FÖRRÅD, FLÖDEN OCH OMSÄTTNING AV Hg
HELA TURINGEÅSYSTEMET
• Hela recipientsystemet uppskattas ha innehållit uppemot 400 kg utsläppt kvicksilver före saneringen 1995. Turingeån med dammar innehöll då ett hundratal kg Hg. Cirka 250 kg eller drygt hälften av allt Hg ligger i Turingens sediment, varav ett hundratal kg Hg eller nästan hälften i Turingeåns mynningsområde. Lilla Turingen och Sundsörsviken nedströms håller vardera ett drygt tiotal kg utsläppt Hg, vilket motsvarar några få procent av allt utsläppt Hg som fortfarande finns i systemet, medan en okänd mängd kan ha förts vidare genom Mälaren. Av detta framgår att stora mängder utsläppt Hg fortfarande ligger kvar nära källan, samtidigt som även nedströms belägna system kontaminerats avsevärt (Fig. 8). Fördelningen ger också uppslag om prioriteringar och storleksordningar för eventuella saneringar.
Turingeån Mynningsområdet Turingen Lilla Turingen Sundsörsviken
≈100 kg
≈100 kg
≈150 kg
≈10 kg
≈10 kg
Figur 8: Fördelning av kvicksilverförråd (kg Hg) i Turingeåsystemet före saneringen 1995.
Mängderna har medvetet avrundats för att inte förespegla en större noggrannhet än vad hittills gjorda undersökningar har, men kan ändå anses rätt tillförlitliga med en osäkerhet på kanske
±30% för de större mängderna och en faktor 2 för de mindre.
• Minst 99.99% av allt Hg föreligger i partikulär fas i sediment, eftersom Turingens vatten i runda tal enbart håller 0.03 kg av totalt uppemot 400 kg. Även om man jämför allt Hg i rörelse under ett år i Turingen (minst 5 kg Hg resuspenderas med sediment, enbart 0.1 kg Hg transporteras bort med vattnet) så domineras mobiliteten och transporten av den partikulära fasen till 99% (eller ännu mer eftersom en stor del av vattnets Hg är partikulärt, se nedan).
Eftersom den lösta fasen är försumbar med avseende på förråd och transport och dessutom direkt beroende av den partikulära fasen bör sanering koncentreras på partikulärt Hg i sediment.
• Fördelningsbilden över Hg i systemet förändras något och får mera funktionell relevans om man jämför areellt normerade mängder av Hg på ackumulationsbottnar, dvs i sedimenten i sjöarnas djupaste områden (Fig. 9).
• Fördelningen kan också beskrivas utifrån koncentrationer av Hg i sediment, t ex genom att normera mängder genom att ta hänsyn till att systemets olika delar har olika sedimentationsrater.
Koncentrationer kan dessutom jämföras inom systemet och med "naturliga" koncentrationer.
Dramatiska gradienter framträder även där (Fig. 10).
• Eftersom Hg främst är bundet till organiskt material av olika slag är det funktionellt mest relevant att jämföra kontamineringsgraden av organiskt material, t ex genom att relatera Hg-mängderna till den organiska fraktionen snarare än hela torrsubstansen i sediment. I Turingeåsystemet är variationen av organiskt material i sediment rätt liten trots fiberutsläpp, varför fördelningen av Hg/ORG liknar fördelningen av Hg/TS (Fig. 11). Däremot blir skalan en annan som ger en bättre grund för jämförelser med biota eller mark mm.
• Slutligen är det relevant att jämföra kontamineringsfaktorer, dvs förhållandet (kvoten) i Hg-koncentration mellan det aktuella systemet och ett av punktutsläpp opåverkat referenssytem av samma typ. De mest kontaminerade delarna av Turingeåsystemet är än idag 100-200 mera kontaminerade än bakgrundsnivån (Fig. 12).
• Vertikalprofiler av Hg i sediment visar att Hg-halterna i ytsediment har minskat till en bråkdel sedan utsläppskällan stängts, och tyder på att minskningen skedde framför allt initialt, medan förändringen under de senaste två decennierna har varit mycket långsam.
• En jämförelse av vertikalprofiler av Hg i sediment visar att förloppet är nästan densamma i hela systemet (Fig. 10+11). Med andra ord, den horisontella gradienten i Hg koncentrationen har upprätthållits i nästan oförändrat skick i tre decennier, trots att den primära Hg-tillförseln har stängts och den sekundära tillförseln har minskat. Det kan förklaras med en mycket låg mobilitet av sedimentbundet Hg, i kombination med en betydande och kontinuerligt läckande sekundärkälla nära ursprungskällan.
• Självreningen (relativt ett naturligt värde) är snabbast i Sundsörsviken och långsammast i Turingen. Faktorer som spelar in är hastigheten för omfördelningen av sediment genom resuspension, utspädningen med rena partiklar från sediment och mark, samt läckage från kraftiga sekundära Hg-källor.
• Både den extremt långsamma självreningen av systemet och att en betydande och kontinuerligt läckande sekundärkälla kan lokaliseras nära ursprungskällan indikerar att en sanering är både angelägen och genomförbar.
Mängden utsläppt Hg (mg/m2) i sediment på ackumulationsbottnar 1996
Avstånd från Turingeåns mynning (km) 0
1000 2000 3000
0 2 4 6 8
Observationer
Turingen
Lilla Turingen
Sundsörsviken
Mängden utsläppt Hg (mg/m2) i sediment på ackumulationsbottnar 1996
Avstånd från Turingeåns mynning (km) 1
10 100 1000 10000
0 2 4 6 8
Observationer
Turingen
Lilla Turingen
Sundsörsviken
Figur 9: Hg-mängder i sediment på ackumulationsbottnar 1996 nedströms Turingeåns mynning, dels på linjär skala för att åskådliggöra mängder i absoluta tal (övre), dels på logaritmisk skala för att åskådliggöra relationer, gradienter och processer (nedre). Linjerna visar sjötypiska värden samt sjöarnas läge i systemet.
Hg (ppm ts) i sedimentprofiler på ackumulationsbottnar 1996
Avstånd från Turingeåns mynning (km) 0
5 10 15 20 25 30
0 2 4 6 8
Maximum
Ytsediment
Turingen
Lilla Turingen
Sundsörsviken
Utan utsläpp
Hg (ppm ts) i sedimentprofiler på ackumulationsbottnar 1996
Avstånd från Turingeåns mynning (km) 0.1
1 10 100
0 2 4 6 8
Maximum
Ytsediment
Turingen
Lilla Turingen
Sundsörsviken
Utan utsläpp
Figur 10: Hg-koncentrationen relaterade till torrsubstans i sedimentprofiler på ackumulationsbottnar 1996 nedströms Turingeåns mynning, dels på linjär skala för att åskådliggöra mängder i absoluta tal (övre), dels på logaritmisk skala för att åskådliggöra relationer, gradienter och processer (nedre). De tjocka linjerna visar sjötypiska värden samt sjöarnas läge i systemet.
Hg/ORG (ppm) i sedimentprofiler på ackumulationsbottnar 1996
Avstånd från Turingeåns mynning (km) 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 2 4 6 8
Maximum
Ytsediment
Turingen
Lilla Turingen
Sundsörsviken
Utan utsläpp
Hg/ORG (ppm) i sedimentprofiler på ackumulationsbottnar 1996
Avstånd från Turingeåns mynning (km) 0.1
1 10 100
0 2 4 6 8
Maximum
Ytsediment
Turingen
Lilla Turingen
Sundsörsviken
Utan utsläpp
Figur 11: Hg-koncentrationen relaterade till organisk substans i sedimentprofiler på ackumulationsbottnar 1996 nedströms Turingeåns mynning, dels på linjär skala för att åskådliggöra mängder i absoluta tal (övre), dels på logaritmisk skala för att åskådliggöra relationer, gradienter och processer (nedre). Maximum = historiskt maximum under sedimentytan. Ytsediment = dagens tillstånd. De tjocka linjerna visar sjötypiska värden samt sjöarnas läge i systemet.
Hg/ORG i ytsediment
0.1 1 10 100 1000
Yngern
Nykvarn HgKällaMedel Ströpsta HgMax Ströpsta HgMedel Turingeån Turingen Mynning Turingen Mynning Litt.
Turingen Profundal Turingen Littoral Lilla Turingen Profundal Lilla Turingen Littoral Sundsörsviken Mynning Sund./Mälaren Profundal Sund./Mälaren Littoral Sediment 1996
Sediment okontam.
Susp. 1996
Kontamineringsfaktor i ytsediment (naturlig = 1)
0 50 100 150 200 250
Yngern
Nykvarn HgKällaMedel Ströpsta HgMax Ströpsta HgMedel Turingeån Turingen Mynning Turingen Mynning Litt.
Turingen Profundal Turingen Littoral Lilla Turingen Profundal Lilla Turingen Littoral Sundsörsviken Mynning Sund./Mälaren Profundal Sund./Mälaren Littoral Sediment 1996
Susp. 1996
Figur 12: Hg-föroreningen av olika ytsediment och suspendat i Turingeåsystemet, uttryckt dels som Hg/ORG på log-skala (övre) och dels som normaliserade kontamineringsfaktorer på linjär skala (nedre). Figuren ger en syntes av observationer, beräkningar, och uppskattningar.
• Medan ovanstående figurer belyser systemets tillstånd, kan dynamiken belysas utifrån nya analyser av material i sedimentfällor som samlats in under åren 1994-97 (se tidigare avsnitt).
Genom att sätta resultaten i relation till sammansättningen och kontamineringsgraden av partiklar i olika delar av systemet får man en bra bild över omsättningen av partiklar och därmed även Hg i hela systemet.
• Hg-kontamineringen av partiklar varierar mellan två extremtillstånd: typiska sjösediment och tidigare utsläppta fibermassor (Fig. 13). Partiklarnas Hg-halt antas som tidigare vara relaterat till halten organiskt material.
• Halten organiskt material varierar mellan huvudsakligen organiska partiklar i fiberutsläpp och huvudsakligen oorganiska partiklar i rinnande vatten (Fig. 13).
Turingeåns sediment
Figur 13: Koncentrationen av kvicksilver och organiskt material i sedimentfällor i Turingeåns mynningsområde i Turingen under 1994-1997. Observera log-skalor. Referenslinjer visar den typiska sammansättningen av material från olika möjliga källor och i andra delar av sjösystemet.
Perioder under is eller med höga vattenflöden är ring-markerade. Profundalfällor i Turingens centrala del visas här som skuggat område för jämförelse men redovisas också för sig i Fig. 14.
• Sedimentfällorna i Turingens alla delar (mynningsområdet, centrala delen, Lilla Turingen) innehåller material som är mindre kontaminerad än underliggande profundalsediment (Fig.
13+14). Det är ett tecken på den självreningen som pågår och som också syns i vertikala Hg-profiler i profundalsediment. Självreningen är dock mycket långsam eftersom den bromsas kraftigt av en upprepad omblandning och resuspension av sediment.
• Orsaken till skillnaden mellan sediment och sedimentfällor sommartid är knappast saneringen av Turingeån 1995, eftersom bilden är densamma både före och efter saneringen.
• I mynningsområdet finns det perioder då inflödet dominerar över resuspensionen, vilket leder till en sedimentation av partiklar med lägre halt organiskt material som påminner om sediment i rinnande vatten. Det kan ske antingen vid låga partikelflöden (under is) eller vid större partikelflöden som till exempel vid hög vattenföring och låg turbulens i sjön. Dessa perioder kännetecknas dock båda av partikelflöden som är lägre än normalt, vilket gör att deras påverkan på sedimentsammansättningen är mycket långsam.
• Sedan saneringen av Turingeån 1995 verkar dessa låg-organiska partiklar också ha en lägre Hg-halt än sommarens sedimentation, baserat på ett fåtal mätningar med stor variation (Fig.
13+14). Men även här gäller att deras påverkan på sedimentsammansättningen är mycket långsam pga lågt bidrag till partikelflödet.
• Periodvis kan Hg-halten också vara mycket högre ffa i mynningsområdet (Fig. 13). Det kan tillskrivas resuspension av högkontaminerat mynningssediment (eller också dammsediment eftersom det var före saneringen), som också bidrar till att bromsa upp självreningen.
Turingens profundalsediment
Figur 14: Koncentrationen av kvicksilver och organiskt material i sedimentfällor i Turingens och Lilla Turingens centrala områden under 1991-1997. Observera log-skalor. Referenslinjer visar den typiska sammansättningen av material från olika möjliga källor och i andra delar av
• Till skillnad från Turingen innehåller Sundörsvikens fällor material som är mera kontaminerad än underliggande profundalsediment (Fig. 15). Det visar en fortsatt kontaminering av nedströms belägna vatten, men också en effektiv utspädning med rent sediment i en stor sjö.
• Skillnaden mellan Turingen och Sundörsviken kan också tolkas som en långsam utjämning av kontamineringen och en omlagring av Hg-problemet till system nedströms.
• I Sundsörsvikens sedimentfällor syns tydligt en kraftig haltökning som sker vid hög vattenföring. I dessa perioder får sedimenterande partiklar en Hg-halt som är mycket lik den i Lilla Turingens profundalsediment eller Turingens littoralsediment, vilket är en tydlig indikation på resuspensionens inverkan på kvicksilvrets rörlighet.
• Detta gäller både före och efter Turingeåns sanering 1995.
Turingens profundalsediment
Lilla Turingens profundalsediment
Sundsörsvikens profundalsediment
hö94 vår97
(vi)96 vi97 höst
ORG (% TS)
Typiska sjösediment 0.1
1 10
10% 20% 30% 40%
Hg (µg/g TS)
so91 Sundsörsviken, mynningsområdet
Turingens littoralsediment
Lilla Turingens littoralsediment
Figur 15: Koncentrationen av kvicksilver och organiskt material i sedimentfällor i Turingeåns mynningsområde i Sundsörsviken under 1991-1997. Observera log-skalor. Referenslinjer visar den typiska sammansättningen av material från olika möjliga källor och i andra delar av sjösystemet. Perioder under is eller med höga vattenflöden är ring-markerade.
TURINGENS Hg-OMSÄTTNING
• Koncentrationen liksom mängden Hg i Turingens sediment varierar mellan olika delar av sjön, vilket ger värdefull information om systemets funktion, framför allt när koncentrationerna relateras till mängden organiskt material. En förenklad syntes av tillgängliga data redovisas i Fig. 16+17.
• Merparten (80-100%) av inkommande Hg fastläggs i Turingens bottensediment: Den årliga tillförseln till sjön var ungefär 0.6 kg Hg (före Turingeåns sanering 1995), medan utflödet enbart är 0.1 kg Hg vilket inkluderar även Hg som härstammar från sjöns egna förråd. Det samstämmer med att inkommande Hg på årsbasis domineras av partikulärt Hg, även efter saneringen.
• Hg som sedimenterar i sjön härstammar till ungefär 90% från resuspension (uppvirvling) av sediment inom sjön: Varje år deponeras minst 4 kg Hg på sjöns bottnar, varav 2 kg fastläggs på sjöns ackumulationsbottnar. Dessa siffror kan jämföras med den årliga Hg-tillförseln till sjön (netto) som utgör enbart 0.5 kg Hg.
• Den ackumulerade sedimentationen av Hg sedan 1980 uppgår således till sammanlagt över 20 kg Hg netto (eller över 50 kg Hg brutto om sedimentfokuseringen är långsam). Det enda förrådet av Hg i sjön som är tillräckligt stort för att svara för en kontinuerlig frigörelse av så stora mängder Hg är det extremt kontaminerade mynningsområdet, trots att det täcker enbart 4%
av sjöarean. Mynningsområdets betydelse stöds av att inkommande partiklar redan före Turingeåns sanering 1995 har varit mindre kontaminerade än sedimenterande partiklar i sjön.
• Sedimentresuspensionen svarar för merparten av förhöjningen av de totala Hg-halterna i sjövattnet. Det framgår av modellberäkningar, och har nyligen bekräftats av mätningar i Turingens vatten under 1996 som visar att 70-90% av Hg förekommer i partikulär form även i ytvattnet, vilket är en betydligt större andel än i okontaminerade sjöar. Andelen är ännu större i bottenvatten (89-96%).
• Detta tyder också på att Hg som är bundet till resuspenderade partiklar i Turingen har en relativt låg tendens att gå i lösning och således skiljer sig i kemisk tillgänglighet från naturliga system. Det stämmer väl överens med den begränsade biologiska tillgängligheten av profundalsedimentets Hg (se BIOLOGISKT UPPTAG).
• Sedimentresuspensionen svarar därmed även för en stor andel av Hg-transporten nedströms.
Eftersom transporten genom systemet idag i stor utsträckning sker i partikulär form, är den mycket långsam pga benägenheten för återsedimentation.
• Det organiska materialet i växtbältens strandsediment är betydligt mindre kontaminerat än i profundalsediment. Så var det troligtvis från början, vilket både den vertikala och horisontella fördelningen av Hg-koncentrationer tyder på. Den troligaste orsaken är utspädningen av Hg med organiskt material som antingen producerats i sjön (makrofyter, planktonalger) eller tillförts med stranderosion.
Figur 16: Variation av Hg-halter i Turingens ytsediment (på ackumulationsbottnar även för djupare jämntjocka skikt), relaterad till torrsubstans (vänster) och till organiskt material (höger).
Den schematiserade figuren över sjön visar samtidigt relativa areor (horisontellt) samt vattendjup och sedimentdjup (vertikalt) på olika bottnar.
Figur 17: Variation av Hg-förråd i Turingens sediment på olika bottnar, uttryckt som mängder i sjön (vänster) och relaterad till area (höger). Den schematiserade figuren över sjön visar samtidigt relativa areor (horisontellt) samt vattendjup och sedimentdjup (vertikalt) på olika bottnar.
• Omblandningsdjupet verkar i större delen av sedimentet vara 2 cm eller mindre. I kombination med den höga sedimentationshastigheten i sjön (0.7 cm/år) gör det att bioturbationen är av begränsad betydelse både för utspädningen av Hg med rent sediment från djupare skikt och för fördröjningen av återhämtningen genom kvarhållning av Hg vid sedimentytan i kontakt med vattnet. Möjligen är dock bioturbationen djupare och av betydelse för Hg-omsättningen i de mest mobila sedimenten i littoralen som verkar vara relaterade till Hg i fisk.
• Den naturliga återhämtningen är långsam, med årliga omsättningshastigheter mellan 1% (eller mindre) och 5% (eller mer) för olika delar av systemet. Detta resulterar i en naturlig halveringstid omkring 100 år för hela systemet på lång sikt. Återhämtningen av Turingen styrs av den naturliga sedimentövertäckningen, medan enbart ≈0.02% av allt Hg i Turingen transporteras årligen bort nedströms.
• Utan sanering av mynningsområdet kan kontamineringen av vatten och fisk antas fortgå nästan oförändrat under ytterligare flera decennier, dvs avta mycket långsamt (Fig. 18 + 19).
Turingeåns sanering 1995 kan därför ha en märkbar effekt enbart på längre sikt och under förutsättning att även mynningsområdet i sjön saneras (Fig. 18).