Biosfären

Processer av betydelse för den långsiktiga biosfärsutvecklingen

Den långsiktiga utvecklingen av landskapet i Forsmarksområdet beror på två huvudsakliga faktorer som åtminstone delvis är beroende av varandra, nämligen klimatvariationer och strandlinjeförskjut-ning. Tillsammans påverkar dessa två faktorer i hög grad ett flertal processer, vilka i sin tur avgör utvecklingen av olika ekosystem. Några exempel på sådana processer är erosion och sedimentation, grundvattenbildning och -utströmning, bildning av jordarter, primärproduktion och nedbrytning av organiskt material. Dessa processer diskuteras utförligare i samband med beskrivningen av landskapets utveckling i / Lindborg 2010/. Resultaten från den hydrogeologiska modelleringen / Joyce et al. 2010/ visar att utströmning av djupt grundvatten nästan uteslutande kommer att ske vid lågpunkter i landskapet, dvs i sjöar, våtmarker och vattendrag samt i kustnära havsområden. Beskrivningen av landskapets utveckling fokuserar därför på dessa områden, där potentiellt utsläppta radionuklider skulle kunna ackumuleras.

Strandlinjeförskjutningen har periodvis haft stor påverkan på Forsmarksområdet, både före och efter den senaste isavsmältningen. Vid tidpunkten för den senaste isavsmältningen omkring 8800 f Kr var detta område täckt av cirka 150 m sötvatten av glacialt ursprung och den närmaste kustlinjen låg omkring 100 km väster om Forsmark, se kapitel 3 i / Söderbäck 2008/. Därefter har landhöjningen pågått konti-nuerligt med ett långsamt avstannande förlopp. Landhöjningens hastighet i Forsmark har avtagit från cirka 3,5 m/100 år omedelbart efter isavsmältningen till dagens hastighet av cirka 0,6 m/100 år. Denna hastighet antas minska ytterligare, för att omkring 30 000 år e Kr vara obetydlig, se figur 10-101.

Den pågående strandlinjeförskjutningen kommer kontinuerligt att leda till att nya områden av havs botten höjer sig ovanför vågbasen. Därmed kommer nya sediment att utsättas för vågerosion och resuspenderade finkorniga partiklar kommer att transporteras bort från området ut i Bottenhavet eller åter sedimentera på djupare bottnar inom det undersökta området / Brydsten och Strömgren 2010/.

Följaktligen kan omfördelningen av sediment ha stor betydelse för transporten och ackumulationen av de radionuklider som potentiellt skulle kunna komma från ett framtida förvar.

När nya områden av det som i dag är havsbotten höjer sig över havsnivån börjar de kalciumrika kvar-tära avlagringarna att vittra. Det mesta av den lättvittrande kalciten i den övre regoliten kommer att lösas upp och spolas ut inom en period av några tusen år / Tröjbom och Grolander 2010/. Det betyder att den stora påverkan som de kalciumrika avlagringarna har på de terrestra och limniska ekosystemen kommer att minska med tiden. Det är till exempel troligt att de oligotrofa hårdvatten sjöarna, som är kännetecknande för kustområdet i Forsmark i dag, kommer att omvandlas och bli mer dystrofa (lågt pH, brunvatten) inom några tusen år efter att de isolerats från havet, se / Andersson 2010/.

Strandlinjeförskjutningen kommer också att leda till en kontinuerlig och förutsägbar förändring av den abiotiska miljön, när det gäller exempelvis vattendjup och tillgång på näringsämnen. Det är därför lämpligt att beskriva ursprung och succession av viktiga ekosystemtyper i förhållande till strandlinjeförskjutningen. Ett exempel på detta är när en havsvik isoleras och bildar en sjö som sedan utvecklas och omvandlas till en våtmark. När sjön åldras ansamlas sediment och organiskt material till följd av sedimentation och vegetationstillväxt och så småningom kommer alla sjöar att omvandlas till våtmarker. Sedimentationshastigheten sjunker när sjöns volym minskar / Brydsten

2004/, medan kolonisationen av strandnära växter kräver grunt vatten (< 2 m). Hur snabbt en sjö växer igen beror alltså på dess djup, ytstorlek och volym / Brydsten och Strömgren 2010/. Myrar kan också utvecklas på nybildat land, utan att först genomgå sjöstadiet / Kellner 2003/.

De första tusen åren efter förslutningen av förvaret

Den vertikala delen av strandlinjeförskjutningen beräknas uppgå till nästan 6 m under de kommande tusen åren om en nästan konstant landhöjningstakt av 6 mm/år / Ekman 1996, Hedenström och Risberg 2003/ och en konstant absolut havsnivå antas. Utifrån detta scenario beskrivs nedan en trolig utveckling av platsen.

Strandlinjeförskjutningen kommer att ha flyttat kustlinjen horisontellt till cirka 1 km öster om förva-ret år 3000 e Kr, vilket betyder att delar av det som i dag är havsbotten kommer att bli land. Vissa av havsvikarna kommer att isoleras och omvandlas till sjöar, se figur 10-11. Den pågående regressionen skapar ett övergångsmönster, där kustvegetationen som domineras av örter, halvgräs och gräs ersätts av skogsvegetation. Vilka vegetationstyper som dominerar under denna övergång avgörs i huvudsak av sammansättningen hos de underliggande kvartära avlagringarna, vilken i sin tur beror på i vilken omfattning den grunda kusten tidigare har exponerats för vågor.

Under perioder med höga havsnivåer kommer de nyisolerade sjöarna ibland att översvämmas med bräckt vatten från Bottenhavet på samma sätt som observeras i lågt belägna sjöar i detta område i dag.

Alla sjöar som i dag finns i Forsmarksområdet är små och grunda. Det betyder att stora delar av sjö-arna kommer att omvandlas till våtmarker under de kommande tusen åren / Brydsten och Strömgren 2010/. Till exempel förväntas två av de mindre sjöarna som ligger nära det planerade förvaret, Puttan och Norra Bassängen, att nästan helt ha omvandlats till våtmarker år 3000 e Kr, medan en mindre del av den större sjön Bolundsfjärden fortfarande kommer att vara öppet vatten, se Bilaga C för en karta över Forsmarksområdet i dag.

Den utsprängda djupa inloppskanalen för kylvatten till kärnkraftverken, som ligger direkt norr om det planerade förvaret, kommer att ha isolerats från havet omkring år 2500 e Kr / Lindborg 2010/.

Om den lämnas orörd efter avvecklingen av kärnkraftverken kommer den troligen att förbli en sjö långt efter det att de inledande tusen åren är till ända. Dessutom kommer två nya, relativt stora sjöar att isoleras från havet norr om förvaret och väster om dagens ”Biotestsjö” under den senare delen av perioden, se figur 10-11.

När havsbotten nära kusten blir grundare kommer de bottnar som exponeras för vågor att eroderas.

I vissa skyddade områden belägna i en skärgård med allt fler öar kommer ackumulation av sediment att ske under en kort period / Brydsten 2009/. Cirkulationen i Öregrundsgrepen förväntas vara i stort sett densamma som i dag / Karlsson et al. 2010/. Salthalten i Bottenhavet förväntas minska något under de inledande tusen åren till omkring 4,8 promille, med antagandet att avrinningen till Bottenhavet förblir densamma / Gustafsson 2004/.

Potentialen för ett hållbart utnyttjande av födotillgångarna i området under de kommande tusen åren förväntas inte skilja sig mycket från dagens situation. Endast mindre arealer av det nybildade landet kommer att kunna odlas. Det beror dels på de blockrika moräna sedimenten i de tidigare havsområ-dena och sjöarna, dels på problem med att dränera de lågt belägna nya områhavsområ-dena / Lindborg 2010/.

Nya områden kommer emellertid att kunna utnyttjas som betesmark för boskap.

Människornas potentiella tillgång på vatten förväntas vara i stort sett densamma under denna period.

Vattnet i många av de sjöar som finns i området i dag, exempelvis Bolundsfjärden och Puttan, smakar illa på grund av närbelägna myrar och tillfälligt höga salthalter. I framtiden skulle den djupa kanalen norr om förvaret kunna fungera som sötvattenreservoar när salthalten minskar. Även vatten-draget genom Bolundsfjärden skulle eventuellt kunna användas som en sötvattenstäkt. Nya brunnar kan borras i berggrunden eller grävas i regoliten i det område som är land i dag, medan de nybildade landområdena kommer att vara för unga för att brunnar ska kunna borras eller grävas om man antar att man kommer att använda samma metoder som används i dag / Kautsky 2001/. Vattenkvaliteten i de brunnar som har borrats i detta område är emellertid dålig och det är i dag få brunnar som används för dricksvatten / Ludvigson 2002/.

Sammanfattningsvis antas förvarsplatsens biosfär under de kommande tusen åren vara ganska lik den som råder i dag. De viktigaste förändringarna är den naturliga igenväxningen av sjöar och en begrän-sad strandlinjeförskjutning med åtföljande effekter på kustnära områden och grunda kustbassänger.

Biosfärens utveckling efter tusen år fram till slutet av den inledande perioden med tempererat klimat i Forsmark

Enligt referensglaciationscykeln i SR-Site, se avsnitt 10.4.1, kommer det att råda tempererade förhål-landen i Forsmark fram till omkring 10 000 år e Kr. Antagandet för denna period är att strandlinjen fortsätter att dra sig tillbaka, men i en gradvis avtagande takt / Lindborg 2010/, se även avsnitt 10.4.1.

Inledningsvis kommer strandlinjen att förflyttas horisontellt ungefär 1 km per tusen år. Detta kommer i hög grad att påverka landskapet, i synnerhet under periodens första del. Så småningom kommer detta att leda till en situation där det planerade förvaret befinner sig i inlandsmiljö, snarare än i kustmiljö, se figur 10-12.

Sundet vid Öregrund, som ligger söder om det modellerade området, förväntas ha avsnörts omkring 3000 e Kr, varvid Öregrundsgrepen omvandlas till en vik. Detta kommer att påverka vattencirkula-tionen och i takt med att viken blir allt smalare kommer vattenomsättningen att begränsas ytterligare.

Vid periodens början förväntas emellertid inte omsättningen vara längre än ett par veckor, förutom för vissa mindre delbassänger som nästan har isolerats från havet / Karlsson et al. 2010, Engqvist och Andrejev 2000/. Under perioden från år 3000 till år 5000 e Kr förväntas en innerskärgård att utvecklas nordöst om förvaret. Omkring år 5000 e Kr kommer många sund i denna skärgård att ha avsnörts och ett antal sjöar att ha isolerats från havet.

Figur 10-11. Modellerad fördelning av vegetation och markanvändning i Forsmark år 3000 e Kr. Samtliga områden som eventuellt skulle kunna odlas visas på kartan som odlingsbar mark, se kapitel 4 i / Lindborg 2010/.

Dagens kustlinje visas som en svart linje och de mörkare blå områdena representerar djupare delar av havet.

3000 e Kr

Skog

Hällmarkstallskog Odlingsbar mark Våtmark Sjö/hav Planerat förvar Nuvarande kustlinje Vattendrag

0 1 2 4 km

SKB/htfh, 100602, 15:27

±

G:\skb\gis\gemensam\Projekt\SR-Site\Landskap\MXD\3000.mxd

År 5000 år e Kr kommer kustlinjen att ligga cirka 5 km bort från förvaret. Ett litet vattendrag dränerar området ovanför förvaret och några små, grunda sjöar förväntas finnas längs med vattendraget.

Detta lilla vattendrag kommer att förenas med ett stort vattendrag bestående av de sammanslagna Forsmarksån och Olandsån vilka dränerar en stor del av norra Uppland (avrinningsområde 1,3·10³ km²) vid omkring 5000 e Kr. Under perioden från år 3000 e Kr till år 10 000 e Kr krymper Öregrundsgrepen gradvis så att den till slut utgör en kort och smal vik längs med Gräsö, se figur 10-12.

I det modellerade området kommer ett stort antal sjöar att isoleras från havet under perioden från år 3000 e Kr till år 10 000 e Kr. De flesta av de nya sjöarna är små och grunda och förväntas växa igen och omvandlas till myrar inom en period av 2 000 till 6 000 år / Brydsten och Strömgren 2010/.

Omkring 10 000 år e Kr kommer nästan alla sjöar i området att ha växt igen och endast några inled-ningsvis relativt sett stora och djupa sjöar nära Gräsö förväntas fortfarande vara öppna, se figur 10-12.

Havets salthalt kommer kontinuerligt att minska på grund av landhöjningen av de grunda områdena vid Åland mellan Bottenhavet och den egentliga Östersjön. Omkring år 6000 e Kr förväntas salt-halten ha minskat till 3−4 promille, vilket betyder att ett ekosystem som påminner om det som finns i Norra kvarken i dag – med färre marina arter och fler sötvattensarter – kommer att utvecklas.

Enligt / Brydsten 2009/ kan ackumulation av sediment ske både på bottnar på stora vattendjup och på grunda bottnar som ligger skyddade från vågexponering inomskärs. Erosion sker i huvudsak på grunda bottnar som exponeras för vågor. Transportbottnar återfinns överallt mellan dessa båda ytterligheter, dvs på måttliga djup med måttlig vågexponering. Det betyder att havsbottnen i modell området kommer att uppvisa en karakteristisk utveckling över tiden, en utveckling som börjar med en ackumulationsperiod på grund av det stora vattendjup som kommer att råda tidigt efter isavsmältningen. Därefter kommer en transportperiod och sedan en period där erosion dominerar i takt med att vattendjupet minskar allt mer. Slutligen kan transport och ackumulation förekomma på skyddade platser under en kort period innan havsbotten blir land. Detta betyder att det endast är mycket begränsade delar av modellområdet som kommer att uppvisa kontinuerlig ackumulation av sediment under hela den marina perioden. De små områden där en kontinuerlig ackumulation potentiellt skulle ha kunnat pågå sedan den senaste isavsmältningen är belägna i de djupaste delarna av Öregrundsgrepen / Brydsten och Strömgren 2010/.

Stora delar av den nybildade marken kommer att vara olämplig för odling på grund av avlagringar som huvudsakligen består av block och sten, se / Lindborg 2010/. Det finns emellertid stora områden i centrala Öregrundsgrepen med finkornigt sediment som kan brukas. Även områden med organiska jordar på tidigare sjöar och myrar skulle kunna brukas. Förmodligen kommer sådana organiska jordar att varaktigt kunna nyttjas endast under begränsade perioder, eftersom sammanpressning och oxidation av det organiska materialet kommer att sänka markytan och leda till dräneringsproblem, se / Lindborg 2010/.

Produktionen av potentiell föda i jordbruksområden är hundra gånger högre än den i akvatiska eller icke uppodlade terrestra områden / Andersson 2010, Aquilonius 2010, Löfgren 2010/. Eftersom den andel land som är möjlig att bruka kommer att öka då nya landområden bildas, innebär det att den potentiella livsmedelsproduktionen totalt sett förväntas öka under denna period. Det antal människor som skulle kunna försörjas genom den föda som produceras inom Forsmarksområdet beror emeller-tid i mycket hög grad på i vilken utsträckning marken används för odling.

Tillgången på sötvatten för mänsklig användning förväntas öka gradvis. Som nämndes ovan kommer det att bildas nya sjöar och vattendrag, men de flesta av sjöarna kommer att vara kortlivade på grund av att de är så grunda. Nytt grundvatten, som skulle kunna utnyttjas som dricksvatten, kommer att finnas tillgängligt när kustlinjen flyttas österut. Bland de redan befintliga geologiska formationerna skulle Börstilåsen, belägen cirka 4 km sydöst om det planerade förvaret, kunna ge grundvatten av dricksvattenkvalitet. Det finns emellertid ingenting i de hydrogeologiska modelleringsresultaten som tyder på att denna akvifär kommer att ha någon kontakt med utströmmande grundvatten från förvaret / Joyce et al. 2010/.

Identifierade osäkerheter och deras hantering i SR-Site

Beskrivningen av landskapets utveckling under den inledande tempererade perioden är förenad med tre huvudsakliga osäkerheter:

1. Landskapets utformning, exempelvis storleken på och platsen för framtida sjöar och vattendrag, samt avlagringarnas djup och stratigrafi.

2. Tidpunkten för olika händelser, exempelvis regression samt isolering och igenväxning av sjöar.

3. Sammansättningen av och egenskaperna hos människor, växter och djur som bebor det framtida landskapet.

Osäkerheter i utvecklingen av landskapets utformning i Forsmark hanteras inte explicit i modelleringen.

Utvecklingen av det modellerade landskapet ska alltså betraktas som ett exempel på en möjlig framtid, ett exempel som bygger på en grundlig förståelse av de i dag befintliga geometrierna och på en förväntad strandlinjeförskjutning. Topografin förväntas inte variera i någon betydande omfattning under perioden.

De huvudsakliga osäkerheterna i det framtida landskapets utveckling hänger samman med var trösklarna för de framtida sjöarna är belägna.

Landskapet kan delas upp i avrinningsområden som avgränsas av vattendelare. I SR-Site-analysen identifieras lågt belägna områden som, enligt den hydrogeologiska modelleringen / Joyce et al. 2010/, potentiellt kommer att påverkas av utströmning av djupt grundvatten. Dessa områden beskrivs utförligt över tiden, se även diskussionen om biosfärsobjekt i avsnitt 13.2. Varje biosfärsobjekt kommer normalt att gå igenom ett liknande händelseförlopp, från att vara en del av det öppna havet, via ett havsviks stadium, till en sjö som så småningom omvandlas till en våtmark (eller jordbruksmark). Biosfärsobjekten täcker således in en avsevärd variation, både vad gäller storleken (spannet på objektets ytstorlek är nästan två storleksordningar) samt tidpunkten och hastigheten för de olika händelserna i förloppet.

Osäkerheter som hänger samman med regolitlagrens djup och utveckling, igenväxningen av sjöar, den framtida ythydrologin och egenskaperna hos de arter och befolkningar som bebor det framtida landskapet hanteras antingen som parameterosäkerheter eller genom systemiska studier av alternativa scenarier vid modelleringen av transport och ackumulation av radionuklider i ytsystemet, se avsnitt 13.2. Exempelvis har effekter av varierande hastigheter för sedimentation och vegetationsinväxt på sjöars utveckling och på sedimentdjup studerats / Brydsten och Strömgren 2010/.

Den årliga vattenbalansen för en grupp av sjöar i området, vilken varierar med avseende på storlek, utveckling och djupet hos det underliggande sedimentet, har använts för att sätta upp rimliga gränser för de framtida sjöarnas hydrologi. Dessutom används naturliga variationer i biomassa och Figur 10-12. Modellerad fördelning av vegetation och markanvändning i Forsmark år 5000 e Kr och år 10 000 e Kr. Samtliga områden som eventuellt skulle kunna odlas visas på kartan som odlingsbar mark, se kapitel 4 i / Lindborg 2010/). Dagens kustlinje visas som en svart linje och de mörkare blå områdena representerar djupare delar av havet.

5000 e Kr Skog Tallskog på hällmark Odlingsbar mark Våtmark Sjö/hav Planerat förvar Nuvarande kustlinje Vattendrag

10 000 e Kr Skog Hällmarkstallskog Odlingsbar mark Våtmark Sjö/hav Planerat förvar Nuvarande kustlinje Vattendrag

0 1 2 4 km

SKB/htfh, 100602, 15:20 ±

G:\skb\gis\gemensam\Projekt\SR-Site\Landskap\MXD\10000AD_NEW.mxd

primärproduktion i tempererade vattenekosystem och våtmarksekosystem, som liknar dem som observeras i Forsmark i dag (eller förväntas utvecklas i området), för att karakterisera osäkerheter i egenskaperna hos de populationer som kan komma att finnas i det framtida landskapet.

I analysen av omsättningen av eventuellt utsläppta radionuklider i biosfären väljs det värsta fallet (dvs det med högst risk) för varje radionuklid under en interglacial från ett antal biosfärsobjekt i ett dynamiskt landskap, vilket täcker in varianter från ett helt vattentäckt landskap till ett helt och hållet terrestert landskap. Även om det exakta framtida landskapet är svårt att förutsäga omfattar således den systematiska landskapsanalysen och tillvägagångssättet för att uppskatta doser ett stort urval av framtida landskapsvarianter. Ytterligare detaljer om landskapsmodelleringen finns i avsnitt 13.2.

10.3.4 Termisk utveckling av närområdet