Heavy, POP ja R&B kestohitit

Transkriptio

1 Limnologipäivät Haitalliset aineet SYKE Heavy, POP ja R&B kestohitit Matti Verta, Jaakko Mannio, SYKE Haitallisten aineiden ja riskien tutkimusohjelma Roger Dean (Sea of Light, Uriah Heep 1995)

2 Tässä esityksessä: Aineiden ominaisuuksia ja vaikutuksia Ongelman historiaa Itämeren piirissä ja arktisella alueella Pitoisuuden aikasarjoja Aineiden kulkeutuminen lähelle ja kauas Globaalimuutos ja POP yhdisteet

3 Haitalliset aineet = PBT ominaisuudet Persistent pysyvyys => kauan ja kauas! Bioaccumulating biokertyvyys vesi > eliö biomagnifikaatio eliöstä > eliöön ja hormoonimaisuus esim. PCB vs tyroksiini Toxic myrkyllisyys: akuutti / krooninen

4 Kulkeutuminen Reitit: YLÖS (kauko) kulkeutuminen ALAS KETJUA PITKIN maa ja vesieliöt sedimentti / pohjavesi

5 Millaisia aineita? Teollisuus ja kuluttajakemikaaleja PCB, HCB, bromattuja palonestoaineita, muovien ja hartsien lisäaineita Torjunta aineita DDT, lindaani, klordaani Prosessiperäisiä dioksiinit, PAH yhdisteet Myös Raskasmetallit Hg, Cd, Pb org.tinayhdisteet

6 Millaisia vaikutuksia? Kuolleisuus, mutta yleisemmin: Lisääntyminen Kasvu Yksilönkehitys Immunologia / sairaudet Käyttäytyminen sillä luonnossa pienet pitoisuudet, yhteisvaikutukset, pitkä altistus

7 PCB käyttö (AMAP 2002) tonnia/ruutu < >1000

8 Where do we find PCB now? (EC/ENV 2005)

9 POPs/Baltic Sea Baltic Sea: high loads and levels of dioxins (DLC), PCBs etc POPs Modeled PCB sea conc (MSCE) Eg. no marketing of high dioxin fish to other EU countries

10 DDT ja PCB Itämeressä historia: käyttö, esiintyminen, vaikutukset Rachel Carson: Silent Spring (1962) (Naturvårdsverket 1998)

11 Hyljekannat toipuvat, mutta vaikutuksia on vieläkin (Naturvårdsverket 1998)

12 PCB in Arctic biota vs. effect levels Concentration (log) Effect levels Freshwater fish Marine fish Birds Mammals

13 Temporal development of DLCs and PCBs in Baltic herring and its consumers (straight lines), and hypothetical courses of biological responses (curves) Possible human effects Potential human effects from in utero exposure

14 Development of measured human breast milk and herring dioxin concentrations (Vartiainen, KTL) pg/g WHO TEQ in fat/fw Timetrends of Finnish breast milk and Baltic herring in the Gulf of Bothnia Finnish breast milk Baltic herring Year

15 Dioxin concentrations in fishermen and in average population in Finland (J. Tuomisto, KTL) In Finland at the end of 1990's, fishermen versus average population WHOPCDD/F TEQ, fat average men average women fishermen age

16 3.5 TCDD equivalents, ng/g fat, Guillemot egg, early laid 300 power=.64/.64/6.1% r2=.78, p<.001 * spcb % /yr pia :49, dxu2 Chemical analyses, Department of Environmental Chemistry, Umeå University

17 Palonestoaine PBDE vähenee jo Itämeren linnustossa mutta lisääntyy Arktisen Kanadan valaissa ja hylkeissä PBDEn tuotanto (Naturvårdsverket 1998) (AMAP 2002)

18 PCB sadevedessä vähentynyt rajoituksen jälkeen PCB poistettu käytöstä Suomessa 1995

19 PCB Itämeren eliöstössä ja luvuilla (Korhonen ym. 1997)

20 PCBn ja dioksiinien kertymishistoria Lapin järvisedimentissä (Mannio ym. 1997)

21 Kymijoki 10 0'0"E 20 0'0"E Pyhäjärvi '0"N '0"N 65 0'0"N Keltti 5 Source Tammijärvi '0"E Baltic Sea Finland Kuusankoski Gulf of Finland km Pulp and paper mill Kymijoki river basin km 2 Average discarge 300 m 3 s 1 Long tradition of pollution Pulp and paper industry organochlorines, Hg Chemical industry Chlorinated phenols, Ky 5 (TeCP, TcP, PeCF) PCDD/Fs, PCDEs etc. as impurities Chlor alkali production/hg

22

23

24 Total Hg and PCDD/F burden of contaminated sediments in the river Region Hg (kg) PCDD/F (kg) PCDD/F (kg I TEQ) Contaminated sediment milj. m 3 Kuusankoski Keltti Keltti Anjalankoski Tammijärvi Total

25 Arvio Kymijoen dioksiinitaseesta kg a PCDD/F 0.2 kg a I TEQ 1 g a 1400 kg I TEQ 4.5 kg 4560 kg I TEQ 12.8 kg 13 kg a 1770 kg I TEQ 44 g a WHO TEQ 12.4 kg Kuusankoski Keltti I TEQ 375 g a Keltti Suomenlahti Suomenlahti (Verta ym. 2003)

26 PCDD/Fs in the Gulf of Finland from Kymijoki impacted area LON (E) FINLAND 61 Helsinki C1 C2 C3 KymijokiR. A1 C4 Kotka K19 KAII LL3a C5 C6 XV1 K20 K15 SP10 C7 SP19 SP7 SP4 F41 SP2 F40s SL2 RUSSIA St. Petersburg Neva R. L A T (N) 60 JML1b ESTONIA km sediment core surface sample (0 5 cm) Ο coastal sample (0 2) cm) 58

27 Dioxins in the sediments Verta 2004 Total I TEq 2,3,4,7,8 PeCDF

28 Dioksiinit ja furaanit pohjasedimenteissä ja kaloissa ovat erilaisia Kymijoki ei selitä kertymistä kaloihin suhteellinen osuus myrkyllisyydestä Percent from I TEQ Sediment, Kymijoki Sediment, G. Bothnia Sadevesi Deposition Plankton Herring Silakka Others HpCDF PeCDD PeCDF 2378 TCDF SYKEn ja KTLn seurantatuloksia

29 Sediment profiles of PCDD/F (I TEQ) Kymijoki estuary Kymijoki estuary G.of Finland PCDD/F (pg I TEQ g 1 ) PCDD/F (pg I TEQ g 1 ) PCDD/F (pg I TEQ g 1 ) G.of Finland G.of Bothnia Gotland PCDD/F (pg I TEQ g 1 ) PCDD/F (pg I TEQ g 1 ) PCDD/F (pg I TEQ g 1 )

30 Torjunta aineita sadevedessä (Evo ja Pallas) Kielletty Suomessa ei käytetty ei käytetty havaittu Pesticide Ntot N+ max conc DL ng/l < 0,01 ng/l Aldrin 5 0 <0,01 < 0,01 ng/l Cis chlordane < 0,01 ng/l Trans nonachlor < 0,01 ng/l DDT, DDD, DDE < 0,01 ng/l Dieldrin 24 0 <0,01 < 0,01 ng/l Endrin 24 0 <0,01 < 0,01 ng/l Heptachlor > 21 < 0,01 ng/l HCB > 1 < 0,01 ng/l Mirex 24 0 < 0,01 ng/l < 0,01 ng/l Toxaphene 4 0 < 0,01 ng/l < 0,01 ng/l

31 POP yhdisteet maaympäristössä (Pallas) Metsäpäästäinen Poro Humus Sadevesi aikuinen nuori µg/kg rasvassa µg/kg kp µg/l HCB 2,2 1,2 14 0,8 0,0001 summa HCH < 5 2,75 0,003 summa klordaani ,20 0,00001 summa DDT ,05 0,00004 summa PCB (13) ,75 0,004 Päästäinen vahvistaa ilmaperäistä signaalia (SYKE 2000, EELA 2000)

32 POPs in Common shrew (Sorex araneus) vs. other media, Pallas ORGANOCHLORINES COMMON SHREW REINDEER HUMUS PRECIPITATION ADULT IMMATURE ug/kg lw ug/kg lw ug/kg lw ug/kg dw ug/l HCB 2,2 1, ,8 0,0001 sum HCH 780,00 645,00 < 5 2,75 0,003 sum CHLORDANE 520,00 265,00 5 0,20 0,00001 sum DDT 62,00 50,00 7 2,05 0,00004 sum PCBs 475,00 215, ,75 0,004 Tot PCBs 825,00 380, ,05 0,011 sum HCH = alfa + beta + gamma + delta HCH sum CHLORDANE = oxy CHL + alpha CHL + trans nonachlor sum DDT = DDE + DDD + DDT sum PCB = PCB Tot PCBs = formula = 2,7 x (sum PCB ) (SYKE monitoring data 2000 and EELA 2000)

33 DDT ja PCB rannikkoalueen hauessa Ohjearvot, joilla pyritään suojelemaan kaloja syöviä nisäkkäitä (Environment Canada 2002) 15

34 DDT yhdisteet metsämaan humuskerroksessa mistä tuoretta DDT:tä? 4,00 ug/kg ww 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 p,p` DDE p,p` DDD o,p` DDT p,p` DDT 1,00 0,50 0,00 Nuuksio Evo Konnevesi Oulanka Kevo Pallas SOUTH > NORTH (Hirvi 2004)

35 PCB Lapin kalastossa 2001 taso matala, mutta Tornionjoen siika vaeltaa Pohjanlahdelle Tornionjoki 0,25 0,4 kg 1,3 kg 0,4 kg (Mannio ym. 2002)

36 Saasteet kertyvät ravintoketjuun Saasteet kulkeutuvat Arktiselle alueelle ilmavirtojen merivirtojen jokien kuljettamana kulkeuduttuaan alueelle ne kertyvät ja rikastuvat ravintoketjuihin Outi Mähönen, ympäristöministeriö

37 Old and New pollutant, Hg with a long retention Hg emissions tons / y AMAP

38 Mercury has been deposited on soils and lakes Large predatory fish exceed the quidelines Lake sediments in Scandinavia 2000 ~0,3 < 1800 ~0,07 Hg µg/g Fish Hg in Scandinavia mg/kg Predatory Non predatory

39 AMAP Hg workshop Copenhagen Oct., 2007 Changes in fish Hg concentrations in freshwater lakes in Finland links to environmental change and implications to the Arctic Matti Verta, Anna Paloheimo, Petri Porvari Finnish Environment Institute SYKE Katriina Pyy Finnish Meteorological Institute John Munthe IVL, Swedish Environment Research Institute

40 Change in mercury concentration from to % of lakes showed decrease in [Hg] 1/6 showed increase and 1/3 were stable No increase was observed in the largest lakes N Increase Decrease Stable Small (<5 km 2 ) Medium Large (>50 km 2 ) All lakes

41 Factors affecting the change (Tukey test) Hg increase Hg decrease Small lakes High % of coniferous forests on peat soil Location east Intermediate lakes Small volume, shallow Less sulphate Large lakes Deepest High ph Less humics Less peat soil All lakes High % of coniferous forests on peat soil Location east Small

42 Possible explanations (1 atmospheric) TotHg and sulfate deposition in Finland have decreased Alkalinity and ph have increased in lakes TotHg g k m 2 a Precipitation mm alkalinity sulfate S Finland N Finland Precipitation Porvari, 2003

43 Possible explanations (2 Forestry practices) Experimental catchment: before and after clearcut Before After 8 years after

44 Possible explanations (2 Forestry practices) After a clear cut and soil treatment MeHg concentration and outflow increased (Porvari et al. 2003, ES&T,37) Still continuing (after 8 years) MeHg (ng l 1 ) Clear cut Soil treatment Reference Experimental

45 Lake Gårdsjön

46 Irrigation system Sprayers G1 experimental area Pump Storage tank Cation exchange Anion exchange Filter Gårdsjön lake pump

47 TotHg and MeHg in runoff Irrigation Irrigation TotHg, ng/l MeHg, ng/l

48 Methyl Hg in runoff post experiment (until May 2007) 6 5 Irrigation MeHg, ng/l Date

49 Vuotuisen valunnan muutos ennuste 2050? valunta kasvaa haihdunta kasvaa EUROPEAN COMMISSION (Arnell 2000)

50 Globaalimuutos ja aineiden kiertokulku Energian käyttö liikenne teollisuus maankäyttö torjuntaaineet KUORMITUKSEN alueellinen ja ajallinen jakautuminen Aineiden KULKEUTUMINEN VARASTOT VAPAUTUMINEN Lämpötila => haihtuminen, hajoaminen Säteily => hajoaminen Sademäärä => maan kosteus, pohjaveden korkeus, virtaamat => ph, humus Merivirrat, ilmamassojen reitit BIOLOGISET VAIKUTUKSET?

51 Implications to the sub arctic Finland Hg deposition Low compared with south Scandinavia No major trend obvious presently Acidification/recovery ANC higher than in south central Finland/less acidification Climate change Longer snow and ice free, increase in summer precipitation Forest growth Forestry practices intensify DOC increase? > Hg methylation in soils (and lakes)

52 Hg trends Arctic

53 Thank You! I have heard that we Baltic Sea fish are extremely toxic Yes, but surprisingly still alive! Terho Ovaska, Helsingin Sanomat, Jan