GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 1 (14) Itä-Suomen yksikkö Kuopio MARTINJÄRVEN JA ISO KIVIJÄRVEN VERTAILUTUTKIMUKSEN JÄRVISEDIMENTTIEN CS-AJOITUSTULOKSET Geologian tutkimuskeskus (GTK) tekee parhaillaan paleolimnologista tutkimusta Keuruun Martinjärven ja Iso Kivijärven viimeaikaisesta kehityksestä yhteistyössä Jyväskylän yliopiston kanssa. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tutkia turvetuotannon vaikutuksia vastaanottavaan vesistöön ja sen sedimentteihin kahden järven vertailututkimuksen avulla. Keuruulla sijaitsevat Martinjärvi (35.483.1.41) ja Iso Kivijärvi (35.633.1) ovat vierekkäiset järvet, joista Martinjärven valuma-alueella on sekä metsätaloutta että turvetuotantoa, kun taas Iso Kivijärven valuma-alueella ei ole turvetuotantoa. Järvet ovat melko samankokoiset (77 vs. 15 ha), matalat ja niiden valuma-alueiden maankäytön ja esim. ilmakuormituksen historiat ovat todennäköisesti hyvin samanlaiset (pl. turvetuotanto Martinjärvellä). Valuma-alueiden koko ja yläpuolisen valuma-alueen järvisyys poikkeavat kuitenkin toisistaan. Näiden vierekkäisten järvien viimeaikaisia, sedimentteihin tallentuneita, muutoksia vertaamalla voidaan yrittää erottaa eri ympäristötekijöiden vaikutuksia järviin. Tässä väliraportissa kuvataan hankkeen yhteydessä otetuista järvisedimenttinäytteistä tehdyt Cs-137 ajoitustulokset jotta niitä voidaan tarvittaessa hyödyntää alueen vesiensuojelutyössä. Cesium-ajoitus perustuu 137 Cs-isotoopin syvyysjakauman tutkimiseen sedimenttisarjoista. Tämä cesiumin isotooppi ei ole luontainen vaan sitä syntyy ihmistoiminnan seurauksena. Tärkeimmät Cs-137 lähteet ovat ilmakehässä tehdyt ydinkokeet (ennen 6-luvun alkua) ja päästöt ydinvoimateollisuudesta. Suomessa järvisedimenteissä erottuu erityisen selvästi vuoden 1986 Chernobylin ydinonnettomuuden aiheuttama Cs-137 laskeuma eteläisestä Suomesta aina Pohjois-Pohjanmaan korkeudelle asti. Cesium-ajoituksessa järvisedimenteistä otettu näytesarja viipaloidaan esim. 1 cm korkuisiksi viipaleiksi joista jokaisesta analysoidaan gammaspektrometrisesti Cs-137 aktiivisuuspitoisuus. Kun tulokset yhdistetään, saadaan Cs- 137 syvyysjakauma joka kuvastaa eri aikoina näytteenottopaikalle kertyneen sedimentin Cs-137 pitoisuuden kehitystä. Syvyysjakaumasta voidaan useimmiten paikallistaa vuoden 1986 hyvin voimakas laskeuma ja sen jälkeen jatkunut Cs-137 kulkeutuminen valuma-alueelta ja järvialtaan muista osista näytteenottopaikalle. Suotuisissa oloissa (erit. hidas ja tasainen kuiva-aineen kertymä) voidaan joskus paikallistaa myös 196-luvun alun ilmakehässä tehtyjen viimeisten suurten ydinkokeiden aiheuttama Cs- 137 laskeuman nykyinen hautautumistaso sedimentissä. Tämän tutkimuksen Cs-137 mittaukset tehtiin GTK:ssa Ortec ACE-2K monikanava-analysaattorilla. Näytteet Tutkimusjärvistä otettiin sedimenttinäytteitä Cs-määrityksiin vaijerikäyttöisellä näytteenottokalustolla. Limnos-sedimenttinoutimella otettiin Martinjärvestä kuusi sedimenttisarjaa ja Iso Kivijärvestä viisi sedimenttisarjaa. Näiden lisäksi molemmista järvistä otettiin yksi näytesarja suurihalkaisijaisella
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 2 (14) mäntänoutimella (sisähalkaisija 146 mm). Näytteiden tiedot on esitetty Taulukossa 1 ja näytteiden sijainti kartalla Liitteessä 1. Taulukko 1. Sedimenttinäytteiden tiedot. Nimi Näytteenotto tyyppi pituus (cm) itäkoord pohjoiskoord vesisyvyys pvm Martinjärvi 1 3/14/212 Limnos 25 3365611 6925351 1.9 Martinjärvi 1B 3/14/212 Limnos 15 3365611 6925351 1.9 Martinjärvi 2 3/15/212 Limnos 33 3365528 6925353 1.9 Martinjärvi 2B 3/15/212 Mäntän. 74 3365528 6925353 1.9 Martinjärvi 3 3/15/212 Limnos 15 3365792 692588 1.8 Martinjärvi 4 3/15/212 Limnos 2 3365497 6924835 1.8 Martinjärvi 5 3/15/212 Limnos 23 3365439 6925551 1.8 Iso Kivijärvi 1 3/26/212 Limnos 24 3371345 6925763 4.8 Iso Kivijärvi 2 3/26/212 Limnos 19 3371345 6925753 4.8 Iso Kivijärvi B 3/27/212 Mäntän. 59 3371345 6925763 4.8 Iso Kivijärvi 3 3/27/212 Limnos 1 3371553 6926116 Iso Kivijärvi 4 3/27/212 Limnos 15 3371331 6925564 Iso Kivijärvi 5 3/27/212 Limnos 1 3371288 692516 Martinjärvellä näytteenotto keskittyi järven pohjoisosan laakealle n. 2 m syvyiselle pohjan alueelle. Martinjärvessä ei ole selkeää suojaisaa syvännettä jollainen olisi ihanteellinen sedimenttitutkimuksille, vaan nyt valittu näytteenottokohde on järven syvintä aluetta. Näytteenottopaikkaa siirrettiin kerran vajaat sata metriä lännemmäksi, koska ensimmäisellä näytteenottopaikalla järvisedimenttiä oli vain 1,9 m. Todennäköisesti tällä ensimmäisellä näytteenottopaikalla on järvisedimentin ja jääkauden jälkeisten savien alla esim. moreenikumpare ja pitkän aikavälin kerrostuminen on sen vuoksi ollut hitaampaa. Näytteenottoalueen valintaan vaikutti lisäksi sijainti lähellä Kalmunevan turvetuotantoalueen suunnasta laskevien vesien purkupaikkaa Martinjärven pohjoispäässä. Pääasiallisen näytteenottoalueen lisäksi Limnos-näytteitä otettiin pohjoisempaa, vielä lähempää vesien tulosuuntaa (Martinjärvi 5), järven keskiosan pohjoiseen aukeavalta lahdelta (Martinjärvi 3) ja järveen työntyvän niemen länsipuolelta (Martinjärvi 4). Iso Kivijärven näytteenotto keskittyi pienialaiseen syvänteeseen järven keskiosassa olevien särkkien itäpuolella (4,8 m vesisyvyys). Tämän lisäksi näytteitä otettiin järven itä- ja eteläosan lahdista (iso Kivijärvi 3 ja 5) sekä em. särkän todennäköiseltä jatkeelta (Iso Kivijärvi 4). Martinjärven pääasiallisella näytteenottoalueella sedimentin pintaosa oli punertavanruskeaa järviliejua tai järvimutaa ja sedimentin yläosa keskiruskeaa, piirteetöntä järviliejua/järvimutaa (Kuva 1). Näytteenotot onnistuivat hyvin ja vesi näytteiden päällä ei ollut samentunut (sedimentin pinta pysyi varsin häiriöttömänä (Kuvat 1 ja 2)). Sama koski mäntänoutimen näytteenottoa (Kuva 3).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 3 (14) Kuva 1. Limnos-näytteen yläosa Martinjärven näytteenottopaikalta 2 (pääasiallinen näytteenottopaikka). Huomaa sedimentin punertava häiriintymätön pintakerros ja kirkas humusväritteinen vesi.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 4 (14) Kuva 2. Limnos-näyte Martinjärven näytteenottopaikalta 1.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 5 (14) Kuva 3. Mäntäluotaimen näytteen pintaosa Martinjärven näytteenottopaikalta 2. Myös tämän näytteen pintaosa on säilynyt varsin häiriintymättömänä ja vesi näytteen päällä on kirkasta. Tulokset Martinjärvi Tässä tutkimuksessa aktiivisuuspitoisuudet mitattiin kuivaamattomista näytteistä alkuperäisissä näytepusseissa lukuun ottamatta mäntäluotaimella otettuja näytteitä, jotka mitattiin kuivatuista näytteistä kun niistä oli ensin erotettu muihin analyyseihin tarvittavat osanäytteet. Tämän vuoksi mäntäluotaimen näytesarjojen mitattavat näytteet muodostuivat varsin pieniksi ja Cs-signaali huonoksi. Sen sijaan Limnos-näytteiden mittaukset onnistuivat hyvin. Martinjärven mittautulokset on esitetty alla kuvissa 4-6.
Cs-137 (Bq/kg) Cs-137 (Bq/kg) GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 6 (14) 12 1 8 Martinjärvi 1 Limnos 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 Martinjärvi 1 B Limnos 12 1 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 Kuva 4. Cs-137 tulokset Martinjärven näytteenottopaikalta 1. Cs-137 aktiivisuuspitoisuus sedimentissä nousee jyrkästi 7-9 cm välillä.
Cs-137 (Bq/kg) Cs-137 (Bq/kg) GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 7 (14) Martinjärvi 2 Limnos 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 Martinjärvi 2 Mäntänoudin 7 6 5 4 3 2 1 1 4 7 1 13 16 19 22 25 28 31 34 37 4 43 46 49 52 55 58 61 64 67 7 73 Kuva 5. Cs-137 profiilit Martinjärven näytteenottopaikalta 2. Mäntänoutimen mittaukset tehtiin kuivatuista näytteistä joiden massat olivat liian pieniä mittaukseen. Selkein lukema (n. 65 Bq/kg) saatiin 6-7 cm näytteestä.
Cs-137 (Bq/kg) GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 8 (14) 14 12 1 Martinjärvi 4 Limnos 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 9 (14) Kuva 6. Cs-137-profiilit Martinjärven näytepisteistä 3-5. Martinjärven sedimenttiprofiilien perusteella vuoden 1986 taso sedimenteissä sijoittuu laajalla alueella järvessä 6-8 cm välille. Cesiumin syvyysjakaumissa näkyy selkeä aktiivisuuspitoisuuden nousu useimmiten 9-1 cm sývyydeltä alkaen ja tämä nousu päättyy joko 6-7 cm näytteeseen (näytepisteet 1-4) tai 7-8 cm näytteeseen (pisteet 1B ja 5). Tällainen syvyysjakauma vastaa noin 2,6 mm 3, mm keskimääräistä vuotuista sedimentin paksuuskasvua kuluneen 25 vuoden aikana. Martinjärven Cs-profiileissa merkille pantavaa on Cs-aktiivisuuden pysyminen korkealla myös ensimmäisen jyrkän nousun jälkeen. Itse asiassa monissa profiileissa korkeimmat aktiivisuuspitoisuudet on mitattu 2-4 cm syvyydeltä sedimentistä. Tämä saattaa johtua cesiumin kerrostumisen jälkeisestä liikkumisesta sedimentissä kuten esim. Davis et al. (1984) tutkimuksissa kuvataan. Alkuperäinen Csaktiivisuuspitoisuuden nousukohta ja sen alapuolinen matalan Cs-pitoisuuden sedimentti erottuvat profiileista kuitenkin selvästi. Martinjärvi 2 Limnos näytteen Cs-profiili on selkeän kaksihuippuinen. Syy alempaan, noin 15-19 cm syvyydelle sijoittuvaan korkeiden pitoisuuksien kerrokseen ei ole selvä. Todennäköisimmin kyse on sedimentin hiertymisestä näytteenottimen reunoja myöden syvemmälle sedimenttiin, mutta aktiivisuudet syvemmällä ovat varsin korkeita johtuakseen tällaisesta mekanismista. Todennäköisesti kyse ei myöskään ole 6-luvun alun ydinkoelaskeumasta, koska aktiivisuuspitoisuudet ovat siihenkin liian korkeita. Samalta alueelta otetusta mäntäluotainnäytteestä ollaan tekemässä radiolyijyajoitusta (Pb-21) Säteilyturvakeskuksessa (STUK) ja nämä tulokset tuovat toivottavasti valaistusta asiaan.
Cs-137 (Bq/kg) GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 1 (14) Iso Kivijärvi 7 6 5 Iso Kivijärvi 1 Limnos 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24
Cs-137 (Bq/kg) GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 11 (14) Kuva 7. Cs-137-pitoisuusprofiilit Iso Kivijärven syvänteen näytteenottopaikalta. Vuoden 1986 taso on näytteissä 7-8 tai 8-9 cm syvyydellä. 7 6 5 Iso Kivijärvi 3 Limnos 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24
Cs-137 (Bq/kg) GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 12 (14) 14 12 1 Iso Kivijärvi 5 Limnos 8 6 4 2 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 Kuva 8. Iso Kivijärven näytteenottopaikkojen 3-5 Cs-137 syvyysjakaumat. Iso Kivijärven syvänteen sedimentin viimeaikainen paksuuskasvu on ollut samaa luokkaa tai hieman nopeampaa kuin Martinjärven tyypillinen sedimentin paksuuskasvu. Vuoden 1986 nykyinen hautautumistaso on sedimenteissä 7-8 tai 8-9 cm osanäytteissä. Tämä johtuu todennäköisesti osaltaan
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 13 (14) näytteenottopaikan luonteesta: pienialainen syvänne muutoin laakeassa järvessä kerää runsaasti sedimentaatiota. Cesium-profiileissa kuvastuu hyvin myös paikan suojaisuus ja sedimentaation tasaisuus, kun Cs-piikki laskee nopeasti sedimentin pintaa kohti ja kerrostumisen jälkeisestä Cesiumin liikkumisesta aiheutuu varsin pieni aktiivisuuspitoisuuden nousu lähempänä sedimentin pintaa. Mäntänoutimen kuivatut näytteet olivat Iso Kivijärvenkin tapauksessa niin pieniä (,15-,41 g) että tuloksissa on paljon kohinaa. Vuoden 1986 laskeuma kuitenkin todennäköisesti erottuu 7-8 cm näytteessä. Iso Kivijärven itäkoilliseen työntyvästä lahdesta otetussa näytteessä 3 Cesiumin syvyysjakauma on hyvin syvänteen näytteenottopaikan kaltainen ja vuoden 1986 taso osuu 7-8 cm osanäytteeseen. Eteläisestä lahdesta otetun näytteen 5 jakauma ei ole yhtä selkeä mutta siinäkin vuosi 1986 ajoittunee 6-8 cm välille. Sen sijaan näytteenottopaikka 4 on selvästi tuulen vaivaama ja korkeimmat Cs-pitoisuudet osuvat 1-2 cm näytteeseen. Paikalla voi olla myös hidas kerrostumisnopeus mutta todennäköisimmin profiilin muoto johtuu sedimentin sekoittumisesta matalalla pohjan alueella koska näytteenottopaikka on todennäköisesti osunut järvessä olevan särkän vedenalaiselle jatkeelle. Iso Kivijärvi 1 ja 3 näytteissä näkyy aktiivisuuspitoisuuden huiput myös syvemmällä sedimentissä (17-18 cm syvyydellä näytteessä 1, 2-21 cm syvyydellä näytteessä 5). Näissä saattaa olla kyse 196-luvun alun Cesium-laskeumasta mutta molemmissa tapauksissa alemmat huiput ovat hieman liian syvällä verrattuna 1986 laskeumaan jotta kyse olisi 1961-1963 ikäisistä sedimenteistä. Yhteenveto Keuruun Martinjärven ja Iso Kivijärven Cesium-profiilien avulla pyrittiin paikallistamaan järvien sedimenttinäytesarjoista vuoden 1986 Chernobylin ydinonnettomuuden aiheuttama Cs-137 isotoopin laskeuma. Laakean ja matalan Martinjärven sedimenttisarjoissa laskeuma oli hautautunut tyypillisesti 7-8 cm syvyyteen, mikä vastaa keskimääräistä 2,6 mm 3, mm vuotuista sedimentin paksuuskasvua edeltävien 25 vuoden aikana. Todennäköisesti altaan mataluudesta ja sedimentin ominaisuuksista johtuen aktiivisuuspitoisuudet eivät laske Martinjärven Cesium-profiilien yläosassa kuten esimerkiksi Iso Kivijärven profiileissa, mutta Cesiumilla kontaminoitunut sedimenttikerros on silti selvästi löydettävissä. Iso Kivijärvessä sedimentin paksuuskasvu on ollut samaa luokkaa kuin Martinjärvessä. Järven syvännealueelta otetuissa näytteissä paksuuskasvu on ollut hieman Martinjärveä nopeampaa (3,-3,4 mm/a) mikä johtunee sedimentin fokusoitumisesta laakealta pohjalta pienialaiseen syvänteeseen. Sen sijaan matalilta pohjan alueilta arvioidut paksuuskasvut ovat samaa luokkaa Martinjärven kanssa (2,6 3, mm/a).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VÄLIRAPORTTI 14 (14) LÄHTEET FT Tommi Kauppila Johtava tutkija Davis, R.B., Hess, T.C., Norton, S.A., Hanson, D.W., Hoagland, K.D. & Anderson, D.S. 1984. 137 Cs and 21 Pb dating of sediments from soft-water lakes in New England (USA) and Scandinavia, a failure of 137 Cs dating. Chemical Geology 44, 151-185. TIEDOKSI Aluejohtaja Risto Pietilä Toimialapäällikkö Raimo Nevalainen Erikoistutkija Jari Mäkinen Ohjelmajohtaja Hannu Idman Professori Jarmo Meriläinen, Jyväskylän yliopisto Hallituksen jäsen Juhani Alanko, Martinjärven vesienhoitoyhdistys ry Erityisasiantuntija Jaakko Soikkeli, Vapo Oy
3364 3365 3366 3367 3368 3369 337 3371 3372 3373 Kalmonlampi Talvimäki Pykälämäki 6929 Pellonpää Pajula Lammassuo Siltasuo ðn Petäjistö Isosuo 6929 Hanhiniemi Metsämaa Lammasjärvi Kutinlahti Näsilampi Tapiola 6928 6927 Suojärvi Isosaari Suojärvi Sivula Uutela Hietaranta Hiljala Ryönänkoski Kalmonsuo Turvetuotantoalue Kallio-Kuolemainen ðn Ojamaa Korpela Lammaspuro Juurikassuo Loilonpuro Näsilamminkytö Alkula Ruinunneva Ruinunpuro Kortepuro Tervahaudanneva 6927 6928 Lehmilampi Kivisuo Konisuo Isosaari 6926 Läntinen Itäinen Martinjärvi 5 Limnos Kuolemainen Kaakkolampi Kivilampi Iso Kivijärvi Iso Kivijärvi 3 Limnos Iso Kivijärvi 2 LimnosIso Kivijärvi B Bertta Iso Kivijärvi 1 Limnos Iso Kivijärvi, putki2 Muoviputki Iso Kivijärvi 4 Limnos 6926 6925 Valkeajärvi Valkeajärvi Eteläaho Martinjärvi 2B BerttaMartinjärvi 2 Limnos Martinjärvi 1 Limnos Valkealampi Martinjärvi 1B Limnos Martinjärvi Martinjärvi 3 Limnos Korpela Martinjärvi 4 Limnos Valkeajärvi Solmulehto Aittolampi Kapuskapuro Isoneva Raatosuo Rajasuo Kivisuo Kivimaa Alakytö Iso Kivijärvi 5 Limnos Isoniitty Niemelä Salmi Raatesalmi 6925 6924 Niemi Jokiaho Jokela Ylä-Koivumäki Koivumäki Välikytö Yläkytö Kulmala Itäkytö Rinne Vähä Kivijärvi 6924 Raitamäki Ala-Koivumäki Vehmas Haara-aho 6923 Heinä-Valkeinen ðl Maso Kilpineva Välimäki Kuusela Jouhtimäki Pekanmäki Jouhtineva Kartiskalampi Kartiskapuro Kupanjärvi 6923 Joenniemi Takala Isolampi Jouhtilampi Koukkusuo Pyrynneva 3364 3365 3366 3367 3368 3369 337 3371 3372 3373