Miljøkjemi og forurensning

Sjøbunnen mottar forurensning, og sedimentene utgjør et betydelig lager for miljøgifter. Sedimentene kan derfor fungere som kilde til spredning av forurensning i fjordene, og føre til opptak av miljøgifter i organismer.

Miljøgifter kan være tungmetaller, organiske miljøgifter, som PAH eller PCB, eller radioaktive stoffer. Mange av disse forbindelsene finnes også naturlig i havet, av og til i høye konsentrasjoner. Man må derfor vite bakgrunnsnivåene før man kan påvise forurensing, og en viktig del av miljøkjemiske undersøkelser er en kartlegging av naturlige nivå av miljøgifter i de områder som ikke er forurenset.  

Tungmetaller 

Begrepet tungmetall inkluderer alle metalliske grunnstoff med høy egenvekt. Tungmetaller er naturlige bestanddeler av jordskorpen, og forekommer i varierende konsentrasjoner i de fleste naturmaterialer. Mange er giftige, selv i lave konsentrasjoner. Tungmetaller har tendens til bioakkumulasjon, det vil si at konsentrasjonen i en organisme kan øke i forhold til konsentrasjonen i omgivelsene. På den måten kan unormalt høyt innhold av tungmetaller i det marine miljø ha en skadelig virkning på marine biota og mennesker som spiser sjømat. 

Menneskeskapte kilder for tungmetaller 

Det finnes mange menneskeskapte kilder til tungmetaller, blant annet gruver, smelteverk, kraftverk som bruker kull, brunkull og olje, kloakkanlegg og mer diffuse kilder som eksos fra bilmotorer. Flyktige tungmetallforbindelser, og tungmetaller som enkelt binder 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 bundet til partikler eller organisk materiale. Til slutt vil metallene havne i det marine miljøet, der de kan avsettes i finkornige, bløte sedimenter. 

Bly, kvikksølv, arsen, barium og nikkel i norske havområder

Norske havområder mottar mange forskjellige tungmetaller. Nivåene er avhengig av kildene, både naturlige og menneskeskapte.

 

Arsen har høye konsentrasjoner i sedimentene i havområder sør for Svalbard. Dette skyldes blant annet naturlig tilførsel fra arsenrike kildebergarter på Svalbard, og ikke menneskeskapt forurensing.  

Bly og kvikksølv finnes i lave konsentrasjoner i marine sedimenter i Norskehavet og Barentshavet. Daterte sedimentkjerner viser imidlertid at både bly og kvikksølv har økt sine konsentrasjoner med 200 – 300 % fra et naturlig bakgrunnsnivå. Denne økning har skjedd de siste 100 – 150 årene og tilskrives primært bruken av fossile energikilder, som kull og blyholdig bensin. Denne økningen ses i stort sett alle analyserte sedimentkjerner i Norskehavet og Barentshavet, og forklares med langtransport fra diffuse kilder, spesielt fra industrialiserte deler av verden (Europa og Nord-Amerika). Transport har vært gjennom luft og med havstrømmer. Økte nivåer av spesielt kvikksølv og bly viser at forurensende stoffer inkludert tungmetaller blir transportert over store avstander og kan derfor ikke tilskrives lokale kilder.  

PAH og andre hydrokarboner

PAH 

I MAREANO-programmet utgjør polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) den viktigste typen organiske miljøgifter som analyseres. PAH består av to eller flere aromatiske ringer og har lav vannløselighet. PAH er derfor i liten grad løst i vannmassene, men knyttet til ulike typer partikler som for eksempel organiske kolloider eller mineralpartikler. Alle PAH er lipofile (løses lett i fett) og kan bioakkumuleres (hopes opp) i mange marine organismer. Eksponering til PAH kan føre til forskjellige skader, siden flere PAH er giftige og kreftfremkallende. I marine sedimenter kan PAH bli bevart i lang tid, og man kan studere trendene i tilførsel av PAH ved å analysere sedimentkjerner.

alt
Eksempler på PAH.

Kilder for PAH

PAH kan stamme fra 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.

Siden det kan være vanskelig å skille mellom de ulike kildene i miljøprøver, studerer man karakteristiske PAH-forbindelser i prøvene. Høye nivåer av enkelte PAH-indikatorforbindelser eller grupper av forbindelser kan tyde på én eller flere bestemte kilder. Naftalen, fenantren og dibenzotiofen, sammen med enda større mengde av deres alkylerte homologer, peker på petrogen (oljerelatert) 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 naturlige forbindelser, som f.eks. perylen, peker på biogen opprinnelse.

Miljødirektoratets tilstandsklasser

Miljødirektoratet har utarbeidet et eget klassifiseringssystem for nivåene av enkelte PAH-forbindelser i marine sedimenter, delvis basert på internasjonalt etablerte systemer for miljøkvalitetsstandarder (Environmental Quality Standards, EQS). En av disse PAH-forbindelsene, benzo[a]pyren, vurderes som spesielt viktig, siden den er sterkt kreftfremkallende. Ifølge Miljødirektoratets klassifisering, vurderes nivåene av benzo[a]pyren i sedimenter langs en skala fra Klasse I, «Bakgrunnsnivå», til Klasse V, ”Omfattende akutt toksisk effekt”. Miljødirektoratets klassifisering er imidlertid utviklet for fjord- og havneområder, og kan ikke uten videre brukes direkte i åpent hav.

THC

Totale hydrokarbon nivåer (engelsk ”total hydrocarbon contents”, THC) i sedimentene undersøkes 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. THC har svært mange mulige kilder, men forhøyete THC-nivåer kan peke på et oljeutslipp i området. Det er ikke etablert tilstandsklasser for THC i sediment.

Nivåer av hydrokarboner i Norskehavet og Barentshavet

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

 

alt
Summerte nivåer av PAH i overflatesedimenter fra MAREANO-området.

Persistente organiske miljøgifter

Persistente organiske kjemikalier (engelsk: Persistent Organic Pollutants, POPs) 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.

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

Flere av disse stoffene har vært lenge i bruk som plantevernmidler, flammehemmere, m.m., men har vært forbudt for produksjon og bruk i de siste tiårene. Likevel kan man fortsatt finne spor av disse forbindelsene i miljøet på grunn av deres persistens.

Havforskningsinstituttet utfører analyser av klorerte organiske miljøgifter, inkludert klorerte bifenyler (PCB) og pesticidene diklordifenyltrikloretan (DDT), heksaklorsykloheksan (HCH), heksaklorbenzen (HCB), trans-nonaklor, dieldrin; bromerte flammehemmere av type PBDE (polybromerte difenyl etere); og alkylfenoler, alkylfenol etoksylater og bisfenol A. Det er utviklet tilstandsklasser for flere av disse stoffene hos Miljødirektoratet.

alt
Eksempler på persistente organiske miljøgifter. A: Generell struktur for PCB. B: γ-Heksaklorsykloheksan. C: p, p´-DDT. D: Generell struktur for PBDE. E: 4-Nonylfenol.

Nye organiske miljøgifter

Såkalte nye miljøgifter (engelsk: Emerging contaminants) er de siste tiårene blitt vurdert å kunne utgjøre et potensielt miljøproblem. Det mangler regulering, nasjonalt og internasjonalt, for de fleste av disse stoffene, og det er derfor viktig å kunne påvise omfanget av problemet som grunnlag for å oppnå forsvarlig bruk og håndtering av stoffene. Problemet er størst først og fremst i belastede kystområder nær havner og industrielle områder, men også åpent hav kan bli påvirket av de nye miljøgiftene gjennom langtransporterte tilførsler. Miljødirektoratet har tilstandsklasser for enkelte av disse forbindelsene.

MAREANO-programmet har nylig begynt å samle data om følgende grupper av nye organiske miljøgifter:

PFAS er en gruppe fluoralkylerte forbindelser som er svært persistente i miljøet, og mistenkes å kunne ha negative helseeffekter både for mennesker og andre levende organismer. De produseres for bruk i en rekke ulike produkter, blant annet som flammehemmere i brannskum. Spormengder av enkelte PFAS-forbindelser er funnet i marine sedimenter fra norske arktiske strøk.

Klorparafiner er persistente forbindelser som kan tas opp og akkumuleres av biota. De er toksiske og kreftfremkallende. De brukes som tilsetninger til materialer ved høytemperaturprosesser, til maling, som flammehemmere, m.m. Man skiller mellom kortkjedete klorparaffiner (SCCP) og mellomkjedete klorparaffiner (MCCP).

Fosfororganiske forbindelser brukt som flammehemmere (engelsk: Phosphorus Flame Retardants, PFR) er en stor gruppe forbindelser med forskjellige kjemiske egenskaper. Noen av disse stoffene er persistente i marint miljø og kan være meget toksiske for marine organismer.

Siloksaner er en gruppe organiske forbindelser som brukes bl.a. i kosmetikk og kommer derfor ut i det marine miljø blant annet med avløpsvann. Enkelte siloksaner har vært vurdert som persistente og toksiske.

Dekloraner er meget persistente halogenerte miljøgifter som brukes som flammehemmere, eller oppstår som urenheter i hovedproduktet, dekloran pluss (engelsk: Dechlorane Plus).

Kontakt

Bilde mangler

Stepan Boitsov

Havforskningsinstituttet
Organiske forbindelser
Forsker
922 44 996
Henning Jensen_Geokjemi.jpg

Henning Jensen

Norges geologiske undersøkelse
Fysiske egenskaper og uorganiske komponenter
Forsker
73 90 43 05