Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Öljyn ja öljyonnettomuuksien
ekotoksikologia
Esityksen sisältöä:
• Raakaöljyn koostumus
- ml. muutunta.
• Toksisuus eliöille
- mm. kaloille.
• Ekotoksisuus-
vaikutusten ja –riskien
arviointi.
• Seuranta.
Aimo Oikari
Ympäristötieteen ja –teknogian osasto
Jyväskylän yliopisto
Tankkerien haverit voivat ollaEKOTOKSIKOLOGISIA
KATASTROFEJA
Huonokuntoinen tankkeri ”Prestige” Atlantilla merihätään noin 15.11.2002
Alus katkesi ja upposi 19.11.-02
Lastina venäläistä raakaöljyä
Mitä on EKOTOKSIKOLOGIA ?
.. tutkii ja arvioi ympäristökemikaalien aiheuttamia altistumisia
ja vaikutuksia luonnon systeemeissä - yksilöistä yhteisötasolle.
Raakaöljy levisi merivirtojen ja tuulten mukaan..
Prestigen koko lasti oli
noin 70 000 tonnia.
Raakaöljyä ensin Espanjan
rannikolle..
.. sitten Portugalin ja Ranskan
rannikoille.
Osa aineista liukeni veteen
.. ja altisti eläimiä ym.
Osa sitoutui partikkeleihin
.. ja päätyi sedimenttiin.
Raakaöljyjen kemiallinen
koostumus vaihtelee tuotantopaikan mukaan:
Yhdiste/aine Prudhoe
Bay
Louisiana Kuwait
Rikkiä (paino-%)
Vanadiinia (mg/l)
0.94
20
0.25
1.9
2.44
28
Naftaa (20-205 C, paino-%)
• paraffiineja
• nafteeneja
• aromaatteja
23.2
12.5
7.4
3.2
18.6
8.8
7.7
2.1
22.7
16.2
4.1
2.4
Yli >205 C:ssa kiehuva osa
• saturoituneet
• aromaattiset
• polaariset
• liukenemattomat
76.8
47.7
25.0
2.9
1.2
81.4
56.3
16.5
8.4
0.2
77.3
34.0
21.9
17.9
3.5
Naphthalene Acenaphthene Acenaphthylene Fluorene
Anthracene Phenanthrene Fluoranthene Pyrene
Benzo[k]fluoranthene Benzo[b]fluoranthene Benz[a]anthracene
Chrysene
Dibenz[a,h]anthracene Benzo[a]pyrene Indeno[1,2,3-cd]pyrene Benzo[ghi]perylene
Öljyssä ja öljytuotteissa esiintyviä polysyklisiä
aromaattisia hiilivetyjä eli PAH:ja (16 US EPA priority PAHs)
Tyypillisiä ja runsaita ovat nk. substituoidut PAH-yhdisteet
CH Ei-substitu-
oitu
naftaleeni
X NO Nitro
NH2 Amino
Cl Chloro
CH Alkyl
O Quinone
Sivuketjut
vaihtelevat
N Acridine
NH Carbazole
S Thiophene
O various, e.g. Furan
Renkaan tyyppi
vaihtelee
X
ÖLJYN KEMIKAALIEN YMPÄRISTÖKOHTALO ?
MIKÄ ON LUONNON ITSEPUHDISTUSKYKY ?
”Säistyminen”
Vähemmän tai
enemmän säistynyt
Exxon Valdezin
raakaöljy
(eri PAH-yhdisteitä)
alkuperäinen
vähemmän säistynyt
enemmän säistynyt
Siis: altistava
haitta-aine sisältö
muuttuu ajan
edetessä !
PAH-yhdisteet pysyvät ja
muuntuvat sedimenteissä
pitkiä aikoja ..
Raskasta
polttoöljyä
3000 tonnia ..
Antonio Gramskin öljyvahinko 1979 alifaattiset (suoraketjuiset) hiilivedyt altistuneissa
simpukoissa (Macoma baltica) haveripaikan lähellä.
Elokuu 1979
Lokakuu 1979
Paasivirta ym.
hiili-
vetyjä
EKOTOKSISUUS ILMENEE
MONISSA ELIÖISSÄ
• Lintutuhot
• Kalat
• Plankton
• Muut eliöt (ml.
mikrobisto)
• Lisääntyminen
• Kasvu
• Viivästyneet
vaikutukset
Polysyklisten aromaattisten hiilivetyjen letaali-
pitoisuuksia (LC mg/l) lyhytaikaisissa altistuksissa Acutely lethal concentrations of polyaromatic hydrocarbons (PAHs, LC mg/l)
to aquatic animals
Fenantreeni – Phenantrene [3-ring]
0.04 – 0.18 – fish larvae (embryos; 24-48 h LC50)
0.1 – 0.7 – crustacean (D.magna; 48 h LC50)
Antraseeni – Anthracene [3-ring]
210 – fish (O. latipes, 48 h LC50)
0.02 – crustacean (D.magna, 48 h LC50)
Fluoreeni – Fluorene [3 ring]
5.1 – fish (O. latipes; 48 h LC50)
Pyreeni - Pyrene [4 ring]
0.003 – 0.025 – fish (G.affinis, P.promelas; 24-96 h LC50)
0.006 – crustacean (D. magna; 24 h LC50)
Bentsopyreeni - Bentzo[a]pyrene [5 ring]
0.005 – fish (P.promelas; 96 h LC50)
0.05 – crustacean (D.magna; 48 h LC50)
Source: Environmental properties of chemicals (2000) Nikunen et. al.
Toxicity of PAHs to freshwater biota (µg/L)
(Environment Canada 1993)
• Akuutti letaalitoksisuus – narkoosi
– kalat: 0.2 – 7,900 µg/l
– selkärangattomat eläimet: 0.2-17,900
– kasvit (levät): 350
• Krooninen toksisuus – kasvu, lisääntyminen, hengissä
selviäminen
– kalat: 5 – 4420 µg/l
– selkärangattomat: 8 - 680
– kasvit: 5 - 10,000
• Krooninen toksisuus - mutagenisuus, karsinogenisuus
– kalat: 0.1 – 320 µg/l
• Eri PAH-yhdisteet ovat toksisuudeltaan hyvin erilaisia.
• Toksisuutta muuntavat tekijät: eliölaji, Kow (vesipakoisuus), tutkimusmenetelmä, veden laatu, valomuutunta.
Göteborgin öljypäästö 2003
Bunker oil accident in June 2003
Kustbevakningen
WestWaters AB
WestWaters AB
By courtesy of Dr. Lars Förlin et al.
Göteborg University, Sweden
Göteborg
RUOPPAUS
Dredging activities in
Göteborg harbour • Started during winter 2003
• 12 milj tonnes of clay
• 0.5 milj tonnes of rock
• Ended November 2003
ÖLJYPÄÄSTÖ
Bunker oil spill in
Göteborg harbour
• June 23, 2003
• 10-100 tons
• ca 25% PAH
By courtesy of..
Professor Lars Förlin et al.
Göteborg University, Sweden
Fjällbacka, the national reference site
for 15 years
Fjällbacka
Biomarkers Species
Acetylcholine esterase F M C
Metallothionein F M C
Lysosomal stability F M C
EROD F
Core
biomarkers
PAH bile FACs F
Histopatology F M C
Micronuclei F M
DNA damage F M C
Vitellogenin F C
Antioxidant enzymes
(GR, GST, DTD, SOD, etc)
F
Lipid peroxidation (TBARs) F
Protein oxidation F
TOSC F
Immunocompetence F M
Apoptosis M C
Hormonal shift F M C
Multidrug resistance C M
Heart rate C
Additional
biomarkers
Morphometric indecies F M C
F=fish/KALA: Eelpout (Zoarces viviparus), Cod (Gadus morhua) and Flounder (Platichthys flesus) C=shore crab/RAPU (Carcinus maenas) M=blue mussle/SIMPUKKA (Mytilus edulis)
Biomarkers investigated in
Swedish westcoast campaigns.
Biomarkkerit ovat käytännöllisiä työkaluja
ekotoksisuusvaikutusten seurannassa:
River Göta älv
Fjällbacka reference
(vertailualue) site:
Original hypothesis was
that EROD activity (and
other biomarkers) in
eelpout from Fjällbacka is
affected by River Göta älv
and dredging activities in
the Göteborg Harbour
Näytteenotto Göteborgin satamassa Sampling in Göteborg harbour in 2002-2004
(biomarkers)
Eelpout = kivinilkka: MAKSANÄYTTEET
Time/Aika Site/Paikka
May 2002 = ENNEN Göteborg, Fjällbacka
March 2003 = ENNEN Göteborg
May 2003 = RUOPPAUS Göteborg, Fjällbacka
July 2003 = R + ÖLJY Göteborg
April 2004 = ÖLJY Göteborg, Fjällbacka
EROD activities in female eelpout = kivinilkka
0
0,2
0,4
0,6
0,8
May-02
nm
ol/
(min
x m
g p
rot)
Fjällbacka
Nordre älv
Hjuvik
Skalkorgarna
Aspholmarna
By courtesy of Dr. Lars Förlin et al.
Göteborg University, Sweden
EROD activities in female eelpout
0
0,2
0,4
0,6
0,8
May-02 March-03
nm
ol/
(min
x m
g p
rot)
Fjällbacka
Nordre älv
Hjuvik
Skalkorgarna
Aspholmarna
EROD activities in female eelpout
0
0,2
0,4
0,6
0,8
May-02 March-03 May-03
nm
ol/
(min
x m
g p
rot)
Fjällbacka
Nordre älv
Hjuvik
Skalkorgarna
Aspholmarna
EROD activities in female eelpout
0
0,2
0,4
0,6
0,8
May-02 March-03 May-03 July-03
nm
ol/
(min
x m
g p
rot)
Fjällbacka
Nordre älv
Hjuvik
Skalkorgarna
Aspholmarna
EROD activities in female eelpout = kivinilkka
0
0,5
1
1,5
2
May-02 March-03 May-03 July-03
nm
ol/
(min
x m
g p
rot)
Fjällbacka
Nordre älv
Hjuvik
Skalkorgarna
Aspholmarna
Kaikki
pitemmällä
asteikolla!
By courtesy of Dr. Lars Förlin et al.
Göteborg University, Sweden
PAH metabolites in eelpout bile
0
5
10
15
20
25
30
35
May-02 May-03 July-03
Pea
k a
rea x
10^
6
Fjällbacka
Nordre älv
Hjuvik
Skalkorgarna
Aspholmarna
ALTISTUMINEN ÖLJYPÄÄSTÖLLE NÄKYI SAPESSA,
JOSTA MITATTIIN PAH-aineiden MUUNTUMISTUOTTEITA !
By courtesy of Dr. Lars Förlin et al.
Göteborg University, Sweden
DNA adducts in eelpout liver from
Göteborg harbour
0
2
4
6
8
10
12
14
16
May-02 May-03 July-03
nm
ol/
mo
l
Fjällbacka
Skalkorgarna
Aspholmarna
MYÖS GENEETTISIÄ VAURIOITA (ADDUKTEJA)
KEHITTYI KIVINILKAN MAKSAKUDOKSEEN
Göteborgin tutkimuksen
johtopäätökset:
Öljypäästö (nk. Bunker oil) vaikutti voimakkaasti biomarkkereiden vasteisiin (= mm. kohonneet
maksan EROD, DNA muutokset, lipidiperoksi-daatio; alentunut lysosomien vakaus) Göteborgin sataman alueella ja kauempana merellä.
The bunker oil spill strongly affected biomarker responses (increased EROD activity, DNA adduct levels, lipid peroxidation, decreased lyso- somal stability) in the Göteborg harbour area.
Biomarkkerit soveltuvat hyvin onnettomuustilanteen laajuuden ja merialueen toipumisen seurantaan.
Tappava myrkyllisyys välittyy
myös sedimenteistä ..
Sed
imen
tin
PA
H-p
ito
isu
us
Ka
tko
jen
ku
olle
isu
us
Ho ym. 1999
PAH-yhdisteiden seos vaikuttaa kokonaisuutena !
Ympäristön
laadun
minimitavoite.
34 PAH-yhdisteen kokonaispitoisuus sedimentissä.
Ku
olleis
uu
s 1
0 v
rk:s
sa
– e
sim
erk
kil
ajin
a R
. a
bro
niu
s
Öljyntorjuntakemikaalit (dispersantit)
voimistavat altistumista PAH-yhdisteille!
Induktio-
vaikutus Pitoisuus
vedessä
Dispersantti
Ei dispers.
Öljyn PAH-yhdisteiden muita vaikutuksia
kaloilla ja muilla vesieläimillä..
• Narkoosi (2 ja 3 renkaiset PAH:t)
• Valon aiheuttama lisämyrkyllisyys
• Immunologisia vaikutuksia
• Syöpiä (karsinogeenisuus) ja kasvaimia
• Kehitystoksisuutta (teratogeenisuus),
mm. Exxon Valdez tapauksessa.
• PHOTOTOXIC PAHs
Fluoranthene >1024 5 μg/l
Anthracene >1024 6
Phenantrene >1024 378
Retene
>100 < 10
Pyrene >1024 < 2
Benzo[a]pyrene 60 1 μg/l
• NON-PHOTOTOXIC
PAHs
Acenaphthene
Naphthalene
Chrysene
Fluorene
all >1024 μg/l with and
without UVB treatment.
PAH-yhdisteiden valotoksisuus UV-B –säteilyn
vaikutuksesta: (acute EC50 to Daphnia magna due to 2-h UV-B radiation)
Source: Wernersson, A.-S. (2003) EES 54:355
Principal mechanism is photosensitization (i.e. metabolic toxicity)
Auringon UV-valo lisää myrkkyvaikutuksia !
Ho et al. 1999
Öljyn PAH-yhdisteet aiheuttavat kehityspatologisia vaikutuksia
• Blue sac disease
(Hodsonilta) H
YSE
HSE
YSE = ruskuaispussivaurio
HSE = sydänpussivaurio
H = verenvuotovaurio
Signs of toxicity
0
20
40
60
80
100
2 9 16 23 30 37 44 49
Pre
va
len
ce
Bluesac disease
Hemorrhaging, H
Yolk sac edema, YSE
Hatch
Days of Exposure
By courtesy of Dr. Peter Hodson et
al. Queen’s University, Canada
PAH-aineen monipuolisesti vaurioittama kalan
alkiopoikanen (medaka)
Poikaset jäävät
pienemmiksi..
.. eivätkä pysty
käyttämään
ruskuaispussin
energiaa
kasvuunsa.
altistuspitoisuus µg/l
MWO
LWO
LWO = vähemmän säistynyt
MWO = enemmän säistynyt
myrkyllisempää!
Exxon Valdezin
raakaöljy ja
Tyynenmeren silakka:
Patologiset rakennevauriot
tuhoavat pikkupoikasen
elinkyvyn
seurauksena kalan
vuosiluokan alenema.
Esim. Exxon Valdez tuhon
vaikutus silakan poikas-
tuotantoon oli -52 %.
YSE
HSE
Uintikyky
Leuka-
vaurio
Selkäranka-
vaurioita
Tyynenmeren
silakka Clupea
pallasi. (ETC 18:481, Carls et al.)
Pitoisuudet µg/l
Epidemiologian haaste:
Tunnistaa vaurion syyn ja seurauksen
väliset yhteydet ja riippuvuudet ilman, että
käytettävissä välttämättä on kontrol-
loitujen kokeiden antamia näyttöjä.
EPIDEMIOLOGIA Oppi sairauksien ja oireiden esiintymisestä
ja aiheuttajista (ihmis)populaatiossa…
HAVAINTOJEN KOKOAMINEN YHTEEN
Cause
Pathway Effect
Ecoepidemiology
Mm. öljyn
PAH-
yhdisteet,
vaikutus-
mekanismit.
Välivaiheita,
prosesseja. Vaikutukset
populaatioissa
(mm. lajitaso)
ja eliöyhtei-
söissä.
HAVAINTOJEN KOKOAMINEN YHTEEN
Näytteenotto suunniteltava ja hoidettava hyvin !
Öljyntorjuntaharjoitus - WWF & kumpp.
Syyskuu 2005 – Porvoo/Tolkkinen
KIITOKSIA !