Betydningen av naturlige og antropogene kilder for akkumulering av metaller og PAH i en veinær innsjø langs RV23 : en paleolimnologisk undersøkelse

Abstract

Langtids overvåkningsdata er som regel manglende når graden av forurensning skal avgjøres i en gitt vannforekomst. I slike tilfeller kan paleolimnologiske metoder fungere som et nyttig verktøy for å rekonstruere den historiske utviklingen i innsjøen, og gir på så måte nyttig informasjon om dens historie, naturlige tilstand og eventuell påvirkning fra det omliggende miljøet. I forbindelse med Statens Vegvesens planlagte utvidelsen av RV23 (E134), søker denne oppgaven å besvare hvilke drivkrefter som har vært viktige for de historiske tilførslene av metaller og PAH til den vegnære innsjøen Oppegårdstjern. En paleolimnologisk undersøkelse har derfor blitt benyttet for å danne et bilde av tjernets innhold av både uorganiske og organiske forbindelser gjennom en tidsperiode på cirka 150 år. Ved å kombinere dette datamaterialet med historiske regionale og lokale endringer i nedbørfeltet, kan også mulige drivkrefter til endrede konsentrasjonsforløp anslås.

Tre sedimentsøyler ble tatt fra is ved det dypeste punktet i Oppegårdstjern, med påfølgende analyser på laboratoriet. Ved hjelp av radiokjemisk datering ble ulike sedimentsjikt i en av søylene tidfestet til en periode fra 1872 til 2021, mens de to resterende søylene ble videre analysert for innholdet av tretten grunnstoff (Pb, Zn, Cd, S, Cr, Ni, Cu, Co, Al, Fe, Mn, Ca, Na) og et utvalg PAH-forbindelser, kjent som 16-PAH. I tillegg ble sammensetningen av innsjøsedimentene - dry bulk density (tetthet) estimert. Konsentrasjonene i de eldste sedimentene (1872-1881) viste forholdsvis små variasjoner og ble derfor ansett som referansesedimentene i undersøkelsen. For å bestemme korrelasjon og variasjon mellom de ulike parameterne, ble det også utført en hovedkomponentanalyse, bedre kjent som principal komponent analysis (PCA), hvor sammenhengende mønstre ble påvist for flere grunnstoff.

Sammenlignet med historiske endringer i tjernets nedbørfelt, viser dette studiet at endringer i konsentrasjonsforløp for både metallene og PAH kan knyttes opp mot endringer i arealbruk, klima og langtransporterte atmosfæriske avsetninger. I kombinasjon med overgangen fra permanent eng til dominans av kornproduksjon i jordbruket og de globale klimaendringene, utgjør trolig geokjemiske prosesser og transport av mineralmateriale fra nedbørfeltet viktige drivkrefter til de registrerte konsentrasjonene av Cu, Cr, Co, Ni, Al, Fe, Mn, Na og Ca i innsjøsedimentene. Innholdet av Pb, Zn, Cd og S er trolig et resultat av regionale atmosfæriske avsetninger da det naturlige bidraget fra nedbørfeltet er lite. Det samme er sannsynligvis tilfellet for de høymolekylære forbindelsene av 16-PAH.

Long-term monitoring data are usually missing when the degree of pollution is to be determined in a given water body. In such cases, paleolimnological methods can serve as a useful tool for reconstructing the historical development in the lake, thus providing useful information about its history, natural state and possible effects from surrounding environment. In context with the Norwegian Public Roads Administration´s planned expansion of RV23 (E134), this task seeks to answer which driving forces that have been important for the historical supplies of metals and PAHs to the nearby lake Oppegårdstjern. A paleolimnological survey has therefore been used to form a picture of the lakes content of both inorganic and organic compounds over a period of 150 years. By combining this data material with historical regional and local changes in the catchment area, driving forces for changed concentration processes can also be estimated.

Three sediment cores were taken from ice at the deepest point in Oppegårdstjern, with subsequent analyzes in the laboratory. Using radiochemical dating, the sediments were dated to a period from 1872 to 2021, and the two remaining columns were further analyzed for the content of thirteen elements (Pb, Zn, Cd, S, Cr, Ni, Cu, Co, Al, Fe, Mn, Ca, Na) and a variety of PAH compounds, known as 16-PAH. In addition, the composition of the lake sediments – dry bulk density was estimated. The concentrations in the oldest sediments (1872-1881) showed relatively small variations and were therefore considered the reference sediments in the study. In order to highlight the correlation and variation between the various parameters, a principal component analysis (PCA) was also performed, where coherent patterns were detected for several elements.

Compared with historical changes in the lake´s catchment area, this study shows that changes in the concentration course of both the metals and PAH can be linked to changes in land use, climate, and long-range atmospheric deposits. In combination with the transition from permanent meadow to dominance of grain production in agriculture and global climate change, geochemical processes and transport of mineral material from the precipitation field probably constitute important driving forces for the registered concentrations of Cu, Cr, Co, Ni, Al, Fe, Mn, Na and Ca in the lake sediments. The content of Pb, Zn, Cd and S is probably a result of regional atmospheric deposits as the natural contribution from the catchment area is small. The same is probably the case for the high molecular weight compounds of 16-PAH.