Mercury and selected trace elements in Arctic permafrost

Abstract

Arktis er svært sårbart for klimaendringer. Et varmere klima har ført til at permafrosten smelter, og dersom denne utviklingen fortsetter, kan det få alvorlige konsekvenser for miljøet og levende organismer. Permafrost har lagret store mengder sporstoffer, og når den smelter, vil disse stoffene bli sluppet ut i miljøet igjen. Det er gjort svært lite forskning på sporstoffer i permafrost, og denne oppgaven vil ha et spesielt fokus på kvikksølv (Hg) i permafrost fra Arktis.

I permafrosten i Adventdalen, Svalbard finnes det sporstoffer som stammer fra geologi i området, og sporstoffer som er transportert fra lavere breddegrader. Overflatejordprøver og en permafrostkjerne ble hentet fra Adventdalen (juli/august 2023), og analysert ved NTNU i Trondheim. Ved bruk av absorpsjonsspektroskopi ble kvikksølv i jordprøver fra overflatelaget og permafrostlaget analysert. Det ble konstatert at permafrosten i Adventdalen inneholder 35.2 ± 3.6 µg Hg kg−1 jord. Overflatejorda inneholder nesten tre ganger så mye kvikksølv, med et gjennomsnittskonsentrasjon på 90.9 ± 28.2 µg Hg kg−1 jord. Denne høyere konsentrasjonen kan skyldes økt utslipp av Hg over de siste århundrene, transportert til Arktis.

Kvikksølv har en moderat positiv korrelasjon med karboninnholdet i jord. Denne korrelasjonen kan brukes til å estimere den totale mengden Hg i permafrost fra den nordlige halvkule. Basert på publiserte jorddata, estimerer beregningene fra denne studien, basert på Hg- og C-konsentrasjoner, en konsentrasjon på 942 ± 335 Gg Hg i permafrost på den nordlige halvkule.

Prøver fra permafrost ble analysert for Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn og andre grunnstoffer ved bruk av ICP-MS. Det ble lagt fokus på nevnte grunnstoffer, og deres adferd i permafrost. Konsentrasjonene av disse gjenspeiler den geologiske sammensetningen i området. Nivåene av giftige sporstoffer var ikke på et bekymringsverdig nivå.

The Arctic is highly vulnerable to climate change. A warming climate has led to the melting of permafrost, and if this trend continues, it could have serious consequences for the environment and living organisms. Permafrost has stored large amounts of trace elements, and as it melts, these substances will be released back into the environment. There has been very little research on trace elements in permafrost, and this thesis will have a special focus on mercury (Hg) in Arctic permafrost.

Trace elements found in the permafrost of Adventdalen, Svalbard, originate both from local geology and from transport from lower latitudes. Surface soil samples and a permafrost core were collected from Adventdalen (July/August 2023) and analysed at NTNU in Trondheim. Using absorption spectroscopy, mercury in soil samples from the surface layer and the permafrost layer was analysed. It was found that the permafrost in Adventdalen contains 35.2 ± 3.6 µg Hg kg−1 soil. The surface soil contains nearly three times as much mercury, with an average concentration of 90.9 ± 28.2 µg Hg kg−1 soil. This higher concentration can be attributed to increased emissions of Hg over the last centuries, transported to the Arctic.

Mercury has a moderate positive correlation with the carbon content in soil. This correlation can be used to estimate the total amount of Hg in permafrost from the Northern Hemisphere. Based on published soil data, the calculations from this study, based on Hg and C concentrations, estimate a concentration of 942 ± 335 Gg of Hg in permafrost in the Northern Hemisphere.

Samples from permafrost were analysed for Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn, and other elements using ICP-MS. The focus was on the mentioned elements and their behaviour in permafrost. The concentrations of these elements reflect the geological composition of the area. The levels of toxic trace elements were not at a concerning level.