Local pollution sources in Ny-Ålesund. Follow-up study of booster impact area in Brøggerdalen, and new study of leaching pollutants from Kolhaugen

Abstract

Langtransportert forurenset luft til Arktis er et velldokumentert fenomen siden oppmerksomhet rundt persistente organiske miljøgifter økte på midten av 1900-tallet. Effekten av lokale, menneskeskapte forurensning i Arktisk må derimot ikke bli oversett. Svalbard er en øygruppe i Arktis, lokalisert på 78 °til 81 °Nord. Det siste århundre har forskjellige industrier som kullgruvedrift, turisme og vitenskaplig arbeid funnet sted på Svalbard, som har ledet til arv av forurensning, i tillegg til nye forurensningskilder fra nåværende virksomhet. To slike forurensningskilder skal bli undersøkt i denne avhandlingen. Først, Kolhaugen, et deponi som kan inneholde tungmetaller, syrer og PAH-er etter dumping av avfall fra kullgruvedrift. Den økende globaltemperaturen kan med tiden føre til økt spredning av forurensning fra denne kilden til miljøet. Den andre, et rakettnedslagsfelt i Brøggerdalen, der en motor fra første stadiet av en rakettoppskytning den 11. mai 2022 landet. Disse to forurensningskildene ligger i umiddelbar nærhet til Bayelva og det lokale drikkevannet Tvillingvatnet. Målet med denne avhandlingen er å identifisere påvirkningen disse to forurensningskildene har på Tvillingvatnet og Bayelva-vassdraget. For å undersøke dette ble det tatt 30 jordprøver i området mellom Kolhaugen og Tvillingvatnet, 33 sedimentprøver fra rakettnedslagsfeltet og området rundt, og 38 vannprøver fra Tvillingvatnet og på forskjellige punkter i Bayelva. Ytterligere 20 sedimentprøver ble gitt til dette prosjektet av Gijsbert D. Breedveld (UNIS), fra rakettnedslagsfeltet i mai 2022. Analyse av 60 elementer ble gjort med ICP-MS. En kombinert analyse av 16 prioriterte PAH-er og 7 PCB-er ble gjort med GC-MS. Statistisk analyse av dataene ble gjort med PCA for å identifisere grupperinger av forurensning og trender i datasettet. Signifikante nivåer av Cd ble funnet i flere prøver i rakettnedslagsfeltet, den høyeste lå på 1055 μg/g. Størrelsen på og fordelingen av prøvene i nedslagsfeltet indikerer at kilden til disse målingene er raketten. Nedslagsfeltet viste også økte nivåer av Al, som potensielt kan stamme fra drivstoffet brukt i raketten. I prøver fra Kolhaugen er det påvist forhøyede nivåer av Pb i korrelasjon med S, som begge kan stamme av forurensing fra Kolhaugen. En bekk som fører fra Kolhaugen til Tvillingvatnet er mistenkt til å ha høyere konsentrasjoner av S, As, Ni og Fe som følge av forurensning fra Kolhaugen. Samtidig er det observert en korrelasjon mellom prøvene fra Tvillingvatnet med S-nivåer, dette støtter mistanken ytterligere. PCB ble kun påvist i en prøve i nedslagsfeltet, og i ingen prøver fra Kolhaugen. PAH ble mistenkt for å stamme fra menneskeskapte forbrenningsprosesser. Ytterligere overvåkning av nedslagfeltet av hensyn til Cd-funnene er anbefalt.

Long-range transported pollutants to the Arctic are a well documented phenomenon since awareness for persistent organic pollutants was raised in the mid 1900s. However, the impact of local anthropogenic pollution in the Arctic must not be overlooked. Svalbard is an archipelago in the Arctic, located at 78 °to 81 °North. The last century has seen various coal mining, tourism and scientific activity on Svalbard, which has lead to a legacy of historic contamination in addition to new sources from current activities. Two such contamination sources will be studied in this thesis. First, Kolhaugen, a coal mining dump site suspected of containing heavy metals, acids and PAHs due as a result of waste from the mining activity. The increased global temperature might in time lead to an increase of contaminant leaching to the environment from this site. Second, a rocket booster impact site in Brøggerdalen, where the first stage booster landed after a research rocket launch on the 11th of May 2022. These two contamination sources of emerging concern are situated in close proximity to the Bayelva river system, and Tvillingvatnet, which is the local drinking water source. The aim of this thesis is to identify the impact these two contamination sources have on Tvillingvatnet and the Bayelva river system. To accomplish this, 30 soil samples were taken in the area between Kolhaugen and Tvillingvatnet, 33 sediment samples were taken in the area surrounding the booster impact site, 38 water samples was collected from Tvillingvatnet and at various location in Bayelva. An additional 20 sediment samples were contributed to this project by Gijsbert D. Breedveld (UNIS) from the booster impact site in May 2022. Analysis of 60 elements was conducted using ICP-MS. Combined analysis of 16 priority PAHs and 7 PCBs was conducted with a GC-MS. Statistical analysis of the data was preformed with PCA to identify groupings of contaminants and trends in the data sets. Significant levels of Cd was found in several samples in the booster impact site, the highest being 1055 μg/g. The magnitude and distribution of elevated levels in the booster impact area gives an indication that the source is the booster motor. The booster impact site also showed enrichment of Al, which might originate from the rocket fuel. In samples from Kolhaugen, elevated levels of Pb in correlation with S, both of which could be originating of contamination from Kolhaugen. A stream leading from Kolhaugen to Tvillingvatnet was suspected to be enriched with S, As, Ni and Fe as a result from Kolhaugen contamination. Meanwhile, a correlation between samples from Tvillingvatnet and S levels further supports this indication. PCBs were only detected in one sample from the booster impact site, and in no samples from Kolhaugen. PAHs were suspected to be originating from anthropogenic combustion processes. Further monitoring of the booster impact site is recommended in regards of the Cd findings.