Utvikling av nye metoder for overvåking og mer effektiv rensing av jordforurensning fra flyplasser

Jordforurensning er en økende bekymring over hele kloden. Ikke bare er forurenset jord et problem i seg selv, men mange forurensninger som slippes ut i jorden, virker sammen med miljøet de passerer gjennom.
– De kjemiske reaksjonene som følger kan medføre endringer av jord- og grunnvannskjemi, sier doktorgradskandidat Perrine Marguerite Fernandez.
– Disse kjemiske reaksjonene oppstår, bokstavelig talt, under føttene våre, og de påvirker vannet vi drikker, maten vi spiser og grunnen under husene vi bor i.

Avisningsmiddel
Perrine har undersøkt forurensning av grunnvann som følge av utslipp av propylenglykol. Propylenglykol er mye brukt til avisning av fly, og har blitt studert siden tidlig på 90 tallet på Gardermoen.
– Selv om propylenglykol har lav giftigheten kan den forringe jord og grunnvannskvaliteten fordi det dannes oksygenfrie forhold. Dette fører til at jern og mangan løses ut fra jorda og vannkvaliteten blir dårligere (for mer informasjon om redoks, se faktaboks til høyre/under).
– Propylenglykol velges ofte i kalde klimaer, da det er like effektivt og mindre giftig enn andre alternativer, sier Perrine.

Høye jern- og mangankonsentrasjoner er uønsket fordi det kan gi problemer for vannlevende organismer dersom vannet kommer ut i vann, elver eller bekker. Det gjør det uegnet som drikkevann og kan forårsake tetting av pumper, rør og annen infrastruktur tilknyttet vannet. Dersom nedbrytningen er over et visst nivå, kan det føre til dannelse av metan, som er giftig og brennbart.

Problemet og løsningen
Perrine har undersøkt tre geofysiske teknikker for å overvåke og forstå nedbrytningen av propylenglykol. Disse metodene er i motsetning til tradisjonell prøvetaking ikke-invaderende, det vil si man hverken ødelegger eller tar ut fysiske prøver av det påvirkede jordvolumet. Hun har også undersøkt om en elektronbro, et jernrør med høy elektrisk ledningsevne, kan bidra til å unngå problemer med for liten oksygentilgang under nedbrytningen.
– Jernrøret hjelper med å overføre elektroner mellom stedet der nedbrytningen foregår, altså dypt i jordprofilet, og jordoverflaten der det er oksygenrikt.
Perrine har undersøkt hvordan de kjemiske reaksjonene påvirker jordens elektriske egenskaper som følge av redoksreaksjonene propylenglykolen induserer.

Jernrør hindrer metall og gassutslipp
Perrine undersøkte to jordtyper, sand fra Gardermoen som inneholder mye jern- og manganoksider og en vasket kommersiell sand som har lite av dette. Perrines resultater viser at når propylenglykolet brytes ned, øker frigjøringen av jern og mangan som øker jordas elektriske ledningsevne (reduserer resistiviteten) og polariseringen i jorda. Dette kan måles med elektrisk resistivitet (ERT) og indusert polarisasjon (IP). I sand med lite jern- og manganoksider fant hun i motsetning til Gardermoen sand, en økt resistivitet som indikerer stor frigivelse av gass, antagelig metan produksjon.
– Resultat av laboratorieforsøkene viser at både frigjøring av jern og mangan og gass kan unngås ved å koble forurensningsområdet til overflaten ved hjelp av en elektronbro.
Aktiviteten til denne elektronbroen kan registreres på overflaten ved hjelp av to elektroder og en voltmeter (Selv potensial metoden, SP). Det fjerner dermed behovet for å forstyrre jorda. Perrines resultater indikerer at elektronbroen kan ha potensial som tiltak for å forbedre den naturlige rensevnen til jord og redusere negative effekter av for høy belastning med tilførte kjemikalier.

Geofysiske metoder registrerer uten å forstyrre
En del av Perrines forskning har vært å finne ikke-invaderende måter å utforske jorda under bakken.
– Deler av prosjektet har handlet om å finne informasjon om jorda uten å grave den.
Graving er både dyrt og upraktisk, da det krever tid og ressurser.
– Det er ikke alltid mulig heller, fortsetter hun.
– Hvis området er beskyttet på en eller annen måte, for eksempel hvis det inneholder omfattende infrastruktur, som en flyplass, eller en form for kulturarv, kan det ikke være et alternativ i det hele tatt.
Hun påpeker også at graving som metode begrenser informasjonen til kun ett sted. Ikke-invaderende metoder kan gi flere resultater raskere.
– I tillegg løper jeg ikke risikoen med å ødelegge den informasjonen jeg trenger ved bare å grave.

Vellykket overvåking
Samlet sett var de tre testede geofysiske metodene effektive til å lokalisere og overvåke redoks-påvirket nedbrytning under anaerobe forhold, så vel som elektrisk strøm i elektronbroen. Sistnevnte effekt virker lovende i forhold til å beskytte grunnvannet basert på det presenterte eksperimentet.