Sedimenttien normalisointi – käytäntöjä, ongelmia, ajatuksia

Esitys aiheesta: "Sedimenttien normalisointi – käytäntöjä, ongelmia, ajatuksia"— Esityksen transkriptio:

1 Sedimenttien normalisointi – käytäntöjä, ongelmia, ajatuksia
Ympäristöministeriö, Ruoppaus- ja läjitysohjeen uusiminen , FT Sanna Vaalgamaa Toimitusjohtaja, johtava konsultti

2 Sisältö Normalisointi Miksi? Miten? Ongelmat Esimerkkejä
Ajatuksia pohdittavaksi Supporting Sustainability

3 Haitta-aineet sedimenteissä
Vesistöissä esiintyvät haitta-aineet (raskasmetallit, hiilivedyt, pestisidit, ym.) kiinnittyvät erityisesti raekooltaan hienojakoisiin savi- ja silttipartikkeleihin, rauta- ja mangaanioksihydroksideihin sekä orgaanispitoiseen ainekseen. Hienoaines ja sen mukana myös haitta-aineet kerrostuvat ja rikastuvat rannikon pohjasedimentteihin. Raekoko on yksi tärkeimmistä tekijöistä, joka säätelee luonnollisten ja antropogeenisten komponenttien jakaumaa sedimenteissä. Supporting Sustainability

4 Sedimenttien normalisointi – miksi?
Sedimenttien hienoaineskoostumuksen vaikutus haitta-ainepitoisuuksiin korjataan normalisoimalla. Mitatut pitoisuusarvot normalisoidaan näytteen raekokojakauman ja orgaanisen aineksen suhteen. Mahdollistaa pitoisuuksien vertailun. Ajatuksena se, että hienoainekseen ja/tai orgaaniseen ainekseen suhteutettu pitoisuus korreloi biosaatavuuden kanssa. Uuttomenetelmällä myös paljon vaikutusta siihen, mistä mitatut pitoisuudet kertovat. Supporting Sustainability

5 Normalisointimenetelmät
Käytäntö: Normalisoinnissa mitatut pitoisuudet korjataan pitoisuuksien vertailua varten standardisedimentiksi, jossa savea on 25 %, ja orgaanista ainesta 10 % muunnoskaavojen avulla. Normalisointimenetelmät: Fysikaalinen: raekokojakauma, LOI, TOC, OC, tietyn raekokoluokan käyttö Kemiallinen (Al, Li, K, Cs, Fe, Sc, Ga, Zr, Ti, Rb) Uuton jälkeinen normalisointi residuaaliin (perustuu ajatukseen, että tämä fraktio toimii ainoastaan pitoisuuksien laimentajana) Haitta-ainespitoisuuden mittaus sedimentin huokosvedestä Fysikaalinen fraktiointi (raekoko) , 62.5 μm frackion (jotkut oksideihin tai oxyhydroksideihin assosioituneet kontaminantit voivat jäädä isompaan fraktioon Kemiallinen normalisointi (Al,Li) Tulokset hyviä, tulokset indikoivat kontaminantin lähdedettä jolloin raekoostumusvaihteluista johtuvia pitoisuuseroja ei ole ja granulometristä normalisointia ei tarvita (Chapman ym. 2002) Supporting Sustainability

6 Pearl River Estuary Supporting Sustainability
Woods, A.M., Lloyd, J.M., Yongqiang, Z., Brodie, C.R., Spatial Mapping of Pearl River Estuary Surface Sediment Geochemistry: Influence of Data Analysis on EnvironmentalInterpretation, Estuarine, Coastal and Shelf Science (2012), doi: /j.ecss Supporting Sustainability

7 Pearl River Estuary Monta geokemiallisesti konservatiivista normalisoijaa (Al, Fe, Li, Ti and <63µm fraction), normalisoitavat aineet Ba, Cd, Co and Pb Eri normalisointimenetelmät sopivat eri alkuaineille Al -> Ba Fe -> Cd ja Pb Ti -> Co Sopivuus määritettiin hyödyntäen spatiaalisia assosiaatioita hyödyntäen raakadatan interpoloiteja ja karttamallinnusta Normalisation plots of North River enriched Pb using Al (A), Fe (B), Li (C) Ti (D) and <63µm fraction (E) at each sampling location, presented with regression function estimation (solid line) and 95% confidence limits of regression function (dashed line). Red circles represent concentrations of Pb in mg/kg above the 95% prediction confidence limit of the regression function (i.e. that cannot be accounted for by the regression function). Supporting Sustainability

8 Normalisoinnin vaikutukset rannikon alkuaineprofiileihin
Vaalgamaa, S The effects of human induced disturbances on the sediment geochemistry of Baltic Sea embayments with a focus on eutrophication history. University of Helsinki, Department of Biological and Environmental Sciences. 45 p. (Publicationes Instituti Geographici Universitatis Helsingiensis; A 143). Supporting Sustainability

9 Normalisointi - ongelmia
“Väärät” normalisointitavat (alkuaineet, ominaisuudet muuttavat suuresti aineiden esiintymistä, eivätkä välttämättä heijasta todellista esiintymistä. Orgaanisten yhdisteiden normalisointikaava perustuu oletukseen, että kyseiset aineet esiintyvät sedimenteissä 100 % orgaaniseen ainekseen sitoutuneena. Vähän orgaanista ainesta sisältävässä sedimentissä normalisointi häivyttää yhteyden todelliseen absoluuttiseen haitta-ainepitoisuuteen ja määrään ja sen todellisiin ekosysteemivaikutuksiin. Jos OC pitoisuudet ovat alhaiset (esim. hiekkaiset sedimentit), aineiden konsentraatiot ovat lähellä määritysrajaa -> Jos normalisoidaan OC:n suhteen, analyyttiset virheet voivat moninkertaistua. Merisedimentin vähäinen orgaanisen aineksen määrä helposti moninkertaistaa pitoisuudet. Mittausepävarmuudet LOI-määrityksissä. Normalisoituja pitoisuusarvoja ei voida käyttää ruoppausmassan sisältämän haitta-aineen kokonaismäärän arvioinnissa Supporting Sustainability

10 Läjityksessä lisäksi huomioitavaa
Meriläjityksessä kemiallisten seikkojen lisäksi huomioitava fysikaaliset ominaisuudet. Mikäli pohjasedimentti on raekooltaan hyvin hienoainespitoista, niin silloin se ja sen mukana mahdolliset haitta- aineet suspendoituvat ruoppauksen sekä läjittämisen yhteydessä helposti veteen. Supporting Sustainability

11 Pohdittavaksi Tulevaisuudessa liukoisuustutkimuksia?
Paikallisten olosuhteiden huomioiminen normalisointimenetelmää valittaessa Satamien vertailututkimuksissa ei ole löydetty selkeää assosiaatiota kumpaankaan (org.aines ja hienoaines), johtuen suuresta vaihtelusta satamien välillä. Pitäisikö referenssinä olla Suomen rannikkoalueen sedimentein keskimääräistä orgaanisen aineksen pitoisuutta lähempänä oleva arvo esim. 5 % ? Meriläjityskelpoisuuden arvioinnissa mukana absoluuttiset pitoisuudet tarvittaessa Supporting Sustainability

12 12