Sotilasräjähteiden vaikutukset puolustusvoimien ampuma- ja harjoitusalueiden maaperään ja pohjaveteen

Finnish Defence Forces investigates the environmental impacts of its own shooting and training area activities in a large-scale research project. The most significant sectors in the study are the shooting activities and the impacts on soil and groundwater. Most commonly used military explosives in Finland are viewed in this thesis. Materials are highly energetic and nitrogen rich like trinitrotoluene (TNT), hexogen (RDX) and octogen (HMX). The most important goal is to assess the chemical characteristics of explosives, analyse transportation and assess the risk for soil and groundwater contamination caused by traces of explosives. In typical burning or detonation event all energetic material burns completely forming mainly carbon dioxide, carbon monoxide and nitrogen oxides. High order detonations leave small traces of explosives to the area but most significant risk of contamination is caused by partially exploded or unexploded ammunition. Transformation and degradation of the compounds and the environmental impacts of explosives are known inadequately. Main problem in transformation research are complex degradation mechanisms of the compounds. The most important processes in transport studies are adsorption and desorption of compounds in surrounding soil. In generally can be stated that compounds react easily with organic material and clay. In sandy soils transformation is infrequent and this might enhance the transportation of explosives to groundwater. Remediation of explosive traces or natural attenuation aims to the degradation of ring structure in compounds and mineralization and formation of carbon dioxide and water. Also immobilization to soil or biomass can be considered as an alternative remediation method. Defence administration will start a research project which contains also detailed soil and groundwater surveys. Recommendations for this operation are given in this thesis. At the same time the joint principles to carry out the research which concerns the shooting and training areas are also presented. Special attention must be paid to thorough sampling plan and also sampling process using the methods presented in this thesis.Puolustusvoimat selvittää oman ampuma- ja harjoitusaluetoimintansa ympäristö· vaikutuksia monivuotisen tutkimushankkeen avulla. Hankkeen yksi merkittävimmistä osa-alueista on ampumatoiminnan vaikutukset maaperään ja edelleen pohjaveteen. Opinnäytetyössä tarkastellaan Suomessa yleisimmin ja määrällisesti eniten käytettyjä sotilasräjähdysaineita, jotka ovat korkeaenergisiä ja runsaasti typpeä sisältäviä kuten trinitrotolueeni (TNT), heksogeeni (RDX) ja oktogeeni (HMX). Työn tärkeimpänä tavoitteena on arvioida räjähteiden kemiallisia ominaisuuksia ja aineiden kulkeutuvuutta sekä arvioida räjähdysainejäämien aiheuttamaa riskiä maaperän ja pohjaveden pilaantumiselle. Varsinaisessa palamis- tai räjähdystapahtumassa räjähdysaineet palavat erittäin täydellisesti muodostaen pääasiassa hiilidioksidia, hiilimonoksidia ja typen oksideita. Onnistuneesta ja suunnitelman mukaisesti toteutuneesta räjähdyksestä jää pieniä räjähdysainejäämiä alueelle, mutta huomattavimman pilaantumisriskin ampuma- ja harjoitusalueelle aiheuttavat osin räjähtäneet tai kokonaan räjähtämättä jääneet ammukset. Räjähdeaineiden muuntuminen ja hajoaminen sekä ympäristövaikutukset tunnetaan puutteellisesti. Suurin ongelma muuntumisen ja hajoamisen tutkimuksessa ovat monimutkaiset hajoamismekanismit. Yksi tärkeimmistä kulkeutumiseen vaikuttavista prosesseista on yhdisteiden kiinnittyminen ja irtoaminen ympäröivästä maaperästä. Yleisesti voidaan todeta, että yhdisteet reagoivat herkästi sekä orgaanista ainesta sisältävän maan että saven kanssa. Hiekkamaissa muuntumista tapahtuu heikommin ja tämä voi edesauttaa räjähteiden kulkeutumista pohjaveteen. Räjähdejäämien kunnostuksessa tai aineiden luonnonmukaisessa hajoamisessa pyritään yhdisteiden rengasmaisen rakenteen rikkomiseen ja aineen mineralisaatioon mm. hiilidioksidiksi ja vedeksi. Myös pysyvää kiinnittymistä maa-ainekseen tai biomassaan voidaan pitää vaihtoehtoisena kunnostusmenetelmänä. Työssä annetaan puolustushallinnossa toteutettavalle laajalle tutkimushankkeelle toimenpidesuosituksia räjähdysaineiden maaperä- ja pohjavesivaikutusten tutkimuksia varten. Samassa esitetään yhteiset periaatteet ampuma- ja harjoitusaluetutkimusten toteuttamiselle. Tutkimuksissa tulee kiinnittää erityistä huomiota näytteenottosuunnitelman huolelliseen laatimiseen ja näytteenottoon opinnäytetyössä esitetyillä menetelmillä