Metaller i vattendrag

Syftet med denna studie har varit att med hjälp av vattenkemidata från fortlöpande miljöanalys analysera trender för koncentrationer av Fe, Mn, Al, Pb, Cu, Zn, Cd, Co, Ni, As, Cr och V i vattendrag i Sverige samt att undersöka vilka faktorer som kan tänkas påverka de observerade trenderna. Förutom att analysera trender har vi undersökt hur koncentrationer av olika element påverkas av faktorer som vattenflöde, pH och TOC, samt av olika landskapstyper mm. Vi har också undersökt om det finns skillnader i metallkoncentrationerna mellan norra och södra Sverige. En hypotes var att många metaller skulle visa minskande trender, eftersom pH ökar i de flesta vattendrag som en effekt av det minskade sura nedfallet och eftersom metalldepositionen från luft har minskat kraftigt under de senaste årtiondena. Metallkoncentrationerna uppvisar generellt minskande trender. Undantaget är koncentrationerna av As och V som ökar i flertalet vattendrag. Även Fe, Pb och Cr ökar signifikant i ett antal vattendrag i södra Sverige. De ökande trenderna för Fe och Pb beror troligen på ökande koncentrationer av TOC, eftersom Fe och Pb adsorberas starkt till organiskt material. När det gäller As, Cr och V tyder resultaten på att de ökande trenderna skulle kunna vara knutna till de ökande Fe-koncentrationerna, men detta är något som skulle behöva studeras vidare. Koncentrationen av de flesta metaller är högre i vattendrag i södra Sverige jämfört med vattendrag norr om Dalälven. Detta beror troligen till stor del på depositionsgradienten över Sverige. För Cd, Zn och Co framstår pH som den viktigaste styrfaktorn, med minskande metallkoncentrationer vid ökande pH. Dock är sambanden mellan pH och metall inte statistiskt signifikant i alla vattendrag. Fe, Mn och Pb uppvisar starkast korrelationer med TOC, där koncentrationerna ökar med ökande koncentrationer av organiskt material. För Mn kan även pH spela in, medan Pb också uppvisar en viss samvariation med Fe. Al styrs troligen främst av pH och TOC. Det är välkänt att aluminiums löslighet ökar med minskande pH och att Al binds starkt till organiskt material. Al korrelerar också starkt med Fe, vilket troligen beror på att de generellt styrs av samma faktorer. As, V och Cr korrelerar främst med Fe och koncentrationerna av As, V och Cr ökar med ökande järnkoncentrationer. Detta gäller speciellt V som visar en mycket stark korrelation med Fe. As och Cr visar också positiv samvariation med TOC. Cu och Ni uppvisar inget tydligt samband med de undersökta styrfaktorerna. Det tydligaste sambandet för Ni är mot TOC och till viss del mot Fe, medan Cu korrelerar mot pH, TOC och Fe i olika vattendrag. I den multivariata analysen framstår förekomsten av tätort i avrinningsområdet som en viktig parameter för Cu. Resultaten från den multivariata analysen tyder på att förekomsten av partikulärt material är viktigt för koncentrationerna av Fe, Mn, Al, Pb, Co, Cr och V. Denna studie visar att metallkoncentrationerna i svenska vattendrag generellt minskar. Men eftersom t.ex Pb, As och V ökar i ett antal vattendrag bör fortsatta studier fokusera på dessa metallers förekomst och det bör utredas ytterligare hur de samverkar med bl.a. Fe och TOC. Detta är av stor vikt för att säkerställa den framtida vattenkvalitén i svenska vattendrag

Bakgrundshalter av metaller i svenska inlands- och kustvatten

I tillämpningen av Vattendirektivet i Sverige kommer miljökvalitetsnormer att sättas både för prioriterade och andra ämnen enligt ett dotterdirektiv till Vattendirektivet. Hänsyn kommer att tas till bakgrundshalterna av de ämnen som förekommer naturligt, och det är därför av stor betydelse att fastställa sådana bakgrundshalter. Syftet med denna studie är att utifrån befintliga data ta fram bakgrundshalter för metaller i svenska sjöar, vattendrag, kustvatten och hav. Termen bakgrundshalt i denna studie syftar på en regional bakgrundshalt som är typiskt för vatten som är opåverkat av punktutsläpp eller försurning, men kan ha påverkats av depositionen av förbränningsrester från fossila och andra bränslen samt av diffusa utsläpp från jord- och skogsbruk. Regionala bakgrundshalter kan anses vara nutida bakgrundshalter, och gäller för en viss region och/eller vattentyp. Bakgrundshalter för metaller i vattendrag och sjöar fastställdes efter inventering och kvalitetssäkring av mätdata samt inventering av punktutsläppskällor. Bakgrundshalter för metaller i kustvatten och hav fastställdes efter en enklare kvalitetssäkring. I enlighet med Naturvårdsverkets indelningskriterier för limniska typer redovisas bakgrundshalter för metaller i vattendrag och sjöar för alla sju limniska ekoregioner i Sverige, med ytterligare indelningar baserade på hydromorfologiska egenskaper (humus- och kalkhalt). Bakgrundshalten av en metall i en viss limnisk ekoregion och klass beräknades som 50- percentilen (medianvärdet) av alla mätvärden för den metallen inom samma klassning. Efter kvalitetsgranskning och jämförelsen med MIFO-objekt (dvs punktutsläppskällor) reducerades den ursprungliga databasen med 613 vattendragsstationer och 454 sjöstationer till 453 respektive 444 stationer. Efter ytterligare granskning användes slutligen mätdata från 430 vattendragsstationer och 438 sjöstationer för bestämning av bakgrundshalter. För beräkning av bakgrundshalter i kust- och havsvatten användes 245 mätpunkter, varav 49 i kustzonen och resten i öppet hav. Resultaten från bestämningen av bakgrundshalter i sjöar visar att humushalt och kalkhalt (och därmed pH) har generellt sett stor inverkan på metallhalterna. De högsta bakgrundshalterna av metaller sammanfaller ofta med sura sjöar. Kalkfattiga humusrika sjöar har i allmänhet högre bakgrundshalter av Fe än kalkfattiga humusfattiga sjöar, vilket tyder på ett samband mellan humus- och järnhalt. Vissa metaller såsom Co, Cr och V visar samvariation med Fe i dessa humusrika kalkfattiga sjöar. En jämförelse med de tidigare regionala bakgrundshalterna för sjöar i norra och södra Sverige visar att många av de nyräknade bakgrundshalterna ligger högre än de tidigare halterna. Analyserna visar relativt stora skillnader i metallhalter mellan vattendrag i norra och södra Sverige. Medianhalter i norra Sverige ligger mer än 50% lägre än halterna i södra Sverige, vilket kan förklaras främst med mindre luftdeposition i norra Sverige. De högsta bakgrundshalterna har beräknats för främst kalkhaltiga vattendrag i sydost och södra Sverige (ekoregion 4 och 5), med vissa undantag. Relativt höga regionala bakgrundshalter för Cr, Cu, Ni och Zn har beräknats för kalkrika vattendrag i sydöstra Sverige (ekoregion 4), där vissa vattendrag kan beskrivas som slättlandsåar. Beräknade bakgrundshalter av metaller i kustvatten och havsvatten visar att det finns stor variabilitet i främst Mn- och Zn-halter, där skillnaden mellan 25:e- och 75:e-percentilen uppgår till mer än en tiopotens. En jämförelse av halter mellan filtrerade och ofiltrerade prover från Egentliga Östersjön tyder på att en stor andel av de undersökta metallerna i ofiltrerat havsvatten är partikelbundna. Detta kan förklara den stora variabiliten i främst Mnoch Zn-, men också i Cd-, Co-, Fe- och Hg-halter. För att i framtiden kunna beräkna bakgrundshalter för kustområden, Västerhavet och Bottenhavet samt för att få en bättre bild av halterna i Egentliga Östersjön behövs omfattande provtagningar och analyser med enhetliga metoder

Influence of acidification and liming on metals in lake sediments

Emission and precipitation of acidifying substances and metals has caused severe acidification and increased metal concentrations in lakes and streams in Sweden as well as many other countries during the last decades. To counteract the negative effects of acidification, liming has been used extensively in Sweden since the 1970’s, a treatment that has been called one of the largest man-maid manipulations of aquatic ecosystems ever. The aim of this thesis is to investigate the influence of acidification and liming on deposition of metals to lake sediments, and to look at the fate of metals in sediments during a possible reacidification process because of terminated liming. Studies of both surface sediments and dated sediment profiles sampled from limed lakes and non-limed reference lakes indicated that liming causes increased sedimentation of many metals. Increased deposition to the sediments was found for Al, Cd, Co, Ni, Fe, Mn and Zn, probably as a direct result of the increased pH. Liming was also found to increase the deposition of As and Cr, but that was probably due to the secondary effect of association to Fe and Mn complexes. No influence of lime treatment on the deposition of Hg, Pb and V to lake sediments could be demonstrated. The studies also indicated that acidification can decrease the deposition of Cd, Fe, Mn and possibly also Co and Zn to the sediments. The contribution from the used lime products to the metal load in sediments of lakes limed directly on the lake surface was also evaluated. The lime products were found to be an important source for Al, Cu and Ni and a relatively important source for Co, Cr, Hg and V, but did not seem to contribute much to the content of As, Cd, Pb or Zn in lake sediments. An experimental study of reacidification showed that (re)mobilisation of metals, e.g Al, Cd, Mn and Zn, from sediments may occur and that reacidification of formerly lime treated lakes may contribute to increased concentrations of these metals in the lake water. Cu, Fe and Pb are less affected by pH changes and the concentrations of these metals will probably not increase in lake water during reacidification. Altogether, the thesis shows that lime treatment causes increased deposition of many metals to the lake sediments, whereas reacidification may lead to remobilisation of some metals from the sediments with increased concentrations in the water phase as a result

Increasing concentrations of arsenic and vanadium in (southern) Swedish streams

The aim of this study was to investigate temporal trends and controlling factors of As and V in running waters throughout Sweden. For this purpose, data on stream water chemistry from 62 streams of varying catchment size and characteristics, included in the Swedish environmental monitoring programmes were evaluated. The geochemical software Visual MINTEQ was used to model the speciation and trend analyses were performed on total concentrations of As and Vas well as modelled fractions (dissolved species as well as arsenate and vanadate adsorbed to ferrihydrite). The trend analyses showed increasing total concentrations of As and V in southern Sweden. Concentrations of As and V correlated significantly to Fe concentrations in 59 and 60 of the 62 streams respectively, indicating that Fe is an important determining factor for As and V concentrations in Swedish streams. This was confirmed by the geochemical modelling that indicated that the adsorbed fraction is the dominant form of As and V and that the concentrations of As and V in Swedish streams are thus highly determined by concentrations of colloidal or particulate Fe. It is therefore suggested that the increasing trends of As and V are to a large extent due to increasing concentrations of colloidal Fe, which is stabilised by increasing concentrations of DOC. Further the geochemical modelling indicates that the dissolved fraction of As and V generally is small, with the exception of a few streams with high pH and/or phosphate concentrations.QC 20110215</p

Future changes in the Baltic Sea acid-base (pH) and oxygen balances

Possible future changes in Baltic Sea acid&#x2013;base (pH) and oxygen balances were studied using a catchment&#x2013;sea coupled model system and numerical experiments based on meteorological and hydrological forcing datasets and scenarios. By using objective statistical methods, climate runs for present climate conditions were examined and evaluated using Baltic Sea modelling. The results indicate that increased nutrient loads will not inhibit future Baltic Sea acidification; instead, the seasonal pH cycle will be amplified by increased biological production and mineralization. All examined scenarios indicate future acidification of the whole Baltic Sea that is insensitive to the chosen global climate model. The main factor controlling the direction and magnitude of future pH changes is atmospheric CO2 concentration (i.e. emissions). Climate change and land-derived changes (e.g. nutrient loads) affect acidification mainly by altering the seasonal cycle and deep-water conditions. Apart from decreasing pH, we also project a decreased saturation state of calcium carbonate, decreased respiration index and increasing hypoxic area &#x2013; all factors that will threaten the marine ecosystem. We demonstrate that substantial reductions in fossil-fuel burning are needed to minimise the coming pH decrease and that substantial reductions in nutrient loads are needed to reduce the coming increase in hypoxic and anoxic waters