Formas, Box 1206, 111 82 Stockholm (www.formas.se)

Forskningsrådet Formas är en statlig myndighet som stödjer grundforskning och behovsstyrd forskning med höga krav på vetenskaplig kvalitet och relevans för berörda samhällssektorer. Det övergripande syftet är att främja en hållbar utveckling i samhället. Pocketboksserien Formas Fokuserar är ett led i Formas arbete med att kommunicera forskningsresultat. Serien är ett debattforum där forskare klargör dagens kunskaps- och debattläge i viktiga samhällsfrågor. FORMAS FOKUSERAR 9: Östersjön hot och hopp UTGIVARE: Formas, Box 1206, 111 82 Stockholm (www.formas.se) PLANERINGSGRUPP: Sture Hansson, Stockholms universitet, Sif Johansson, Naturvårdsverket, Lena Kautsky, Stockholms universitet, Anders Omstedt, Göteborgs universitet, Britt Olofsdotter och Katarina Vrede, Formas REDAKTÖR: Birgitta Johansson, Formas COPYRIGHT: Formas 2006 BESTÄLL FRÅN: OMSLAG OCH ORIGINAL: OMSLAGSBILD: ILLUSTRATIONER: TRYCK: ISBN 91-540-5955-0 STOCKHOLM 2006 www.formasfokuserar.se eller formas.ldi@liber.se Lupo Design Lupo Design Robert Kautsky 08-Tryck AB

Fakta om Östersjön och övergödningen Med Östersjön menas i den här boken Egentliga Östersjön, Bottenhavet och Bottenviken. Östersjön är ett speciellt hav på många sätt. Avrinningsområdet är stort i förhållande till havsområdet. Det betyder att mycket föroreningar rinner ut i en förhållandevis liten vattenmassa. Östersjön är nästan avsnörd från världshaven i övrigt. Därför är utbytet litet av havsvatten mellan Östersjön och havet utanför de danska sunden. Det tar cirka 30 år för hela Östersjöns vatten att bytas ut, och det leder till att de föroreningar som släpps ut i Östersjön blir kvar där länge. 15

F loder och älvar tillför mycket sötvatten till Östersjön. Kombinerat med det begränsade inflödet av havsvatten och ett ganska långsamt vattenutbyte mellan delbassängerna leder det till att salthalten i Östersjön är låg, från 10 15 promille i de södra delarna till mindre än 2 4 promille längst uppe i norr (figur 1). Det är bara få arter som kan leva i så låga salthalter. I öppna havet är omblandningen av ytvattnet bra inom Östersjöns olika delbassänger. Det gör att föroreningar som når dit lätt sprids till andra ställen (figur 2). Längs kusten finns det däremot vikar och skärgårdar som har begränsat vattenutbyte (figur 3). Figur 1. Östersjön delas in i Egentliga Östersjön, Bottenhavet och Bottenviken. Även Finska viken och Rigabukten hör dit. Salthalten varierar från 10 15 promille vid Öresund till bara 2 4 promille längst uppe i norr. Figur 2. Ytvattnet i Östersjön strömmar motsols på grund av corioliseffekten som är en följd av jordens rotation. Medeldjupet är bara knappt 60 meter, och i Egentliga Östersjön är vattenmassan permanent skiktad med saltare och tyngre vatten mot botten (figur 4). Skiktningen begränsar möjligheterna för syrerikt vatten att blandas ner i djupvattnet. Det gör att det ofta blir syrebrist i djupvattnet (figur 5). Stora inflöden av salt och tungt vatten från Kattegatt förekommer med oregelbundna intervall, 16 17

Figur 3. Vattenomsättning i vikar längs den svenska Östersjökusten från Öregrund till Ölands norra udde. Efter Naturvårdsverkets rapport 4914, Bedömningsgrunder för miljökvalitet. framför allt under kraftiga vinterstormar. Det är främst vid dessa stora inflöden som vattnet i de djupare delarna av Östersjöns bassänger tillförs nytt salt- och syrerikt vatten. Om kväve, fosfor och algblomningar Havets växtplankton behöver både kväve (N) och fosfor (P). De tar lättast upp näringsämnena som oorganiska salter. I växtplanktonceller som tillväxer utan brist på näringsämnen går det normalt cirka 16 kväveatomer på varje fosforatom. Vid sin tillväxt tar de då upp 16 gånger fler kväveatomer än fosforatomer ur vattnet. Det betyder att kvoten mellan upptaget kväve och fosfor (N/P-kvoten) är 16:1 om man räknar atomer, men ungefär 7:1 om man räknar i vikt eftersom fosforatomen är tyngre än kväveatomen. Figur 4 visar havets djup längs ett snitt från Skagerrak till Bottenviken. Dessutom framgår salthalten på olika djup. Salthalten ökar i riktning mot Kattegatt samt från havsytan mot botten i hela området. Vattnet är skiktat. Det gör att det inte så lätt blandas i djupled och att syretillförseln till djupvattnet därmed hindras. Vid 60 70 meter ändras salthalten snabbt neråt. Det blir ett språngskikt som kallas haloklin. 18 19

deras tillväxt, medan nedbrytningen av organiskt material hela tiden pågår och frigör näringsämnen. När det blir ljusare på våren startar en snabb tillväxt av växtplankton som tar upp kväve- och fosforatomer ungefär i förhållandet 16:1. Om kvoten mellan tillgängligt kväve och fosfor i vattnet är mindre än cirka 16 tar kvävet slut först. Vårblomningen upphör då trots att det finns en del lätttillgänglig fosfor kvar i vattnet. Vårblomningen sägs därför vara kvävebegränsad. Det betyder att om kvävetillförseln minskar så blir algtillväxten under vårblomningen mindre. Detta är normalt fallet i Egentliga Östersjön. I Bottniska viken är det i stället ofta fosforbrist som begränsar vårblomningen. Figur 5. Det råder syrebrist i stora delar av Egentliga Östersjön, i de djupaste delarna näst intill permanent. En naturlig orsak är vattenmassans skiktning. Syrebristen förvärras av gödande ämnen som leder till mera växtplankton som så småningom faller till botten och tär på syreförrådet när de bryts ner. Vid syrebrist frigörs fosfor från bottensedimenten till vattenmassan. Uppgifterna om Egentliga Östersjön bygger på SMHI:s mätningar höstarna 1996 2003. Efter vintern finns det ofta höga halter av lättillgängligt kväve och fosfor i vattnet. Det beror på att växtplankton tar upp mycket lite näring på vintern när ljusbrist hämmar Varje sommar blommar cyanobakterier (blågröna alger) i egentliga Östersjön och ibland även i Bottenhavet. Cyanobakterier kan utnyttja den kvävgas som finns löst i vattnet. Om det under sommaren är brist på kväve medan fosfor finns tillgängligt får cyanobakterierna därför en konkurrensfördel jämfört med andra växtplankton. Blomningen av cyanobakterier upphör om fosforn tar slut. Biogeokemiska kretslopp för fosfor och kväve Fosfor och kväve har olika möjligheter att försvinna ur vattensystemet. För fosfor (figur 6) finns det två huvudmöjligheter: att flöda ut till omgivande vattenområden eller att läggas fast i sedimenten. Fastläggning i sedimenten sker främst under syrerika förhållanden. När syre- 20 21

halten sjunker till noll frigörs en del av fosforn istället från sedimenten. Kvävecykeln (figur 7) har två stora skillnader jämfört med fosforcykeln. För det första finns det en extra tillförselväg via den kvävefixering som cyanobakterier utför. Det innebär att kvävgas som finns löst i vattnet omvandlas till växttillgängligt kväve. För det andra har sådant växttillgängligt kväve ytterligare en möjlighet att försvinna ur systemet, nämligen genom att bakterier i syrefattiga miljöer omvandlar nitrat via nitrit till kvävgas. Processen kallas denitrifikation. Figur 7. Det biogeokemiska kretsloppet för kväve i havet. För fosfor kan utlösningen från sedimenten i Egentliga Östersjön under år med svår syrebrist vara många gånger större än utsläppen från land samma år. Omvänt kan utfällningen till sedimenten vara stor under år med goda syreförhållanden. Figur 6. Det biogeokemiska kretsloppet för fosfor i havet. Varifrån kommer kväve och fosfor? För att kunna bilda sig en uppfattning om övergödningsdebatten måste man känna till hur stor den naturliga bakgrundsbelastningen av kväve och fosfor är, och hur 22 23

Figur 8. Vattenburen tillförsel av kväve från olika länder år 2000. Till detta kommer direktnedfall från luften som är ungefär en tredjedel av den vattenburna kvävetillförseln. Figur 9. Vattenburen tillförsel av fosfor från olika länder år 2000. Fosfornedfallet från luften anses vara 1 5 procent av den vattenburna tillförseln. 24 25

stora bidrag som kommer från olika källor som människor orsakar. Det handlar bland annat om hur mycket Sverige bidrar med i förhållande till de andra länderna runt Östersjön (figur 8 och 9). Det är också en fråga om hur mycket olika källor bidrar med. I tabell 1 och figur 10 redovisas bidragen från olika källor i Sverige. Här ser vi att både kväve och fosfor till Egentliga Östersjön till stor del kommer från jordbruket, och till Bottniska viken till stor del från skogsmark. När det gäller kväve bidrar kommunala reningsverk och dagvatten med 22 procent till Egentliga Östersjön, med 9 procent till Bottenhavet och med 6 procent till Bottenviken. Enskilda avlopp uppskattas bidra med några enstaka procent av kvävetillförseln, men med så Egentliga Östersjön Bottenhavet Bottenviken Kväve Fosfor Kväve Fosfor Kväve Fosfor Industri 3% 5% 5 % 8 % 3 % 2 % Kommunala 22% 18% 9 % 4 % 6 % 3 % reningsverk + dagvatten Små avlopp 3% 20% 2% 5% 1% 2% Nedfall på sjöar 7% 0% 6% 0% 4% 0% Jordbruksmark 49% 43% 9% 8% 4% 5% Hyggen 1% 1% 9% 2% 4% 1% Övrig skogsmark 11% 11% 44% 56% 45% 55% Övrig mark 4% 2% 16% 17% 33% 32% Totalt (ton/år) 29 700 1 310 36 200 2 430 20 300 1 240 Tabell 1. Tillförsel av kväve och fosfor till Östersjön från olika källor i Sverige. För diffusa källor anges beräknad genomsnittstillförsel för 1985 99, medan punktkällorna i allmänhet gäller uppmätta utsläpp för år 2000. 26 Figur 10. Diagrammen visar bidragen till Östersjön från olika svenska kväveoch fosforkällor. Siffran på utsläppet i ton står under respektive diagram. Beräknad genomsnittstillförsel 1985 99 för diffusa källor, samt för punktkällor i allmänhet uppmätta utsläpp för år 2000. 27

mycket som 20 procent av fosfortillförseln till Egentliga Östersjön. I enskilda kustområden kan fördelningen mellan källor vara helt annorlunda. Det gäller också att jämföra storleken av olika utsläpp med den naturliga omsättningen av näringsämnen i havet. För kväve uppskattas förlusten genom denitrifikation till mellan 500 000 och 1 miljon ton per år. Uppskattningarna av cyanobakteriernas kvävefixering har varierat kraftigt genom åren, från 25 000 ton till 500 000 ton. Förutom kvävefixeringen tillfördes drygt 1 miljon ton kväve till Östersjöområdet år 2000. En dryg fjärdedel beräknas vara direktnedfall på havsytan från luften. Enligt tabell 1 bidrog de svenska kommunala reningsverken år 2000 med cirka 6 500 ton kväve till Egentliga Östersjön. Innan kväverening blev vanligt släppte svenska reningsverk ut cirka 13 000 ton kväve till samma havsområde. Källor Naturvårdsverkets rapport 5319, Ingen övergödning Naturvårdsverkets bok Förändringar under ytan, Monitor 19, 2005 Bokens författare är överens om det som står på sidan 15 28. 28