Limnologi og vannressurser (anvendt limnologi)

Transkript

1 Forslag til Masteroppgaver Limnologi og vannressurser (anvendt limnologi) Faggruppe: Hydrologi og limnologi Innhold Foto: Skåntjern Gardermoen (G.Riise) I Innsjøprosesser a) Sesongmessige variasjoner i faktorer som begrenser algevekst i eutrofe sjøer lys, næringsstoffer og temperatur b) Sedimentundersøkelser historiske arkiv over innsjøens historie og utvikling c) Dannelse av metallnoduler i innsjøsedimenter p.g.a kalking II Vannkvalitet og klima a) Romlig fordelt vannbalanse b) Hydrologiske variasjoner og transport av organisk materiale og jern i innsjøer med ulik oppholdstid faktorer som bidrar til fargeøkning c) Variasjoner mellom nedbørfelt mht avrenning av organisk materiale d) Organisk materiale og akkumulering av svovel og kvikksølv i innsjøsedimenter e) Rekruttering av ørret i områder som tidligere har vært sterk forsuret III Veiavrenning a) Ugressbekjempelse langs norske veier mengder, type og risiko for avrenning b) Veisalting langs norske veier mulig problem for smoltifiserende ørret

2 I Innsjøprosesser Overgjødsling av innsjøer En stor utfordringene nasjonalt såvel som internasjonalt er overgjødsling av innsjøer og økt algevekst såkalt antropogent betinget eutrofiering. For å nå miljømålet om god økologisk og kjemisk tilstand innen gitte tidsfrister i Vannrammedirektivet (VRD), må vannkvaliteten bedres. Tiltak for å begrense tilførslene av næringssalter fra omkringliggende områder omfatter bl.a. sanering av avløpsnettet og redusert avrenning av fosfor, nitrogen og partikler fra landbruket.. I lavlandsjøer, som er relativt grunne som f.eks. Årungen (maks dyp 13,3 m), hvor vannets oppholdstid er kort, er stabiliteten av temperatursjiktingen om sommeren sterkt avhengig av gjeldene klima, og viser store årlige variasjoner. Sirkulasjonsmønsteret innvirker på oksygenfordelingen som igjen er avgjørende for intern mobilisering av fosfor fra sedimentene. En bedre forståelse av værforholdenes (klima) innvirkning på temperatursjiktning/fordeling i innsjøen samt andre forhold som påvirker vekstforholdene slik som lysforhold, er sentralt ved gjennomføring av tiltak som skal bedre vannkvaliteten a) Sesongmessige variasjoner i faktorer som begrenser algevekst i eutrofe innsjøer lys, næringsstoffer og temperatur Lys, næringsstoffer og temperatur er bestemmende for algevekst og primærproduksjon i innsjøer. Primærproduksjonen kan vise store sesongmessige variasjoner gjennom vekstsesongen. Langvarige målinger av sentrale variable er tilgjengelig på IMV, NMBU. I tillegg kan det gjennomføres kortvarige forsøk for å avklare spesifikke spørsmål knyttet til algevekst som: Sesongmessige variasjoner i faktorer som påvirker algevekst (Chl-a) Kalibrering av Chl-a målinger Hvordan innvirker organisk materiale, alger og suspendert material på optikse forhold i innsjøen (ulike bølgelengder) og siktedyp Sammenheng mellom global innstråling og vertikal lyssvekking under gitte betingelser i vannkvalitet Tilgjengelighet av næringsstoffer og primærproduksjon b) Sedimentundersøkelser historiske arkiv over innsjøens historie og utvikling Partikler som stammer fra omkringliggende områder eller selve innsjøen vil sedimentere over tid, og intakte sedimentsøyler kan anvendes for å rekonstruere innsjøens historie og utvikling. I de senere år har avrenningen av organisk materiale i boreale skogsområder økt, mens den antropogene avsetningen av svovel og mange tungmetaller (f.eks Hg) er sterkt redusert. Organisk materiale har en stor evne til å kompleksbinde metaller, og metallene kan transporteres ut i vannforekomsten sammen med det organiske materialet. Følgelig kan en økning i organisk materiale bidra til at konsentrasjonen av kompleksbundne metaller øker, selv om den atmosfæriske avsetningen avtar. Viktig å avklare hvordan avrenningen av organisk materiale, antropogen svovel og metaller varierer med tiden, og en eventuell sammenheng mellom disse variablene. Sedimentundersøkelser fra Sverige viser en økning i svovelinnholdet fra tidlig 1900 tallet med

3 en topp rundt 1980, mens organisk materiale viser en tendens til et omvendt forløp av svovel. I denne undersøkelsen vil vi avklare sammenhenger mellom organisk materiale og avsetning av svovel ved hjelp av kjemiske analyser i ulike sedimentsjikt, for å forstå nøkkelfaktorer som styrer avrenning av organisk materiale. Andre aktuelle problemstillinger er sammenhengen mellom organisk materiale og metaller, samt etablering av metoder for bestemmelse av alloktont organisk materiale som ledd i å bestemme opprinnelsen til det organiske materialet. Kontaktpersoner (a og b): Gunnhild Riise (gunnhild.riise@nmbu.no), Thomas Rohrlack (thomas.rohrlack@nmbu.no), Nils-Otto Kitterød (nils-otto.kitterod@nmbu.no), Ståle Haaland (staale.haaland@nmbu.no), Pål Brettum (paal.brettum@niva.no) m. fl. c) Dannelse av metallnoduler i innsjøsedimenter p.g.a. kalking Det er funnet Fe/Mn-noduler (uregelmessige kulestrukturer) på sedimentoverflaten i kalkede innsjøer. Nodulene kan være opp til 1-3 cm i diameter, og sammensetningen er dominert av Fe og Mn. Etter et pilotprosjekt hvor nodulene ble oppdaget i to av fire innsjøer, er det gjennomført tilsvarende kartlegging i ytterligere 13 kalkede innsjøer, og i fem ble det påvist noduler. De kalkede innsjøene har trolig aldri hatt ph over 6,5, men det kan være tilfellet etter kalking, særlig på sedimentoverflaten hvor nodulene dannes. Det er kjent at Mn felles lettere ved ph>6,5-7. Metallutfelling etter kalking er kjent, men Fe/Mn-noduler av denne størrelsen er ikke dokumentert fra verken kalkede eller andre norske innsjøer. Det er foreløpig ikke kjent om det er uønskede biologiske effekter knyttet til funnene, men undersøkelser høsten 2012 indikerer at dette ikke er tilfellet. Nodulenes overflate er imidlertid aktive i dynamikken til både løst organisk stoff og metaller, og utfellinger kan også skje på vannlevende dyr. Innsjøkalking er utbredt i deler av Norge, og det er viktig å klarlegge dannelsesmekanismer for disse metallutfellingene. Fokus må være på det fysisk-kjemiske miljøet i sedimentet der de dannes, i og med at metallutfellingene ikke har en homogen utbredelse i hver enkelt innsjø. Siden slike noduloverflater kan være viktige i omsetningen av organisk stoff og påvirke metalldynamikken i innsjøer, blant annet Hg, vil det også være viktig å klarlegge metallmobiliteten ved skiftende ph og red-oks forhold. Oppgaven vil skje i samarbeid med Norsk institutt for vannforskning (NIVA) v/atle Hindar og Sigurd Rognerud. Kontaktperson: Gunnhild Riise (gunnhild.riise@nmbu.no). II Vannkvalitet og klima a) Romlig fordelt vannbalanse Problemstilling: Hvor nøyaktig kan vi beskrive vannbalansen- og massebalansen for norske innsjøer basert på informasjon fra offentlige databaser? Datakilder: NVEs digitale kart for vannbalanseberegninger; digitale terrengkart (25x25m); strømningsretningskart; GIS-kart (innsjø; elver og bekker); vannføringsmålinger. Tidsserier for måling av kjemiske parametre.

4 Motivasjon: Offentlige etater produserer romlig fordelte data om avrenning (NVE); temperatur (met.no); topografi (Kartverket); samt kjemiske data som f.eks. kan si noe om forurensningsbelastningen for et punkt eller for et område. Felles for alle slike datakilder større eller mindre oppløsning og større eller mindre usikkerhet. Tanken er å undersøke hvordan slike åpne datakilder kan benyttes for å beskrive vann- og massebalansen i vassdrag og innsjøer hvor det ikke foreligger noen direkte målinger på forhånd. Hvordan kan slik informasjonen benyttes for å minke usikkerheten i de anslagene vi må gjøre for å beskrive miljøtilstanden i et vassdrag eller i en innsjø. Denne problemstillingen er aktuell i forbindelse med implementeringen av EUs vannrammedirektiv i norsk forvaltning. Samme metodikk blir også benyttet av Vegvesenet for å beregne hvor store mengder vegsalt som kan benyttes uten at det får alvorlige konsekvenser for vannforekomsten i avrenningsområdet til spesifiserte vegstrekninger. Liknende modellverktøy tas i bruk av NVE i forbindelse med flomvarslig og skredvarsling (Skaugen and Onoff, 2013). Det er også mulige anvendelser for dette hovedfagsarbeidet i Vegvesenet (NORWAT) og i vannforsyningssammenheng hvor problemstilligen er Naturlig Organsik Materiale i innsjøer (NOMiNOR). Aktuelle arbeidsoppgaver er: Feltarbeid for kartlegging av lokal vannbalanse (Rv4, Gran på Hadeland, NORWAT). Vannføringsmålinger fra utvalgte vannverk (NOMiNOR). Griddearbeid på GIS. Grunnvannsmodellering. Tidsserieanalyse av avrenningsdata. Enhetshydrogram Bakgrunnskunnskap: Det er ønskelig med kjennskap til GIS-verktøy (ArcGIS el. lign) og ev. MATLAB (eller lignenede verktøy), men det er ingen forutsetning. Kontaktperson: Nils-Otto Kitterød (nils-otto.kitterod@nmbu.no) b) Hydrologiske variasjoner og transport av organisk materiale og jern i innsjøer med ulik oppholdstid faktorer som bidrar til fargeøkning Årlige og sesongmessige variasjoner i temperatur og nedbør innvirker på det hydrologiske strømningsmønsteret som igjen kan innvirke på vannkvaliteten i innsjøer. Avrenning som strømmer igjennom øvre humussjikt, i perioder med mye nedbør og mettede forhold i jorda, kan ha en annen vannkjemisk sammensetning enn avrenning som strømmer gjennom dypere sjikt i jorda. Videre kan høy vannstand bidra til reduserende forhold i områder som drener direkte til innsjøen, og på den måten øke tilførselen av redoks-følsomme elementer (for eksempel Fe) som også påvirker fargen i innsjøen. I mange vannforekomster er det en relativt sett større økning i farge sammenlignet med organisk materiale. Årsaker til denne fargeøkningen og optiske forhold som endrer spredning av lys i den synlige delen av spekteret vil bli nærmere undersøkt, hvor bl.a. annet fraksjoneringsstudier kan inkluders. Kunnskaper om innsjøenes respons på hydrologiske endringer, er svært viktig for å skille ulike påvirkningsfaktorer, det være seg naturlige eller menneskeskapte. Den foreslåtte Masteroppgaven kan tilpasses ulike regioner/ naturtyper avhengig av masterstudentens interessefelt. Kontaktpersoner: Gunnhild Riise (gunnhild.riise@nmbu.no), m.fl.. c) Variasjoner mellom nedbørfelt mht avrenning av organisk materiale Organisk materiale er en viktig vannkvalitetskomponent, som kan påvirke lysforhold, ph, stoffkonsentrasjon, sirkulasjonsforhold, med mer, i innsjøer. Det er derimot store forskjeller mellom nedbørfelt mht i hvilke konsentrasjoner og av hvilken kvalitet det organiske materiale

5 lekker ut fra jordsmonn til bekker, elver og innsjøer. Det vil være store forskjeller i vannkvaliteten i en tilførselsbekk gjennom året, grunnet variasjon i hydrologi, produksjon, dreneringsmønster, osv (jf forslag til Masteroppgave (b) beskrevet over). Denne Masteroppgaven fokuserer hovedsakelig på forskjeller mellom nedbørfelt mht utlekking av naturlig organisk materiale fra jordsmonn til bekker. Det vil bli lagt ut loggere av vannkvalitetsparametere i bekker, både på Sør- og Østlandet, samt analyse av vannprøver på laboratorium. Oppgaven tar i bruk GIS i karakterisering av nedbørfelt, og vil kobles opp imot NOMiNOR prosjektet. Oppgaven gjøres i et samarbeid mellom NMBU og Bioforsk. Kontaktpersoner: Ståle Haaland (staale.haaland@nmbu.no), m fl. d) Rekruttering av ørret i områder som tidligere har vært sterk forsuret Nedbørkvaliteten over Sør-Norge har nå en kvalitet mht sure komponenter som kan sammenlignes med det vi hadde før 2. verdenskrig. Det har vært en dramatisk reduksjon av sulfat i den atmosfæriske deposisjonen siden midt på 1970-tallet. Vi vet mye om konsekvensene av sur nedbørs effekt på jordsmonn og vann og vassdrag. I dag er fisken på vei tilbake i bekker og innsjøer i Sør-Norge, samtidig som ph øker, konsentrasjonen av giftige komponenter som aluminiumkomplekser reduseres og konsentrasjonen av organisk materiale (humusstoffer) øker. Oppgaven tar for seg utvalgte vassdrag på Sør-Vest Norge. Det skal kartlegges rekruttering av ørret i områder med ulike nedbørfeltkarakteristika og vannkvalitet. Oppgaven innebærer elfiske i felt, innhenting og analyse av vannprøver, samt bruk av GIS i karakterisering av nedbørfelt. Kjennskap til akvatisk økologi er en fordel. Oppgaven gjøres i et samarbeid mellom NMBU og Bioforsk. Oppgaven vil tilpasses 2 studenter. Kontaktperson: Ståle Haaland (staale.haaland@nmbu.no), m fl. III Veiavrenning a) Ugressbekjempelse langs norske veier mengder, type og risiko for avrenning av ugrasmidler (herbicider) Kantvegetasjon langs trafikkerte veier bekjempes mekanisk og med ugrasmidler. Med hensyn til ugrasmidler (herbicider) er det behov for å sammenstille mengder og typer av herbicider som anvendes langs norske veier for å få en bedre oversikt over omfanget (Statens vegvesen og Mattilsynet). Videre vil oppgaven omfatte en enkel risikovurdering for tap av herbicider til vannforekomster på utsatte lokaliteter. Oppgaven vil gjøres i et samarbeid mellom NMBU og Statens Vegvesen. Detaljering av oppgaven samt eventuell finansiering utarbeides etter avtale Kontaktperson: Gunnhild Riise (gunnhild.riise@nmbu.no) og Sondre Meland (sondre.meland@nmbu.no / sondre.meland@vegvesen.no).

6 b) Veisalting langs norske veier kloridkonsentrasjoner i sjøørretførende elver og bekker Avrenning av salt om vinteren og våren kan medføre høye konsentrasjoner av salt, lav ph og tungmetaller i smeltevannet fra vei. Gyting og tidliglivsstadier hos sjøørret (Salmo trutta) inkludert smoltifisering sammenfaller med saltsesongen. Studier har vist at høye saltkonsentrasjoner kan medføre risiko for dødelige og ikke-dødelige effekter hos laksefisk. Oppgaven skal kartlegge kloridkonsentrasjonen i sjøørret-bekker påvirket av vegsalting gjennom målinger og/eller modellering. Hensikten er å avdekke hvorvidt konsentrasjonen av klorid overskrider konsentrasjoner som anses for å gi negative effekter på laksefisk samt kjente grenseverdier fra f.eks. US EPA. Oppgaven vil gjøres i et samarbeid mellom NMBU og Statens Vegvesen. Detaljering av oppgaven samt eventuell finansiering utarbeides etter avtale Kontaktperson: Ståle Haaland (staale.haaland@nmbu.no), Sondre Meland (sondre.meland@nmbu.no / sondre.meland@vegvesen.no), m.fl.