Musslor som miljöarkiv

Inledning

Musslor har i många sammanhang använts som indikatorer på miljön. Vanligtvis har då organismens mjukdelar analyserats för att få en uppfattning om vattenkvaliteten där den levt. Till exempel har man genom analyser av mjukdelar uppskattat Ra‑halten i vattendrag nära områden där man bryter uran (Jeffree och Simpson, 1984; Jeffree, 1985; Jeffree och Simpson, 1986; Jeffree, 1988; Johnston et al, 1985; Johnston et al, 1987a; Johnston et al, 1987b; Johnston et al, 1987c) eller uppskattat graden av radioaktiv kontamination från Tjernobyl‑olyckan (Riccardi och Ravera, 1989). Fördelen med att analysera elementförekomsten i vattnet med omvägen över musslans mjukdelar, är att man därigenom erhåller en av musslan utförd anrikning av i vattnet förekommande ämnen. Man kan på så sätt detektera lägre nivåer av de sökta elementen.

Istället för att analysera musslans mjukdelar, kan man välja att analysera dess skal (Sturesson, 1978). När skalet, vilket huvudsakligen består av CaCO3, bildas, inlagras även andra grundämnen i varierande grad (Tsujii, 1980; Masuda och Hirano, 1980; Masuda, 1981; Jones, 1985). Dessa ämnen antas inte diffundera i den fasta skalmatrisen (Urey et al, 1951), vilket är en grundförutsättning för att kunna använda musselskal som miljöarkiv. Fördelen med att använda skal som provtagare är alltså att vi här har en beständig inlagring av ämnen, medan vi däremot i mjukdelarna har en omsättningstid, av upptagna element, på några dagar (Sturesson, 1978). Genom att analysera skalen erhåller vi dessutom en integration bakåt i tiden, och är inte enbart hänvisade till analyser av förhållanden i nuet.

Musslorna anlägger under skalets tillväxt årsringar, genom vilka individens ålder kan uppskattas. Ringarna består av ljusa band åtskilda av smala mörka linjer (Jones, 1983; Jones, 1985). Vet man när musslan har dött, kan man genom att räkna årsvarven tillordna dessa ett visst år (med en viss felmarginal). Detta kan man utnyttja till att följa hur sammansättningen i skalet förändras med tiden, genom att analysera delprover motsvarande delar av år till flera år. Inom klimatologin har man analyserat O18/O16‑förhållandet för CaCO3 i olika årsvarv (ner till delar av år) i musselskal (Masuda, 1981; Jones, 1983; Jones, 1985). Enligt Urey et al (1951) varierar O18/O16‑förhållandet i havsvattnet med havstemperaturen, vilket avspeglar sig i CaCO3. Genom att då mäta detta förhållande i CaCO3 för olika skalsegment hos musslan, kan man få en uppfattning om hur havstemperaturen har varierat i havet där den levt.

Man kan även tänka sig att analysera hur i kalkskalet olika inlagrade ämnen ändrar sig över tiden. Masuda (1981) har undersökt hur några metallers halt i kalkskalet hos olika marina musslor beror av olika klimatologiska faktorer. Även en del undersökningar av skal från sötvattenmusslor har gjorts (Dermott och Lum, 1986; Carell et al, 1987; Lindh et al, 1988). I dessa fall har man försökt att via haltutvecklingen i skalen spåra en antropogen påverkan av miljön. Carell et al har i sin undersökning analyserat skal av Margaritifera margaritifera (flodpärlmussla). Lindh et al och Dermott och Lum har däremot använt sig av skal av Anodonta (dammussla).

I föreliggande arbete har skal av M margaritifera analyserats. Den lever i strömmande vattendrag i skogsbygder i huvudsakligen oligotrofa områden, och eftersom den under hela sin levnad är nära nog stationär är den väl lämplig som provtagare av omgivande vatten. Fördelen med att välja M margaritifera, framför exempelvis Anodonta, är att den kan bli gammal, i bästa fall en bra bit över 100 år (till skillnad från andra sötvattensarter). Detta gör att man kan jämföra halter av ämnen över längre tidsperioder.

Vad säger oss då elementhalterna i sötvatten för något? Jo, främst två saker:

För det första påverkas vissa ämnen av förändrat pH. Vissa ämnen ökar sin rörlighet ‑ mobiliseras ‑ medan andra ämnen binds upp ‑ immobiliseras ‑ på ett eller annat sätt, när pH sjunker. Det vi då ser är effekter av den så kallade försurningen. Vissa av dessa effekter är allmänt kända, och accepterade, till exempel att aluminium frigörs, medan andra inte är lika allmänt accepterade, eller upptäckten återstår att göras.

Om vi noterar hur olika elementhalter förändras, och om vi vet att en försurning har ägt rum, kan vi observera vilka ämnen som påverkats av pH‑sänkningen, och i vilken riktning, och vilka som är indifferenta. Genom att vi nu har ett antal element som vi känner pH‑beroendet för, kan vi sedan använda dessa som indikatorer på en eventuell pH‑förändring i det vattendrag där vår mussla levt.

Den andra informationen vi kan tänkas erhålla från observationer om elementhalten i sötvatten, är en uppfattning om depositioner av ett visst ämne till vatten har skett. Denna deposition kan till exempel ske från luften ‑ ett exempel på det är svavelnedfallet ‑ eller direkt i ett vattendrag från till exempel en industrianläggning. Svårigheten kan möjligen bli att skilja effekterna av direkta depositioner från de indirekta effekterna av mobilisering på grund av försurning. Även dessa direkta depositioner kan i vissa fall tänkas visa ett visst pH‑beroende, på grund av att de till exempel kan vara kopplade till svavelnedfallet.

Av skalet från en viss individ av M margaritifera sektioneras skalbitar med lämpliga tidsintervall ut, som skall fungera som provtagare för det vattendrag musslan levde i. Som en första approximation antar vi att halten i skalbiten är proportionell mot halten i vattnet för den aktuella tiden:

Csi  = ki*Cwi    (1)

Csi  = halt av ämne i i skalbiten

Cwi  = halt av ämne i i vattendraget

ki  = proportionalitetsfaktor för ämne i

Proportionalitetsfaktorn i (1) är anrikningskoefficienten för ämne i. För att få en skattning av den, behöver vi analysera vattenprover tagna under samma tidsrymd under vilken skalbiten tillvuxit. Att genomföra en sådan vattenanalysserie tar lång tid, då den skall jämföras med skalbitar av tidsintervall på 5‑10 år och följaktligen vattenprover måste tas under en lika lång tidsperiod. Vattenproverna måste dessutom tas under upprepade tillfällen under tillväxtperioden varje år, eftersom man på goda grunder kan förvänta sig att halten av olika ämnen ändrar sig i takt med vårfloden, växlande vattenstånd, nederbörd och så vidare. Det är till exempel inte ovanligt att det i vissa vattendrag på våren uppstår så kallade surstötar (Dickson, 1980) när den sura snön smälter, och med sitt låga pH sänker pH‑värdet kraftigt i vattendraget eller sjön. Dessa surstötar kan även inträffa i vattensystem som ligger i områden med skaplig buffertkapacitet, där pH hamnar på en onormalt låg nivå tills det sura vattnet har hunnit att neutraliserats. Några analyser av vattenprover har inte gjorts vare sig i samband med tidigare analyser av M margaritifera (Carell et al, 1987) eller i föreliggande undersökning. Någon uppfattning om anrikningskoefficienten för olika ämnen i M margaritifera finns sålunda inte utan alla mätningar ger endast relativa värden.

När vi nu har analyserat vår skalbit med avseende på ett antal grundämnen frågar vi oss: Hur representativ är halten av ämne i hos en viss individ n av M margaritifera, halten av ämne i hos en oändligt stor population av samma art? Eller annorlunda uttryckt: Skiljer sig anrikningskoefficienten för ämnet i mellan olika individer av M margaritifera, eller är den någorlunda konstant? För att få ett effektivt provtagningssystem är det önskvärt att anrikningskoefficienten är nära konstant för en viss art, för att slippa analysera alltför många individer. Om man dessutom vill använda museisamlingar av skal och göra haltbestämningar bakåt i tiden, och sedan jämföra dessa data med de som erhålls genom analyser av "färska" skal är det ett krav att anrikningskoefficienten är konstant, annars är en så kallad "skarvning" av data inte tillåten (om inte en uppskattning på något sätt kan erhållas för hur mycket anrikningskoefficienterna skiljer sig åt).

Om vi tittar på ett snitt av ett visst tidsintervall från en och samma individ och haltbestämmer den med avseende på ämne i, får vi då samma halt som om vi hade snittat ut samma tidsintervall, samma individ, men på ett annat ställe i skalet? Frågan är: Är fördelningen av ämne i homogen i skalmateria från samma tidsperiod? Eller har vi inhomogeniteter som gör att anrikningskoefficienten för en viss individ är en funktion av var snittet läggs?

En ytterligare fråga vi måste ställa oss är om upptaget av något eller några ämnen ändrar sig över tiden. Det har i tidigare undersökningar (Westermark, 1990a) funnits indikationer på att vissa element tagits upp i högre grad i musslans ungdom än när musslan var äldre. Det innebär att på grund av någon fysiologisk faktor hos individen, är musslans anrikningskoefficient för ett visst element större i dess ungdom än senare i livet. Om sådana ålderseffekter finns måste vi finna ut för vilka element denna ålderseffekt finns, och vid vilken ålder hos musslan den är av betydelse. Tidigare studier av (Westermark, 1990b) antyder att åldersrelaterade elementupptag är märkbar endast under de första 10-15 åren av musslans levnad.

När man försöker upptäcka trender för olika element i musselskal tittar man vanligen på absoluta elementhalter. Ibland kan det dock vara intressant att även se på hur halten av ett element utvecklar sig relativt skalets makrokomponent, det vill säga kalcium. Skalet består av åtminstone två delar, en oorganisk fas som domineras av CaCO3 och en organisk fas. Man kan tänka sig att vissa av elementen lagras in företrädesvis i den oorganiska fasen, medan andra i den organiska fasen. En undersökning av Forberg et al (1987) tyder på detta. I denna visades att 99 % eller mer av Ca, Sr, Ba, och Na och omkring 90 % av Sc fanns i den mineraliserade fasen (det vill säga i CaCO3-fasen). Däremot återfanns Br och Ag till 90 % eller mer i den organiska fasen. Andra element, bland annat Au, Cr, Fe och Se, återfanns till mellan 30 och 60 % i den organiska fasen.

Om olika individer, för samma tidsintervall, visar alltför olika kalciumhalter kommer det att avspegla sig i de totala halterna för de element som företrädesvis lagras in i CaCO3-fasen. Tittar vi på mängden i skalet av ett visst element, i relation till hela skalet kommer vi inte enbart att se en haltutveckling över tiden som beror av haltutvecklingen i vattendraget utan som även beror på kalciuminnehållet (CaCO3) i skalet. Detta blir speciellt märkbart när vi tittar på ett element som varierar lite i halt (till exempel Na i musselskalen). Vi kommer då att dra felaktiga slutsatser om haltutvecklingen i vattendraget där musslorna levt, och om ett eventuellt åldersrelaterat elementupptag hos musslan. För element som i skalet varierar mycket mer i halt än kalcium, så är variationen av halten för kalcium försumbar eller av liten betydelse. För att få en riktig bild av haltutvecklingen för detta element är det då av föga värde att relatera dess halt till kalciumhalten i respektive skalbit.

Syftet med föreliggande arbete var att utröna för vilka element ett pH-beroende upptag i musselskal av arten Margaritifera margaritifera (flodpärlmussla) förelåg. För att få en uppfattning om begränsningarna i att använda denna musselart som provtagare undersöktes hur elementupptaget varierade för olika musselindivider som levt i samma lokal under samma förhållanden. Av samma orsak undersöktes i vilken utsträckning ett åldersberoende elementupptag förelåg för olika element; för vilka element och vid vilken tidsperiod i musslans livsbana denna effekt var märkbar.

Avhandlingen börjar först med en beskrivning av metodologin bakom undersökningen. Där framgår vilka lokaler musslorna kommer ifrån (två stycken), hur undersökningen lagts upp och vilken analytisk metod som använts. I ett avsnitt om statistiska beräkningar beskrivs hur materialet har analyserats statistiskt. Därefter presenteras och diskuteras resultaten i avsnittet resultat och diskussion utifrån de statistiska analyser som gjorts av materialet. Resultaten presenteras och diskuteras för de två olika mussellokalerna var för sig och element för element. En sammantagen diskussion förs i avsnittet allmän diskussion. Där vägs resultaten från de två olika undersökningarna ihop. De slutsatser som sedan kan dras av dessa undersökningar sammanfattas i avsnittet slutsatser.

Till Metodologi