Sulfidisavien tutkiminen Ympäristö- ja pohjatutkimusteemapäivä 9.10.2014 Mikael Eklund Geologian tutkimuskeskus 9.10.2014 1
Peruskäsitteitä Sulfidisedimentti (Potentiaalinen hapan sulfaattimaa) Maaperässä luontaisesti esiintyviä rikkipitoisia sedimenttejä, jotka usein ovat myös ovat liejupitoisia. Rikki yleensä rautasulfideina. Raekoostumukseltaan yleisimmin savea tai silttiä, mutta voivat olla myös hiekkaa Väri yleensä musta tai hyvin tumman harmaa, massiivinen, raidallinen tai laikukkainen, ph tyypillisesti 6-7 Kerrostuneet alun perin merenpohjaan, nykyisin usein peltomaata tai soiden pohjamaata pohjavedenpinnan alapuolella Rikin haju usein selvästi tunnistettavissa 9.10.2014 2
Peruskäsitteitä Sulfaattimaa Hapettomassa tilassa sulfidisedimentit eivät aiheuta haittaa ympäristölleen. Kun tällainen sedimentti altistuu hapettumiselle muodostuu rautasulfideista rikkihappoa ja sedimentin ph laskee jyrkästi ja syntyy hapan sulfaattimaa Sedimentin väri muuttuu tyypillisesti vaalean harmaaksi tai ruskeaksi Sedimentin ph laskee keskimäärin arvosta 6-7 alle 4,5, paikoin jopa alle 3,5 Hapettuminen johtuu yleensä ihmistoiminnasta; ojitus, kuivatus, erilainen rakentaminen 9.10.2014 3
Happamien sulfaattimaiden ongelmat Maaperän, pintavesien ja pohjavesien happamoituminen Haitallisten metallien liukeneminen maaperästä (mm. Al, Cd, Co, Cu, Ni, Zn, U) Näistä johtuvia kalakuolemia ja maatalouden tuottavuuden heikkenemistä Teräs- ja betonirakenteiden syöpyminen Happamilla sulfaattimailla on myös yleisesti heikot geotekniset ominaisuudet Läjitettyjen sedimenttien hapettuessa happamia vesiä valuu ympäristöön 9.10.2014 4
Sulfidisavien esiintyminen Happamien sulfaattimaiden aiheuttamat ongelmat tunnetaan parhaiten Pohjanmaan rannikkoseudulla Sulfidisedimenttejä esiintyy kuitenkin koko rannikkoseudulla (ja melko pitkälle sisämaahan) Kymenlaakson Virolahdelta aina Lapin Yli-Tornioon saakka Rajaavana tekijänä on muinaisen Litorinameren ylin ranta, jonka alapuolella sulfidisedimenttejä esiintyy Litorinameren ylimmän rannan asema on karkeasti ottaen Pohjanmaalla ja Pohjois- Suomessa 100 m korkeustasolla ja Etelä- Suomessa 40 m korkeustasolla 9.10.2014 5
Sulfidisavien tutkiminen Sulfidisavien ja sulfaattimaiden esiintymistä ja ominaisuuksia on tutkittu vuosikymmeniä eri laitosten ja tekijöiden toimesta Kartoitusmenetelmät ja luokituskriteerit ovat vaihdelleet, joten eri tutkimukset eivät aina ole vertailukelpoisia Usean tutkimuslaitoksen yhteistyön tuloksena laadittiin yhteiset ohjeet happamien sulfaattimaiden kartoitukseen ja riskiluokitteluun (2012) GTK tekee parhaillaan 1:250 000 mittakaavaista happamien sulfaattimaiden yleiskartoitusta Kartoitetaan olemassa olevia todellisia happamia sulfaattimaita sekä potentiaalisia sulfaattimaita (sulfidisedimenttejä, jotka hapettuessaan muodostavat hapanta sulfaattimaata) 9.10.2014 6
Happamien sulfaattimaiden yleiskartoitus Kartoitusvaiheet ja menetelmät Kartoitussuunnitelma (1:250 000) o MML:n aineistot o Litorinameren ylin ranta (http://hakku.gtk.fi) o Maaperäkartat, turvekartoitukset o Aerogeofysiikan aineistot o Laserkeilaus-aineisto o Vanhat tutkimukset o Yleensä valuma-aluekohtainen suunnitelma o Havaintotiheys 1 havainto/ 2-2,5 km 2 (potentiaalisilla alueilla 1 havainto/km 2 ) o Tavoitteena sekä havaintojen kattavuus että työn tehokkuus 9.10.2014 7
Maastotutkimukset Piikityspisteet 2 m pitkällä urallisella teräspiikillä käsivoimin, tavoitteena kuitenkin pääsy 3 m syvälle (hyödynnetään ojia) Nopea havainnointi Kerrosten kuvaus (maalaji, väri, haju jne.) ph-mittaukset ja näytteenotto tarvittaessa Kaikki tiedot kirjataan maastotietokoneelle 9.10.2014 8
Maastotutkimukset Profiilipisteet Tehdään kevyellä tärykairalla, 1m näytteenottimella Paikalliset tyyppiprofiilit Litostratigrafian kuvaus o Tekstuuri ja rakenteet o Rajapinnat o Väri (Munsell-koodit) ph-mittaukset (20 cm välein) Näyttenotto 20 cm osissa / noudattaen rajapintoja Valokuvat kairanäytteistä sekä yleiskuva Kaikki tiedot kirjataan maastotietokoneelle 9.10.2014 9
Maastotutkimusten jälkeen Valitaan näytteet analyysiin o Analysointi ICP-OES tekniikalla (rikki (S) tärkein)+ mahdolliset raeanalyysit Aloitetaan ph-inkubaatio (näytteiden altistaminen ilmalle = hapettaminen) o 9 viikon jälkeen ph-mittaus, tarvittaessa jatketaan vielä 10 viikkoa (jos ph 4,1-6,4) o Näytteessä on sulfideja, mikäli ph on inkubaation jälkeen 4,0 tai alle ja pudotusta on tapahtunut vähintään 0,5 yksikköä Tulosten käsittely o Pisteiden luokittelu, mallinnus o Kartan piirto o Raportointi Tuloksena riskinarviokartta happamien sulfaattimaiden esiintymisestä valuma-alueella 9.10.2014 10
Tuloksia ja huomioita Sulfideja esiintyy hyvin erityyppisissä sedimenteissä (savi, siltti, hiekka) Maastossa sulfidien toteaminen ei aina ole helppoa Yli 0,2 % rikkipitoisuus savisissa ja silttisissä sedimenteissä ennakoi hyvin sulfaattimaan esiintymistä ph:n mittaaminen maastossa ja inkuboinnin jälkeen ensiarvoisen tärkeää GTK:n kartoitukset etenevät Pohjanmaalla ja Etelä-Lapissa, Etelä-Suomesta toistaiseksi rajallisesti tietoa Paikkakohtaisia selvityksiä tarvitaan aina kun happamien sulfaattimaiden esiintymis- todennäköisyys on suuri tai kohtalainen 9.10.2014 11
http://www.gtk.fi/tietopalvelut/palvelukuvaukset/happamat_sulfaattimaat.html 9.10.2014 12
Happamat sulfaattimaat -karttapalvelu 9.10.2014 13
Kiitos mielenkiinnosta mikael.eklund@gtk.fi 9.10.2014 14