Jakten på morgendagens miljøgifter

Ny modell har gitt forskerne et nytt og lovende verktøy i jakten på nye miljøgifter.

Published

Multimediamodeller

Multimediamodeller er en type matematiske modeller som først ble utviklet av professor Don Mackay ved Universitetet i Toronto mot slutten av 1970-tallet og som NILU har arbeidet med siden begynnelsen av 1990-tallet.

Disse kan beregne hvordan kjemiske forbindelser oppfører seg i miljøet, hvor de anrikes i forhøyede konsentrasjoner, hvor lang tid det tar før de forsvinner, hvordan de tas opp i ulike næringskjeder og i siste instans leder til human eksponering.

Modellene er mekanistisk orientert ettersom kjemiske stoffers oppførsel i miljøet dikteres av ulike naturlover. Kjemiske stoffer er blant annet underlagt loven om konservering av masse. Det innebærer at det eksisterer en massebalanse i naturen som kan danne basis for beregninger av mengder, konsentrasjoner og transport.

Ved å koble disse massebalanser med en naturvitenskapelig forståelse av fordeling, transport og nedbrytning, kan man oppnå en kvantitativ og mekanistisk forståelse for tilførsler og tap av kjemiske stoffer i naturen.

Til slutt kan man så sammenligne beregninger gjort med modellen mot observasjoner (kjemiske analyseresultater) som kan fortelle en om hvor mye en forstår om et stoffs totale miljøskjebne, samt identifisere gjenværende kunnskapshull.

Multimediamodeller har blant annet vært helt sentrale i å skape en forståelse for hvorfor og hvordan ulike organiske miljøgifter anrikes i høye konsentrasjoner i polare områder, noe som igjen har vært med på å danne grunnlaget for internasjonale avtaler på miljøgiftområdet.

Les mer:
Du kan lese mer i Mackay, 2001: Multimedia Environmental Models. The fugacity approach. 2nd Edition. Lewis Publishers. www.crcpress.com.
 

Tusenvis av ulike kjemiske forbindelser produseres i stort omfang over hele verden, men effekten på miljøet for de fleste av disse stoffene er hittil ukjent.

Noen vil kunne være skadelig for mennesker og miljø. Det er en betydelig utfordring å identifisere nye problemstoffer samt forutsi hvor problemene vil kunne oppstå.

En ny modell utviklet ved NILU har gitt forskerne et nytt og lovende verktøy i jakten på nye miljøgifter.

Påvirkning på mennesker og miljø

Ifølge Knut Breivik, seniorforsker ved NILU – Norsk institutt for luftforskning, er det mest avgjørende å få en god forståelse av sammenhengen mellom utslipp og eksponering:

– Ulike faktorer vil være bestemmende for hvordan nye forurensninger fordeler seg i miljøet, tas opp i næringskjeder og eventuelt forårsaker skadelige effekter på biologiske systemer.

– For å få til en rasjonell risikovurdering, er det avgjørende at vi har en god forståelse av hvordan både mennesker og miljø blir påvirket av utslippene, sier Breivik.

Mekanistisk multimediamodell

NILU har i en årrekke arbeidet med å utvikle matematiske modeller for å forstå hvordan organiske miljøgifter spres i miljøet.

Mens tidligere modeller typisk fokuserte på kun mindre deler av et stoffs miljøskjebne eller var utledet fra statistiske sammenhenger, har NILU i samarbeid med forskere i utlandet utviklet en ny mekanistisk multimediamodell (se faktaboks).

Denne kan belyse hvordan endringer i utslipp av organiske miljøgifter påvirker nivåer i det ytre miljø, inkludert næringskjeder på land og i vann, med mennesket helt på topp.

Miljøgiftmodellen CoZMoMAN
Miljøgiftmodellen CoZMoMAN



Kartlegger påvirkning over tid

Modellen skiller seg vesentlig fra de fleste tidligere modeller siden den er dynamisk og dermed kan benyttes for å studere hvordan økosystemet responderer på endringer i utslipp over tid.

Dette er særlig relevant i studier av organiske miljøgifter som er tungt nedbrytbare i miljøet, og som dermed bruker lang tid på å forsvinne.

Modellen kan dermed anvendes til å studere hvor raskt kontrolltiltak i form av utslippsreduksjoner vil redusere den fremtidige miljøgiftbelastningen på menneske og miljø.

Modellen har nå blitt grundig evaluert for å belyse om den er i stand til å forklare den historiske belastningen for den kjente miljøgiften PCB (polyklorerte bifenyler).

En studie som nylig har blitt publisert, konkluderer med at det meste man har av relevante overvåkingsdata på PCB fra Østersjøregionen nå kan forklares ved hjelp av modellen.

Dette innebærer at forskerne er optimistiske til at den også kan anvendes for å forstå andre organiske miljøgifter.

Prosjekt for Norges Forskningsråd

"Knut Breivik. Seniorforsker ved NILU"
"Knut Breivik. Seniorforsker ved NILU"

– Vi vil i første omgang studere om modellen også fungerer for utvalgte nye organiske miljøgifter. For miljømyndighetene er prosjektet av interesse fordi resultatene kan bidra til en bedre risikovurdering av de aktuelle stoffene, sier Breivik.

Gjennom å sammenfatte informasjon fra modellen og observasjoner, håper vi å oppnå en mer helhetlig systemforståelse for hvordan disse nye stoffene oppfører seg i miljøet.

– Det er viktig å konfrontere modellen kontinuerlig med observasjoner, slik at vi er sikre på at vi kan stole på beregningene, sier Breivik.

Ambisiøse planer

Brevik og hans kolleger har store planer for at modellverktøyet også skal brukes for å oppdage helt nye miljøgifter.

– Det er vår visjon at vi skal kunne bidra til å avsløre nye miljøgifter på et langt tidligere tidspunkt enn hva man har klart tidligere.

Så langt har de fleste kjente miljøgifter blitt påvist av kjemikere som mer eller mindre tilfeldig har oppdaget et nytt signal fra instrumentene sine.

– Ved stadig å forbedre kunnskapen som inngår i modellene håper vi på lengre sikt at modeller kan bidra til å avsløre hittil ukjente problemstoffer som er i omløp.

– Dermed kan forhåpentligvis modeller i fremtiden bidra mer effektivt til identifisering av nye miljøgifter og dermed visjonen om en giftfri fremtid, sier Breivik.

Breivik har utviklet modellen i tett samarbeid med forskere fra Stockholms universitet og Universitetet i Toronto.

Referanse:

Breivik m.fl.: Towards an understanding of the link between environmental emissions and human body burdens of PCBs using CoZMoMAN, Environment International
Volume 36, Issue 1, January 2010, Pages 85-91, doi:10.1016/j.envint.2009.10.006.