Turvetutkimusraportti 398

Transkriptio

1 Jukka Häikiö ja (2005). Merijärvellä tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Ari Luukkanen (2005). Kiuruvedellä tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Tapio Toivonen (2005). Siikaisissa tutkitut suot ja niiden turvevarat. 64 s. Tapio Toivonen ja Timo Suomi (2006). Merikarvialla tutkitut suot ja niiden turvevarat. 48 s. Riitta Liisa Kallinen (2006). Lestijärvellä tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Hannu Pajunen (2006). Ylikiimingissä tutkitut suot ja niden turvevarat. Osa s. Jukka Turunen (2006). Kalajoella tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Ari Luukkanen (2006). Iisalmessa tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Tapio Toivonen (2006). Noormarkussa tutkitut suot ja niiden turvevarat. 50 s. Tapio Toivonen ja Onerva Valo (2006). Hämeenkyrössä tutkitut suot ja niiden turvevarat. 52 s. Carl-Göran Stén (2006). Ahvenanmaan tutkitut suot. 65 s. Timo Suomi ja Kari Lehmuskoski (2006). Kalvolassa tutkitut suot ja niiden turvevarat. 59 s. Hannu Pajunen (2007). Oulun turvevarat. Osa s. Tapio Muurinen ja Ilkka Aro (2007). Kolarissa tutkitut suot, niiden turvevarat ja käyttökelpoisuus. Osa s. Tapio Toivonen ja Onerva Valo (2007). Kauhavalla tutkitut suot ja niiden turvevarat. 98 s. Ari Luukkanen (2007). Lapinlahdella tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Jukka Turunen ja Matti Laatikainen (2007). Pyhäjoella tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Tapio Toivonen ja Onerva Valo (2007). Alahärmässä tutkitut suot ja niiden turvevarat. 80 s. Kimmo Virtanen ja Timo Hirvasniemi (2007). Turvetuotantoalueiden hankintaopas PK-turvetuottajille. 44 s. Tapio Toivonen ja Samu Valpola (2007). Pomarkussa tutkitut suot ja niiden turvevarat. 82 s. Tapio Toivonen ja (2008). Pyhännällä tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Riitta-Liisa Kallinen (2008). Karstulassa tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Jukka Häikiö (2008). Vaalassa tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Ari Luukkanen (2008). Iisalmessa tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Tapio Toivonen ja Onerva Valo (2008). Ikaalisissa tutkitut suot ja niiden turvevarat. 106 s. Matti Maunu, Jukka Räisänen ja Timo Hirvasniemi (2008). Kemijärvellä tutkitut suot, niiden turvevarat ja käyttökelpoisuus. 47 s. Jukka Turunen (2008). Pyhäjoella tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Tapio Toivonen ja Onerva Valo (2008). Kankaanpäässä tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa 3. Timo Suomi, Kari Lehmuskoski, Markku Moisanen ja Riitta Korhonen (2008). Keuruun tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Hannu Pajunen (2008). Limingassa tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. (2009). Pyhännällä tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Hannu Pajunen (2009). Tyrnävällä tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Hannu Pajunen ja Heikki Meriluoto (2009). Siikalatvan turvevarat. Osa s. Tapio Toivonen ja Onerva Valo (2009). Oravaisissa tutkitut suot ja niiden turvevarat. 60 s. Ari Luukkanen (2009). Lapinlahdella tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. (2009). Pyhännällä tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. Hannu Pajunen (2009). Muhoksella tutkitut suot ja niiden turvevarat. Osa s. (2009).. 61 s. Tutustu turvepaikkaan: EDITA PRIMA OY Helsinki 2009 Julkaisun myynti: Geologian tutkimuskeskus / Kirjasto PL 1237, Kuopio Puh tai Fax s-posti: kuolibrary@gtk.fi ISBN ISSN GTK Turvetutkimusraportti info@gtk.fi GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Turvetutkimusraportti Abstract: The sulfur concentration of peat in Finland,!7IJ5C2-bhbaaj!

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Turvetutkimusraportti 398 GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND Report of Peat Investigation 398 TURPEEN RIKKIPITOISUUS SUOMESSA Abstract: The sulfur concentration of peat in Finland Espoo 2009

3 Herranen, Teuvo Geologian tutkimus keskus, Turvetutkimus raportti 398, 55 sivua, 19 kuvaa ja 27 tauluk koa. Tämä tutkimus perustuu GTK:n laajaan turvenäyteaineistoon, jossa rikkimäärityksiä sisältävien näytteiden kokonaismäärä on kpl. Rikkimäärityksiä sisältäviä soita on aineistossa kpl ja näytepisteitä kpl. Näyteaineiston rikkipitoisuus on keskimäärin 0,24 % kuivapainosta, rahkavaltaisten turpeiden 0,20 %, Acutifolia ryhmän heikosti maatuneen rahkaturpeen 0,06 %, saravaltaisten turpeiden 0,27 % ja ruskosammalvaltaisten turpeiden 0,43 %. Näyteaineiston turpeista on saravaltaisia 57,4 %, rahkavaltaisia 41,4 % ja ruskosammalvaltaisia 1,2 %. Valtaosa aineistosta keskittyy keskiarvon (0,24 %) lähelle (89,9 % määrityksistä sijoittuu hyvin kapealle pitoisuusalueelle 0,04 0,37 %). Vain 10 kpl kaikista GTK:n turvenäytteistä on rikkipitoisuudeltaan yli 10 %, 31 kpl yli 5 % ja 694 kpl yli 1 %. Maatumisasteen noustessa kaikkien turvelajien rikkipitoisuus yleensä kasvaa. Rahkaturpeissa rikin jakauma on tasaisin ja pitoisuustasot matalimmat. Saraturpeilla hajontaa on hieman enemmän ja pitoisuustasot hieman rahkaturpeita korkeammat. Ruskosammalturpeilla hajontaa on eniten ja pitoisuustasot korkeimmat. Yli puolet näytteistä on maatuneisuusasteeltaan H 4 tai H 5. Keskimääräinen rikkipitoisuus on korkein järviruokoa sisältävissä ruskosammal- (PRB turve, 1,13 %) ja rahkaturpeissa (PRS turve, 0,89 %) sekä järvikaislaa sisältävässä saraturpeessa (SPC turve, 1,09 %). Korkeimmat rikkipitoisuudet liittyvät usein järviruokoa (PR), puuainesta (L) tai raatetta (MN) lisätekijänä sisältäviin turpeisiin, joissa on usein kohonnut tuhkapitoisuus ja monesti myös alhainen lämpöarvo. Pääturvelaji on useimmin rahkasaraturve (SC turve). Maa- ja kallioperä vaikuttavat turpeen rikkipitoisuuteen. Pohjamaalajiryhmistä korkein keskimääräinen rikkipitoisuus pohjaturpeessa on hiedan päältä otetusta turvekerrostumasta (ka. 0,40 %) ja alin soran päältä otetuissa näytteissä (ka. 0,18 %). Matalin turpeen keskimääräinen rikkipitoisuus on hiekka- ja savikivien alueella (ka. 0,14 %) ja korkein kvartsiitti- ja liuskekivilajien (ka. 0,36 %) sekä vulkaanisten kivilajien (ka. 0,30 %) alueella. Mustaliuskeiden vaikutus korkeisiin rikkipitoisuuksiin näkyy varsin selvästi etenkin pohjaturpeiden korkeissa rikkipitoisuuksissa. Mustaliuskeiden ympäristössä myös mannerjäätikön mukana kulkeutunut moreenin hienoaines vaikuttaa turpeen rikkipitoisuuksiin. Usein korkeat rikkipitoisuudet liittyvät kiilleliuskeisiin ja gneisseihin. Alueen kallioperä ei aina suoraan kerro mitään turpeen rikkipitoisuudesta, etenkin kun rikkipitoisuusmäärityksiä on usein suolta vain yhdeltä pisteeltä. Kallioperällä näyttää olevan maaperää suurempi merkitys korkeiden rikkipitoisuuksien synnyssä. Korkeat rikkipitoisuudet näyttävät useimmin liittyvän sara- ja ruskosammalvaltaisiin turpeisiin, eikä kallioperän tai pohjamaalajin heijastuminen turpeen rikkipitoisuuteen ole kovin selvä. Pohjamaasta kapillaarisesti tulevalla rikillä on oma osuutensa. Korkeita rikkipitoisuuksia on myös liejuissa, joista rikki kasvillisuuden mukana kulkeutuu turvekerrostumaan. Pääasiassa turpeen rikkipitoisuus on peräisin kasveista. Suotyypeittäin tarkasteltuna selvästi korkeimmat rikkipitoisuuksien keskiarvot tavataan varsinaisesta korvesta otetuissa näytteissä. Korkeita rikkipitoisuuksia tavataan myös turvekankailla, sekä joillain korpi-, räme- ja lettotyypeillä. Pienimmät keskimääräiset rikkipitoisuudet ovat ombrotrofisilla suotyypeillä (silmäkeneva, keidasräme ja rahkaneva). Ojitus näyttää yleensä vähän lisäävän rikkipitoisuutta. Yli puolet (56,8 % ) korkeista rikkipitoisuuksista on muuttuneilla tai ojitetuilla suotyypeillä. Iso osa (24,1 %) korkeista S-pitoisuuksista sijoittuu kuitenkin luonnontilaisille suotyypeille. Turpeen rikkipitoisuuteen vaikuttavia tekijöitä ojituksen lisäksi ovat mm. purot, suon laskusuhteet ja ympäristön topografia. Kun soiden rikkipitoisuutta tarkastellaan eri syvyyksiltä otetuissa näytteissä, havaitaan, että suurimmat rikkipitoisuudet ovat yleensä suon pohjalta tai läheltä pohjaa otetuissa näytteissä. Usein korkeita rikkipitoisuuksia tavataan kuitenkin myös turvekerrostuman keskeltä ja läheltä pintaakin otetuissa näytteissä. Avainsanat: turve, rikki, mustaliuskeet, näytteet, pitoisuus Geologian tutkimuskeskus PL Kokkola Sähköposti: teuvo.herranen@gtk.fi ISBN ISSN

4 Herranen, Teuvo The sulfur concentration of peat in Finland. Geologian tutkimus keskus, Turve tutkimus raportti 398. Geological Survey of Finland, Peat Researches, Report of Peat Investigation 398, 55 pages, 19 figures and 27 tables. This study is based on the broad peat sample data of Geological Survey of Finland. The total amount of samples with sulfur assays is and consists of peatlands and sampling points. The mean sulfur concentration of the data is 0.24 %, of Sphagnum predominant peats 0.20 %, of Acutifolia-groups weakly decomposed Sphagnum peat 0.06 %, of Carex predominant peats 0.27 % and of Bryales predominant peats 0.43 %. Fifty-seven point four per cent of the peat samples are Carex predominant, 41.4 % Sphagnum predominant, and 1.2 % Bryales predominant. The majority of the data values is concerned near the mean value (0.24 %). Eighty-nine point nine per cent of assays are settled to very narrow concentration area %. Only ten of all samples has the sulfur concentration of over 10 %, 31 over 5 % and 694 over 1 %. As the decomposition degree rises, the sulfur concentration of all peat types usually grows up. In Sphagnum peats the distribution of sulfur is most even and the concentration levels lowest. In Carex peats there is little bit more dispersion and the concentration levels slightly higher. In Bryales peats there is most dispersion and the concentration levels highest. Over half of the samples has the decomposition degree H 4 or H 5. The mean sulfur concentration is highest in common reed-bearing Bryales peats (PRB-peat, 1.13 %) and Sphagnum peats (PRS-peat, 0.89 %) and lake cub-rush-bearing Carex peat (SPCpeat, 1.09 %). The highest sulfur concentrations are often related to peats with common reed (PR), wood inclusions (L) or bogbean (MN) as an extra element, and which often have rising ash concentration and also low heating value. The main peat type is generally sphagnum-carex peat (SC-peat). Soil and bedrock affect to sulfur concentration of peat. The highest mean sulfur concentration is in the bottom peat stratum above fine sand (0.40 %) and the lowest in the samples taken above gravel (0.18 %). The lowest mean sulfur concentration is in the area of sand- and claystones (0.14 %) and the highest in the area of quartzites and slates (0.36 %) and in the area of igneous stones (0.30 %). The effect of black schists on high sulfur concentrations is quite clearly seen especially in the bottom peat layer. In the surroundings of black schists also the fine moraine which has been carried along ice sheet affects to the sulfur concentration of peat. Often the high sulfur concentrations are related to mica schists and gneisses. The bedrock of the area tels not always directly anything of the sulfur concentration of the peat. Bedrock seems to have a greater significance for the emergence of high sulfur concentrations than soil. The high sulfur concentrations seem mostly been related to Carex and Bryales predominant peats, and the reflecting of bedrock or soil to the sulfur concentration of peat is not quite clear. The sulfur coming capillaryrly from the soil has its own proportion. When studying peat types are the highest sulfur concentrations found in samples taken from real spruce mire. High sulfur concentrations are found also on drained peatland forest types and on some spruce mire, pine bog and Hypnum fen types. The lowest mean sulfur concentrations are on ombrotrofic peat types (pool fen, high-moor deposit and sphagnum bog). Drainage seems usually slightly increase sulfur concentration. Over half (56.8 %) of the high sulfur concentrations are on drained peat types. Great part (24.1 %) of high sulfur concentrations are however on natural peat types. The factors affecting to sulfur concentration of peat besides drainage are among others brooks, the subsiding relations of the peatland and the topography of the environment. When peatlands with the highest sulfur concentrations are studied in the samples taken from various depthness, we see that the highest sulfur concentrations are usually in the samples taken from the bottom or near it. Often high sulfur concentrations are however found also in samples taken from the middle of the peat stratum and even near the surface. Keywords: peat, sulfur, black schists, samples, concentration Geological Survey of Finland P.O. Box 97 FI Kokkola Finland teuvo.herranen@gtk.fi

5 SISÄLLYSLUETTELO: 1. JOHDANTO TUTKIMUKSEN TARKOITUS KEMIALLINEN TAUSTA Turpeen geokemiaa Rikin geokemiaa SUOMEN KALLIOPERÄ SUOTYYPIT Suoyhdistymätyypit Keidassuot Aapasuot Palsasuot TUTKIMUSAINEISTO JA MENETELMÄT Tutkimusaineisto Menetelmät TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU Tilastollinen tarkastelu Maatuneisuuden vaikutus rikkipitoisuuteen Turvelajin vaikutus rikkipitoisuuteen Turpeen lisätekijöiden vaikutus rikkipitoisuuteen Pohjamaalajin vaikutus turpeen rikkipitoisuuteen Kallioperän vaikutus turpeen rikkipitoisuuteen Suon syvyyden vaikutus rikkipitoisuuteen Suotyypin vaikutus rikkipitoisuuteen Korkeiden rikkipitoisuuksien suotyypeistä Rikkipitoisuuden alueellinen vaihtelu Rikkilaskeuman vaikutus Erään rikkipitoisen suon yksityiskohtainen tarkastelu Uljuansalmi, Piippola YHTEENVETO KIITOKSET LÄHTEET

6 1. JOHDANTO Suomen pinta-alasta noin kolmasosa (10,4 milj. ha) on ollut luonnontilaista suota, josta yli puolet on ojitettu (Lappalainen 1996). Suomessa soiden yleisimmät käyttömuodot ovat metsä- ja maatalous, soidensuojelu ja turvetuotanto. Metsätalouden piirissä on lähes 60 % soista eli noin 5,7 milj. ha. Suomessa on raivattu soita maatalouskäyttöön yhteensä noin 0,7 milj. ha, mutta suuri osa raivatusta alueesta on metsitetty uudelleen tai muuttunut mineraalimaapelloiksi. Suojeluohjelmissa soita on noin 1,1 milj. ha (Virkkala et al. 2000). Luonnontilaisia soita on noin 4 milj. ha. Suot ovat kasvillisuuden peittämiä ekosysteemejä, joissa lahoamattoman kasvijäänteen kerrostumisen seurauksena syntyy turvetta. Jos alueen kasvillisuus muodostuu valtaosin suokasveista ja turpeen paksuus on alle 30 cm, puhutaan soistumasta eli biologisesta suosta. Geologisesti suo on suokasvien maatuneista jäänteistä muodostunut kerrostuma, jonka paksuus on yli 30 cm. Kostea eli humidi ilmasto, jossa vuotuinen sademäärä ylittää haihtumisen, luo soistumiselle suotuisat olosuhteet. Ilmastollisten tekijöiden lisäksi soiden esiintymiseen vaikuttavat maaston pinnanmuodot, ja soistumista edistää myös soistumiselle altis vettä läpäisemätön moreenista muodostunut maaperä (Virtanen et al. 2003). Geologian tutkimuskeskuksen turvetietokantaan pohjautuvien laskelmien perusteella Suomen kokonaisturvevarat ovat 69,3 mrd. suo-m 3. Laskelmiin sisältyvät vain GTK:n tietokannassa olevat geologiset suot (5,1 milj. ha). Pienet, alle 20 ha:n suot, ja alle 0,3 metrin syvyiset biologiset suot eivät ole mukana laskelmissa. Suomen teknisesti käyttökelpoiseksi suoalaksi on arvioitu 1,2 milj. ha ja turvemääräksi noin 30 mrd. suo-m 3 (Virtanen et al. 2003). Turve on kuolleista suokasveista maatumisen tuloksena muodostunut orgaaninen maalaji, joka on kerrostunut muodostumispaikalleen, ja jonka orgaanisen aineksen määrä on vähintään 75 % (Virtanen et al. 2003). Turpeen vuosittainen kerrostumisnopeus vaihtelee Suomen soilla välillä 0,2 4,0 mm keskimääräisen kerrostumisnopeuden ollessa noin 0,5 mm a -1. Suomen soiden hiilikertymä on ollut keskimäärin 22,3 ± 11,9 g m -2 v -1, mutta vaihteluväli on suuri (2,6 102,8 g m -2 v -1 ) (Korhola & Tolonen 1998). Turpeen rikkipitoisuudella on merkitystä soiden käyttökelpoisuuteen. Tämä johtuu lähinnä voimalaitoksen laitteistoihin kohdistuvista korroosiovaikutuksista, mutta on tarpeen myös arvioitaessa voimalaitoksen rikkipäästöjä (Virtanen 2005). Energiaturpeen laatuohjeen 2006 (Turveteollisuusliitto, Metsäteollisuus ry ja Energiateollisuus 2006) mukaan turpeen rikkipitoisuus toimituserässä eri turvelaaduille ilmoitetaan laatuluokissa, joiden S-pitoisuusrajat painoprosentteina kuiva-aineesta ovat: S0.15 0,15 % S0.20 0,20 % S0.25 0,25 % S0.30 0,30 % S0.35 0,35 % S0.40 0,40 % S0.45 0,45 % S0.50 0,50 % S ,50 % Yli 0,50 %:n pitoisuuksista on todellinen arvo ilmoitettava. Valtaosa Suomen rikkipäästöistä on peräisin energiantuotannosta. Energiatuotannossa turpeen rikkipäästöt ovat osa Suomen päästöistä. Maamme rikkipäästöt ovat vähentyneet 87 % vuodesta 1980 vuoteen Ydinvoimalat ovat selvästi vähentäneet rikkipäästöjä. Rikkipäästöjä vähennettiin lisäksi merkittävästi 1980-luvulla vähentämällä runsasrikkisen raskaan polttoöljyn käyttöä sekä siirtymällä vähärikkisen kivihiilen ja turpeen käyttöön (Vuori et al. 2002). Turpeenpolton rikkidioksidipäästöjen rajoittamiseksi annettiin ohjearvot toukokuussa Niiden mukaan uusien turvetta polttavien yli 50 MW:n kattiloiden rikkidioksidipäästö saa vuosikeskiarvona olla korkeintaan 140 mg MJ -1. Ennen vuotta 1994 käyttöön otetuille kattiloille edellä mainittua päästörajaa sovelletaan tavoitteellisena ohjearvona (Vesterinen 1998). Jyrsinturpeessa on rikkiä 0,05 0,3 %, kivihiilessä alle 0,5 %, kevyessä polttoöljyssä 0,1 % ja raskaassa polttoöljyssä 0,8 0,95 % (VTT Prosessit 2004). 7

7 2. TUTKIMUKSEN TARKOITUS Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää turpeen rikkipitoisuuden jakaumaa ja siihen vaikuttavia tekijöitä Suomessa. Tutkimuksessa selvitetään seuraavien tekijöiden vaikutusta turpeen rikkipitoisuuteen: syvyys, turvelaji, maatuneisuus, ph, vesipitoisuus, tuhkapitoisuus, lämpöarvo, kuiva-ainepitoisuus, suotyyppi, ojitustilanne, kallioperä ja pohjamaalaji. Tarkastelu tapahtuu soittain, karttalehdittäin, kunnittain, maakunnittain ja valtakunnan tasolla. Tutkimuksessa arvioidaan kirjallisuuden perusteella eri taustatekijöiden sekä turpeen ja rikin geokemian vaikutusta turpeen rikkipitoisuuteen. Tutkimuksessa verrataan aiempia tutkimustuloksia GTK:n aineistoon. 3. KEMIALLINEN TAUSTA 3.1. Turpeen geokemiaa Luonnontilaisen turpeen painosta on vettä noin 90 % ja kuiva-ainetta noin 10 %. Tästä noin 95 % on orgaanista ainetta; selluloosaa, hemiselluloosaa, humus- ja fulvohappoa, humiineja, vahoja, hartseja ja pektiiniä. Epäorgaanista ainetta on noin 5 % (Virtanen 2005; kuva 1). Kuva 1. Turpeen kemialliset komponentit (Virtanen 2005). Epäorgaaninen aine koostuu piihaposta (SiO2); yleisistä metalleista: raudasta, alumiinista ja kalsiumista; epämetalleista: fosforista, rikistä ja kloorista sekä raskasmetalleista, kuten kuparista, nikkelistä, lyijystä ja sinkistä (Virtanen 2005). Metallisten alkuaineiden pitoisuudet turpeessa vaihtelevat huomattavasti, ja ovat yleensä selvästi pienempiä kuin pitoisuudet maankuoressa keskimäärin. Alkuaineet, joita turpeessa on maankuoren keskipitoisuutta enemmän, ovat kasvien rakenneosiin liittyviä alkuaineita, kuten hiiltä (C), happea (O), typpeä (N) ja vetyä (H) (Mengel & Kirkby 1987). Nämä muodostavat turpeen orgaaniset yhdisteet. Alkuaineiden esiintymiseen turvekerrostumassa vaikuttavat mm. kasvifysiologiset ja geokemialliset prosessit. Alkuaineet siirtyvät kasveihin liukoisina ioneina, joiden määrä turpeessa on riippuvainen mm. happamuudesta, hapetusolosuhteista, ionien vaihtokapasiteetista ja kompleksiyhdisteiden määrästä (Rose, Hawkes & Webb 1978). Turpeiden alkuainepitoisuuksien vaihtelu liittyy selvästi alla olevan kallioperän vaihteluihin. Useimpien alkuaineiden pitoisuudet turvekerrostumassa kasvavat syvyyden kasvaessa (Salmi 1963). Myös ympäröivä mineraalimaa vaikuttaa pitoisuuksiin (Salmi 1950). 8

8 Kuva 2. Turpeen alkuainepitoisuuksien suhde maankuoren keskiarvopitoisuuksiin Pohjois-Pohjanmaalla (Virtanen 2005). Pohjois-Pohjanmaalla tehdyn tutkimuksen mukaan turpeen alkuainepitoisuuksien suhde maankuoren keskiarvopitoisuuksiin on useimmilla alkuaineilla 1:5 1:25. Poikkeuksena on rikki, jota on turpeessa keskimäärin viisi kertaa enemmän kuin maankuoressa eli suhde on 5:1 (kuva 2). Rikki toimii kasviravinteena kasveissa aminohappojen ja proteiinien ainesosana (Virtanen 2005). Soissa korkeaa rikkipitoisuutta vastaa yleensä suurempi kalsiummäärä, joka neutraloi rikkihapon (Kurki 1983). Rikin lisäksi turpeessa on melko runsaasti fosforia (P), arseenia (As), kadmiumia (Cd), molybdeeniä (Mo) ja rautaa (Fe). Näillä keskimääräisen pitoisuuden suhde turpeessa ja maankuoressa on fosforilla, arseenilla ja kadmiumilla 1:2, molybdeenillä 1:3 ja raudalla 1:5 (Virtanen 2005). Turpeen epäorgaaniset komponentit ovat peräisin joko kasveista, joista turve on muodostunut tai pohja- ja pintavesien tai sadeveden ja ilman kuljettamista aineista. Turpeen epäorgaanisten komponenttien määrä vaihtelee yleensä välillä 0,5 20 % turpeen kuiva-aineesta. Tavallisesti tuhkaa on 1 6 %. Turvetuhkan päätekijät ovat SiO 2 (35 65 %), Fe 2 O 3 + Al 2 O 3 (15 35 %), K 2 O (0,5 5 %), CaO (5 15 %), P (1,3 1,6 %) ja S (0,5 3 %). Turpeen hivenainepitoisuuksiin vaikuttavat kallioperä, turvelaji, maatumisaste, ph ja syvyys (Yliruokanen 1980). 9

9 Metallianomaliat syntyvät turpeeseen vesistä, jotka tihkuvat kapillaarisesti moreenista tai hiesusta tai purkautuvat kaasuina maaperästä suon pohjalle (Virtanen 2005). Turpeeseen metalli-ionit sitoutuvat ph- tai hapetus-pelkistys tilan muutoksen seurauksena, tai metalli-ionit ovat sitoutuneet komplekseina turpeen orgaanisiin yhdisteisiin (Kapata-Pendias & Pendias 2001). Yleensä ionit sitoutuvat yhdisteiden COOH-, OH-, CO 2 -, SH- ja C=C-ryhmiin (Tipping 1981). Mahdollista on myös vapaiden ionien sitoutuminen turpeeseen kerääntyneeseen rikkiin tai rautaan ( Virtanen et al. 1997) Rikin geokemiaa Rikki on yleinen alkuaine. Sen kiertokulku on monitahoinen, sillä se voi esiintyä luonnossa monella eri hapetusasteella epäorgaanisina ja orgaanisina yhdisteinä vedessä, kaasuissa ja kiinteissä aineissa. Rikki on hyvin liikkuva hapettavissa, happamissa, neutraaleissa ja emäksisissä olosuhteissa, mutta huonosti liikkuva pelkistävissä olosuhteissa (Reiman et al. 1998). Tällöin se esiintyy sitoutuneena, vaikeasti liukenevina yhdisteinä (Väisänen & Lanne 1999). Yleisesti uskotaan mikro-organismien aiheuttavan suurimman osan rikin muunnoksista maaperässä, vaikka myös suorat kemialliset reaktiot ovat mahdollisia. Maaperän rikin mikrobiaaliset muunnokset voidaan ryhmitellä neljään pääkategoriaan: (1) rikin assimilaatio orgaanisiksi yhdisteiksi kasvien tai mikro-organismien toimesta; (2) mineralisaatio eli orgaanisten rikkiyhdisteiden hajoaminen; (3) rikin ja epäorgaanisten rikkiyhdisteiden hapettuminen; (4) sulfaatin ja epätäydellisesti hapettuneiden epäorgaanisten rikkiyhdisteiden pelkistyminen (Starkey 1966). Maankuoressa rikin keskiarvopitoisuudeksi arvioidaan noin 300 ppm (Putkinen 2002). Graniiteissa rikkiä on vähän (100 ppm) mutta esimerkiksi gabroissa on rikkiä keskimäärin 900 ppm ja liuskeissa ppm (Koljonen 1992). Kallio- ja maaperän tärkeimpiä rikkimineraaleja ovat eri raskasmetallien sulfidit. Tavallisimpia sulfidimineraaleja ovat rikkikiisu FeS 2, magneettikiisu FeS, kuparikiisu CuFeS 2, lyijyhohde PbS, sinkkivälke ZNS, pentlandiitti (Fe,Ni) 9 S 8, borniitti Cu 5 FeS 4 ja arseenikiisu FeAsS (Lahermo et al. 1996). Maaperän rikki on lähtöisin pääosin näiden sulfidimineraaleja sisältävien kivilajien rapautumisesta (Putkinen 2002). Orgaanista hiiltä sisältävissä mustaliuskeissa rikkiä voi olla erityisen paljon, jopa yli 20 % (Lahermo et al. 1996). Maaperässä on rikkiä keskimäärin 800 ppm. Suomen moreeneissa on rikkiä keskimäärin 180 ± 140 ppm. Suurimmat moreenin rikkipitoisuudet ovat liuske-alueilla ja Pohjanmaan rannikkoalueilla, joilla tavataan sulfidi- ja sulfaattipitoisia savia (Koljonen 1992). Turpeessa rikkiä on harvoin yli ppm, vaikka joskus pitoisuus voi olla jopa yli ppm (Virtanen & Herranen 2003). Monimutkaisissa rapautumisprosesseissa sulfidit hapettuvat sulfiiteiksi ja edelleen helposti liikkuviksi sulfaateiksi. Kuivassa aerobisessa maaperän pintaosassa rikki on pääosin orgaanisessa muodossa, ja kaikki epäorgaaninen rikki pääosin sulfaatteina (Putkinen 2002). Mikro-organismit, kasvit ja eläimet muuttavat sulfaatit erilaisiksi yhdisteiksi. Koska rikki esiintyy eri hapetustiloissa -2 6, suuri muunnosten moninaisuus on mahdollista (Freney & Williams 1983). Anaerobisissa olosuhteissa, kuten soilla, rikki on pääosin sulfideina. Sulfidit hapettuvat liukoisiksi ja liikkuviksi sulfaateiksi anaerobisten olosuhteiden muuttuessa aerobisiksi. Sulfaatit voivat vastaavasti pelkistyä sulfideiksi olosuhteiden muuttuessa hapettomiksi. Soiden kuivattaminen muuttaa maaperän olosuhteet aerobisiksi. Maaperän orgaaniseen ainekseen voi sitoutua runsaasti rikkiä, jota vapautuu kasvien maatuessa (Putkinen 2002). Laatokan-Perämeren vyöhykkeellä vesiliukoisen rikin pitoisuudet maaperässä olivat Pickenin (2005) tutkimuksessa 3-6 kertaiset Keski-Suomen granitoidialueeseen ja Arkeeisten gneissien alueeseen verrattuna. Litorina-meren korkeimman rannan alapuolisilla alueilla vesiliukoisen rikin pitoisuus oli noin 7-kertainen - ja maaperä happamampaa - korkeimman rannan yläpuolisiin alueisiin verrattuna. Rikki leviää ilmavirtausten ja sadeveden mukana eri muodoissa: rikkidioksidina (SO 2 ), sulfiitteina (SO 3 ) ja sulfaatteina (SO 4 ). Hapettuminen sulfaatiksi (tai rikkihapoksi) tapahtuu viimeistään kasvillisuuskerroksessa tai maan pinnassa (Bengtson et al. 1977) luvulla kokonaislaskeuma oli vesihallituksen sadevesimittausasemien mittausten mukaan Etelä-Suomessa 1 g Sm -2 a -1 ja Lapissa 0,5 g Sm -2 a -1 (Haapala 1977). Rikkilaskeuma on Suomessa vähentynyt 1980-luvulta lähtien. Koko Suomen maa-alalle tasattu vuosittainen rikkilaskeuma on keskimäärin 0,4 grammaa neliömetrille. Rikkilaskeuma on suurin Etelä-Suomessa ja osissa Itä- Lappia (Vuorenmaa et al. 2001). Suo- ja metsäkasvillisuus käyttää ilmeisesti varsin pienen osan saatavilla olevasta rikistä ravinteena, pääosa joko huuhtoutuu pois tai sitoutuu maaperään ja turpeeseen (Pakarinen & 10

10 Tolonen 1980). Rikki on kasveille välttämätön alkuaine fotosynteesissä, mutta liiallinen maaperästä tai laskeumasta peräisin oleva rikki on kasveille haitaksi. Rikin pitoisuus turpeessa oli Räisäsen ja Nikkarisen (2000) tutkimuksessa suurempi kuin kivennäismaassa. Varsinkin mustaliuskeiden vaikutuspiirissä turvepeltojen pohjamaiden rikkipitoisuudet olivat huomattavan korkeita kivennäismaahan verrattuna. Turvemaissa ero muokkauskerroksen ja pohjamaan rikkipitoisuuksissa oli jopa lähes satakertainen. Erityisen suuria kokonaisrikkipitoisuudet olivat turvemaiden pohjalla (ka. 4,55 %), jossa myös helppoliukoisen rikin pitoisuus oli korkea (ka. 2,14 %). Rikki on turvepeltojen erittäin happamissa pohjamaissa alhaisesta ph:sta johtuen suurimmaksi osaksi helppoliukoista. Helppoliukoisen rikin ja ph:n välinen korrelaatio oli 0,90**, p = 0,01. Rikin liukoisuus kasvaa 2 3 -kertaiseksi, kun ph laskee alle kahden. Turpeissa liukoisen rikin osuus oli Urvaksen (1994) tutkimuksessa vain 3,7 %. Rikillä ja raudalla on keskinäinen riippuvuus pohjamaassa (r = 0,72* ja p = 0,05). Riippuvuussuhteet osoittavat happamuuden johtuvan raudan ja rikin hapettumisesta pohjamaassa. Rauta ja rikki ovat rikastuneet mustaliuskeista maaston painanteissa oleviin turpeisiin. Olosuhteiden muuttuessa hapellisiksi luontaisen rikin suuri määrä turpeessa aiheuttaa vastaavanlaisen happamoitumisilmiön kuin on havaittu Pohjanmaan savikoiden alunamailla (Palko 1994). Turvepeltojen pohjamaiden happamoitumisen seurauksena rikki ja fosfori rikastuvat muokkauskerrokseen vaikealiukoiseen, kasveille käyttökelvottomaan muotoon. Turvemaissa rikin rikastuminen muokkauskerrokseen on runsasta niissä kohteissa, joissa kalsium- ja magnesiumpitoisuuksien summa on korkeahko (r = 0,71**, p = 0,01) (Räisänen & Nikkarinen 2000). Virtanen (1994) on tutkinut soiden rauta- ja fosforisaostumia Kestilän, Ruukin ja Vihannin alueella. Esimerkiksi Kestilän Kirjavanevalla rikkipitoisuudet ovat jokseenkin samaa luokkaa kuin turpeessa yleensä (0,18 0,26 %), mutta saostumien alapuolella suon pohjaturpeissa rikkipitoisuudet ovat epätavallisen korkeita (0,67 3,25 %). Rikkipitoisuus vaihtelee saostumissa merkittävästi. Sideriittisaostumissa rikkipitoisuus on vain viidesosa turpeen normaalista arvosta (0,03 0,06 %). Muissa Kirjavanevan saostumissa on rikkiä vaihtelevia määriä. Pitoisuudet ovat poikkeuksellisen korkeita saostumissa, joissa on mustaa amorfista ainesta tai mustia pseudokiteitä lähellä suon pohjaa. Mitään merkkejä pyriitistä tai muista rikkiä sisältävistä mineraaleista ei kuitenkaan ole löydetty. 4. SUOMEN KALLIOPERÄ Suomen pohjois- ja itäosat kuuluvat miljoonaa vuotta vanhaan arkeeiseen kallioperään, eteläja keskiosat milj. v. vanhaan varhaisproterotsooiseen kallioperään (Korsman & Koistinen 1998; kuva 3). Tyypillisiä arkeeisia kivilajejamme ovat deformoituneet gneissit, muinaisen tulivuoritoiminnan tuloksena syntyneet vihreäkivivyöhykkeiden kivet sekä kallioperän rapautumistuotteista syntyneet ja metamorfoosissa uudelleenkiteytyneet kiilleliuskeet ja paragneissit (Luukkonen & Sorjonen-Ward 1998). Suomen kallioperästä vain pieni osa on nuorempaa kuin milj. vuotta. Nuorista muodostumista merkittävimpiä ovat Etelä-Suomen pääosin keskiproterotsooiset, milj. vuotta vanhat rapakivigraniitit (Korsman & Koistinen 1998). Niiden jälkeen syntyivät Perä- ja Selkämeren pohjan sekä Muhoksen ja Satakunnan laajat noin milj. vuotta vanhat jotunisedimentit sekä vendikautiset, milj. vuoden ikäiset sedimenttikivet (Laitakari 1998). Korkeat rikkipitoisuudet liittyvät usein sulfidisaviin ja mustaliuskeisiin. Tämä on luonnollista, koska sulfidisavet sisältävät runsaasti rautakiisuja (rautasulfideja), joiden hapettuessa syntyy rikkihappoa. Pohjanmaan sulfidisavi kerrokset ovat muinaisen Itämeren, Litorina meren pohjasedimenttejä (Räisänen & Nikkarinen 2000). Litorina savien lisäksi sulfidipitoisia maita esiintyy yleisesti mustaliuskealueilla (Arkimaa et al. 1999). 11

11 Kuva 3. Suomen kallioperäkartta (Korsman & Koistinen 1998). 12

12 5. SUOTYYPIT Suotyypit on ryhmitelty Laineen (1989) ja Turusen et al. (2002) käyttämien luokitteluiden mukaisesti kahdeksaan ryhmään Yhdeksänneksi ryhmäksi on tässä työssä lisätty turvekankaat, pellot, kytöheitot ja turvetuotantoalueet (taulukko 1). Taulukko 1. GTK:n tietokannassa olevat suotyypit ekologisesti luokiteltuina trofian mukaan (ombrotrofinen, oligotofinen, mesotrofinen ja eutrofinen). Pohjana ovat Laineen (1989) ja Turusen et al. (2002) trofiaan perustuvat luokittelut sekä Laineen ja Vasanderin (2005) kasvistollinen luokittelu. Viimeiseksi ryhmäksi on lisätty trofialtaan erilaiset muuttuneet suotyypit; turvekankaat, pellot, kytöheitot ja turvetuotantoalueet. Suotyyppiryhmä Suotyyppi Soiden ekologinen luokittelu 1 Lehtokorpi, LhK Meso- (oligo-) eutrofinen metsäinen suo Ruohokorpi, RhK Varsinainen lettokorpi, VLK Kangaskorpi, KgK Varsinainen korpi, VK 2 Ruohoinen saraneva, RhSN Mesoeutrofiset suot Luhtaneva, LuN Varsinainen letto, VL Rimpiletto, RiL Koivulettokorpi, KoLK Nevakorpi, NK Ruohoinen sararäme, RhSR Lettoräme, LR 3 Korpiräme, KR Oligotrofiset metsäiset suot Kangasräme, KgR Pallosararäme, PsR Rääseikkö, RäK 4 Varsinainen saraneva, VSN Oligotrofiset avoimet nevat Rimpineva, RiN 5 Varsinainen sararäme, VSR Oligotrofiset nevamaiset rämeet 6 Kalvakkaneva, KN Ombro-oligotrofiset avoimet suot Lyhytkortinen neva, LkN Rahkaneva, RN Silmäkeneva, SiN 7 Isovarpuräme, IR Ombro-oligotrofiset rämeet Tupasvillaräme, TR 8 Rahkaräme, RR Ombrotrofiset rämeet Keidasräme, KeR Lyhytkortinen nevaräme, LkNR 9 Pelto, PE Trofialtaan erilaiset muuttuneet suotyypit Kytöheitto, KH Palaturpeen tuotantoalue, PTA Jyrsinturpeen tuotantoalue, JTA Karhunsammalmuuttuma, KSMU Ruohoturvekangas, RHTK Mustikkaturvekangas, MTK Puolukkaturvekangas, PTK Varputurvekangas, VATK Jäkäläturvekangas, JATK 13

13 5.1. Suoyhdistymätyypit Suomi jakautuu maantieteellisesti eri suoyhdistymätyyppeihin, joista eteläiset keidassuot ja pohjoiset aapasuot ovat tärkeimmät (Ruuhijärvi 1987). Keidas- ja aapasoiden raja kulkee suunnilleen 63º N leveyspiirin mukaisesti, mutta kääntyy Pohjanlahden rannikon läheisyydessä pohjoiseen. Aapasuovyöhyke ulottuu etelässä Suomenselän vedenjakaja-alueelle, ja keidassuosuovyöhykkeen pohjoisimmat osat ovat Keski-Pohjanmaan rannikolla. Yksittäisiä keidassoita esiintyy kuitenkin Metsä-Lappia myöten (Seppä 1998). Suomen soiden aluejako on esitetty kuvassa Keidassuot Keidassuo on Etelä-Suomessa vallitseva suoyhdistymätyyppi. Se saa vetensä pääasiassa sateesta, eli on keskeisiltä osiltaan ombrotrofinen. Minerotrofiset laiteet saavat kuitenkin vettä myös ympäröiviltä mailta, mikä vaikuttaa usein rehevöittävästi laiteiden kasvillisuuteen. Ombrotrofia näkyy kasvillisuudessa vaatimattomien lajien runsaana esiintymisenä. Keidassoiden tyypillisiin ombrotrofisiin kasvilajeihin kuuluvat useimmat varvut, vaatimattomat sarakasvit, pieni määrä ruohoja ja erittäin runsaasti vaatimattomia rahka- ja muita sammallajeja (Eurola et al. 1994). Soiden reunaosissa on usein luhtaisuutta ja lähteisyyttä. Keidassuo kohoaa usein ympäristöään korkeammalle, mistä on peräisin siitä usein käytettävä nimitys kohosuo (Eurola & Kaakinen 1978). Suomessa keidassoille käytetään suurmuotoon perustuvaa jakoa (Seppä 1998): (1) laakiokeitaat, joilla on jyrkkä reunaluisu ja tasainen keskustasanne. Suomen parhaiten muodostuneet laakiokeitaat ovat Lounais-Suomen tasaisilla savikkoalueilla. (2) kilpikeitaat (konsentriset keidassuot), jotka ovat symmetrisesti kuperia. Kilpikeitaat ovat keskittyneet Etelä- ja Länsi-Suomeen. (3) viettokeitaat (eksentriset keidassuot), joilla suon pohjan mineraalimaa ja suon pinta viettävät yhdensuuntaisesti. Viettokeitaat ovat yleisimpiä Itä- ja Keski-Suomen vaihtelevan, pienipiirteisen topografian alueella, mutta niitä tavataan Etelä-Suomessakin. (4) tasapintaiset keidassuot, jotka ovat yleisiä Etelä-Suomessa. Niillä ombrotrofian aiheuttaa paksu rahkaturvekerros, ja reunaluisu puuttuu. Perinteisesti Suomessa luokitellaan keidassuot ryhmiin 1 3. Keidassoiden muotoon vaikuttaa ympäristön topografia. 14

14 Kuva 4. Suomen soiden aluejako. 1 = laakiokeitaat, 2 = kilpikeitaat, 3 = viettokeitaat, 4 = Pohjanmaan aapasuot (saraaavat), 5 = Perä-Pohjolan aapasuot (rimpiaavat), 6 = Metsä-Lapin aapasuot, 7 = palsasuot (Vasander 1998). 15

15 Aapasuot Aapasuovyöhyke käsittää yli puolet Suomen pinta-alasta. Aapasuo on keskeisiltä osiltaan lähes keskustavaikutteinen, minerotrofinen suoyhdistymä, joka voi reunaosien, puronvarsien yms. lisäksi saada ympäristöstä ravinnelisää keskeisiinkin osiinsa lumensulamisvesien kautta (Eurola et al. 1994). Aapasuot jaetaan Pohjanmaan aapasoihin, Perä-Pohjolan aapasoihin ja Metsä-Lapin aapasoihin(ruuhijärvi 1960, Vasander 1998). Pohjanmaan aapasoiksi kutsutaan Pohjanmaalla, Kainuussa, Suomenselällä, Keski-Suomen pohjoisosissa ja Pohjois-Karjalassa esiintyviä aapasoita. Nämä ovat aika kuivia yleensä välipintaisia soita. Tasaisilla alueilla, erityisesti Pohjois-Pohjanmaalla on myös rimpisiä aapoja (Ruuhijärvi 1983). Peräpohjolan aapasuot vaihettuvat vähitellen Pohjanmaan aapasoista Etelä-Kuusamon-Rovaniemen-Pellon linjan tienoilla. Nevat ovat rimpisiä, karuilla soilla on korkeita rahkajänteitä, ja meso-eutrofisilla soilla jänteet ovat yleensä saraisia välipintoja. Ravinteisen kallioperän alueella on rimpi- ja koivulettoja tasaisilla mailla ja rinnelettoja Kuusamossa (Ruuhijärvi 1983). Metsälapin aapasuot sijoittuvat havumetsävyöhykkeen pohjoisosiin. Ilmasto alueella on mantereinen, kasvukausi lyhyempi ja routiminen voimallista. Ruskorahkasammalen Sphagnum fuscum osuus lisääntyy, ja ombrotrofista kasvillisuutta on soiden reunoilla runsaasti. Routa muovaa rahkapintoja mättäisiksi pounikoiksi, joista puut häviävät pitkään säilyvän roudan vuoksi. Rahkajänteiden osuus suoalasta kasvaa. Ne koostuvat katkeilevasta verkosta ja erillisistä saarekkeista. Rimmissä on runsaasti rahkasammalia (Ruuhijärvi 1983) Palsasuot Palsasuot ovat Suomen pohjoisin suoyhdistymätyyppi, jota yleensä pidetään aapasoiden alatyyppinä. Ikiroudassa olevat jättiläismättäät (yleensä 2 5 m korkeat) eli palsakummut ovat niille tyypillisiä. Aapasoille tyypilliset jänteet ja rimmet puuttuvat, mutta kasvillisuus liittyy kuitenkin läheisesti aapasoihin (Korhonen et al. 2008). 16

16 6. TUTKIMUSAINEISTO JA MENETELMÄT 6.1. Tutkimusaineisto Rikkipitoisuusmäärityksiä turpeista on GTK:lla tehty paljon, mutta tuloksia on tähän saakka julkaistu lähinnä suo- tai kuntakohtaisesti. Tämä tutkimus perustuu GTK:n laajaan turvenäytteiden rikkiaineistoon vuosilta Rikkimäärityksiä sisältäviä soita on aineistossa kpl, näytepisteitä kpl ja analysoituja näytteitä kpl. GTK:n turvetutkimusten painopistealueet näkyvät myös näytepisteiden tihentyminä erityisesti Länsi-Lapissa ja Pohjanmaalla. Muualla maassa rikkinäytepisteet ovat, muutamia pienialaisia kasaumia lukuun ottamatta, harvassa. Ylä-Lapista rikkimäärityksiä turvenäytteistä ei juuri ole (kuva 6) Menetelmät Turpeen rikkipitoisuuden lisäksi tarkastellaan ojitustilannetta, suotyyppejä, turvelajeja, turpeen lisätekijöitä, maatuneisuutta (H), happamuutta (ph), vesipitoisuutta (prosentteina tuoremassasta), tiheyttä (kg/suo-m 3 ), tuhkapitoisuutta (prosentteina kuivamassasta), lämpöarvoa kuivalle turpeelle (MJ/kg), syvyyttä, kallioperää ja pohjamaalajeja. Maatuneisuus (H) on määritetty von Postin (1922) kymmenasteikolla. Turpeen vesipitoisuudella (w % tuoremassasta) tarkoitetaan vesimäärää, joka poistuu turpeesta, kun se kuivataan 105 C:ssa vakiopainoiseksi: w = (Mw - Ms)/Mw * 100 missä Mw = tuoremassa Ms = kuiva-ainemassa Turpeen tiheydellä (Db) tarkoitetaan turvenäytteen sisältämän kuiva-ainemassan (105 C) ja saman turvenäytteen luonnontilaisen, useimmiten vielä vedellä kyllästetyn tilavuuden suhdetta: Db = Ms/Vt missä Vt = tuore, luonnontilainen tilavuus Turpeen tuhkapitoisuudella (AC) tarkoitetaan tuhkan eli epäorgaanisen aineksen osuutta kuivamassasta. Tuhkapitoisuus on ilmoitettu prosentteina ( C:ssa hehkutettuna) kuivamassasta. Turpeen lämpöarvo on ilmoitettu tehollisena lämpöarvona (Hu). Lämpöarvot (MJ/kg) on laskettu kuivalle turpeelle (Mäkilä 1994). Turpeen ominaisuuksien välisiä riippuvuuksia tutkitaan korrelaatiokertoimien avulla. Korrelaation merkitsevyyden ilmaisee merkitsevyystaso (p-arvo). Kun aineisto on riittävän suuri, on korrelaatiokerroin aina merkitsevä. Tässä tutkimuksessa käytetylle Pearsonin korrelaatiokertoimen (r) merkitsevyydelle käytetään seuraavaa luokitusta: r = yli 0,60 (erittäin merkitsevä) r = 0,45 0,60 (merkitsevä) r = 0,30 0,44 (jokseenkin merkitsevä) r = 0,23 0,29 (suuntaa antava) r = alle 0,23 (ei merkitsevä) 17

17 Luokitusrajat on valittu siten, että ylin luokka kertoisi turpeen ominaisuuksien todellisista vastaavuuksista (eli korrelaatioista). Aineiston p-arvo on jätetty yleensä pois taulukoista ja tekstistä, koska se on lähes aina 0,000. Näin suurella aineistolla SPSS-tilasto-ohjelmisto ilmoittaa hyvinkin pienten arvojen olevan tilastollisesti merkitseviä. Tutkimusaineiston tilastollisessa tietojenkäsittelyssä ja graafisessa esityksessä on käytetty SPSS-ohjelmistoa (Statistical package for the social sciencies) (Milton & Arnold 1986). Poikkeukselliset näytteet on poistettu tutkimusaineistosta asetetuilla ominaisuuksien vaihteluväleillä. Näytteet on poistettu ainoastaan, mikäli lämpöarvo on alle 12 MJ/kg tai yli 28 MJ/kg, vesipitoisuus alle 70 % tai yli 100 %, ph alle 2,2 tai yli 7,0, tuhka yli 40 % sekä kuivatilavuuspaino alle 20 kg/m 3 tai yli 220 kg/m 3. Osa aineiston tilastollisesta käsittelystä on kuitenkin ollut perusteltua tehdä koko aineistolle näytemäärien kasvattamiseksi, ja siten rikkipitoisuusarvojen luotettavuuden parantamiseksi. Turvelajit on ryhmitelty pääturvelajien ja lisätekijöitä sisältävien turpeiden perusteella. Pääturvelajeja ovat rahkavaltaiset turpeet: rahka- (S) ja sararahkaturve (CS); saravaltaiset turpeet: sara- (C) ja rahkasaraturve (SC) sekä ruskosammalvaltaiset (B) turpeet. Heikosti maatuneet (H1-3) rahkaturpeet on jaettu alaryhmiin Acutifolia (A), Palustria (P) ja Cuspidata (Q). Lisätekijöitä sisältävät turpeet on laskettu omiksi ryhmikseen: tupasvillaa (ER), suoleväkköä (SH), puuainesta (L), varpuainesta (N), kortetta (EQ), raatetta (MN) ja järviruokoa (PR) sisältävät turpeet. Lisätekijöistä tupasluikka (TR), siniheinä (ML) ja järvikaisla (SP) on havaintojen vähäisyyden vuoksi jätetty pois tilastoista. Myös ruskosammalturpeen pieni määrä vaikeuttaa vertailua muihin turvelajeihin, joten ryhmän osalta ei ole tarkempaa jaottelua tehty. Pääturvelajit on otettu omaksi ryhmäkseen, mikäli niiden määrä on silmämääräisesti tarkasteltuna 6/6 turvenäytteestä. Vastaavasti lisätekijät on otettu omaksi ryhmäkseen niiden määrän ollessa 1/6 tai enemmän turvenäytteestä. Lisätekijäksi on otettu vallitsevampi lisätekijä, jos niitä on kaksi. Lisätekijöiden määrän ollessa yhtä suuri on vallitsevaksi katsottu jälkimmäinen. Esim. jos turvekaava on L2ER1S3, niin vallitseva lisätekijä on L. Jos taas turvekaava on esim. N1ER1S4, niin vallitseva lisätekijä on ER, ja turvekaavan ollessa esim. L1EQ2C3 on vallitseva lisätekijä EQ. Erottamalla lisätekijöitä sisältävät turpeet omiksi ryhmikseen on voitu arvioida lisätekijöiden vaikutusta turpeen ominaisuuksiin. Myös lisätekijöitä sisältävät turpeet on jaettu rahka-, sara- ja ruskosammalvaltaisiin. 18

18 7. TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU 7.1. Tilastollinen tarkastelu Turpeen rikkipitoisuus on keskimäärin 0,24 % kuiva-aineesta koko GTK:n turvenäyteaineistossa ( kpl). Turvenäytteiden rikkipitoisuus ei noudata tilastollisesti normaalijakaumaa, vaan rikkipitoisuusjakauma koko maan näytteissä on selvästi positiivisesti vino. Suurin osa määrityksistä (89,9 %) sijoittuu hyvin kapealle pitoisuusalueelle 0,04 0,37 % rikkipitoisuusakselin alkupäähän (vasemmalle), ja oikealle jää harvalukuisten isojen rikkiarvojen häntä (kuva 5). Mediaani ilmoittaa jakauman tyypilliseksi arvoksi 0,18 %. Keskihajonnan (0,3988) ja varianssin (0,159) pienuus kertoo myös valtaosan aineistosta keskittyvän keskiarvon (0,24 %) lähelle (taulukko 2). Turpeen rikkipitoisuuden alueellinen vaihtelu kattalehdittäin GTK:n aineistossa näkyy kuvassa 6. Kuvasta havaitaan korkeimpien turpeen rikkipitoisuuksien keskittyvän Pohjois- Karjalaan ja Länsi-Lappiin ja matalimpien Lounais-Suomeen ja Etelä-Pohjanmaalle. Korkeisiin pitoisuuksiin näyttävät selvästi vaikuttavan mustaliuskejaksot, ja matalien pitoisuuksien keskittymät sijoittuvat kohosuoalueille. Soiden suurimmat rikkipitoisuuksien keskiarvot koko aineistossa osoittavat korkeita rikkipitoisuustasoja löytyvän soista eri puolilta maata, vaikka korkeat rikkipitoisuudet ovatkin keskittyneet Pohjois-Karjalan mustaliuskealueelle, josta on noin kolmannes koko maan soiden korkeista turpeen rikkipitoisuuskeskiarvoista (taulukko 3). Kuva 5. Rikkipitoisuuksien jakauma (N = ). 19

19 Taulukko 2. Rikkipitoisuuden tilastolliset arvot aineistolle (N = ). Keskiarvo 0,24 % Mediaani 0,18 % Moodi 0,20 % Keskipoikkeama 0, 4217 Varianssi 0, 178 Vinous 21,594 Vinouden keskivirhe 0,014 Huipukkuus 801,332 Huipukkuuden keskivirhe 0,027 Minimi 0,00 % Maksimi 23,30 % Kvartiilit 25 0,13 % 50 0,18 % 75 0,23 % Kuva 6. Turpeen rikkipitoisuuden alueellinen vaihtelu (prosenttia kuivapainosta) karttalehdittäin ja mustaliuskejaksot. Harmaalta alueelta ei ole rikkimäärityksiä GTK:n turvetietokannassa. 20

20 Taulukko 3. Soiden suurimmat rikkipitoisuuksien keskiarvot (N = ). Suon nimi Kunta S % Suon nimi Kunta S % Uljuansalmi Piippola 9.72 Kärppäsuo Ylikiiminki 0.93 Sammalsuo Hämeenlinna 4.17 Hokkaristonkorpi Renko 0.92 Heinäsuo Outokumpu 3.27 Peuraneva Ullava 0.92 Ruohosuo Kiihtelysvaara 3.03 Karjosuo Utajärvi 0.92 Lehtisaarenneva Kaustinen 2.82 Raatmaa Suonenjoki 0.91 Iiksensuo Pyhäselkä 2.57 Pitkäsuo Ilomantsi 0.91 Töljynsuo Outokumpu 2.55 Suddasmossen Pedersöre 0.89 Perukanojanvuoma Kittilä 2.47 Aittosuo Virtasalmi 0.88 Leilisuo Utajärvi 2.30 Romppaanvuoma Ylitornio 0.86 Nikunvaaransuo Tohmajärvi 2.26 Vatalanvälisuo e Tohmajärvi 0.86 Karjaneva 2 Kaustinen 1.95 Viklansuo Kerimäki 0.86 Kapustajänkkä Tornio 1.85 Ryngänsuo Taipalsaari 0.85 Ryökönvuoma Kolari 1.83 Hankasuo Kyyjärvi 0.83 Helissuo Kokemäki 1.63 Nilimaanjänkkä Tornio 0.83 Högmossen w Närpiö 1.62 Ukonmurronneva Piippola 0.83 Multasärkänsuo e Tohmajärvi 1.57 Murtojärvenpuronsuo Pyhäselkä 0.83 Rauhanlinnansuo Urjala 1.56 Jordaninkorpi Tammela 0.83 Tohmajoensuo Tohmajärvi 1.55 Poikkimaidenjänkä Tervola 0.82 Viidansuo Pyhäselkä 1.55 Sikiösuo Muhos 0.82 Kielisenjänkkä Tornio 1.50 Isokorpi Kalvola 0.81 Aholansuo Sotkamo 1.43 Hirvisuo se Tohmajärvi 0.81 Kaupinvuoma Ylitornio 1.40 Heinäsuo Pieksämäki 0.81 Finnågrenmossen Maalahti 1.37 Treslingermossen Kruunupyy 0.80 Roopensuo Outokumpu 1.34 Myllyojansuo Ylikiiminki 0.80 Mahalamminsuo Outokumpu 1.30 Riuttavuoma Ylitornio 0.80 Isoneva1 Halsua 1.25 Ploomuneva Kälviä 0.79 Juottolansuo Lammi 1.24 Teyrisuo Outokumpu 0.79 Toskbromossen Kruunupyy 1.20 Päivälaidansuo Kerimäki 0.79 Norrmossen Närpiö 1.19 Siliasuo Ylikiiminki 0.78 Lastusuo Ylikiiminki 1.17 Pykälikönsuo Tohmajärvi 0.76 Koivikkorumavuoma Ylitornio 1.17 Rautsuo Mynämäki 0.76 Kytösuo Juuka 1.14 Hokkasensuo Kyyjärvi 0.76 Veneneva Kärsämäki 1.13 Rahkaneva Kaustinen 0.76 Sammalpuronsuo Ilomantsi 1.12 Kangasniemensuo Urjala 0.75 Hirvisuo Tohmajärvi 1.10 Perttisensuo Tohmajärvi 0.75 Haaposuo Oulunsalo 1.10 Peurajänkkä Kolari 0.75 Partinlamminsuo Leivonmäki 1.08 Kotamäenkorpi Renko 0.75 Siltasuo-Huhtamaansuo Kokemäki 1.07 Kokkosuo Juuka 0.74 Pöppösuo Kuusamo 1.07 Siirassuo Vaala 0.74 Kortesuo Porras Tammela 1.07 Kiukoinrimpi Eno 0.74 Kortesuo Ranua 1.06 Isosuo Muhos 0.73 Pitkäjänkkä-Rytijänkkä Ylitornio 1.06 Ukonsuo Pieksämäki 0.73 Vatalanvälisuo d Tohmajärvi 1.04 Karasuo Leivonmäki 0.72 Alainen Varevuoma Tornio 1.04 Patasuo Nurmes 0.71 Iiskonjänkkä Kolari 1.01 Karjalaisenvuoma Kolari 0.71 Jäkäläahonsuo Oulunsalo 1.01 Heposuo Tuulos 0.71 Rörstorpmossen Lemland 0.98 Kinnulansuo n Juuka 0.71 Korteperä Hyrynsalmi 0.98 Tetrisuo Pyhäselkä 0.70 Riivikonneva Salla 0.96 Iso Nassinneva Alajärvi 0.70 Ristineva Alajärvi 0.94 Takajänkkä Kolari 0.70 Mäntyselänjänkä Kemijärvi 0.93 Riihilahdensuo Anjalankoski

21 Vain pienessä osassa näytteitä (10 kpl) rikkipitoisuus on yli 10 %. 31 kpl kaikista GTK:n tutkimista näytteistä on pitoisuudeltaan yli 5 %. Näytteistä 85,5 % jää alle 0,30 %:n S-pitoisuuden ja 93,8 % näytteistä on rikkipitoisuudeltaan alle 0,50 %. Mäkilän (1984) tutkimuksessa turpeiden keskimääräinen rikkipitoisuus kuivalle turpeelle oli Luumäen, Toholammin ja Pyhäjärven (OL) näytteissä 0,22 0,23 % eli tulokset ovat hyvin samansuuntaiset tämän tutkimuksen tulosten kanssa. Eri pääturvelajien keskimääräiset rikkipitoisuudet aineistossa olivat rahkaturve 0,14 %, sararahka- ja rahkasaraturpeet 0,24 % sekä saraturve 0,22 %. Peuravuoren ja Pihlajan (1988) tutkimuksessa rikkipitoisuuden keskiarvo on 0,17 % (vaihteluväli 0,03 0,69 %). Soiden väliturvekerroksessa keskiarvo oli 0,14 % (0,03 0,27 %) ja pohjaturvekerroksessa 0,28 % (0,12 0,69 %). Tämän tutkimuksen tulokset ovat samansuuntaiset Peuravuoren ja Pihlajan (1988) tutkimusten kanssa. Tarkasteltaessa turpeen rikkipitoisuutta ja fysikaalisia ominaisuuksia voidaan todeta rikkipitoisuudella olevan jokseenkin merkitsevä positiivinen korrelaatio vain tuhkapitoisuuden kanssa (r = 0,38**) (taulukko 4). Taulukko 4. Turpeen ominaisuuksien korrelaatiokertoimet koko aineistolle (N = ). ph Vesipitoisuus Kuiva-aine Tuhka Lämpöarvo S H 0,12-0,25 0,35 0,13 0,44 0,07 ph 0,05-0,02 0,52 0,12 0,12 Vesipitoisuus -0,70-0,17-0,31-0,10 Kuiva-aine 0,25 0,42 0,13 Tuhka -0,19 0,38 Lämpöarvo -0,07 Peuravuoren ja Pihlajan (1988) mukaan tuhkapitoisuuden kasvulla on voimakas vaikutus rikkipitoisuuteen. Muilla fysikaalisilla ominaisuuksilla ei ole merkitseviä korrelaatioita rikin kanssa. Tuhka- ja rikkipitoisuuden välillä oli selvä positiivinen korrelaatio kaikilla turpeilla. Rikkipitoisuudella ja ph-arvolla oli selvä positiivinen korrelaatio rahkavaltaisilla turpeilla, vähemmän selvä koko aineistossa ja rahkasaraturpeilla. Lämpöarvolla ja rikkipitoisuudella oli selvä negatiivinen korrelaatio sararahkaturpeilla ja heikko positiivinen korrelaatio koko aineistossa, rahkaturpeilla ja rahkasaraturpeilla (Mäkilä 1980) Maatuneisuuden vaikutus rikkipitoisuuteen Turpeen maatuessa sen hiilipitoisuus kasvaa ja happipitoisuus vähenee. Maatumisen edistyessä turpeen humusaineiden määrä kasvaa, kun sitä vastoin selluloosan ja hemiselluloosan määrät pienenevät. GTK:n turvenäyteaineistossa heikosti maatuneissa turpeissa keskimääräinen rikkipitoisuus on selvästi alhaisempi kuin hyvin maatuneissa turpeissa. Erityisen korkeat keskimääräiset rikkipitoisuudet ovat turpeissa, joiden maatuneisuus on H9 tai H10. Korkeimpia maatuneisuusasteita edustavien näytteiden vähäinen määrä heikentää tuloksen luotettavuutta. Erityisen alhaiset keskiarvot ovat taas turpeissa, joiden maatuneisuus on H1 tai H2 (taulukko 5). Korkeimmat yksittäiset rikkipitoisuudet ovat keskinkertaisesti maatuneissa turpeissa (kuva 7). Kuvasta havaitaan, ettei rikkipitoisuuden ja maatumisasteen välillä juuri ole riippuvuutta. Yli puolet analysoiduista turvenäytteistä on maatuneisuudeltaan H4 tai H5 (taulukko 5). Toisenlaisen tuloksen ovat saaneet Peuravuori ja Pihlaja (1988), joiden mukaan turpeen maatuneisuudella on yhteys rikkipitoisuuksiin. Turpeen maatuneisuusasteella ja rikkipitoisuudella oli Mäkilän (1980) tutkimuksessa lievä positiivinen korrelaatio koko aineistossa ja rahkaturpeilla. Lievä negatiivinen korrelaatio oli sararahka- ja rahkasaraturpeilla. 22