The health of the Baltic Sea is negatively affected by hazardous substances such as metals and persistent organic pollutants (POPs), which include legacy pollutants that were banned decades ago, but still circulate in the ecosystem. Elevated levels of legacy pollutants, identified by HELCOM as key hazardous substances, have been found in accumulations of fibrous sediments, so-called fiberbanks and fiber-rich sediments, which derive from old pulp mills along the Swedish north coast. The fiberbanks are deposited in shallow water and bathymetrical models show evidence of their erosion, potentially caused by propeller wash, submarine landslides and gas ebullition. This thesis addresses the potential dispersal of key substances from three fiberbank sites located in a non-tidal Swedish estuary, in which metals and POPs are present in concentrations that may pose a risk for benthic organisms. Metals and POPs are partitioned to organic material and, as expected, show the highest partitioning coefficients (KD) in fiberbanks that have higher TOC levels compared to adjacent areas with fiber-rich sediments (natural clay sediments mixed up with fibers) or relatively unaffected postglacial clays. However, many analytes were found to be present in quantifiable concentrations in pore water, which indicates diffusion of substances from the solid phase to the aqueous phase. To assess the dispersive influence of an abrupt erosional event on dispersion, metals were measured in undisturbed bottom water and in bottom water disturbed by artificial re-suspension of fibrous sediments. The bioavailable, dissolved fraction of metals decreased in bottom water after re-suspension, probably due to the particle concentration effect. In contrast, the total concentrations of metals and number of quantifiable metals increased with particle concentration caused by re-suspension. At one station, the total concentration of chromium (Cr) was elevated to a level where it may lower the ecological status of the water body during periods of substantial erosion (e.g. spring floods or submarine landslides). Analyses of disturbed bottom water revealed, however, that minerogenic particles were preferentially re-suspended compared to organic. This suggests that physical erosion and re-suspension of fiberbank sediments might have a larger effect on dispersal of metals than on POPs. / TREASURE

Pulp and paper industries in Sweden have since the end of the 19th century until late 70s been active in dumping wastewater into adjacent water bodies that have created fibrous sediments called fiberbank and fiber-rich sediment. Fiberbanks are large banks of predominantly organic material while fiber-rich sediment is fibrous sediment that has been mixed with bottom sediment. The fiberbanks comprise of high levels of processed wood fibres and contaminants such as heavy metals and persistent organic pollutants (POPs). It also produces carbon dioxide and methane gas by microbial activity and leaves the sediment with exit holes called pockmarks. These sediments have been proven to cause environmental harm to the benthic biological environment around it, also causing it to become anoxic/hypoxic. Some of the POPs bioaccumulate which also affect humans through fishing. If the fiberbanks are disturbed through e.g. mass movement, toxic contaminants could be released into the aquatic environment. Fiberbanks need to be remediated and more research is needed to characterise it. In-situ capping is a remediation technique that is being tested at the laboratory scale for its application to fiberbanks. It involves placing a layer of clean material on top of the sediment, in order to stabilize it and to limit contaminant release.Because of their high organic content and low density, these sediments might behave differently than typical natural sediments. Therefore, laboratory experiments are necessary to understand their key properties. This thesis focuses on the Sandviken site, for which the bearing capacity of fiberbanks, their thickness, and the compression rate of fiber-rich sediments are studied. The bearing capacity is the capacity for a sediment to hold a weight, and in the case of in-situ capping it is an important parameter to study. The thickness was interpreted from physical data collected by a fluid mud penetrometer (FluMu), from the University of Bremen to assess the fiberbank volume. Fiber-rich sediment is examined to expand the knowledge on its physical properties by testing consolidation and potential gas production.Bearing capacity was tested by placing sediment in a tank and placing a cap on top of it. The site thicknesses were interpolated in ArcMap into a visual topography where the volume could be calculated. Fiber-rich sediment consolidation was tested by placing the sediment in columns with different capping thicknesses. By monitoring bubbles and pockmarks, gas production was confirmed.Results show that the tank sediment construction kept its shape without collapsing or failing at the edges. Sediment/cap interface was sharp, it means little to no mixing between the layers. This proves that Sandviken fiberbank has enough bearing capacity to hold up a cap and that it contains contaminants well. FluMu interpretation resulted in a fiberbank volume of 51885 m3. The fiberbank thickest layer was interpreted as being in front of the sulphate factory which is a credible result. The fiberbank volume is not conclusive since the FluMu has not measured complete thicknesses of the layers. This can be said since thicknesses have been measured at a minimum of 6 m and the thickest point interpreted was 1,11 m. The fiber-rich sediment consolidation showed that a cap that is very thick will cause most consolidation and more rapid dissipation of pore water. Bubbles and pockmarks were observed and confirm gas production. / Papper- och massa-industrin i Sverige har varit aktiv fram till 1970-talet och har dumpat förorenat vatten i angränsande vattendrag. Detta har gett upphov till fibersediment som kallas fiberbank och fiberrikt sediment. Fiberbanker är stora banker av övervägande organiskt material och fiberrikt sediment är en blandning av fiberbank sediment och bottensediment. Fiberbankerna består mestadels av bearbetade träfibrer och föroreningar som tungmetaller och långlivade organiska föroreningar (POPs). Sedimentet producerar även växthusgaser genom mikrobiell aktivitet. Dessa sediment orsakat miljöskada på den biologiska bottenmiljön i omgivningen då den förlorat syreinnehåll. Samtliga POPs samlas i fisk vilket därav även påverkar människors hälsa. Om fiberbankerna skulle störas, släpps giftiga föroreningar ut i miljön. Fiberbanker måste åtgärdas och en saneringsteknik som undersöks i laboratorieskala är in-situ övertäckning. Detta innebär att placera ett lager av rent material ovanpå sedimentet för att stabilisera det och stoppa frigöring av föroreningar.På grund av sedimentets annorlunda karaktär är experiment i laboratorier nödvändiga för att förstå deras nyckelegenskaper. Detta arbete fokuserar på fiberbanken i Sandviken, fiberbankens bärförmåga, dess tjocklek och kompressionshastigheten för fiberrika sediment studeras. Bärförmågan är kapaciteten för ett sediment att hålla en vikt och när man ska belasta ett sediment med ett övertäckningslager är detta viktigt. Tjockleken av sedimentet undersöks för att bedöma fiberbankens volym i området. Fiberrikt sediment undersöks för att utöka kunskapen om dess fysiska egenskaper genom att testa konsolidering och om det producerar gas likt fiberbanksediment.Bärförmågan testades genom att placera sediment i en tank och placera ett lager av rent material på. Platstjocklekarna tolkades från fysiska data från en typ av sensor som penetrerar sediment och interpolerades därefter i ArcMap till en visuell topografi där volymen kunde beräknas. Fiberrik sedimentkonsolidering och gasproduktion testades genom att placera sedimentet i kolumner med olika locktjocklekar.Resultaten visar att bärförmågan av fiberbanksedimentet var tillräckligt för att klara av en grundlig belastning. Gränsen mellan sedimentet och övertäckningslagret var skarp i slutskedet, det innebär liten eller ingen blandning mellan skikten. Detta bevisar att sedimentet bibehåller övertäckningslager väl över sig då ytan är platt. Tolkningen av sensordata resulterade i en fiberbankvolym på 51885 m3. Fiberbankvolymen är inkomplett eftersom FluMu inte har uppmätt skiktens fullständiga tjocklekar eftersom tjocklekar har tidigare uppmätts till minst 6 m och den tolkade tjockaste punkten var 1,11 m. Den fiberrika sedimentkonsolideringen visade att ett övertäckningslager som är mycket tjock kommer att orsaka mest och snabbast konsolidering. Observationer bekräftade även gasproduktion i sedimentet.

Mercury contamination is an environmental issue with high priority due to its high toxicity. In addition to the atmospheric deposition, several lakes and rivers in Sweden are contaminated as a result from wood and pulp-fiber industries which stretches back 200 years. In Luleå, Sweden, a former groundwood industry, Karlshäll, has contributed to mercury pollution in the sediments of Notviken, a small bay connected to Luleå River and the Bothnian Sea, through release of process water. Industrial release of chemicals and wood pulp have resulted in a special type of sediment called fiber banks. The fiber banks contain high levels of organic matter and very little oxygen which contributes to large gas emissions from the fiber banks, gas ebullition. There is no generally accepted method for examining how mercury contaminants are spread through gas ebullition. The aim of this thesis was to review and find methods for that purpose. Through the literature review several types of methods emerged. Some of them were useful for measuring volumes of gas, whereas others were better designed for collecting gas and analysing it for concentration of elements. There are pros and cons with all methods but the one considered most useful in the case of Karlshäll would be Skarp’s method with active and passive sampling. The passive part includes setting up tents over the fiber bank with a known area, and then calculate the volumes of gas which migrate up through the water during a certain amount of time. The active sampling consists of stirring the fiber bank sediment with a stick and then gather the ascending gas bubbles in a Teflon-bag. The Teflon bag is thereafter sent to a chemical environmental laboratory for analysis of the concentration of elements. This method is the only one of the ones reviewed in this thesis which have been tested in Sweden at sites with gas- ebullition facilitated mercury transport. Although, Varadharajan et al’s (2011) sampling device with automation could be applicable if a long-term, high frequency monitoring programme would be used at Karlshäll. In addition, a sampling device with an integrated carbon-absorption-tube collector for trapping gaseous Hg would be beneficial if the samples can’t handle a long-distance transportation. Thus, the samples could be sent to a local laboratory instead. However, this type of device is not yet invented and would need further studies to develop. / Kvicksilverföroreningar är ett stort miljöproblem som räknas till de särskilt farliga ämnena vilka skall fasas ut för att nå miljömålet giftfri miljö. Föroreningarna är mycket giftiga för djur och miljö och det kvicksilver som redan spridits ansamlas och stannar kvar under lång tid i mark, vatten och biota. Utöver den atmosfäriska depositionen så är floder, älvar och sjöar i Sverige förorenade med kvicksilver, ett resultat av en 200-årig industri för tillverkning av pappersmassa och träfiber där kvicksilver varit en del i tillverkningsprocessen.  I Luleå fanns det ett träsliperi kallat Karlshäll mellan åren 1912–1962 som släppte ut orenat processvatten innehållandes kvicksilver tillsammans med rester av träfiber till den närliggande viken, Notviken, som är ett inlopp från Lule älv. Industriella utsläpp av kemikalier och träfiber har resulterat i bildandet av en viss typ av bottensediment, kallad fiberbank. Fiberbankarna innehåller höga nivåer av organiskt material i kombination med lite syre vilket bidrar till stora gasutsläpp från fiberbankarna, gasavgång. Det finns ingen vedertagen metod för att undersöka hur kvicksilverföroreningarna sprids genom gasavgång. Syftet med denna uppsats är att undersöka och hitta metoder som kan undersöka kvicksilverföroreningarnas spridning via gasavgång. Genom en litteraturstudie och intervju med en entreprenör inom miljöteknik framträdde flertalet olika metoder för att kunna kvantifiera eller mäta kvicksilver i gas från fiberbankar. Några av dem var användbara för att mäta volymer av gas. Andra metoder lämpade sig bättre för att samla in gas för analys av koncentrationer av olika ämnen.  Även om alla metoder i viss mån lämpar sig för att undersöka gasavgång från sediment ansågs Jonny Skarps metod som inkluderade både aktiv och passiv provtagning med gasfällor och teflonpåsar vara den mest passande för fiberbankar likt den i Karlshäll. Den passiva metoden innefattar installation av tält över en känd area på sedimentbotten och sen beräkna mängden gas som bubblar upp under en viss tid. Den aktiva insamlingsmetoden bygger på att sediment störs med ett spetsigt föremål, exempelvis ett lod, så att gasbubblor släpper från sedimentet och samlas in med hjälp av en teflon- påse. Teflon-påsen skickas sedan till ett kemiskt laboratorium i Göteborg för analys av innehållet i gasen. Båda dessa provtagningssätt kunde tillsammans mäta mängden kvicksilver ifrån gasen samt volymen av gasen. Denna metod är den enda av de som undersökts i denna uppsats som testats i Sverige på platser med kvicksilver som avgått i gasform från fiberbankar. Dock så är Varadharajan med fleras (2011) automatiserade gas-insamlare ett bra alternativ ifall en hög frekvens av provtagning är nödvändig i kombination med en lång insamlingstid. Denna skulle kunna kombineras med en insamlingsmetod av gasbubblor där det lokala kemilaboratoriet kan analysera innehållet. I detta fall krävs att ett kolfiber-rör är en del av mätinstrumentet. Dock finns det ännu inte något sådant instrument och fler studier behövs för att utveckla ett sådant.

La production endogène de glucose est une fonction cruciale de l'organisme, permettant de maintenir l'homéostasie glycémique. Alors que la production accrue de glucose par le foie a des effets délétères, la néoglucogenèse intestinale (NGI) exerce des effets bénéfiques sur l'équilibre métabolique de l'organisme. Les régimes hyperprotéiques sont connus pour leurs effets de satiété. Grâce à des travaux physiologiques et moléculaires chez le rat et la souris, nous montrons dans une première partie que l'effet bénéfique des régimes hyperprotéiques passe par une induction de la NGI. Lors de la digestion des protéines alimentaires, des di- et tripeptides sont libérés dans la veine porte. Ces molécules agissent comme des antagonistes des récepteurs μ-opioïdes de la veine porte, initiant un arc réflexe intestin-cerveau induisant la NGI et la satiété. Dans un deuxième temps, nous proposons un modèle rendant compte des effets bénéfiques des régimes riches en fibres, tels que l'amélioration de la sensibilité à l'insuline et l'induction de la dépense énergétique. Les fibres solubles sont fermentées par le microbiote intestinal, produisant des acides gras à chaîne courte (AGCC), acétate, propionate et butyrate, à l'origine des effets métaboliques observés. Nous montrons que le butyrate active directement les gènes de la NGI dans les entérocytes, et que le propionate se lie aux récepteurs FFAR3 dans le système nerveux périportal, initiant un mécanisme de communication entre l'intestin et le cerveau induisant la NGI. De plus, nous montrons que la modification de la composition du microbiote par les fibres alimentaires n'est pas suffisante en soi pour induire les effets bénéfiques en absence de NGI / Endogenous glucose production is a crucial function for the organism, accounting for the maintenance of glucose homeostasis. While an increase in hepatic glucose production has deleterious effects, intestinal gluconeogenesis (IGN) has beneficial effects on the metabolic balance of the organism. Protein-rich diets are knows for their satiety effects. Thanks to physiological and molecular studies on rats and mice, we first show that the beneficial effects of protein-rich diets are dependent on activation of IGN. When dietary protein is digested, di- and tri-peptides are released into the portal vein. These molecules act as μ-opioid receptor antagonists in the portal vein, initiating a gut-brain neural reflex arc inducing IGN and satiety. In a second study, we propose a model accounting for the beneficial effects of fiber-enriched diets, such as increased insulin sensitivity and induction of energy expenditure. Soluble dietary fiber is fermented by the gut microbiota, producing short-chain fatty acids (SCFAs), acetate, propionate and butyrate, which are responsible for the observed metabolic effects. We show that butyrate directly activates IGN in the enterocytes, while propionate binds to FFAR3 receptors in the portal vein nervous system, initiating a gut-brain neural communication mechanism inducing IGN. Moreover, we show that modifications in the microbiota composition by dietary fiber are not sufficient to induce metabolic beneficial effects in the absence of IGN