1. No category

Redovisning av 2014 års övervakning av utveckling och spridning
av flygbränsle och oljeföroreningar i Kebnekaise efter
Herculesolyckan 15 mars 2012.
Tarfala forskningsstation
1
Projektansvarig: Gunhild Rosqvist
Övrig medverkan: Personal från Tarfala forskningsstation, Stockholms universitet
Säkerhet: Carl Johan Olofsson, Arméns jägarbataljon, Arvidsjaur
Bild framsida: Rosqvist och Olofsson provtar is på Kebnekaise i augusti 2014. Fotograf: Oskar Kihlborg.
Kontakt:
Gunhild Rosqvist
epost: [email protected]
telefon: 08-164983, 072-7155039, 070-2293404
Tarfala forskningsstation
Institutionen för naturgeografi
Stockholms universitet
106 91 Stockholm
2
RESULTAT FRÅN ÖVERVAKNING AV UTVECKLING OCH SPRIDNING AV
FLYGBRÄNSLE- OCH OLJEFÖRORENINGAR I KEBNEKAISE 2014
I den följande rapporten redovisas resultat från 2014 års miljöövervakning i Kebnekaisefjällen
efter Hercules olyckan den 15 mars 2012. Resultat från övervakning av vattenkvaliteten i
vattendragen nedströms Kebnekaises glaciärer redovisas liksom resultat från en studie av hur
föroreningen utvecklats i källzonerna, dvs. på kammen i närheten av islagsplatsen samt på de
övre delarna av Rabots glaciär.
MILJÖFÖRORENINGEN
Efter olyckan blev den tidigare rena högalpina miljön förorenad av flygbränsle och motorolja
vilka är sammansatta av en mängd olika kolväten med olika spridningsegenskaper. Herculesplanet medförde ca 8900 kg flygbränsle, ca 50 liter hydraulolja och ca 170 liter motorolja
(Statens haverikommission 2013). Det mesta av detta spreds tillsammans med vrakdelarna (40
ton) på de övre delarna av Rabots glaciär. En mindre mängd vrakdelar, bränsle, och olja
hamnade på de övre delarna av Björlings glaciär. Hercules-planet var tankat med JET A-1
(JP8) bränsle som är en fotogenblandning bestående av många olika sorters kolväten, främst
alifater (mellan 5 och 16 kolatomer per molekyl) och aromater (mellan 8 och 16 kolatomer
per molekyl)(Bilaga A). Bränslet innehöll också polycykliska kolväten (PAH) varav naftalen
var det ämne som förekom i högst koncentration. Jämfört med övriga ämnen har naftalen
relativt hög löslighet i vatten. PAHs är motståndskraftiga och bio-ackumulerar i miljön. Oljan
(och i mycket låg koncentration flygbränslet) innehöll alifater varav de med mellan 16 och 35
kolatomer var mest förekommande. Dessa ämnen avdunstar inte och har låg löslighet i vatten.
Kolvätenas egenskaper bestämmer hur de påverkas av olika processer såsom avdunstning och
transport med smältvatten, lösning i, och transport med vatten. I mark och vatten kan denna
typ av förorening förekomma som s.k. olösliga ämnen (separate non-aqueous phase liquids =
NAPLs) eller som lösta ämnen i vattnet. Lätta NAPLs har lägre densitet jämfört med vatten,
medan tyngre (tätare) har högre densitet jämfört med vatten (API 2010; CONCAWE 2013).
OMRÅDESBESKRIVNING
Rabots glaciär sträcker sig mellan ungefär 1900 m och 1200 m över havet och täcker en yta
motsvarande ca 3.8 km2. Medeltjockleken är 85 m och den är som mest 175 m tjock.
Föroreningskällan är belägen nedanför kammen mellan Kebnekaises nord- och sydtopp
mellan ca 2000 och 1600 m över havet i en s.k. glaciärnisch (Figur 1, 2, 4). Detta är det den
högst belägna och mest skuggiga delen av glaciären där smälter det minst snö och is under
sommaren. Sluttningsprocesser såsom snö- och slasklaviner samt bergras är ofta
förekommande och bidrar till omfördelning av snö och smältvatten i källområdet. Två
smältvattenjokkar rinner ut vid glaciärens front. Den mest nordligt belägna rinner längs med
glaciärens botten, plockar där upp glaciärslam, dvs. ler och silt-partiklar som nötts bort ur
berget av glaciären. Smältvattenjokken som dränerar den södra sidan av glaciären rinner
framförallt på och genom glaciären. Dessa två jokkar förenas ett par hundra meter nedströms
glaciärfronten och bildar där en större smältvattenjokk vilken korsar flera moränryggar och
bildar ett flätmönster där det rinner igenom flacka breda områden. Vattendraget rinner
samman med Guobirjokka ca 2 km nedströms från glaciären. Guobirjohka rinner vidare ut i
Tjäktavagge där den flödar samman med Tjäktjajokka. Detta vattendrag mynnar i
3
Kaitumjaure som utgör den första sedimentationsbassängen för material från Rabots glaciär.
Björlings glaciär täcker ca 1.5 km2 på Kebnekaises sydsluttning (Figur 1) och sträcker sig
mellan ca 1400 och 1800 m ö h. De två smältvattenjokkarna som dränerar glaciären rinner
ihop med ett annat vattendrag i Kitteldalen. Smältvattnet från Björlings glaciär utgör
tillsammans med Tarfalajokken och Ladtjojokka Kalixälvens källflöde.
PROCESSER SOM PÅVERKAR FÖRORENINGENS UTVECKLING
Flygbränslets och oljans egenskaper, framförallt ämnenas löslighet i vatten och förmåga att
avdunsta, bestämmer till stor del föroreningens spridning och utveckling (Figur 3)(Rosqvist
mfl 2014). Lufttemperaturen bestämmer mängd och hastighet på avdunstning (eng.
volatilisering) samt mängd och hastighet på smältning av snö och is. Nedbördsmängden (snö
och regn) bestämmer hur mycket av och hur snabbt föroreningen transporteras ut ur
glaciärsystemet. När snön i källområdet smälter rinner vattnet ner genom snöpacken, ner till
isytan och vidare nedströms. Eftersom det i området finns mycket glaciärsprickor rinner det
mesta av smältvattnet sannolikt ner i dessa och vidare in i glaciären där en del återfryser.
Variation i snöns densitet påverkar smältvattnets perkolation och därmed spridningen av
föroreningen vertikalt och horisontellt. Exempelvis kan is-lager i snön med hög densitet
utgöra icke permeabla ytor ovanpå/längs med vilka dränering sker. Sådana is-lager uppstår
efter regn eller smältning under vintern. Den höga lutningen, > 45°, gör att processer såsom
snölaviner, slasklaviner och även bergras är vanligt förekommande på platsen. Dessa
processer fördelar om snö och smältvatten i källområdet och bidrar därmed till föroreningens
spridning.
Glaciärers hydrologi är komplex och starkt präglad av variation av temperatur och nederbörd.
Isytans topografi samt den rumsliga fördelningen av glaciärsprickor och brunnar bestämmer
smältvattnets rutt på (supra-glacialt), i (en-glacialt) och under (sub-glacialt) glaciären. Även
glaciärens termiska egenskaper är viktiga för det hydrologiska systemet. Svenska glaciärer har
vanligen ett övre ca 40 m tjockt kallt (under 0°C) yt-skikt varunder isen är vid
trycksmältpunkten. Här kan vatten lagras i hålrum och sprickor. Vattentrycket bestäms av
smältvattenmängd, nederbörd och hur pass utvecklade smältvattenvägarna på, i och under
glaciären är, och bestäms delvis av dräneringens utveckling under sommaren. De supra-, enoch sub-glaciala smältvattennätverken utvecklas under sommaren. Under vintern är
dräneringskanalerna stängda men ett mindre sub-glacialt flöde förekommer.
PROVTAGNING OCH ANALYS AV JOKKVATTEN
För att samla information om vattenkvaliteten i jokkarna som dränerar Rabots glaciär och
Björlings glaciär har vattenprover samlats in regelbundet under smältsäsongerna 2012-2014.
Under smältsäsongen juli-september 2014 samlades vattenprover in från Rabot-jokk och
Kittelbäcken manuellt samt med hjälp av automatiska vattenprovtagare (ISCO). Proverna
samlades in mellan den 10 juli och 16 september i regelbundna intervall (Tabell 1). Eftersom
temperaturen styr smältningen av snö och is nås den högsta vattenföringen på eftermiddagen,
utan påverkan från nederbörd. Därför programmerades provtagarna så att dubbla prover om 1
liter vatten samlades in en gång per dygn kl. 16:00. Resultaten av de kemiska analyserna av
vattenprover insamlade 2012 och 2013 visade spår av föroreningar i vattendragen efter hög
nederbörd och vattenföring. Flera prover som representerar sådana händelser valdes därför
också ut för analys. Totalt sändes 23 vattenprover för analys till ALS laboratoriet (Täby).
4
Vattenproverna analyserades enligt OV21A paketet vilket innebär att koncentrationen av
alifater och aromater analyseras, resultaten rapporterades i mg/µl. Resultaten från de kemiska
analyserna av vattenproverna visade spår av flygbränsle, mer specifikt, naftalen, förkom i ett
prov insamlat den 27 augusti (prov R11).
PROVTAGNING OCH ANALYS AV SNÖ OCH IS
Provtagning av de övre ca 25 cm av glaciäris från föroreningens källområde på Rabots glaciär
genomfördes den 13 och 22 augusti (Figur 4). Isen smältes i laboratorium och smältvattnet
hälldes på 1 liters provflaskor och sändes för kemisk analys (OV21A) till ALS. Resultaten
visar spår av flygbränsle och olja i proverna, mer specifikt alifater (>C16-35), naftalen och
toulen (Tabell 2). Provtagning av de övre 25 cm av is från kammen genomfördes den 27
augusti (Figur 4). I dessa prover förekom alifater, toulen och naftalen (Tabell 2).
Tabell 1: Vatten, snö och is prover insamlade 2014.
Datum
140710
140716
140725
140730
140805
140809
140814
140817
140822
140827
140904
140916
140710
140715
140725
140730
140805
140809
140822
140827
140814
140904
140916
140813
140822
140827
Provtagningsplats
Vatten
Rabot jokk
Rabot jokk
Rabot jokk
Rabot jokk
Rabot jokk
Rabot jokk
Rabot jokk
Rabot jokk
Rabot jokk
Rabot jokk
Rabot jokk
Rabot jokk
Kittelbäcken
Kittelbäcken
Kittelbäcken
Kittelbäcken
Kittelbäcken
Kittelbäcken
Kittelbäcken
Kittelbäcken
Kittelbäcken
Kittelbäcken
Kittelbäcken
Is
Rabots glaciär
Rabots glaciär
Kammen
Parameter/konc. µg/l
naftalen 0.016
x (tabell 2)
x (tabell 2)
x (tabell 2)
5
Tabell 2: Spår av föroreningar i prover av snö och is insamlade på
Rabots glaciär och på kammen 2013 och 2014.
Datum
20130630
20130730
20130906
20140813
Provtagningsplats
Rabots glaciär (snö)
Rabots glaciär (snö)
Rabots glaciär (snö)
Rabots glaciär (is)
Parameter konc. µg/l
alifater (>C16-C35) 210
alifater (>C16-C35) 131; 99
alifater (>C16-C35) 13; 11
alifater (>C16-C35) 16
20130630
20130730
20130906
20140813
Rabots glaciär (snö)
Rabots glaciär (snö)
Rabots glaciär (snö)
Rabots glaciär (is)
naftalen 0.1
naftalen 0.047
naftalen 0.047; 0.038; 0.028
-
20140822
Rabots glaciär (is)
naftalen 0.044
toluen 0.75
20130630
Kammen (snö)
alifater (>C16-C35) 1000
naftalen 0.04
toluen 1.0
20130730
Kammen (snö)
alifater (>C16-C35) 1200
naftalen 0.08
20140827
Kammen (is)
naftalen 0.036
toluen 0.81
METEOROLOGI, MASSBALANS OCH HYDROLOGI
Genom sensorer placerade på en s.k. automatisk väderstation har vi följt väderutvecklingen på
Rabots glaciär under smältsäsongen 2012-2014. Väderstationen är belägen på 1355 m ö h
centralt på Rabots glaciär och registrerar lufttemperatur på tre höjd-nivåer, vindhastighet och
riktning, in- och utstrålning, samt nederbörd. Ett ekolod används för att bestämma smältning
av snö och is genom att mäta avståndet till snö och isytan. Den mycket höga
medeltemperaturen under juli månad (+8.39 °C; Tabell 3, Figur 5) ledde till snabb och kraftig
smältning av snö och is. Mätningar av ackumulationen av snö under vintern och smältning av
snö och is under sommaren, den s.k. ablationen, ligger till grund för beräkningar av glaciärens
massbalans (Tabell 4). Snöackumulationen mäts genom att sondera snödjupet i ett rutnät
fördelat över glaciärytan (Figur 5). Snödjupet på referenspunkten (38) i föroreningens
källområde uppgick till 4.13 m snö (20 april). Densiteten mäts också för att kunna beräkna
snöns vattenekvivalent. Ablationen beräknas genom mätningar av den successiva snö och
issmältningen på 10 referensrör 6m) som är borrade ned i isen. Nettobalansen uppgick 2014
till -1.28 m vattenekvivalent, vilket är något mer negativt jämfört med 2013.
6
Tabell 3: Månadsmedeltemperatur 2012-2014 på Rabots glaciär (1355 m ö h).
Medeltemperatur °C
Maj
Juni (period)
Juli
Augusti
September
Juli-Augusti
Juni-Augusti
2012
4.85 (5-31/7)
4.22
2013
2014
1.34
4.99
4.84
4.57
4.33 (1-5/9)
-3.03
2.14
8.39
4.70
2.80
4.80
5.08
4.54
Tabell 4: Massbalans på Rabots glaciär 2012-2014
Vinterbalans (m H2O)
Sommarbalans (m H2O)
Nettobalans (m H2O)
2012
+1.0
-0.98
+0.02
2013
+0.7
-2.19
-1.49
2014
+1.02
-2.30
-1.28
Med hjälp av tryckgivare mättes vattentrycket i Rabotjokken under smältsäsongen 2014.
Spårämnesförsök genomfördes under olika vattenföring. Kalibreringen genomfördes med
hjälp av en fluorometer (FL30) som användes för att mäta koncentrationen av det
fluorescerande spårämnet Rhodamine i jokkvattnet. Genom en logaritmisk funktion kunde
uppmätt tryck användas för att skapa en avrinningskurva för smältsäsongen 2014 (Figur 5).
Den omfattande smältningen av snö och is under juli månad gav höga vattenflöden. Under
augusti månad syns en tydlig påverkan på avrinningen under nederbördstillfällena. Efter
omfattande smältning av snö på glaciären och öppna glaciärsprickor var förutsättningarna i
augusti mycket goda för att mäta vattnets flödeshastighet genom glaciären från källzonen till
mynningen. Spårämnesförsök genomfördes den 15 augusti då det fluorescerande ämnet
Rhodamine hälldes i en spricka i källzonen (Figur 8). En fluorometer (FL30) användes för att
mäta koncentrationen av ämnet i jokken nedströms. Efter 11 timmar noterades den högsta
koncentration av Rhodamine i jokkvattnet (Figur 9). Vi bedömer att denna transporthastighet
är rimlig även för förorenat smältvatten. Det faktum att endast ca 10% av den ursprungliga
mängden spårämne kunde spåras i jokkvattnet (samma resultat som från experiment som
genomfördes 2013), visar att vatten, spårämne och därmed sannolikt även föroreningarna,
tillfälligt lagras i glaciären och sannolik transporteras ut i omgångar (Clason mfl 2015).
SLUTSATSER
♦ Naftalen kan spåras i isprover från Rabots glaciär och från Kebnekaisekammen.
Koncentrationen av naftalen är densamma i snöprover insamlade i september 2013 som i is
insamlad i augusti 2014. Den högsta koncentrationen förekommer i prover från kammen.
Toluen förekommer i prover från både glaciären och från kammen.
♦ Koncentrationen av de tyngre kolvätena >C16-C35, är samma i snö insamlad i september
2013 som i is insamlad från glaciärytan i augusti 2014 vilket tyder på en i stort sett obefintlig
nedbrytning.
♦ Naftalen kan spåras vid ett tillfälle i Rabots jokk i slutet av augusti. Vattenföringen var inte
speciellt hög vid tillfället.
7
♦ De hydrologiska spårämnesexperimenten visar att transporten av föroreningar som är lösta
i, och/eller transporteras med vattnet genom glaciären från källzonen, kan ske på ca 11
timmar. Resultaten visar också att det sker en magasinering av vatten, spårämne och
föroreningar inne i glaciären.
♦ Resultaten visar att en återfrysning av smält förorenad snö har skett vilket medfört att isen
på Rabots glaciär och på kammen mellan Kebnekaises toppar nu är förorenade av ämnen som
härrör från flygbränsle och olja, dvs. alifater, naftalen, och toluen.
REFERENSER
American Petroleum Institute 2010. Kerosene jet fuel category assessment document. 45 pp.
Clason, C., Coch, C., Jarsjö, J., Brugger, K., Jansson, P., och Rosqvist, G. 2015.
Dye tracing to determine flow properties of hydrocarbon polluted Rabots glacier, Kebnekaise,
Sweden. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 11, 13711-13744.
Conservation of clean Air and Water in Europe (CONCAWE) 2001. Exposure profile: kerosines/jet
fuels. Report no. 99/52, CONCAWE Brussels.
Rosqvist G., Jarsjö, J., Clason, C., Coch, C., LaBianca, A., Eriksson, P., och Jansson, P. 2013. The fate
of hydrocarbon pollution in Kebnekaise, Arctic Sweden. American Geophysical Union Fall Meeting
San Francisco 2013. Session: Local sources of Arctic Pollution and their impacts A41F-0115.
Statens haverikommission 2013. Olycka den 15 mars 2012 med luftfartyg av typ C-130 med
anropssignal HAZE 01 ur norska Luftforsvaret vid Kebnekaise, Norrbottens län. Slutrapport RM
213:02 (Dnr M-04/12).
8
Figurer 1-8
Figur 1: Karta over Kebnekaise. Cirkeln markerar haveriområdet där snöprover samlats in,
blå triangel visar placering av den automatiska väderstationen, lokaler för vattenprovtagning
är markerade med röda trianglar, skala 10 mm = 1 km
Figur 2: Haveriplatsen på Kebnekaise (Statens haverikommission 2013).
9
Figur 3. Skiss som visar glaciären i profil och de processer som påverkar spridningen av
flygbränsle och olja.
Figur 4. Provtagningsplatser för snö på kammen samt på glaciären (C-E) och strax utanför
källzonen (B).
10
Figur 5: Lufttemperatur (överst), in och utgående strålning, nederbörd och avrinning i Rabot
jokk mellan den 20 juli och15 september.
Figur 6: Punkter för sondering av snödjup och placering av ablationsstakar. Punkt nummer 38
och 40 ger information om utveckling av snö och is i källzonen på Rabots glaciär.
11
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
08
09
10
11
12
13
14
15
17
18
19
% Spårämne
Spårämneskoncentration (ppb)
Figur 7: Spårämnesförsök på Rabots glaciär, Dennis Henriksson, Arvidsjaurs jägarbataljon,
assisterar.
20
Tid sedan spårämnet hälldes i glaciärsprickan i källzonen (timmar).
Figur 8: Resultat av spårämnesförsök genom Rabots glaciär. Den blå kurvan visar
koncentrationen av spårämnet Rhodamine i jokken nedströms glaciären. Det högsta värdet
uppmättes efter ca 11 timmar. Den röda kurvan visar hur stor del (i %) av ämnet som går att
spåra i jokkvattnet, dvs. endast 10%.
12
Bilaga A: Analysprotokoll bränsle (Jet A-1, Hydraunycoil, Turbooil)
Program: VATTEN
Ordernumber: T1219114 ( ; )
Report created: 2013-01-09 by hedvig.seth
ELEMENT
SAMPLE
alifater >C5-C8
µg/l
alifater >C8-C10
µg/l
alifater >C10-C12
µg/l
alifater >C12-C16
µg/l
alifater >C5-C16
µg/l
alifater >C16-C35
µg/l
aromater >C8-C10
µg/l
aromater >C10-C16
µg/l
metylpyrener/metylfluorantener
µg/l
metylkrysener/metylbens(a)antracener µg/l
aromater >C16-C35
µg/l
naftalen
µg/l
acenaftylen
µg/l
acenaften
µg/l
fluoren
µg/l
fenantren
µg/l
antracen
µg/l
fluoranten
µg/l
pyren
µg/l
bens(a)antracen
µg/l
krysen
µg/l
bens(b)fluoranten
µg/l
bens(k)fluoranten
µg/l
bens(a)pyren
µg/l
dibens(ah)antracen
µg/l
benso(ghi)perylen
µg/l
indeno(123cd)pyren
µg/l
PAH, summa 16
µg/l
PAH, summa cancerogena
µg/l
PAH, summa övriga
µg/l
PAH, summa L
µg/l
PAH, summa M
µg/l
PAH, summa H
µg/l
Jet A-1
1700
87000
72000
51000
2.1E5
2600
48000
9600
<20
<20
<20
2500
9,2
33
32
5,4
<0.1
<0.1
<0.1
0,1
<0.1
<0.1
<0.1
0,12
<0.1
<0.1
<0.1
2500
0,22
2500
2500
37
0,22
Hydraunycoil
<100
<100
520
500
1400
7.2E5
44
<20
<20
<20
<20
0,74
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
0,74
<0.35
0,74
0,74
<0.25
<0.4
Turbooil
<100
<100
<100
200
280
2.9E5
43
<20
<20
<20
<20
3,8
<0.1
0,17
<0.1
<0.1
0,11
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
<0.1
4,1
<0.35
4,1
3,8
0,11
<0.4
For the definitive and complete reporting of the results, reference is made to the
corresponding signed final report from ALS Scandinavia AB
13
14