Element speciation and behaviour in metal-rich Boreal river and estuarine systems using ultrafiltration and chemical modelling

The bioavailability of metals and their potential for environmental pollution depends not simply on total concentrations, but is to a great extent determined by their chemical form. Consequently, knowledge of aqueous metal species is essential in investigating potential metal toxicity and mobility. The overall aim of this thesis is, thus, to determine the species of major and trace elements and the size distribution among the different forms (e.g. ions, molecules and mineral particles) in selected metal-enriched Boreal river and estuarine systems by utilising filtration techniques and geochemical modelling. On the basis of the spatial physicochemical patterns found, the fractionation and complexation processes of elements (mainly related to input of humic matter and pH-change) were examined. Dissolved (<1 kDa), colloidal (1 kDa-0.45 μm) and particulate (>0.45 μm) size fractions of sulfate, organic carbon (OC) and 44 metals/metalloids were investigated in the extremely acidic Vörå River system and its estuary in W Finland, and in four river systems in SW Finland (Sirppujoki, Laajoki, Mynäjoki and Paimionjoki), largely affected by soil erosion and acid sulfate (AS) soils. In addition, geochemical modelling was used to predict the formation of free ions and complexes in these investigated waters. One of the most important findings of this study is that the very large amounts of metals known to be released from AS soils (including Al, Ca, Cd, Co, Cu, Mg, Mn, Na, Ni, Si, U and the lanthanoids) occur and can prevail mainly in toxic forms throughout acidic river systems; as free ions and/or sulfate-complexes. This has serious effects on the biota and especially dissolved Al is expected to have acute effects on fish and other organisms, but also other potentially toxic dissolved elements (e.g. Cd, Cu, Mn and Ni) can have fatal effects on the biota in these environments. In upstream areas that are generally relatively forested (higher pH and contents of OC) fewer bioavailable elements (including Al, Cu, Ni and U) may be found due to complexation with the more abundantly occurring colloidal OC. In the rivers in SW Finland total metal concentrations were relatively high, but most of the elements occurred largely in a colloidal or particulate form and even elements expected to be very soluble (Ca, K, Mg, Na and Sr) occurred to a large extent in colloidal form. According to geochemical modelling, these patterns may only to a limited extent be explained by in-stream metal complexation/adsorption. Instead there were strong indications that the high metal concentrations and dominant solid fractions were largely caused by erosion of metal bearing phyllosilicates. A strong influence of AS soils, known to exist in the catchment, could be clearly distinguished in the Sirppujoki River as it had very high concentrations of a metal sequence typical of AS soils in a dissolved form (Ba, Br, Ca, Cd, Co, K, Mg, Mn, Na, Ni, Rb and Sr). In the Paimionjoki River, metal concentrations (including Ba, Cs, Fe, Hf, Pb, Rb, Si, Th, Ti, Tl and V; not typical of AS soils in the area) were high, but it was found that the main cause of this was erosion of metal bearing phyllosilicates and thus these metals occurred dominantly in less toxic colloidal and particulate fractions. In the two nearby rivers (Laajoki and Mynäjoki) there was influence of AS soils, but it was largely masked by eroded phyllosilicates. Consequently, rivers draining clay plains sensitive to erosion, like those in SW Finland, have generally high background metal concentrations due to erosion. Thus, relying on only semi-dissolved (<0.45 μm) concentrations obtained in routine monitoring, or geochemical modelling based on such data, can lead to a great overestimation of the water toxicity in this environment. The potentially toxic elements that are of concern in AS soil areas will ultimately be precipitated in the recipient estuary or sea, where the acidic metalrich river water will gradually be diluted/neutralised with brackish seawater. Along such a rising pH gradient Al, Cu and U will precipitate first together with organic matter closest to the river mouth. Manganese is relatively persistent in solution and, thus, precipitates further down the estuary as Mn oxides together with elements such as Ba, Cd, Co, Cu and Ni. Iron oxides, on the contrary, are not important scavengers of metals in the estuary, they are predicted to be associated only with As and PO4.

Effects of algal turbidity on foraging and antipredator behaviour of the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus)

The aim of this thesis was to examine how aquatic organisms, such as fish, behave in an altered environmental condition. Many species of fish use vision as their primary tool to gain information about their surrounding environment. The visual conditions of aquatic habitats are often altered as a result of anthropogenic disturbance, such as eutrophication that initiates algal turbidity. In general, turbidity reduces the visibility and can be hypothesized to have an influence on the behaviour of fish. I used the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus) as a model species and conducted four studies in the laboratory to test how algal turbidity affects its behaviour. In this thesis, two major behavioural aspects are discussed. The first is antipredator behaviour. In study I, the combined effects of turbidity and shoot density on habitat choice (shelter vs open) behaviour was tested on a group of sticklebacks (20 fish) in the presence and absence of piscivorous perch (Perca fluviatilis). In study II, I examined the behavioural responses of feeding sticklebacks when they were exposed to the sudden appearance of an avian predator (the silhouette of a common tern, Sterna hirundo). The study was done in turbid and clear water using three different groups sizes (1, 3 and 6 fish). The second aspect is foraging behaviour. Study III & IV focused on the effects of algal turbidity on the foraging performance of sticklebacks. In study III, I conducted two separate experiments to examine the effects of turbidity on prey consumption and prey choice of sticklebacks. In this experiment turbidity levels and the proportion of large and small prey (Daphnia spp.) were manipulated. In study IV, I studied whether a group of six sticklebacks can distribute themselves according to food input at two feeding stations in a way that provided each fish with the same amount of food in clear and turbid water. I also observed whether the fish can follow changes in resource distribution between the foraging patches. My results indicate an overall influence of algal turbidity on the antipredator and foraging behaviour of sticklebacks. In the presence of a potential predator, the use of the sheltered habitat was more pronounced at higher turbidity. Besides this, sticklebacks reduced their activity levels with predator presence at higher turbidity and shoot density levels, suggesting a possible antipredator adaptation to avoid a predator. When exposed to a sudden appearance of an avian predator, sticklebacks showed a weaker antipredator response in turbid water, which suggests that turbidity degrades the risk assessment capabilities of sticklebacks. I found an effect of group size but not turbidity in the proportion of sticklebacks that fled to the shelter area, which indicates that sticklebacks are able to communicate among group members at the experimental turbidity levels. I found an overall negative effect of turbidity on food intake. Both turbidity and changes in the proportion of prey sizes played a significant role in a stickleback’s prey selection. At lower turbidity levels (clear <1 and 5 NTU) sticklebacks showed preferences for large prey, whereas in more turbid conditions and when the proportion of large to small prey increased sticklebacks became increasingly random in their prey selection. Finally, my results showed that groups of sticklebacks disperse themselves between feeding stations according to the reward ratios following the predictions of the ideal free distribution theory. However, they took a significantly longer time to reach the equilibrium distribution in turbid water than in clear water. In addition, they showed a slower response to changes in resource distribution in a turbid environment. These findings suggest that turbidity interferes with the information transfer among group foragers. It is important to understand that aquatic animals are often exposed to a degraded environment. The findings of this thesis suggest that algal turbidity negatively affects their behavioural performance. The results also shed light on the underlying behavioural strategies of sticklebacks in turbid conditions that might help them adapt to an altered environmental situation and increase their survival. In conclusion, I hold that although algal turbidity has detrimental effects on the antipredator and foraging behaviour of sticklebacks, their behavioural adjustment might help them adapt to a changing environment.

Streptococcus agalactiae (GBS) PNA FISH -tekniikan soveltuminen B-ryhmän streptokokin tunnistukseen

B-ryhmän beetahemolyyttinen streptokokki (GBS = Group B Streptococcus, Streptococcus agalactiae)aiheuttaa vakavia infektioita yleensä astasyntyneillä. Tartunta saadaan yleensä synnytyskanavasta ja riskitekijöinä ovat muun muassa keskosuus, ennenaikainen lapsivedenmeno ja äidin runsas Bstreptokokkikolonisaatio emättimessä. Bakteerin tunnistukseen käytetään tällä hetkellä viljelytekniikkaa, jonka tulos saadaan vasta 24-48 tunnin kuluttua. Opinnäytetyöni tarkoituksena on tutkia uutta ja nopeampaa tunnistusmenetelmää: GBS PNA FISH - tekniikkaa (Peptide Nucleic Acid Fluorescence in Situ Hybridization). Tarkoituksena on tutkia tekniikan spesifiteettiä ja sensitiviteettiä. Tekniikan spesifiteettiä tutkitaan B-ryhmän beetahemolyyttisellä streptokokilla sekä kuudella muulla emättimen normaaliflooraan kuuluvalla bakteerilajilla. Yhteensä bakteerikantoja on tutkimuksessa mukana 48 kappaletta. Tämän lisäksi tutkitaan myös tekniikan sensitiviteettiä, jota tutkitaan bakteereista tehdyn laimennossarjan avulla. Sensitiviteetti tutkitaan bakteeriseoksesta, jonne on B-ryhmän beetahemolyyttisen streptokokin lisäksi lisätty muita emättimen normaaliflooran bakteereita. Lisäksi sensitiviteetti tutkitaan pelkällä B-ryhmän beetahemolyyttisellä streptokokilla käyttäen sekä normaalia että bakteerin rikastusmenetelmää. Testeistä saadut tulokset tulkitaan fluoresenssimikroskoopin avulla. GBS PNA FISH -tekniikan spesifiteetti todettiin erittäin hyväksi. Tekniikka tunnisti kaikki B-ryhmän beetahemolyyttiset streptokokit positiivisiksi ja kaikki muut lajit antoivat negatiivisen tuloksen. B-streptokokin positiivisuus oli erotettavissa mikroskopoitaessa vahvana fluoresointina, kun taas muut lajit eivät fluoresoineet lainkaan. GBS PNA FISH -tekniikan sensitiivisyyden tulokset eivät kuitenkaan täyttäneet odotuksia. Ainoastaan bakteerin rikastusmenetelmällä saadut tulokset olivat loistavia, mutta bakteeriseoksella ja pelkällä B-ryhmän beetahemolyyttisellä streptokokilla saadut tulokset olivat lähes olemattomia. Rikastusmenetelmän kaikki laimennokset fluoresoivat positiivisina, kun taas muissa tapauksissa vain vahvin liuos antoi jonkinlaista positiivista fluoresointia. GBS PNA FISH -tekniikan spesifiteetti todettiin hyväksi. Tekniikan sensitiviteetti ei kuitenkaan vastaa käyttötarkoitusta ja todellisessa tilanteessa tekniikka ei pystyisi tunnistamaan sille spesifistä bakteeria muiden bakteerien joukosta.

Elongation behaviour of elastic stitch types in household sewing machines: stretch-stitches versus serger overlock stitces

Lectio praecursoria

Effect of the environment inside and outside the cage on the activity and behaviour test performance of silver foxes

Selostus: Kasvatushäkin ympäristön vaikutus hopeakettujen käyttäytymiseen

Performance analysis of software run-time behaviour using 3D-visualisation

Monimutkaisen tietokonejärjestelmän suorituskykyoptimointi edellyttää järjestelmän ajonaikaisen käyttäytymisen ymmärtämistä. Ohjelmiston koon ja monimutkaisuuden kasvun myötä suorituskykyoptimointi tulee yhä tärkeämmäksi osaksi tuotekehitysprosessia. Tehokkaampien prosessorien käytön myötä myös energiankulutus ja lämmöntuotto ovat nousseet yhä suuremmiksi ongelmiksi, erityisesti pienissä, kannettavissa laitteissa. Lämpö- ja energiaongelmien rajoittamiseksi on kehitetty suorituskyvyn skaalausmenetelmiä, jotka edelleen lisäävät järjestelmän kompleksisuutta ja suorituskykyoptimoinnin tarvetta. Tässä työssä kehitettiin visualisointi- ja analysointityökalu ajonaikaisen käyttäytymisen ymmärtämisen helpottamiseksi. Lisäksi kehitettiin suorituskyvyn mitta, joka mahdollistaa erilaisten skaalausmenetelmien vertailun ja arvioimisen suoritusympäristöstä riippumatta, perustuen joko suoritustallenteen tai teoreettiseen analyysiin. Työkalu esittää ajonaikaisesti kerätyn tallenteen helposti ymmärrettävällä tavalla. Se näyttää mm. prosessit, prosessorikuorman, skaalausmenetelmien toiminnan sekä energiankulutuksen kolmiulotteista grafiikkaa käyttäen. Työkalu tuottaa myös käyttäjän valitsemasta osasta suorituskuvaa numeerista tietoa, joka sisältää useita oleellisia suorituskykyarvoja ja tilastotietoa. Työkalun sovellettavuutta tarkasteltiin todellisesta laitteesta saatua suoritustallennetta sekä suorituskyvyn skaalauksen simulointia analysoimalla. Skaalausmekanismin parametrien vaikutus simuloidun laitteen suorituskykyyn analysoitiin.

Consumers' use of nutrition-related endorsement symbol to help their purchase decisions: An extension of the theory of planned behaviour

Tutkimuksessa haluttiin selvittää, mitkä tekijät vaikuttavat ravintoon liittyvän suositusmerkin käyttöön kuluttajan ostopäätöksen apuna. Tutkimuksen viitekehyksen pohjaksi valittiin suunnitellun toiminnan teoria, joka on osoittautunut selittämään hyvin useaa ravintoon- ja terveyteen liittyvää käyttäytymistä. Tutkimustoteutettiin kyselytutkimuksella, jonka aineisto kerättiin Internetissä julkaistulla kyselylomakkeella. Tulokset osoittivat, että kuluttajan aikomus käyttää suositusmerkkiä oli mallin vahvin selittäjä. Lisäksi merkin käyttöä selitti kuluttajan kokema sisäinen kontrolli, johon ulkoinen kontrolli vahvasti vaikuttaa. Ostopäätössitoutumisen havaittiin vaikuttavan aikomuksen ja todellisen merkin käytön väliseen yhteyteen. Yleisesti tulokset osoittivat, että kuluttajilla on aikomusta käyttää merkkiä, mutta todellinen käyttö on huomattavasti vähäisempää.

The Effect of Load Follow Operation on Fuel Behaviour in Loviisa NPP

Työn tarkoituksena oli analysoida polttoainesauvojen käyttäytymistä Loviisan ydinvoimalaitoksen tehonsäätöajossa. Sähkömarkkinoiden vapautuminen Pohjoismaissa sekä tämän seurauksena vaihteleva sähkön markkinahinta ovat ajaneet sähkötuottajat tilanteeseen, jossa tuotanto aiempaa enemmän mukautuu markkinatilanteeseen. Näin ollen myös Loviisan ydinvoimalaitoksen osallistuminen sähkön tuotannon säätelyyn saattaa tulevaisuudessa olla ajankohtaista. Ennen kuin reaktorin tehonsäätöajoa voidaan alkaa toteuttaa, tulee varmistua siitä, että polttoainesauvassa tehonsäätöjen seurauksena tapahtuvat muutokset eivät aiheuta epäsuotuisia käyttäytymisilmiöitä. Työssä tarkastellaan kahden Loviisan ydinvoimalaitoksen polttoainetoimittajan, British Nuclear Fuels plc:n ja venäläisen TVEL:n ensinippujen polttoainesauvan käyttäytymistä tehonsäätötapauksissa. Työssä tarkastellut tehonsäätötapaukset on pyritty valitsemaan niin, että ne kuvaisivat tulevaisuudessa mahdollisesti toteutettavia tehonsäätöjä. Laskentatapauksien sauvatehohistoriat on generoitu HEXBU-3D sydänsimulaattoriohjelmalla lasketun nelivuotisen perustehohistorian pohjalta lisäämällä säätösauvan aiheuttama reaktoritehon muutos, säätösauvan viereisen polttoainenipun aksiaalitehon muutos sekä säätösauvan rakenteen aiheuttama paikallinen tehopiikki säätösauvan vieressä. Työssä tarkastellaan tehonsäätöjen toteuttamista eri tehotasoille ja vaihtelevilla määrillä tehonsäätösyklejä. Työssä käsitellyt laskentatapaukset on jaoteltu reaktorin ajotavan mukaan seuraavasti: peruskuorma-ajo, viikonloppusäätö ja päiväsäätö. Laskenta suoritettiin ydinpolttoaineen käyttäytymistä kuvaavaa ENIGMA-B 7.3.0 ohjelmaa apuna käyttäen. Laskelmien tulokset osoittavat, että molempien polttoainetoimittajien ensinippujen sauvat kestävät reaktorin tehonsäätöajoa rajoituksetta tarkastelluissa laskentatapauksissa. ENIGMA-ohjelman sisältämät mallit, jotka ennustavat polttoainesauvan suojakuoren vaurioitumistodennäköisyyden jännityskorroosion tai väsymismurtuman kautta, eivät näytä mitään merkkejä vaurioitumisesta. BNFL:n polttoainesauva saavuttaa kuitenkin suurempia väsymismurtumatodennäköisyyden arvoja. Tämä johtuu siitä, että polttoainepelletin ja suojakuoren välinen mekaaninen vuorovaikutus syntyy BNFL:n sauvassa aikaisemmin, joka taas johtaa suurempaan määrään sauvaa rasittavia muodonmuutoksia tehonnostotilanteissa. TVEL:n Zr1%Nb -materiaalista valmistetun suojakuoren käyttäytymistä ei voida kuitenkaan suoraan näiden laskujen perusteella arvioida, sillä ENIGMA-ohjelman mallit perustuvat Zircaloy-suojakuorimateriaaleilla suoritettuihin kokeisiin.

Determination of compression behaviour of coating layer

The strength properties of paper coating layer are very important in converting and printing operations. Too great or low strength of the coating can affect several problems in printing. One of the problems caused by the strength of coating is the cracking at the fold. After printing the paper is folded to final form and the pages are stapled together. In folding the paper coating can crack causing aesthetic damage over printed image or in the worst case the centre sheet can fall off in stapling. When folding the paper other side undergoes tensile stresses and the other side compressive stresses. If the difference between these stresses is too high, the coating can crack on the folding. To better predict and prevent cracking at the fold it is good to know the strength properties of coating layer. It has measured earlier the tensile strength of coating layer but not the compressive strength. In this study it was tried to find some way to measure the compressive strength of the coating layer and investigate how different coatings behave in compression. It was used the short span crush test, which is used to measure the in-plane compressive strength of paperboards, to measure the compressive strength of the coating layer. In this method the free span of the specimen is very small which prevent buckling. It was measured the compressive strength of free coating films as well as coated paper. It was also measured the tensile strength and the Bendtsen air permeance of the coating film. The results showed that the shape of pigment has a great effect to the strength of coating. Platy pigment gave much better strength than round or needle-like pigment. On the other hand calcined kaolin, which is also platy but the particles are aggregated, decreased the strength substantially. The difference in the strength can be explained with packing of the particles which is affecting to the porosity and thus to the strength. The platy kaolin packs up much better than others and creates less porous structure. The results also showed that the binder properties have a great effect to the compressive strength of coating layer. The amount of latex and the glass transition temperature, Tg, affect to the strength. As the amount of latex is increasing, the strength of coating is increasing also. Larger amount of latex is binding the pigment particles better together and decreasing the porosity. Compressive strength was increasing when the Tg was increasing because the hard latex gives a stiffer and less elastic film than soft latex.