Bioremediation of diesel oil contaminated soil and water

Diesel spills contaminate aquatic and terrestrial environments. To prevent the environmental and health risks, the remediation needs to be advanced. Bioremediation, i.e., degradation by microbes, is one of the suitable methods for cleaning diesel contamination. In monitored natural attenuation technique are natural processes in situ combined, including bioremediation, volatilization, sorption, dilution and dispersion. Soil bacteria are capable of adapting to degrade environmental pollutants, but in addition, some soil types may have indigenous bacteria that are naturally suitable for degradation. The objectives for this work were (1) to find a feasible and economical technique to remediate oil spilled into Baltic Sea water and (2) to bioremediate soil contaminated by diesel oil. Moreover, the aim was (3) to study the potential for natural attenuation and the indigenous bacteria in soil, and possible adaptation to degrade diesel hydrocarbons. In the aquatic environment, the study concentrated on diesel oil sorption to cotton grass fiber, a natural by-product of peat harvesting. The impact of diesel pollution was followed in bacteria, phytoplankton and mussels. In a terrestrial environment, the focus was to compare the methods of enhanced biodegradation (biostimulation and bioaugmentation), and to study natural attenuation of oil hydrocarbons in different soil types and the effect that a history of previous contamination may have on the bioremediation potential. (1) In the aquatic environment, rapid removal of diesel oil was significant for survival of tested species and thereby diversity maintained. Cotton grass not only absorbed the diesel but also benefited the bacterial growth by providing a large colonizable surface area and hence oil-microbe contact area. Therefore use of this method would enhance bioremediation of diesel spills. (2) Biostimulation enhances bioremediation, and (3) indigenous diesel-degrading bacteria are present in boreal environments, so microbial inocula are not always needed. In the terrestrial environment experiments, the combination of aeration and addition of slowly released nitrogen advanced the oil hydrocarbon degradation. Previous contamination of soil gives the bacterial community the potential for rapid adaptation and efficient degradation of the same type of contaminant. When the freshly contaminated site needs addition of diesel degraders, previously contaminated and remediated soil could be used as a bacterial inoculum. Another choice of inoculum could be conifer forest soil, which provides a plentiful population of degraders, and based on the present results, could be considered as a safe non-polluted inoculum. According to the findings in this thesis, bioremediation (microbial degradation) and monitored natural attenuation (microbial, physical and chemical degradation) are both suitable techniques for remediation of diesel-contaminated sites in Finland.

Ilman epäpuhtauksien vaikutuksesta maaperään ja pohjaveteen Tampereen ja Kuusankosken ympäristössä

Engl. summary: On the influence of air pollution on soil and groundwater in the Tampere and Kuusankoski regions

Muistoja kadonneesta valtiosta: DDR:n arkipäivän muistaminen, museoiminen ja Ostalgie

Tässä pro gradu -tutkielmassa käsitellään DDR:n arkipäivän muistamista ja museoimista sekä DDR-nostalgiaa eli Ostalgieta. Tutkielmassa esitellään erilaisia näkökulmia muistin ja nostalgian muotoutumiseen ja pohditaan sitä, millä tavoin Saksan menneisyys ja historiapolitiikka ovat vaikuttaneet siihen, kuinka DDR:n menneisyyttä nykyään käsitellään. Työ perustuu Berliinissä, Saksassa huhti-heinäkuussa 2010 kerättyyn aineistoon, joka koostuu haastatteluista, vierailuista DDR:n arkipäivää käsitteleviin museoihin sekä verkkoaineistosta. DDR:n arkipäivää esittelevissä museoissa DDR:n materiaalinen menneisyys on pyritty säilyttämään, jotta muisti siitä ei katoaisi. Museoiden näyttelyt herättelevät ja ylläpitävät muistia sekä valistavat kävijöitä siitä, millaista tavallinen ja arkinen elämä DDR:ssä oli. Museot luovat korostetun ei-poliittisilla ja arkipäiväisillä näyttelyillä vastanarratiiveja viralliselle valtion DDR:stä ylläpitämälle suurnarratiiville, jossa DDR nähdään pelkkänä totalitaarisena diktatuurina ja sorron symbolina. Yhteisöpalvelu Facebookista löytyvässä keskusteluryhmä DDR Zonenkinderissä ihmiset jakavat omakohtaisia ja subjektiivisia muistojaan menneestä. Ryhmä luo vapaan ja avoimen foorumin jakaa muistoja, tuntea yhteisöllisyyttä ja koota kollektiivista muistia menneestä. Sekä DDR-museot että DDR Zonenkinder synnyttävät vaihtoehtoisia näkemyksiä DDR:n menneisyydestä, nämä ovat muussa keskustelussa ovat jääneet vähemmälle huomiolle. DDR:n kaaduttua 1989 ja vuotta myöhemmin Saksojen yhdistyttyä alkoi Saksassa kiivas keskustelu siitä, kuinka DDR:n menneisyyttä tulisi käsitellä. Saksa on toistaiseksi ainoa maa, jossa on yhden vuosisadan aikana järjestetty kaksi totuuskomissiota: ensimmäinen holokaustin ja toinen DDR:n kaatumisen jälkeen. Saksan kielessä on jopa kaksi sanaa, Vergangenheitsbeweltigung sekä Geschichtsaufarbeitung, jotka tarkoittavat menneisyyden käsittelyä tai sen työstämistä. Voi siis sanoa, että vaikean menneisyyden käsittely on saksalaisten erityisosaamista. Totuuskomissio, rajavartioiden oikeudenkäynnit, Stasin arkistojen läpikäyminen sekä DDR:n vertaaminen kolmanteen valtakuntaan saivat itäsaksalaiset tuntemaan itsensä toisen luokan kansalaisiksi, joilla ei ollut oikeutta omaan menneisyyteensä, mutta ei myöskään omaan tulevaisuuteensa. Itäsaksalaisista tuntui, ettei heidän elämänsä menneisyys näkynyt Länsi-Saksan hallinnoimassa historiankirjoituksessa. DDR:n nopea katoaminen niin poliittisena järjestelmänä kuin materiaalisena kulttuurina kiihdytti Ostalgien syntyä. Itäsaksalaisten vuosikymmeniä odottamat läntiset kulutushyödykkeet sekä vauraus ja hyvinvointi eivät saavuttaneetkaan itää siinä määrin ja yhtä nopeasti kuin siellä oli oletettu. Yhdistymisen aikaansaama euforia muuttui pian pettymykseksi, kun uuteen systeemin sopeutuminen ei onnistunut kivuttomasti. Analyysissa käytetään Daphne Berdahlin näkemystä Ostalgiesta keinona luoda vastanarratiiveja. Tämän lisäksi analyysissä tukeudutaan Paul Cooken näkemykseen Ostalgiesta Länsi-Saksan harjoittaman itäsaksalaisen kulttuurin ja historian kolonisaation vastustamisena. Tutkielmassa Ostalgie nähdään itäsaksalaisten vastarintana ja itsemääräämisoikeuden vaatimisena. Tutkielmassa tullaan myös siihen johtopäätökseen, että Ostalgiessa pohjimmiltaan kysymys on uuden järjestelmän ja länsimaisen kulttuurin hallitsemisesta ripauksella itäsaksalaista erityislaatuisuutta eikä niinkään menneisyyden haikailusta tai halusta palauttaa DDR valtiona tai poliittisena järjestelmänä. Ostalgien avulla itäsaksalaiset rakentavat uudenlaista identiteettiä uudessa systeemissä, mutta kuitenkin säilyttävät osan jotain vanhaa ja erityslaatuista.

Physical properties of a boreal clay soil under differently managed perennial vegetation

The physical properties of surface soil horizons, essentially pore size, shape, continuity and affinity for water, regulate water entry into the soil. These properties are prone to changes caused by natural forces and human activity. The hydraulic properties of the surface soil greatly impact the generation of surface runoff and accompanied erosion, the major concern of agricultural water protection. The general target of this thesis was to improve our understanding of the structural and hydraulic properties of boreal clay soils. Physical properties of a clayey surface soil (0 - 10 cm, clay content 51%), with a micaceous/illitic mineralogy subjected to three different management practices of perennial vegetation, were studied. The study sites were vegetated buffer zones located side by side in SW Finland: 1) natural vegetation with no management, 2) harvested once a year, and 3) grazed by cattle. The soil structure, hydraulic properties, shrinkage properties and soil water repellency were determined at all sites. Two distinct flow domains were evident. The surface soil was characterized by subangular blocky, angular blocky and platy aggregates. Hence, large, partially accommodated, irregular elongated pores dominated the macropore domain at all sites. The intra-aggregate pore system was mostly comprised of pores smaller than 30 μm, which are responsible for water storage. Macropores at the grazed site, compacted by hoof pressure, were horizontally oriented and pore connectivity was poorest, which decreased water and air flux compared with other sites. Drying of the soil greatly altered its structure. The decrease in soil volume between wet and dry soil was 7 - 10%, most of which occurred in the moisture range of field conditions. Structural changes, including irreversible collapse of interaggregate pores, began at matric potentials around -6 kPa indicating, instability of soil structure against increasing hydraulic stress. Water saturation and several freezethaw cycles between autumn and spring likely weakened the soil structure. Soil water repellency was observed at all sites at the time of sampling and when soil was dryer than about 40 vol.%. (matric potential < -6 kPa). Therefore, water repellency contributes to water flow over a wide moisture range. Water repellency was also observed in soils with low organic carbon content (< 2%), which suggests that this phenomenon is common in agricultural soils of Finland due to their relatively high organic carbon content. Aggregate-related pedofeatures of dense infillings described as clay intrusions were found at all sites. The formation of these intrusions was attributed to clay dispersion and/or translocation during spring thaw and drying of the suspension in situ. These processes generate very new aggregates whose physical properties are most probably different from those of the bulk soil aggregates. Formation of the clay infillings suggested that prolonged wetness in autumn and spring impairs soil structure due to clay dispersion, while on the other hand it contributes to the pedogenesis of the soil. The results emphasize the dynamic nature of the physical properties of clay soils, essentially driven by their moisture state. In a dry soil, fast preferential flow is favoured by abundant macropores including shrinkage cracks and is further enhanced by water repellency. Increase in soil moisture reduces water repellency, and swelling of accommodated pores lowers the saturated hydraulic conductivity. Moisture- and temperature-related processes significantly alter soil structure over a time span of 1 yr. Thus, the pore characteristics as well as the hydraulic properties of soil are time-dependent.

Thunderstorm climatology and lightning location applications in northern Europe

Thunderstorm is a dangerous electrical phenomena in the atmosphere. Thundercloud is formed when thermal energy is transported rapidly upwards in convective updraughts. Electrification occurs in the collisions of cloud particles in the strong updraught. When the amount of charge in the cloud is large enough, electrical breakdown, better known as a flash, occurs. Lightning location is nowadays an essential tool for the detection of severe weather. Located flashes indicate in real time the movement of hazardous areas and the intensity of lightning activity. Also, an estimate for the flash peak current can be determined. The observations can be used in damage surveys. The most simple way to represent lightning data is to plot the locations on a map, but the data can be processed in more complex end-products and exploited in data fusion. Lightning data serves as an important tool also in the research of lightning-related phenomena, such as Transient Luminous Events. Most of the global thunderstorms occur in areas with plenty of heat, moisture and tropospheric instability, for example in the tropical land areas. In higher latitudes like in Finland, the thunderstorm season is practically restricted to the summer season. Particular feature of the high-latitude climatology is the large annual variation, which regards also thunderstorms. Knowing the performance of any measuring device is important because it affects the accuracy of the end-products. In lightning location systems, the detection efficiency means the ratio between located and actually occurred flashes. Because in practice it is impossible to know the true number of actually occurred flashes, the detection efficiency has to be esimated with theoretical methods.

Individuals' Responsibility in Corporations

I discuss role responsibly, individual responsibility and collective responsibility in corporate multinational setting. My case study is about minerals used in electronics that come from the Democratic Republic of Congo. What I try to show throughout the thesis is how many things need to be taken into consideration when we discuss the responsibility of individuals in corporations. No easy and simple answers are available. Instead, we must keep in mind the complexity of the situation at all times, judging cases on individual basis, emphasizing the importance of individual judgement and virtue, as well as the responsibility we all share as members of groups and the wider society. I begin by discussing the demands that are placed on us as employees. There is always a potential for a conflict between our different roles and also the wider demands placed on us. Role demands are usually much more specific than the wider question of how we should act as human beings. The terminology of roles can also be misleading as it can create illusions about our work selves being somehow radically separated from our everyday, true selves. The nature of collective decision-making and its implications for responsibility is important too. When discussing the moral responsibility of an employee in a corporate setting, one must take into account arguments from individual and collective responsibility, as well as role ethics. Individual responsibility is not a separate or competing notion from that of collective responsibility. Rather, the two are interlinked. Individuals' responsibilities in collective settings combine both individual responsibility and collective responsibility (which is different from aggregate individual responsibility). In the majority of cases, both will apply in various degrees. Some members might have individual responsibility in addition to the collective responsibility, while others just the collective responsibility. There are also times when no-one bears individual moral responsibility but the members are still responsible for the collective part. My intuition is that collective moral responsibility is strongly linked to the way the collective setting affects individual judgements and moulds the decisions, and how the individuals use the collective setting to further their own ends. Individuals remain the moral agents but responsibility is collective if the actions in question are collective in character. I also explore the impacts of bureaucratic ethic and its influence on the individual. Bureaucracies can compartmentalize work to such a degree that individual human action is reduced to mere behaviour. Responsibility is diffused and the people working in the bureaucracy can come to view their actions to be outside the normal human realm where they would be responsible for what they do. Language games and rules, anonymity, internal power struggles, and the fragmentation of information are just some of the reasons responsibility and morality can get blurry in big institutional settings. Throughout the thesis I defend the following theses: ● People act differently depending on their roles. This is necessary for our society to function, but the more specific role demands should always be kept in check by the wider requirements of being a good human being. ● Acts in corporations (and other large collectives) are not reducible to individual actions, and cannot be explained fully by the behaviour of individual employees. ● Individuals are responsible for the actions that they undertake in the collective as role occupiers and are very rarely off the hook. Hiding behind role demands is usually only an excuse and shows a lack of virtue. ● Individuals in roles can be responsible even when the collective is not. This depends on if the act they performed was corporate in nature or not. ● Bureaucratic structure affects individual thinking and is not always a healthy environment to work in. ● Individual members can share responsibility with the collective and our share of the collective responsibility is strongly linked to our relations. ● Corporations and other collectives can be responsible for harm even when no individual is at fault. The structure and the policies of the collective are crucial. ● Socialization plays an important role in our morality at both work and outside it. We are all responsible for the kind of moral context we create. ● When accepting a role or a position in a collective, we are attaching ourselves with the values of that collective. ● Ethical theories should put more emphasis on good judgement and decision-making instead of vague generalisations. My conclusion is that the individual person is always in the centre when it comes to responsibility, and not so easily off the hook as we sometimes think. What we do, and especially who we choose to associate ourselves with, does matter and we should be more careful when we choose who we work for. Individuals within corporations are responsible for choosing that the corporation they associate with is one that they can ascribe to morally, if not fully, then at least for the most part. Individuals are also inclusively responsible to a varying degree for the collective activities they contribute to, even in overdetermined contexts. We all are responsible for the kind of corporations we choose to support through our actions as consumers, investors and citizens.

Kansallisen kilometripohjaisen tienkäyttömaksun oikeudenmukaisuus

Euroopan unionin liikennepolitiikan yhtenä tavoitteena on vähentää tieliikenteen ulkoisvaikutuksia, joita ovat esimerkiksi ruuhkat, saasteet, melu ja liikenneonnettomuudet. Keinona Euroopan unioni esittää tieliikenteen hinnoittelujärjestelmien tehostamista ja ulkoisvaikutusten kustannusten ohjaamista niiden aiheuttajien maksettavaksi. Tavoitteena on siirtyä ajoneuvojen hankinnan ja omistamisen verottamisesta kohti liikkumisen ja tienkäytön veroja ja maksuja. Pitkän aikavälin kehityssuunta on kohti rajakustannushinnoittelua, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi GPS paikannukseen perustuvalla kansallisella kilometriperusteisella tienkäyttömaksulla. Tieliikenteen käyttäjät maksaisivat ajettujen kilometrien mukaan ja kilometrille kohdistuvaa maksua voitaisiin vaihdella esimerkiksi paikan, ajan ja ajoneuvon ominaisuuksien mukaan. Taloustieteen mukaan Euroopan unionin tavoite tieliikenteen rajakustannushinnoittelusta on järkevä ja johtaisi tehokkaaseen resurssien allokaatioon. Euroopan unionin linjaukset noudattavat yleisempää kansainvälistä kehityssuuntaa. Suomi on Baltian maiden ohella ainoa Manner-Euroopan maa, jossa ei ole käytössä minkäänlaisia tienkäyttömaksuja. Vaikka Suomen tieliikenteen verotus on kansainvälisesti korkea, sen rakenne kaipaa uudistamista. Suomen verotuksen painopiste on omistamisen verottamisessa ja nykyisen verotuksen ohjaavuusvaikutukset ovat rajalliset. Etenkin polttoaineverotukselle lisähaasteita tuovat ajoneuvojen uudet energialähteet ja entistä matalampi polttoaineen kulutus. Vaikka teknologia kehittyy, autoilla tulee edelleen olemaan yhteisiä ominaisuuksia - ne tarvitsevat väylätilaa liikkumiseen ja parkkitilaa säilytykseen. Tutkin tässä työssä Suomen nykyisen tieliikenteen verotuksen korvaamista kansallisella kilometriperusteisella tienkäyttömaksulla. Uudistus parantaisi tieliikennemarkkinoiden tehokkuutta, mutta parantaisiko se myös oikeudenmukaisuutta? Yksi isoimmista huolenaiheista mitä tahansa uutta hinnoittelu- tai verouudistusta suunniteltaessa on hyväksyttävyys ja siten oikeudenmukaisuus. Työssäni havaitsen, että Suomen nykyinen tieliikenteen verotus ei ole tehokas eikä monelta osin oikeudenmukainen. Verouudistukset kohtaavat usein kiivasta vastustusta ja etenkin tienkäyttömaksuille hyväksyttävyys on ongelma. Uudistuksista keskusteltaessa on myös tärkeää tutkia mitä ollaan uudistamassa. Millaisia hyvinvointivaikutuksia vallitsevalla järjestelmällä on? Myös nykyinen järjestelmä on arvovalinta, jonka oikeudenmukaisuutta on aika-ajoin syytä tarkastella.

Kymmenen teollisesti merkittävän puulajin kuoriuutteiden mahdollisuudet tuholaistorjunnassa

Metsäteollisuudesta kertyy vuosittain suuria määriä ylijäämämateriaalia, kuten puun kuorta ja oksia.Ylimääräinen aines käytetään pääasiassa energiantuotantoon, mutta uusia soveltamismahdollisuuksia kaivataan. Kuoren on havaittu olevan potentiaalinen lähde monille bioaktiivisille yhdisteille, joille olisi käyttöä esimerkiksi lääke- ja kemianteollisuudessa sekä maa-, metsä- ja puutarhatuotannon tuholaistorjunnassa. Tutkimus on osa Euroopan Unionin rahoittamaa ForestSpeCs-projektia, jonka tarkoituksena on selvittää metsäteollisuuden ylijäämämateriaalien vaihtoehtoisia käyttötapoja. Valittujen kymmenen teollisesti merkittävän pohjoisen puulajin (Abies nephrolepis, Betula pendula, Larix decidua, L. gmelinii, L. sibirica, Picea abies, P. ajanensis, P. pumila, Pinus sylvestris, Populus tremula) kuoresta uutettujen aineiden soveltuvuutta syönninestoaineeksi testattiin kaaliperhosen (Pieris brassicae L.) ja krysanteemiyökkösen (Spodoptera littoralis Boisduval) toukilla sekä osittain sinappikuoriaisella (Phaedon cochloreae Fabricius) ja idänlehtikuoriaisella (Agelastica alni L.). Uutteet valmistettiin yhteistyössä projektin ryhmien avulla tai itsenäisesti erilaisin menetelmin. Testaukset tehtiin laboratorio-oloissa käyttäen lehtikiekkojen valintabiotestiä sekä karkeilla uutteilla että niistä erotelluilla yksittäisillä yhdisteillä. Tehdyistä mittauksista laskettiin syönninestoindeksit (FDI). Tulosten perusteella lähes kaikki testatut uutteet vaikuttivat ainakin jossain määrin kohdehyönteisen syöntikäyttäytymiseen. Hieman yli puolet kaaliperhosella testatuista 46 uutteesta aiheuttivat yli 50 % syönnineston eli kaaliperhonen suosi kontrollilehtiä uutteella käsiteltyjä todennäköisemmin. Krysanteemiyökkösellä yli 50 %:n syönnineston aiheuttivat vain seitsemän testatuista 56 uutteesta. Lisäksi kolme uutetta lisäsi käsiteltyjen kiekkojen syöntiä merkittävästi. Idänlehtikuoriaistoukat ja -aikuiset karttoivat erityisesti abietiinihapolla käsiteltyjä lehtiä. Sinappikuoriaisella testatut uutteet toimivat myös lupaavasti. Testattujen puulajien kuoresta on mahdollista uuttaa biologisesti aktiivisia yhdisteitä, mutta tuholaistorjunnan kannalta oikeiden pitoisuuksien ja tehokkaiden uuttomenetelmien löytäminen vaatii jatkotutkimuksia. Kuoren sisältämien yhdisteiden laatu ja määrä vaihtelevat monien tekijöiden, kuten ympäristön ja genetiikan vaikutuksesta. Hyönteisten sietokyky vaihtelee myös paljon lajeittain ja yksilöidenkin välillä on eroja. Uutteista valmistettavia torjunta-aineita olisi kuitenkin mahdollista sisällyttää esimerkiksi integroituun torjuntaan muiden menetelmien rinnalle tulevaisuudessa.

The potential of microbial ecological indicators to guide ecosophisticated management of hydrocarbon-contaminated soils

Soil is an unrenewable natural resource under increasing anthropogenic pressure. One of the main threats to soils, compromising their ability to provide us with the goods and ecosystem services we expect, is pollution. Oil hydrocarbons are the most common soil contaminants, and they disturb not just the biota but also the physicochemical properties of soils. Indigenous soil micro-organisms respond rapidly to changes in the soil ecosystem, and are chronically in direct contact with the hydrophobic pollutants on the soil surfaces. Soil microbial variables could thus serve as an intrinsically relevant indicator of soil quality, to be used in the ecological risk assessment of contaminated and remediated soils. Two contrasting studies were designed to investigate soil microbial ecological responses to hydrocarbons, together with parallel changes in soil physicochemical and ecotoxicological properties. The aim was to identify quantitative or qualitative microbiological variables that would be practicable and broadly applicable for the assessment of the quality and restoration of oil-polluted soil. Soil bacteria commonly react on hydrocarbons as a beneficial substrate, which lead to a positive response in the classical microbiological soil quality indicators; negative impacts were accurately reflected only after severe contamination. Hydrocarbon contaminants become less bioavailable due to weathering processes, and their potentially toxic effects decrease faster than the total concentration. Indigenous hydrocarbon degrader bacteria, naturally present in any terrestrial environment, use specific mechanisms to improve access to the hydrocarbon molecules adsorbed on soil surfaces. Thus when contaminants are unavailable even to the specialised degraders, they should pose no hazard to other biota either. Change in the ratio of hydrocarbon degrader numbers to total microbes was detected to predictably indicate pollutant effects and bioavailability. Also bacterial diversity, a qualitative community characteristic, decreased as a response to hydrocarbons. Stabilisation of community evenness, and community structure that reflected clean reference soil, indicated community recovery. If long-term temporal monitoring is difficult and appropriate clean reference soil unavailable, such comparison could possibly be based on DNA-based community analysis, reflecting past+present, and RNA-based community analysis, showing exclusively present conditions. Microbial ecological indicators cannot replace chemical oil analyses, but they are theoretically relevant and operationally practicable additional tools for ecological risk assessment. As such, they can guide ecologically informed and sustainable ecosophisticated management of oil-contaminated lands.