Χημική συμπεριφορά βαρέων μετάλλων στα ιζήματα της περιοχής του δυτικού Σαρωνικού κόλπου

Abstract

The aim of the present PhD thesis was the study of metal pollution of West Saronikos Gulf, through the processing and analysis of sediments cores. In addition, metal concentrations were determined in the sea water, too. Ten stations had been studying, eight of which were located in the west part of Saronikos Gulf, the ninth in the east part and the last one on the boundary of the East and West Saronikos Gulf. Seven stations of West Saronikos Gulf, were located at the northwest part, near the industries and the settlements and the eighth one, which is the deepest of the gulf (407m), in the center of the Epidaurus basin. The chemical analyses were conducted in the Laboratory of Environmental Chemistry of the National and Kapodistrian University of Athens. According to the results in the sea water, the concentrations of dissolved oxygen showed that, except for some hypoxic points at high depths (>200m), the rest ones were oxygenated. The concentrations of metals (Ni, Fe, Mn, Co, Cu, Pb, Zn, Cd, V, Cr, As) in the sea water were lower than the criteria of the water quality. The research focuses on the results of processing and analysis for granulometry and geochemistry of core sediments. The total concentrations of nine metals (Al, Cr, Ni, Fe, Mn, Cu, Pb, Zn, Cd) and the percentages of organic carbon and carbonates were determined in the sediments. The metal concentrations were determined by Flame and Graphite Atomic Absorption Spectroscopy and Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy. The Al, Mn, Cu, Cd and TOC contents of fine (<63μm) sediments were higher than those of sandy (>63μm) grains. The percentages of organic carbon in the sediments were lower than 3%. Moreover, they were characterized by high surficial values that decreased with depth. The percentages of carbonates were higher (18-79%). The cores were fairly homogeneous, in terms of carbonates. The spatial distribution of Al, Mn, Cu, Pb και Zn in surface sediments, presented increasing concentrations from the northeast to the southwest part of the study area, from the shallow to the deeper parts, in contrast to Cr and Ni which were increased in the northern nearshore stations. Based on the vertical distributions, the concentrations of Cu, Pb and Zn, showed a constant decrease over depth along most cores, indicating the anthropogenic effects to surface sediments. Enrichment factors (EF) indicate minimal (EF<2) or moderate (2<EF<5) sediment contamination. The concentrations of Cr and Ni in surface sediments of the Soussaki area were determined higher than the sediment quality criteria ERL-ERM, which probably due to the geological origin of the two metals. According to the mERMq values for the surface sediments of West Saronikos Gulf, it was proved that most sediments were highly toxic (>1,5) for Cr and Ni. The metal concentrations in the surface sediments of the northwestern Saronikos Gulf were similar to those of a decade earlier. The levels of Cu, Pb and Zn in the surface sediments of West Saronikos Gulf, were much lower than those of Elefsis Bay and other hot spots of the Mediterranean Sea. The management of the marine area of West Saronikos Gulf, is necessary, for the achievement and maintenance of its good environmental status.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη της επιβάρυνσης του δυτικού Σαρωνικού κόλπου από μέταλλα, μέσω της επεξεργασίας και ανάλυσης πυρήνων ιζημάτων. Συμπληρωματικά, προσδιορίστηκαν και οι συγκεντρώσεις μετάλλων στο θαλάσσιο νερό. Συνολικά υπήρχαν δέκα σημεία μελέτης, οχτώ από τα οποία βρίσκονταν στο δυτικό Σαρωνικό, το ένατο στον ανατολικό και το τελευταίο στο όριο ανατολικού-δυτικού Σαρωνικού. Από τα σημεία του δυτικού Σαρωνικού, τα επτά βρίσκονταν βορειοδυτικά, κοντά στις βιομηχανίες και τους οικισμούς και το όγδοο, που ήταν και το πιο βαθύ του κόλπου, στο κέντρο της λεκάνης της Επιδαύρου. Το πειραματικό μέρος εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Χημείας Περιβάλλοντος του τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Αθηνών. Οι συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου στα σημεία μελέτης, υποδηλώνουν καλά οξυγονωμένα ύδατα, με εξαιρέσεις υποξικά σημεία σε βάθη μεγαλύτερα των 200m. Τα επίπεδα των μετάλλων (Ni, Fe, Mn, Co, Cu, Pb, Zn, Cd, V, Cr, As), ήταν αρκετά χαμηλότερα από τα κριτήρια ποιότητας θαλασσινού νερού. Η διατριβή εστιάζει στην περιγραφή των αποτελεσμάτων της ανάλυσης των ιζημάτων, ως προς την κοκκομετρία και τη γεωχημεία. Οι ολικές συγκεντρώσεις εννέα μετάλλων (Al, Cr, Ni, Fe, Mn, Cu, Pb, Zn, Cd) και τα ποσοστά οργανικού άνθρακα και ανθρακικών, προσδιορίστηκαν στα ιζήματα των πυρήνων. Οι τεχνικές προσδιορισμού συγκεντρώσεων των μετάλλων, ήταν εκείνη της Φασματομετρίας Ατομικής Απορρόφησης με Φλόγα και με Φούρνο Γραφίτη, καθώς και της Φασματομετρίας Μαζών Επαγωγικά Συζευγμένου Πλάσματος. Όπως αποδείχτηκε, οι περιεκτικότητες των λεπτόκοκκων (<63μm) ιζημάτων σε Al, Mn, Cu, Cd και TOC, ήταν υψηλότερες από τις αντίστοιχες των χονδρόκοκκων (>63μm). Τα ποσοστά οργανικού άνθρακα στα ιζήματα ήταν χαμηλότερα από 3%. Στις κάθετες κατανομές, τα πιο υψηλά, διακρίνονταν στα επιφανειακά ιζήματα και μειώνονταν με το βάθος του ιζήματος. Τα ποσοστά ανθρακικών ήταν υψηλότερα (18-79%) και παρουσίασαν ομοιομορφία με το βάθος του ιζήματος. Στις επιφανειακές κατανομές, βάσει των συγκεντρώσεων στα επιφανειακά ιζήματα, τα επίπεδα Al, Mn, Cu, Pb και Zn, αυξάνονταν από το βορειοανατολικό προς το νοτιοδυτικό τμήμα της περιοχής μελέτης, από τα πιο ρηχά προς τα βαθύτερα σημεία, σε αντίθεση με τα Cr και Ni, που παρουσίασαν μέγιστα στους βορειοδυτικούς σταθμούς. Στα κάθετα προφίλ, η μείωση των συγκεντρώσεων Cu, Pb και Zn με το βάθος του ιζήματος, πιθανόν σχετίζεται με την ανθρωπογενή επίδραση στα επιφανειακά ιζήματα. Οι συντελεστές εμπλουτισμού (EF), υποδηλώνουν ελάχιστη (EF<2) ή μέτρια (2<EF<5) ρύπανση των ιζημάτων. Οι συγκεντρώσεις Cr και Ni στα επιφανειακά ιζήματα κοντά στο Σουσάκι, προσδιορίστηκαν υψηλότερες από τα κριτήρια ποιότητας ιζημάτων ERL-ERM, πιθανόν λόγω της γεωλογικής προέλευσης των δύο μετάλλων. Από την αθροιστική τοξικότητα (mERMq), για τα περισσότερα επιφανειακά ιζήματα του δυτικού Σαρωνικού, αποδείχτηκε υψηλή τοξικότητα (>1,5) ως προς Cr και Ni. Οι συγκεντρώσεις των μετάλλων στα επιφανειακά ιζήματα του βορειοδυτικού Σαρωνικού, ήταν παραπλήσιες με εκείνες που είχαν προσδιοριστεί μία δεκαετία νωρίτερα. Τα επίπεδα Cu, Pb και Zn στα επιφανειακά ιζήματα του δυτικού Σαρωνικού, ήταν αρκετά χαμηλότερα από εκείνα του κόλπου της Ελευσίνας και άλλων επιβαρυμένων σημείων της Μεσογείου. Η διαχείριση της θαλάσσιας περιοχής του δυτικού Σαρωνικού κόλπου, χρειάζεται, για την επίτευξη και τη διατήρηση της καλής περιβαλλοντικής της κατάστασης.