Accumulation of metals in the north-eastern Gulf of Finland, Baltic Sea

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201910103626
Title: Accumulation of metals in the north-eastern Gulf of Finland, Baltic Sea
Author: Huurtomaa, Satu
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201910103626
http://hdl.handle.net/10138/306129
Thesis level: master's thesis
Discipline: Geologia
Abstract: Itämeri on hauras, saastumiselle altis merellinen ympäristö. Tilanne saastumisen suhteen on erityisen vakava Suomenlahdella, jossa valuma-alue on laaja lahden kokoon nähden. Suomenlahden koillisosaa on luonnehdittu yhdeksi koko Itämeren saastuneimmista osista, erityisesti aiemmin Kymijoen kautta kulkeutuneiden saasteiden takia. Nykyään virtaukset tuovat saasteita erityisesti lahden itäosista, kuten Nevanjoen suulta ja Viipurinlahdelta. Vanadiumin, kromin, mangaanin, raudan, koboltin, nikkelin, kuparin, sinkin, arseenin, molybdeenin, antimonin, elohopean, lyijyn, vismutin ja lantaanin pitoisuuksia tutkittiin sekä pintasedimenteistä että GEMAX-kairanäytteistä. Kairausprofiilin vertikaalinen jakautuminen paljasti muutoksen sedimentin kerrostumisessa ajan myötä. Tshernobylin katastrofista vuodelta 1986 peräisin oleva cesiumin pitoisuushuippu mahdollisti sedimentin kerrostumisen ajoituksen. Pintasedimenttien metallipitoisuuksiin perustuvien pitoisuuskarttojen perusteella pystyttiin osoittamaan ne alueet, joille on kerrostunut eniten metalleja. Korrelaatiokertoimet osoittivat orgaanisen aineksen ja sedimentin raekoon vaikutukset metallien esiintyvyyteen. Metallien pitoisuuksien vertaaminen taustapitoisuuksiin ja kanadalaisiin sedimentin laatusuosituksiin mahdollistivat kontaminaatioriskin arvioinnin tutkimusalueella. Metallien pitoisuudet ovat laskeneet viime vuosikymmenten aikana koillisella Suomenlahdella, mikä viittaa aiempaa vähäisempiin päästöihin. Kuitenkin happipitoisessa Ravijoen kairanäytteessä pitoisuuksien lasku ei ollut niin selkeää, mikä luultavasti johtuu metallien sitoutumisesta rauta- ja mangaanioksideihin sekä bioturbaatiosta. Alueelliseen metallien esiintyvyyteen vaikutti vahvasti raekoko, sekä hiili – useimmat metallit korreloivat positiivisesti hiilen ja hienon sedimenttifraktion kanssa. Mangaanin korrelaatio hiilen ja saven kanssa oli poikkeuksellisesti negatiivinen. Negatiivinen korrelaatio todennäköisesti johtuu mangaanin pelkistymisestä paikoilla, joilla kerrostuu paljon orgaanista ainesta. Kadmiumin pitoisuuskartta viittaa siihen, että suurin osa kadmiumista saapuu tutkimusalueelle Suomenlahden itäosista. Myös elohopean, molybdeenin, kuparin ja sinkin pitoisuuskartat viittaavat mahdolliseen lähteeseen idässä. Korkeita elohopea-, lyijy- ja kuparipitoisuuksia löytyi myös Kymijoen suulta. Kanadalaisten sedimentin laatusuositusten perusteella koillisen Suomenlahden sedimentit ovat kontaminoituneita. Tilanne on erityisen vakava sinkin suhteen – ylempi raja-arvo PEL, jonka ylittyessä biologisia haittavaikutuksia usein esiintyy, ylittyi jopa happipitoisissa Ravijoen sedimenteissä. Niiden aineiden, joille on määritelty sedimentin laatusuositukset (kadmium, kromi, sinkki, kupari, elohopea, lyijy ja arseeni), korkeimmat pitoisuudet ylittivät alemman raja-arvon pintasedimenteissä. Nämä metallipitoisuudet voivat aiheuttaa kanadalaisten laatusuositusten mukaan ainakin paikallisesti vakavan uhan pohjaeliöstölle.The Baltic Sea is a vulnerable marine environment and susceptible to pollution. The situation is especially severe in the Gulf of Finland due to a large catchment area compared to the size of the Gulf. The north eastern Gulf of Finland has been described as one of the most contaminated areas of the entire Baltic Sea, with extensive pollution load via river Kymi in the past. Still today, the currents bring contaminants from the eastern part of the Gulf – the Neva estuary and the Bay of Viborg. The concentrations of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Cd, Sb, Hg, Pb, Bi and La were studied in the surface sediments and three GEMAX cores. The vertical distribution revealed the temporal change in the metal accumulation. The spike in the Cs concentration, indicating the Chernobyl disaster in 1986, enabled the estimation of the accumulation of studied elements over time. The horizontal distribution maps based on the concentrations in the surface sediments enabled the discovery of the sites with most intense metal accumulation. Correlation coefficients showed the effect of carbon and sediment grain size in the distribution of metals. The comparison of the metal concentrations to the natural background levels and the Canadian sediment quality guidelines (SQGs) enabled the estimation of the degree of contamination of the area. The metal concentrations have declined during the last decades in the north eastern Gulf of Finland, indicating lower contamination input towards present day. However, in the oxidized Ravijoki core, the decline was not that obvious, probably due to metal scavenging by Fe and Mn oxides and bioturbation. The regional metal distribution was strongly affected by the grain size and carbon – most metals showed high positive correlations with carbon and finer sediment fraction. Mn was an exception, showing negative correlations with both carbon and clay, probably due to the Mn reduction at sites with high organic matter accumulation. The regional distribution pattern suggested main Cd pollution arriving from the eastern part of the Gulf. The distribution of Hg, Mo, Cu and Zn also suggested a possible source in the east. High concentrations of Hg, Pb and Cu were discovered in the outlets of river Kymi. According to the Canadian SQGs, the sediments in the north-eastern Gulf of Finland were contaminated. The situation is especially severe in the case of Zn – the higher reference value PEL, above which adverse biological effects frequently occur, was exceeded even in the oxidized Ravijoki sediments. The highest concentrations of the elements with defined SQGs (Cd, Cr, Zn, Cu, Hg, Pb and As) exceeded the lower reference values in the surface sediments, indicating that all these metals could, at least locally, pose a severe threat to benthic species.
Subject: sediments
heavy metals
organic matter
pollution
sediment quality guidelines
Baltic sea
Gulf of Finland
sedimentit
raskasmetallit
orgaaninen aines
saastuminen
sedimentin laatusuositukset
Itämeri
Suomenlahti


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Huurtomaa_Satu_Pro_gradu_2019.pdf 5.048Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record