Östersjöns övergödning i ett tusenårigt perspektiv
Övergödningen av Östersjön under 1900-talet är väldokumenterad och har resulterat i bland annat sämre siktdjup, omfattande cyanobakterieblomningar och utbredd syrebrist i bottenvatten. Det gjordes inte systematiska mätningar av miljötillståndet i Östersjön före 1960-talet, och därför vet vi inte mycket om hur ekosystemet förändrades av människans tidiga påverkan. Sedimentkärnor fungerar som historiska arkiv, och kan ge oss en bild av vad som hände.
I min avhandling har jag tillsammans med mina medförfattare undersökt historiska miljöförändringar i Östersjöns kustområde. Vi ville fördjupa förståelsen för vad aktiviteter på land, till exempel jordbruk, ger för konsekvenser för havsmiljön. Sedimentkärnor från bottnarna fungerar som ett historiskt arkiv. I dessa finns fossil av kiselalger, och artsammansättningen av dem kan berätta hur miljön såg ut när de levde. Genom att studera sedimenten i kustzonen har vi spårat de första tecknen av mänsklig påverkan och övergödning till slutet av 1700-talet.
En sedimentkärna från en syrefri botten i Stockholms skärgård. Lamineringarna består av säsongsvariationer i sedimentationen, och bevaras på grund av avsaknaden av grävande organismer i en syrefri miljö. Foto: Elinor Andrén.
SEDIMENTKÄRNOR SOM NATURLIGA ARKIV
För att studera historisk miljöpåverkan i Östersjöns kustzon har sedimentkärnor från bottnarna på fem undersökningsplatser analyserats. Undersökningsplatserna ligger längs med svenska sydostkusten, från Stockholms skärgård i norr till Gåsfjärden i Kalmar län i söder, en sträcka på ca 250 km. Sedimentkärnorna är 3¿5 meter långa, vilket representerar olika lång tid på de olika platserna. Fokus för det här projektet har varit miljöförändringar de senaste 2000 åren. Geokemiska parametrar och mikrofossil av kiselalger har analyserats i de fem sedimentkärnorna. Artsammansättningen av kiselalger är känslig för förändringar i miljön, till exempel vad gäller salthalt, temperatur och näringstillgång. Genom att analysera sammansättningen av fossila skal av kiselalger kan vi rekonstruera historiska miljötillstånd. Vidare har stabila isotoper av kol och kväve analyserats, vilket kan ge ytterligare information om dåtidens ekosystem. För att kunna bestämma när miljöförändringar i historien inträffade är sedimenten daterade med hjälp av radioaktiva isotoper av kol och bly.
Vad kiselalgerna kan berätta
Artsammansättningen av kiselalger i våra prover visar på stabila förhållanden från ca 2000 år sedan fram till 1700-tal. Under denna långa period var andelen kiselalger som lever på andra alger, så kallade epifyter, stor. Detta tyder på en stor utbredning av makroalger såsom exempelvis blåstång och grönslick. De första tecknen på övergödning är från slutet av 1700-talet, och i början av 1800-talet är artsammansättningen av kiselalger redan förändrad. Vad som följer är en försämrad vattenkvalitet med dramatiska förändringar i kiselalgsfloran. Ett försämrat siktdjup begränsar utbredningen av bottenlevande arter och många epifytiska arter minskar drastiskt. Samtidigt ser vi en ökning av runda små frilevande kiselalger, vilket är ett typiskt tecken på övergödning. Andra tecken på övergödning är en minskad artdiversitet av kiselalger samtidigt som koncentrationen av kiselalger i sedimenten ökar. Förändringar i isotopsammansättningen av kväve tyder på en ökad tillförsel av näring från land, från gödsel och latrinavfall.
Undersökningsplatserna är påverkade av den storskaliga förändring i markanvändning som skedde under 1800-talet och fortsatte in på 1900-talet. Jordbruk med ängar och traditionell träda av jordbruksmark fasades ut till förmån för vallodling med gödsel. Våtmarker och sjöar dikades ut, vilket gjorde att landskapet till stor del förlorade sin naturliga förmåga att filtrera bort näringsämnen. I slutet av 1800-talet introducerades konstgödsel, även om användningen inte tog ordentlig fart förrän efter andra världskriget. Växande städer, industrier och reningsverk är punktkällor som i varierande grad har påverkat undersökningsområdena.
KISELALGER FIXAR SYRET
Visste du att du kan tacka kiselalgerna för vart femte andetag du tar? Uppskattningsvis producerar nämligen kiselalger en femtedel av jordens syre. Kiselalger är encelliga alger som finns nästan överallt där det finns vatten, både i hav och sjöar. De lever antingen fritt i vattnet, som plankton, eller fastsittande på ett underlag, t.ex. på sten, sandkorn, makroalger, på båtar och till och med på havssköldpaddor.
Artsammansättningen av kiselalger är väldigt känslig för förändringar i miljön, och kiselalger används därför flitigt inom miljöövervakningen. Tack vare att kiselalgers cellvägg består av kisel kan de bevaras som fossil i sediment, och på så sätt lagras information om historiska miljöförändringar. Förutom all nytta kiselalger bidrar med är de också otroligt vackra att studera.
Koppling mellan kust och hav
För att fördjupa förståelsen för hur samspelet mellan Östersjöns kustzon och öppna havet sett ut historiskt har vi jämfört resultaten från kustzonen med resultat från en sedimentkärna tagen i öppna Östersjön. Våra resultat visar att i öppna Östersjön har både klimat och näringstillförsel från land påverkat artsammansättningen av kiselalger de senaste 2000 åren. I kustområdet däremot har de direkta effekterna av klimatet spelat en mindre roll, och artsammansättningen av kiselalger har främst varit påverkad av näringstillförsel från land.
Ett spännande resultat av denna jämförelse mellan kust och öppet hav är att effekterna av övergödningen syns mer än 100 år tidigare i kustzonen än i öppna Östersjön. Detta belyser hur viktig roll kusten har som en buffertzon för öppna Östersjön. Tidigare studier har visat att skärgården är särskilt effektiv som näringsfilter.
200 år av mänsklig påverkan
EU:s vattendirektiv från år 2000 har som syfte att alla vatten i EU ska uppnå god ekologisk status. Att definiera vad god ekologisk status innebär ska helst ske med hjälp av referensområden. Men i Östersjön finns inga opåverkade områden kvar, och alltså inga referensområden för att definiera referensvärden enligt EU:s vattendirektiv. Vi är därmed hänvisade till andra metoder som modellering och historiska rekonstruktioner av ekosystem.
Våra resultat visar att i flera av de undersökta kustområdena rådde ett miljötillstånd opåverkat av mänsklig aktivitet för mer än 200 år sedan. Maximal tillförsel av näring till Östersjön skedde under 1960-70-talet, vilket avspeglar sig i koncentrationen av kiselalger i sedimenten, något som kan användas som en referens för primärproduktion. Lägre koncentrationer av kiselalger i sedimenten de senaste årtiondena indikerar en bättre vattenkvalitet. Däremot syns ännu ingen förbättring i artsammansättning av kiselalger som indikerar en tillbakagång till referensvärden.
Resultaten visar hur viktigt det kan vara att ha ett långt tidsperspektiv i miljöfrågor. Och för att kunna modellera och förutspå vad som ska hända i framtiden måste vi titta bakåt, långt bakåt.