Akkumulering av metaller i en innsjø eksponert for avrenning fra høytrafikkert veg, landbruk, kommunalt avløpsnett og tette flater : vertikal fordeling av metaller i en sedimentsøyle fra Østensjøvannet, Ås kommune

Abstract

Avrenning fra vegnettet kan være en viktig kilde til diffus forurensning, og kan inneholde flere metaller fra ulike vegtrafikkrelaterte kilder. Metaller er av spesiell interesse i tilknytning til vegavrenning grunnet deres toksisitet, utbredelse og lange oppholdstid i naturen. I forbindelse med Statens vegvesens prosjekt E18 Retvet-Vinterbro, ble sedimentprøver fra Østensjøvannet i Ås kommune, Viken fylke analysert. Formålet med arbeidet var å undersøke langtidsutviklingen av metallakkumulasjonen i innsjøen for å vurdere om vegavrenning er en viktig bidragsyter til metallkonsentrasjonene i Østensjøvannet. En sedimentsøyle ble hentet opp fra innsjøens dypeste punkt og sjiktet i 64 1-cm tykke sjikt. Deretter ble sedimentprøvene frysetørket, og tørrstoffinnholdet (%), totalkarbon (total-C) og totalnitrogen (total-N) i sedimentsjiktene bestemt. Sedimentasjonshastigheten (0,91 cm/år) og den estimerte tidsperioden innsjøsedimentene dekte (1949 – 2019) ble beregnet ut fra innhold av 137Cs i sedimentsjiktene. For å rekonstruere tidsutviklingen av metallakkumuleringen i innsjøsedimentene ble lukket mikrobølgedekomponering med salpetersyre (HNO3) utført etterfulgt av bestemmelse av kobolt (Co), nikkel (Ni), aluminium (Al), jern (Fe), kalsium (Ca), natrium (Na), kalium (K), magnesium (Mg), sølv (Ag), bly (Pb), kadmium (Cd), kobber (Cu), krom (Cr), sink (Zn) og mangan (Mn) i hvert sedimentsjikt ved bruk av induktivt koblet plasma massespektrometri (ICP-MS). For å undersøke om det hadde vært en signifikant økning i metallakkumuleringen fra referansesjiktet til overflatesedimentene ble en kontamineringsfaktor beregnet og en paret t-test gjennomført. En Spearman rank order correlation-analyse ble gjort for å undersøke om det var en signifikant sammenheng mellom årsdøgntrafikk (ÅDT) og metallakkumulering i perioden 2000 – 2019. Resultatet fra arbeidet viste at det var en signifikant økning i metallakkumulasjonen fra referansesjiktet til overflatesedimentene på 5 % signifikansnivå for Mg, Al, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag og Cd. Geokjemiske prosesser og transport av mineralmateriale fra nedbørfeltet til innsjøen antas som viktige bidragsytere til de observerte konsentrasjonene av Al, Fe, Ni, Co, Mg, K, Na og Cr i innsjøsedimentene da flere av disse stoffene er viktige bestanddeler i løsmasser og berggrunnen i området. Det er grunn til å tro at for Ca, Cu, Zn, Mn, Ag, Cd og Pb vil avrenning fra høytrafikkert veg, landbruk, kommunalt avløpsnett og tette flater i Ski sentrum alle bidra til metallkonsentrasjonene i innsjøen. Basert på resultatene fra denne oppgaven er det derfor rimelig å anta at veg og trafikk kun er en av flere faktorer som kombinert påvirker akkumuleringen av metaller i Østensjøvannet.

Road runoff can be an important non-point pollution source and may contain several different metals from various road related sources. Metals are of special interest in regard to road runoff due to their toxicity, vast presence and the fact that metals are nonbiodegradable and do not break down in the environment. In connection to The Norwegian Public Roads Administration’s project E18 Retvet-Vinterbro, sediment samples from Østensjøvannet in Ås municipality, Viken county were analysed. The purpose of this work was to investigate the long-term development of metal accumulation in the lake and decided whether road runoff is an important contributor to the metal concentrations in Østensjøvannet. A sediment core was collected from the deepest part of the lake and sectioned in 64 1-cm slices. The sediment samples were freeze-dried and the dry matter content (%), total carbon content and total nitrogen content in the sediment samples were determined. The sedimentation rate (0,91 cm/year) and estimated time period the sediments covered (1949 – 2019) were calculated based on the concentration of 137Cs in the samples. The sediment samples used to reconstruct the long-term development of the metal accumulation were digested using nitric acid (HNO3). The concentrations of cobalt (Co), nickel (Ni), aluminium (Al), iron (Fe), calcium (Ca), sodium (Na), potassium (K), magnesium (Mg), silver (Ag), lead (Pb), cadmium (Cd), copper (Cu), chromium (Cr), zinc (Zn) and manganese (Mn) were determined using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). A contamination factor was calculated, and paired t-test carried out to investigate if there had been a significant increase in metal concentration from the reference sediments to the surface sediments. A Spearman rank order correlation analysis was conducted to assess whether there was a significant relationship between annual average daily traffic and metal accumulation in the lake sediments for the time period 2000 – 2019. The results showed that there had been a significant increase (5 % significance level) in the concentrations of Mg, Al, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag and Cd. Local geochemical sources and transport of mineral material may be important contributors to the concentrations of Al, Fe, Ni, Co, Mg, K, Na and Cr in the lake sediments as several of these elements are components of the bedrock and surficial deposits in the area. Runoff from roads, agriculture, wastewater, and impervious surfaces in Ski may be important contributors to the concentrations of Ca, Cu, Zn, Mn, Ag, Cd and Pb in Østensjøvannet. The catchment area of Østensjøvannet is complex, and this thesis has demonstrated that several important factors, with road runoff being one, may influence the metal accumulation in Østensjøvannet.