Sedimentary structure and geological development of the Haaralamminkangas aquifer in the Oulanka river valley - starting point for hydrostratigraphic and hydrogeological modeling

Tiivistelmä/Referat – Abstract Arktisilla- ja subarktisilla alueilla on varastoituneena maaperään ilmastonmuutoksen kannalta merkittäviä määriä hiilidioksidia ja metaania. Pohjaveden rooli hiilen kierrossa pohjoisilla alueilla on kuitenkin edelleen huonosti tunnettu. Pohjaveden kiertokulkuun liittyvät prosessit riippuvat maaperän rakenteesta ja koostumuksesta, jotka puolestaan määräytyvät maaperän syntytavan mukaan. Tässä tutkimuksessa selvitettiin Haaralamminkankaan pohjavesisysteemin maaperän rakennetta ja hydrogeologisia ominaisuuksia. Tavoitteena oli myös vahvistaa olemassa olevaa tietoa alueen geologisesta kehityshistoriasta ja alueella vallinneista sedimentaatio-olosuhteista. Tutkimusmenetelminä käytettiin geofysikaalisia luotauksia, kairausaineistoa, raekokoanalyysiä, sekä vesinäytteiden analyysejä. Aineistosta luotiin maaperän rakennetulkinta ja yksinkertaistettu 3D-malli. Lisäksi tuotettiin konseptuaalinen hydrogeologinen malli, mikä tarkoittaa tietoa pohjaveden esiintymisestä alueella, pohjavesialueen eri osien hydraulisista yhteyksistä, sekä sitä, miten pohjavesi on vuorovaikutuksessa pintavesien kanssa. 3D-malli tulee myöhemmin palvelemaan pohjaveden roolin ja hiilen kierron välisen yhteyden tutkimuksessa. Maaperän havaittiin koostuvan Myöhäis-Veikselin glasiaalisista sedimenteistä, hienorakeisesta allassedimentistä, laaksodeltan hiekkakerrostumista, palmikoivan jokisysteemin hiekkaisista sorista ja hienorakeisesta tulvasedimentistä. Kerrostumat ovat muodostuneet seuraavissa päätapahtumissa: Myöhäis-Veikselin jäätikkösyntyinen sedimentaatio, runsaan sedimenttikuorman nopea kumuloituminen jokilaakson pohjalle ja voimakkaan virtauksen fluviaaliset prosessit. Tutkimuksessa selvitettiin myös aikaisemmin tuntemattomaksi jäänyt tieto tutkimusalueen maaperän paksuudesta. Havaituilla paikallisilla sorakerroksilla ja mahdollisella hautautuneella harjulla voi olla vaikutusta pohjaveden virtaukseen. Pohjavesisysteemin havaittiin olevan aikaisemmin oletettua laajempi ja alueen keskivaiheilla sijaitsevan hautautuneen kallion jakavan pohjavesialueen eri osiin, joihin Puukkosuolta kulkeutuvat pintavedet päätyvät. Oulankajoesta havaittiin tapahtuvan rantaimeytymistä pohjavesisysteemiin. Oulankajoen vedenpinnan korkeuden vaihtelun mallinnus osoitti kevättulvien vaikutuksen kohdistuvan erityisesti Haaralamminrannan ja Kouruniityn alueille.Arctic and sub-Arctic areas have significant amounts of carbon dioxide and methane stored in the sediments which can affect the climate change. The role of groundwater in the carbon cycle in the northern regions is not well known. The processes related to the groundwater cycle depend on the structure and composition of the sediment, which in turn are determined by the way the sediment is formed. In this study, the sedimentary structures and the hydrogeological properties of the Haaralamminkangas groundwater system was investigated. The aim was also to obtain more thorough knowledge on the geological processes that have formed the sedimentary structures of the area. Geophysical survey, drilling data, grain size analysis, and water sample analyzes were used as research methods. A sedimentary structure interpretation and 3D model were created from the data. In addition, a conceptual hydrogeological model was produced, which means information about the presence of groundwater in the area, the hydraulic connections of different parts of the groundwatersystem, and how groundwater interacts with surface waters. The 3D model will later serve in the study of the connection between the role of groundwater and the carbon cycle. The sediments of the area was found to consist of Late Weichelian glacial sediments, fine-grained basin sediments, valley delta sand deposits, sandy gravels of the braded river system, and fine-grained flood sediments. The deposits have been formed in the following main events: Late-Weichelian glacial sedimentary processes, rapid accumulation of a sediment load on the bottom of the river valley and fluvial processes. In the study, previously unknown information about the thickness of the sedimentary structures in the study area was clarified. Local gravel layers and a possible buried esker system wich was observed in the study may have an effect on groundwater flow. The ground water system was found to extend beyond its present boundaries and a buried bedrock in the middle of the area divides the aquifer into separate parts, where the surface waters from Puukkosuo end up in. Oulankajoki was found to be seeping into the aquifer. The modeling of the change in the height of the Oulankajoki water level showed that the effect of the spring floods is directed towards the areas of Haaralamminranta and Kouruniitty