Distribution and patterns of rare earth elements in marine organisms in the Trondheim fjord

Abstract

Den økende utvinningen og bruken av sjeldne jordarter (REEs) fører til en økning i utslipp og konsentrasjoner av disse metallene i marine miljøer. I denne oppgaven ble makroalger, blåskjell og brunkrabber brukt til å analysere konsentrasjonen av 15 REE i vev og indre organer fra to områder i Trondheimsfjorden, Lade og Høvringen, som ligger nær de to renseanleggene i Trondheim. REE-konsentrasjonene ble normalisert til den Europeiske skiferen og de resulterende REE-mønstrene ble sammenlignet mellom lokasjonene for å identifisere om det er en akkumulering av antropogene REE, samt for å bestemme mulige faktorer som påvirker opptak av disse grunnstoffene av marine organismer. Både Fucus vesiculosus og Saccharina latissima indikerte høyere konsentrasjoner i Lade, mens Ascophyllum nodosum viste ingen overordnende signifikante forskjeller mellom prøvetakingsstedene. Dette kan tyde på biologiske forskjeller i algeartene som kan påvirker den passive adsorpsjonen av metaller på biomassen, for eksempel polysakkarid- og Ca-innholdet. Videre kan disse resultatene bidra til å klargjøre biotilgjengeligheten til forskjellige REE-arter. Mytilus edulis viste høyere konsentrasjoner ved Byneset, som ble brukt som referanseområdet. En Spearmans korrelasjonsanalyse avslørte en signifikant positiv sammenheng mellom bløtvevsvekten til hver musling og ΣREE-konsentrasjonene. Cancer pagurus viste ingen signifikante forskjeller når det gjaldt område, men det ble funnet en høyere REE-konsentrasjon i gjeller, etterfulgt av hepatopancreas og muskelvev. Dette mønsteret indikerer at hovedmekanismen for opptak hos krabber er aktivt opptak gjennom vannet og sedimentpartiklene i stedet for gjennom kosten. Grunnet dette er den geologiske bakgrunnen og adsorpsjonskoeffisienten til REEs avgjørende faktorer som påvirker biotilgjengeligheten. Det kreves ytterlig forskning på forholdet mellom miljø- og biota REE-konsentrasjoner, samt på faktorer som kan påvirke opptaket av REE av marine organismer.

The growing extraction and use of rare earth elements (REEs) is leading to an increase in the discharge and concentrations of these metals in marine environments. In this study, macroalgae, blue mussels, and brown crabs were used to analyse the tissue and organ concentrations of 15 REEs from two sites in the Trondheim fjord, Lade and Høvringen, which are near the two wastewater treatment plants of Trondheim. The REE concentrations were normalised to the European shale and the resulting REE patterns were compared between the sites to identify potential accumulation of anthropogenic REEs, as well as to determine possible factors that affect the uptake of these elements by marine organisms. Fucus vesiculosus and Saccharina latissima indicated higher concentrations in Lade, whereas Ascophyllum nodosum showed no significant differences overall between the sampling sites. This may indicate biological differences in the algae species that affect the passive adsorption of metals on the biomass, such as the polysaccharide and Ca contents. Furthermore, these results may help clarify the bioavailability of different REE species. Mytilus edulis showed higher concentrations at Byneset, which was used as the reference location. A Spearman’s correlation analysis revealed a significant positive association between the soft tissue weight of each individual mussel and the ΣREE concentrations. Cancer pagurus showed no significant differences between the sites but a higher REE load in gills, followed by the hepatopancreas and muscle tissue. This pattern indicates that the main mechanism of uptake in crabs is active uptake through the water and sediment particles rather than through the diet. Therefore, the geological background and adsorption coefficient of REEs are crucial factors affecting bioavailability. Further research is needed on the relationship between environmental and biota REE concentrations, as well as on factors that might affect the uptake of REEs by marine organisms.