Brownification of freshwaters - the role of dissolved organic matter and iron

Abstract: Popular Abstract in Swedish Under de senaste årtiondena har vattenfärgen i många svenska sjöar och vattendrag ökat. Detta innebär att vattnet blir brunare, och detta fenomen benämns därför brunifiering. Brunifiering är inget unikt för Sverige, utan förekommer på åtskilliga ställen på norra halvklotet. Brunifieringen påverkar det akvatiska ekosystemet och vattnets potentiella samhällsnytta. Ur en ekologisk synvinkel kan brunare vatten till exempel minska tillväxten av växtplankton och undervattensväxter i sjön, eller missgynna fiskar som är beroende av synen för att finna sitt byte. Ur ett mänskligt perspektiv kan brunare vatten innebära att det blir svårare att rena och använda det som dricksvatten, och många finner en sjö med brunt vatten mindre trevlig att bada i. Därför är det viktigt att förstå varför vattenfärgen ökar. Brunifieringen brukar tillskrivas ökade koncentrationer av löst organiskt material (OM) – ofullständigt nedbrutna växtdelar från omgivande mark. Detta material ger vattnet en brun färg och i de flesta fall sammanfaller ökningen i vattenfärg med en ökning i OM-halt i vattnet. De ökade halterna av OM har härletts till bland annat klimatförändringar och förändringar i markanvändning. En annan teori är att det är den minskade försurningen som ligger bakom brunifieringen. Fram till åttiotalet skedde det stora utsläpp av svavel till atmosfären från bl.a. förbränning av fossila bränslen så som kol. I luften omvandlades svavlet till svavelsyra vilket sänker pH och försurar regnet. Tack vare lagstiftning har utsläppet av svavel minskat i Europa, och försurningen via regn har därmed minskat. Samtidigt som försurningen har minskat har vattenfärgen och halterna av OM i sjöar ökat, vilket gör att man tror att den minskade försurningen kan vara en av orsakerna till brunifieringen. I ett fältexperiment där jag bevattnade skogsmark med vatten med olika svavelinnehåll visade jag att minskad försurning, dvs högre pH i regnet, gör det organiska materialet i marken mer lösligt och rörligt, vilket betyder att mer OM kan följa med regnvatten från marken till närliggande bäck eller sjö. Förutom den ökade rörligheten såg jag förändringar i det organiska materialets beskaffenhet. Lägre försurning gav OM som bl.a. hade mer färg och bestod av större molekyler. Dessa förändringar i kvaliteten hos det organiska materialet kan påverka hur det bryts ner i sjön. Två viktiga processer för nedbryting av OM är fotooxidation, där OM bryts ner av solljus, och bakteriell nedbrytning, där bakterier använder OM som energikälla. Jag såg att OM under lägre försurning var mer tillgängligt för nedbrytning av solljus, men mindre tillgängligt för nedbrytning av bakterier. Detta kan komma att innebära att den ena processen blir viktigare än den andra för nedbrytningen av OM i det akvatiska systemet. I den utsträckning som minskad försurning är orsaken till brunifieringen kommer den att avstanna eftersom svavelhalterna i nederbörden börjar att närmar sig de nivåer som fanns innan försurningen startade. Förutom OM så är järn i vattnet en viktig faktor bakom vattenfärgen. Dock har järn inte tidigare studerats i samband med brunifiering. Jag visar att samtidigt som vattenfärgen och OM har ökat, så har halten av järn ökat allra mest i våra ytvatten. Vattenfärgen har ökat avsevärt mer än OM, och teoretiskt sett skulle en stor del av brunifieringen kunna bero på ökade järnhalter. Slutligen har jag studerat varför järnet i våra vattendrag ökar. Järnet kommer från omgivande mark, och variationen i järnkoncentration inom åar tycks till stor del bero på förekomsten av syrefria förhållanden i marken. När det blir syrefritt i marken blir järnet lösligt och kan transporteras ut till vattendragen. Syrefria förhållanden i marken bildas när hög markfuktighet sammanfaller med höga temperaturer. De pågående klimatförändringarna med mer nederbörd och högre temperatur kan komma att öka förekomsten och utbredningen av syrefria förhållanden, och därmed öka transporten av järn från mark till vatten. Det är därför troligt att brunifieringen kommer att fortgå även i framtiden.