Maaperän pilaantuminen

Maaperän pilaantuminen tarkoittaa sellaista haitallisen aineiden aiheuttamaa maaperän saastumista, josta voi aiheutua haittaa tai vaaraa ihmisten terveydelle tai ympäristölle. Pilaantumisen vakavuus riippuu mm. maaperässä olevien haitta-aineiden määrästä ja pilaantuneen alueen käyttötarkoituksesta.
Pilaantuneita maa-alueita esiintyy etenkin vanhoilla teollisuus-, polttoaine- ja huoltamoalueilla sekä kaatopaikoilla. Myös erilaiset kemikaalien varastoalueet voivat sisältää pilaantunutta maa-ainesta.

Piste- ja hajalähteet

Maaperän pilaantumisen reitit vaihtelevat, mutta ne voidaan luokitella piste- ja hajalähteiksi. Pistelähteitä ovat esimerkiksi teollisuuden laskuputket sekä käsittelemättömän huleveden ja jätevedenpuhdistamoiden purkuputket. Myös onnettomuuden aiheuttamat kemikaalivuodot esimerkiksi laivoilla tai pintaveden lähellä katsotaan pistelähteiksi, sillä niissä päästön määrä ja sijainti voidaan usein kuvata tarkasti.
Pilaantumisen hajalähteitä on vaikeampi mitata, sillä usein alueet ovat suuria tai ne koostuvat useista pistelähteistä. Esimerkkejä tällaisista lähteistä ovat torjunta-aineiden ja lannoitteiden valumavedet viljelypelloilta ja autojen pakokaasupäästöt.
Pilaantumisen reitit myös vaihtelevat pitkälti haitta-aineen tyypin mukaan. Raskasmetalleja leviää sekä piste- että hajalähteistä, kun taas radionuklidien saastuttamat maaperät ovat yleensä saastuneet pistelähteistä – tosin äärimmäisissä olosuhteissa kuten Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuuden seurauksena radionuklidit voivat tulla hajalähteestä. Orgaaniset yhdisteet ovat pääasiassa peräisin pistelähteistä. Tällaisesta esimerkki on rasvanpoistoon käytettävä trikloorietyleeni (TCE), jota on levinnyt varo- ja jätealtaista ja joka on pilannut laajalti pohjavesiesiintymiä Yhdysvalloissa.

Maaperää pilaavat aineet

Seuraavassa on esitelty tyypillisiä haitta-aineita pääosin maaperän pilaantumisen näkökulmasta. Ympäristöön joutuvien myrkkyjen ja niiden ekosysteemivaikutusten tutkiminen on ekotoksikologian tutkimusalaa.

Kromi

Suurin osa luonnossa esiintyvästä kromista on kolmenarvoista, kun taas kuudenarvoinen kromi on valtaosaltaan peräisin teollisesta toiminnasta. Kromia käytetään metalliteollisuudessa lämpökestävän teräksen ja kankiraudan valmistuksessa. Kromi(VI)-yhdisteitä käytetään pääasiassa metallien pinnoituksessa kromihappona, väriaineissa, maalipigmenteissä ja nahan parkitsemisessa. Maaperän pilaantuminen kromin vuoksi johtuu usein kromipitoisten nesteiden, lietteen tai kiinteän jätteen hylkäämisestä maastoon.
Kolmenarvoinen kromi on ihmiselle välttämätön esimerkiksi rasvan ja proteiinin hyödyntämisessä, mutta kuudenarvoisen kromin on havaittu aiheuttavan terveyshaittoja kuten keuhkosyöpää. Syöpä on lisääntynyt työntekijöillä, jotka ovat altistuneet pitkän aikaa suurelle määrälle kromia(VI) hengitysilman kautta. Mm. IARC on määritellyt kromin(VI) karsinogeeniseksi ihmiselle.

Elohopea

Elohopeaa pidetään eräänä pahimmista luonnon haitta-aineista, koska se kerääntyy vesiekosysteemeihin. Laskeuma ilmakehästä on elohopean pääasiallinen lähde maa- ja vesiekosysteemeissä, ja sitä leviää ilmakehään luonnostaan maakaasujen mukana. Etenkin tulivuorenpurkausten ja metsäpalojen myötä ilmakehään leviää merkittävä määrä maakaasuja ja hiukkasia, mukaan lukien elohopeaa. Tavallisempi elohopean lähde on orgaanisen aineksen hajoamisessa syntyvät kaasut
Elohopeaa on perinteisesti käytetty fungisideissä (sienitauteja ehkäisevät kemikaalit), paperinvalkaisussa, kullan amalgamoinnissa ja tieteellisten ja lääketieteen apuvälineiden valmistuksessa. Elohopean pistelähteitä ovat päästöt mm. natriumhydroksidin ja kloorin valmistuksessa, metallientuotannossa, jätteenkäsittelyssä ja erilaisissa polttolaitoksissa. Etenkin kaatopaikat, metalliteollisuuden kuonat ja laboratorioiden jätteet ovat tyypillisiä elohopean hajakuormituksen lähteitä.
Elohopean on todettu aiheuttavan mm. kehityshäiriöitä sikiöillä ja tuntohäiriöitä aikuisilla. Eläimillä se aiheuttaa lisääntymishäiriöitä.

Kadmium, lyijy ja sinkki

Kadmiumia, lyijyä ja sinkkiä löytyy usein yhdessä malmiesiintymissä. Metalleilla on kuitenkin erilaiset biologiset vaikutukset. Sinkki on tärkeä hivenaine, mutta kadmiumilla ja lyijyllä ei ole tunnettuja biologisia tehtäviä ja ne voivat aiheuttaa merkittäviä ympäristöriskejä.
Kadmiumin tyypillisiä maaperää pilaavia lähteitä ovat metallien pinnoitusprosessit ja kadmiumpitoiset jätteet: Ni-Cd -paristot, Cd-pinnoitettu teräs ja valokaariuunin pöly. Sinkki on melko tavallinen maaperän metalli, ja sitä käytetään galvanoinnissa ja elektrogalvanoinnissa. Sinkillä pilaantuneista maaperistä löytyykin usein muitakin metalleja.
Kaiken kaikkiaan kadmiumin, lyijyn ja sinkin pääasiallisia antropogeenisiä (ihmisestä peräisin olevia) lähteitä ovat kaivos- ja sulattamotoiminta sekä jätevesilietteiden levittäminen maataloudessa. Lyijyä on paljon myös ampumaradoilla, sillä etenkin haulikon patruunat sisältävät paljon lyijyä.

Radionuklidit

Monilla maaperässä havaituilla radionuklideilla on pitkä puoliintumisaika ja ne voivat kerääntyä eliöihin. Tyypillisiä antropogeenisiä lähteitä ovat ydinaseiden testaus, voimalaitosonnettomuudet ja ydinjätteen kuljetuksessa tapahtuneet onnettomuudet. Myös reaktoreiden säiliöaltaat ja jäähdytysvedet voivat vuotaa.
Radionuklidit aiheuttavat huolta säteilyaltistuksen vuoksi, esimerkiksi Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuuden vuoksi laajoja viljelyalueita Venäjällä, Valkovenäjällä ja Ukrainassa hylättiin. Radionuklidien pienempiä lähteitä ovat hiilen lentotuhka ja sementin valmistus.

Typpi

Typen ihmisen aiheuttama päälähde on lannoitteet. Typpi on nykyisin olennainen osa maanviljelystä, mutta samalla pinta- ja pohjavedet ovat joillakin alueilla pilaantuneet pahasti. Runsas nitraatin (NO₃⁻) saanti aiheuttaa lapsilla methemoglobinemiaa nitraatin muuntuessa suolistossa nitriitiksi.
Nitraatit ja nitriitit edistävät nitrosoamiinien muodostumista ruoansulatuskanavassa, mikä saattaa edistää ruoansulatuskanavan syöpiä. Jotkin tutkimukset osoittavat niiden lisäävän mm. kehityshäiriöitä ja sepelvaltimotautia sekä lisäävän Non-Hodgkinin lymfooman riskiä. Toisaalta typen eri muodot aiheuttavat terveysriskejä lisäämällä myrkyllisten levien kasvua vesistöissä. Tutkimuksissa on myös havaittu, että ravinteikkaassa vedessä on enemmän hyttysten toukkia; tästä saattaa seurata, että hyttysten välittämät taudit kuten malaria leviävät enemmän.

PAH ja heterosykliset aromaattiset yhdisteet

Sekä PAH-yhdisteitä että heteroaromaattisia yhdisteitä esiintyy ympäristössä luonnostaan. Niitä muodostuu orgaanisen aineksen, kuten hiilen öljyn tai puun palamisessa. PAH-yhdisteitä käytetään myös ainesosina voiteluöljyissä ja öljytuotteissa kuten asfaltissa ja kreosootissa. Ympäristön PAH-tasoja nostaakin antropogeenisesti mm. fossiilisten polttoaineiden poltto, hiilen kaasutus ja asfaltin tuotanto. Ilmakehään vapautuneet PAH:t laskeutuvat maan pinnalle märkä- ja kuivalaskeumana.
PAH:t ovat hiilitervan pääainesosa. Sivutuotteena syntyvää hiilitervaa kerättiin kaasulaitoksilla maahan kaivettuihin altaisiin. Hiilitervalla saastuneilla mailla on vaarana se, että PAH-yhdisteet haihtuvat maaperästä. Myös pohjavesien saastumisriski on olemassa.

Nitroaromaattiset yhdisteet

Nitroaromaattisia yhdisteitä käytetään mm. kemikaalien valmistuksessa ja öljynjalostuksessa sekä pestisideinä, bakterisideinä ja räjähteinä. Suuri osa sotilasalueista on pilaantunut nitroaromaattisten yhdisteiden jäämillä, kun alueilla on valmistettu, testattu tai tuhottu ammuksia.
TNT leviää pintavesiin ja maaperän läpi pohjaveteen. Pintavesissä auringonvalo hajottaa yhdisteen nopeasti muiksi yhdisteiksi, mutta pohjavedessä ja sedimentissä yhdiste hajoaa hitaammin. Kaloihin ja kasveihin voi kertyä pieniä määriä TNT:tä.
Räjähteiden valmistuksessa työskentelevillä ihmisillä on havaittu mm. anemiaa ja maksan epänormaalia toimintaa – tosin työpaikan ilmassa on voinut olla hyväksyttäviä rajoja enemmän TNT:tä. Eläinkokeissa yhdisteellä on havaittu samanlaisia vaikutuksia vereen ja maksaan, ja ravinnon kautta saatuna TNT:n on havaittu aiheuttavan splenomegaliaa (pernan liikakasvua) ja muita immuunijärjestelmän häiriöitä. Ihmisillä pitkäaikainen altistus TNT:lle on liitetty harmaakaihin kehittymiseen.
Laboratoriotutkimuksissa HMX:n on havaittu liikkuvan maaperästä pohjaveteen etenkin hiekkaisilla alueilla. Liike on kuitenkin hidasta valtaosassa maaperistä. Maaperän bakteerit eivät hajota HMX:ää merkittävästi, ja yhdisteen oletetaan pysyvän maaperässä ja pohjavedessä pitkiä aikoja. Tosin yhdisteen tarkasta pysyvyydestä ei ole tietoa. Myöskään HMX:n kertymistä kasveihin tai eläimiin ei ole tutkittu.
On arveltu, että HMX:lle voivat altistua valmistuspaikkojen tai ongelmajätteen kaatopaikkojen lähellä asuvat ihmiset pohjaveden kautta. Yhdisteen terveysvaikutuksista ei tiedetä kovin paljoa, mutta eläinkokeissa HMX:n on havaittu olevan haitallista maksalle ja keskushermostolle.

Fenolit ja aniliinit

Fenoleita ja aniliineja on mm. värjäyksen jätevesissä; nämä jätevedet päästetään rutiininomaisesti ympäristöön. Myös tietyntyyppiset herbisidit voivat muuntua luonnossa aniliineiksi. PCP:tä (pentakloorifenoli) tuotetaan pääasiassa puunsuojakäyttöön, mutta sitä käytetään myös yleisenä biosidinä.
Fenolin ei ole todettu aiheuttavan syöpää ihmisillä, mutta eläinkokeissa sen on havaittu aiheuttavan syöpää toistuvan ihoaltistuksen jälkeen.

Halogenoidut aromaattiset yhdisteet

PCB:t ja monet klooratut pestisidit ovat vakaita yhdisteitä, jotka säilyvät pintamaassa ja sedimenteissä. Esimerkiksi DDT (ja sen hajoamistuotteet DDD ja DDE) voivat pysyä maaperässä ehkä jopa satoja vuosia, eivätkä ne kulkeudu helposti pohjaveteen. Tällaisia pysyviä orgaanisia yhdisteitä kutsutaan POP-yhdisteiksi.
Laskeuma on PCB- ja kloorattujen yhdisteiden pääasiallinen lähde. PCB:n tuotanto oli suurinta 1960-luvulla, ja yhdisteiden teollista käyttöä on Yhdysvalloissa ja Euroopassa rajoitettu 1970-luvun puolivälistä lähtien.
Dioksiinit muistuttavat ominaisuuksiltaan PCB-yhdisteitä, mutta niitä ei valmisteta tarkoituksella. Dioksiineja syntyy PAH-yhdisteiden tavoin metsäpaloissa ja tulivuorenpurkauksissa, mutta ihmisen toiminta on dioksiinin pääasiallinen lähde. Niitä syntyy mm. yhdyskunta- ja sairaalajätteen poltossa sekä sementin valmistuksessa.
DDT:tä käytettiin runsaasti hyönteismyrkkynä toisen maailmansodan aikana ja sen jälkeen. DDD ja DDE ovat DDT:n hajoamistuotteita, joten niitä löytyy usein DDT:llä pilaantuneesta maaperästä. 1950-luvulla DDT:n havaittiin kertyvän maaperän kastematoihin ja niitä syöviin lintuihin, kun lintujen populaatiot vähenivät voimakkaasti. DDT heikensi lintujen munien kuoria ja teki niistä helposti rikkoutuvia. Nykyisin DDT:n käyttö onkin kielletty yli 30 maassa.

Halogenoidut alifaattiset yhdisteet

Halogenoituja alifaattisia yhdisteitä on käytetty laajasti liuottimina ja rasvanpoistossa, kuivapesuloissa ja muovien valmistuksessa. Ne ovat tyypillisiä maaperän ja pohjaveden pilaajia. Mm. TCE:tä on löytynyt runsaasti ongelmajätteen loppusijoituspaikoilta.

Torjunta-aineet

Torjunta-aineet (pestisidit) ovat rakenteeltaan monentyyppisiä orgaanisia yhdisteitä. Torjunta-ainejäämät voivat kertyä kasveihin ja päätyä siten ruokaan ja rehuun. Vaikka torjunta-aineita levitetäänkin pääasiassa kasvien lehdille, ne vaikuttavat myös pinta- ja pohjavesiin ja päätyvät lopulta maaperään ja pohjasedimentteihin.

Öljytuotteet

Öljytuotteet ovat tyypillisiä ympäristössä niiden laajan käytön vuoksi. Käytännössä katsoen kaikilla alueilla, joilla öljytuotteita käsitellään, maaperää on pilaantunut niiden takia.
MTBE on bensiiniin lisättävä synteettinen yhdiste, joka kulkeutuu maaperään joutuessaan helposti pohjaveteen ja rajoittaa pohjaveden käyttöä talousvetenä jo hyvin pieninä pitoisuuksina. Mm. vesiliukoisuutensa takia MTBE saastuttaa herkästi laajoja alueita. Yhdysvalloissa sen käyttö on Eurooppaa laajempaa; esimerkiksi Kalifornian osavaltiossa monia julkisia vedenottamoita on suljettu MTBE:n vuoksi ja sen käyttö bensiinin lisäaineena on kielletty. Euroopassa pilaantumisia on ollut vähemmän myös sen vuoksi, että varastointi- ja jakelujärjestelmät eroavat paljon Yhdysvaltojen vastaavista järjestelmistä.

Haitta-aineiden aiheuttamat myrkytykset

Vuonna 1912 Japanin Tokion alueella alkoi ilmetä ns. Itai-itai -tautia, joka johtui ravintoon kerääntyneestä kadmiumista. Kaivostoiminnan jätteistä levisi kadmiumia jokeen, missä se kertyi mm. kaloihin ja pohjasedimenttiin. Vettä käytettiin myös riisin keinokasteluun, jolloin kadmium kerääntyi riisikasveihin.
Vuonna 2010 Nigerian Zamfaran osavaltiossa ilmeni lyijymyrkytyksiä, jotka johtuivat omatoimisesta kullankaivusta ja jätemalmin huonosta käsittelystä. Alueen malmissa on korkea lyijypitoisuus, ja myrkytyksiä tapahtui mm. hengityksen kautta ja lapsilla kädestä suuhun -leviämisenä. 163 ihmistä kuoli myrkytykseen.

Kunnostaminen

Pilaantuneiden alueiden kunnostamistavat voidaan luokitella kolmeen luokkaan: fysikaalinen, kemiallinen ja biologinen kunnostaminen (bioremediaatio). Pilaantuneen maan kunnostusmenetelmät jaetaan myös kunnostuspaikan suhteen kolmeen menetelmään: kunnostus voidaan tehdä paikallaan (in situ), samalla alueella (on site) tai alueen ulkopuolella (off site). Paras kunnostustapa riippuu haitta-aineiden ominaisuuksista (kuten luonteesta ja pitoisuudesta), maaperän hydrogeologisista ominaisuuksista sekä pilaantuman laajuudesta.
Maaperän haitta-aineet voidaan esimerkiksi stabiloida ja kiinteyttää: stabiloinnissa haitta-aine sidotaan kemiallisesti ja kiinteytyksessä ne suljetaan stabiiliin massaan kuten sementtiin. Maa-ainesta voidaan myös polttaa, mutta terminen käsittely aiheuttaa sen, että maa-aines ei käytännössä enää toimi luonnollisena kasvuympäristönä vaan muuttuu jätteeksi. Terminen käsittely ovat myös kallista, koska se vaatii runsaasti energiaa.
Biologisesti hajoavia haitta-aineita (esim. öljy-yhdisteet) voidaan hajottaa biologisesti lisäämällä maaperään happea, joka lisää maaperän aerobisten mikrobien aktiivisuutta (ns. biotuuletus, engl. bioventing). Lisäksi on olemassa muita menetelmiä kuten huokoskaasukäsittely, jossa maaperän orgaanisia yhdisteitä sisältävää huokoskaasua pumpataan käsiteltäväksi.
Pilaantunut maa-aines voidaan eristää: Tällöin haitalliset aineet eristetään ympäristöstään pysyvästi. Eristämistä voidaan kutsua myös loppusijoittamiseksi.

Maaperän laatu

Toisin kuin veden tai ilman laatua, maaperän laatua on vaikea määrittää. Maaperän laatu arvioidaankin usein subjektiivisesti riippuen maaperän käyttötarkoituksesta. Maaperän laatu nähdään laajempana kuin sen osatekijöiden ja koostumuksen summana; laatu riippuu myös siitä, mitä tehtävää maaperä palvelee tietyssä ympäristössä. Yleensä maaperän tehtävinä pidetään kykyä suojella ilman ja veden laatua, ylläpitää kasvien ja eläinten tuottavuutta ja edistää ihmisten terveyttä.
Maaperän laatua on vaikea määrittää myös haitta-aineen käsitteen moniselitteisyyden vuoksi: aine, jota on maaperässä tavallisesti pieniä määriä muuttuu haitta-aineeksi, kun sitä löytyy suuria määriä - etenkin, jos ainetta on päässyt maaperään ihmisen toiminnan tahattomana seurauksena.
Vaikka pelkkä tietyn aineen tai kemikaalin läsnäolo maaperässä voi herättää huolta, ei tästä tavallisesti huolestuta ellei kemikaalin tiedetä olevan myös myrkyllinen (esim. syöpää aiheuttava tai tetarogeeninen). Sillä ei pitäisi olla merkitystä, ovatko nämä haitta-aineet synteettisiä vai luonnostaan maaperässä esiintyviä. Synteettisiä kemikaaleja voidaan pitää ei-toivottuina luonnollisessa ympäristössä, mutta monet monet luonnossa esiintyvät kemikaalit ovat synteettisiä kemikaaleja haitallisempia. Tämän lisäksi synteettiset kemikaalit valmistetaan usein luonnollisista aineista ja ne voivat hajota luonnossa hajoaviin muotoihin.

Kunnostuksen tavoitteet ja riskinarviointi

Yleensä pilaantuneen maaperän vaatimien kunnostustöiden laajuus herättää kiivasta väittelyä. Kysymys maaperän puhtaudesta muuttuu monimutkaisemmaksi, kun maaperään lisätään kemikaalia kuten ravinteita tai torjunta-aineita hyötytarkoituksessa. Tällaisia kemikaaleja pidetään haitta-aineina silloin, kun ne eivät käyttäydy halutulla tavalla ja esiintyvät paikoissa, jossa niiden ei haluta esiintyvän. Nykyään maanviljelyksessä panostetaankin paljon lannoitteiden ja torjunta-aineiden käytön optimointiin.
Pilaantuneen maan kunnostustarvetta ja kunnostuksen laajuutta arvioidaan hyötyjen ja riskien avulla. Riskinarviointi perustuu kahteen kriteeriryhmään: myrkyllisyyteen ja altistumiseen. Altistumisen arviointi on tärkeää: Jos kemikaalia esiintyy maaperässä rajatusti eikä sen leviäminen ole todennäköistä, altistumisriski (ja siten myrkytysoireiden riski) on pieni.

Pilaantumisen syyt ja kunnostusprosessi Suomessa

Suomessa maaperää pilaavat yleisimmin öljyhiilivedyt ja raskasmetallit. Muita aineita ovat mm. kloorifenolit ja furaanit.
Yleisin pilaantuneen maan kunnostusmenetelmä on massanvaihto.
Maaperän pilaantuneisuus ja puhdistustarve on arvioitava, jos yhden tai useamman haitallisen aineen pitoisuus maaperässä ylittää aineen kynnysarvon. Maa-alueen puhdistamiseen tarvitaan pääsääntöisesti lupa ympäristölupaviranomaiselta. Kuitenkin usein riittää ilmoitus alueen ely-keskukselle.

Kunnostusvastuu

Maaperän pilaantumista aiheuttava toiminta on usein aloitettu aikana, jolloin lainsäädäntö ei ole edellyttänyt suojarakenteita maaperän pilaantumisen varalta. Kun tällaiset alueet otetaan myöhemmin muuhun käyttöön, herää kysymys puhdistusvastuusta; mikäli pilaantumisen aiheuttajaa ei saada vastuuseen, nykyinen kiinteistönomistaja tai kunta voi joutua kunnostamaan alueen. Jos puhdistamisesta vastuussa oleva ei tee esimerkiksi pohjaveden kunnon kannalta tarpeellista puhdistamista vapaaehtoisesti, viranomainen voi määrätä tekemään sen.