo Holstinharjun viereisen, Ahvenjärvien pohjoispuolella olevan kartoissa nimeämättömän suon pohjoisosassa mitattiin 80-metrinen linja 1 m:n elektrodivälillä. Suon pintaosa oli kuiva, mikä näkyy resistiivisempänä (ρ 500 Ωm) parimetrisenä pintakerroksena. Pintaosan alla on 6 8 m:n syvyydelle johtavampaa ainesta, jonka ominaisvastus ρ < 400 Ωm. Tämä voisi olla pohjaveden pinnan alapuolista harjusoraa. Tämän alapuolella johtavuus pienenee nopeasti ja noin 10 m:n syvyydellä on ilmeisesti kallionpinta (ρ > 2000 Ωm).

20 suotutkimuksissa 17 Kuva 16. Holstinharjun suon maavastusluotaus. 8 AEROGEOFYSIIKKA Alueella on tehty samanaikaisesti magneettinen, sähkömagneettinen ja radiometrinen aerogeofysikaalinen mittaus. Karttalehtien 2541 ja 2542 mittaukset ovat vuodelta 1982, karttalehden 2544 vuodelta 1990 ja karttalehden 2543 vuodelta Karttalehdet 2541, 2542 ja 2544 on lennetty pohjois-etelä-suuntaisesti (NS) ja karttalehden 2543 alue itä-länsi-suuntaisesti (EW). Lentolinjojen välinen etäisyys on noin 200 m ja lentokorkeus noin 30 m. Mittaukset on tehty Twin Otter lentokoneella. (Hautaniemi et al., 2005) Vuosina 1982 ja 1990 käytössä on ollut protonimagnetometri, vuonna 1995 käytettiin cesiummagnetometriä. Sähkömagneettisissa (EM) ja radiometrisissä mittauksissa ei ole tapahtunut muutoksia tutkimusalueen mittausvuosina. (Hautaniemi et al., 2005) Mittaustiedot ja tekniset tiedot on esitetty karttalehtialueittain taulukossa 2.

21 suotutkimuksissa 18 Taulukko 2. Mittaustiedot karttalehtialueittain. Lentolinjojen välinen etäisyys on kaikilla alueilla noin 200 m ja lentokorkeus noin 30 m. Mittaukset on tehty Twin Otter lentokoneella. Lentosuunta: NS = pohjois-eteläinen, EW = itä-läntinen. Magnetometri: P = protonimagnetometri, C = cesiummagnetometri. (Hautaniemi et al., 2005) Karttalehtinumero Lentovuosi Lentosuunta NS NS EW NS Magneettinen: Magnetometri P P C P Rekisteröintitaajuus [1/s] Sähkömagneettinen: Kelaväli [m] 21,36 21,36 21,36 21,36 Taajuus [Hz] Momentti [Am*2] Radiometrinen: Rekisteröintitaajuus [1/s] Kidetilavuus [l] 25,0 25,0 25,0 25,0 Kanavien lukumäärä Sähkömagneettisen aineiston avulla voidaan selvittää irtomaan johtavuutta ja paksuutta, ja radiometristä aineistoa käytetään niinikään kallion ja mineraalimaan päällä olevan turpeen ja vesikerroksen paksuuden määrittämiseen. Magneettista aineistoa voidaan mahdollisesti hyödyntää kallioperän rakennetulkinnassa ja siten välillisesti myös maaperätutkimuksissa. 8.1 Sähkömagneettinen aerogeofysikaalinen aineisto Soiden kohdalle osuvien aerosähköisten imaginaarianomalioiden on todettu aiheutuvan joko soiden alla olevista savikoista tai suon turvekerrostuman ja sen pohjamaalajin yhteisvaikutuksesta (Puranen et al., 1992). Soiden imaginaarimaksimeiden on todettu usein sijoittuvan syvänteiden kohdalle. Rahkaturpeiden happamuus kohottaa niiden johtavuutta, samoin johtavuus kasvaa mikäli pohja- tai pintavesien mukana kulkeutuu ravinteita tai suoloja (Säävuori & Mäkilä, 2004).

22 suotutkimuksissa 19 Kuva 17. Aerosähköinen imaginaarikomponentti. Punaiset sävyt indikoivat korkeaa imaginaariarvoa. Kuvaan on rajattu alueen suurin suo Kirvesaapa sekä Juokuanjänkä, Matinaapa ja Holstinharjun suo ja niillä mitatut vastusluotauslinjat (punaiset viivat). Kuvan kattama alue on noin 9,0 * 15,5 km.

23 suotutkimuksissa 20 Juokuanjänkä sijaitsee voimakkaalla E-W-suuntaisella anomaliajaksolla, joka seurailee Kemijokeen laskevaa Akkunusjokilaaksoa (kuva 17). Suon itälaidalla, jossa on myös imaginaarianomalian maksimikohta, tehtiin vastusluotausmittaus. Tulokset osoittivat, että 0, 5 2 m paksun turvekerroksen alla on paksulti, noin 20 m:iin saakka johtavaa (ρ < 100 Ωm) ainesta, todennäköisesti savea tai liejua. Suon kohdalla olevat anomaliatason vaihtelut kuvastanevatkin pääosin suon alla olevan aineksen johtavuusvaihteluja. Matinaavalla tehdyt vastusluotausmittaukset osoittivat turvekerrosten paksuuksissa olevan eroa. Valtaosalla pohjoisempaa linjaa turvepaksuus on 1 m tai vähemmän. Eteläisemmällä linjalla suon syvyys kasvaa keskemmälle siirryttäessä ja on ilmeisesti muutaman metrin suuruusluokkaa. Imaginaarikomponentissa on selvä ero pohjoisen ja eteläisen linjan anomaliatasoissa, joten se indikoinee kosteuserojen lisäksi myös turvekerroksen paksuusvaihtelua Matinaavalla. Holstinharjun suoalueella imaginaarikomponentin pienet tasoerot selittynevät suon kosteuseroilla. Pohjoisosassa mitatulla linjalla myös turvekerroksen paksuus oli pieni. Kirvesaavalta ei ole maastotutkimustietoa, mutta satelliittikuva-aineistosta havaittavat avovedet ja suon kosteimmat kohdat korreloivat imaginaarikomponentin maksimiarvojen kanssa. 8.2 Radiometrinen aerogeofysikaalinen aineisto Yleensä noin 0,6 m paksuinen vesikerros vaimentaa kaiken gammasäteilyn. Suoalueilla veden kyllästämän kerroksen paksuus, jolta gammasäteilyä saadaan, saattaa olla hieman tätä suurempikin, mikäli turpeessa on gammasäteilyn lähteenä toimivaa materiaalia. (Vironmäki et al., 1989). Kaliumsäteilyn on todettu indikoivan soiden turvekerrosten paksuusvaihteluita (Vironmäki et al., 1989). Juokuanjängällä suon etelälaidalla kaliumsäteily on lähes tyystin vaimentunut, kun taas pohjoislaidalla kaliumsäteilyä on havaittavissa (kuva 18). Maastohavainnot tukevat sitä, että turvekerroksen paksuus ohenee pohjoiseen mentäessä. Holstinharjun suolla kaliumsäteilyä esiintyy suon pohjoisreunalla mutta ei eteläreunalla. Vastusluotausmittauksissa pohjoisreunalla näkyi noin parin metrin paksuinen resistiivinen (ρ 500 Ωm) pintakerros, joka on hyvin kuiva. Kaliumsäteilyn aiheuttaja lieneekin sen alla oleva harjusora. Eteläosassa suota imaginaarikomponentin arvo aavistuksen kasvaa ja kaliumsäteily vaimenee kokonaan. Kohonneen K/Th-suhteen on todettu indikoivan suoalueiden reunoja (M.-L. Airo, henkilökohtainen tiedonanto, ). Tämä suon reunaefekti oli havaittavissa myös Matinaavan ja Kirvesaavan itäreunoilla. Reunaefekti johtunee turpeen absorptiokyvystä; valumaveden mukana mineraalimaa-alueelta kulkeutuvat molekyylit imeytynevät turpeeseen ja sitoutuvat siihen.

24 suotutkimuksissa 21 Kuva 18. Aerogeofysikaalinen kaliumkartta. Sininen indikoi alhaista kaliumpitoisuutta ja punainen korkeaa kaliumpitoisuutta. Kuvaan on rajattu alueen suurin suo Kirvesaapa sekä Juokuanjänkä, Matinaapa ja Holstinharjun suo ja niillä mitatut vastusluotauslinjat (punaiset viivat). Kuvan kattama alue on noin 9,0 * 15,5 km.

25 suotutkimuksissa 22 9 ASTER-KUVAT Tutkimuksessa käytetyille ASTER(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) -satelliittikuville oli aineiston toimittaja tehnyt radiometrisen ja karkean geometrisen korjauksen. Tarkempaa geometristä korjausta ei tässä työssä tehty. ASTER-aineisto on kuvattu 14:sta eri aallonpituuskaistalla. Näistä kaksi on kuvattu näkyvän valon aallonpituuksilla. Lähi-infra-alueella µm on kaksi erillistä eri kulmista otettua kuvaa, jotka mahdollistavat stereokuvan muodostamisen. Kuusi seuraavaa kanavaa sijoittuu lyhytaaltoiselle infra-alueelle (SWIR) ja viimeiset viisi ovat termisen infra-alueen (TIR) kanavia. VNIR-kanavien resoluutio on 15 m, SWIRkanavien 30 m ja TIR-kanavien 90 m. Kanavien ominaisuudet on esitetty taulukossa 3. Taulukko 3. ASTER-kanavat, niiden aallonpituusalueet, spatiaalinen erotuskyky eli resoluutio ja bittien lukumäärä. VNIR = visible and near infrared, SWIR = short wavelength infrared, TIR = thermal infrared. Kanavaryhmä Kanavan numero Aallonpituusalue [μm] Resoluutio [m] Quantization levels VNIR 1 0,52 0, bittiä 2 0,63 0,69 3N 0,78 0,86 3B 0,78 0,86 SWIR 4 1,60 1, bittiä 5 2,145 2, ,185 2, ,235 2, ,295 2, ,360 2,430 TIR 10 8,125 8, bittiä 11 8,475 8, ,925 9, ,25 10, ,95 11,65 Peruskarttaan verrattuna itäisempi ASTER-kuva on noin 30 m (VNIR-kanavalla noin 2 pikseliä) idempänä. Länsikuvassa on suurempi, noin 7 pikselin siirtymä itään ja 5 pikselin siirtymä etelään. Kuvatunnukset ja kuva-aineiston sijainnin oikeellisuushavainnot on esitetty taulukossa 4.

26 suotutkimuksissa 23 Taulukko 4. ASTER-kuvista tässä raportissa ja levypalvelimilla käytetyt nimet, ASTER-kuvatunnukset (*.hdf) ja paikannustarkkuuden havaitut virheet (sijaintivirhe). Sijaintivirhe N kasvaa etelästä pohjoiseen ja sijaintivirhe E kasvaa lännestä itään. Nimi Kuvatunnus (*.hdf) Sijaintivirhe N Itäkuva / Itakuva Länsikuva / Lansikuva AST_L1B_ _ AST_L1B_ _ Sijaintivirhe E n. 0 m n. 30 m (n. 2 pikseliä) n. -70 m (n. - 5 pikseliä) n. 100 m (n. 7 pikseliä) ASTER-aineiston VNIR-alueen ( μm) kanavat, joiden resoluutio on 15 m, antaa parhaiten informaatiota soiden kasvipeitteen vaihteluista ja kosteudesta. Nämä piirteet ovat eri suotyypeille ominaisia. Kahden päätyypin, rahka- ja sarasuon heijastusominaisuudet eroavat selvästi toisistaan näkyvän ja lähi-infra-alueen kanavista muodostetussa värikompositiossa. Kuvassa 19 sarasuot erottuvat tummanvihreinä ja rahkasuot vaaleanruskeina. Sarasoiden sisäiset kasvillisuus- ja kosteusvaihtelut erottuvat myös hyvin. Kirvesaavalla ja Matinaavalla tummin vihreän sävy indikoi kaikkein kosteimpia alueita. Juokuanjängan kosteampi kasvillisuudeltaan erilainen etelä-pohjoinen juotti erottuu myös kuvassa 19. ASTER-aineiston SWIR-kanavien 30m:n resoluutiolla saadaan soiden sisäisestä vaihtelusta selvästi heikommin informaatiota.

27 suotutkimuksissa 24 Kuva 19. Väärävärikuva (RGB) tutkimusalueelta. Kuvan kattama alue on noin 6,6 * 14,7 km 2. Punaisella on kuvattu kanavaa 3N (λ = 0,78 0,86 μm), vihreällä kanavaa 2 (λ = 0,63 0,69 μm) ja sinisellä kanavaa 1 (λ = 0,52 0,60 μm).

28 suotutkimuksissa 25 Termisen infra-alueen aineistoja on käytetty runsaasti hydrogeologiassa erilaisiin pohjavesi- ja pintavesistötutkimuksiin (Kukkonen & Vanhala, 1992). ASTER-kuvien tulkinnassa tarkasteltiin termisen alueen kanavien antamaa informaatiota soiden kosteudesta. Lämpökanavan TIR14 (λ = 10,95 11,65 μm) kuvassa tulee esiin soiden kosteuden vaikutus pintalämpötilaan (kuva 20). Kuivat rahkasuot ovat lämpimämpiä kuin kosteat sarasuot. Juokuanjängällä, joka on kaikkein kuivin rahkasuo, lämpöarvot ovat suurimmat. Kirvesaavan sisäiset kosteusvaihtelut erottuvat selvästi, eteläosan rahkasammalvaltaisella osalla on suurimmat lämpöarvot. ASTER-aineistolle tehtiin myös ns. MNF (Minimum Noise Fraction) muunnos, jossa alkuperäisistä kuvista muodostetaan uusia keskenään korreloimattomia muuttujia. Yhdeksästä VNIR- ja SWIR-kanavasta laskettiin uudet ns. MNF-muuttujat. Kuvassa 21, joka on värikompositio kolmesta ensimmäisestä MNF-kanavasta, soiden sisäinen vaihtelu edelleen korostuu. Kirvesaavalla ja Matinaavalla lilan sävyt indikoivat avovettä ja hyvin kosteita paikkoja, vihreän ja keltaisen sävyt kasvillisuuden vaihteluita. Rahkavaltaisten soiden, Juokuanjängän, Holstinharjun suon ja Kirvesaavan eteläosan väliset erot korostuvat myös tässä muunnoksessa. Eri kasvilajeilla on erilainen heijastusspektri, minkä vuoksi niitä voidaan tunnistaa vähintäänkin lajiryhmiksi, lisäksi kasvillisuuden tiiviys ja pohjan kosteus vaikuttavat heijastukseen.

29 suotutkimuksissa 26 Kuva 20. ASTER-kuvan terminen kanava 14 (λ = 10,95 11,6 μm). Siniset sävyt indikoivat alhaisia lämpötiloja ja punaiset korkeita lämpötiloja. Kuvan kattama alue on noin 6,6 * 14,7 km 2.

30 suotutkimuksissa 27 Kuva21. VNIR- ja SWIR-kanavista laskettu MNF-muunnoskuva. Soiden kasvillisuusja kosteusvaihteluista johtuvat erot korostuvat tässä muunnoksessa. Kuvan kattama alue on noin 6,6 * 14,7 km 2.

31 suotutkimuksissa YHTEENVETO Maavastusluotauksia turvekerrosten paksuuksien ja johtavuuksien selvittämiseksi tehtiin viidelle suolle (Juokuanjänkä, Törmäjänkä, Hallikontio, Matinaapa ja Holstinharjun suo). Mittauslinjoja oli yhteensä kuusi, kaksi Matinaavalla ja yksi muilla soilla. Tutkittujen soiden turvepaksuus on pääsääntöisesti pieni, korkeintaan 2 4 m. Juokuanjängän pohja on merkittävästi muita alueita johtavampaa ainesta. Maavastusluotausmittauksien tuloksia korreloitiin aerosähköisiin mittauksiin. Lähemmän tarkastelun kohteeksi otettiin aerosähköinen imaginaarikomponentti. Imaginaarikomponenttia voidaan käyttää suon turvekerroksen paksuuden arviointiin ja pohjamaalajien tunnistamiseen. Juokuanjänkä sijaitsee E-W-suuntaisella anomaliajaksolla, joka seurailee Kemijokeen laskevaa Akkunusjokilaaksoa. Koska maastohavaintojen mukaan turvepaksuudet Juokuanjängällä vaihtelevat 0.5 m 2.0 m, kuvastavat imaginaarianomalian vaihtelut lähinnä suon alla olevan aineksen johtavuusvaihteluita. Vastusluotausmittausten tulokset osoittivat, että turpeen alla on paksulti, noin 20 m:iin saakka johtavaa (ρ < 100 Ωm) ainesta, todennäköisesti savea tai liejua. Matinaavalla tehdyt vastusluotausmittaukset osoittivat turvekerrosten paksuuksissa olevan eroa. Valtaosalla pohjoisempaa linjaa turvepaksuus on 1 m tai vähemmän. Eteläisemmällä linjalla suon syvyys kasvaa keskemmälle siirryttäessä ja on ilmeisesti muutaman metrin suuruusluokkaa. Imaginaarikomponentissa on selvä ero pohjoisen ja eteläisen linjan anomaliatasossa, joten se indikoinee hyvin turvekerroksen paksuusvaihtelua Matinaavalla. Kaliumkomponenttia voidaan käyttää turvekerrosten paksuusvaihtelujen ilmaisijana. Yli 0,6 m:n paksuinen vesikerros tai hyvin kostea, veden kyllästämä turvekerros vaimentaa kaliumsäteilyn kokonaan, minkä ansiosta tätä syvyyttä paksummat suoalueet erottuvat kartoilla säteilyn puuttumisena. Kohonnut kalium-thoriumsuhde ilmentää suon reunaalueita. ASTER-aineiston VNIR-alueen ( μm) kanavien resoluutio, joka on15m, antaa parhaiten informaatiota soiden kasvipeitteen ja kosteuden vaihteluista. Kahden päätyypin, rahka- ja sarasuon heijastusominaisuudet eroavat selvästi toisistaan näkyvän ja lähi-infra-alueen kanavista muodostetussa värikompositiossa. Soiden sisäinen vaihtelu edelleen korostuu kun näkyvän ja infra-alueen kanavista lasketaan ns. MNFmuunnos. Eri kasvilajeilla on erilainen heijastusspektri, minkä vuoksi niitä voidaan tunnistaa vähintäänkin lajiryhmiksi, lisäksi kasvillisuuden tiiviys ja pohjan kosteus vaikuttavat heijastukseen. ASTER-kuvien pidemmälle menevä tulkinta mahdollistaa suotyyppien tässä toteutettua yksityiskohtaisemmankin luokittelun. ASTER-aineiston termisiä kanavia voidaan hyödyntää soiden kosteusvaihteluiden tarkastelussa. Vaikka TIR-kanavien resoluutio on karkea (90m), aineistosta nähdään, että kuivat rahkasuot ovat lämpimämpiä kuin kosteat sarasuot. Juokuanjängällä, joka on kaikkein kuivin rahkasuo, lämpöarvot ovat suurimmat. Laaja-alaisen Kirvesaavan sisäiset kosteusvaihtelut erottuvat hyvin, saravaltaisten ja rahkasammalvaltaisten alueiden lämpöerot ovat selvät.

32 suotutkimuksissa VIITTEET ABEM Instrument AB, Instruction Manual: Terrameter SAS 4000 / SAS 1000, Version s. Airo, M.-L., henkilökohtainen tiedonanto, Arkimaa, H., Middleton, M., Hyvönen, E., Kuosmanen, V., Laitinen, J. & Sutinen, R., Mire site type mapping of boreal peatlands with hyperspectral airborne HyMap in northern Finland. Pp In: Zagajewski, B. & Sobczak, M. (eds.): Imaging spectroscopy: new quality in environmental studies. European Association of Remote Sensing Laboratories, Warsaw University. Poland. Hautaniemi, H., Kurimo, M., Multala, J., Leväniemi, H. & Vironmäki, J., The Three In One aerogeophysical concept of GTK in Pp In: Airo, M-L. (ed.): Aerogeophysics in Finland Methods, System Characteristics and Applications. Geological Survey of Finland, Special Paper pages, 115 figures, 12 tables and 8 appendices. Espoo, Finland. Kukkonen, I. & Vanhala, H., Termisen infrapunakuvauksen käyttömahdollisuudet geologisiin tutkimuksiin Suomessa. Tutkimusseloste A 99. Vuorimiesyhdistys, Tutkimusvaltuuskunta, Geologinen toimikunta. Puranen, R., Mäkilä, M & Oksama, M., Soiden aerosähköiset anomaliat. Raportti Q16.2/24.8/96/1. Geologian tutkimuskeskus. Säävuori, H. & Mäkilä, M., Airborne geophysical mapping of peat deposits in the Teuravuoma mire complex. Pp In: Päivänen, J. (ed.): Wise Use of Peatlands. Proceedings of the 12th International Peat Congress, Volume 2, Poster Presentations. Tampere, Finland, June International Peat Society. Pp Tampere, Finland. Vironmäki, J., Multala, J. & Virtanen, K., Estimation of area and depth of mires using airborne gamma radiation measurements. In: European Association of Exploration Geophysicists 51 st meeting and technical exhibition, Berlin (West), 29 May 2 June 1989: technical programme and abstracts of papers. The Hague: European Association of Exploration Geophysicists (EAEG), p. 207.