Screening of Suspected Emerging Organic Contaminants in Terrestrial and Marine Sediments: Assessing Long-Range Transport Pathways to the Arctic

Abstract

Målet med denne studien var å identifisere hvilke grupper av nye organiske miljøgifter som kan påvises i sedimenter i Svalbard-regionen, sammenligne sedimentforurensning mellom marine og terrestriske miljøer, og vurdere hvordan de påviste miljøgiftene ble transportert fra sin opprinnelige kilde til Arktis, og om dette korrelerer med noen av deres fysisk-kjemiske egenskaper.

For å oppnå dette ble det tatt sedimenter fra ulike steder i et arktisk fjordsystem som indikerer ulike typer lokale til langtransporterte forurensningsveier, og disse ble analysert for tre kjemiske målgrupper. Lokalitetene var fjorden, som sannsynligvis representerer tilførsel fra havstrømmer, en lokal drikkevannssjø i nærheten av en bosetning, som sannsynligvis indikerer lokal forurensning, en smeltevannselv, som representerer tilførsel fra smeltevann, og et fjerntliggende innsjøsystem som grenser til Polhavet og er direkte eksponert for forlengelsen av det nordatlantiske strømsystemet. De kjemiske målgruppene var upolare stoffer, representert ved klorparafiner, polare stoffer, representert ved PFAS-er, og polymerer, representert ved PET og polykarbonat.

Basert på observerte konsentrasjoner og fordelingen av disse mellom de ulike stedene ble det identifisert viktige potensielle langtransporterte transportveier til Arktis for mikroplast og PFAS-er. For klorparafiner var anvendelsen av dette begrenset på grunn av dårlig instrumentell respons, men foreløpige resultater viser sannsynligvis tegn på langtransportert atmosfærisk transport. For mikroplast innebærer spredningsveiene tilførsel fra issmelting ved fjordbunnen, samt potensielt sjøfugl eller sjøsprøyt som vektorer til miljømedier i nærheten av Polhavet. For PFAS ble det identifisert et bredt spekter av potensielle transportveier, fra lokal forurensningstilførsel over langtransportert atmosfærisk tilførsel knyttet til partikler og forløpere til langtransportert transport med havstrømmer.

Når det var mulig, ble det forsøkt å identifisere de fysisk-kjemiske egenskapene som styrer transportmekanismene gjennom det globale miljøet. En signifikant korrelasjon mellom fysisk-kjemiske egenskaper og miljømessig fordeling kunne bare identifiseres for PFAS-er. For PFAS korrelerte tilstedeværelsen av en funksjonell sulfonsyregruppe i et perfluorerte molekyl med en C-kjede opp til C9 signifikant med deteksjon i fjordsedimenter. Denne studien antyder derfor en sammenheng mellom de spesifiserte egenskapene og transport med havstrømmer, samt i mindre grad tilførsel av smeltevann fra isbreer.

The aim of this study was to identify which groups of emerging organic contaminants can be detected in sediments of the Svalbard region, compare sediment pollution between marine and terrestrial environments, and assess how the detected contaminants were transported from their original source to the Arctic and if this correlates to any of their physico-chemical properties.

In order to achieve this sediments were taken from different locations within an Arctic fjord system indicative for various types of local to long range pollutant transport pathways and analysed for three target chemical groups. The locations were the fjord, likely representing ocean current input, a local drinking water lake close to a human settlement, likely indicative of local contamination, a glacial melt water river, representing input form melt waters, and a remote lake system adjacent to the Arctic Ocean and directly exposed to the extension of the North Atlantic current system. The target chemical groups were non-polar substances, represented by chlorinated paraffins, polar substances, represented by PFASs, and polymers, represented by PET and polycarbonate.

Based on observed concentrations and their distribution between the different locations major potential long range transport pathways to the Arctic were identified for microplastics and PFASs. For chlorinated paraffins the applications of this were limited due to poor instrumental response, however tentative results likely exhibit evidence of long range atmospheric transport. For microplastics the pathways entail ice melt input at the fjord head, as well as potentially seabirds or sea spray at vectors to environmental media adjacent of the Arctic Ocean. For PFASs a broad spectrum of potential transport pathways were identified ranging from local contamination input over long-range atmospheric input associated to particles and precursors to long-range ocean current transport.

When possible an identification of physico-chemical properties controlling transport mechanisms through the global environment was attempted. A siginifcant correlation of physico-chemical properties to environmental distribution could only be identified for PFASs. For PFASs the presence of a sulfonic acid functional group in a perfluorinated molecule of a C chain up to C9 correlated significantly to its detection within fjord sediments. Therefore this study suggests a connection between the specified properties and ocean current transport, as well as to a smaller extend glacial melt water input.