En av de store vannkvalitetsutfordringene nasjonalt såvel som internasjonalt er overgjødling av innsjøer. IPM har opparbeidet seg god kompetanse på en innsjø i nærområdet – Årungen (se under), hvor det er mulig å formulere oppgaver av mer generell eller stedspesifikk karakter.
Årungen:
Årungen er en næringsrik innsjø i Ås kommune, hvor det er foreslått en rekke tiltak for å begrense tilførslene av næringssalter fra omkringliggende områder, bl.a sanering av avløpsnettet ved UMB. Videre har omfattende landbruksaktivitet ført til høye fosfornivåer på omkringliggende jorder. Innsjøen utsatt for algeoppblomstring og sikten i innsjøen er begrenset. For å nå miljømålet om god økologisk og kjemisk tilstand innen 2015 i følge EUs rammedirektiv for vann (VRD) må siktedypet økes og innholdet av fosfor og termotolerante koliformebakterier reduseres. Videre må nivået av Cyanobakterier (blågrønnbakterier) reduseres til et uproblematisk nivå. Innføring av Rammedirektivet for vann i Norge har resultert i økt fokus på Årungen, og Årungen er en av innsjøene i Norge som det er knyttet store utfordringer til.
Årungen er en relativt grunn innsjø (maks dyp 13,3 m) med relativt kort teoretisk oppholdstid.
Stabiliteten av temperatursjiktingen om sommeren er sterkt avhengig av gjeldene klima, og viser store årlige variasjoner. Sirkulasjonsmønsteret innvirker på oksygenfordelingen som igjen er avgjørende for intern mobilisering av fosfor fra sedimentene. En bedre forståelse av klimaets innvirkning på temperatursjiktning/fordeling i innsjøen er sentralt ved gjennomføring av tiltak som skal bedre vannkvaliteten.
Studenter som velger en oppgave i Årungen, vil bli en del av et fagteam, hvor flere ansatte ved IPM deltar, bla en PhD stipendiat. Oppgavene kan gjennomføres som Masteroppgaver (30 eller 60 studiepoeng) eller Bacheloroppgaver (krever noe justering).
a) Trofiutvikling/referansetilstand i en eutrof innsjø studert ved sedimentanalyser.
En stor andel av fosforet som blir tilført innsjøen vil sedimentere og bli holdt tilbake i innsjøsedimentene. Avhengig av fysiske, kjemiske og biologiske forhold i innsjøen (f.eks.
sirkulasjon, redoksforhold, pH, bioturbasjon) kan fosfor som er akkumulert i sedimentene tilføres vannmassene igjen (mobilisering). Sentrale problemstillinger som kan undersøkes i en masteroppgave er:
Akkumulering av fosfor i dag sammenlignet med tidligere perioder – endring i arealbruk, P-tilførsler og klima (Trofi-indikatorer i ulike dybdesjikt i sedimentene) Akkumulering/mobilisering av fosfor i ulike soner – innvirkning av innsjødynamikk på frigjøring av fosfor (pH og oksygenforhold, bioturbasjon, utvekslingsforsøk mellom sedimenter og vann).
b) Seasonality of factors limiting algal growth in eutrophic lakes - light, nutrients, temperature
Light, nutrients and temperature are factors determining the algal lake primary production.
Great seasonality in primary production is observed during the growing season. Continuos measurements of Chl-a, oxygen, conductivity, pH and temperature are transfered on-line to IPM, UMB. In addition sensors for turbidity (particles) will be installed during winter 2011.
The available data can be used as a background for several master-thesis such as:
Seasonal variations in factors influencing primary production (Chl-a) Calibration of Chl-a mesurements
How do organic matter, algae and suspended solids influence light conditions (different wave-length) and Secchi depth in lakes
51
Nutrient avalability and primary production
Depending on focus, field work in Lake Årungen will be a part of the Master-thesis.
c) En limnologisk oppgave av Østensjøvann
Østensjøvann er svært eutrof på grunn av høye fosforkonsentrasjoner i vannet med utvikling av blågrønnbakterier utover sommeren. Det er særlig slektene av Planktotrix, Anabena og Microcystis som har vært dominerende i denne innsjøen. Det kan virke som disse blågrønnbakteriene, og særlig Planktotrix, i stor grad utvikles i Østensjøvann for senere å fortsette utviklingen i Årungen. Betydningen av Østensjøvann for vannkvaliteten Årungen er viktig å få avklart i forbindelse med tiltakene som gjøres for å bedre vannkvaliteten i Årungenvassdraget. Østensjøvann med omliggende nedbørsfelt utgjør en stor arealandel av Årungenvassdraget, og Østensjøvannets evne til å holde tilbake forurensinger er blant annet avhengig av hydrologiske forhold i sommerperioden. Sentrale problemstillinger som kan undersøkes i masteroppgaven er:
Akkumulering av næringsstoffer i Østensjøvannets sedimenter
Næringsstatus (trofigrad) i Østensjøvann sammenlignet med Årungen
Kontaktpersoner: Gunnhild Riise (gunnhild.riise@umb.no), Nils-Otto Kitterød Tore Krogstad Anderse
II Vannkvalitet og klima
a) Vannbalanse som verktøy for å kvantifisere forurensingstransport – Romlig fordelt vannbalanse i Årungen
Problemstilling: Hvor nøyaktig kan vi beskrive vannbalansen- og massebalansen for norske innsjøer basert på informasjon fra offentlige databaser?
Datakilder: NVEs digitale kart for vannbalanseberegninger; digitale terrengkart (25x25m);
strømningsretningskart; GIS-kart (innsjø; elver og bekker); vannføringsmålinger i Årungvassdraget. Tidsserier for måling av kjemiske parametre.
Motivasjon: Offentlige etater produserer romlig fordelte data om avrenning (NVE);
temperatur (met.no); topografi (Kartverket); samt kjemiske data som f.eks. kan si noe om forurensningsbelastningen for et punkt eller for et område. Felles for alle slike datakilder større eller mindre oppløsning og større eller mindre usikkerhet. Tanken er å undersøke hvordan slike åpne datakilder kan benyttes for å beskrive vann- og eventuelt massebalansen i vassdrag og innsjøer hvor det ikke foreligger noen direkte målinger på forhånd. Hvordan kan slik informasjonen benyttes for å minke usikkerheten i de anslagene vi må gjøre for å beskrive miljøtilstanden i et vassdrag eller i en innsjø. Denne problemstillingen er aktuell i forbindelse med implementeringen av EUs vannrammedirektiv i norsk forvaltning. Samme metodikk blir også benyttet av Vegvesenet for å beregne hvor store mengder vegsalt som kan benyttes uten at det får alvorlige konsekvenser for vannforekomsten i avrenningsområdet til spesifiserte vegstrekninger.
Bakgrunnskunnskap: Det er ønskelig med kjennskap til GIS-verktøy (ArcGIS el. lign) og ev.
MATLAB (eller lignenede verktøy).
Kontaktperson: Nils-Otto Kitterød
52
b) Klimaendringer og termisk sjiktning i innsjøer
Økende temperatur og vindstyrke kan ha stor innvirkning på den termiske sjiktningen i innsjøer. I relativt grunne innsjøer som f.eks Årungen er det vist at dannelse av en stabil sjiktning tidlig i vekstsesongen innvirker på oksygenforholdene og den interne frigjøring av fosfor fra sedimentene. I dype innsjøer er forholdene annerledes. Sammenheng mellom klima og termisk sjikting kan bestemmes i et langt og kort perspektiv, og vil basere seg på langtiddserier over temperaturmålinger.
Kontaktpersoner: Nils-Otto Kitterød
Romarhe Tom Andersen (tom.andersen@bio.uio.no)
c) Hydrologiske variasjoner og transport av organisk materiale i innsjøer med ulik oppholdstid.
Årlige og sesongmessige variasjoner i temperatur og nedbør innvirker på det hydrologiske strømningsmønsteret som igjen kan innvirke på vannkvaliteten i innsjøer. Avrenning som strømmer igjennom øvre humussjikt, i perioder med mye nedbør og mettede forhold i jorda, kan ha en annen vannkjemisk sammensetning enn avrenning som strømmer gjennom dypere sjikt i jorda. For å vurdere betydningen av atmosfæriske tilførsler av forurensninger (eventuelt reduksjoner i disse) på vannkvaliteten i innsjøer, er kunnskaper om innsjøenes respons på hydrologisk strømningsmønster nødvendig. Videre er innsjøers respons på hydrologiske endringer viktig for mange andre problemstillinger som f.eks. Naturtilstand og målsetninger i Vannrammedirektivet om god økologisk tilstand. Den foreslåtte Masteroppgaven kan tilpasses ulike regioner/ naturtyper avhengig av masterstudentens interessefelt.
Kontaktpersoner: Gunnhild Riise
d) Organisk materiale og akkumulering av svovel og kvikksølv i innsjøsedimenter Antropogene avsetninger fra atmosfæren er viktig kilder for svovel og kvikksølv i ferskvann.
I tillegg er bidrag fra sjøsalter viktig for svovel. Både svovel og kvikksølv bindes i det øverste humussjiktet. Ved utvasking av organisk materiale fra humussjiktet kan svovel og kvikksølv følge med ut i vann og vassdrag og eventuelt akkumuleres i sedimentene sammen med organisk materiale. Organisk materiale kan følgelig ha stor innvirkning på mobilitet og akkumulering av disse elementene. I de senere år har det antropogene bidraget av svovel i nedbøren blitt sterkt redusert, og det er viktig å avklare om dette også påvirker avsetningen av svovel i sedimentene. En del av kvikksølvet som tilføres innsjøene metyleres av svovelreduserende bakterier i innsjøsedimentet. Mengden organisk materiale i vannmassene synes å innvirke på akkumulering av kvikksølv i næringskjeden. Videre er det i norsk sammenheng, spesielt sørøstnorske innsjøer med mye organisk materiale og de største avsetningene av kvikksølv som viser de høysete kvikksølvkonsentrasjonene i fisk. I den foreslåtte masteroppgaven vil mengden av svovel og kvikksølv som er akkumulert i innsjøsedimenter (aktuell innsjø er ennå ikke bestemt) bestemmes, og om nivåene av disse elementene er relatert til organisk karbon. Oppgaven krever at studenten har et nødvendig grunnlag i analytisk kjemi.
Kontaktpersoner: Gunnhild Riise Elin Gjengedal
53
c) Sammenheng mellom grunnvannstand og vannkjemi i overflatevann (eks. Puttjern).
Redusert grunnvannstand bidrar til at umettet sone øker i utbredelse, eventuelt at innsjøsedimenter blir eksponert for oksygen. Redoksfølsomme elementer kan endre tilstandsform, noe som igjen kan ha stor betydning for løslelighet og mobilitet av de aktuelle elementene.
I forbindelse med bygging av Romeriksporten oppsto det lekkasjer som medførte vannstandsenkninger i overliggende tjern (Puttjern) m/tilhørende nedslagsfelt. Ved blottlegging av sedimenter og uttørking av myrer, ble reduserte S-forbindelser oksidert til sulfat, som så ble vasket ut med stigende vannstand. Dette bidro til ekstremt lave pH verdier og utvasking av flere metaller (for eksempel Al, Zn, Cu, Pb, Cd).
Det er tidligere gjennomført to hovedoppgaver ved IPM i Puttjern (Lund og Straight, 1999, Midtsundstad, 2000), og en eventuell oppgave vil kunne bygge videre på dette arbeidet, bl.a se på langtidseffekter eller S-dynamikken relatert til hydrologiske forhold. Det vil også være mulig å undersøke problemstillingen i et annet egnet område.
Kontaktpersoner: Gunnhild Riise
III Veiavrenning, naturtilstand, vannrammedirektivet (VRD)
Klassifisering av innsjøer som grunnlag for å definere tålegrenser for vegsalt.
Vegsalting har potensielt stor innvirkning på innsjøer i Norge. Salting kan gi konsekvenser for den akvatiske flora og fauna gjennom kjemiske og fysiske endringer i innsjøen. Denne oppgaven skal fokusere på en kartlegging av hvor utsatt ulike innsjøer er mht sirkulasjonsendringer pga tilførsler av vegsalt. Generelt vil de fleste innsjøer sirkulerer vertikalt to ganger i året, vår og høst (dimiktiske innsjøer), men strømninger og sirkulasjonsmønstre i innsjøer er komplekse. Nedbørfeltkarakteristika, hydrologi, innsjøsdata (kjemisk tilstand, morfologi og morfometri) og klimaforhold (nedbør, vind, temperatur) og eksisterende kjemiske og fysiske vil bli benyttet.
Kjennskap til GIS er en fordel. Oppgaven gjøres i et samarbeid mellom UMB, Bioforsk og Statens vegvesen.
Kontaktpersoner: Ståle Haaland
Vegbygging og konsekvenser for sjøørret og laks.
Vegbygging kan potensielt føre til store endringer i vannkvalitet og bunnsubstratsammensetning i gytebekker for laksefisk. Det er en rekke forhold som vil kunne føre til endringer som ved sprengningsarbeid, tunellarbeid og støping, endring av bekkeløp, vegavrenning, etc. Oppgaven vil fokusere på å få en oversikt over ulike prosesser i vegbygging som kan gi konsekvenser for disse bekkene. Det vil bli benyttet eksisterende data i tillegg til habitatstudier i forbindelse med pågående vegprosjekter. El-fiske og habitatundersøkelser på stedet vil da bli benyttet.
Kjennskap til akvatisk biologi (anadrom laksefisk) er en fordel. Oppgaven gjøres i et samarbeid mellom UMB, Bioforsk og Statens vegvesen. Oppgaven vil tilpasses 2 studenter.
Kontaktperson: Ståle Haaland
54
Naturtilstanden i innsjøer
Forståelsen av hva naturtilstanden er griper rett inn i kjernen av Vannrammedirektivet (VRD).
VRD er tuftet på at vannkvalitet skal tilstrebe å komme mest mulig tilbake til naturtilstanden.
Men, vi vet lite om hva naturtilstanden er. Det eneste verktøyet som finnes er undersøkelser av sedimenter (kjemi, pigmenter og mikrokrepsdyr) for den enkelte innsjø. Det vil bli lagt opp til datering og undersøkelser av sedimenter fra ulike innsjøer på Østlandet, der menneskelige inngrep og prosesser vil bli analysert opp mot økosystemendringer (bruk av sk proxies).
Kjennskap til akvatisk økologi er en fordel. Oppgaven gjøres i et samarbeid mellom UMB og universitetet i Oslo (UiO). Oppgaven vil tilpasses 2 studenter.
Kontaktpersoner: Ståle Haaland