Effekt av klimaendringer på Vannkvalitet. Rolf D. Vogt Kjemisk Inst., UiO.

Transkript

1 Effekt av klimaendringer på Vannkvalitet Rolf D. Vogt Kjemisk Inst., UiO.

2 Hvorfor vannkvalitet er viktig? Når den siste oljen er solgt, fortsetter vannets livgivende kretsløp» Erik Solheim i kronikken Europeisk løft for vannmiljøet Norge skal være best i klassen! HA, Juni 2008.

3 Vannrammedirektivet Krever en «god status» på overflatevann og at tilstanden til alle vannressurser ikke skal ha store avvik fra sin naturlige forfatningen innen 2015 Vannrammedirektivet pålegger forskere og miljøforvaltere å vurdere den opprinnelige og nåværende miljøtilstand, og å forutsi framtidige endringer MANGE NYE ARBEIDSPLASSER

4 Miljøstatus i Norge Ferskvannet vårt er rikelig, men sårbart Tynt jordsmonn Hard bergrunn Lav ionestyke Overgjødsling preger områder med mye bosetting og landbruk. Store områder i Norge er skadet av sur nedbør. God del tungmetaller i skogbunnen

5 Klimaendringer The Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC 2007 Global temperatur: 11 av de siste 12 år ( ) er blant de 12 varmeste årene siden målingene begynte i 1850

6 I Norge Middeltemperaturen i Norge stiger I 2008 var middeltemperaturen 1,4 C over normalen. Hovedtendensen i utviklingen av nedbør i Norge de siste drøyt 100 år er at det har blitt våtere

7 På Østlandet Etter 1988 og frem til og med 2007 har temperaturen vært jevnt varmere enn normalen, med en tendens til fortsatt oppvarming. Spesielt vintrene har blitt mildere men somrene på Østlandet kan bli tørrere

8 Hvilke klimaendringer kan vi vente oss? Våtere, varmere og villere. Klima scenarier for anslår at temperaturen øker med 2-4ºC og nedbør med 3-11% Ulike klimamodeller gir litt forskjellige resultat - særlig for nedbør Ulike metoder for nedskalering gir også avvikende resultat. Vannføring : Nedgang i sentral Asia, rundt middelhavet, sør Afrika, Australia. Økning i SØ Asia Norge: Mer vann vil strømme gjennom nedbørsfeltene om vinteren, men mindre om våren. Simulerte økning i årlig avrenning basert på antatt 1% årlig økning i CO 2 (a) HadCM2 og (b) HadCM3 IPCC-3rd assessment report.

9 Direkte effekter av klimaendringer Økt vintertemperatur der temperaturen ligger rett under frysepunktet vil føre til: en større andel av vinternedbøren vil falle som regn hyppigere fryse-tine sykluser Dette vil kunne føre til: Mer flom, spesielt hvis det er tele i bakken Utvasking fra deponier Økt erosjon og dermed økt tilstrømningen av næringssalter absorbert til jordpartikler Økt utvasking av næringsalter fra utmark utenom vekst sesongen Høyere vanntemperatur gir økt algeoppblomstring

10 Direkte effekter av klimaendringer Økning i nedbørsmengden, og økning i hyppigheten av kraftige nedbørsepisoder vil redusere vannkvaliteten gjennom: Økt utvasking av humus og forurensinger gjennom overflateavrenning Økt erosjon og dermed økt turbiditet og tilførsel av næringssalter fra jordbruksjord Mer overvann fra kloakk Svein Skøien Vansjø

11 Andre Drivere Miljø i endring Arealbruk: Urbanisering og avskoging Hydromorfologiske endringer. Drenering av våtmark og fjerning av vegetasjon langs elvene, samt utretting av elveløp, dam konstruksjoner, frakobling av elva fra flomsoner etc. Luftforurensinger: SO 4 2-, som i sure vann i sør Norge er det dominerende anion, er redusert med > 60% Radikal endring i vannkjemien Aluminium kons. er redusert, men ph har ikke økt tilsvarende Økning i svake humus syrer Al ph

12 Humus spiller en nøkkelrolle Mengden av humus har økt, og egenskapene til humus har endret seg radikalt Dobling av DOC konsentrasjonen mange steder Årsmiddel av månedlige målinger Regionale trender fra ICP Waters Perioden

13 Skyldes dette økt temperatur? Modellberegninger anslår at høyere temperatur gir mer humus i avrenningen pga mer strøfall og nedbrytning (Tipping et al., 2007) Colour, mg Pt/l Det er ingen klar sammenheng mellom temperatur og variasjon i humus En må ha en økning på > 10 C for å få til økningen vi har sett i organiske materiale (Freeman et al. 2004)

14 Skyldes dette økt nedbør? 40 Klar sammenheng mellom år med mye nedbør fulgt av topper i farge Mengde nedbør har ligger over snittet, men økningen er ikke signifikant Colour, mg Pt/l Klimaendringer alene er ikke nok til å forklare økningen i humus (Evans et al. 2006)

15 Empirisk sammenheng mellom avrenning og mengde humus Det er klar korrelasjon mellom vannføring i elver og mengde humus målt med DOC eller fargetall UV absorbency 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 Fall Spring Summer Birkenes DOC (mg/l) Svartberget Mire (15 ha) Together (55 ha) Forest (11 ha) Discharge (55 ha) Discharge (l/s) ,200 0, Apr 27 Apr 11 May 25 May 8 Jun 0 Discharge L sek -1

16 Endring i egenskapene til humus Østmarka I innsjøer i Østmarka økte fargen > 40% i perioden 1976 and 2000, mens DOC økte kun 11 13% Humusmaterialet har blitt mer farget Mer aromatisk, høymolekylært og lipofilt Hongve et al., 2004

17 Årsakssammenheng mellom avrenning og mengde humus Mer nedbør fører til mer avrenning fra øvre jordlag rike i organisk materiale

18 Betydningen av humus i miljøet Øker mobilitet til type B metaller (Pb, Hg, Ag, Cd) og lipofile mikroforurensinger Sterk innflytelse på spesieringen og dermed giftighet av metaller Forvitring Svake organiske syrer Kompleksbinding av metaller Naturlig jord- og vannforsuring Flukser av næringssalter til overflatevann Energi og næring til heterotrofe mikroorganismer Endring i fotisk sone Påvirker akvatisk flora og fauna C-sekvestrering til havet

19 Betydningen av humus på mobilisering og transport av tungmetaller Hg som eksempel: Hovedmengden Hg i løsning er bundet til humus CH 3 Hg + og Hg 2+ binder seg sterkt til funksjonelle grupper som inneholder svovel. Metylering forutsetter reduserende forhold, svakt sur løsning og humus Økning i mengde humus fører til økning i opptak og akkumulering av disse stoffene i næringskjeder Mierle & Ingram, 1991

20 Transport av næringssalter til innsjøer Transport av N og P i naturlige systemer skjer i all hovedsak i form av humus (DON, DOP) I innsjøen kan materialet bli mineralisert gjennom foto-oksidasjon slik at næringssaltene blir biotilgjengelige Ron Vaz et al., 1992

21 Klima og eutrofiering Svenske modellstudier basert på klimasenarier konkluderer med: Økt tilførsel av næringssalter fra landbruksjord Konsentrasjonen av P vil øke med ca. 50% og totalt N med ca 20% mest pga økt avrenning om vinteren Økt mengde blågrønnalger (80 %) Økt innsjøtemperatur (1-5ºC) vil øke mengde biotilgjengelig N og P gjennom øket omsetningshastighet Arheimer et al., 2005 AMBIO Vansjø

22 Konklusjoner Effekt av mengde nedbør og intensitet på vannets vei gjennom nedbørsfeltet er den viktigste faktoren til å bestemme vannkvalitet Stor usikkerhet knyttet til prognoser, men en regner med at mengde og intensitet vil øke i Norge Temperatur, spesielt om vinteren, påvirker effekten av endret hydrologi Øket utvasking utenom vekstsesongen (vinteren) Humus spiller en nøkkelrolle i effekten av klimaendringer Andre faktorer spesielt urbanisering og redusert sur nedbør er med på å forsterke effekten av klimaendringer. Vannkvalitet vil bli betydelig påvirket av klimaendringer i løpet av de kommende tiårene

23 Forskning på temaet En rekke store internasjonale forskningsprosjekter er i gang for å studere effekten av klimaendringer på vannkvaliteten. Euro-limpacs - European project to evaluate impacts of global change on freshwater ecosystems VAKLE - Miljøvennlig bruk av vannressursene i et endret klimaog energiregime CLUE - Effect of climate change on flux of N and C: air-landfreshwater-marine links THERMOS - THERMocline Orientated Studies KlimaSIP - Virkninger av klimaendringer på ferskvannsforekomster og fjorder Biodiversity of Northern Watersheds Klimatilpassing i Norske kommuner

24 Klima og vannforsuring Koblinger mellom klimaendringer og vannforsuring skjer på alle tids-skalaer fra sure episoder forårsaket perioder med mye nedbør til til langsiktige endringer som skyldes oppvarming og nedbør Jordforsuring Endringer i vannkjemi gjennom nedbørsepisoder i Birkenes, Sør Norge

25 Sur Nedbør Effekt på Humus Humus er nedbrytningsprodukter av døde planter Inneholder mange svake syregrupper (R-COOH, R-OH) Løseligheten til humus 10 reduseres av sur nedbør 9 8 ved at: 7 Svake syregrupper 6 5 protoniseres 4 3 R-COO - + H + R-COOH 2 Al kompleksbindes 1 0 3R-OO - + Al3+ R-(O) 3 Al jan. 83 des. 84 Ionestyrken reduserer frastøtingen ph Gjerstad jan. 87 jan. 89 jan. 91 jan. 93 jan. 95 jan. 97 jan. 99 jan. 01 jan. 03 jan. 05 Date Reduksjonen i sur nedbør er en mulig medvirkende årsak til den store økning i farge og DOC konsentrasjon i tidligere forsurede vassdrag ph TOC LAL, ug/l Al mg/l TOC

26 Konsekvenser for vannverk Innsjøer kan bli mindre sikre som hygieniske barrierer høst og vinterstid ved at senere eller manglende islegging kan medføre lengre sirkulasjonsperioder. Det er også en økt risiko for at avrenning kan inneholde avføring fra husdyr eller ville dyr og forurenset vann fra lekkasjer/overløp i kloakksystemer. Økt tilførsel av mikroorganismer i perioder uten lagdeling (pga. økt avrenning om vinteren)