Luleå tekniska universitet har av Luleå kommun, tekniska förvaltningen, fått i uppdrag att utreda effekterna av inpumpning av externt vatten till de uppdämda Luleå innerfjärdar. Fem olika alternativ jämförs inledningsvis varav två efter urval utgör huvudalternativen för den fortsatta miljökonsekvensbedömningen. Som grund för jämförelsen och bedömningen vilar resultaten från tidigare utredningar om innerfjärdarnas hydrologiska, vattenkemiska och ekologiska status. Resultaten från utredningen kan sammanfattas:Bedömningen görs att inpumpningens vattenståndshöjande effekt är den enskilt största faktor som påverkar vattenvegetationens utbredning i innerfjärdarna, genom att märkbart reducera denna. Den inverkan som valet av pump- och strömriktning har på växternas utbredning är förmodligen marginell, Av de två huvudalternativ för inpumpning av vatten som jämförs måste en inpumpning från Skurholmsfjärden förordas före en inpumpning från Mulöviken/Hagaviken på grund av följande orsaker/förhållanden:Läckaget i likskärsbanken försvårar en inpumpning över denna damm betydligt.En inpumpning från Skurholmsfjärden överensstämmer med den naturliga strömbild som nu råder i fjärdarna.En inpumpning från Skurholmsfjärden överensstämmer vattenkvalitetsmässigt bättre med det successionsstadie (den naturliga utvecklingen) som fjärdarna befinner sig idag 2005.Vatten inpumpat från Skurholmsfjärden håller högre vattenkemisk kvalitet än vatten från Mulöviken.· Vid en inpumpning från Skurholmsfjärden kommer fler fjärdbassänger att nås av vattenkvalitetsförbättringar. Detta gäller även den icke dämda SkurholmsfjärdenTrots att stor osäkerhet råder om läckagets storlek i främst likskärsbanken görs bedömningen att en pumpkapacitet på 0,5 m3/s kan vara tillräcklig för att under de flesta vädermässiga förhållanden fylla fjärdarna till bredden under perioden mitten av juni till slutet av september.Energiåtgången för att pumpa 0,5 m3/s under 3,5 månader är ca 9000 kWh. Dammkrönet vid lulsundskanalen måste höjas så att det ligger ca 10 cm över dammkrönet vid likskärsbanken.Ett kontrollprogram för inpumpningens inledande skede (provpumpning) presenteras. Föreliggande rapport skall tillsammans med resultaten från en föreslagen provpumning ingå i en slutlig och fullständig miljökonsekvensbeskrivning (MKB).

This study about existence, causes and effects of oxidations in sulphide-bearing sediments in the coastland of northen Sweden is based upon an unique waterchemical sample program during 1990-2007 including the following parameters: pH, alkalinity, colournumber (mg Pt/l), COD (Chemical Oxygen Demand), sulphate, totalphosphorus, totalnitrogen and conductivity. For the years 2003-2007 the program was supplemented with metals. This investigation focus on the waterchemistry in surface water in lakes, watercourses and estuaries. The main objectives of this study is to give valuable contribution to the answers of the following research questions: What characterize the total waterchemistry in surface water where sulphide oxidations occur in the catchment areas?What conditions are responsible for and determine the large waterchemical variation in the watercourses? What conditions regulate the episodes of accidification?What period in summer show the most pronounced impact from sulphide oxidation on surface water chemistry?What chemical reactions and mechanisms are responsible for the changing waterquality connected with episodes of acidification?How large are the conribution from sulphide oxidation to acidity and high metal concentrations in watercourses relatively other potential sources?In what amounts are metals transported out in the estuaries in the Bothnian Bay from small coastal watercourses compared to big mountain rivers?Have the metals different distrubution patterns in the estuary?What is the environmental and ecotoxicological effects of suldphide oxidations in coastal areas of the Bothnian Bay nowadays and in the future?What consequences have the existence of sulphide oxidations for environmental monitoring and management and for the implementation of the EU Water Frame Work Directive?Results and conclusions from the investigations can be summarized:(1) An extreme waterchemical variation occur in the watercourses within and between years, The existence of sulphide oxidations in the catchment areas are responsible for the extreme variation.(2) The climate in the investigation areas with its over time variable precipitiation causes large variations in the groundwater table which have an impact on and regulate the size of oxidations occuring in the catchments sulphide-bearing sediments and this in turn produces a large waterchemical variation in the watercourses (= ”Climate-induced sulphide oxidations”)(3) Episodes, with a total and radical change of the waterchemistry, occur in the watercourses as a result of climate-induced sulphide oxidations. This ”waterchemical reversal” is distinguished by the fact that previous high values for the parameters (group A:) pH, alkalinity, COD, colour, P, Fe and Cr will decrease considerable simultaneously as the concentrations for the parameters (group B:) sulphate, conductivity, Al, Cd, Co, Mn, Ni and Zn make a pronounced increase. All the results throughout this study show positive correlations between parameters in the same group (A or B) and negative correlations between the groups. During 1990-2007 there were at least three large climate-induced episodes of acidification with the waterchemical reversal here described.(4) Despite the huge waterchemical differens between identified episodes and more regular interepisodes, the relatively high concentration of metals and sulphur during the interepisodes confirms that oxidations in the catchments sulphide sediments constantly have an impact more or less on the waterquality of the surface water.(5) The size of sulphide oxidations in the catchment during different years are in the studied watercourse waterchemically more pronounced in june compared to maj or july. An explanation for those circumstances is presented.(6) Sulphide oxidations are the main cause to acidity and high metal concentrations in the investigated watercourses. The contribution to the pH-decline from factors such as increase in natural organic (humic) acidity or antropogenic acid deposition are of minor significance.(7) The total metal transport from Persöfjärden is of the same magnitude (Ni, Zn) or exceeds that in Kalix River (Al, Co, Mn) with a catchment approximately 100 times larger. The results from the studied watercourses indicate that the large number of small catchments i coastal areas in nothen Sweden could be a significant an so far unknown metal source for the Bothnian bay/Baltic Sea.(8) A metal-retention study shows that the metals transported in a stream have different distribution pattern in the estuary. The estuary acts like a significant trap for Al and Fe and like a source for Mn. For Co, Cd, Ni and Zn have more or less the same amounts that entered the estuary passed it. Mechanisms for the metals deposition to and leakage from the sediments are discussed.(9) To explain the chemical reactions and mechanisms responsible for the ”waterchemical reversal” with a significant decline of humic substances some hypothetical explanations are presented where Fe and Al are playing an important role in the flocculation of organic substances. The hypothesis support the consistently results that Fe have a high positive correlation and Al a negative correlation with organic substances (COD/ colour).(10) The significant positive correlations between phosphorous and COD/colour respectively iron indicate that the large decline in the concentrations of phosphorous during the episodes is due to the fact that phosphotous is removed from the water together with (1) flocculated organic substances and/or (2) precipitated iron.(11) Some observed ecotoxicological effects of the climate-induced sulphide oxidations are death of fish, increased distribution of some macrophytes, temporary dissappearance of some ”sea-birds” and absence of algae-blooming 1990-2007.(12) The unexpected high concentrations of cadmium found in liver from fish in the Bothnian Bay and the large variation between years could be the the result of the variable outflush of cadmium that natural climate-induced sulphide oxidations produce in coastal watercourses in northen Sweden and Finland.(13) The occurence of climate-induced sulphide oxidations have a radical impact on the waterchemical and biological parameters that are measured by routine in environmental monitoring. For that reason, for one thing to make it possible to discriminate antropogenic sources of acidity and high metal concentrations from natural sulphide oxidations, it is necessary to put specially demand for the design and interpretation of monitoring programs in sulphide-bearing ares. The climate induced sulphide oxidations have a significant impact on seven of Swedens 16 Environmental Objectives.

Kunskapen om och i vilken utsträckning sulfidoxidationer äger rum i norra Norrlands kustland är låg. Det finns inga studier som visar de vattenkemiska förändringar med avseende på normalparametrar och metaller som vattendrag och sjöar genomgår som ett resultat av sulfidoxidationer. Denna undersökning om förekomst, orsaker och effekter av oxidationer i sulfidrika sediment i Norrbottens kustland vilar på ett unikt vattenkemiskt provtagningsprogram omfattande 8 normalparametrar (pH, alkalinitet, färgtal, COD, sulfat, totalfosfor, totalkväve och konduktivitet) under åren 1990-2007 kompletterat med metaller under 2003-2007. Rapportens huvudsakliga syften är att öka kunskaperna om sulfidoxidationer genom att lämna värdefulla bidrag till svaren på följande forskningsfrågor:· Vad karakteriserar den totala vattenkemin (normalparametrar och metaller) i vattendrag som avvattnar områden där sulfidoxidationer äger rum?· Vilka förhållanden styr den stora vattenkemiska variationen i vattendragen? Vad är orsaken till försurningsepisoder?· Under vilken tid på sommaren kan graden av sulfidoxidationer i avrinningsområdet bäst avläsas vattenkemiskt i vattendragen?· Vilka kemiska mekanismer ligger bakom den förändrade vattenkemin med bland annat ett klarare vatten i samband med sulfidoxidationsepisoder?· Hur stort är sulfidoxidationernas bidrag till surhet och höga metallhalter i vattendragen relativt andra potentiella källor?· Hur stora mängder metaller (i ton) transporteras ut i Bottenvikens fjärdar från små kustnära vattendrag jämfört med stora fjällälvar? · Var tar de uttransporterade metallerna vägen när de når fjärden? Hur ser transportmönstret ut för olika metaller?· Vilka ekotoxikologiska effekter har sulfidoxidationer i norra Norrlands kustland? Har den pågående landhöjningen och förekomsten av sulfidoxidationer några framtida ekotoxikologiska effekter?· Vilka konsekvenser har förekomsten av sulfidoxidationer för miljöövervakning, recipientkontroll och arbetet med EU:s vattendirektiv?Resultat och slutsatser från undersökningen kan sammanfattas:En stor vattenkemisk variation uppträder i vattendragen mellan och inom år, där existensen av sulfidoxidationer i avrinningsområdet är orsaken till den stora vattenkemiska variationen.Undersökningsområdets klimat är, med sin över tiden oregelbundna variation i nederbördsmängder, ansvarig för grundvattennivåns fluktuationer och därmed för graden av sulfidoxidationer som kan äga rum i avrinningsområdets sulfidbärande marklager vilket i sin tur orsakar en stor vattenkemisk variation i vattendragen (”klimatsyrda sulfidoxidationer”).I de avrinnande vattendragen uppträder som ett resultat av de klimatstyrda sulfidoxidationerna episoder med en total och genomgripande förändring av vattenkemin. Detta ”vattenkemiska omslag” kännetecknas av att tidigare höga värden för parametergruppen (A) pH, alkalinitet, färgtal, COD, fosfor, järn och krom sjunker dramatiskt samtidigt som halterna för parametergruppen (B) sulfat, konduktivitet, aluminium, kadmium, kobolt, mangan, nickel och zink stiger markant. Genomgående visar alla resultat i hela undersökningen på en positiv samvariation mellan parametrarna inom samma grupp (A resp B) och en negativ samvariation för parametrar mellan grupperna. Under perioden 1990-2007 kan tre större sulfidoxidationsepisoder urskiljas som kännetecknas av mycket klart vatten och med ovan beskrivna vattenkemiska förändringTrots den stora skillnaden i vattenkemi mellan identifierade episoder och tiden däremellan (interepisoder) visar de relativt höga grundhalterna av vissa metaller under interepisoderna att avrinnande ytvatten ständigt är mer eller mindre påverkat av avrinningsområdets sulfidleror och oxidationer i dessa.Graden av sulfidoxidationer i avrinningsområdet under olika år visar sig vattenkemiskt tydligare i juni jämfört med maj eller juli. En förklaringsmodell för orsakerna till detta presenteras. Sulfidoxidationer är den huvudsakliga orsaken till låga pH och höga metallhalter i de undersökta vattendragen. Bidragen från naturligt förekommande organiska syror (humusämnen) eller från luftdeponerade försurande föroreningar är endast marginella. Den totala metalltransporten från Persöfjärden kan under ett år överstiga eller vara i nivå med hela Kalix älv med ett ca 100 gånger större årsflöde. Metalltransporten från Holmsundet och Persöfjärden indikerar att det stora antalet små och kustnära avrinningsområden i norra Sverige kan utgöra en betydande men hittills okänd källa för metaller till Bottenviken och Östersjön.En metallretentionsstudie visar att de metaller som frigörs i samband med sulfidoxidationer och strömmar ut i en studerad fjärd transporteras olika långt. Fjärden fungerar som en tydlig fälla för Al och Fe. Metallerna Co, Ni, Cd och Zn transporteras i stor utsträckning vidare genom fjärden. För Mn fungerar fjärden som en källa det vill säga mer Mn lämnar fjärden än vad som kommer in. Kemiska mekanismer för sedimentation, fastläggning och läckage av de olika metallerna relaterat till fjärdens nuvarande successionstadie med avseende på landhöjningen behandlas.De kemiska mekanismer som orsakar det vattenkvalitativa omslaget vid episoderna behandlas. Utklarningen av vattnet (sjunkande värden för färgtal och COD) är ett uttryck för att organiskt material (humusämnen) i kollodial form genom flockningsreaktioner blir mindre lösligt och sedimenterar. Flera olika hypoteser för hur utflockningen går till, där Al och Fe sannolikt spelar en huvudroll, framläggs. Hypoteserna överensstämmer med resultaten att järn genomgående uppvisar en mycket hög positiv korrelation med färgtal/COD samtidigt som aluminium har en negativ korrelation med färgtal/COD.De genomgående mycket höga positiva korrelationerna mellan fosfor och färgtal/COD respektive järn tyder på att de kraftigt sjunkande fosforhalterna vid episoderna beror på att fosfor har lämnat vattenmassan med utflockande organiskt material och/eller medfällts med järn.Några observerade effekter som mycket sannolikt är ett resultat av sulfidoxidations-episoderna är (1) fiskdöd, mest sannolikt orskade av de höga aluminiumhalterna kombinerat med ett lågt pH och ett klart vatten fritt från organiskt material, (2) ökad utbredning och numerär av vissa arter av vattenväxter (makrofyter), (3) minskat antal av vissa arter sjöfåglar och (4) frånvaro av störande algutvecklingar 1990-2007.En förklaringsmodell presenteras där klimatstyrda sulfidoxidationer görs ansvarig för de fortsatt höga halterna av kadmium i lever från fisk i Bottenviken. Den stora spridning och mellanårsvariation som kadmiumhalterna i fisk uppvisat under åren kan vara ett resultat av den stora mellanårsvariation i uttransporterat kadmium som de klimatstyrda sulfidoxidationerna skapar i kustnära vattendrag i norra Sverige och Finland.Närvaron av klimatstyrda sulfidoxidationer påverkar på ett genomgripande sätt huvuddelen av de vattenkemiska och biologiska parametrar och områden som rutinmässigt mäts vid miljöövervakning och recipientkontroll. För att i sulfidjordsland kunna särskilja antropogena metall- och/eller försurande utsläpp från de som naturliga sulfidoxidationer kan åstadkomma ställs det speciella krav på utformningen och tolkningen av vattenkemiska kontrollprogram. De klimatstyrda sulfidoxidationerna har en tydlig påverkan på sju av Sveriges 16 nationella miljömål.

In the Arena Global resources many exercises that designed to promote team-work and collaborative learning were introduced during the first semester. Examples of exercises were: a) adventure based experiential learning b) supervised peer review of written (process writing) and oral student presentations c) an exercise that revealed the disadvantages with lack of co-operation d) a home-work exercise where the students were encouraged to co-operate e) team-work dealing with water resources in an international perspective f) student panel discussion where knowledge from two different courses was integrated g) a tree-day study tour where the students learn to know each other. The students were also encouraged to read texts describing advantages with collaborative learning.

A model for the educational development of university teachers (a type of teaching community) has been tested. University staff from different faculties worked and reflected together over the teaching and learning practice in a couple of courses. The community was supervised by an educational developer with a doctoral degree in psychology, and they worked in close collaboration with both undergraduate students and PhD students. The teaching staff that participated improved their teaching skills, extended their repertoire of learning tools, and experienced increased self-reliance. Their motivation and enthusiasm for teaching increased, and today they act as "missionaries" for good teaching and learning practices at the University. It was not obvious, however, that this educational development promoted their academic careers. New project ideas emerged from the teaching community.

In 1992-1994 the local authority of Luleå dammed up the water in the four innermost bays of Luleå (Luleå innerfjärdar). The measures were taken to save the interconnected bays and prevent them become owergrown with aquatic plants and in the long run become svamps and land. The main causes of the succession from aquatic to terrestrial areas were land uplift ( about 1 cm/year), sedimentation eutrophication and owergrowth. A comparison between botanical investigations, including field inventories and analyses of air photgraphs, for the years 1995 and 2004 establish the following facts: In the four dammed up bays, Björkskata-, Björsby-, Sink- and Sörfjärden, the areas of aquatic vegetation are decreased and the density of plants have been reduced. There are much more areas of clean watersurfaces 2004 then 1995. Common Reed (Phragmites australis), which in 1994 made a big contribution to the owergrown situation in the bays, are considrably decreased. Other species that are decreased are Schoenoplectus lacustris, Potamogeton natans, Potamogeton perfoliatus, Sagittaria natans, Ranunculus peltatus and Elodea canadensis The principal cause of the reduction of aquatic vegetation in the innermost bays must be the higher water level during the vegetative period caused by the weirs. In Skurholmsfjärden, outside the weirs, there have been a slight increase of the watervegetation during the ten years period of studies. Here, in opposite to the other bays, the meanwaterlevel have sunk about 10 cm from 1995 to 2004. If it is possible to raise the meanwaterlevel in the innermost bays of Luleå a little bit more (10-20 cm) the reducing effect of the vegetation most likely will be even more noticeable than during 1995-2004. If more reduction of water vegetation in Luleå innerfjärdar is desired take the following measures into consideration: to pump water into the bays to get a higher waterlevel. to reduce the outlet of nutrients from different antropogenic sources. to accept owergrowth in some selected parts of the bays where the effects of recreation and aestheticall values are small. These parts will act like a sewage treatment plant and the water quality will be better with less nutrients in other parts of the bay-system which will slow down the owergrowth.

Luleå tekniska universitet har av Luleå kommun, Tekniska förvaltnigen, fått i uppdrag att utreda vilka effekter på vegetationens utbredning i Luleå innerfjärdar de vattentekniska åtgärder som vidtogs 1992-1994 har fått. Genom bearbetning, jämförelse och analys av fältundersökningsresultat, markfotografier samt flygfografier av snedbildstyp från 1994-95 och 2004 kan följande slutsatser dras: - I de delar av fjärdarna som omfattas av uppdämningen, dvs Björkskatafjärden, Björsbyfjärden, Sinkfjärden och Sörfjärden, har vattenvegetationens utbredning inte bara hejdats utan i många områden har vegetationen glesats ut eller försvunnit och då öppnat upp för större arealer fria vattenspeglar. - Bladvassen, som har stått för det klart största bidraget till igenväxningens olägenhetseffekter i innerfjärdarna, har kraftigt gått tillbaka. - Den främst bidragande orsaken till att vattenvegetationen har reducerats är med största sannolikhet att fjärdarna efter uppdämningen har erhållit ett större djup under vegetationssäsongen. - I den utanför dammarna liggande Skurholmsfjärden, som på grund av landhöjningen har erhållit ett lägre djup under den studerade 10 års- perioden, har det skett en viss ökning av vattenvegetationen. I de muddrade kanalerna har en viss återetatablering av vattenvegetation skett. - Om medelvattennivån inne i fjärdarna under vegetationssäsongen skulle kunna höjas ytterligare någon decimeter och därmed ligga närmare överfallsnivån (- 40 cm i RAK 1900) skulle med stor sannolikhet den vegetationsreducerande effekten bli ännu mer märkbar än vad den har varit under perioden 1995-2004. Åtgärder som bör övervägas för att ytterligare minska vattenvegetationens olägenhetseffekter är - inpumpning av vatten för att höja vattenstånd och djup och i viss mån erhålla en bättre vattengenomströmning - reducera utsläpp av näringsämnen från olika antropogena källor - tillåt igenväxning i vissa utvalda partier av fjärdsystemet där olägenhetseffekterna med igenväxningen bedöms som små. Dessa områden tjänstgör då som närsaltsfälla och bidrar till en viss rening av vattnet, vilket i sin tur minskar livsförutsättningarna för vattenvegetation och därmed igenväxningen i andra mer attraktiva delar av innerfjärdssystemet.

Luleå tekniska universitet får i uppdrag att utreda vilka effekter på vattenkvaliteten de av Luleå kommun vidtagna vattentekniska åtgärder 1992-1994 har fått i Luleå innerfjärdar. Genom bearbetning och analys av flera vattenkemiska provtagningsprogram mellan åren 1990-2004 kan följande slutsatser dras: Efter det att de vattentekniska åtgärderna vidtogs 1992-94 har inga dramatiska förändringar av vattenkvaliteten skett. Halter och värden ligger i stort kvar på samma nivåer som innan åtgärderna vidtiogs. Om de vattentekniska åtgärdena inte hade vidtagits hade inte innerfjärdarna haft en bättre vattenkvalitet än vad de har idag. Halter och värden hade då legat på ungefär samma nivåer som de gör i de uppdämda fjärdarna idag. Innerfjärdarnas vatten måste betecknas som förhållandevis näringsrika, de centrala delarna Holmsundet och Björsbyfjärden mer än de yttre. Den ovanliga vattenkvaliteten med höga metallhalter och låga pH-värden under 2003 och speciellt 2004 beror med mycket stor sannolikhet på klimatgenererade sulfidoxidationer i avrinningsområdet. De i innerfjärdarna upplagda muddermassornas bidrag till de höga metallhalterna är med mycket stor sannolikhet marginellt. De mångfalt förhöjda metallhalterna och låga pH-värdena beror med stor sannolikhet inte på metallindustriell verksamhet i området. Inga märkbara förändringar av vattenkvaliteten i fjärdarnas olika delar kan uppmärksammas till följd av den förändrade strömriktning som som de vattentekniska åtgärderna medförde. Havets vattenkvalitetshöjande effekt är mycket begränsad under perioden maj till mitten av september.

Luleå University of Technology is implementing a new type of open programs called Arenas. An Arena is more interdisciplinary than a traditional program and allows a wider entrance and a wider exit. Key words that characterise the arena concept are: Knowledge construction, research connection, collaboration with the surrounding society and individual choice. During the first semester in the Arena global resources the student learning during is focused on a) the development of essential academic skills required for successful studies such as improving personal responsibility and selfassessment skills b) basic knowledge about global resources (scientific, technical, economic, political and legal aspects) c) orientation about available courses, university research and professions within the field of global resources in order for the students to design an individual curriculum. Examples of activities are: a three-day study trip, team-work activities, process writing with student reflection on their learning process. Many teachers are involved in the work with the first study semester and one of the aims with this project is that these teachers should work with an action research approach to improve the student learning. Experiences from the first semester showed that we were successful in creating a good study atmosphere - students that had other first hand choices stayed at the arena, good study results (95% passed the exams). We were less successful with providing the information the students needed to design their individual curriculum.

På grund av bl a landhöjningen håller Luleå innerfjärdar på att växa igen. Genom ett uppdämningsföretag (1993) hoppas man kunna bevara innerfjärdarnas landskapsestetiska och rekreativa värden. Undersökningens huvudsyften är att kartlägga innerfjärdarnas nuvarande och framtida förhållanden när det gäller vattenkvalitet, bottenkvalitet och vegetationsutbredning. En bedömning av vattnets kvalitet (närsalter, syre, ljusförhållanden och försurning) redovisas och havets betydelsefulla roll som vattenkvalitetspåverkare visas. Bottnarnas hårdhet, organiska halt och syrestatus beskrivs. Vegetationens utbredning, täthet och artsammansättning redovisas. Storleken på landtillvinningens och vegetationsutbredningens hastighet under de senaste femtio åren visas i kartform. Tre scenarier som visar hur innerfjärdarna ser ut år 2050 när det gäller landtillvinning, vattenvegetation och vattenkvalitet under olika yttre förutsättningar presenteras. Principiella samt för innerfjärdarna specifika metoder att möta landhöjningen och den ökade eutrofieringen på diskuteras.