Hapan sulfaattimaa

Hapan sulfaattimaa (synonyyminä joskus myös alunamaa) on rikkipitoinen sedimentti, joka aiheuttaa hapettuessaan happamuusongelmia ympäristössä. 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 10 000 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. 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. Ne ovat syntyneet liejuisista savisedimenteistä merenpohjassa.
Pohjaveden tason laskiessa sulfidipitoiset sedimentit joutuvat kosketukseen hapen kanssa ja sulfidit hapettuvat ja muuttuvat monimutkaisten prosessien kautta rikkihapoksi (H2SO4) sekä rauta(III)hydroksideiksi. Raudan ja rikin hapettuessa maaperän pH-arvo voi laskea 3,5-4 asti.
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 esimerkiksi 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 löytyä myös potentiaalisia happamia sulfaattimaita.
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.
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 ruosteenpunaiseksi rautasaostumista. Pohjaveden pinnan alapuolella kerrokset ovat tumman harmaita. Sulfaattimaita voidaan tunnistaa myös tunnusomaisen hajun perusteella, joka on peräisin rikkivedystä.
Esiintymis- ja riskialueet.
Happamia sulfaattimaita esiintyy rannikkoalueilla ja niitä on maailmanlaajuisesti noin 24–30 miljoonan hehtaarin suuruisella alueella, jossa asuu noin kaksi miljardia ihmistä. Suurin osa sulfidipitoisista sedimenteistä esiintyy matalissa vuoroveden vaikuttamilla rannikoilla trooppisissa ja subtrooppisissa murtovesialueilla, kuten Mekongjoen suulla Vietnamissa sekä Sumatran ja Kalimantanin rannikoilla. Samankaltaisia esiintymiä löytyy Euroopasta muun muassa Rein-joen suulla Alankomaissa sekä Pohjois-Saksan kosteikoilla. Suomessa ja Ruotsissa happamia sulfaattimaita 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.
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.
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 huuhtoutumisen 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 10–1 000 kertaa suurempia kuin mitä Suomen teollisuuden metallipäästöt yhteensä. Vain harva vesieliö pystyy elämään ja lisääntymään happamassa ja metallipitoisessa vedessä. pH-arvoa 5,5 pidetään kriittisenä rajana vesieliöille.