Effekter og respons på klimaendringer - når vi får mer regn, hva skjer med vannkvaliteten? Rolf D. Vogt Kjemisk Inst., UiO.
Fokus på andre sektorer i klimatilpassningen Aktuelle saker: Permafrosten varmes opp Truer infrastruktur og bygninger Men hva med vannkvaliteten? Krevende framtid for mange sektorer Landbruk, transport Hvilke endringer i vannkvalitet kan Havnivåøkning vi forvente med gir dramatiske endring i klima? konsekvenser Hvordan Skade vil på mobilitet infrastruktur og transport Vekstsesongen av akkumulerte forlengeslagre av Hvordan forurensinger påvirker i klimaet jordsmonnet bygninger? endres? Direktoratet for samfunnsikkerhet og beredskap http://www.regjeringen.no/nb /dep/md/kampanjer/klimatilp asning-norge.html
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. Den Globale ferskvannskrisen Haakon Thaulow, NIVA
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 SPENNENDE FORSKNINGSUTFORDRINGER
Miljøstatus på ferskvann i Norge Ferskvannet vårt er rikelig, men sårbart Tynt jordsmonn Hard bergrunn Lav ionestyke Eutrofiering preger områder med mye bosetting og landbruk Store områder i Norge er påvirket av langtransporterte luftforurensinger Sur nedbør God del tungmetaller
Klimaendringer The Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC 2007 Global temperatur: 11 av de varmeste årene siden målingene begynte har alle vært de siste 13 år
I Norge Middeltemperaturen i Norge stiger I 2008 var middeltemperaturen 1,4 C over normalen. Hovedtendensen er at det har blitt våtere i løpet av de siste 100 år
Hvilke klimaendringer kan vi vente oss? Varmere, våtere og villere. Klima scenarier for 2071-2100 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 og høsten, men mindre om sommeren Simulerte økning i årlig avrenning basert på antatt 1% årlig økning i CO 2 (a) HadCM2 og (b) HadCM3 IPCC-3rd assessment report.
Langtidsvarsel fra senorge.no 0 C er en terskelverdi
Effekter av klimaendringer på vannkvalitet Økt vintertemperatur vil føre til: en større andel av vinternedbøren vil falle som regn hyppigere fryse-tine sykluser 30.01.00 Avrenning: 25 mm Jord tap: 2 kg ha - 1 31.01.00 Avrenning: 77 mm Jord tap: 3 050 kg ha -1 Dette vil kunne redusere vannkvaliteten pga: Mer flom, spesielt når det er tele i bakken Økt erosjon og dermed økt utvasking av næringsalter fra landbruket utenom vekst sesongen Økt eutrofiering Utvasking fra deponier Høyere vanntemperatur bidrar til økt algeoppblomstring
Effekter av klimaendringer på vannkvalitet forts. Økning i mengde og intensitet på avrenningen vil redusere vannkvaliteten gjennom: Økt utvasking av løst humus og dermed forurensinger gjennom overflateavrenning Økt erosjon og dermed økt turbiditet og tilførsel av næringssalter fra jordbruksjord Økt risiko for større mengder av problematiske mikroorganismer fra avføring fra husdyr eller ville dyr og forurenset vann fra lekkasjer/overløp i kloakksystemer Svein Skøien Vansjø
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, asfaltering, frakobling av elva fra flomsoner etc. Økt erosjon S dep (g/m2) 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 2030 Al 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 ph
Løst humus spiller en nøkkelrolle Mengden av løst humus har økt Dobling av DOC konsentrasjonen mange steder Spesielt i områder som tidligere fikk mye sur nedbør Årsmiddel av månedlige målinger Regionale trender fra ICP Waters Perioden 1990-2001
Endring i egenskapene til humus Humusmaterialet har blitt mer farget I innsjøer i Østmarka økte fargen > 40% i perioden 1976 and 2000, mens DOC økte kun 11 13% Mer aromatisk, høymolekylært og lipofilt Østmarka Hongve et al., 2004
Skyldes økt humus 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 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Det er imidlertid ingen klar sammenheng mellom temperatur og variasjon i mengde humus 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 En må ha en økning på > 10 C for å få til økningen vi har sett i organiske materiale (Freeman et al. 2004)
Skyldes økt humus økt nedbør? Klar sammenheng mellom år med mye nedbør fulgt av topper i farge Tendensen i mengde nedbør er økende, men økningen er ikke signifikant Colour, mg Pt/l 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Klimaendringer alene er ikke nok til å forklare økningen i humus (Evans et al. 2006) 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Reduksjon i sur nedbør kan være en medvirkende årsak
Empirisk sammenheng mellom intensitet på avrenning og mengde løst humus 0,700 0,600 Høst Vår Sommer Birkenes skogen Svartberget UV absorbency 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 1 10 100 1000 Discharge L sek -1 Kevin Bishop
Årsakssammenheng mellom avrenning og mengde løst humus Høyere vannføring fører til mer avrenning fra øvre jordlag og dermed mer løst humus og forurensinger
Betydningen av løst humus for vannkvaliteten Kompleksbinding av metaller Øker mobilitet til type B metaller (Pb, Hg, Ag, Cd) Sterk innflytelse på spesieringen og dermed giftighet av metaller Adsorberer lipofile mikroforurensinger Svake organiske syrer 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
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. Opptak skjer av metyl-hg Metylering forutsetter reduserende forhold, svakt sur løsning og humus Mierle & Ingram, 1991 Økning i mengde løst humus fører til økning i mobilitet, transport og i noen tilfelle opptak av tungmetaller i næringskjeder Hg i Gjedde Fargetall Nilsson & Håkanson, 1992
Runoff Transport av næringssalter til innsjøer Drainage pipes P-DNOM PO 4, P-Particles Agric soils River input P-DNOM P-DNOM PO 4, P-Particles Forest soils P- DNOM Photo-oxidation PO 4 PO 4 Assimilation Decomposition, Mineralization Transport av N og P i naturlige systemer skjer i all hovedsak i form av løst humus (DON, DOP) P-Particle P-Al P-Fe P-Si Reduction of Fe 3+ P-Alga Mineralization of org. mat. Ron Vaz et al., 1992 I innsjøen kan materialet bli mineralisert gjennom foto-oksidasjon slik at næringssaltene blir biotilgjengelige
Klima og eutrofiering Svenske modellstudier basert på klimasenarier konkluderer med: Økt tilførsel av næringssalter fra landbruksjord mest pga økt avrenning om vinteren Konsentrasjonen av P vil øke med ca. 50% og totalt N med ca 20% Økt mengde blågrønnalger (80 %) Økt innsjøtemperatur (1-5ºC) vil øke mengde biotilgjengelig N og P gjennom øket omsetningshastighet Arheimer et al., 2005 AMBIO Vansjø
Konklusjoner Økt temperatur, spesielt om vinteren, påvirker den sesongmessige intensiteten på avrenningen Øket erosjon og utvasking fra landbruksjord uten plantedekke om vinteren Effekt av nedbørs intensitet og mengde avrenning 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 på avrenning vil øke i Norge Humus spiller en nøkkelrolle i effekten av klimaendringer Viktig transportmekanisme for tungmetaller, organiske forurensinger og næringssalter Vil øke med de forventede klimaendringene Andre faktorer spesielt urbanisering og redusert sur nedbør er med på å forsterke effekten av klimaendringer. Vannkvalitet vil sannsynligvis bli betydelig forringet av klimaendringer i løpet av de kommende tiårene
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
Takk for oppmerksomheten
På Østlandet Etter 1988 og frem til og med 2007 har temperaturen vært jevnt varmere enn normalen, med en tendens til fortsatt oppvarming. Spesielt viktig er det at vintrene har blitt mildere og en tendens til mer våtere klima
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
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 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, Date 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 ug/l Al mg/l TOC
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)