Maaselkärangattomien altistuminen metalleille

Kohteesta Opasnet Suomi
Loikkaa: valikkoon, hakuun




Maaselkärangattomien altistumista kuvataan yleensä haitta-aineen kokonaispitoisuutena (mg/kg) pintamaassa (0-12 cm) (US EPA 2003)[1] . Jos mahdollista, altistumisen arvioinnissa käytetään haitta-aineen biosaatavaa pitoisuutta (mg/kg)(Allen 2002).[2]


  • PECtotal, maaperän kokonaispitoisuudesta arvioitu ympäristönpitoisuus (mg/kg)
  • PECbioavailable , maaperän biosaatavasta pitoisuudesta arvioitu ympäristöpitoisuus (mg/kg)


Maaselkärangattomien altistumista haitta-aineille on tutkittu eniten pehmytkudoksisilla lieroilla(Lumbricidae). Lierot altistuvat haitta-aineille joko suoraan ihovälitteisesti tai maan nielemisen ja ravinnon kautta. Lierojen altistumisen määrään vaikuttaa (Suter 2007)[3]:

  • haitta-aineen pitoisuus maassa
  • kaivautumissyvyys
  • nielty aines
  • aktiivisuus
  • maaperän ominaisuudet
  • kemikaalien väliset interaktiot.

Kaivautumissyvyys ja nielty aines

Altistumisen määrään vaikuttaa maan syvyys, mihin lierot kaivautuvat ja aika, jonka ne viettävät eri syvyyksissä. Lieroja esiintyy yleensä 2-30 cm:n syvyydessä pintamaassa, missä orgaanista ainesta on runsaasti. Myös useimmat hyönteiset (Arthropoda, niveljalkaiset) liikkuvat maan pintaosissa. Niveljalkaisilla on kuitenkin melko läpäisemätön ulkokuori, joten niiden altistuminen tapahtuu todennäköisemmin ravinnon kautta kuin suoraan maaperän kosketuksesta. Lierot ja muut maaperäeläimet ovat ekosysteemin hajottajia ja käyttävät ravintonaan multakerroksen kuollutta eloperäistä ainetta sekä vaikuttavat keskeisesti maan tuottavuuteen (Suter 2007).

Suomessa tavattavia lierolajeja

Pintamaan lajit

  • Kauttaaltaan vaaleita tai vaaleanpunaisia, aikuiset keskikokoisia.
  • Useita lajeja, esim. viljelymaidemme tavallisin laji peltoliero (Aporrectodea caliginosa), pienikokoinen multaliero (Allolobophora rosea) ja harmaaliero (Octolasion tyrtaeum).

Pinta-karikkeen lajit

  • Tummia lieroja: selkäpuoli tumman punaruskea, vatsapuoli usein vaaleampi
  • Useita lajeja, esim. keskikokoinen onkiliero (Lumbricus rubellus) ja pienempikokoiset punaliero (Dendrodrilus rubidus) ja metsäliero (Dendrobaena octaedra).

Syvälle kaivautuvat lajit

  • Kasteliero (Lumbricus terrestris) suomalaisessa viljelymaassa ainoa tämän ryhmän laji
  • Suurikokoinen liero (pituus 10-20 cm)
  • Selkäpuoli tumma (punaruskea), mutta vain etupäässä.

Maan ominaisuudet ja kemialliset vuorovaikutukset

Monien epäorgaanisten alkuaineiden kohdalla on havaittu, että niiden siirtymistä maasta lieroihin eli biokertymistä säätelevät samat maaperän ominaisuudet, jotka vaikuttavat alkuaineiden maa-vesijakaantumiskertoimeen (Kd [L/kg]). Näin ollen voidaan olettaa, että lieroille pääasiallinen altistumisreitti on maan huokosvesi. Tosin metallien biosaatavuuden arvioiminen maa-liero pitoisuussuhteena (BAF, Bioakkumulaatiotekijä) on paremmin ennustettavissa käyttämällä mallissa maan kokonaismetallipitoisuutta täydennettynä paikallisilla maaperän ominaisuustiedoilla. Maan ominaisuudet, jotka voivat säädellä metallien saatavuutta ovat mm. pH, Ca -pitoisuus, kationinvaihtokapasiteetti (CEC) ja orgaanisen aineksen määrä (Allen 2002, Suter 2007).

Lieron metallipitoisuus

Lierot ovat usein maaselkärangattomien avainlajina (reseptorina), koska ne altistuvat maaselkärangattomista eniten maan ja karikkeen haitta-aineille sekä ihon, niellyn maan että ravinnon kautta. Lisäksi ne ovat piennisäkkäiden ja lintujen (mm. päästäiset, myyrät ja rastaat) ravintoa ja toimivat siten reittinä haitta-aineiden kulkeutumisessa ravintoketjun ylemmille tasoille (Suter 2007).

Metallien kertymistä maasta lieroihin kuvataan useimmiten log -lineaarisilla regressiomalleilla (Nahmani ym. 2007)[4]:

log Cw = a log Cs + b 
  • Cw = metallipitoisuus lierossa (mg/kg)
  • Cs = metallipitoisuus maassa (mg/g)
  • a ja b ovat vakioita

Maan ominaisuuksien vaikutus metallien kertymiseen lieroihin

Maan ominaisuuksien vaikutus metallien kertymiseen maasta eliöihin on monimutkainen ilmiö ja voi aiheuttaa usein poikkeavia tuloksia. Useimmissa tutkimuksissa (in situ) on havaittu, että maan kokonaismetallipitoisuus selittää heikosti metallin kertymistä lieroihin, johtuen muista maan ominaisuuteen vaikuttavista tekijöistä kuten pH:sta, orgaanisen aineksen määrästä ja savipitoisuudesta (Allen 2002)[5].

Regressiomallit kuitenkin osoittavat, että maan kokonaismetallipitoisuuden jälkeen pH on pääasiallinen metallien biokertyvyyteen vaikuttava tekijä siten, että lierojen metallipitoisuus yleensä kasvaa kun pH laskee. Maan pH:n lisäksi, lisääntynyt orgaanisen aineksen määrä, kationivaihtokapasiteetti ja maa kationit, savipitoisuus, sekä Al ja Fe hydroksidit voivat vähentää metallien kertymistä (Nahmani et al. 2007).

Kertyvyys- ja eliminaatiokinetiikka

Metallien kertyvyyden mallintamisessa on yleensä käytetty yksitilamallia (one compartment model), jossa huomiodaan metallin kertymis- ja eliminoitumisnopeus (Allen 2002, Nahmani et al.2007). Malli olettaa, että eliö muodostaa homogeenisen tilan, jossa metallin eliminaationopeus on vakio:

Cw(t)= Co + (a/k)(1-ekt)

missä:

  • Cw(t) = kokonaismetallipitoisuus lierossa (ug /g (dw))
  • t= aika (day)
  • Co = lieron metallipitoisuus alussa t=0
  • a = kertyvyysnopeus (joko maassa kgs/kgw (dw) x day tai maavedessä Ls/kgw (dw)x day
  • k = eliminaationopeus (1/day)

Esimerkkejä kertyvyysmalleista on saatavilla runsaasti kirjallisuudesta (Nahmani et al. 2007). Suurin osa tutkimuksista on tehty onkilierolla (L.rubellus), peltolierolla (A. caliginosa) tai kompostilieroilla (E. fetida/E. Andrei) todellisessa pilaantuneessa maassa. Tosin mallien soveltuminen kohdekohtaisiin riskinarviointiin vaatii vielä lisätutkimuksia.

Lierokokeissa on todettu, että

  • metallien kertyminen ja eliminoituminen on lajikohtainen
  • kertymis- ja poistumisnopeus vaihtelee eri metalleilla
  • välttämättömien alkuaineiden (esim. Zn, Cu) otto ja poistuminen voi olla suhteellisen nopeaa kun taas elintoiminnoille vähemmän tärkeillä alkuaineilla (esim. Co, As, Cd, Pb) se voi olla hidasta.

Alla on esitetty muutamia laskentamalleja, joilla on arvioitu metallien kertymistä maasta lieroon (Sample et al 1998b [6], Pellinen et al 2007[7]):

Pb Cliero= BAF*Cs = 1.522*Cs
Zn ln Cliero= 4,581 + 0.352*lnCs
Cu ln Cliero= 1.816 + 0.304*lnCs
Ni Cliero = BAF*Cs = 4.730*Cs
As Cliero= BAF*Cs = 0.523*Cs

Katso myös

Minera-malli: Ohjeistusta kaivostoiminnan ympäristö- ja terveysriskien arviointiin.
Osa linkeistä vie ohjeistuksiin eri vaikutusarvioinnin osien tekemisestä, osa taas valmiisiin laskentamalleihin (lihavoitu).
Kaivostoiminta

Kohdekohtaisen arvioinnin esimerkkisivu · Rikastus · Kaivosprosessit

Minera-kokonaismalli.png
Pölyn ja hiukkasten päästöt

Pöly (ohje) · Lähteet · Pintamaan poisto! · Tarvekivi ! · Louhinta ! · Murskaus · Lastaus ja pudotus · Kuljetuksen pakokaasupäästöt! · Kuljetuksen pölypäästöt! · Työkoneet · Hihnakuljetus · Energiantuotanto · Polttomoottorit! · Sähköntuotanto ! · Boilerit ! · Varastointi · Kaivannaisjäte · Sivukivi · Rikastushiekka

Muut päästöt

Haju · Kaasut · Typpi · Säteily! · Tärinä · Jätevesi · Varastoinnin vesipäästö · Mallinnusohjelmat · Rikastuskemikaalipäästöt · Melu

Pitoisuus ympäristössä

Pohjavesi · Pintavesi · Kulkeutuminen vedessä! · Sedimentit · Sedimentit (mittaukset) · Sedimentit (huokosvedet) · Maaperä! · Maaperän terveysriskinarvio

Ihmiset Ympäristö ja ekologia
Altistuminen

Altistumisen arviointi

Nisäkkäät ja linnut · Kasvit! · Maaselkärangattomat! · Ravinto!

Vaikutus

Terveysriskinarvioinnin rakenne · Riskinarviointiohjeet: · Pohjavesi · Pintavesi · Pöly · Kaasumaiset ilman epäpuhtaudet · Maaperä · Tärinä · Haju · Säteily! · Maaperän terveysriski · Kaasut · Melu · Pienhiukkasvaikutukset! · Terveysriskin kuvaus

Vesistöt · Maaperä · Sedimentti · Ekologinen riskinarviointi: · Ekologisten vaikutusten arviointi · Kohdekohtaisen mallin vaiheet · Alustus · Kohdetutkimukset · Vaikutusten arviointi · Mittauksiin perustuva arvio · Luonnehdinta

Integroitu riskinarvio

Integroitu riskinarvio · Viitearvoja

Muita Minera-projektin tuotoksia
Minera-mallin sovelluksia

· Luikonlahden tapaustutkimus · Luikonlahden sienitutkimusraportti

Muut

· Metallimalmikaivostoiminnan parhaat ympäristökäytännöt · Minera-hanke · MINERA Loppuseminaari · Kauppila T, Makkonen S, Komulainen H, Tuomisto JT: Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti. · Lehdistötiedote 15.4.2013 · Kohdekohtainen esimerkki · Lyhenteet ja määritelmät · Loppuraportti kokonaismalli · Kaivostoiminnan ympäristöterveysriskien arviointi (suojattu sivu) · Mallinnusohjelmat päästöjen arvioinnissa · Viitearvot · Talvivaaran kaivoksen terveysvaikutukset · Loppuraportti · Raportti · Yaran tapaustutkimus

Muita kaivostoimintaan liittyvää

· Vesijalanjälki · Hyvä kaivos pohjoisessa · Yhteiskuntatieteellinen kaivostutkimus Itä-Suomen yliopistossa · Teemasivu:Kaivostoiminnan vaikutusarviointi


Pienoiskuvan luominen epäonnistui: Esikatselukuvaa ei voitu tallentaa kohteeseen
Pienoiskuvan luominen epäonnistui: Esikatselukuvaa ei voitu tallentaa kohteeseen

Minera-logo.png

Viitteet

  1. EPA 2003 US EPA(Environmental Protection Agency), 2003. Guidance for the development of ecological soil screening levels. Office of Solid Waste and Emergency Response, Washington, DC (2003)(OSWER Directive 92857-55).
  2. Allen HE. 2002. Bioavailability of metals in terrestrial ecosystems: importance of partitioning for bioavailability to invertebrates, microbes and plants. ISBN 1-880611-46-5. Pensacola, FL: SETAC Press, 158 pp.
  3. Suter II, G. W. 2007. Ecological risk assessment. 2nd ed Boca Raton (FL) CRC.
  4. Nahmani J, Hodson ME, Black S. 2007. A review of studies performed to assess metal uptake by earthworms. Environmental Pollution 145:402-424
  5. Allen HE. 2002. Bioavailability of metals in terrestrial ecosystems: importance of partitioning for bioavailability to invertebrates, microbes and plants. ISBN 1-880611-46-5. Pensacola, FL: SETAC Press, 158 pp.
  6. Sample BE, Beauchamp JJ, Efroymson RA & Suter II GW. 1998b. Development and Validation of Bioaccumulation Models for Small Mammals. U.S. Department of Energy, Office of Environmental Management, Oak Ridge. ES/ER/TM-219.
  7. Pellinen J, Sorvari J, Soimasuo M. 2007. Pilaantuneen maaperän ekologinen riskinarviointi. Ympäristöopas, 114 s. Suomen ympäristökeskus. http://www.ymparisto.fi/download.asp?contentid=69279&lan=fi

Aiheeseen liittyviä tiedostoja

<mfanonymousfilelist></mfanonymousfilelist>