Home About Browse Search
Svenska


Separating natural acidity from anthropogenic acidification in the spring flood of northern Sweden

Laudon, Hjalmar (2000). Separating natural acidity from anthropogenic acidification in the spring flood of northern Sweden. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae. Silvestria, 1401-6230 ; 160
ISBN 91-576-5894-3
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
2MB

Abstract

Spring flood is an occasion for transient hydrochemical changes that profoundly effect the
biodiversity of the aquatic ecosystem. Spring flood is also very susceptible to anthropogenic
acidification. Belief that acid deposition is primarily responsible for pH decline during spring
flood has been an important factor in the decision to spend close to one billion Swedish
crowns to lime surface waters in northern Sweden during the last decade.

The objective of this work is to present an operational tool, the Boreal Dilution Model (BDM),
for separating and quantifying the anthropogenic and natural contributions to episodic
acidification during spring flood episodes in northern Sweden. The limited data requirements
of 10-15 stream water samples before and during spring flood make the BDM suitable for
widespread use in environmental monitoring programs. This creates a possibility for distinguishing
trends and spatial patterns in the human impact as well as natural pH decline.

The results from applying the BDM, and a one point "pBDM" version of the model, in
northern Sweden demonstrate that the anthropogenic component associated with spring
flood episodes is now generally limited. Instead it is the combination of natural organic
acidity and dilution of the buffering capacity that is the major driving mechanism of
episodic acidity during spring flood events in the region. While the anthropogenic component
of episodic acidification generally contributes 0.1 to 0.3 pH units to the natural pH decline
of up to 2.5 pH units, the current regional extent of areas that are severely affected by
anthropogenically driven episodes is approximately 6%.

Prior to the initiation of the Swedish Environmental Protection Agency's "Episode Project",
the limited spring flood data together with lack of a systematic methodology for determining
liming candidates forced the liming authorities to base the remediation strategy in northern
Sweden on biological indications. But, since there are more reasons why acid sensitive
species may be absent or not thriving, including natural acidity, physical habitat degradation,
or an earlier period of anthropogenic acidification that ceased many years earlier, biological
indicators are not a reliable guide to the contemporary acidification status. Instead hydrochemical
models, such as the BDM, are needed.

Authors/Creators:Laudon, Hjalmar
Title:Separating natural acidity from anthropogenic acidification in the spring flood of northern Sweden
Alternative abstract:
LanguageAbstract
UNSPECIFIED

Vårfloden är, för många organismer i norrländska vattendrag, den ekologiskt
viktigaste händelsen på året. Upp till hälften av årsavrinningen kommer i små och
medelstora vattendrag under de tre till fyra veckorna på våren som snösmältningen
pågår. Det uppträder även dramatiska vattenkemiska förändringar i samband med
vårfloden, som utgör naturliga begränsningar för allt levande i ekosystemen. Tyvärr
är vårfloden i Norrland också utsatt för en försurningsbelastning som medför en
påverkan på flora och fauna utöver den naturliga och i värsta fall kan slå ut vissa
känsliga arter. Försurningssituationen under snösmältningen försvåras ytterligare
av att våren är en tid på året då många fiskarter befinner sig i känsliga utvecklingsstadier.

I Norrland påbörjades storskalig kalkning 1991 efter det att biologiska studier i
vattendrag indikerat en avsaknad av vissa arter. Dessa biologiska indikationer
tillsammans med Naturvårdsverkets bedömningsgrunder för kalkning (där alla
vattendrag med ett pH under 6,0 någon gång under året kunde erhålla kalkningsbidrag)
medförde att en storskalig verksamhet drogs i gång i många län. Idag,
nästan tio år senare, har totalt närmare en miljard kronor spenderats på kalkning i
Norrland. Av dessa pengar har en stor del gått till att förhindra ekologiska skador i
samband med vårfloden.

Orsaken till att drastiska pH sänkningar, så kallade surstötar, uppstår i samband
med vårfloden är dock mycket komplex och sur nederbörd är bara en av många
möjliga faktorer. Naturliga faktorer kan ge upphov till minst lika kraftiga surstötar.
Det är också svårt att utifran biologiska indikationer i form av minskad fiskförekomst
fastställa den depositionsbetingade (som orsakas av luftföroreningar) försurningens
utbredning i Norrland, eftersom andra faktorer som skogsbruk, flottning, vandringshinder
och överfiskning kan ge liknande effekter. Dessutom kan det ta flera årtionden
innan biologin återhämtar sig trots reella förbättringar i vattenkemin. Den tidigare
avsaknaden av en tillförlitlig metod för att separera naturlig surhet från antropogen
försurning i samband med högflöden har därför försvårat en prioritering mellan
objekt för att undvika att kalka naturligt sura vattendrag i Norrland.

Huvudsyftet med "episodprojekt", finansierat av Naturvårdsverket och där detta
arbete är en del, har varit att öka den vetenskapliga basen för kalkningsverksamheten i
Norrland. Syftet med det arbete som resulterat i denna avhandling har varit att ta
fram en "episodmodell" som kan särskilja naturlig respektive antropogen försurningspåverkan
under surstötar.

Episodprojektet och byggandet av episodmodellen har följts av en bred referensgrupp
med deltagare från Naturvårdsverket, länsstyrelserna i Norrland samt ett tiotal
forskare från Sverige och Norge. Detta samarbete har lett till att vi idag bättre förstår
vårflodens komplexa natur. För att möjliggöra en så korrekt beskrivning som
möjligt av försurningspåverkan från luftföroreningar i samband med högflöden i norrländska vattendrag samt för att testa olika kritiska aspekter av surstötsdynamiken
så har en mängd olika delprojektet, bl.a. ett fiskprojekt, ingått i episodprojektet.

Episodmodellen, som även kallas BDM (Boreal Dilution Model), är ett verktyg
som kvantifierar hur stor del av ANC ("Acid Neutralisation Capacity" eller buffertkapacitet)
och av pH-minskningen som orsakas av luftföroreningar respektive
naturliga källor under surstötar. Modellen beräknar hur kemin i ett vattendrag
skulle vara i samband med vårflods- och kraftiga regnepisoder utan inverkan av
försurande luftföroreningar, det vill säga en naturlig vattenkemi. Episodmodellen
möjliggör att i enskilda vattendrag avgöra hur stor del av de observerade surstötarna
som kommer från naturliga respektive depositionsbetingade källor på ett sätt som
tidigare inte varit möjligt. Framför allt är modellen tänkt att användas i områden
där försurningspåverkan är episodisk, t.ex. i Norrland. I framtiden kan dock
episodmodellen komma att användas i andra delar av landet då försurningsproblematiken,
i samband med minskande surt nedfall, övergår från kronisk till mer
episodisk karaktär.

Den användarvänliga beräkningsmodellen där episodmodellen står som grund, är
redan i bruk inom ramen för olika miljöövervakningsprogram i landet. Modellen
finns nu att tillgå i en internetbaserad version (http://www.sek.slu.se/personal/
hlaud/hjalmar.htm). Modellen ger tjänstemän och andra intresserade möjlighet att
använda ett avancerat utvärderingsverktyg utan att fastna i komplex kemisk jämviktsmodellering.

Resultaten från de över 20 vårflodsepisoder som presenteras i denna avhandling
visar att naturliga källor, framförallt organiska syror och utspädning, i de allra
flesta fall står for de största bidragen till de uppkomna surstötarna. Generellt
bidrog luftföroreningar endast med 0,1 till 0,3 pH enheter av den observerade pH
nedgången på upp till 2,5 pH enheter. I en regional studie som också presenteras i
denna avhandling visas att endast ca 6% av Norrlands yta idag fortfarande är
försurningspåverkat i samband med vårflodsepisoder. Den största andelen av
dessa vatten ligger i den sydvästra fjällregionen.

Ett viktigt resultat som framkommit ur det här doktorsarbetet är att försurningsproblematiken
i samband med vårfloden är starkt kopplad till koncentrationen av
försurande ämnen i snön. Detta visar att en förändring av försurningsbelastningen
i Norrland ger omedelbara effekter på vattenkemin. Eftersom det tar avsevärt längre
tid innan de vattenkemiska förbättringarna leder till biologisk återhämtning så är
det omöjligt att säga något om dagens försurningspåverkan med biologiska indikatorer.
I stället behövs vattenkemiska verktyg, som t.ex. episodmodellen, för att
utröna de naturliga respektive antropogena surstötsfaktorernas betydelse under
rådande försurningsbelastning. En viktig slutsats från detta arbete är att det beslutsunderlag
som idag används för att bedöma vilka vattendrag som ska kalkas i
Norrland måste revideras så att en kalkning av naturligt sura ytvatten, till skillnad
från idag, kan undvikas.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae. Silvestria (1401-6230)
Year of publishing :2000
Volume:160
Number of Pages:48
Papers/manuscripts:
NumberReferences
I.Bishop, K., H. Laudon and S. Kohler. 2000. Separating the natural and anthropogenic components of spring flood pH decline: A method for areas that are not chronically acidified. Water Resources Research 36(7), 1873-1884.
II.Laudon, H., 0. Westling and K. Bishop. 2000. Cause of pH decline in stream water during spring melt runoff in northern Sweden. Can. J Fish. A quat. Sci. 57, 1888-1900.
III.Laudon, H., 0. Westling, S. Lofgren and K. Bishop. 2000. Modeling preindustrial ANC and pH during the spring flood in northern Sweden. (In review.)
IV.Laudon, H., 0. Westling, A. Bergquist and K. Bishop. 2000. Episodic acidification in northern Sweden: A regional assessment of the anthropogenic component. (Manuscript.)
V.Bishop, K., H. Laudon,]. Hruska, P. Kram, S. Kohler and S. Lofgren. 2000. Does acidification policy follow research in northern Sweden? The case of natural acidity during the 1990's. (In review.)
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Environmental Assessment, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:91-576-5894-3
ISSN:1401-6230
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:P Natural resources > P10 Water resources and management
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 105 Earth and Related Environmental Sciences > Oceanography, Hydrology, Water Resources
Agrovoc terms:highwater, flooded land, acidification, acidity, environmental impact, tracer techniques, sweden
Keywords:anthropogenic acidification, DOC, episodic acidification, natural acidity, northern Sweden, operational model, spring flood
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-1908
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-1908
ID Code:11191
Faculty:S - Faculty of Forest Sciences
Department:(NL, NJ) > Dept. of Environmental Assessment
Deposited By: Gunilla Åkerlund
Deposited On:20 May 2014 12:38
Metadata Last Modified:18 Feb 2016 09:40

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits