Dynamic chemical transformations of trace elements in the sediment - water interface, the case of Saronikos Gulf

Abstract

The Saronikos Gulf is facing a significant environmental problem due to anthropogenic pressure from various activities, such as urban expansion, industrial activities, and tourism. One of the major environmental issues in the area is heavy metal pollution, which has been prevalent for decades. Sedimentary cores have been used as an important tool to investigate heavy metal pollution, as they can provide valuable information on the history and evolution of pollution over time. In this study, we examined the temporal evolution, chemical speciation, and dynamics between sediment and water column for metals in sediment cores from Saronikos Gulf, with a focus on emerging pollutants such as V, Ag, and Rare Earth Elements (REEs).The results of the study revealed extensive pollution of the sediments in Eastern and Western Elefsis Bay by Ni, Cr, Cu, Zn, As, Mo, Cd, and Pb from the 1910s and 1960s, respectively. Additionally, a notable enrichment in REEs was revealed in Eastern Elefsis Bay from the late 1990s. The study also found a significant decrease in the sediment enrichment of several metals since 2000 in the Inner Saronikos Gulf, which is mainly influenced by the WWTP of Athens. However, despite this decrease, a toxicity assessment using the metal contents of the surface sediments showed that most of the trace elements studied still pose a moderate to high risk of toxicity to benthic ecosystems. Furthermore, the study of sediment-water dynamics revealed that the sediments have a high potential of acting as a source of metals for the water column, further confirming the high ecological risk of those sediments. In conclusion, we suggest that metal pollution in Saronikos Gulf remains a significant ecological concern, and focused research on emerging pollutants, particularly Ag in the Inner Saronikos Gulf, is urgently needed.

Ο Σαρωνικός Κόλπος αντιμετωπίζει σημαντικό περιβαλλοντικό πρόβλημα λόγω της ανθρωπογενούς πίεσης από διάφορες δραστηριότητες, όπως η αστική επέκταση, οι βιομηχανικές δραστηριότητες και ο τουρισμός. Ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά προβλήματα της περιοχής είναι η ρύπανση από βαρέα μέταλλα, η οποία επικρατεί εδώ και δεκαετίες. Οι πυρήνες ιζήματος έχουν χρησιμοποιηθεί ως σημαντικό εργαλείο για τη διερεύνηση της ρύπανσης από βαρέα μέταλλα, καθώς μπορούν να παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με το ιστορικό και την εξέλιξη της ρύπανσης στην πάροδο του χρόνου. Στην παρούσα μελέτη, η συγγραφέας εξέτασε τη διαχρονική εξέλιξη, τη χημική σύσταση και τη δυναμική μεταξύ ιζήματος και υδάτινης στήλης των μετάλλων σε πυρήνες ιζημάτων από τον Σαρωνικό Κόλπο, με έμφαση σε αναδυόμενους ρύπους όπως το V, ο Ag και οι Σπάνιες Γαίες (REEs).Τα αποτελέσματα της μελέτης αποκάλυψαν εκτεταμένη ρύπανση των ιζημάτων στον ανατολικό και δυτικό κόλπο της Ελευσίνας από Ni, Cr, Cu, Zn, As, Mo, Cd και Pb από τη δεκαετία του 1910 και τη δεκαετία του 1960, αντίστοιχα. Επιπλέον, αποκαλύφθηκε ένας αξιοσημείωτος εμπλουτισμός σε REEs στον ανατολικό κόλπο της Ελευσίνας από τα τέλη της δεκαετίας του 1990. Η μελέτη διαπίστωσε επίσης σημαντική μείωση του εμπλουτισμού των ιζημάτων σε διάφορα μέταλλα από το 2000 στον Εσωτερικό Σαρωνικό Κόλπο, ο οποίος επηρεάζεται κυρίως από το Κέντρο Επεξεργασίας Λυμάτων της Αθήνας. Ωστόσο, παρά τη μείωση αυτή, η αξιολόγηση της τοξικότητας με βάση την περιεκτικότητα των επιφανειακών ιζημάτων σε μέταλλα έδειξε ότι τα περισσότερα από τα ιχνοστοιχεία που μελετήθηκαν εξακολουθούν να αποτελούν μέτριο έως υψηλό κίνδυνο τοξικότητας για τα βενθικά οικοσυστήματα. Επιπλέον, η μελέτη της δυναμικής ιζήματος – νερού αποκάλυψε ότι τα ιζήματα έχουν αυξημένη πιθανότητα να λειτουργήσουν ως πηγή μετάλλων για τη στήλη του νερού, επιβεβαιώνοντας περαιτέρω τον υψηλό οικολογικό κίνδυνο αυτών των ιζημάτων. Συμπερασματικά, η συγγραφέας της μελέτης προτείνει ότι η ρύπανση από μέταλλα στον Σαρωνικό Κόλπο παραμένει ένα σημαντικό οικολογικό πρόβλημα και ότι απαιτείται επειγόντως εστιασμένη έρευνα για τους αναδυόμενους ρύπους, ιδιαίτερα για τον Ag στον Εσωτερικό Σαρωνικό Κόλπο.