Å måle konsentrasjoner av miljøgifter i arktisk luft og organismer er viktig. Likevel er det ikke alltid enkelt å finne ut hvor miljøgiftene opprinnelig kommer fra, bare basert på målinger. Og hvordan ender miljøgiftene opp i fisk fanget i Arktis?
Av Christine Forsetlund Solbakken, NILU
Nested Exposure-modellen (NEM) er en ny mekanistisk multimediamodell. Den er laget for å forutsi hvordan nøytrale organiske miljøgifter beveger seg i miljøet og næringsnettene.
At en miljøgift er nøytral betyr at den ikke er ionisk, den er verken positivt eller negativt ladet. For NEM vil det si at modellen kan brukes til å simulere for eksempel miljøgiften PCB, men ikke PFAS. Og der næringskjeder forteller en lineær historie om hvilke arter som spiser hverandre, viser næringsnettet hele det komplekse nettverket av hvem som spiser hvem i gitt økosystem.
NEM-modellen er utviklet av NILU-forskerne Knut Breivik og Ingjerd Sunde Krogseth med bistand fra flere partnere.
Modeller kan støtte reguleringer
– Noen av miljøgiftene vi finner i Arktis har lokal opprinnelse. Likevel har de fleste blitt transportert til Arktis med luft og havstrømmer fra områder lenger sør. Derfor trenger vi et globalt perspektiv for å forstå hvor miljøgiftene kommer fra og hvordan de kommer dit.
Ingjerd Sunde Krogseth
Dette er spesielt viktig fra et kontrollperspektiv. For å håndheve vitenskapelig forsvarlige tiltak for regulering er det viktig å kjenne til kildene til miljøgiftene:
Må regulerende tiltak settes i verk på nasjonal, kontinental eller global skala?
Hvordan det raskt skiftende klimaet påvirker transport av miljøgifter til det arktiske miljøet samt opphopning i arktiske organismer er også relevant. Dette er noe mekanistiske modeller kan hjelpe oss å finne ut.
Hva ligger i modellnavnet?
NEM er en såkalt mekanistisk multimediamodell for miljøgifters miljøskjebne eller «livshistorie». Den beregner også hvordan miljøgifter hoper seg opp i dyra som får dem i seg. Jo høyere opp i næringskjeden du er, jo flere dyr som inneholder miljøgifter har du spist, og jo mer miljøgifter inneholder du. Denne opphopningen kalles «bioakkumulering».
NEM-modellen tar sikte på å simulere reisen en organisk miljøgift foretar gjennom både det fysiske miljøet og næringsnettene, sier Krogseth.
Krogseth forklarer at mekanistisk betyr at modellen er basert på vår teoretiske forståelse av miljøgiftene og hvordan de oppfører seg i miljøet. Med andre ord, de underliggende mekanismene. Multimedia forteller at modellen gjør rede for miljøgifters fordeling og skjebne i alle deler av miljøet.
– Dette er viktig fordi miljøgiftene vi jobber med, finnes over alt. Vi kan ikke se på bare luft eller bare vann for å få det store bildet.
Ingjerd Sunde Krogseth
NEM er også en global modell. Den kan simulere hele prosessen fra en miljøgift slippes ut et tilfeldig sted i verden og til den når økosystemer i den norske delen av Arktis. Modellen viser dette med oppløsning i både tid og rom.
Krogseth forklarer at modellen heter «nested» fordi modellen for det fysiske miljøet kan kjøres på en «nøstet» eller sekvensiell måte.
– «Nøstingen» vil si at vi først kjører modellen for et stort geografisk område, for eksempel hele kloden, med grov romlig oppløsning. Deretter kan vi zoome inn på stadig mindre områder, som Arktis, for en mer detaljert analyse.
Hvordan fungerer NEM?
Å simulere hele reisen fra globale utslipp til eksponering i et økosystem krever at forskerne legger et enormt datagrunnlag inn i NEM. Grunnlaget inkluderer variasjon i tid og rom, og kan deles inn i tre kategorier:
- Informasjon om størrelse, tid og sted for kjemiske utslipp
- Fysikalsk-kjemiske egenskaper og hastigheter for nedbrytning for det kjemiske stoffet
- Diverse informasjon om det fysiske miljøet og alle de levende organismene i dette miljøet
Ryggraden i modellen består av et sett matematiske ligninger. De beskriver hvordan et kjemisk stoff vil fordele seg i miljøet og i organismer. For eksempel mellom luft og vann og organisk materiale. Dette er basert på egenskaper ved stoffet og ved det fysiske miljøet og/eller organismene. Det kan for eksempel være temperatur og fettinnhold.
Forskerne legger også inn informasjon om transport, som luft- og havstrømmer, og om hva og hvor mye organismene spiser. Dette brukes også til å beregne hvordan det kjemiske stoffet beveger seg i det fysiske miljøet og i næringsnettet.
Basert på disse ligningene og dataene, kan modellen forutsi konsentrasjoner av miljøgifter i luft, vann eller jord, så vel som i forskjellige arter.
Den kan også beregne fordeling og transport av miljøgifter, opptak og hvor raskt et stoff brytes ned. Denne informasjonen kan brukes til å forstå for eksempel hvilke byttedyr sel hovedsakelig får sine miljøgifter fra.
Tverrfaglig samarbeid
Alt i alt, er ofte det mest tidkrevende å få input-dataene riktig.
Krogseth forklarer at bioakkumuleringsmodulen inneholder mye artsavhengig informasjon. Ett eksempel er sesongvariasjon i fettinnhold i ulike organismer, Et annet er kroppsvekt for hele levetiden til en organisme. Det kan også være diett, alder på byttedyr, samt detaljer om reproduksjon.
For å vite at modellen fungerer slik den skal sammenlikner forskerne resultater fra modellen med faktiske målinger.
Så langt har forskerne evaluert NEM for miljøgiften PCB-153 i luft i Europa, og i torsk og sild i de norske havområdene. De har også sett på denne miljøgiften i nøkkelarter i Kongsfjordens økosystem. De anslåtte konsentrasjonene i modellen stemmer ganske godt overens med målingene.
En av styrkene ved modellen er at når den først er etterprøvd, kan den brukes til å finne ut hvor miljøgifter faktisk kommer fra. Den kan også finne ut hvordan belastningen av miljøgifter kan endre seg i fremtiden, gitt endringer i utslipp.
Modellen kan også brukes til å evaluere hvordan miljøgiftens oppførsel påvirkes av miljøets eller organismenes egenskaper. Akkurat nå utvider og evaluerer forskerne modellen. De ønsker også å bruke den til å se på hvordan klimaendringene påvirker hvordan miljøgifter oppfører seg i det arktiske miljøet og næringskjeden.
– For at alle disse input-dataene skal bli riktige, er vi helt avhengig av godt samarbeid på tvers av vitenskapelige disipliner – med kjemikere, geofysikere, biologer og økotoksikologer.
Ingjerd Sunde Krogseth
For å lage input til NEM i form av realistiske klimascenarier for endringer i både det fysiske miljøet og i næringsnettene, trenger Krogseth og partnerne hennes innspill fra andre forskere. Det får de blant annet fra samarbeidspartnere ved Framsenteret.
Artikkelen ble først publisert på engelsk i Fram Forum 2024.
Kontakter
Ingjerd Sunde Krogseth
Seniorforsker
Knut Breivik
Seniorforsker, Professor II
Sabine Eckhardt
Seniorforsker
Christine Forsetlund Solbakken
Kommunikasjonssjef
NEM i praksis
I sin nylig publiserte vitenskapelige artikkel beskriver Krogseth et al resultater oppnådd ved bruk av NEM. De viser at norske PCB-153-utslipp fra 1930 til 2020 hadde ubetydelig innvirkning på PCB-153 som finnes i sild og torsk i norske havområder. Det meste kommer fra europeiske utslipp.
Krogseth IS, Breivik K, Frantzen S, Nilsen BM, Eckhardt S, Nøst TH, Wania F (2023) Modelling PCB-153 in northern ecosystems across time, space, and species using the nested exposure model. Environmental Science: Process & Impacts 25:1986–2000, https://doi.org/10.1039/D2EM00439A
Dette arbeidet er en del av COPE-prosjektet (Integrated Risk Assessment Framework for Evaluating the Combined Impacts of Multiple Pressures on Arctic Ecosystems), finansiert av Norges forskningsråd (NFR #287114).