Faktorer som påvirker kvikksølvkonsentrasjonen i Haldenvassdraget

Abstract

Haldenvassdraget er et lavlandsvassdrag, påvirket av marine avsetninger og innsjøene er humøs og kalkfattig (L106) eller moderat kalkrik (L108). I flere studier har vassdraget blitt beskrevet som eutrof, der eutrofieringsgraden avtar nedover vassdraget. I denne masteroppgaven har vannsøylen og sedimentene til syv innsjøer i Haldenvassdraget (Bjørkelangen, Hemnessjøen, Rødenessjøen, Øymarksjøen, Aremarksjøen, Aspern og Femsjøen) blitt undersøkt for kvikksølvkonsentrasjonen. Vannkvaliteten og sedimentkarakteristikken ble analysert for å identifisere faktorer som kunne ha betydning for eventuelle forskjeller i kvikksølvkonsentrasjon nedover vassdraget. Under feltarbeidet ble parametere som temperatur, pH, oksygenkonsentrasjon og konduktivitet målt in situ, mens ionesammensetningen av vannet, sedimentkarakteristikk og kvikksølvkonsentrasjon ble målt på laboratoriet. Kvikksølvkonsentrasjonen i overflatevann, bunnvann og sedimentsøylen ble bestemt ved ICPMS. Resultater ble sammenlignet for å se om det var en endringer nedover vassdraget. Sedimentene ble datert ved identifisering av 137Cs, i tillegg ble det utført en kornfordeling- og glødetapanalyse. Resultatet viste at sedimentasjonshastigheten var signifikant lavere nedover vassdraget. Temperaturmålinger av overflate- og bunnvannene viste at innsjøene var tydelig sjiktet på tidspunktet for prøvetakning. Det var høyere fosforkonsentrasjoner i bunnvannene enn overflatevannene i vassdraget, spesielt i Hemnessjøen, Bjørkelangen og Øymarksjøen som ble klassifisert til «svært dårlig» økologisk tilstand. I Hemnessjøen var det også antydninger til anoksiske bunnforhold. Resultatene viste at konsentrasjonen av Hg varierte fra 1.0 til 10 ng/L i vannet, og det var noe høyere konsentrasjoner i bunnvannet enn overflatevannet. I overflatesedimentene varierte konsentrasjonene fra 0.049 til 0.1133 mg/kg, men de siste 40 årene har det i alle innsjøene bortsett fra Bjørkelangen og Hemnessjøen vært en signifikant avtagende trend oppover sedimentsøylen. Kvikksølvkonsentrasjonen i både vann- og sedimentsøylen var dermed lav nok til å klassifiseres som «god» eller «svært god». Videre viste resultatene at det var en sammenheng mellom totalfosfor og totalkvikksølv i bunnvannene (R2=0.58, p<2.2E-16), samt en sammenheng mellom TOC og totalkvikksølv i bunnvannene (R 2=0.59, p<2.2E-16). III Det ble utført en analyse basert på Akaike Information Criteria (AIC), den indikerte at sedimentasjonshastigheten, kvikksølv- og fosforkonsentrasjon i bunnvannet, samt organisk materiale, dybde og prosentandel sand i sedimentene, er parameterne som best forklarer og estimerer kvikksølvkonsentrasjonen sedimentene. Basert på analysen er det høyest estimert kvikksølvkonsentrasjon i bunnsedimentene ved mye organisk materiale i sedimentene, og mest kvikksølv i overflatesedimentene ved mye totalkvikksølv i bunnvannet

The Halden watercourse is a lowland watercourse influenced by marine deposits, with the lakes being humic and low lime (L106) or moderately rich in lime (L108). In several studies, the watercourse has been described as eutrophic, where the degree of eutrophication decreasing downstream. In this master´s thesis, mercury concentration in the water column and sediments of seven lakes in the watercourse (Bjørkelangen, Hemenssjøen, Rødenessjøen, Øymarksjøen, Aremarksjøen, Aspern og Femsjøen) have been investigated. The water quality and sediment characteristics were analyzed to identify factors that might influence differences in mercury concentration downstream. During the field work, parameters such as temperature, pH, oxygen concentration and conductivity were measured in situ, while the ionic composition of the water, sediment characteristics, and mercury concentration were measured in the laboratory. The mercury concentration in surface water, bottom water, and the sediment columns was determined using ICP-MS. Results were compared to see if there were any changes downstream. The sediments were dated by identifying 137Cs, and a grain size distribution and loss on ignition analysis were also conducted. The results showed that the sedimentation rate was significantly lower down the watercourse, supporting the eutrophication gradient. Temperature measurements of the surface and bottom waters indicated that the lakes were clearly stratified at the time of the sampling. Higher phosphorus concentrations were found in the bottom waters than the in the surface waters in the watercourse, especially in Bjørkelangen, Hemenssjøen and Øymarksjøen, which were classified as having a “very poor” ecological condition. In Hemnessjøen there were also indications of anoxic bottom conditions. The results showed that the mercury concentration ranged from 1.0 to 10 ng/L in the water, with slightly higher concentrations in the bottom waters than in the surface waters. In the surface sediments, concentrations ranged from 0.049 to 0.1133 mg/kg DS, but over the past 40 years, there has been a significant decreasing trend upwards the sediment column in all the lakes except Bjørkelangen and Hemnessjøen. The mercury concentration in both the V water column and sediment was low enough to be classified as “good” or “very good”. Furthermore, the results showed a correlation between total phosphorus and total mercury in the bottom waters (R2=0.58, p<2.2E-16), as well as a correaltion between TOC and total mercury in the bottom waters (R2=0.59, p<2.2E-16). An analysis based on the Akaike Information Criteria (AIC) indicated that the sedimentation rate, mercury and phosphorus concentration in the bottom waters, as well as organic matter, depth and percentage of sand in the sediments, are the parameters that best explain and estimate the mercury concentration in the sediments. Based on the analysis, the highest estimates of mercury concentration in the sediments is associated with a high amount of organic matter in the sediments, and the most mercury in surface sediments is associated with high total mercury in the bottom water.