IPM Faggruppe for Miljøkjemi. Presentasjon av faggruppen for potensielle MINA MSc studenter Førsteamanuensis Elin Gjengedal 2008

Transkript

1 IPM Faggruppe for Miljøkjemi Presentasjon av faggruppen for potensielle MINA MSc studenter Førsteamanuensis Elin Gjengedal 2008

2 Hva gjør vi? Hvorfor? Hvordan? Hvem har nytte av det? Hvorfor bør du velge analytisk kjemi, radiokjemi/radioøkologi eller miljøkjemi og økotoksikologi? 2

3 3 Faggruppeleder Prof. Brit Salbu Hvem er vi? Prof. Bjørn Olav Rosseland (IPM/INA) Økotoksikologi Prof. John W. Einset Økotoksikologi Prof. Deborah H Oughton: Radiokjemi/ miljøkjemi/ etikk 1. Am. Elin Gjengedal: Analytisk kjemi/ miljøkjemi 1. Am. Lindis Skipperud: Radiokjemi/ miljøkjemi 1. Am. Ole Christian Lind: Radiokjemi Post. Doc. Hans-Christian Teien: Aluminium/ sur nedbør Post. Doc. Espen Govasmark: Selen i planter Prof II Y. Thomassen, STAMI: Analytisk kjemi Gjesteprof. E. Steinnes, NTNU: Miljøkjemi Overing. Karl Andreas Jensen; Avd. ing. Solfrid Lohne; Avd. ing. Marit Nandrup Pettersen; Avd.ing Signe Dahl + PhD studenter; viktige resurser for MSc studenter!

4 Kjemiske grunnstoffer i oss eller omkring oss Master grader Analytisk kjemi Hvilke grunnstoffer og hvor mye Radiokjemi Hvilke radionuklider og hvor mye 4 Radioøkologi Radionuklider i naturen Miljøkjemi For mye på galt sted Miljøkjemi og økotoksikologi For mye gir biologiske effekter

5 INSTITUTT FOR PLANTE- OG MILJØVITENSKAP 5

6 INSTITUTT FOR PLANTE- OG MILJØVITENSKAP 6

7 Radiokjemi/ radioøkologi Atomet har en kjerne Nuklide: A X, Z X, X N X Grunnstoff Z Protontall (Atomnummer) N Nøytrontall A Massetall Z Antall elektroner 7 Stabile nuklider Stabilt N/Z forhold Ustabile dvs radionuklider For mange Z eller N

8 protons region of neutron deficiency Beta plus radiation Nuklidekart 1:1 line of maximum stability Beta minus radiation Alpha radiation region of excess nucleons region of neutron excess neutrons unstable stable

9 Ioniserende stråling α -radiation: β -radiation: γ -radiation: INSTITUTT FOR PLANTE- OG MILJØVITENSKAP 9

10 Analytisk kjemi Hvilke stoffer og hvor mye? uorganiske eller organiske forbindelser; spesielt metaller Radiokjemi Radionuklider, forbindelser, partikler Grunnleggende viktig for mange fag! 10

11 Kilder utslipp transport biologisk opptak - effekt 11

12 Miljøkjemi Radioøkologi Miljøkjemi og økotoksikologi Naturlige eller syntetiske stoffer på avveie eller for mye på feil sted til feil tid som bidrar til negative effekter på sårbare organismer 12

13 13 Uorganisk analytisk kjemi Spormetaller (små mengder) Tungmetaller (Cd, Hg) Sur nedbør (Al) Radiokjemi Radionuklider Miljøgifter Ustabile isotoper av ulike grunnstoffer (U, Pu) Organisk analytisk kjemi Persistente organiske forurensninger (POP; for eksempel PCB, DDT, dioksiner,pah, bromerte flammehemmere og PFOS ) Ulike kilder, ulike egenskaper som påvirker transport, biologisk opptak og effekt Mange biologiske endepunkter er like Synergistiske og antagonistiske effekter

14 Kilder stoffer - effekter Negativ effekter Biologisk opptak Biotilgjengelige tilstandsformer (enkle ioner, organiske komplekser) k 1 k 2 Inaktive former (kolloider, partikler) 14 Kilde

15 Spormetaller kan foreligge i ulike tilstandsformer i vann Mobiliserings- mekanismer: Desorpsjon Dissolution Dispersjon 15 Mekanismer for molekylvekst: Hydrolyse Kompleksdannelse Polymerisering Colloid-dannelse dannelse Aggregering

16 Frekvens-respons kurve negativ [%] effekt Dose-respons Mangelsymptomer Optimalt nivå Toksisk nivå Dose Alle grunnstoffer kan være giftige i for høy dose 16 Toksiske grunnstoffer Giftig i lave doser Essensielle grunnstoffer Nødvendig for organismen; for lite og for mye er uheldig

17 Tungmetaller Bindingsbrudd DNA, RNA Biologiske effekter Fri radikal Stråling H 2 O 2, O 2, Oksidering av cellemembran * Celler dør * Celler repareres * Celler feilrepareres Mutasjon, permanent skade 17 Reproduksjon skade, immun systemsvikt, genetisk skade, sykelighet, død

18 Definisjon av begreper Forurensende stoff = stoff som ved menneskelig aktivitet blir tilført naturen slik at de finnes i konsentrasjoner høyere enn det naturlige bakgrunnsnivået Miljøgifter = stoffer som ved spredning kan påføre naturen en utilsiktet skadeverkning 18 Et forurensende stoff er ikke nødvendigvis en miljøgift

19 Forurensning av naturmiljøet Naturlig forurensning/geohazards Stormer, flommer, sjøsaltepisoder, jordskred, snøskred, vulkanutslipp, jordskjelv, sandstorm,. Menneskeskapte forurensninger Atomulykker, industriulykker/utslipp, langtransporterte forurensninger, sur nedbør, utslipp fra byer/tettsteder (kloakk, søppel), avrenning fra landbruk,. 19

20 Test av atomvåpen pen: Tel'kem II krateret,, Semipalatinsk, Kasahkstan 20 U og Pu overlapp

21 Utarma uranpartikkel fra Kuwait Små partikler som kan inhaleres i lungene INSTITUTT FOR PLANTE- OG MILJØVITENSKAP 21

22 Chernobyl 1986 Nedfall av 137 Cs Partikkel fra Chernobyl, samlet inn i Valdres i

23 Kilder til Norskekysten Sellafield La Hague Dounreay Baltic Sea Marin transport INSTITUTT FOR PLANTE- OG MILJØVITENSKAP 23

24 Dumping av fast avfall, Karahavet Feltarbeid i 1992, -93 og 94 INSTITUTT FOR PLANTE- OG MILJØVITENSKAP 24

25 240 Pu/ 239 Pu Kildeidentifisering forskjellig Pu isotopforhold Pu powered reactors Civil reactor waste Global fallout Weapons grade Pu Naval reactors ( 235 U enriched) Pu/ 240,239 Pu

26 Mulige nukleære kilder INSTITUTT FOR PLANTE- OG MILJØVITENSKAP 26

27 27 Luftprøver Pumper og filtre Vannprøver Pumper, slanger, vannhentere Filtrering i felt (elv, innsjø, grunnvann, havet) Jordprøver Overflater, profiler, lysimetre Sedimentprøver Overflater, profiler Biologiske prøver Fisk, dyr, planter Utvalgte organer Blod/celler Feltarbeid In situ fraksjonering av miljøgifter i vassdrag under flom

28 28 Metoder og utstyr Lave konsentrasjoner (ICP-OES, ICP-MS, AMS (Australia, Sverige)) Isotopforhold for å identifisere kilder ( 240 Pu/ 239 Pu) eller trofisk nivå i næringskjeder ( 15 N/ 14 N) Tilstandsformer/speciering - fraksjoneringsmetoder Tracer-teknikker radioaktive atomer tilsettes og kan følges gjennom kompliserte prosesser Strukturer og partikkelegenskaper elektronmikroskopi, synkrotron stråling (Frankrike, Tyskland) Synchrotron radiation ESRF, France

29 29 Effektmetoder Over: Laksesmolt fra elven Lona ug Al/g tv gjelle Under: Laksesmolt fra Gaula 1999 (flom) 167 ug Al/g tv gjelle Anrikning av miljøgifter i organer, blod, celler Al på gjeller og nese, fiskedød Stressvariable sukker i blod Binding til spesielle proteiner Induksjon av fri radikal - biomarkører Gamma-bestrålingsanlegg; lave doser

30 30 Hvordan håndterer h organismen Glad melding: Organismene har et batteri av avgiftningssystemer som håndterer giftstoffer! Dårlig melding 1: Avgiftning er energikrevende og går på bekostning av noe annet Dårlig melding 2: Avgiftnings kapasiteten har sin begrensning! Overskridelse fører til skader! Vi bruker metoder for å avdekke at noe er galt før det uttrykkes i skader : miljøgifter? Health status Disease Stressed Healthy Incurable Curable Biomarkører Reversible Irreversible Homeostasis Compensation Non-compensation Death BIOMARKØRER for tidlig effekt Physiological condition

31 Klororganiske stoffer Global destillasjons teori (Wania & Mckay 1996): Fordampning i temperert del av kloden (bl.a. lavmolekylære PCB forbindelser) Binding i områder med lavere temperatur Gresshoppe effekt - ender i nordområder Forbudte organiske forbindelser solgt til varme U-land tilbakeføres til kalde I-land! 31

32 32 Noen mulige temaer for hovedfag IPM/Seksjon Miljøkjemi Metodeutvikling og analyse av eksotiske radionuklider i miljøprøver vha. ICP-MS og AMS (L.S og D.H.O) Tc-99, I-129, Cl-36 i norske marine produkter (B.S og L.S) Remobilisering av spormetaller/ radionuklider) fra jord og sedimenter (B.S og L.S) Karakterisering av radioaktive partikler fra atomanlegg (B.S og O.C.L) Naturlig radioaktivitet fra olje og gass produksjon (B.S. og L.S) Bestemmelse av metaller og trofisk nivå av fisk vha N-15/N-14 og C-14/C-13 målinger (B.S og B.O.R) Multiple stressor og effekter på fisk (B.S og B.O.R) Environmental Impact Assessment and Management of Lake Resources in The Ethiopian rift-valley lakes (heavy metals, pesticides) (B.S., L.S. og B.O.R)

33 33 Noen mulige temaer forts. Opptak av radionuklider /tungmetaller i planter fra økologisk landbruk (L.S og B.S) Technically enhanced natural radioactive material and heavy metal contamination in Kazakhstan (B.S and L.S) Ecotoxicological effects of nanoparticles (D.H.O) The ecological impact of radionuclide and heavy metal contamination in the Chernobyl 30 km zone (D.H.O) Evaluation of the environmental risk from exploitation of natural resources in the Barents Sea: Scientific, political and ethical implication (D.H.O) Miljøpåvirkning ved thorium utvinning i Norge: Radioaktivitet og tungmetall forurensning og spredning i miljøet

34 Internasjonalisering Dhaulagiri-I 8167 moh Feltarbeid i Nepal? INSTITUTT FOR PLANTE- OG MILJØVITENSKAP 34

35 Noen mulige temaer forts Forbrenning Mikrobølge pyrolyse Behov for renseteknologi? Kvalitet på brensel? Bioenergi (E.G.) Diffuse kilder 35 Forurenset grunn, gamle fyllinger, avløp, dumping av avfall som inneheld miljøgifter Remediering muligheter? Fjærning, tildekking, isolering, opprensing på stedet, deponering Sist ansatt: Birgit. B. Rindal, MSc fra UMB gsetaten.oslo.kommune.no/

36 Hvorfor? Konklusjon Stoffer på avveie, konsekvensvurderinger, risiki og iverksettelse av tiltak Hvordan? Forskning og internasjonalt samarbeid Stort nasjonalt og internasjonalt satsingsområde stort behov for rekruttering 36