Provtagningstekniska frågeställningar i samband med sedimentundersökningar 19-20 maj 2010 Per Jonsson Stockholm Universitet/JP Sedimentkonsult - Generell undersökningsstrategi - Nyckelfaktorer - Sedimentsammansättning och deposition - Några olika undersökningstyper - Exempel på undersökningar - Vad bör finnas med i en sedimentstudie? BOTTENTYPER ACKUMULATIONSBOTTEN Finmaterial (< 63 µm) deponeras kontinuerligt TRANSPORTBOTTEN Oregelbunden deposition och borttransport av finmaterial EROSIONSBOTTEN Borttransport av material dominerar. Ofta grövre material i ytsedimentet De flesta föroreningar uppvisar samma mönster om man jämför de tre bottentyperna: Låga halter i E-bottnar Höga halter i A-bottnar Var. halter i T-bottnar. Generell undersökningsstrategi Kartera bottendynamiken Kartera djupförhållanden Bestämning av djupgränser - A-bottnar - Laminerade sediment - Gasrika sediment Studera A-bottnar Välj samplingsstrategi Bottenkartering 1
Side scan sonar-plott Sedimentekolodsplott 0 m 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m Plott från DeepVision side scan sonar över området Silverkannan i Stockholms skärgård 2
Några exempel på hur recipienter kan se ut Rörprovtagare användes för att beskriva sedimentfördelningar i tid och rum (Niemistö-provtagare) Gemini-provtagare Ponarhämtare lämplig för provtagning av ytsediment 3
Bottendynamisk karta för Solöfjärden och Torsbyfjärden SEDIMENTOLOGISKA NYCKELFAKTORER Sedimentfokusering Landhöjning Blåsväder - erosion/resuspension Sedimentsammansättning och deposition Syresituationen i bottennära vatten Redox-förhållanden Sedimentfokusering Landhöjningen beräknas ge upphov till 60-80 % av sedimentackumulationen i Östersjön Apparent landhöjning enligt landhöjningsmodell R11 2000 LU 4
Utdrag ur maringeologisk karta syd Utö. Två rutor motsvarar 1 km. Blåsväder (Från Jonsson et al., 2003) 5
8 7 6 5 4 3 2 1 0 1950 1953 1956 1959 1962 1965 1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 Wind frequency (% 14 m s-1) 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2010-11-15 Torrsubstansdeposition (g.m 2.år -1 ) Torrsubstansdeposition, 3-års medel Årlig kulingfrekvens Kulingfrekvens, 3-års medel Kulingfrekvens (% 14 m/s) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Gotska Sandön Kulingfrekvens ( 14 m s-1) vid Gotska Sandön (N. Egentliga Östersjön). Röd linje = 3-års rullande medelvärde. (Data från SMHI). (Från Eckhéll et al., 2000) Några tidstrender i öppna Egentliga Östersjön Stormfrekvens G. Sandön (>14 m/s) Wind frequency (>14 m/s) (%)Sedimentsammansättning och deposition Dry matter deposition NW Baltic Proper Salt water inflow Varvstrukturer Kolinnehåll Deposition skärgård/hav Kolhalt/deposition Oxygen E Gotland Deep 240 m 6
Daterad sedimentkärna från Ådfjärden vid Muskö Observera skillnader i varvtjocklek Sedimentackumulationsgradient i Studerade områden Östergötland (Från Jonsson et al., 2003) (Från Jonsson et al., 2003) (Från Jonsson et al., 2003) 7
25 cm 2010-11-15 (Från Jonsson et al., 2003) Syresituationen i bottennära vatten Laminerade sediment Djupberoende Historisk utveckling Dramatisk förbättring under 2000-talet Recent laminering Stockholms mellanskärgård Djup: 36 m. Augusti 2005 0 cm 5 cm 10 cm 15 cm Utsjön - NW Eg. Östersjön Djup: 125 m. Juli 1988 Foto: Robert Diaz 20 cm 25 cm 8
Historisk utveckling i Himmerfjärden - Tillförsel av avloppsvatten 1976 - Förekomst av laminerade sediment 1977 Stockholms hamn november 2009 Redox-förhållanden Kadmium 1987-88. Högsta stapel 11 µg/g TS Arsenik ytsediment (3.89-221 g/g) 9
UNDERSÖKNINGSTYPER Järn - ytsediment (2.70-7.45 % BESKRIVA FÖRORENING AREELLT (i rummet) Yttäckande studie - (Slumpvisa stationer) - Utvalda stationer Gradientstudie från känd punktkälla Kombination yttäckande och gradientstudie Yttäckande stud Gradientstudie raherbart organiskt bundet klor (EOCl) sediment 10
Extraherbart organiskt bundet klor (EOCl) i ytsediment Går ofta att avlocka svarta sediment information Direkt efter utskjutning Efter oxidering i 1 timme 11
Hg (mg/kg TS) 2010-11-15 Hg 25 20 15 10 5 0-4 -2 0 2 4 6 Väst Avstånd från Beckholmen (km) Ost Undersökningsstationer i en gradient ut från Stockholm (Anon., 2010). Kvicksilver i ytsediment (0-2 cm) i en gradient ut från Stockholm (Anon., 2010) Kvicksilver i fiskmuskel i en gradient ut från Stockholm (Anon., 2010) 12
Kvicksilver i ytvatten (0,5 m) i en gradient ut från Stockholm. (Anon. 2010) UNDERSÖKNINGSTYPER forts. LÄCKAGE FRÅN DUMPADE/SJUNKNA OBJEKT Hitta objekten sonarkartering Kolla läckage ytsediment i alla riktningar FÖRUTSÄTTNINGAR FÖR DEPONERING Kartera tilltänkta deponeringsområden med avseende på djupförh., sedimentdynamik Tag sedimentkärnor. Bedöm bärighet/omblandning, föroreningshalter Läckage från dumpning UNDERSÖKNINGSTYPER forts. BESKRIVA TIDSTRENDER Föroreningshistorik haltförändringar i sedimentkärnor Föroreningshistorik strukturförändringar i bottnar Kvicksilverhalter i sedimentprov inom dumpningsområdet och längs undersökta transekter i Sundsvallsbukten (Kemakta och JP Sedimentkonsult, 2008). 13
spcb (7 cong.) 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 (fettviktsbasis, µg g-1) pia - 00.05.09 10:48, 4a (ng/g (µg/g dw) 2010-11-15 (Från Jonsson et al., 2003) Andelen laminerade sedimentkärnor i en gradient från Stockholms inner till mellanskärgård (Anon., 2010) 400 300 spcb (ng/g C) spcb*10 (ng/g dw) Dateringsjämförelse mellan sediment-och biotatrender Laminerat utsjösediment Offshore NW Baltic Proper NW Eg. Östersjön spcb (6 domains) sddt 70 60 50 40 30 200 20 10 0 100 400 1970 1975 a) Guillemot egg spcb i sillgrissleägg från Stora Karlsö NW Eg. Östersjön 1980 1985 1990 1995 2000 (Från Jonsson et al., 2000) 350 300 0 250 200 150 Medelvärden på spcb7 I tidsintervall från 8 sedimentkärnor från Egentliga Östersjön och Finska viken normaliserade till torrvikt (dw) och kol (C). (Från Jonsson, 2000). 100 50 0 50 60 70 80 90 From Olsson et al., 2000 (Från Olsson et al., 2000) 14
Vad bör finnas med i en sedimentstudie? Inledande sedimentdynamikkartering Side scan sonar, sedimentekolod Djupförhållanden Provtagning Stationer från A-bottnar X antal prover per delområde Rörhämtare för kärnor Skophämtare för ytsediment Vad bör finnas med i en sedimentstudie? Sedimentologiska basparametrar 15-30 nivåer per kärna Vattenhalt, organisk halt (LOI, TOC) Datering med varvräkning eller radiocesium (Passiva provtagare) Vattenmassan Ytsediment POM Sampling Tack för uppmärksamheten! 15
Passive samplers - POM (polyoxymethylene) Freely dissolved concentrations Bound to (particulate) Bound to dissolved organic matter organic matter Freely dissolved in water Equilibrium passive samplers: principle Distribution equilibrium between free POPs in water and polymer Fixed polymer-water distribution ratio Freely dissolved concentration can be directly calculated from concentration in polymer Organism Free concentrations in the field In sediment pore-water: easy, take sediment to the lab and shake with passive sampler In overlying water: more difficult, has to be done in the field POM (polyoxymethylene) 17-55 µm (CH 2 -O- CH 2 -O- CH 2 -O- CH 2 -O- CH 2 -O-) n Advantages of equilibrium passive samplers Expose 10 g passive sampler Equilibrium in 3-6 weeks in the field Free concentrations, time-integrated Low detection limits (< 1 pg/m3 per congener) or Extract 10.000-100.000 L water 16