Espoon yksikkö, maaperä ja ympäristö S41/1141/2007/11 27.5.2007 Espoo Alkuaineiden taustapitoisuudet eri maalajeissa Satakunnan alueella Erna Kuusisto, Timo Tarvainen ja Pekka Huhta
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Päivämäärä / Dnro Tekijät Erna Kuusisto, Timo Tarvainen ja Pekka Huhta Raportin laji arkistoraportti Raportin nimi Alkuaineiden taustapitoisuudet eri maalajeissa Satakunnan alueella Toimeksiantaja Geologian tutkimuskeskus Tiivistelmä Satakunnan alueelta on kerättypintamaa- (0-25 cm), pohjamaa- ja humusnäytteet 60 näyteprofiilista. Näyteprofiilit edustavat alueen yleisimpiä maalajeja eli hiekkaa/soraa, moreenia ja savea. Näytteistä on analysoitu 30 alkuaineen pitoisuudet tarkoituksena selvittää maaperän taustapitoisuudet tutkimusalueella. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Satakunta, Porin seutu, kemialliset analyysit, taustapitoisuudet, humus, pintamaa, pohjamaa Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Eura, Eurajoki, Harjavalta, Jämijärvi, Kankaanpää, Kokemäki, Köyliö, Lappi, Nakkila, Pori ja Säkylä Karttalehdet 1132, 1134, 1141, 1143, 2111, Muut tiedot Arkistosarjan nimi Geokemia Arkistotunnus S41/1141/2007/11 Kokonaissivumäärä 22 Kieli suomi Hinta Julkisuus julkinen Yksikkö ja vastuualue Espoon yksikkö, Ympäristö ja maaperä Allekirjoitus/nimen selvennys Hanketunnus 2704002 Allekirjoitus/nimen selvennys
Sisällysluettelo 1 Johdanto 1 2 Satakunnan kallio- ja maaperä 2 3 Materiaalit ja menetelmät 4 3.1 Näytteenottosuunnitelma 4 3.2 Näytteenotto 4 3.3 Esikäsittelyt ja analytiikka 7 3.3.1 Maaperänäytteet 7 3.3.2 Humus 8 3.4 Laadunvarmistus 10 3.5Tilastolliset menetelmät 10 4 Tulokset 10 4.1 Alkuaineiden pitoisuudet mineraalimaalajeissa 10 4.2 Alkuaineiden pitoisuudet humuksessa 16 5 Pohdinta 18 6 Johtopäätökset 20 7 Kirjallisuusviitteet 21
S41/1141/2007/11 1 1 JOHDANTO Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) maaperägeokemian tietokantaa täydennettiin vuonna 2006 keräämällä ja analysoimalla Satakunnan alueelta 60 maaprofiilista pintaja pohjamaa- sekä humusnäytteitä. Profiilit edustivat alueen yleisimpiä maalajeja eli savea, moreenia ja lajittuneita hiekkaa ja soraa. Näytteistä analysoitiin kuningasvesiliukoisia pitoisuuksia. Kuningasvesiliuotusmenetelmää on yleisesti käytetty maanäytteiden analyyseissä geokemian kartoitusprojekteissa ja pilaantuneiden maiden arvioinnissa. Nykyisillä analyysimenetelmillä voidaan analysoida luotettavasti sellaisia ympäristöselvitysten kannalta keskeisiä alkuaineita (mm. arseeni, kadmium, lyijy ja elohopea), jotka ovat puuttuneet lähes kokonaan aiemmista geokemiallisista kartoitusohjelmista. Tässä tutkimuksessa käytetyt näytteenotto-, esikäsittely- ja analyysimenetelmät valittiin Porvoon ympäristössä tehdyn laajan pilottitutkimuksen tulosten perusteella (Tarvainen ym. 2003). Tavoite oli tuottaa ensivaiheessa kasvukeskusten ympäristöviranomaisille päätöksenteossa tarvittavaa tietoa geologiasta ja diffuusista ilmalaskeumasta peräisin olevien haitallisten aineiden taustapitoisuuksista. Taustapitoisuustietoja tarvitaan muun muassa maa-alueiden pilaantuneisuutta arvioitaessa ja tulevan puhdistamolietedirektiivin soveltamiseen. Vastaavia tutkimuksia on aiemmin tehty Porvoon ympäristön lisäksi pääkaupunkiseudun kehyskuntien (Kirkkonummi, Vihti, Hyvinkää, Nurmijärvi, Järvenpää, Tuusula, Kerava ja Sipoo) alueella (Tarvainen ym. 2006). GTK on tehnyt kaksi suurta valtakunnallista moreenigeokemiallista kartoitusta: suuralueellisen kartoituksen näytteenottotiheydellä 1 näyte/300 km 2 (Koljonen 1992) ja alueellisen kartoituksen tiheydellä 1 näyte/4 km 2 (Salminen 1995). Molemmissa kartoituksissa on kerätty näytteitä ainoastaan (lähes) muuttumattomasta pohjamaasta. Molemmissa kartoituksissa on analysoitu <0,06 mm raekoko, analytiikassa uuttomenetelmä on ollut kuningasvesiuutto. Suuralueellisessa kartoituksessa on tehty lisäksi kokonaispitoisuusmäärityksiä. Suuralueellisen kartoituksen Etelä- ja Väli-Suomen näytteistä on jälkikäteen määritetty myös pitoisuudet <2 mm raekoossa sekä kuningasvesiuutolla että totaaliliuotuksella (Tarvainen 1995). Alueellisen kartoituksen näytteistä on valittu 90 näytteen otos, joista on määritetty kuningasvesiliukoisten pitoisuuksien lisäksi ammoniumasetaatti-edta-uuttoon perustuvat pitoisuudet (Tarvainen ja Kallio 2002). Laajimmissa valtakunnallisissa maaperägeokemiallisissa kartoituksissa on käytetty näytemateriaalina moreenia, joka on Suomen yleisin maalaji. Vuosina 1996-1997 koottiin kansainvälisen Baltic Soil Survey -hankkeen yhteydessä näytteitä noin 130 maaprofiilista maatalousmailta. Tähän näytteenottoon sisältyi moreenin lisäksi hienojakoisia maalajeja (savi, siltti), karkeita lajittuneita maita ja orgaanisia maalajeja. Baltic Soil Survey -hanke poikkesi moreenigeokemiallisista kartoituksista myös
S41/1141/2007/11 2 siinä, että näytteitä otettiin pohjamaan lisäksi pintamaasta. Suomen alustavat tulokset, jotka perustuivat kuningasvesiuuttoihin, julkaistiin 1999 (Tarvainen ja Kuusisto 1999). Kaikkien kymmenen Itämeren maan maatalousmaiden geokemiallisen kartoituksen tulokset julkaistiin vuonna 2003 (Reimann ym. 2003). Baltic Soil Survey -kartoituksen mukaan useiden hivenalkuaineiden pitoisuudet ovat keskimääräistä korkeammat savimailla kuin muissa maalajeissa. Etelä-Suomen savien alkuainepitoisuuksia ovat kuvanneet myös Salminen ym. (1997). Lapista on tehty geokemiallista maaperäkartoitusta lisäksi Pohjoiskalottihankkeen (Bølviken ym. 1986), Kuolan ekogeokemian hankkeen (Reimann ym. 1998) ja Barentsin ekogeokemiallisen kartoitushankkeen yhteydessä (Salminen ym. 2004). Koko Suomesta on uusia analyysituloksia Euroopan-laajuisen FOREGSin geokemiallinen kartoituksen julkaisussa (Salminen ym. 2005). Tämän tutkimuksen tarkoitus on selvittää yli 30 alkuaineen taustapitoisuudet Satakunnassa eri maalajien pintaosassa ja muuttumattomassa pohjamaassa sekä humuksessa, alkuaineiden luonnollinen pitoisuusvaihtelu ja hajakuormituksen vaikutus pintamaahan. 2 SATAKUNNAN KALLIO- JA MAAPERÄ Satakunnan kallio- ja maaperä muodostavat yhtenäisen harvinaislaatuisen kokonaisuuden. Satakunnan peruskallio on 1900 miljoonaa vuotta vanhaa tasoittunutta Svekofennidien vuoristoa. Porin alueella kuluneen vuoriston kivet ovat korkeassa lämpötilassa kiteytyneitä ja voimakkaasti sulaneita gneissejä eli migmatiitteja, jotka kuuluvat nk. Porin-Vammalan nikkelivyöhykkeeseen. Vyöhyke on tunnettu nikkelipitoisista kivistään. Kankaanpäässä sijaitsevat muinaisten tulivuorten purkauksissa syntyneet kivet. Kankaanpään-Tampereen vyöhyke on tunnettu lukuisista kultaesiintymistä. Ikivanhaa peruskalliota lävistävät Peipohjassa, Eurajoella ja Reposaarella 1570 miljoonan vuoden ikäiset rapakivet, joihin liittyy samanikäisiä mustia diabaasijuonia. Satakunnan kallioperän erikoisuus on kuitenkin Satakunnan hiekkakivi, joka on kallioperämme nuorimpia kerrostumia. Hiekkakiveen purkaantui 200 miljoonaa vuotta rapakiviä myöhemmin kivisulaa, joka kiteytyi oliviinidiabaasiksi ja jota Satakunnassa kutsutaan marekiveksi (GTK, 1999) Satakunnan kallioperä on Kokemäenjoen laaksossa irtonaisten maalajien peittämä. Maaperän koostumukseen ja pinnanmuodostukseen on vaikuttanut jääkausi ja sen jälkeiset tapahtumat. Vielä 7000 vuotta sitten rannikko ja Kokemäenjoen suisto sijaitsivat Huittisissa noin 100 km päässä nykyisestä merestä. Jäätikön, jokien ja meren voimat tasoittavat kallioperän epätasaisuuksia, mutta Satakunnan tasangon kehitykseen on vaikuttanut näiden voimien lisäksi hiekkakivialueen muodostama tasainen pohja irtonaiselle maapeitteelle. Moreeni edustaa Satakunnan vanhinta maa-ainesta viimeisimmän jääkauden ajalta. Se syntyi osaksi jo jääkauden alkuvaiheessa, kun etenevä mannerjäätikkö sekoitti allaan vanhemman kivennäis- eli mineraaliaineksen. Moreeni onkin maalaji, jolle on
S41/1141/2007/11 3 ominaista kaiken kokoinen kivennäisaines hienoimmasta savesta kookkaisiin kivilohkareisiin saakka. Mannerjäätikön sulamisvaihetta edustavia, kuolleen jään moreenimuodostumia on tavattu niin sanotuissa kumpumoreenimuodostumissa Ahlaisten-Kullaan alueella. Pienipiirteisiä moreenimuodostumia ovat muun muassa jään kulun suuntaiset drumliinit ja jäätikön reunan suuntaiset De Geer moreenit sekä muut päätemoreenivallit. Drumliineja tavataan esimerkiksi Kiukaisissa ja De Geer-moreeneja Euran alueella. Satakunnalle ominaiset pitkittäisharjujaksot syntyivät jääkauden loppuvaiheessa, kun sulavan mannerjäätikön alle muodostui sulamisvesivirtoja. Huuhtoutumisen ohella tapahtui voimakasta kivennäisaineksen lajittumista hienoimman aineksen kulkeutuessa kauimmaksi ja karkeimman jäädessä voimakkaimman virtauksen alueelle. Virttaankankaalta alkava Satakunnan halkaiseva harjujakso on kerrostunut Säkylästä lähtien hiekkakiven kontaktiin aina Yyteriin saakka. Nykyisin Kokemäenjoen suistokerrostumat peittävät harjua Harjavallasta alajuoksulle päin. Toinen merkittävä jääkauden sulamisvaiheessa syntynyt maaperämuodostuma sijaitsee Satakunnan pohjoisosissa Jämijärven Kankaanpään alueella. Tämä Hämeenkankaan Pohjankankaan muodostuma on osin jäätikön reunamuodostuma ja osin pitkittäisharju. Harju- ja reunamuodostumiin liittyvät Satakunnan alueen suurimmat maa-aines- ja pohjavesivarat. Viimeisimmän mannerjäätikön sulaessa koko Satakunta jäi nykyisen Itämeren silloisen vaiheen eli Ancylus-järven pinnan alle. Suurjärven sedimenttinä kerrostui savea, jonka eloperäinen ainespitoisuus oli varsin alhainen. Niin kutsuttu Ancylussavi on sitkasta eikä se sovellu yhtä hyvin viljeltäväksi kuin myöhempi Litorinasavi, jonka sisältämä eloperäinen aines tekee sen kevyemmäksi ja samalla ravinteisemmaksi. Korkeimmat Ancylus-vaiheen savikot ovat nykyisin yli 100 metrin korkeudella merenpinnasta johtuen voimakkaasta maankohoamisesta. Maankohoamisen johdosta Kokemäenjoen suisto alkoi kehittyä samalla kun Kokemäenjoki itsekin. Syntyvä joki alkoi heti kuluttaa irtaimia maalajeja ja kerrostaa niitä suupuolelleen. Joen uoma kului aluksi meren pohjaan jäätikön perääntymisen jälkeen kerrostuneeseen Litorina-vaiheen saveen ja mahdollisesti sen alla olevaan Ancylus-vaiheen saveen. Pinnimmaisena Kokemäenjoen varrella on nykyisin joki- eli suistokerrostuma, jonka paksuus vaihtelee 2-7 metrin välillä. Harjavallassa jokikerrostumaan on sekoittunut rantahiekkoja, jotka ovat peräisin jo aiemmin mainitusta harjujaksosta ajalta, jolloin sen laki oli merenpinnan tasossa. Nuorimpia maaperän kerrostumia ovat suot, jotka ovat syntyneet vesistöjen umpeenkasvun, metsämaan soistumisen tai muinaisen merenrannan soistumisen seurauksena.
S41/1141/2007/11 4 3 MATERIAALIT JA MENETELMÄT 3.1 Näytteenottosuunnitelma Näytteenottosuunnitelma perustui 1:20 000-mittakaavaisiin numeerisiin maaperäkarttoihin. Tutkimusassistentti Mikael Eklund valitsi näyteprofiilien ottopaikat maaperäkarttojen vallitsevien maalajien perusteella. Näytteitä otettiin seuraavien kuntien alueelta: Eura, Eurajoki, Harjavalta, Jämijärvi, Kankaanpää, Kokemäki, Köyliö, Lappi, Nakkila, Pori ja Säkylä. 20 profiilia tehtiin karkeisiin lajittuneisiin maalajeihin, hiekka- ja soraharjuihin, jotka sijaitsevat usein pohjavesialueilla. 20 profiilia kaivettiin moreenimaahan eri kivilajiyksiköiden alueella. Moreenin alkuainepitoisuudet kuvastavat alla olevaa kallioperää paremmin kuin muut maalajit. Loput 20 profiilia sijoittuivat savikoille, jotka Satakunnassa ovat usein viljelykäytössä. Savien luonnolliset hivenainepitoisuudet ovat usein suuremmat kuin muissa maalajeissa ja maatalouden vaikutus saattaa näkyä pintakerroksissa. Näytteet otettiin taajamien ja teollisuuslaitosten ulkopuolelta välttäen alueita, joissa voisi olla poikkeuksellisen suurta ihmisen toiminnasta aiheutuvaa kuormitusta. 3.2 Näytteenotto Vuonna 2006 maaperäprofiileja kaivettiin 60 kpl (Kuva 1). Näistä kerättiin pintamaanäyte ja pohjamaanäyte. Humusnäyte saatiin 53 paikasta. Savikoista suurin osa on viljeltyjä, joten niistä kaikista ei humusnäytettä saatu. Yleisesti ottaen pohjamaa kuvastaa geologiaa, pintamaassa ja humuksessa näkyy lisäksi ihmisen aiheuttama hajakuormitus (ilmasta tuleva laskeuma, pelloilla myös lannoitteiden vaikutus). Pintamaanäytteet otettiin mahdollisen humuskerroksen alta 0-25 cm syvyydestä. Pelloilla tämä on muokkauskerros ja metsissä yhdistelmä vaaleaa huuhtoutumiskerrosta ja ruskeaa rikastumiskerrosta. Pohjamaanäyte otettiin 25 cm:n paksuisesta kerroksesta muuttumatonta pohjamaata (C-kerros), joka on 50-200 cm:n syvyydellä, yleensä sopiva kerros on 50-75 cm:n syvyydellä. Humusnäytteet koottiin viidestä osanäytteestä 50 m x 50 m alueelta karttaan merkityn pisteen ympäriltä. Humusnäytteitä ei voi ottaa kaikista paikoista, esim. pelloilta. Näytteitä ei kerätty paikallisesta painanteesta. Paras paikka on metsässä pieni aukko puiden välissä. Näytteet kerättiin humusnäytteenottimella, näytteenottajat käyttivät talkittomia hansikkaita. Tuorehumus, juuret, kivet ja mineraaliaines poistettiin näytteenottimella otetusta kakusta, tumma maatunut humus laitettiin näytepussiin ja toimitettiin laboratorioon kuivattavaksi. Näytteenottomenettely oli kehitetty FOREGSin geokemiallisen kartoitushankkeen pohjalta (Salminen ym. 1998). Keskeiset erot FOREGSin näytteenotto-oppaaseen olivat seuraavat: näytemateriaaleina käytettiin vain maaperä- ja humusnäytteitä, näytepaikat oli valittu edustamaan eri maalajeja, näytteen koko oli hieman pienempi
S41/1141/2007/11 kuin FOREGSissa, maatalousmaita otettiin mukaan, maaperänäytteitä ei otettu kenttäyhdistelmänä 3-5 kuopasta vaan yhdestä kuopasta. Näytetunnukset olivat muotoa TTTA-2006-X.1, TTTA-2006-X.2 ja TTTA-2006-X.3, missä X oli juokseva numero 1-60 ja pisteellä erotettu osa kuvasi näytemateriaalin: 1 = humus, 2 = pintamaa 0-25 cm ja 3 = muuttumaton pohjamaa. Siis esimerkiksi näyte TTTA-2006-1.1 on ensimmäisen näytepaikan humusnäyte ja näyte TTTA-2006-52.2 on 52. näytepaikan pintamaanäyte. Joka paikalta otettiin kaksi valokuvaa: toinen yleiskuva maisemasta kuopan ympärillä, toinen lähikuva kuopasta (esimerkki kuvat 2 ja 3). Näytteet tuotiin GTK:n Espoon laboratorioon kerran viikossa. Näytteet kuivattiin <40oC:ssa mahdollisimman pian näytteiden saapumisen jälkeen. Kuva 1. Näytteenottopisteiden sijoittuminen tutkimusalueella. 5
S41/1141/2007/11 6 Kuva 2. Lähikuva näytteenottopaikasta 38 Jämijärven Sydänmaalta.. Kuva 3. Yleiskuva näytteenottopaikan 38 ympäristöstä
S41/1141/2007/11 7 3.3 Esikäsittelyt ja analytiikka 3.3.1 Maaperänäytteet Kaikki määritykset tehtiin kuivatuista (<40 o C) ja <2 mm:n fraktioon seulotuista näytteistä. ph-määritystä varten näytteet uutettiin 0,01 M CaCl 2 :lla ja ph määritettiin Radiometer ion 85 ph-mittarilla. Taulukko 1. Mineraalimaanäytteistä tehdyt alkuainemääritykset määritysrajoineen Määritysrajat Analyysitekniikka Alkuaine mg/kg Ag 0,05 ICP-MS Al 50 ICP-AES As 0,1 GF-AAS B 5 ICP-AES Ba 1 ICP-AES Be 0,05 ICP-MS Bi 0,1 ICP-MS C 0,02 % CS-analysaattori Ca 50 ICP-AES Cd 0,01 ICP-MS Co 0,5 ICP-AES Cr 1 ICP-AES Cu 0,5 ICP-MS Fe 50 ICP-AES Hg 0.005 Hg-analysaattori K 50 ICP-AES Mg 15 ICP-AES Mn 1 ICP-AES Mo 0,2 ICP-MS Na 50 ICP-AES Ni 2 ICP-AES P 20 ICP-AES Pb 0,1 ICP-MS S 50 ICP-AES Sb 0,02 ICP-MS Se 1 ICP-MS Sn 0,5 ICP-MS Sr 1 ICP-AES Ti 2 ICP-AES Tl 0,3 ICP-MS U 0,01 ICP-MS V 1 ICP-AES Zn 3 ICP-AES
S41/1141/2007/11 8 Suurinta alkuaineiden pitoisuutta, mikä luonnossa maaperästä äärimmäisen happamissa olosuhteissa voi liueta, arvioitiin uuttamalla näytteet kuningasvedellä 90 C:ssa (AR). AR-uutto liuottaa kiteiset saostumamineraalit, sulfidimineraalit, sekä useimmat suolat, kuten apatiitin ja titaniitin, osan kiilteistä (biotiitti), talkista ja savimineraaleista, mutta ei rapautumattomia maasälpiä, amfiboleja ja pyrokseeneja. AR-liuotetuista näytteistä määritettiin Ag, Be, Bi, Cd, Cu, Mo, Pb, Sb, Se, Sn, Tl ja U ICP-MS:lla (Perkin Elmer Sciex Elan 6000). As-pitoisuudet määritettiin GF- AAS:lla (Perkin Elmer SIMAA-6000). Al, B, Ba, Ca, Co, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, P, S, Sr, Ti, V ja Zn määritettiin ICP-AES:lla (Thermo Jarrel Ash Iris). Määritysrajat on esitetty taulukossa 1. Elohopea määritettiin seulotusta <2 mm näytteestä pyrolyyttisesti Hganalysaattorilla (AMA 254). Näytteet kuivattiin alle 40 o C lämpötilassa. Hiilipitoisuus määritettiin jauhetuista näytteistä Eltra CS500-analysaattorilla (Tarvainen ym., 2006). 3.2.2 Humus Kuivattuja (<40 o C) näytteitä esihienonnettiin puristelemalla näytteitä varovasti käsin näytepussin läpi. Näytteet seulottiin <2 mm:n fraktioon, jotka seulottiin uudestaan <2 mm:n fraktioon. Näin menetellen pyrittiin poistamaan näytteistä niiden mahdollisesti sisältämä näytteeseen kuulumaton aines (esimerkiksi juuret ja maatumattomat oksankappaleet). Alkuainemäärityksiä varten näytteet uutettiin väkevällä typpihapolla mikroaaltouunissa (CEM Mars 5). Elohopea määritettiin liuoksesta kylmähöyryatomiabsorptiotekniikalla (CV-AAS, Perkin Elmer FIMS 400). Al, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S ja Ti- pitoisuudet määritettiin induktiivisesti kytketyllä plasmaatomiemissiospektrometrilla (ICP-AES, Thermo Jarrel Ash Iris). Ag, As, B, Ba, Be, Bi, Br, Cd, Co, Cr, Cu, Li, Mo, Ni, Pb, Rb, Sb, Se, Sn, Sr, Th, Tl, U, V ja Zn määritettiin induktiivisesti kytketyllä plasma-massaspektrometrilla (ICP-MS, Perkin Elmer Sciex Elan 6000). ph:n määritystä varten näytteet uutettiin 0,01 M CaCl 2 :lla ja ph määritettiin Radiometer ion 85 ph-mittarilla. Hehkutushäviötä varten näytteitä kuivattiin 2 tuntia 105 C:ssa ja määritys tehtiin 550 C:ssa ja 850 C:ssa gravimetrisesti. Hiili- ja typpipitoisuus määritettiin Elementar vario MAX CN-analysaattorilla (Tarvainen ym., 2006): Yhteenveto humusnäytteistä tehdystä analytiikasta määritysrajoineen on esitetty taulukossa 2.
S41/1141/2007/11 9 Taulukko 2. Humusnäytteistä tehdyt määritykset määritysrajoineen Alkuaine tai parametri Määritysraja Yksikkö Analyysitekniikka Ag 0,01 mg/kg ICP-AES Al 2 mg/kg ICP-AES As 0,02 mg/kg ICP-MS B 5 mg/kg ICP-MS (ICP-AES v. 2005) Ba 0,05 mg/kg ICP-MS Be 0,1 mg/kg ICP-MS Bi 0,1 mg/kg ICP-MS Br 20 mg/kg ICP-MS C 0,02 % C-analysaattori Ca 10 mg/kg ICP-AES Cd 0,01 mg/kg ICP-MS Co 0,02 mg/kg ICP-MS Cr 0,2 mg/kg ICP-MS Cu 0,02 mg/kg ICP-MS Fe 10 mg/kg ICP-AES Hg 0,04 mg/kg CV-AAS K 50 mg/kg ICP-AES Li 0,4 mg/kg ICP-MS LOI (550 C) 0,01 % Mg 5 mg/kg ICP-AES Mn 1 mg/kg ICP-AES Mo 0,01 mg/kg ICP-MS N 0,05 % CN-analysaattori Na 20 mg/kg ICP-AES Ni 0,3 mg/kg ICP-MS P 30 mg/kg ICP-AES Pb 0,02 mg/kg ICP-MS ph 0,1 ph Rb 0,01 mg/kg ICP-MS S 10 mg/kg ICP-AES Sb 0,02 mg/kg ICP-MS Se 0,5 mg/kg ICP-MS Sn 0,5 mg/kg ICP-MS Sr 0,01 mg/kg ICP-MS Th 0,02 mg/kg ICP-MS Ti 0,5 mg/kg ICP-AES Tl 0,01 mg/kg ICP-MS U 0,01 mg/kg ICP-MS V 0,02 mg/kg ICP-MS Zn 0,4 mg/kg ICP-MS
S41/1141/2007/11 10 3.4 Laadunvarmistus Satakunnan alueen analyysitulosten laadunvarmistuksessa käytettiin niitä analyysimenetelmiä, jotka oli todettu hyvin toistettaviksi Porvoon ympäristössä tehdyssä pilottitutkimuksessa. Siinä otettiin tasaisesti koko näyteverkoston alueelta kolmessakymmenessä näytepaikassa kaksi näytettä (varsinaiset näytteet ja rinnakkaisnäytteet) pinta- ja pohjamaasta, paikoin myös humuksesta. Varsinaiset näytteet ja rinnakkaisnäytteet analysoitiin kaksi kertaa. Näin saatiin 30 havaintopistettä, joista oli 4 mittaustulosta: varsinaisen näytteen ensimmäinen ja toinen analyysi sekä rinnakkaisnäytteiden ensimmäinen ja toinen analyysi. Näin voitiin verrata näytteenottopisteiden välisten pitoisuuksien eron merkitsevyyttä verrattuna näytteenotto- ja analyysivirheeseen. Nämä tulokset on raportoitu aiemmin (Tarvainen ym. 2003). Satakunnan tutkimusalueelta rinnakkaisnäytteet otettiin kolmesta profiilista (pintamaasta, pohjamaasta ja humukseasta) ja analysoitiin samalla tavalla kuin varsinaiset näytteet. Lisäksi GTK:n kemian laboratorio sovelsi omaa tavanomaista laadunvarmistustaan. 3.5 Tilastolliset menetelmät Kenttätiedot ja analyysitulokset yhdistettiin SPSS-tilasto-ohjelmalla. Samalla tarkistettiin pitoisuustasot mahdollisten raportointivirheiden havaitsemiseksi ja verrattiin eri analyysierissä käytettyjä määritysrajoja. Näytepisteiden sijainti on tarkastettu ArcGIS-ohjelmistolla. Näyteverkko on varsin harva ja näytteet ovat yhdestä pisteestä kerättyjä näytteitä. Alueellista kartoitusta varten kerättävät näytteet ovat yleensä kentällä tehtyjä yhdistelmänäytteitä. Yhdistämällä kentällä 3-5 paikasta otettua näytemateriaalia pienennetään paikallista satunnaista vaihtelua, yhdistetyt kartoitusnäytteet edustavat siten paremmin laajempaa aluetta. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää taustapitoisuuksien vaihteluväli eri näytemateriaaleissa. Yksittäisiin näyteprofiileihin perustuva aineisto antaa paremman kuvan pitoisuuksien minimeistä ja maksimeista, mutta soveltuu huonosti alueellisten geokemiallisten karttojen tekemiseen. Siksi tulokset on esitetty maalajikohtaisina taulukoina, ei karttoina. 4 TULOKSET 4.1 Alkuaineiden pitoisuudet eri mineraalimaalajeissa Tässä osassa tarkastellaan alkuaineiden esiintymistä eri maalajeissa. Eri maankäyttömuotoja ei ole eroteltu, mutta savet ja peltomaat ovat likimain yhteneviä. Satakunnan geokemiallisessa kartoituksessa on kerätty näytteitä seuraavista maaperäkartoituksessa erotelluista maalajeista: 1. Sora ja hiekka. 2. Moreeni. 3. Savi. Maaperäkartoissa on eroteltu myös paljastuneet tai lähes paljastuneet kalliomaat ja eloperäiset soiden turvekerrostumat, näistä ei kerätty näytteitä tässä tutkimuksessa.
S41/1141/2007/11 11 Tässä kappaleessa tarkastellaan analysoitujen alkuaineiden määrällistä esiintymistä eri mineraalimaalajeissa. Moreeniluokka voi sisältää pohjamoreenin lisäksi moreenimuodostumanäytteitä. Sora- ja hiekkanäytteet edustivat yhteistä karkeiden lajittuneiden luokkaa ja savi oli omana luokkanaan. Tutkimusalueella maatalouden piirissä olevat peltomaat ovat pääasiassa hieman toisistaan poikkeavia savikoita. Moreenit ovat tasaisesti jakautuneet laaksojen ylevämmille laidoille ja kallioalueiden rinteille. Lajittuneet sorat ja hiekat sijaitsevat harjujen ja niistä levinneiden deltamaisten muodostumien yhteydessä. Ympäristötieteissä mineraalimaalajien alkuainepitoisuuksia määritettäessä analysoidaan usein näytteen alle 2 mm:n lajitteesta alkuaineen kuningasveteen liukeneva osa. Tämä osuus kuvastaa alkuaineen maasta luonnonolosuhteissa irtoavaa osuutta. Tässä luvussa tarkastellaan tuloksia, jotka on saatu kuningasvesiuuttoa käyttäen. Maaperän alkuainepitoisuuksiin vaikuttaa merkittävästi maannostumisprosessi. Ilma, vesi ja ravinteita käyttävät organismit muuttavat maa-aineksen kemiallista koostumusta ja synnyttävät maannoksen. Suomi kuuluu kosteaan ja viileään ilmastovyöhykkeeseen, jossa sateena maan pinnalle tulevan veden määrä on huomattavasti suurempi kuin siitä haihtuvan, joten maaperän yläosasta liukenevat aineet kulkevat maaperässä pinnalta alaspäin. Tällaisissa ilmasto-olosuhteissa kehittyy ns. podsol-maannos, joka on yleisin maannostyyppi mm. metsäisillä moreenimailla. Podsol on kerroksellinen, yleensä alle puoli metriä paksu maannos, joka kehittyy parhaiten huokoisiin, vettä läpäiseviin maalajeihin. Ylin, eloperäinen karikekerros koostuu lähinnä kasvinjäänteistä, jotka muuttuvat vähitellen humukseksi. Tällöin muodostuu orgaanisia happoja, jotka yhdessä hiilihapon kanssa liuottavat mineraalimaasta mm. rautaa, alumiinia ja muita alkuaineita, ja siirtävät niitä maannosprofiilissa alaspäin. Jäljelle jää tuhkanharmaa, lähinnä kvartsia ja maasälpää sisältävä, huuhtoutumiskerros. Sen alaosassa happamuus vähenee ja liuenneena kulkeutuneet alkuaineet, lähinnä rauta, alumiini ja orgaaniset yhdisteet, saostuvat rikastumiskerrokseksi. Alaspäin mentäessä rikastumiskerros vaihtuu vähittäin mineraalimaaksi, jossa kemialliset muutokset ovat vähäisiä. Maakerrostuman pohjaosista otetut mineraalimaanäytteet edustavat yleisesti ottaen geologiaa, pintamaa- ja humusnäytteissä näkyy lisäksi ihmistoiminnan vaikutus. Humusnäytteiden pitoisuuksissa korostuu selvemmin ilmaperäisen kuormituksen vaikutus (esim. liikenteen ja teollisuuden päästöt), kun pintamaanäytteiden pitoisuuksiin vaikuttaa lisäksi muu ihmistoiminta mm. metsien ja peltojen lannoitus. Alkuaineiden esiintymistä eri maalajeissa pintamaassa ja pohjamaassa on tarkasteltu erikseen. Ulkoisten maaperää muuttavien tekijöiden vaikutukset näkyvät maan pintaosissa kun taas syvemmällä maaperän laatu säilyy pitempään muuttumattomana. Taulukossa 3 on yhteenveto alkuaineiden esiintymisestä maaperän pinta- ja pohjamaanäytteissä alle kahden mm lajitteessa. Eri alkuaineiden pitoisuudet on määritetty kuningasvesiuutosta (AR).
S41/1141/2007/11 12 Taulukko 3. Maaperänäytteiden alkuainepitoisuudet maalajeittain pinta- ja pohjamaassa. Pitoisuudet määritetty kuningasvesiuutosta (AR) <2 mm lajitteesta. Min. = Minimi, Med. = Mediaani, Ka. = Aritmeettinen keskiarvo, Maks. = Maksimi. Alkuaine Hiekka/Sora Moreeni Savi Min. Med. Ka. Maks. Min. Med. Ka. Maks. Min. Med. Ka. Maks. mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg Näytepisteiden lkm 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 Hopea (Ag) Pintamaa <0,5 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 0,06 0,06 0,240 <0,05 0,070 0,073 0,170 Pohjamaa <0,5 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 0,210 <0,05 0,095 0,106 0,190 Alumiini (Al) Pintamaa 412 4 280 4 385 10 700 618 9 320 9 320 17 600 3 210 15 250 14 175 24 200 Pohjamaa 1 590 3 205 3 768 11 200 1 580 7 415 8 174 21 100 5 640 17 800 17 749 32 900 Arseeni (As) Pintamaa 0,1 0,7 0,6 1,2 0,1 1,3 1,5 5,2 1,4 3,7 3,8 7,0 Pohjamaa 0,1 0,6 0,6 1,2 0,5 1,1 1,3 3,9 2,2 5,0 5,1 8,6 Boori (B) Pintamaa <5 <5 <5 <5 <5 <5 <5 <5 <5 5,8 5,8 12,0 Pohjamaa <5 <5 <5 <5 <5 <5 <5 5,0 <5 7,6 6,9 13,4 Barium (Ba) Pintamaa 3,1 11,3 13,0 32,7 3,1 26,0 23,7 51,2 20,6 76,5 71,7 250 Pohjamaa 5,9 12,0 13,8 43,8 5,6 25,0 27,0 65,8 32,7 88,5 99,8 259 Beryllium (Be) Pintamaa <0,05 0,13 0,15 0,40 <0,05 0,38 0,30 0,93 0,13 0,64 0,65 1,25 Pohjamaa 0,07 0,13 0,15 0,38 <0,05 0,35 0,32 0,74 0,27 0,68 0,74 1,42 Vismutti (Bi) Pintamaa <0,1 <0,1 <0,1 0,24 <0,1 <0,1 0,11 0,48 <0,1 0,20 0,21 0,38 Pohjamaa <0,1 <0,1 <0,1 0,34 <0,1 <0,1 0,1 0,35 <0,1 0,26 0,26 0,49 Kalsium (Ca) Pintamaa 25 439 412 866 99 689 754 1800 1 540 3 025 3 311 5 720 Pohjamaa 227 786 819 1370 414 961 1 199 2970 1 920 3 905 3 678 5 750 Kadmium (Cd) Pintamaa <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,01 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 0,12 0,31 Pohjamaa <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,01 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 0,18 Koboltti (Co) Pintamaa 0,50 1,55 2,07 6,55 0,50 3,79 4,67 11,40 2,15 9,00 8,77 16,20 Pohjamaa 0,50 1,89 2,32 7,28 0,50 4,93 5,45 12,80 4,30 11,55 12,44 27,70 Kromi (Cr) Pintamaa 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 32 63 Pohjamaa 25 25 25 25 25 25 25 25 25 39 43 77 Kupari (Cu) Pintamaa 0,5 1,3 2,2 8,6 0,5 4,5 5,8 16,3 4,0 18,5 18,5 38,1 Pohjamaa 0,5 1,2 1,9 8,8 0,5 5,7 8,4 30,5 8,2 22,8 23,0 48,4 Rauta (Fe) Pintamaa 861 4 490 5 862 14 800 782 10 310 12 105 28 700 5 770 20 850 21 929 45 400 Pohjamaa 1 520 4 185 5 807 17 600 1 920 10 505 12 084 29 200 9 180 28 300 28 949 50 900 Elohopea (Hg) Pintamaa <0,005 <0,005 <0,005 0,011 <0,005 0,006 0,009 0,041 <0,005 0,009 0,009 0,019 Pohjamaa <0,005 0,016 0,007 0,029 <0,005 0,019 0,021 0,042 0,009 0,025 0,028 0,060 Kalium (K) Pintamaa 109 393 685 2 580 158 733 962 3 830 578 2 540 2 702 6 430 Pohjamaa 254 557 856 3 720 168 958 1 328 6 010 1 170 4 155 4 332 9 790 Magnesium (Mg) Pintamaa 36 839 1 272 4 220 127 2 205 2 392 5 590 1 110 5 075 4 829 9 390 Pohjamaa 501 1 130 1 528 5 310 470 2 610 2 800 6 530 2 510 6 595 6 968 13 900
S41/1141/2007/11 13 Alkuaine Hiekka/Sora Moreeni Savi Min. Med. Ka. Maks. Min. Med. Ka. Maks. Min. Med. Ka. Maks. mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg Mangaani (Mn) Pintamaa 3,6 35,5 84,1 813 8,9 72,1 86,5 196 49,3 180 224 768 Pohjamaa 19,1 50,3 56,7 140 18,6 91,8 110,5 303 86,1 270 288 598 Molybdeeni (Mo) Pintamaa <0,2 <0,2 <0,2 0,3 <0,2 0,3 0,4 1,5 0,3 0,9 1,0 2,6 Pohjamaa <0,2 <0,2 <0,2 0,2 <0,2 0,2 0,3 1,1 0,3 0,7 1,0 3,0 Natrium (Na) Pintamaa <50 <50 <50 62,8 <50 60,4 65,0 224 69,3 168,5 174,4 309,0 Pohjamaa <50 <50 <50 82,3 <50 67,4 82,9 209 136 255 278,6 621,0 Nikkeli (Ni) Pintamaa <2 2,9 4,1 13,7 <2 5,1 6,5 15,6 3,2 16,6 17,7 33,6 Pohjamaa <2 2,9 4,1 15,4 <2 7,0 8,3 20,4 7,6 21,1 22,4 52,7 Fosfori (P) Pintamaa 25 239 259 574 25 301 338 1 170 170 657 653 1 040 Pohjamaa 25 235 240 415 130 301 355 1 220 321 605 589 768 Lyijy (Pb) Pintamaa 1,11 3,19 3,91 8,76 1,40 5,79 6,66 17,8 4,83 11,95 11,98 18,80 Pohjamaa 1,21 2,10 2,67 6,50 1,03 3,69 4,49 11,2 4,95 10.13 12,15 23,20 Rikki (S) Pintamaa <50 <50 <50 89 <50 112 117 270 <50 321 667 3 890 Pohjamaa <50 <50 <50 <50 <50 <50 68 352 <50 123 604 4 770 Antimoni (Sb) Pintamaa <0,02 0,03 0,04 0,10 <0,02 0,07 0,07 0,17 0,06 0,17 0,16 0,24 Pohjamaa <0,02 0,03 0,03 0,06 0,02 0,04 0,06 0,19 0,08 0,19 0,19 0,27 Seleeni (Se) Pintamaa <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 Pohjamaa <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 Tina (Sn) Pintamaa <0,5 <0,5 <0,5 0,82 <0,5 0,63 0,62 1,44 <0,5 1,19 1,15 1,86 Pohjamaa <0,5 <0,5 <0,5 0,78 <0,5 <0,5 0,5 1,17 <0,5 1,38 1,32 1,96 Strontium (Sr) Pintamaa <1 2,37 2,23 3,90 <1 3,72 4,74 10,9 7,35 22,6 21,6 35,3 Pohjamaa 1,40 3,22 3,34 4,83 1,86 4,49 6,29 18,3 10,6 21,0 22,1 47,6 Titaani (Ti) Pintamaa 21 202 270 728 56 694 719 1 410 282 1 100 1 101 1 670 Pohjamaa 116 232 310 866 100 598 691 1 850 560 1 590 1 506 2 360 Tallium (Tl) Pintamaa <0,03 0,06 0,08 0,24 <0,03 <0,03 0,13 0,31 0,07 0,33 0,32 0,54 Pohjamaa <0,03 0,05 0,07 0,29 <0,03 <0,03 0,14 0,48 0,15 0,43 0,42 0,73 Uraani (U) Pintamaa 0,17 0,65 0,66 1,33 0,15 1,20 1,25 3,13 1,13 3,35 3,23 7,14 Pohjamaa 0,31 0,74 0,77 1,66 0,19 1,32 1,52 3,90 1,80 3,34 3,34 5,21 Vanadiini (V) Pintamaa 1,0 7,8 10,1 27,6 1,9 19,2 24,4 54,7 10,3 44,2 39,0 65,7 Pohjamaa 3,4 7,4 10,4 32,9 4,2 18,5 21,7 55,9 17,7 54,9 51,1 89,6 Sinkki (Zn) Pintamaa 3,1 13,4 17,9 67,2 3,2 27,4 28,8 84,0 10,5 50,5 51,4 175 Pohjamaa 6,8 10,0 14,2 55,6 4,4 25,0 27,1 87,8 21,9 60,7 64,6 146 ph Pintamaa 3,85 4,37 4,32 4,62 3,94 4,27 4,27 4,61 3,69 5,18 5,05 6,23 Pohjamaa 4,38 4,70 4,71 5,00 4,28 4,57 4,59 5,04 3,30 5,27 4,92 6,07 Hiili (C) % Pintamaa 0,126 0311 0,339 0,671 0,129 0,921 1,137 3,170 0,405 2,620 2,809 8,070 Pohjamaa 0,032 0,084 0,102 0,237 0,080 0,220 0,352 2,980 0,134 0,554 0,931 3,650
S41/1141/2007/11 14 Tutkimusalueella alkuaineiden pitoisuuserot eri maalajeissa ovat selviä. Mediaaniarvoja vertailemalla saadaan asiasta luotettava kuva, eivätkä yksittäiset, muusta aineistosta suuresti poikkeavat, arvot vaikuta tulokseen. Alkuaineiden pitoisuudet savinäytteissä ovat suurimmat niin pintamaassa kuin pohjamaassakin, yleensä moninkertaiset moreenin ja karkeiden lajittuneiden ainesten vastaaviin pitoisuuksiin verrattuna. Seuraavaksi korkeimmat alkuainepitoisuudet ovat moreeneissa. Alhaisimmat pitoisuudet ovat lajittuneissa mineraalimaanäytteissä. Maaliskuussa 2007 annetun maaperän pilaantuneisuutta ja puhdistustarpeen arviointia koskevan valtioneuvoston asetuksen (Valtioneuvosto, 2007) mukaiset kynnysarvot maaperässä yleisesti esiintyville haitallisille alkuaineille on esitetty alla olevassa taulukossa 4. Arvot on määritetty kokonaispitoisuuksina kuiva-aineesta alle 2 mm raekoosta. Yhden tai useamman haitallisen aineen pitoisuuden kynnysarvon ylittyessä maaperässä on maaperän likaantuneisuus ja puhdistustarve arvioitava. Alueilla, joilla taustapitoisuus on kynnysarvoa korkeampi, pidetään taustapitoisuutta kynnysarvona. Taulukko 4. Valtioneuvoston asetuksen mukaiset kynnysarvot maaperässä haitallisille aineille. Alkuaine Kynnysarvo, mg/kg Antimoni (Sb) 2 Arseeni (As) 5 Elohopea (Hg) 0,5 Kadmium (Cd) 1 Koboltti (Co) 20 Kromi (Cr) 100 Kupari (Cu) 100 Lyijy (Pb) 60 Nikkeli (Ni) 50 Sinkki (Zn) 200 Vanadiini (V) 100 Satakunnasta tutkituissa näytteissä antimonin pitoisuudet ovat hieman korkeammat verrattuna koko maan pitoisuuksiin, mutta kynnysarvo 2 mg/kg ei ylity savissakaan. Arseenin kynnysarvo 5 mg/kg on pienempi kuin luonnollinen tausta pitoisuus usein savimailla ja joskus myös moreenimailla. Arseenin pitoisuudet ovat suuremmat pohjamaissa, mikä viittaa geologiseen alkuperään (Kuva 4). Elohopea sitoutuu orgaaniseen ainekseen ja suurimmat arvot ovatkin humuksessa. Pitoisuudet jäävät kuitenkin paljon alle kynnysarvon 0,5 mg/kg. Kadmiumin pitoisuudet jäävät murto-osaan kynnysarvosta 1 mg /kg. Pintamaissa viljelymailla saattaa näkyä vanhan lannoituksen vaikutusta. Koboltin kohdalla (Kuva 5) maalajeilla on selvät pitoisuuserot, savikoilla kynnysarvo 20 mg/kg voi ylittyä. Kaikissa maalajeissa koboltti on rikastunut pohjamaahan, joten se on geologista alkuperää. Kromin ja kuparin pitoisuudet ovat lähes samat kuin koko maan pitoisuudet, eivätkä kynnysarvot näidenkään kohdalla ylity.
S41/1141/2007/11 15 Lyijypitoisuudet ovat pintamaissa suuremmat kuin pohjamaissa ja kauttaaltaan hivenen korkeammat kuin koko maan arvot. Ihmisen aiheuttama hajakuormitus näkyy orgaanisesta aineksesta mitatuissa lyijypitoisuuksissa. Kynnysarvo ei kuitenkaan ylity lyijyn kohdalla. Nikkelin arvot pohjamaissa ovat hieman suuremmat kuin pintamaissa (Kuva 6). Yhden savinäytteen nikkelipitoisuus Porin Niittymaalla ylitti kynnysarvon, joka on 50 mg/kg. Sinkin ja vanadiinin pitoisuudet ovat savimailla pohjamaanäytteissä korkeammat kuin pintamaanäytteissä. Sinkin kynnysarvo 200 mg/kg ei ylity mutta korkeimmat savesta mitatut vanadiiniarvot ovat lähellä kynnysarvoa 100 mg /kg. Kuva 4. Pinta- ja pohjamaanäytteiden As-pitoisuudet Satakunnassa maalajeittain. Vaakasuora viiva kuvaa arseenin kynnysarvoa. Kuva 5. Pinta- ja pohjamaanäytteiden Co-pitoisuudet Satakunnassa maalajeittain. Vaakasuora viiva kuvaa koboltin kynnysarvoa.
S41/1141/2007/11 16 Kuva 6. Pinta- ja pohjamaanäytteiden Ni-pitoisuudet maalajeittain Satakunnassa. Vaakasuora viiva kuvaa nikkelin kynnysarvoa. 4.2 Alkuaineiden pitoisuudet humuksessa Humusnäytteitä otettiin 53 kpl. Peltomailla varsinaista humuskerrosta ei muodostu maanmuokkaustoimenpiteiden vuoksi, näin ollen kaikki em. humusnäytteet on otettu metsäalueilta. Humusnäytteiden analyysitulosten tunnuslukuja on esitetty taulukossa 5. Taulukossa on esitetty myös koko maan alueelta kerätyistä humusnäytteistä analysoitujen alkuainepitoisuuksien mediaanit (Salminen ym. 2003). Koko maan humusnäytteiden hiilen mediaaniarvot ovat samat kuin Satakunnan alueella keskimäärin. Satakunnassa teollisuuden, liikenteen ja muun ihmistoiminnan vaikutukset näkyvät suurempina alkuainepitoisuuksina humusnäytteissä. Runsas orgaanisen aineksen määrä sitoo hyvin raskasmetalleja ja estää siten niiden huuhtoutumisen alempiin maakerroksiin. Tutkimusalueella tämä näkyy mm. myrkyllisten elohopean, lyijyn ja kadmiumin pitoisuuksien mediaaneina. Ihmisen aiheuttamasta hajakuormituksesta johtuvat myös kohonneet sinkin, vanadiinin, antimonin ja rikin mediaaniarvot. Humusnäytteiden hiilipitoisuudella on merkittävä positiivinen korrelaatio arseenin (0,769**), bariumin (0,504**), antimonin (0,406**) ja seleenin (0,315**) kanssa. Negatiivisesti hiilipitoisuus korreloi alumiinin (-0,697**), arseenin (-0,247**), elohopean (-0,304**), berylliumin (-0,553**), litiumin (-0,511**), magnesiumin (- 0,520**), mangaanin (-0,507**), natriumin (-0,727**), toriumin (-0,814**) ja uraanin (-0,598**), talliumin (-0,390**) sekä kaliumin (-0,521**) kanssa. Näytteet, joiden hiilipitoisuus ja hehkutushäviö ovat pieniä, eivät koostu pelkästään pitkälle maatuneesta humuksesta, vaan niihin on sekoittunut runsaasti mineraaliainesta, mikä selittää mm. alumiinin ja hehkutushäviön välisen negatiivisen korrelaation. Samoin happamuudella on merkittävä negatiivinen korrelaatio hehkutushäviön kanssa
S41/1141/2007/11 17 (-0,629**): kun orgaanista hiiltä on humuksessa vähän, humushappoja muodostuu vähän ja ph pysyy korkeampana. Tämä vaikuttaa mm. alumiinin, raudan ja magnesiumin liukoisuuksiin. Kadmium-, fosfori-, lyijy- ja rikkimäärät ovat korkeampia humuksessa kuin mineraalimaassa painoyksikköä kohden. Taulukko 5. Humusnäytteiden analyysitulosten tunnuslukuja. Ka. = aritmeettinen keskiarvo, Med. = mediaani. Koko maan aineiston mediaanit Salminen ym., 2003. Alkuaine, ominaisuus Näytteiden lukumäärä Satakunta 51 Koko maa 288 Min. Med. Ka. Maks. Med. Hopea (Ag) mg/kg 0,12 0,26 0,42 1,58 0,2 Alumiini (Al) mg/kg 837 2420 2715 6990 1 960 Arseeni (As) mg/kg 1,05 2,02 3,36 11,20 1,3 Boori (B) mg/kg 2,5 3,7 3,9 7,2 5 Barium (Ba) mg/kg 39,3 66,8 66,7 116,0 79,6 Beryllium (Be) mg/kg 0,05 0,05 0,09 0,24 0,04 Vismutti (Bi) mg/kg 0,23 0,40 0,71 2,61 0,21 Hiili (C) % 16,8 40,6 39,1 95,1 40,5 Kalsium (Ca) mg/kg 1 020 2 780 2 890 5 430 2 610 Kadmium (Cd) mg/kg 0,26 0,54 0,68 2,22 0,32 Koboltti (Co) mg/kg 0,70 1,87 3,85 22,30 1,1 Kromi (Cr) mg/kg 2,10 7,23 7,15 15,80 3,9 Kupari (Cu) mg/kg 11,8 43,6 161,5 1310,0 7,9 Rauta (Fe) mg/kg 1 030 3 500 4 124 31 100 2 250 Elohopea (Hg) mg/kg 0,133 0,278 0,288 0,620 0,18 Kalium (K) mg/kg 728 1 110 1 157 2 400 927 Litium (Li) mg/kg 0,36 1,13 1,50 6,27 0,6 Magnesium (Mg) mg/kg 369 641 752 2 990 531 Mangaani (Mn) mg/kg 26 136 203 1 150 187 Molybdeeni (Mo) mg/kg 0,40 0,67 0,90 2,88 0,4 Natrium (Na) mg/kg 36,7 64,1 72,3 243,0 50 Nikkeli (Ni) mg/kg 5,05 16,40 44,80 304 4,6 Fosfori (P) mg/kg 508 807 834 1 230 742 Lyijy (Pb) mg/kg 24,3 42,7 55,0 166 30,8 Rubidium (Rb) mg/kg 3,6 8,9 9,5 25,8 7,4 Rikki (S) mg/kg 900 1 630 2 408 37 100 1 230 Antimoni (Sb) mg/kg 0,14 0,53 0,61 1,69 0,24 Seleeni (Se) mg/kg <0,5 0,62 0,62 1,55 0,5 Pii (Si) mg/kg * 385 665 643 931 - Strontium (Sr) mg/kg 8,8 16,7 18,9 59,6 22,4 Torium (Th) mg/kg 0,23 1,10 1,26 3,28 0,69 Titaani (Ti) mg/kg 66 222 275 1 390 176 Tallium (Tl) mg/kg 0,09 0,19 0,20 0,30 0,15 Uraani (U) mg/kg 0,09 0,33 0,36 0,97 0,19 Vanadiini (V) mg/kg 4,1 9,3 12,9 77,5 6,9 Sinkki (Zn) mg/kg 36,8 71,6 80,5 218 40,5 ph 2,63 3,01 3,06 4,18 - Hehkutushäviö (LOIX) % 33,0 81,3 77,7 95,1 -
S41/1141/2007/11 18 5. POHDINTA Alkuaineiden jakautumiseen maaperässä eri syvyyksille vaikuttavat maannostumisen ohella ihmisen toiminta, maaperän sekä alla olevan kallioperän geologia, humuksen määrä jne. Yleisesti voidaan sanoa, että pohjamaanäytteen pitoisuuksiin vaikuttaa eniten alueen geologia, humusnäytteisiin ja pintamaanäytteisiin vaikuttaa lisäksi ilman kautta tuleva laskeuma ja muu ihmistoiminnan aiheuttama hajakuormitus esim. lannoitteet. Alkuaineiden jakautumisesta maakerroksissa saadaan erilainen kuva myös, jos tarkastellaan eri analyysimenetelmin määritettyjä pitoisuuksia. Tässä tutkimuksessa on käytettävissä ainoastaan kuningasvesiliukoiset pitoisuudet. Taulukko 6. Satakunnasta savikoilta otettujen mineraalimaanäytteiden mediaaniarvoja ja koko maan peltomailta kerättyjen mineraalimaanäytteiden mediaaniarvoja (Tarvainen & Kuusisto 1999). Pitoisuudet määritetty ICP-AES:llä ja ICP-MS:llä kuningasvesiuutosta (AR) <2 mm lajitteesta. Alkuaine Satakunta, pintamaa Med. mg/kg Koko maa, pintamaa Med. mg/kg Satakunta, pohjamaa Med. mg/kg Koko maa, pohjamaa Med. mg/kg Näytemäärä 20 42 20 42 Alumiini (Al) 15 250 13 200 17 800 14 800 Arseeni (As) 3,7 2,4 5,0 2,3 Beryllium (Be) 0,64 <0,5 0,68 <0,5 Vismutti (Bi) 0,20 <0,1 0,26 <0,1 Kalsium (Ca) 3 025 3 110 3 095 3 420 Kadmium (Cd) <0,1 0,14 <0,1 <0,1 Koboltti (Co) 9,00 6,3 11,55 9,5 Kromi (Cr) 25 31,4 39 39,8 Kupari (Cu) 18,5 15,9 22,8 16,1 Rauta (Fe) 20 850 16 900 28 300 20 900 Kalium (K) 2 540 899 4 155 1 800 Magnesium (Mg) 5 075 3 970 6 595 5 600 Mangaani (Mn) 180 183 270 212 Molybdeeni (Mo) 0,9 0,21 0,7 <0,2 Nikkeli (Ni) 16,6 13,4 21,2 17,3 Fosfori (P) 657 805 605 551 Lyijy (Pb) 11,9 10,0 10,13 7,2 Rikki (S) 321 259 123 <50 Antimoni (Sb) 0,17 0,07 0,19 0,06 Strontium (Sr) 22,6 21,7 21,0 16,0 Titaani (Ti) 1 100 976 1 590 1 470 Vanadiini (V) 44,2 36,2 54,9 44,6 Sinkki (Zn) 50,5 37,1 60,7 38,8
S41/1141/2007/11 19 Taulukossa 6 on verrattu Satakunnasta otettujen, enimmäkseen viljelykäytössä olevien savikoiden pinta- ja pohjamaan alkuainepitoisuuksia koko maan peltomaiden vastaaviin pitoisuuksiin. Alumiinin, arseenin, koboltin, kuparin, raudan, magnesiumin, molybdeenin, nikkelin, lyijyn, vanadiinin ja sinkin määrät maaperässä ovat alueella selvästi suuremmat kuin koko maan peltomaanäytteissä keskimäärin. Kuningasvesiliukoista kaliumia on tutkimusalueen pintamaanäytteissä melkein kolme kertaa enemmän kuin koko maan näytteissä keskimäärin. Tämä johtunee savipeltojen sisältämistä runsaista kiille- ja savimineraalimääristä. Taulukossa 7 on esitetty pinta- ja pohjamaan väliset korrelaatiot sekä arvioitu alkuaineiden rikastumista peltomaan pinta- tai pohjaosaan. Kalsium-, kalium- ja magnesiumpitoisuudet ovat pintamaanäytteissä alhaisemmat kuin pohjamaanäytteissä. Kaliumia irtoaa savi- ja kiillemineraaleista rapautumisen yhteydessä. Savikot ovat pääosin viljelykäytössä ja kalium on ravinteena tarvittava alkuaine. Rikkiä on pintamaanäytteissä selkeästi enemmän kuin pohjamaassa. Maahan rikkiä tulee myös ilmasta. Luonnossa sitä joutuu ilmaan meren tyrskyistä ja haihtumalla soista rikkivetynä. Tärkein ilman rikkipitoisuuden lisääjä on fossiilisten polttoaineiden käyttö. Maaperän pintaosiin rikastuvat näytepaikasta riippumatta hiili, lyijy ja elohopea. Taulukko 7. Pinta- ja pohjamaanäytteiden alkuainepitoisuuksien väliset korrelaatiot. (* = korrelaatio melkein merkitsevä,) ** = korrelaatio merkitsevä. Ei = ei tilastollisesti merkitsevää riippuvuutta. Oikeanpuoleisessa sarakkeessa esitetään alkuaineiden rikastuminen pinta- ja pohjamaassa (pintamaan pitoisuus jaettuna pohjamaan pitoisuudella). Kuningasvesiuutto paitsi C ja Hg. Kun pintamaan pitoisuuksien ja pohjamaan pitoisuuksien suhteiden mediaaniarvo on suurempi tai yhtä suuri kuin 1,2, alkuaine on rikastunut maan pintaosiin. Kun em. suhteen mediaaniarvo on <1,2, mutta >0,90 alkuaine on jakautunut maaperässä tasaisesti syvyyden suhteen. Kun pintamaan pitoisuuksien ja pohjamaan pitoisuuksien suhteen mediaaniarvo on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,90, alkuaineen pitoisuudet ovat tyypillisesti suuremmat pohjamaassa kuin pintamaassa Alkuaine Pinta- ja pohjamaan välinen korrelaatio Näytteiden lkm 60 60 Alumiini (Al) 0,827** 0,95 Arseeni (As) 0,848** 0,87 Boori (B) 0,845** 1,00 Barium (Ba) 0,816** 0,82 Beryllium (Be) 0,762** 0,90 Vismutti (Bi) 0,858** 0,97 Hiili (C ) 0,718** 3,61 Kalsium (Ca) 0,840** 0,67 Kadmium (Cd) 0,467** 1,00 Koboltti (Co) 0,769** 0,85 Alkuaineiden rikastuminen, koko aineisto, mediaanit
S41/1141/2007/11 20 Kromi (Cr) 0,566** 1,00 Kupari (Cu) 0,793** 0,90 Rauta (Fe) 0,811** 0,86 Elohopea (Hg) 0,606** 2,67 Kalium (K) 0,855** 0,65 Magnesium (Mg) 0,826** 0,73 Mangaani (Mn) 0,609** 0,75 Molybdeeni (Mo) 0,818** 1,00 Natrium (Na) 0,832** 0,81 Nikkeli (Ni) 0,763** 0,81 Fosfori (P) 0,640** 0,98 Lyijy (Pb) 0,787** 1,22 Rikki (S) 0,943** 1,12 Antimoni (Sb) 0,908** 1,00 Tina (Sn) 0,875** 1,00 Titaani (Ti) 0,823** 1,00 Tallium (Tl) 0,877** 1,00 Uraani (U) 0,859** 0,90 Vanadiini (V) 0,823** 0,85 Sinkki (Zn) 0,730** 0,94 6 JOHTOPÄÄTÖKSET Useimpien Satakunnan alueella tutkittujen alkuaineiden pitoisuuksissa on suurta luonnollista vaihtelua. Pinta- ja pohjamaanäytteistä mitatut alkuainepitoisuudet korreloivat useimmiten merkitsevästi, joten maaperän luonnollinen, geologinen koostumus on tärkein pitoisuuksia selittävä tekijä. Lähes kaikkien hivenalkuaineiden (mukaan lukien raskasmetallit) pitoisuudet ovat yleensä suurimmat savimailla. Pintamaan orgaanisen aineksen määrä korreloi selvimmin hajakuormituksena tulevien elohopean ja lyijyn pitoisuuksien kanssa pintamaassa. Orgaanisen aineksen määrä maaperässä vaikuttaa maaperän kykyyn sitoa erityisesti kationeja itseensä. Kun orgaanisen aineksen osuus maaperässä kasvaa niin useimpien alkuaineiden määrät myös lisääntyvät kaikissa maalajeissa erityisesti pintamaassa. Humuksessa monien alkuaineiden pitoisuudet korreloivat hehkutushäviön kanssa eli orgaanisen aineksen määrän kanssa Selvin positiivinen korrelaatio on arseenilla, bariumilla, antimonilla ja seleenillä. Jos humuskerros on ohut, näytteeseen tulee helposti mukaan mineraaliainesta. Mineraalimaahan verrattuna hiilen, rikin, kadmiumin, elohopean ja lyijyn pitoisuudet ovet suhteellisen korkeita humuksessa. Ihmisen vaikutus tutkimusalueella näkyy hajakuormituksena elohopean ja lyijyn arvoissa. Arseenin luonnollinen taustapitoisuus on usein savimailla, poikkeustapauksissa myös moreenimailla, suurempi kuin kynnysarvo. Satunnaisesti kynnysarvo ylittyy myös koboltin ja nikkelin kohdalla.
S41/1141/2007/11 21 7 KIRJALLISUUSVIITTEET Bølviken, B., Bergström, J., Björklund, A., Kontio, M., Lehmuspelto, P., Lindholm, T., Magnusson, J., Ottesen, R.T., Steenfelt, A. & Volden, T. 1986. Geochemical Atlas of Northern Fennoscandia. Scale 1:4 000 000. Mapped by the Geological Surveys of Finland, Norway and Sweden in co-operation with the Swedish Geological Co. and the Geological Survey of Greenland, Uppsala-Espoo- Trondheim. Korsnäs Offset Kb. 19 p., 155 app. maps. Geologian tutkimuskeskus, Lehdistötiedote 29.9.1999 Koljonen, T. 1992. Results of the mapping. In: Koljonen, T. (ed.) Suomen geokemian atlas, osa 2: moreeni - The Geochemical Atlas of Finland, Part 2: Till. Geological Survey of Finland, Espoo, pp. 106-125. Reimann, C., Äyräs, M., Chekushin, V. A., Bogatyrev, I.V., Boyd, R., de Caritat, P., Dutter, R., Finne, T.E., Halleraker, J. H., Jæger, Ø., Kashulina, G., Lehto, O., Niskavaara, H., Pavlov, V. A., Räisänen, M.L., Strand, T., Volden, T. 1998. Environmental geochemical atlas of the central Barents region. Trondheim: Geological Survey of Norway. 745 p. Reimann, C., Siewers, U., Tarvainen, T., Bityukova, L., Eriksson, J., Gilucis, A., Gregorauskiene, V., Lukashev, V., Matinian, N.N. & Pasieczna, A. 2003. Agricultural Soils in Northern Europe : A Geochemical Atlas.- Geol. Jb. Sonderheft SD 5 : 1-270; Hannover. ISBN 3-510-95906-X. Salminen, R. (ed.) 1995. Alueellinen geokemiallinen kartoitus Suomessa vuosina 1982-1994. English Summary: Regional geochemical mapping in Finland in 1982-1994. Geological Survey of Finland, Report of Investigation 130. 47 p. Salminen, R. (ed.); Batista, M. J.; Bidovec, M.; Demetriades, A.; De Vivo, B.; De Vos, W.; Duris, M.; Gilucis, A.; Gregorauskiene, V.; Halamic, J.; Heitzmann, P.; Lima, A.; Jordan, G.; Klaver, G.; Klein, P.; Lis, J.; Locutura, J.; Marsina, K.; Mazreku, A.; O'Connor, P. J.; Olsson, S. Å.; Ottesen, R.-T.; Petersell, V.; Plant, J. A.; Reeder, S.; Salpeteur, I.; Sandström, H.; Siewers, U.; Steenfelt, A.; Tarvainen, T. 2005. Geochemical atlas of Europe. Part 1: Background information, methodology and maps. Espoo: Geological Survey of Finland. 525 p. Salminen, R., Kukkonen, M., Paukola, T. & Töllikkö, S. 1997. Chemical Composition of clays in southwestern Finland. In: S. Autio (ed.) Geological Survey of Finland, Current Research 1995-1996. Geological Survey of Finland, Special Paper 23, 117-126. Salminen, R., Tarvainen, T., Demetriades, A., Duris, M., Fordyce, F. M., Gregorauskiene, V., Kahelin, H., Kivisilla, J., Klaver, G., Klein, H., Larson, J. O., Lis, J., Locutura, J., Marsina, K., Mjartanova, H., Mouvet, C., O'Connor, P., Odor, L., Ottonello, G., Paukola, T., Plant, J. A., Reimann, C., Schermann,
S41/1141/2007/11 22 O., Siewers, U., Steenfelt, A., Van der Sluys, J., Vivo, B. de, Williams, L. 1998. FOREGS geochemical mapping field manual. Geologian tutkimuskeskus. Opas 47. 36 p. + 1 app. Salminen, R., Chekushin, V., Tenhola, M., Bogatyrev, I., Glavatskikh, S.P., Fedotova, E., Gregorauskiene, V., Kashulina, G., Niskavaara, H., Polischuok, A., Rissanen, K., Selenok, L., Tomilina, O. & Zhdanova, L. 2004. Geochemical Atlas of the Eastern Barents Region. Amsterdam: Elsevier. 548 p. Tarvainen, Timo 1995. The geochemical correlation between coarse and fine fractions of till in southern Finland. Journal of Geochemical Exploration 54 (3), 187-198. Tarvainen, T. & Kallio, E. 2002. Baselines of certain bioavailable and total heavy metal concentrations in Finland. Applied Geochemistry 17, 975-980. Tarvainen, T. & Kuusisto, E. 1999. Baltic Soil Survey: Finnish Results. In: Autio, S. (toim.) Geological Survey of Finland. Current Research 1997-1998. Geological Survey of Finland, Special Paper 27, 69-77. Tarvainen, T., Hatakka, T., Kumpulainen, S., Tanskanen, H., Ojalainen, J. & Kahelin, H. 2003. Alkuaineiden taustapitoisuudet eri maalajeissa Porvoon ympäristössä. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti S/41/3021/2003/1. 56 s. 1 liite. Tarvainen, Timo (toim.), Mikael Eklund, Maija-Haavisto Hyvärinen, Tarja Hatakka, Jaana Jarva, virpi Kerttunen, Erna Kuusisto, Jukka Ojalainen & Eeva Teräsvuori. 2006. Alkuaineiden taustapitoisuudet pääkaupunkiseudun kehyskuntien maaperässä. Geologian tutkimuskeskus, tutkimusraportti. 40 s. Valtioneuvoston asetus maaperän pilaantuneisuuden ja puhdistusterpeen arvioinnista, annettu 1.3.2007
S41/1141/2007/11 23