Försurning Johan Ahlström
Innehåll Vad menas med försurning? Varför har vi försurning? Försurningsteori och modeller Återhämtning och nuläge
Vad menas med försurning? Naturlig försurning Surt vatten Antropogen försurning
Djup (cm) Naturlig försurning 0 ph 5.5 6 6.5 7 1 2 Rekonstruering av ph med hjälp av kiselalger i sjösediment 50 100 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 150 200 250 300 3 350 Exempel: Källsjön
Djup (cm) Naturlig försurning kan leda till surt vatten 0 ph 5.5 6 6.5 7 1 2 Surt vatten behöver således inte vara orsakat av antropogen försurning! 50 100 År 0 Låg buffringsförmåga Organiska syror Högt koldioxidtryck Geologiskt sulfat 150 200 250 3 300 350 Exempel: Källsjön
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
Känsliga Sverige Svårvittrad berggrund Kallt klimat
Surt vatten organiska syror Organiska syror förbrukar alkalinitet och sänker ph
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)
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
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 0,1 0 980319 980401 980415 980429 980526 980612 4,5 980319 980401 980415 980429 980526 980612 Sjömitt, 0,5m Sjömitt, 2m Sjömitt, botten Sjömitt, 0,5m Sjömitt, 2m Sjömitt, botten
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 5,5 5 990308 990329 990404 990406 990415 990419 990422 990426 990429 990504 990511 990517 990526 990614 ph ph_luftat
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)
Naturligt sura sjöar
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 )
Varför har vi antropogen försurning? Svaveldioxid och kväveoxider: Utsläpp, trender och nedfall Avgång av ammoniak Skörd av skogsråvara: Teori, trender och effekter
Svaveldioxid 90 % från utlandet
Svaveldioxid elproduktion med fossila bränslen Inom EU närmare hälften
Svaveldioxid elproduktion med fossila bränslen Globalt drygt 2/3-delar
Svaveldioxid - svenska utsläpp Tusen ton
Svaveldioxid utsläppen minskar
Svaveldioxid utsläppen minskar EU:s Takdirektiv Göteborgsprotokollet LCPdirektivet Svaveldirektivet Differentierade farledsavgifter
Kväveoxider svenska utsläpp Tusen ton
Kväveoxider utsläppen minskar
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
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
Allting kommer tillbaka! Torrdeposition Våtdeposition Svaveldioxid Svavelsyra Surt regn
ph i nederbörden
Nedfall av svavel, uppmätt Krondroppsnätet
Nedfall av svavel
Nedfall av svavel, modellerat
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
Skörd av skogsråvara Ökad tillväxt ger ökad försurning Ökat uttag ger ökad försurning
Skörd av skogsråvara Uttag av GROT dubblerar effekten Störst effekt i granskog
Skörd av skogsråvara - GROT GROT-uttaget har stagnerat
Skörd av skogsråvara - GROT Länsvis GROT-uttag 2011-2013
Skörd av skogsråvara - GROT Askåterföring motverkar försurningseffekten
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
Försurningsteori och försurningsmodeller? ph, alkalinitet och ANC Markens betydelse för försurningseffekten i sjöar och vattendrag Hydrologi och surstötar Försurningsmodeller och MAGIC
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 )
ph och buffringsförmåga ph 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 8 4 7,5-0,5-0,3-0,1 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)
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
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
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
Mark och hydrologi Stora variationer i tid och rum Avrinningsområdet en mosaik av olika egenskaper Variationen i nederbörd
Avrinningsområdet en mosaik av olika egenskaper Bergarter/mineral Jordarter Markdjup Markanvändning Trädslag Beståndsålder
Hydrologi
Hydrologi
Hydrologi
Hydrologi Surstöt Ett naturligt fenomen som förstärks av sur nederbörd
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
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 - 3 3 3 HCO - HCO - 3 3 X X
Markens respons på sur nederbörd Det är bara i områden med känslig mark som vi hittar försurade sjöar
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
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
Försurningsmodeller MAGIC (Model of Acidification of Groundwaters in Catchments) En budget för baskatjoner ph ANC Alkalinitet Baskatjoner sulfat = ANC
Försurningsmodeller MAGIC (Model of Acidification of Groundwaters in Catchments) Naturligt Hög belastning Återhämtning Vittring
Försurningsmodeller MAGIC
Svavel nedfall, kg/ha/yr, havssalt borträknat Försurningsmodeller Dåtid (naturlig) Nuläge Framtid 35 30 25 20 15 10 5 0 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
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
Återhämtning och nuläge Uppmätta och modellerade trender i sjöar Nuläge i sjöar Uppmätta trender i vattendrag
Försurade sjöar uppmätta trender
Försurade sjöar modellerade trender ph 1860 ph 1990 ph 2010 ph 2100
Kemisk återhämtning, modellerad återhämtning Återhämtning av försurade sjöar (sjöar som klassades som försurade 1990)
Nuvarande försurningsläge Omdrevsprogrammet: 5 084 sjöar Försurningsbedömning med MAGIC-biblioteket Ungefär 10 % försurade sjöar Försurad: Minskning i ph > 0,4 enhet jfr 1860
Nuvarande försurningsläge Omdrevsprogrammet: 5 084 sjöar Försurningsbedömning med MAGIC-biblioteket Ungefär 9 700 försurade sjöar
Försurade sjöar MAGIC vs verkligheten
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
Lägsta ph under vårflod 12 vattendrag i Västerbotten, lägsta ph under vårflod 4-5 lägsta ph-värden under vårflod 1993-2014 4-5 högsta ph-värden under vårflod 1993-2014
Biologisk återhämtning, exempel Kemisk gräns för försurning: DpH < 0,4 ph 5,5 motsvarar MISA: Måttligt surt ph 5,1 motsvarar MISA: Surt
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
Dags för en styrketår!