Faggruppe MiljøkjemiINSTITUTT FOR PLANTE-OG MILJØVITENSKAP

(1)

IPM IPM

Faggruppe for Milj

Faggruppe for Milj ø ø kjemi kjemi

Presentasjon av faggruppen for potensielle MINA MSc studenter

Førsteamanuensis Elin Gjengedal

(2)

uppe Miljøkjemi

2

FOR PLANTE-OG MILJØVITENSKAP

Faggruppe Milj

Faggruppe Milj ø ø kjemi kjemi

Hva gjør vi?

Hvorfor?

Hvordan?

Hvem har nytte av det?

Hvorfor bør du velge analytisk kjemi,

radiokjemi/radioøkologi eller miljøkjemi og

økotoksikologi?

(3)

uppe Miljøkjemi

3

Hvem er vi?

Faggruppeleder Prof. Brit Salbu

Prof. Bjørn Olav Rosseland (IPM/INA) – Økotoksikologi Prof. John W. Einset – Økotoksikologi

Prof. Deborah H Oughton: Radiokjemi/ miljøkjemi/ etikk 1. Am. Elin Gjengedal: Analytisk kjemi/ miljøkjemi

1. Am. Lindis Skipperud: Radiokjemi/ miljøkjemi 1. Am. Ole Christian Lind: Radiokjemi

Post. Doc. Hans-Christian Teien: Aluminium/ sur nedbør Post. Doc. Espen Govasmark: Selen i planter

Prof II Y. Thomassen, STAMI: Analytisk kjemi Gjesteprof. E. Steinnes, NTNU: Miljøkjemi

Overing. Karl Andreas Jensen; Avd. ing. Solfrid Lohne; Avd. ing.

Marit Nandrup Pettersen; Avd.ing Signe Dahl

+ PhD studenter; viktige resurser for MSc studenter!

(4)

uppe Miljøkjemi

4

Kjemiske grunnstoffer Kjemiske grunnstoffer – – i oss eller omkring oss i oss eller omkring oss

Master grader Analytisk kjemi

– Hvilke grunnstoffer og hvor mye Radiokjemi

– Hvilke radionuklider og hvor mye Radioøkologi

– Radionuklider i naturen Miljøkjemi

– For mye på galt sted

Miljøkjemi og økotoksikologi – For mye gir biologiske effekter

(5)

uppe Miljøkjemi

5

(6)

uppe Miljøkjemi

6

(7)

uppe Miljøkjemi

7

Radio

Radio kjemi/ radio kjemi/ radio ø ø kologi kologi

Atomet har en kjerne Nuklide: ^AX, _ZX, X_N

X – Grunnstoff

Z – Protontall (Atomnummer) N – Nøytrontall

A – Massetall

Z – Antall elektroner

Stabile nuklider

– Stabilt N/Z forhold

Ustabile dvs radionuklider – For mange Z eller N

(8)

uppe Miljøkjemi

8

100

75

50

25

0

0 25 50 75 100 125

protons

line of maximum stability

region of neutron deficiency

region of neutron excess

unstable 1:1

region of excess nucleons

stable

Alpha radiation

Beta minus radiation Beta plus

radiation

Nuklidekart

(9)

uppe Miljøkjemi

9

Ionis

Ionis erende erende str str å å ling ling

α - radiation:

β - radiation:

γ - radiation:

(10)

uppe Miljøkjemi

10

Hvilke stoffer og hvor mye?

Analytisk kjemi

– uorganiske eller organiske forbindelser; spesielt metaller

Radiokjemi

– Radionuklider, forbindelser, partikler

Grunnleggende viktig

for mange fag!

(11)

uppe Miljøkjemi

11

Kilder

Kilder – – utslipp utslipp – – transport transport – – biologisk opptak

biologisk opptak - - effekt effekt

(12)

uppe Miljøkjemi

12

Milj Milj ø ø kjemi kjemi Radio

Radio ø ø kologi kologi

Milj Milj ø ø kjemi og kjemi og ø ø kotoksikologi kotoksikologi

Naturlige eller syntetiske stoffer på avveie eller

for mye på feil sted til feil tid som bidrar til

negative effekter på sårbare organismer

(13)

uppe Miljøkjemi

13

Milj Milj ø ø gifter gifter

Uorganisk analytisk kjemi – Spormetaller (små mengder) – Tungmetaller (Cd, Hg)

– Sur nedbør (Al) Radiokjemi

– Radionuklider

– Ustabile isotoper av ulike grunnstoffer (U, Pu) Organisk analytisk kjemi

– Persistente organiske forurensninger (POP; for eksempel PCB, DDT, dioksiner,PAH, bromerte flammehemmere og PFOS )

Ulike kilder, ulike egenskaper som påvirker transport, biologisk opptak og effekt

Mange biologiske endepunkter er like Synergistiske og antagonistiske effekter

(14)

uppe Miljøkjemi

14

Kilder

Kilder – – stoffer stoffer - - effekter effekter

Negativ effekter

Biologisk opptak

Biotilgjengelige tilstandsformer (enkle ioner,

organiske komplekser)

Inaktive former

(kolloider, partikler)

Kilde k₁ k₂

(15)

uppe Miljøkjemi

15

S S pormetaller pormetaller kan foreligge i kan foreligge i ulike tilstandsformer i vann ulike tilstandsformer i vann

Mobiliserings Mobiliserings-- mekanismer mekanismer::

–– DesorpsjonDesorpsjon –– ‘Dissolution‘Dissolution’’ –– DispersjonDispersjon Mekanismer

Mekanismer for for molekylvekst molekylvekst::

–– HydrolyseHydrolyse

–– KompleksdannelseKompleksdannelse –– PolymeriseringPolymerisering –– Colloid-Colloid-dannelsedannelse

(16)

uppe Miljøkjemi

16

FOR PLANTE-OG MILJØVITENSKAP negativ

effekt

Alle grunnstoffer kan være giftige i for høy dose Toksiske grunnstoffer – Giftig i lave doser

Essensielle grunnstoffer – Nødvendig for organismen; for lite og

Dose Dose - - respons respons

Frekvens-respons kurve

Mangel-

symptomer Optimalt nivå

Toksisk Dose nivå [%]

(17)

uppe Miljøkjemi

17

Biologiske effekter Biologiske effekter

Tungmetaller Stråling

Fri radikal Bindingsbrudd

DNA, RNA Oksidering av cellemembran

* Celler dør

* Celler repareres

* Celler feilrepareres

Mutasjon, permanent skade

Reproduksjon skade, immun systemsvikt, genetisk skade,

H₂O₂, O₂, …

(18)

uppe Miljøkjemi

18

Definisjon av begreper Definisjon av begreper

Forurensende stoff

= stoff som ved menneskelig aktivitet blir tilført naturen slik at de finnes i konsentrasjoner høyere enn det naturlige bakgrunnsnivået

Miljøgifter

= stoffer som ved spredning kan påføre naturen en utilsiktet skadeverkning

Et forurensende stoff er ikke nødvendigvis en

miljøgift

(19)

uppe Miljøkjemi

19

Forurensning av naturmilj

Forurensning av naturmilj ø ø et et

Naturlig forurensning/geohazards

– Stormer, flommer, sjøsaltepisoder, jordskred, snøskred, vulkanutslipp, jordskjelv, sandstorm, ….

Menneskeskapte forurensninger

– Atomulykker, industriulykker/utslipp, langtransporterte forurensninger, sur nedbør, utslipp fra byer/tettsteder (kloakk, søppel), avrenning fra landbruk, ….

(20)

uppe Miljøkjemi

20

Test

Test av av atomv atomv å å pen pen : : Tel'kem Tel'kem II II krateret

krateret , Semipalatinsk , Semipalatinsk , , Kasahkstan Kasahkstan

U og Pu overlapp

(21)

uppe Miljøkjemi

21

Utarma uranpartikkel fra Kuwait

(22)

uppe Miljøkjemi

22

Chernobyl

Chernobyl 1986 1986

Nedfall av ¹³⁷Cs

Partikkel fra

Partikkel fra ChernobylChernobyl, , samlet inn i Valdres i 1988 samlet inn i Valdres i 1988

(23)

uppe Miljøkjemi

23

Marin transport Marin transport

Kilder til

Norskekysten

– Sellafield – La Hague – Dounreay – Baltic Sea

(24)

uppe Miljøkjemi

24

Dumping av fast Dumping av fast

avfall, avfall, Karahavet Karahavet

Feltarbeid i 1992, -93 og 94

(25)

uppe Miljøkjemi

25

Kildeidentifisering Kildeidentifisering – –

forskjellig Pu isotopforhold forskjellig Pu isotopforhold

240Pu/²³⁹Pu

0.6

0.4 0.5

0.3 0.2

0.1 0.6

0.5

0.3 0.4

0.2

0.1 Naval reactors (²³⁵U

enriched)

Civil reactor waste

Global fallout

Weapons grade Pu Pu powered reactors

(26)

uppe Miljøkjemi

26

Mulige nukle

Mulige nukle æ æ re kilder re kilder

(27)

uppe Miljøkjemi

27

Feltarbeid Feltarbeid

Luftprøver

– Pumper og filtre Vannprøver

– Pumper, slanger, vannhentere – Filtrering i felt (elv, innsjø,

grunnvann, havet) Jordprøver

– Overflater, profiler, lysimetre Sedimentprøver

– Overflater, profiler Biologiske prøver

– Fisk, dyr, planter…

– Utvalgte organer

In situ fraksjonering av miljøgifter i vassdrag under flom

(28)

uppe Miljøkjemi

28

Metoder og utstyr Metoder og utstyr

Lave konsentrasjoner (ICP-OES, ICP-MS, AMS (Australia,

Sverige))

Isotopforhold for å identifisere kilder (²⁴⁰Pu/²³⁹Pu) eller trofisk nivå i næringskjeder (¹⁵N/¹⁴N) Tilstandsformer/speciering - fraksjoneringsmetoder

Tracer-teknikker – radioaktive atomer tilsettes og kan følges gjennom kompliserte prosesser Strukturer og

partikkelegenskaper –

elektronmikroskopi, synkrotron stråling (Frankrike, Tyskland)

Synchrotron radiation ESRF, France

(29)

uppe Miljøkjemi

29

Effektmetoder Effektmetoder

Anrikning av miljøgifter i organer, blod, celler

Al på gjeller og nese, fiskedød

Stressvariable – sukker i blod

Binding til spesielle proteiner

Induksjon av fri radikal - biomarkører

Gamma-bestrålingsanlegg;

lave doser Over: Laksesmolt fra elven Lona 1999

15 ug Al/g tv gjelle

Under: Laksesmolt fra Gaula 1999 (flom)

167 ug Al/g tv gjelle

(30)

uppe Miljøkjemi

30

Hvordan h

Hvordan h å å ndterer organismen ndterer organismen milj milj ø ø gifter? gifter?

Glad melding:

Organismene har et batteri av avgiftnings- systemer som håndterer giftstoffer!

Dårlig melding 1:

Avgiftning er energi- krevende og går på

bekostning av noe annet Dårlig melding 2:

Avgiftnings kapasiteten har sin begrensning!

”Overskridelse” fører til skader!

Vi bruker metoder for å avdekke at noe er galt før det uttrykkes i ”skader”:

BIOMARKØRER for tidlig

Homeostasis Compensation Non-compensation Death Healthy

Stressed Disease

Curable Incurable

Health status

Reversible Irreversible

Biomarkører

(31)

uppe Miljøkjemi

31

Klororganiske stoffer Klororganiske stoffer

Forbudte organiske

forbindelser solgt til varme U-land – tilbakeføres til kalde I-land!

Global destillasjons teori (Wania & Mckay 1996):

Fordampning i temperert del av kloden (bl.a.

lavmolekylære PCB forbindelser)

Binding i områder med lavere temperatur

”Gresshoppe effekt” - ender i nordområder

(32)

uppe Miljøkjemi

32

Noen mulige temaer for hovedfag Noen mulige temaer for hovedfag

IPM/Seksjon Milj

IPM/Seksjon Milj ø ø kjemi kjemi

Metodeutvikling og analyse av ”eksotiske” radionuklider i miljøprøver vha. ICP-MS og AMS (L.S og D.H.O)

Tc-99, I-129, Cl-36 i norske marine produkter (B.S og L.S) Remobilisering av spormetaller/ radionuklider) fra jord og sedimenter (B.S og L.S)

Karakterisering av radioaktive partikler fra atomanlegg (B.S og O.C.L)

Naturlig radioaktivitet fra olje og gass produksjon (B.S. og L.S) Bestemmelse av metaller og trofisk nivå av fisk vha N-15/N-14 og C-14/C-13 målinger (B.S og B.O.R)

”Multiple stressor” og effekter på fisk (B.S og B.O.R)

Environmental Impact Assessment and Management of Lake Resources in The Ethiopian rift-valley lakes (heavy metals, pesticides) (B.S., L.S. og B.O.R)

(33)

uppe Miljøkjemi

33

Noen mulige temaer forts.

Opptak av radionuklider /tungmetaller i planter fra økologisk landbruk (L.S og B.S)

Technically enhanced natural radioactive material and heavy metal contamination in Kazakhstan (B.S and L.S)

Ecotoxicological effects of nanoparticles (D.H.O)

The ecological impact of radionuclide and heavy metal contamination in the Chernobyl 30 km zone (D.H.O) Evaluation of the environmental risk from exploitation of

natural resources in the Barents Sea: Scientific, political and ethical implication (D.H.O)

Miljøpåvirkning ved thorium utvinning i Norge:

Radioaktivitet og tungmetall forurensning og spredning i miljøet

(34)

uppe Miljøkjemi

34

Internasjonalisering Internasjonalisering

Dhaulagiri-I 8167 moh

(35)

uppe Miljøkjemi

35

Noen mulige temaer forts Noen mulige temaer forts … …

Bioenergi (E.G.) Bioenergi (E.G.)

Forbrenning

Mikrobølge pyrolyse

Behov for renseteknologi?

Kvalitet på brensel?

Diffuse kilder

– Forurenset grunn, gamle fyllinger, avløp, dumping av avfall som inneheld

miljøgifter

Remediering – muligheter?

– Fjærning, tildekking, isolering,

Sist ansatt:

Birgit. B. Rindal, MSc fra UMB http://www.energigjenvinnin

(36)

uppe Miljøkjemi

36

Konklusjon Konklusjon

Hvorfor?

– Stoffer på avveie, konsekvensvurderinger, risiki og iverksettelse av tiltak

Hvordan?

– Forskning og internasjonalt samarbeid