Happamilta sulfaattimailta liukenevat metallit rikastuvat merenpohjalle Vaasan saaristossa
Ensimmäisessä tutkimuksessa happamien sulfaattimaiden kuormituksesta Suomen merialueilla todettiin kohonneita metallipitoisuuksia sedimentissä yli 25 kilometrin etäisyydellä jokisuista. Metallien kulkeutumistapa näin kauas merelle jäi kuitenkin vielä osittain selvittämättä.
Happamat sulfaattimaat ovat visainen ongelma Suomen rannikkoseuduilla. Happamia sulfaattimaita syntyy, kun metallisulfidimineraaleja sisältävät maaperän kerrosyksiköt hapettuvat pohjaveden pinnan laskiessa esimerkiksi ojituksen seurauksena. Sulfidipitoisen maaperän hapettuessa vapautuu erittäin happamia ja metallirikkaita valumavesiä, jotka pahimmillaan aiheuttavat kala- ja pieneliöstön kuolemia vesistöissä. GTK:n yleiskartoitusten mukaan Suomessa on happamia sulfaattimaita tai helposti sellaisiksi muuttuvia maa-alueita eniten Euroopassa.
Happamien sulfaattimaiden kuormituksen levinneisyyttä merialueilla, ja mahdollisia haittavaikutuksia eliöstölle, on ensimmäistä kertaa Suomessa tutkittu Vaasan saaristossa. Vuosien 2016–2018 aikana GTK:n tutkimusalus Geomarilla tehtiin merenpohjan seismoakustisia luotauksia ja otettiin 9 sedimenttinäytesarjaa Vaasan edustalta avomerelle ulottuvalla alueella. Sedimenttinäytesarjat ajoitettiin cesium-menetelmällä, ja niistä määritettiin alkuaineiden kokonaispitoisuudet ja mineraaliaineksen raekokojakauma. Vaasan edustalle laskevat Laihianjoki ja Sulvanjoki ovat pahiten happamien sulfaattimaiden kuormittamien jokien joukossa Suomessa.
Tutkimuksen mukaan Vaasan saariston merenpohjan sedimentit ovat voimakkaasti rikastuneet tyypillisesti happamilta sulfaattimailta jokivirtaamien mukana kulkeutuvista metalleista Cd, Co, Cu, La, Mn, Ni ja Zn. Metallipitoisuudet saariston sedimenteissä kohoavat 1960- ja 1970-luvuilla, joka oli voimakasta ojittamisen aikaa Vaasan seudulla. Kuormituksen kasvu päättyi 1980-luvulla, mutta metallipitoisuudet eivät sen jälkeen ole juurikaan laskeneet. Metallipitoisuudet ylittävät tausta-arvot yli 25 km etäisyydelle saakka jokisuista (Kuva 1, näyte MGGN-2018-29). Ekotoksisuuden riskiraja-arvot ERM ja PEL ylittyvät sinkin osalta 12 km etäisyydellä jokisuista, osoittaen todennäköisiä vakavia haittavaikutuksia eliöstölle (Kuva 2). Metallipitoisuudet 12 km etäisyydelle asti ylittävät myös Sedimenttien ruoppaus- ja läjitysohjeen meriläjitykseen kelpaamattoman aineksen raja-arvon.
Metallien kulkeutumistapa osittain selvittämättä
Metallien kulkeutumistapa näin kauas merelle jäi vielä osittain selvittämättä. Aiemmin mangaanin on ajateltu ohjaavan metallien kulkeutumista, sillä se saostuu merellä muodostaen Mn-hydroksidihiukkasia, joiden pinnoille muut metalli-ionit kiinnittyvät ja vajoavat merenpohjaan. Tutkimuksessa kuitenkin ilmeni, että Mn-pitoisuudet olivat koholla vain runsaan 12 km etäisyydelle saakka joista (Kuva 3, näyte MGGN-2017-18), joten Cd, Co, Cu, La, Ni ja Zn kulkeutumiselle yli 25 km päähän on luultavasti jokin toinen selitys. Kyseisillä metalleilla todettiin merkitsevä tilastollinen yhteys 2–6 µm kokoisiin sedimenttirakeisiin. Myös ravinteilla hiili ja typpi todettiin merkitsevä tilastollinen yhteys samaan raekokoluokkaan. On siis mahdollista, että jokien happamilta sulfaattimailta tuomat metallit kiinnittyvät pääosin orgaanisesta aineksesta koostuviin hiukkasryppäisiin (organic aggregates), joita saostuu jokiveden ja meriveden sekoittumisvyöhykkeessä jokisuissa, ja kulkeutuvat niiden mukana kauas merelle.
Mielenkiintoinen tutkimustulos on myös se, että raudan pitoisuudet Vaasan saariston sedimenteissä ovat taustapitoisuuden tasolla. Monilla muilla happamilla sulfaattimailla maailmassa rautayhdisteet ovat merkittävässä osassa metallien kulkeutumisessa vesistöissä.
Tutkimus on osa Suomen Akatemian Strategisen tutkimuksen neuvoston rahoittamaa SmartSea-hanketta.
Teksti
Joonas Virtasalo, erikoistutkija, Geologian tutkimuskeskus
Peter Österholm, yliopistonlehtori, Åbo Akademi
Aarno Kotilainen, tutkimusprofessori, Geologian tutkimuskeskus
Mats Åström, professori, Linnéuniversitetet
Alkuperäinen tutkimusartikkeli
Virtasalo, Joonas J; Österholm, Peter; Kotilainen, Aarno T; Åström, Mats E (2020): Enrichment of trace metals from acid sulphate soils in sediments of the Kvarken Archipelago, eastern Gulf of Bothnia, Baltic Sea. Biogeosciences 7, 6097–6113.
Tutkimuksen geokemiallinen ja raekokoaineisto
Virtasalo, Joonas J; Åström, Mats E; Österholm, Peter; Kotilainen, Aarno T (2020): Multielement data of sediment samples from the Kvarken Archipelago, eastern Gulf of Bothnia, impacted by metal loading from acid sulphate soils. PANGAEA.
Virtasalo, Joonas J; Åström, Mats E; Österholm, Peter; Kotilainen, Aarno T (2020): Grain size data of sediment samples from the Kvarken Archipelago, eastern Gulf of Bothnia, impacted by metal loading from acid sulphate soils. PANGAEA.