Tietopankki

POSIVA-raportti 1998-7

Takaisin

Nimi:

Geochemical Modelling of Groundwater Evolution and Residence Time at the Kivetty Site

Raportin kirjoittaja:

Petteri Pitkänen; Ari Luukkonen; Paula Ruotsalainen; Hilkka Leino-Forsman; Ulla Vuorinen

Kieli:

Englanti

Sivumäärä:

141

ISBN:

951-652-045-6; 1239-3096

Tiivistelmä:

Working report: POSIVA 98-07, Petteri Pitkänen, Ari Luukkonen, Paula Ruotsalainen, Hilkka Leino-
Forsman, Ulla Vuorinen, 139 sivua, englanninkielinen


GEOKEMIALLINEN MALLI POHJAVEDEN OLOSUHTEISTA JA
KEHITYKSESTÄ KIVETYN TUTKIMUSPAIKALLA

TIIVISTELMÄ

Pohjaveden geokemiallisen kehityksen ymmärtäminen on oleellinen osa ydinjätteiden kalliosijoituksen
turvallisuutta ja toimintakykyä. Loppusijoitussysteemin teknisten päästöesteiden toiminta sekä
mahdollisesti vapautuvien radionuklidien kulkeutuminen riippuvat kemiallisista olosuhteista. Näiden
seikkojen ymmärtämisen edellytyksenä on pystyä kuvaamaan niitä kallio-vesivuorovaikutuksia, jotka
säätävät pohjaveden kemiallisia olosuhteita. Tutkimuksen tavoitteena on tulkita pohjaveden
koostumukseen vaikuttaneet prosessit ja ne tekijät, jotka ohjaavat hydrogeokemiaa kuten pH- ja redox-
olosuhteita. Tutkimuksessa luodaan malli Kivetyn hydrogeokemiallisesta kehityksestä kallioperän eri
osissa sekä määritetään laskennallisesti kemiallisten reaktioiden merkitys pitkin eri virtausreittejä.
Lisäksi arvioidaan pohjaveden pitkäaikaisia liikkeitä pohjavesikemian avulla.

Tulkinta ja mallinnus perustuu pohjavesinäytteisiin (yht. 38 kpl), joita on otettu maaperästä,
porakaivoista ja viidestä syvästä, monitulpatuista kairausrei’istä (KR1 - KR5). Näytteistä on ollut
käytettävissä laaja liuenneiden kemiallisten aineiden ja isotooppien aineisto. Lisäksi on ollut
käytettävissä kaasuanalyysituloksia ja niiden isotooppimäärityksiä. Pohjavesikemian aineisto kattaa
Kivetyn kallioperän noin 850 m:n syvyydelle. Lisäksi on pohjaveden kehityshistoriaan vaikuttaneiden
prosessien arvioinnissa hyödynnetty alueella tehtyjä mineralogisia, geomikrobi- ja hydrogeologisia
tutkimuksia sekä pohjavesikemiallisen aineiston pääkomponenttianalyysin ja termodynaamisten
tasapainolaskujen tuloksia. Pohjavesi-kalliovuorovaikutus ja isotooppikemiallinen kehitys sekä C-14
viipymät on tulkittu massatasapainomallinnuksen (NETPATH) avulla. Reaktiopolkumallinnuksen
avulla (EQ3/6) on tarkastettu tulkinnan termodynaaminen kelpoisuus.

Kivetyn hydrogeokemiaa luonnehtii kallioon suotautuvan vähäsuolaisen, karbonaattipitoisen,
meteorisen veden kehittyminen Na-Ca-Cl -tyypin suuntaan suolaisuuden pysyessä kuitenkin vähäisenä.
Merkittävimmät pohjaveden koostumukseen liittyvät muutokset aiheutuvat karbonaattireaktioista:
orgaanisen hiilen hapettuminen, kalsiitin liukeneminen ja saostuminen. Karbonaattireaktiot ja vähäinen
silikaattien hydrolyysi stabiloivat pohjaveden pH:n tasolle 8-9. Aerobisissa olosuhteissa tapahtuva
biotiitin hydrolyysi (rauta hapettuu) yhdessä organisen aineksen hapettumisen kanssa vaikuttavat
merkittävimmiltä happeakuluttavilta reaktioilta maan pinnan läheisyydessä suotaumisvaiheessa.
Syvemmällä kalliossa, anaerobisissa olosuhteissa tapahtuva mikrobien katalysoima sulfaatin
pelkistyminen orgaanisen hiilen samalla hapettuessa on tulkittu olevan tärkein redox-tilaa säätävä
prosessi, joka puskuroi pohjaveden Eh:n pitkällä aikavälillä -200...-300 mV:n tasolle riippuen pH:sta.
Vaikka pohjavesien suolapitoisuudet ja aineensiirtymät virtauspoluilla pysyvät pieninä, geokemiallisesti
näytteet ovat kuitenkin kehittyneet pitkälle ja saavuttaneet varsin stabiilin termodynaamisen tilan.
Pohjavesinäytteiden keskimääräiset iät yltävät aina jääkauden aikaisiin saakka. Nuoret iät rajoittuvat
aivan kallion yläosiin eikä syvälle kallioon näyttäisi johtavan nopeita, luonnollisia virtausreittejä.
Jääkauden tai sen päättymisvaiheen (n. 9700 vuotta sitten) aikaiset iät ovat tyypillisiä 150-300 m:n
alapuolella paikasta riippuen. Viipymänsä perusteella glasiaalisiksi määritetyt pohjavesinäytteet on
tulkittu olevan preglasiaalisen ja sulamisveden sekoituksia, jossa sulamisveden osuus on suurimmillaan
n. 20 %. Näissä näytteissä ei ole kuitenkaan havaittavissa merkkejä huomattavasta hapen
tunkeutumisesta kallioon.


Avainsanat: pohjavesikemia, isotoopit, proterotsooiset granitoidit, ydinjätteen loppusijoitus, vesi-
kalliovuorovaikutus, geokemiallinen mallinnus, paleohydrogeologia
POSIVA 98-07, Petteri Pitkänen, Ari Luukkonen, Paula Ruotsalainen, Hilkka Leino-
Forsman, Ulla Vuorinen, 139 sivua, englanninkielinen


GEOKEMIALLINEN MALLI POHJAVEDEN OLOSUHTEISTA JA
KEHITYKSESTÄ KIVETYN TUTKIMUSPAIKALLA

TIIVISTELMÄ

Pohjaveden geokemiallisen kehityksen ymmärtäminen on oleellinen osa ydinjätteiden kalliosijoituksen
turvallisuutta ja toimintakykyä. Loppusijoitussysteemin teknisten päästöesteiden toiminta sekä
mahdollisesti vapautuvien radionuklidien kulkeutuminen riippuvat kemiallisista olosuhteista. Näiden
seikkojen ymmärtämisen edellytyksenä on pystyä kuvaamaan niitä kallio-vesivuorovaikutuksia, jotka
säätävät pohjaveden kemiallisia olosuhteita. Tutkimuksen tavoitteena on tulkita pohjaveden
koostumukseen vaikuttaneet prosessit ja ne tekijät, jotka ohjaavat hydrogeokemiaa kuten pH- ja redox-
olosuhteita. Tutkimuksessa luodaan malli Kivetyn hydrogeokemiallisesta kehityksestä kallioperän eri
osissa sekä määritetään laskennallisesti kemiallisten reaktioiden merkitys pitkin eri virtausreittejä.
Lisäksi arvioidaan pohjaveden pitkäaikaisia liikkeitä pohjavesikemian avulla.

Tulkinta ja mallinnus perustuu pohjavesinäytteisiin (yht. 38 kpl), joita on otettu maaperästä,
porakaivoista ja viidestä syvästä, monitulpatuista kairausrei’istä (KR1 - KR5). Näytteistä on ollut
käytettävissä laaja liuenneiden kemiallisten aineiden ja isotooppien aineisto. Lisäksi on ollut
käytettävissä kaasuanalyysituloksia ja niiden isotooppimäärityksiä. Pohjavesikemian aineisto kattaa
Kivetyn kallioperän noin 850 m:n syvyydelle. Lisäksi on pohjaveden kehityshistoriaan vaikuttaneiden
prosessien arvioinnissa hyödynnetty alueella tehtyjä mineralogisia, geomikrobi- ja hydrogeologisia
tutkimuksia sekä pohjavesikemiallisen aineiston pääkomponenttianalyysin ja termodynaamisten
tasapainolaskujen tuloksia. Pohjavesi-kalliovuorovaikutus ja isotooppikemiallinen kehitys sekä C-14
viipymät on tulkittu massatasapainomallinnuksen (NETPATH) avulla. Reaktiopolkumallinnuksen
avulla (EQ3/6) on tarkastettu tulkinnan termodynaaminen kelpoisuus.

Kivetyn hydrogeokemiaa luonnehtii kallioon suotautuvan vähäsuolaisen, karbonaattipitoisen,
meteorisen veden kehittyminen Na-Ca-Cl -tyypin suuntaan suolaisuuden pysyessä kuitenkin vähäisenä.
Merkittävimmät pohjaveden koostumukseen liittyvät muutokset aiheutuvat karbonaattireaktioista:
orgaanisen hiilen hapettuminen, kalsiitin liukeneminen ja saostuminen. Karbonaattireaktiot ja vähäinen
silikaattien hydrolyysi stabiloivat pohjaveden pH:n tasolle 8-9. Aerobisissa olosuhteissa tapahtuva
biotiitin hydrolyysi (rauta hapettuu) yhdessä organisen aineksen hapettumisen kanssa vaikuttavat
merkittävimmiltä happeakuluttavilta reaktioilta maan pinnan läheisyydessä suotaumisvaiheessa.
Syvemmällä kalliossa, anaerobisissa olosuhteissa tapahtuva mikrobien katalysoima sulfaatin
pelkistyminen orgaanisen hiilen samalla hapettuessa on tulkittu olevan tärkein redox-tilaa säätävä
prosessi, joka puskuroi pohjaveden Eh:n pitkällä aikavälillä -200...-300 mV:n tasolle riippuen pH:sta.
Vaikka pohjavesien suolapitoisuudet ja aineensiirtymät virtauspoluilla pysyvät pieninä, geokemiallisesti
näytteet ovat kuitenkin kehittyneet pitkälle ja saavuttaneet varsin stabiilin termodynaamisen tilan.
Pohjavesinäytteiden keskimääräiset iät yltävät aina jääkauden aikaisiin saakka. Nuoret iät rajoittuvat
aivan kallion yläosiin eikä syvälle kallioon näyttäisi johtavan nopeita, luonnollisia virtausreittejä.
Jääkauden tai sen päättymisvaiheen (n. 9700 vuotta sitten) aikaiset iät ovat tyypillisiä 150-300 m:n
alapuolella paikasta riippuen. Viipymänsä perusteella glasiaalisiksi määritetyt pohjavesinäytteet on
tulkittu olevan preglasiaalisen ja sulamisveden sekoituksia, jossa sulamisveden osuus on suurimmillaan
n. 20 %. Näissä näytteissä ei ole kuitenkaan havaittavissa merkkejä huomattavasta hapen
tunkeutumisesta kallioon.


Avainsanat: pohjavesikemia, isotoopit, proterotsooiset granitoidit, ydinjätteen loppusijoitus, vesi-
kalliovuorovaikutus, geokemiallinen mallinnus, paleohydrogeologia

Avainsanat:

groundwater chemistry; environmental isotopes; Proterozoic granitoids; nuclear waste disposal; water-rock interaction; geochemical modelling; palaeohydrogeology

Tiedosto(t):

Geochemical Modelling of Groundwater Evolution and Residence Time at the Kivetty Site (pdf) (8.9 MB)


Takaisin


Jaa artikkeli:
Tämä sivusto käyttää evästeitä sivuston käyttöä koskevien tietojen keräämiseksi. Kun käytät tätä sivustoa, hyväksyt evästeiden käytön.
Sulje

Evästekäytännöt

Tätä sivustoa käyttämällä hyväksyt, että voimme asettaa evästeitä tietokoneellesi tai mobiililaitteeseesi.

1. Mitä evästeet ovat?

Evästeet ovat pieniä datatiedostoja, jotka siirtyvät tietokoneellesi, kun otat yhteyden johonkin verkkosivustoon. Evästeet tallentuvat selaimen käyttämien tiedostojen yhteyteen.

Lisätietoa evästeistä saat sivulta www.aboutcookies.org.

2. Miksi evästeitä käytetään?

Evästeet tunnistavat tietokoneesi, kun tulet sivustolle uudelleen. Ne muistavat myös sivustolla aikaisemmin tekemäsi valinnat ja parantavat siten sivuston käyttökokemusta. Evästeiden avulla pystyy esimerkiksi tunnistamaan käyttäjän laitteet sekä mukauttamaan mahdollisia mainoksia sivuilla sekä mahdollisissa muissa palveluissa.

3. Mitä evästeitä käytetään?

Jotkin evästeet ovat sivustomme teknisen toiminnan ja käytön vuoksi välttämättömiä. Nämä evästeet eivät kerää käyttäjästä tietoa, jota voitaisiin hyödyntää markkinoinnissa tai muistamaan käyttäjän valitsemia sivustoja.

Suorituskykyä mittaavat evästeemme keräävät tietoa siitä, miten käyttäjät käyttävät verkkosivujamme (esim. eniten käytetyt sivut, mahdolliset virheviestit). Nämä evästeet eivät kerää käyttäjistä tunnistettavia tietoja, vaan ne ovat anonyymejä ja niitä käytetään ainoastaan parantamaan nettisivujen toimivuutta.

Sivuilla olevat kolmansien osapuolten liitännäispalvelut (esim. mainokset, YouTube-videot, Google-tilastointi tai Facebook-liitännäiset) saattavat tallentaa käyttäjän tunnistamiseen käytettävää tietoa, mihin emme valitettavasti voi vaikuttaa. Jos haluat estää niitä seuraamasta liikkumistasi verkossa, voit kytkeä ns. kolmannen osapuolen evästeet pois käytöstä selaimesi asetuksista. Ohjeet löydät selaimesi ohjesivuilta.

Sivuillamme saattaa olla myös painikkeita, jotka helpottavat sisällön jakamista eri verkkoviestintäympäristöihin ja sosiaaliseen mediaan. Jos käytät näitä painikkeita, valitsemaltasi palvelulta voidaan asettaa eväste päätelaitteellesi. Nämä evästeet eivät ole hallinnassamme. Lisätietoja kolmannen osapuolen evästeiden käytöstä saat kyseisen osapuolen verkkosivulta.

4. Evästeiden hallinta ja estäminen

Jos et halua vastaanottaa evästeitä, voit muuttaa Internet-selaimesi asetuksia niin, että saat ilmoituksen aina kun evästeitä ollaan lähettämässä tietokoneellesi. Vaihtoehtoisesti voit estää evästeiden käytön kokonaan. Evästeiden käyttöä voi rajoittaa tai sen voi estää Internet-selaimen kautta (katso tarkemmat tiedot selaimen ohjeista).

Jos estät evästeiden tallennuksen tai poistat ne käytöstä, jotkin verkkosivujemme toiminnoista eivät välttämättä toimi oikein.

Sulje