UNIVERSITY OF GOTHENBURG Department of Earth Sciences Geovetarcentrum/Earth Science Centre

ISSN 1400-3821 B601 Bachelor of Science thesis Göteborg 2010

Mailing address Address Telephone Telefax Geovetarcentrum Geovetarcentrum Geovetarcentrum 031-786 19 56 031-786 19 86 Göteborg University S 405 30 Göteborg Guldhedsgatan 5A S-405 30 Göteborg SWEDEN

Brunnsediment: kornstorlek, mineralogi

och möjliga källor

Eric Zachrisson

2

Gullypot sediments: grainsize, mineralogy and possible sources Eric Zachrisson, Bachealor Thesis Project, Göteborg University, Department of Earth Sciences; Geology, Box 460, SE-405 30 Göteborg

Abstract The urban sediment system is a complicated system, with a range of sources, sinks and paths of transport. On its way through the system the sediment goes through both physical and chemical change. The majority of the sediment is of mineralogical origin and is an important conduit for pollutants, and especially the finer fractions have been connected with both airway and cardiovascular disease. It is therefor important to have a good understanding of how sediment is created, transported and changed.

During this survey five gully pots where sampled in Gothenburg. Three of the gully pots where on Kronhusgatan in central Gothenburg. One was situated on Inlandsgatan close to Lundbyleden (highway) and the last one on Vårvädersgatan, a residential high-rise suburb. The gully pots where sampled during two days in the beginning of December 2008. The sampling was carried out using a Russian peat corer and a “sediment scoop”. A reference sample of sanding material was also collected.

On the samples collected, a range of analyses where performed; grain size analyses (dry sieving, pipette), XRD, roundness and sphericity classifications and ignition loss measurements.

The results show a bimodal grain size distribution, with a peak in the fine gravel fraction and one in the fine sand fraction. The samples from Kronhusgatan all have a peak in the fine sand fraction while Vårvädersgatan and the sanding material showed an intermediate peak in the fine gravel fraction. The Inlandsgatan sample shows a distribution in between. The mineralogical analysis by XRD show that the samples mainly consist of quartz and feldspar. A significant difference between the sanding material sample and the others is noted. In the other samples there is an enrichment of quartz in the fine sand fraction. The ignition loss measurements show higher levels of organic material in the sam2ples from Kronhusgatan than in the other samples. Organic content ranged from 1-5%. Roundness and sphericity show no significant difference between the samples; all samples are angular to subangular with medium sphericity.

The most probable source for the peak in the fine gravel fraction is sanding material, and the peak in the fine sand fraction is probably due to a combination of attrition and the inherited crystal sizes from the source material (sanding material). That sanding material is an important source for urban sediments is not surprising when considering the large amounts of material that are used every winter. Differences in flow conditions are also a very important factor in the differentiation between grain sizes and controlling which grain sizes end up in the gully pots. Grain size distribution, organic content, and environment indicate a correlation between traffic density and a finer grain size distribution, which is also supported by earlier studies (Rogge et al.,1993, Robertson et al., 2003 and Vägverket, 2006). Keywords: Road deposited sediment, Urban sedimentology, Gully pots, Gothenburg, Pollution B-601 2010

3

Sammanfattning Det urbana sedimentära systemet är ett mycket komplext system, med en mängd olika sedimentkällor, sänkor och transportvägar. På sin väg genom systemet genomgår sedimentet både kemisk och fysisk förändring. Den största delen av det urbana sedimentet har minerogent ursprung och är en viktig bärare för föroreningar och speciellt finare fraktioner har kopplats samman med luftvägssjukdomar. Det är därför viktigt att känna till hur sediment skapas, transporteras och förändras på dess väg igenom systemet.

Vid denna undersökning provtogs fem stycken brunnar med sedimentfälla i Göteborg. Tre av brunnarna låg på Kronhusgatan i centrala Göteborg. En låg på Inlandsgatan nära lundbyleden på Hisingen, och den sista låg på Vårvädersgatan i ett höghusområde. Brunnarna provtogs under två dagar i början på December 2008 och utfördes med ryssborr och slamspade. Även ett referens prov av sandningsgrus togs ur en ”sandningslåda”.

På proverna som insamlades gjordes en rad analyser; kornstorleksanalys (siktning och pipette), XRD, Rundhet & Sfäricitet och glödförlust.

Resultatet från analyserna visar en bimodal kornstorleksfördelning med en topp i finsandsfraktionen och en i fingrusfraktionen. Proverna från Kronhusgatan uppvisade alla en topp i finsandfraktionen medan Vårvädersgatan och sandningsprovet visade en klar topp i fingrusfraktionen. Inlandsgatan hade en fördelning som placerar sig mitt emellan. Den mineralogiska analysen med XRD visade att proverna till största del består av kvarts och fältspat. Den visade också en skillnad mellan sandningsprovet och de andra proverna, med en anrikning av kvarts i jämförelse med fältspat. Glödförlusten visade en högre organisk halt på Kronhusgatan än vid de andra platserna. Totalt varierade den organiska halten mellan 1-5%. Rundhet & sfäricitet visade ingen skillnad mellan proven, och alla proven var angular till subangular och medel sfäricitet.

Den troligaste källan till toppen i fingrusfraktionen är sandningsgrus, och att finsandtoppen troligen härrör från en kombination av attrition och den ”ärvda” (inherited) kristallstorleken från källmaterialet. Att sandningsgrus är en viktig källa till urbansediment under vintertid är inte förvånande då stora mängder används för halkbekämpning. Flödesförhållandena på platsen spelar också en stor roll i differentieringen mellan kornstorlekar och vilket sediment som spolas ned i brunnarna. Kornstorleksfördelningen, organhalten och placeringen indikerar en korrelation mellan trafiktäthet och finare kornstorleksfördelning, vilket också stöds av tidigare undersökningar (Rogge et al.,1993, Robertson, et.al 2003 and vägverket, 2006).

4

Innehållsförteckning1. Inledning ......................................................................................................................................... 5 2. Bakgrund ........................................................................................................................................ 5 2.1. Urbansedimentologi ............................................................................................................ 5 2.2. Urbansedimentkällor ........................................................................................................... 5 2.3. Föroreningar ........................................................................................................................ 6 2.4. Transport ............................................................................................................................. 7 2.5. Brunnar................................................................................................................................ 8 2.6. Göteborgs avloppssystem ................................................................................................... 8 3. Metod............................................................................................................................................... 9 3.1. Provtagning och provtagningsplatser .................................................................................. 9 3.2. XRD .................................................................................................................................... 9 3.3. Kornstorleksanalys ............................................................................................................ 10 3.3.1 Torrsiktning ........................................................................................................................ 10 3.3.2 Pipettanalys ........................................................................................................................ 10 3.4. Rundhet och sfäricitet ....................................................................................................... 10 3.5. Glödförlust ........................................................................................................................ 10 4. Resultat ......................................................................................................................................... 11 4.1. Kornstorleksanalys ............................................................................................................ 11 4.2. Kornstorleksdistribution .................................................................................................... 13 4.3. XRD .................................................................................................................................. 14 4.4. Mineralogi ......................................................................................................................... 14 4.5. Rundhet och sfäricitet ....................................................................................................... 14 4.6. Glödförlust ........................................................................................................................ 15 5. Diskussion ..................................................................................................................................... 15 6. Slutsatser ....................................................................................................................................... 17 7. Referenser ..................................................................................................................................... 20 8. Appendix ....................................................................................................................................... 21

5

1. Inledning Det urbana sedimentära systemet är ett mycket komplext system, med en mängd olika sedimentkällor, sänkor och transportvägar. På sin väg genom systemet genomgår sedimentet både kemisk och fysisk förändring. Den största delen av det urbana sedimentet har minerogent ursprung och är en viktig bärare för föroreningar och speciellt finare fraktioner har kopplats samman med luftvägssjukdomar som bronkit och astma (Pope et al., 2002) och även cancer. Det är därför av stort intresse att utöka förståelsen hur sediment skapas, förändras och transporteras i den urbana miljön. En viktig ackumulationsplats och sänka i systemet är brunnar med sedimentfälla, och just därför valdes brunnar ut för provtagning.

Målet med studien är att ta reda på:

• Vilka sedimentfraktioner fastnar i sedimentfällorna?

• Har olika typer av urbana miljöer någon inverkan på kornstorleksfördelningen och mineralogin?

• Kan man se någon mineralogisk skillnad mellan brunnar och potentiella källor?

2. Bakgrund

2.1. Urbansedimentologi Den urbana miljön blir allt mer viktig världen runt. Mer än 50% av jordens ca 6 miljarder människor lever eller arbetar i urban miljö med efterföljder på hydrologiska och sedimentologiska system. Den urbana miljöns unika egenskaper skapar en hydrologisk, sedimentologisk och atmosfärisk miljö som inte finns naturligt. Och den har därför en hel uppsättning med nya miljö och hållbarhetsproblem. Historiskt har urban luft, grundvatten och ytvatten undersökts medan urbana sediment i stort har förbisetts (Taylor, 2007), men dess påverkan på mänsklig hälsa har på senare år uppmärksammats och mer energi lagts på forskning i ämnet.

En definition på urban är en miljö vars ekosystem har blivit signifikant förändrad av människans bosättning och aktiviteter; de karakteriseras av en unik förändring av den fysiska, kemiska och biologiska miljön, orsakade av byggnation på stor skala (Taylor, 2007). Urbansediment definieras som sediment som samlats på/i vägar, brunnar, avlopp och i mottagande recipienter som floder, kanaler, hamnar och sjöar (Taylor, 2007). Med vägdam avses i första hand PM10 d.v.s. partiklar med en kornstorlek mindre än 10μm. Vägdam kan infogas under begreppet road -deposit sediment (RDS) som innefattar allt sediment som ansamlas på vägbanan. RDS är en känd bärare av föroreningar, både oorganiska (Fe, Cu, Zn, Pb, Nm, Cr, Cd) och organiska (PAH, PCB, Klorväten, Dioxin) och är därför en viktig faktor i vattenkvalitet och luftkvalitet.

2.2. Urbansedimentkällor Urbansediment har sitt ursprung i en mångfald av källor, både naturliga och antropogena. RDS har ett stort antal källor som antingen är inneboende till vägmiljön och till största delen antropogen, eller externa källor som till största delen är av naturliga källor. Inneboende källor inkluderar avgasemissioner, fordons- och däckslitage, bromsslitage, byggnadsslitage, byggnadskonstruktionsavfall, vägslitage, sandning, vägsalt och vägfärg (Taylor, 2007). Externa källor består av jord, växtdelar och löv, och atmosfärisk deposition (Taylor, 2007). Kvantifiering av dessa källor är dock mycket svårt delvis på grund av den stora mängden möjliga källor och delvis på grund av den heterogena karaktären på RDS. Volymmässigt kommer störst andel inneboende

6

material ifrån jord och byggnadsmaterial (Taylor, 2007). Jord bidrar med organiskt och minerogent material. Byggnadsmaterial bidrar med kvartssand, betong och cement. Tillförsel ifrån vägslitage är som störst under vintern och våren, framförallt pga användningen av vinterdäck, sandning och saltning som bidrar till att öka slitaget på vägbanan (Vägverket, 2006).

2.3. Föroreningar Kopplade till urbansediment är en lång rad föroreningar av olika ursprung och karaktär. Ifrån fordon och byggnation härstammar Br, Cd, Co, Cu, Mg, Pb, Sb, Ti och Zn, medan Al, Ga, La, Mn, Na, Sr, Tl och Y framförallt kommer ifrån jord (Taylor, 2007). Den största delen Na kommer ifrån saltning. Blyblandad bensin var länge ett stort problem och ledde till mycket höga nivåer av bly i RDS, dock har sedan blyblandad bensin började fasas ut i slutet på 80-talet har halterna minskat markant. Istället har katalysatorrening som infördes som krav på bilar tillverkade från och med 1990, och var en av anledningarna till förbudet av blyblandad bensin, Pl och Rh börjat att ackumulera i RDS. PGE (Platinum-group elements) är i metallisk form generellt ansedda biologiskt inerta (Taylor, 2007), dock kan lösbara PGE salter vara mycket reaktiva och är således av intresse ur föroreningssynpunkt.

Organiska föroreningar, likt oorganiska har många källor och former, dessa inkluderar: PAH (polyaromatiska kolväten), PCB (polyklorerade bifenyler), dioxiner och bekämpningsmedel. Den största delen av organiska föroreningar härstammar ifrån fordon och fordonsbränslen som bensin och diesel. I bensin och diesel hittas bland annat bensen, toluen, naftalen och PAH (Taylor, 2006).

Figur 1: Föroreningskällor (från Taylor, 2007)

7

Figur 2: Urbansedimentkaskad (modifierad från Taylor, 2007)

Tabell 1: Föroreningskällor till RDS (översatt ifrån Taylor, 2007, p.196)

Förorening Ursprung

Pb Zn, Cd Cu Fe Mn Cr Ni Asbest Cl, Na PGE (Pt, Pb, Os) Bekämpningsmedel PAH PCB Bakterier

Bensinförbränning, färg Däckslitage, galvaniserade tak, fordonsslitage, smörjmedel, legeringar Bromsbelägg, legeringar, metallindustri Avgaspartiklar, rost, bakgrundsgeologi Däckslitage, Bromsslitage, bakgrundsgeologi Motorslitage, fordonsslitage, legeringar, vägslitage Motorslitage, metallindustri, bakgrundsgeologi Kopplingsslitage Vägsaltning Katalysator Bränsleförbränning, förbränning av biomassa Bränsleförbränning, industri Reningsverk, djuravföring

2.4. Transport Transportvägen som sediment tar från källa till recipient är förhållandevis dåligt förstådd. Var lång- och korttidssänkor finns, hur stor sedimentationshastigheten är, och hur vägen som sedimenten tar påverkar sediment och föroreningsspridning i den urbana miljön. Dessa transportvägar, sänkor och sedimentförändringar kan representeras av ett kaskad diagram. Kaskad-diagrammet (Figur 2) visar förhållanden mellan transportvägar, temporära och permanenta sänkor, kemiska och fysiska förändringar av sediment. Överst i kaskad-diagrammet finns källorna till sediment och föroreningar.

Den största delen av all sedimenttransport i det urbana systemet, utförs av vatten. Men även vind och turbulens orsakar transport, då framförallt PM10 och mindre. Vatten spelar också en viktig faktor i resuspension av aerosolpartiklar, då väta effektivt binder finfraktionerna och hindrar dessa från att resuspenderas.

Vatten transporterar sediment från vägytan genom suspension och genom rullning och saltation. Kornstorleken som vattnet klarar att bära i suspension är direkt relaterat till flödeshastigheten och sambandet mellan flödeshastighet och kornstorlek visas i figur 3. Även turbulent kontra laminärt flöde är en viktig faktor när man beaktar vattens förmåga att suspendera och transportera sediment.

8

2.6. Brunnar Brunnar är viktiga i urbansedimentkaskaden. Brunnar med sedimentfälla fungerar både som en permanent sänka i systemet, då dessa ofta töms på sediment, och som en miljö som kan leda till geokemiska förändringar av sedimentet (Taylor, 2007). Framförallt under perioder utan flöde, kan eH i brunnvattnet ofta nå negativa värden, vilket har stora effekter på redox-kännsliga kemikalier (Morrison et al. 1995). Torrväders processer leder till en ökning av föroreningar i brunnvattnet, med efterföljande negativ påverkan på utflöde vid hög nederbörd (Memon & Butler, 2002b). Vid höga flöden är turbulensen i brunnen hög och bara de grövre fraktionerna kommer att sedimenteras. Beroende på fyllnadsgraden av brunnen kan även tidigare sedimenterat material suspenderas och transporteras ut. Vid låga flödesförhållanden är det endast finsediment fraktionerna som håller sig i suspension (Taylor, 2007).

2.7. Göteborgs avloppssystem Göteborgs avloppssystem började byggas under 1800-talet. I Göteborg används framförallt två typer av system, duplikat- och kombinerat system (S. Ahlman et al., 2004). Ryaverket som tar emot avloppsvatten från mer än 590.000 hushåll och industrier. Avloppsvattnet leds till ryaverket via 2477 km avloppsledningar och 32 km bergstunnlar (Göteborgs stad, Kretslopp). Problem uppstår när suspenderat sediment når vissa delar av avloppssystemet där flödet är lågt. Där sedimenteras sedimentet och leder till lägre kapacitet i tunneldelen som påverkas (Göteborgs stad, Kretslopp).

Figur 3: Hjulströms diagram

Figur 4: Schematisk beskrivning över sedimentprocesser (Taylor, 2007)

9

3. Metod

3.1. Provtagning och Provtagningsområde Sedimentprover har samlats från fem platser i Göteborg. Provtagningsområdena valdes med hänsyn till omgivande miljö för att få med flera olika miljöer, se figur 5. Även ett prov med sandningsgrus har tagits som jämförelse. Proverna togs under två dagar i början på december (4-5 december 2008). Proverna på Kronhusgatan togs med hjälp av Gatubolaget den 4 december, och proverna på Hisingen dagen därpå. Två typer av verktyg användes vid insamlandet av proverna. På Kronhusgatan användes Gatubolagets ”slamspade” och på Hisingen användes institutionens ryssborr. Båda provtagningsmetoderna har en viss förlust av finmaterial från avrinning vid provtagningsögonblicket. Vädret under provtagningarna och tiden innan var torrt och kallt.

Kronhusgatan 1a: Brunnen är belagd vid hörnet där Kronhusgatan korsas av Sankt Eriksgatan. På andra sidan Sankt Eriksgatan finns en parkeringsplats, och bortom parkeringsplatsen ligger Västerleden. Avståndet från brunnen till Västerleden uppskattas till ca 30 m. Mycket trafik.

Kronhusgatan 10a: Är belagd cirka tio meter ifrån korsningen med Nedre Kvarnbergsgatan. Lite trafik.

Kronhusgatan 16: Brunnen är belagd på hörnet där Kronhusgatan korsas av Östra Hamngatan. Mycket trafik, buss, bil och spårvagn.

Vårvädersgatan: Brunnen belagd i en sluttning, miljonprogramsområde, lite trafik.

Inlandsgatan: Brunnen belagd i hörnet i korsningen mellan Inlandsgatan och Herkulesgatan. I anslutning till brunnen ligger en äng och en väg som är hårt trafikerad av lastbilar. Lundbyleden som är mycket hårt trafikerad ligger på ett avstånd av 50 meter från brunnen.

3.2. XRD Röntgendiffraktionsundersökning har utförts på alla proven i 71μm fraktionen. Proverna analyserades i en Siemens D5000 X-Ray Diffractometer. Proven pulveriserades i mortel. Kvantitativ analys utfördes med hjälp av SIRQUANT.

Figur 5: Provtagningsplatser: 1.Kronhusgatan 1, 2.Kronhusgatan 10a 3.Kronhusgatan16, 4.Vårvädersgatan, 5.Inlandsgatan. Källa Karta: Eniro.se

10

3.3. Kornstorleksanalys Kornstorleksanalysen gjordes i två steg, först en siktanalys av alla prover, och därefter en pipettanalys av de prover som visat sig ha en hög andel finmaterial.

3.3.1. Torrsiktning: Torrsiktning utfördes på alla sex proven. Proven vägdes på en våg med noggrannheten 0,01 gram. För siktningen användes siktar med storlekarna 16-, 8-, 4-, 2-, 1-, 0,5-, 0,25-, 0,125-, 0,071mm. För provet med sandningsmaterialet användes även en 0,063mm sikt. Innan siktning torkades proven i torkugn. I de prov med mycket löv och skräp, plockades större lövbitar och skräp (fimpar, plastbitar, mm) bort. Statistisk analys utfördes med hjälp av GRADISTAT V 6.0.

3.3.2. Pipettanalys: Pipettanalys utfördes på tre prov, alla ifrån Kronhusgatan. Alla proven våtsiktades igenom en 63μm sikt och små klumpar sönderdelades försiktigt. Därefter behandlades alla proven med väteperoxid i vattenbad med avsikt att avlägsna allt organiskt material. Väteperoxid tillsattes tills dess att proven slutat skumma kraftigt, därefter kokades försiktigt resterande väteperoxid bort. Proven torkades i torkugn. Eventuella klumpar delades försiktigt sönder i en mortel, därefter vägdes proverna. Mängden sediment i varje prov uppgick till ca 35 gram. Proven dispergerades med 125 ml 2M NaSO4

3.4. Rundhet och Sfäricitet

och tilläts stå i drygt 24 timmar. Därefter hälldes sediment och dispergeringsmedel över i 1000 ml cylindrar. Cylindrarna fylldes på med destvatten till 1000ml. Sedimentet rördes upp med en omrörare och provtagningen med 20 ml pipett började. Djup och provtagningstid beräknat med hjälp av Stokes lag (Folk, 1974).

Rundhet och Sfäricitet undersöktes för alla prover genom okulär undersökning i mikroskop. Kornstorleken som valdes ut för undersökning var 71μm, och 75 korn räknades för varje prov. Kornens sfäricitet och rundhet utvärderades genom att jämföra med Powers (1953) rundhet och sfäricitet skala. Sfäricitet värderades från -0,3 till -0,9 där -0,3 är låg sfäricitet, -0,5 till -0,7 är medel sfäricitet och -0,9 är hög. Rundhet värderades ifrån 0,1-0,9. Ett medelvärde för rundhet och sfäricitet beräknades och jämfördes.

Tabell 2: Rundhet och Sfäricitet skala (Powers, 1953).

Sfäricitet Rundhet -0,9 Hög 0,9 Well Rounded -0,7 Medel 0,7 Rounded -0,5 Medel 0,5 Subrounded -0,3 Låg 0,3 Subangular 0,1 Angular

3.5. Glödförlust För att grovt uppskatta sedimentens organiska halt utfördes en bestämning av glödförlust på alla prov förutom provet med sandningsmaterial då detta kunde antas inte innehålla signifikanta halter organsikt material. Proven torkades vid 105°C i ett dygn och sedan glödgade vid 550°C i två timmar. För att kompensera för heterogenitet inom proverna togs dubbelprover. Därefter tilläts proverna svalna till rumstemperatur innan de vägdes. Korrigering av massförlust pga OH-gruppers avgång ur mineral och karbonaters nedbrytning sker med empiriska värden, se Tabell 3 (Ekström, 1927).

11

Tabell 3: Glödningsförlust hos oorganisk jord fri från karbonater (Ekström, 1927).

Jordart Lerhalt (av mtrl < 20mm; %) Glödningsförlust (%) Grus < 5 1,0 Lerig sand, silt och morän 5-15 1,5 Siltig, sandig lera 15-25 2,0 Siltig lera 25-40 2,5 Lera 40-60 3,5 Lera >60 4,5

4. Resultat

4.1. Kornstorleksanalys Analysen har utförts med hjälp av Excel-programmet GRADISTAT v 6.0. Analysen visar att proverna har en spridning från grus till grusig lerig sand, se tabell 6.

Kronhusgatan 1a Sedimenten insamlat från Kronhusgatan 1a kan beskrivas som grusig lerig sand och har den näst högsta halten av proverna som insamlats. Medelvärde är ca 250μm, mellansand. Provet uppvisar en bimodal fördelning och är mycket dåligt sorterad.

Kronhusgatan 10 Sedimentet insamlat från Kronhusgatan 10 beskrivs som grusig lerig sand och har provseriens högsta halt av finsediment. Medelvärde är ca 145μm, finsand. Provet uppvisar en trimodal fördelning och är mycket dåligt sorterad.

Kronhusgatan16 Sedimentet insamlat från Kronhusgatan 16 beskrivs som grusig sand. Medelvärde ca 520μm, grovsand. Provet visar en bimodal fördelning, mycket dåligt sorterad.

Vårvädersgatan Sedimentet insamlat från Vårvädersgatan beskrivs som sandigt grus. Medelvärde ca 1350μm, fingrus. Provet visar en unimodal fördelning, dåligt sorterad.

Sandningsmaterial Sandningsmaterialet beskrivs som grus. Medelvärde ca 3600μm, grus. Provet visar en unimodal fördelning, med måttlig sortering.

12

Tabell 4: Textur, sediment namn, provtyp och siktningsfel (Gradistat, v 6.0).

Sample Textural group Sediment Name Sample Type Sieving Error

Kronhusgatan 1a: Gravelly Muddy Sand

Very Fine Gravelly Very Coarse Silty Very Fine Sand

Unimodal, Very Poorly Sorted 0,00%

Kronhusgatan 10: Gravelly Muddy Sand

Very Fine Gravelly Very Coarse Silty Very Fine Sand Trimodal, Very Poorly Sorted -0,20%

Kronhusgatan 16: Gravelly Sand Very Fine Gravelly Fine Sand Bimodal, Very Poorly Sorted -1,10% Vårvädersgatan: Sandy Gravel Sandy Very Fine Gravel Unimadal, Poorly Sorted 0,20%

Inlandsgatan: Gravelly Sand Very Fine Gravelly Coarse Sand Unimodal, Very Poorly Sorted -0,10%

Sandningsmaterial: Gravel Very Fine Gravel Unimodal, Moderately sorted 0,10%

Figur 6: Kumulativ kornstorlekskurva, med Partikeldiameter i phi värden.

13

Tabell 5: Kornstorleksfördelning (%) Gradistat v6.0. Kronhusg.1a Kronhusg.10 Kronhusg.16 Vårvädersg. Inlandsg. Sandningsm.

Gravel: 8,90% 12,60% 23,40% 46,10% 27,40% 88,70%

Sand: 75,60% 57% 69,90% 52% 68,50% 10,60%

Mud: 15,50% 30,40% 6,70% 1,90% 4,10% 0,70% V Coarse Gravel: 0,00% 0% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00%

Coarse Gravel: 0,30% 0% 5,90% 0,00% 0,00% 0,00% Medium Gravel: 0,30% 1,30% 4,00% 4,20% 5,10% 0,00%

Fine Gravel: 1,90% 3,40% 5,30% 14,40% 9,90% 38,30% V Fine Gravel: 6,40% 7,90% 8,10% 27,50% 12,40% 50,50%

V Coarse Sand: 7,40% 7,40% 9,20% 15,60% 17,60% 6,40% Coarse Sand: 10,40% 7,10% 12,60% 13,40% 19,50% 2,60%

Medium Sand: 15,30% 8,50% 16,70% 12,60% 16,00% 0,90% Fine Sand: 20,50% 13,00% 17,80% 7,40% 10,70% 0,40%

V Fine Sand: 22,00% 21,00% 13,70% 3,00% 4,70% 0,30% V Coarse Silt: 7,60% 8,50% 2,90% 0,30% 0,70% 0,10%

Coarse Silt: 2,00% 7,20% 1,20% 0,30% 0,70% 0,10% Medium Silt: 3,20% 5,00% 1,20% 0,30% 0,70% 0,10%

Fine Silt 0,70% 4,00% 0,40% 0,30% 0,70% 0,10% V Fine Silt: 0,50% 0,20% 0,20% 0,30% 0,70% 0,10%

Clay: 1,50% 5,50% 0,80% 0,30% 0,70% 0,10% MEAN : 2,1 2,781 0,898 -0,41 0,224 -1,814

SORTING (σ): 2,196 3,262 2,63 1,87 2,077 0,804 SKEWNESS (Sk): -0,113 -0,024 -0,235 0,26 0 0,066

KURTOSIS (K): 1,167 1,152 1,005 0,88 0,963 1,087

14

4.2. Kornstorleksdistribution

4.3. XRD

Tabell 6: Kvantitativ analys av resultat från XRD (Sirquant).

Kronhusg. 1a

Kronhusg. 10 Kronhusg. 16 Vårvädersg

. Inlandsg. Sandn. Hel Sandn. Fin

Anorthite: --- 7,6% --- --- --- --- 0% Albite(low): 43,1% 40,6% 41,6% 29,3% 39,8% 34,8% 37,2%

Albite (high): --- --- --- --- --- 2,7% --- Calcite: 1% --- 1% 0% 2,3% 1% ---

Orthoclase: 3,6% --- 7,6% 4,6% 7,3% --- --- Quartz: 52,3% 51,9% 49,7% 66,1% 50,6% 27,5% 13,6%

Microcline: --- --- --- --- --- 28,5% --- Sodium Chloride: --- --- --- --- --- 5,5% 49,1%

Global Chi^2: 3,56 3,31 3,12 2,35 3,16 2,91 3,49

4.4. Mineralogi

Tabell 7: Fältspat och kvarts i % av total.

Kronhusg. 1a: Kronhusg. 10: Kronhusg. 16: Vårvädersg: Inlandsg: Sandn. Hel: Sandnin. Fin:Kvarts: 52,30% 51,90% 49,70% 66,10% 50,60% 27,50% 13,60%

Fältspat: 46,70% 48,20% 49,20% 33,90% 47,10% 66,00% 37,20%

Figur 7: Class weight (%) / particle diameter (phi).

15

4.5. Rundhet och Sfäricitet Alla proven uppvisar en begränsad spridning med medel sfäricitet och angular till subangular rundning, se figur 9.

4.6. Glödförlust Resultatet från glödförlusten visar en överlag låg organisk halt. De högsta halterna kommer alla ifrån proverna tagna på Kronhusgatan. Kronhusgatan 10 har högst korrigerad procenthalt med 5,16%, Kronhusgatan 16 har en likartad halt på 5,12%. Proverna från Kronhusgatan är också de prover med högst halt finmaterial. Glödförlusterna och de korrigerade värdena presenteras i tabell 8.

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9

-0,9

-0,7

-0,5

-0,3

Roundness & Sphericity

VårvädersgatanRambergetKronhusg. 1aKronhusg. 10Kronhusg. 16

Roundness

Sph

eric

ity

Figur 9: Rundhet och sfäricitet.

Kronhusg. 1a:Kronhusg. 10:

Kronhusg. 16:Vårvädersg:

Inlandsg:Sandn. Hel:

Sandnin. Fin:

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Kvarts Fältspat %XRD

Kvarts:Fältspat:

Prov

Hal

t (%

)

Figur 8: Procent av fältspat och kvarts.

16

5. Diskussion Dessa prover, med undantag för provet med sandningsmaterial kan antas ha utsatts för en viss bortsortering av finsediment. Vid höga flöden fylls brunnarna snabbt och en del av materialet i suspension kommer att fortsätta ner i avloppssystemet. Brunnen fungerar som en bräddning och fördjupning i flödessystemet vilket leder till lägre flödeshastighet och sedimentering av grövre partiklar. Vid höga flöden och då sedimentfällan i brunnen är välfylld med sediment är chansen också stor att resuspension inträffar (Taylor, 2007). Skillnader i flödesförhållanden kan också vara en förklaring till skillnader i kornstorleksfördelningen mellan provtagningsplatserna. Dock är det inte troligt att skillnad i flödeshastighet kan förklara anrikningen av kvarts i finsandfraktionen.

Kronhusgatan 1a Provtagningsplatens närhet till Götaleden (västerleden) har troligen en inverkan på kornstorleken, då vägslitage framförallt ger upphov till slitagepartiklar i de finare fraktionerna (Vägverket, 2006).

Flödesförhållande: Av kornstorlekarna i provet är fingrus den övre begränsande kornstoleken, sedan endast 0,6 viktprocent fanns i fraktionerna mellan-, och grovgrus. Vid jämförelse med Hjulströms diagram (figur 3) kan en lägsta transportflödeshastighet på 50cm/s och en totalerrosions flödeshastighet på 150cm/s och flödeshastigheten måste således ha legat mellan dessa hastigheter. En flödeshastighet så hög som 1,5 meter per sekund på gatan är dock inte trolig, annat än vid vissa tillfällen och över korta avstånd. Dock kan de mindre fraktionerna erroderas, suspenderas och transporteras vid lägre flödeshastigheter ner till 20cm/s, och transport under flera olika flödesförhållanden kan därför inte uteslutas. Provtagningsmetoden omöjliggjorde alla former av bevarande av stratifiering. Inte heller är det nödvändigtvis så att flödeshastigheten har varit uppåt begränsande, utan istället kan det tillgängliga sedimentet varit begränsande.

Kronhusgatan 10 Den relativt höga andelen finmaterial är något uppseendeväckande då brunnen inte ligger i direkt anslutning till någon hårt trafikerad väg som kunde antas vara huvudkällan till finsediment. Dock är en möjlig felkälla som kan förklara den höga halten finsediment att i det övre lagret sediment i brunnen hittades en större mängd spackel. Ehuru spackel (byggnadsmaterial, figur 1) kan klassas som urbansediment är det troligen inte representativt med liknande koncentrationer. Därför skiljdes spacklet så långt det var möjligt från resten av provet innan analys, detta var möjligt tack vare färgskillnaden mellan brunnsedimentet (brun-svart) och spacklet (grå-vitt). Det kan dock inte uteslutas att en viss kontaminering skett.

Flödesförhållande: Kronhusgatan 10 har en kornstorleksfördelning som är mycket lik Kronhusgatan 1a och sedimentet har troligen transporterats under liknande förhållanden.

Tabell 8: Glödförlust med korrigering för förlust av OH-grupper.

Vårvädersgatan RambergetKorrigering -1,00% -1,50% -1,00% -1,00% -1,00%

Korrigerat 3,96 5,16 5,12 0,33 2,71

Kronhusgatan 1a Kronhusgatan 10 Kronhusgatan 16

17

Kronhusgatan16 Sedimentet är det prov från Kronhusgatan med lägst finsedimenthalt, detta trots att den ligger i anslutning till den relativt tungt trafikerade Östra Hamngatan. En förklaring till detta kan vara att Östra Hamngatan är populärare bland gångtrafikanter och därför har en högre prioritering för halkbekämpning,

Vårvädersgatan Vårvädersgatan är ett bostadsområde med relativt lite trafik, och bostadshusen är av miljonprograms snitt. Vid en jämförelse av kornstorlekar verkar sandningsmaterial som en av de främsta källorna till sedimentet i brunnen. Det motsägs dock av resultatet från XRD mätningarna. Vårvädersgatan uppvisar 66% kvarts och 33% fältspat, detta resultat ska vägas emot sandnigsmaterialets resultat 27,5% kvarts och 66% fältspat. Det kan dock inte uteslutas att sandningsmaterialet som använts i området kring Vårvädersgatan kan ha en likanande mineralogi som brunnsedimentet.

Flödesförhållande: Den grövsta fraktionen är mellan grus 8-16mm och kräver en flödeshastighet på minst 200cm/s för att transporteras. Då brunnen är situerad i en sluttning med påtaglig lutning är högre flödeshastigheter att förvänta. Detta kan också möjligtvis förklara den högre andelen grova sediment.

Inlandsgatan Flödesförhållande: I likhet med Vårvädersgatan har Inlandsgatan en största kornstorlek som motsvarar mellangrus, och kräver således en flödeshastighet på minst 200cm/s för att transporteras. Dock är lutningen vid platsen inte lika brant som Vårvädersgatan och liknar mer förhållandena vid Kronhusgatan.

Sandningsmaterial Sandningsmaterialet är krossat gnejs/granit ifrån Göteborgstrakten troligen ifrån något av stenbrotten runt staden. De fraktioner som är dominanta är fin grus (gradistat, fine gravel – very fine gravel), mellan -1 till -3 phi. Denna dominans är väntad, då det är en medvetet vald fraktion för sandning. I Göteborgs och Mölndals kommun används används inget Naturgrus (SGU, 2006, s.40) i varken, ballast, sandningsmaterial eller betong.

XRD: Resultaten visar en förskjutning från fältspatrik sandningsmaterial till en jämnare fördelning mellan kvarts och fältspat i proverna från Kronhusgatan och Inlandsgatan, medan Vårvädersgatan uppvisar en fördelning som är motsatt till sandningsmaterialet (se figur 8.) Detta är förvånande då kornstorleksfördelningen hos Vårvädersgatan liknar den för sandningsmaterialet. Ehuru sandningsmaterial från naturgrus inte ska användas inom Göteborgs och Mölndals kommun, kan det inte uteslutas att det ändå används på sina ställen.

Anrikningen av kvarts i finsandfraktionen skulle kunna ha med källans/grantibergets inneboende kristallstorlekar. Den inneboende kristallstorlekarna i kombination med bearbetning kan möjligtvis leda till en anrikning i de kornstorlekar som motsvarar källmaterialets kristallstorlekar. Skillnaden i klyvbarhet mellan kvarts och fältspater kan orsaka att kvarts, som är hårdare och mer svårklyvd anrikas medan fältspat krossas och mals ned lättare.

Organiskt innehåll: Resultaten varierar mellan 5,16%-0,33%. Den rumsliga fördelningen av resultaten liknar från tidigare undersökningar från bland annat Manchester (Robertson, et al. 2003),

18

där högre halter återfinns i de centrala delarna av Manchester och de lägre resultaten i mer förortsliknande miljö. Potentiella källor till organiskt material i RDS är fordonsavgaser, däckslitage, växtdelar (framför allt nedmalning av löv), asfaltslitage och jord (Rogge et al.,1993). Ingen närmre kemisk analys av det organiska materialet och ingen slutsats kan därför dras till vilken eller vilka källor som dominerar. Dock kan man göra vissa antaganden med hänsyn till vilka källor som finns och inte finns på platserna. Organisk halt är mycket intressant med hänsyn till föroreningsspridning, då både organiska och oorganiska föroreningar i högre grad binder till organsikt material än minerogent (Charlesworth et al.,1999).

Rundhet och Sfäricitet: visar ingen signifikant skillnad mellan proven.

Kornstorleksfördelningen: (figur 6) visar två distinkta toppar för brunnsedimentet totalt. En topp i fingrusfraktionen och en topp i finsandfraktionen. Även om det är svårt att koppla kornstorlek till en specifik källa, är sandningsmaterial en mycket trolig källa. Framförallt den utbrädda användningen av sandningsmaterial i halkbekämpningssyfte talar för denna hypotes. Finsandstoppen är dock svårare att koppla till en specifik källa. Framförallt är det troligt att det inte är en enskild källa, utan en kombination av källor, sandningsmaterial, vägslitage, byggnadsmaterial etc, som utgör källa till toppen.

Felkällor Provtagning: Valet att använda dagvattenbrunnar som provtagningsplats för med sig vissa problem när man betraktar kornstorlek. Eftersom transporten till brunnen utförs av vatten så kommer oundvikligen en fraktionering av sedimentet resultera. Eftersom de finare fraktionerna lättare håller sig i suspension så kommer dessa fraktioner att vara underrepresenterade i sedimentet.

6. Slutsatser Proverna som togs mellan den 4-5 december 2008, uppvisar en kornstorleksfördelningen med två distinkta toppar. Kornstorlekar från mellangrus till lera är närvarande, men det är en tydlig uppdelning mellan proven. Denna uppdelning är väntad då proven representerar olika urbana miljöer med olika sedimentkällor. Vid jämförelse med kornstorleksanalys av sandningsmaterial, kan det sägas med relativt hög säkerhet att toppen i fingrusfraktionen (Vårvädersgatan) har sandningsmaterial som källa.

Med toppen i finsandfraktionen är det osäkrare vad källan är, då det antagligen inte rör sig om en källa utan flera olika källor. Toppen utgörs av proverna från Kronhusgatan och den finare kornstorleksfördelningen i jämförelse med Vårvädersgatan och Inlandsgatan är väntad då Kronhusgatan är situerad i centrum och förväntas ha en högre andel finsediment, framförallt på grund av högre trafiktäthet.

Även i proverna från Kronhusgatan är det möjligt att se en utjämning av kurvan och i fallet Kronhusgatan 10 en liten uppgång i fingrusfraktionen, vilket kan indikera att sandningsmaterial är en viktig källa till sediment även här, men att trafikförhållandena leder till nedbrytning av materialet till finare fraktioner.

Flödesförhållanden är också en mycket viktig parameter att ta hänsyn till vid fraktioneringen av sedimenten. Framförallt skillnaden i lutning mellan Vårvädersgatan och de andra provtagningsplatserna kan vara en orsak till den stora skillnaden i kornstorleksfördelningen.

XRD resultatet visar på en anrikning av kvarts i finsandfraktionen. En möjlig förklaring är att det troligen är kopplat till källmaterialets inneboende kristallstorlekar och attritionmängd. Källmaterialets kristallstorlekar ärvs utav det bearbetade materialet och orsakar kvartsanrikningen i finsandfraktionen.

19

Glödförlustresultaten indikerar ett liknande förhållande mellan provtagningsplatserna som kornstorleksanalysen gör. Högre halter i centrala delar med mycket trafik och mindre i områden med lite trafik. Ingen kemisk analys av organiskt material genomfördes och det är därför svårt att säga något om ursprung, men det är troligt att den högre organiska halten i centrum härrör från trafik.

Sammanfattningsvis så är det svårt att dra några generella slutsatser av ett så här litet datasett, många fler provtagningar från fler platser behövs för att kunna säga något mer slutgiltigt. Dock kan slutsatsen dras att den troligaste källan till toppen i fingrusfraktionen är sandningsgrus, och att finsandtoppen troligen härör från en kombination av attrition och den ”ärvda” (inherited) kristallstorleken från källmaterialet. Flödesförhållandena på platsen spelar också en stor roll i differensieringen mellan kornstorlekar och vilket sediment som spolas ned i brunnarna. Kornstorleksfördelningen, organhalten och placeringen indikerar en korrelation mellan trafiktäthet och finare kornstorleksfördelning, vilket också stöds av tidigare undersökningar (Vägverket, 2006).

Förslag till fortsatta undersökningar: Ändra fokus ifrån mineralogi till geokemi. Det är mycket svårt att kvantifiera halter av spårämnen till mängden RDS som skapas, men det kan hjälpa i att klarlägga förhållandet mellan olika källor. Det skulle kunna vara intressant att göra en längre undersökning av sedimentackumulation på vägytor, och i olika urbana miljöer. Det kanske kan vara möjligt att definiera några olika typmiljöer inom det urbana systemet, där man tar hänsyn till olika sediment källor och parametrar för ackumulation. Exempel på dessa skulle kunna vara motorväg, centralt mestadels boende (Linnéstan), centralt gågata (Kungsgatan), centralt tung trafik (centralstationen), förort och villa område. Om det skulle vara möjligt att på ett meningsfullt sätt definiera dessa olika typer av miljöer som finns inom det urbana systemet så skulle också dessa kunna användas i en möjlig modellering.

Tack till Prof. Rodney Stevens för all hjälp och vägledning genom ett projekt som blev lite skitigare än jag hade väntat mig. Docent Mark D Johnson för välviljan att alltid svara på frågor trots att det inte varit hans uppgift! Och sist men inte minst tack till Martin Persson för att han utan en suck svarat på frågor, låst upp labb och pekat ut det uppenbara när jag själv varit för snurrig för att inse.

Tack!

20

7. Referenser Carraz, F., Taylor. K.G., Stainsby, S., Robertson, D., 2006: Contaminated urban road deposited sediment (RDS), Greater Manchester, UK: a spatial assessment of potential surface water impacts. North West Geography, Volume 6, Number 1, 2006, ISSN 1476-1580.

Charlesworth, S.M., Lees, J.A., 1999: Particulate-Associated Heavy Metals in the Urban Environment: Their Transport from Source to Deposit, Coventry, UK, Geography, Coventry University, Priory Street, Coventry, CV1 5FB

Robertson, D.J., Taylor, K.G., Hoon, S.R., 2003: Geochemical and mineral magnetic characterisation of urban sediment particulates, Manchester, UK. Department of Environmental and Geographical Sciences, Manchester Metropolitan University, Manchester M1 5GD, UK

Ekström, G., 1927: Klassifikation av svenska åkerjordar (Classification of Swedish arable soils). Sveriges Geologiska Undersökning, Ser.C, N:o 345 (Årsbok 20), 161 pp (in Swedish). Folk, R.L., 1974: The petrology of sedimentary rocks: Austin, Tx, Hemphill Publishing Co., 182 p. Memon, F. A., Butler, D., 2002: Assessment of gully pot management strategies for runoff quality control using a dynamic model. The Science of the Total Environment, 295, 115–129. Morrison, G. M., Revitt, D.M.,&Ellis, J. B., 1995: The gully pot as a biochemical reactor. Water Science Technology, 31, 229–236.

Pope, C Arden; et al. 2002: Cancer, cardiopulmonary mortality, and long-term exposure to fine particulate air pollution". J. Amer. Med. Assoc. 287: 1132–1141.

Powers, M.C., 1953: A new roundness scale for sedimentary particles, Journal of Sedimentary Petrology 23 (1953), pp. 117–119. Prothero, D.R., Schwab, F., 2004: Sedimentary Geology; An Introduction to Sedimentary Rocks and Stratigraphy, Second Edition. Page 36-37. W.H. Freeman and Company, New York.

Rogge, W.F., Hildemann, L.M., Mazurek, M.A., Cass, G.R., 1993: Sources of fine organic aerosol. 3. Road dust, tire debris and organometallic brake lining dust: roads as sources and sinks. Environ. Sci. Tech. 27, 1892–1904.

Vägverket, 2006: Åtgärder för att minska emissioner av partiklar från slitage och uppvirvling från vägtrafiken. Vägverket, Generaldirektören 781 87 Borlänge.

Sveriges Geologiska Undersökning, 2006: Grus, Sand och Krossberg – Produktion och Tillgångar 2005. SGU – ISSN 0283-2038

Taylor, K.G., 2007: Urban environments. In: Perry, C & Taylor, K. (eds.), Environmental Sedimentology, 190-222. Blackwell Publ. Oxford.

21

8. Appendix

Siktkurvor Kronhusgatan 1a

Kronhusgatan 10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1,0 10,0 100,0 1000,0 10000,0 100000,0

Particle diameter (mm)

Cum

ulat

ive

mas

s re

tain

ed (%

)

Figur 11: Kumulativ % mot partickeldiameter i μm Kronhusgatan 10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1,0 10,0 100,0 1000,0 10000,0 100000,0

Particle diameter (µm)

Cum

ulat

ive

mas

s re

tain

ed (%

)

Figur 10: Kumulativ % mot partickeldiameter i μm Kronhusgatan 1a

22

Kronhusgatan 16

Vårvädersgatan

Inlandsgatan

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1,0 10,0 100,0 1000,0 10000,0 100000,0

Particle diameter (µm)

Cum

ulat

ive

mas

s re

tain

ed (%

)

Figur 12: Kumulativ % mot partickeldiameter i μm Kronhusgatan 16

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10,0 100,0 1000,0 10000,0 100000,0

Particle diameter (µm)

Cum

ulat

ive

mas

s re

tain

ed (%

)

Figur 13: Kumulativ % mot Partikel diameter i μm Vårvädersgatan

23

Sandningsmaterial

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10,0 100,0 1000,0 10000,0 100000,0

Particle diameter (µm)

Cum

ulat

ive

mas

s re

tain

ed (%

)

Figur 14: Kumulativ % mot Partikel diameter i μm Inlandsgatan

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10,0 100,0 1000,0 10000,0

Particle diameter (µm)

Cum

ulat

ive

mas

s re

tain

ed (%

)

Figur 15: Kumulativ % mot Partikel diameter i μm Sandningsmaterial