Redovisning av 2014 års övervakning av utveckling och spridning av flygbränsle och oljeföroreningar i Kebnekaise efter Herculesolyckan 15 mars 2012. Tarfala forskningsstation 1
Projektansvarig: Gunhild Rosqvist Övrig medverkan: Personal från Tarfala forskningsstation, Stockholms universitet Säkerhet: Carl Johan Olofsson, Arméns jägarbataljon, Arvidsjaur Bild framsida: Rosqvist och Olofsson provtar is på Kebnekaise i augusti 2014. Fotograf: Oskar Kihlborg. Kontakt: Gunhild Rosqvist epost: gunhild.rosqvist@natgeo.su.se telefon: 08-164983, 072-7155039, 070-2293404 Tarfala forskningsstation Institutionen för naturgeografi Stockholms universitet 106 91 Stockholm 2
RESULTAT FRÅN ÖVERVAKNING AV UTVECKLING OCH SPRIDNING AV FLYGBRÄNSLE- OCH OLJEFÖRORENINGAR I KEBNEKAISE 2014 I den följande rapporten redovisas resultat från 2014 års miljöövervakning i Kebnekaisefjällen efter Hercules olyckan den 15 mars 2012. Resultat från övervakning av vattenkvaliteten i vattendragen nedströms Kebnekaises glaciärer redovisas liksom resultat från en studie av hur föroreningen utvecklats i källzonerna, dvs. på kammen i närheten av islagsplatsen samt på de övre delarna av Rabots glaciär. MILJÖFÖRORENINGEN Efter olyckan blev den tidigare rena högalpina miljön förorenad av flygbränsle och motorolja vilka är sammansatta av en mängd olika kolväten med olika spridningsegenskaper. Herculesplanet medförde ca 8900 kg flygbränsle, ca 50 liter hydraulolja och ca 170 liter motorolja (Statens haverikommission 2013). Det mesta av detta spreds tillsammans med vrakdelarna (40 ton) på de övre delarna av Rabots glaciär. En mindre mängd vrakdelar, bränsle, och olja hamnade på de övre delarna av Björlings glaciär. Hercules-planet var tankat med JET A-1 (JP8) bränsle som är en fotogenblandning bestående av många olika sorters kolväten, främst alifater (mellan 5 och 16 kolatomer per molekyl) och aromater (mellan 8 och 16 kolatomer per molekyl)(bilaga A). Bränslet innehöll också polycykliska kolväten (PAH) varav naftalen var det ämne som förekom i högst koncentration. Jämfört med övriga ämnen har naftalen relativt hög löslighet i vatten. PAHs är motståndskraftiga och bio-ackumulerar i miljön. Oljan (och i mycket låg koncentration flygbränslet) innehöll alifater varav de med mellan 16 och 35 kolatomer var mest förekommande. Dessa ämnen avdunstar inte och har låg löslighet i vatten. Kolvätenas egenskaper bestämmer hur de påverkas av olika processer såsom avdunstning och transport med smältvatten, lösning i, och transport med vatten. I mark och vatten kan denna typ av förorening förekomma som s.k. olösliga ämnen (separate non-aqueous phase liquids = NAPLs) eller som lösta ämnen i vattnet. Lätta NAPLs har lägre densitet jämfört med vatten, medan tyngre (tätare) har högre densitet jämfört med vatten (API 2010; CONCAWE 2013). OMRÅDESBESKRIVNING Rabots glaciär sträcker sig mellan ungefär 1900 m och 1200 m över havet och täcker en yta motsvarande ca 3.8 km 2. Medeltjockleken är 85 m och den är som mest 175 m tjock. Föroreningskällan är belägen nedanför kammen mellan Kebnekaises nord- och sydtopp mellan ca 2000 och 1600 m över havet i en s.k. glaciärnisch (Figur 1, 2, 4). Detta är det den högst belägna och mest skuggiga delen av glaciären där smälter det minst snö och is under sommaren. Sluttningsprocesser såsom snö- och slasklaviner samt bergras är ofta förekommande och bidrar till omfördelning av snö och smältvatten i källområdet. Två smältvattenjokkar rinner ut vid glaciärens front. Den mest nordligt belägna rinner längs med glaciärens botten, plockar där upp glaciärslam, dvs. ler och silt-partiklar som nötts bort ur berget av glaciären. Smältvattenjokken som dränerar den södra sidan av glaciären rinner framförallt på och genom glaciären. Dessa två jokkar förenas ett par hundra meter nedströms glaciärfronten och bildar där en större smältvattenjokk vilken korsar flera moränryggar och bildar ett flätmönster där det rinner igenom flacka breda områden. Vattendraget rinner samman med Guobirjokka ca 2 km nedströms från glaciären. Guobirjohka rinner vidare ut i Tjäktavagge där den flödar samman med Tjäktjajokka. Detta vattendrag mynnar i 3
Kaitumjaure som utgör den första sedimentationsbassängen för material från Rabots glaciär. Björlings glaciär täcker ca 1.5 km 2 på Kebnekaises sydsluttning (Figur 1) och sträcker sig mellan ca 1400 och 1800 m ö h. De två smältvattenjokkarna som dränerar glaciären rinner ihop med ett annat vattendrag i Kitteldalen. Smältvattnet från Björlings glaciär utgör tillsammans med Tarfalajokken och Ladtjojokka Kalixälvens källflöde. PROCESSER SOM PÅVERKAR FÖRORENINGENS UTVECKLING Flygbränslets och oljans egenskaper, framförallt ämnenas löslighet i vatten och förmåga att avdunsta, bestämmer till stor del föroreningens spridning och utveckling (Figur 3)(Rosqvist mfl 2014). Lufttemperaturen bestämmer mängd och hastighet på avdunstning (eng. volatilisering) samt mängd och hastighet på smältning av snö och is. Nedbördsmängden (snö och regn) bestämmer hur mycket av och hur snabbt föroreningen transporteras ut ur glaciärsystemet. När snön i källområdet smälter rinner vattnet ner genom snöpacken, ner till isytan och vidare nedströms. Eftersom det i området finns mycket glaciärsprickor rinner det mesta av smältvattnet sannolikt ner i dessa och vidare in i glaciären där en del återfryser. Variation i snöns densitet påverkar smältvattnets perkolation och därmed spridningen av föroreningen vertikalt och horisontellt. Exempelvis kan is-lager i snön med hög densitet utgöra icke permeabla ytor ovanpå/längs med vilka dränering sker. Sådana is-lager uppstår efter regn eller smältning under vintern. Den höga lutningen, > 45, gör att processer såsom snölaviner, slasklaviner och även bergras är vanligt förekommande på platsen. Dessa processer fördelar om snö och smältvatten i källområdet och bidrar därmed till föroreningens spridning. Glaciärers hydrologi är komplex och starkt präglad av variation av temperatur och nederbörd. Isytans topografi samt den rumsliga fördelningen av glaciärsprickor och brunnar bestämmer smältvattnets rutt på (supra-glacialt), i (en-glacialt) och under (sub-glacialt) glaciären. Även glaciärens termiska egenskaper är viktiga för det hydrologiska systemet. Svenska glaciärer har vanligen ett övre ca 40 m tjockt kallt (under 0 C) yt-skikt varunder isen är vid trycksmältpunkten. Här kan vatten lagras i hålrum och sprickor. Vattentrycket bestäms av smältvattenmängd, nederbörd och hur pass utvecklade smältvattenvägarna på, i och under glaciären är, och bestäms delvis av dräneringens utveckling under sommaren. De supra-, enoch sub-glaciala smältvattennätverken utvecklas under sommaren. Under vintern är dräneringskanalerna stängda men ett mindre sub-glacialt flöde förekommer. PROVTAGNING OCH ANALYS AV JOKKVATTEN För att samla information om vattenkvaliteten i jokkarna som dränerar Rabots glaciär och Björlings glaciär har vattenprover samlats in regelbundet under smältsäsongerna 2012-2014. Under smältsäsongen juli-september 2014 samlades vattenprover in från Rabot-jokk och Kittelbäcken manuellt samt med hjälp av automatiska vattenprovtagare (ISCO). Proverna samlades in mellan den 10 juli och 16 september i regelbundna intervall (Tabell 1). Eftersom temperaturen styr smältningen av snö och is nås den högsta vattenföringen på eftermiddagen, utan påverkan från nederbörd. Därför programmerades provtagarna så att dubbla prover om 1 liter vatten samlades in en gång per dygn kl. 16:00. Resultaten av de kemiska analyserna av vattenprover insamlade 2012 och 2013 visade spår av föroreningar i vattendragen efter hög nederbörd och vattenföring. Flera prover som representerar sådana händelser valdes därför också ut för analys. Totalt sändes 23 vattenprover för analys till ALS laboratoriet (Täby). 4
Vattenproverna analyserades enligt OV21A paketet vilket innebär att koncentrationen av alifater och aromater analyseras, resultaten rapporterades i mg/µl. Resultaten från de kemiska analyserna av vattenproverna visade spår av flygbränsle, mer specifikt, naftalen, förkom i ett prov insamlat den 27 augusti (prov R11). PROVTAGNING OCH ANALYS AV SNÖ OCH IS Provtagning av de övre ca 25 cm av glaciäris från föroreningens källområde på Rabots glaciär genomfördes den 13 och 22 augusti (Figur 4). Isen smältes i laboratorium och smältvattnet hälldes på 1 liters provflaskor och sändes för kemisk analys (OV21A) till ALS. Resultaten visar spår av flygbränsle och olja i proverna, mer specifikt alifater (>C16-35), naftalen och toulen (Tabell 2). Provtagning av de övre 25 cm av is från kammen genomfördes den 27 augusti (Figur 4). I dessa prover förekom alifater, toulen och naftalen (Tabell 2). Tabell 1: Vatten, snö och is prover insamlade 2014. Datum Provtagningsplats Parameter/konc. µg/l Vatten 140710 Rabot jokk 140716 Rabot jokk 140725 Rabot jokk 140730 Rabot jokk 140805 Rabot jokk 140809 Rabot jokk 140814 Rabot jokk 140817 Rabot jokk 140822 Rabot jokk 140827 Rabot jokk naftalen 0.016 140904 Rabot jokk 140916 Rabot jokk 140710 Kittelbäcken 140715 Kittelbäcken 140725 Kittelbäcken 140730 Kittelbäcken 140805 Kittelbäcken 140809 Kittelbäcken 140822 Kittelbäcken 140827 Kittelbäcken 140814 Kittelbäcken 140904 Kittelbäcken 140916 Kittelbäcken Is 140813 Rabots glaciär x (tabell 2) 140822 Rabots glaciär x (tabell 2) 140827 Kammen x (tabell 2) 5
Tabell 2: Spår av föroreningar i prover av snö och is insamlade på Rabots glaciär och på kammen 2013 och 2014. Datum Provtagningsplats Parameter konc. µg/l 20130630 Rabots glaciär (snö) alifater (>C16-C35) 210 20130730 Rabots glaciär (snö) alifater (>C16-C35) 131; 99 20130906 Rabots glaciär (snö) alifater (>C16-C35) 13; 11 20140813 Rabots glaciär (is) alifater (>C16-C35) 16 20130630 Rabots glaciär (snö) naftalen 0.1 20130730 Rabots glaciär (snö) naftalen 0.047 20130906 Rabots glaciär (snö) naftalen 0.047; 0.038; 0.028 20140813 Rabots glaciär (is) - 20140822 Rabots glaciär (is) naftalen 0.044 toluen 0.75 20130630 Kammen (snö) alifater (>C16-C35) 1000 naftalen 0.04 toluen 1.0 20130730 Kammen (snö) alifater (>C16-C35) 1200 naftalen 0.08 20140827 Kammen (is) naftalen 0.036 toluen 0.81 METEOROLOGI, MASSBALANS OCH HYDROLOGI Genom sensorer placerade på en s.k. automatisk väderstation har vi följt väderutvecklingen på Rabots glaciär under smältsäsongen 2012-2014. Väderstationen är belägen på 1355 m ö h centralt på Rabots glaciär och registrerar lufttemperatur på tre höjd-nivåer, vindhastighet och riktning, in- och utstrålning, samt nederbörd. Ett ekolod används för att bestämma smältning av snö och is genom att mäta avståndet till snö och isytan. Den mycket höga medeltemperaturen under juli månad (+8.39 C; Tabell 3, Figur 5) ledde till snabb och kraftig smältning av snö och is. Mätningar av ackumulationen av snö under vintern och smältning av snö och is under sommaren, den s.k. ablationen, ligger till grund för beräkningar av glaciärens massbalans (Tabell 4). Snöackumulationen mäts genom att sondera snödjupet i ett rutnät fördelat över glaciärytan (Figur 5). Snödjupet på referenspunkten (38) i föroreningens källområde uppgick till 4.13 m snö (20 april). Densiteten mäts också för att kunna beräkna snöns vattenekvivalent. Ablationen beräknas genom mätningar av den successiva snö och issmältningen på 10 referensrör 6m) som är borrade ned i isen. Nettobalansen uppgick 2014 till -1.28 m vattenekvivalent, vilket är något mer negativt jämfört med 2013. 6
Tabell 3: Månadsmedeltemperatur 2012-2014 på Rabots glaciär (1355 m ö h). Medeltemperatur C 2012 2013 2014 Maj 1.34-3.03 Juni (period) 4.99 2.14 Juli 4.85 (5-31/7) 4.84 8.39 Augusti 4.22 4.57 4.70 September 4.33 (1-5/9) 2.80 Juli-Augusti 4.54 Juni-Augusti 4.80 5.08 Tabell 4: Massbalans på Rabots glaciär 2012-2014 2012 2013 2014 Vinterbalans (m H 2 O) +1.0 +0.7 +1.02 Sommarbalans (m H 2 O) -0.98-2.19-2.30 Nettobalans (m H 2 O) +0.02-1.49-1.28 Med hjälp av tryckgivare mättes vattentrycket i Rabotjokken under smältsäsongen 2014. Spårämnesförsök genomfördes under olika vattenföring. Kalibreringen genomfördes med hjälp av en fluorometer (FL30) som användes för att mäta koncentrationen av det fluorescerande spårämnet Rhodamine i jokkvattnet. Genom en logaritmisk funktion kunde uppmätt tryck användas för att skapa en avrinningskurva för smältsäsongen 2014 (Figur 5). Den omfattande smältningen av snö och is under juli månad gav höga vattenflöden. Under augusti månad syns en tydlig påverkan på avrinningen under nederbördstillfällena. Efter omfattande smältning av snö på glaciären och öppna glaciärsprickor var förutsättningarna i augusti mycket goda för att mäta vattnets flödeshastighet genom glaciären från källzonen till mynningen. Spårämnesförsök genomfördes den 15 augusti då det fluorescerande ämnet Rhodamine hälldes i en spricka i källzonen (Figur 8). En fluorometer (FL30) användes för att mäta koncentrationen av ämnet i jokken nedströms. Efter 11 timmar noterades den högsta koncentration av Rhodamine i jokkvattnet (Figur 9). Vi bedömer att denna transporthastighet är rimlig även för förorenat smältvatten. Det faktum att endast ca 10% av den ursprungliga mängden spårämne kunde spåras i jokkvattnet (samma resultat som från experiment som genomfördes 2013), visar att vatten, spårämne och därmed sannolikt även föroreningarna, tillfälligt lagras i glaciären och sannolik transporteras ut i omgångar (Clason mfl 2015). SLUTSATSER Naftalen kan spåras i isprover från Rabots glaciär och från Kebnekaisekammen. Koncentrationen av naftalen är densamma i snöprover insamlade i september 2013 som i is insamlad i augusti 2014. Den högsta koncentrationen förekommer i prover från kammen. Toluen förekommer i prover från både glaciären och från kammen. Koncentrationen av de tyngre kolvätena >C16-C35, är samma i snö insamlad i september 2013 som i is insamlad från glaciärytan i augusti 2014 vilket tyder på en i stort sett obefintlig nedbrytning. Naftalen kan spåras vid ett tillfälle i Rabots jokk i slutet av augusti. Vattenföringen var inte speciellt hög vid tillfället. 7
De hydrologiska spårämnesexperimenten visar att transporten av föroreningar som är lösta i, och/eller transporteras med vattnet genom glaciären från källzonen, kan ske på ca 11 timmar. Resultaten visar också att det sker en magasinering av vatten, spårämne och föroreningar inne i glaciären. Resultaten visar att en återfrysning av smält förorenad snö har skett vilket medfört att isen på Rabots glaciär och på kammen mellan Kebnekaises toppar nu är förorenade av ämnen som härrör från flygbränsle och olja, dvs. alifater, naftalen, och toluen. REFERENSER American Petroleum Institute 2010. Kerosene jet fuel category assessment document. 45 pp. Clason, C., Coch, C., Jarsjö, J., Brugger, K., Jansson, P., och Rosqvist, G. 2015. Dye tracing to determine flow properties of hydrocarbon polluted Rabots glacier, Kebnekaise, Sweden. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 11, 13711-13744. Conservation of clean Air and Water in Europe (CONCAWE) 2001. Exposure profile: kerosines/jet fuels. Report no. 99/52, CONCAWE Brussels. Rosqvist G., Jarsjö, J., Clason, C., Coch, C., LaBianca, A., Eriksson, P., och Jansson, P. 2013. The fate of hydrocarbon pollution in Kebnekaise, Arctic Sweden. American Geophysical Union Fall Meeting San Francisco 2013. Session: Local sources of Arctic Pollution and their impacts A41F-0115. Statens haverikommission 2013. Olycka den 15 mars 2012 med luftfartyg av typ C-130 med anropssignal HAZE 01 ur norska Luftforsvaret vid Kebnekaise, Norrbottens län. Slutrapport RM 213:02 (Dnr M-04/12). 8
Figurer 1-8 Figur 1: Karta over Kebnekaise. Cirkeln markerar haveriområdet där snöprover samlats in, blå triangel visar placering av den automatiska väderstationen, lokaler för vattenprovtagning är markerade med röda trianglar, skala 10 mm = 1 km Figur 2: Haveriplatsen på Kebnekaise (Statens haverikommission 2013). 9
Figur 3. Skiss som visar glaciären i profil och de processer som påverkar spridningen av flygbränsle och olja. Figur 4. Provtagningsplatser för snö på kammen samt på glaciären (C-E) och strax utanför källzonen (B). 10
Figur 5: Lufttemperatur (överst), in och utgående strålning, nederbörd och avrinning i Rabot jokk mellan den 20 juli och15 september. Figur 6: Punkter för sondering av snödjup och placering av ablationsstakar. Punkt nummer 38 och 40 ger information om utveckling av snö och is i källzonen på Rabots glaciär. 11
Figur 7: Spårämnesförsök på Rabots glaciär, Dennis Henriksson, Arvidsjaurs jägarbataljon, assisterar. Spårämneskoncentration (ppb) 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 08 09 10 11 12 13 14 15 17 18 19 20 Tid sedan spårämnet hälldes i glaciärsprickan i källzonen (timmar). 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 % Spårämne Figur 8: Resultat av spårämnesförsök genom Rabots glaciär. Den blå kurvan visar koncentrationen av spårämnet Rhodamine i jokken nedströms glaciären. Det högsta värdet uppmättes efter ca 11 timmar. Den röda kurvan visar hur stor del (i %) av ämnet som går att spåra i jokkvattnet, dvs. endast 10%. 12
Bilaga A: Analysprotokoll bränsle (Jet A-1, Hydraunycoil, Turbooil) Program: VATTEN Ordernumber: T1219114 ( ; ) Report created: 2013-01-09 by hedvig.seth ELEMENT SAMPLE Jet A-1 Hydraunycoil Turbooil alifater >C5-C8 µg/l 1700 <100 <100 alifater >C8-C10 µg/l 87000 <100 <100 alifater >C10-C12 µg/l 72000 520 <100 alifater >C12-C16 µg/l 51000 500 200 alifater >C5-C16 µg/l 2.1E5 1400 280 alifater >C16-C35 µg/l 2600 7.2E5 2.9E5 aromater >C8-C10 µg/l 48000 44 43 aromater >C10-C16 µg/l 9600 <20 <20 metylpyrener/metylfluorantener µg/l <20 <20 <20 metylkrysener/metylbens(a)antracener µg/l <20 <20 <20 aromater >C16-C35 µg/l <20 <20 <20 naftalen µg/l 2500 0,74 3,8 acenaftylen µg/l 9,2 <0.1 <0.1 acenaften µg/l 33 <0.1 0,17 fluoren µg/l 32 <0.1 <0.1 fenantren µg/l 5,4 <0.1 <0.1 antracen µg/l <0.1 <0.1 0,11 fluoranten µg/l <0.1 <0.1 <0.1 pyren µg/l <0.1 <0.1 <0.1 bens(a)antracen µg/l 0,1 <0.1 <0.1 krysen µg/l <0.1 <0.1 <0.1 bens(b)fluoranten µg/l <0.1 <0.1 <0.1 bens(k)fluoranten µg/l <0.1 <0.1 <0.1 bens(a)pyren µg/l 0,12 <0.1 <0.1 dibens(ah)antracen µg/l <0.1 <0.1 <0.1 benso(ghi)perylen µg/l <0.1 <0.1 <0.1 indeno(123cd)pyren µg/l <0.1 <0.1 <0.1 PAH, summa 16 µg/l 2500 0,74 4,1 PAH, summa cancerogena µg/l 0,22 <0.35 <0.35 PAH, summa övriga µg/l 2500 0,74 4,1 PAH, summa L µg/l 2500 0,74 3,8 PAH, summa M µg/l 37 <0.25 0,11 PAH, summa H µg/l 0,22 <0.4 <0.4 For the definitive and complete reporting of the results, reference is made to the corresponding signed final report from ALS Scandinavia AB 13
14