SULFAATTIMAIDEN OMINAISUUDET JA KARTOITTAMINEN

Peter Edén 2011 Peter Edén 2012 SULFAATTIMAIDEN OMINAISUUDET JA KARTOITTAMINEN Peter Edén, Jaakko Auri, Emmi Rankonen, Annu Martinkauppi ja Anton Boman 13.12.2012 1

MIKÄ ON HAPAN SULFATTIMAA? 1. Sulfidi(rikki)pitoinen savi /hiesu/lieju alkoi muodostua Litorinameri -vaiheessa 8 000 vuotta sitten, ja jatkuu vielä > > potentiaalinen hapan sulfaattimaa 2. Luonnontilassa peittyy turpeen alle (kuva) 3. Maankohoaminen > > sulfidisedimentti noussut / nousee merestä 4. Kuivatetaan >> sulfidisavi kontaktiin ilman hapen kanssa > > todellinen hapan sulfaattimaa Turvepeite Hapettunut kerros ph 2.4 (todellinen) Ojaa syvennetty Alkuperäinen sulfidisedimentti Pelkistynyt (potentiaalinen) ph 6-7 Syntyy rikkihappoa, joka vuorostaan liuottaa metalleja maaperästä ph 3-4 +metalleja Peter Edén 2010 13.12.2012 2

Myös metsämailla turpeen alla Jaakko Auri 2012 13.12.2012 3

Turvetuotanto päättynyt Sulfidisedimentti hapettuu Veden ph 3.2 Peter Edén 2010 13.12.2012 4

HS-maat huomioitava myös taajamissa / suunnittelussa / rakentamisessa Tien rakentaminen / 17 m HS-maata Kiertoliittymä, Vaasa Ramboll 2012 Peter Edén 2011 Huonot geotekniset ominaisuudet Rakenteet syöpyvät Kaivumassoista huolehdittava Peter Edén 2011 13.12.2012 5

Ihmisen toiminta aiheuttaa hapettumisen: maatalousmaan kuivatus metsä- ja suo-ojitukset turvetuotanto kaikenlainen rakennustoiminta Ben MacDonald Robert Sundström 13.12.2012 6

Pyhäjoki / Vähäjoki Jermi Tertsunen 2011 Jermi Tertsunen 2011 13.12.2012 7

HAITAT 50 vuotta sitten HS-maat olivat maatalouden ongelma - runsas kalkitus, että jotain saatiin kasvamaan Salaojitus 1960-luvulta lähtien YMPÄRISTÖONGELMA Happamista sulfaattimaista aiheutuvia haittoja mm.: Valumavesien happamuus (ph 3-4) ja korkeat Al, Cd, Co, Cu, Ni, Zn, U Pintavesien kemiallinen ja ekologinen tila heikkenee, kalakuolemat näkyvin Vrt: Talvivaara Luodon-Öjanjärvi Syntyy uutta ongelmasedimenttiä suisto- ja rannikkoalueille Teräs- ja betonirakenteiden syöpyminen rakentamisessa Kaivumassoista huolehdittava Heikot geotekniset ominaisuudet y.m. Peter Edén 2011 13.12.2012 8

EU:n vesipuitedirektiivi Kansallinen strategia 2011 Vesienhoitosuunnitelmien toteutusohjelma 2011 1. Vesidirektiivin edellyttämää, pintavesien hyvää tilaa ei pystytä Länsi-Suomessa saavuttamaan 2015 mennessä HS-maiden takia 2. Kartoitus nopeasti (laajuus, syvyys, laatu, riskiluokittelu) 3. Tiedotus, koulutus, menetelmien kehittäminen ja käyttöönotto aloitettava heti 13.12.2012 9

KARTOITUS ALKOI 2009 HaKu Happaman vesistökuormituksen ehkäisy Siikajoki Pyhäjoki alueella 2009 2012 MTT, PPO ELY, GTK, RKTL, OY Osatehtävä 1: Kartoitus (GTK) Catermass LIFE+ -hanke 2010-2012 Myös kartoitusosio 13.12.2012 10

Maaperä-, kallio-, turve-, korkeus- ja aerogeofysiikan tiedot potentiaaliset alueet suunnitelma maastokartoitus ja näytteenotto Piikitys, 2-3 m Kairaus, 3 m Profiilinäytteet ph suoraan profiilista, tietojen tallentaminen näytteenotto analyysiin Kuva: Olli Breilin 2009 Kuva: Emmi Rankonen 2010 Kuva: Peter Edén 2011 Havainnot, mittaukset ja analyysit karttoja (monimuuttuja-analyysi) ja luokittelu 13.12.2012 11

JATKOANALYYSIT Osa näytteistä lähetään laboratorioon jatkoanalyysejä varten ICP-OES, rikki (S) + 30 muuta alkuainetta Loput näytteistä inkuboidaan (hapettuminen 8-16 viikkoa), jonka jälkeen mitataan ph uudestaan Maastossa mitattu ph 6,2 Inkubaatio ph 1,6 Kuva: Emmi Rankonen 2010 13.12.2012 12

Hapettunut Todellinen hapan sulfaattimaa HaKu alueella mustaa savea-hiesua Kuvat: Emmi Rankonen 2010 13.12.2012 13

Kuva: Emmi Rankonen 2010 Kuva: Emmi Rankonen 2010 13.12.2012 14

Happamat Hiekat / Hiedat (HH-maat) Kauhava, hietamonttuja ph 1.87 ph 3.06 Peter Edén 2011 13.12.2012 15

Hapan Hieta / Hiekka Karkeampi Alhainen rikki (< 0.1%) Huono puskurikyky Majavaoja Olkijoki Rukkisenoja Muita!? 13.12.2012 16

PISTEKARTTA - 2 149 havaintopistettä - > 800 analyysia (rikki + 30 muuta alkuainetta) 13.12.2012 17

4 664 km 2 HUOM! Yleiskartta 1:250 000 1 havainto / 2 km 2 Todennäköisyyksiä! Ei tilakohtaiseen käyttöön! 13.12.2012 18

MTT Ruukin pellot Täsmäkartoitus 51 havaintopistettä 13.12.2012 19

PISTEKORTTI (1) Profiilipiste JMAU-2010-13 Havaintotiedot Havainnontekijä: GTK Havaintopäivä: 30.06.2010 Havaintopaikan tiedot Maakunta/kunta: Pohjois-Pohjanmaa/Alavieska Valuma-alue: Pyhäjoen valuma-alue Koordinaatit (YKJ): x 3368737 y 7132598 Korkeustaso (N2000): z 38 m eet 1:250 000 kartoituksessa i sulfaattimaaksi mikäli jokin seuraavista kriteereistä apinnasta: 4 (pois lukien turpeet) itoisuus on yli 0,2 % (pois lukien turpeet) ph-inkubaatiossa alle neljän maaperänäytteistä aistinvaraisesti (väri, haju ja teksnetaan hapettua 8-16 viikkoa, jonka jälkeen maasetuksen jälkeisiin arvoihin. Mikäli ph-arvo on lasketunut vähintään 0.5 yksikköä, voidaan näytteissä to- ph(m) = maastossa mitattu ph Happaman sulfaattimaan hapettuneen (happamoituneen) kerroksen ph-arvo on tyypillisesti alle neljän. Hapettumattoman (pohjavedenpinnan alaisen) sulfidirikkipitoisen kerroksen ph on tyypillisesti 6-8 välillä. ph(i) = inkuboitu ph ph-inkubaatiossa maaperänäytteiden annetaan hapettua 8-16 viikkoa, jonka jälkeen maastossa mitattuja ph-arvoja verrataan hapetuksen jälkeisiin arvoihin. Mikäli ph-arvo on laskenut neljään tai alle ja pudotusta on tapahtunut vähintään 0,5 yksikköä, voidaan näytteissä todeta esiintyvän sulfideja ja maaperä luokitella happamaksi sulfaattimaaksi. S(tot) % = kokonaisrikkipitoisuus Happaman sulfaattimaan hapettumattoman sulfidirikkipitoisen kerroksen kokonaisrikkipitoisuus on 0,2 % kuivapainosta. Tutkimuspisteiden näytteiden kokonaisrikkipitoisuus on määritetty 20 cm kokoomanäytteistä ICP-OES - menetelmällä. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLOGISKA FORSKNINGCENTRALEN GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND 13.12.2012 20

PISTEKORTTI (2) Profiilikuvat (syvyydet metreinä maanpinnasta) 0-1 m, yläpää oikealla 1-2 m, yläpää oikealla 2-3 m, yläpää oikealla Riskiluokitus Profiilipisteen Q_JMAU-2011-5 luokitus: 2/B/I (sulfidin esiintyminen / minimi ph (0-3 m syv.) / kokonaisrikkipitoisuus) Sulfidikerroksen alkamissyvyys LUOKKA Sulfidin alkamissyvyys (m) 1 0-1,0 2 > 1,0-1,5 3 > 1,5-2,0 4 > 2,0-3,0 5 sulfidi kokonaan hapettunut 6 ei sulfidia 0-3 m syvyydellä Kokonaisrikkipitoisuus (lisämääre) Maastossa mitattu minimi-ph (lisämääre) LUOKKA Minimi ph (0-3 m syv.) A < 3,5 B 3,5-3,9 C 4,0-4,4 D 4,5 0 000 kartoituksessa maaksi mikäli jokin seuraavista kriteereistä a: kien turpeet) n yli 0,2 % (pois lukien turpeet) aatiossa alle neljän näytteistä aistinvaraisesti (väri, haju ja tekspettua 8-16 viikkoa, jonka jälkeen maaslkeisiin arvoihin. Mikäli ph-arvo on laskeintään 0.5 yksikköä, voidaan näytteissä to- LUOKKA Kokonaisrikkipitoisuus (%) Huomautus I 1,0 II 0,6 ja < 1,0 välillä Ilmoitetaan sulfidikerroksen ylimmän 40 III 0,2 ja < 0,6 välillä cm:n kokonaisrikkipitoisuuden keskiarvo. IV < 0,2 Sulfidikerroksen alkamissyvyys Kertoo hapettumattoman sulfidikerroksen alkamissyvyyden maanpinnasta. Mitä lähempänä maanpintaa hapettumaton sulfidikerros sijaitsee, sitä suurempi on riski sulfidien hapettumiselle ja maaperän happamoitumiselle ojitus-/ kuivatustilanteessa. Lisäksi happamuuskuormituksen määrä on sitä isompi, mitä paksumpi sulfidikerros altistuu hapettumiselle. Maastossa mitattu minimi-ph Minimi-pH 0-3 metrin syvyydellä maanpinnasta kuvastaa maaperän hapettumisen ja happamoitumisen nykytilannetta. Kokonaisrikkipitoisuus Hapettumattoman sulfidikerroksen kokonaisrikkipitoisuus kuvastaa maaperän sulfidipitoisuutta ja ennustaa happamuuskuormituksen määrää ojitus-/kuivatustilanteessa. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLOGISKA FORSKNINGCENTRALEN GEOLOGICAL SURVEY OF FINLAND 13.12.2012 21

Happamat sulfaattimaat HaKu alueella (Litorinarajan (n. 100 m) alapuolella) Siikajoki / 2202 km 2 Suuri 98,9 km 2 / 4,5 % Kohtalainen 150,4 km 2 / 6,8 % 11,3 % Pieni Hyvin pieni 864,1 km 2 / 39,3 % 1088,0 km 2 / 49,4 % 88,7 % Pyhäjoki / 1485 km 2 Suuri 25,0 km 2 / 1,7 % Kohtalainen 38,8 km 2 / 2,6 % 4,3 % Pieni Hyvin pieni 300,6 km 2 / 20,2 % 1120,7 km 2 / 75,5 % 95,7 % Välialue / 977 km 2 Suuri 3,4 km 2 / 0,3 % Kohtalainen 34,2 km 2 / 3,5 % 3,8 % Pieni Hyvin pieni 247,5 km 2 / 25,3 % 691,8 km 2 / 70,9 % 96,2 % 13.12.2012 22

13.12.2012 23

KARTOITETTAVA ALUE Litorina rajan alapuolinen alue n. 5 100 000 ha KARTOITUSTILANNE 30.09.2012 Piikityspisteitä > 8 800 Profiilipisteitä > 600 Kartoitettu alue > 1 980 000 ha Analyyseja > 3 000 Havaintotiheys: 1 havainto / 2-2,5 km 2 (koko alue) 1 havainto / 1 km 2 (potentiaalinen alue) 13.12.2012 24

TULOKSET TULOSSA yleiseen käyttöön GTK:n karttapalveluun 2013 alussa Happamat sulfaattimaat Kartat + pistetiedot Huom! YLEISKARTTA! Ei sovi esim. tilakohtaiseen tarkasteluun! Luokittelu Raportit (myöhemmin) Oppaat 13.12.2012 25

Happaman sulfaattimaan määreet Suomessa Happamalla sulfaattimaalla tarkoitetaan rikkipitoista maaperää, jossa esiintyy sekä hapettunut maakerros (todellinen hapan sulfaattimaa) että hapettumaton sulfidirikkipitoinen maakerros (potentiaalinen hapan sulfaattimaa) tai vain toinen näistä. Happamat sulfaattimaat ovat yleisesti liejuisia hienorakeisia maalajeja (savi, hiesu, hienohieta). Todellinen hapan sulfaattimaa (THS) ph < 4,0 maastossa suoraan näytteestä mitattuna hapettuneessa mineraalimaassa tai liejussa (ei turpeessa) sulfidien hapettumisen seurauksena. Jos ph 4,0-4.4 eikä ole selvää havaintoa sulfidien läsnäolosta, selvitetään se lisämäärityksillä (inkubaatio tai rikkipitoisuus). Sulfidi = rauta-rikkimineraali (FeS 2, FeS) Inkubaatio = näytteen hapettaminen 8-16 viikkoa, jonka jälkeen mitataan ph Potentiaalinen hapan sulfaattimaa (PHS) Rikki sulfidimuodossa (pelkistynyt, ei hapettunut) yleensä ph > 6,0 S(tot) (rikki) 0,2 % inkuboitu ph 4,0 ja pudotusta vähintään 0,5 yksikköä maastossa mitattuun ph-arvoon verrattaessa 13.12.2012 26

Happamien sulfaattimaiden riskiluokitus 2012 (yhteistyössä GTK, ÅA ja HY) Sulfidin esiintyminen LUOKKA SULFIDIN ALKAMISSYVYYS (m) 1 0-1,0 2 1,0-1,5 3 1,5-2,0 4 2,0-3,0 5 sulfidi kokonaan hapettunut 6 ei sulfidia 0-3 m syvyydellä - Happamien sulfaattimaiden yleiskartoituksessa kartoitussyvyys 3 m - Sulfidin alkamissyvyys = potentiaalisen sulfaattimaan alkamissyvyys Luokitus pisteelle/näytteelle muotoa: Sulfidin alkusyv./ phmin/ S(tot) Esim. 2/A/II Maastossa mitattu minimi ph LUOKKA Minimi ph (0-3 m syv.) A < 3,5 B 3,5-3,9 C 4,0-4,4 D 4,5 Rikki (lisämääre) LISÄMÄÄRE Kokonaisrikkipitoisuus (%) I S(tot) 1,0 % II 0,6 % S(tot) < 1,0 % III 0,2 % S(tot) < 0,6 % IV S(tot) < 0,2 % Ilmoitetaan sulfidikerroksen (PHS) ylimmän 40 cm:n kokonaisrikkipitoisuuden keskiarvo 13.12.2012 27

OPAS: Happamat sulfaattimaat. Esiintyminen ja tunnistaminen Kuvat: Harri Kutvonen / GTK 13.12.2012 28

Tuloksista on hyötyä / Happamia sulfaattimaita olisi huomioitava: - kansallisessa ja alueellisessa suunnittelussa /päätöksenteossa (YM, MMM, maakuntaliitot, kunnat, ELY-keskukset, AVI:t, konsultit) - maa- ja metsätaloudessa (viljelijät, MTK, ProAgria, metsäkeskukset, ojitusyhtiöt) - turveteollisuudessa ja maarakentamisessa - jatkossa esim. EU-tuista päätettäessä - Selvityksiä voi tilata GTK:sta 13.12.2012 29

JATKOSSA > > > TEM ja GTK: Happamien sulfaattimaiden yleiskartta (+ täsmäkartoituksia) vuoden 2015 loppuun mennessä. > > Rahoitus järjestettävä vuosille 2013 2015 13.12.2012 30

KIITOS! TACK! Peter Edén 2012 13.12.2012 31