Forsuringstilstand

Tilstandsøkoklinen forsuringstilstand SU) omfatter effekter på naturen av langtransporterte, menneskebetingete (antropogene) kjemiske stoffer, først og fremst svovelforbindelser, som virker forsurende når de gjennom nedbør (våtavsetning) eller direkte fra luft (tørravsetning) avsettes på mark og vegetasjon og seinere tilføres jord og vann. Den menneskebetingete forsuringseffekten kommer i tillegg til den naturlige forsuringen som er resultatet av prosesser i mange økosystemer, for eksempel ved jordsmonnsdannelse. Forsuring har vært, og er til dels fortsatt, kilde til tilstandsvariasjon i norske ferskvannssystemer. Effektive internasjonale avtaler har imidlertid redusert utslippene av svovelholdige forbindelser sterkt fra omkring 1990 til i dag. Kalking har blitt, og blir fortsatt, nyttet som mottiltak mot forsuring av vann og vassdrag. Tilstandsøkoklinen forsuringstilstand SU) beskriver den aktuelle forsuringstilstanden slik den framstår etter eventuell kalking.

Forsuringstilstand (SU) er en viktig tilstandsfaktor i ferskvannforekomster (landskapsdel-hovedtypene elveløp og innsjø). Forsuringstilstand (SU) er også relevant for natursystem-nivået, i fastmarkssystemer og i livsmedium-hovedtypen frie vannmasser i ferskvann.  

Variabeltype: Ø2 (økoklinal variasjon der trinn langs økoklinen blir definert ved å sammenlikne artssammensetningen i en arealenhet med artssammensetningen ved en definert nulltilstand).

Variabelformel: OE6 (ordnet faktorvariabel med envalgsavkryssing; 6 trinn).

Forsuringstilstand (SU) har ett økoklinuttrykk og deles, liksom eutrofieringstilstand (EU), i seks trinn (Tabell 1) med utgangspunkt i sjutrinnsskalaen for standardisert trinndeling av tilstandsøkokliner (på grunnlag av grad av endring i artssammensetningen sammenliknet med referansetilstander; se Artikkel 1: D3g). Trinnene 6 og 7 på standardskalaen er slått sammen. Operasjonalisering av trinndelingen (fastsettelse av nulltilstand og ekstremtilstand) vil måtte gjøres separat for ulike naturtyper.

Forsuringseffektene på norsk natur skyldes tilførsler av forsurende langtransporterte luftforurensninger, først og fremst svovelforbindelser, som transporteres med de store luftstrømmene over betydelige avstander før de blir avsatt med nedbør eller som tørravsetning [se Semb (2002) for en oversiktlig framstilling av tilførselsprosessene]. Semb (2002) oppsummerer beregninger av de ulike europeiske landenes bidrag til svovelnedfallet i de øvrige europeiske landene, som ble gjort som grunnlag for forhandlingene om utslippsreduksjoner på 1990-tallet. Beregningene for 1990 viste at Norge sjøl bare sto for ca. 4 % av det forsurende nedfallet i vårt eget land. Den største ’leverandøren’ av svovelforbindelser til Norge var Storbritannia (27 %), fulgt av det tidligere Sovjetunionen (8 %) og Polen (4 %).

Utslippene til atmosfæren starter som punktutslipp, men blander seg og gir opphav til konsentrasjonsgradienter i atmosfæren og gradienter i deposisjon av langtransporterte forurensninger med mønstre på regional skala [100–1000 km, det vil si 10⁵–10⁶ m, se Aas et al. (2008)].

Tilførsel av store mengder sur nedbør til naturen over lang tid forårsaker endringer i artssammensetningen som er helt parallell med variasjonen [i rommet på fin (lokal) skala] langs den lokale basisøkoklinen kalkinnhold (KA). Variasjon langs forsuringstilstand (SU)  [og kalkinnhold (KA)] kommer til uttrykk ved at arter med høyere krav til mineralnæring og/eller som skyr sure levesteder avtar i mengde, mens arter som er mer tolerante overfor sure og næringsfattige forhold øker i mengde eller opprettholder sin mengde. Samme mekanisme ligger til grunn for menneskeskapte og naturlige forsuringsprosesser. Et eksempel på en naturlig forsuringsprosess er dannelsen av podsolprofil i grandominert fastmarksskogsmark [se Romell (1935) og Artikkel 27]. Det øverste sjiktet i et podsolprofil er et surt råhumuslag. Råhumuslaget er resultatet av en lang og kontinuerlig prosess der jorda tilføres barstrø som, når det blir ’skylt’ med nedbørvann, avgir H⁺-ioner som på sin veg med vannstrømmen nedover gjennom jordprofilet byttes ut med basekationer som Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ og K⁺. Forskjellen mellom forsuringstilstand (SU) og kalkinnhold (KA) består først og fremst i tidsdimensjonen; forsuring har et tidsperspektiv på tiår, jordsmonnsdannelse (og naturlig forsuring av jordsmonnet) har et tidsperspektiv på hundrer og tusener av år.

Hovedmekanismen ved forsuring av jord er som følger (se Abrahamsen & Stuanes 2002): I jorda er det en fin balanse mellom ioner med ulik ladning (kationer med positiv ladning og anioner med negativ ladning), som er bundet til mineral(korn)ene (se Fig. 1). Store deler av Norge er dekket av hard prekambrisk berggrunn som forvitrer langsomt, som har tendens til overskudd av anioner og som gir opphav til sure jordsmonnstyper (Artikkel 19: Fig. 1). Kationene er oftest sterkere bundet til jordpartiklene enn anionene, når H⁺-ioner og bevegelige anioner (som for eksempel SO₄^2–) tilføres med den sure nedbøren, byttes basekationer (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, og NH₄⁺) ut med H⁺ og følger de bevegelige anionene ut av jordsøylen med sigevannet. Resultatet er reduserte basekationekonsentrasjoner i jorda og forsuring både av jord, vann og vassdrag. Ettersom artenes fordeling langs forsuringstilstand (SU) og kalkinnhold (KA) ikke er kvalitativt forskjellig [med det unntaket at den sure nedbøren også inneholder nitrogenkomponenter, slik at forsuringstilstand (SU) og eutrofieringstilstand (EU) i noen grad følges ad], kan tilstandsvariasjon langs forsuringstilstand (SU) være svært vanskelig å skille fra naturlig variasjon langs kalkinnhold (KA).

Etter grundige overveielser er effekter av kalking, det viktigste mottiltaket mot forsuring av ferskvannsforekomster, inkludert i tilstandsøkoklinen forsuringstilstand (SU). Årsaken til dette er at kalking i stor grad opphever forsuringseffektene slik at effektene av de to påvirkningsfaktorene knapt kan skilles fra hverandre i praksis.

Temaet ’tilførsler og virkninger av langtransporterte luftforurensninger’ har stått på dagsordenen siden 1960-tallet. Forsuring av vann og jord har vært en viktig problemstilling innenfor dette temaet siden starten. Begrepene ’sur nedbør’ og ’forsuring’ er godt innarbeidet for forsuringseffekten av langtransporterte luftforurensninger (se Ulstein & Abrahamsen 2002).

Trinngrenser for forsuringstilstand (SU) definert ved sammenlikning mellom aktuell artssammensetning og artssammensetningen ved referansetilstandene (nulltilstand og ekstremtilstand) må enten operasjonaliseres ved sammenstilling av empiriske data eller legges til grunn for ekspertvurdering. I prinsippet krever fastsettelse av nulltilstanden kunnskap om hvordan artssammensetningen på et gitt sted var før forsuringen satte inn. Slik kunnskap finnes for enkelte artsgrupper, for eksempel fisk (Hesthagen & Jonsson 2002). For de aller fleste artsgrupper må imidlertid angivelse av forsuringstilstand baseres på ekspertvurderinger (se Artikkel 1: D3g).

I Norge er ferskvannsfisk den best kartlagte artsgruppa med hensyn til historisk utvikling av forsuringseffekter (se Hesthagen & Henriksen 1994, Hesthagen et al. 1999, Hesthagen & Jonsson 2002). Hesthagen og samarbeidspartnere har utviklet en skadeindeks som i prinsippet er lik metoden som brukes til standardisert trinndeling av tilstandsøkokliner på grunnlag av grad av endring i artssammensetning i forhold til to referansetilstander (Artikkel 1: D3g), der artssammensetningen på et gitt tidspunkt sammenliknes med artssammensetningen ved en nulltilstand. Ved framstilling av skadeindeks-kart bruker imidlertid Hesthagen & Jonsson (2002) en annen sekstrinnsdeling enn standard-trinndelingen i NiN. Skjelkvåle et al. (2007) I bruker en kvartilbasert femdeling av skadeindeksen til framstilling av regionale mønstre.

Drøfting av andre temaer med relevans for økoklinen

Historisk utvikling i forsuringstilstand i Norge

Semb (2002) gir en kortfattet oppsummering av den historiske utviklingen av forsuringstilstanden i Norge. Tilførselen av langtransporterte forsurende forbindelser med nedbøren økte jevnt fra industrialiseringen begynte i Europa mot slutten av 1700-tallet og fram til en historisk topp omkring 1970 (Fig. 2). Effektene av forsuring ble åpenbare på 1960-tallet, og det ble relativt snart allmenn aksept for at problemet var landegrenseoverskridende. I løpet av 1980- og 1990-tallet ble det framforhandlet utslippsreduksjonsavtaler for svovelholdige forbindelser, som har vist seg svært effektive. 2010-målet for svovelnedfall over Norge ble for eksempel nådd allerede straks etter årtusenskiftet (Fig. 2). Utslippene av SO₄-S er i dag ca. 30 % av hva de var på 1970- og i første halvdel av 1980-tallet (Aas et al. 2008). pH i nedbøren økte i denne perioden med ca. 0.5 pH-enheter; på Sørlandet fra ca. 4.2 omkring 1980 til ca. 4.8 i 2007, i Høylandet i Nord-Trøndelag, den av de norske målestasjonene som har høyest nedbør-pH, fra omkring 5.0 omkring 1990 til ca. 5.5 (eksepsjonelt høy årsmiddel-pH, 5.88, ble målt i 2007). Overvåkingen av innsjøer og vassdrag viser også en jevn reduksjon av SO₄-S (og NO₃-N) i samme periode.

De beste dataene om historisk forløp for forsuringseffekter i Norge finnes for ferskvannsfisk, blant annet på grunn av detaljert statistikk for laksefisket (se Fig. 2). Disse dataene viser at det fant sted betydelige endringer i fiskebestandene allerede tidlig i det forrige århundret. Det finnes nå indikasjoner på at tilstanden er i bedring, som resultat av reduserte tilførsler og lokale tiltak (først og fremst kalking); se Hesthagen & Jonsson (2002) og Skjelkvåle et al. (2007).

Omfanget av forsuring i ulike naturtyper i Norge

Omfanget av forsuring og forsuringseffekter varierer mye mellom ulike naturtyper, og det er også betydelig variasjon på regional skala innenfor Norge (Semb 2002, Aas et al. 2008). Ulike arter og artsgrupper responderer ulikt på forsuring, i henhold til sin relasjon til den lokale basisøkoklinen kalkinnhold (KA). De sterkeste forsuringseffektene er observert på ferskvannsfisk; mange arter er følsomme for lav pH og høye aluminiumionekonsentrasjoner på grunn av direkte fysiologiske virkninger [se Hesthagen & Jonsson (2002) for en mer detaljert utgreiing]. Skadeindeksberegningene til Hesthagen & Henriksen (1994) og Hesthagen et al. (1999) gir et representativt bilde, ikke bare av den regionale fordelingen av sur nedbør i Norge, men også av relative effekter av forsuringen. Effektene har vært, og er fortsatt, sterkest på Sørlandet, spesielt i de indre, nedbørrike delene. Relativt sterke effekter er også observert på Vestlandet og sørlige deler av Østlandet, mens effektene er små i resten av landet (Fig. 3). Også andre vannlevende dyregrupper har vært utsatt for betydelige forsuringseffekter [se Jonsson (2002) for oversikt], men for de fleste av disse viser nye overvåkingsresultater en langsom bedring av tilstanden, liksom for ferskvannsfisk (Skjelkvåle et al. 2007).

Mange vann ble fisketomme som følge av forsuring. Dette svarer til forsuringstilstand (SU) trinn 6 svært sterk forsuringseffekt vurdert på grunnlag av dyregruppa fisk (Tabell 1). Forsuringseffekter er også påvist for andre grupper av vannlevende dyr, men stort sett er disse mindre drastiske. Skjelkvåle et al. (2007) viser at andelen av innsjøer med svært sterk forsuringseffekt avtar, og at området der slike sjøer fortsatt finnes, skrumper inn.

På 1980- og 1990-tallet raste en heftig debatt om hvorvidt vitaliteten til norsk skog (trærne i skogen) var endret (redusert) eller i begynnende endring som følge av forsuring. R. Økland (2002) konkluderer i sin oppsummerende gjennomgang av denne debatten at ’det er fortsatt ikke påvist sikre effekter av luftforurensninger på skogtilstanden i Norge.’ Spørsmålet er altså fortsatt ikke entydig besvart (se også Hylen & Larsson 2008), verken positivt eller negativt, og situasjonen svarer derfor til forsuringstilstand (SU) trinn 1 ubetydelig forsuringseffekt. For bunnvegetasjon i barskog ble det for perioden 1988–2003 gjort en rekke observasjoner som indikerte at arter med middels til høye krav til kalkinnhold (KA) i jorda avtok i mengde (R. Økland & Eilertsen 1996, T. Økland et al. 2004). Disse observasjonene ble tolket som resultat av langvarig jordforsuring, omtrentlig tilsvarende forsuringstilstand (SU) trinn 3 svak forsuringseffekt vurdert på grunnlag av bunnvegetasjonen alene. Observasjoner gjort etter 2003 indikerer imidlertid at den negative trenden kan være i ferd med å snu (R. Økland & Nordbakken 2004, Halvorsen et al. 2009).

Undersøkelser av pH i skogsjord i Norge (og Sverige) viser at jordsmonnet har blitt forsuret, men gir ikke noe entydig svar på hvor stor denne forsuringen har vært. Abrahamsen & Stuanes (2002) tallfester derfor heller ikke forsuringseffekter på jordsmonnet i sin oversiktartikkel om dette temaet.