Part-financed by the European Union (European Regional Development Fund)

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 

Environmental CWA analysis 

Paula Vanninen 

Finnish Institute for Verification of the Chemical 

Weapons Convention, VERIFIN 

Department of Chemistry, University of Helsinki 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 

Sediment sampling 



IO PAS, Institute of Oceanology of the Polish Academy of Sciences 



LEPA, Environmental Protection Agency, Lithuania 



FI, Thünen Institute (Germany) 



SYKE, Finnish Environment Institute 

Analysis of CWA-related chemicals 



FOI, Swedish Defence  Research Agency, Sweden 



MUT, Military University of Technology (Poland) 



VERIFIN, Department of Chemistry, University of Helsinki (Finland) 

Analysis of arsenic concentration 



IO PAS, Institute of Oceanology of the Polish Academy of Sciences 



MUT, Military University of Technology (Poland) 



LEPA, Lithuania Environmental Protection Agency 

 

CHEMSEA partners in WP3 

WP3: Summary of the results of the sediment analysis 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 

Studied dumping areas 

Analysis of chemical warfare agent related chemicals… 

Major chemicals 

and amounts dumped in Bornholm 

Sulphur mustard (H) 

7 000 tons 

 

Clark I (DA) 

~1 000 tons 

 

Adamsite (DM) 

1 500 tons 

 

α-Chloroacetophenone (CN) 

500 tons 

 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 



Sulphur mustard-related chemical 

– Mustard  + several of its degradation products 



Arsenic-containing chemicals 

– Adamsite + its degradation products 

– Clark I + its degradation products  

– Arsenic oil (e.g. triphenylarsine) 



Other agents 

– α-chloroacetophenone 

 

Studied CWA related chemicals 

Analysis of chemical warfare agent related chemicals… 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 



Analysis of environmental samples 

–

Totally 178 individual sediment samples analysed and 9 sediment 

cores 

–

87 VERIFIN, 73 MUT, 89 FOI 

–

10 VERIFIN, 10 MUT, 11 FOI pore water samples 

–

Sediment core samples (3 cores each lab) 30 VERIFIN, 36 MUT, 18 

FOI 

–

Totally 364 sample analysis at 187 sample stations 

–

Totally  ca. 17 analytes studied, ca. 6000 analysis 

–

Inorganic As 59 LEPA, 47 MUT, 178 IOPAS 



Merging of analytical data of environmental samples with 

hydrographical data 

–

Data processed by PMA 

 

WP3 Status: accomplished 

To edit click ”View”/ Header and footer” 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 

Sampling  sites 

& results 

Analysis of chemical warfare agent related chemicals… 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 

Sampling  sites 

& results 

Analysis of chemical warfare agent related chemicals… 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 

Sampling  sites 

& results 

Analysis of chemical warfare agent related chemicals… 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 

Positive and  

negative findings 

0 

20 

40 

60 

80 

100 

120 

Bornholm 

Gotland 

Gdańsk Deep 

Gulf of Gdańsk 

Słupsk Furrow 

Numb

er 

o

f samp

les

 

Sampling area 

Positive 

Negative 

WP3: Summary of the results of the sediment analysis 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 

0 

500 

1000 

1500 

1 

11 

21 

Most concentrated  

findings 

Sulphur mustard -related chemicals in CHEMSEA project 

0 

500 

1000 

1500 

1 

11 

21 

Arsenic chemicals in CHEMSEA Project 

 

Analysis of chemical warfare agent related chemicals… 

µg/kg 

µg/kg 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 

Total arsenic in 

different areas 

Differences between 

As concentrations  

in samples  

from different 

sampling points  

are STATISTICALLY 

SIGNIFICANT 

 

ANOVA: p=0.0158 

with confidence 

interval 95% 

Analysis of chemical warfare agent related chemicals… 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 



182 sediment samples have been analysed 

– 59 

positive

 samples (32 %) 

– Intact sulphur mustard detected 

(although very low concentration) 

– Arsenic levels up to 25 mg/kg 

(but not higher) 



Bornholm 

– arsenic-containing

 chemicals similar to MERCW 

– sulphur mustard-related 

chemicals verified, 

but still quite low amounts 



Gotland 

– Dumping verified 

– Lower levels than  in Bornholm 

(as expected) 



Gdansk 

– Proof of dumping 

(not listed in HELCOM 1994 Report) 

Summary 

Analysis of chemical warfare agent related chemicals… 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 



Point contamination 

–

Fractal contamination pattern 

–

Munitions spread unhomogenously 

–

Chemicals at molecular level unevenly distributed 



Only one sample contained intact agent- sulphur mustard, not a 

problem of sensitivity of the methods applied (LOQ less than 3 ppb ; 

3 μg/kg) 



Fate of sulphur mustard; totally polymerized in the Baltic Sea? 

Unresolved questions 

To edit click ”View”/ Header and footer” 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 



The sulfur mustard-related findings do not reflect the high 

amount dumped in the sea. Several hypotheses for the absence 

of mustard-finding can be presented. Reasons for this could be 

that mustard is

 

–

in an form not detected in the current analysis (i.e. as some other 

degradation product), 

–

not spreading to the sediment (e.g. due to formation of insoluble 

lumps), 

–

removed from the sediment surrounding the dumped munitions 

and containers (e.g. by hydrolysis and subsequent dissolution in 

sea water and dilution beyond detection or possibly by bacterial 

consumption of thiodiglycol) or 

–

not actually bound to sediment after removal from munitions or 

containers. 

 

Unresolved questions 

To edit click ”View”/ Header and footer” 

Part-financed by 

the European Union 

(European Regional  

Development Fund) 



Sulphur mustard poses a high risk to fishermen 



Arsenic containing chemicals like Adamsite and Clark pose a risk to 

environment 

–

Arsenic containing chemicals found also in pore water samples 



Degradation products of Adamsite and Clark are quite toxic 



Bornholm deep is known dumpsite - confirmation of previous data 



Gdansk deep: search and assesment -> 

Target for new study 

Outcomes from analysis of 

environmental samples 

To edit click ”View”/ Header and footer”