BIOVIND BOTANISKA INSTITUTIONEN, AVD. FÖR VÄXTEKOLOGI STOCKHOLMS UNIVERSITET

Transkript

1 BIOVIND BOTANISKA INSTITUTIONEN, AVD. FÖR VÄXTEKOLOGI STOCKHOLMS UNIVERSITET

2 Kraftverkskonstruktioner i havet en metod för att lokalt öka den biologiska mångfalden i Östersjön? Rapport till Statens Energimyndighet, Vindforskprogrammet. Innehåll 1. Sammanfattning 2. Inledning 3. Delprojekt 3.1 Litteratursammanställning 3.2 Effekter av elkablar 3.3 Bottenlevande fisk 3.4 Alger och evertebrater 3.5 Artificiella substrat. 4. Slutsatser och diskussion. Stockholms Universitet Botaniska Institutionen Avd. För växtekologi, Februari 2005 Författare och projektansvarig Torleif Malm

3 1. Sammanfattning I sökandet efter rena och säkra energikällor som kan ersätta fossila bränslen och kärnkraft framstår alltmer vindkraften (Street och Miles, 1996) och då framförallt den marina vindkraften som ett seriöst alternativ (Strachan och Lal 2004). Marin vindkraft har många fördelar framför landbaserad dito. Verken kan byggas större och den totala energiproduktionen blir högre på grund av mer laminära luftflöden över den relativt släta havsytan jämfört med den kuperade landmiljön (Lange m.fl., 2004). Därtill kan vindkraftverken gömmas bakom horisonten vilket minskar konflikterna med andra ekonomiska aktiviteter och befolkningens subjektiva upplevelse av att bo i ett industriområde Figur 1. Kalmarsund. Utgrundens marina vindkraftspark Likt all industriproduktion kan vindkraft tänkas ha effekter på den omgivande miljön. Forskningen kring dessa effekter har hittills huvudsakligen begränsat sig till migrerande fåglar (Dirksen och Spaans1998) och vandrande fisk, till exempel ål (Branover m. fl. 1971). Preliminära forskningsresultat från Kalmarsund som refereras i denna rapport indikerar att de submarina delarna av ett vindkraftverk kan ha betydelsefulla effekter på såväl stationär fisk som bentiska djur och alger. Detta trots att den totala ytan av vindkraftverken utgör en bråkdel av den bottenyta som en vindkraftverkspark upptar. Det är framförallt den så kallade reveffekten, införandet av ett främmande substrat och struktur i den marina miljön, som orsakar denna förändring. Sida 1

4 2. Inledning Botaniska institutionen, Stockholms Universitet har i samarbete med Danmarks miljöundersökningar (DMU), Roskilde, Danmark, disponerat 1.3 millioner kronor under åren 2003 och Studierna har berört den marina vindkraftens miljöeffekter på bottenlevande organismer; alger, ryggradslösa djur och stationära fiskarter. I projektet har vi även samarbetat med Dan Wilhelmsson och Marcus Öhman på Zoologiska institutionen, Stockholms Universitet som under perioden har drivit ett angränsande projekt inom vindforskprogrammet. Projektledare för studien har varit Dr. Torleif Malm, Botaniska institutionen, Stockholms Universitet. Malm har även varit huvudansvarig för projekt 3.2 och 3.4 (se nedan). Jens K. Kjerrulf vid DMU har varit ansvarig för projekt 3.1 och Jørgen Hansen vid samma institution ansvarar för projekt 3.5. Doktorand Dan Wilhelmsson ansvarar för analysen av materialet av projekt 3.3 under handledning av Marcus Öhman men Torleif Malm har också bidragit substantiellt inte bara vid fältarbetet utan även vid analys och sammanställning av manuskriptet. Arbetet har bestått av fältstudier; observationer och experiment, sammanställningar av befintliga data samt litteraturstudier. Projektet har varit uppdelat i fem olika delar varav tre har avancerat till så gott som färdiga manuskript som inom kort kommer att tillställas olika internationella vetenskapliga tidskrifter. De två andra delprojekten kommer under året färdigställas för publikation. Under perioden har också den publikation som behandlar bentiska organismer på Ölandsbrons pelare skickats in till den välrenommerade vetenskapliga tidskriften Marin Ecology Progress Series. Energimyndigheten finansierade fältarbetet och analysen under år Artikeln är villkorligt accepterad efter viss omarbetning. Den slutgiltiga versionen kommer att skickas in till MEPS i början av mars Sida 2

5 3. Delprojekt Figur 1. Sydskandinavien. Karta över områden för experiment och fältstudier utförda under perioden i BioVindprojektet. Fältexperimentet beskrivet i avsnitt 3.5 utfördes vid A. Hallands Väderö, Skåne och B. Burgsvik, Gotland. Fältstudierna beskrivna i avsnitt 3.2, 3.3 och 3.4 utfördes vid 1. Utgrunden och 2. Yttre Stengrund, bägge i Kalmarsund. 3.1 Litteratursammanställning I denna sammanställning fokuserar vi på de processer som pågår under vattenytan och lämnar högre djurliv, fåglar och säl utanför resonemanget. Mål för sammanställningen är tidskriften AMBIO som ges ut av vetenskapsakademien. Den marina vindkraften är i sin linda och relativt få större vindkraftsparker har hittills uppförts (Shaw 2003). Följaktligen är den vetenskapliga litteraturen i ämnet tämligen obetydlig. Även om mängden grå litteratur är betydande (Shaw 2003). Den granskning vi genomfört baserar sig därför på jämförelser med erfarenheter från andra miljöer och tekniker som vi anser är jämförbara. Vi jämför dessa resultat med det vi vet om marina vindkraftverk och spekulerar om tänkbara scenarier. Slutsatsen av sammanställningen är att effekter av ljud, ljus, vibrationer och elektromagnetiska fält är dåligt utredda men att det finns anledning att anta att dessa faktorer har begränsad effekt på de flesta organismer. Den faktor som betonas i vår sammanställning och som vi tror kommer att få den största effekten på en ekosystemnivå är den så kallade reveffekten, det vill säga att vi inför ett främmande substrat i den marina miljön. Detta substrat har egenskaper som inte är jämförbart med de naturliga bottnarna och det ekologiska samhälle av djur och växter som etablerar sig på kraftverkens fundament kommer därför att skilja Sida 3

6 sig mycket från de naturliga samhällena. I förlängningen kan dessa förändrade samhällen komma att påverka även de naturliga bottensamhällena och de lokala fiskpopulationerna. I sammanställningen går vi igenom litteraturen på tre olika komplexitetsnivåer, mikro-, meso-, och makronivå. Med mikronivå menar vi effekten av ett visst substrat, till exempel stål, sten, eller betong. Med mesonivå menar vi effekterna av ett enskilt kraftverk, dess yta, lutning tredimensionella struktur och det erosionsskydd av sten som eventuellt läggs upp runt verket. Med makronivå avser vi effekten av att bygga många kraftverk på en begränsad yta, dess påverkan på fisk och fiske. På den allra högsta nivån diskuterar vi möjliga framtida effekter av en massiv utbyggnad av marin vindkraft där organismer kan sprida sig från park till park över naturliga spridningsbarriärer som djuphav och strömmar. 3.2 Effekter av elkablar I denna studie undersökte vi om den starkströmskabel som lades ut vid Yttre Stengrunds vindkraftspark utanför östra Blekinge vintern 2000/2001 påverkat de vegetationsklädda bottnarna från land ut till tio meters djup vid vindkraftsparken. Studien utfördes vid två olika tillfällen, september 2001 och juli Den metod som användes var så kallad Skärplansdykning där en fullt utrustad dykare dras efter en båt tätt över botten och rapporterar sina observationer via en dyktelefon upp till båten. Fältarbetet initierades av Länsstyrelsen i Blekinge och bekostades av Vindkompaniet AB. Studien har genomförts tillsammans med Sonja Råberg vid Botaniska institutionen, Stockholms Universitet och Roland Engkvist vid institutionen för biologi och miljövård vid Kalmar Högskola. Energimyndighetens medel användes för att analysera data och sammanställa manuskriptet. Manuskriptet har skickats in till tidskriften Aquatic Botany som ges ut av Elsevier i Nederländerna. Starkströmskabeln som förbinder Yttre Stengrunds vindkraft med elnätet på land är cirka fyra kilometer lång. Ungefär hälften av denna sträckning går över mjuka bottnar som i det grundaste området domineras av blomväxter, främst Borstnate (Potamogeton pectinatus) och Skruvnating (Potamogeton pectinatus) och lite djupare av Ålgräs (Zostera marina). Andra hälften av sträckningen går över hårda block- och stenbottnar som domineras av olika röda alger, främst Fjäderslick (Polysiphonia fucoides) och Kräkel (Furcelaria lumbica- Sida 4

7 lis). Tångvegetation, det vill säga Blåstång (Fucus vesiculosus) och Sågtång (Fucus serratus) förekom ytterst sparsamt. På de mjuka bottnarna spolades kabeln ned vilket gav en mycket tydlig påverkan på vegetationen i form av ett tre meter brett vegetations fritt spår som kunde observeras ett halvår efter anläggningen. På de hårda bottnarna förankrades kabeln genom att sten lades över den på vissa ställen men längs huvuddelen av sträckningen låg kabeln bar och var lätt att följa för dykaren. Två och ett halvt år efter anläggningen av kabeln (juli 2003) hade den öppning i vegetationstäcket som nedspolningen orsakade på de mjuka bottnarna i stort sätt vuxit igen. På de hårda bottnarna hade fintrådiga rödalgerna vuxit över den sten som lagts över kabeln och på många ställen även kabeln själv. I övrigt kunde ingen påverkan observeras. Slutsatsen av projektet är att vid Yttre Stengrund kunde ingen långvarig påverkan av starkströmsdragningen observeras på vegetationen. Projektet har begränsat vetenskapligt värde över ett större område eftersom endast en kabel undersöktes, detta trots att flera kontrolltransekt undersöktes. Den vetenskapliga publikationen kom därför inte att behandla effekterna av kabeldragning på vegetation utan metoden att kartera vegetationstäckning med skärplansdykning i sig (Malm m.fl. submitted). 3.3 Bottenlevande fisk I denna dykstudie undersökte vi om marina vindkraftverk påverkar populationsstorlekarna och mångfalden av bottenlevande fiskarter. Manuskriptet är i det närmaste klart och kommer att tillställas tidskriften Applied ecology under mars månad (2005) (Wilhelmsson m.fl opubl.). Studien utfördes under augusti och september 2003 vid tre kraftverk vid Utgrunden i Södra Kalmarsund och vid 5 kraftverk vid Yttre Stengrund utanför Östra Blekinge av Dan Wilhelmsson och Torleif Malm. På bägge platserna står kraftverken på en nord sydgående rullstensås med ett djup som varierar mellan sex till åtta meter och som omges av djupare mjuka bottnar. Yttre Stengrund ligger cirka fyra kilometer från land och Utgrunden ligger mitt i Kalmarsund med cirka en mil till fastlandet respektive Öland. Kraftverksfundamenten utgörs på bägge platserna av så kallade monopiles, det vill säga stålrör med en omkrets på tio-tolv meter som grävts eller bultats ned i åsen. Hu- Sida 5

8 vuddelen av bottnarna består av block och sten men runt verken finns en cirka två meter bred bård av sand och grus. I studien observerades stora stim av Sjustrålig Smörbult (Gobiusculus flavescens) i omedelbar närhet av kraftverken (se figur 2) och mängden av denna art minskade snabbt med avståndet från kraftverket. Huvuddelen av dessa individer var larver och mängden var lägre med en större andel vuxna individer vid Utgrunden än vid Yttre Stengrund. Anledningen var antagligen att vi undersökte Utgrunden två veckor senare än Yttre Stengrund. Stimmen av Sjustrålig Smörbult förkom främst från mitten av kraftverken och uppåt. På botten runt kraftverken hittades Sandstubb (Pomatochistus minutus), Svart smörbult (Gobius niger) and Tånglake (Zoarces viviparous). Alla dessa arter var vanligare i närheten av verken än längre bort. Figur 2. Kalmarsund juli Stim av Sjustrålig Smörbult (Gobiusculus flavescens) intill bropelare på Ölandsbron (foto Inge Lennmark) Den slutsats vi drar från studien är att fisksamhället är annorlunda och artrikare i närheten av ett kraftverk jämfört med bottnar, tjugo meter till två kilometer bort. Effekten av kraftverket avtar sålunda snabbt med avståndet. Någon parkeffekt på den bottenlevande fisken kunde inte observeras, det vill säga fisksamhället var inte annorlunda tjugo meter från verket jämfört med två kilometer bort. 3.4 Alger och ryggradslösa djur. Denna studie genomfördes parallellt med fiskstudien (3.3) vid Utgrunden och Yttre Stengrund av samma forskare. Kvantitativa prover togs från såväl verk som botten med en, tjugo och Sida 6

9 tvåtusen meters avstånd från kraftverken. Endast preliminära resultat föreligger men dessa pekar på drastiska förändringar av den bentiska vegetationen och faunan. De av vindkraftverken opåverkade bottnarna i bägge områdena dominerades av olika rödalger, både perenna rödalger som Kräkel (Furcelaria lumbicalis) och Blåtonat Rödblad (Phyllophora pseudoceranoides) och semiannuella fintrådiga arter som Fjäderslick (Polysiphonia fucoides) och Rödris (Rhodomela confervoides). Tillsammans med dessa alger förekom stora mängder Brackvattens Blåmusslor (Mytilus trossilus) men de var normalt inte dominerande. Havstulpaner (Balanus improvisus) förekom mycket sparsamt. Närmare kraftverken ökade mängden filtrerare kraftigt samtidigt som algvegetationen minskade. Antalet havstulpaner var tiodubbelt större en meter från verket jämfört med tjugo meter bort. På det sandområde som omgav varje kraftverk förkom ofta bankar av blåmusslor. På kraftverksfundamenten förekom mycket sparsamt med alger och då främst annuella fintrådiga brunalger, (Pylaiella litoralis eller Ectocarpus silicuosus). Kraftverken var i stället i samtliga fall täckta med två lager av filtrerande organismer. De primära kolonisatörerna verkade vara havstulpaner och de täckte varje kvadratcentimeter av kraftverken från botten upp till ytan. Det är känt från litteraturen att B. improvisus föredrar att kolonisera släta ytor och att den är en tidig art i det naturliga koloniseringsförloppet men med låg konkurrensförmåga. Detta lager av havstulpaner täcktes i de flesta fall av ett tämligen heltäckande lager av blåmusslor (se bild 3). Flera märkliga omständigheter i relationen mellan havstulpaner och musslor kunde observeras. För det första kunde vi notera att nästan alla havstulpaner var levande trots att de täcktes av blåmusslor. För det andra så satt lagret av blåmusslor så löst fästade vid verket att de lätt kunde skrapas av med handen. För det tredje så var de flesta musslor ovanligt stora för Östersjöförhållanden och de flesta hade fem till sex årsringar trots att verken bara hade en ålder av två år vid undersökningstillfället. Den levande biomassan per mussla var också flera gånger större i de musslor som levde på verket jämfört med de bottenlevande exemplaren. Sida 7

10 Figur 3. Kalmarsund juli Bropelare på Ölandsbron, dominerad av blåmusslor (Mytilus trossilus) (fota Inge Lennmark) Från litteraturen vet vi att blåmusslor har förmåga att förflytta sig till platser med mera gynnsamma förhållanden för filtrering (Gilek m. fl 2002). Det är däremot inte känt om musslorna har förmåga att flytta sig tiotals meter och vad det i så fall är som attraherar dem. Trots allt verkar det som den höga tätheten av musslor på kraftverken är resultatet av en kombination av faktorer; havstulpanerna som erbjuder en lämplig yta att sitta på, juvenil rekrytering via planktoniska larver och migration av vuxna individer. En intressant tanke som dykt upp under arbetets gång är möjligheten att regelbundet kunna skörda denna tämligen avsevärda bimassa av högvärdigt protein för att till exempel tillverka djurfoder. Detta skulle även medföra en reducering av kvävebelastningen i kustområdena. Fördjupade studier kring blåmusslornas beteende och tänkbara problem med tungmetaller, halogenerade kolväten och alggifter är i så fall nödvändiga att utföra. Slutsatsen från denna studie är att etableringen av vindkraftverk i kustområdena medför en påverkan på de lokala naturliga samhällena men att denna påverkan är begränsad till det närmaste området kring varje verk. Den biologiska diversiteten av fisk verkar öka samtidigt som diversiteten av övriga organismer minskar kraftigt. Det är dock viktigt att po- Sida 8

11 ängtera att vi inte idag kan säga om processen har nått jämvikt eller om förändringen från ett algdominerat samhälle till ett filtrerardominerat kommer att sprida sig med tiden. För att kunna avgöra detta behövs förnyade studier med regelbundna tidsintervall. 3.5 Naturliga och artificiella substrat. Denna experimentella studie är den mest omfattande och dyrbara av alla delstudierna. Den startades i maj 2003 och avslutades i november Inga data föreligger än så länge, sorteringen av materialet av avslutad men fortfarande återstår all analys. Detta kommer att utföras under våren 2005 och vi ber att få återkomma med en kompletterande rapport när detta är klart. Som experimentområden valde vi Gotlands sydvästra kust i centrala Östersjön och Nordvästra Skåne i Kattegatt. Mer noggrant angivet så arbetade vid den yttre delen Burgsviken på Gotland och strax norr om Hallands Väderö i Skåne. Lokalerna som utvaldes i dessa havsområden skiljer sig markant i salthalt och art sammansättning men är för övrigt lika med hård vågexponering och domineras av olika rödalger. Djupet på bägge platserna där experimentet utfördes var cirka åtta meter. Bottnarna bestod av grus och block men frekvensen av och storleken på blocken var större vid Hallands Väderö än vid Gotland. Avsikten med experimentet var att studera hur substratets kemiska och strukturella egenskaper påverkar etableringen av naturliga samhällen på hårda vågexponerade platser, det vill säga i områden som liknar de miljöer där vindkraftverk kan tänkas placeras ut. De substrat som testades var kalksten, granit, sandsten samt slät och räfflad betong. Varje material tstades både med vertikal och horisontal lutning. På varje plats införskaffades tio stycken vägblock av betong, med en vikt av 350 kilo per styck (se bild 4). På dessa block anbringades slumpmässigt tio skivor av vartdera materialet av en trädgårdsplattas storlek. Block och skivor placerades ut med hjälp av fartyg med kran och en yrkesdykare som såg till att blocken hamnade jämt och stabilt på botten. Sida 9

12 Figur 4. Burgsvik, Gotland, maj Fältexperiment med olika substrat (foto Torleif Malm) Experimentet övervakades vid två tillfällen innan det avslutades, i november 2003 och maj I maj 2004 togs dessutom en skiva av vartdera materialet upp på varje plats, för analys på laboratoriet. Allt laboratoriearbete har utförts vid DMU, Roskilde, Danmark. 4. Slutsatser och diskussion. Det sammanlagda resultatet av vår studie visar den faktor som mest påverkar de marina organismerna runt ett vindkraftverk är reveffekten, det vill säga införandet av ett en främmande struktur i den marina miljön. Denna struktur gynnar vissa organismer, främst djurplanktonätande fiskarter och växtplanktonfiltrerande fastsittande djur medan den missgynnar framförallt fleråriga alger. Den totala biologiska diversiteten minskar runt ett vindkraftverk Det har i diskussionen hävdats att ljud, ljus och vibrationer samt elektromagnetiska fält skulle kunna påverka marina organismer negativt. Detta såg vi inga indikationer på i vår studie. Tvärtom tycktes fiskarna attraheras av verket och trots att vi som dykare upplevde ganska höga ljud och tryckförändringar i vattnet orsakade av verkets drift under blåsiga dagar så kunde vi inte se några skillnader i fiskens antal och beteende jämfört med dagar då det rådde stiltje. Detta kan naturligtvis skilja sig från olika arter och vi vet inget om hur vind- Sida 10

13 Litteratur kraftverken påverkar pelagisk stimfisk, men man kan i alla fall utesluta generella negativa effekter på fisk. Vid elkabelns anslutning till verket där en grottliknande fördjupning ofta förkom återfanns regelmässigt ett antal simpor (Cottidae). Dessa arter hittades också längs kabelsträckningen på de platser där det fanns utrymme under kabeln. Det har också hävdats att den ljuspuls som bildas av de roterande vingarna under soliga dagar skulle påverka blåmusslorna negativt så att de skulle sluta sig och minska sitt födointag. Våra resultat pekar i den motsatta riktningen och visar att musslor på och i närheten av verken har en bättre näringsstatus än musslor långt från verket. Den ljuspuls som diskuterats var dessutom på åtta meters djup bara märkbar under några få, tämligen lugna dagar med intensivt solsken. Slutsatsen av vårt arbete är att man i framtiden bör koncentrera sig på att studera reveffektens inverkan på en ekosystemnivå. Under de närmaste åren kommer parker i storleksklassen tjugo till fyrtio verk att byggas på flera platser runt Sveriges kuster. Detta ger ett utmärkt tillfälle att studera den samlade effekten av en hel vindkraftspark innan man eventuellt går vidare med riktigt stora parker på Östersjöns utsjöbankar. Branover, G.G., Vasil'yev, A.S., Gleyzer, SI., Tsinober, A.B A study of the behavior of the eel in natural and artificial and magnetic fields and an analysis of its reception mechanism. J. Ichthyol. 11 (4) Dirksen, S., and Spaans, A.L Noctural collision risk of birds with wind turbines in tidal and semi-offshore areas. In Wind energy and Lanscapes. (eds. Ratto & Solari). Balkerna. Rotterdam. Gilek, M., Littorin, B., Saetre, P Spatial patterns of abundance and growth of Mytilus edulis on boulders in the Northern Baltic Sea proper. Hydrobiologia 452(1-3) Lange, B., Larsen, S., Hojstrup, J. and Barthelmie, R Importance of thermal effects and sea surface roughness for offshore wind resource assessment. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 92(11), Malm T., Engkvist R. and Råberg S. Nordic manta tow diving; a method to survey shallow vegetation in temperate areas. Submitted to Aquatic Botany. Shaw S Enabling offshore windd evelopments. European Wind Energy Association. Brussels Belgium 132 pp. Sida 11

14 Strachlan, P.A. and Lal, D Wind energy policy, planning and management practice in the UK, Hot air or a gathering storm? Regional Studies 38 (5), Street, P. and Miles, I, Transition to alternative energy supply technologies - The case of windpower. Energy Policy 24 (5), Sida 12