Öljyn ja öljyonnettomuuksien. ekotoksikologia

Transkriptio

1 Öljyn ja öljyonnettomuuksien Esityksen sisältöä: Raakaöljyn koostumus - ml. muutunta. Toksisuus eliöille - mm. kaloille. Ekotoksisuusvaikutusten ja riskien arviointi. Seuranta. ekotoksikologia Aimo Oikari Ympäristötieteen ja teknogian osasto Jyväskylän yliopisto

2 Mitä on EKOTOKSIKOLOGIA?.. tutkii ja arvioi ympäristökemikaalien aiheuttamia altistumisia ja vaikutuksia luonnon systeemeissä - yksilöistä yhteisötasolle. Tankkerien haverit voivat olla EKOTOKSIKOLOGISIA KATASTROFEJA Huonokuntoinen tankkeri Prestige Atlantilla merihätään noin Alus katkesi ja upposi Lastina venäläistä raakaöljyä

3 Raakaöljy levisi merivirtojen ja tuulten mukaan.. Prestigen koko lasti oli noin tonnia. Raakaöljyä ensin Espanjan rannikolle.... sitten Portugalin ja Ranskan rannikoille. Osa aineista liukeni veteen.. ja altisti eläimiä ym. Osa sitoutui partikkeleihin.. ja päätyi sedimenttiin.

4 Raakaöljyjen kemiallinen koostumus vaihtelee tuotantopaikan mukaan: Yhdiste/aine Prudhoe Bay Louisiana Kuwait Rikkiä (paino-%) Vanadiinia (mg/l) Naftaa ( C, paino-%) paraffiineja nafteeneja aromaatteja Yli >205 C:ssa kiehuva osa saturoituneet aromaattiset polaariset liukenemattomat

5 Öljyssä ja öljytuotteissa esiintyviä polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä eli PAH:ja (16 US EPA priority PAHs) Naphthalene Acenaphthene Acenaphthylene Fluorene Anthracene Phenanthrene Fluoranthene Pyrene Benzo[k]fluoranthene Benzo[b]fluoranthene Chrysene Benz[a]anthracene Dibenz[a,h]anthracene Benzo[a]pyrene Indeno[1,2,3-cd]pyrene Benzo[ghi]perylene

6 Tyypillisiä ja runsaita ovat nk. substituoidut PAH-yhdisteet Ei-substituoitu naftaleeni Sivuketjut vaihtelevat Renkaan tyyppi vaihtelee X X CH NO NH 2 Cl CH O N NH S O Nitro Amino Chloro Alkyl Quinone Acridine Carbazole Thiophene various, e.g. Furan

7 ÖLJYN KEMIKAALIEN YMPÄRISTÖKOHTALO? MIKÄ ON LUONNON ITSEPUHDISTUSKYKY?

8 Säistyminen

9 Vähemmän tai enemmän säistynyt Exxon Valdezin raakaöljy (eri PAH-yhdisteitä) alkuperäinen vähemmän säistynyt Siis: altistava haitta-aine sisältö muuttuu ajan edetessä! enemmän säistynyt

10 Raskasta polttoöljyä 3000 tonnia.. PAH-yhdisteet pysyvät ja muuntuvat sedimenteissä pitkiä aikoja..

11 Antonio Gramskin öljyvahinko 1979 alifaattiset (suoraketjuiset) hiilivedyt altistuneissa simpukoissa (Macoma baltica) haveripaikan lähellä. hiilivetyjä Elokuu 1979 Lokakuu 1979 Paasivirta ym.

12 Lintutuhot Kalat Plankton Muut eliöt (ml. mikrobisto) Lisääntyminen Kasvu Viivästyneet vaikutukset EKOTOKSISUUS ILMENEE MONISSA ELIÖISSÄ

13 Polysyklisten aromaattisten hiilivetyjen letaalipitoisuuksia (LC mg/l) lyhytaikaisissa altistuksissa Acutely lethal concentrations of polyaromatic hydrocarbons (PAHs, LC mg/l) to aquatic animals Fenantreeni Phenantrene [3-ring] fish larvae (embryos; h LC50) crustacean (D.magna; 48 h LC50) Antraseeni Anthracene [3-ring] 210 fish (O. latipes, 48 h LC50) 0.02 crustacean (D.magna, 48 h LC50) Fluoreeni Fluorene [3 ring] 5.1 fish (O. latipes; 48 h LC50) Pyreeni - Pyrene [4 ring] fish (G.affinis, P.promelas; h LC50) crustacean (D. magna; 24 h LC50) Bentsopyreeni - Bentzo[a]pyrene [5 ring] fish (P.promelas; 96 h LC50) 0.05 crustacean (D.magna; 48 h LC50) Source: Environmental properties of chemicals (2000) Nikunen et. al.

14 Toxicity of PAHs to freshwater biota (µg/l) (Environment Canada 1993) Akuutti letaalitoksisuus narkoosi kalat: 0.2 7,900 µg/l selkärangattomat eläimet: ,900 kasvit (levät): 350 Krooninen toksisuus kasvu, lisääntyminen, hengissä selviäminen kalat: µg/l selkärangattomat: kasvit: 5-10,000 Krooninen toksisuus - mutagenisuus, karsinogenisuus kalat: µg/l Eri PAH-yhdisteet ovat toksisuudeltaan hyvin erilaisia. Toksisuutta muuntavat tekijät: eliölaji, Kow (vesipakoisuus), tutkimusmenetelmä, veden laatu, valomuutunta.

15 Göteborgin öljypäästö 2003 Bunker oil accident in June 2003

16

17 WestWaters AB Kustbevakningen WestWaters AB By courtesy of Dr. Lars Förlin et al. Göteborg University, Sweden

18

19 RUOPPAUS Dredging activities in Göteborg harbour Started during winter milj tonnes of clay 0.5 milj tonnes of rock Ended November 2003 ÖLJYPÄÄSTÖ Bunker oil spill in Göteborg harbour June 23, tons ca 25% PAH By courtesy of.. Professor Lars Förlin et al. Göteborg University, Sweden Göteborg

20 Fjällbacka, the national reference site for 15 years Fjällbacka

21 Biomarkkerit ovat käytännöllisiä työkaluja ekotoksisuusvaikutusten seurannassa: Core biomarkers Additional biomarkers Biomarkers Species Acetylcholine esterase Metallothionein Lysosomal stability EROD PAH bile FACs Histopatology Micronuclei DNA damage Vitellogenin Antioxidant enzymes (GR, GST, DTD, SOD, etc) Lipid peroxidation (TBARs) F Protein oxidation TOSC Immunocompetence Apoptosis Hormonal shift Multidrug resistance Heart rate Morphometric indecies F M C F M C F M C F F F M C F M F M C F C F F F F M M C F M C C M C F M C Biomarkers investigated in Swedish westcoast campaigns. F=fish/KALA: Eelpout (Zoarces viviparus), Cod (Gadus morhua) and Flounder (Platichthys flesus) C=shore crab/rapu (Carcinus maenas) M=blue mussle/simpukka (Mytilus edulis)

22 Fjällbacka reference (vertailualue) site: Original hypothesis was that EROD activity (and other biomarkers) in eelpout from Fjällbacka is affected by River Göta älv and dredging activities in the Göteborg Harbour River Göta älv

23 Näytteenotto Göteborgin satamassa Sampling in Göteborg harbour in (biomarkers) Eelpout = kivinilkka: MAKSANÄYTTEET Time/Aika Site/Paikka May 2002 = ENNEN Göteborg, Fjällbacka March 2003 = ENNEN Göteborg May 2003 = RUOPPAUS Göteborg, Fjällbacka July 2003 = R + ÖLJY Göteborg April 2004 = ÖLJY Göteborg, Fjällbacka

24 nmol/(minx mg prot) EROD activities in female eelpout = kivinilkka 0,8 0,6 0,4 Fjällbacka Nordre älv Hjuvik Skalkorgarna Aspholmarna 0,2 0 May-02 By courtesy of Dr. Lars Förlin et al. Göteborg University, Sweden

25 nmol/(minx mg prot) EROD activities in female eelpout 0,8 0,6 0,4 Fjällbacka Nordre älv Hjuvik Skalkorgarna Aspholmarna 0,2 0 May-02 March-03

26 nmol/(minx mg prot) EROD activities in female eelpout 0,8 0,6 0,4 Fjällbacka Nordre älv Hjuvik Skalkorgarna Aspholmarna 0,2 0 May-02 March-03 May-03

27 nmol/(minx mg prot) EROD activities in female eelpout 0,8 0,6 0,4 Fjällbacka Nordre älv Hjuvik Skalkorgarna Aspholmarna 0,2 0 May-02 March-03 May-03 July-03

28 nmol/(minx mg prot) EROD activities in female eelpout = kivinilkka Kaikki pitemmällä asteikolla! 2 1,5 1 Fjällbacka Nordre älv Hjuvik Skalkorgarna Aspholmarna 0,5 0 May-02 March-03 May-03 July-03 By courtesy of Dr. Lars Förlin et al. Göteborg University, Sweden

29 Peak area x 10^6 By courtesy of Dr. Lars Förlin et al. Göteborg University, Sweden PAH metabolites in eelpout bile ALTISTUMINEN ÖLJYPÄÄSTÖLLE NÄKYI SAPESSA, JOSTA MITATTIIN PAH-aineiden MUUNTUMISTUOTTEITA! Fjällbacka Nordre älv Hjuvik Skalkorgarna Aspholmarna May-02 May-03 July-03

30 nmol/mol DNA adducts in eelpout liver from Göteborg harbour MYÖS GENEETTISIÄ VAURIOITA (ADDUKTEJA) KEHITTYI KIVINILKAN MAKSAKUDOKSEEN Fjällbacka Skalkorgarna Aspholmarna May-02 May-03 July-03

31 Göteborgin tutkimuksen johtopäätökset: Öljypäästö (nk. Bunker oil) vaikutti voimakkaasti biomarkkereiden vasteisiin (= mm. kohonneet maksan EROD, DNA muutokset, lipidiperoksidaatio; alentunut lysosomien vakaus) Göteborgin sataman alueella ja kauempana merellä. The bunker oil spill strongly affected biomarker responses (increased EROD activity, DNA adduct levels, lipid peroxidation, decreased lysosomal stability) in the Göteborg harbour area. Biomarkkerit soveltuvat hyvin onnettomuustilanteen laajuuden ja merialueen toipumisen seurantaan.

32 Sedimentin PAH-pitoisuus Katkojen kuolleisuus Tappava myrkyllisyys välittyy myös sedimenteistä.. Ho ym. 1999

33 Kuolleisuus 10 vrk:ssa esimerkkilajina R. abronius PAH-yhdisteiden seos vaikuttaa kokonaisuutena! Ympäristön laadun minimitavoite. 34 PAH-yhdisteen kokonaispitoisuus sedimentissä.

34 Öljyntorjuntakemikaalit (dispersantit) voimistavat altistumista PAH-yhdisteille! Induktiovaikutus Pitoisuus vedessä Dispersantti Ei dispers.

35 Öljyn PAH-yhdisteiden muita vaikutuksia kaloilla ja muilla vesieläimillä.. Narkoosi (2 ja 3 renkaiset PAH:t) Valon aiheuttama lisämyrkyllisyys Immunologisia vaikutuksia Syöpiä (karsinogeenisuus) ja kasvaimia Kehitystoksisuutta (teratogeenisuus), mm. Exxon Valdez tapauksessa.

36 PAH-yhdisteiden valotoksisuus UV-B säteilyn vaikutuksesta: (acute EC 50 to Daphnia magna due to 2-h UV-B radiation) PHOTOTOXIC PAHs Fluoranthene > μg/l Anthracene > Phenantrene > Retene >100 < 10 Pyrene >1024 < 2 Benzo[a]pyrene 60 1 μg/l NON-PHOTOTOXIC PAHs Acenaphthene Naphthalene Chrysene Fluorene all >1024 μg/l with and without UVB treatment. Principal mechanism is photosensitization (i.e. metabolic toxicity) Source: Wernersson, A.-S. (2003) EES 54:355

37 Auringon UV-valo lisää myrkkyvaikutuksia! Ho et al. 1999

38 Prevalence Öljyn PAH-yhdisteet aiheuttavat kehityspatologisia vaikutuksia Blue sac disease (Hodsonilta) HSE H Signs of toxicity Bluesac disease Hemorrhaging, H Yolk sac edema, YSE 40 YSE 20 Hatch 0 YSE = ruskuaispussivaurio HSE = sydänpussivaurio H = verenvuotovaurio Days of Exposure By courtesy of Dr. Peter Hodson et al. Queen s University, Canada

39 PAH-aineen monipuolisesti vaurioittama kalan alkiopoikanen (medaka)

40 Exxon Valdezin raakaöljy ja Tyynenmeren silakka: LWO MWO Poikaset jäävät pienemmiksi.... eivätkä pysty käyttämään ruskuaispussin energiaa kasvuunsa. LWO = vähemmän säistynyt MWO = enemmän säistynyt myrkyllisempää! altistuspitoisuus µg/l

41 Patologiset rakennevauriot tuhoavat pikkupoikasen elinkyvyn seurauksena kalan vuosiluokan alenema. Esim. Exxon Valdez tuhon vaikutus silakan poikastuotantoon oli -52 %. YSE HSE Leukavaurio Selkärankavaurioita Pitoisuudet µg/l Uintikyky Tyynenmeren silakka Clupea pallasi. (ETC 18:481, Carls et al.)

42 HAVAINTOJEN KOKOAMINEN YHTEEN EPIDEMIOLOGIA Oppi sairauksien ja oireiden esiintymisestä ja aiheuttajista (ihmis)populaatiossa Epidemiologian haaste: Tunnistaa vaurion syyn ja seurauksen väliset yhteydet ja riippuvuudet ilman, että käytettävissä välttämättä on kontrolloitujen kokeiden antamia näyttöjä.

43 HAVAINTOJEN KOKOAMINEN YHTEEN Ecoepidemiology Cause Pathway Effect Mm. öljyn PAHyhdisteet, vaikutusmekanismit. Välivaiheita, prosesseja. Vaikutukset populaatioissa (mm. lajitaso) ja eliöyhteisöissä. Näytteenotto suunniteltava ja hoidettava hyvin!

44 Öljyntorjuntaharjoitus - WWF & kumpp. Syyskuu 2005 Porvoo/Tolkkinen KIITOKSIA!