Metals in the Sediments of Lake Årungen - Horizontal distribution and association with clay

Abstract

*321"%&1' The later years European Union has introduced the Water Framework Directive (WFD) in many countries in Europe. Also in Norway the process for reaching the goals of the directive has been started. Lake Årungen is a lake that has been picked out to be fully characterised in the first phase of the directive. Increased metal concentrations in lakes have been recorded since the beginning of the Industrial Age. In this context, sediment analysis might be of great interest to better understand associations between various metals and other constituents within the sediments, which might have an affect on the water quality of lakes. Lake Årungen is located in Akershus County, about 25 km south of Oslo, Norway. The catchment area is 52 km2, and more than 50% of the area is cultivated field. The lake changed its trophic state from mesotrophic to eutrophic in the mid-seventies, due to runoff from agricultural areas and from savage. Today, the lake is affected by severe blue green bacterial blooms during summer and early autumn. In spring 2009, while the lake was still covered with ice, 122 sediment cores were collected. Samples from two layers (0 - 2.5 cm and 2.5 - 5.0 cm) were analysed for metals (macro components and trace elements), nutrients, organic matter, sedimentation characteristics, grain size distribution and clay mineralogy. In this thesis the data from the metal analysis are presented and discussed. The metals which have been analysed are: Al, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, K, Hg, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Sr, V and Zn. The aims have been to study the association between metals and the clay and organic matter content within the sediments, to map these relationships spatially, and to compare the results with results from similar previous studies. Most of the metals were closely associated with clay content and depended on the sedimentation patterns. Al, Fe and Mn were closely associated to clay because these are metals present within clay particles, while other metals were closely associated to clay since they were bound to clay particles. Just a few metals, like Ca, Cd, Hg and Sr, were similarly associated to organic matter. Compared to measurments from the end of the seventies, Ni and Cr had an increased, while the opposite were the case for Cd, Hg and Pb had decreased. 4%00#()"%/' De senere årene har den Europeiske Unionen satt i gang Vannrammedirektivet i mange europeiske land. Årungen er en innsjø som har blitt valgt ut til å bli karakterisert i sin helhet i den første fasen av direktivet. Helt siden starten av den industrielle revolusjonen har det blitt registrert en økning i konsentrasjon av diverse metaller i innsjøer. På grunn av dette vil en sedimentundersøkelse være av stor interesse for å øke kunnskapen om sammenhengene mellom ulike metaller og andre parametere i sedimentene som kan være med å påvirke innsjøens vannkvalitet. Årungen er en innsjø som ligger i Akershus fylke, ca 25 km sørøst for Oslo. Nedbørfeltet er 52 km2, og mer enn 50 % av arealet er dyrket mark. På midten av syttitallet forandret innsjøen trofigrad, fra mesotrof til eutrof, på grunn av avrenning fra jordbruksarealene og utslipp fra avløp. Per dags dato er innsjøen sterkt påvirket av oppblomstringer av blågrønne bakterier om sommeren og tidlig på høsten. I løpet av våren 2009, ble 122 sedimentkjerner samlet, mens vannet fortsatt var dekket med is. Prøvene fra to lag (0 - 2,5 cm og 2,5 - 5 cm) ble analysert for metaller (makrokomponenter og spormetaller), næringsstoffer, organisk materiale, sedimentasjonsegenskaper, kornstørrelsesfordeling og leiremineralogi. Resultatene er presentert i fire uavhengige mastergradsoppgaver. Denne oppgaven er basert på dataene fra spormetallanalysen, og resultatene er presentert og diskutert. Metallene som ble analysert er: Al, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, Hg, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Sr, V og Zn. Formålet med oppgaven har vært å undersøke sammenhengene mellom metallene og leire og organisk materiale, kartlegge den horisontale fordelingen og sammenligne resultatene med andre lignende studier De fleste metallene viste seg å ha nær sammenheng med leirekonsentrasjonen og sedimentasjonsmønsteret. Metaller som Al, Fe og Mn hadde nær sammenheng med leire, siden de er en del av leirepartiklene, mens andre metaller var nært korrelert til leire siden de er bundet til leirepartiklene. Bare noen få grunnstoff, som Ca, Cd, Hg og Sr, viste knyttet til organisk materiale. Konsentrasjonen til disse var høyest i littoralsonen, der organisk materiale er tilstede i større grad. I forhold til målingene på slutten av 70-tallet, hadde Ni og Cr nå høyere konsentrasjoner, mens Pb, Cd og Hg hadde en markert nedgang.