Maaselkärangattomien altistuminen metalleille

Tämä sivu on tietokide alatyypiltään metodi. Sivutunniste: Op_fi3476
Moderaattori:Anerg (katso kaikki) Sivun edistyminen: Täysluonnos. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa {{#opasnet_base_link:Op_fi3476}}

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

• PEC_total, maaperän kokonaispitoisuudesta arvioitu ympäristönpitoisuus (mg/kg)
• PEC_bioavailable , 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):

• 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):

log Cw = a log Cs + b 

• C_w = metallipitoisuus lierossa (mg/kg)
  
• C_s = 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).

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:

• C_w(t) = kokonaismetallipitoisuus lierossa (ug /g (dw))
  
• t= aika (day)
  
• Co = lieron metallipitoisuus alussa t=0
  
• a = kertyvyysnopeus (joko maassa kg_s/kg_w (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 , Pellinen et al 2007):

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

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

Aiheeseen liittyviä tiedostoja

<mfanonymousfilelist></mfanonymousfilelist>