Försurning. Johan Ahlström

Transkript

1 Försurning Johan Ahlström

2 Innehåll Vad menas med försurning? Varför har vi försurning? Försurningsteori och modeller Återhämtning och nuläge

3 Vad menas med försurning? Naturlig försurning Surt vatten Antropogen försurning

4 Djup (cm) Naturlig försurning 0 ph Rekonstruering av ph med hjälp av kiselalger i sjösediment År 0 1) Kalkning ph stiger till följd av kalkning 2) Antropogen försurning ph sjunker snabbt till följd av surt nedfall 3) Naturlig försurning ph sjunker sakta till följd av naturliga processer Exempel: Källsjön

5 Djup (cm) Naturlig försurning kan leda till surt vatten 0 ph Surt vatten behöver således inte vara orsakat av antropogen försurning! År 0 Låg buffringsförmåga Organiska syror Högt koldioxidtryck Geologiskt sulfat Exempel: Källsjön

6 Surt vatten låg buffringsförmåga Buffringsförmågan (ofta mätt som alkalinitet) genereras vid vittringen av markmineral Baskatjoner (BC*) frigörs vid vittring i samma mängd som alkalinitet och är ett mått på den alkalinitet som vattnet skulle ha om inga syror tillkommer Låg baskatjonhalt indikerar liten förmåga att neutralisera syror, dvs ett försurningskänsligt vatten Baskatjoner = kalcium, magnesium, natrium och kalium

7 Känsliga Sverige Svårvittrad berggrund Kallt klimat

8 Surt vatten organiska syror Organiska syror förbrukar alkalinitet och sänker ph

9 Surt vatten organiska syror Organiska syror = humussyror Dött organiskt material från produktionen av biomassa på land Svaga syror som förbrukar alkalinitet Fungerar som buffert i sura vatten (därför åtgår mer kalk för att höja ph i ett brunt vatten)

10 Surt vatten organiska syror Mängden organiska syror analyseras indirekt i form av TOC (Total Organic Carbon), Absorbans eller färgtal Färgtal 100 mg/l motsvarar ungefär en förbrukning av alkalinitet på 0,05 mekv/l Färgtal 200 mg/l: 0,10 mekv/l Färgtal 300 mg/l: 0,15 mekv/l

11 Surt vatten - koldioxidtryck Förhöjt partialtryck av koldioxid sänker ph, men inte alkaliniteten Alkalinitet ph Alkalinitet (mekv/l) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 ph 7,5 7 6,5 6 5,5 5 0, , Sjömitt, 0,5m Sjömitt, 2m Sjömitt, botten Sjömitt, 0,5m Sjömitt, 2m Sjömitt, botten

12 Surt vatten - koldioxidtryck Luftat ph visar effekten av förhöjt partialtryck av koldioxid på ph Även under högflöden i vattendrag ses en viss effekt av koldioxid Om hanteringen på lab innebär att proven luftas, så höjs ph 8 7,5 7 ph 6,5 6 5, ph ph_luftat

13 Surt vatten geologiskt sulfat Geologiskt sulfat kan finnas i berggrunden eller i sediment frigörs vid oxidation Störst problem i marker som tidigare legat under havsytan (svartmocka)

14 Naturligt sura sjöar

15 Naturlig försurning En långsam process sedan förra istiden. Naturlig försurning kan leda till sura vatten Surt vatten Sura vatten behöver inte vara försurade. Däremot är de ofta känsliga för antropogen försurning Antropogen* försurning Minskat ph orsakat av människan *Antropogen = Av människan skapat (från grekiskans anthropos och genese )

16 Varför har vi antropogen försurning? Svaveldioxid och kväveoxider: Utsläpp, trender och nedfall Avgång av ammoniak Skörd av skogsråvara: Teori, trender och effekter

17 Svaveldioxid 90 % från utlandet

18 Svaveldioxid elproduktion med fossila bränslen Inom EU närmare hälften

19 Svaveldioxid elproduktion med fossila bränslen Globalt drygt 2/3-delar

20 Svaveldioxid - svenska utsläpp Tusen ton

21 Svaveldioxid utsläppen minskar

22 Svaveldioxid utsläppen minskar EU:s Takdirektiv Göteborgsprotokollet LCPdirektivet Svaveldirektivet Differentierade farledsavgifter

23 Kväveoxider svenska utsläpp Tusen ton

24 Kväveoxider utsläppen minskar

25 Kväveoxider Kväveoxider neutraliseras i samband med upptag i vegetationen och försurar enbart vid kvävemättnad (dvs när vegetationen inte förmår att ta upp mera kväve). Kvävemättnad syns i form av uppmätt nitrat (NO 3 ) i sjöar och vattendrag

26 Ammoniak Kommer från djurhållning och naturgödsel Är ett alkaliskt ämne som omvandlas till ammonium i atmosfären och därmed höjer ph I samband med bioupptag eller nitrifikation kan ammonium bidra till försurning

27 Allting kommer tillbaka! Torrdeposition Våtdeposition Svaveldioxid Svavelsyra Surt regn

28 ph i nederbörden

29 Nedfall av svavel, uppmätt Krondroppsnätet

30 Nedfall av svavel

31 Nedfall av svavel, modellerat

32 Skörd av skogsråvara Skogen försurar genom näringsupptag av positiva joner (baskatjoner) i utbyte mot vätejoner (H + ) Träden lånar dessa joner från marken De betalas tillbaka när träden dör och förmultnar Vid skörd blir förlusten permanent

33 Skörd av skogsråvara Ökad tillväxt ger ökad försurning Ökat uttag ger ökad försurning

34 Skörd av skogsråvara Uttag av GROT dubblerar effekten Störst effekt i granskog

35 Skörd av skogsråvara - GROT GROT-uttaget har stagnerat

36 Skörd av skogsråvara - GROT Länsvis GROT-uttag

37 Skörd av skogsråvara - GROT Askåterföring motverkar försurningseffekten

38 Utsläpp av svavel Främst från koleldad elkraft i utlandet. Omvandlas till syra och ger surt regn över Sverige Utsläppen av svavel har minskat I Europa har utsläppen minskat med ca 70 %. Nedfallet av syra över Sverige har minskat i samma grad Skogsbruk försurar marken Tillväxten försurar och skörd gör att effekten består Ökad tillväxt och större skörd ger mera försurning

39 Försurningsteori och försurningsmodeller? ph, alkalinitet och ANC Markens betydelse för försurningseffekten i sjöar och vattendrag Hydrologi och surstötar Försurningsmodeller och MAGIC

40 ph och buffringsförmåga ph anger surhet Logaritmiskt mått på mängden vätejoner ph 5 är 100 gånger surare än ph 7 Alkalinitet anger förmågan att neutralisera vätejoner - buffringsförmågan Titreras till 5,4 ~ vätekarbonat ANC (Acid Neutralizing Capacity) är ett mått på buffringsförmågan som även innefattar organiska syror Beräknas som: Ca+Mg+Na+K-SO 4 -NO 3 -Cl = Ca*+Mg*+Na*+K*-SO 4 *-NO 3 = BC* - SO 4 *-(NO 3 )

41 ph och buffringsförmåga ph 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4, ,5-0,5-0,3-0,1 0,1 0,3 0,5 Alkalinitet (mekv/l) 7 ANC är enkel att modellera, men har svag koppling till biologiska effekter i humösa vatten ph och ANC ph och alkalinitet ph 6,5 6 5,5 5 4,5 4-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ANC (mekv/l)

42 ph och buffringsförmåga 0,5 0,4 Alkalinitet (mekv/l) 0,3 0,2 0,1 0-0,1-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ANC (mekv/l) ANC Alkalinitet + (0,0063 * TOC) Alkalinitet och ANC

43 Mark och hydrologi Bara en liten del av nederbörden (1-2 %) hamnar direkt på vattenytor Därför Avrinningsområdets karaktär och vattnets transportvägar och uppehållstid avgör vattenkvalitén Surt regn behöver inte leda till sura sjöar och vattendrag

44 Mark och hydrologi Högt ph Lättvittrade mineral Ex. kalkspat (kalk) Finkorniga jordar Lång uppehållstid för vattnet i marken Låg tillförsel av organiskt material Lågt ph Svårvittrade mineral Ex. kvarts Grovkorniga jordar Kort uppehållstid för vattnet i marken Hög tillförsel av organiskt material

45 Mark och hydrologi Stora variationer i tid och rum Avrinningsområdet en mosaik av olika egenskaper Variationen i nederbörd

46 Avrinningsområdet en mosaik av olika egenskaper Bergarter/mineral Jordarter Markdjup Markanvändning Trädslag Beståndsålder

47 Hydrologi

48 Hydrologi

49 Hydrologi

50 Hydrologi Surstöt Ett naturligt fenomen som förstärks av sur nederbörd

51 Försurning av sjöar och vattendrag Marken i avrinningsområdet har en avgörande betydelse för kopplingen mellan surt nedfall och försurade sjöar och vattendrag Variationerna i tid och rum medför en komplexitet som är närmast oändlig

52 Markens respons på sur nederbörd H + H + SO 2-4 H + H + H + H + SO 2-4 SO 2-4 Från luften Till vattnet Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Mg 2+ H + H + Ca 2+ Ca 2+ H + H + SO 4 2- SO 2-4 SO 2-4 Mg 2+ Mg 2+ Mg 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ HCO - 3 HCO - 3 HCO - HCO - HCO - 3 HCO HCO - HCO X X

53 Markens respons på sur nederbörd Det är bara i områden med känslig mark som vi hittar försurade sjöar

54 Grundläggande frågeställning vid försurningsmodellering Hur stor är markens förmåga att neutralisera syra med jonbyte? Hur påverkar detta marken över tiden = hur mycket sjunker basmättnadsgraden? Hur snabb är markens återhämtning = vittringshastigheten

55 Försurningsmodeller Varför behövs modeller? Till följd av att naturligt ph varierar kraftigt i tid och rum kan försurning inte mätas Vi saknar tillförlitliga mätningar av ph från tiden innan försurning Alternativ? Biologiska förändringar Äldre dokumentation (muntlig/skriftlig) Rester i sediment Avsaknad av reproduktion för långlivade arter

56 Försurningsmodeller MAGIC (Model of Acidification of Groundwaters in Catchments) En budget för baskatjoner ph ANC Alkalinitet Baskatjoner sulfat = ANC

57 Försurningsmodeller MAGIC (Model of Acidification of Groundwaters in Catchments) Naturligt Hög belastning Återhämtning Vittring

58 Försurningsmodeller MAGIC

59 Svavel nedfall, kg/ha/yr, havssalt borträknat Försurningsmodeller Dåtid (naturlig) Nuläge Framtid

60 Marken bestämmer Svårvittrade markmineral och grovkorniga jordar ger dåligt skydd mot försurning ph sjunker vid höga flöden Ytlig och snabb vattentransport genom marken medför sänkt ph Försurningsmodeller är osäkra men nödvändiga

61 Återhämtning och nuläge Uppmätta och modellerade trender i sjöar Nuläge i sjöar Uppmätta trender i vattendrag

62 Försurade sjöar uppmätta trender

63 Försurade sjöar modellerade trender ph 1860 ph 1990 ph 2010 ph 2100

64 Kemisk återhämtning, modellerad återhämtning Återhämtning av försurade sjöar (sjöar som klassades som försurade 1990)

65 Nuvarande försurningsläge Omdrevsprogrammet: sjöar Försurningsbedömning med MAGIC-biblioteket Ungefär 10 % försurade sjöar Försurad: Minskning i ph > 0,4 enhet jfr 1860

66 Nuvarande försurningsläge Omdrevsprogrammet: sjöar Försurningsbedömning med MAGIC-biblioteket Ungefär försurade sjöar

67 Försurade sjöar MAGIC vs verkligheten

68 Återhämtning i vattendrag Men vattendragen då? Ungefär lika stor (liten) återhämtning som sjöarna avseende årsmedelvärde Men den biologiska effekten beror främst på förhållandena under surstötarna Försurningens betydelse vid surstötar har minskat Det saknas nationell övervakning av vattenkemi under surstötar MAGIC modellerar årsmedelvärden, inte extremvärden

69 Lägsta ph under vårflod 12 vattendrag i Västerbotten, lägsta ph under vårflod 4-5 lägsta ph-värden under vårflod högsta ph-värden under vårflod

70 Biologisk återhämtning, exempel Kemisk gräns för försurning: DpH < 0,4 ph 5,5 motsvarar MISA: Måttligt surt ph 5,1 motsvarar MISA: Surt

71 Ungefär 40 % av de försurade sjöarna klassas inte längre som kemiskt försurade Ungefär 10 % av landets sjöar klassas fortfarande som kemiskt försurade Kemisk återhämtning innebär inte att biologin är opåverkad av försurning

72 Dags för en styrketår!