11.4.2019

Geoblogi: Suomen ensimmäiset lähteet merenpohjassa löydetty Hangosta

Teksti:
Joonas Virtasalo, erikoistutkija
Samrit Luoma, erikoistutkija

Hankoniemen itäreunalta Lappohjasta on löydetty merenpohjasta lähdekuoppia, joista purkautuu pohjavettä. Kyseessä on ensimmäinen kerta kun merenpohjalähteitä on kuvattu Suomessa.

Merigeologia- ja pohjavesiyksiköiden tutkimuksissa löydettiin pohjaveden purkauskuoppia (engl. pockmark) merenpohjasta Lappohjan uimarannan edustalta noin 200 m etäisyydeltä rannasta. Kuopat havaittiin tutkimusalus Geomarin monikeilakaikuluotaimen tarkoissa syvyyskuvissa, joissa huomio kiinnittyi melko pienellä alueella esiintyviin yli 20 purkauskuoppaan 10-17 m vedensyvyydessä. Suurimmat kuopista olivat yli 2 m syviä ja yli 20 m halkaisijaltaan. Kuopat varmistuivat merenpohjasta purkautuvan pohjaveden muodostamiksi lähteiksi radonmittauksilla. Pohjanläheisen veden in situ radonpitoisuuksia mitattiin läpivirtauslaitteistolla yhteistyössä Kielin yliopiston kanssa.

Pohjaveden purkautumista merenpohjasta tiedetään Itämeren alueella tapahtuvan vain kahdessa muussa paikassa: Eckernförden-lahdella Sakassa ja Puckin-lahdella Puolassa. Mereen purkautuvan pohjaveden vaikutukset Itämeren ympäristön tilaan kuten ravinnepitoisuuksiin tunnetaan huonosti, mutta esimerkiksi Puckin lahdella on laskettu, että kolmannes paikallisesta vuotuisesta fosforikuormituksesta tulee pohjavedestä. Tunnettujen paikkojen lisäksi pohjaveden purkautumista Itämereen arvioidaan tapahtuvan myös monissa muissa paikoissa vaikka asiaa ei olekaan systemaattisesti tutkittu. Toisaalta ilmastonmuutoksen vaikutuksesta kohoava merenpinta ja lisääntyvä myrskyisyys saattavat voimistaa meriveden sekoittumista pohjaveteen, mikä voi aiheuttaa ongelmia rannikkokaupunkien vesihuollolle.

Kuva 1. Ilmakuva Lappohjasta sekä monikeilakaikuluotaimella mitattu syvyyskuva uimarannan edustalta. Vihreät viivat ovat maatutkaluotauslinjoja. Punaiset viiva ovat merigeologisia seismoakustisia luotauslinjoja.

 

Kuva 2. Monikeilakaikuluotaimen syvyyskuva, johon on merkitty kolme isohkoa purkauskuoppaa B, D ja E. Niiden halkaisija on noin 20 m ja syvyys 2 m.

 

Lappohjan tutkimusalueen kerrostumien kolmiulotteinen rakenne selvitettiin merigeologisilla seismoakustisillä luotauksilla sekä maatutkaluotauksilla. Lisäksi hiekkarannalla räjäyteltiin dynamiittia refraktioseismistä luotausta varten yhteistyössä Geofysiikan sovellukset -yksikön kanssa. Merigeologiset reflektioseismoakustiset luotaukset ja maalla tehdyt maatutka- ja refraktioseismiset luotaukset perustuvat eri aaltoihin ja mittaustekniikkoihin, minkä vuoksi eri menetelmillä kerättyjä profiileja ei voitu suoraan verrata toisiinsa. Kerrostumisen epäjatkuvuuspinnat kuitenkin erottuivat hyvin kaikissa käytetyissä profiilityypeissä, mikä mahdollisti epäjatkuvuuspintojen rajaamien (allostratigrafisten) sedimenttiyksiköiden korreloinnin profiilien välillä. Ensimmäistä kertaa Suomessa laadittiin yhtenäinen rantaviivan ylittävä stratigrafinen tulkinta korreloimalla toisiinsa merigeologisilla luotauksilla ja maalla tehdyillä luotauksilla kerättyjä aineistoja.

Kuva 3. Tutkimusalueen stratigrafinen malli. Akviferi on ensimmäiseen Salpausselkään kuuluvan pääosin hienosta hiekasta koostuvan viuhkan distaaliosassa (keltainen yksikkö), jossa karkeasta hiekasta ja jopa sorasta koostuvat välikerrokset ja linssit johtavat pohjavettä merenpohjalla oleviin purkauskuoppiin. Purkauskuopat ovat rantatasanteen rinteessä ja rinteen juurella 10-17 m vedensyvyydessä.

 

Akviferi ja purkauskuopat ovat ensimmäiseen Salpausselkään kuuluvan subakvaattisen viuhkan distaaliosassa. Lappohjassa rannanmyötäisesti kulkeva ensimmäisen Salpausselän distaalireuna laskeutuu jyrkästi syvälle merenpohjan alle jopa 50 m merenpinnan alapuolelle. Viuhkan distaaliosa koostuu pääosin hienosta hiekasta, jossa karkeasta hiekasta ja jopa sorasta koostuvat välikerrokset ja linssit johtavat pohjavettä merenpohjalla oleviin purkauskuoppiin.

Alustavan arvion mukaan pohjaveden purkautuminen merenpohjan lähteistä alkoi noin 4500 vuotta sitten, kun alun perin syvään järveen kerrostuneiden Salpausselän viuhkojen nousu maankohoamisen seurauksena riittävän korkealle merenpinnan yläpuolelle aiheutti riittävän hydraulisen gradientin pohjaveden virtauksen käynnistymiselle.

Merenpohjalähteet muodostavat mielenkiintoisen luonnon tutkimusympäristön, joka mahdollistaa pohjaveden ja meriveden sekoittumiseen liittyvien kemiallisten ja fysikaalisten ilmiöiden tutkimisen näppärän kompaktissa tilassa.
Tutkimuksia jatketaan kesällä 2019 purkauskuoppien huokosvesinäytteiden monialkuaine- ja isotooppianalyyseillä yhteistyössä Mineraalitekniikka ja materiaalit -yksikön kanssa.

Tähänastiset tutkimustulokset ja alueen stratigrafinen rakenne on julkaistu tieteellisessä artikkelissa: Virtasalo, J. J., Schröder, J. F., Luoma, S., Majaniemi, J., Mursu, J., Scholten, J. 2019: Submarine groundwater discharge site in the First Salpausselkä ice-marginal formation, south Finland. Solid Earth 10, 405–423, https://doi.org/10.5194/se-10-405-2019.

Mittaustulokset kuten meriveden radonpitoisuudet on tallennettu PANGAEA:aan: https://doi.pangaea.de/10.1594/PANGAEA.898674

Tutkimus on osa BONUS SEAMOUNT -hanketta, jolle on myönnetty 3.6 M€ rahoitus EU:n BONUS-itämerentutkimusohjelmasta vuosina 2017–2020. Hanketta koordinoi saksalainen sukellusrobotteja kehittävä teknologiayritys Evologics. Netissä on mielenkiintoinen video heidän rakentamastaan robottirauskusta. Robottirauskua on tarkoitus koekäyttää Hangossa kesällä 2019 merenpohjan pohjavesitutkimuksissa. Hankkeeseen osallistuvat GTK:n lisäksi teknologiayritys Noa (Puola), Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (Saksa), Geological Survey of Denmark and Greenland – GEUS, Leibniz Institute for Baltic Sea Researh Warnemünde – IOW (Saksa) ja Maritime Institute in Gdansk (Puola).

SEAMOUNT-hankkeen kotisivu: http://seamount.eu/

Joonas Virtasalo

Teksti: Joonas Virtasalo

Joonas Virtasalo toimii erikoistutkijana Merigeologian tulosyksikössä Geologian tutkimuskeskuksessa Espoossa.

Samrit Luoma

Teksti: Samrit Luoma

Samrit Luoma toimii erikoistutkijana Pohjavesi-tulosyksikössä Geologian tutkimuskeskuksessa Espoossa.