Orsaker till dioxinproblemet i Östersjöregionen och förslag till åtgärder

Orsaker till dioxinproblemet

i Östersjöregionen

och förslag till åtgärder

Sammanfattning av resultat från

NATURVÅRDSVERKET

Orsaker till dioxinproblemet i

Östersjöregionen och förslag till

åtgärder

Karin Wiberg,

Institutionen för vatten och miljö, Sveriges lantbruksuniversi-tet (SLU)

Anteneh T. Assefa, Kristina L. Sundqvist, Kemiska institutionen, Umeå universitet

Ian T. Cousins, Jana Johansson, Michael S. McLachlan, Anna Sobek, Gerard Cornelissen,

Institutionen för tillämpad miljövetenskap (ITM), Stockholms universitet

Aroha Miller, Jenny Hedman, Anders Bignert, Naturhistoriska riksmuséet

Heikki Peltonen,

Finnish Environment Institute (SYKE) Mikko Kiljunen,

Institutionen för bio- och miljövetenskap, Jyväskylä universitet

Victor Shatalov,

Meteorological Synthesizing Centre-East (MSC-East), EMEP

Ingemar Cato,

Sveriges geologiska undersökning (SGU) och Institutionen för geovetenskaper, Göteborgs universitet

Beställningar

Ordertel: 08-505 933 40 Orderfax: 08-505 933 99 E-post: natur@cm.se

Postadress: CM Gruppen AB, Box 110 93, 161 11 Bromma Internet: www.naturvardsverket.se/publikationer

Naturvårdsverket

Tel: 010-698 10 00 Fax: 010-698 10 99 E-post: registrator@naturvardsverket.se Postadress: Naturvårdsverket, 106 48 Stockholm

Internet: www.naturvardsverket.se ISBN 978-91-620-8651-0

ISSN 0282-7298 © Naturvårdsverket 2013 Tryck: CM Gruppen AB, Bromma 2013

Förord

Naturvårdsverket har under åren 2009-2012 finansierat forskningsprogrammet BalticPOPs – Hur ska dioxinproblemet i Östersjön hanteras?

Halterna av dioxiner i strömming och annan fet fisk i Östersjön är så höga att de ofta överskrider EU:s gränsvärde för försäljning av konsumtionsfisk. Syftet med satsningen på forskningsprogrammet var att ta fram mer kunskap om orsakerna och källorna till de höga dioxinhalterna i fet fisk i Östersjön. Kunskapen behövs för att kunna verka för att de mest effektiva åtgärderna vidtas för att minska utsläppen och tillförsel av dioxiner från såväl svenska som utländska källor.

Denna publikation innehåller en sammanfattning av resultaten från forskningspro-grammet och förslag till åtgärder. En fullständig rapport med proforskningspro-grammets resultat finns publicerad på engelska i vår rapportserie (Wiberg, K. et al. 2013. Managing the dioxin problem in the Baltic region with focus on sources to air and fish, Naturvårdsverket, rapport 6566, ISBN 978-91-620-6566-9).

Programmet har letts av Professor Karin Wiberg Sveriges lantbruksuniversitet och forskare från åtta lärosäten och forskningsorganisationer i Sverige, Finland och Ryssland har deltagit.

Författarna svarar för innehållet i rapporten.

Forskningsprogrammet har finansierats med medel från Naturvårdsverkets miljö-forskningsanslag.

Innehåll

Förord 3 

1  Slutsatser 5 

2  Inledning 7 

3  Tidstrender och geografiska trender av dioxiner och dl-PCB:er

i strömming från Bottenhavet 8 

4  Tidstrender och geografiska trender för dioxiner och PCB:er i

sediment samt spårning av källor 12 

5  Sorption av dioxiner och PCB till aerosoler i Östersjöns luft 14 

6  Spårning av dioxiner i Östersjöområdets luft 15 

7  Rekommenderade åtgärder och framtida forskning 19 

1 Slutsatser

 De forskningsresultat som tagits fram inom BalticPOPs-projektet visar att atmosfärisk deposition är den huvudsakliga källan till förorening dioxiner i Östersjön. Detta överensstämmer väl med slutsatser från en tidigare studie (Naturvårdsverket rapport 5912) och har kunnat styrkas med hjälp av: - spridningsmodeller (Armitage et al. 2009, Wiberg et al. 2009); - källspårning med hjälp av receptormodellering och sedimentdata

(Sundqvist et al. 2010, Assefa et al., 2011 samt denna studie); - mätningar av dioxinkoncentrationer i Umeåälven (Josefsson et al.

manuskript) och i luft i Östersjöområdet (Sellström et al. 2009), vilka indikerade att bidrag från floder är låga i förhållande till bidrag från at-mosfärisk deposition;

- att bidrag från avloppsvatten/industriutsläpp är relativt låga i förhållande till bidrag från atmosfärisk deposition (Andersson et al. 2012, Fridmanis et al. 2012, Laht och Volkov 2012);

- att föroreningsnivåer inte skiljer sig nämnvärt åt mellan strömmingspo-pulationer provtagna i kustnära områden, jämfört med utsjöområden.  De senaste decennierna har utsläppen av dioxiner minskat som en följd av

nya regelverk. Detta har resulterat i minskande dioxinhalter i Östersjöse-diment, men bara i vissa av de strömmingspopulationer som studerats un-der senare år. De uteblivna nedåtgående tidstrenun-derna för dessa ström-mingspopulationer kan bero på ekologiska förändringar, som t.ex. lång-sammare tillväxthastighet och/eller lägre fetthalt i strömming som en följd av dietförändringar.

 Eftersom framtida förändringar i utsläpp och strömmingens ekologiska förutsättningar är svåra att förutspå är det är oklart om halterna av dioxiner i strömming kommer att sjunka. Det bästa sättet att sänka halterna av diox-iner i strömming är sannolikt att minska den atmosfäriska depositionen av dioxiner till Östersjön. Det behövs fler åtgärder för att begränsa utsläppen till luft i Europa. Om inga insatser görs kommer dioxinhalterna i ström-ming att även i fortsättningen tidvis överskrida nivåerna i EU:s riktlinjer.  Sanering av dioxinförorenade sediment i Östersjöns kustregioner kan ha

betydande positiva effekter lokalt, däribland minskade föroreningsnivåer i de arter som lever i de förorenade områdena. Sådana lokala insatser påver-kar dock inte nämnvärt halterna av dioxiner i migrerande fispåver-karter, t.ex. strömming, eftersom dessa arter tillbringar större delen av sin tid i utsjö-områden och endast tar sig till kustutsjö-områden för att leka under några få veckor varje år.

 Utsläppen av dioxiner är fortfarande dåligt kvantifierade. Mätning och modellering för utvalda dioxinkongener inom BalticPOPs visar att nuva-rande europeiska utsläppsuppskattningar underskattar utsläppen av dioxi-ner minst 2-10 gånger. Osäkerheten i nationella och europeiska databaser för dioxinutsläpp innebär att det för närvarande inte är möjligt att använda

dessa uppskattningar i modeller för att avgöra vilka typer av källor som är de dominerande till dioxinföroreningen av luft i Östersjöregionen.

 Det är troligt att det största bidraget till dioxinförorening i många delar av Östersjön kommer från de östra delarna av Europa. Den slutsatsen kan dras med hjälp av BalticPOPs mätningar av dioxinhalter i luftströmmar från kontinenten samt med hjälp av modellering.

 Furaner (PCDF) utgör större delen av den totala koncentrationen av dioxi-ner i luft under vintern, vilken är den årstid då koncentratiodioxi-nerna är som högst. De höga vinterkoncentrationerna indikerar att årstidsbundna källor, som icke-industriell förbränning, är huvudorsaken till dioxinföroreningen av luften i Östersjöregionen under vintertid.

 Ett försök gjordes i BalticPOPs att använda förekomsten av metaller i luft i Östersjöregionen som markörer för olika typer av dioxinkällor. Det var emellertid inte möjligt att med hjälp av denna metod säkert avgöra vilka typer av källor som bidrar mest till dioxinnivåerna i luften.

2 Inledning

BalticPOPs är ett forskningsprogram som genomförts på uppdrag av Naturvårds-verket med syfte att i) undersöka tidstrender och geografiska trender av persistenta organiska miljöföreningar (POPs) i biota i Östersjön (framför allt i fet fisk såsom strömming) samt ii) spåra källorna till dioxiner i Östersjöluft. BalticPOPs fokuse-rade framför allt på dioxiner, eftersom dessa är särskilt bekymmersamma förore-ningar i Östersjöregionen.

Dioxiner är en grupp av giftiga ämnen som är motståndskraftiga mot nedbrytning och bioackumuleras i djur och människor. De består av polyklorerade dibenso-p-dioxiner (PCDDs) och polyklorerade dibensofuraner (PCDF) och kallas gemen-samt för “dioxiner” eller PCDD/Fs. Negativa effekter i miljön gemen-samt för människors hälsa kan uppkomma redan vid mycket låga halter. Effekter på människors hälsa omfattar negativa förändringar i immun-, nerv-, hormon- samt reproduktions-systemen. Dioxiner kan också orsaka cancer. Nivåerna av s.k. toxiska ekvivalenter (TEQ) av dioxiner i fet fisk från Östersjön överstiger fortfarande tidvis EU:s gräns-värden för livsmedel och foder. Detta innebär restriktioner i försäljningen av strömming till andra EU-länder och på den inhemska marknaden

(Livsmedelsverket 2011, Svensk författningssamling 2011). Dioxinernas persistens i kombination med deras flyktighet gör att de kan transporteras långt i atmosfären. Tidigare studier har visat att atmosfären är en viktig källa till dioxiner till Östersjön (Armitage et al. 2009, Sundqvist 2009, Sundqvist et al. 2010, Verta et al. 2007, Wiberg et al. 2009), och att föroreningen huvudsakligen kommer från den europe-iska kontinenten (Sellström et al. 2009, Wiberg et al. 2009).

BalticPOPs bygger vidare på forskningsresultat publicerade av Wiberg et al. (2009). Ett viktigt syfte var att använda de nya forskningsresultaten för att disku-tera strategier för att minska dioxinutsläpp, något som bör leda till minskade diox-inhalter i Östersjöfisk. BalticPOPs har varit ett tvärvetenskapligt projekt med ex-perter från ett flertal olika forskningsområden. I den här rapporten summeras Bal-ticPOPs huvudsakliga slutsatser. Ytterligare information om forskningsprogram-mets metoder, resultat och slutsatser återfinns i den fullständiga rapporten (Wiberg et al., 2013).

3 Tidstrender

och

geografiska

trender av dioxiner och dl-PCB:er i

strömming från Bottenhavet

Nyligen publicerade studier har visat att halterna av dioxiner i Östersjöströmming inte har minskat i alla populationer trots en allmänt nedåtgående trend i miljön (Bignert et al. 2011). Inom BalticPOPs har de långsiktiga trenderna för dioxiner och dioxinlika polyklorerade bifenyler (dl-PCB:er) i strömming (Clupea harengus) undersökts närmare. Dessutom undersöktes vilka faktorer som kan förklara avsak-naden av en nedåtgående tidstrend. Koncentrationer av dioxiner och dl-PCB:er i strömming har mätts under lång tid för tre kustnära stationer i Östersjön: Harufjär-den (1990-2009), Ängskärsklubb (1979-2009), Utlängan (1988-2009); och en i Kattegatt: Fladen (1990-2009). Nedan sammanfattas de huvudsakliga resultaten.  Strömming från Ängskärsklubb och Fladen uppvisar statistiskt signifikanta

nedåtgående trender för de sex dominerande dioxin- och

dl-PCB-kongenerna om koncentrationerna normaliseras till fettvikt (per gram fett; f.v.; Figur 1). Även TEQPCDD, TEQPCDF och TEQdl-PCB minskade

signifi-kant. För strömming från Ängskärsklubb kunde dessa trender observeras även på våtvikt (per gram fisk; v.v.).

 Strömming från Harufjärden uppvisar signifikanta nedåtgående trender endast för 2,3,7,8-TCDD och TEQPCDD (f.v.) och TEQPCDD (v.v.). Inga

sig-nifikanta trender kunde observeras för de övriga dominerande kongenerna eller för TEQ-värden (TEQPCDD, TEQPCB and TEQPCDD/F+dl-PCB) på f.v. eller

v.v.

 Strömming från Utlängan uppvisar signifikanta nedåtgående trender för de två dominerande PCDD-kongenerna (2,3,7,8-TCDD; 1,2,3,7,8-PeCDD). Signifikanta minskningar observerades även för TEQPCDD, TEQPCB och

TEQPCDD/F+dl-PCB, men inte för TEQPCDF (f.v.). Alla TEQ-värden uppvisade

signifikanta nedgångar på våtvikt.

 TEQPCDD minskade signifikant i strömming vid alla mätstationer (f.v.),

medan signifikanta minskningar för TEQPCDF endast observerades vid

Ängskärsklubb och Fladen. Detta indikerar att bidraget från olika källor till föroreningen av dioxiner har förändrats över tid.

 Att kraftiga minskningar av dioxiner, dl-PCB:er och TEQ-värden (f.v.) observerats i strömming vid Ängskärsklubb och Fladen beror troligtvis på att utsläppen minskat under de senaste decennierna (se kapitel 4 och 6), även om ytterligare faktorer troligen spelat in.

Figur 1. TEQ-koncentrationer (pg g-1 _{f.v.) av PCDD/F + dl-PCB för hela tidsserien vid}

Ängskärsklubb. Den log-linjära regressionsekvationen samt r2_{- och p-värden visas.}

Avsaknaden av en statistiskt signifikant nedgång vid vissa mätstationer kan ha flera orsaker:

 Att utsläppen av dioxiner inte minskat över tid på alla platser, trots att en allmän långsiktig minskning av dioxin- och PCB-utsläpp samt av halter i miljön har påvisats. Det är möjligt att vissa strömmingspopulationer på-verkas av kustnära källor från vilka dioxinutsläpp fortfarande pågår. Detta är dock inte sannolikt i och med att dioxinnivåerna inte varierar nämnvärt mellan olika strömmingspopulationer (Figur 3) och att dioxin- och PCB-koncentrationerna i sediment har minskat kraftigt (data från sedimentkär-nor från kustnära områden; Sobek et al. 2012, Assefa et al., 2012).  En kortare tidsserie med färre datapunkter har lägre statistisk styrka. Det

kan alltså finnas en trend som inte går att skönja på grund av en brist på datapunkter.

 Långsammare tillväxthastighet har observerats för strömming i Bottenha-vet och Egentliga Östersjön. Bioenergetisk modellering visade att en lång-sammare tillväxthastighet skulle ha en stark inverkan på tidstrenderna av dioxiner i strömming, och motverka effekten av minskade utsläpp.

 Isotopanalys indikerar att strömming i Bottenhavet gradvis börjat äta på en högre trofisk nivå under de senaste decennierna. Isotopanalysen saknade dock referensdata (baslinje), och dessa resultat är därför endast indikativa.

y = 3E+54e-0.061x r² = 0.6912, p<0.01 0 50 100 150 200 250 sTEQ PCDD/F + DL PCB pg/g f.v. År

Årstidsvariation av dioxinhalter i strömming kan ha stor betydelse för den

miljöö-vervakning som genomförs för att sätta gränsvärden. Vi undersökte därför om vari-ationen i halter från år till år i) beror på årstidsvariation och ii) om den i så fall är kopplad till biologiska faktorer. Resultaten visade att:

 Strömming uppvisar en tydlig årstidsvariation i dioxinkoncentrationen normaliserad till fettvikt (Figur 2). Då fettinnehållet ökar minskar koncent-rationen. Minskningen beror troligen inte på att strömmingen eliminerar dioxiner, utan på att den totala mängd dioxiner den tagit upp blir mer eller mindre utspädd beroende på dess fettinnehåll. Strömmingens fettinnehåll varierar under året på grund av lek under vår/sommar samt på grund av årstidsbundna förändringa i diet (Figur 2). På våtvikt kunde ingen tydlig årstidsvariation i dioxinkoncentrationer urskiljas.

Figur 2. TEQPCDD/F (pg g-1 f.v.) samt strömmingens fettinnehåll (%) för mätstationen i den södra

delen av Bottenhavet under de 12 månader studien pågick. Siffrorna på x-axeln motvarar månader (1= januari, 2= februari osv.).

Geografisk variation av dioxinhalter har observerats i strömming från Östersjön (Bignert et al. 2011, Bignert et al. 2007, Karl och Ruoff 2007). Strömming från Östersjön är mer förorenad än strömming från den svenska västkusten (Karl och Ruoff 2007), och i Bottenviken och Bottenhavet är halterna ofta förhöjda (Bignert et al. 2011, Isosaari et al. 2006). Det var alltså känt innan Baltic-POPs projektet att dioxinhalterna i strömming varierar mellan olika skandinaviska hav och Östersjöns olika delar. Däremot var kunskapen bristfällig om hur halterna i fisk varierade

0 1 2 3 4 5 6 0 40 80 120 160 200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Fett % pg/g f.v. Månad TEQ PCDD/F Fat %

som observerats mättes dioxinhalter i strömming, pungräka, zooplankton, sediment och vatten från fyra kustnära mätstationer samt i strömming från fyra mätstationer i utsjöområden i Bottenhavet. Dessutom utfördes isotopanalys för strömming, pung-räka och zooplankton. Detta är resultatet av studien:

 Kongenermönstren skiljde sig inte mellan strömming fångad kustnära eller i utsjöområden (Figur 3). TEQPCDD/F (v.v.) var högre i fisk fångad vid

kus-ten än i utsjöfisk. För övriga TEQ-värden observerades ingen skillnad mel-lan kust och utsjö, vare sig på f.v. eller v.v. Den allmänna avsaknaden av geografisk variation i strömmingens dioxinkoncentrationer kan förklaras av att strömming är en migrerande fisk. Den tar sig in till potentiellt kon-taminerade kustområden för att leka endast under några veckor varje vår/sommar. I och med att strömming är en pelagisk fisk som framför allt uppehåller sig i utsjöområden påverkas den mer av de dioxiner som når vattnet via atmosfärisk deposition än av kustnära punktkällor.

 Isotopanalys av strömming från de fyra kustnära mätstationerna i Botten-havet användes för att undersöka var strömmingens föda kom från. På två av de fyra platserna bestod födan huvudsakligen av födoämnen från kus-ten, medan strömming från de andra två stationerna huvudsakligen levde på föda från utsjöområden. En statistiskt signifikant skillnad observerades för TEQdl-PCB på fettvikt och för alla TEQ-värden på våtvikt. Strömming

från de två platserna där födan till större del bestod av kustbiota hade gene-rellt sett högre koncentrationer än strömming från de andra två mätstation-erna.

a) b)

Figur 3. Koncentrationer av PCDD (pg g-1 _{f.v.) och kongensammansättning för strömming}

provtagen vid a) kusten och b) i utsjöområden (se Wiberg et al. (2013) för identifiering av mätstationer). 0 10 20 30 40 50 60 pg/g l.w.

Site and matrix OCDD 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 1,2,3,7,8,9-HxCDD 1,2,3,6,7,8-HxCDD 1,2,3,4,7,8-HxCDD 1,2,3,7,8-PeCDD 2,3,7,8-TCDD 0 10 20 30 40 50 60 pg/g l.w.

Site and Matrix

OCDD 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 1,2,3,7,8,9-HxCDD 1,2,3,6,7,8-HxCDD 1,2,3,4,7,8-HxCDD 1,2,3,7,8-PeCDD 2,3,7,8-TCDD

4 Tidstrender

och

geografiska

trender för dioxiner och PCB:er i

sediment samt spårning av källor

Tidstrender i föroreningskoncentrationer i ackumulationssediment i havet kan ge inblick i hur havet har belastats av dessa föroreningar över tid. En viss tidsfördröj-ning förekommer dock på grund av att partiklar förflyttas från transport- och eros-ionsbottnar innan de når och ansamlas på ackumulateros-ionsbottnar. Syftet med sedi-mentstudien i BalticPOPs var att avgöra hur dioxinkällor har förändrats över tid och om minskade utsläpp av kända källor återspeglas i minskande halter i sedi-mentkärnor. För att undersöka tids- och geografiska trender provtogs sedimentkär-nor vid fem mätstationer i utsjöområden i Östersjön. Dessutom bidrog ett projekt administrerat av Länsstyrelsen Gävleborg med sju kärnor provtagna längs Botten-havets kust, och Länsstyrelsen Uppsala bidrog med två kärnor provtagna i Lövsta-bukten. Dioxinhalterna mättes i alla kärnor, medan halterna av PCB och hexaklor-bensen (HCB) endast bestämdes i kärnorna från utsjöområden. Nedan följer en sammanfattning av resultaten.

 En tydligt nedåtgående trend för både PCB:er och dioxiner observerades i sedimentkärnor från alla områden i Östersjön (se exempel i Figur 4). För dioxinerna, som mättes i både kust- och utsjösområden, minskade halterna långsammare i utsjöområden. De nedåtgående trenderna var väntade i och med att minskade utsläpp rapporterats under senare år. För HCB däremot pekade trenderna uppåt vid alla mätstationer där de mättes (utsjöområden), utom i Egentliga Östersjön.

 Spårningen av dioxinkällor med hjälp av receptormodellering visade att utsläpp till luft är, och har varit, den viktigaste källan till Östersjön som en helhet.

 Utsläpp från landbaserade källor bidrog väsentligt till dioxinhalterna i Östersjöns sediment, speciellt i kustområden. Trots att klorblekning och re-laterad verksamhet inte påverkade halterna i utsjöområden nämnvärt, var typiska landbaserade källor, såsom klorfenolanvändning och utsläpp från papper och pappersmassaframställning, viktiga i framför allt de norra de-larna av Östersjön.

 Kongensammansättningen i sedimenten förändras långsamt över tid (Figur 4). Detta tyder på att sedimenten endast långsamt återhämtar sig från tidi-gare föroreningar.

 Tidigare modelleringsstudier (Armitage et al. 2009, Wiberg et al. 2009) har förutspått en minskning med en faktor 3 av dioxinhalterna (TEQ) i yt-sediment mellan 1986 och 2006. Sedimentdata från BalticPOPs visar på en minskning med en faktor 2 eller mindre beroende på mätstation. Modellen

förklaringen till skillnaden mellan modell och verklighet är modellens för-enklade beskrivning av dynamiken mellan sedimentation, resuspension och slutlig sänka (begravda sediment).

Figur 4. Koncentrationer av TEQPCDD/F (pg g-1 torrvikt) i en sedimentkärna från ett utsjöområde i

norra Bottenhavet (vänster) samt olika dioxin-kongeners procentuella bidrag till TEQ i sedimentkärnan (höger; varje färg motsvarar en enskild kongen, se Wiberg et al. (2013) för identifiering av specifika kongener).

0 2 4 6 8 10 12 14 2007-2008 2005-2007 2000-2003 1995-1997 1992-1993 1989-1992 1984-1986 1973-1975 1962-1964 1940-1942

Northern Bothnian Sea

0% 20% 40% 60% 80% 100% 2007-2008 2005-2007 2000-2003 1995-1997 1992-1993 1989-1992 1984-1986 1973-1975 1962-1964 1940-1942

5

Sorption av dioxiner och PCB

till aerosoler i Östersjöns luft

Atmosfärisk deposition av aerosoler tros vara den huvudsakliga transportvägen för dioxiner till Östersjön. Det är oklart hur starkt dioxinerna är bundna till luftpartik-lar (aerosoler) och hur tillgängliga de är för upptag i biota. Inom BalticPOPs under-söktes ”tillgängligheten” hos dioxiner och PCB:er bundna till aerosoler genom att bestämma deras fördelningskoefficient mellan aerosol och vatten. Detta gjordes med aerosoler som provtagits i Stockholm. En vanlig uppfattning är att endast fritt lösta miljöföroreningar är tillgängliga för upptag i biota, medan ämnen bundna till partiklar inte kan tas upp. De fördelningskoefficienter mellan aerosoler och vatten som togs fram i BalticPOPs jämfördes med fördelningskoefficienter mellan Öster-sjösediment och vatten (Cornelissen et al. 2008). Studien presenteras mer utförligt i Sobek et al. 2013. De viktigaste resultaten följer nedan:

 Dioxiner och PCB:er binds starkare till sedimentpartiklar än till aerosoler (jämförelse med data från en tidigare studie; Cornelissen et al. 2008).  Dioxiner och PCB:er som når Östersjön med aerosoler är starkare bundna

till det organiska materialet i aerosolerna än vad som beräknats med hjälp av modeller för fördelning mellan vatten och partikulärt organiskt material (t.ex. Seth et al. 1999).

 Den starka bindningen tros bero på en stark adsorption till sotfraktionen av det organiska materialet i aerosolerna. Generellt binds plana molekyler, såsom dioxiner, starkt till sotfraktionen i partikulärt organiskt material. Denna starka bindning till sot har betydelse för föroreningarnas biotill-gänglighet.

6

Spårning av dioxiner i

Öster-sjöområdets luft

Även om atmosfärisk deposition tros vara den huvudsakliga transportvägen för dioxiner till Östersjön, är det oklart från vilken geografisk region dioxinerna i Ös-tersjöområdets luft härrör. I BalticPOPs användes olika angreppssätt i ett försök att spåra dioxinernas källor.

I en tidigare studie (Sellström et al. 2009) visade mätningar av dioxiner i luft i Östersjöområdet (Aspvreten) att den luft som under vintertid kommer från Central- och Östeuropa har högst halter av dioxiner. Inom BalticPOPs gjordes en ansats att använda koncentrationen av metaller i luft för att ta reda på vilka typer av källor som bidrar till dioxinföroreningen av luft i Östersjöregionen. Den luftövervak-ningsstudie som genomförts av Sellström et al. (2009) upprepades och utökades till att även inkludera metaller, HCB och PCB. Syftet var att undersöka trender för dioxiner, PCB och HCB, och att identifiera viktiga typer av dioxinkällor genom att använda metaller som markörer för olika typer av utsläpp. Resultaten av studien följer nedan:

 Under sommaren observerades inga signifikanta skillnader i TEQ-nivåer i luft som transporterats till Aspvreten från olika riktningar. PCDD:er bidrog mer till de totala TEQ-nivåerna än vad PCDF:er gjorde. Under vintern dominerade PCDF:er, och de totala TEQ-nivåerna ökade signifikant i luftmassor från alla väderstreck. Ökningen var speciellt uttalad för luft som kom från söder och öster (Figur 5), något som även rapporterats av Sell-ström et al. (2009). HCB uppvisade samma årstidsvariation som dioxiner-na. PCB:er uppvisade ett motsatt mönster med högre koncentrationer un-der sommaren. För HCB och för PCB:er observerades ingen skillnad i TEQ-nivåer mellan luftmassor från olika väderstreck.

 I och med att utsläpp från industrier inte är årstidsbundna indikerar de höga dioxinnivåerna under vintern att förbränning är en viktig källa.  Korrelationer mellan PCDF:er och Cd, K, Pb, Sb, och Zn observerades för

vinterproverna. K, Pb, Sb, och Zn är markörer för förbränning av trä (Pacyna 1986, Hopke, personlig kommunikation) och andra biobränslen. Luften i Aspvreten uppvisade samma kvoter av Zn/Pb och Pb/Sb som rök-gaser från koleldade elkraftverk.

 Det allmänna kongenmönstret av PCDD/F:er som observerats i Aspvre-tenluft liknade mönster som uppmätts i rökgaser från kommunala avfalls-förbränningsanläggningar och koleldade elkraftverk, men liknade inte mönster i emissioner från elektriska förbränningsugnar, aluminiumtill-verkning, eller diesel- och bensinmotorer (Lee et al. 2004, Lin et al. 2007).  Sammanfattningsvis finns ett flertal indikationer på att förbränning orsakar

de höga nivåerna av dioxiner i Aspvreten på vintern. Dioxin- och metall-data framtagna inom BalticPOPs kunde dock inte användas för att avgöra om någon typ av förbränning är viktigare än andra.

 Enligt emissionsdatabaser har industrin i Europa minskat sina utsläpp av dioxiner med upp till 90 % sedan 1980-talet då utsläppen var som högst (BiPRO 2009). Utsläpp av dioxiner från hushåll har däremot troligen inte minskat väsentligt. Hushållens bidrag har därför ökat och uppskattas stå för mer än en tredjedel av de totala europeiska utsläppen av dioxiner idag. I vissa regioner kan de utgöra så mycket som 70 % av de totala utsläppen. De huvudsakliga källorna till utsläpp av dioxiner från europeiska hushåll har uppskattats vara uppvärmning och matlagning med fast bränsle samt avfallsförbränning (BiPRO 2009). De dioxinutsläpp som rapporterats till European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP 2012) indikerar dock stora regionala skillnader i bidrag från olika sektorer. Det är oklart hur mycket av variationen som beror på verkliga skillnader i utsläpp och hur mycket som beror på att olika metoder använts för att kvantifiera de nationella utsläppen.

 Att halterna av dioxiner är högre på vintern och mestadels ej kvantifierbara under sommaren tyder på att direkta källor snarare än temperaturstyrd av-dunstning från jord (”sekundära källor”) styr halterna av dioxiner i luft. Simuleringar med modellen POPCYCLING-Baltic visar också att av-dunstning från jord är en relativt obetydlig källa till dioxiner i luft (utgör mindre än 10 % av de uppskattade totala utsläppen (TEQ) i Sverige).

Figur 5. Genomsnittliga koncentrationer av PCDDer (blå staplar) och PCDFer (röda staplar) i luft från Aspvreten (fg TEQPCDD/F m-3) under a) sommaren 2010 (BalticPOPs) och b) vintern

2006/2007 (Sellström et al. 2009) och 2010/2011 (BalticPOPs), indelade i sju kompassriktningar baserade på luftmassornas ursprung.

I BalticPOPs har vi även försökt spåra det geografiska ursprunget för dioxinerna som deponeras till Östersjön kommer genom att använda MSCE-POP-modellen, en modell med hög upplösning i tid och rum. Vi har dessutom undersökt om de släppsuppskattningar som görs idag kan förklara de uppmätta halterna av fyra ut-valda 2,3,7,8-substituerade dioxinkongener i luft samt kvantifierat brister i emiss-ionsdatabasen. Emissionsdata som behövdes som indata till modellen hämtades

med dioxinhalter i luft och deposition uppmätta vid två mätstationer i Sverige och en i Finland. Om de koncentrationer som uppmätts i fält och de som beräknats med hjälp av modellen överenstämde kunde det indikera att korrekta emissionsupp-skattningar rapporterats till EMEP. Genom att öka emissionerna för utvalda reg-ioner tills optimal överensstämmelse mellan modell och verklighet erhölls kunde vi kvantifiera i vilken grad uppmätta data och data som genererats med hjälp av ut-släppsuppskattningar inte överensstämde. En speciell metod utvecklades för att identifiera regioner för vilka de rapporterade emissionerna behövdes justeras uppåt. Studien presenteras mer utförligt i Shatalov et al. 2012. Slutsatserna från detta arbete är i korthet:

 Modellen underskattade luftkoncentrationerna mellan 5 och 30 gånger, beroende på kongen, mätstation och framför allt på luftmassans geogra-fiska ursprung. Detta ger ett ungefärligt mått på bristerna i de befintliga europeiska utsläppsuppskattningarna, som alltså uppenbarligen under-skattas.

 En justering av kongensammansättningen i de rapporterade emissionerna kombinerat med en dubblering av de totala utsläppen för två regioner för-bättrade överensstämmelsen för luftmassor från de flesta riktningar. Över-ensstämmelsen var dock fortfarande relativt dålig då luftmassorna anlände från syd-sydost och syd-sydväst. En tiofaldig ökning av de totala emiss-ionerna i flera regioner förbättrade inte överensstämmelsen nämnvärt.  Våra resultat visar att den kvantitativa förståelsen av hur europeiska

dioxi-nutsläpp bidrar till föroreningen av Östersjön är bristfällig. Vidare finns en brist på fältdata, speciellt sådan som anger kongensammansättningen i at-mosfären och i deposition. Båda dessa faktorer försvårar en korrekt identi-fiering av regioner vars dioxinutsläpp är avgörande för föroreningen av Östersjön.

 Det modelleringsverktyg och den metod för justering av indata som pre-senterats här skulle kunna användas för att identifiera felaktiga poster i emissionsdatabaser. För dioxiner är dock användandet av metoden begrän-sad av tillgången på korrekta utsläppsdata.

 Modellens uppskattningar tyder på att de dioxiner som uppmätts i Öster-sjöområdets luft huvudsakligen har sitt ursprung på den europeiska konti-nenten, och att bidraget från de östra delarna av Europa är stort. Detta be-kräftas av de rörelser för luftmassorna som beräknats med hjälp av luftö-vervakningsdata (eng. ”back-trajectories”). Vidare kan noteras att hur stor andel som kommer från olika geografiska regioner skiljer sig mellan de två studerade delarna av Östersjön (Figur 6).

Figur 6. Olika geografiska regioners bidrag till deposition av 2,3,4,7,8-PeCDF till Egentliga Östersjön och Finska viken. Bidragen har beräknats med hjälp av emissioner rapporterade till EMEPs databas. (DK – Danmark, EE – Estland, FI – Finland, LV – Lettland, PL – Polen, SE – Sverige, RU – den östra delen av Ryssland, RW – den nordvästra delen av Ryssland, OT – totalt bidrag från övriga europeiska länder, Rest – övriga källor).

7 Rekommenderade

åtgärder

och framtida forskning

 För att minska den atmosfäriska depositionen av dioxiner, och därmed nivåerna i Östersjöströmming, är det nödvändigt med ett paneuropeiskt samarbete. Inom BalticPOPs finns indikationer på att en utsläppsreduktion i de östra delarna av Europa skulle bidra avsevärt till att minska den atmo-sfäriska depositionen av dioxiner till Östersjön.

 Det är svårt att fastställa exakt vilka typer av källor som bidrar mest till dioxinföroreningen av luft i Östersjöregionen, men det finns indikationer på att icke-industriell förbränning är viktigare än industriella utsläpp. En tidigare studie (BiPRO 2009) föreslog att uppvärmning, matlagning och avfallsförbränning är källor som blir mer och mer viktiga i Europa. Studien påpekade att för att ytterligare minska utsläppen av dioxiner från förbrän-ning behövs åtgärder såsom:

- fortsatta insatser för att minska illegal förbränning av avfall, med hjälp av utökad kontroll och upplysningskampanjer för att informera om för-budet

- ett förbud mot uppvärmning med fasta bränslen

- höjd energieffektivitet i hushåll och industrier, för att minska den totala förbränningen

- förbättrad isolering och temperaturreglering i hushållen

- ersättning av gamla uppvärmningsanordningar med ny utrustning som är mer effektiv och/eller använder miljövänliga bränslen (t.ex. biobränslen) eller miljövänlig teknik (t.ex. solkraft, bergvärme)

- utökad användning av centraliserade fjärrvärmesystem, som är särskilt effektiva i städer och kan drivas med miljövänliga bränslen/miljövänlig teknik.

 Ökad sjöfart förväntas bidra till ytterligare förorening av dioxiner i vatten och i luft i Östersjöregionen (Cooper 2004). Emissioner av dioxiner från sjöfart är inte väl kvantifierade, och därför kan deras påverkan inte jämfö-ras med påverkan från andra utsläppskällor. I de simuleringar som genom-fördes inom BalticPOPs för att spåra dioxinernas ursprung inkluderades en grov uppskattning av dioxinutsläppen från fartyg. Eftersom osäkerheten i denna uppskattning är stor rekommenderar vi att i) utsläpp av dioxiner och andra POPs från fartyg kvantifieras och ii) att utsläppen reduceras genom att fartyg förses med utrustning för kontroll av utsläpp.

 En generell minskning av förbränning borde inte bara minska utsläppen av dioxiner, utan även utsläppen av andra miljöföroreningar (som PAH, me-taller och även koldioxid). Lagstiftning för att begränsa utsläpp till luft (i t.ex. klimatförändringssyfte) leder därför även till minskningar av dioxin-utsläpp.

 Alla åtgärder för att minska utsläpp bör övervakas noggrant genom konti-nuerlig mätning av tidstrender i luft, atmosfärisk deposition och

ström-ming. Vi rekommenderar också att möjliga markörer för utsläpp av dioxi-ner (t.ex. metaller och sot) övervakas parallellt med dioxinhalterna i mil-jön.

 Det är viktigt att genomföra informationskampanjer för att informera om dioxiners negativa effekter för miljön och människors hälsa. En god för-ståelse om orsakssamband är avgörande för att få acceptans bland allmän-heten och åstadkomma förändringar i beteenden för att minska dioxinut-släpp från hushållen.

 Alla miljöövervakningsprogram bör använda moderna metoder för prov-tagning och analys av POPs. Samma metoder bör användas vid alla fält-stationer för att säkerhetsställa jämförbarhet. Det finns indikationer på att de olika metoder som används i Sverige för att provta dioxiner i deposition inte ger jämförbara halter av dioxiner, vilka är ämnen som ofta förekom-mer bundna till partiklar.

 Att identifiera viktiga punktkällor i Europa är en svår uppgift. Vi har visat att de befintliga databaserna över dioxinemissioner är bristfälliga. Därför rekommenderar vi att alla insatser för att förbättra rapporteringen av ut-släpp av POPs uppmuntras. För att skapa pålitliga och jämförbara databa-ser är utbyte av information samt koordinering och harmonidataba-sering av emissionsdata-rapportering nödvändig.

 En lovande metod för att identifiera viktiga källor är att använda kostnads-effektiva geografiska luftövervakningsstrategier, såsom passiv luftprov-tagning, för att simultant mäta POPs och andra användbara markörer för olika typer av förbränning. Stora framsteg har gjorts vad gäller denna provtagningsteknik de senaste åren, och dessutom har stora miljöövervak-ningsprogram upprättats i Europa och globalt.

 För att bättre förstå vilka källor som är viktiga för dioxinföroreningen av luft rekommenderar vi följande forskning som grundar sig på ett flertal mät- och modelleringsmetoder:

- En metod för att uppskatta utsläpp av POPs från stora städer har nyligen utvecklats (t.ex. Gasic et al. 2010, Gasic et al. 2009, Moeckel et al. 2010). Metoden använder en kombination av atmosfärisk modellering och övervakning av luftkvalitet för att beräkna utsläpp från urbana om-råden. Denna metod är synnerligen användbar då det gäller att testa hy-poteser och kalibrera utsläppsmängder, och kan med fördel användas i samband med storsakliga beteendestudier.

- De modelleringsverktyg som idag finns tillgängliga för att beräkna spridningen av POPs i Östersjöregionen (t.ex. modellen

POPCYCLING-Baltic) är förenklade i sin beskrivning av exempelvis atmosfärisk transport och sedimentdynamik. Nya, mer avancerade mo-dellverktyg med förbättrad beskrivning av den fysiska miljön behövs för att stödja den beslutsfattande processen.

utvärdering av modellen. Ett stort antal europeiska mätstationer med en mer homogen utspridning än vad som fanns tillgängliga då BalticPOPs genomfördes (endast skandinaviska fältstationer: Aspvreten, Pallas och Vindeln) behövs för att bättre kunna utvärdera modellens resultat. De ti-digare nämnda nätverken för passiv provtagning skulle bidra med en kostnadseffektiv mätmetod för framtida utvärdering av modellen.  Ytterligare ett sätt att minska halterna av dioxiner i strömming kunde vara

att styra fisket i Östersjön på ett sådant sätt att strömmingens tillväxthas-tighet ökar. Detta rör komplexa ekologisk samband och ett sådant alterna-tivs biologiska konsekvenser och eventuella framgång har inte undersökts inom BalticPOPs. Det skulle därför behöva undersökas vidare i samarbete med forskare inom fiskekologi.

8 Litteratur

Andersson H, Palm Cousins A, Brorström-Lundén E, Wickman T, Pettersson M, et al. 2012. COHIBA summary report Sweden - Work package 4: Identification of sources and estimation of inputs/impacts on the Baltic Sea. IVL (Swedish Environmental Research Institute). [www.cohiba-project.net/publications] Armitage JM, McLachlan MS, Wiberg K, Jonsson P. 2009. A model

assessment of polychlorinated dibenzo-p-dioxin and dibenzofuran sources and fate in the Baltic Sea. Science of the Total Environment 407:3784-3792.

Assefa AT, Sundqvist KL, Cato I, Wiberg K. 2011. Time trends of PCDD/F levels and source contributions in Baltic Sea sediments. Organohalogen Compounds 73: 142-145.

Assefa AT, Sundqvist KL, Cato I, Jonsson P, Sobek A, Wiberg K. 2012. Trends of PCDD/Fs in coastal and offshore Baltic Sea sediment cores covering the 20th century. Organohalogen Compounds 74: 328-331.

Bignert A, Boalt E, Danielsson S, Hedman J, Johansson AK, et al. 2011. Comments concerning the national Swedish contaminant monitoring programme in marine biota. Naturhistoriska riksmuseet, Rapport 7:2011.

Bignert A, Nyberg E, Sundqvist KL, Wiberg K. 2007. Spatial variation in concentrations and patterns of the PCDD/F and dioxin-like PCB content in herring from the northern Baltic Sea. Journal of Environmental Monitoring 9:550-556. BiPRO. 2009. Information exchange on reduction of dioxin emissions from domestic sources. Report 070307/2007/481007/MAR/C4.

[http://ec.europa.eu/environment/dioxin/pdf/report09]

Cooper D. 2004. HCB, PCB, PCDD and PCDF emissions from ships. IVL, Rapport B1620.

Cornelissen G, Wiberg K, Broman D, Arp HPH, Persson Y, et al. 2008. Freely dissolved concentrations and sediment-water activity ratios of PCDD/Fs and PCBs in the open Baltic Sea. Environmental Science & Technology 42:8733-8739. EMEP. 2012. WebDab search - Emissions as used in EMEP models. [http://www.ceip.at/webdab-emission-database]

Fridmanis J, Toropovs V, Linde A. 2012. COHIBA summary report Latvia - Work package 4: Identification of sources and estimation of inputs/impacts on the

Gasic B, MacLeod M, Klanova J, Scheringer M, Ilic P, et al. 2010.

Quantification of sources of PCBs to the atmosphere in urban areas: A comparison of cities in North America, Western Europe and former Yugoslavia. Environmental Pollution 158:3230-3235.

Gasic B, Moeckel C, Macleod M, Brunner J, Scheringer M, et al. 2009. Measuring and modeling short-term variability of PCBs in air and characterization of urban source strength in Zürich, Switzerland. Environmental Science &

Technology 43:769-776.

Hopke P. Personlig kommunikation. Department of Chemical and Biomolecular Engineering and Center for Air Resources Engineering and Science, Clarkson Uni-versity.

Isosaari P, Hallikainen A, Kiviranta H, Vuorinen PJ, Parmanne R, et al. 2006. Polychlorinated dibenzo-p-dioxins, dibenzofurans, biphenyls, naphthalenes and polybrominated diphenyl ethers in the edible fish caught from the Baltic Sea and lakes in Finland. Environmental Pollution 141:213-225.

Josefsson S, Bergknut M, Wiberg K. Manuskript. Influence of landscape type, stream order and hydrological conditions on terrestrial export of POPs.

Karl H, Ruoff U. 2007. Dioxins, dioxin-like PCBs and chloroorganic

contaminants in herring, Clupea harengus, from different fishing grounds of the Baltic Sea. Chemosphere 67:S90-S95.

Laht M, Volkov E. 2012. COHIBA summary report Estonia - Work package 4: Identification of sources and estimation of inputs/impacts on the Baltic Sea. Estonian Environmental Research Centre. [www.cohiba-project.net/publications] Lee W-S, Chang-Chien G-P, Wang L-C, Lee W-J, Tsai P-J, et al. 2004. Source identification of PCDD/Fs for various atmospheric environments in a highly industrialized city. Environmental Science & Technology 38:4937-4944. Lin L-F, Lee W-J, Li H-W, Wang M-S, Chang-Chien G-P. 2007.

Characterization and inventory of PCDD/F emissions from coal-fired power plants and other sources in Taiwan. Chemosphere 68:1642-1649.

Livsmedelsverket 2011. Livsmedelsverkets föreskrifter om utförsel och export av vissa vildfångade fiskarter från Östersjöområdet. LIVSFS 2011:19.

Moeckel C, Gasic B, MacLeod M, Scheringer M, Jones KC, Hungerbühler K. 2010. Estimation of the source strength of polybrominated diphenyl ethers based on their diel variability in air in Zürich, Switzerland. Environmental Science & Technology 44:4225-4231.

Pacyna J. 1986. Emission factors of atmospheric elements, i Toxic metals in the atmosphere, 1-32, red. J Nriagu, I Davidson: John Wiley & Sons, New York, NY. Sellström U, Egeback AL, McLachlan MS. 2009. Identifying source regions for the atmospheric input of PCDD/Fs to the Baltic Sea. Atmospheric Environment 43:1730-1736.

Seth R, Mackay D, Muncke J. 1999. Estimating the organic carbon partition coefficient and its variability for hydrophobic chemicals. Environmental Science & Technology 33:2390-2394.

Shatalov V, Johansson JH, Wiberg K, Cousins IT. 2012. Tracing the origin of dioxins in Baltic air using an atmospheric modeling approach. Atmospheric Pollution Research 3: 408-416.

Sobek A, Wiberg K, Sundqvist KL, Cornelissen G, Jonsson P. 2012. Dioxiner i Bottenhavet och Bottenviken – pågående utsläpp eller historiska synder.

Länsstyrelsen Gävleborg, Rapport 2012:7.

Sobek A, Arp HPH, Wiberg K, Hedman J, Cornelissen G. 2013. Aerosol-water partitioning of PCDD/Fs and PCBs in the Baltic Sea region, Environmental Science & Technology 47(2):781-789.

Sundqvist KL. 2009. Sources of dioxins and other POPs to the marine

environment. Identification and apportionment using pattern analysis and receptor modeling. Doktorsavhandling. Kemiska institutionen, Umeå universitet.

Sundqvist KL, Tysklind M, Geladi P, Hopke PK, Wiberg K. 2010. PCDD/F source apportionment in the Baltic Sea using positive matrix factorization. Environmental Science & Technology 44:1690-1697.

Svensk författningssamling 2011. Förordning om vissa fiskarter från Östersjöom-rådet. SFS 2011:1494.

Verta M, Salo S, Korhonen M, Assmuth T, Kiviranta H, et al. 2007. Dioxin concentrations in sediments of the Baltic Sea - A survey of existing data. Chemosphere 67:1762-1775.

Wiberg K, Cousins I, Johansson J, Miller A, Shatalov V, et al. 2013. Managing the dioxin problem in the Baltic region with focus on sources to air and fish. Naturvårdsverket, rapport 6656.

Wiberg K, McLachlan MS, Jonsson P, Johansson N, Josefsson S, et al. 2009. Sources, transport, reservoirs and fate of dioxins, PCBs and HCB in the Baltic Sea

Halterna av dioxiner i strömming och annan fet fisk i Östersjön är så höga att de ofta överskrider EU:s gränsvärde för försäljning av konsumtionsfisk. Varför är halterna så höga och vilka är de viktigaste källorna? Dessa två frågor har forskningsprogrammet BalticPOPs sökt svar på. Forskningsprogrammet har finansierats med medel från Naturvårdsverkets miljöforskningsanslag.

rapport 6566

NATUrVårdSVerkeT ISBN 978-91-620-8651-0

kUNSkAP drIVer MILJÖArBeTeT FrAMåT

Orsaker till dioxinproblemet

i Östersjöregionen

och förslag till åtgärder

Sammanfattning av resultat från

forskningsprogrammet BalticPOPs

kArIN WIBerg, ANTeNeh T. ASSeFA, krISTINA L. SUNdqVIST, IAN T. COUSINS, JANA JOhANSSON, MIChAeL S. MCLAChLAN,

ANNA SOBek, gerArd COrNeLISSeN, ArOhA MILLer, JeNNy hedMAN, ANderS BIgNerT, heIkkI PeLTONeN, MIkkO kILJUNeN, VICTOr ShATALOV OCh INgeMAr CATO