Microplastics in Södertälje : From Lake Mälaren to the Baltic Sea

Trots att ett ökat antal studier de senaste åren slagit fast att betydande mängder mikroplaster kontinuerligt släpps ut i den marina miljön så finns det en utbredd okunskap vad gäller vilka källor som bidrar mest. Det finns således ett behov av att identifiera och karakterisera punktkällor för utsläpp av mikroplaster. Den här studien har genomförts i Södertälje och prover har tagits uppströms Södertälje i Mälaren och nedströms till Östersjön. Området är förutom befolkningen påverkat av olika typer av industrier. Södertäljeviken är väldefinierad och har få tillflöden förutom från avrinning från staden och industriområden. Syftet med studien är att studera källor och spridning av mikroplaster till havet genom att analysera hur Södertäljeområdet påverkar förekomst och typ av mikroplaster i ytvatten och sediment. Ytvatten provtogs i nio stycken lokaler i Södertäljeviken, inklusive två tillflöden, vid två tillfällen under hösten 2017. Vid sex av dessa lokaler och vid ett tillfälle togs även sedimentkärnor. Ytvatten provtags med en pump som sorterade in partiklarna i två fraktioner: >300 μm och 50-300 μm. Halterna mikroskräppartiklar (mikroplast, fibrer och övriga antropogena partiklar) var i samtliga ytvattenprover högre i 50-300 μm fraktionen med skillnader som varierade mellan ca en faktor 5 och faktor 160. Halterna mikroplaster >300 μm i ytvatten varierade mellan 0.1 och 1 partiklar/m3. Det relativt låga antalet mikroplaster i kombination med variationer mellan de två tidpunkterna i halter försvårar slutsatserna om punktkällor. De vanligaste polymererna visade sig vara polyeten och polypropen baserat på analys med infraröd spektroskopi. Hälften av partiklarna som testades kunde dock inte tillskrivas en polymertyp och hamnade i kategorin "oidentifierad polymer". Ett karakteristiskt format rött fragment återfanns i flera av ytvattenproverna och sedimentproverna och var sannolikt färgflagor efter t.ex. bottenfärg. Halterna i ytvatten är jämförbara med studier från Östersjön, Gullmarsfjorden och Nyköpingsåarna (Nyköpingsån, Kilaån, Svärtaån och Trosaån) men lägre jämfört med ytvatten i Göteborg (Mölndalsån, Kvillebäcken, Säveån, Lärjeån och Stora ån). Halten mikroplast i ytvatten ökade inte nämnvärt från bakgrundsnivån i referenspunkten i Mälaren till början av Södertäljeviken (Snäckviken) med industrier, båttrafik osv. samt till centrala Södertälje (Maren) där Mälaren möter Östersjön. Nedströms centrum kunde en viss ökning av ytvattenhalten urskiljas i lokalen Igelstaviken med sina större industrier och Södertälje hamn. Halten mikroplast minskade sedan nedströms och ut i Östersjön. Detta överensstämde med sedimentproverna, dock kan man i ytsedimentet se en ökning redan i Snäckviken. Resultaten tyder på att det finns punktkällor kopplade till lokalerna Igelstaviken och Torpaviken men deras betydelse för det totala utsläppet av MP från land är inte fastlagd. Både båttrafik, industrier, och värmeverk finns kopplade till lokalerna. Inga kända plasttillverkare finns i områdena och det bör därför utredas hur mycket mikroplast som släpps ut från övrig tillverkningsindustri. Sedimentresultaten visar på gradienter med ökande halt i Södertäljeviken fram till Igelsta och därefter en gradvis minskande halt nedströms. Halten mikroplast i sediment är högre i bakgrundslokalen i Östersjön jämfört med bakgrundslokalen i Mälaren vilket tyder på en påverkan från Södertälje. Fler sedimentprov behöver analyseras för att säkerställa skillnaden då variationen av mikroplast i sediment inte är känd.Although an increasing number of studies in recent years have established that a significant amount of microplastics is continuously released into the marine environment, there is a lack of knowledge as to which sources contribute the most. Several studies suggest that the major sources are land-based and that the pollution is spread by fresh water systems before reaching the ocean [1-3]. Although the number of published articles on microplastics in the environment has increased dramatically in recent years, studies on fresh water environments are still scarce and reported to compose of less than 4% of all published studies associated with microplastics [4]. The purpose of this study was to evaluate how urban areas influence the emission of microplastics to the sea and if possible characterize sources of microplastics. The study was conducted in Södertälje and samples have been taken upstream from Södertälje in lake Mälaren, and downstream into the Baltic Sea. In addition to the human population,the area is affected by different types of industries. The Södertälje strait is well-defined and has few influents except from run-off from the city and industrial areas. Surface water was sampled on nine locations in the Södertälje strait, including two influents, on two occasions during the autumn of 2017. At six of these locations and during one occasion, sediment cores were also taken. Surface water was processed with a pump that sorted the particles into two fractions:>300 μm and 50-300 μm. The concentrations of anthropogenic particles (microplastics, fibers and other anthropogenic particles) were higher in all the surface water samples in the 50-300 μm fraction with a difference that varied between about a factor of 5 and a factor of 160. The levels of microplastics>300 μm in surface water varied between 0.1 and 1 particles / m3. The relatively low number of microplastics, in combination with variations in levels between the two replicate samples, make the study of point sources more difficult. The most common polymers were polyethylene and polypropylene based on infrared spectroscopy analysis. However, half of the particles tested could not be attributed to a polymer type and ended up in the category "unidentified polymer". A characteristically shaped red fragment was found in several of the surface water samples and the sediment samples,and was probably paint chips from for example antifouling paints. The microplastic concentrations in surface water were comparable with studies from the Baltic Sea, the Gullmar fjord and rivers in Nyköping and Trosa (Nyköpingsån, Kilaån, Sväraån and Trosaån), but lower compared to surface water in Gothenburg (Mölndalsån, Kvillebäcken, Säveån, Lärjeån and Stora ån). The occurrence of microplastics did not increase notably from the background level at the reference point Björkfjärden in Lake Mälaren to the beginning of the Södertälje strait (Snäckviken) with industries, boat traffic etc. and to central Södertälje (Maren) where Mälaren meets the Baltic Sea. Downstream the city center, a certain increase in occurrence could be distinguished in Igelstaviken with its larger industries and Södertälje harbor. The levels of microplastic then decreased further downstream out into the Baltic Sea. This was also seen 6 in the sediment samples, but in sediment one can see an increase in concentrations already in Snäckviken. The results indicate that there are point sources connected to Igelstaviken and Torpaviken, but their importance for the total emission of microplastics from land is not established. Both boat traffic, industries, and heating plants are connected to these locations. There are no known plastic manufacturers in these areas and it should therefore be investigated how much microplastics are released from other manufacturing industries. The sediment results show gradients with increasing levels in Södertäljeviken down to Igelsta, and then a gradually decreasing level downstream. The level of microplastic in sediment is higher in Oaxen representing the background level in the Baltic Sea compared to Björkfjärden representing the background level in lake Mälaren. This indicates an influence from Södertälje. More sediment samples need to be analyzed to ensure the difference since the variation of microplastic occurrence in sediment is not known.This study was financed by The Swedish Environmental Protection Agency.