Miljøkjemi og forurensing

Sjøbunnen er mottaker av forurensninger, og sedimentene utgjør et betydelig lager for miljøgifter. Sedimentene kan derfor i lang tid fungere som en kilde til spredning av forurensning i fjordene og for opptak av miljøgifter i organismer. Slike miljøgifter kan være tungmetaller, organiske miljøgifter som PAH eller PCB, eller radioaktive stoffer. Mange av disse forbindelsene finnes imidlertid også naturlig i havet, av og til i høye konsentrasjoner. Man må derfor vite bakgrunnsnivåene før man kan påvise forurensning, og en viktig del av miljøkjemiske undersøkelser er en overvåkning av naturlige nivåer av miljøgifter i de områdene som ikke er forurenset.

Tungmetaller

Begrepet tungmetaller inkluderer alle metalliske kjemiske grunnstoffer som har forholdsvis høy egenvekt. Tungmetaller er naturlige bestanddeler av jordskorpen og forekommer i varierende konsentrasjoner i de fleste naturmaterialer. Mange av dem er giftige selv i lave konsentrasjoner. Tungmetaller har tendens til bioakkumulasjon, det vil si konsentrasjonen i en organisme kan øke i forhold til konsentrasjonen i omgivelsene. På den måten kan unormalt høye innhold av tungmetaller i det marine miljø ha en skadelig virkning på marin biota og menneskelige brukere av sjømat.

Menneskeskapte kilder for tungmetaller
Det er mange menneskeskapte kilder for tungmetaller, blant annet nåværende og gamle gruver, smelteverk, kloakkanlegg og mer diffuse kilder som biltrafikk. Forholdsvis flyktige tungmetaller og de som lett fester seg til luftbårne partikler kan spre seg over meget store områder. Tungmetaller kan bli sluppet ut i vassdrag gjennom forvitring forsterket av sur nedbør. Tungmetaller kan transporteres ved hjelp av rennende vann i oppløsning eller som sedimenter, og havner til slutt i havet der de avsettes. Distribusjonskart av tungmetaller gir oss mulighet til å fastslå forurensingskilder og fordelingsretninger av miljøgifter.

Bly, kvikksølv og barium i Skagerrak
Distribusjonskart av disse tre utvalgte metallene demonstrerer forskjellige kilder og transportmekanismer.

De høyeste blykonsentrasjoner finnes i de dypeste områdene i Skagerrak der det samles finkornede sedimenter med forholdsvis stort innhold av organisk materiale. Mesteparten av disse finkornede avsetningene stammer fra sørlige og midtre deler av Nordsjøen.

Kvikksølvanrikede sedimenter finnes i et smalt bånd nær kysten og viser kvikksølvtilførsel fra ulike kilder på land og forholdsvis begrenset utbredelse.
Bariumkonsentrasjoner viser seg å være høyest langs den sørlige og sørvestlige kanten av Norskerenna. Betydelige mengder av barytt (BaSO4) er sluppet ut i forbindelse med oljeboring der barytt brukes som en bestanddel av boreslam. Havstrømmer transporterer denne barytten mot Skagerrak der den anrikes i siltige sedimenter på den sørlige flanken av Norskerenna.

Forurensingsnivåer av tungmetaller i Skagerrak
De absolutte konsentrasjoner av tungmetaller i Skagerrak er generelt lave, selv om det er visse anrikninger i de øverste sedimentlagene. Ifølge miljøtilstandklasser som Statens Forurensingstilsyn har utarbeidet for tungmetaller, har sedimenter i Skagerrak innhold av kvikksølv og bly i nivåer klassifisert som "ubetydelig/liten forurensing" (klasse I), og lokal "moderat forurensing" (klasse II) i noen områder.

Forurensingsnivåer av tungmetaller i Lofoten – Barentshavet
Det er generelt lave konsentrasjoner av tungmetaller i Lofoten og Barentshavet. Det er registrert noe forhøyede verdier av bly og kvikksølv i de øverste centimeterne i sedimentkjerner fra begge havområdene. Denne tilførselen av tungmetaller har foregått i de siste 50 – 100 år.

I Forvaltningsplan Barentshavet er følgende tungmetaller i sediment prioritert: bly (Pb), kadmium (Cd) og kvikksølv (Hg). I tillegg er det presentert kart for tungmetallene kobber (Cu), krom (Cr), nikkel (Ni), sink (Zn) og elementene arsen (As) og barium (Ba).

Kvikksølv og bly i havbunnen er trolig langtransportert enten med havstrømmer eller luftstrømmer. Konsentrasjonene av tungmetaller er i hovedsak ubetydelige (tilsvarende klasse 1). Det er registrert moderat forurensning (klasse 2) av bly i overflateprøver på en enkelt stasjon på Tromsøflaket.

PAH og andre hydrokarboner

PAH
Polyaromatiske hydrokarboner (PAH) består av to eller flere aromatiske ringer og har litt forskjellige kjemisk-fysiske egenskaper avhengig av den kjemiske strukturen. Den minste av alle PAH, naftalen, kan til en viss grad løses i vann og fordamper lettest av alle PAH. Større PAH-forbindelser har veldig lav vannløselighet og mindre flyktighet. Derfor finnes PAH som oftest ikke i store mengder i vannmassene, men de kan knytte seg (sorberes) til større organiske partikler (som for eksempel plankton). I denne formen vil PAH som regel enten være spist av marine organismer eller begravd i sedimenter. Alle PAH er lipofile (løses bra i fett), og kan derfor bioakkumuleres, dvs. lagres i fettholdige kroppsorganer, som lever hos fisk. Enkelte PAH kan metaboliseres av noen marine organismer og fjernes dermed effektivt fra kroppen, mens andre samles opp i leveren i løpet av livet. Det kan føre til forskjellige skader, siden mange PAH er toksiske (giftige) og kreftfremkallende, som for eksempel benzo[a]pyren. PAH kan nedbrytes av bakteria, men dette skjer sakte, og mindre effektivt i arktiske områder enn i sør. I sedimenter blir PAH derfor bevart i lang tid og man kan studere trendene i tilførsel av PAH ved å analysere dype underjordiske sedimenter.

Eksempler på PAH.

Kilder for PAH
PAH kan stamme fra mange forskjellige kilder, både naturlige og menneskeskapte. Pyrogene PAH dannes som resultat av forbrenning (f.eks. skogbrann), petrogene PAH dannes i fossiler (f.eks. olje), biogene PAH oppstår i biologiske prosesser (f.eks. mikrobiell aktivitet). Varierende PAH kan ha industri som kilde.

Det er ofte vanskelig å skille mellom ulike kilder. Hvis det er naturlig lekkasje av olje i området, kan tilførte PAH blandes med de naturlig forekommende petrogene PAH som kommer opp fra dypet. Man kan likevel ofte konkludere med opprinnelsen av PAH ved å se på sammensetning av PAH i det studerte området.

PAH indikator-forbindelser
En del PAH er karakteristiske for forskjellige kilder og studeres derfor nøye. Vi viser en del kart med nivåer av noen slike indikator-PAH som eksempler. Naftalen, fenantren og dibenzotiofen, sammen med enda større mengde av deres alkylerte homologer, peker på petrogen opprinnelse av PAH. Tyngre PAH, som pyren, fluoranten og benzo[a]pyren, er typisk pyrogene, og pyrogen opprinnelse kan videre bekreftes ved å studere forholdet mellom mer eller mindre termisk stabile PAH, som for eksempel fenantren og antracen. Høye nivåer av enkelte forbindelser, som f.eks. perylen, peker på biogen opprinnelse.

Benzo[a]pyren er også en viktig miljøindikator. Dette er den best studerte kreftfremkallende PAH, og høye nivåer er uønsket i miljøet. SFT har derfor utarbeidet et eget klassifiseringssystem for nivåene av benzo[a]pyren i marine sedimenter i fjord- og havneområder. Ifølge dette systemet, vurderes nivåene under 10 ng/g tørrvekt som ubetydelig eller lav forurensning, mens høyere nivåer klassifiseres langs en skala fra moderat forurenset til sterkt forurenset.

En annen indikator er en sum av 16 PAH som ble utpekt som prioritet-forbindelser for miljøstudier. Disse PAH inkluderer både petrogene og pyrogene PAH, og er en indikator av generell forurensning i området. SFT har også tilstandsklasser for denne indikatoren, fra ”bakgrunn” til ”sterkt forurenset”, og vi viser et kart (PAH 16) hvor nivåene er vist med samme farger som er brukt av SFT.

Man må imidlertid være oppmerksom på at tilstandsklassene er utviklet for å bedømme forurensningen i fjordene og nær kysten, og at samme klassifisering ikke uten videre kan brukes direkte i åpent hav hvor naturlige nivåer kan variere sterkt av årsakene forklart ovenfor. Nivåene kan i enkelte tilfeller være så høye at de kan bli klassifisert som sterk forurensning i henhold til SFT sin skala, uten at det har noe med menneskeskapte tilførsler å gjøre.

THC
Totale hydrokarbon nivåer (total hydrocarbon, THC) i sedimentene studeres også i miljøstudier. Dette gir et generelt bilde av hydrokarboninnhold i det studerte området, der både PAH, monoaromatiske hydrokarboner, alkaner og sykloalkaner er tatt med. Forhøyete THC-nivåer kan peke på et oljeutslipp i området.

Forurensingsnivåer av hydrokarboner i Lofoten – Barentshavet
Det er generelt svært lave konsentrasjoner av hydrokarboner (både PAH og THC) i Lofoten og størstedelen av Barentshavet. Det er registrert noe forhøyede verdier av PAH enkelte steder nær havner, men også der er nivåene ganske lave. I det nordvestlige Barentshavet, derimot, er det observert markert høyere nivåer av hydrokarboner enn ellers i havet. Nivåene øker mest ved siden av Svalbard, og skyldes naturlige forekomster av fossile hydrokarboner i dette området.

Persistente organiske miljøgifter

Persistente organiske kjemikalier har som regel industri og annen menneskelig aktivitet som kilde. Kjemikaliene kan være produsert i store mengder og ender opp i marint miljø som følge av utslipp, allmenn bruk og diffuse tilførsler. De kan transporteres over hele kloden, langt fra den opprinnelige kilden, med både luft, vann (elver, havstrøm og grunnvann) og levende organismer før de endelig havner i marine sedimenter. Sedimentene kan inneholde oppkonsentrerte nivåer av disse forbindelsene. Denne gruppen forurensning kalles ofte persistente organiske miljøgifter.

Typiske egenskaper for disse kjemikaliene er at:

de er lite nedbrytbare i naturen og forblir i miljøet i lang tid
de har lav vannløselighet og høy fettløselighet
de tas opp og anrikes i marine næringskjeder
de er giftige, kan være skadelig for mennesker og dyr

Havforskningsinstituttet utfører analyser av klorerte organiske miljøgifter, f. eks. klorerte bifenyler (PCB7) og pesticidene diklordifenyltrikloretan (DDT), heksaklorsykloheksan (HCH) og heksaklorbenzen (HCB). PCB7 er summen av sju forskjellige polyklorerte bifenyler: nr. 28, 52, 101, 118, 138, 153, og 180. DDT oppgis som sum av ppDDT og nedbrytningsproduktene ppDDD og ppDDE. HCH oppgis som sum av alfa-, beta og gamma-HCH.

Rapporter: