Orsaker till dioxinproblemet i Östersjöregionen och förslag till åtgärder. Sammanfattning av resultat från forskningsprogrammet BalticPOPs

Orsaker till dioxinproblemet i Östersjöregionen och förslag till åtgärder Sammanfattning av resultat från forskningsprogrammet BalticPOPs

Orsaker till dioxinproblemet i Östersjöregionen och förslag till åtgärder Karin Wiberg, Institutionen för vatten och miljö, Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) Anteneh T. Assefa, Kristina L. Sundqvist, Kemiska institutionen, Umeå universitet Ian T. Cousins, Jana Johansson, Michael S. McLachlan, Anna Sobek, Gerard Cornelissen, Institutionen för tillämpad miljövetenskap (ITM), Stockholms universitet Aroha Miller, Jenny Hedman, Anders Bignert, Naturhistoriska riksmuséet Heikki Peltonen, Finnish Environment Institute (SYKE) Mikko Kiljunen, Institutionen för bio- och miljövetenskap, Jyväskylä universitet Victor Shatalov, Meteorological Synthesizing Centre-East (MSC-East), EMEP Ingemar Cato, Sveriges geologiska undersökning (SGU) och Institutionen för geovetenskaper, Göteborgs universitet NATURVÅRDSVERKET

Beställningar Ordertel: 08-505 933 40 Orderfax: 08-505 933 99 E-post: natur@cm.se Postadress: CM Gruppen AB, Box 110 93, 161 11 Bromma Internet: www.naturvardsverket.se/publikationer Naturvårdsverket Tel: 010-698 10 00 Fax: 010-698 10 99 E-post: registrator@naturvardsverket.se Postadress: Naturvårdsverket, 106 48 Stockholm Internet: www.naturvardsverket.se ISBN 978-91-620-8651-0 ISSN 0282-7298 Naturvårdsverket 2013 Tryck: CM Gruppen AB, Bromma 2013 Omslag: Eva-Maria Diehl och Kristina L. Sundqvist

Förord Naturvårdsverket har under åren 2009-2012 finansierat forskningsprogrammet BalticPOPs Hur ska dioxinproblemet i Östersjön hanteras? Halterna av dioxiner i strömming och annan fet fisk i Östersjön är så höga att de ofta överskrider EU:s gränsvärde för försäljning av konsumtionsfisk. Syftet med satsningen på forskningsprogrammet var att ta fram mer kunskap om orsakerna och källorna till de höga dioxinhalterna i fet fisk i Östersjön. Kunskapen behövs för att kunna verka för att de mest effektiva åtgärderna vidtas för att minska utsläppen och tillförsel av dioxiner från såväl svenska som utländska källor. Denna publikation innehåller en sammanfattning av resultaten från forskningsprogrammet och förslag till åtgärder. En fullständig rapport med programmets resultat finns publicerad på engelska i vår rapportserie (Wiberg, K. et al. 2013. Managing the dioxin problem in the Baltic region with focus on sources to air and fish, Naturvårdsverket, rapport 6566, ISBN 978-91-620-6566-9). Programmet har letts av Professor Karin Wiberg Sveriges lantbruksuniversitet och forskare från åtta lärosäten och forskningsorganisationer i Sverige, Finland och Ryssland har deltagit. Författarna svarar för innehållet i rapporten. Forskningsprogrammet har finansierats med medel från Naturvårdsverkets miljöforskningsanslag. Naturvårdsverket, maj 2013

Innehåll Förord 3 1 Slutsatser 5 2 Inledning 7 3 Tidstrender och geografiska trender av dioxiner och dl-pcb:er i strömming från Bottenhavet 8 4 Tidstrender och geografiska trender för dioxiner och PCB:er i sediment samt spårning av källor 12 5 Sorption av dioxiner och PCB till aerosoler i Östersjöns luft 14 6 Spårning av dioxiner i Östersjöområdets luft 15 7 Rekommenderade åtgärder och framtida forskning 19 8 Litteratur 22 4

1 Slutsatser De forskningsresultat som tagits fram inom BalticPOPs-projektet visar att atmosfärisk deposition är den huvudsakliga källan till förorening dioxiner i Östersjön. Detta överensstämmer väl med slutsatser från en tidigare studie (Naturvårdsverket rapport 5912) och har kunnat styrkas med hjälp av: - spridningsmodeller (Armitage et al. 2009, Wiberg et al. 2009); - källspårning med hjälp av receptormodellering och sedimentdata (Sundqvist et al. 2010, Assefa et al., 2011 samt denna studie); - mätningar av dioxinkoncentrationer i Umeåälven (Josefsson et al. manuskript) och i luft i Östersjöområdet (Sellström et al. 2009), vilka indikerade att bidrag från floder är låga i förhållande till bidrag från atmosfärisk deposition; - att bidrag från avloppsvatten/industriutsläpp är relativt låga i förhållande till bidrag från atmosfärisk deposition (Andersson et al. 2012, Fridmanis et al. 2012, Laht och Volkov 2012); - att föroreningsnivåer inte skiljer sig nämnvärt åt mellan strömmingspopulationer provtagna i kustnära områden, jämfört med utsjöområden. De senaste decennierna har utsläppen av dioxiner minskat som en följd av nya regelverk. Detta har resulterat i minskande dioxinhalter i Östersjösediment, men bara i vissa av de strömmingspopulationer som studerats under senare år. De uteblivna nedåtgående tidstrenderna för dessa strömmingspopulationer kan bero på ekologiska förändringar, som t.ex. långsammare tillväxthastighet och/eller lägre fetthalt i strömming som en följd av dietförändringar. Eftersom framtida förändringar i utsläpp och strömmingens ekologiska förutsättningar är svåra att förutspå är det är oklart om halterna av dioxiner i strömming kommer att sjunka. Det bästa sättet att sänka halterna av dioxiner i strömming är sannolikt att minska den atmosfäriska depositionen av dioxiner till Östersjön. Det behövs fler åtgärder för att begränsa utsläppen till luft i Europa. Om inga insatser görs kommer dioxinhalterna i strömming att även i fortsättningen tidvis överskrida nivåerna i EU:s riktlinjer. Sanering av dioxinförorenade sediment i Östersjöns kustregioner kan ha betydande positiva effekter lokalt, däribland minskade föroreningsnivåer i de arter som lever i de förorenade områdena. Sådana lokala insatser påverkar dock inte nämnvärt halterna av dioxiner i migrerande fiskarter, t.ex. strömming, eftersom dessa arter tillbringar större delen av sin tid i utsjöområden och endast tar sig till kustområden för att leka under några få veckor varje år. Utsläppen av dioxiner är fortfarande dåligt kvantifierade. Mätning och modellering för utvalda dioxinkongener inom BalticPOPs visar att nuvarande europeiska utsläppsuppskattningar underskattar utsläppen av dioxiner minst 2-10 gånger. Osäkerheten i nationella och europeiska databaser för dioxinutsläpp innebär att det för närvarande inte är möjligt att använda 5

dessa uppskattningar i modeller för att avgöra vilka typer av källor som är de dominerande till dioxinföroreningen av luft i Östersjöregionen. Det är troligt att det största bidraget till dioxinförorening i många delar av Östersjön kommer från de östra delarna av Europa. Den slutsatsen kan dras med hjälp av BalticPOPs mätningar av dioxinhalter i luftströmmar från kontinenten samt med hjälp av modellering. Furaner (PCDF) utgör större delen av den totala koncentrationen av dioxiner i luft under vintern, vilken är den årstid då koncentrationerna är som högst. De höga vinterkoncentrationerna indikerar att årstidsbundna källor, som icke-industriell förbränning, är huvudorsaken till dioxinföroreningen av luften i Östersjöregionen under vintertid. Ett försök gjordes i BalticPOPs att använda förekomsten av metaller i luft i Östersjöregionen som markörer för olika typer av dioxinkällor. Det var emellertid inte möjligt att med hjälp av denna metod säkert avgöra vilka typer av källor som bidrar mest till dioxinnivåerna i luften. 6

2 Inledning BalticPOPs är ett forskningsprogram som genomförts på uppdrag av Naturvårdsverket med syfte att i) undersöka tidstrender och geografiska trender av persistenta organiska miljöföreningar (POPs) i biota i Östersjön (framför allt i fet fisk såsom strömming) samt ii) spåra källorna till dioxiner i Östersjöluft. BalticPOPs fokuserade framför allt på dioxiner, eftersom dessa är särskilt bekymmersamma föroreningar i Östersjöregionen. Dioxiner är en grupp av giftiga ämnen som är motståndskraftiga mot nedbrytning och bioackumuleras i djur och människor. De består av polyklorerade dibenso-pdioxiner (PCDDs) och polyklorerade dibensofuraner (PCDF) och kallas gemensamt för dioxiner eller PCDD/Fs. Negativa effekter i miljön samt för människors hälsa kan uppkomma redan vid mycket låga halter. Effekter på människors hälsa omfattar negativa förändringar i immun-, nerv-, hormon- samt reproduktionssystemen. Dioxiner kan också orsaka cancer. Nivåerna av s.k. toxiska ekvivalenter (TEQ) av dioxiner i fet fisk från Östersjön överstiger fortfarande tidvis EU:s gränsvärden för livsmedel och foder. Detta innebär restriktioner i försäljningen av strömming till andra EU-länder och på den inhemska marknaden (Livsmedelsverket 2011, Svensk författningssamling 2011). Dioxinernas persistens i kombination med deras flyktighet gör att de kan transporteras långt i atmosfären. Tidigare studier har visat att atmosfären är en viktig källa till dioxiner till Östersjön (Armitage et al. 2009, Sundqvist 2009, Sundqvist et al. 2010, Verta et al. 2007, Wiberg et al. 2009), och att föroreningen huvudsakligen kommer från den europeiska kontinenten (Sellström et al. 2009, Wiberg et al. 2009). BalticPOPs bygger vidare på forskningsresultat publicerade av Wiberg et al. (2009). Ett viktigt syfte var att använda de nya forskningsresultaten för att diskutera strategier för att minska dioxinutsläpp, något som bör leda till minskade dioxinhalter i Östersjöfisk. BalticPOPs har varit ett tvärvetenskapligt projekt med experter från ett flertal olika forskningsområden. I den här rapporten summeras BalticPOPs huvudsakliga slutsatser. Ytterligare information om forskningsprogrammets metoder, resultat och slutsatser återfinns i den fullständiga rapporten (Wiberg et al., 2013). 7

3 Tidstrender och geografiska trender av dioxiner och dl-pcb:er i strömming från Bottenhavet Nyligen publicerade studier har visat att halterna av dioxiner i Östersjöströmming inte har minskat i alla populationer trots en allmänt nedåtgående trend i miljön (Bignert et al. 2011). Inom BalticPOPs har de långsiktiga trenderna för dioxiner och dioxinlika polyklorerade bifenyler (dl-pcb:er) i strömming (Clupea harengus) undersökts närmare. Dessutom undersöktes vilka faktorer som kan förklara avsaknaden av en nedåtgående tidstrend. Koncentrationer av dioxiner och dl-pcb:er i strömming har mätts under lång tid för tre kustnära stationer i Östersjön: Harufjärden (1990-2009), Ängskärsklubb (1979-2009), Utlängan (1988-2009); och en i Kattegatt: Fladen (1990-2009). Nedan sammanfattas de huvudsakliga resultaten. Strömming från Ängskärsklubb och Fladen uppvisar statistiskt signifikanta nedåtgående trender för de sex dominerande dioxin- och dl-pcbkongenerna om koncentrationerna normaliseras till fettvikt (per gram fett; f.v.; Figur 1). Även TEQ PCDD, TEQ PCDF och TEQ dl-pcb minskade signifikant. För strömming från Ängskärsklubb kunde dessa trender observeras även på våtvikt (per gram fisk; v.v.). Strömming från Harufjärden uppvisar signifikanta nedåtgående trender endast för 2,3,7,8-TCDD och TEQ PCDD (f.v.) och TEQ PCDD (v.v.). Inga signifikanta trender kunde observeras för de övriga dominerande kongenerna eller för TEQ-värden (TEQ PCDD, TEQ PCB and TEQ PCDD/F+dl-PCB ) på f.v. eller v.v. Strömming från Utlängan uppvisar signifikanta nedåtgående trender för de två dominerande PCDD-kongenerna (2,3,7,8-TCDD; 1,2,3,7,8-PeCDD). Signifikanta minskningar observerades även för TEQ PCDD, TEQ PCB och TEQ PCDD/F+dl-PCB, men inte för TEQ PCDF (f.v.). Alla TEQ-värden uppvisade signifikanta nedgångar på våtvikt. TEQ PCDD minskade signifikant i strömming vid alla mätstationer (f.v.), medan signifikanta minskningar för TEQ PCDF endast observerades vid Ängskärsklubb och Fladen. Detta indikerar att bidraget från olika källor till föroreningen av dioxiner har förändrats över tid. Att kraftiga minskningar av dioxiner, dl-pcb:er och TEQ-värden (f.v.) observerats i strömming vid Ängskärsklubb och Fladen beror troligtvis på att utsläppen minskat under de senaste decennierna (se kapitel 4 och 6), även om ytterligare faktorer troligen spelat in. 8

250 y = 3E+54e -0.061x r² = 0.6912, p<0.01 200 steq PCDD/F + DL PCB pg/g f.v. 150 100 50 0 År Figur 1. TEQ-koncentrationer (pg g -1 f.v.) av PCDD/F + dl-pcb för hela tidsserien vid Ängskärsklubb. Den log-linjära regressionsekvationen samt r 2 - och p-värden visas. Avsaknaden av en statistiskt signifikant nedgång vid vissa mätstationer kan ha flera orsaker: Att utsläppen av dioxiner inte minskat över tid på alla platser, trots att en allmän långsiktig minskning av dioxin- och PCB-utsläpp samt av halter i miljön har påvisats. Det är möjligt att vissa strömmingspopulationer påverkas av kustnära källor från vilka dioxinutsläpp fortfarande pågår. Detta är dock inte sannolikt i och med att dioxinnivåerna inte varierar nämnvärt mellan olika strömmingspopulationer (Figur 3) och att dioxin- och PCBkoncentrationerna i sediment har minskat kraftigt (data från sedimentkärnor från kustnära områden; Sobek et al. 2012, Assefa et al., 2012). En kortare tidsserie med färre datapunkter har lägre statistisk styrka. Det kan alltså finnas en trend som inte går att skönja på grund av en brist på datapunkter. Långsammare tillväxthastighet har observerats för strömming i Bottenhavet och Egentliga Östersjön. Bioenergetisk modellering visade att en långsammare tillväxthastighet skulle ha en stark inverkan på tidstrenderna av dioxiner i strömming, och motverka effekten av minskade utsläpp. Isotopanalys indikerar att strömming i Bottenhavet gradvis börjat äta på en högre trofisk nivå under de senaste decennierna. Isotopanalysen saknade dock referensdata (baslinje), och dessa resultat är därför endast indikativa. 9

Årstidsvariation av dioxinhalter i strömming kan ha stor betydelse för den miljöövervakning som genomförs för att sätta gränsvärden. Vi undersökte därför om variationen i halter från år till år i) beror på årstidsvariation och ii) om den i så fall är kopplad till biologiska faktorer. Resultaten visade att: Strömming uppvisar en tydlig årstidsvariation i dioxinkoncentrationen normaliserad till fettvikt (Figur 2). Då fettinnehållet ökar minskar koncentrationen. Minskningen beror troligen inte på att strömmingen eliminerar dioxiner, utan på att den totala mängd dioxiner den tagit upp blir mer eller mindre utspädd beroende på dess fettinnehåll. Strömmingens fettinnehåll varierar under året på grund av lek under vår/sommar samt på grund av årstidsbundna förändringa i diet (Figur 2). På våtvikt kunde ingen tydlig årstidsvariation i dioxinkoncentrationer urskiljas. 200 6 160 5 pg/g f.v. 120 80 4 3 2 Fett % 40 1 TEQ PCDD/F Fat % 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Månad Figur 2. TEQ PCDD/F (pg g -1 f.v.) samt strömmingens fettinnehåll (%) för mätstationen i den södra delen av Bottenhavet under de 12 månader studien pågick. Siffrorna på x-axeln motvarar månader (1= januari, 2= februari osv.). Geografisk variation av dioxinhalter har observerats i strömming från Östersjön (Bignert et al. 2011, Bignert et al. 2007, Karl och Ruoff 2007). Strömming från Östersjön är mer förorenad än strömming från den svenska västkusten (Karl och Ruoff 2007), och i Bottenviken och Bottenhavet är halterna ofta förhöjda (Bignert et al. 2011, Isosaari et al. 2006). Det var alltså känt innan Baltic-POPs projektet att dioxinhalterna i strömming varierar mellan olika skandinaviska hav och Östersjöns olika delar. Däremot var kunskapen bristfällig om hur halterna i fisk varierade inom delhaven. För att undersöka huruvida strömmingens diet, biologiska variabler eller sediment- och vattenkoncentrationer kan förklara de geografiska variationerna 10

som observerats mättes dioxinhalter i strömming, pungräka, zooplankton, sediment och vatten från fyra kustnära mätstationer samt i strömming från fyra mätstationer i utsjöområden i Bottenhavet. Dessutom utfördes isotopanalys för strömming, pungräka och zooplankton. Detta är resultatet av studien: Kongenermönstren skiljde sig inte mellan strömming fångad kustnära eller i utsjöområden (Figur 3). TEQ PCDD/F (v.v.) var högre i fisk fångad vid kusten än i utsjöfisk. För övriga TEQ-värden observerades ingen skillnad mellan kust och utsjö, vare sig på f.v. eller v.v. Den allmänna avsaknaden av geografisk variation i strömmingens dioxinkoncentrationer kan förklaras av att strömming är en migrerande fisk. Den tar sig in till potentiellt kontaminerade kustområden för att leka endast under några veckor varje vår/sommar. I och med att strömming är en pelagisk fisk som framför allt uppehåller sig i utsjöområden påverkas den mer av de dioxiner som når vattnet via atmosfärisk deposition än av kustnära punktkällor. Isotopanalys av strömming från de fyra kustnära mätstationerna i Bottenhavet användes för att undersöka var strömmingens föda kom från. På två av de fyra platserna bestod födan huvudsakligen av födoämnen från kusten, medan strömming från de andra två stationerna huvudsakligen levde på föda från utsjöområden. En statistiskt signifikant skillnad observerades för TEQ dl-pcb på fettvikt och för alla TEQ-värden på våtvikt. Strömming från de två platserna där födan till större del bestod av kustbiota hade generellt sett högre koncentrationer än strömming från de andra två mätstationerna. a) b) pg/g l.w. 60 50 40 30 20 10 0 OCDD 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 1,2,3,7,8,9-HxCDD 1,2,3,6,7,8-HxCDD 1,2,3,4,7,8-HxCDD 1,2,3,7,8-PeCDD 2,3,7,8-TCDD pg/g l.w. 60 50 40 30 20 10 0 OCDD 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 1,2,3,7,8,9-HxCDD 1,2,3,6,7,8-HxCDD 1,2,3,4,7,8-HxCDD 1,2,3,7,8-PeCDD 2,3,7,8-TCDD Site and matrix Site and Matrix Figur 3. Koncentrationer av PCDD (pg g -1 f.v.) och kongensammansättning för strömming provtagen vid a) kusten och b) i utsjöområden (se Wiberg et al. (2013) för identifiering av mätstationer). 11

4 Tidstrender och geografiska trender för dioxiner och PCB:er i sediment samt spårning av källor Tidstrender i föroreningskoncentrationer i ackumulationssediment i havet kan ge inblick i hur havet har belastats av dessa föroreningar över tid. En viss tidsfördröjning förekommer dock på grund av att partiklar förflyttas från transport- och erosionsbottnar innan de når och ansamlas på ackumulationsbottnar. Syftet med sedimentstudien i BalticPOPs var att avgöra hur dioxinkällor har förändrats över tid och om minskade utsläpp av kända källor återspeglas i minskande halter i sedimentkärnor. För att undersöka tids- och geografiska trender provtogs sedimentkärnor vid fem mätstationer i utsjöområden i Östersjön. Dessutom bidrog ett projekt administrerat av Länsstyrelsen Gävleborg med sju kärnor provtagna längs Bottenhavets kust, och Länsstyrelsen Uppsala bidrog med två kärnor provtagna i Lövstabukten. Dioxinhalterna mättes i alla kärnor, medan halterna av PCB och hexaklorbensen (HCB) endast bestämdes i kärnorna från utsjöområden. Nedan följer en sammanfattning av resultaten. En tydligt nedåtgående trend för både PCB:er och dioxiner observerades i sedimentkärnor från alla områden i Östersjön (se exempel i Figur 4). För dioxinerna, som mättes i både kust- och utsjösområden, minskade halterna långsammare i utsjöområden. De nedåtgående trenderna var väntade i och med att minskade utsläpp rapporterats under senare år. För HCB däremot pekade trenderna uppåt vid alla mätstationer där de mättes (utsjöområden), utom i Egentliga Östersjön. Spårningen av dioxinkällor med hjälp av receptormodellering visade att utsläpp till luft är, och har varit, den viktigaste källan till Östersjön som en helhet. Utsläpp från landbaserade källor bidrog väsentligt till dioxinhalterna i Östersjöns sediment, speciellt i kustområden. Trots att klorblekning och relaterad verksamhet inte påverkade halterna i utsjöområden nämnvärt, var typiska landbaserade källor, såsom klorfenolanvändning och utsläpp från papper och pappersmassaframställning, viktiga i framför allt de norra delarna av Östersjön. Kongensammansättningen i sedimenten förändras långsamt över tid (Figur 4). Detta tyder på att sedimenten endast långsamt återhämtar sig från tidigare föroreningar. Tidigare modelleringsstudier (Armitage et al. 2009, Wiberg et al. 2009) har förutspått en minskning med en faktor 3 av dioxinhalterna (TEQ) i ytsediment mellan 1986 och 2006. Sedimentdata från BalticPOPs visar på en minskning med en faktor 2 eller mindre beroende på mätstation. Modellen förutspådde alltså att den abiotiska miljön i Östersjön skulle svara på minskade utsläpp snabbare än vad den faktiskt gjort. Den mest sannolika 12

förklaringen till skillnaden mellan modell och verklighet är modellens förenklade beskrivning av dynamiken mellan sedimentation, resuspension och slutlig sänka (begravda sediment). Northern Bothnian Sea 0 2 4 6 8 10 12 14 Northern Bothnian Sea 0% 20% 40% 60% 80% 100% 2007-2008 2005-2007 2000-2003 1995-1997 1992-1993 1989-1992 1984-1986 1973-1975 1962-1964 1940-1942 2007-2008 2005-2007 2000-2003 1995-1997 1992-1993 1989-1992 1984-1986 1973-1975 1962-1964 1940-1942 Figur 4. Koncentrationer av TEQ PCDD/F (pg g -1 torrvikt) i en sedimentkärna från ett utsjöområde i norra Bottenhavet (vänster) samt olika dioxin-kongeners procentuella bidrag till TEQ i sedimentkärnan (höger; varje färg motsvarar en enskild kongen, se Wiberg et al. (2013) för identifiering av specifika kongener). 13

5 Sorption av dioxiner och PCB till aerosoler i Östersjöns luft Atmosfärisk deposition av aerosoler tros vara den huvudsakliga transportvägen för dioxiner till Östersjön. Det är oklart hur starkt dioxinerna är bundna till luftpartiklar (aerosoler) och hur tillgängliga de är för upptag i biota. Inom BalticPOPs undersöktes tillgängligheten hos dioxiner och PCB:er bundna till aerosoler genom att bestämma deras fördelningskoefficient mellan aerosol och vatten. Detta gjordes med aerosoler som provtagits i Stockholm. En vanlig uppfattning är att endast fritt lösta miljöföroreningar är tillgängliga för upptag i biota, medan ämnen bundna till partiklar inte kan tas upp. De fördelningskoefficienter mellan aerosoler och vatten som togs fram i BalticPOPs jämfördes med fördelningskoefficienter mellan Östersjösediment och vatten (Cornelissen et al. 2008). Studien presenteras mer utförligt i Sobek et al. 2013. De viktigaste resultaten följer nedan: Dioxiner och PCB:er binds starkare till sedimentpartiklar än till aerosoler (jämförelse med data från en tidigare studie; Cornelissen et al. 2008). Dioxiner och PCB:er som når Östersjön med aerosoler är starkare bundna till det organiska materialet i aerosolerna än vad som beräknats med hjälp av modeller för fördelning mellan vatten och partikulärt organiskt material (t.ex. Seth et al. 1999). Den starka bindningen tros bero på en stark adsorption till sotfraktionen av det organiska materialet i aerosolerna. Generellt binds plana molekyler, såsom dioxiner, starkt till sotfraktionen i partikulärt organiskt material. Denna starka bindning till sot har betydelse för föroreningarnas biotillgänglighet. 14

6 Spårning av dioxiner i Östersjöområdets luft Även om atmosfärisk deposition tros vara den huvudsakliga transportvägen för dioxiner till Östersjön, är det oklart från vilken geografisk region dioxinerna i Östersjöområdets luft härrör. I BalticPOPs användes olika angreppssätt i ett försök att spåra dioxinernas källor. I en tidigare studie (Sellström et al. 2009) visade mätningar av dioxiner i luft i Östersjöområdet (Aspvreten) att den luft som under vintertid kommer från Centraloch Östeuropa har högst halter av dioxiner. Inom BalticPOPs gjordes en ansats att använda koncentrationen av metaller i luft för att ta reda på vilka typer av källor som bidrar till dioxinföroreningen av luft i Östersjöregionen. Den luftövervakningsstudie som genomförts av Sellström et al. (2009) upprepades och utökades till att även inkludera metaller, HCB och PCB. Syftet var att undersöka trender för dioxiner, PCB och HCB, och att identifiera viktiga typer av dioxinkällor genom att använda metaller som markörer för olika typer av utsläpp. Resultaten av studien följer nedan: Under sommaren observerades inga signifikanta skillnader i TEQ-nivåer i luft som transporterats till Aspvreten från olika riktningar. PCDD:er bidrog mer till de totala TEQ-nivåerna än vad PCDF:er gjorde. Under vintern dominerade PCDF:er, och de totala TEQ-nivåerna ökade signifikant i luftmassor från alla väderstreck. Ökningen var speciellt uttalad för luft som kom från söder och öster (Figur 5), något som även rapporterats av Sellström et al. (2009). HCB uppvisade samma årstidsvariation som dioxinerna. PCB:er uppvisade ett motsatt mönster med högre koncentrationer under sommaren. För HCB och för PCB:er observerades ingen skillnad i TEQ-nivåer mellan luftmassor från olika väderstreck. I och med att utsläpp från industrier inte är årstidsbundna indikerar de höga dioxinnivåerna under vintern att förbränning är en viktig källa. Korrelationer mellan PCDF:er och Cd, K, Pb, Sb, och Zn observerades för vinterproverna. K, Pb, Sb, och Zn är markörer för förbränning av trä (Pacyna 1986, Hopke, personlig kommunikation) och andra biobränslen. Luften i Aspvreten uppvisade samma kvoter av Zn/Pb och Pb/Sb som rökgaser från koleldade elkraftverk. Det allmänna kongenmönstret av PCDD/F:er som observerats i Aspvretenluft liknade mönster som uppmätts i rökgaser från kommunala avfallsförbränningsanläggningar och koleldade elkraftverk, men liknade inte mönster i emissioner från elektriska förbränningsugnar, aluminiumtillverkning, eller diesel- och bensinmotorer (Lee et al. 2004, Lin et al. 2007). Sammanfattningsvis finns ett flertal indikationer på att förbränning orsakar de höga nivåerna av dioxiner i Aspvreten på vintern. Dioxin- och metalldata framtagna inom BalticPOPs kunde dock inte användas för att avgöra om någon typ av förbränning är viktigare än andra. 15

Enligt emissionsdatabaser har industrin i Europa minskat sina utsläpp av dioxiner med upp till 90 % sedan 1980-talet då utsläppen var som högst (BiPRO 2009). Utsläpp av dioxiner från hushåll har däremot troligen inte minskat väsentligt. Hushållens bidrag har därför ökat och uppskattas stå för mer än en tredjedel av de totala europeiska utsläppen av dioxiner idag. I vissa regioner kan de utgöra så mycket som 70 % av de totala utsläppen. De huvudsakliga källorna till utsläpp av dioxiner från europeiska hushåll har uppskattats vara uppvärmning och matlagning med fast bränsle samt avfallsförbränning (BiPRO 2009). De dioxinutsläpp som rapporterats till European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP 2012) indikerar dock stora regionala skillnader i bidrag från olika sektorer. Det är oklart hur mycket av variationen som beror på verkliga skillnader i utsläpp och hur mycket som beror på att olika metoder använts för att kvantifiera de nationella utsläppen. Att halterna av dioxiner är högre på vintern och mestadels ej kvantifierbara under sommaren tyder på att direkta källor snarare än temperaturstyrd avdunstning från jord ( sekundära källor ) styr halterna av dioxiner i luft. Simuleringar med modellen POPCYCLING-Baltic visar också att avdunstning från jord är en relativt obetydlig källa till dioxiner i luft (utgör mindre än 10 % av de uppskattade totala utsläppen (TEQ) i Sverige). Figur 5. Genomsnittliga koncentrationer av PCDDer (blå staplar) och PCDFer (röda staplar) i luft från Aspvreten (fg TEQ PCDD/F m -3 ) under a) sommaren 2010 (BalticPOPs) och b) vintern 2006/2007 (Sellström et al. 2009) och 2010/2011 (BalticPOPs), indelade i sju kompassriktningar baserade på luftmassornas ursprung. I BalticPOPs har vi även försökt spåra det geografiska ursprunget för dioxinerna som deponeras till Östersjön kommer genom att använda MSCE-POP-modellen, en modell med hög upplösning i tid och rum. Vi har dessutom undersökt om de utsläppsuppskattningar som görs idag kan förklara de uppmätta halterna av fyra utvalda 2,3,7,8-substituerade dioxinkongener i luft samt kvantifierat brister i emissionsdatabasen. Emissionsdata som behövdes som indata till modellen hämtades från EMEPs databas. De nivåer som togs fram med hjälp av modellen jämfördes 16

med dioxinhalter i luft och deposition uppmätta vid två mätstationer i Sverige och en i Finland. Om de koncentrationer som uppmätts i fält och de som beräknats med hjälp av modellen överenstämde kunde det indikera att korrekta emissionsuppskattningar rapporterats till EMEP. Genom att öka emissionerna för utvalda regioner tills optimal överensstämmelse mellan modell och verklighet erhölls kunde vi kvantifiera i vilken grad uppmätta data och data som genererats med hjälp av utsläppsuppskattningar inte överensstämde. En speciell metod utvecklades för att identifiera regioner för vilka de rapporterade emissionerna behövdes justeras uppåt. Studien presenteras mer utförligt i Shatalov et al. 2012. Slutsatserna från detta arbete är i korthet: Modellen underskattade luftkoncentrationerna mellan 5 och 30 gånger, beroende på kongen, mätstation och framför allt på luftmassans geografiska ursprung. Detta ger ett ungefärligt mått på bristerna i de befintliga europeiska utsläppsuppskattningarna, som alltså uppenbarligen underskattas. En justering av kongensammansättningen i de rapporterade emissionerna kombinerat med en dubblering av de totala utsläppen för två regioner förbättrade överensstämmelsen för luftmassor från de flesta riktningar. Överensstämmelsen var dock fortfarande relativt dålig då luftmassorna anlände från syd-sydost och syd-sydväst. En tiofaldig ökning av de totala emissionerna i flera regioner förbättrade inte överensstämmelsen nämnvärt. Våra resultat visar att den kvantitativa förståelsen av hur europeiska dioxinutsläpp bidrar till föroreningen av Östersjön är bristfällig. Vidare finns en brist på fältdata, speciellt sådan som anger kongensammansättningen i atmosfären och i deposition. Båda dessa faktorer försvårar en korrekt identifiering av regioner vars dioxinutsläpp är avgörande för föroreningen av Östersjön. Det modelleringsverktyg och den metod för justering av indata som presenterats här skulle kunna användas för att identifiera felaktiga poster i emissionsdatabaser. För dioxiner är dock användandet av metoden begränsad av tillgången på korrekta utsläppsdata. Modellens uppskattningar tyder på att de dioxiner som uppmätts i Östersjöområdets luft huvudsakligen har sitt ursprung på den europeiska kontinenten, och att bidraget från de östra delarna av Europa är stort. Detta bekräftas av de rörelser för luftmassorna som beräknats med hjälp av luftövervakningsdata (eng. back-trajectories ). Vidare kan noteras att hur stor andel som kommer från olika geografiska regioner skiljer sig mellan de två studerade delarna av Östersjön (Figur 6). 17

Figur 6. Olika geografiska regioners bidrag till deposition av 2,3,4,7,8-PeCDF till Egentliga Östersjön och Finska viken. Bidragen har beräknats med hjälp av emissioner rapporterade till EMEPs databas. (DK Danmark, EE Estland, FI Finland, LV Lettland, PL Polen, SE Sverige, RU den östra delen av Ryssland, RW den nordvästra delen av Ryssland, OT totalt bidrag från övriga europeiska länder, Rest övriga källor). 18

7 Rekommenderade åtgärder och framtida forskning För att minska den atmosfäriska depositionen av dioxiner, och därmed nivåerna i Östersjöströmming, är det nödvändigt med ett paneuropeiskt samarbete. Inom BalticPOPs finns indikationer på att en utsläppsreduktion i de östra delarna av Europa skulle bidra avsevärt till att minska den atmosfäriska depositionen av dioxiner till Östersjön. Det är svårt att fastställa exakt vilka typer av källor som bidrar mest till dioxinföroreningen av luft i Östersjöregionen, men det finns indikationer på att icke-industriell förbränning är viktigare än industriella utsläpp. En tidigare studie (BiPRO 2009) föreslog att uppvärmning, matlagning och avfallsförbränning är källor som blir mer och mer viktiga i Europa. Studien påpekade att för att ytterligare minska utsläppen av dioxiner från förbränning behövs åtgärder såsom: - fortsatta insatser för att minska illegal förbränning av avfall, med hjälp av utökad kontroll och upplysningskampanjer för att informera om förbudet - ett förbud mot uppvärmning med fasta bränslen - höjd energieffektivitet i hushåll och industrier, för att minska den totala förbränningen - förbättrad isolering och temperaturreglering i hushållen - ersättning av gamla uppvärmningsanordningar med ny utrustning som är mer effektiv och/eller använder miljövänliga bränslen (t.ex. biobränslen) eller miljövänlig teknik (t.ex. solkraft, bergvärme) - utökad användning av centraliserade fjärrvärmesystem, som är särskilt effektiva i städer och kan drivas med miljövänliga bränslen/miljövänlig teknik. Ökad sjöfart förväntas bidra till ytterligare förorening av dioxiner i vatten och i luft i Östersjöregionen (Cooper 2004). Emissioner av dioxiner från sjöfart är inte väl kvantifierade, och därför kan deras påverkan inte jämföras med påverkan från andra utsläppskällor. I de simuleringar som genomfördes inom BalticPOPs för att spåra dioxinernas ursprung inkluderades en grov uppskattning av dioxinutsläppen från fartyg. Eftersom osäkerheten i denna uppskattning är stor rekommenderar vi att i) utsläpp av dioxiner och andra POPs från fartyg kvantifieras och ii) att utsläppen reduceras genom att fartyg förses med utrustning för kontroll av utsläpp. En generell minskning av förbränning borde inte bara minska utsläppen av dioxiner, utan även utsläppen av andra miljöföroreningar (som PAH, metaller och även koldioxid). Lagstiftning för att begränsa utsläpp till luft (i t.ex. klimatförändringssyfte) leder därför även till minskningar av dioxinutsläpp. Alla åtgärder för att minska utsläpp bör övervakas noggrant genom kontinuerlig mätning av tidstrender i luft, atmosfärisk deposition och ström- 19

ming. Vi rekommenderar också att möjliga markörer för utsläpp av dioxiner (t.ex. metaller och sot) övervakas parallellt med dioxinhalterna i miljön. Det är viktigt att genomföra informationskampanjer för att informera om dioxiners negativa effekter för miljön och människors hälsa. En god förståelse om orsakssamband är avgörande för att få acceptans bland allmänheten och åstadkomma förändringar i beteenden för att minska dioxinutsläpp från hushållen. Alla miljöövervakningsprogram bör använda moderna metoder för provtagning och analys av POPs. Samma metoder bör användas vid alla fältstationer för att säkerhetsställa jämförbarhet. Det finns indikationer på att de olika metoder som används i Sverige för att provta dioxiner i deposition inte ger jämförbara halter av dioxiner, vilka är ämnen som ofta förekommer bundna till partiklar. Att identifiera viktiga punktkällor i Europa är en svår uppgift. Vi har visat att de befintliga databaserna över dioxinemissioner är bristfälliga. Därför rekommenderar vi att alla insatser för att förbättra rapporteringen av utsläpp av POPs uppmuntras. För att skapa pålitliga och jämförbara databaser är utbyte av information samt koordinering och harmonisering av emissionsdata-rapportering nödvändig. En lovande metod för att identifiera viktiga källor är att använda kostnadseffektiva geografiska luftövervakningsstrategier, såsom passiv luftprovtagning, för att simultant mäta POPs och andra användbara markörer för olika typer av förbränning. Stora framsteg har gjorts vad gäller denna provtagningsteknik de senaste åren, och dessutom har stora miljöövervakningsprogram upprättats i Europa och globalt. För att bättre förstå vilka källor som är viktiga för dioxinföroreningen av luft rekommenderar vi följande forskning som grundar sig på ett flertal mät- och modelleringsmetoder: - En metod för att uppskatta utsläpp av POPs från stora städer har nyligen utvecklats (t.ex. Gasic et al. 2010, Gasic et al. 2009, Moeckel et al. 2010). Metoden använder en kombination av atmosfärisk modellering och övervakning av luftkvalitet för att beräkna utsläpp från urbana områden. Denna metod är synnerligen användbar då det gäller att testa hypoteser och kalibrera utsläppsmängder, och kan med fördel användas i samband med storsakliga beteendestudier. - De modelleringsverktyg som idag finns tillgängliga för att beräkna spridningen av POPs i Östersjöregionen (t.ex. modellen POPCYCLING-Baltic) är förenklade i sin beskrivning av exempelvis atmosfärisk transport och sedimentdynamik. Nya, mer avancerade modellverktyg med förbättrad beskrivning av den fysiska miljön behövs för att stödja den beslutsfattande processen. - Den modell som använts i BalticPOPs (MSCE-POP) är användbar för att identifiera källor av dioxiner och andra POPs till luft. Emellertid krävs utsläpps- och miljöövervakningsdata av högre kvalitet för vidare 20

utvärdering av modellen. Ett stort antal europeiska mätstationer med en mer homogen utspridning än vad som fanns tillgängliga då BalticPOPs genomfördes (endast skandinaviska fältstationer: Aspvreten, Pallas och Vindeln) behövs för att bättre kunna utvärdera modellens resultat. De tidigare nämnda nätverken för passiv provtagning skulle bidra med en kostnadseffektiv mätmetod för framtida utvärdering av modellen. Ytterligare ett sätt att minska halterna av dioxiner i strömming kunde vara att styra fisket i Östersjön på ett sådant sätt att strömmingens tillväxthastighet ökar. Detta rör komplexa ekologisk samband och ett sådant alternativs biologiska konsekvenser och eventuella framgång har inte undersökts inom BalticPOPs. Det skulle därför behöva undersökas vidare i samarbete med forskare inom fiskekologi. 21

8 Litteratur Andersson H, Palm Cousins A, Brorström-Lundén E, Wickman T, Pettersson M, et al. 2012. COHIBA summary report Sweden - Work package 4: Identification of sources and estimation of inputs/impacts on the Baltic Sea. IVL (Swedish Environmental Research Institute). [www.cohiba-project.net/publications] Armitage JM, McLachlan MS, Wiberg K, Jonsson P. 2009. A model assessment of polychlorinated dibenzo-p-dioxin and dibenzofuran sources and fate in the Baltic Sea. Science of the Total Environment 407:3784-3792. Assefa AT, Sundqvist KL, Cato I, Wiberg K. 2011. Time trends of PCDD/F levels and source contributions in Baltic Sea sediments. Organohalogen Compounds 73: 142-145. Assefa AT, Sundqvist KL, Cato I, Jonsson P, Sobek A, Wiberg K. 2012. Trends of PCDD/Fs in coastal and offshore Baltic Sea sediment cores covering the 20th century. Organohalogen Compounds 74: 328-331. Bignert A, Boalt E, Danielsson S, Hedman J, Johansson AK, et al. 2011. Comments concerning the national Swedish contaminant monitoring programme in marine biota. Naturhistoriska riksmuseet, Rapport 7:2011. Bignert A, Nyberg E, Sundqvist KL, Wiberg K. 2007. Spatial variation in concentrations and patterns of the PCDD/F and dioxin-like PCB content in herring from the northern Baltic Sea. Journal of Environmental Monitoring 9:550-556. BiPRO. 2009. Information exchange on reduction of dioxin emissions from domestic sources. Report 070307/2007/481007/MAR/C4. [http://ec.europa.eu/environment/dioxin/pdf/report09] Cooper D. 2004. HCB, PCB, PCDD and PCDF emissions from ships. IVL, Rapport B1620. Cornelissen G, Wiberg K, Broman D, Arp HPH, Persson Y, et al. 2008. Freely dissolved concentrations and sediment-water activity ratios of PCDD/Fs and PCBs in the open Baltic Sea. Environmental Science & Technology 42:8733-8739. EMEP. 2012. WebDab search - Emissions as used in EMEP models. [http://www.ceip.at/webdab-emission-database] Fridmanis J, Toropovs V, Linde A. 2012. COHIBA summary report Latvia - Work package 4: Identification of sources and estimation of inputs/impacts on the Baltic Sea. Baltic Environmental Forum. [www.cohiba-project.net/publications] 22

Gasic B, MacLeod M, Klanova J, Scheringer M, Ilic P, et al. 2010. Quantification of sources of PCBs to the atmosphere in urban areas: A comparison of cities in North America, Western Europe and former Yugoslavia. Environmental Pollution 158:3230-3235. Gasic B, Moeckel C, Macleod M, Brunner J, Scheringer M, et al. 2009. Measuring and modeling short-term variability of PCBs in air and characterization of urban source strength in Zürich, Switzerland. Environmental Science & Technology 43:769-776. Hopke P. Personlig kommunikation. Department of Chemical and Biomolecular Engineering and Center for Air Resources Engineering and Science, Clarkson University. Isosaari P, Hallikainen A, Kiviranta H, Vuorinen PJ, Parmanne R, et al. 2006. Polychlorinated dibenzo-p-dioxins, dibenzofurans, biphenyls, naphthalenes and polybrominated diphenyl ethers in the edible fish caught from the Baltic Sea and lakes in Finland. Environmental Pollution 141:213-225. Josefsson S, Bergknut M, Wiberg K. Manuskript. Influence of landscape type, stream order and hydrological conditions on terrestrial export of POPs. Karl H, Ruoff U. 2007. Dioxins, dioxin-like PCBs and chloroorganic contaminants in herring, Clupea harengus, from different fishing grounds of the Baltic Sea. Chemosphere 67:S90-S95. Laht M, Volkov E. 2012. COHIBA summary report Estonia - Work package 4: Identification of sources and estimation of inputs/impacts on the Baltic Sea. Estonian Environmental Research Centre. [www.cohiba-project.net/publications] Lee W-S, Chang-Chien G-P, Wang L-C, Lee W-J, Tsai P-J, et al. 2004. Source identification of PCDD/Fs for various atmospheric environments in a highly industrialized city. Environmental Science & Technology 38:4937-4944. Lin L-F, Lee W-J, Li H-W, Wang M-S, Chang-Chien G-P. 2007. Characterization and inventory of PCDD/F emissions from coal-fired power plants and other sources in Taiwan. Chemosphere 68:1642-1649. Livsmedelsverket 2011. Livsmedelsverkets föreskrifter om utförsel och export av vissa vildfångade fiskarter från Östersjöområdet. LIVSFS 2011:19. Moeckel C, Gasic B, MacLeod M, Scheringer M, Jones KC, Hungerbühler K. 2010. Estimation of the source strength of polybrominated diphenyl ethers based on their diel variability in air in Zürich, Switzerland. Environmental Science & Technology 44:4225-4231. 23

Pacyna J. 1986. Emission factors of atmospheric elements, i Toxic metals in the atmosphere, 1-32, red. J Nriagu, I Davidson: John Wiley & Sons, New York, NY. Sellström U, Egeback AL, McLachlan MS. 2009. Identifying source regions for the atmospheric input of PCDD/Fs to the Baltic Sea. Atmospheric Environment 43:1730-1736. Seth R, Mackay D, Muncke J. 1999. Estimating the organic carbon partition coefficient and its variability for hydrophobic chemicals. Environmental Science & Technology 33:2390-2394. Shatalov V, Johansson JH, Wiberg K, Cousins IT. 2012. Tracing the origin of dioxins in Baltic air using an atmospheric modeling approach. Atmospheric Pollution Research 3: 408-416. Sobek A, Wiberg K, Sundqvist KL, Cornelissen G, Jonsson P. 2012. Dioxiner i Bottenhavet och Bottenviken pågående utsläpp eller historiska synder. Länsstyrelsen Gävleborg, Rapport 2012:7. Sobek A, Arp HPH, Wiberg K, Hedman J, Cornelissen G. 2013. Aerosol-water partitioning of PCDD/Fs and PCBs in the Baltic Sea region, Environmental Science & Technology 47(2):781-789. Sundqvist KL. 2009. Sources of dioxins and other POPs to the marine environment. Identification and apportionment using pattern analysis and receptor modeling. Doktorsavhandling. Kemiska institutionen, Umeå universitet. Sundqvist KL, Tysklind M, Geladi P, Hopke PK, Wiberg K. 2010. PCDD/F source apportionment in the Baltic Sea using positive matrix factorization. Environmental Science & Technology 44:1690-1697. Svensk författningssamling 2011. Förordning om vissa fiskarter från Östersjöområdet. SFS 2011:1494. Verta M, Salo S, Korhonen M, Assmuth T, Kiviranta H, et al. 2007. Dioxin concentrations in sediments of the Baltic Sea - A survey of existing data. Chemosphere 67:1762-1775. Wiberg K, Cousins I, Johansson J, Miller A, Shatalov V, et al. 2013. Managing the dioxin problem in the Baltic region with focus on sources to air and fish. Naturvårdsverket, rapport 6656. Wiberg K, McLachlan MS, Jonsson P, Johansson N, Josefsson S, et al. 2009. Sources, transport, reservoirs and fate of dioxins, PCBs and HCB in the Baltic Sea environment. Naturvårdsverket, Rapport 5912. 24

rapport 6566 NATUrvårdsverket ISBN 978-91-620-8651-0 Orsaker till dioxinproblemet i Östersjöregionen och förslag till åtgärder Sammanfattning av resultat från forskningsprogrammet BalticPOPs Halterna av dioxiner i strömming och annan fet fisk i Östersjön är så höga att de ofta överskrider EU:s gränsvärde för försäljning av konsumtionsfisk. Varför är halterna så höga och vilka är de viktigaste källorna? Dessa två frågor har forskningsprogrammet BalticPOPs sökt svar på. Forskningsprogrammet har finansierats med medel från Naturvårdsverkets miljöforskningsanslag. Karin Wiberg, Anteneh T. Assefa, Kristina L. Sundqvist, Ian T. Cousins, Jana Johansson, Michael S. McLachlan, Anna Sobek, Gerard Cornelissen, Aroha Miller, Jenny Hedman, Anders Bignert, Heikki Peltonen, Mikko Kiljunen, Victor Shatalov och Ingemar Cato KUNSKAP DRIVER MILJÖARBETET FRAMÅT Naturvårdsverket 106 48 Stockholm. Besöksadress: Stockholm Valhallavägen 195, Östersund Forskarens väg 5 hus Ub. Tel: 010 698 10 00, fax: 010 698 10 99, e-post: registrator@naturvardsverket.se Internet: www.naturvardsverket.se Beställningar Ordertel: 08 505 933 40, orderfax: 08 505 933 99, e-post: natur@cm.se Postadress: Arkitektkopia AB, Box 11093, 161 11 Bromma. Internet: www.naturvardsverket.se/publikationer