Mercury release from thawing permafrost in the Arctic

Abstract

I denne masteroppgaven er det presentert data for nivå av kvikksølv i jord og vannpytter på tundraen for området rundt Ny-Ålesund. Hovedmålet for prosjektet var å undersøke mulig utslipp av kvikksølv fra permafrost som en konsekvens av tiningen om sommeren. Spesielt fokus ble også rettet mot andre metaller som assosieres med langtransport til Arktis og som er en trussel i det Arktiske økosystem, nemlig bly (Pb), kadmium (Cd) og sink (Zn). Det ble utført prøvetaking av jord og vann i juli og august 2020. I tillegg ble det supplert med data for vannprøver fra det samme området tatt i 2018 og 2019. Det ble forsøkt å redusere påvirkningen fra menneskeskapte kilder.

Mulig utslipp av kvikksølv ble undersøkt ved å sammenligne konsentrasjoner av kvikksølv i juli mot august, med hensikt om å se etter endringer som følge av perioden med tining. Gjennomsnittlig konsentrasjon for kvikksølv i jord for juli var 0.178 µg/g og 0.217 µg/g for august. Denne økningen var ikke statistisk signifikant.

For vannprøvene fra 2020 ble det observert en markant forskjell, da majoriteten av juli-prøvene var under deteksjonsgrensen, mens majoriteten av august-prøvene var klart over deteksjonsgrensen. I tillegg viste de ufiltrerte vannprøvene en signifikant økning i kvikksølvkonsentrasjonen fra 0.0179 µg/L i juli til 0.0570 µg/L i august.

Forskjellene mellom prøvetakingsperiodene ble bekreftet av PCA hvor vannprøvene fra 2018 og 2019 var inkludert. Kvikksølv var lokalisert i samme området som majoriteten av august-prøvene. For PC3, som forklarer 10% av variasjonen i jord, hadde kvikksølv en særegen og kraftig påvirkning. Videre var det liten grad av korrelasjon mellom kvikksølv og de andre langtransporterte metallene, som indikerer at kvikksølv kan ha en annerledes påvirkning fra minst én kilde enn det bly, kadmium og sink har. Det finnes ikke klare bevis for at dette skyldes tining av permafrost. Det finnes likevel indikasjoner for at permafrost kan være involvert og at det derfor er behov for mer forskning på utslipp av kvikksølv fra permafrost.

In this master thesis, data for mercury (Hg) levels in soil and water ponds on the tundra in the Ny-Ålesund area are presented. The main aim was to investigate possible release of Hg from permafrost during summer thaw. Special focus was also dedicated a selection of trace metals of environmental concern associated with long-range transport to the Arctic, namely lead (Pb), cadmium (Cd) and zinc (Zn). Sampling of soil and water was conducted in July and August 2020, with supplement data for water samples from the area from 2018 and 2019. It was attempted to limit the influence from local anthropogenic sources.

The potential release of Hg was studied by comparing concentrations from July with August, to look for differences during the thawing period. Mean concentration of Hg in soil for July was 0.178 µg/g and 0.217 µg/g for August. The increase was not significant. For the water samples from 2020 there was observed a clear difference, because the majority of July samples were below detection limit, while the majority of August samples was clearly above. Additionally, the unfiltered water samples showed a significant increase with a concentration of 0.0179 µg/L in July and 0.0570 µg/L in August.

From PCA the differences between sampling periods were confirmed for water samples from 2018 and 2019, and Hg was positioned close to the area for the majority of August samples. From PC3, explaining 10% variation in the soil, Hg had a unique and strong impact. There was also generally low correlation with the other long-range transported metals, indicating that Hg may have a different impact from at least one other source than Pb, Cd and Zn. There is no clear evidence for permafrost being the source. However, the indications support the need for further research on Hg emissions from permafrost.