Vesien kemikalisaatio näkökulmia vesiensuojeluun Henri Virkkunen LUVY ry
Ympäristön kemikalisaatio Ympäristön kemikalisaatio tarkoittaa tässä ihmisen teollisesti valmistamien kemiallisten yhdisteiden laajaa ja usein tahatonta levinneisyyttä ympäristössä. Teollisesti valmistettuja yhdisteitä havaitaan mitattavina pitoisuuksina myös hyvin syrjäisillä alueilla kuten pohjoisilla napaseuduilla joilla tuotteita ei ole koskaan valmistettu/käytetty! Näillä yhdisteillä voi olla mahdollisuus aiheuttaa haitallisia ympäristötai terveysvaikutuksia. Yhdisteiden kirjo kasvaa jatkuvasti Tietämys erityisesti uusien yhdistetyyppien levinneisyydestä sekä niiden ympäristö- ja terveysvaikutuksista kertyy usein tätä hitaammin
Kemikalisaatio ja kotitaloudet Kemikalisoitumisen levinneisyys ei rajoitu ainoastaan yhdisteiden laitosmaiseen valmistukseen tai laajamittaiseen käyttöön Yksityisissä kotitalouksissa käytetään suuria määriä kemianteollisuuden tuotteita mm. kosmetiikka, lääkkeet, puhdistusvalmisteet Muodostavat osansa ympäristöön päätyvästä kemikaalikuormasta Uudet ongelmayhdisteet ( emerging contaminants ) tässä joukossa aktiivisen tutkimuksen kohteena
Lainsäädäntö Kemikaalilainsäädännön päätavoitteena on ehkäistä kemikaalien aiheuttamia ympäristöhaittoja jo ennen ongelmien ilmenemistä. Kansallista ja kansainvälistä lainsäädäntöä REACH & CLP-asetukset (EU-tason lainsäädäntöä) Suomessa: kemikaalilaki (599/2013) Ympäristölupaehdot
Vierasaineet vesiympäristössä Vesiympäristöt vastaanottavat merkittävän osan käyttämistämme kemikaaleista tai niiden jäämistä Kemikaaleja päätyy ympäristöön joko niiden normaalin käytön, käytön jälkeisen hävittämisen tai erityyppisten onnettomuuksien/väärinkäytön yhteydessä. Ilmavälitteisen kaukokulkeuman kautta haihtuvat yhdisteet voivat kulkeutua pitkien matkojen päähän ja päätyä myös vesiympäristöihin. Kuormituslähteiden kaksi päätyyppiä: - Pistekuormittajat (mm. teollisuuslaitokset, kunnalliset jätevedenpuhdistamot). - Hajakuormittajat (mm. maanviljelys, ilmavälitteinen kaukokulkeuma, haja-asutus).
Maatalouskemikaalien ruiskutushävikki, valuma, jätteet, väärinkäyttö Kuormitus haja-asutuksen jätevesistä Hulevedet Kuormitus käsitellyistä jätevesistä (keskitetyt jätevesiratkaisut) Teollisuuslähtöinen kuormitus Märkä-/kuivalaskeuma Vuodot, onnettomuudet Liikennelähtöiset päästöt, Vierasaineiden kulkeutumistapoja vesiympäristöön (mukaeltu: Holt 2000).
Vierasaineiden käyttäytyminen vesiympäristössä Vierasaineiden käyttäytymistä ympäristössä säätelevät sekä yhdisteen kemialliset ominaisuudet että ympäristön olosuhteet Määrittelevät yhdessä ympäristökohtalon eli sen, mitä kemikaalille tapahtuu: hajoaa, muuntuu, sitoutuu toisiin aineisiin, kertyykö se eliöstöön? Yhdisteen ominaisuudet kuten Molekyylikoko Vesiliukoisuus/rasvaliukoisuus Haihtuvuus Reaktiivisuus ja sitoutumisteho muihin yhdisteisiin Kemiallinen vakaus Ympäristöolosuhteet, mm. Lämpötila ph Humuspitoisuus (orgaanisen aineen/hiilen määrä vedessä) Valo/säteilyolosuhteet
Kuormituslähde Haihtuminen ilmakehään Sitoutuminen sedimenttiin Biohajoaminen /muuntuminen Hydrolyysi Fotolyysi Laimeneminen & diffuusio Kerrostuminen sedimenttiin Biokertyminen
Haitallisten kemikaalien ominaisuuksia Haitallisilla kemikaaleilla havaitaan usein yhteisiä ominaisuuksia, jotka mahdollistavat niiden ympäristöhaitat. Välttämättömiä tuntea, jotta voidaan määritellä seurannan tai vesiensuojelutoimien kannalta relevantit yhdisteryhmät Pysyvyys Kemiallisesti kestävä rakenne haittaa yhdisteiden hajoamista/muuntumista eliöiden aineenvaihdunnan tai ympäristön kemiallisten prosessien kautta. Säilyvät pitkiä aikoja ympäristössä sisäisen kuormituksen mahdollisuus vesiekosysteemissä (sitoutuminen mm. sedimentteihin, josta voivat palautua kiertoon fysikaalis-kemiallisten olojen muuttuessa tai häirinnän tuloksena). Biosaatavuus Pelkkä eliön ja kemikaalin läsnäolo samassa tilassa ei välttämättä automaattisesti johda haitalliseen vasteeseen, mikäli yhdiste ei ole biosaatavaa. Biosaatavassa muodossa yhdiste pystyy siirtymään eliöön ja mahdollisesti reagoimaan siellä.
Yhdisteen kokonaisannos Biosaatava osuus Eliö Vaste Vain biosaatava, biologisesti aktiivinen osuus yhdisteestä voi siirtyä eliöön ja aiheuttaa haitallisen vasteen!
Haitallisten kemikaalien ominaisuuksia Biosaatavuuteen vaikuttaa yhdisteen kemiallinen luonne. Esim. Taipumus sitoutua esim. orgaaniseen aineeseen heikentää sen biosaatavuutta Sitoutuminen toisiin yhdisteisiin kanssa Hajoaminen/muuntuminen ympäristössä Vesiympäristössä sitoutuminen humukseen & orgaaniseen hiileen tyypillisesti heikentää biosaatavuutta
Haitallisten kemikaalien ominaisuuksia Biosaatavat yhdisteet päätyvät eliöön useita reittejä. Tärkeimpiä ravinto, hengitystiet, suora kontakti Altistustapa vaikuttaa merkittävästi biosaatavan osuuden suuruuteen Esimerkiksi iho ja ruoansulatuskanavan seinämät vähentävät verenkiertoon päätyvän kemikaalin osuutta.
Haitallisten kemikaalien ominaisuuksia Biokertyvyys Yhdiste on biokertyvä, mikäli eliön kyky muuntaa se toiseen muotoon tai poistaa se elimistöstään on heikompi kuin sen sisäänoton tehokkuus. Ajan kuluessa yhdisteen pitoisuus eliössä kasvaa (biokertyminen) Pitkällä aikajänteellä kertyvät korkeat pitoisuudet voivat riittää aiheuttamaan haittoja.
Kuvitus: http://www-esd.worldbank.org/popstoolkit/popstoolkit/popstoolkit_com/about/exposurepathways/bioaccumulation.htm Haitta-aineiden rikastuminen ravintoketjussa.
Haitallisten kemikaalien ominaisuuksia Reaktiivisuus (yhdisteen alttius osallistua kemiallisiin reaktioihin) Toksiset vasteet saavat alkunsa molekyylin reagoidessa kohdepaikassaan eliössä. Esim. Reseptorit Ionikanavat Solukalvojen lipidit DNA - Biomolekyylien rakenne usein samankaltainen lajien välillä samankaltainen vaste mahdollinen?
Haitalliset vaikutukset eliöstössä Yhdisteiden aiheuttamat haitat eliöissä voivat ilmetä useilla eri tavoilla, riippuen yhdisteen luonteesta ja pitoisuuksista ympäristössä. Reaktiivisuuden aste, sitoutumispaikka solussa/eliössä, eliön kyky hajottaa yhdistettä Altistuksen suuruuden ja keston vaikutus! Pitoisuus kohdepaikassa oltava riittävä aikaansaamaan vasteen. Biokertyvillä, pysyvillä yhdisteillä pitoisuus kasvaa ajan myötä Yhdisteen aikaansaamat haitat voivat vaihdella lajien väleillä Rakennehomologia biomolekyylien välillä yleistä, mutta myös lajien välisiä eroja herkkyydessä tavataan. Joissain tapauksissa myös vaikutusmekanismit eriävät lajeittain Otettava huomioon, kun nojaudutaan riskinarvioinnissa toisella lajilla tuotettuun kokeelliseen tietoon tai suunnitellaan testausta
Haitalliset vaikutukset eliöstössä Spesifiset vaikutustavat, esimerkkejä: Hormonaalisen säätelyjärjestelmän häiriöt Muutokset hermoston välittäjäainetasapainossa Muutokset DNA:n tasolla Lisääntymisjärjestelmän häiriöt Häiriöt immuunijärjestelmässä Herkät biokemialliset vasteet ovat erityisen huomion kohteena niiden usein matalien vaikutuskynnysten vuoksi. Voivat ilmetä ympäristössä tavattavilla pitoisuustasoilla. Epäspesifinen toksisuus ( narkoosi ) - Tiettyä, tarkkarajaista kohdepaikkaa eliössä ei voida määrittää. Korkea kynnyspitoisuus. - Sama yhdiste voi periaatteessa vaikuttaa yhtä aikaa useamman mekanismin kautta (riippuen yhdisteestä). Lisäksi: kemikaalit luonnossa esiintyvät lähes aina monimuotoisina seoksina. Myös muuntumatuotteet voivat olla toksisia!
Haitalliset vaikutukset eliöstössä Solu-, solukko-, elin- tai elinjärjestelmätasolla havaittavat vaikutukset voivat heijastua ylöspäin biologisessa organisaatiossa mikäli ne kohdistuvat ekologisesti merkittäviin parametreihin Yksilönkehitys/kasvu, ravinnonhankinta, käyttäytyminen, lisääntyminen, kuolleisuus. Ekologisesti relevanteilla haittavasteilla voi siten olla laajempaa merkitystä esim. populaatiotasolla -> Näihin haittavasteisiin liitetyt yhdisteet erityisen mielenkiintoisia monitorointikohteita.
Populaatio Yksilö Elinjärjestelmä Elin Kudostaso Solutaso BIOLOGISEN ORGANISAATION TASOT
Esimerkki: etinyyliestradioli Synteettinen steroidi, yleisesti lääkekäytössä Ehkäisyvalmisteet Päätyvät ympäristöön kuljettuaan elimistön ja aineenvaihdunnan läpi, tai esimerkiksi lääkkeiden virheellisen hävittämisen kautta Havaittu aiheuttavan haitallisia lisääntymiseen ja kehitykseen liittyviä vasteita vesieliöillä, vaikutuskynnys matala (mm. Nash et al. 2004, Länge et al. 2001) Kuva: US National Library of Medicine (https://www.nlm.nih.gov/ ).
Kemikaalit ja muut vesiympäristöjen haittatekijät vuorovaikutuksessa: roskaantuminen ja mikromuovit Viime aikoina huomiota on herättänyt mikrokokoisen muovijätteen määrä vesiympäristöissä; aihe on aktiivisen tutkimuksen kohteena. Muovien valmistuksessa käytettävien lisäaineiden on havaittu voivan kulkeutua muovien pintaosiin, ja sieltä vesifaasiin (altistumisen mahdollisuus). Kulkeutumisen nopeuteen vaikuttavat sekä muovin ominaisuudet (rakenne, paksuus/kiteisyys, alttius rapautumiselle) että yhdisteiden ominaisuudet (molekyylikoko, sitoutumisalttius muoviin, haihtuvuus ). Toisaalta muovien on havaittu pidättävän yhdisteitä ympäröivästä vesifaasista ja toimivan niiden kuljettajina alueelta toiselle. Eliöt voivat altistua muoveihin sitoutuneille yhdisteille erehtyessään syömään muovinkappaleita
Yhteenveto Ympäristön kemikalisoituminen ilmiönä ei kosketa ainoastaan teollisuutta tai laajoja asutuskeskittymiä, vaan se havaitaan myös harvemmin asutuilla alueilla. Useilla pysyvillä, biokertyvillä & reaktiivisilla kemikaaleilla on kyky aiheuttaa haitallisia vaikutuksia vesiympäristöissä. Kemikaalien aiheuttaman riskin arvioimiseksi ja vesiensuojelullisten toimenpiteiden/seurannan kohdentamiseksi tieto pitoisuuksista ympäristössä, yhdisteen luonteesta sekä altistuksen suuruudesta on tärkeää. Ympäristöoloilla on suuri vaikutus riskin suuruuteen, ja ne tulee tuntea huolellisesti!
Kiitos!
Lähteet Fjäder 2016: Merten roskaantuminen, muovit, mikromuovit ja haitalliset aineet. Suomen Ympäristökeskuksen raportteja 37/2016. Holt 2000: Sources of Chemical Contaminants and Routes into the Freshwater Environment. Food and Chemical Toxicology 38 (2000) S21±S27. Nash et al. 2004: Long-Term Exposure to Environmental Concentrations of the Pharmaceutical Ethynylestradiol Causes Reproductive Failure in Fish. Environmental Health Perspectives. Vol. 112, No. 17 (Dec., 2004), pp. 1725-1733 Länge et al. 2001: Effects of the synthetic estrogen 17-α-ethinylestradiol on the life cycle of the fathead minnow (Pimephales promelas)
Länsi-Uudenmaan hajajätevesihanke Puolueetonta ja laadukasta jätevesineuvontaa Länsi-Uudenmaan haja-asutusalueilla N. 5 000 kartoitus- ja neuvontakäyntiä vuodesta 2009 Tiedotus ja verkkosivut Asiantunteva palvelu molemmilla kielillä! Rahoitus: kuntien vapaaehtoinen lisäjäsenmaksu ja Uudenmaan ELY-keskus/ympäristöministeriön neuvontaavustus www.hajavesi.fi www.glesbygdensvatten.fi 25