Brunifieringen ökar i svenska sjöar. I en avhandling vid Lunds universitet om orsaken till brunfärgning av två småländska sjöar argumenterar Petra Bragée övertygande om nyttan av att använda bottensediementsundersökningar för att analysera sjöars variationer under längre perioder, bland annat som ett sätt att bättre förutse problem kopplade till vattenkvalitet i ytvattentäkter.
Av: Kenneth M Persson
Sedan 1990-talet har en rejäl ökning av löst organiskt kol kunnat observeras i sjöar, vattendrag och kustnära vatten i olika delar av det norra halvklotet, bl.a. i delar av Nordamerika, Irland, Storbritannien, Baltikum, centrala Europa och Skandinavien.
I Sverige har ökningen främst varit koncentrerad till de södra delarna av landet. Löst organiskt kol i sjöar belägna i den boreala regionen består vanligtvis främst av nedbrutet organiskt material från växter och organismer som löses i vatten och lakas ut ur den omgivande marken. Detta styrs av faktorer som påverkar organisk produktion och nedbrytning, löslighet och transport. Nedfall av surt regn påverkar lösligheten av organiskt kol och försurning av marken leder till ett lägre pH som ger lägre löslighet.
De senaste trettio åren har nedfallet av surt regn minskat dramatiskt och bidragit till en ökad pH och återhämtning från sura markförhållanden, vilket kan leda till en högre löslighet av organiskt kol och en ökad urlakning. Om detta är orsaken till den ökande brunifieringen så innebär det att mark och vattensystemen återhämtar sig från en tidigare miljöpåverkan till mer normala förhållanden. Av det lösta organiska kolet utgörs vanligtvis 50-75 % av färgade humusämnen som ger sjöar en karakteristisk brun färg. Stigande halter löst organiskt kol har därför resulterat i brunifierig, en kraftig färgning av vattnen. När sjöarna blir mörkare påverkas ekosystemen i vattnen: brunt vatten leder till sämre ljusförhållanden i sjöarna, primärproduktionen förändras, och rovfiskar får svårare att hitta sina byten.
Ytvattentäkter står för 50% av Sveriges dricksvattenförsörjning. Räknas även konstgjord grundvattenbildning in beror nästan 75% av svensk dricksvattenförsörjning av ytvatten. En så stor förändring av vattenkvaliteten som brunifieringen leder till får därför stor betydelse för vattenverken. Stiger halten löst organiskt kol i dricksvatten måste desinfektionen anpassas, klordoser kan behöva ökas och eventuell UV-desinfektion behöver anpassas för stigande absorbansvärden. Högre kolhalter i distributionsnätet kan leda till en högre bakteriell tillväxt. Kolföreningar kan också bidra till komplexering av metaller och främmande organiska ämnen som transporteras ut i ledningsnätet.
Den ökade halten löst organiskt kol gör det svårare att framställa dricksvatten av god kvalitet, varför huvudmännen kan behöva komplettera vattenverken med ny teknik för ökad avskiljning av organiskt material. Vattenkvaliteten i sjöar och vattendrag är även viktiga för rekreation i form av fiske och bad.
Avhandlingen
Fredagen den 1 november 2013 presenterade Petra Bragée vid Lunds Universitet sin avhandling om orsakerna till brunfärgning i två småländska sjöar. Bragée har gjort en noggrann historisk undersökning av förändringen i nedfall av surt regn, klimat och markanvändning från ungefär år 1300 till år 2012 och sökt att hitta vilka drivkrafter som har och har haft störst betydelse för urlakningsrprocesser från mark till sjö. Det speciella med Bragées avhandling är att hon använt paleolimnologiska metoder för att undersöka förändringar i sjövattensammansättning. Paleolimnologi är den speciella gren av limnologi som använder sjösedimentanalyser för att förstå hur den historiska miljöutvecklingen i en sjö och dess omgivning sett ut. Sedimenten består av en blandning av material som kommer från sjöns omgivning, atmosfäriska föroreningar och material som bildats i sjön. Med hjälp av borrkärnor av bottensediment har olika dessa kunnat analyseras med hjälp av flera olika paleolimnologiska metoder: Radiometrisk datering av sedimenten, främst kol-14; närinfraröd spektroskopi (VNIRS) för rekonstruktion av variationer i TOC-halt; analys av diatoméer (kiselalger) för rekonstruktioner av pH; pollenanalys och modeller för att kvantifiera utbredningen av olika typer av markanvändning under olika tidsperioder; kemiska analyser av organiskt och oorganiskt innehåll för information om dess ursprung, näringskretslopp och perioder av markerosion. Vidare har data om befolkningsutvecklingen i området hämtats från kyrkoböckerna och klimatmodeller för historiskt klimat tagits fram. Slutligen har beräkningar och mätningar av surt nedfall, temperaturvariationer och nederbördsförändringar genomförts.
Det är lika spännande att läsa avhandlingen som att läsa en detektivroman. Genom att kombinera alla dessa olika vetenskapliga verktyg har Bragée kunnat uppskatta hur halten totalt organiskt kol (TOC) i två sjöar (Åbodasjön och Lindhultsgöl) på sydsvenska höglandet varierat under 800 år. Verktygen ger också möjlighet att skilja på vad nedfall av surt regn, klimatvariationer och markanvändning betyder för utlakning av kol till sjöarna.
Resultaten visar tydligt att sjöarna har varit påverkade av mänsklig aktivitet av olika intensitet i sjöarnas närområde de senaste 1000 åren. Det finns bevis för två perioder av ökad aktivitet och jordbruksutbredning kring Åbodasjön och Lindhultsgöl. En period mellan 1260-1400 följd av delvis övergivna jordbruksmarker som kan härröras till den effekt digerdödens utbrott 1350 tros ha haft på Sveriges befolkning. En återetablering registrerade på 1500-talet, med kontinuerligt ökad utbredning av jordbruksmark i takt med en ökad befolkning till ett maximum på 1880-talet. Därefter avbefolkades bygden och modern markanvändning med ett industrialiserat skogs-och jordbruk introducerades istället. Bygden domineras av skogsbruk med inriktning främst på gran. Den lokala antroprogena påverkan är annorlunda och befolkningen 2012 har minskat till 1700-talets nivåer.
Avhandlingen styrker att TOC-halterna i sjövattnen var höga fram till 1900-talet, och variationer kunde kopplas till förändringar i jordbruksutbredning och intensitet samt förekomsten av torvmark som är rika på humusämnen. Men denna TOC kom mest från åkermark och gav troligen inte upphov till någon större förändring i vattenfärg då TOC från jordbruk har en sammansättning av främst ofärgade partiklar. De historiska variationerna i TOC-halten kan alltså inte alltid tolkas som förändringar i vattnets färg.
I början av 1900-talet minskade TOC-halten i båda sjöarna, mest kraftigt i Lindhultsgöl, för att nå låga eller ovanligt låga nivåer ur ett historiskt tidsperspektiv under 1930-1990, därefter ökade nivåerna till halter i paritet med förindustriella koncentrationer från 1995 och framåt. Dessa förändringar under 1900-talet kan kopplas till surt nedfall som startade kring 1900 för att nå de högsta nivåerna 1980-1995 följt av en kraftig minskning.
Bilden (Illustration ej längre tillgänglig): TOC i Åbodasjön och Lindhultsgöl 1200-2012. Observera att tidsskalan är utdragen 1900-2012. Det syns mycket tydligt att TOC i vattnen minskar kraftigt under perioden med surt nedfall (sulphur dep.). När det sura nedfallet upphör ökar TOC snabbt igen. Särskilt tydligt är det i Lindhultsgöl (den nedre grafen). Från Petra Bragées avhandling, sidan 22.
Det finns inga förändringar i markanvändning eller klimat som kan förklara de ovanligt låga nivåerna av TOC-halten i sjöarna under 1900-talet, inte heller den hastiga ökning som inträffade på 1990-talet. Minskningarna i surt nedfall och en ökad urlakning av ackumulerat organiskt kol som inte lösts ut i vatten på grund av tidigare sura markförhållanden är den troligaste förklaringen till den ökade brunifieringen de senaste trettio åren. Detta innebär att brunifieringen är en återhämtningsprocess och att halterna av TOC kommer att plana ut. Hur länge TOC-halten och färgen kommer att öka är osäkert. Mängden organiskt material som har lagrats i markerna under försurningen är inte känd och inte heller vilka fraktioner det består av. Under försurningsperioden har brunfärgningen minskat kraftigt. Andra mekanismer som klimatförändringar och/eller olika metoder inom modernt skogs- och jordbruk har därför dolts. Exakt vad sådana mekanismer kan tänkas ge för effekt på utlakning av organiskt material i sjöar är ännu okända, men de bör ge mera marginell påverkan än effekten av försurning och återhämtning efter försurning.
Slutsats
I sin avhandling argumenterar Bragée övertygande om nyttan av att använda bottensedimentsundersökningar för att analysera sjöars naturliga variationer under längre perioder. Även den antroprogena påverkan och sjöars respons vid olika miljöstress kan dokumenteras med hjälp av paleolimnologiska mätmetoder. Problem kopplade till förändringar i vattenkvalitet kan troligtvis förutses bättre med hjälp av noggranna bottensedimentmätningar. Det kan vara särskilt intressant att genomföra sådana studier om en ny vattentäkt skall väljas ut. Men sammanfattningsvis verkar brunifieringen vara här för att stanna.
Källa: Petra Bragée (2013): A palaeolimnological study of the anthropogenic impact on dissolved organic carbon in South Swedish lakes. Lundqua thesis 71. Avhandling i miljövetenskap vid Lunds Universitet
