Projekt Turingen Utredning: Kvicksilveravgång från intakta sedimentkärnor med och utan geltäcke

Projekt Turingen Utredning: Kvicksilveravgång från intakta sedimentkärnor med och utan geltäcke J. Skarp Markus Meili & Jonny Skarp 2002 På uppdrag av Nykvarns kommun Stockholms universitet Institutet för tillämpad miljöforskning (ITM) Laboratoriet för akvatisk miljökemi SKARPS Miljöteknik

Kvicksilveravgång från intakta sedimentkärnor med och utan geltäcke Rapport från en utredning inom: Projekt Turingen: Muddring, övertäckning, och gelinkapsling av kvicksilverförorenade sjösediment. Ett saneringsprojekt med stöd av Miljödepartementet, Naturvårdsverket, och EU:s miljöfond Life Environment. http://www.nykvarn.se Projektledning: Ronald Bergman <kemsta@telia.com> Miljöförvaltningen Nykvarns kommun 155 80 Nykvarn 2002-03-15, komplettering av rapportversion 2000-12-18 Författare: Markus Meili och Jonny Skarp Skarps Miljöteknik Tel/Fax: 0142-240 54 ITM Tel: 08-674 72 17 Ramshult Mobiltel: 0708-240 541 Stockholms Universitet Fax. 08-674 76 36 595 91 Mjölby E-post: jonny.skarp@swipnet.se 106 91 STOCKHOLM E-post: Markus.Meili@itm.su.se

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök i Innehållsförteckning SAMMANFATTNING...1 1 INLEDNING...2 2 UPPLÄGG...3 3 GENOMFÖRANDE...5 3.1 UPPTAG AV INTAKTA SEDIMENTKÄRNOR...5 3.2 APPLICERING AV GEL...6 3.3 GASGENOMSTRÖMNINGSSYSTEM...7 3.4 DRIFT OCH PROVTAGNING...8 3.5 GÖDNING...9 3.6 UPPFÖLJNING...10 4 RESULTAT...12 4.1 GELTÄCKE: TJOCKLEK OCH KOMPAKTERING...12 4.2 GELTÄCKE: OKULÄRA FÖRÄNDRINGAR...13 4.3 GELTÄCKE OCH SEDIMENT: ANALYSRESULTAT...15 4.4 VATTEN: TIDSSERIER...19 4.5 VATTEN: JÄMFÖRELSE AV OLIKA FÖRHÅLLANDEN...29 4.6 GASUTBYTE: AVGÅNG ELLER FASTLÄGGNING?...33 4.7 BIOTURBATION...34 5 SLUTSATSER...36 6 RELATERAD LITTERATUR...39 7 BIBLIOGRAFI OM TURINGEN...40

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 1 (41) Sammanfattning Kvicksilveravgången från förorenat sjösediment med och utan geltäcke har studerats i laboratorieskala. Intakta sedimentkärnor från ett djupområde i Turingen (Nykvarns kommun) inkuberades med och utan tillförsel av syre, efter att en del av dem hade täckts med antingen ett tunt (c:a 2 cm) eller tjockt (c:a 6 cm) täcke av gel bestående av aluminiumhydroxid med medfälld sand och fiber. Avgången av kvicksilver både till vattnet och i gasform uppmättes under upp till tio månaders tid. Under den tiden varierades förhållanden i vattnet, bland annat genom stegvist ökande tillsats av bakterienäring för att täcka in hela spännvidden i redoxpotential som observerats i sjöns bottenvatten. Kvicksilverhalterna i vattnet ovanför det kraftigt förorenade sedimentet var ofta lägre än i Turingens ytvatten, och lägre än i många svenska sjöar utan förorening, även efter flera månaders exponering med minimalt vattenutbyte och utan geltäcke. Likaså var kvicksilveravgången från sediment under större delen av experimentet minimal, både till vattnet och till luften, både med och utan syre, och både med och utan geltäcke. På så vis har det varit svårt att bedöma gelens effekter på kvicksilveravgången, även om vissa skillnader i vattenkemi mm har kunnat observeras. Men även med ett brett register av behandlingar kunde de höga kvicksilverhalterna i Turingens bottenvatten inte simuleras i full omfattning, inte ens utan geltäcke. Försöket visar på olika sätt att kvicksilver i orörda förorenade sediment har en låg mobilitet. En gödning som skulle motsvara en vårblomning resulterade i förändringar, som dock var minimal när det gäller kvicksilver, både med och utan syretillförsel. Först ytterligare en tio gånger större näringstillsats resulterade i kraftigt reducerande förhållanden liknande de i sjön, och i en tydlig avgång av kvicksilver från sedimentet, både med och utan geltäcke. Förloppet visade sig vara reversibelt, även i till synes stängda och opåverkade system. Övertäckning av sediment hade sammantaget en överraskande liten och ofta ingen påtaglig effekt på försöksutfallet. En viss dämpning av redoxberoende förlopp kunde observeras, men betydligt mindre än väntat utifrån det till synes kraftiga ingreppet och utifrån de konstanta och jämna kvicksilverhalterna i själva geltäcket. Geltäckets kvicksilverhalter var i regel över 500 gånger lägre än sedimentets halter, ändå skilde sig kvicksilverhalterna i överliggande vattnet i regel inte mer än en faktor 3, och de var inte sällan högre i system med geltäcke. Geltäckets mäktighet verkar ha mycket mindre betydelse än dess renhet.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 2 (41) 1 Inledning Sjön Turingen vid Nykvarn i Södertälje kommun är en av Stockholms läns mest kvicksilverkontaminerade sjöar. Kontamineringen har skett genom tidigare utsläpp från pappersindustri uppströms. Sanering av systemet har påbörjats genom muddring och övertäckning/omledning av Turingeån 1995, samt muddring och övertäckning av mynningsområdet i sjön med geotextil/mosand/bergkross under hösten/våren 1999/2000. Som ett tredje steg kommer större delen av sjön att täckas med ett konstgjort sediment (gel) för att hindra avgång av kvicksilver från sediment även utanför mynningsområdet. Gelen har tagits fram av Vattenresurs AB med syfte att bilda ett artificiellt sedimenttäcke som skall hindra kvicksilveravgång från förorenat sediment till sjöns vattenfas och därmed hindra spridningen av i botten deponerat kvicksilver. Gelen har testats tidigare med avseende dels på kvicksilvernedhållande förmåga, dels på strömningstålighet och självläkning vid gasavgång. För att undersöka gelens förmåga att minska avgången av kvicksilver från förorenade sediment till vattnet har nu ytterligare ett försök i laboratorieskala utförts med intakta sedimentkärnor tagna på ett djupområde i södra Turingen med förorenade sediment och tidvis syrefritt vatten. Sedimenten inkuberades med och utan geltäcke under flera månaders tid (feb-nov 2000) och utsattes samtidigt för en rad olika behandlingar, ffa. varierande syrehalt och redoxpotential. Kvicksilverhalter och andra förhållanden undersöktes periodiskt, främt i vattnet men även gelen. Ett enklare laboratorieförsök med liknande syfte som hade genomförts tidigare visade en avsevärd kvicksilveravgång från initialt omrörda sediment och en effektiv hämning genom geltäckning, men det försöket genomfördes under andra och mindre välkontrollerade betingelser och med en annan sammansättning på gelen än den nuvarande. Därför beslutades att ett nytt försök i laboratorieskala skulle utföras med den gelkomposition som kommer att användas vid täckningsarbetena i sjön under 2002. Detta projekt är ett led i utvärderingen av Vattenresurs AB:s patenterade s.k Covermetod och teknik som bygger på att skapa ett artificiellt sediment (benämns i rapporten som gel) för att täcka det förorenade sedimentet och därigenom minska sjöns internbelastning med kvicksilver från sedimentet genom återlösning, resuspension och bioturbation. På så sätt hindras ytterligare spridning av kvicksilver. Täckningen består i huvudsak av en gel av aluminium-hydroxid Al(OH) 3 med tillsats av bärarmaterial. Föreliggande rapport är utarbetad av Markus Meili (Stockholms universitet, Institutet för tillämpad miljöforskning, ITM) som också har haft planeringsansvar, och Jonny Skarp (Skarps miljöteknik) som även har genomfört praktiskt taget hela försöket inkl provtagningar och diverse mätningar. Kemiska analyser utfördes till största del vid ITM. Försöket genomfördes på uppdrag av Nykvarns kommun inom Projekt Turingen. Vi vill rikta ett stort tack till alla som har bidragit till att ro detta komplexa projekt i hamn för ett gediget och omtänksamt arbete. Det gäller arbetet i alla led: sedimentupptagning ur sjön, gelläggning, inkubering, provtagning (skiktning), provhantering, provberedning, och all analys. Utan särskild omsorg hade de viktigaste resultaten sannolikt inte framträtt lika tydligt, bland annat eftersom försöket gällde ett reaktivt och flyktigt ämne och byggde på en kombinationen av mycket rena och kraftigt förorenade material, vilket medförde en extremt hög risk för kontaminering och lagringseffekter.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 3 (41) 2 Upplägg Turingen har under många år visat dels höga kvickilverhalter i fisk, dels höga kvicksilverhalter i vattnet. I vattnat är halterna särskilt höga under syrefria och kraftigt reducerande förhållanden, vilka är vanliga i bottenvattnet när sjön har skiktat sig. Den främsta målsättningen med försöket var att utröna huruvida en övertäckning med en aluminiumhydroxid-baserad gel kan minska läckage av kvicksilver från förorenade sjösediment, och hur ett sådant geltäcke bör utformas i en sjö. Dessa undersöktes främst genom att följa kvicksilverhalterna samt en rad andra variabler i vattnet ovanpå intakta sedimentkärnor, men också kvicksilverinnehållet i geltäcket och underliggande sediment, vid en rad olika förhållanden: Geltäcke av varierande tjocklek Varierande syresättning spännvidd i redoxpotential, detta bland annat för att simulera bottnar på olika djup i sjön under olika årstider. Särskild vikt fästes vid att simulera naturliga förhållanden i sjön och att följa snabba och långsamma förändringar: Intakta sedimentkärnor som utgångsmaterial Långa inkuberingstider Regelbundna provtagningar (tidsserier). Försökets uppläggning styrdes av strävan att optimera tolkningsmöjligheterna: Tre replikat för varje behandling (initialt). Parallella mätningar i olika referenssystem med avvikande behandling, inklusive sediment utan geltäcke, och vatten utan sediment. Kontinuerlig registrering av bakgrundsdata och förhållanden, dels genom fotografering, dels genom mätning av en rad variabler som beskriver systemens grundläggande karaktär. Det relativt omfattande och konsekventa programmet skulle generera resultat som belyser dels gelläggningens olika effekter och bieffekter, dels grundläggande processer av allmänt intresse rörande förorenade sediment. Försöket har genomförts i olika faser som har avlöst varandra i samma system (Figur 1): (1) Långtidsinkubering med eller utan syretillförsel, bland annat för att simulera olika skiktningsförhållanden i sjön. I syresatta system byttes vattnet efter några veckor mot ytvatten som hade samlats in i Turingen samtidigt som sedimenten, vilket ledde till en uppdelning i fas 1a och 1b. Det föranleddes av ett missöde, men gav samtidigt en bättre simulering av förhållanden i sjön under cirkulation, samt intressanta data som resultat av själva vattenbytet. (2) Tillsats av bakterienäring till vattnet för att stimulera mikrobiell aktivitet och på så vis simulera nedbrytningen av organiskt material som produceras i sjön ffa. sommartid. Syftet var dels att skapa reducerande förhållanden i syrefria system vilket ofta leder till höga halter av kvicksilver, ffa. metylkvicksilver, dels att studera den eventuella bakteriella inverkan på kvicksilverhalterna. Systemen

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 4 (41) bubblades periodvis (vanligen en stund varje dag) antingen med luft eller med kvävgas. (3) Tiofaldigt större tillsats av samma bakterienäring för att skapa kraftigt reducerande förhållanden i de syrefria systemen, dvs samma redox-förhållanden som observerats i Turingens bottenvatten sommartid. Till skillnad från förra fasen valdes nu helt stagnanta förhållanden utan gastillförsel (förutom till sköljning av överliggande luftutrymmet efter provtagning för att snabbt avlägsna allt syre). (4) Bioturbationens inverkan på sediment och geltäcke, vilket undersöktes genom tillsats av bottendjur till ett syresatt sediment med geltäcke efter avslutning av huvudförsöket. Kvarvarande sedimentsystem bevarades för ytterligare provtagningar eller försök. Tillsats: Gel Fas 1 Näring Fas 2 Näring10x Fas 3 Sjövatten Sjövatten Sjövatten Gasflöde luft / kväve luft / kväve inget Datum (2000): 20feb 17mar22 1maj 10jul 10sep 25sep 11dec Nr Geltäcke Luft 2 inget S 3 inget 1 inget 6 S 5 4 9 S 8 7 11 S 10 S 13 inget S 12 inget 14 inget 17 S 16 15 20 S 19 18 22 S 21 S 0 sjövatten utan sediment och gel Figur 1: Upplägget av hela gelförsöket, med olika behandlinger, olika faser med olika tillsatser, och sedimentprovtagningar efter demontering av system (S). Se även Tabell 1.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 5 (41) 3 Genomförande De diskussioner som förts har i korthet lett fram till följande uppställning: 22 intakta sedimentproppar samt överstående sjövatten togs ut från en representativ djupbotten i sjön Turingen (Figur 2) med 1m långa genomskinliga rör. Rören förseglades för att sedan försiktigt fraktas till en försökslokal där det rådde halvmörker och en temperaturer på initialt 16 grader. Rören monterades i ställningar (Figur 3) och kopplades till en gasgenomströming med en gasfälla fylld med surgjord kaliumpermanganatlösning. Nummer 1-11 försågs med luft, medan nummer 12-22 försågs med kvävgas. I två triplikat förblev sedimentytan orörd under hela försöket. I övriga rör lades försiktigt en färsk gel som förfälldes med vatten ur samma rör. Geltäckets mäktighet var tänkt att bli 3 cm i två triplikat respektive 10 cm i resterande 10 rör. Med varierande intervall (dagar till veckor) togs vatten ut med teflonslang för mätning av enklare variabler med elektrod eller för transport till laboratorium för kemisk analys. Sediment togs ut vid tre tillfällen och skiktades i 1-cm skikt för kemisk analys. I alla led lades särskild vikt på att minimera kontaminering och lagringseffekter. 3.1 Upptag av intakta sedimentkärnor Den 19/2-2000 togs 22 st sedimentproppar från 7 meters djup mellan mynningsområdet och djuphålan i Turingens södra del (Figur 2). Dessa proppar togs till en längd på ca 30 cm med hjälp av 100 cm långa rör av genomskinlig acrylplast med ytterdiametern 70 mm och med en inre diameter på 63 mm. I samma område togs även 3 proppar där sedimentytan (0-2 cm) skivades av och skickades för analys. Sedimenten togs från is varför det var relativt enkelt att få samma höjd på sedimentpropparna (ca 20-25 cm) och att ta prov inom ett väldefinierat område. Rören förseglades i botten med polyetenlock och PVC-tape och i toppen för transporten med 1-liters fryspåse och PVC-tape. Rören packades stående och mörkt för transport till försökslokalen. I försökslokalen, som under försökets gång endast använts till detta försök, ställdes rören i ställ, fortfarande med transporttäckningen på. Temperaturen i lokalen ställdes till 16 grader. Lokalen mörklades så pass att man med svårighet kunde läsa text på vitt papper. Rören monterades i ställningar (Figur 3) och numrerades från 1 till 22. Samtliga rör försågs med tät kork av polyeten (silikon o-ring) med anslutning för till- och frånflöde av bubblingsgas. Efter varje rör kopplades en gastvättflaska fylld med surgjord kaliumpermanganatlösning. Sedimentrören och gasfällorna kopplades ihop via munstycken till två pumpsystem: Nummer 1-11 försågs med luft, nummer 12-22 försågs med kvävgas.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 6 (41) Sedimentuttag Figur 2: Provtagningsplats för sedimentuttag i södra delen av sjön Turingen. 3.2 Applicering av gel I rör 1, 2, 3, 12, 13 och 14 förblev sedimentytan orörd under hela försöket. I övriga rör lades ett täcke av färsk gel som förfällts i vatten ur samma rör. Geltäckets mäktighet var tänkt att bli 3 cm i rör 4, 5, 6, 15, 16 och 17, respektive 10 cm i rör 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19, 20, 21 och 22. Den 20/2-2000 kom Sten-Åke Carlsson, Vattenresurs AB, med utrustning för att kunna tillverka sin gel. Receptet är inte tillgängligt, men i stort består det av aluminiumklorid som får reagera med lut och bilda aluminiumhydroxid. När flocken bildas fälls tillsatta fibrer och sand med för att bilda ett snabbsjunkande och erosionssäkert sediment. Fibern har även den fördelen att den vid nedbrytning kan bidra till bindning av kvicksilver. Gelen fälldes i 800 ml vatten som tagits ur de tillgängliga 2 300 ml i ett rör med sediment. När gelen hade fällts hälldes den försiktigt tillbaka i röret. Kemikalierna beräknades ge ett geltäcke med mäktigheten 3 respektive 10 cm efter några dagars kompaktering. Sten-Åke reserverade sig för den förändring det innebär för gelen att efter bildandet och påbörjad sedimentering hällas över i annan behållare. Att detta påverkade gelen syntes tydligt. En störning ger mindre flockstorlek vilket i sig ger kompaktare gel. När gel applicerats i de rör som skulle innehålla gel täcktes rörens öppning över med 1- liters plastpåsar av samma sort som använts vid transporten från sjön, denna gång endast för att förhindra eventuellt partikelnedfall från rummets luft. Rören numrerades (Figur 1, Tabell 1) och ställdes i ordning så att de aeroba rören placerades i ett ställ och de anaeroba i ett annat.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 7 (41) Figur 3: Bild tagen direkt efter att sista röret försetts med gel. Arbetet gick från vänster till höger och tog ca 5 timmar. De 6 första rören är försedda med gel som skulle ge ett täcke på 3 cm, medan de övriga rören skulle få ett geltäcke på 10 cm. 3.3 Gasgenomströmningssystem Fyra dagar efter gelläggningen försågs varje sedimentrör med en kork tillverkad av HDPE (högdensitets-polyeten) med en o-ring i silikon som tätning mot röret. Varje kork hade två hål, ett för gas in och ett för gas ut. För inkommande gas monterades en teflonslang (4/2mm PTFE) att mynna ca 15 cm över sediment/gel-ytan i de aeroba rören och ca 30 cm över sediment/gel-ytan i de anaeroba rören. För gastillförseln monterades två gasfördelningskopplingar av HDPE, en till aeroba rör och en till anaeroba rör, som kopplades ihop med teflonslangarna med hjälp av silikonskarvar och LDPE-slang. Till den aeroba sidan kopplades en luftpump för att ge ett svagt övertryck in i systemet. Övertrycket justerades med ett sidoutsläpp genom en kanyl. Luften togs direkt ur lokalen. Från start renades inte inkommande luft, men efter 24 dagar monterades två parallellkopplade gastvättflaskor med surgjord KMnO 4 -lösning (samma flasktyp och lösning som beskrivs nedan) mellan pump och fördelningskopplingen. Till den anaeroba sidan kopplades en kvävgastub. Fördelningskopplingen försågs med en 12 liters teflonpåse för gasprovtagning som utjämningsvolym vid gasflödesvariationer. Dessutom leddes ett sidouttag av gas genom en slang 10 cm under ytan i en behållare med vatten, vilket resulterade i en bubblande flödesindikator. På så vis hölls ett svagt övertryck på inkommande gas till rören.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 8 (41) Figur 4: Försöksuppställning med en del av gasfällorna, tre veckor efter tillsats och sedimentation av gelen. Bilden togs strax före vattenbyte efter ett baksug av permanganat från gasfällorna; rör 3 hade som framgår inte påverkats och rör 2 bara minimalt. Efter varje sedimentrör kopplades en kvicksilverfälla (Figur 4) i form av en gastvättflaska innehållande 125 ml surgjord kaliumpermanganatlösning (6 g/l KMnO 4 i 0,05 M H 2 SO 4 ). Till två av rören, rör 3 och 14, kopplades en extra flaska i serie för att kunna detektera ett eventuellt kvicksilvergenombrott genom den första gasfällan. 3.4 Drift och provtagning Fyra dagar efter gelläggningen startades gasbubblingen den 24/2-2000. Bubblingen skedde i regel ca 30 min per dag i de aeroba rören och ca 15 min i de anaeroba. Den kortare bubblingstiden i de anaeroba rören ansågs tillräcklig för omrörning samt för att driva ut kvicksilver samt eventuellt inträngande syre, bland annat eftersom syrediffusionen in i de tätade rören var betydligt lägre än syreförbrukningen i rören. Flödet justerades till ca 1 ml/sekund genom vardera rör och gastvättflaska och var

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 9 (41) konstant över tiden och jämnt mellan rören. Under en kortare tidsperiod i början (mellan 00-03-03 och 00-03-14) fick de aeroba rören genombubblas kontinuerligt för att vara säkra på att det alltid fanns tillräckligt med syre i rören. Vattenprov togs med vissa intervall (se Tabell 1) genom att överföra vatten medelst teflonhävert från mitten på vattenpelaren till glaskärl för elektrodmätningar (syrgas, redoxpotential, konduktivitet, ph) samt till 125 ml HDPE flaskor för analys av kvicksilver och andra ämnen. Vattnet för kvicksilveranalys konserverades med 5 droppar av nämnd KMnO 4 -lösning. Enkla eller flerdubbla blankprover togs regelbundet som referens. Sedimentprov togs vid olika tidpunkter (se Tabell 1, Figur 1) genom att demontera enstaka rörsystem och sedan varsamt dela upp gelen samt underliggande sediment i 1 cm tjocka skikt. Material togs försiktigt med sked från den homogena delen av geltäcket medan avvikande delar uteslöts. Provet överfördes till PE-burkar och förvarades fryst. Efter frystorkning analyserades vattenhalt, glödgningsförlust, samt kemisk sammansättning efter uppslutning. I samband med (strax innan) provuttaget den 14/3 orsakade ett kort strömavbrott att den kontinuerliga bubblingen stannade och baksug i systemet fick kaliumpermanganatlösning att gå baklänges till de med luft bubblade rören (Figur 4). Upp till 1 ml lösning kom att hamna i rören, vilket motsvarar en tillförsel av max 6 mg kaliumpermanganat. Permanganaten oxiderade en del av det oxiderbara i vattenpelaren och ytskiktet av sedimentet. Det permanganat som då reducerades till brunsten föll till botten samt fastnade på väggarna. Två dagar senare tömdes rören på vatten ned till ca 5 cm över gel/sedimentytan med hjälp av hävert. Nytt sjövatten (ytvatten taget 2000-02-17 och förvarat svalt och mörkt i tillslutna 25 l polyetendunkar) fylldes på i rören med hävert, läts stå några timmar, och tömdes sedan ut igen på samma sätt. Därefter fylldes rören upp igen. Slangar och tvättflaskor som hade kontakt med permanganat sköljdes med destvatten så att inga kemikalierester skulle kunna fungera som kvicksilverfälla. Bubblingen startades igen den 20/3; under tiden för rengöring/omstart stod rören öppna utan bubbling. Vi kan utgå ifrån att vattenbytet återställde förhållandena i stort, bland annat eftersom påverkan var begränsad redan innan vattenbytet: ph visade ingen märkbar ändring trots tillförseln av syre, och tillförseln av Mn var måttlig: maximalt 1 mg/l (jfr. med syrefritt bottenvatten ovanför sediment i sjön: 0.1-1 mg/l med kraftiga fluktuationer). Vattenbytet hade å andra sidan fördelen att medföra intressanta mätserier som gav insikt i diffusionen av lösta salter genom geltäcke och sediment. 3.5 Gödning Efter en initial provtagningsfas på flera månader (Fas 1, se Figur 1) hade redoxpotentialen i syrefria system trots uppenbar syrebrist fortfarande inte kommit ner till samma nivå som i sjöns bottenvatten. Därför utsattes de flesta av rörsystemen för en kraftig gödning genom tillsats av bakterienäring (Tryptic casein soy broth, Labassco / Tamro Medlab AB). Näringen tillsattes till sjövatten (ytvatten taget från den isfria sjön och förvarat svalt och mörkt i tillslutna 25 l polyetendunkar) som sedan användes för att byta ut vattnet ovanför sedimenten (se ovan). Den första näringstillsatsen doserades så att den skulle motsvara sedimentationen av en hel vårblomning (10 g helt färskt organiskt material per kvadratmeter sedimentyta). Därefter följde en provtagningsfas på

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 10 (41) två månader (Fas 2, se Figur 1). Även under denna fas hölls hälften av systemen syresatta genom luftbubbling (reducerad till ca 30 min ungefär varannan dag) och hälften syrefria genom kvävgasbubbling (reducerad till 15 min ungefär en gång i veckan). När effekterna av den första näringstillsatsen visade sig otillräckliga upprepades proceduren med en tiodubbel dos av samma näring. Därefter följde ytterligare en provtagningsfas på en månad (Fas 3, se Figur 1). Under denna fas behölls bara syrefria system, och gasflödet stängdes helt. Mätningar i vattnet gjordes då utan föregående omrörning; men efter varje provuttag blåstes kvävgas ned över vätskeytan för att driva bort eventuellt inkommen luft. 3.6 Uppföljning Efter avslutning av huvudexperimentet undersöktes effekten av bioturbation på sediment och geltäcke genom tillsats av bottendjur till ett rör och observation under tre månaders tid. Övriga rörsystem har sparats intakt för att ha möjlighet till ytterligare försök med dessa stabiliserade sedimentsystem.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 11 (41) Tabell 1: Gelförsökets uppläggning med behandlingar, faser, tidtabell, och antal tagna prover av vatten, gas och gel/sediment. Rör 1-11 är aeroba (luftbubblade, oxiderade), medan rör 12-22 är anaeroba (kvävebubblade eller under Fas 3 utan bubbling, reducerade i varierande grad). Rör 10-11 och 21-22 är referenser som periodvis har särbehandlats. Korta understrykningslinjer visar när delförsök avbröts för uttag av sedimentprover. Se även Figur 1. Vatten Prover aerobt, oxiderat anaerobt, tilltagande reducerat ingen gel tunn gel tjock gel tjock ingen gel tunn gel tjock gel tjock Datum Rör 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 vatten blankar Provtagning 19 feb 6 Fas 1 Gelläggning 20 feb Uttag1 25 feb 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Uttag2 (sed: 22mar) 14 mar 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1-9 nytt vatten 17 mar Uttag3 (sed: 1maj) 17 apr 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Uttag4 6 jul 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 Fas 2 Näringstillsats 1 10 jul 3 Uttag5 13 jul 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 Uttag6 18 jul 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 Uttag7 24 jul 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 Uttag8 7 aug 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Uttag9 (sed: 25 sep) 6 sep 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Fas 3 Näringstillsats 2 10 sep 3 3 Uttag10 14 sep 1 1 1 1 1 1 Uttag11 24 sep 1 1 1 1 1 1 1 Uttag12 11 okt 1 1 1 1 1 1 1 Uttag13 1 nov 1 1 1 1 1 1 1 Uttag14 11 dec 1 1 1 1 1 1 1 Summa 9 3 9 9 9 3 9 9 3 2 1 14 3 14 14 14 3 14 14 3 2 1 16 17 Gasfällor Prover aerobt, oxiderat anaerobt, tilltagande reducerat ingen gel tunn gel tjock gel tjock ingen gel tunn gel tjock gel tjock Datum Rör 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 ingång blankar Provtagning 19 feb Fas 1 Gelläggning 20 feb Uttag1 25 feb Uttag2 (sed: 22mar) 14 mar 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1-9 nytt vatten 17 mar Uttag3 (sed: 1maj) 17 apr 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Uttag4 6 jul 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 Fas 2 Näringstillsats 1 10 jul Uttag5 13 jul Uttag6 18 jul Uttag7 24 jul Uttag8 7 aug Uttag9 (sed: 25 sep) 6 sep 1 2 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 3 2 Fas 3 Näringstillsats 2 10 sep Uttag10 14 sep Uttag11 24 sep Uttag12 11 okt Uttag13 1 nov Uttag14 11 dec Summa 4 2 6 4 4 2 4 4 2 1 1 4 2 6 4 4 2 4 4 2 1 1 3 6 Sediment Prover aerobt, oxiderat anaerobt, tilltagande reducerat ingen gel tunn gel tjock gel tjock ingen gel tunn gel tjock gel tjock Datum Rör 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 porvatten Provtagning 19 feb Fas 1 Gelläggning 20 feb Uttag1 25 feb Uttag2 (sed: 22mar) 14 mar 7 7 1 1-9 nytt vatten 17 mar Uttag3 (sed: 1maj) 17 apr 3 5 9 3 5 9 Uttag4 6 jul Fas 2 Näringstillsats 1 10 jul Uttag5 13 jul Uttag6 18 jul Uttag7 24 jul Uttag8 7 aug Uttag9 (sed: 25 sep) 6 sep 7 7 Fas 3 Näringstillsats 2 10 sep Uttag10 14 sep Uttag11 24 sep Uttag12 11 okt Uttag13 1 nov Uttag14 11 dec Summa 0 3 0 0 0 5 0 0 9 7 7 0 3 0 0 0 5 0 0 9 7 7 1

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 12 (41) 4 Resultat 4.1 Geltäcke: tjocklek och kompaktering Kontinuerlige mätningar av geltäckets tjocklek visar att avsedda 10 eller 3 cm erhölls initialt som planerat (Figur 5). Därefter kompakterades geltäcket snabbt under de första dagarna, sedan långsammare under de följande veckorna, och nådde efter två månader en rätt stabil tjocklek på ungefär 60% av den planerade tjockleken (dvs omkring 6 respektive 2 cm, se Figur 5). Efter nästan ett år var genomsnittstjockleken i de kvarvarande rören ungefär halften av den avsedda. Viss variation mellan mättillfällen kan förklaras med mätosäkerhet, eftersom både sedimentytan och gelytan från början inte var helt släta och dessutom blev allt otydligare pga svärtning (Fig. 6-7). 120 Gelkompaktering 100 80 60 40 20 Rör 4 Rör 5 Rör 6 Rör 7 Rör 8 Rör 9 Rör 10 Rör 11 Rör 15 Rör 16 Rör 17 Rör 18 Rör 19 Rör 20 Rör 21 Rör 22 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Tid efter läggning (dagar) Figur 5: Geltäckets tjocklek under experimentets gång.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 13 (41) 4.2 Geltäcke: okulära förändringar Gelen svartnade nedifrån med början i kontaktytan mot sedimentet. Utvecklingen dokumenteras i Figur 6 och 7 med en tidsserie av fotografier på två rör med tjockt geltäcke. Man ser en klar skillnad mellan aeroba och anaeroba rör: de aeroba rören svartnade snabbast och mest. Figur 6: Utveckling av geltäcket under aerobi (med lufttillträde) efter läggningen den 000220. Organisk näring tillfördes mellan bild 3 och 4. Man ser en tilltagande svärtning av geltäcket nedifrån, dvs i kontakt med sedimentytan. Den stråkbildning som syns i gelen beror på gas som bildats i sedimentet och sedan tagit sig genom gelen. Några påtagliga effekter av den naturliga faunan kunde inte observeras.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 14 (41) Figur 7: Utveckling av geltäcket under anaerobi (utan lufttillträde) efter läggningen den 000220. Organisk näring tillfördes mellan bild 3 och 4 samt i tiodubbel dos mellan bild 5 och 6. Man ser en tilltagande svärtning nedifrån, dvs i kontakt med sedimentytan, samt en svagare svärtning uppifrån. I detta rör har gasavgång orsakat en större skada på geltäcket.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 15 (41) 4.3 Geltäcke och sediment: analysresultat Sammansättningen av geltäcken och sediment redovisas i Fig. 8-10. Resultaten togs fram genom analys av prover från system som demonterades och skiktades vid olika tidpunkter (se Figur 1, Tabell 1). Resultaten är förhållandevis jämna och tydliga, vilket talar för ett gediget och omtänksamt arbete i alla led, dvs vid sedimentupptagning ur sjön, gelläggning, inkubering, provtagning (skiktning), provhantering (extremt hög risk för kontaminering och lagringseffekter), provberedning, och all analys. Tack vare det kan följande konstateras: Gelläggningen visade en god reproducerbarhet i akvarieskala. Den kemiska analysen visar en mycket jämn sammansättning inom tjocka geltäcken. Undantaget är en mindre beläggning på ytan med annan sammansättning, troligen pga en viss inblandning av uppvirvlat sediment. Inblandningen var variabel men minimal, och hela beläggningen motsvarade här enbart 0.1-1 tusendels millimeter av underliggande sediment. Tjocka rena geltäcken innehöll genomgående mycket låga kvicksilverhalter (5 ng/g TS), dvs ungefär 500 gånger mindre än underliggande sediment (2700 ng/g TS). Det gäller även gamla geltäcken som helt bytte utseende, ffa. under reducerande förhållanden (se Fig. 6 och 7). Det gäller dock enbart det inre av ett tjockt geltäcke, medan en större sedimentinblandning observerades i tunnare geltäcken. Notera att alla geltäcken tillverkades under idealiserade laboratorieförhållanden och att resultaten inte kan överföras till en gelläggning i en sjö där gelen alltid kommer att bli avsevärt bemängt med (förorenat) sjösediment som är i omlopp. Att den minsta sedimentinblandningen är betydelsefull visar försökets mätningar i vattnet (se nedan). Kvicksilverhalterna i gelen ökade inte under drygt ett halvårs tid. De kan således härröra antingen från ursprungskemikalierna eller en minimal inblandning av sediment vid gelläggningen (se även nedan). Avgång av kvicksilver från sedimentet till gelen genom diffusion verkar vara försumbar: Under drygt ett halvårs tid observerades ingen haltökning. Inte heller observerades någon bildning av diffusionsgradienter. Trots att halterna i gelen är låga är de ändå för höga för att kunna förklaras enbart med en initial inneslutning av sjövatten, eftersom sjövattnet då innehöll mindre än 10 ng/l men gelen i slutet minst 200 ng/l vid ytan och ungefär 500 ng/l längst ner. Under försöket gång var vattnets halter också låga, i regel runt 1 ng/l och nästan aldrig över 10 ng/l (se nedan). En slutsats man kan dra av detta är att gelens kvicksilverinnehåll inte är löst utan bundet. En rimlig delförklaring för gelens kvicksilverinnehåll är en initial medfällning av hela vattenpelarens kvicksilverinnehåll, vilket skulle ha resulterat i ungefär 100 ng/l i gelen. Som jämförelse kan nämnas att sedimentet innehåller mer än 400 000 ng/l (mestadels i fast form).

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 16 (41) 7.5 6.5 5.5 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5-0.5-1.5-2.5 0 5 10 15 20 25 7.5 6.5 5.5 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5-0.5-1.5-2.5 tjock gel 31d tjock gel 71d tunn gel 71d utan gel 71d tjock gel 218d 0 1000 2000 3000 4000 Hg (ng/g ts) Hg (ng/g ts) 7.5 6.5 5.5 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5-0.5-1.5-2.5 1 10 100 1000 10000 Hg (ng/g ts) 4000 71 d 3000 sediment 2000 övergång 1000 gel 0 0% 5% 10% 15% GF (% ts) 7.5 6.5 5.5 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5-0.5-1.5-2.5 0% 5% 10% 15% 20% GF (% ts) Figur 8: Kvicksilverhalter och glödgningsförluster (organiskt material) i intakta sediment med och utan geltäcke. Olika vyer med olika skalor från mätningar i 1-cm skikt vid olika tidpunkter. Notera ffa. likheten mellan profilerna i tid och rum, samt de extremt låga kvicksilverhalterna i geltäcket.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 17 (41) Hg (ng/g ts) 10000 efter 31 d: 11, 22 efter 71 d: 2, 6, 9, 13, 17, 20 efter 218 d: 10, 21 1000 100 10 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Rör nr. (1-11 syresatta, 12-22 syrefria) GF (% ts) 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% efter 31 d: 11, 22 efter 71 d: 2, 6, 9, 13, 17, 20 efter 218 d: 10, 21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Rör nr. (1-11 syresatta, 12-22 syrefria) Figur 9: Kvicksilverhalter och glödgningsförluster i intakta sediment med och utan geltäcke, uppmätta i 1-cm skikt vid olika tidpunkter. Streckade linjer visar typiska halter för sediment (övre linjen) och geltäcket (nedre linjen). Figuren visar frånvaron av tydliga tidstrender samt reproducerbarheten i gelläggnings- och analysproceduren.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 18 (41) 7.5 6.5 5.5 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5-0.5-1.5-2.5 0% 5% 10% 15% 20% GF (% ts) 7.5 6.5 5.5 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5-0.5-1.5-2.5 0% 5% 10% 15% 20% TS (% vs) tjock gel 31d tjock gel 71d tunn gel 71d utan gel 71d tjock gel 218d Figur 10: Glödgningsförluster och torrsubstanshalter i intakta sediment med och utan geltäcke, uppmätta i 1-cm skikt vid olika tidpunkter. Gränsen mellan geltäcke och sediment visas med en streckad linje.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 19 (41) 4.4 Vatten: tidsserier Nedan redovisas vattnets sammansättning under försökets olika faser som grafiska tidsserier: konduktivitet, ph, syrgasmättnad, redoxpotential, grumlighet, färg, mangan, järn, och kvicksilver. Gelläggning 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 Vattenbyte Syresatt Vattenbyte+näring Utan gel Tunn gel (2 cm) Tjock gel (6 cm) Tjock gel ref. Vatten ref. 0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Gelläggning 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 Syrefritt Vattenbyte+näring Vattenbyte+näring10x 0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Figur 11: Konduktivitet: Tidstrender baserade på mätningar (och i vissa fall välunderbyggda uppskattningar) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke (jfr. linjetjocklek), vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). I övre figuren ges resultat från behandlingar med lufttillförsel, i nedre utan. Ringarna visar värden för tillfört vatten vid vattenbyten.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 20 (41) Gelläggning 9.0 8.5 8.0 7.5 Vattenbyte Vattenbyte+näring Syresatt Utan gel Tunn gel (2 cm) Tjock gel (6 cm) Tjock gel ref. Vatten ref. 7.0 6.5 6.0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Gelläggning 9.0 8.5 Vattenbyte+näring Syrefritt Vattenbyte+näring10x 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Figur 12: ph: Tidstrender baserade på mätningar (och i vissa fall välunderbyggda uppskattningar) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke (jfr. linjetjocklek), vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). I övre figuren ges resultat från behandlingar med lufttillförsel, i nedre utan. Ringarna visar värden för tillfört vatten vid vattenbyten.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 21 (41) Gelläggning Vattenbyte Vattenbyte+näring 100 Syresatt Utan gel Tunn gel (2 cm) Tjock gel (6 cm) Tjock gel ref. Vatten ref. 0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Gelläggning Vattenbyte+näring Vattenbyte+näring10x 100 Syrefritt 0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Figur 13: Syrgasmättnad: Tidstrender baserade på mätningar (och i vissa fall välunderbyggda uppskattningar) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke (jfr. linjetjocklek), vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). I övre figuren ges resultat från behandlingar med lufttillförsel, i nedre utan. Ringarna visar värden för tillfört vatten vid vattenbyten, kryss visar enstaka avvikande mätvärden.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 22 (41) Gelläggning 300 200 Vattenbyte Vattenbyte+näring Syresatt 100 0-100 -200 Utan gel Tunn gel (2 cm) Tjock gel (6 cm) Tjock gel ref. Vatten ref. -300 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Gelläggning 300 200 Vattenbyte+näring Syrefritt Vattenbyte+näring10x 100 0-100 -200-300 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Figur 14: Redoxpotential: Tidstrender baserade på mätningar (och i vissa fall välunderbyggda uppskattningar) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke (jfr. linjetjocklek), vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). I övre figuren ges resultat från behandlingar med lufttillförsel, i nedre utan. Ringarna visar värden för tillfört vatten vid vattenbyten.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 23 (41) Gelläggning 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 Vattenbyte Vattenbyte+näring Syresatt Utan gel Tunn gel (2 cm) Tjock gel (6 cm) Tjock gel ref. Vatten ref. 0.00 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Gelläggning 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 Vattenbyte+näring Syrefritt Vattenbyte+näring10x 0.00 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Figur 15: Grumlighet (mätt som absorbans): Tidstrender baserade på mätningar (och i vissa fall välunderbyggda uppskattningar) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke (jfr. linjetjocklek), vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). I övre figuren ges resultat från behandlingar med lufttillförsel, i nedre utan. Ringarna visar värden för tillfört vatten vid vattenbyten.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 24 (41) Gelläggning 0.02 0.01 Vattenbyte Vattenbyte+näring Syresatt Utan gel Tunn gel (2 cm) Tjock gel (6 cm) Tjock gel ref. Vatten ref. 0.00 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Gelläggning 0.02 Vattenbyte+näring Syrefritt Vattenbyte+näring10x 0.01 0.00 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Figur 16: Grumlighet (mätt som absorbans, här i annan skala): Tidstrender baserade på mätningar (och i vissa fall välunderbyggda uppskattningar) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke (jfr. linjetjocklek), vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). I övre figuren ges resultat från behandlingar med lufttillförsel, i nedre utan. Ringarna visar värden för tillfört vatten vid vattenbyten.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 25 (41) Gelläggning 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 Vattenbyte Vattenbyte+näring Syresatt Utan gel Tunn gel (2 cm) Tjock gel (6 cm) Tjock gel ref. Vatten ref. 0.00 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Gelläggning 0.70 0.60 0.50 0.40 Vattenbyte+näring Syrefritt Vattenbyte+näring10x 0.30 0.20 0.10 0.00 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Figur 17: Vattenfärg (mätt som absorbans): Tidstrender baserade på mätningar (och i vissa fall välunderbyggda uppskattningar) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke (jfr. linjetjocklek), vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). I övre figuren ges resultat från behandlingar med lufttillförsel, i nedre utan. Ringarna visar värden för tillfört vatten vid vattenbyten.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 26 (41) Gelläggning 800 700 600 500 400 300 200 100 Vattenbyte Vattenbyte+näring Syresatt Utan gel Tunn gel (2 cm) Tjock gel (6 cm) Tjock gel ref. Vatten ref. 0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Gelläggning 800 700 600 500 400 300 200 100 Vattenbyte+näring Syrefritt Vattenbyte+näring10x 0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Figur 18: Mangan: Tidstrender baserade på mätningar (och i vissa fall välunderbyggda uppskattningar) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke (jfr. linjetjocklek), vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). I övre figuren ges resultat från behandlingar med lufttillförsel, i nedre utan. Ringarna visar värden för tillfört vatten vid vattenbyten.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 27 (41) Gelläggning 3000 2500 2000 1500 Vattenbyte Vattenbyte+näring Syresatt Utan gel Tunn gel (2 cm) Tjock gel (6 cm) Tjock gel ref. Vatten ref. 1000 500 0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Gelläggning 3000 2500 Vattenbyte+näring Syrefritt Vattenbyte+näring10x 2000 1500 1000 500 0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Figur 19: Järn: Tidstrender baserade på mätningar (och i vissa fall välunderbyggda uppskattningar) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke (jfr. linjetjocklek), vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). I övre figuren ges resultat från behandlingar med lufttillförsel, i nedre utan. Ringarna visar värden för tillfört vatten vid vattenbyten.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 28 (41) Gelläggning 14 12 10 8 6 4 2 Vattenbyte Vattenbyte+näring Syresatt Utan gel Tunn gel (2 cm) Tjock gel (6 cm) Tjock gel ref. Vatten ref. 0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Gelläggning 14 12 10 8 6 4 2 Syrefritt Redoxpot. över +100 mv Vattenbyte+näring Redoxpot. omkring 0 mv Vattenbyte+näring10x Redoxpot. init. under -100 mv 0 1feb 1mar 1apr 1maj 1jun 1jul 1aug 1sep 1okt 1nov 1dec Figur 20: Kvicksilver (totalhalter): Tidstrender baserade på mätningar (och i vissa fall välunderbyggda uppskattningar) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke (jfr. linjetjocklek), vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). I övre figuren ges resultat från behandlingar med lufttillförsel, i nedre utan. Ringarna visar värden för tillfört vatten vid vattenbyten.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 29 (41) 4.5 Vatten: jämförelse av olika förhållanden Mätningar i vattnet visar en rad anmärkningsvärda mönster som framgår dels av tidsserier (Fig. 11-20) och dels av samvariationer mellan variabler (Fig. 21-23): Referenssediment: Kvicksilverhalterna i vattnet ovanpå det kraftigt förorenade sedimentet från Turingen varierade i regel mellan 0.5 och 3 ng/l även vid total syrebrist, förutom vid extremt låg redoxpotential (Figur 14) då halterna ökade till mellan 6 och 12 ng/l ovanför sediment utan geltäcke (Figur 20). Kvicksilverhalterna var således ofta betydligt lägre än i sjön, trots närhet till sedimentet och minimalt vattenutbyte: I ytvatten och i större delen av sjöns vattenmassa brukar halterna ligga 2-3 gånger högre än vid försöksbetingelser med positiv redoxpotential, och i bottenvattnet snarare uppåt 10 gånger högre än vid försöksbetingelser med negativ redoxpotential, åtminstone sommartid (Figur 21). Gödning: En ökning av kvicksilverhalterna kunde bara induceras med en extremt kraftig gödning som överstiger sjöns egna produktion. När näringen var förbrukad började systemen återvända mot sitt initialtillstånd, och även kvicksilverhalterna minskade igen. Sannolikt illustrerar detta dels sedimentets roll som redoxbuffert, dels geltäckets genomsläpplighet för rörliga ämnen (se även Figur 11). Reducerande förhållanden medförde en rad förändringar: kraftigt ökad grumlighet (först vit, senare svart), kraftigt ökade halter av mangan och järn i vattnet, och en påtaglig ökning i vattnets färg. Kvicksilver verkar ha sin tydligaste samvariation med den svarta grumligheten, vilket inte oväntat tyder på en koppling till sulfidomsättningen. Järn bidrog troligen till grumligheten, och möjligen även till kvicksilvrets mobilitet. Geltäckning: Vid god syresättning verkade geltäcket minska rörligheten av kvicksilver (Figur 20). Vid syrebrist men utan långtgående reduktion verkade kvicksilverhalterna i vattnet opåverkade, eller möjligen något förhöjda i närvaro av geltäcke (Figur 20). Vid kraftigt reducerande förhållanden verkade kvicksilverhalterna i vattnet något mindre förhöjda i närvaro av geltäcke, men den systematiska variationen mellan replikat är stor (Figur 20). Samvariation mellan variabler (Fig. 21-23) tyder på att geltäcket inte har någon stor effekt på kvicksilverhalterna i vattnet oavsett försöksbetingelser, utöver möjligen indirekta effekter kopplade till förändringar i redoxpotential och grumlighet (Fig. 15-19). Tänkbara orsaker bakom dylika indirekta effekter är en minskad nedbrytning pga hindrat näringsutbyte eller även pga toxisk verkan, eller en minskad grumlighet pga fasthållning eller utspädning av sedimentpartiklar och järnhydroxider.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 30 (41) 14 12 10 8 6 4 uttag4 6juli uttag7 24juli uttag8 7aug uttag9 7sep uttag10 14sep uttag11 24sep uttag12 11okt uttag13 1nov uttag14 11dec Utan gel,+syre Utan gel, syre 2 svartgr.<-- vitgr.<-- 0-300 -200-100 0 100 200 300 Redoxpotential (mv) 80 70 (samma som ovan men "i sjöns skala") 60 50 40 30 20 D:B sommar D:B vinter 00 uttag4 6juli uttag7 24juli uttag8 7aug uttag9 7sep uttag10 14sep uttag11 24sep uttag12 11okt uttag13 1nov uttag14 11dec 10 0-300 -200-100 0 100 200 300 Redoxpotential (mv) Figur 21: Samband mellan kvicksilverhalt och redoxpotential i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). Samma data ges på två olika skalor: I övre figuren framhävs data från sediment utan geltäcke med ringar för jämförelse; i nedre figuren visas samband från provtagningar i Turingens bottenvatten sommartid och vintertid.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 31 (41) 14 12 10 8 6 4 2 D:B sommar D:B vinter 00 uttag4 6juli uttag7 24juli uttag8 7aug uttag9 7sep uttag10 14sep uttag11 24sep uttag12 11okt uttag13 1nov uttag14 11dec Utan gel,+syre Utan gel, syre --> vitgrumlig --> svartgrumlig 0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 Abs 750 nm (grumlighetsmått) 80 70 (samma som ovan men "i sjöns skala") 60 50 40 30 20 D:B sommar D:B vinter 00 uttag4 6juli uttag7 24juli uttag8 7aug uttag9 7sep uttag10 14sep uttag11 24sep uttag12 11okt uttag13 1nov uttag14 11dec 10 0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 Abs 750 nm (grumlighetsmått) Figur 22: Samband mellan kvicksilverhalt och grumlighet (mätt som absorbans) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1). Samma data ges på två olika skalor: I övre figuren framhävs data från sediment utan geltäcke med ringar för jämförelse; i nedre figuren visas samband från provtagningar i Turingens bottenvatten sommartid och vintertid.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 32 (41) 100 10 1 uttag4 6juli uttag7 24juli uttag8 7aug uttag9 7sep uttag10 14sep uttag11 24sep uttag12 11okt uttag13 1nov uttag14 11dec Utan gel,+syre Utan gel, syre svartgr.<-- vitgr.<-- 0-300 -200-100 0 100 200 300 Redoxpotential (mv) 100 10 1 uttag4 6juli uttag7 24juli uttag8 7aug uttag9 7sep uttag10 14sep uttag11 24sep uttag12 11okt uttag13 1nov uttag14 11dec Utan gel,+syre Utan gel, syre --> vitgrumlig --> svartgrumlig 0 0.00 0.01 0.10 1.00 Abs 750 nm (grumlighetsmått) Figur 23: Samband mellan kvicksilverhalt och redoxpotential (övre) respektive grumlighet (nedre) i vatten ovanpå intakta sediment med och utan geltäcke vid olika tidpunkter och efter olika behandlingar (jfr. Fig. 1), här på logaritmisk skala. Data från sediment utan geltäcke framhävs med ringar för jämförelse.

Meili & Skarp 2002 Projekt Turingen: Gelförsök 33 (41) 4.6 Gasutbyte: avgång eller fastläggning? Kvicksilverflöden i gasfas, i första hand gasavgången från sedimentsystemen, kvantifierades genom analys av kvicksilveransamlingen i gasfällor. Dessa visade i regel kvicksilverhalter som inte skilde sig från bakgrundsvariationen, bortsett från några få spridda och svårtolkade undantag. Den enda provtypen som visade höga värden av gasformigt kvicksilver var den inkommande luften som under större delen av försöket renades med en särskild gasfälla. Däremot visade fällan för inkommande kvävgas ingen haltförhöjning. Kvicksilverhalter i Sveriges utomhusluft är ungefär 1-2 ng/m 3, medan kvävgas kan antas vara ren. Det tyder på att gasfällesystemet fungerade tillfredställande. Den utgående gasen visade inte någon mätbar kvicksilveravgång. Det gäller alla förhållanden som undersöktes: både utan och med geltäcke, både med och utan syresättning, både utan och med gödning, samt under svagt reducerande förhållanden (under kraftigt reducerande förhållanden var gasflödet avstängt). Baserat på den uppmätta bakgrundsvariationen av kvicksilveransamlingen i gasfällor under flera tidsperioder kan den årliga gasavgången från sedimentytan uppskattas till mindre än 0.1 µg/m 2. Det är mindre än kvicksilverinnehållet i en tusendels millimeter av Turingens sediment. För sjöns räkning kan kvicksilverflöden från och till sedimenten också jämföras med den årliga atmosfäriska våtdepositionen av kvicksilver på sjöytan (c:a 3-6 µg/m 2 ) och den årliga tillförseln av kvicksilver från Turingeån (c:a 200 µg/m 2 ). Gasavgången från rören verkar ha varit mindre än tillförseln till rören av kvicksilver som följde med den inkommande luften när denna inte renades. Det tyder på att sediment-systemen kan ha fungerat som en fälla för gasformigt kvicksilver. Det stöds också av andra observationer: Den första gödningen medförde en förhöjning av kvicksilverhalterna i vattnet, men dessa minskade sedan snabbt, även vid syrebrist (Figur 20). Minskningen kan dock inte förklaras med samtidig gasavgång, eftersom denna var högst någon procent av tillsatsen. "Försvinnandet" av kvicksilver i vattnet tyder även det på att sedimentsystemen fungerade som kvicksilverfällor.