Hapan sulfaattimaa

Kohteesta Wikipedia
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Hapan sulfaattimaa (synonyyminä joskus myös alunamaa) on rikkipitoinen sedimentti joka aiheuttaa hapettuessaan happamuusongelmia ympäristössä[1]. Happamuus on peräisin rikkihaposta joka liuottaa ympäristölle haitallisia aineita maan mineraaleista.

Potentiaaliset happamat sulfaattimaat syntyvät luonnollisten prosessien myötä matalissa ja hapettomissa pohjasedimenteissä. Jään vetäytyessä Pohjanmereltä viimeisimmän jääkauden jälkeen noin 10000 vuotta sitten nykyisiä rannikkoalueita peitti Litorinameri. Litorinameren pohjassa syntyi hapettomia sedimenttejä kuolleen planktonin ja levän painautuessa pohjaan. Raudasta ja rikistä syntyi rautasulfidimineraaleja meren pohjasedimentteihin. Rautasulfidimineraalien syntyä ohjaavat mikrobit, jotka tuottavat sulfideja hapettomissa olosuhteissa joissa esiintyy orgaanista materiaalia energianlähteenä, sekä sulfaatteja (SO4-2) ja rautaa (Fe3+ / Fe2+) reduktiota varten[2]. Maankohoamisen myötä rauta- ja rikkipitoiset sedimentit ovat nousseet merestä. Rikkikiisu (FeS2) on yleisin sulfidimineraali jota esiintyy potentiaalisissa happamissa sulfaattimaissa. Postglasiaalisten esiintymien lisäksi on olemassa myös toinen happamuutta aiheuttava mineraalityyppi, kallioperän prekambriset mustaliuske esiintymät jotka ovat syntyneet liejuisista savisedimenteistä merenpohjassa[3].

Pohjaveden tason laskiessa sulfidipitoiset sedimentit joutuvat kosketukseen hapen kanssa ja sulfidit hapettuvat ja muuttuvat monimutkaisten prosessien kautta  rikkihapoksi (H2S04)  sekä rauta(III)hydroksideiksi. Raudan ja rikin hapettuessa maaperän pH-arvo voi laskea 3,5-4 asti.

Todellinen hapan sulfaattimaa on yleensä hyvin hapanta (pH <4) ja usein rautasaostumien värjäämä.

Happamat sulfaattimaat sisältävät sulfidipitoisia kerroksia. Luonnollisessa, häiriintymättömässä tilassa sulfaattimaat ovat veden kyllästämiä ja sulfidipitoisten maakerrosten pH-arvo on kutakuinkin neutraali. Luonnollisessa tilassa olevia happamia sulfaattimaita kutsutaan potentiaalisiksi happamiksi sulfaattimaiksi. Näiden kerroksien hapettuessa esim. ojituksen aiheuttaman veden pinnan laskun seurauksena, sulfidit muuttuvat rikkihapoksi (sulfaatti) joka aiheuttaa voimakkaan happamoitumisen sekä metallien huuhtoutumisen sulfidikerroksista. Tämän tyyppisiä maita kutsutaan todelliseksi happamiksi sulfaattimaiksi. Hapettuneiden maakerroksien alta voi myös löytyä potentiaalisia happamia sulfaattimaita.

Potentiaalinen hapan sulfaattimaa on yleensä väriltään musta tai tumman harmaa sekä pH-arvoltaan neutraali.

Sulfidipitoiseksi maakerrokseksi voidaan määrittää sellaiset kerrokset tai sedimentit jotka sisältävät huomattavan määrän sulfidimineraaleja (sulfidipitoisuus ≥0,01 %).

Jos sulfidipitoisuuksia ei ole analysoitu voidaan sulfidisedimentti määrittää seuraavasti:

1)     kokonaisrikkipitoisuus ≥0,01 % sekä

2)     toistuvilla pH-mittauksilla maaperänäytteistä jotka ovat saaneet hapettua (inkubaatio). pH-arvon laskiessa alle 4,0 useamman viikon kestävän hapettumisjakson jälkeen, maaperä voidaan luokitella potentiaaliseksi happamaksi sulfaattimaaksi[4].

Tyypillinen sulfidipitoinen maakerros koostuu hienorakeisista lajitelluista maalajeista tai liejusta joissa kokonaisrikkipitoisuudet ovat suurempia kuin 0,2 %. Näiden lisäksi myös karkearakeisemmat maalajit saattavat aiheuttaa happamuutta niiden kokonaisrikkipitoisuuksien ylittäessä 0,01 %. Viljelymailta otetuista maaperäprofiileista voidaan havaita selkeä hapettumiskerros pohjaveden pinnan yläpuolella joka on värjäytynyt ruosteen punaiseksi rautasaostumista. Pohjaveden pinnan alapuolella kerrokset ovat tumman harmaita. Sulfaattimaita voidaan tunnistaa myös tunnusomaisen hajun perusteella joka on peräsisin rikkivedystä.

Esiintymis- ja riskialueet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pohjois-Euroopassa happamia sulfaattimaita esintyy muinaisen Litorinameren rantaviivan alapuolella.

Happamia sulfaattimaita esiintyy rannikkoalueilla ja niitä on maailmanlaajuisesti noin 24 - 30 miljoonan hehtaarin suuruisella alueella jossa asuu noin 2 miljardia ihmistä. Suurin osa sulfidipitoisista sedimenteistä esiintyy matalissa vuoroveden vaikuttamilla rannikoilla trooppisissa ja subtrooppisissa murtovesialueilla, kuten Mekongjoen suulla Vietnamissa sekä Sumatran ja Kalimantanin rannikoilla[5]. Samankaltaisia esiintymiä löytyy Euroopasta mm. Rein-joen suulla Alankomaissa sekä Pohjois-Saksan kosteikoilla[6]. Suomessa ja Ruotsissa happamat sulfaattimaat esiintyy Pohjanlahden rannikolla jossa tapahtuu maankohoamista. Esiintymät löytyvät pääsääntöisesti muinaisen Litorinameren rantaviivan alapuolella. Happamien sulfaattimaiden riskialue löytyy Suomessa alueella joka ulottuu Oulun seudulta Vaasan eteläpuolelle. Ruotsin riskialueet sijaitsevat Västerbottenin ja Norrbottenin rannikoilla. Arvioiden mukaan Suomessa on noin 340 000 hehtaaria viljeltyä hapanta sulfaattimaata ja Ruotsissa noin 140 000 hehtaaria[7].

Viljelyalueiden happamat sulfaattimaat ovat olleet jo pitkään tiedossa, mutta metsäalueilla sijaitsevat happamat sulfaattimaat ja niiden vaikutukset ovat vähemmän tunnettuja. Suurin osa viljelyaloista joissa happamia sulfaattimaita esiintyy, ovat olleet viljeltyinä jo yli sadan vuoden ajan. Ajan saatossa näissä maissa esiintyvät sulfidit ovat hapettuneet ja aiheuttaneet happamuutta ja metallien huuhtoutumista vesistöihin. Turvemetsissä tilanne on toinen. Turpeen alla olevat sulfidisedimentit ovat vielä suurimmaksi osaksi koskemattomia.

Ympäristövaikutukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Luonnollisessa tilassa olevat happamat sulfaattimaat eivät usein aiheuta ympäristöhaittoja koska ne sijaitsevat hapettomissa olosuhteissa vedenpinnan alla. Erilaiset toimenpiteet kuten ojitus ja ruoppaus laskevat pohjaveden pinnan, joka johtaa sulfidipitoisten maakerroksien hapettumiseen. Tämä saa aikaan ympäristölle haitallisten metallien liukenemisen ja huuhoutumisen vesistöihin. Maankäyttö happamilla sulfaattimailla onkin yksi merkittävä syy happamien sulfaattimaiden aiheuttamiin ympäristöhaittoihin.

Kuivan kauden jälkeen sadanta huuhtoo hapettuneesta sulfidikerroksesta rikkihappoa ja metalleja ojiin ja vesistöihin aiheuttaen vakavia ekologisia ongelmia. Arvioiden mukaan sulfaattimaiden metallipäästöt (Al, Cd, Co, Mn, Ni, ja Zn) ovat määriltään 10 – 1000 kertaa suurempia kuin mitä Suomen teollisuuden metallipäästöt yhteensä[8]. Vain harva vesieliö pystyy elämään ja lisääntymään happamassa ja metallipitoisessa vedessä, pH-arvo 5,5 pidetään kriittisenä rajana vesieliöille[9].

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Nuotio, E., Rautio, L.M. & Zittra-Bärsund, S.: Kohti happamien sulfaattimaiden hallintaa. Ehdotus happamien sulfaattimaiden haittojen vähentämisen suuntaviivoiksi.. Maa- ja metsätalousministeriön työryhmämuistio 8:2009, 2009.
  2. Driessen, P., Deckers, J & Spaargaren, O.: Lecture notes on the major soils of the world. World Soil Resources Report, 2001.
  3. Loukola-Ruskeeniemi, K.: Geochemistry of Proterozoic metamorphosed black shales in eastern Finland, with implications for exploration and environmental studies. Academic dissertation. GTK, 1992.
  4. Auri, J., Edén, P., Martinkauppi, A., Rankonen, E. Työohje happamien sulfaattimaiden kartoitukseen. 2012. GTK
  5. Pons, L.J. & van Breemen, N. (1982). Factors influencing the formation of potential acidity in tidal swamps. Proceedings of the Bangkok Symposium on acid sulphate soils, pp. 37-51.
  6. Gröger, J. (2010) Acid sulfate soils. Processes and Assesment. Dissertation.
  7. Hadzic, M., Hudd, R. & Lehtonen H.,: The effects of environmental changes on the fisheries and fish stocks in the Archipelago sea and the Finnish part of the Gulf of Bothnia.. Aqua Fennica 12:47.58, 1982.
  8. Sundström R., Åström, M & Österolm, P: Comparison of the metal content in acid sulfate soil runoff and industrial affluents in Finland.. Environ. Sci. Tecnol. 36, 2002. American Chemical Society.
  9. Palko, J. & Myllymaa U.: Happamien sulfaattimaiden hallintaa. Ehdotus happamien sulfaattimaiden aiheuttamien haittojen vähentämisen suuntaviivoiksi.. Vesi- ja ympäristöhallinnon julkaisuja 11, 1987.

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Kangas, Jaana: Happamien sulfaattimaiden luokitus. Diplomityö. Oulu: Oulun yliopisto, 2010. Työn verkkoversio (pdf) (viitattu 23.3.2018).