Maaperä

Haitta-aineet maaperässä

Kaivostoiminnan päästöjen vaikutus maaperään kaivosalueen ulkopuolella (maaperän kuormittuminen ja mahdollinen pilaantuminen) ja siihen liittyvä ekotoksikologinen riski (LINKKI EKOTOKSIKOLOGIAN PUOLELLE) ja terveysriski kaivosalueen ulkopuoliselle väestölle on arvioitava.

Tarkastelun kohteena on kaivosalueen ulkopuolisen ympäristön maaperä, ei kaivosalueen maaperä; maaperän kuormittuminen ja siihen liittyvät terveysriskit.

Päästöt maaperään kaivosalueelta

Kaivosalueen ympäristön maaperään päätyy kaivostoimintaan liittyen päästöjä pääasiassa ilmasta pölylaskeumassa (kuivalaskeumana, sateen mukana).

Pistemäisestä lähteestä tuleva päästö aiheuttaa tyypillisesti maaperään pitoisuusgradientin, jossa aineen pitoisuudet ovat suurimmat lähteen läheisyydessä ja pienenevät vähitellen etäisyyden kasvaessa.

Ratkaisevia tekijöitä pölypäästön leviämisessä ympäristöön ovat

• pölyn hiukkaskokojakauma
• päästölähteen korkeus maaperästä
• ilmasto/sääolosuhteet (mm. vallitseva tuulen suunta)
• maasto-olosuhteet (mm. leviämisen esteet).

Pölypäästöjen leviämisestä ilmateitse ja sen määrittämisestä on yksityiskohtaisesti kohdassa .. (LINKKI RAPORTIN LEVIÄMISMALLIKOHTAAN)

Jossakin määrin maaperään saattaa kaivosalueelta tulla päästöjä esimerkiksi pintavesien (sadevedet, lumen sulamisvedet) mukana, ja pintavedet saattavat kuljettaa päästöjä maan pinnalla paikasta toiseen. Näitä päästöjä on todennäköisemmin tärkeämpää tarkastella ja arvioida pintavesiin päätyvinä päästöinä (LINKKI KOHTAAN PINTAVESI) kuin maaperään jäävänä päästönä. Aineet ovat veteen liuenneina. Ne voivat sitoutua maaperään, mutta liikkuvat veden mukana. Jos kaivosalueen pintavedet on merkittävä kaivosaleen ympäristön maaperän puhtauteen vaikuttava tekijä, niiden osuus ja merkitys maaperän pilaajana on myös arvioitava.

Kaivosalueen ympäristön maaperään päätyvien päästöjen merkitys alueen pohjaveden laatuun on myös arvioitava.

Koska kaivoshankkeen suunnitteluvaiheessa asiaa joudutaan arvioimaan hieman erilaisen tiedon pohjalta kuin voidaan tehdä toimivan kaivoksen ympäristössä, arviointi on jaettu vastaavasti.

A. Kaivosalueen ympäristön maaperän kuormittuminen - arviointi kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa

B. Kaivosalueen ympäristön maaperän kuormittuminen - arviointi toimivan kaivoksen ympäristössä

A. Kaivosalueen ympäristön maaperän kuormittuminen - arviointi kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa

Maaperään päätyvät päästöt

Koska laskeuma ilmasta hiukkaspäästöinä on merkittävin ja potentiaalisin kaivoksen normaalitopimintaan liittyvä maaperää pilaava syy ja reitti, kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa arvio perustuu pölyn leviämisen ja sen laskeuman mallittamiseen ja arviointiin. Miten laajalle pöly/hiukkaset leviävät kaivosympäristössä ja mikä on siitä maaperään päätyvä laskeuma.

• Määritä kaivosalueen ympäristön maaperän (pintamaan) alkuainekoostumus (perustilaselvitys). Perustilaselvitykseen on syytä sisällyttää myös muita aineita kuin epäorgaanisia aineita, jos on olettettavissa, että kaivostoiminnasta syntyy maaperään niiden merkittäviä päästöjä. Perustilaselvitys on taustatieto ja lähtötaso mahdollisten myöhempian muutosten toteamiseksi aineiden pitoisuuksissa maaperässä kaivostoiminnan aikana.

Näytteet kerätään ja analysoidaan maaperän eri materiaaleista, joiden avulla toiminnan vaikutuksia myöhemmin seurataan. Pintamaa eli tavallisesti sammal- ja humusnäytteet antavat alkuainepitoisuuksien lähtötason ilman kautta tapahtuvalle metallien kulkeutumiselle. Pohjamaan, tavallisimmin moreenin, kemian lähtötilannetiedot sisältyvät myös perustilaselvitykseen. Maaperään liittyvä MINERA-riskinarvio tehdään aineen pintamaassa olevien pitoisuuksien perusteella. Pintamaassa oleville aineille todennäköisimmin altistutaan.

• Listaa ennakkotietojen perusteella potentiaaliset kaivostoimintaan liittyvät haitta-aineet. Ne ovat aineita, jotka saattavat päätyä kaivospäästöistä kaivosympäristön maaperään siinä määrin, että pitoisuuden voi olettaa kohoavan maaperässä pitkällä aikavälillä kaivoksen toimiessa.

Metallimalmikaivostoiminnan päästöt heijastavat tuotettavan malmin ja sivukivien kemiallista koostumusta. Nämä metallit ovat ensisijaisia riskinarvioon sisällytettäviä alkuaineita. Niiden lisäksi on arviointiin tarpeellista sisällyttää myös esiintymän assosiaatioon tai prosessiin kuuluvia muita mahdollisia haitallisia aineita.

• Arvioi hiukkaslaskeuman määrä ja kemiallinen koostumus, mitä aineita pölyssä/hiukkasissa maaperään päätyy.

• Arvioi/mallita päästön leviäminen kaivosympäristöön ja leviämisalue, jolla aineen/päästön voi olettaa poikkeavan (merkittävästi) alueen taustapitoisuudesta. (LINKKI PÖLYN LEVIMISMALLIIN)

• Arvioi/mallita
  • maaperään päätyvän päästön määrä ainekohtaisesti, kvantitatiivisena (mg/m² tms.)
  • aineen pitoisuus maaperässä päästöjen jälkeen (sisältää päästön aiheuttaman muutoksen pitoisuudessa).

• Arvioi, aineiden liukoisuus hiukkasista veteen. Veteen liukeneva osuus siirtyy maaperään ja voi periaatteessa siirtyä esimerkiksi syötäviin keräilytuotteisiin (marjat, sienet, kasvit). Pöly sellaisenaan laskeutuu keräilytuotteiden pinnalle ja saattaa (pois huuhtomatta) aiheuttaa altistumista tuotteita syötäessä.

Maaperän kuormittumisen arviointi kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa

Maaperän kuormittuminen aineella ja aineen pitoisuus maaperässä kuormittumisen jälkeen voidaan laskea seuraavalla kaavalla:

C _soil = C_ tausta + C_ lisäys

• C _ tausta on aineen taustapitoisuus arvioitavassa ympäristössä (aineen pitoisuus perustilaselvityksessä tai vastaava relevantti aluetta edustava pitoisuustieto).

• C _lisäys on kaivostoiminnasta syntyvä lisäys aineen pitoisuuteen maaperässä.

C-soil-arvoa/pitoisuutta käytetään aineen vallitsevana potoisuutena maaperässä terveysriskin arviointiin.

C_lisäyksen määrittäminen:

Arvioitavan aineen pitoisuus pölyssä päätellään tässä vaiheessa oletuksella, että pölyn koostumus vastaa sen materiaalin koostumusta minkä käsittelystä pölypäästö aiheutuu.

Pölylaskeuma arvioitavan alueen maaperään mallitetaan kavantitatiivisena (ensisijainen suositus, esim. mg/m2/vuosi).

Aiempien kaivosympäristötutkimuksien perusteella voidaan päätellä, että pölyn aiheuttamat maaperän pitoisuusmuutokset havaitaan selvimmin alle 1 km etäisyydellä keskeisestä toiminta-alueesta. Noin 80 % pölystä laskeutuu alle 500 m etäisyydelle päästölähteestä. Jos oletetaan että loput 20 % laskeutuu alle 1 km etäisyydelle voidaan, lisätyn haitta-ainekuormituksen vuosittainen määrä karkeasti arvioida myös aineen kokonaispäästöstä kaivosalueelta. Näiden kahden eri arviointitavan antamia tuloksia on syytä verrata toisiinsa, jos mlemmat laskelmat on mahdollista tehdä.

Pölyämisen aiheuttamia tietyn alkuaineen pitoisuusmuutoksia maaperässä voidaan arvioida kaavalla

A+B+C

Jossa

• A= luontainen pitoisuus humuksessa (x mg/kg)
• B = prosessoinnin aiheuttama laskeuma/kk (x mg/kg) 500 m etäisyydelle / tuotettu rikaste (louhinta, murskaus,lastaus, kuljetus)
• C= rikastushiekan aiheuttama laskeuma /kk (x mg/kg) 500 m etäisyydelle

A:na käytetään alueen perustilaselvityksestä saatua pitoisuustietoa. Jos sitä tietoa ei vielä ole, käytetään vastaavaa edustavaa tietoa maaperän taustapitoisuudesta.

B ja C arvioidaan pölyämismallien ja pölyn koostumuksen perusteella.

Pitoisuusmuutokset pohjavedessä

Pohjaveden mukana kulkeutuvien haitta-aineiden vaikutuksia voidaan arvioida tarkastelemalla pohjaveden mukana kulkeutuvien haitta-aineiden reittejä ja määriä. (LINNKKI KO. ASIAKOHTQAAN, JOS SELLAINEN TULEE).

Pohjaveden pilaantumisriskiä voidaan arvioida Kd-arvojen perusteella.

Kd-arvojen perusteella lasketaan näytekohtaisesti kullekin alkuaineelle sallittu enimmäispitoisuus maaperässä, joka ei aiheuta pohjaveden pilaantumisriskiä kaavalla (Tarvainen & Jarva 2009):

SVPpv = (RfCpv * 10-3 * Kd) / DF

jossa

• SVPpv = pohjaveden pilaantumisriskin perusteella määritetty sallittu enimmäispitoisuus maaperässä (mg/kg)

• RfCpv = pohjaveden sallittu enimmäispitoisuus alkuaineelle X (µg/l). Tarvainen & Jarva (2009)-tutkimuksessa on käytetty talousveden laatuvaatimuksia pienille yksiköille ja koboltin osalta WHO:n enimmäispitoisuutta juomavedelle..

• Kd = maa-vesi –jakautumiskerroin alkuaineelle X (l/kg)

• DF = laimenemiskerroin huokosveden ja pohjaveden välillä. Oletusarvona on käytetty arvoa 1/10.

PIMA-ohjeistukseen liittyvät ainekohtaiset SVPpv-arvot on Haitallisten aineiden tietokorteissa.

Pohjaveteen liittyvä terveysriskinarvio on kuvattu kohdassa Pitoisuudet pohjavedessä. (LINKKI)

B. Kaivosalueen ympäristön maaperän kuormittuminen - arviointi toimivan kaivoksen ympäristössä

Kaivoksen toiminnan aikana, ja sen jälkeen, aineiden pitoisuuksista kaivosalueen ympäristön maaperässä on toiminnan seuranta-ohjelmien mukaista pitoisuustietoa. Perustilaselvitykseen valittujen aineiden pitoisuudet tulee, toiminnasta, aineista ja päästömääristä riippuen määrittää seurantaan valitulla tavalla ja frekvenssillä.

Toimivan kaivoksen riskinarvioon käytetään mitattua pitoisuustietoa maaperästä. Siltä osin kuin mitattu tieto ei kata riskinarviossa tarvittavaa tietoa, pitoisuuksia maaperässä voidaan/tulisi edelleen mallittaa. Mallitukseen toimivasta kaivoksesta on käytettävissä tarkempaa, todettua päästötietoa kuin on kaivostoiminnan suunitteluvaiheessa.

Oleellista on määrittää/rajata aineelle pitoisuusvyöhyke kaivosympäristössä, jonka sisällä aineen/aineiden pitoisuudet maaperässä ovat ympäröivästä taustasta koholla. Pistemäiset päästölähteet aiheuttavat ympäristönsä maaperään tyypillisesti pitoisuusgradientin, jossa pitoisuudet ovat suurimmat päästölähteen läheisyydessä ja pitoisuus maaperässä laskee etäisyyden kasvaessa.

Pitoisuusvyöhyke on syytä jakaa alavyöhykkeisiin, jos pitoisuusgradientti on suuri, ja tehdä riskinarvio erikseen eri alavyöhykkeen pitoisuuksille. Arviointivyöhykkeitä määriteltäessä on syytä huomioida myös ihmisten potentiaalinen altistuminen maaperästä kyseisille aineille (asutus, keräilytuotteiden käyttö, mahdollinen maatalous jne.).

Maaperän kuormittumisen arviointi toimivan kaivoksen ympäristössä

Toimivan kaivoksen ympäristön maaperän kuormittuminen arvioidaan aineen mitatuista pitoisuuksista kaivosympäristössä/arvioitavalla alueella.

• Aineen mitattua pitoisuutietoa maaperässä käytetään myös terveysriskin ja ekotoksisen riskin arvioon. (LINKKI)

Jos maaperän kuormittuminen aineella (todettu lisäys maaperässä) on tarpeen määrittää erikseen, se voidaan päätellä kaavalla:

C_ lisäys = C _soil - C_ tausta  

• C _lisäys on kaivostoiminnasta syntyvä lisäys aineen pitoisuuteen maaperässä.

• C_soil on aineen todettu pitoisuus maaperässä (mitattu pitoisuus, jos saatavilla).

• C _ tausta on aineen taustapitoisuus arvioitavassa ympäristössä (aineen pitoisuus perustilaselvityksessä tai vastaava relevantti aluetta edustava pitoisuustieto).

C_soil-arvoa/pitoisuutta käytetään aineen vallitsevana potoisuutena maaperässä terveysriskin arviointiin.

Pitoisuusmuutokset pohjavedessä

Arvioitavien aineiden pitoisuusmuutokset pohjavedessä arvioidaan toimivan kaivoksen ympäristössä samalla tavalla kuin kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa.

Maaperässä olevan aineen terveysriskin arvio

(Tämä terveysriskinarviota koskeva osuus päivitetty ja siirretty Loppuraporttiin Terveysriskinarviointiin kohtaan "Maaperä" (copy-paste) 17.1.2013/hk.)

Maaperään päätyviä päästöjä arvioidaan pilaantuneen maan riskinarvion periaatteiden mukaan.

Ihminen saattaa altistua maaperässä (maa-aineksessa) olevalle epäpuhtaudelle

• koskettamalla maata (iho kontakti, tai ainetta joutuu iholle)
• syömällä maata (saanti suun kautta)
• hengittämällä maaperästä irtoavaa pölyä (maasta ilmaan resuspensoituva pöly)
• syömällä alueelta kerättyjä keräilytuotteita (sienet, marjat, kasvit)
• syömällä pilaantuneella maalla kasvatettua ravintoa (puutarhatuotteet, viljelykasvit)

Terveysriskinarvio suositellaan tehtäväksi seuraavasti:

• Valitse altistumistavat ja -reitit, jotka toteutuvat (joista ihmiset altistuvat) kyseisessä kaivosympäristössä. Kaivos saattaa sijaita etäällä asutuksesta, jolloin esimerkiksi suora ihokontakti maahan ei ole merkittävä altistumistapa.

• Valitse kaivosympäristöstä vyöhykkeet/alue, jolle arvio tehdään. Maaperässä todettu pitoisuus vaikuttaa sekä vyöhykkeen että altistumistapojen valintaan. Tavoitteena on arvioida epänormaaliin pitoisuuteen liittyvä terveysriski.

• Kuvaa potentiaalinen altistuva väestö kyseisen maaperän epäpuhtauksille (lukumäärä, ikäjakauma) arvioitavalla alueella.

• Tee arvio ihmisten altistumisesta valituille haitta-aineille, kvantitatiivisena:
• miten/missä mediumissa ihmiset altistuvat
• kuinka usein ihmiset altistuvat
• arvio saadusta annoksesta, jos mahdollista (mg/kg/päivä tms.) tai
• arvio siitä, missä määrin kaivokselta tuleva päästö lisää aineen saantia ihmisille

Laskentaohjelma maaperästä saatavan epäpuhtauden altistumisen arviointiin/annoksen laskemiseen on kohdassa (LINKKI kohtaan altistumisen arviointi/laskenta). Laske maaperästä saatava annos eri altistumisreittejä siltä osin kuin käytettävissä olevat tiedot sallivat.

Ihmisen terveysriski arvioidaan aineen kokonaispitoisuuden perusteella maa-aineksessa (tausta + siihen myöhemmin tullut lisä). Ihmisen terveysriskiä ei arvioida pelkälle maaperään tulleelle lisäkuormalle (added risk), koska aineen kokonaispitoisuus vaikuttaa terveysriskiin (ihmisten ei oleteta mukautuvan taustapitoisuuteen).

Terveysriskin kuvaus:

• Kuvaa terveysriskin suuruus aineelle edeten alla olevasta kohdasta seuraavaan vertailuarvojen ylittyessä.

Maaperän pitoisuuksien vertailu taustapitoisuuteen

Vertaa maaperässä todettuja aineen pitoisuuksia alueen taustatasoon (perustilaselvitys). Ellei kyseisestä ympäristöstä ole perustilaselvityksen tietoja, yleiseen aluetta edustavaan taustatasoon luonnossa/maaperässä.

Esitä poikkeamat taustasosta (esimerkiksi ylittää x-kertaisesti).

Maaperän pitoisuuksien vertailu pilaantuneen maan ohjearvoihin

Maaperän pilaantuneisuuden astetta voidaan arvioida vertaamalla maaperässä todettuja aineiden pitoisuuksia ns. PIMA-asetuksen ohjearvoihin. Vertailusta saadaan samalla tietoa, ovatko pitoisuudet niin korkeita, että niillä saattaa olla ekotoksisia vaikutuksia tai niihin saattaa liittyä terveysriski.

Asetuksessa on ohjearvoja on metalleille ja joukolle orgaanisia aineita. Ohjearvojen käyttöä ja tulkintaa on opastettu PIMA-asetukseen liittyvässä oppaassa. Jos PIMA-asetuksessa ei ole aineelle ohjearvoja, arvioi terveysriski suoraan kohdan Todelliseen saantiin liittyvä terveysriski. (LINKKI)

• Vertaa aineen maaperässä todettua pitoisuutta aineen PIMA-asetuksen kynnysarvoon maaperässä.

Kynnysarvo on aineen pitoisuus, jonka ylitys osoittaa, että pitoisuus on maaperässä koholla. Jos alueen yleinen taustapitoisuus on kynnysarvoa suurempi, vertailuun käytetään taustapitoisuutta.

• Jos kynnysarvo ylittyy, vertaa aineen maaperässä todettua pitoisuutta aineen PIMA-asetuksen alempaan ohjearvoon.

Alempi ohjearvo on pitoisuus, joka ylitettäessä ympäristö- ja terveysriskit ovat mahdollisia ja ne tulisi yksityiskohtaisemmin selvittää tarkennetulla riskinarviolla. Terveysperusteisesti asetettu alempi ohjearvo (ohjearvo (t)) on pitoisuus, joka vastaa ihmisen altistumista maaperästä tasolla, josta ei pitäisi elinikäisenäkään altistumisena seurata vielä terveyshaittaa.

• Jos maan pilaantuneisuus on arvioitu aineen ekologisin perustein asetetulla ohjearvolla (ohjearvo (e)), tee vertailu sekä ohjearvo (e):llä että ohjearvo (t):llä. Ohjearvo (t) kuvastaa ihmisen terveysriskiä.

• Esitä ylitys (x-kertaisesti) tai alitus valittuun ohjearvoon/ohjearvoihin. (LINKKI RISKINKUVAUSOSIOON)

Alempi ohjearvo on tarkoitettu ohjearvoksi maan tavanomaiselle käytölle (asuinalueet, yleinen ympäristö), johon kaivosalueen ulkopuolinen aluekin kuuluu.

• Jos alempi ohjearvo ylittyy, vertaa aineen maaperässä todettua pitoisuutta PIMA-asetuksen ylempään ohjearvoon. .

Ylempi ohjearvo koskee teollisuusalueiden pilaantuneita maa-alueita, joilla sallitaan huomattavasti korkeammat aineen pitoisuudet maaperässä kuin muussa ympäristössä. Oletuksena on, että tavallinen väestö (vrt. työntekijät) ja erityisesti lapset eivät alueella oleskele.

• Tee vertailu maan pilaantuneisuutta kuvaavaan ylempään ohjearvoon (aineesta riippuen ohjearvo (e) tai (t) ja terveysperusteiseen ylempään ohjearvoon (t) .

• Esitä ylitys (x-kertaisesti) tai alitus valittuun ohjearvoon/ohjearvoihin. (LINKKI RISKINKUVAUSOSIOON)

Todelliseen saantiin liittyvä terveysriski

Vertailu PIMA-ohjearvoihin kertoo karkeasti, onko aineen pitoisuus maaperässä niin suuri, että siihen voi liittyä terveysriski. Todellisen terveysriskin arviointiin tarvitaan kvantitatiivinen altistumisen arviointi aineelle, osana kokonaisaltistumisen arviointia. (LINKKI). Lisääkö altistuminen kyseisestä maaperästä ihmisen kokonaisaltistumista tasolle, josta voi seurata terveysriski?

Laske ihmisen altistuminen maaperästä kyseiselle aineella eri altistumismediumeista ja –reittejä altistumisen laskentamallilla (LINKKI), kokonaisannos (esim. mg/kg/päivä). Saanti voidaan laskea myös suoraan aineen kokonaissaantiin per päivä, ellei pelkkää maaperästä tulevaa osuutta ole tarpeen tarkastella erikseen.

Jos aine on syöpävaarallinen tee arvio syöpäriskistä erikseen. (LINKKI RISKINKUVAUSOSIOON)

Tee riskien kuvaus kohdan Riskin kuvaus mukaan. (LINKKI RISKINKUVAUSOSIOON). Oppaassa Maaperän kynnys- ja ohjearvojen määritysperusteet (Haitallisten aineiden tietokortit)on terveysperusteisia viitearvoja (SHPter; Suurin Hyväksyttävä Pitoisuus, terveysvaikutukset) useille metalleille ja orgaanisille aineille maaperässä HQ:n laskentaan.

Perustelut ja taustatietoa

Yleistä

Maaperän haitallisten ainesten pitoisuuteen vaikuttavat kohteen (Nikkarinen et al. 2008)

• maalaji
• taustapitoisuus
• ilman, veden ja maaperän kautta tapahtunut ihmistoiminnan kuormitus

Riskinarvioinnin lähtöoletuksena on, että eliöt ovat sopeutuneet maaperän luontaisiin metallipitoisuuksiin, sillä metalleja esiintyy luontaisesti kaikkialla. Tämä ei koske kuitenkaan ihmistä ja terveysriskin arviota: ihmisen ei oleteta sopeutuneen metallien taustapaitoisuuksiin ympäristössä. Ihmisten terveysriksi arvioidaan metallin kokonaispitoisuudelle.

Ominaista metallien luontaiselle esiintymiselle on epätasainen jakautuminen. Täten ihmistoiminnan aiheuttaman metallin lisäyksen haitanarviointi edellyttää kohteen taustapitoisuuden ja yleisimpien ominaispiirteiden tuntemista.

Kohteellisen pitoisuustiedon koostaminen perustilaselvityksen yhteydessä

Jo malminetsintä vaiheessa kertyy tietoa tutkimusalueen maaperästä ja kallioperästä. Yleensä viimeistään kaivospiirihakemusvaiheessa koostetaan ympäristötiedon perustilaselvitys, jonka yhtenä tarkoituksena on antaa lähtötaso maaperän kemiasta seurantaohjelmia varten. Perustila selvitetään ennenkuin on ryhdytty ympäristöä merkittävästi muuttaviin toimenpiteisiin.

Näytteet kerätään toiminnan arvioidulta vaikutusalueelta. Näytteet kerätään ja analysoidaan maaperän eri materiaaleista, joiden avulla toiminnan vaikutuksia myöhemmin seurataan. Pintamaa eli tavallisesti sammal- ja humusnäytteet antavat alkuainepitoisuuksien lähtötason ilman kautta tapahtuvalle metallien kulkeutumiselle. Pohjamaan, tavallisimmin moreenin, kemian lähtötilannetiedot sisältyvät myös perustilaselvitykseen.

Luontaisia taustapitoisuuksia

Metallien alueellisesta vaihtelusta ympäristön eri materiaaleissa on tuotettu laajasti tietoa. Geologian tutkimuskeskus (GTK) on kerännyt systemaattisesti tietoja alkuaineiden pitoisuuksista eri maalajeissa.

Koko maan kattavat kartoitukset sisältävät tietoja metallien pitoisuuksista Suomen yleisimmässä maalajissa moreenissa (Koljonen 1992, Salminen 1995). Suomen harjujen ja reunamuodostumien kartoitusohjelma kattaa karkealajitteisten mineraalimaalajien alkuainepitoisuudet (Salminen et al. 2007).

Taajamageokemialliset GTK:n taustapitoisuuskartoitukset ovat tuottaneet tarkentavaa lisätietoa useiden kaupunkien ja asutuskeskusten alkuainepitoisuuksista mukaan lukien metallit. Tämä aineisto on ollut pohjana GTK ja Suomen ympäristökeskuksen toteuttamassa valtakunnallisessa taustapitoisuusrekisterissä TAPIR. Eri provinssien tilastolliset tunnusluvut ovat saatavilla internetistä http://www.gtk.fi/tapir.

Maa- ja elintarviketeollisuuden tutkimuskeskus (MTT) on kartoittanut kattavasti peltojen alkuainepitoisuuksia kansallisissa seurantaohjelmissa (Erviö et al. 1990, Mäkelä-Kurtto, 2007). Lisäksi erillistutkimukset ovat tuottaneet tietoa peltojen metallipitoisuuksista (Hatakka et.al 2007).

Metsäntutkimuslaitoksen (Metla) nk. valtakunnallisessa metsäinventoinnissa on 488 pysyvää tutkimuspistettä, joista on otettu näytteitä vuosina 1986-1989 ja 1995 (Tamminen 2004). Metla on lisäksi tutkinut metallilaskeumaa metsäsammalnäytteistä 1980 puolivälistä alkaen (Piispanen 2006).

Vertailutietoa pinta- ja pohjamaan metallipitoisuuksien vaihtelusta pohjoismaissa ja Baltian alueella löytyy myös Baltic Soil Survey tutkimuksen tuloksista. (Tarvainen ja Kuusisto 1999, Reiman et. al 2003). Koko Eu:n laajuista alueellista vertailutietoa löytyy FOREG projektin tuottamana (Salminen et al. 2005).

Metallien määritysmenetelmistä

Metallit voivat olla maaperässä pysyvässä ja heikosti kulkeutuvassa tai liukoisessa ja helpommin liikkuvassa muodossa. Haitta-aineiden olomuodosta riippuu, kuinka helposti ne ovat eliöstön saatavilla, tai kuinka helposti ne voivat lähteä kulkeutumaan olosuhteiden muuttuessa. (Nikkarinen et al. 2008)

Biosaatavuus maa-aineksesta vaikuttaa merkittävästi myös ihmisen altistumuiseen: montako prosenttia aineesta lopulta irtoaa maa-aineksesta/imeytyy elimistöön. Koska useimmiten sitä ei tiedetä, oletusarvoksi biosaatavuudelle riskinarviossa asetetaan 100 %. Altistumisen arviointimallissa biosaatavuus voidaan arviointikohtaisesti asettaa. (LINKKI MALLIIN).

Kokonaispitoisuuden analysointi

Maaperän kuparin, nikkelin, koboltin ja sinkin kokonaispitoisuudet määritetään yleisimmin alle 2 mm raekokofraktiosta happouutosta.

Yleisin kivennäismaille käytetty uuttomenetelmä on kuningasvesiliuotus. Menetelmä perustuu ISO 11466 – standardiin. Kuningasvesi uuttaa suurimmaksi osaksi sulfideihin, trioktaedrisiin kiilteisiin (esim. biotiittiin), savimineraaleihin, suolamineraaleihin ja sekundäärisaostumiin sitoutuneet alkuaineet (Dolezal et al. 1968, Niskavaara 1995). Metallien osalta kuningasvesiliuotuksen voidaan katsoa kuvastavan maaperän kokonaispitoisuutta riittävän hyvin.

Runsaasti eloperäistä ainesta sisältäville näytteille suosituin kokonaispitoisuuden määrityksessä käytetty hajotusmenetelmä on mikroaaltouunitehosteinen typpihappouutto (US EPA 3051). Happohajotuksen jälkeen metallien mittaaminen uutteesta tehdään tavallisimmin ICP-AES tai ICP-MS laitteella. Viimeksi mainitulla laitteella pystytään määrittämään luotettavasti pieniä pitoisuuksia.

Satakunnan alueen taustapitoisuuskartoituksen (Kuusisto et al. 2007) yhteydessä tehtiin metallien pitoisuusvertailu käyttäen kuningasvesi- ja typpihappouuttoa. Nikkelin, kuparin, sinkin ja koboltin pinta- ja pohjamaan kuningasvesi- ja typpihappouutto vastasivat hyvin toisiaan. Kaikille metalleille korrelaatiokerroin oli yli 0,97. (J. Jarva 2007)

Kokonaispitoisuuksien vertailu ja päätelmät on tarkoituksenmukaista tehdä saman maakerroksen, maalajin ja yhtenevän määritysmenetelmän kesken. Pilaantuneen maan asetuksen kynnys ja ohjearvot perustuvat alle 2 mm fraktioon ja kuningasvesiuuttoon.

Saatavan metallipitoisuuden analysointi

Yleisesti käytetty menetelmä maan pintanäytteille on laimea bariumkloridiuutto 0,1 M BaCl2 + EDTA. Menetelmää käytetään humusnäytteille liuottamaan partikkelien pintaan fysikaalisesti adsorboituneita ioneja. Metsäntutkimuslaitoksen käyttämä menetelmä on 0,1 M BaCl2 + EDTA (7,5 g humus/150 ml).

Toinen kansainvälisesti yleisesti käytetty heikkouuttomenetelmä on 1 M ammoniumasetaattiuutto pH 4,5, missä kiinteä näyte : uuttoliuossuhde on joko 1:5 tai 1:10.MTT:n seurannoissa käyttämä menetelmä peltomaille on ammoniumasetaattiuutto pH 4,65 + EDTA. Uutossa liukenevat näytetyypin mukaan vaihdellen sekä fysikaalisesti, että kemiallisesti maarakeiden pintaan adsorboituneet ionit, liukoiset suolat, karbonaatit ja puolikiteiset raudan, alumiinin ja mangaanin sekä muiden metallien hydroksidisaostumat (Dolezal et al. 1968, Dold 2001, Räisänen 1997).

Suositeltavaa kohteellisessa ihmisten ja eliöiden metalleille altistumisen ja vaikutusten arvioinnissa on käyttää heikkouutolla saatua maaperän metallipitoisuutta kokonaispitoisuuden lisäksi, jos mittaustulokset on käytettävissä tai mahdollista hankkia.

Maaperän metallien kokonaispitoisuudet ja riskinarviointi

Yleisenä tapana on analysoida näytteen alle 2 mm lajitteesta alkuaineen kuningasveteen liukeneva osa. Kuningasveteen liuenneiden metallien pitoisuudet kuvastavat lähinnä metallien kokonaismäärää maaperässä. Siitä kaikki ei ole eliöstön saatavilla. Osa ympäristön metallien kokonaismäärästä on sitoutunut maaperän olosuhteissa pysyviin yhdisteisiin. Merkittävää maaperän metalleille altistumista ei tapahdu niin kauan kun metallit pysyvät maaperässä liukenemattomassa kiinteässä muodossa. Maaperän metallien kokonaispitoisuudet eivät täten ole paras lähtötieto riskinarviointiin mutta useimmin tieto, joka on käytettävissä.

Maaperässä saatavilla olevia helppoliukoisia metallipitoisuuksia on tavallisesti arvioitu käyttäen heikkouuttoja. Kansainvälisesti yleisesti käytetty menetelmä on 1 M ammoniumasetaattiuutto pH 4,5.

Luonnontilaisen moreenin alle 2 mm fraktiossa metallien "saatavan" pitoisuuden on havaittu olevan vain 1-5% totaalipitoisuudesta (Tarvainen & Kallio 2002). Orgaanisissa maalajeissa, peltomailla ja metalleilla kuormittuneilla alueilla liukoisuusprosentti vaihtelee huomattavasti. Kohteen maaperän olosuhdetekijät erityisesti - happamuus, hapetus-pelkistys, mineraalien rapautuvuus ja orgaanisen aineksen määrä, säätelevät metallien kulkeutumista tai pidättymistä maakerroksiin.

Katso myös : http://fi.opasnet.org/fi_wiki/images/c/c7/Finmerac-raportti.pdf s. 95-100.

Haitta-aineiden kulkeutuminen

Haitta-aineiden kulkeutuminen maaperän pintaosista syvemmälle riippuu maalajista ja haitta-aineen kulkeutumisominaisuuksista. Vesi on erilaisten kemiallisten ainesten pääasiallinen kulkeutumisväline.

Maaperän koostumus on yksi merkittävä tekijä potentiaalisten haitta-aineiden liikkumiselle ja pidättymiselle maa-ainekseen. Haitta-aineita pidättävät maaperässä erityisesti orgaaninen aines, metallien (esim. Fe, Al, Mn) muodostamat saostumat ja savimineraalit. Myös maa-aineksen raeokoko vaikuttaa suoraan sen ominaispinta-alaan. Partikkelien pienentyessä ominaispinta-ala kasvaa, joka lisää mahdollista haitta-aineiden kiinnittymispinta-alaa. (Blume & Brümmer 1987)

Hapetus-pelkistys-potentiaali (redox -potentiaali) ja pH ovat maa-aineksen tärkeitä ominaisuuksia erityisesti metallisten haitta-aineiden liukoisuuden ja kulkeutumisen kannalta. Yleisesti ottaen metallien liukoisuus on voimakkainta happamissa pekistävissä olosuhteissa. pH:lla on redox-potentiaalia suurempi merkitys (Chuan et al. 1996). Redox ja pH –olosuhteiden muuttuessa esimerkiksi pohjaveden pinnan tason vaihdellessa ja pH:n laskiessa maaperään sitoutuneet haitta-aineet voivat lähteä uudelleen liikkeelle.

Maaperän kationinvaihtokapasiteetti (CEC) mittaa maaperän puskurikapasiteettia happamuutta vastaan ja kykyä pidättää kationeja maaperän hiukkasten pinnoille. Kationinvaihtokapasiteetin suuruus riippuu pääasiassa maaperän partikkelien pintojen ominaisuuksista. Mitä enemmän aineksen pinnoilla on negatiivisesti latautuneita kohtia, sitä paremmin ne houkuttelevat positiivisia kationeja. Maa-aines, jonka partikkelien yhteenlaskettu pinta-ala (m2/g) on suuri, omaa yleensä myös korkean CEC-arvon. (Kabata-Pendias 2001)

Pohjavesivaikutus

Syvemmällä olevan maaperän haitta-ainepitoisuudet saattavat muuttua pohjaveden vaikutuksen johdosta. Maaperä saattaa pidättää pohjaveden mukana kuljettamia haitta-aineita esimerkiksi niiden saostuessa. Saostumista tapahtuu erityisesti karkeammissa lajittuneissa maalajeissa, joissa happea on saatavilla.

Hienojakoisessa maalajissa haitta-aineita sitoutuu erityisesti savimineraaleihin.

Tarkkaa pohjaveden aiheuttaman haitta-aineiden vaikutusta maaperään on vaikea laskea, mutta vaikutuksia voidaan arvioida tarkastelemalla pohjaveden mukana kulkeutuvien haitta-aineiden reittejä ja määriä.

PIMA-asetus ja -ohjeet

(Tämä kappale siirretty loppuraporttiin Terveysriskinarviokohtaan "Maaperä", 17.1.2013/hk.)

Ns. PIMA-asetus , siihen liittyvä opas ja Maaperän kynnys- ja ohjearvojen määritysperusteet ohjeistavat maan pilaantuneisuuden arviointia pilaantuneen maan kunnostustarpeita varten.

Arvio perustuu aineen aiheuttamaan ekotoksiseen haittaan ja ihmisen terveysriskiin. Oppaassa ohjeistetaan altistumisen ja riskinarviointia, pitkälle samojen periaatteiden mukaan kuin tässä MINERA-mallissa. Maan pilaantuneisuuden arviointi perustuu aineen pitoisuuteen maaperässä; taustapitoisuuden, kynnysarvon, alemman ohjearvon ja ylemmän ohjearvon käyttöön.

PIMA-asetuksen terveysperusteinen ohjearvo on asetettu tietyllä sovellusoppaassa kuvatulla keskimääräisellä ihmisen altistumistavalla kullekin aineelle, laskien alimmasta haitalliseksi tiedetystä annoksesta (ihmiselle tai koe-eläimille). Siten ohjearvovertailu antaa karkean kuvan, ovatko aineen maaperässä todetut pitoisuudet tasolla, jotka ylittävät altistumisen tavanomaisen turvamarginaalin ja riski terveyshaittoihin alkaa kasvaa.

Ohjearvot sisältävät aineen ei-karsinogeenisille vaikutuksille useimmiten 100-kertaisen turvamarginaalin, joten ohjearvon lievä ylitys ei merkitse välitöntä terveysriskiä.

Jos ohjearvo ylittyy, PIMA-ohjeistuksessakin suositellaan aineen yksikohtaisempaa arviointia (tarkennettu riskinarvio; altistumisen/saanti kvantitatiivinen määrittäminen ja saantiin liittyvä terveysriski) todellisen terveysriskin arvioimiseksi.

PIMA-oppaaseen liittyvässä julkaisussa/oppaassa Maaperän kynnys- ja ohjearvojen määritysperusteet kuvataan yksityiskohtaisesti ohjearvojen määritysperusteet ja tapa ja se sisältää usealla tavalla hyödyllistä tietoa myös aineiden terveysriskin arviointiin. Siinä olevat haitallisten aineiden tietokortit sisältävät ainekohtaista tietoa sen esiintymisestä maaperässä, ympäristökemiaa, tietoa toksisuudesta ja yksityiskohtaiset tiedot toksisuustietoperustasta, mihin kunkin aineen ohjearvot perustuvat, sekä toksisuuden että ekotoksisuuden osalta.

Terveysriskistä

(Tämä kappale siirretty loppuraporttiin Terveysriskinarviokohtaan "Maaperä", 17.1.2013/hk.)

Kaivostoiminnan päästöt sisältävät alkuaineita (metalleja), jotka ovat alkuaineina pysyviä luonnossa. Siten toistuvat päästöt kaivoksen toiminnan aikana lisäävät niiden kuormaa maaperässä kumulatiivisesti. Maaperä on pysyvä altistumisen lähde epäpuhtauksille. Aineen pitoisuuden mittaaminen maaperästä antaa aina näytteenottohetken tilanteen arvioitavaksi.

Ihmisten altistuminen maaperään päätyneille epäpuhtauksille on suurinta aivan kaivoksen välittömässä ympäristössä, jos siinä asutaan tai oleskellaan pysyvämmin. Siten terveysriskikin olisi suurinta aivan kaivoksen lähiympäristössä. Maaperän epäpuhtaudet, erityisesti epäorgaanisille aineille, eivät useimmiten muodosta merkittävää terveysriskiä ihmisille, koska altistuminen maaperävälitteisesti jää vähäiseksi.