KAKSKERRANJÄRVEN HAPETTOMAN SEDIMENTIN ALUEELLINEN LAAJUUS JA SEDIMENTIN KEMIALLISET OMINAISUUDET

Transkriptio

1 Turun kaupunki Ympäristönsuojelutoimisto Eerikinkatu TURKU KAKSKERRANJÄRVEN HAPETTOMAN SEDIMENTIN ALUEELLINEN LAAJUUS JA SEDIMENTIN KEMIALLISET OMINAISUUDET Eeva Kauppinen Erkki Saarijärvi Kuopio Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd Yrittäjäntie 12 Y-tunnus: Kuopio Puh

2 2 1. JOHDANTO KAKSKERRANJÄRVEN TILA SEDIMENTTINÄYTTEENOTTO JA NÄYTEPISTEET TULOKSET JA TULOSTEN TULKINTA Sedimentin ulkonäkö, huonokuntoisen sedimenttikerroksen paksuus ja alueellinen vaihtelu Sedimenttianalyysin tulokset ja tulosten tulkinta SEDIMENTTITARKASTELUN JOHTOPÄÄTÖKSET KAKSKERRANJÄRVEN ILMASTUSTARPEEN LASKENTA Hapenkulumisnopeus Laitteiston valinta JOHDANTO Turun kaupungin ympäristönsuojelutoimisto tilasi Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd:ltä Turun Kakskerranjärven sedimenttitarkastelun sisältäen hapettoman sedimentin alueellisen laajuuden selvittämisen, sekä sedimentin kemiallisten ominaisuuksien analysoinnin. Analyysitulosten perusteella tulkittiin sedimentin ravinnepitoisuutta ja sisäisessä kuormituksessa potentiaalisesti vapautuvien ravinteiden määrää. 2. KAKSKERRANJÄRVEN TILA Kakskerranjärven (kuva 1) vedenlaatu on yleisen vedenlaatuluokituksen perusteella nykyisin tyydyttävä ja se kärsii kesäaikaisista sinileväkukinnoista. Myllykylän syvänteen (14A) vuosien 2-24 kesäaikainen päällysveden (1m) keskiarvoinen kokonaisfosforipitoisuus oli 38,4 µg l -1, vaihteluvälin ollessa 2-69 µg l -1. Pohjanläheisessä veden fosforipitoisuuden keskiarvo oli 73 µg l -1, vaihteluvälin ollessa µg l -1. Pohjanläheisen veden ajoittain hyvin korkeat fosforipitoisuudet kertovat hapettomuudesta johtuvasta sisäisestä kuormituksesta (kuva 5). Kakskerranjärven rehevöityminen seurausilmiöineen on johtanut kunnostustoimenpiteiden aloittamiseen. Hapettaminen aloitettiin vuonna 1987 yhdellä Mixox 75-hapetinlaitteella. Mixox hapetus jatkui vuoden 199 syyskierron alkuun asti. Nykyisin Kakskerranjärvellä on käytössä kolme Listema-kuplailmastinta, jotka sijaitsevat järven syvänteissä (Myllykylä, Harjattula ja järven keskiosa). Hapettamisen ja ilmastamisen on todettu vähentävän järven sisäistä kuormitusta. Kakskerranjärvellä on myös hoitokalastettu ( paunetti, nuottaus, ei hoitokalastusta, 21 koekalastuksia) ja ulkoista kuormitusta on pyritty vähentämään asentamalla peltovesipuhdistin Kalliolanojaan vuonna 23. Kakskerranjärven perustiedot on esitetty taulukossa 1. Kuvissa 2 ja 3 on esitetty läntisen ja itäisen altaan tilavuustiedot. Läntinen allas rajoittuu Brinkhallin kohdalla olevaan kapeaan salmeen (kuva 12). Kakskerranjärven historiassa on erotettavissa neljä eri ravinteisuuskehityksen vaihetta: Kaskeamisen ja voimakkaan maanpinnan eroosion vaikutuksesta järveen kulkeutui runsaasti ravinteita aina 12-luvulle saakka. 13-luvulla alkanut karjan metsälaidunnus ja rukiin peltoviljely vähensivät ravinnehuuhtoumia ja järven historiassa alkoi vähäravinteisempi kausi.

3 3 17-luvulla peltojen kydötys nosti järven ravinteisuutta ja ravinteisuuden kasvu voimistui edelleen 184-luvulla alkaneen monivuoroviljelyn myötä kun maanmuokkaus tehostui. Lannoitteiden käyttöönotto 192-luvulla edisti tätä kehitystä. Järven ravinteisuushistorian suurin muutos alkoi 194-luvulla fosfaattipitoisten yleislannoitteiden käytön voimakkaan kasvun myötä, jonka jälkeen Kakskerranjärven ravinteisuuden kasvu on ollut voimakasta. (Räsänen & Salonen 1983). 196-luvulla Kakskerranjärvi oli erinomaisessa kunnossa, eivätkä muutokset olleet näkyviä vielä 197-luvullakaan. 198-luvulla järvessä havaittiin ensimmäistä kertaa sinileväesiintymiä, jotka olivat aluksi kuitenkin vähäisiä ja lyhytaikaisia. Ensimmäinen varsinainen massakukinta tapahtui keskikesällä 199, jonka jälkeen sinileväkukinnat ovat olleet runsaita ja yleisiä. (Junnila 24). Vuoden 2 kesä oli järven tilan kannalta erityisen huono, sillä tuolloin ensimmäiset sinileväesiintymät havaittiin jo kesäkuun alussa ja sinilevien vaikutus jatkui myöhäiseen syksyyn (Turun kaupungin ympäristönsuojelutoimisto 21). Kuvassa 4 on esitetty Harjattula syvänteen ja Myllykylän syvänteen vuosien kesäaikaiset happitulokset eri syvyyksillä. Ympäristöhallinnon Hertta-tietokannasta poimittujen tietojen mukaan näytepisteillä ei ole havaittu talviaikaisia happiongelmia. Pohjanläheisen veden happiongelmat ovat keskittyneet kesäaikaan (kuva 4). Myllykylän syvänteen (14A) koskevasta kuvasta voidaan havaita alusveden happitilanteen heikentyneen huomattavasti vuodesta 2 lähtien. Kuvassa 2 on esitetty Myllykylän syvänteen (14A) kesäaikaiset alusveden (13 m) happi- ja kokonaisfosforipitoisuudet vuosilta Kesäaikaisen happitilanteen jyrkkä huonontuminen vuonna 2 viittaa ilmastinlaitteiden toimintahäiriöön. Tilanne on jatkunut Myllykylän syvänteessä samanlaisena vuoteen 23 asti. Kuva 1. Sedimenttikartoituksen linjasto ja näytepisteet. Kuvassa on esitetty myös vanhempien sedimenttinäytteenottojen näytepisteet.

4 4 5 1 Pinta-ala (ha) Syv (m) 5 Tilavuus (* 1 m 3 ) Syv (m) Kuva 2. Kakskerranjärven itäisen altaan pinta-ala- ja tilavuussuhteet. Pinta-ala (ha) Tilavuus (*1 m 3 ) Kuva 3. Kakskerranjärven läntisen altaan pinta-ala- ja tilavuussuhteet Syv (m) Syv (m) Taulukko 1. Kakskerranjärven perustiedot (Turkki, 25). KAKSKERRANJÄRVI Pinta-ala, km 2 1,64 Valuma-alue, km 2 (peltoprosentti) 7,1 (27 %) Viipymä, a 4 Tilavuus, milj. m3 9,1 Suurin syvyys, m 15,5 Keskisyvyys, m 6

5 5 Happi, mg/l Kesä , Myllykylä 14A 1 m 5 m Aika Happi O2 mg/l 3,5 3 2,5 2 1,5 1, Kesä 95-4, Harjattulan syvänne Aika Kuva 4. Kakskerranjärven Myllykylän syvänteen 14A ja Harjattulan syvänteen kesäaikaiset happipitoisuudet m 9 m Happi, mg/l Aika Kokonaisfosfori µg/l O2 Kok-P Kuva 5. Myllykylän syvänne, piste 14A. Kesäaikainen alusveden (13 m) happipitoisuus ja kokonaisfosforipitoisuus vuosina

6 6 3. SEDIMENTTINÄYTTEENOTTO JA NÄYTEPISTEET Kakskerranjärven sedimentin laatua, erityisesti hapettoman sedimentin laajuutta ja paksuutta, tutkittiin tehdyssä sedimenttikartoituksessa. Näytteenoton suorittivat Eeva Kauppinen Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd:stä ja Olli Ylönen Turun kaupungilta. Näytteenottoon osallistuivat myös Erkki Saarijärvi Vesi-Ekolta ja Olli-Pekka Mäki Turun kaupungin ympäristönsuojelutoimistosta. Näytteet analysoitiin Lounais-Suomen vesi- ja ympäristötutkimus Oy:ssä. Näytteenottopäivänä sää oli pilvinen, tuulinen ja pakkasta oli -9 astetta. Tuuli ja pakkanen vaikeuttivat näytteenottoa näytteenottimien jäätymisen takia. Näytteenottopisteitä oli yhteensä kahdeksan (kuva 1), joista kolmella otettiin näytteet myös laboratorioanalyysejä varten. Sedimenttikartoitus tehtiin ns. alipainenoutimen avulla ja näytteiden silmämääräinen havainnointi tehtiin kentällä. Laboratorionäytteet otettiin viipaloivalla Limnossedimenttinäytteenottimella. Laboratorionäytteet otettiin Myllykylän syvänteestä (5), Kalliolan syvänteestä (7) ja Kakskerranjärven itäpäästä (8). Näytteenotin kuitenkin jäätyi ja rikkoutui näytepisteellä 5, joten pisteiden 7 ja 8 sedimenttinäytteet otettiin lopulta alipainenoutimella. Alipainenoutimella saatavat näytteet eivät ole tarkkoja syvyyden suhteen, sillä näytettä ei voida siivuttaa kuten Limnos-näytteenottimella. Näyte myös häiriintyy, kun se otetaan ulos näytteenottoputkesta. Pisteissä 6 (a - d) ja 8 (a - c) otettiin useampia sedimenttinäytteitä järven leveyssuunnassa (pohjois-etelä suunnassa) vesisyvyydestä johtuvien sedimentin laatuerojen selvittämiseksi. Taulukossa 2 on esitetty näytepisteiden vesisyvyys, näytteiden koko pituus ja analysointiin lähetettyjen osanäytteiden näytesyvyydet. Sedimenttinäytteiden tulosten tueksi tehtiin Kakskerranjärveltä ylimääräinen happikartoitus. Kartoitus tehtiin Myllykylän ja Harjattulan syvänteistä. Happikartoituksen tulokset on esitetty liitteessä 1. Taulukko 2. Näytepisteet, näytepisteiden vesisyvyydet, sedimenttinäytteiden koko pituus (cm) sekä analysoitavaksi lähetettyjen osanäytteiden syvyydet (cm). Näyte Pohjatyyppi Vesisyvyys, m Näytteen koko Osanäytteiden nro pituus, cm syvyydet, cm 1. sedimentaatiopohja 4,3 45 (sed.) 2. sed. 7, kulkeutumispohja 4, sed. 14, sed. 13,5 38,5-3 ja a - d sed. a) 14,2, b) 14), c) 11,, d) 8,1 a) 6, b) 6, c) 63, d) sed. 1, a - c sed. a) 8,1, b) 8,8, c) 9 a) 4, b) 63 c) 63 c) 1-15, 25-3, 5-55

7 7 4. TULOKSET JA TULOSTEN TULKINTA 4.1. Sedimentin ulkonäkö, huonokuntoisen sedimenttikerroksen paksuus ja alueellinen vaihtelu Kakskerranjärven sedimentin yleiskuva on hyvin mineraaliainespitoinen. Näytteiden pintaosan aines on liejuista savea ja näytteiden alaosan pääasiassa savea. Syvännealueilla sedimentin pintaosaan näytti kerrostuneen enemmän orgaanista ainesta kuin matalammilla vesialueilla. Näytteiden pintaosa on yleisesti melko vesipitoinen, mutta aines tiivistyy syvemmälle sedimentissä mentäessä. Sedimentin ylimmän 6 cm pintaosan kerroksellisuus ei ole selvää, vaan eri kerrokset vaihettuvat hiljalleen tosiinsa. Heikkokuntoisinta sedimenttiä esiintyy syvännealueilla, noin 1 m syvemmillä alueilla (kuva 1). Sedimentin laadun perusteella Kakskerranjärven koko pohja muistuttaa sedimentaatiopohjaa, tosin Isosaaren pohjoispuolen sedimentti muistuttaa enemmän kulkeutumispohjaa, koska pohjan ylimmän noin 44 cm aines on lähes homogeenista saviainesta. Todennäköisesti pohjalle laskeutunut orgaaninen aines on kulkeutunut alueelta Myllykylän syvänteeseen. Näytepiste 1, Kakskerrantalo Kampinlahti (alipainenoudin): Näytepisteellä 1 oli vettä 4,3 m. Alipainenoutimella otetun näytteen koko pituus oli 43 cm (kuva 6). Näytteen pintaosa ( - 25 cm) oli hapellisissa olosuhteissa kerrostunutta saviliejua, sillä näytteessä ei ollut havaittavissa mustaa sulfidiliejua. Näytteen pintaosassa oli havaittavissa kasvinjäänteitä. Syvyydellä cm aines oli liejuista savea ja rakenteeltaan tiiviimpää kuin pinnassa. Koostumukseltaan aines oli hyvin homogeenista koko näytteessä. Erona ovat vain pinnassa olevat kasvinjäänteet. Kuva 6. Näytepiste 1. Näytteen ylin 17,5 cm. Pienet mustat täplät ovat kasvinjäänteitä.

8 8 Näytepiste 2 Pikkusaaren länsipuoli (alipainenoudin): Vesisyvyys näytepisteellä oli 7,8 m ja alipainenoutimella otetun sedimenttinäytteen koko pituus oli 4 cm. Näytteen pinta oli hapellinen. Näytteen aines oli hyvin tasalaatuista, homogeenista liejuista savea. Aines oli väriltään harmaata. Näytteessä ei ollut havaittavissa hapettomissa olosuhteissa syntyvää sulfidiliejua. Näytepiste 3 (alipainenoudin): Isosaaren pohjoispuolen näytepisteessä vesisyvyys oli 4,6 m. Näytteen koko pituus oli 44 cm (kuva 7). Näytteen pintosa ( - 2 cm) oli vaaleanruskea ja selvästi hapellinen. Syvyydellä 2-44 cm aines oli homogeenista savea. Aines tiivistyi alaspäin. Aineksen tiiveys ilmeni näytteen lohkeiluna (kts. kuva 7). Näytteessä oli havaittavissa bioturbaation merkkejä (madonreikiä) syvyydellä 15-3 cm. Hapellinen pintakerros -2 cm Madonreikiä syvyydellä 15-3 cm Kuva 7. Näytepiste 3 (alipainenoudin). Näytteen pinnan yli 1-2 cm oli hapellista, vaaleanruskeaa ainesta. Aines tiivistyy melko pian, ylimmässä 5-1 cm:ssä havaittavissa näytteen lohkeamista näyteputkessa. Huom! Kuvassa olevan mitan nollakohta ei ole samassa tasossa sedimentin pinnan kanssa. Näytepiste 4 (alipainenoudin): Näytepisteen vesisyvyys oli 14, m ja alipainenoutimella otetun näytteen pituus 65 cm. Näytteen pintaosa (ylin 1 cm) oli hapellisissa oloissa kerrostunutta vaaleanruskeaa ainesta. Näytteen ylimmässä 1 cm:ssä oli havaittavissa sulfidihippuja saviliejun joukossa. Näytteen alaosa oli hyvin tasalaatuista, väriltään harmaata. Näytepiste 5. (Limnos): Vesisyvyys näytepisteellä oli 13,5 m ja näytteen pituus 38,5 cm (kuva 8). Näytteestä viipaloitiin osanäyte syvyydeltä - 3 cm ja 1-12 cm laboratorioanalyysejä varten.

9 9 Näytteen pintaosa oli hyytelömäinen ja ylin - 1 cm näytteestä oli vaaleanruskeaa, hapellisissa olosuhteissa kerrostunutta ainesta. Näytteen yläosassa, 3 cm pinnasta alaspäin oli havaittavissa sulfidipitoista ainesta, joka haisi lievästi rikkivedylle. Näytteen yleisväri oli tummanharmaa. Kuva 8. Näytepiste 5, limnosnäyte. Sedimentin pinta vaaleanruskea, hapellinen. Kuvassa sulfidihippuja syvyydellä 3 cm. Näytepiste 6 a - c (Kalliola, salmi) (alipainenoudin): Vesisyvyys näytepisteellä a. oli 14,2 m, näytepisteellä b. 14 m, pisteellä c. 8,1 m. 6 a: Näytteen pituus 6 cm. Näytteen alin 13 cm oli vaaleanharmaata ja homogeenista savipitoista ainesta. Aines vaihettui tummanharmaaseen ainekseen näytteen pintaa kohti mentäessä. Näytteen pinnassa ( - 1 cm) aines oli vaaleanruskeaa, hapellisissa olosuhteissa kerrostunutta ainesta. 6 b: Näytteen pituus oli noin 63 cm. Aines oli hyvin homogeenista. Alin 2 cm näytteestä oli vaaleanharmaata, vaihettuen tummempaan ainekseen ylöspäin mentäessä. Näytteessä oli havaittavissa sulfidihippuja ylimmässä 38 cm:ssä. 6 c: Näytteen pituus oli 56 cm. Näytteen pintaosassa (ylin 16 cm) oli havaittavissa kasvinjäänteitä. Näytteen ylin - 1,5 cm oli hapellista, vaaleanruskeaa ainesta. Näytteen aines on aineksen väri ja laadun perusteella kerrostunut selvästi hapekkaammissa olosuhteissa kuin esim. näytteen 6 b aines.

10 1 Näytepiste 7 (alipainenoudin): Vesisyvyys näytepisteellä oli noin 1 m. Sedimentin pintaosa oli näytteenottohetkellä hapellinen. Alipainenoutimella otetun sedimenttinäytteen aines oli homogeenista sekä koostumukseltaan, että väriltään. Pintaosassa oli hieman sulfidihippuja. Pisteestä 7 otettiin laboratorionäyte syvyydeltä 55-6 cm. Analysoitavan näytteen aines oli vaalean rusehtavan harmaata, hapellisissa olosuhteissa kerrostunutta ainesta. Näyte 55-6 cm edustaa ns. nollanäytettä, joka kuvaa järveen kerrostunutta ainesta ennen rehevöitymistä ja sen seurausilmiöitä. Näytepiste 8 a ja b (alipainenoudin) (kuva 9): Pisteessä 8 a oli vettä 8,1 m ja pisteessä 8 b 8,8 m. Pisteessä 8 a näytteen pituudeksi saatiin 4 cm ja pisteessä 8 b 63 cm. Näytteiden aines oli hyvin samanlaista. Pisteen 8 b sedimenttinäyte oli ulkonäöltään seuraavanlaista. Näytteen alin 8-1 cm oli vaaleanruskeaa ainesta (63-53 cm), syvyydellä cm aines oli vaaleanharmaata. Syvyydellä 43-2 cm aines oli tummemman harmaata. Sulfidipitoista ainesta oli havaittavissa syvyydellä 3-15 cm. Näytteen pintaosa ( - 1,5 cm) oli vaaleanruskeaa, hapellisissa olosuhteissa kerrostunutta ainesta. Näytteen pintaosa (ylin 1 cm) oli löysää vesipitoista ainesta. Näytepiste 8 c (alipainenoudin). Vesisyvyys näytepisteessä oli 9 m ja sedimenttinäytteen pituudeksi saatiin alipainenoutimella 63 cm. Aines on lähes samanlaista kuin pisteessä 8 b. Pisteestä 8 c otettiin laboratorionäyte syvyydeltä 1-15 cm, sekä 25-3 cm. Kuva 9. Näytepisteen 8 sedimentin pintaosa, ylin 15 cm.

11 11 Kuva 1. Kakskerranjärven hapettomuudesta kärsivä pohja-alue, jossa oli havaittavissa sulfidiliejua on kuvattu kartassa harmaana alueena. Näyte -piste 4.2. Sedimenttianalyysin tulokset ja tulosten tulkinta Lounais-Suomen vesi- ja ympäristötutkimus Oy analysoi Kakskerranjärvestä otetut sedimenttinäytteet (taulukko 5, liite 2). Näytepisteen 5 pintanäyte ( - 3 cm) kuvaa järven sedimentin nykytilaa. Näytepisteen 7 näyte syvyydeltä 55-6 cm ja pisteen 8 näyte syvyydeltä 5-55 cm ovat nykytilan vertailukohtia. Aines syvyydellä 5-55 ja 55-6 cm on kerrostunut hapellisissa olosuhteissa. Taulukko 5. Kakskerranjärven sedimenttinäytteiden analyysitulokset. syv., cm Vesipit. % Kuiva -aine ka % Hehk. jäännös % ka:sta Hehk. häviö g/kg ka Hiili C (hehk. häviö /2) g/kg ka C/N BOD 7 g O 2 /kg ka Kok- N g/kg ka Kok- P g/kg ka NaOH- P g/kg ka ,1 1, ,3 3,8 6,3 2, 1, , ,8 18, ,8 2,9 5,6 1,4, , ,7 3, ,6,76 4,3 1,1, ,1 8. b ,7 19, ,46 1,5 4,8 1,2, ,3 8. b ,5 27, ,98,54 4,1,79, ,1 8. b ,7 32, ,98,63 4,1,74, ,6 Fe g/kg ka Fe/ P Sedimentin fysikaaliset ominaisuudet Kakskerranjärven Myllykylän syvänteen näytepisteestä 5 (syv. 13,5 m) otetun sedimenttinäytteen pintaosan ( - 3 cm) vesipitoisuus oli 89,1 %. Syvemmältä otetussa näytteessä (1-12 cm) vesipitoisuus oli 81,8 %. Pisteestä 7 otetussa näytteessä vesipitoisuus oli 55-6 cm:n syvyydellä enää 69,7 %. Vesipitoisuus siis laskee sedimentin tiivistyessä ja sedimentoituvan aineksen mineraaliainespitoisuuden kasvaessa.

12 12 Tämän tutkimuksen yhteydessä analysoitujen näytteiden vesipitoisuudet vastaavat Karhiman (25) Kakskerranjärvestä analysoimien näytteiden vesipitoisuuksia, jotka olivat pintasedimentissä luokkaa 9,4-92,8 % ja syvemmällä (35 cm) 7,1-74,4 %. Tulokset ovat siis vertailukelpoisia. Kakskerranjärven pintanäytteen (piste 5, -3 cm) kuiva-aineen hehkutushäviö oli 13 %, eli näyte koostui lähes täysin mineraaliaineksesta. Hehkutushäviön osuus vaihteli eri syvyydeltä otettujen näytteiden kesken vain vähän, pitoisuuden vaihdellessa välillä 9-13 %. Myös Karhiman (25) Kakskeranjärvestä analysoimien näytteiden orgaanisen aineksen pitoisuus oli samaa luokkaa, 9,6-14,1 %. Kakskerranjärven sedimentin suuri mineraaliainespitoisuus kertoo valuma-alueen eroosioherkkyydestä ja järveen kulkeutuvasta suuresta alloktonisen (valuma-alueelta) aineksen määrästä. Liitteessä 3 on esitetty Kakskerranjärven valuma-alueen maaperäkartta, joka osaltaan selittää Kakskeranjärven sedimentin fysikaalisia ominaisuuksia ja koostumusta. Valuma-alue koostuu pääasiassa kalliopaljastumista sekä silttisestä ja savisesta maaaineksesta, joka on eroosioherkkää. Kakskerranjärven pohjasedimentin kerrostumisnopeus on noin 1 cm/vuosi. Arvio perustuu Karhiman (25) ja Räsäsen & Salosen (1983) Kakskerranjärvestä tekemiin piilevätutkimuksiin. Tämän tutkimuksen yhteydessä tehdyssä sedimenttitarkastelussa havaittiin, että sulfidia sisältävän pintasedimentin paksuus on noin cm. Tämä tarkoittaa siis sitä, että Kakskerranjärven pohjanläheisen veden happipitoisuus on viimeisten vuoden aikana ollut ajoittain heikko. Tämän tutkimuksen yhteydessä analysoitujen näytteiden fysikaaliset ominaisuudet vaihtelivat vain vähän sekä syvyyden suhteen, että alueellisesti. Kakskerranjärveen kerrostunut aines on siis ollut lähes samanlaista järven lähihistoriassa, eikä suuria muutoksia ole havaittavissa Sedimentin kemialliset ominaisuudet Kakskerranjärven pintasedimenttinäytteen hiili-typpi-suhde on 1,3 ja ns. nollanäytteen (55-6 cm) 11,6. Koska elävän solun C/N-suhde on 7,6 (1:13), on alempi näyte hieman pidemmälle hajonnutta pintanäytteeseen verrattuna. Aineksen hajotessa hiilen osuus korostuu. Kaikkien Kakskerranjärven sedimenttinäytteiden C/N-suhde on lähes yhtä suuri joten sedimentoituvan aineksen laadussa ja sedimentissä tapahtuneissa hajotusprosesseissa ei ole tapahtunut suuria muutoksia. C/N-suhde lasketaan seuraavasti: C/N=(hh/2)/N hh (g/kg ka) = hehkutushäviö N (g/kg ka) = typpi C (g/kg ka) = hiili Esim. C/N (1-12 cm) = (11 g/kg ka/2)/5,6 g/kg ka = 9,8

13 13 Sedimentin koostumuksesta kertoo myös BOD 7 -pitoisuus. Happea hajotessaan kuluttavaa ainesta on pintasedimentissä ( - 3 cm) 5 kertaa enemmän kuin pisteestä 7 otetussa ns. nollanäytteessä (55-6 cm). Pintasedimentin ja syvemmän näytteen BOD 7 - pitoisuuden ero on kuitenkin melko pieni, joten kerrostuvan aineksen laatu ei ole muuttunut Kakskerranjärven lähimenneisyyden aikana kovin paljon. Pintasedimentti sisältää siis helposti hajoavaa orgaanista ainesta, mutta sen määrä on melko pieni. Hyvin paljon helposti hajoavaa orgaanista ainesta sisältävän sedimentin BOD 7 -pitoisuus voi olla kymmeniä kertoja suurempi, kuten Kuopion Petosenlammen tapauksessa, jossa pintasedimentin BOD 7 -pitoisuus on 34 kertaa suurempi kuin syvemmältä otetun ns. nollanäytteen pitoisuus ( - 2 cm 12 g O 2 kg -1 ka, 3-32 cm 3,5 g O 2 kg -1 ka). Kuopion Petosenlampi on rehevä keskustalampi, jonka tila on heikentynyt ulkoisen kuormituksen seurauksena. Nykyisin lammen heikkoa tilaa ylläpitää suuri sisäinen kuormitus, jota ruokkivat jatkuvat kesäaikaiset sinileväkukinnat. Verrattaessa Kakskerranjärven sedimentin BOD 7 -pitoisuutta hehkutushäviön, eli orgaanisen aineen määrään, eroavat näytteet jälleen hyvin vähän toisistaan. Pisteestä viisi otetun pintasedimenttinäytteen ( - 3 cm) BOD 7 /orgaaninen aines -suhde on,3 ja syvemmältä otetun nollanäytteen (piste 7, 55-6 cm),1. Kuopion Petosenlammella BOD 7 /org.aines suhde oli pintasedimentissä,315 ja syvemmällä 3-32 cm syvyydessä,1. Kakskerranjärven pintasedimentin happea kuluttavan aineksen osuus on siis hyvin pieni. Kakskerranjärven näytepisteen 5 pintasedimentin ( - 3 cm) kokonaisfosforipitoisuus (2, g kg -1 ka) on eräiden rehevien järvien sedimenttitutkimuksissa havaittuihin pitoisuuksiin nähden samaa luokkaa. Mynämäen-Mietoisten Kivijärven sedimentin pintaosan Kok-P pitoisuus oli Uusiniityn (22 a) mukaan 1-1,6 g kg -1 ka ja Vehmaan Vihtajärven noin 1,6-2, g kg -1 ka (Uusiniitty 22 b). Karhiman (25) Kakskerranjärven Myllykylän syvänteen sedimentistä analysoimien näytteiden kokonaisfosforipitoisuus oli cm:n syvyydessä 1,62-2,47 g kg -1 ka. Eri järvien sedimentin fosforinpidätyskyky on erilainen. Korkeat pitoisuudet voivat johtua järven kyvystä sitoa ylimääräinen fosfori sedimenttiin, alhaisemmat pitoisuudet voivat puolestaan johtua sisäisestä kuormituksesta, jolloin ravinteet pääsevät liukenemaan takaisin vesimassaan. Kakskerranjärven sedimentin fosforipitoisuus laskee syvemmälle mentäessä. Syvyydellä 1-12 cm (piste 5) pitoisuus on 1,4 g kg -1 ka ja pisteessä 7 syvyydellä 55-6 cm 1,1 g kg -1 ka, eli puolet pisteen 5 pintasedimentin fosforipitoisuudesta. Kakskerranjärven sedimenttinäytteistä analysoitiin myös rautaan ja alumiiniin kiinnittyneen fosforin osuus kokonaisfosforista (NaOH-uuttuva fosfori). NaOH-uuttuva fosforin fraktio on ns. labiilia fosforia, josta rautaan sitoutunut fosfori vapautuu herkästi redox-potentiaalin laskiessa. Pintasedimenttinäytteessä (piste 5, - 3 cm) NaOH-uuttuvaa fosforia oli 1,6 g kg -1 ka, eli 8 % kokonaisfosforista. Ns. nollanäytteessä (piste 7, 55-6 cm) rautaan ja alumiiniin sitoutuneen fosforin määrä oli,58 g kg -1 ka, eli 52 % näytteen kokonaisfosforipitoisuudesta. Kakskerranjärven pintasedimentin kokonaisfosforista suurin osa on siis NaOH-uuttuvassa fraktiossa, josta rautaan sitoutunut fosfori liukenee helposti veteen sisäisen kuormituksen yhteydessä. Jensenin ym. (1992) mukaan makean veden pintasedimentin rauta-fosfori-moolisuhteen (Fe:P) ollessa yli 8,5 on sedimentissä riittävästi vapaata, pidätyskykyistä rautaa sitomaan fosforia hapellisissa oloissa rautayhdisteisiin. Suhteen laskiessa pidätyskykyisten rautayhdisteiden määrä vähenee, jolloin myös sedimentin fosforinpidätyskyky laskee. Kakskerranjärven sedimenttinäytteissä on rautaa ylimäärin suhteessa fosforiin (taulukko 5). Näytepisteen 5 ylimmässä näytteessä ( - 3 cm) suhde on 31, syvyydellä 1-12 cm lähes 43.

14 14 Pisteen 7 syvyydeltä 55-6 cm otetussa näytteessä suhde on 49. Kakskerranjärven pintasedimentillä on siis hapellisissa olosuhteissa kyky sitoa fosforia rautasidoksiin. 5. SEDIMENTTITARKASTELUN JOHTOPÄÄTÖKSET Sedimenttitarkastelun perusteella Kakskerranjärven pohjasedimentti on 9-1 metriä syvemmillä alueilla ajoittain hapettomissa olosuhteissa kerrostunutta sulfidiliejua. Koska sedimentin kerrosrakenne ei ollut selvä, ei huonokuntoisen sedimenttikerroksen paksuuden alueellista vaihtelua pystytty selvästi mittaamaan. Sulfidiainesta esiintyi kuitenkin sedimenttinäytteissä syvyydellä 1,5-15 cm. Kaikissa näytteissä sedimentin ylin -1,5 cm oli hapellisissa olosuhteissa kerrostunutta ainesta. Kakskerranjärvellä vallitsi näytteenottohetkellä hapelliset olosuhteet (liite 1). Kakskerranjärven sedimentin laadussa ei ollut suuria alueellisia vaihteluja. Kerrostunut aines oli pääasiassa saviliejua, jossa oli paikoin lisäkomponenttina kasvinjäänteitä. Kasvinjäänteitä esiintyi erityisesti vesisyvyydeltään matalilta litoraalialueilta otetuissa näytteissä. Kakskerranjärveen sedimentoitunut aines kuvaa hyvin valuma-alueen päämaalajeja, silttiä ja savea. Suuri mineraaliainespitoisuus kertoo melko suuresta valuma-alueelta tulevasta eroosioaineksen määrästä. Kakskerranjärven pintasedimenttinäytteen ( - 3 cm) korkea Fe/P-suhde tarkoittaa sedimentin fosforinsitomiskyvyn olevan korkea, jos pohjanläheisen veden olosuhteet ovat hapelliset. Tarkoin mitoitetulla hapetus- tai ilmastushoidolla voidaan siis Kakskerranjärven tapauksessa saada aikaan hyviä tuloksia. Hapetus- ja ilmastushoito tulisi kohdistaa järven syvännealueille (kuva 1). Näytteiden perusteella ongelma on selvin 1 metriä syvemmillä alueilla, eli Myllykylän syvänteessä, mutta myös järven itäpään 6-1 metriä syvällä syvännealueella. 6. KAKSKERRANJÄRVEN ILMASTUSTARPEEN LASKENTA 6.1. Hapenkulumisnopeus Kakskerranjärven Harjattulan ja Myllykylän syvänteissä ei ole havaittu talviaikaisia happiongelmia hapetinlaitteiden ollessa käynnissä. Ilmeisesti laitteet sekoittavat vettä tehokkaasti pienistä tiheyseroista johtuen. Kakskerranjärven ilmastustarve voidaankin laskea kesäaikaisen ajoittain hapettomuudesta kärsivän vesimassan tilavuuden perusteella. Käytännössä tilavuus lasketaan harppauskerroksen alapuoliselle vesimassalle, eli alusvedelle. Kuvassa 11 on esitetty Kakskerranjärven kesäaikainen hapenkulumisnopeus eri syvyyksillä vuosina Hapenkulumisnopeus on ollut suurin vuosina 2-24 (vrt. kuvat 4, 5 ja 11). Kesäaikana vuosina 2-24 Myllykylän syvänteen alusveden (13 m) hapenkulumisnopeus on ollut,156 -,285 mg l -1 d -1. Harjattulan syvänteen hapenkulumisnopeus on,165 mg l -1 d -1 (taulukko 6).

15 15 Kakskerranjärvi voidaan jakaa läntiseen ja itäiseen altaaseen hapetus- tai ilmastushoitoa mietittäessä (kuva 12). Läntinen allas edustaa järven syvintä ja tilavuudeltaan suurinta aluetta. Läntisen altaan kesäaikainen harppauskerros on noin syvyydellä 1 m, jolloin hapetettavan / ilmastettavan altaan tilavuus on 359 m 3 ja hapenkulutus alusvedessä kg O 2 d -1 hapenkulumisnopeudesta riippuen. Itäisessä altaassa harppauskerros on noin 7-8 m syvyydessä, jolloin hapettavan altaan tilavuus olisi noin 3 m 3 ja hapenkulutus alusvedessä 49,5 kg O 2 kg d -1 (taulukko 6, 1. vaihtoehto). Jos alusveden paksuus on vain pari metriä pohjasta ylöspäin, on ilmastustarvetta arvioitaessa otettava huomioon alusveden ja päällysveden osittainen sekoittuminen, eli ilmastettavan vesimassan tilavuuden kasvu. Itäisessä altaassa ilmastettavaksi tilavuudeksi voidaan arvioida 5 metriä syvemmät alueet (n. 8 m 3 ), jolloin hapenkulutusnopeus olisi 132 kg d -1 (taulukko 6, 2. vaihtoehto). Koska hapetuksen ja ilmastuksen aiheuttama hapenkulumisnopeuden kasvu on 1,5-3- kertainen (veden sekoittaminen ja hapen lisäys lisäävät biologista aktiivisuutta), tulisi hapetintai ilmastinlaitteen hapetustehon olla läntisessä altaassa 3-kertaisella kulutuksella kg O 2 d -1 ja itäisessä 148,5 kg O 2 d -1 (1.) tai 396 kg O 2 d -1 (2.). Koska kuvassa 11 esitetyt hapenkulumisnopeudet on laskettu ajalla jolloin järvellä on ollut käytössä Listemakuplailmastimet, jotka ovat voineet vaikuttaa kulutusta lisäävästi. Tällöin mitattu kulutusnopeus edustaisi tilannetta hapetus/ilmastuslaitteiden toimiessa. Kerrosteisuus ei kuitenkaan ole purkautunut ja happipitoisuudet ovat olleet huonoja, joten laitteiden todellista tehoa on vaikea arvioida. Tässä yhteydessä esitämme arvion ilmastustarpeesta olettaen nykyisten laitteiden vaikutuksen vähäiseksi. Alusveden til., m 3 1. Alusveden O 2 kulumisnopeus mg/l/d Taulukko 6. Kakskerranjärven syvänteiden arvioidut alusveden hapenkulumisnopeudet (mg l - 1 d -1 ja kg d -1 ), sekä hapetettavan/ilmastettavan vesimassa tilavuus (m 3 ). 2. Alusveden O 2 kulumisnopeus mg/l/d 1. Alusveden O 2 kulumisnopeus kg/d 2. Alusveden O 2 kulumisnopeus kg/d Alusveden happivaranto kevätkierron jälk. kg LÄNTINEN ALLAS 359,285 (max), ITÄINEN ALLAS , ,

16 16 14 Myllykylä 14A hapenkulumisnopeus ( ) 12 1 Happi, mg/l Aika m 8 m m m 14 Kakskerranjärvi, Harjattulan syvänne m 12 Happi mg/l Kuva 11. Myllykylän syvänteen (14A) ja Harjattulan syvänteen kesäaikainen hapenkuluminen ( ). Hapenkulumisnopeus Myllykylän syvänteessä (13 m) vuosina 2-24,156 (sininen viiva) -,285 mg l -1 d -1 (punainen katkoviiva). Harjattulan syvänteen kesäaikainen hapenkulumisnopeus on noin,165 mg l -1 d -1.

17 17 Kuva 12. Kakskerranjärven läntinen ja itäinen allas (erotettu punaisella pystyviivalla) Laitteiston valinta Kakskerranjärvellä on aiemmin ollut yksi Mixox 75-hapetinlaite ( ). Silloiset kokemukset eivät olleet rohkaisevia. Mitoitus oli koko järveä ajatellen liian pieni, lisäksi hapetuksen vaikutuksia heikensivät kesäaikana laitteen toiminnassa pidetyt hapetustauot. Taukojen avulla pyrittiin estämään veden lämpötilakerrosteisuuden purkautuminen. Kakskerranjärvellä Mixox-hapettimen tehoa olisi pitänyt kasvattaa, mutta samalla olisi kasvanut myös kerrosteisuuden purkautumisen riski. Liitteessä 4 on laskelma nykytilanteen perusteella lasketusta Mixox-hapettimen mitoituksesta. Kakskerranjärven tapaisissa järvissä, joissa syvänteet ovat pienialaisia mutta syviä, voidaan Visiox-ilmastuksella saavuttaa hyötyä monessa suhteessa. Ilmastettaessa Visiox-ilmastimella järven kerrosteisuus voidaan säilyttää. Vaikutus voidaan kohdistaa rajattuun tilavuuteen (ilmaa ei siirretä koko vesimassaan), jolloin laitteen hankinta- ja käyttökustannuksissa säästetään. Kuopion Petosenlammella (max. 13 m) ja Siilinjärven Ahmonlammella (max. 16 m) on saatu hyviä tuloksia veden lämpötilakerrosteisuuden säilyttävällä Visiox-ilmastimella. Ilmastin imee huonohappista alusvettä pintaan ilmastettavaksi ja palauttaa ilmastetun veden harppauskerroksen alapuolelle. Petosenlammella ja Ahmonlammella on havaittu, että tiukka kerrosteisuus ja hapellinen alusvesi muodostavat alusveteen ns. ravinnenielun: pohjalle laskeutuva orgaaninen aines hajoaa tehokkaasti hapellisessa alusvedessä, lisäksi lämpötila- ja tiheyseroista johtuva tiukka kerrosteisuus estää ravinteiden pääsyn alusvedestä päällysveteen levien ravinteeksi. Kakskerranjärven syvänteiden (läntinen ja itäinen) happitilannetta voidaan parantaa joko ilmastamalla tai hapettamalla syvännealueiden alusvettä. Kakskerranjärven tapauksessa suositellaan käytettäväksi seuraavia laitteita:

18 18 Läntinen allas: Kakskerranjärven läntisen syvänteen hapentarve (lisätty ilmastuksen aiheuttama kulutuksen lisääntyminen) on noin kg O 2 d -1. Visiox-ilmastimien hyötysuhteena voidaan käyttää 1 kg O 2 / 1kWh, eli Kakskerranjärven läntisellä altaalla tarvittava ilmastusteho on 7 12,7 kw. Käytännössä tämä tarkoittaisi, että syvänteessä tulisi käyttää kahta ilmastinlaitetta, jotka olisivat tehoiltaan 7,5 kw ja 4 kw. Itäinen allas: Itäisen altaan hapenkulutusnopeus on alusveden ilmastuksesta johtuva tilavuuden kasvu huomioiden noin 396 kg O 2 d -1 (huomioitu myös ilmastuksen aiheuttama hapenkulumisnopeuden lisääntyminen). Tällöin tarvittavan Visiox-ilmastimen teho olisi laskennallisesti 16,5 kw. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd:n suurin ilmastinlaite on teholtaan 7,5 kw. Kakskerranjärven itäisen altaan pohjanläheisen veden hapensaanti pystyttäisiin siis turvaamaan kahdella 7,5 kw Visiox-ilmastimella. Kakskerranjärven itäisen altaan hapetus voidaan toteuttaa myös purkamalla (tai säätelemällä Tuusulanjärven tapaan) syvänteen kesäaikainen kerrosteisuus, jolloin alusveden hapettaminen on helpompaa ja kustannusten osalta halvempaa. Kerrosteisuuden purku (säätely) voidaan toteuttaa kahdella Mixox 75 -hapetinlaitteella tai yhdellä Mixox 1 -hapetinlaitteella. Käytännössä paras tapa kerrosteisuuden purkua ajatellen olisi sijoittaa itäiseen altaaseen kaksi Mixox 75 hapetinlaitetta. Kerrosteisuuden purkaminen vaatii kuitenkin tarkempaa pohdintaa laitemitoituksen ja vaikutusten arvioinnin osalta. Tarkemman kesäaikaisen hapenkulumisnopeuden arvioimiseksi Kakskerranjärvellä tulisi pitää kesäaikainen ilmastustauko. Kuopiossa Eeva Kauppinen Suunnittelija, maaperägeologi Erkki Saarijärvi Toimitusjohtaja, limnologi

19 19 Lähteet: Junnila, A., 24. Järven tilan kehitys. Kakskerranjärven suojeluyhdistys r.y.:n internetsivusto. (7.4.24). Karhima, A., 25. Turun Kakskerranjärven viimeaikainen kehitys pohjasedimentin perusteella tulkittuna. Pro gradu-tutkielma. Turun yliopisto, geologian laitos, maaperägeologia. Räsänen, M. & Salonen V-P., Turun Kakskerranjärven ravinnetila ja sen kehitys. Turun yliopiston maaperägeologian osaston julkaisuja 5. Turku. 35 s. Turun kaupungin ympäristönsuojelutoimisto, 21. Lausunto kaupunginhallitukselle Kakskerranjärven suojeluyhdistyksen esityksestä x/ htm. Turun kaupungin ympäristö- ja kaavoituslautakunta. Turku. ( )

20 Kakskerranjärven tutkimustuloksia Lounais-Suomen vesi- ja ympäristötutkimus Oy LIITE 1 Maastotulokset: Näytt. Kok. Näk. Tuulen Tuulen NäytePvm TutkOhj HavPaik Hav.paikan Klo ottaja syv. syv. Ilm.lt. Pilv. nop. suunt. Lumi Jää nimi m m C /8 m/s cm cm KAKJ 14A Myllykylä, uusi 1:1 JS/AL-J 14 1, SE KAKJ 22 Harjattula 22T42 1:55 JS/AL-J 1 1, SE 2 45 Vesianalyysitulokset: NäytePvm TutkOhj HavPaik Syvyys Lämpötila Happi Happik. m C mg/l Kyll % KAKJ 14A 1 1,6 13, ,7 11,1 81 6,5 2,8 1, ,9 1, , , ,4 2, KAKJ ,5 13, ,6 11, ,5 7, ,9 5,5 42

21 Näytepiste Kakskerranjärvi analysoiva laboratorio Lounais-Suome vesi- ja ympäristötukimus Oy LIITE 2 Kuivaaine vesi Hehk Hehk. BOD / Syvyys, ka pit. jäännös Hehk häviö C hiili BOD7 g hehk. Kok-N Kok-P Fe g/kg cm % % % häviö % g/kg ka g/kg ka C/N O 2 /kg ka häviö g/kg ka g/kg ka ka Fe/P 5-3 1,9 89, ,32 3,8,3 6, , ,2 81, ,82 2,9,3 5,6 1,4 6 42, ,3 69, ,63,76,1 4,3 1, ,9 8 b ,3 8, ,46 1,5,1 4,8 1, ,33 8 b ,5 72, ,98,54,1 4,1, ,9 8 b ,3 67, ,98,63,1 4,1, ,62

22 LIITE 3. Kakskerranjärven valuma-alueen maaperäkartta. kalliopaljastuma moreenia soraa / hiekkaa Kilometriä 1 2 savi / siltti valuma-alue

23 LIITE 4. Mixox hapetinlaitteiden mitoituksen laskenta. Esimerkeissä on laskettu Kakskerranjärven läntisen altaan hapettamiseen soveltuvien hapettimien mitoitusta. Mixox MC 75 hapettimen hapensiirtoteho on päällysveden happipitoisuudella 8,5 mg l kg O 2 d -1. Laite pumppaa hapekasta päällysvettä alusveteen, jolloin alusveden lämpötila yleensä nousee kesäaikana. Laitetta ei voida käyttää järvillä, joissa päällysveden tilavuus suhteessa alusveteen on pieni, tai joissa myös päällysvettä uhkaa talviaikainen happikato. Mixox MC 75 hapetinlaitteen pumppausteho on 35 m 3 d -1, jolloin Kakskerranjärven 1 metriä syvempien alueiden viipymä olisi 1 päivää. Mixox 75 hapetinlaitteen hapensiirtoteho riittää kattamaan Kakskerranjärven läntisen syvänteen hapentarpeen myös luonnonolosuhteiltaan vaikeina kesinä. Mixox MC 5 laitteen hapensiirtoteho on päällysveden happipitoisuudella 8,5 mg l kg O 2 d -1. Pumppausteho olisi tuolloin m 3 d -1 ja 1 metriä syvempien alueiden viipymä olisi tuolloin 24 päivää. Myös Mixox 5 hapetinlaitteen hapensiirtoteho riittäisi ylläpitämään Kakskerranjärven läntisen syvänteen alusveden happipitoisuuden tarpeeksi korkeana. Vesi-Eko Oy Water-Eco Ltd Yrittäjäntie 12 Y-tunnus: Kuopio tiedustelut@vesieko.fi Puh