Emerging contaminants in marine waters

RNDr. Miroslav Brumovský, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Syntetické organické sloučeniny se v průběhu posledního století staly nezbytnou součástí léčiv, prostředků osobní péče, čisticích prostředků, mají nezastupitelnou roli v zemědělství a využívají se v prakticky každé průmyslové výrobě. Celá řada těchto látek může v průběhu svého životního cyklu pronikat do mořského prostředí. Obvyklé zdroje znečištění mořských vod představují komunální a průmyslové odpadní vody, zemědělská a průmyslová činnost a také hustá námořní doprava. U některých znečišťujících látek byly objeveny nebezpečné vlastnosti pro lidské zdraví a životní prostředí. Přestože výroba a využití omezeného množství, převážně historických, polutantů již podléhá mezinárodní regulaci, existují tisíce neregulovaných („nových“) kontaminantů, o kterých v současnosti existuje jen málo informací o jejich výskytu, osudu v životním prostředí a toxicitě pro mořské ekosystémy. I když se hladiny detekovaných polutantů obvykle pohybují v oblasti ng/L, toxické efekty složitých směsí organických polutantů mohou nastat již při řádově nižších koncentracích ve srovnání s jednotlivými látkami. Evropská Rámcová směrnice o strategii pro mořské prostředí vyžaduje, aby členské státy monitorovaly koncentrace kontaminantů v mořské vodě a zhodnotily jejich efekty v kontextu možných negativních vlivů na mořské ekosystémy tak, aby byl dosažen a zachován dobrý stav mořského prostředí. Cílem této disertace bylo prozkoumat výskyt celé řady nových kontaminantů ve dvou velkých evropských mořských oblastech – v Severním moři a v západní části Středozemního moře. Studované látky zahrnovaly současně používané pesticidy, léčivé látky, prostředky osobní péče, potravinářská aditiva a perfluorované látky. Smyslem této práce bylo získat data o znečištění moří chemickými látkami, které je potřebné k hodnocení ekologického stavu evropských mořských vod, jak je požadováno současnou evropskou legislativou, a dále usoudit o zdrojích a environmentálním osudu kontaminujících látek přítomných v pobřežních i otevřených mořských vodách. V rámci práce bylo v otevřených evropských mořích detekováno celkem alespoň jedenkrát 45 různých kontaminantů. Důsledky všudypřítomnosti chemických látek v otevřeném moři vyžadují vědeckou pozornost, zvláště s ohledem na možné negativní dopady u mořských organismů způsobené chronickou expozicí chemickým látkám. Výstupy této práce představují užitečný základ pro vědce a zákonodárce k provedení analýzy rizik chemických látek vyskytujících se v mořském prostředí. Výsledky také mohou napomoci k vytvoření efektivních infrastruktur pro monitoring mořských vod.

Abstract:

In the past century, synthetic organic chemicals have become indispensable components in medicine, personal and house care, food production and practically any type of industrial process. Many of those substances can reach marine environments in the course of their product life-cycle. Common contributors to the pollution of marine environments are urban or industrial wastewater discharges, agricultural and industrial activities and intense ship traffic. Some of these substances have been identified as hazardous for the humans and the environment. While the production and use of a limited subset of, mostly historical, pollutants have been subjected to international regulation, there are likely thousands of unregulated (“emerging”) contaminants with very scarce information on their occurrence, environmental fate and toxicity for the marine ecosystems currently available. Although the levels of detected pollutants usually range in the ng/L levels, toxic effects exerted by complex mixtures of organic pollutants may be found at concentration levels orders of magnitude lower compared to single pollutants. The European Marine Strategy Framework Directive requires Member States to monitor the concentrations of contaminants in the marine environment and assess their effects taking into account their impacts on and threats to the ecosystem in order to achieve and maintain good environmental status in the marine environment. The aim of this dissertation was to investigate the occurrence of a broad variety of emerging contaminants in two large-scale European marine areas – the North Sea and the Western Mediterranean Sea. The studied substances included current-use pesticides, pharmaceuticals and personal care products, food additives and per- and polyfluoroalkyl substances. The rationale behind this is to acquire data on marine chemical pollution needed for the assessment of ecological status of European marine waters as requested by the current European regulation and to infer on the sources and environmental fate of contaminants present in both coastal and offshore marine areas. 45 distinct contaminants in total were detected at least once in the offshore European waters. The implications of the ubiquitous presence of chemicals in the open sea deserve scientific attention, especially concerning possible subtle impacts from chronic exposure of marine microorganisms. The outcomes of this work represent a useful basis for both scientists and regulators to perform risk assessment of chemicals occurring in the marine environment and also to establish cost-effective monitoring networks of marine waters.

Keywords

Marine pollution, Emerging contaminants, Current-use pesticides, Pharmaceuticals, Personal care products, Food additives, North Sea, Mediterranean Sea

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 8. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 26. 9. 2017
• Supervisor: PhD. Luca Nizzetto
• Reader: prof. Roland Kallenborn, prof. Rainer Lohmann

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry (4-years) / Environmental Chemistry