Skadevirkning av akutte oljesøl Marint miljø ft i Statens SFT forurensningstilsyn lisiaiflini3'i»f us oacauemt is UHUIUIEI niitifli MUS nåma
SFT-RAPPORT NR. 93:31 Statens forurensningstilsyn /Wn</rc.<siv I'h. KlOO L)i' >. 00:12 OSLO Kutitiinuln-ssi-: Slrttmsveion {Hi Trlrfim: 22 57 :l-1 00 Ti-lrfax: 22 (17 «7 Ofl Utførende institusjon Cooperating Marine Scientists a.s. Oppdrugstukers prosjektansvarlig Kjell A. Moe Utgiver SI-T Kontaktperson SKT Kathrine Idas Avdeling i SI-T Oljevernavdelingen År Sidetall 1W 114 Prosjektet er finansiert av S1-T ISBN-nummer X2-7IS55-I7X 5 TA-iiummer 101'VI993 Sl-Ts kontrakt nummer 92/447 Forfatter(e) Moe, K.A.. Lystad. E.. Nesse, S. & Selvik. J.R. Tittel Skadevirkninger av akutte oljesol. Marint miljo Sammendrag l-oreliggende arbeide representerer en oversikt over og vurdering av miljoeffekter ved akutte oljesol. Biologiske effekter som resultat av akutt oljeforurensning kan i utgangspunktet hetraktes som et produkt av: - De rådende biofysiske forhold; forekomst og opptreden av orgunismer i tid og rom - Oljens skjebne i titl og rom - De respektive organismenes sarbarhel i helhellig. bestaixlsmessig forstiind for olje/oljederivater i et tilsvarende tredimensjonalt perspektiv Generelt synes det som hven enkelt oljesol har sin egen natur og dynamikk, bl.a. som folge av al fysiske, kjemiske og biologiske forhold aldri er de samme. 1 delte ligger det at resipientens egenskaper i mange tilfeller vil være overordnel den mengde olje som slippes ut. l-.eks. kan seiv et lite utslipp kan forårsake betydelige effekter. Ytterpunktene kan eksemplifiseres ved to oljesol i nyere tid. Kxxon Valde/. (\ i )H i )). hvur ea. 35 (KKl tonn olje ble sluppet ut i el delv is lukket.joomrade og forarsaket betydelige effekter. Kra Braer (1 W3 ble det sluppet ut iloimcll sa mye olje. men i et ipent havområde og pa el tidspunkt hvor tilstedev;erelsen av lette konsentrasjoner av miljokomponenter var hegrensel og de fysiske belingelsene gunstige ni.li.i. fordumpning og fortynning, l-orelitpige resultater viser at ttiil (ie('l'eka'iie»ai inegel begiensel. 4 emneord Marint miljo. ol e. niil oeffekter iisri>' VP
INNHOLD 1. SAMMENDRAG 1 2. INNLEDNING 3 2.1. GRUNNLAG FOR VURDERINGER 4 2.2. PRAKTISK TILNÆRMELSE 6 3. MARINT MILJØ 7 3.1. FRIE VANNMASSER - ÅPENT HAV 7 3.1.1. Temperatur og saltholdighet 7 3.1.2. Strøm og belger 8 3.1.3. Biologisk aktivitet 8 3.2. IS - ISKANT 11 3.3. FAST SUBSTRAT - KYST 12 3.3.1. Fysiske forutsetninger og karakteristika 12 3.3.2. Biologisk aktivitet 14 4. OLJE; EGENSKAPER, PROSESSER OG SKJEBNE 16 4.1. KJEMISK SAMMENSETNING OG EGENSKAPER 16 4.1.1. Råoljer 16 4.1.2. RafTincrte produkter 17 4.2. FYSIKALSKE EGENSKAPER 18 4.3. OLJE I VANN - VANN I OLJE 19 4.3.1. Spredning oy drift 20 4.3.2. Fordampning 20 4.3.3. Løselighet 21 4.3.4. Dispergering og nedblanding 22 4.3.5. Emulsjonsdannelse 23 4.3.6. Sedimentasjon 24 4.3.7. Biodegradering/ Mikrobiell aktivitet 24 4.3.8. Foto-oksidasjon 25 4.4. OLJE I IS IS I OLJE 25 4.5. OLJE PÅ STRAND 27 4 6. UTSLIPP TIL DET MARINE MIUØ; KILDER OG MENGDER 30 5. BIOLOGISKE EFFEKTER; AKTUELLE PROBLEMSTILLINGER 33 5.1. GENERELLE PROBLEMSTILLINGER 33 5.2. OPFrAK OG GIFTIGHET 34 5.2. INDIVID OG SAMFUNN 36 6. BIOLOGISKE KFFEKTER; ERFARINGER OG DOKUMENTASJON 41 6.1. FRIE VANNMASSER - ÅPENT HAV 41 6.7.1. Planktonsamfunn 41 6.1.2. Fiskeegg og larver 44 6.1.3. Fiskeyngel og voksen fisk 49 6.2. FAST SUBSTRAT - KYST 54 6.2.1. Hardbunn 55 6.2 2. Bløthunn Løsmassostrender 61 6 2.3. Saltengcr 68 6.3. SJØFUGL 72 6 4. MARINE PATTEDYR 77 6.4. J. Sel 77 6.4 2. lival 82 6 4 3. Oter 84 6 4.4 Ishjørn 87
7. SAMFUNNSMESSIGE VIRKNINGER 89 7.1. AKVAKULTUR 89 7.1.1. Matfiskoppdrett 90 7.1.2. Settefiskproduksjon 92 7.1.3. Skalldyranlegg 92 7.2. FRILUFTSLIV 93 LITTERATUR 95 VEDLEGG: AKUTTE OUESØL I NORSKE FARVANN: EN OVERSIKT
L SAMMENDRAG Foreliggende arbeide representerer Del I av en oversikt over og vurdering av miljø effekter ved akutte oljesøl («State of the art»), belyst for henholdsvis marint og terrestrisk miljø. Arbeidet er utført på oppdrag av Statens forurensingstilsyn (SFT), Oljevernsvdelingen i Horten, med Cooperating Marine Scientists a.s. (marint miljø) og Jordforsk (terrestrisk miljø) som utførende institusjoner. For hvert av temaene er det utarbeidet selvstendige rapporter (jf. Haraldsen et al., 1993), bygget opp over et tilnærmet samsvarende mønster. Innenfor kontraktsrammen er det også utarbeidet separate forelesningshefler med utvalgte overhead. Alle refererte arbeider er lagt inn i en enkel database, utarbeidet etter mønster av Marin Ressurs Data Base (MRDB ), hvori inkludert frie søkemuligheter etter artiklenes / rapportenes tittel, forfatter, type søl og studerte temaer. S Hvilke erfaringer kan man så trekke mht. tidligere oljesøl og miljøeffekter? Har vi erfart virkelige «miljøkatastrofer» som følge av oljesøl; er det feks. nyanser mht. type eller mengde olje som slippes ut; hvilken betydning har feks. miljøets biofysiske egenskaper; og om enkeltindivider dør - hvilken betydning har dette for bestandene? /" Oljen kan forårsake akutte, skadelige effekter enten direkte som følge av oljens kjemotoksisitet, og / eller indirekte ved at organismer / eventuelt substrat blir dekket med olje og sentrale funksjoner som fotosyntese, næringsopptak, termoregulering eller naturlig adferd hemmes (y/re, mekanisk påvirkning). Et eksempel på det første er påvisningen av omfattende hjerneskader på sel i Prince William Sound etter Exxon Valdez sølet. Kollapsen av oterens pels og tap av isolasjonsevne som påvist fra den samme hendelsen er eksempel på det andre, mens flere strandingsepisoder har vist at bentosorganismer mister mobiliteten som følge av -tykke» lag med olje. Hvilke mekanismer som vil være -mest skadelige» er igjen en funksjon av oljens skjebne (aldringsprosesser) og de respektive komponentenes biologiske egenskaper og tilpasning til dpt marine miljø. Naturlig nok vil følsomheten variere fra art til art, fra organismegruppe til organismegruppe, og for de respektive utviklingstrinn. / Et oljesøl som strander kan i utgangspunktet betraktes som en punktbelastning i form av en akutt atres -gituasjon for plante- og dyrelivet som blir rammet. Avhengig av oljens aldringsprosser, som igjen vil være en funksjon av substratet, kan feks. olje som blandes inn i og gradvis lekker ut fra løsmassestronder representere en kronisk miljøbelastning. y Mtljøkomponentenes sårbarhet uttrykt ved -tilstedeværelse» kan betraktes som en nøkkelfaktor mhp. akutte effekter, dvs. sammenfallende opptreden i større eller mindre konsentrasjoner med skadelige oljekonsentrasjoner. Sjøfuglenes sårbarhet er et eksempel på delte, hvor seiv mindre søl har forårsaket betydelig individ-dødelighet når det har rammet aggregerte bestander. / Biologiske effekter er imidlertid ikke bare et spørsmål om nkutt dødolighet av enkeltindivider. Oljen kan endre sammen se tningen i marine organismesamfunn ved å forårsake øket dødelighet av en organismegruppe, som igjen kan forplante seg via økologiske interaksjoner til negative eller positive effekter på andre orgnnismegrupper. SiHc 1
S J Effektcne kan uttrykkes som en punktbelastning (effektfase), som avhengig av de respektive artenes gjenvekstspotensiale uttrykt ved bla. reproduksjonsstrategi, og biologisk kompleksitet, gradvis vil bygges opp igjen (restitusjonsfase). Utvikling til før-spill nivå har i enkelte tilfeller vist seg å ta lang tid (over 10 år for samfunn på bløtbunn), mens gjenveksten i enkelte sjøfuglbestander i Prince William Sound har vært estimert til ca. 50 år. (Sistnevnte forhold innebærer imidlertid at bestandene har normal hekkesuksses, noe de inntil 1992 ikke har hatt.) Generelt sett synes det som hvert enkelt uhell har sin egen natur og dynamikk. Dette har sin årsak i at fysiske, kjemiske og biologiske forhold aldri er de samme. Med relativt få hederlige untak, er fokuseringen på de mest dramatiske (synlige) akutte effekter et gjennomgående trekk i dokumentasjonsmaterialet. Langtidseffekter er i langt mindre grad studert. Dette er forståelig på bakgrunn av manglende grunnlagsinformasjon om miljøet som blir belastet, som oftest liten tid til å planlegge lokaltilpassede undersøkelser, liten kontroll med den faktiske oljeeksponeringen, og ikke minst at døde organismer hurtig brytes ned og gjør det vanskelig å påvise det reelle skadeomfanget. I tillegg vil effektene som påvist av den enkelte forsker også være avhengig av den selektive natur som vanligvis kjennetegner effektstudier etter miljøbelastning. Kan det så sammenstilles en enkel, enhetlig konklusjon, med angivelse av 1'vor skadelig et oljesøl egentlig er? Naturlig nok ikke. (Jf. Umberto Eco;... ethvert problem har en enkel løsning - men denne er som r<"*:*el gal.) Dette synes naturlig i forhold til mulige miljøkomponenter som kan rammes av skadelige oljekonsentrasjoncr, dvs. komponenter «at risk- i forhold til deres romlige og tidsmessige fordeling. I dette ligger det implisitt at resipientens egenskaper i mange tilfeller vil være overordnet den mengde olje som er sluppet ut; seiv et lite utslipp kan forårsake betydelige effekter og vice versa. Søldokumentasjonen mhp. skader på sjøfugl gir gode cksempler på dette. Forholdet kan ytterligere eksemplifiseres ved to større sø) i n>ere tid. Exxon Valdez (1989), hvor ca. 35 000 tonn olje ble sluppet ut i et delvis lukket sjøområde og forårsaket betydelige effekter. For enkelte bestander av feks. sjøfugl har det vært reist spørmål om de i det hele tatt vil kunne restitueres. Mens det fra Brær (1993) ble sluppet dobbelt så mye olje i et åpent havområde og på et tidspunkt hvor tilstedeværelse av tette konsentrasjoner av miljøkomponenter var begrenset. I dette tilfellet var både miljøbetingelsene (storm) og oljen av en karakter som resulterte i hurtig fordampning og fortynning av skadrlige konsentrasjoner. Foreløpige resultater viser at miljøeffektene i farvannct ved Shetland var meget begrense':. Spørsmålet om noen akutte olj i-utslipp historisk sett kan kategoriscres som -miljøkatastrofcr» må imidlertid forbli ubesvart. Begrepet er ikke forankret i den biologiske terminologien, og er både emosjonelt og politisk ladet. Skal solene gradcrcs etter effekter, må bla. forholdene etter Exxon Valdez sølet karakteriseres som dramatiske. I denne sammenhengen er det verdt å merke seg at miljøkomponenter som dør er å betrakte som reelle tap, sel/ om miljøet forøvrig etter en tid gjenreises til sammenlignbarc ni våe r. S»d* 2
2^ INNLEDNING Biologiske effekter som resultat av akutt oljeforurensning kan i utgangspunktet betraktes som et produkt av: / De rådende biofysiske forhold; forekomst og opptreden av organismer i tid og rom. / Oljens skjebne i tid og rom. De respektive organismenes sårbarhet i helhetlig, bestandsmessig forstand for olje / oljederivater i et tilsvarende tredimensjonalt perspektiv. Fig. 2.1. Mulige miljøeffekter av akutte oljesøl; en enkel skisse mhp. involverte faktorer og interaksjoner. I dette forholdet, forsøksvis skissert i fig. 2.1, ligger det innebygget et meget bredt spekter av fysiske, kjemiske og biologiske faktorer og prosesser, hver med interaktive relasjoner vis & vis de respektive årsaks - virkningsforhold. Kunnskapen kan på flere områder betraktes som betydelig, mens enkelte forhold utvilsomt er mangelfullt belyst. Det marine miljø - som resipient - er komplekst og i dynamisk forandring. Opparbeidelse av kunnskap om fordelingen av miljøkomponenter i tid og rom, samt dynamikken og betingelsene for disse, er ofte underlagt metodiske problemer. I tillegg kreves betydelige ressurser for å kunne oppnå en «tilfredstillende» oversikt og forståelse. Manglende kunnskap i sammenheng med akutte oljesøl kan banalt illustreres ved spørsmål i forhold til «hvor mange hadde man - hvor mange mistet man - hvor mange var igjen»? Forskning og undersøkelser vedrørende miljøeffekter av akutt oljeforurensning i marint miljø har pågått gjennom flere decennier både som laboratoriearbeider (se feks. FOH, 1984; Serigstad, 1991) og som studier i mesokosmos (se feks. Moore, 1985; Bokn, 1987; Grice & Reeve, 1982; Lowe & Pipe, 1986; Farke et al., 1985; Widdows et al., 1987). Flere kontrollerte og ukontrollerte utslipp er i tillegg fulgt opp med tildels svært omfattende miljøstudier i felt, hvori inkludert lilstøtcnde fagområder sem bla. kjemi og samfunn (se feks. Pikctty, 1981; Kleiven, 1990; Southward & Southward, 1978; Sergy & Blackall, 1987; Gcraci & Sl. Aubin, 1990; Sanders et al., 1980; Lein et al, 1991; Klungsøyr et al., 1991). Side 3
Samlet utgjør dokumentasjonsgrunnlaget i form av publikasjoner og rapporter et meget betydelig materiale. I denne sammenheng har det derfor vært nødvendig å gjøre visse begtensninger mht. prosjektets faglige og praktiske tilnærmelse. 2.1. GR UNNI A G FOR VURDERINGER 1 prinsippet kan man definere olje som organisk materiale med begrenset løselighet i vann. Som utgangspunkt for foreliggende vurdering er agens begrenset til petrogene hydrokarbonforbindelser eller mineralolje, dvs. hydrokarboner med opphav i fossilt materiale. I perioden 1987-1991 utgjorde denne gruppen de kvantumsmessig største oljeutslipp i våre farvann (kap. 4.6). Forholder en seg til dags- og ukepressens beskrivelse av oljesøl og miljøeffekter, er det nærliggende å trekke slutningen at ethvert oljesøl - uansett størrelse - forårsaker ubotelig skade på miljøet; ordet «katastrofe» har åpenbart fått en utvidet betydning (jf. Arbeiderbladets forside av 7. januar 1993 i forbindelse med Braer havariet: «Håpet svinner for den grønne øya»). Befestelsen av en slik fortegnelse representerer ikke bare ubalansert fokusering på deler av miljøet og omfang av effektene, men også en vinkling som kan fjerne oppmerksomheten fra en helhetlig og faglig forsvarlig tilnærmelse. På sikt kan det feks. oppstå slitasjeeffekter (jf. «utidig rop på ulv), hvor både publikum, myndigheter og ikke minst fagmiljøet mister interessen utover den enkelte begivcnhet. Resultatet av dette kan feks. forplante seg til manglende oppmerksomhet i forhold til si tua sjon er som virkelig representerer hard miljøbelastning. Foreliggende tilnærmelse bygger på en strengt faglig vinkling, hvor miljøeffektene er relatert til grupper av organismer som likeverdige komponenter i det marine miljø. Som kildemateriale er det benyttet arbeider fra internasjonale tidskrifter, samt rapporter fra anerkjente institusjoner. Vesentlige deler av vår kunnskap om biologiske effekter av olje er ervervet gjennom forsøk under kontrollerte betingelser. Naturlig nok har mange av disse forholdt seg til relativt -enkle» konfliktmatriser, som oftest i form av forsøk på individnivå (doserespons forsøk). Langt sjcldnere or problemstillingene belyst i forhold til det naturlige mangfald av strukturercnde mekanismer som eksisterer in situ. Det er derfor rimelig å være varsom med å overføre resultater fra et uhell til feks. prediksjon av effekter ved eventuelt andre uhell / andre farvann. Dette gjelder naturlig nok også for resultatcr fra flerc laboratorie- og mesokosmosstudier, hvor vinklingen naturlig nok mangier t-t helhetlig, økologisk perspektiv. I foreliggende arbeid er denne type informasjon trukket frem som generelle betraktningcr, dvs. som understøttclse av den aktuelle søldokumentasjonen. Tilgjengelig so Idoku ment fisjonen varierer naturlig nok både i faglig kvalitet og spennvidde Flerc akutte oljesøl tr inege* godt beskrevet, både mht. dynamikken i sølet og effekter i miljøet (jf bla. Torrey Canyon, Bravo, Amoco Cadiz, Exxon Valdez). For enkelte søl kan det synes å ha forekommet en prioritering mhp. enkelte miljøkomponenter, mens «elvi* dynamikken i sølet er langt mindre diskutert (feks. Sfylis, Mercantil Marica). Dette vil nødvendigvis begrense mulighetenc mhp. en helhetlig forståelse ng vurdering av de respektive sølene. S>,i. i
Tab, 2.1. En oversikt over akutte oljesøl vurdert i forelirgende arbeid, med angivclse av kilde (opphav i kursiv, lokalitetsnavn i vanlig font), nr, sted, typ'* / mengde olje og miljøtype som ble rammet / studert i kildematerinlet. KILDE AR STE D TONN OI J E MIUØ Torrey Canyon 1967 Cornwall Froland 119 000 Råolje Strand Florida 1969 Wcsi Falnioudi USA 500 Brenselsolje Strand Union 1969 SL Barbara kanalen, USA 11)000 Råolje Scl-Fisk-Hval lrini 1970 Stockholms skjærgard i ooo Fyringsolje Strand Arrow Bouchard Argo Merchant Drupa Tscsis Bravo 1970 1974 1976 1976 1977 1977 Chedabuclo Bay Nova Scolia Buz/ards Bay, USA Nantucket, Rhode Island. USA Stavanecr Stix'kholni skja'relrd Hkoftsk, Nurds iivn 15 (XX) 9 200 28 000 2IXK) 1 IIK) 25 000 Bunker C Brenselsolje Brenscloljc Råolje Ba-nseloljc Råolje Strand Strand Fisk Slrand-Fisk Strand-Fisk- Plankton Fi.sk-Fu ) Esso Bcrnicia 1978 Sulloui V oe, Shetland IK) B links r C Strand-Otcr Christos Bilas 1978 Wales < 200 Riolje Strand-Scl Antonio Gramsci 1979 Åla-id.Ovlcrsjivn 6 000 Råolje Strand Bctcl^cuze 1979 Baritry Bay, Irland <0 (XX) Råolje Fisk Ixtoc \<P" Mexiavultcn 457 (XX) Rloljc Hav-Slrand Kurdistan ;'> Cahol slrcdcl. Nuva Suma 8(X> Brenscloljc Slrand-Scl Rexat Svord 1979 Cape OKI. 1 SA.im Hrvnseloljc Hval Gallk Stream 1979 llaiiuto* Brenscloljc Strand 1 Ikjcnl 1979 Varanger ukjent ukjent Fimi Stylis l'>k<> Skacerrak ukjent Rloljc Fu Bl Dttfmm 19KI HclecLind 1 (XX) Fyrine,sol c Strand K'lK'c Creek Dickinson Ba>iiu 984 1'IM British ('plunihia (i.ilumim Hjy. ISA HO Diesel Bensin Rloljc Strand Strand Ar, o Am horace 1985 Port Anceles USA 770 l T s H-s olje Slrand-Fuj;l-Fisk N;nm ris; I.OlltM.llU. ( SA 41 Rloljc Strand Oaidenud 1987 Nurdsiivn. Bulandet l (XX) Rlul C Fisk Mcrcanttl Mart\ a Bahta Tårat *u> Fwn Soruila Vatde: l'>89 1989 1989 1991 SoKncMi* n AnLuklis Pnncc William Minil. Alaska. 1 SA Ak'MIII,l 420 '«) 15 (XX) 150 Diesel «K fynnesnljc Diesel K4i «lic r>nn>;sotje Strand Sel Amoco Cadiz 1978 Bretagne, Frankrike 2. 1 0 0(K) Råolje Strand Fisk- Strjnd-Fisk-FueJ- Hval Sel Our Strand- FueJ Aritan 1992 Kunde 5() Brensclnlic Strand Fuc.1 Sul., r,
Vårt arbeid pretenderer ikke å gi en fullstendig, dyptpløyende analyse av akutt oljeforurensning - marint miljø. Til det er grunnlagsmaterialet for omfattende og rammebetingelsene for snevre. Grunnlagsmaterialet er derfor selektivt vurdert og gjengitt med bred pensel, hvor intensjonen har vært å belyse de store linjer i konfliktmatrisen. I de tilfeller hvor miljøets og komponentenes restitusjonsevne har vært belyst, er dette angitt. Utvalget av akutte sølsituasjoner vil derfor nødvendigvis ikke omfatte samtlige kjente sølsituasjoner, jf. tab. 2.2, men begrense seg til sølsituasjoner som har vært fulgt opp med biologiske undcrsøkels^r av mest mulig etterrettelig karakter. En oversikt over disse sølene er gitt i tab. 2.1. I Vtdlegg er det gitt en oversikt over akutte oljesøl i norske farvann, med angivelse av kilde, tid og sted, samt informasjon om biologiske undersøkelser og påviste eftekter. Tab. 2.2. En oversikt over større og mindre akutte oljesøl (større enn 10 000 US gallons) på verdensbasis for perioden 1978-1992. Etter Anon. (1993b). For kilde, mengde og sted for de respektive sølene vises til Anon. (1993). År Fartøyer Rørlcdninger Tankskip Petroleums installasjoner 1978 30 22 20 62 1979 47 45 51 56 1980 43 85 43 78 1981 36 38 32 57 1982 50 46 24 51 198? 52 51 25 60 1984 36 70 27 50 1985 21 49 28 48 1986 27 26 52 67 1987 32 19 45 58 1980 27 24 18 62 1989 45 30 41 54 1990 45 48 32 31 1991 33 104 20 63 1992 20 85 17 44 2.2. PRAKTISK TILNÆRMELSE Foreliggende arbeide representerer Del I av en oversikt over og vurdering av miljøeftekter ved akutte oljesøl («State of the art-), belyst for henholdsvis marint og terrestrisk miljø. Arbeidet er utført på oppdrag av Statens forurensingstilsyn (SFTt, Oljevernnvdelingen i Horten, med Cooperating Marine Scientists a.s. (marint miljø) og Jordforsk (terrestrisk miljø) som ulførende institusjoner. For hvert av temnene er det utarbeidet selvstendige rapporter (jf. Haraldsen et al, 1993), bygget opp over et tilnærmet samsvarende mønster. Innenfor kontraktsrammen er det også utarbeidet separate forelesningsheflor med utvalgte overhead-folicr (jf. Selvik & Moe, 1993). Alle refererte arbeider er lagt inn i en enkel database, utarbeidet etter mønster av Marin Ressurs Data Bnsc (MRDIVO). hvori inkludert frie søkemulighcter ilter artiklenes / rapportoncs tittel, forfaltrr, oljetype og studerte lemntr. Sul*, ri
a MARINT MILJØ Som system betraktet er havet uhyre komplekst, hvor hvert element - hver komponent til enhver tid har et innbyrdes avhengighetsforhold. Dette forholdet er samtidig i kontinuelig forandring. Gitte soneringer og gradienter eksisterer imidlertid som resultat av de fysiske betingelser på global, regional og lokal skala. I gtove trekk kan dette anskueliggjøres ved en enkel tredimensjonal tilnærmelse: " Fra de åpne vannmasser til fast substrat - fra åpent hav til fjordbotn Fra nord til syd - fra pol til tropene i/ Fra havbunnen til supralittoralen De respektive regimene, i form av betingelser for biologisk aktivitet, er i første rekke relatert til nøkkelfaktorer som saltholdighet og temperatur, tilstrekkelig tilgang på sollys og næring, vannmassenes horisontale og vertikale sirkulasjonsmønster, samt eventuelt egnet substrat. I dette forhold reflekteres også de habitatsmessige premissene for den enkelte arts tilpasning og overlevelse på kort og lang sikt. 3.1. FRIE VANNMASSER - ÅPENT HAV Havet er i prinsippet et sammenhengende system, hvor vannmassenes stabilitet og fordelingsmønster er betinget av egenskaper som sjøvannets tetth* t, samt ytre krefter som bla. vind og geofysiske krefter. Sjøvannets tetthet er igjen funksjon av temperatur og saltholdighet. 3.1.1. Temperatur og saltholdighet Som følge av solenergiens, og indirekte klimaets innflytelse på overflatetemperaturen, dannes i prinsippet et mønster med varmcre (og derfor Icttere) overflatelag over et kaldere (og tyngre) dypvann. Dette avspeiler energetisk sett en likevekt, som i praksis reduserer den vertikale omrøring av vannmassene. I dypere deler av vannsøylen er derfor geografiske forskjeller og sesongmessige fluktuasjoner i temperatur, saltholdighi-t og således tetthet, relativt små. BAde geografiske og sesongmessig variasjoner er naturlig nok mer markante i de øvre deler av vannsøylen. Ved midlere bredder opptrer et sprang i temperaturen, stabilt på dyp mellom 200 og 1 000 m (termoklinen). Dette sjiktningsdypet avtar med økende bredder, samtidig som det skarpe spranget tidvis blir visket ut, I overflatelaget avtar tgennomsmttstemperaturen gradvis fra ca. 25 *C ved ekvator, ned mot + 2 'C nær polisen. De korrcsponderende saltholdighetsgradientene er noe mer komplekse, men gir sammen med tcmpcraturvariasjonen en tetthetsgradient i motsatt fase av temperaturfordelingen. I tempererte farvann resulterer den økende innstråling / tilførsel RV varme på ettervinteren ug våren i en heving av temperaturen i overflatevannet. Nær kyst eller i islagte områder kan det i samme periode tilføres ferskvann ved avrenning / avsmelting, og saltholdigheten i overflaten blir redusert. Samlet sett forstcrkes således de fysiske belingi.-iser for et stabilt overflatelag. Dette sesongpregede mønsteret er typisk for norske kystfarvann, og tilsvarer i praksis forutsetningene for og initiering av oppblomstringen av planteplankton. Sidr7
3.1.2. Strom ojj hoh^-r Vannmassincs storstill»* hi-vrgelsesmønster er i prinsippet styrt av solenergi, eller mer presist, dels forårsaket av endringer i tetthet som resuital av klimatiske forhold (- termohalin bevegelse;, dels som produkt av vindens innflytelse (- vindstress). Den termohaline bevegelse er i utgangspunktet vertikal (- Teks. dannelse av dypvann i polområdene), mens vindstresset i praksis er dominerende mhp. bevegelser i øvre deler av vannso>len (- ned til ca. 200 m dyp). På åpne havområder hvor vindene er stabile over tid [jf. celleteorien), gir dette seg utslag i tilsvarendo stabile overflatcstrømmer (jf. don Atlantiske gyre m. Golfstrømmen). 1 kystnære omrader vil imidlertid landskapets topografi ha betydelig innflytelse, og langs kysten er det svært ofte de landskapsmessige forholdcne som blir dominerende mht. de lokala vind- og strømretninger. I tillegg representerer tidevannet en faktor som kan, avhengig av periodisert, forsterke uller redusere den vinddrevne komponenten. Ved siden av bidrag til den horisontal drifl, er bølgedannelse. og størrelsen av disse, et produkt av vind hasl ighet, va ri gh et av vinden, samt avstanden fr a kyst målt i vindretningen. Bcdgri-nrrgirn f-r i denne sammenheng av stor betydning, ikke bare mht. blandingen ;>v ovirfiatehigi t og fordrlingen av planktuniske organismer, men også mht. nrdblanding av olje fra have.-rflau-n. 3.1.3 HitAfi^isk akt it itrt Som nnudrt innb-dr, r.g-vis r r f.rdf-lingf n a rna rini- organismer ikke homogen h verken i tid eller rom l)«th- ir -årlig frrmindrndr i trmpererte og kalde farvann, hvor mø n st i r et er kam'-.'( n-< rt vr d fvkk\ i- fr.nw ling rg --ln ng syklisitet. Ap ne og d> pr ha\ nmr.'nlir *-r, in*'il un ri tak av front system er og områder med opp^trømnmg iiipu.rlhiiiv. i:t>- pndukiive. n;ermere HU'r av biologisk produksjon har F i 11 npph.iv i dr k\ -tr,;ir-\ L-mnne h;t\ "Miradt w S,imm< nlignt t ni cd feks. produkjonen i ky stri a-r r f.ir\ ar.n i J.I 7 'io mg <' d.ur. rrpn-srnt* r produksjonen i ocean i ske vann rna-.-* r. a. n 1 r. 1- I ha mrs & I Ii;t;h---, \\i*2i Kur ka Id r farvann generelt Ijf. Qjo I ilsvarrndr 1. *>\,i\!.ir ; n duk-j- ;i-ratt r:r aud fallrinir t-rnprralur. Dette gjelder for-å vidt i g -.i!.-r w. X'! H i- i 1 akt i\ <\ > t n.ht. nedbr\. m ing av olje, men er delvis k^;np/n-. rt >. d bak*, r-. '.,-[.-],. *. -- tilj-.i nirn: til kal'!* i>nii:iwk(-r. IVjm.erpri'iJuk-, 1 ' ru :. d. a!** '< - n^.d'ni'i '!-» av ly-'turgi til organisk materiale via f<-ii>->titr-«\ IIT^HT i:r,,*ribii:.-t fur -.i <>g -i.ill atirit n bf.lngi-k aktivitet i det marine miljø I pr.tj-.-i- r*j.r,..i.; r. r. :'gi tir, \u! id. n.w kji mna-itotrufe mikroorganismcr, dit la\r-te tr.i:i < mi.a t,'\..i i drr. -:,,r':-e rianng-kji-den. Grovt forenkle! kan «Hinrnwihehgrn :.M!\.UI 1- f.t^l* «Mige tr..h-k t- r.ivårr hilraktrs som (lukser av energi fra pnma-rprcdii-. '.' r k.il- ri. *.,.\ ftu-t< irinik -rkondarprndusentrr (feks. /oopl.mikl'iji '< ' > 1. : : ; i ; i ir r. pia*tti : til jrid.it' nr '.urn fisk, fugl og marine patt.d\r A\l.tl!-* t!'. i.- :r., iiv 1. d-l ur. -. >;, - via r*.k r-bn-ll aktivitet feller spises direkte), i-t tt* n i \,r r,»«. b i, * M < r på hav bur. nen (lj r nn om nedbrytningen av avfnlutnifi rit- rt -i rk..i. '. - *i er i iif- a! r. nr, -lik.m di ---»' blir tilgjengelig for prima-rpri-ii) *J<I.JI*- J',I <b.',:n- mil* n -'uttis irkrl-n I ; rak-is er energiflyten uhyre kump'i k - '.g -.ir-nr.. i,,,i t. r>\ i r h\. rt rnk< \t! dd ir :t\ h< -i.gig av tilførsel av energi fra ;uu\rf tliit r,iv.'m!ji'. t! r.j j r» : i heidr -.i,*- i t;ne i\ -bt-tnig'-l -er ifig. li. 1, neste side). ' rirnarpr-'d'jk -; ri* n. r (,.,;r<.-. t t nm id <! t w!b pplv -ti' sjikt, dvs. i de øvre deler av vat-ri-o>!* n b-, r K -> i r»;-» n.r if-t r. kv t Lg lii a <-j['n tt holde et nr l to overskudd i rnrrgtb.ilaii-' " h'i i." > : - '.J:< 'I f - r i < [ ( ', li-.{. M- kr.r. r d.irinrlsr* av et sprangsjikt Siri*- H
(jf. kap. 3.1.1). Én oppblomstring (- vår) er karakteristisk for åpne farvann, mens det i feks. enkelte vestlandsfjorder og i Skagerrak) kan forekomme to produksjon sy kler. Oppblomstringen av planktonalger er gjerne etterfulgt av en tilsvarende vekst av dyreplanktonbestanden. Svært mange andre marine organismer er imidlertid også tilpasset næringspotensialet som ligger i denne syklisiteten; mange av de viktigste fiskeartene i tempererte og boreale farvann har gytetid og larvedrift i samspill med den suksessive veksten i planktonsamfunnet. Dette er anskueliggjort i tab. 3.I., neste side, ved en oversikt over gytetider for et utvalg av viktige fiskearter i norske farvann. Fig. 3.1. En skisse av den marine næringskjeden. Skissen gir et meget illustrativt bilde av kompleksiteten i det marine miljø, omfanget av involverte komponcnter, samt et utvalg av deres innbyrdes relasjoner. Etter Tait (1981). CMS /Moe/ 25. mars 1993 S!dp9
Tab. 3.1. Gyteperiodene hos et utvalg av viktige fiskearter i norske farvann. Gyting er angitt med * og * indikerer topp i gyteintensitet. Forekomst av larver er angitt med A. Skraveringene angir en antatt såtbarhetsperiode, basert på opptreden av egg og larver i øvre deler av pelagialet. Sårbarhetsperiode Art J F M A M J J A S O N D Geografisk område Referanse TORSK gyting larver * * A A A A A 62-7 l'n Bjørke et a!., 1991 FEI gyting larver w * A A A A 58-71"N Anon. 1978; Bjørke et al. 1987 HYSE gyting larver * A A A A A 58-74'N Anon., 1978; Bjørke et al., 1991 SILD VAKGYTKR gyting larver A A A 62-7 l'n Øiestad, 1990; Fossum & Øiestad, 1992; Bjørke & Sætre, 1990 SILD IKISTUYTKII gyting larver A A A A A A A A A 51-60'N Anon., 1978, Bjørke & Snetre, 1990 MAKRELL Byting larver A A A A 53-62'N Bakken et al., 1987; Iversen, 1991 OYEPÅL gyting larver A A A A 57-74 - N Anon., 1978; Bjørke et al., 1988 Ti mis gyting larver A A A A A A A A A 52-74 - N Pelhon. 1985; Bjørke et al., 1991 gyting larver A A A A A 50-56'N Anon,, 1978; l.icwes, 1984 Side 10
3.2. IS - ISKANT Isen dekker ca. 4-20 x IO 6 km 2 av det antarktiske havet i sør, og ca. 7.8. - 14.8 x IO 6 km 2 av arktiske sjøområder i nord (Sakshaug & Skjoldal, 1989). Minimumsverdiene representerer permanent isdekkede områder (fler-års is), mens differansen gir uttrykk for sesongmessige fluktuasjoner av isens utbredclse (dvs. et-års is). Generelt er maksimamsutbredelsen knyttet til tidlig vår, minimumsutbredelsen til tidlig høst. De biologiske prosesser ved iskanten er særegne og markante. Miljøet kan betraktes som et eget økosystem, kjennetegnet ved bla. hurtig vekst hver vår / sommer, korte næringskjeder hvor oiganismene på de laveste trofiske ntvåer er representert ved få arter, høyt antall organisrner og stor biomasse. Grunnlaget for produksjonen i iskantområder er tuftet på algesamfunn, henholdsvis isalger (i hovedsak pennate diatomder) og planktonalger (overveiende sentriske diatoméer og flagellater). Produksjonsmessig er plantoniske alger klart de viktigste, hvor de i arktis står for over 97% av den totale primærproduksjon (Sakshaug & Skjoldal, 1989). Oppblomstringen styres av havisen og avsmeltingen av denne mhp. dannelre av stabilt overflatelag (Syversen, 1991; Sakshaug et al. t 1992). I praksis innebærer dette at våroppblomstringen følger iskanten, ut i et 20-50 km bredt belte, etterhvert som denne trekker seg tilbake (fig. 3.2.). Organisrner på høyere trofiske nivåer, representert ved feks. fugl og marine pattedyr (sel og isbjørn), er periodevis nært knyttet til iskanten. Fordelingen er imidlertid flekkvis og for flere områder / perioder av året lite kjent. N > 5 tsyy/yjvy///yyy/y/å^/yyyz/yynyyj Zrm^ 1 Wk-.t av pin nu- plank ton for blomstring 2 Jskantblomstring 3 I>j.pt klorofyll - maksimum rtlcr blomstring \ SwlimcnU-nnK HV planteplankton.1 (MlKntrnft OMTiliiU-lnfc 6 Ovcrvinlret djreplnnklon vandrar mot overflaten 7 I>>ri'pliinkUin Ry ler H Vekst ug utvikling nv rn ny generasjon dyreplankton 9 l^odde pa na'nn^svnndnnt» Kii* 3 2 Idealisert skisse av suksp-sjonsmønstrret i iskantoppblomstringrn. Etter HyvcrtM-n 1199» \ Sid.- 1 1
3.3. FAST SUBSTRAT - KYST 3.3.1. Fysiske forutsetninger og karakteristika Geografiske, topografiske og klimatiske forhold utgjør sentrale fysiske rammebetingelser for økosystemer assosiert med marine strandområder. I tempererte og boreale områder reflekteres dette i et meget variert miljø med flerc øl.ologiske gradienter, tradisjonelt gjenkjennelig i soneringer fra nord til syd, fra ytterkyst til fjordbotn og i forhold til vannstandsnivå. Forskjeiler i lystilgang og temperatur forplanter seg i første rekke til tidsvinduet for oppstart og varighet av produksjonssyklene, men generelt også til organismenes vekstrater (jf. tesen om «langsom vekst - lang livslengde» for kalde farvann). Den vertikale utbredelsen av organismer i fjæra, uttrykt i form av vegetasjonssoner (jf. fig. 3.5), er bla. påvirket av forskjellen mellom høyvann og lavvann (tidevannsamplituden). Tidevannsbølgen blir nødvendigivis påvirket av «lokal» topografi, og viser derfor ikke et entydig geografisk mønster. I norske farvann er tidevannsforskjellen høyest i nord (ca. 2,5 m ved Vardø), gradvis avtagende til Egersund, og med liten amplitude i Skagerrak (0,2-0,3 m) (fig. 3.3). I forhold til vannstandsnivå kan strandbiotopene kategoriseres i tre hovedsoner: / Supralittoral sone, som omfatter saltvannspåvirkede biotoper over øvre tidevannsnivå. / Littoralsonen, eller tidevannssonen, dvs. biotopene mellom øvre og nedre tidevannsnivå. S Sublittoral sone, representert ved miljøet under lawannssnivå, som i praksis kan betraktes som en naturlig fortsettelse av miljøet i tidevannssonen. -Skagerrak S-VesUajulit N-Veiilanilc^ Noni]md Troms Kinnm. Kig. 3 3. Midlerc høy- (M.H-W.) og lavvann (M L-VV.) ved ulvalgle målcstasjonrr langs norskekysten. N og S angir hhv. nipp og spring, mens 0-nivået markerer mirmrre vnnnstand. Dala fra Den norske los (1986). Etter Lein et at. (1992). Vind- og hølgcrksponering, samt sjøvannets bevegelsesmønster og fersk va nn 5- påvirkning er sentrale fak torer i forhold til den økologiske soneringen fra ytterkyst til S..U- V2
fjordbotn. Det typiske mønster kan beskrives som bølgeeksponerte babitater ved ytterkyst, med gradvis avtagende eksponering og saltboldighet mot fjordbotn. Substratet, som dominerende og strukturerende faktor, utgjør et naturlig og viktig element under ovenstående inndeling: / Hardbunnssubstrat, representert ved strandberg (klipper, svaberg, ^lattskurt berg, o!.), utgjør klart den dominerende strandtypen langs norskekysten (fig. 3.4.). / Bløtbunn- løsmasseslrender, representert ved partikulært substrat, er utbredt innenfor alle deler av de ovennevnte soner. Fig. 3.4. Fordeling av strandtypc på ulike kystavsnitt fru Hordaland til Vestfinnmark. Tallverdiane angir henholdsvi.s: ] Sva; 2 - Blokk, sand, grus; 3 Leire; 4 - Klippe. Ktter Klokk et al. (1985). Sammensctningen uv partikulært substrat i det marino miljø vil være en funksjon nv biologisk produksjon i vnnnsøylen og tilførsel av uorganisk materiale, samt transportbtftingclscr og egenskaper ved de respektive partiklene. Generelt er sedimentasjonen gitt av to faktoren /.Strøm og bølgebetingelsene, hvor den horisontale ^trømhnstigheten og stabilitet (varighet) vil være nv betydning for selve tranvporu-n. Partikkelstørrelsen, som ved siden nv materialets tetlhet, vil være avgjørende for hvor lenge partiklene holdes suspendert Dette innebærer at substratet i strømnkc og bølgci-k 1 * panerte områder vil bestå nv overveiende grovkornet materiale som *and og grus, mens substratet i beskyttede områder overveiende vil ha et høyerc innhold av mit / leire, inrnt organisk materiale. Side 13
Som et produkt av ovenstående fysiske faktorer, må kystlinjen seiv inncnfor svært begrensete områder ikke betraktes som enhemig, men mer som en mosaikk av flere biotoper og økosystemer (jf. kartleggingsarbeider av fjæresamfunn på hardbunn, feks. Sjøtun & Lein (1991); Lein et al. (1992); Oug et al. (1992), og den etterhvert landsdekkende kartleggingen av botaniske havstrandlokaliteter, feks. Elven et al. (1988a-d); Kristiansen (1988a; b); Holten et at. (1986a; b) og Lundberg (1989; 1992)). 3.3.2. Biologisk aktivitet Strandmiljøet er produktivt, produksjonen i enkelte tareskogsområder kan nå et nivå på 1 500-3 000 g C m^ pr. år (Barnes & Hughes, 1982). Foruten en mangfoldig flora og fauna av stabilt tilstedeværende arter (60-70 arter er feks. påvist ved ruteanalyser av hardbunnsfjæra i Hordaland - Finnmark (Lein et al., 1992)), representerer også strandbiotopene viktige oppvekstområder for arter med pelagisk levesett. Nord-scr gradienten er i utgangspunktet av mindre betydning mhp. fordeling og opptreden av marine organismer i strandmiljøet (Barnes & Hughes, 1982). Likevel finnes det en rekke mer eller mindre typiske arter med henholdsvis serlig- eller nordlig utbredelsesområde som vil være karakteristisk for de respektive geografiske regionene. Langs norskekysten kan det feks. være arter som ikke forekommer i Skagerrak (bla. sauetang, Pelvetia canaliculata), mens forekomstene :iv arter som albuskjell, Patella spp., avlar mot nord (Lein et al., 1992). Den klassiske vertikale inndeling av stranda, kan i biologisk sammenhong illustreres ved følgende forhold: / Supralittoralen utgjør den økologiske overgangssonen mellom hav og land, hvor individtilpasningcn viser likhetstrekk med både det marine miljø og det terrestre økosystemet innenfor. På hardbunn dominerer ofte Verrucarta spp. (svarthek). / Littoralsamfunnene karakter i se-es ved store svingninger mht. tem pc ra l ur, oversvømmclse og tørke. Organismene er derfor relativt hardføre. Samfunnene på hardhunn er ofte dominert av få arter, feks. Fucus spp., som ved sin tilstedeværelse danner fysiske strukturer som igjen bestemmer fnrdelingen av andre planter og dyr. Over tid, og særlig i modenit eksponerte til bcskyttede områder, fr samfunn i littoral sonen å betrakte som relativt stabile. S Sublitfnrale biotoper er ikke utsatt for de samme svingninger i temperatur og tidevann. I våre farvann er sam fun ne ne dominert av de store taren rt one (Lamina ria spp.), som til tross for sin størrelse viser de simmc populasjonsvckslingsrater som tangartenc (fucoidene) i littorahonen. Undervannsenger, dominert av karplanter (bla. ålegress, '/.ost v ra -pp ', ulgjor en produktiv variant av biølbunnssamfunn i sublittnralen. Den lokale bølgepåvirkning *T imidlertid en «vgjøremje faktor for hulke ;irt«r sum opptrer i He ulike soner fr a ytterkyst til fjordbotn, (i ra den av hølgcpavirkning reflektere» således også i artsmangfoldet, hvor feks. arl^antallct i hardbunnsfyrr.i oker med nvtagendc eksponeringsgrad <l.ein rt al, IlWii. 1 fig 'A 5. IT det gitt en illu-.tr.i'-imi over hvordan enkelt»? organismer dominerer i forhold til bolgeekspnnering I tillegg til den tradisjonelle tredimensjonale soneringsskalu, vil fordelin^en bade pa arts- og samfunnsnivå definitivt virre påvirket nv den lokale topografien mhp t\pe substrat. Dette reflekteros i fordelmgen og uthredelsen av marine organismesamfunn Lings iiorskrkymcn; mrllom 38 og.w? av den totale kystlinjen * r di mun rt av grisctang på inlcrmcdiiitt eksponerte hardbunnsernråder (Sjøtun & Lem. l!+*ti» SiiUenger, utgjør en egen type løsmasm-strender Kt karakteristisk trekk ved df-mbiotoprne <r at plantane seiv bidrar sterkt til å binde *armm-n og struktur» re -ubstr.hf t *i -i- I 4
Fig. 3.5. Illustrasjon av fordeling av dominerende planter og dyr hardbunn i forhold til varierende grad av bølgepåvirkning. Etter Tait (1980) I motsetning til hardbunn, kan bløtbunnsmiljøet betrakies som todimensjonalt, dvs. at organismer lever både oppe på (epifauna) og i substratet (infauna). Levevilkårene vil således være bestemt av de fysiske og kjemiske egenskapene og karakteristiska på substrato vedla ten og i selve substratet. Eksponeringsgraden reflekteres også i forhold til biologisk aktivitet. På eksponerte lokaliteter, som ofle blir utsatt for omveltning og forstyrrelse, er floraen og faunaen begrenset (Hlackman & Law, 1980). Mer stabile og diverse samfunn utvikles gjerne på mer beskyttede lokaliteter, hvor forholdene ligger tilrette for bla. divers fauna av muslinger, samt et betydelig innslag av fler- {Polychaeta spp.) og fåbørstemark [Oligochaeta spp). På en tidevannsflate kan den stedbundne faunaen ofle bestå av få arter, men hvor enkelte arter kan opptre i store tettheter (Leinaas & Christie, 1991). Pr f~"/ t" j r-'»g. 3 6 Vcrtikalsnitt som illustrasjon på opptreden og forekomst av infaunn i sediment i grunne områder. Etter Hu mi-» & Hughes (1982) SwV IS
. QUE: EGENSKAPER, PR(J_S_ESSm_ OG SKJEBNE Petrogene hydrokurbonforbindelscr er dan net av organisk materiale (døde organismer, detritus, etc.) som ble avsatt på havbunnen for opptil flere hundre mill. år siden. Materialet ble gradvis brutt ned, hovcdsakelig til karbon diov i og vann, ved mikrobiell aktivitet. Restene av det organiske materialet (inkl...' terierestene) ble etterhvert begravet av annet nedfall (uorganiske partiklcr, etc.x >. avsetningslagene beveget seg således stadig dypere ned = havbunnen. Kttersom tryk. ^ temperatur økte, ble se di men tene om dan net til faste bergarter (diagenese),.icns det organiske materialet samtidig gjennomgikk en gradvis omdanning til petroleum (katagenese). I de tilfeller temperaturen oversteg en gitt grense, ble det i stedet for petroleumsprodukter dannet kulist offer. 4.1. KJEMISK SAMMENSETN1NG OG EGENSKAPER Petrogene hydrokarboner repi esenterer et mangfold av rette-, forgrcnete og sykliske kjeder, generelt inndelt i molekylære hovedgrupper som alifatiske, alisykliske og aromatiske hydrokarboner. (KOH, 198-i; Daling, 1991; Palmork, 1991; Aareskjold, 1992; Daling & Hrandvik. 199U. Paraffinene 'alifatiske hydrokarboner) kjennetegnes ved deres kjedeformete struktur, enten som rettkjedeie n-(nor rna ljnlka rier, oller som kjed ete molekyler med sideforgreninger (iso-alkaner). Som mettede forbindelser er paraftinene kjemisk stabile s tofler, og representerer henholdsvis gasser (ved mindre enn 5 karbonatomer), væsker f ved fj - Ifi karbonatomer) og "fast- stoff/ voks ved mer enn 17 karbonatomer). Naftener (eller alisykliske hydrokarboner) er betegnelse for paraffiner med en eller flere ringstrukturcr tcyclo-alkaner / cyclo paraffineri, og representerer bade mettede og u mettede forbinde Uer I råoljer er det im i die rt id en slerk dominans av mettede forbindelser. Aromatene (aromatiske hydrokarboner) representerer hydrokarboner som innholder minst en ringformet struktur med r> karbonatomer A dobbeltbindinger (benzen). Den onkleste aromatiske forbindelsen or benzen.seiv, rmn også Here ringer kan være knyttet sammen slik som naftalen, fenantren eller beri/.o(a)pyrenc. Korbindelser med 3 ffenantrenj eller flere ben/en ringer danner polysykliske aromatiske hydrokarboncr (PAH) Til tross for et høvt (' H forhold, er konfigurasjonen med henzenringcr kjemisk meget stabil 4.1.1. Rånljrr Ved siden av tie -rene- h>dn>karln>ner ( inneholder r.wlje komponenter med vanerende innhold av nitrogen. >\o\el og ok^w;. ri inso fnrbindebirl, samt innslag av ulike metallrr -.urn vanadium og nikki I Afaltener og resmer tilhører gmppen SSO forhimlt-ui-r, ni» n representerer kjemisk sett mindre veldefinerte koriipnntntrr Asfalterter rr makromolekyler fmolvekt over 1 201)), og defmeres som forbinili-ncr som if ulø*.ehge i penlaii, heptan, hexan, osv. Rosiner defineres som forbindelser vom i r ulydig»? i propan MoU-ks UtørreUen varierer over et.«terre spekter, og kan h.i innsbig av oksida-jonsprodukter som fek«karbokssylsyrer. Begge grupper kjennelegne* ved lave fordampningxrater og lav lømdighet. samt en rehitiv høy grad av kji mi>k Mnlnlidt Side»«
Den innbyrdes fordelingen av hydrokarbonkomponentene og den eksakte sammensctning av réolje varierer ikke bare mellom ulike oljefelt, men også mellom ulike formasjoner / deler av samme b,onn (Whittle et al., 1982). Generelt tilsvarer komponentfordelingen 50-95% paraffiner, naftener og aromater, samt varierende mengder NSO-forbindelser (Daling 1991; Palmork, 1991; Daling & Brandvik, 1991). Enkelte råoljer har et høyt innhold av tungt nedbrytbare aromatiske forbindelser (feks. olje fra russiske feiter), mens mer flyktige fraksjoner (paraffiner og naftener) dominerer oljetyper fra sentrale nordsjøområder (FOH, 1984; Daling & Brandvik, 1991). Fig. 4.1. angir den fraksjonsmessige sammensetningen av en råolje. C-Atoms c 5 C n C ] C 3 c i4 C)? C 13~~ c 25 C 26 C 35 C 3S C 50 ttc ICO 150 200 250 300-100 500 *.i...» P. C Fig. 4.1. Sammensetning og fordeling av ulike typer hydrokarboner i en -typiskråolje. Ktter Bestougeff (1967). 4.1.2. Raffinerte produkter Råoljer anvendes sjelden direkte, men destilleres og raffineres til en rekke komponcnter / produkler som feks. drivstoff/ brenseloljer, råstoffcr for petrokjemisk industri, asfalt, etc. I destillcrings- og raffineringssproscssenc kan de ulike hydrokarbonfraksjonene akilles i kollonncr, enkelte komponentcr kan splittes opp ved oppvarming og ved hjelp av katalysalorcr (termisk og katalytisk -cracking-), i tillegg til at kjemikalicr kan tilsettes for A gi slutlprodukter med utvalgte egenskaper. De foredletc produktcne er derfor langt mer kjemisk spesifisert enn råoljer. Dette gjenspeile» i bla. kortcro kokepunktsintcrvaller og mindre variable tettheter og egenvekter. Raffinerte produkter må imirilertid fremdcles betrakte» som meget komplekse, jf. de respektive fraksjonsfordclinger som vist i tab 4 1 og 4.2.
Tab. 4.1. Hydrokarboner i råolje. Relativ hydrokarbonfordeling (vekt %) i ulikd oljetyper. Etter Aareskjold (1992). Typebetegnelse Råolje* Diesel (C13.18) Tung fyr.olje (C19.25) Smereolje (C26-40) Paraffiner Naftener Aromater 31,7 32,1 36,2 31,0 40,0 29,0 20,0 34,0 46,0 10,9 38,4 50,7 * Gjennomsnitt av et utvalg på 541 råoljer. 4.2. FYSIKALSKE EGENSKAPER Råolje og petroleumsprodukter karakteriseres ofte ved parametre som egenvekt, viskositet, størkningspunkt og kokepunktsintervall. Disse parametrene beskriver samtidig oljens / produktenes fysikalske egenskaper, og gjenspeiler til en viss grad også den kjemiske sammensetningen. Råoljers egenvekt (d) varierer mellom 0,79 og 1,0, dvs. lettere enn sjøvann (d- 1,03). Oljens innhold av tyngre fraksjoner (- høyere karhontall enn C15), samt resiner, asfaltener, er av stor betydning for oljens fysiske egenskaper mht. til viskositet (flyteegenskaper). Viskositeten øker med fallende temperatur, og tilsier at olje under arktiske forhold vil være relativt seigtflytende. / Størkningspunktet angir ved hvilken temperatur oljen stivner (dvs. tjæredannelse), som i råoljer varierer mellom +43 - +43 C C (Palmork, 1991). Kokepunktsintervallet gir samlet sett et bilde av oljens / produktets komponentinnhold og sammensetning. Intervallene er naturlig nok økende for fraksjoner med stigende karbontall, og ligger for feks. smøringsoljer i området 310 C C eller høyere itab. 4,2). Analyser av kokepunktsintervallet inngår i det tradisjonelle oljebudsjettet, bla. mhp. estimator for fordampningsrater og derav oljfns kvetid på sjøen. Tab. 4 2. Hydrokarbonfraksjoner (1992), Zahlsen & Nilsen (1991). en råolje. Elter Clark (1989). Aareskjold Komponenter Molekyl str. Kokopkt int. Kvantitet (ant. C-ntomer) ( C) (volum T<) f.pg (petr. KUM) 3 4.45.7 Bensiner 4 11 25 220 27 Krrosiner 9. 16 145 300 U DieHtflettc fyrinuso Ijcr IO 28 160 420 12 Tunpe fyrinjjgoljirr 20* 160 350* 10 Smøreoljer 20-.110* 20 Ke^l (vokv bitumen ) W
4.3. OLJE I VANN - VANN I OLJE Olje som frigjøres i vannmassene vil umiddelbart inngå i en serie prosesser som vil forandre oljens kjemiske og fysikalske egenskaper og sammensetning. Disse forvitrings- eller aldringsprosessene vil samtidig være av signifikant betydning for marine organismers eksponering for og respons på et oljesøl (fig. 4.2). Både omfanget og intensiteten av de ulike forvitringsprosessene er samtidig et interaktivt samspill mellom de til enhver tid rådende fysiske forhold i resipienten. Heri ligger det implisitt at oljens aldringsprosesser foregår vesentlig raskere i farvann med høy temperatur og sterkt sollys, enn i områder med lave temperaturer og lite sollys. Estimater mhp. de forskjellige prosessenes relative omfang er presentert i fig. 4.3. Fig. 4.2. Oljens skjebne i marint milja og mulig innvirkning på marine organismen Ktter Daling (1990). Fig 4 3 Antatt tidsforltfp og rrlntiv omfang av ulike prosesser som påvirkcr rt oljesøl Kiler Clark < 1989). Sid* 19
4.3.1. Spredning og drift Et oljesol vil som funksjon av egen vekt og flyteegenskaper umiddelbart spre seg på havoverflaten over et gitt område. (Dette forutsetter naturlig nok at oljens egenvekt er lavere enn sjøvannets. Ved titnærmet lik egenvekt kan forløpet vise seg tilsvarcn'le som ved Elena V havariet, hvor den tunge brenseloljen fløt like under vannoverflaten ca. 0,8-1 km far den kom til overflaten (Blackman & Law, 1980)). Fra råolje vil det i utslippets randområder raskt dannes en tynn (0,5-1,0 pm) oljefilm («blueshine»), hovedsaklig bestående av paraffiner. Avhengig av egenskapene til den respektive oljetypen, vil tykkelsen på selve oljeflaket vil ligge i størrelsesorden 0,1-3 mm (Sakshaug et al., 1992). Dette forholdet vil nødvendigvis være i dynamisk forandring, ettersom aldringsprosessene og de fysiske forholdene utvikler / endrer seg. Den videre horisontale drift er en funksjon av strøm, vind og jordrotasjonen. Som en generell tilnærmelse for drift på åpent hav, kan transporthastigheten anslås som 3% av vindhastigheten, mens flakets drivretning tilsvarer ca. 15 avbøyning til høyre for vindretningen (nordlig halvkule). Ved drift i kystnære farvann, vil den lokale strøm og landskapets topografi ha betydelig innvirkning på disse anslagene (Moe, 1990). 4.3.2. Fordampning Fordampn ; -g innebærer tap av de letteste og mest flyktige komponenter til atmosfæren. Naturlig nok er fordampningsraten bestemt av temperatur og vindstress / bølgeforhold, samt oljens kjemiske sammensetning. Etterhvert som de letteste komponentene fordamper vil oljeflakets tetthet og viskositet øke, samtidig som flammepunktet heves. Cj - C4 fraksjonene representerer gasser som vil fordampe nærmest umiddelbart etter et utslipp. Høye fordampningsrater er anslått også for de lettløsclige væskefraksjonene (C4 - Cio), komponenter med lavere karbontall enn Cs antas feks. å fordampe i løpet av få timer (Sakshaug et al., 1992). For Ekofisk råolje, vil ca. 70% av fordampningen forega i løpet av de første 24 timene etter utslippet (fig. 4.4). Så og si alle de letteste komponenter vil være fordampet i løpet av de første 4 døgnene, og for en typisk Nordsjøolje representerer da gjenværende mengde olje på havet mellom 40 og 60^ av de opprinnelige oljemengder (FOH, 1984)..1 50 1DAMPET 40 30 20 10 0 IAE0SAI0BIE EKSPPilf.UM UBSfBVASJOMR I HA traiouibusm'.gl'j OBSlRVASJOftER f BA (Sl! (OBSCK PA IR0VS0E I AKE I SIUUURH RtSUIAllR 10 15 00GN Fig I 4 Forda mpningskurvir for F.kofi'k råolje Kiler FOH (I9S11 Si.ii jn