Fosfor från Östersjöns djupbottnar är problemet Östersjöcentrum i Vamlingbo prästgård, 1 juli, 2014 Fosfor från Östersjöns djupbottnar är problemet Senior professor Anders Stigebrandt Institutionen för marina vetenskaper Göteborgs Universitet

Några tecken på försämrad vattenkvalitet i egentliga Östersjön. Minskat siktdjup Ökad beväxning av grunda bottnar vid kusterna Ökad utbredning av döda bottnar i djupare delar Ökad blomning av cyanobakterier sommartid Alla dessa problem kan hänföras till ökad tillgång till fosfor (P) i havets ytskikt (”övergödning”). Den stora knäckfrågan är: varför ökar fosfortillgången i Östersjön trots att minskningen av den landbaserade tillförseln har halverats sedan 1980-talet?

Exempel: blomning av cyanobakterier i Nordvästra egentliga Östersjön 2005 Kväve-fixerande cyanobakterier blommar främst under sommaren, drivna av överskott på fosfor (P). Mer än hälften av P kvar i ytskiktet efter vårblomningen 3

Volymerna av syrefattigt och syrefritt vatten i egentliga Östersjön 1960 - 2016 ( Årliga maxima under perioden Aug – Okt) (M. Hansson & L. Andersson, SMHI) OBS! Situationen har kraftigt förvärrats sedan 1999 Inte ens stora inflöden av nytt djupvatten kan betala syreskulden !

Samtidigt har P-innehållet i vattenpelaren ökat med 20%! Förklaring? Årlig land-baserad till-försel av fosfor (P) till egentliga Östersjön. Halvering sedan 1980. Samtidigt har P-innehållet i vattenpelaren ökat med 20%! Förklaring? Från Stigebrandt et al. “A new phosphorus paradigm for the Baltic proper” Ambio (2014) Phosphorus content (Tot-P, winter data) above and below 60 m depth

Syrefria bottnar är interna fosfor-källor! Fosfor (TP) under 60 m (- - - ) Areal av syrefria bottnar i eg. Östersjön( ) från1968 till 2010 . Förklaring: Syrefria bottnar är interna fosfor-källor! Innebär att syresättning av syrefria bottnar stänger av den interna fosforkällan! Från Stigebrandt et al. Ambio (2014)

Fosformodell – tvålagerskiktad Östersjö Kattegatt Egentliga Östersjön Fosformodell för den tvålagerskiktade Östersjön. Fosforkällor visas med färgade pilar. Fosforsänkor är proportionella mot ytkoncentrationen vintertid c1. (Stigebrandt et al. Ambio, 2014);

Matematisk Fosformodell för Östersjön (Stigebrandt et al. (2014) Ny term (1) Källor Sänkor Detta är en mass-balans modell (modell av Vollenweider-typ). Den interna sänkan, Intsink = Intsink1 + Intsink2 (c.f. Fig. 1), kan skrivas (Wulff and Stigebrandt, 1989) (2) v är den så-kallade apparenta settlingshastigheten (m år-1) och A är arealen av eg. Östersjön. Den årliga förlusten av fosfor från ytskiktet till interna sänkor är således proportionell mot vinterkoncentrationen c1 i ytskiktet. Den externa sänkan genom export till Kattegatt är proportionell mot . Alla sänkor är således proportionella mot vinterkoncentrationen c1. Från detta följer att c1 ökar (minskar) när den totala p-tillförseln ökar (minskar). (3)

Applikation av P-modellen för bestämning av den interna källan (Stigebrandt et al., Ambio, 2014) Antagande: Intern källa = fs•Aanox fs är den specifika P-källan från syrefria bottnar och Aanox är den totala arean av syrefria bottnar. Modellresultat: fs = 2.3 ton P km-2 år-1 Detta resultat stöds av direkta in situ observationer av flöden från bottnar i eg. Östersjön (Viktorsson et al. 2013; Hall et al., 2017). Också stöd från uppskattade flöden I Bornholmbassängen från hydrografiska mätningar (Stigebrandt et al., 2014). Table 1. Externa and interna P-källor till eg. Östersjön. Modellresultat Stigebrandt et al. (2014) Year Anoxic area (km2) External souce (tonnes P/yr) Internal source (tonnes P/yr) 1980 20 000 60 000 45 750 2005 40 000 35 000 91 500

Varför har det blivit så stor syrebrist i egentliga Östersjön? Mycket salta inflöden kan förlänga bottenvattnets uppehållstid och hämmar syretillförseln till djupvattnet , jmf utvecklingen efter inflödet 1951. Kom ihåg att den externa landbaserade tillförseln har halverats efter 1980-talet. Densitet och syre I östra Gotlandsbassängen (BY15) σT kg m3 O2 ml l-1

Jämviktsmodellen (Stigebrandt, 2017) 𝑐 1𝑒 = 𝑇𝑜𝑡𝑠𝑜𝑢𝑟𝑐𝑒 𝑇𝑅𝑉𝐹 Ytkoncentration vintertid c1e Totsource = Totala källan (landbaserade+oceaniska+interna) TRVF= νA+γ(Qf+Q1) är totala sänkflödet Modellen beskriver observationerna mycket väl! 2010 1980 1955

Jämviktsmodellen kan förutsäga hur Östersjön kommer att svara på ändringar av totala P-tillförseln. Ett exempel: Interna källa stängs av genom syresättning av djupbassängerna. Vad skulle resultatet bli?

Utveckling av den totala P-tillförseln (kton/år) till eg Utveckling av den totala P-tillförseln (kton/år) till eg. Östersjön från olika källor. Jämvikts-koncentration av P i ytskiktet (vintervärden) vs total supply. 2030 2005 1980 2030 1955

För att beräkna responstiden för förändringar använde Stigebrandt (2017) den tidsberoende modellen i följande form.   𝑑 𝑐 1 𝑑𝑡 = 𝑇𝑅𝑉𝐹 𝑉 ( 𝑐 1𝑒 − 𝑐 1 ) V är volymen av eg. Östersjön och TRVF totala ”removal volume flux” Lösningen är 𝑐 1 = 𝑐 1𝑒 +( 𝑐 1𝑖 − 𝑐 1𝑒 ) 𝑒 − 𝑡 𝑇 Tidskonstanten T (e-folding time) är i intervallet 3.3 – 4.8 år beroende av den ursprungliga skiktningen. Det tar en faktor 3 längre tid att nå 95% av en förändring. RT = 3T är restaureringstiden. För eg. Östersjön ligger RT I intervallet 10 – 15 år. OBS! Jämviktsmodellen och den tidsberoende modellen publiceras inom kort i Ambio

Minskning av landbaserade källan med 15 000 ton P år-1 (BSAP-fallet) Restaurering genom syresättning minskning av interna källan med ca 100 000 tonnes P år-1

Hur kan man genomföra syresättning av djupvattnet? Pump anläggning som användes I Byfjorden Flytande vindmölla med pump Pumpning kan drivas av vind, vågor eller ström från elektriska nätet.

Vad skulle det kosta att restaurera Östersjön? Totala kostnaden att syresätta Bornholmbassängen under 10 år har uppskattats till 2000 – 3000 MSEK (Box-win projektet). Att syresätta hela egentliga Östersjön skulle kräva en 10 gånger större insats. Totala kostnaden att restaurera egentliga Östersjön, genom syresättning av djupvattnet under 10-15 år, skulle kosta mindre än 40 000 MSEK. OBS! Innan man kan genomföra en restaurering bör en fullständig MKB(Miljö-Konsekvens-Beskrivning) genomföras.

Denna presentation är baserad på bl.a. Anders Stigebrandt, 2017. On the response of the Baltic proper to changes of the total phosphorus supply. Ambio (accepterad for publicering) Samt på artiklar som producerats av främst BOX-projektet och Box-Win-projektet samt andra projekt. Många av dessa artiklar är listade på, och kan laddas ner från, www.balticsearestoration.org

Tack för uppmärksamheten!