Vannprøvetaking_vinter_Storvannet_GuttormChristensen

Sminkegift sprer seg fra kloakken til fisken i Storvannet

Smarte datamodeller viser hvordan miljøgiften siloksan ender opp i fisken i Storvannet i Finnmark. 

Vannprøvetaking_Storvannet_GuttormChristensen[1].JPG

Foto/frontfoto: Modellene må sammenliknes med faktiske målinger for å finne ut om de er til å stole på. Både vinter og sommer tar NILU-forsker Ingjerd Sunde Krogseth vannprøver ved bredden av Storvannet like ved Hammerfest. Foto: Guttorm Christensen/Akvaplan-niva.

Dette prosjektet inngår i Framsenterets forskningssamarbeid "Miljøgifter - effekter på økosystemer og helse."

 

Av Christine Forsetlund Solbakken, NILU

Storvannet er en liten innsjø som ligger tett på Hammerfest by. Den ser idyllisk ut, men grunnen til at NILU-forskeren Ingjerd Sunde Krogseth er så interessert i den ligger under overflaten. Helt nede på bunnen, faktisk – der forskerne har funnet ut at sedimenter og bunnlevende dyr, inneholder mengder av «sminkegiften» siloksan.

Siloksaner er kjemiske stoffer som brukes i industrien og inngår i en rekke ulike forbrukerprodukter, blant annet i såper, deodoranter og kosmetikk.

Utslipp til miljøet skjer først og fremst gjennom bruk av hud- og hårpleieprodukter, ved at siloksanene enten damper av hud og hår eller skylles ned i sluket og ut i kloakken.

Kommer med kloakken

Fram til 1970-tallet var Storvannet mottaker av kloakkutslippet fra boligområdene rundt vannet. Nå føres kloakken ut i havet, men til tross for at kommunen jobber iherdig med å reparere det gamle ledningsnettet hender det fortsatt at kloakk ender opp i Storvannet.

– Siloksaner har blitt funnet i fisk og sedimenter i mange fjorder og innsjøer som er påvirket av kloakkutslipp, til og med på Svalbard, forklarer Ingjerd, – men det er fortsatt usikkerhet knyttet til hvordan siloksaner oppfører seg i miljøet.

For å få til en rasjonell risikovurdering av mulige nye miljøgifter, er det avgjørende med en god helhetsforståelse av hvordan de oppfører seg i miljøet.

 – Gjennom et prosjekt i Norges Forskningsråds MILJØ2015-program (NORDIC-LACS – Nordic Lake Exposure to Cyclic Siloxanes) ville vi dykke dypere i nettopp dette ved å bruke Storvannet som eksempel for å se på hele sammenhengen; fra siloksanene slippes ut med kloakken til de ender opp i fisken. For å gjøre dette ble faktiske målinger fra innsjøen kombinert med datamodeller, forklarer Nicholas Warner, prosjektleder og seniorforsker ved NILU – Norsk institutt for luftforskning sin avdeling på Framsenteret.

Fisk_fra_Storvannet_IngjerdSundeKrogseth[1].JPG

Fisker fra Storvannet, sortert etter størrelse. Forskerne tok lever- og muskelprøver fra fisken, i tillegg til kloakk-, sediment- og vannprøver og prøver fra fiskenes føde. Foto: Ingjerd S. Krogseth/NILU

Hva er en modell?

En datamodell er basert på eksisterende kunnskap og teori, og fungerer som et forenklet skjematisk bilde av virkeligheten. NILU har, under ledelse av seniorforsker Knut Breivik, i mange år arbeidet med å utvikle matematiske modeller for å forstå hvordan organiske miljøgifter spres i miljøet (se faktaboks), i samarbeid med partnere i både Sverige, England, og Canada.

 

– Denne type modeller er veldig nyttige, forklarer Ingjerd.

– De kan brukes til å beregne hva som er ute i miljøet før vi har gått ut og gjort målinger, de kan beregne prosesser som er umulig å måle ute i felt, og de kan hjelpe oss med å sette måleresultater i en større sammenheng som vi ikke kan gjøre på bakgrunn av målinger alene.  Samtidig er vi helt avhengige av å kunne sammenlikne modellene med faktiske målinger, for å bekrefte at det modellene beregner er riktig.

Når det gjelder siloksaner, har modellene blitt brukt både til å forutsi at siloksaner kan fly gjennom luften til Arktis, noe som senere ble bekreftet av målinger, og til å avsløre nye siloksanforbindelser som er tilstede i miljøet. De siste årene har NILU-forskerne alliert seg med samarbeidspartnere i blant annet Akvaplan-niva AS, et samarbeid styrket gjennom midler fra Framsenteret i Tromsø, og vendt blikket under vann.

Siloksaner i Storvannet

I 2014 samlet forskerne inn en rekke prøver fra Storvannet. Prøvene omfattet kloakk, vann og sedimenter fra innsjøen, i tillegg til muskel- og leverprøver fra røye og ørret. I tillegg tok de prøver av fiskenes føde; stingsild, en type mygglarver og ørsmå muslinger som lever i bunnen av innsjøen.

– Vi fant siloksaner i hele systemet, forteller Nicholas, – bortsett fra i selve vannprøvene fra innsjøen. Siloksaner liker ikke å være i vann, men vil mye heller være i sedimentene. Hammerfest ligger langt nord, og med en kort og kjølig sommer er planktonsesongen kort og intens. Derfor er bunndyrene som lever i sedimentene en viktig matkilde for fisken store deler av året. Vi så at fisken dermed får i seg siloksaner først og fremst gjennom å spise disse bunndyrene.

Modell vs. målinger

– Prøvene vi samlet inn ga oss et øyeblikksbilde av akkurat hvor høye konsentrasjoner av siloksaner som befant seg i akkurat de prøvene, akkurat da, forklarer Ingjerd. – Så testet vi modellen mot disse resultatene. Vi brukte en eksisterende næringskjedemodell, og la til bunndyrene fordi vi visste at de spilte en viktig rolle i Storvannet. Så matet vi modellen med egenskapene til innsjøen, næringskjeden, og siloksanene. På bakgrunn av det kan modellen predikere både konsentrasjoner og prosesser. Hvis det modellen predikerer er lik det prøvene viser, er det kjempebra, fordi det betyr at vi har en god forståelse av hva som skjer. Hvis modellen og prøveresultatene ikke stemmer overens er det noe vi ikke har forstått, og må se nærmere på.

Modellen gjorde en god jobb i å gjenskape det forskerne hadde målt i Storvannet. Den bekreftet at bunndyrene var den viktigste siloksankilden for fisken. I tillegg viste den at fisken faktisk kan kvitte seg med siloksaner gjennom å puste de ut til vann.

– Dette var litt overraskende, sier Ingjerd, – fordi siloksaner liker jo ikke å være i vann. Men det skyldes de spesielle forholdene i Storvannet, hvor siloksanene hovedsakelig ligger i sedimentene mens selve vannet er relativt rent for siloksaner. Det er fordi det bare kommer ut kloakk av og til, og at det i tillegg er så rask vanngjennomstrømming i innsjøen. Dermed har fisken, som får siloksanene fra sedimentene og bunndyrene, mye høyere konsentrasjoner enn vannet de svømmer i, og de «mister» derfor siloksaner til vannet. Så her har modellene hjulpet oss med å forstå det vi måler og hva som faktisk skjer.

Forbud på trappene

Fisken, bunndyra, og sedimentene i Storvannet inneholder altså siloksaner. Siloksantypene D4 og D5 (se faktaboks) står på Miljødirektoratets «verstingliste» over kjemikalier som utgjør en alvorlig trussel mot helse og miljø. For stoffer på denne listen er målet å stanse utslippene innen 2020. Frem til nå har det ikke vært noen reguleringer på bruk av siloksaner, men i Europa kommer det nå til å bli forbudt å tilsette mer enn 0.1 % av D4 og D5 i hud- og hårpleieprodukter som vaskes av under normal bruk, som for eksempel såpe, sjampo og balsam.

– Det blir interessant å se hva som skjer fremover med begrenset bruk, spesielt hvor fort miljøet vil reagere på lavere utslipp, sier Nicholas Warner.

Veien videre

Samtidig som forskerne fortsetter å følge med på siloksanene, vender de også blikket og modellene mot andre potensielle nye miljøgifter, problemstillinger og næringskjeder.

– Modellen som vi har videreutviklet i samarbeid med Stockholm Universitet og brukt for Storvannet skal nå brukes videre i to store prosjekter fra Norges Forskningsråds programmer ØKOSYSTEM (NEM: Development, Evaluation and Application of a Nested Exposure Assessment Model for Organic Contaminants in the Nordic and Arctic Region) og MILJØFORSK (SERA: Source-Exposure Relationships for Airborne Organic Contaminants of Emerging Concern in Northern Terrestrial and Freshwater Ecosystems), forklarer Knut Breivik, som leder de nye prosjektene.

- I SERA skal vi fortsette samarbeidet med Akvaplan-niva, og se på sammenhengen mellom langtransport av miljøgifter i luft og forekomsten av de samme miljøgiftene i innsjøer som ikke har noen lokale utslipp av disse stoffene. I NEM kommer modellen til å inngå i et større modell-rammeverk med mål å gjøre det mulig å modellere hele sammenhengen mellom globale utslipp av miljøgifter og det som vi måler i nordiske og arktiske næringskjeder.

– En god helhetsforståelse av denne sammenhengen mellom utslipp og eksponering er avgjørende for å kunne gjennomføre rasjonelle reguleringstiltak der det er nødvendig, noe siloksanene er et godt eksempel på, forteller Ingjerd. – Desto mer vi får testet modellene våre, desto mer til å stole på blir de, og desto mer kan vi bruke dem til å lære mer om denne sammenhengen for nye miljøgifter, avslutter hun.

Referanser:

Krogseth, I. S.; Undeman, E.M.; Evenset, A.; Christensen, G. N.; Whelan, M. J.; Breivik, K.; Warner, N. A. Elucidating the behavior of cyclic volatile methylsiloxanes in a subarctic freshwater food web: A modeled and measured approach. Environ. Sci. Technol. DOI: 10.1021/acs.est.7b03083

Krogseth, I. S.; Whelan, M. J.; Christensen, G. N.; Breivik, K.; Evenset, A.; Warner, N. A. Understanding of cyclic volatile methyl siloxane fate in a high latitude lake is constrained by uncertainty in organic carbon–water partitioning. Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 401-409.

 

Hva er siloksaner?

Siloksaner brukes i industrien, tilsettes drivstoff og inngår i en rekke forbrukerprodukter som bilvoks, rengjøringsmidler, kosmetikk, hygieneprodukter og skumdempingsmidler. Bruken av siloksaner er omfattende.

Siloksaner finnes i flere varianter, blant annet D4 (oktametylsyklotetrasiloksan), D5 (dekametylsyklopentasiloksan) og D6 (dodekametylsyklotetrasiloksan).

Forskning viser at noen siloksaner kan ha miljøskadelige egenskaper ved at de brytes langsomt ned og at de oppkonsentreres i levende organismer. Man er mest bekymret for utslipp av siloksaner med avløpsvann, ettersom siloksanene da kan tas opp i vannlevende organismer som fisk.

Det slippes ut mest siloksaner til luft, og de kan fraktes langt av sted med luftstrømmer, men de antas å bli værende i lufta til de brytes ned og forsvinner.

Konsentrasjonen av siloksaner i mennesker er veldig lave, og det er ikke vist noen sammenheng med bruk av hudpleieprodukter.

 

Hva er multimediamodeller?

Multimediamodeller er matematiske modeller som ble utviklet av professor Don Mackay ved Universitetet i Toronto mot slutten av 1970-tallet og som NILU har arbeidet med siden begynnelsen av 1990-tallet.

Disse kan beregne hvordan kjemiske stoffer oppfører seg i miljøet, hvor de hopes opp, hvor lang tid det tar før de forsvinner, hvordan de tas opp i næringskjeder og til slutt leder til human eksponering.

Modellene er blant annet basert på prinsippet om konservering av masse. Ved å koble dette med kunnskap om fordeling, transport og nedbrytning av kjemiske stoffer, kan man oppnå en kvantitativ og mekanistisk forståelse for hvordan de oppfører seg.

Multimediamodeller har blant annet vært helt sentrale for å forstå hvorfor og hvordan organiske miljøgifter finnes i høye konsentrasjoner i Arktis, noe som igjen har vært med på å danne grunnlaget for internasjonale avtaler på miljøgiftområdet.

 

Les mer om multimediamodeller:

Du kan lese mer i Mackay, 2001: Multimedia Environmental Models. The fugacity approach. 2nd Edition. Lewis Publishers. www.crcpress.com.