Could alteration of cemetery soil with artifical sand contribute to better bodily decomposition? A study of physical and hydraulic properties of machine crushed sand and their potential to facilitate microbial decomposition

Abstract

På norske gravplasser er plassmangel et problem grunnet svært treg nedbrytning av menneskekropper som fremdeles kan være intakte etter flere tiår i en kistegrav. Ved etablering av nye gravfelt har masseutskifting med blandinger av maskinelt knust sand blitt benyttet for å sikre god drenering. Det eksisterer derimot lite kunnskap om langtidseffekten av denne type kunstig jord på nedbrytning i kistegraver. Knust sand fra stein har troligere høy pH og skarpere overflater som sannsynligvis pakkes annerledes enn naturlig rundet sand, hvilket kan ha betydning for jordfysiske egenskaper og påvirke transport og innhold av vann og luft. De antatte egenskapene kan påvirke forhold som styrer den mikrobielle aktiviteten, som er avgjørende for god nedbrytning. Oppgaven har derfor som formål å bidra til økt kunnskap om egenskaper til knust sand gjennom å karakterisere fysiske, hydrauliske og kjemiske egenskaper, samt å undersøke jordmassenes påvirkning på organisk mikrobiell nedbrytning. Ulike tester ble gjennomført i et lysimeteranlegg på følgende utvalg av sand; to typer knust sand, to naturlige sand, og fire typer blandinger av disse. Teposer ble begravd i to dybder med kontrollert vannstand og standard fysiske og kjemiske analyser samt vannlagringskapasitet ble undersøkt på jordprøver i lab. I tillegg ble infiltrasjonshastighet målt på jordmassene i lysimetrene.

Resultatene fra studiet viste at massetap av te var signifikant mindre i knust enn naturlig sand, forholdsvis i det øvre jordlaget. Det antas at dette i hovedsak skyldes redusert mikrobiell nedbrytning, trolig som følge av høyere pH, lavt innhold av organisk materiale og for lite fuktighet i de knuste massene. Sistnevnte antakelig på grunn av lav vannlagringskapasitet. Nedbrytning av te var generelt lavere i det nedre jordlaget, trolig grunnet redusert oksygen som følge av mer fuktighet fra den nærliggende vannstanden. I de groveste kunstige og naturlige sandtypene ble det derimot ikke observert redusert nedbrytning i det nedre jordlaget, mulig som følge av fravær av kapillært vann fra den nærliggende vannstanden og antakelig fremdeles opprettholdelse av aerob mikrobiell aktivitet. Samtidig bør det bemerkes at forskjellene i nedbrytning stort sett ikke var signifikante mellom noen av jordtypene i dette jordlaget.

Sandpartiklene ser ut til å være betraktelig mer kantet enn de naturlige, men studien viste ingen overbevisende forskjell i total porøsitet og det er behov for mer forskning på langtidseffekten av konsolidering som følge av forskjeller i partikkelform. I alt indikerer resultatene at mikrobiell nedbrytning kan begrenses i knust sand sammenliknet med naturlig, noe som vil være ugunstig dersom massene benyttes på kirkegårder der det er ønske om høy mikrobiell aktivitet og nedbrytning.

Decomposition is so slow in several Norwegian cemeteries that bodies have been found intact after decades in the soil, ultimately leading to a shortage of burial space. Soil alteration with mixes of artificial crushed sand from rock has been utilized in recent constructed cemeteries to improve drainage, but little is known about the impact of these materials on the microbial decomposition processes in soil. Artificial sand is suggested to have angular surface shape, possibly affecting physical and hydraulic behaviour, and higher pH, both of which could influence microbial decomposition rates. The aim of this thesis was therefore to characterize artificial sands in terms of their physical, hydraulic, and chemical properties and investigate their effect on microbial decomposition. To achieve this, several tests were performed in a lysimeter facility on a selection of four artificial and natural sands, and four mixes of these. To collect short term indicators of decomposition, teabags were buried in the soils at two depths with controlled water table. Standard physical and chemical analysis and the measurement of their water retention characteristics were performed on soil samples in the lab, while infiltration capacity was measured in-situ in the lysimeters.

The results from the decomposition experiment showed significant less mass loss of tea in the artificial sands compared to natural sands in the upper layer. It is assumed that this is likely due to microbial decomposition which may have been reduced by high pH, low organic matter content, and limited moisture. The latter probably as an effect of poor retention. The decomposition of tea decreased in most soils in the lowest layer closest to the water table, likely due to unfavourable air-water conditions. In contrast, decomposition did not decrease with depth in the coarsest artificial and natural sands. One suggestion could be the absence of upward capillary water movement still sustaining sufficient air-filled porosity for aerobic respiration. However, differences in decomposition between the soil types were mostly insignificant in this layer.

Physical particle characterisation support that crushed sands are more angular than natural sands, but further studies are needed to determine the long-term effect on physical shape after allowing longer time for consolidation. In all, results from this study indicates that microbial decomposition may be more limited in artificial sands compared to natural sands, which could have implications for bodily decomposition if utilized in cemeteries.