Study of birds as a vector for inorganic and organic contaminants in soil from the Arctic

Abstract

Denne masteroppgaven er en del av en bredere forskningsaktivitet ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet som studerer fugler som en biovektor for forurensning i Arktis. Denne oppgaven ser spesifikt på per- og polyfluoralkylforbindelser (PFAS) og selekterte grunnstoffer i jord fra fuglerike områder rundt Ny-Ålesund på Svalbard. Da forskning på fugler som en biovektor for transport av forurensninger til Arktis er begrenset, forsøker denne oppgaven å bringe ny kunnskap til feltet.

På Blomstrandhalvøya, Kjærstranda og Stuphallet ble henholdsvis ti, åtte og seks prøver samplet inn. Ved nedbrytning med UltraCLAVE og en ICP-MS analyse, ble konsentrasjonen av 55 grunnstoffer bestemt. I tillegg ble prøvene preparert ved bruk av en ultralyd-assistert ekstraksjonsmetode, og screenet for 21 PFAS. Total karbon (TC) og total nitrogen (TN) ble bestemt for alle de 24 individuelle prøvene. For å prosessere mengden data innsamlet og potensielt finne noen sammenhenger, ble en korrelasjonsmatrise og prinsipalkomponentanalyse brukt.

Prøvene fra Blomstrandhalvøya hadde den største variasjonen i mineral og organisk komposisjon. Ved å bruke P, TC og TN som en indikasjon på innflytelse av sjøfugl, ble Kjærstranda og Stuphallet funnet til å være mest påvirket. Cd, Mo, Sb og Se ble funnet til å trolig korrelere med sjøfugl aktivitet da de fulgte de samme trendene som P, TC og TN. På Blomstrandhalvøya ble prøvene tatt lengst unna fugleklippene, noe som korresponderer med lavere konsentrasjoner detektert av spesifikke grunnstoffer.

PFPeA, PFHxA (UnFHxA), PFOA, PFUnA, PFNS, PFDoDS, PFBS (NonaFBS), PFPeS og PFDA var de eneste PFAS detektert. De høyeste konsentrasjonene av PFAS ble funnet på Stuphallet og Kjærstranda, noe som trolig kommer fra lokal aktivitet rundt Ny-Ålesund. Ved å studere PCA plott ble B, Ca, Cd, Mo, Ni, Sb, Se, Sr, PFDoDS og PFHxA(UnFHxA) funnet til å potensielt korrolere med sjøfuglaktivitet. Videre forskning som knytter ulike sjøfuglarter til forurensning, samt andre arter (reinsdyr, isbjørn og polarrev), er anbefalt for å få en større oversikt over feltet.

This master's thesis is a part of a broader research activity at Norwegian University of Science and Technology that studies birds as a biovector for contamination in the Arctic. This thesis specifically looks at per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) and selected trace elements in soil from bird-rich areas around Ny-Ålesund at Svalbard. As research on birds as a biovector for transportation of contaminants to the Arctic is limited, this thesis attempts to bring new knowledge to the field.

At Blomstrandhalvøya, Kjærstranda and Stuphallet, ten, eight and six soil samples were collected, respectively. By digestion with UltraCLAVE and an ICP-MS analysis, the concentrations of 55 elements were determined. In addition, the samples were prepared by using an ultrasound-assisted extraction method, and screened for 21 PFAS. Total carbon (TC) and total nitrogen (TN) were determined for all of the 24 individual samples. To process the amount of data gathered and potentially find some relationships, a correlation matrix and principal component analysis were utilized.

The samples from Blomstrandhalvøya had the largest variety in mineral and organic composition. By using P, TC and TN as indications of influence of seabirds, Kjærstranda and Stuphallet were found to be most affected. Cd, Mo, Sb and Se were found to possibly correlate with seabird activity as they followed the same trends as P, TC and TN. At Blomstrandhalvøya, the samples were collected the furthest away from the bird cliffs, which corresponds with lower concentrations detected of specific elements.

PFPeA, PFHxA (UnFHxA), PFOA, PFUnA, PFNS, PFDoDS, PFBS (NonaFBS), PFPeS and PFDA were the only PFAS detected. The highest concentrations of PFAS were found at Stuphallet and Kjærstranda, possibly originating from local activities around Ny-Ålesund. By studying PCA plots, B, Ca, Cd, Mo, Ni, Sb, Se, Sr, PFDoDS and PFHxA(UnFHxA) were found to potentially correlate with seabird activity. Further research that connect different seabird species to contamination, as well as other species (reindeer, polar bear and arctic fox), is recommended to get a greater overview of the field.