σημειωσεις περιβαλλοντικη ωκεανογραφια

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ
ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ
ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ
ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σ. ΠΑΠΑΘΕΟ∆ΩΡΟΥ
ΑΝ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ
2010
2
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
2
3.5. ΤΥΠΙΚΑ ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑΤΑ ∆ΙΑΘΕΣΗΣ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΣΤΟ ΘΑΛΑΣΣΙΟ
ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΟΥΣ.
4
3.5. ΤΥΠΙΚΑ ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑΤΑ ∆ΙΑΘΕΣΗΣ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΣΤΟ ΘΑΛΑΣΣΙΟ
ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΟΥΣ.
4
3.5.1. ΜΕΣΟΑΤΛΑΝΤΙΚΕΣ ΘΕΣΕΙΣ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ
4
3.5.1.1. ΟΜΑ∆ΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ
5
3.5.1.2. ΣΥΝΤΟΜΟ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΤΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΤΗΣ ΟΜΑ∆ΑΣ Μ.Α.Β.
1. ΠΑΛΑΙΑ ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΤΗΣ ΠΟΛΗΣ PHILADELPHIA
2. ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΟΞΙΝΩΝ-ΣΙ∆ΗΡΟΥΧΩΝ
3. ΠΡΟΣΩΡΙΝΗ ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ
4. ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΑΡΣΕΝΙΚΟΥ
6
6
7
7
7
3.5.1.3. ΒΡΑΧΥ–ΜΕΣΟ-ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΠΟΡΡΙΨΕΩΝ ΤΗΣ ΟΜΑ∆ΑΣ
Μ.Α.Β.
8
(i) ΤΙ ΕΊΝΑΙ ΒΡΑΧΥ-ΜΕΣΟ-ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΕΣ ΕΠΙΠΤΏΣΕΙΣ?
8
(ii) ΒΡΑΧΥ-ΜΕΣΟ-ΜΑΚΡΟΠΡΟΘΕΣΜΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΠΟΡΡΙΨΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ
ΛΑΣΠΗΣ
9
3.5.1.4. ΘΕΣΕΙΣ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΤΗΣ ΟΜΑ∆ΑΣ Ν.Υ.Β.Α
•
ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΟΞΙΝΩΝ-ΣΙ∆ΗΡΟΥΧΩΝ
(i) Χηµικές επιπτώσεις από την απόρριψη όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων
(ii) Φυσικές επιπτώσεις από την απόρριψη όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων
(iii) Βιολογικές επιπτώσεις από την απόρριψη όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων
•
ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΒΥΘΟΚΟΡΗΣΗΣ ΛΙΜΕΝΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
NEW YORK ΚΑΙ NEW JERSEY.
(i) Το χρονικό της Θέσης
(ii) Μακροχρόνιες επιπτώσεις: Λεπτοµερής βυθοµετρική αποτύπωση του πυθµένα
(iii) Μακροχρόνιες επιπτώσεις : Βαρέα µέταλλα
(iv) Το χρονικό του τέλους.
•
ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΛΑΣΠΗΣ ΠΟΛΗΣ ΝΕΑΣ ΥΟΡΚΗΣ (ΘΕΣΗ 12ΜΙΛΙΩΝ)
(i) Mακροχρόνιες επιπτώσεις
(ii) Το τέλος......
(iii) Η τύχη της θέσης 12-µιλιων µετά την παύση των απορρίψεων
•
ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΒΑΘΕΙΑΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ (ΘΕΣΗ 106-ΜΙΛΙΩΝ)
(i) ∆ιεργασίες διασποράς των ρύπων σε περιβάλλοντα βαθειάς θάλασσας
(ii) Υδροδυναµικές συνθήκες στη θέση 106-µιλίων
(iii) Ο ωκεάνειος πυθµένας της θέσης 106-µιλίων
(iv) Μακροχρόνιες επιπτώσεις από την απόρριψη αποβλήτων στη θέση 106-µιλίων
(v) Η τύχη της θέσης 106-µιλίων µετά την παύση των απορρίψεων
13
13
14
15
15
16
16
19
20
23
33
38
40
40
42
42
43
47
49
50
3.5.2. ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΑ ΕΚΧΥΣΗ ΒΩΞΙΤΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΥΤΙΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ (ΕΡΥΘΡΑ
ΙΛΥΣ) ΣΤΟΝ ΚΕΝΤΡΙΚΟ ΚΟΡΙΝΘΙΑΚΟ ΚΟΛΠΟ
52
ΒΑΘΟΣ
52
3
3.5.2.1. ΘΕΣΗ ΕΚΧΥΣΗΣ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΡΥΘΡΑΣ ΙΛΥΟΣ
(i) Ποια η σύσταση της ερυθράς ιλύος?
53
54
ΤΥΠΙΚΕΣ ΣΥΣΤΑΣΕΙΣ ΕΡΥΘΡΑΣ ΙΛΥΟΣ ∆ΙΑΦΟΡΩΝ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ
55
ΚΑΙ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΒΩΞΙΤΩΝ
55
(ii) Το σύστηµα ΥΕΜΑ της “ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ ΤΗΣ ΕΛΛΑ∆ΟΣ Α.Ε.”
(iii) Βυθοµετρία και µορφολογία της ευρύτερης περιοχής
55
55
3.5.2.2. ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΚΧΥΣΗ ΤΗΣ ΕΡΥΘΡΑΣ ΙΛΥΟΣ
(i) Οι αποθέσεις της ερυθράς ιλύος στην περιοχή απόληξης των αγωγών
(ii) Επιφανειακή κατανοµή της ερυθράς ιλύος στον πυθµένα του Κορινθιακού κόλπου
(iii) Χηµική σύσταση των αποθέσεων της ερυθράς ιλύος
56
57
58
62
3.5.2.3. ∆ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ∆ΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΗΣ ΕΡΥΘΡΑΣ ΙΛΥΟΣ ΣΤΟΝ ΠΥΘΜΕΝΑ ΤΟΥ
ΚΟΡΙΝΘΙΑΚΟΥ ΚΟΛΠΟΥ
64
3.5.2.4. ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΟΙ ΤΡΟΠΟΙ ∆ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΤΗΣ ΕΡΥΘΡΑΣ ΙΛΥΟΣ
67
ΠΙΝΑΚΑΣ 1
ΥΛΙΚΟ
ΧΑΛΚΟΣ
Θέσεις πλέγµατος
ΠΙΝΑΚΑΣ 1
Ppm
ΠΙΝΑΚΑΣ 15
73
76
81
84
89
105
111
ΣΤΑ∆ΙΟ 2
123
ΣΤΑ∆ΙΟ 3
123
ΣΤΑ∆ΙΟ 4
123
4
3.5. ΤΥΠΙΚΑ ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑΤΑ ∆ΙΑΘΕΣΗΣ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΣΤΟ
ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΟΥΣ.
Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζονται παραδείγµατα διάθεσης αποβλήτων στο
θαλάσσιο περιβάλλον από τις Ανατολικές Ακτές των Η.Π.Α και τον Κορινθιακό και
Ευβοϊκό κόλπο από τον Ελληνικό θαλάσσιο χώρο. Μέσα από την παράθεση των
παραπάνω παραδειγµάτων, ο αναγνώστης ενηµερώνεται για νέα όργανα, µεθοδολογίες
και προσεγγίσεις για την εκτίµηση των επιπτώσεων των αποβλήτων στο θαλάσσιο
περιβάλλον µε απώτερο στόχο την τελική αντιµετώπιση τους.
3.5.1. ΜΕΣΟΑΤΛΑΝΤΙΚΕΣ ΘΕΣΕΙΣ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ
Η περιοχή ανοικτά του κόλπου της πόλης New York και του Delaware, η οποία
αναφέρεται ως "Μεσοατλαντικό Πέλαγος" (Midatlantic Bight), έχει µια µακρά ιστορία
απόρριψης αποβλήτων. Ένας σηµαντικός αριθµός θέσεων απόρριψης αστικών
λυµάτων, βιοµηχανικών αποβλήτων και προϊόντων βυθοκόρησης βρίσκεται σε αυτή
την περιοχή του Ατλαντικού Ωκεανού που περιορίζεται µεταξύ των παραλλήλων 38ο
και 41ο και των µεσηµβρινών 72ο και 75ο (Eικ. 3.5.1.).
∆εν θα ήταν υπερβολή αν η συγκεκριµένη περιοχή χαρακτηριστεί ως η
µεγαλύτερη «θαλάσσια χωµατερή» µε βάση τις ποσότητες των απορριπτόµενων
αποβλήτων. Για παράδειγµα ανοικτά της New York, το 1983, απορρίπτονταν τα
απόβλητα 23 εργοστασίων βιολογικού καθαρισµού που ανέρονταν σε 9.0x106 tn. Για
να γίνει αντιληπτό το µέγεθος των απορρίψεων βιολογικής λάσπης ανοικτά της New
York, αρκεί να σηµειωθεί ότι:
οι ποσότητες αυτές αναµιγµένες µε 3.65x109 m3 νερού, είναι ικανές να γεµίζουν
µια πισίνα ολυµπιακών διαστάσεων κάθε δευτερόλεπτο για όλη τη διάρκεια του έτους.
Αν και οι πιο πάνω αριθµοί είναι αναµφίβολα εντυπωσιακοί, µόλις λίγα
χιλιόµετρα δυτικότερα υπάρχει µια θέση απόρριψης των προϊόντων βυθοκόρησης που
προκύπτουν κατά τη διάρκεια των εργασιών εκβάθυνσης του λιµανιού της New York η
οποία δέχεται σε ετήσια βάση περίπου 8x106 m3 ιζηµάτων. Αν αυτές οι ποσότητες
έπρεπε να αποµακρυνθούν από το λιµάνι µε φορτηγά, θα σχηµάτιζαν ένα τεράστιο
«καραβάνι» 800.000 φορτηγών.
5
Εικ. 3.5.1: Γενικός βυθοµετρικός
χάρτης της Μεσοατλαντικής
Περιοχής
στον
οποίο
σηµειώνονται
οι
θέσεις
απόρριψης αποβλήτων: 1:Παλαιά
θέση απόρριψης «βιολογικής
λάσπης» της πόλης Philadelphia
(Old
Dumpsite).
2:Θέση
απόρριψης
όξινων-σιδηρούχων
αποβλήτων (DuPont Acid Wastes
Dumpsite) 3: Προσωρινή θέση
απόρριψης (Interim Dumpsite).4:
Θέση
απόρριψης
αρσενικού
(Arsenic Dumpsite). 5: Θέση
απόρριψης
όξινων-σιδηρούχων
αποβλήτων (New York Acid
Wastes Site). 6:Θέση απόρριψης
προϊόντων βυθοκόρησης των
λιµενικών εγκαταστάσεων της New York και του New Jersey (DMDS, Dredge Material
Dumpsite ή Mud Dumpsite). 7: Θέση απόρριψης «βιολογικής λάσπης» της πόλης της
New York ή «Θέση 12-µιλίων» (Sewage sludge Dumpsite, 12-miles Dumpsite). 8:
Θέση Απορρίψεων Βαθειάς Θάλασσας ή «Θέση 106-µιλίων» (D.W.D.106-miles, Deep
Water Dumpsite 106-miles).
.
3.5.1.1. ΟΜΑ∆ΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ
Οι θέσεις απόρριψης αστικών λυµάτων, βιοµηχανικών αποβλήτων και
προϊόντων βυθοκόρησης που εντάσσονται στη Μεσοατλαντική Περιοχή συγκροτούνται
επιµέρους σε τρεις οµάδες µε βάση τη γεωγραφική τους θέση (Εικ. 3.5.1.).
(i) ΟΜΑ∆Α Μ.Α.Β.: Αυτή η οµάδα θέσεων απόρριψης βρίσκεται ανοικτά του κόλπου
του Delaware και σε βάθη που κυµαίνονται από 10 m (υφαλοκρηπίδα) έως 600 m
(κατωφέρεια), µια περιοχή που καλείται συνήθως ως Μεσοατλανικός Κόλπος (Mid
Atlantic Bight, M.A.B.). Στην οµάδα Μ.Α.Β. εντάσσονται τέσσερις θέσεις απόρριψης
(Εικ. 3.5.1.):
1. Παλαιά θέση απόρριψης «βιολογικής λάσπης» της πόλης Philadelphia (Old
Dumpsite).
2. Θέση απόρριψης όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων (DuPont Acid Wastes Dumpsite).
3. Προσωρινή θέση απόρριψης (Interim Dumpsite).
4. Θέση απόρριψης αρσενικού (Arsenic Dumpsite).
(ii) ΟΜΑ∆Α Ν.Υ.Β.Α.: Αυτή η οµάδα θέσεων απόρριψης βρίσκεται ανοικτά του
κόλπου της πόλης της New York (New York Bight Apex, N.Y.B.A.) και νοτίως του
6
Long Island και σε βάθη νερού µικρότερα των 50 m. Στην οµάδα εντάσσονται τρεις
επιµέρους θέσεις (Εικ. 3.5.1.):
5. Θέση απόρριψης όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων (New York Acid Wastes Site).
6. Θέση απόρριψης προϊόντων βυθοκόρησης των λιµενικών εγκαταστάσεων της New
York και του New Jersey (DMDS, Dredge Material Dumpsite ή Mud Dumpsite).
7. Θέση απόρριψης «βιολογικής λάσπης» της πόλης της New York ή «Θέση 12µιλίων» (Sewage sludge Dumpsite, 12-miles Dumpsite).
(iii) Θέση Απορρίψεων Βαθειάς Θάλασσας ή «Θέση 106-µιλίων» (D.W.D.106-miles,
Deep Water Dumpsite 106-miles): Είναι µια εκτεταµένη θαλάσσια περιοχή απόρριψης
αποβλήτων (βιοµηχανικών και «βιολογικής λάσπης») η οποία βρίσκεται σε µεγάλη
απόσταση από τις ακτές (106 miles) και σε πολύ µεγάλα βάθη νερού (1800 έως 2700
m) (Εικ. 3.5.1.).
ΠΙΝΑΚΑΣ 3.5.2.
ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΘΕΣΕΩΝ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΟΜΑ∆ΑΣ Μ.Α.Β.
ΘΕΣΗ
ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ
ΠΑΛΑΙΑ
ΘΕΣΗ ΠΟΛΗΣ
PHILADELPHI
A
ΟΞΙΝΩΝΣΙ∆ΗΡΟΥΧΩΝ
ΠΡΟΣΩΡΙΝΗ
ΘΕΣΗ
ΘΕΣΗ
ΑΡΣΕΝΙΚΟΥ
ΕΚΤΑΣΗ
ΠΕΡΙΟΧΗΣ
ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ
(Κm2)
ΧΡΟΝΙΚΗ
ΠΕΡΙΟ∆ΟΣ
ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ
ΒΑΘΟΣ
ΝΕΡΟΥ
(m)
ΑΠΟΣΤΑΣΗ
ΑΠΟ ΑΚΤΗ
(km)
ΤΥΠΟΣ
ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ
ΣΥΝΟΛΙΚΗ
ΠΟΣΟΤΗΤΑ
(ΣΕ ΧΙΛΙΑ∆ΕΣ
ΜΕΤΡΙΚΟΥΣ
ΤΟΝΝΟΥΣ)
12
1961-73
10-15
19,3
ΑΣΤΙΚΑ
3750
138
1969-77
40-60
50
ΟΞΙΝΑΣΙ∆ΗΡΟΥΧΑ
5060
65
1973-80
45-65
55
ΑΣΤΙΚΑ
4110
1400
1966-74
60-600
100
ΚΑΥΣΤΙΚΑ
110
3.5.1.2. ΣΥΝΤΟΜΟ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΤΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΤΗΣ ΟΜΑ∆ΑΣ
Μ.Α.Β.
1. ΠΑΛΑΙΑ ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΤΗΣ ΠΟΛΗΣ PHILADELPHIA
Η Παλαιά Θέση Απόρριψης επιλέχθηκε το 1961 από την πόλη της Philadelphia
για την απόρριψη της λάσπης του βιολογικού καθαρισµού («βιολογικής λάσπης»). Από
το 1966 µία επιπλέον πόλη, η Camden του New Jersey, απορρίπτει τη λάσπη του
εργοστασίου του βιολογικού καθαρισµού αυξάνοντας κατά ένα µικρό ποσοστό την
ετήσια ποσότητα απόρριψης. Η πόλη της Philadelphia απέρριπτε σε ετήσια βάση
15.000 έως 80.000 µετρικούς τόννους (ξηρό βάρος) αποβλήτων ενώ η πόλη Camden
µόλις 5.000 ετησίως. Η υπέρβαση των τιµών για τα επιτρεπτά όρια συγκεντρώσεων
υδραργύρου (Hg) και καδµίου (Cd), όπως αυτά καθορίστηκαν από την Υπηρεσία
Περιβαλλοντικής Προστασίας των Η.Π.Α. (U.S. EPA) σε συνδυασµό µε την πιθανή
µόλυνση αποικιών διθύρων στον πυθµένα, οδήγησαν στην κατάργηση αυτής της
7
Παλαιάς Θέσης, το 1973, και τη µεταφορά της, κατά 50 km, προς τα ΝΑ-ικά στην
Προσωρινή Θέση (Εικ. 3.5.1., Πιν. 3.5.2.).
2. ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΟΞΙΝΩΝ-ΣΙ∆ΗΡΟΥΧΩΝ
Τα Όξινα-Σιδηρούχα απόβλητα προκύπτουν από βιοµηχανίες παραγωγής
διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) για χρήση ως χρωστική ουσία και εκτός του Fe
περιέχουν σηµαντικές ποσότητες άλλων βαρέων µετάλλων (V, Ti, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb).
Η θέση απόρριψης Όξινων-Σιδηρούχων χρησιµοποιήθηκε από το εργοστάσιο DuPontEdge Moor (Εικ. 3.5.1., Πιν. 3.5.2.). Η έκδοση άδειας απόρριψης που χορηγήθηκε από
την U.S. EPA προέβλεπε την ταυτόχρονη ανάπτυξη νέων εναλλακτικών µεθόδων
διαχείρισης των αποβλήτων εκτός του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Οι απορρίψεις
σταµάτησαν το 1977 όταν η DuPont µετέφερε τα απόβλητά της στη Θέση 106-µιλίων.
3. ΠΡΟΣΩΡΙΝΗ ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ
Aυτή η θέση απόρριψης ονοµάστηκε Προσωρινή (Εικ. 3.5.1., Πιν. 3.5.2.) επειδή
το διάστηµα 10/1698 έως 7/1969 χρησιµοποιήθηκε προσωρινά από την εταιρεία
DuPont-Edge Moor ως θέση απόρριψης όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων. Μετά από το
1973, χορηγήθηκε η άδεια στις πόλεις Philadelphia και Camden να απορρίπτουν τις
λάσπες των βιολογικών καθαρισµών τους. Η αδυναµία της Philadelphia και της
Camden να εναρµονιστούν µε τα κριτήρια της U.S. EPA οδήγησε τελικά στην
ανάκληση των αδειών απόρριψης τους.
Η U.S. EPA το 1974 θεσµοθέτησε κριτήρια σύστασης των αποβλήτων για την
άδεια απόρριψης στο θαλάσσιο περιβάλλον. Σύµφωνα µε αυτά οι µέγιστες επιτρεπτές
συγκεντρώσεις Hg και Cd στα απόβλητα είναι 0,75 mg kg-1 και 0,6 mg kg-1 αντίστοιχα.
Οι συγκεντρώσεις αυτών των µετάλλων στη βιολογική λάσπη της Philadelphia
βρέθηκαν πολύ υψηλότερες (85 mg kg-1 και 41 mg kg-1) και παρά τη δραστική µείωση
που επιτεύχθηκε στη συγκέντρωση του Hg (~2 mg kg-1), το τελευταίο ταξίδι της
φορτηγίδας αποβλήτων της πόλης της Philadelphia έγινε στις 23 Νοεµβρίου του 1980.
4. ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΑΡΣΕΝΙΚΟΥ
Η Θέση Απόρριψης Αρσενικού (Εικ. 3.5.1.) δεν χρησιµοποιήθηκε ποτέ για την
απόρριψη αρσενικού και είναι άγνωστο γιατί έµεινε γνωστή µε αυτό το όνοµα. Η
εταιρεία Sun Oil της Pennsylvania χρησιµοποίησε τη συγκεκριµένη θέση για την
απόρριψη καυστικών αποβλήτων και ελαιωδών γαλακτωµάτων («white-water»). Το
«white-water» είναι ένα γαλάκτωµα ελαίου και νερού το οποίο συνίσταται από 85%
νερό, 15% λάδι και µικρές ποσότητες οργανικών οξέων, αλκοολών και βαρέων
µετάλλων (Al, Ba, Be και V) και παρουσιάζει pH=8-13. Το ∆εκέµβριο του 1974 η
8
εταιρεία ολοκλήρωσε τις εγκαταστάσεις για ολική επεξεργασία των αποβλήτων της, µε
αποτέλεσµα να λήξει η χρήση της Θέσης Απόρριψης Αρσενικού (Πιν.3.5.2.).
3.5.1.3. ΒΡΑΧΥ–ΜΕΣΟ-ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΠΟΡΡΙΨΕΩΝ
ΤΗΣ ΟΜΑ∆ΑΣ Μ.Α.Β.
(i) ΤΙ ΕΊΝΑΙ ΒΡΑΧΥ-ΜΕΣΟ-ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΕΣ ΕΠΙΠΤΏΣΕΙΣ?
Με τον όρο βραχυχρόνιες επιπτώσεις αναφερόµαστε σε αυτές που
αναπτύσσονται µερικά λεπτά έως µερικές ώρες µετά την απόρριψη. Οι βραχυχρόνιες
επιπτώσεις αναφέρονται σε: (i) αλλαγές της θολερότητας οι οποίες προκαλούνται από
την απότοµη απελευθέρωση των αποβλήτων µε ρυθµούς που ανέρχονται σε 1000 lt/sec
και ελέγχονται από την ύπαρξη θαλάσσιων ρευµάτων και την κατακόρυφη κατανοµή
της πυκνότητας του θαλασσινού νερού, (ii) χηµικές αντιδράσεις και µετασχηµατισµούς
που πυροδοτούνται εξαιτίας της µεγάλης ιοντικής διαφοράς µεταξύ
γλυκού και
θαλασσινού νερού και (iii) διαταράξεις της κατακόρυφης κατανοµής του πλαγκτόν
στην υδατική στήλη.
Οι µεσοχρόνιες επιπτώσεις αναπτύσσονται σε χρονικό ορίζοντα από µερικές
ώρες έως ένα χρόνο και αναφέρονται στη διασπορά των απορριπτόµενων ρύπων κάτω
από τη δράση των ρευµάτων (παλιρροιακών, ανεµογενών), των κυµάτων καθώς και την
επίδραση του φαινόµενου της στρωµατοποίησης της υδάτινης στήλης. Το φαινόµενο
της στρωµατοποίησης της υδάτινης στήλης που αναπτύσσεται τους καλοκαιρινούς
µήνες είναι δυνατόν να παρεµποδίσει την καθίζηση των απορριπτόµενων υλικών προς
τον πυθµένα. Αντίθετα η οµοιόµορφη κατακόρυφη κατανοµή των πυκνοτήτων στην
υδάτινη στήλη κατά τους χειµερινούς µήνες επιτρέπει σε ένα µεγαλύτερο µέρος των
απορριπτόµενων υλικών να καθιζήσει προς τον πυθµένα.
Οι µακροχρόνιες επιπτώσεις γίνονται σηµαντικές µετά από µία χρονική περίοδο
µερικών ετών και αναφέρονται αποκλειστικά σε µεταβολές των φυσικών, χηµικών και
βιολογικών παραµέτρων του πυθµένα. Συγκεκριµένα οι µακροχρόνιες επιπτώσεις
αναφέρονται σε: (i) µεταβολές της βυθοµετρίας του πυθµένα, (ii) µεταβολές της
κοκκοµετρικής σύστασης των επιφανειακών ιζηµάτων, (iii) µεταβολές στη χηµική
σύσταση των επιφανειακών ιζηµάτων και (iv) χρόνιες µεταβολές στην ποικιλότητα και
στην αφθονία των βενθονικών κοινωνιών. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι
επιπτώσεις των αυξηµένων συγκεντρώσεων των µετάλλων σε βενθικούς οργανισµούς
και σε ηθµοτροφικούς οργανισµούς, οι οποίοι συσσωρεύουν σηµαντική ποσότητα
9
µετάλλων στους ιστούς τους. Αποτέλεσµα της διεργασίας της βιοσυσσώρευσης είναι η
είσοδος τοξικών µετάλλων στην τροφική αλυσσίδα και συνεπώς αυξηµένος κίνδυνος
για τη ∆ηµόσια Υγεία.
Συνήθως απαιτείται η µέτρηση των φυσικών, χηµικών και βιολογικών
παραµέτρων του θαλάσσιου περιβάλλοντος σε έναν ή περισσότερους σταθµούς
αναφοράς (reference or control station) πριν την απόρριψη και η συστηµατική µέτρηση
των ίδιων παραµέτρων σε πυκνό δίκτυο σταθµών κατά τη διάρκεια και µετά την
απόρριψη των αποβλήτων.
(ii) ΒΡΑΧΥ-ΜΕΣΟ-ΜΑΚΡΟΠΡΟΘΕΣΜΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΠΟΡΡΙΨΗ
ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΛΑΣΠΗΣ
Η σχεδίαση και εκτέλεση συστηµατικών µετρήσεων για την εκτίµηση των
βραχυ-µεσο-µακροπρόθεσµων επιπτώσεων σε δύο θέσεις απόρριψης της οµάδας
Μ.Α.Β., την Παλαιά Θέση και την Προσωρινή Θέση, µας δίνουν µία πολύ καλή
ευκαιρία για την εκτίµηση των βραχυ-µεσο-µακροπρόθεσµων επιπτώσεων και την
ανάπλαση των διεργασιών που αναπτύσσονται κατά την απόρριψη της βιολογικής
λάσπης.
Στις 13 Νοεµβρίου 1971, η φορτηγίδα µετέφερε και απέρριψε βιολογική λάσπη
στη Παλαιά Θέση Απόρριψης. Η συστηµατική παρακολούθηση της απόρριψης µε τη
βοήθεια τριών υδρογραφικών σταθµών µέτρησης της συγκέντρωσης των αιωρούµενων
σωµατιδίων, έδειξε την επίδραση των υδροδυναµικών συνθηκών στη διασπορά των
ρύπων. Η ταχύτητα του ανέµου ήταν 20 km h-1 και η διεύθυνση των ρευµάτων ήταν
αντίθετη από αυτή του ανέµου. Η συγκέντρωση των αιωρούµενων σωµατιδίων στη
βιολογική λάσπη πριν την απόρριψή της ανέρχονταν σε 90.000 mg kg-1. Περίπου 10
min µετά την απόρριψη, η συγκέντρωση των αιωρούµενων σωµατιδίων στην επιφάνεια
της θάλασσας, στη θέση απόρριψης, είχε µειωθεί σε 156 mg kg-1 (Εικ. 3.5.2β.). Η
καθίζηση ενός σηµαντικού ποσοστού των αιωρούµενων σωµατιδίων προς τον πυθµένα,
διαπιστώθηκε καθώς σε βάθος νερού περίπου 8 m, η συγκέντρωσή τους ήταν ~30 mg
kg-1 και ~10 mg kg-1 , 1h και 2h µετά από τη χρονική στιγµή της απόρριψης, αντίστοιχα
(Εικ. 3.5.2.).
Μία κηλίδα της απορριπτόµενης λάσπης η οποία παρέµεινε στην επιφάνεια της
θάλασσας, διαπιστώθηκε ότι κινήθηκε κάτω από τη δράση του ανέµου και διήνυσε 900
m σε χρόνο περίπου 100 min (Εικ. 3.5.2γ.). Στην ίδια απόσταση διαπιστώνεται
αξιοσηµείωτη συγκέντρωση αιωρούµενου υλικού (~12 mg kg-1) κοντά στον πυθµένα σε
χρόνο ~100 min µετά τη χρονική στιγµή της απόρριψης (Εικ. 3.5.2γ.).
10
Η επίδραση των ρευµάτων µε διεύθυνση αντίθετη αυτής του ανέµου
διαπιστώνεται από την παρουσία συγκέντρωσης αιωρούµενου υλικού περίπου ~25 mg
kg-1 σε µέσα βάθη (~8 m) και σε απόσταση περίπου 100 m από τη θέση απόρριψης και
«ανάντη» του ανέµου (Εικ. 3.5.2α.).
Εικ.3.5.2: Κατακόρυφη κατανοµή της
συγκέντρωσης (mg/kg) των αιωρούµενων
σωµατιδίων βιολογικής λάσπης σε σχέση µε
το χρόνο απόρριψης στην Παλαιά Θέση
Απόρριψης (13 Νοεµβρίου 1971). Οι θέσεις
των µετρήσεων είναι: (α) 100m από τη θέση
απόρριψης και σε διεύθυνση ανάντη των
πνεόντων ανέµων, (β) στη θέση απόρριψης,
και (γ) 900m από τη θέση απόρριψης και σε
διεύθυνση κατάντη των πνεόντων ανέµων
(Oostdam, 1982).
Σε παρόµοια παρακολούθηση µίας απόρριψης στην Προσωρινή Θέση τον
Ιούνιο του 1974, διαπιστώθηκε η σηµαντική επίδραση της παρουσίας του
θερµοκλινούς/πυκνοκλινούς στην καθίζηση των αιωρούµενων σωµατιδίων της
βιολογικής λάσπης. Οι µετρήσεις του αιωρούµενου υλικού, στην ευρύτερη περιοχή πριν
από την απόρριψη (τιµές αναφοράς) έδειξαν δύο περιοχές µεγίστων συγκεντρώσεων,
µία πρωτεύουσα στο επιφανειακό στρώµα και µία δευτερεύουσα κοντά στο στρώµα του
θερµοκλινούς (Εικ. 3.5.3.). Μετά από παρέλευση 8 ωρών από τη χρονική στιγµή της
απόρριψης, διαπιστώθηκε µία µείωση των συγκεντρώσεων του αιωρούµενου υλικού
στο επιφανειακό και στο ενδιάµεσο στρώµα σε τιµές χαµηλότερες και αυτών των τιµών
αναφοράς (Εικ. 3.5.3.). Επιπλέον διαπιστώθηκε µια αύξηση των τιµών στο στρώµα του
θερµοκλινούς και στο πυθµαίο στρώµα, στοιχείο που δηλώνει αφενός την καθίζηση του
αιωρούµενου υλικού της βιολογικής λάσπης προς τον πυθµένα και αφετέρου το ρόλο
του φραγµού που διαδραµατίζει το στρώµα του θερµοκλινούς (Εικ. 3.5.3.). Η µείωση
των τιµών των συγκεντρώσεων του επιφανειακού και ενδιάµεσου στρώµατος κάτω από
τα επίπεδα των φυσικών συγκεντρώσεων δηλώνει ότι τα αιωρούµενα σωµατίδια της
λάσπης συµπαρασύρουν φυσικά αιωρούµενα σωµατίδια και πλαγκτόν καθώς
καθιζάνουν προς τον πυθµένα.
Ας µεταφέρουµε τώρα την προσοχή µας από την υδάτινη στήλη στον πυθµένα,
κάτω ακριβώς από την Προσωρινή Θέση Απόρριψης. Η διασπορά των απορριπτόµενων
11
ρύπων
στον
πυθµένα
µελετήθηκε
µε
χρήση
υ/β
φωτογραφικών
µηχανών,
καταδυόµενων υ/β οχηµάτων και δειγµατοληψιών του πυθµένα.
Εικ.3.5.3: Κατακόρυφη κατανοµή της µέσης
συγκέντρωσης
αιωρούµενων
σωµατιδίων
βιολογικής λάσπης στην Προσωρινή Θέση
Απόρριψης (Ιούνιος 1974) πριν (•) και µετά (■)
την απόρριψη. (Τροποποίηση από Oostdam,
1982)
Κατά
τη
διάρκεια
καταδύσεων
που
εκτελέστηκαν στην Προσωρινή Θέση Απόρριψης, µία ηµέρα µετά την απόρριψη της
φορτηγίδας διαπιστώθηκε η παρουσία κηλίδων από καφέχρωµα συσσωµατώµατα
(flocs) οι οποίες κάλυπταν µερικώς τον πυθµένα (Εικ. 3.5.4.). Οι κηλίδες έχουν πάχος
µερικά χιλιοστά και τα συσσωµατώµατα που τις συγκροτούν δεν διαφέρουν
µακροσκοπικά ή µικροσκοπικά κατά πολύ από τα συσσωµατώµατα που καλύπτουν τον
πυθµένα της υπόλοιπης υφαλοκρηπίδας. Αντίθετα οι αυξηµένες συγκεντρώσεις βαρέων
µετάλλων που διαπιστώθηκαν στα συσσωµατώµατα συγκριτικά µε αυτές των
υποκείµενων ιζηµάτων, είναι ένα στοιχείο που συνδέει τις κηλίδες αυτές µε την
απορριπτόµενη βιολογική λάσπη (Πιν. 3.5.3.).
ΠΙΝΑΚΑΣ 3.5.3.
Επιφανειακό στρώµα (5cm) συσσωµατωµάτων (flocs)
Υποεπιφανειακό στρώµα (5-24cm) ιζήµατος που
υπόκειται του στρώµατος συσσωµατωµάτων
Cd
Cu
Fe
0,37-0,17
100-15
11000-9000
<0,01
7,4-2,0
3700-1600
Εικ. 3.5.4: Υποβρύχια φωτογραφία του
πυθµένα µετά την απόρριψη βιολογικής
λάσπης στην Προσωρινή Θέση Απόρριψης,
στην οποία διακρίνονται σκουρόχρωµα
συσσωµατώµατα και κελύφη διθύρων
(φώτο: Lee Robinson, από Oostdam, 1982)
12
Για την εκτίµηση των µακροχρόνιων επιπτώσεων τη απόρριψης των αποβλήτων
συλλέχθηκαν δείγµατα επιφανειακών ιζηµάτων από τον πυθµένα της Παλαιάς και της
Προσωρινής Θέσης Απόρριψης. Η συστηµατική δειγµατοληψία των επιφανειακών
ιζηµάτων που έλαβε χώρα τα τελευταία 4 χρόνια λειτουργίας της Παλαιάς Θέσης,
έδειξε ότι υπήρχε µια σαφής αύξηση των συγκεντρώσεων των αναλυθέντων µετάλλων
µε το χρόνο. Οι συγκεντρώσεις είναι συγκρίσιµες µε αυτές που διαπιστώθηκαν για µία
µόνο χρονική περίοδο δειγµατοληψίας στην Προσωρινή Θέση Απόρριψης (Πιν.3.5.4.).
ΠΡΟΣΩΡΙΝΗ ΘΕΣΗ
ΠΑΛΑΙΑ ΘΕΣΗ
ΘΕΣΗ
ΠΙΝΑΚΑΣ 3.5.4
∆ιακύµανση
Έτος δειγµατοληψίας
Αναφορά
Νοέµβριος 1970
Clem (1975)
1971
Davey (1972)
1974
Oostdam et al. (1975)
1974
Oostdam et al. (1975)
1974, U.S E.P.A
(Oostdam et al., 1975)
Η
ιδιαίτερη
Μέταλλα
και
Μέση τιµή
Cd
Cr
Fe
Hg
Ni
Pb
Ti
V
Zn
Ελαχ.
Μεγ.
Μέσο
Ελαχ.
Μεγ.
Μέσο
Ελαχ.
Μεγ.
Μέσο
Ελαχ.
Μεγ.
Μέσο
Ελαχ.
Μεγ.
Μέσο
0
0,30
0,01
0,00
0,01
0,005
<0,01
0,26
0,09
0,02
0,10
0,05
<1
<1
<1
0
0,04
0,02
0,00
0,80
0,14
0,01
11
1,1
0,59
1,90
1,20
1,0
3,0
2,4
0,09
2
0,75
400
3000
1500
880
2400
1500
1300
2600
2200
<0,01
0,11
0,04
0,01
0,26
0,05
0,01
0,04
0,02
0,01
0,14
0,03
0
1,2
0,2
0,2
3,1
1,6
1,0
3,4
2,2
<1
2,0
1,4
0,02
0,14
0,06
0,02
0,4
0,08
0,3
7,2
2,9
0,2
5,4
2,8
3
10
7
1,1
4,3
2,5
1,9
5,7
3,7
3
8
5,5
0,1
12
0,5
0,3
1,3
0,8
-
0
0,06
0,02
0,02
2,5
0,5
1
8,9
4,1
3
9,4
6
3
9
7,4
χηµική
σύσταση
των
απορριπτόµενων
αποβλήτων
έχει
«αποτυπωθεί» τόσο στις συγκεντρώσεις συγκεκριµένων µετάλλων στην επιφάνεια του
πυθµένα όσο και στη διακύµανση των συγκεντρώσεων τους µε το χρόνο.
Οι αυξηµένες συγκεντρώσεις του Fe και του Ti στην Προσωρινή Θέση έναντι
αυτών της Παλαιάς είναι αποτέλεσµα της απόρριψης των βιοµηχανικών αποβλήτων της
DuPont-Edge στην πρώτη, καθώς αυτά τα µέταλλα χαρακτηρίζουν τα όξινα-σιδηρούχα
απόβλητα (Πιν. 3.5.4.). Ο ψευδάργυρος (Zn) και ο µόλυβδος (Pb), δύο µέταλλα που
χαρακτηρίζουν τα αστικά λύµατα της πόλης της Philadelphia παρουσιάζουν µία σαφή
αύξηση µε το χρόνο στην Παλαιά Θέση ενώ παρουσιάζουν ακόµη υψηλότερες
συγκεντρώσεις
στην
Προσωρινή
Θέση
(Πιν.3.5.4.).
Αντίθετα,
οι
χαµηλές
συγκεντρώσεις Cd και Hg που διαπιστώθηκαν στα επιφανειακά ιζήµατα και των δύο
θέσεων απόρριψης, οδήγησαν την U.S. EPA στον τερµατισµό της παρακολούθησης της
διακύµανσης µε το χρόνο των συγκεντρώσεων τους (Πιν.3.5.4.).
13
3.5.1.4. ΘΕΣΕΙΣ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΤΗΣ ΟΜΑ∆ΑΣ Ν.Υ.Β.Α
Οι θέσεις απόρριψης που εντάσσονται στην οµάδα N.Y.B.A. και βρίσκονται
ανοικτά του κόλπου της Νέας Υόρκης έχουν αναµφίβολα τη µεγαλύτερη και
εντονότερη ιστορία απορρίψεων (Εικ. 3.5.1.).
•
ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΟΞΙΝΩΝ-ΣΙ∆ΗΡΟΥΧΩΝ
Αυτή η θέση έχει έκταση 41 km2, βρίσκεται σε απόσταση περίπου 27 km από
τις ακτές του New Jersey και του Long Island και σε βάθη νερού από 23 έως 28 m.
Κατέχει το Ν∆-ικο άκρο της οµάδας N.Y.B.A. (Εικ. 3.5.1.) και βρίσκεται κοντά στην
κεφαλή της υποθαλάσσιας χαράδρωσης του Hudson, η οποία διατρέχει την ηπειρωτική
κατωφέρεια και απολήγει στην αβυσσική λεκάνη του Βόρειου Ατλαντικού. Η Θέση
Απόρριψης Όξινων-Σιδηρούχων της οµάδας Ν.Υ.Β.Α, είναι µια από τις τρεις θέσεις της
Μεσοατλαντικής Περιοχής που δέχονται τέτοιου τύπου απόβλητα αλλά είναι αυτή που
δέχεται τις µεγαλύτερες ποσότητες (Εικ. 3.5.5.).
Εικ. 3.5.5: ∆ιάγραµµα στο οποίο
παρουσιάζονται
οι
ποσότητες
των
απορριπτόµενων
όξινων-σιδηρούχων
αποβλήτων για το χρονικό διάστηµα 1960 1982, στις τρεις θέσεις της Μεσοατλαντικής
Περιοχής (Monahan et al. 1988).
Η θέση αυτή χρησιµοποιείται ήδη από το 1948 για την απόρριψη των
αποβλήτων των Βιοµηχανιών NL (National Lead) του New Jersey, οι οποίες παράγουν,
όπως και η εταιρεία DuPont, διοξείδιο του τιτανίου (TiO2).
Μία σηµαντική διαφορά µεταξύ των δύο βιοµηχανιών παραγωγής TiO2 (NL και
DuPont) που έχει σηµαντική επίδραση στο ποσό των παραγοµένων αποβλήτων είναι η
ακολουθούµενη διαδικασία καθαρισµού του TiO2. Οι NL-βιοµηχανίες ακολουθούν τη
διαδικασία των θειϊκών αλάτων (sulfate process), ενώ η DuPont τη διαδικασία των
χλωριδίων (chloride process).
Η µέθοδος των θειϊκών αλάτων βασίζεται στην επίδραση θειϊκού οξέος σε
µεταλλεύµατα µε µικρή σχετικά περιεκτικότητα σε TiO2. Αποτέλεσµα αυτής της
µεθοδολογίας είναι η παραγωγή µεγάλων ποσοτήτων αποβλήτων, αφού για την
παραγωγή 1 τόννου TiO2 προκύπτουν περίπου 10 τόννοι αποβλήτων. Αντίθετα η
µέθοδος των χλωριδίων βασίζεται στην επίδραση αέριου χλωρίου σε µετάλλευµα
πλούσιου σε TiO2, µε αποτέλεσµα να προκύπτει µικρή ποσότητα αποβλήτων.
14
Αυτή η διαφορά µεταξύ των δύο µεθοδολογιών εµπλουτισµού των
µεταλλευµάτων οδήγησε τόσο την Ευρωπαϊκή Ένωση όσο και την U.S.EPA να δώσουν
κίνητρα στις βιοµηχανίες για υιοθέτηση της µεθοδολογίας των χλωριδίων. Η U.S.EPA
εξέδωσε οδηγίες για τη µείωση των όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων των NLΒιοµηχανιών, οι οποίες για το λόγο αυτό εγκατέστησαν σύστηµα µείωσης του όγκου
των αποβλήτων. Τελικά, εξαιτίας γενικότερων οικονοµικών συνθηκών, η παραγωγή του
εργοστασίου σταµάτησε το 1982.
Αν και σηµαντικές ποσότητες όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων έχουν απορριφθεί
ανοικτά του κόλπου της Νέας Υόρκης, αυτές αποτελούν µόνο το 19% των συνολικά
απορριπτόµενων
αποβλήτων
(προϊόντα
βυθοκόρησης-αστικά
λύµατα-χηµικά
απόβλητα) στην περιοχή. Τα όξινα-σιδηρούχα απόβλητα, αν εξαιρεθεί ο Fe ο οποίος
είναι το κυρίαρχο µέταλλο των αποβλήτων, συνεισφέρουν µόλις το 2% της συνολικής
ποσότητας των µετάλλων Cd, Cr, Cu, Hg, Pb και Zn που εισέρχονται στη θαλάσσια
περιοχή της θέσης απόρριψης. Τα επιµέρους ποσοστά των µετάλλων που εισέρχονται
στο θαλάσσιο περιβάλλον από τα όξινα-σιδηρούχα απόβλητα κυµαίνονται από 0,04%
για τον Hg έως 4% για το Cr.
(i) Χηµικές επιπτώσεις από την απόρριψη όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων
Οι σηµαντικότερες επιπτώσεις των όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων αναφέρονται
στη χηµική επίδραση τους στο θαλάσσιο περιβάλλον. ∆ύο είναι οι κύριες χηµικές
επιπτώσεις από την απόρριψη τους: (i) η µείωση του διαλυµένου Ο2 (DO) της υδάτινης
στήλης και (ii) η µείωση της τιµής του pH.
(i) Η µείωση των επιπέδων του DO οφείλεται στη γρήγορη µετατροπή του
δισθενούς σιδήρου (ο οποίος βρίσκεται στην υγρή φάση των αποβλήτων) σε τρισθενή
σίδηρο. Το ποσό του απαιτούµενου οξυγόνου για αυτή τη µετατροπή είναι συνήθως
διαθέσιµο από την υδάτινη στήλη και συνεπώς δεν προκαλείται ιδιαίτερο πρόβληµα.
Στην περίπτωση που η µετατροπή του δισθενούς σε τρισθενή σίδηρο λάβει χώρα κοντά
στην επιφάνεια του πυθµένα, όπου το DO είναι περιορισµένο, τότε είναι πιθανόν να
αναπτυχθούν ανοξικές συνθήκες.
Αυτή η µετατροπή από δισθενή σε τρισθενή σίδηρο οδηγεί στη δηµιουργία
οξειδίων τρισθενούς σιδήρου φυλλοειδούς µορφής τα οποία συγκροτούν εµφανή
νεφελώµατα στην υδάτινη στήλη. Τα οξείδια του σιδήρου τα οποία βρίσκονται υπό
σωµατιδιακή µορφή (προσ)ροφούν άλλα βαρέα µέταλλα ή/και οργανική ύλη και
διασπείρονται µαζί στην υδάτινη στήλη.
15
(ii) Η µείωση της τιµής του pH, η οποία παρατηρείται µετά την απόρριψη των
αποβλήτων, είναι σηµαντική για ένα µικρό χρονικό διάστηµα. Το pH του θαλασσινού
νερού κυµαίνεται από 7,2 έως 8,5, ενώ αυτό των αποβλήτων είναι περίπου 0,01.
Μετρήσεις του pH του επιφανειακού θαλασσινού νερού κατά την απόρριψη έδειξαν
σηµαντική µείωση (~3), αλλά 5 min µετά την αποµάκρυνση της φορτηγίδας οι τιµές
του είχαν επανέλθει στα κανονικά επίπεδά τους.
Ο ρυθµός µε τον οποίο επανέρχονται οι φυσικές τιµές του pH στο θαλασσινό
νερό στη θέση απόρριψης εξαρτάται σε µεγάλο βαθµό από το ρυθµό απόρριψης.
Μικρός ρυθµός απόρριψης των αποβλήτων οδηγεί σε γρήγορη επαναφορά των
κανονικών τιµών του pH και για το λόγο αυτό η U.S. EPA προτείνει ως ρυθµό
απόρριψης ίσο ή µικρότερο των 378.500 lt/min.
(ii) Φυσικές επιπτώσεις από την απόρριψη όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων
Συστηµατικές µετρήσεις που έγιναν στην δεκαετία του ΄70 κατά τη διάρκεια
απορρίψεων όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων, έδειξαν ότι τα πρώτα 15 min µετά την
απόρριψη η διάλυση των αποβλήτων προκαλείται αποκλειστικά από την τύρβη που
προκαλείται από τη φορτηγίδα και στη συνέχεια από τις υδροδυναµικές συνθήκες που
επικρατούν στην περιοχή (Ε.G&G, 1977).
Σύµφωνα µε τους Kester et al (1981), οι δύο κύριες διεργασίες που ελέγχουν τη
διασπορά των όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων είναι: (i) η αραίωσή τους στην υδάτινη
στήλη και (ii) η καθίζηση των σωµατιδίων τους. Η επίδραση αυτών των διεργασιών
είναι ιδιαίτερα σηµαντική στα διάφορα µέταλλα που περιέχονται στα απόβλητα. Το Cd
και ο Cu που βρίσκονται κυρίως σε διαλελυµένη µορφή ελέγχονται από τη διεργασία
της αραίωσης, ενώ ο Fe, το Ti και ο Pb που βρίσκονται σε σωµατιδιακή µορφή
ελέγχονται τόσο από την αραίωση όσο και την καθίζηση.
Με ιχνηθέτη τη συγκέντρωση του Fe διαπιστώθηκε ότι η αραίωση των
αποβλήτων, για χρονικό διάστηµα 20 h µετά την απόρριψη, αναπτύσσεται σε δύο
στάδια. Στην πρώτη µισή ώρα η αραίωση των αποβλήτων αναπτύσσεται µε γρήγορους
ρυθµούς και ανέρχεται σε 1:10.000 ενώ στη συνέχεια για τις επόµενες περίπου 19 h η
αραίωση είναι 1:100.000 (Εικ. 3.5.6.).
(iii) Βιολογικές επιπτώσεις από την απόρριψη όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων
Αν και η επίδραση των όξινων-σιδηρούχων αποβλήτων είναι πιθανόν να
επικαλύπτεται από αυτές των αστικών λυµάτων και των προϊόντων βυθοκόρησης που
16
απορρίπτονται σε µεγάλες ποσότητες σε γειτονικές περιοχές της οµάδας N.Y.B.A.,
είναι δυνατόν να εξαχθούν ορισµένες γενικές τάσεις και συµπεράσµατα.
Εικ. 3.5.6: ∆ιάγραµµα στο οποίο παρουσιάζεται η
αραίωση (αναγράφονται οι λόγοι αραίωσης) των
όξινων - σιδηρούχων αποβλήτων µετά την
απόρριψη τους, µε βάση τη συγκέντρωση του
περιεχόµενου Fe (EG&G 1977)
Το φυτοπλαγκτόν δεν διαπιστώθηκε να ελέγχεται από την απόρριψη των
αποβλήτων (Vacaro et al 1972). Μελέτες της αφθονίας του ζωοπλαγκτού στην περιοχή
N.Y.B.A., έδειξαν µία µείωση περίπου 30% έναντι γειτονικών σταθµών αναφοράς
χωρίς όµως αυτή να αποδίδεται απόλυτα στα απόβλητα αλλά µάλλον στις χωρικές
διαφοροποιήσεις του ζωοπλαγκτού (Vacaro et al 1972). ∆εδοµένα εργαστηριακών
αναλύσεων που αναφέρονται σε έκθεση ειδών κωπηπόδων σε όξινα-σιδηρούχα
απόβλητα έδειξαν ότι: (i) οι τιµές συγκεντρώσεων των αποβλήτων για 96 h-LC50
κυµαίνονται από 97 έως 171 mg lt-1 (Capuzzo and Lancaster 1985), (ii) συγκέντρωση
αποβλήτων ~10 mg lt-1 (συγκέντρωση που διαπιστώνεται στη θέση απόρριψης)
προκαλεί σηµαντική µείωση της παραγωγής των αυγών των κωπηπόδων και µείωση
του ρυθµού ανάπτυξής τους (Capuzzo and Lancaster 1985) και (iii) βαρέα µέταλλα
λαµβάνονται από τα κωπήποδα µε αποτέλεσµα τα περιττώµατα τους (fecal pellets) να
παρουσιάζουν υψηλές συγκεντρώσεις, και τα οποία καθώς είναι βαρύτερα των
συσσωµατωµάτων των αποβλήτων αποτελούν µία ταχύτερη οδό µεταφοράς των
µετάλλων προς τον πυθµένα (Capuzzo 1983). Σαφείς ενδείξεις για επίδραση των
αποβλήτων σε βενθικούς οργανισµούς δεν έχουν διαπιστωθεί από τους ερευνητές.
•
ΘΕΣΗ
ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ
ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ
ΒΥΘΟΚΟΡΗΣΗΣ
ΛΙΜΕΝΙΚΩΝ
ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ NEW YORK ΚΑΙ NEW JERSEY.
(i) Το χρονικό της Θέσης
Το κύριο µορφολογικό χαρακτηριστικό που δεσπόζει στον πυθµένα ανοικτά του
κόλπου της Νέας Υόρκης, είναι µία σειρά λοφοειδών αποθέσεων οι οποίες
οικοδοµήθηκαν από τη συνεχή απόρριψη προϊόντων βυθοκόρησης τα τελευταία 150
17
χρόνια. Αυτή η εκτεταµένη θέση απόρριψης δέχεται τα τελευταία 20 χρόνια, σε ετήσια
βάση 4,5x106 m3 προϊόντων βυθοκόρησης, από τις εκβαθύνσεις καναλιών συνολικού
µήκους 240 µιλίων των λιµενικών εγκαταστάσεων της New York και του New Jersey
(Εικ. 3.5.7.). Αυτό το ποσό είναι ένα αξιοσηµείωτο ποσοστό (10-15%) της συνολικής
ποσότητας προϊόντων βυθοκόρησης που απορρίπτεται στο θαλάσσιο χώρο σε
παγκόσµια
κλίµακα
και
ένα
ιδιαίτερα
σηµαντικό
ποσοστό
(25-40%)
των
απορριπτόµενων στις 20 περίπου θέσεις απόρριψης του Ατλαντικού Ωκεανού.
Για να γίνει αντιληπτό το µέγεθος των απορρίψεων σε αυτή τη θέση, αρκεί να
αναφερθεί ότι είναι περίπου 3 φορές υψηλότερο από την ετήσια παροχή του ποταµού
Hudson σε ιζήµατα, ενώ αν συγκριθεί µε την ετήσια είσοδο αιωρούµενου υλικού από
όλα τα ποτάµια των ανατολικών ακτών της Αµερικής έχει 10 φορές µεγαλύτερη µάζα.
Η χρήση αυτής της θαλάσσιας περιοχής ως θέση απόρριψης ξεκινά από τα µέσα
του 19ου αιώνα. Στις πρώτες δεκαετίες τα απορριπτόµενα απόβλητα ποικίλουν από
σκουπίδια, ελαφρά επιπλέοντα υλικά, φυσικά εδάφη από εκσκαφές οικοδοµών (cellar
dirt) έως και προϊόντα βυθοκόρησης από την εκβάθυνση ή/και διάνοιξη νέων καναλιών
στο λιµάνι της New York. Συστηµατικές βυθοµετρικές έρευνες, τη χρονική περίοδο
1845 έως 1934, έδειξαν την ύπαρξη εξάρσεων στην επιφάνεια του πυθµένα αποτέλεσµα
των απορρίψεων. Το 1914, εξαιτίας της µεγάλης µείωσης του βάθους του νερού σε
ορισµένες θέσεις, διαχωρίστηκαν οι περιοχές απόρριψης των προϊόντων βυθοκόρησης
και των οικοδοµικών υλικών (cellar dirt).
18
Εικ. 3.5.7: Χάρτης ανακλαστικότητας ηχητικών κυµάτων του πυθµένα ανοιχτά του
λιµανιού της New York και του New Jersey, στον οποίο έχει αποτυπωθεί η µακρά
ιστορία απορρίψεων αποβλήτων στην περιοχή. 1: Αποθέσεις περιόδου πριν το 1930. 2:
Αποθέσεις περιόδου 1930-1975. 3: Σύγχρονη περιοχή απόρριψης (DMDS). 4: Ζώνη
λεπτόκοκκων αποθέσεων. 5: Cellar dirt. 6: Απόθεση υλικών µε διοξίνες. 7:Θέση 12Μιλίων. 8: Κοιλάδα Hudson.
Από το 1914 έως το 1977, οπότε η U.S. EPA καθόρισε µία Προσωρινή Θέση
Απόρριψης, µία εκτεταµένη περιοχή δεχόταν τα προϊόντα βυθοκορήσεων τα οποία για
τα 63 αυτά χρόνια υπερβαίνουν τα 180x106 m3. Αυτή η Προσωρινή Θέση καθορίζεται
ως Θέση Απόρριψης Προϊόντων Βυθοκόρησης (DMDS) (έκτασης 7 km2) το 1984. Από
το 1976, οπότε υπάρχει ακριβής καταγραφή του όγκου των απορρίψεων, σχεδόν
100x106 m3 έχουν απορριφθεί στη DMDS, η οποία συνήθως αναφέρεται ως MudDumpsite.
Η κοκκοµετρική σύσταση των απορριπτόµενων υλικών κυµαίνεται από βράχια
µεγέθους 1-2 m έως άµµο, πηλό και άργιλο. Από τα µέσα του 1991, τα βράχια δεν
19
απορρίπτονται πλέον στην DMDS αλλά χρησιµοποιούνται για την οικοδόµηση
τεχνητών υφάλων µε σκοπό να αυξηθεί έτσι η «χωρητικότητα» της θέσης σε
λεπτόκοκκα υλικά. Το Σεπτέµβριο του 1994 η έκταση της DMDS αυξήθηκε σε ~58
km2 και τον Οκτώβριο του 1995 σε 74 km2 ώστε να συµπεριλάβει όλες τις παλαιότερες
περιοχές απόρριψης.
(ii) Μακροχρόνιες επιπτώσεις: Λεπτοµερής βυθοµετρική αποτύπωση του πυθµένα
Η λεπτοµερής βυθοµετρική αποτύπωση του πυθµένα ανοικτά του κόλπου της
New York, µε πολυδεσµικό βυθόµετρο (multi-beam echo sounder) (Εικ. 3.5.7.)
(Schwab et. al. 1997a,b), αποτύπωσε επιπλέον την ιστορία των εντατικών απορρίψεων
τα τελευταία 100 χρόνια και αυτό γιατί οι τελευταίες προκάλεσαν σηµαντικές
αλλοιώσεις (µακροχρόνιες επιπτώσεις) στη βυθοµετρία της περιοχής.
Στο βορειοδυτικό άκρο της περιοχής εντοπίζονται δύο λοφοειδείς σχηµατισµοί
διαµέτρου η καθεµία περίπου 2 km αποτέλεσµα των απορρίψεων τα τελευταία 150
χρόνια. Η βορειότερη λοφοειδής απόθεση (40º25.5΄Ν, 73º51.6´W), η οποία αναφέρεται
ως «Castle Hill», οικοδοµήθηκε από τις απορρίψεις προϊόντων βυθοκόρησης πριν από
το 1930 (Εικ. 3.5.7.). Η νοτιότερη απόθεση (40º24΄Ν, 73º51.75´W) οικοδοµήθηκε από
τις απορρίψεις το χρονικό διάστηµα 1930-1975 (Εικ. 3.5.7.). Οι δύο αυτές αποθέσεις
φαίνονται να ενοποιούνται στη βάση τους, παρουσιάζουν ένα ελάχιστο βάθος περίπου
16 m και µία υψοµετρική διαφορά από το γειτονικό πυθµένα περίπου 10 m.
Συστηµατικές πυρηνοληψίες ιζήµατος και εκτέλεση τοµογραφιών µε τοµογράφους
υποδοµής πυθµένα (subbottom profiler) εκτελέστηκαν στην περιοχή των αποθέσεων
πριν το 1930, και 1930-75. Η σύνθεση των πληροφοριών που προέκυψαν οδήγησε σε
µία σχηµατική τοµή των αποθέσεων στην οποία διαπιστώνεται ότι το µέγιστο πάχος
τους ανέρχεται σε 10m, ενώ στο κεντρικό τµήµα τους και για περίπου 2km το πάχος
υπερβαίνει τα 6m (Εικ. 3.5.8.).
Εικ.3.5.8: Σχηµατική τοµή των αποθέσεων που έχουν οικοδοµηθεί από τις
συστηµατικές απορρίψεις προϊόντων βυθοκόρησης ανοιχτά της New York και του New
Jersey. Σηµειώνονται οι θέσεις των πυρηνοληψιών (Dayal et al, 1983).
20
Νοτιότερα της απόθεσης των ετών 1930-1975, εντοπίζεται η σύγχρονη Θέση
Απόρριψης Προϊόντων Βυθοκόρησης (DMDS) (40º25.7΄Ν, 73º51’W), η οποία
χαρακτηρίζεται από το εντονότερο ανάγλυφό της (εναλλαγές σκούρο-ανοιχτόχρωµων
περιοχών) έναντι των δύο παλαιότερων αποθέσεων (Εικ. 3.5.7.).
Περιφερειακά της DMDS και ιδιαίτερα στο βόρειο, ανατολικό και νότιο τµήµα
της διαπιστώνεται µία ζώνη εύρους 1-2 km χαµηλής ανακλαστικότητας και οµαλής
µορφολογίας του πυθµένα (Εικ. 3.5.7.). Αυτή η ζώνη συνίσταται από λεπτόκοκκα
ιζήµατα
τα
οποία
πιθανώς
αποτελούσαν
το
λεπτοµερέστερο
κλάσµα
των
απορριπτόµενων υλικών που µεταφέρθηκε ανατολικότερα και προς την κεφαλή της
χαράδρωσης Hudson, κάτω από την επίδραση ρευµάτων και κυµάτων.
∆υτικότερα της DMDS και πολύ κοντά στην κεφαλή της υποθαλάσσιας
χαράδρωσης του ποταµού Hudson, εντοπίζεται µια επιµηκυσµένη απόθεση µε σαφώς
οµαλότερο ανάγλυφο από αυτό της DMDS, η οποία οικοδοµήθηκε από την απόρριψη
οικοδοµικών εκσκαφών («Cellar dirt») (Εικ. 3.5.7.).
Νοτίως της DMDS εντοπίζεται µια κυκλική περιοχή διαµέτρου 1 km, η οποία
χαρακτηρίζεται από σχετικά οµαλό ανάγλυφο και παρουσία περίπου 10 µικρών
λοφοειδών εξάρσεων. Αυτή η περιοχή είναι η περιοχή απόρριψης ιζηµάτων
ρυπασµένων µε διοξίνες, τα οποία στη συνέχεια καλύφθηκαν µε άµµο (capping),
περίπου στα τέλη της δεκαετίας του ΄80 (Εικ. 3.5.7.).
(iii) Μακροχρόνιες επιπτώσεις : Βαρέα µέταλλα
Το ιδιαίτερο πρόβληµα που µεγιστοποιεί τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις από
την απόρριψη προϊόντων βυθοκόρησης, είναι το γεγονός ότι αυτά προέρχονται από
ειδικά περιβάλλοντα, όπως λιµενικές εγκαταστάσεις, τα οποία δέχονται µεγάλες
ποσότητες ρύπων. Συνεπώς τα ιζήµατα που βυθοκορούνται και στη συνέχεια
µεταφέρονται και απορρίπτονται στο θαλάσσιο περιβάλλον φέρουν µεγάλο φορτίο
ρύπων.
Αυτό το πρόβληµα είναι ιδιαίτερα έντονο στα ιζήµατα των λιµενικών
εγκαταστάσεων της New York, καθώς εκτός των συνήθων λιµενικών δραστηριοτήτων,
η περιοχή δέχεται τα νερά του ποταµού Hudson στις όχθες του οποίου αναπτύσσονται
ρυπογόνες δραστηριότητες. Σύµφωνα µε τους Dayal et al. (1981) οι απορρίψεις των
προϊόντων βυθοκόρησης του λιµανιού της New York «…αντιπροσωπεύουν τη
µεγαλύτερη και στενότερα γεωγραφικά επικεντρωµένη ανθρωπογενή είσοδο τοξικών
µετάλλων σε παράκτιο περιβάλλον».
21
Οι πυρηνοληψίες ιζήµατος έδειξαν ότι τα προϊόντα βυθοκόρησης συνίστανται
από ιλύ και αµµούχο ιλύ µαύρου χρώµατος και καλύπτουν
φυσικό πυθµένα που
συνίσταται από πρασινόχρωµη γλαυκονιτική, χαλαζιακή άµµο και γκρίζα-ερυθρόχρωµη
άργιλο (Εικ. 3.5.8.).
Ο προσδιορισµός των συγκεντρώσεων των βαρέων µετάλλων Fe, Mn, Ag, Cd,
Pb, Cu, Hg και του οργανικού υλικού, στους πυρήνες ιζήµατος, έδειξε ότι:
•
Το όριο µεταξύ των αποθέσεων των προϊόντων βυθοκόρησης και του υποκείµενου
φυσικού πυθµένα, εντοπίζεται από την απότοµη και σηµαντική µείωση των τιµών
των συγκεντρώσεων των µετάλλων.
•
Οι τιµές των συγκεντρώσεων των µετάλλων στις αποθέσεις παρουσιάζουν έντονη
διακύµανση µε το βάθος.
•
Οι κατακόρυφες κατανοµές των συγκεντρώσεων των µετάλλων στις αποθέσεις
παρουσιάζουν έντονες διαφοροποιήσεις από θέση σε θέση πυρηνοληψίας.
Ο βαθµός εµπλουτισµού των αποθέσεων βυθοκόρησης σε µέταλλα έναντι του
υποκείµενου φυσικού πυθµένα αποτυπώνεται µε σαφήνεια στον Παράγοντα
Εµπλουτισµού (EF) κάθε µετάλλου (Πιν. 3.5.5.). Αυτοί οι βαθµοί εµπλουτισµού των
µετάλλων είναι σηµαντικά υψηλότεροι από τους αντίστοιχους των ίδιων µετάλλων σε
άλλες παράκτιες περιοχές οι οποίες δέχονται απορρίψεις προϊόντων βυθοκόρησης (Πιν.
3.5.5.). Οι υψηλές τιµές της σταθεράς απόκλισης του παράγοντα εµπλουτισµού για τα
µέταλλα Cu, Pb, Cd, Ag και Hg δηλώνει την υψηλή διακύµανση που αυτός παρουσιάζει
από θέση σε θέση. Για παράδειγµα το Cd παρουσιάζει µέσο Παράγοντα Εµπλουτισµού
14 µε σταθερά απόκλιση 14, στοιχείο που δηλώνει ότι το Cd παρουσιάζει 100%
διακύµανση µέσα στις αποθέσεις των προϊόντων βυθοκόρησης. Οι έντονες
διακυµάνσεις των συγκεντρώσεων των µετάλλων διαπιστώνονται όπως ήδη
σηµειώνεται, τόσο σε κατακόρυφη όσο και σε οριζόντια κλίµακα, γεγονός που
αντικατοπτρίζει την διακύµανση στη χηµική σύσταση των ιζηµάτων του λιµανιού της
New York.
ΠΙΝΑΚΑΣ 3.5.5.
Στοιχείο
Pb
Cd
Cu
Mn
Παράκτιες
Λεκάνες
της
Καλιφόρνιαα
4,2
1,5
1,8
1,0
Kieler Bucht,
Βαλτική
Θάλασσαβ
Κόλπος
Narragansettγ
Κόλπος Νέας Υόρκης
Θέση απόρριψης υλικών
βυθοκόρησηςδ
4,1
6,9
1,9
1,0
4,0
–
6,7
1,0
16 ± 8
14 ± 14
22 ± 13
4,7 ± 0,5
22
Fe
Zn
Ag
Hg
Οργανικ
ό Υλικό
1,0
1,4
3,0
–
1,0
2,9
–
–
1,0
3,3
1,0
–
1,7 ± 0,2
–
13 ± 6
9±4
–
–
–
3,2 ± 0,9
α
Μέσες τιµές βασισµένες σε έρευνες των αποθέσεων στις λεκάνες του San Pedro, Santa Monica και Santa Barbara
της νότιας Καλιφόρνια (Bruland et al., 1974).
β
Erlenkeuser et al., (1974).
γ
Goldberg et al., (1977).
δ
Μέσες τιµές βασισµένες σε επτά πυρήνες
Οι Dayal et al. (1983) χρησιµοποίησαν (α) τις τιµές ρυθµού ιζηµατογένεσης της
περιοχής (mm/yr ή cm/yr), (β) το πάχος των αποθέσεων βυθοκορήσεων και (γ) τις
συγκεντρώσεις των µετάλλων για να υπολογίσουν την ανθρωπογενή είσοδο µετάλλων
στο κόλπο της Νew York από τις απορρίψεις προϊόντων βυθοκόρησης (Πίν. 3.5.6.).
Αυτές βρέθηκαν πολύ υψηλότερες (έως και τέσσερις τάξεις µεγέθους) από αντίστοιχες
εισόδους σε άλλες παράκτιες περιοχές, στοιχείο που καταδείχνει την ισχυρή είσοδο
µετάλλων στον κόλπο της New York, λόγω των απορρίψεων των προϊόντων
βυθοκόρησης (Πιν. 3.5.6.). Επιπλέον, µε την προϋπόθεση ότι για κάθε θέση
πυρηνοληψίας στη βάση αυτής βρίσκονται οι αποθέσεις των ετών 1936-1973 και στην
οροφή αυτής των ετών 1973-1978, - µία υπόθεση η οποία δεν ισχύει για όλες τις θέσεις
- επιχειρήθηκε να βρεθεί ο µέσος όρος ετήσιας εισόδου των µετάλλων πριν και µετά το
1973 (Πιν.3.5.7.).
Για την περίοδο 1936-73 οι µεγαλύτερες ετήσιοι είσοδοι µετάλλων
διαπιστώνονται στο κεντρικό τµήµα των αποθέσεων (αρ. πυρήνων ιζήµατος 3 και 6),
ενώ οι µικρότερες στις Β∆-ικές και ΝΑ-ικές απολήξεις τους (Εικ. 3.5.8).
Αντίθετα για την περίοδο 1973-78, οι µεγαλύτερες ετήσιοι είσοδοι µετάλλων
διαπιστώνονται στο ΝΑ-ικό άκρο τους (αρ. πυρήνων ιζήµατος 2,5 και 6) (Εικ. 3.5.8).
Αυτό µπορεί να αιτιολογηθεί από το γεγονός ότι οι απορρίψεις των ετών 1973-78
µετατοπίστηκαν ΝΑ-κότερα των απορρίψεων των ετών 1936-73. Ένα συµπέρασµα που
αποδεικνύεται από τη λεπτοµερή βυθοµετρική αποτύπωση των περιοχών απόθεσης
(Εικ. 3.5.7.).
ΠΙΝΑΚΑΣ 3.5.6.
Είσοδος Μετάλλων (g m-2 y-1)
Μέταλλο
Pb
Παράκτιες
Λεκάνες
της Καλιφόρνιαα
0,016
Kieler Bucht,
Βαλτική
Θάλασσαβ
0,022
Κόλπος
Narragansettγ
1,68
Κόλπος Νέας Υόρκης
Θέση απόρριψης
υλικών βυθοκόρησηςδ
40 ± 39
23
Cu
Cd
Ag
Hg
Mn
Feε
0,013
0,0007
0,0009
–
0,0στ
0,0στ
0,012
0,0006
–
–
0,0
0,0
2,60
–
–
–
0,0
0,0
44 ± 47
0,9± 0,7
1,0 ± 0,9
0,7 ± 0,5
119 ± 84
9±6
α
Μέσες τιµές βασισµένες σε έρευνες των αποθέσεων στις λεκάνες του San Pedro, Santa Monica και Santa Barbara της νότιας
Καλιφόρνια (Bruland et al., 1974).
β
Erlenkeuser et al., (1974).
γ
Goldberg et al., (1977).
δ
Μέσες τιµές βασισµένες σε επτά πυρήνες
ε
x 103 g m-2 y-1.
στ
Η κανονική είσοδος (προ βιοµηχανοποίησης) Mn και Fe στις λεκάνες της Καλιφόρνια έχει αναφερθεί ότι είναι 0,15 και 18 g m-2 y1
αντίστοιχα (Bruland et al., 1974).
ΠΙΝΑΚΑΣ 3.5.7.
Είσοδοι Μετάλλων Ανθρωπογενούς Προέλευσης (g m-2 y-1)
Περίοδος 1973-1978
Περίοδος 1936-1973
Αρ.
Πυρήνα
Feβ
Mn
Pb
Cu
Cd
Ag
Hg
Οργανικό
Υλικόβ
Feβ
Mn
Pb
Cu
Cd
Ag
Hg
Οργανικό
Υλικόβ
2
13,9
185
64,9
73,1
1,48
1,84
1,12
14,6
6,0
67,7
30,3
29,9
0,52
1,03
0,55
18,2
3
12,4
146
47,5
66,7
0,89
1,28
0,67
35,1
18,3
1,70
2,50
1,77
48,6
4
3,5
73,1
5,7
6,8
0,20
0,14
0,21
12,4
1,6
16,4
1,3
1,3
0,02
0,03
0,02
3,3
5
15,0
201
58,2
58,4
1,34
2,88
0,99
35,7
3,1
30,1
5,0
8,7
0,17
0,22
0,17
7,1
6
17,5
284
25,5
24,9
0,55
0,52
0,48
34,4
18,5
82,1
75,2
1,57
1,80
1,67
39,9
8
3,9
24,9
25,4
0,65
0,81
0,55
13,5
2,8
26,4
14,9
11,9
0,17
0,29
0,26
7,5
9
5,0
19,4
21,0
0,48
0,63
0,44
12,5
6,3
71,1
33,3
31,8
2,41
0,54
0,55
18,2
47,7
114
196
201
150
181
α
Σε αυτούς τους υπολογισµούς, θεωρήθηκε ότι η πυκνότητα της στερεής φάσης που είναι παρούσα στα υλικά βυθοκόρησης είναι
2,6 g cm-3 και ότι η µέση υγρασία είναι 31% κατά βάρος.
β
x 103.
(iv) Το χρονικό του τέλους.
Οι εξαιρετικά επιβλαβείς επιπτώσεις των απορρίψεων των προϊόντων
βυθοκόρησης των λιµενικών εγκαταστάσεων της New York και του New Jersey, στο
θαλάσσιο περιβάλλον, ευαισθητοποίησαν την κοινή γνώµη, την επιστηµονική
κοινότητα και τους υπεύθυνους φορείς. Οι φωνές για παύση των απορρίψεων στο
θαλάσσιο περιβάλλον πύκνωναν µε µεγάλους ρυθµούς την τελευταία εικοσαετία. Από
την άλλη πλευρά, οι λιµενικές εγκαταστάσεις των δύο πόλεων µε το πυκνό δίκτυο
καναλιών, είναι µια οικονοµική πηγή, ζωτικής σηµασίας για τις Η.Π.Α. Σύµφωνα µε
στατιστικά δεδοµένα (1997), οι λιµενικές δραστηριότητες παρέχουν 166.600 θέσεις
εργασίας, ενώ από τους λιµένες N.Y και N.J εξάγονται προϊόντα σε 150 χώρες και
διακινούνται ετησίως 1.7x106 φορτία (containers) µε πρόβλεψη για 4.0x106 το 2010 και
διπλασιασµό σε 8.0x106 το 2040, µε 74.400 νέες θέσεις εργασίας. Ο συγκερασµός των
δύο πλευρών, οδήγησε στην εκτέλεση πολλών ερευνητικών προγραµµάτων για την
24
εκτίµηση της επιβάρυνσης του περιβάλλοντος και την αναζήτηση εναλλακτικών
µεθόδων διαχείρισης των προϊόντων βυθοκόρησης. Μια σηµαντική παράµετρος για την
επιλογή των εναλλακτικών µεθόδων απόρριψης των υλικών είναι αναµφίβολα το
οικονοµικό κόστος. Το κόστος της απόρριψης των υλικών στη θάλασσα ανέρχεται σε 5
έως 10 δολλάρια ανά yrd3 (γυάρδα), ενώ η αντίστοιχη τιµή για χερσαία διαχείριση των
υλικών βυθοκόρησης είναι δέκα φορές υψηλότερη.
Φυσικές και χηµικές αναλύσεις των προϊόντων βυθοκόρησης χρησιµοποιήθηκαν
για την καθιέρωση ενός συστήµατος ταξινόµησης τους, µε βάση το βαθµό τοξικότητας.
Αυτή είναι ιδιαίτερα σηµαντική διάκριση επειδή επιτρέπει αφενός την ακριβέστερη
εκτίµηση του µεγέθους του προβλήµατος και αφετέρου διευκολύνει τη διαχείριση των
προϊόντων βυθοκόρησης. Σύµφωνα µε αυτό το σύστηµα τα προϊόντα βυθοκόρησης
διακρίθηκαν σε τρείς επιµέρους κατηγορίες. Στην Κατηγορία Ι εντάσσονται προϊόντα
αµµώδους σύστασης τα οποία είναι σχεδόν απαλλαγµένα από ρύπους. Τα υλικά της
Κατηγορίας ΙΙ είναι µετρίως ρυπασµένα και είναι δυνατόν να απορριφθούν στο
θαλάσσιο περιβάλλον µε την προϋπόθεση να καλυφθούν (capping) από καθαρά υλικά
(π.χ. Κατηγορία Ι). Στην Κατηγορία ΙΙΙ εντάσσονται υλικά πολύ επιβαρυµένα µε
ρύπους και η απόρριψή τους στο θαλάσσιο περιβάλλον προκαλεί βλαβερές επιπτώσεις.
Την 4η Ιουλίου 1996, υπογράφηκε σύµβαση (The 3 Party Letter) µεταξύ της
U.S. EPA, της U.S. Army Corps of Engineers και του Γραµµατέα Μεταφορών, για τη
διακοπή των απορρίψεων στο θαλάσσιο περιβάλλον την 1η Σεπτεµβρίου 1997 και την
αποκατάσταση της ευρύτερης περιοχής γύρω από τη Θέση Απόρριψης Προϊόντων
Βυθοκόρησης (Historic Area Remediation Site, HARS) έκτασης 51km2.
Τελικά, η τελευταία φορτηγίδα µεταφέροντας υλικά Κατηγορίας ΙΙ έκανε το
τελευταίο ταξίδι της στις 10 Αυγούστου 1997, τρείς εβδοµάδες πριν από τη λήξη της
καταληκτικής ηµεροµηνίας.
Οι αρχές των λιµένων New York και New Jersey προετοίµασαν ένα Σχέδιο
∆ιαχείρισης των Προϊόντων Βυθοκόρησης (DMMP, Dredged Material Management
Plan)
το οποίο αποσκοπεί στον καθορισµό τρόπων διαχείρισης των υλικών
βυθοκόρησης, χωρίς αυτά να απορρίπτονται στο θαλάσσιο περιβάλλον, µέχρι το έτος
2040 και µε έµφαση στην επωφελή χρήση τους. Τα αποτελέσµατα του DMMP
δηµοσιοποιήθηκαν το Σεπτέµβριο του 1999 και οριστικοποιήθηκαν το ∆εκέµβριο του
1999. Οι γενικές κατευθύνσεις του Σχεδίου είναι:
• Μείωση των πηγών ρύπανσης: Καθορισµός των πηγών ρύπανσης και προσπάθεια
για µείωση του ποσού των ρύπων που εισέρχονται στο δίκτυο καναλιών των λιµένων
25
N.Y και N.J ώστε τα προϊόντα βυθοκόρησης να είναι λιγότερα ρυπασµένα και
συνεπώς ευκολότερα στη διαχείρισή τους.
• Εξυγίανση της Θέσης Απόρριψης Προϊόντων Βυθοκόρησης: Τα υλικά βυθοκόρησης
της Κατηγορίας Ι θα χρησιµοποιηθούν για κάλυψη (capping) των προϊόντων
βυθοκόρησης που έχουν αποτεθεί όχι µόνο στη Θέση απόρριψης Προϊόντων
Βυθοκόρησης αλλά σε µια ευρεία περιοχή η οποία περιέχει το µεγαλύτερο µέρος
των ιστορικών θέσεων απόρριψης (Historic Area Remediation Site, HARS) (Εικ.
3.5.9.).
• ∆ηµιουργία καταφυγίων: Στα πλαίσια του Σχεδίου προτείνεται η δηµιουργία
καταφυγίων ψαριών (τεχνητοί ύφαλοι), πουλιών και περιοχών αποίκισης διθύρων µε
υλικά βυθοκόρησης Κατηγορίας Ι.
• Εξυγίανση εδαφών και θέσεων: Απορρυπασµένα υλικά βυθοκόρησης µπορεί να
τοποθετηθούν σε θέσεις εξορύξεων και εγκαταλελειµένων βιοµηχανικών θέσεων
(“brownfields”). Για παράδειγµα, µια παλαιά βιοµηχανική θέση στο New Jersey
δέχτηκε 1.3x106yrd3 προϊόντων βυθοκόρησης.
• Απορρυπαντικές τεχνολογίες: Αρκετές απορρυπαντικές τεχνολογίες προτείνονται για
τον καθορισµό των υλικών βυθοκόρησης και τη χρήση τους στον κατασκευαστικό
τοµέα.
• Τοποθέτηση σε ταµιευτήρες: Χερσαίες θέσεις ορυχείων και υποθαλάσσιες θέσεις
εξόρυξης άµµου και χαλίκων µπορεί να χρησιµοποιηθούν για την αποθήκευση
υλικών βυθοκόρησης, ενώ επιπλέον µπορεί να χρησιµοποιηθούν για την οικοδόµηση
τεχνητών νησίδων. Για παράδειγµα, ένα υποθαλάσσιο κοίλωµα βάθους 20m στον
πυθµένα του όρµου Newark, το οποίο σχηµατίστηκε από τις συνεχείς άµµο- και
χαλικοληψίες για οικοδοµικές ανάγκες, µπορεί να δεχτεί περίπου 1.5x106yrd3
προϊόντων βυθοκόρησης. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η κάλυψη των υλικών
βυθοκόρησης µε καθαρή άµµο, ενώ κριτήριο για την επιλογή της θέσης
αποθήκευσης ή οικοδόµησης είναι η µικρή απόσταση από τη θέση βυθοκόρησης.
26
Εικ. 3.5.9: Λεπτοµερής βυθοµετρικός χάρτης της ευρύτερης περιοχής της Θέσης
Απόρριψης Προϊόντων Βυθοκόρησης (HARS), τον οποίο επιπλέον έχει αποτυπωθεί το
Σχέδιο Κάλυψης (capping) των αποβλήτων µε αµµούχο υλικό. Η περιοχή HARS έχει
έκταση 15.7 nm2 και σύµφωνα µε το σχέδιο κάλυψης διαχωρίζεται σε τρεις
υποπεριοχές. Η Περιοχή Προτεραιότητας (1-9) έκτασης 9nm2 , η οποία λόγω του
µεγάλου ρυπαντικού φορτίου της πρέπει να καλυφθεί άµεσα µε υλικά κατηγορίας Ι,
πάχους 1m. Η Ενδιάµεση Περιοχή έκτασης 5.7 nm2 δεν θα δεχθεί απευθείας απόρριψη
υλικού αλλά θα καλυφθεί από τη διασπορά του υλικού που θα απορριφθεί στην
Περιοχή Προτεραιότητας. Η τρίτη Περιοχή δεν θα δεχθεί απευθείας ή εµµέσως υλικό
για κάλυψη.
Σύγχρονες τεχνικές τηλε-αποτύπωσης, παρατήρησης και παρακολούθησης των
απορρίψεων των αποβλήτων στο θαλάσσιο περιβάλλον
Η ανάγκη για αξιόπιστη και αποτελεσµατική αποτύπωση και µελέτη των
αποθέσεων που οικοδοµούνται στο θαλάσσιο πυθµένα από τη συστηµατική απόρριψη
αποβλήτων οδήγησε στη χρήση νέων τεχνικών. Ο ηχοβολιστής πλευρικής σάρωσης
(ΗΠΣ), ο τοµογράφος υποδοµής πυθµένα (ΤΥΠ) και το φωτοτοµογραφικό σύστηµα
µεγάλης ευκρίνειας (REMOTS®) αποτελούν εξαιρετικά χρήσιµα µέσα για την
27
αποτύπωση και παρακολούθηση αυτού του τύπου των αποθέσεων. (για λεπτοµέρειες
βλέπε βιβλίο Υ∆ΡΟΣΦΑΙΡΑΣ).
Ο ηχοβολιστής πλευρικής σάρωσης αποδίδει δισδιάστατες απεικονίσεις της
επιφάνειας του πυθµένα προσφέροντας πληροφορίες για τη µορφολογία του πυθµένα
και την επιφανειακή κατανοµή της υφής των ιζηµάτων. Με τη χρήση του ηχοβολιστή
πλευρικής σάρωσης επιτυγχάνεται η αποτύπωση αφενός της έκτασης των αποθέσεων
και αφετέρου µιας ποικιλίας διεργασιών που αναπτύσσονται κατά τη διάρκεια και µετά
την απόθεση των αποβλήτων. Ο τοµογράφος υποδοµής πυθµένα αποδίδει τοµές της
υποδοµής του πυθµένα και χρησιµοποιείται για την καταγραφή του πάχους των
αποθέσεων.
Οι Ferentinos et. al. (2000α,β) αποτύπωσαν µε ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης
αποθέσεις προϊόντων βυθοκόρησης από τα λιµάνια της Κέρκυρας και της Ζακύνθου. Οι
αποθέσεις αποτυπώνονται µε τη µορφή σκοτεινόχρωµων κηλίδων διαµέτρου ~50m και
καθεµιά από τις κηλίδες αντιπροσωπεύει απορρίψεις του φορτίου µιας φορτηγίδας (Εικ.
3.5.10α.). Το πάχος αυτών των κηλιδόµορφων αποθέσεων είναι µικρό (~0.5m) όπως
διαπιστώνεται από τοµογραφίες 3,5 kHz που καταγράφηκαν στην περιοχή των
απορρίψεων (Εικ. 3.5.10β.). Ο κοκκώδης ακουστικός χαρακτήρας που παρουσιάζουν οι
κηλίδες δηλώνει ότι οι αποθέσεις παρουσιάζουν τραχύ ανάγλυφο, ενώ η παρουσία
γραµµικών ιχνών που διατάσσονται ακτινωτά από την περιφέρεια των κηλίδων,
πιθανώς οφείλεται στη διασπορά του υλικού κατά τη διάρκεια της απόθεσής τους (Εικ.
3.5.10γ.). Σε ορισµένες από τις κηλιδόµορφες αποθέσεις εντοπίζονται εκτεταµένα
γραµµικά ίχνη, τα οποία αντιπροσωπεύουν µικρές αποθέσεις αποβλήτων καθώς η
φορτηγίδα αποµακρύνεται πλέον από τη θέση απόρριψης (Εικ. 3.5.10α.).
Η λεπτοµερής αποτύπωση µεγάλου τµήµατος της κρηπίδας ανοικτά της πόλης της
Ζακύνθου µε ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης οδήγησε στη χαρτογράφηση των
αποθέσεων που έχουν σχηµατιστεί από τις απορρίψεις των προϊόντων βυθοκόρησης του
λιµανιού της (Εικ. 3.5.11.). Οι κηλιδόµορφες αποθέσεις συγκεντρώνονται σε περιοχές
του πυθµένα βαθύτερα των 50 m, γεγονός που δηλώνει ότι οι απορρίψεις έχουν
συντελεστεί σύµφωνα µε την κείµενη νοµοθεσία, αλλά συγχρόνως αναδεικνύει µία
επιπλέον ενδιαφέρουσα χρήση του ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης, δηλαδή αυτή του
αξιόπιστου ελέγχου των εργασιών απόρριψης.
Η απώλεια πληροφοριών που προκύπτει από την εφαρµογή του ηχοβολιστή
πλευρικής σάρωσης και τοµογράφου υποδοµής πυθµένα, όργανα τα οποία
παρουσιάζουν µία διακριτική ικανότητα περίπου 1 m, αναπληρώνεται µε τη χρήση του
28
φωτοτοµογραφικού
συστήµατος
(REMOTS®)(Εικ.
3.5.12.).
Αυτό το όργανο
συνίσταται από ένα σφηνοειδές πρίσµα µε µία πλευρά από plexiglass στο εσωτερικό
του οποίου εφαρµόζεται φωτογραφική µηχανή (Εικ. 3.5.12.). Μετά τη διείσδυση του
σφηνοειδούς πρίσµατος στον πυθµένα τίθεται σε λειτουργία η φωτογραφική µηχανή η
οποία αποτυπώνει την τοµή του πυθµένα (<20 cm) που αποκαλύπτεται στη διαφανή
πλευρά του πρίσµατος. Με αυτή τη µεθοδολογία επιτυγχάνεται η καταγραφή των
φυσικών
(κοκκοµετρική
σύσταση
ιζηµάτων),
χηµικών
(∆υναµικό
βάθος
Οξειδαναγωγής, R.P.D.) και βιολογικών χαρακτηριστικών (ποικιλία και αφθονία
βένθους) των ανώτερων 20 cm του πυθµένα. Το φωτοτοµογραφικό σύστηµα
REMOTS® είναι ιδανικό µέσο για τον εντοπισµό και την καταγραφή µιας σηµαντικής
γεωχηµικοβιολογικής παραµέτρου, του ∆υναµικού Βάθους Οξειδαναγωγής (Redox
Potential Depth, RPD). Το βάθος αυτό αναφέρεται στη διαχωριστική επιφάνεια µεταξύ
των
επιφανειακών
οξειδωτικών
ιζηµάτων
(συνήθως
καφέχρωµων)
και
των
υποεπιφανειακών αναγωγικών ή ανοξικών ιζηµάτων (µαύρου χρώµατος λόγω της
παρουσίας µεταλλικών σουλφιδίων) (Εικ. 3.5.13.). Μεγάλο RPD δηλώνει µικρό
οργανικό φορτίο στην επιφάνεια του πυθµένα και έντονη βιοαναµοχλευτική
δραστηριότητα σε µεγαλύτερο βάθος. Ρηχό RPD δηλώνει µεγάλο επιφανειακό
οργανικό φορτίο και πολύ ρηχή βιοαναµοχλευτική δραστηριότητα (Εικ. 3.5.14).
29
Εικ.: 3.5.10: (α) Ηχογραφία ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης του πυθµένα της κρηπίδας
ανοικτά του λιµένα της Ζακύνθου, στην οποία έχουν αποτυπωθεί κηλιδόµορφες
(σκουρόχρωµες) αποθέσεις απορρίψεων προϊόντων βυθοκόρησης. 1: Κηλιδόµορφη
απόθεση µε καµπύλο γραµµικό ίχνος, το οποίο αντιπροσωπεύει µικρές αποθέσεις
υλικών βυθοκόρησης καθώς η φορτηγίδα αποµακρύνεται πλέον από τη θέση
απόρριψης. (β) Τοµογραφία 3.5kHz στην οποία παρουσιάζονται δύο αποθέσεις
προϊόντων βυθοκόρησης πολύ µικρού πάχους (~0.5m). (γ) Κηλιδόµορφη απόθεση µε
έντονα γραµµικά ίχνη ακτινωτής διάταξης.
Το REMOTS® χρησιµοποιήθηκε από τον Germano (1983) για να αποτυπωθούν
οι µικρού πάχους (<20 cm) απολήξεις µίας λοφοειδούς απόθεσης προϊόντων
βυθοκόρησης. Αυτές οι απολήξεις λόγω του µικρού πάχους τους δεν εντοπίζονται από
τον ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης και τον τοµογράφο υποδοµής πυθµένα, µε
αποτέλεσµα να υποεκτιµάται η επιφάνεια που καλύπτουν οι απορρίψεις και συνεπώς ο
όγκος των απορρίψεων. Η εφαρµογή του REMOTS® απέδειξε ότι οι λεπτές απολήξεις
περιφερειακά της λοφοειδούς απόθεσης καλύπτουν επιφάνεια πυθµένα που ανέρχεται
στο 80% της συνολικής επιφάνειας του πυθµένα που καλύπτεται από τις απορρίψεις και
συγκροτούν περίπου το 56% του όγκου των απορριπτόµενων αποβλήτων (Germano,
1983).
30
Εικ. 3.5.11: Λεπτοµερής βυθοµετρικός χάρτης της κρηπίδας, της πλαγιάς,(πυκνές
ισοβαθείς), και της κεντρικής λεκάνης ανοικτά του λιµένα της Ζακύνθου, στον οποίο
παρουσιάζονται κηλιδόµορφες αποθέσεις που έχουν προκύψει από την απόρριψη των
προϊόντων βυθοκόρησης του λιµένα.
Εικ. 3.5.12: (α) Το φωτοτοµογραφικό σύστηµα REMOTS . (β) Σχηµατική τοµή του
συστήµατος REMOTS στην οποία παρουσιάζεται ο τρόπος λειτουργίας του. Το πρίσµα
µε τη διαφανή πλευρά έχει εισχωρήσει στα επιφανειακά ιζήµατα µε αποτέλεσµα να
είναι δυνατή η φωτογράφηση της τοµής των ιζηµάτων. (Germano and Rhoads, 1989).
Εικ. 3.5.13: Φωτογραφική τοµή των επιφανειακών ιζηµάτων στη θέση απόρριψης του
κόλπου Buzzads (Massachusetts), όπως προέκυψε από το φωτογραφικό σύστηµα
Remots. Το δυναµικό βάθος οξειδοαναγωγής (RPD) είναι ευδιάκριτο και διαχωρίζει τα
υποεπιφανειακά µαύρα αναγωγικά ιζήµατα από τα ανοιχτόχρωµα επιφανειακά
(Germano and Rhoads, 1989).
31
Εικ. 3.5.14: Επιφανειακή κατανοµή του δυναµικού βάθους οξειδοαναγωγής (RPD) στον
πυθµένα της περιοχής Long Island Sound (New York),µε ισοβαθείς ανά 5.0mm. Οι
γραµµοσκιασµένες περιοχές παρουσιάζουν ρηχό RPD (<3.5mm) στοιχείο που σηµαίνει
ότι η προσφορά οργανικού υλικού έχει επιδράσει στη βιολογική δραστηριότητα.
Αντίθετα οι σκουρόχρωµες περιοχές παρουσιάζουν βαθύ RPD (>5.0mm), βαθύτερα
ακόµη και από αυτό στις θέσεις αναφοράς (Germano and Rhoads, 1989).
Η επικάλυψη (capping) των αποθέσεων µε υγιή ιζήµατα ως µέσο µείωσης των
επιβλαβών επιπτώσεων στο θαλάσσιο περιβάλλον
Η κάλυψη αποθέσεων που έχουν οικοδοµηθεί από απορρίψεις αποβλήτων
εµπλουτισµένων σε ρύπους, είναι µία τεχνική που αν εφαρµοστεί µε αξιόπιστο τρόπο
αποδίδει ικανοποιητικά αποτελέσµατα. Ο όρος επικάλυψη (capping) αναφέρεται σε
ελεγχόµενη και µε ακρίβεια απόρριψη ρυπασµένων υλικών σε συγκεκριµένη θέση του
θαλάσσιου περιβάλλοντος η οποία ακολουθείται (σε σύντοµο χρονικό διάστηµα) από
απόρριψη υγιών (µη ρυπασµένων) υλικών τα οποία και επικαλύπτουν τη ρυπασµένη
απόθεση. Η επικάλυψη µπορεί να αναπτυχθεί είτε σε οριζόντιο πυθµένα οπότε
οικοδοµείται απόθεση λοφοειδούς µορφής (LBC: Level Bottom Capping) είτε να
εκµεταλλευτεί κοιλώµατα του πυθµένα επιτυγχάνοντας έτσι πλευρικό περιορισµό των
αποθέσεων (CAD: Contianed Aquatic Disposal).
∆ύο ιδιαίτερα κρίσιµα σηµεία από τα οποία εξαρτάται η αποτελεσµατικότητα της
επικάλυψης είναι:
•
η πλήρης κάλυψη των απορριφθέντων αποβλήτων.
•
η αποφυγή της ανάµιξης του υλικού του υγιούς καλύµµατος µε τα υποκείµενα
απόβλητα.
Τα δύο αυτά σηµεία ελέγχονται από µια σειρά παραγόντων οι οποίοι αναφέρονται στη
λιθολογική σύσταση του υλικού επικάλυψης και στη µέθοδο της απόρριψης.
Πιο συγκεκριµένα αυτοί οι παράγοντες είναι:
32
•
η κοκκοµετρική σύσταση και γεωτεχνικές ιδιότητες του υλικού επικάλυψης
(συνεκτικό - µη συνεκτικό).
•
η µέθοδος βυθοκόρησης (µηχανική - υδραυλική).
•
η µέθοδος απόρριψης (στιγµιαία από φορτηγίδα - συνεχής από αγωγό).
•
το σηµείο απόρριψης (στην επιφάνεια της θάλασσας - υποβρύχια).
•
η συχνότητα και γενικώς το πρόγραµµα των απορρίψεων.
Αναµφίβολα, η κοκκοµετρική σύσταση του υλικού επικάλυψης είναι ο πιο κρίσιµος
παράγοντας για την αποτελεσµατική δράση της.
Ο Morton (1983) σε ένα πολύ ενδιαφέρον πείραµα προσπάθησε ακριβώς να
διερευνήσει την παράµετρο της κοκκοµετρικής σύστασης του υλικού επικάλυψης.
Οικοδόµησε δύο λοφοειδείς επικαλύψεις προϊόντων βυθοκόρησης στη θαλάσσια
περιοχή µεταξύ Long Island και Connecticut, µε υλικά επικάλυψης την άµµο και τον
πηλό-άργιλο, αντίστοιχα. Η απόρριψη της άµµου σχηµάτισε ένα µικρού πάχους (~2 m)
και εκτεταµένο κάλυµµα µε οµαλό ανάγλυφο και µε µικρές κλίσεις προς τις παρυφές
της απόθεσης. Η συνολική απόθεση «επικάλυψη-προϊόντα βυθοκόρησης» είχε κωνικό
σχήµα µε µέγιστο πάχος ~35 m, διάµετρο 400 m και κλίση παρυφών περίπου 8˚.
Αντίθετα η απόρριψη πηλού-αργίλου ως υλικό επικάλυψης οικοδόµησε ένα κάλυµµα
µε µεγαλύτερο πάχος (~4m) λιγότερο εκτεταµένο και µε υψηλότερες κλίσεις παρυφών
ως αποτέλεσµα της συνοχής (cohesion) που παρουσιάζει ο πηλός και η άργιλος.
Το αµµούχο κάλυµµα παρουσίασε καλύτερη συµπεριφορά όσον αφορά στη
σταθερότητά του έναντι αυτού του πηλού-αργίλου, παρότι και τα δύο εκτέθηκαν στις
ίδιες υδροδυναµικές συνθήκες.
Το επόµενο ερώτηµα που προκύπτει είναι η συµπεριφορά των προϊόντων
βυθοκόρησης κάτω από την πίεση του υπερκείµενου αµµούχου καλύµµατος. Η
συµπίεση που υφίστανται τα απόβλητα είναι δυνατόν να προκαλέσει διαφυγή του νερού
των πόρων τους, το οποίο εµπλουτισµένο σε ρύπους και αφού διαπεράσει το αµµούχο
κάλυµµα είναι επίσης δυνατόν να απελευθερωθεί στην υδάτινη στήλη. Οι Bokuniewicz
& Liu (1981) διαπίστωσαν ότι νερό πόρων όγκου 6% του όγκου της ιλύος
απελευθερώνεται και εισέρχεται στο υπερκείµενο κάλυµµα. Το πάχος και το πορώδες
ελέγχει αν το ρυπασµένο νερό των πόρων συγκρατηθεί σε αυτό ή διαφύγει στην
υδάτινη στήλη. Για το συγκεκριµένο πείραµα διαπιστώθηκε ότι ένα αµµούχο κάλυµµα
µε πορώδες 0,5 και πάχος 24cm είναι ικανό να κατακρατήσει το “αναβλύζον” νερό των
πόρων.
33
•
ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΛΑΣΠΗΣ ΠΟΛΗΣ ΝΕΑΣ ΥΟΡΚΗΣ (ΘΕΣΗ
12-ΜΙΛΙΩΝ)
Η θαλάσσια περιοχή ανοικτά της πόλης της New York και σε απόσταση από τις
ακτές περίπου 12 µιλίων (12-Mile Dumpsite) χρησιµοποιήθηκε για περισσότερο από 50
χρόνια ως θέση απόρριψης των αστικών λυµάτων της New York και της περιοχής του
New Jersey.
Στις αρχές της δεκαετίας του ΄70 τα αστικά λύµατα της Νέας Υόρκης περιείχαν
περίπου 5% αιωρούµενων σωµατιδίων αφού είχαν υποστεί πρωτοβάθµια επεξεργασία,
ενώ στα τέλη της δεκαετίας του ΄70 τα λύµατα επεξεργάζονται πλέον µε δευτεροβάθµια
επεξεργασία και περιέχουν περίπου 2-3% αιωρούµενα σωµατίδια. Αυτό είχε ως
αποτέλεσµα την είσοδο σταθερής ποσότητας ρύπων παρότι σε διάστηµα µια δεκαετίας
διπλασιάστηκαν οι ποσότητες βιολογικής λάσπης που απορρίπτονταν στη θέση των 12Μιλίων. (Εικ. 3.5.15.).
Η απόρριψη της βιολογικής λάσπης από 23 εργοστάσια βιολογικού καθαρισµού
των περιοχών New York-New Jersey συντελούταν στις αρχές της δεκαετίας του ΄80 µε
φορτηγίδες χωρητικότητας από 1.400 έως 7.200 tn. Ο ρυθµός απόρριψης ήταν 27.441
lt/km µε ταχύτητα φορτηγίδας 5 km/h σύµφωνα µε τις προδιαγραφές της US.EPA. Η
αρχική αραίωση των αποβλήτων αµέσως µετά την απόρριψή τους υπερβαίνει το 1:500
έως 1:1.000 και ο ρυθµός καθίζησής τους κυµαίνεται από 0,01 έως0,3 cm/sec ενώ τα
αδροµερέστερα σωµατίδια καθιζάνουν µε ρυθµό που κυµαίνεται από 0,5 έως 1,0
cm/sec (Callaway et al., 1976).
Η φυσική κατάσταση της υδάτινης στήλης στην περιοχή της απόρριψης
χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός πυκνοκλινούς για διάστηµα περίπου 9 µηνών,
ενώ το υπόλοιπο του έτους οι άνεµοι προκαλούν ανάµιξη της υδάτινης στήλης. Την
περίοδο της οµογενοποιηµένης υδάτινης στήλης τα σωµατίδια των απορριπτόµενων
αποβλήτων καθιζάνουν στον πυθµένα µετά από 30-45 min από την απόρριψη (Charnell
& Mayer, 1975).
34
Εικ.3.5.15: Ιστόγραµµα στο οποίο παρουσιάζονται τα ετήσια ποσά απόρριψης
βιολογικής λάσπης στη θέση 12- Μιλίων.
Στην
ευρύτερη
περιοχή
των
απορρίψεων
επικρατούν
δεξιόστροφα
περιστρεφόµενα ασθενή παλιρροιακά ρεύµατα µε κέντρο περίπου την περιοχή
απόρριψης, ενώ η µέγιστη έντασή τους στον πυθµένα δεν υπερβαίνει τα 20-25 cm/sec.
Η ένταση αυτή δεν είναι ικανή να θέσει σε κίνηση τα αµµούχα-πηλούχα ιζήµατα της
περιοχής και συνεπώς τα σωµατίδια των αποβλήτων ανάλογης κοκκοµετρικής
σύστασης. Στην ευρύτερη περιοχή των απορρίψεων, ανοικτά των ακτών του New
Jersey, διαπιστώνεται η ανάπτυξη του φαινοµένου της ανάβλυσης (upwelling), το οποίο
συνέτεινε στη δηµιουργία του µεγάλου γεγονότος ανόξιας-υπόξιας, το καλοκαίρι του
1976.
Το ανοξικό γεγονός του καλοκαιριού του 1976, ανοικτά των ακτών του New Jersey
Το καλοκαίρι του 1976 µια δραµατική αύξηση του φυτοπλαγκτού (Harmful
Algal Bloom, HAB) σε συνδιασµό µε περιορισµένη κυκλοφορία της υδάτινης στήλης,
προκάλεσαν τη δραστική µείωση του διαλυµένου οξυγόνου κάτω από το πυκνοκλινές
και τη δηµιουργία ενός γεγονότος υπόξιας (<2-3 mg/lt) και ανόξιας (0mg/lt) το οποίο
κάλυψε µια έκταση περίπου 7000km2 ανοικτά των ακτών του New Jersey (Εικ.
3.5.16.). Αποτέλεσµα αυτού του γεγονότος ήταν η καταστροφή του µεγαλύτερου
µέρους των αλιευτικών αποθεµάτων (ψάρια και δίθυρα) της περιοχής µε ένα συνολικό
οικονοµικό κόστος περίπου 500 εκατοµµυρίων δολαρίων.
Τους καλοκαιρινούς µήνες εξαιτίας της θέρµανσης των επιφανειακών νερών και της
ύπαρξης
ψυχρών
µαζών
κοντά
στον
πυθµένα,
αναπτύσσεται
ένα
έντονο
θερµοκλινές/πυκνοκλινές και µια στρωµατοποίηση της υδάτινης στήλης. Η µεγάλη
προσφορά οργανικού υλικού σε συνδυασµό µε τη µη ανανέωση του διαλυµένου
οξυγόνου στη ζώνη κάτω από το πυκνοκλινές, οδήγησε στη δηµιουργία υποξικής
35
περιοχής στον πυθµένα, αφού το διαθέσιµο διαλυµένο Ο2 χρησιµοποιήθηκε από
βακτήρια για την αποικοδόµηση της οργανικής ύλης.
Εικ. 3.5.16: Γενικός χάρτης των ακτών του New Jersey στον οποίο παρουσιάζεται η
µέγιστη έκταση που κατέλαβε το γεγονός υπόξιας και ανόξιας το καλοκαίρι του 1976
(Steimle et al, 1982).
Η διεργασία µε την οποία µια ανοξική περιοχή του πυθµένα αυξάνεται συνεχώς
σε έκταση, βασίζεται στην τοξική δράση του H2S. Όταν το ανοξικό καθεστώς
εγκατασταθεί στον πυθµένα, τα θειοαναγωγικά βακτήρια και άλλοι αναερόβιοι
µικροοργανισµοί δραστηριοποιούνται και εποικοδοµούν το οργανικό φορτίο. Τα
θειοαναγωγικά βακτήρια αποικοδοµούν την οργανική ύλη χρησιµοποιόντας το SO4 των
ιζηµάτων ως δέκτη ηλεκτρονίων µε αποτέλεσµα να ανάγεται σε H2S. Το παραγόµενο
H2S προκαλεί τη θανάτωση οργανισµών γειτονικών περιοχών, λόγω της τοξικότητάς
του, µε αποτέλεσµα να σχηµατίζεται συνεχώς νέο οργανικό φορτίο το οποίο απαιτεί
συνεχώς νέες ποσότητες Ο2 για την αποικοδοµησή του, επεκτείνοντας έτσι συνεχώς
την ανοξική περιοχή.
Η εµφάνιση αυτού του ανοξικού γεγονότος αποδόθηκε αρχικά στη ρύπανση του
θαλάσσιου περιβάλλοντος από τις απορρίψεις της βιολογικής λάσπης στη θέση 12µιλλίων. Πρόσφατες όµως έρευνες έδειξαν ότι, το φαινόµενο της ανάβλυσης
(upwelling) το οποίο αναπτύσσεται ανοικτά των ακτών του New Jersey έπαιξε
κυρίαρχο ρόλο στην εµφάνιση του ανοξικού γεγονότος του 1976 (Εικ. 3.5.17.). Οι
πνέοντες νοτιοδυτικοί άνεµοι αποµάκρυναν προς τα νοτιοανατολικά τα επιφανειακά
ζεστά νερά επιτρέποντας έτσι την ανάβλυση των ψυχρών νερών προς την επιφάνεια και
κατά µήκος των ακτών του New Jersey (Εικ. 3.5.17.). Τα αναβλύζοντα ψυχρά νερά του
πυθµένα συµπαρέσυραν προς την επιφάνεια µεγάλες ποσότητες οργανικού φορτίου.
Αυτά τα οργανικά φορτία καταναλώθηκαν από το φυτοπλαγκτόν µε αποτέλεσµα την
εκρηκτική του αύξηση (Algal bloom). Οι ανάγκες σε διαλυµένο Ο2 για : (i) τις
36
αναπνευστικές λειτουργίες του φυτοπλαγκτού, (ii) την αποικοδόµηση του νεκρού
φυτοπλαγκτού, (iii) την αποικοδόµηση των περιτωµµάτων του ζωοπλαγκτού που
τρέφεται από τις µεγάλες ποσότητες του φυτοπλαγκτού, και (iv) την αποικοδόµηση των
νεκρών οργανισµών που θανατώθηκαν από τη τοξική δράση συγκεκριµένων ειδών
φυτοπλαγτού (Ceratium tripos), ήταν εξαιρετικά υψηλές και επέτειναν στην δηµιουργία
της ανόξιας.
Γεγονότα
εκρηκτικής
αύξησης
του
φυτοπλαγκτού
(harmful
algal
bloom)
παρουσιάζονται συχνά στις ακτές του New Jersey και της New York, πυροδοτούµενα
κυρίως από το φαινόµενο της ανάβλυσης. Επιγραµµατικά αναφέρονται :
•
Φαινόµενα «καφέ παλίρροιας» (εκρηκτική αύξηση των ειδών chrysophytes που
προσδίδει καφέ χρώµα στη θάλασσα) τα οποία παρουσιάστηκαν στις ακτές της New
York.
•
Το 1988 εκρηκτική αύξηση φυτοπλαγκτού κατέστρεψε αποικίες διθύρων εµπορικής
αξίας 2 εκατοµµυρίων δολαρίων.
Συχνά γεγονότα δηλητηρίασης τύπου PSP (parallytic shellfish positioning) διθύρων από
το γένος φυτοπλαγκτού Alexandrium.
Αυτή η ανησυχητικά συχνή εµφάνιση των φαινοµένων εκρηκτικής αύξησης του
φυτοπλαγκτού και των ανοξικών συνθηκών, οδήγησε στην εγκατάσταση, το 1992, ενός
πρωτοποριακού υποβρύχιου σταθµού παρατηρήσεων µακράς διάρκειας (Longterm
Ecosystem Observatory, LEO-15) σε βάθος 15m, στις ακτές του New Jersey (Εικ.
3.5.18.). Ο LEO-15 διαθέτει πλέον δεκάδες οργάνων ποντισµένων στη θαλάσσια
περιοχή ανοικτά του Νew Jersey σε µία έκταση χιλιάδων τετραγωνικών χιλιοµέτρων
και σε βάθη έως και 40m. Οι µετρήσεις των οργάνων µεταφέρονται σε πραγµατικό
χρόνο (real time data) διαµέσου κοµβικών εξεδρών (nodes) και υποβρυχίου καλωδίου
οπτικών ινών (µήκους 9.6km) σε χερσαίο σταθµό παρακολούθησης (Εικ. 3.5.18.). Οι
µετρήσεις αφορούν στη θερµοκρασία νερού, αλατότητα, ορατότητα υδάτινης στήλης,
ύψος και περίοδος κυµάτων, περιεκτικότητα χλωροφύλλης (φυτοπλαγτόν), ταχύτητα
ρευµάτων και συµπληρώνονται από δορυφορικά δεδοµένα επιφανειακής θερµοκρασίας
νερού και περιεκτικότητας σε χλωροφύλλη σε ευρύτερες περιοχές. Επιπλέον, το
αυτόνοµο υποβρύχιο όχηµα REMUS (Remote Environmental Monitoring Units)
εκτελεί προγραµµατισµένες πορείες ή επισκέπτεται εκτάκτως περιοχές που βρίσκονται
σε περιβαλλοντικό κίνδυνο ώστε να εκτελέσει σειρά µετρήσεων.
37
Εικ. 3.5.17: ∆ορυφορική εικόνα στην οποία έχει αποτυπωθεί η επιφανειακή
θερµοκρασία 20 Ιουλίου 1994) στη θαλάσσια περιοχή ανοιχτά της New York και του
New Jersey. Οι ψυχρές υδάτινες µάζες (A,B,C,D και E) κατά µήκος των ακτών του
New Jersey οφείλονται στην ανάβλυση (upwelling) ψυχρών πυθµαίων υδάτων
πλούσιων σε οργανικό φορτίο. Αποτέλεσµα της ανάβλυσης αυτών των υδάτων είναι η
εκρηκτική αύξηση του φυτοπλαγκτού (Harmful Algal Bloom, HAB) και η ανάπτυξη
συνθηκών υπόξιας και ανόξιας στην περιοχή. Παρόµοιες συνθήκες πιστεύεται ότι
διαµορφώθηκαν στο µεγάλο ανοξικό γεγονός του 1976 (οριοθετείται από διακεκοµµένη
γραµµή). (Αρχείο IMCS Rusters University, Marine Remote Sensing Lab.)
Εικ. 3.5.18: Βυθοµετρικός χάρτης ανοιχτά του όρµου Great (ακτές New Jersey) στον
οποίο παρουσιάζεται η θέση των κοµβικών εξεδρών (node A & B) του σταθµού
παρατηρήσεων µακράς διάρκειας LEO - 15 και η διαδροµή του υ/β καλωδίου το οποίο
είναι θαµµένο 2m κάτω από την επιφάνεια του πυθµένα και συνδέει τις εξέδρες µε το
χερσαίο σταθµό (Rudgers Marine Field Station Tuckerton). (α) R/V Majid - Swath
ADCP: Συρόµενο όργανο µέτρησης ρευµάτων κατά µήκος µίας υδρογραφικής τοµής.
(β) Όργανα µέτρησης ρευµάτων στο κατάστρωµα του σκάφους (Galeta) υποστήριξης
του σταθµού LEO - 15. (γ) WRC Gliter: Παρασυρόµενο υ/β όχηµα παρόµοιο µε το
Remus.
38
Η
δυνατότητα πρόσβασης, διαµέσου διαδικτύου, στα δεδοµένα που
προκύπτουν από το σταθµό LEO-15 ακόµη και από αίθουσες διδασκαλίας αναδεικνύει
µια νέα διάσταση αυτού του εγχειρήµατος. Μαθητές και σπουδαστές έχουν τη
δυνατότητα να κατανοήσουν σε βάθος τις διεργασίες που αναπτύσσονται στο θαλάσσιο
περιβάλλον, ενώ επιπλέον αναπτύσσουν µε ένα ουσιαστικό τρόπο περιβαλλοντική
συνείδηση.
(i) Mακροχρόνιες επιπτώσεις
Η συστηµατική απόρριψη για µεγάλο χρονικό διάστηµα µεγάλων ποσοτήτων
βιολογικής λάσπης από τα εργοστάσια βιολογικού καθαρισµού των αστικών περιοχών
της New York και του New Jersey, προκάλεσε σηµαντικές µεταβολές στις χηµικές και
βιολογικές παραµέτρους του πυθµένα της υφαλοκρηπίδας.
Η επιφανειακή κατανοµή του ΤΟC (total organic carbon) στα επιφανειακά
ιζήµατα του πυθµένα σε µία ευρεία περιοχή, δείχνει µία περιοχή µεγίστων
συγκεντρώσεων (∼18mg/g) στην περιοχή απόρριψης και µία εκτεταµένη περιοχή
αυξηµένων συγκεντρώσεων κατά µήκος του άξονα της υποθαλάσσιας χαράδρωσης του
ποταµού Hudson (Εικ. 3.5.19.). Παρόµοιο µοντέλο επιφανειακής κατανοµής
παρουσιάζουν βαρέα µέταλλα που χαρακτηρίζουν απόβλητα βιολογικής λάσπης όπως ο
Pb και ο Zn (Εικ. 3.5.20.). Όλα τα παραπάνω συνηγορούν σε µία µετακίνηση ρύπων
από την κεφαλή της χαράδρωσης προς τα κατάντη και ανάπτυξη της διεργασίας της
προσρόφησης του οργανικού υλικού και των βαρέων µετάλλων στα λεπτόκοκκα
ιζήµατα (31-95% ιλύς) της κοιλάδας του ποταµού Hudson.
Εικ. 3.5.19: Επιφανειακή κατανοµή του
T.O.C. στα ιζήµατα του πυθµένα στην
ευρύτερη περιοχή της θέσης 12 - µιλίων. Η
συγκέντρωση του TOC δίνεται σε mg/g
(ξηρό βάρος) (Ried et al 1982).
39
Εικ. 3.5.20: Επιφανειακή κατανοµή (α) του Pb και (β) του Zn στα ιζήµατα στην
ευρύτερη περιοχή της θέσης 12 - Μιλίων (Carmody et al, 1973).
Η σηµαντική αύξηση του TOC στα επιφανειακά ιζήµατα και η αλλοίωση της
κοκκοµετρικής σύστασης από αµµούχα σε ιλυούχα ιζήµατα, που προκάλεσε η
απόρριψη της λάσπης, είχαν σηµαντική επίδραση στην ποικιλότητα και αφθονία των
βενθικών οργανισµών. Χαµηλός αριθµός ειδών, περίπου ~20 είδη, διαπιστώνεται στη
θέση απόρριψης έναντι υψηλών τιµών της υπόλοιπης υφαλοκρηπίδας (>70 είδη), µε
εξαίρεση την παράκτια ζώνη του New Jersey όπου εντοπίζονται λίγα είδη βενθικών
οργανισµών (Εικ. 3.5.21.),(Reid et al., 1982). Συνολικά, σε µια περιοχή έκτασης 36
km2, οι βενθοκοινωνίες συγκροτούνται µε κριτήριο την ανθεκτικότητα τους στα τοξικά
απόβλητα (κυρίως Capitella capitata) και περιφερειακά αυτής συγκροτούνται από είδη
(Nephtys insica) που τρέφονται από το θρεπτικό φορτίο των αποβλήτων (Eik. 3.5.22).
Εικ. 3.5.21: Επιφανειακή κατανοµή της ποικιλότητας (αριθµός ατόµων ανά 0.1m2) στα
ιζήµατα της ευρύτερης περιοχής της θέσης 12 - Μιλίων.
40
Εικ. 3.5.22: Επιφανειακή κατανοµή
της αφθονίας του οργανισµού
Nephys insica στην ευρύτερη
περιοχή της θέσης 12 - Μιλίων, η
οποία
επίσης
σηµειώνεται
(τετραγωνική περιοχή) (Reid et al
1982)
Όλες αυτές οι µεταβολές και ιδιαίτερα η απουσία από µία ευρεία περιοχή των
αµφιπόδων Ampeliscidae και Corophiidae καθώς και του crab cancer irroratus είχαν όχι
µόνο σηµαντικές οικολογικές επιπτώσεις αλλά και οικονοµικές καθώς διαταράχθηκε η
τροφική αλυσίδα εµπορικών ειδών.
Η ζοφερή αυτή εικόνα επικρατούσε στο θαλάσσιο οικοσύστηµα ανοικτά της
Νέας Υόρκης στα τέλη της δεκαετίας του ΄70.
(ii) Το τέλος......
Ο Οργανισµός των ΗΠΑ Marine Protection Research & Sanctuaries Act
(MPRSA) πρότεινε την απαγόρευση της απόρριψης “επιβλαβών” (“harmfull”)
βιολογικών λασπών στο θαλάσσιο περιβάλλον και όρισε ως καταληκτική ηµεροµηνία
την 31η ∆εκεµβρίου 1981. Ο οργανισµός US.EPA θεωρώντας ότι όλες οι απορρίψεις
βιολογικών λασπών είναι επιβλαβείς απαγόρευσε στην πόλη της Νέας Υόρκης την
απόρριψη στη θέση 12-Μιλίων. Η πόλη της Νέας Υόρκης προσέφυγε στο
Οµοσπονδιακό ∆ικαστήριο και µετά από διαπραγµατεύσεις µεταξύ των δύο µερών, οι
απορρίψεις σταµάτησαν στη θέση 12-Μιλίων το 1987 και µεταφέρθηκαν στη θέση των
106-Μιλίων (DWD-106) πέραν των ορίων της υφαλοκρηπίδας και σε βάθη νερού
1.800-2.700 m.
(iii) Η τύχη της θέσης 12-µιλιων µετά την παύση των απορρίψεων
Το κυρίαρχο ερώτηµα, που προκύπτει µετά την παύση των απορρίψεων σε µία
θαλάσσια περιοχή και έχει σχέση µε τις µακροχρόνιες επιπτώσεις τους, αναφέρεται στο
κατά πόσο είναι δυνατή η επαναφορά των βιογεωχηµικών παραµέτρων του πυθµένα
στα επίπεδα πριν την έναρξη των απορρίψεων.
41
Ένα συστηµατικό πρόγραµµα παρακολούθησης βιογεωχηµικών παραµέτρων
του πυθµένα, το οποίο πραγµατοποιήθηκε στη θέση 12-Μιλίων µετά τη λήξη των
απορρίψεων και για χρονικό διάστηµα 3 ετών, έδειξε ότι:
•
Το δυναµικό οξειδοαναγωγής (Εh) στα ανώτερα 0,5 cm του πυθµένα παρουσιάζει
µικρές εποχιακές διακυµάνσεις σε σαφώς υψηλότερες τιµές έναντι των τιµών της
περιόδου των απορρίψεων.
•
Οι συγκεντρώσεις του Pb παρουσιάζουν µία στατιστικά σηµαντική µείωση αµέσως
τον επόµενο µήνα (1/88) της παύσης των απορρίψεων (Εικ. 3.5.23.). Παρόµοιες
τάσεις µείωσης των συγκεντρώσεων στο 1/2 έως 1/4 αυτών που υπήρχαν κατά τη
διάρκεια των απορρίψεων, παρουσιάζουν και άλλα βαρέα µέταλλα (Zn, Cu, Fe)
(Εικ. 3.5.23.).
•
Η περιοχή µέγιστης επιβάρυνσης από το µέταλλο Pb (βαθµός εµπλουτισµού >20)
περιορίστηκε από έκταση 105 km2 σε 25 km2 σε χρονικό διάστηµα 1,7 έτους από τη
λήξη των απορρίψεων.
•
Η περιοχή έκτασης 36 km2 που κυριαρχούσε η παρουσία του είδους Capitella
capitata περιορίστηκε δραµατικά και αντικαταστάθηκε σταδιακά από την τυπική
βενθοκοινωνία της υφαλοκρηπίδας.
Εικ. 3.5.23: Μηνιαίες µέσες συγκεντρώσεις των µετάλλων Cu, Pb, Zn, και Fe στα
επιφανειακά ιζήµατα της θέσης 12 - Μιλίων, για τη χρονική περίοδο 1986 - 1990.
Αξιοσηµείωτη στατιστικά µείωση των συγκεντρώσεων διαπιστώνεται αµέσως µετά την
παύση των απορρίψεων (12 / 1987) (Draxler et al 1996).
42
•
ΘΕΣΗ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΒΑΘΕΙΑΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ (ΘΕΣΗ 106-ΜΙΛΙΩΝ)
Η θέση απόρριψης Βαθειάς θάλασσας ή θέση 106-µιλίων βρίσκεται σε
απόσταση 196 km νοτιοδυτικά της New York, σε βάθος νερού που κυµαίνεται από
1800 έως 2700m. Ήδη από τα τέλη της δεκαετίας ΄70, αυτή η θέση δεχόταν όξινασιδηρούχα απόβλητα της εταιρείας DuPont – Edge Moor, χηµικά απόβλητα της DuPont
– Grasselli καθώς και ποσότητες λάσπης βιολογικών καθαρισµών. Αναµφίβολα όµως η
εντονότερη χρήση της, ήταν το διάστηµα Μάρτιος 1986 – Ιούλιος 1992, οπότε η θέση
δέχεται σε ετήσια βάση 8x106 τόννους βιολογικής λάσπης της πόλης της New York
µετά την κατάργηση της θέσης 12-µιλίων. Για αυτή την περίοδο οι Bother et al (1994)
υποστηρίζουν ότι «…είναι η µεγαλύτερη, σε παγκόσµια κλίµακα, απόρριψη βιολογικής
λάσπης σε επιφανειακά νερά περιβαλλόντων Βαθειάς θάλασσας».
(i) ∆ιεργασίες διασποράς των ρύπων σε περιβάλλοντα βαθειάς θάλασσας
Οι κύριες διεργασίες διασποράς των ρύπων που αναπτύσσονται σε αβυσσικά
περιβάλλοντα είναι: (i) οι υδροδυναµικές και (ii) οι τροφοδυναµικές διεργασίες (Young
and Valent 1997).
(i) Σε θέσεις απόρριψης µεγάλου βάθους, οι φυσικές παράµετροι της υδάτινης
στήλης διαδραµατίζουν ένα σηµαντικότερο ρόλο στη διασπορά και διάχυση των
αποβλήτων έναντι αυτών των ρηχών νερών καθώς οι ρύποι παραµένουν µεγαλύτερο
χρονικό διάστηµα στην υδάτινη στήλη πριν την απόθεσή τους στον πυθµένα. Για το
λόγο αυτό δόθηκε από τους ερευνητές ιδιαίτερη έµφαση στη µελέτη των
υδροδυναµικών συνθηκών στη θέση απόρριψης 106-µιλίων.
(ii) Στον πυθµένα των αβυσσικών περιβαλλόντων διαβιούν οργανισµοί µικρού
σωµατικού µεγέθους, οι οποίοι παρουσιάζουν χαµηλή επιφανειακή πυκνότητα αλλά
υψηλή ποικιλότητα. Ένα σηµαντικό τµήµα της χαµηλής βιοµάζας του αβυσσικού
περιβάλλοντος αποτελείται από µεγαλύτερους οργανισµούς (βαθυπελαγικά ασπόνδυλα
και ψάρια) οι οποίοι θηρεύουν στην επιφάνεια του πυθµένα. Η χαµηλή βιοµάζα είναι
αποτέλεσµα της εξαιρετικά χαµηλής προσφοράς θρεπτικών συστατικών στην επιφάνεια
του αβυσσικού πυθµένα. Η αύξηση της προσφοράς, ως αποτέλεσµα της συστηµατικής
απόρριψης βιολογικής λάσπης, προκαλεί αντίστοιχα αύξηση της βιοµάζας, µε
µεγαλύτερο
µέσο
µέγεθος
σώµατος
των
οργανισµών
και
αύξηση
της
βιοναναµοχλευτικής δραστηριότητας.
Μαθηµατικά µοντέλα τα οποία αναπτύχθηκαν για την εκτίµηση των βιολογικών
µεταβολών σε αβυσσικό πυθµένα σε σχέση µε απόρριψη αποβλήτων βιολογικής
λάσπης, έδειξαν ότι:
43
• Αύξηση της προσφοράς του οργανικού υλικού οδηγεί σε σταθερώς αυξανόµενη
βιοµάζα, η οποία είναι δυνατόν να γίνει ποσοτικά συγκρίσιµη µε αυτή των ρηχών
περιβαλλόντων (υφαλοκρηπίδα) εφόσον η προσφορά διαρκέσει περίπου 15 έτη.
• Αυξηµένη παροχή οργανικού υλικού για χρονικό διάστηµα 1 έτους, οδηγεί σε
ανάλογη
αύξηση
των
βιολογικών
παραµέτρων
(βιοµάζα,
πυκνότητα,
βιοαναµόχλευση) αλλά η επαναφορά των τιµών τους σε φυσιολογικά επίπεδα
απαιτεί χρονικό διάστηµα ετών.
(ii) Υδροδυναµικές συνθήκες στη θέση 106-µιλίων
Η θέση 106-µιλίων τοποθετείται σε µια υδάτινη µάζα που µε βάση τα φυσικά
χαρακτηριστικά της (θερµοκρασία και αλατότητα) διακρίνεται τόσο από τα νερά της
παρακείµενης ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας όσο και από τις υδάτινες µάζες του
ρεύµατος του Κόλπου (Gulf Stream) και συνήθως καλείται Μάζα Νερού Κατωφέρειας
(slope water) (Εικ. 3.5.24.). Το επιφανειακό στρώµα της Μάζας Ν.Κ. χαρακτηρίζεται
από µια υψηλή διακύµανση θερµοκρασιών και αλατοτήτων, αποτέλεσµα µιας σειράς
παραγόντων όπως, είσοδοι υδατίνων µαζών από την υφαλοκρηπίδα, το πέρασµα από
την περιοχή καταιγίδων, η είσοδος θερµών/αλµυρών υδάτων του ρεύµατος του Κόλπου
µε τη µορφή δακτυλιδοειδών µαζών που κινούνται µε αντικυκλωνική διεύθυνση.
Συστηµατικές µετρήσεις θερµοκρασίας και αλατότητας µε το βάθος, στη θέση
106-µιλίων, έδειξαν την παρουσία ενός επιφανειακού στρώµατος ανάµιξης του οποίου
το πάχος ελέγχεται από την εποχιακή διακύµανση του θερµοκλινούς και του
πυκνοκλινούς. Τους χειµερινούς µήνες το στρώµα ανάµιξης έχει µέγιστο πάχος που
υπερβαίνει τα 100m ενώ τους καλοκαιρινούς µήνες περιορίζεται σε περίπου 10m.Το
εποχιακό θερµοκλινές και πυκνοκλινές συχνά διαταράσσεται από την παρουσία
εσωτερικών κυµάτων τα οποία µετατοπίζουν το πυκνοκλινές αρκετά µέτρα κατά την
κατακόρυφη διάσταση (Εικ. 3.5.25α.).
Εικ.
3.5.24:
Θερµοκρασιακό (οC) προφίλ
κατά µήκος µίας τοµής
Ν∆-ικά του κόλπου της
New York. Τα θερµά νερά
του Ρεύµατος του Κόλπου
διακρίνονται σαφώς από
αυτά της κατωφέρειας και
τα τελευταία µε αυτά της
υφαλοκρηπίδας (Bowman
and Weyl, 1972).
44
Ένα βυθόµετρο 200kHz χρησιµοποιήθηκε για τον ηχητικό εντοπισµό της
συγκέντρωσης των σωµατιδίων (πλούµας) που προκύπτει µετά την απελευθέρωση των
αποβλήτων
στην
υδάτινη
στήλη.
Ο
ηχοβολισµός,
ο
οποίος
παρακολούθησης των βραχυχρόνιων επιπτώσεων αποτελεί µια
ως
µέθοδος
αποτελεσµατική
προσέγγιση, έδειξε ότι το εύρος και η κατακόρυφη ανάπτυξη του νεφελώµατος των
ρύπων διαφέρει σε εποχιακή βάση και ελέγχεται από το πάχος του στρώµατος
ανάµιξης. Ως γενικές τάσεις µπορεί να αναφερθεί ότι την άνοιξη/καλοκαίρι το
νεφέλωµα των ρύπων παρουσιάζει περιορισµένη κατακόρυφη ανάπτυξη (10-15m) λόγω
της παρουσίας του πυκνοκλινούς και φαίνεται να αναπτύσσεται σηµαντικά σε οριζόντια
κλίµακα (Εικ. 3.5.25α,γ,δ.), ενώ τους χειµερινούς µήνες παρουσιάζει αντίθετες τάσεις
δηλαδή περιορισµένη οριζόντια και σηµαντική (100m) ανάπτυξη (Εικ. 3.5.25β.). Το
εύρος του νεφελώµατος των ρύπων, την καλοκαιρινή περίοδο, είναι σχεδόν µια τάξη
µεγέθους (103) µεγαλύτερο από το αντίστοιχο (102) τη χειµερινή περίοδο, αλλά
µειώνεται σηµαντικά περίπου 24 ώρες µετά την απόρριψη.
Εικ.
3.5.25:
Καταγραφές
ηχοβολιστικού
συστήµατος
200kHz σε θέσεις απόρριψης (α, β,
γ)
όξινων
σιδηρούχων
αποβλήτων και (δ) βιολογικής
λάσπης στην περιοχή της Θέσης
106 - Μιλίων. (α) Κατανοµή
όξινων - σιδηρούχων αποβλήτων
της Dupont Edge Moor µετά την
απόρριψη καλοκαιρινής περιόδου,
όπου το εποχιακό θερµοκλινές
είναι ρηχό (~15m). Εντυπωσιακή
παρουσία εσωτερικών κυµάτων.
(β)
Κατανοµή
όξινων
σιδηρούχων
αποβλήτων
της
Dupont Edge Moor µετά την
απόρριψη χειµερινής περιόδου. Το
νεφέλωµα των ρύπων έχει
σηµαντική κατακόρυφη ανάπτυξη (82m) και παρουσιάζει σαφώς υψηλότερη πυκνότητα
(ανακλαστικότητα) στα ανώτερα 30m. Το τελευταίο οφείλεται στη διαφορετική
ταχύτητα καθίζησης των σωµατιδίων των αποβλήτων. (γ) Κατανοµή όξινων σιδηρούχων αποβλήτων της Dupont Grasselli µετά την απόρριψη την 10η Απριλίου
45
1978, στην οποία εντοπίζονται υψηλές συγκεντρώσεις σωµατιδίων σε συγκεκριµένες
θέσεις (1,2,3) στη διαχωριστική επιφάνεια (15m) µεταξύ στρωµάτων (σ1,σ2)
διαφορετικής πυκνότητας. (δ) Κατανοµή σωµατιδίων βιολογικής λάσπης µετά την
απόρριψη καλοκαιρινής περιόδου. Ένα µέρος της απόρριψης, προφανώς τα
αδροµερέστερα σωµατίδια, έχει διαπεράσει το πυκνοκλινές. (Orr and Baxter, 1982).
Η σύνθεση όλων των πιο πάνω πληροφοριών σε συνδυασµό µε τις
φυσικοχηµικές ιδιότητες των αποβλήτων, χρησιµοποιήθηκαν για την οικοδόµηση ενός
µαθηµατικού µοντέλου που προέβλεπε το ρυθµό απόθεσης των σωµατιδίων σε κάθε
σηµείο του πυθµένα της θέσης 106-µιλίων. Σύµφωνα µε αυτό το µοντέλο, το 23% των
απορριπτόµενων υλικών, τα οποία είναι τo αδροµερέστερο κλάσµα των αποβλήτων,
καθιζάνει µε ένα ρυθµό 60mg/m2/ηµέρα στο δυτικό όριο της περιοχής απόρριψης και
µε ρυθµό 1mg/m2/ηµέρα περίπου 350km προς τα νοτιοδυτικά της θέσης απόρριψης
(Εικ. 3.5.28.). Το υπόλοιπο υλικό µεταφέρεται από τα θαλάσσια ρεύµατα προς τα Ν∆ικά σε ακόµη µεγαλύτερες αποστάσεις.
Εικ. 26: Γενική κυκλοφορία
επιφανειακών
υδάτων
στη
Μεσοατλαντική
περιοχή. (Η
DWD - 106 σηµειώνεται µε ένα
τετράγωνο) (Ingham, 1982).
Η τύχη των απορριπτόµενων αποβλήτων διαπιστώθηκε ότι ελέγχεται στη
συνέχεια από την κυκλοφορία των υδατίνων µαζών στην ευρύτερη περιοχή της θέσης
106-µιλίων. Το κυρίαρχο χαρακτηριστικό είναι η παρουσία ενός στροβίλου κυκλωνικής
διεύθυνσης ο οποίος ελέγχει την κυκλοφορία στη Μάζα Ν.Κ. Κάτω από τη δράση
αυτού του στροβίλου, οι υδάτινες µάζες στην περιοχή της θέσης 106-µιλίων κινούνται
αρχικά προς τα
Ν.Ν∆-ικα
και στη συνέχεια βορείως του Ακρωτηρίου Hatterras
εισέρχονται στο ρεύµα του Κόλπου µε αποτέλεσµα να κινούνται πλέον προς τα
ανατολικά κατά µήκος του βορείου ορίου του ρεύµατος (Εικ. 3.5.26.). Η πιο πάνω
κυκλοφορία επιβεβαιώθηκε από τα αποτελέσµατα πειράµατος που σχεδίασε και
εκτέλεσε η US E.P.A. ∆ύο πλωτήρες µε δορυφορικό σύστηµα παρακολούθησης
αφέθηκαν στη θέση 106-µιλίων για το χρονικό διάστηµα Σεπτέµβριος – Νοέµβριος
46
1980. Αυτοί, µετά από ένα ταξίδι 40 ηµερών σε Ν.Ν∆-ική διεύθυνση, παρασύρθηκαν
στη συνέχεια από το ρεύµα του Κόλπου προς τα ανατολικά (Εικ. 3.5.27.).
Σύµφωνα µε τις πιο πάνω φυσικοωκεανογραφικές συνθήκες η θέση 106-µιλίων
χαρακτηρίζεται από τους Swanson et al 1985, ως «θέση Αραίωσης» των ρύπων και
µάλιστα τοποθετείται στο άκρο του φάσµατος «Θέσεις Συγκέντρωσης ρύπων – Θέσεις
Αραίωσης ρύπων» στο οποίο έχουν συµπεριληφθεί οι σηµαντικότερες θέσεις
απόρριψης (Εικ. 3.5.29.). Στο άλλο άκρο του φάσµατος βρίσκεται η θέση 12-µιλίων η
οποία χαρακτηρίζεται από φυσικοωκεανογραφικές συνθήκες µη ικανές για αραίωση
των απορριπτόµενων ρύπων. Αυτή
η
διαγραµµατική
κατάταξη
αιτιολογεί απόλυτα την απόφαση
για µεταφορά των απορρίψεων της
βιολογικής λάσπης της Νew York
από τη θέση 12-µιλίων σε αυτή των
106-µιλίων.
Εικ. 3.5.27: Χάρτης στον οποίο παρουσιάζονται οι τροχιές των δύο πλωτήρων που
αφέθηκαν στη Θέση 106 - Μιλίων από το Σεπτέµβριο έως το Νοέµβριο του 1980. Οι
αριθµοί αναφέρονται σε Ιουλιανές
ηµέρες (Bisagni, 1981).
47
Εικ. 3.5.28: Χάρτης στον οποίο παρουσιάζεται ο εκτιµούµενος ρυθµός ιζηµατογένεσης
των σωµατιδίων βιολογικής λάσπης στην ευρύτερη περιοχή της θέσης 106 - Μιλίων.
Εικ. 3.5.29: ∆ιαγραµµατική κατάταξη των σηµαντικότερων θέσεων απόρριψης
αποβλήτων σύµφωνα µε την ικανότητα τους για αραίωση των απορριπτό-µενων ρύπων
(Swanson et al, 1985).
(iii) Ο ωκεάνειος πυθµένας της θέσης 106-µιλίων
Η προβολή της θέσης 106-µιλίων στην επιφάνεια του πυθµένα εντάσσεται
κυρίως στη µορφολογική ενότητα του ηπειρωτικού υψώµατος και λιγότερο στην
ενότητα της κατωφέρειας. Αυτή η «προβολική» θέση βρίσκεται σε πυθµένα ο οποίος
δεν διατέµνεται από υποθαλάσσιες χαραδρώσεις, παρότι στα βορειοανατολικά της
υπάρχει η µεγάλη χαράδρωση Hudson (που συνδέεται µε τον οµώνυµο ποταµό) και στα
νοτιοδυτικά της ένας αριθµός χαραδρώσεων και κοιλάδων που τροφοδοτούν ένα
σύνθετο δίκτυο καναλιών στο ηπειρωτικό ύψωµα.
Πολυδεσµικό βυθόµετρο (multi-beam echo sounder), ηχοβολιστής πλευρικής
σάρωσης (deep-towed side scan sonar), τοµογράφος υποδοµής πυθµένα (subbottom
profiler 3.5kHz) και αυτόνοµο βαθυσκάφος (ALVIN) χρησιµοποιήθηκαν για την
ανάπλαση της µορφολογίας του πυθµένα κάτω από τη θέση 106-µιλίων και την
αποτύπωση των επιφανειακών ιζηµάτων του.
Η περιοχή του πυθµένα στη θέση 106-µιλίων παρουσιάζει ανώµαλη µορφολογία
εξαιτίας της παρουσίας υβωµάτων, επιµήκων καταβυθίσεων (αναγλύφου περίπου 20
έως 30m) και διάσπαρτων τεµαχών συνεκτικών ιζηµάτων. Αυτή η ανώµαλη
µορφολογία είναι αποτέλεσµα της δράσης µιας ποικιλίας βαρυτικών µετακινήσεων των
ιζηµάτων όπως, κατολισθήσεις, ροές κορηµάτων και τουρβιδιτικά ρεύµατα (Εικ. 3.5.30,
48
31.). Οι µετακινήσεις αυτές εκκινούν από την παρακείµενη ενότητα της κατωφέρειας
διατρέχουν όλη την έκτασής της και εισέρχονται στην ενότητα του υψώµατος όπου και
αποτίθενται. Οι επιµήκεις καταβυθίσεις είναι µικρού βάθους, µεγάλου πλάτους και
καλύπτονται από αδροµερή ιζήµατα, στοιχεία που ενισχύουν την άποψη ότι αποτελούν
περιοχές που διατρέχονται από τουρβιδιτικά ρεύµατα.
Εικ. 3.5.30: Τοµογράφος 3.5kHz από
τη περιοχή της Θέσης 106 - Μιλίων
στις οποίες φαίνονται: (α) µέτωπα
αποκόλλησης (Sc) ιζηµάτων και (β)
αποθέσεις ροής κορηµάτων (DF)
(USGS Open - File Report 91-152).
Εικ. 3.5.31:Τέµαχος (2m) συνεκτικού
ιζή,ατος στη Θέση 106 - Μιλίων σε βάθος
νερού 2405m, όπως φωτογραφήθηκε κατά τη
διάρκεια της κατάδυσης του βαθυσκάφους
RV Alvin το 1989 (USGS Open - File Report
94-152).
Όλες οι παραπάνω πληροφορίες είναι
ιδιαίτερα χρήσιµες για τη σχεδίαση ενός δικτύου δειγµατοληψιών του πυθµένα για την
παρακολούθηση των µακροχρόνιων επιπτώσεων των απορρίψεων, καθώς αναφέρονται:
• στη µορφολογία του πυθµένα και άρα σε µορφολογικές ταπεινώσεις του, όπου είναι
δυνατόν να παγιδεύονται τα σωµατίδια της βιολογικής λάσπης,
• στις πιθανές βαρυτικές µετακινήσεις οι οποίες επιδρούν στα επιφανειακά ιζήµατα
και άρα επιδρούν στη συγκέντρωση των ρύπων σε αυτά, και
• σε περιοχές όπου επικρατούν πολύ λεπτόκοκκα ιζήµατα και στις οποίες πρέπει να
επικεντρωθεί
το
πρόγραµµα
δειγµατοληψιών
ιζήµατος
καθώς
συγκεντρώνονται επιλεκτικά (µε τη διεργασία της ρόφησης) σε αυτά.
οι
ρύποι
49
(iv) Μακροχρόνιες επιπτώσεις από την απόρριψη αποβλήτων στη θέση 106-µιλίων
Η συστηµατική δειγµατοληψία ιζηµάτων από τη θέση 106-µιλίων τόσο µε
σκάφη επιφανείας όσο και µε το επανδρωµένο βαθυσκάφος ALVIN, έδειξε τη
σηµαντική επίδραση των σωµατιδίων της βιολογικής λάσπης στα επιφανειακά ιζήµατα
και στους οργανισµούς του πυθµένα.
Υψηλές συγκεντρώσεις PAH και PCB διαπιστώθηκαν στο δυτικό τµήµα του
πυθµένα στη θέση απόρριψης. Από τα βαρέα µέταλλα µόνο ο Ag παρουσιάζει υψηλές
συγκεντρώσεις στον πυθµένα, περίπου 20 φορές υψηλότερες από τις φυσικές
συγκεντρώσεις του στα επιφανειακά ιζήµατα. Η σηµαντική παρουσία του Ag στη
βιολογική λάσπη της New York (περίπου 150 φορές υψηλότερες συγκεντρώσεις από τις
φυσικές στο θαλάσσιο περιβάλλον) οφείλεται στη βιοµηχανία της φωτογραφίας. Η
περιοχή υψηλών συγκεντρώσεων του Αg εντοπίζεται και πάλι στα δυτικά της θέσης
106-µιλίων και εκτός αυτής περίπου 10km (Εικ. 3.5.32α.). Εκτός των προαναφερθέντων
χηµικών ρύπων, παρόµοια επιφανειακή κατανοµή παρουσιάζει το βακτήριο Clostidium
perfingens το οποίο χαρακτηρίζει απόβλητα βιολογικής λάσπης (Εικ. 3.5.32β.). Η
επιφανειακή κατανοµή του C. perfingens παρουσιάζει υψηλές συγκεντρώσεις στο
νοτιοδυτικό τµήµα της θέσης απόρριψης µε τάση µείωσης προς τα Ν∆-ικά. Όλες οι
παραπάνω επιφανειακές κατανοµές και ιδιαίτερα αυτή του C. perfingens βρίσκονται σε
συµφωνία µε τα αποτελέσµατα του µαθηµατικού µοντέλου παροχής σωµατιδίων
βιολογικής λάσπης (Εικ. 3.5.28., 3.5.32β.).
Ένα ενδιαφέρον στοιχείο που προέκυψε από τη χηµική ανάλυση επιφανειακών
και
υποεπιφανειακών
ιζηµάτων
της
θέσης
απόρριψης,
είναι
οι
αυξηµένες
συγκεντρώσεις χηµικών ρύπων (PAH, PCB και Ag) στα ανώτερα 5cm του πυθµένα
(Εικ.
3.5.33.).
Αυτή
η
«διείσδυση»
των
ρύπων
είναι
αποτέλεσµα
της
βιοαναµοχλευτικής δραστηριότητας των οργανισµών και ως επιπτώσεις έχει:
• την αραίωση των συγκεντρώσεων των ρύπων στην επιφάνεια του πυθµένα καθώς
αυτοί αναµιγνύονται µε τα φυσικά ιζήµατα των ανώτερων 5cm,
• τη µείωση της αποτελεσµατικότητας της διεργασίας της επαναιώρησης των ρύπων
λόγω ρευµάτων, καθώς ένα ποσοστό ρύπων έχει ήδη βρεθεί κάτω από την επιφάνεια
του πυθµένα.
50
Εικ. 3.5.32: Επιφανειακή κατανοµή (α) του λόγου Ag / Al και (β) του βακτήριου
Clostridium perfingens, στα ιζήµατα της ευρύτερης περιοχής στη θέση 106 - Μιλίων
(Draxler et al, 1996).
Εικ. 3.5.33: Κατακόρυφη κατανοµή της
συγκέντρωσης του Ag στα επιφανειακά
(40cm) ιζήµατα του πυθµένα στη Θέση 106 Μιλίων.
Συστηµατικές µετρήσεις των ρευµάτων κοντά στην επιφάνεια του πυθµένα για
ένα διάστηµα 10 µηνών, έδειξαν ότι τα ρεύµατα είναι ικανά να θέσουν σε επαναιώρηση
τα σωµατίδια της βιολογικής λάσπης που έχουν αποτεθεί στον πυθµένα. Η
επαναιώρηση είναι µια διεργασία η οποία οδηγεί σε ευρύτερη διασπορά των ρύπων και
συνεπώς στην αραίωση των συγκεντρώσεων τους στην περιοχή απόρριψης.
Οι επιπτώσεις των απορρίψεων βιολογικής λάσπης στη θέση 106-µιλίων είναι
ανιχνεύσιµες ακόµη και σε οργανισµούς που διαβιούν στον πυθµένα. Αυξηµένη
παρουσία των πολύχαιτων Notomastus latercius και Tharyx kirkegaardi βρέθηκε στη
θέση απόρριψης έναντι µιας θέσης αναφοράς (Grassle 1991), ενώ αχινοί (Echinus
affinus) και ολοθούρια (Benthodytes sanguinolenta) έχουν συµπεριλάβει σωµατίδια
βιολογικής λάσπης στη διατροφή τους µε αποτέλεσµα να έχουν αλλοιωθεί οι λόγοι
σταθερών ισοτόπων στους ιστούς τους
(v) Η τύχη της θέσης 106-µιλίων µετά την παύση των απορρίψεων
Η παύση των απορρίψεων βιολογικής λάσπης της New York στη θέση 106µιλίων το 1992, έδωσε µια σηµαντική ευκαιρία για τη µελέτη της «επανάκαµψης» ενός
οικοσυστήµατος βαθέων υδάτων µετά από µια περιβαλλοντική επιβάρυνση.
Το Μεσοατλαντικό Εθνικό Υποθαλάσσιο Κέντρο Ερευνών των Η.Π.Α (MidAtlantic National Undersea Research Center, MAB-NURC) εγκατέστησε ένα σταθµό
51
συνεχούς παρακολούθησης (LEO-2500) των µακροχρόνιων επιπτώσεων στο µέσο της
θέσης 106-µιλίων. Οι δειγµατοληψίες ιζηµάτων το χρονικό διάστηµα 1992-93 έδειξαν
ότι οι συγκεντρώσεις του Ag έχουν µειωθεί αξιοσηµείωτα, ενώ αυτές των PAH και
PCB παραµένουν σχεδόν σταθερές. Όλοι οι βιολογικοί παράµετροι (λόγοι σταθερών
ισοτόπων, πυκνότητα ειδών) που είχαν διαταραχθεί από τις απορρίψεις της βιολογικής
λάσπης έχουν σε µεγάλο βαθµό επανέλθει σε φυσιολογικές τιµές.
Ένα στοιχείο που προκαλεί αναµφίβολα έκπληξη είναι η παρουσία αυξηµένων
συγκεντρώσεων Ag και η αυξηµένη πυκνότητα οργανισµών σε µία θέση περίπου 50nm
νοτίως της θέσης 106-µιλίων. Αυτή η µετανάστευση των ρυπαντικών δεικτών πρέπει να
αποδοθεί στη διεργασία της επαναιώρησης, η οποία µεταφέρει προς τα νότια σωµατίδια
βιολογικής λάσπης που έχουν ήδη αποτεθεί στον πυθµένα.
52
3.5.2.
ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΑ
ΕΚΧΥΣΗ
ΒΩΞΙΤΙΚΩΝ
ΜΕΤΑΛΛΕΥΤΙΚΩΝ
ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ (ΕΡΥΘΡΑ ΙΛΥΣ) ΣΤΟΝ ΚΕΝΤΡΙΚΟ ΚΟΡΙΝΘΙΑΚΟ ΚΟΛΠΟ
Η Υποθαλάσσια Έκχυση Μεταλλευτικών Αποβλήτων (ΥΕΜΑ) είναι µια
µέθοδος διαχείρισης των µεταλλευτικών αποβλήτων, η οποία εφαρµόστηκε για πρώτη
φορά το 1971, στα µεταλλεία Island Copper του Καναδά και από τότε µέχρι τις µέρες
µας, έχει γνωρίσει µια παγκόσµια εφαρµογή (Ellis et al 1995) (Εικ. 3.5.34.),(Πιν.
3.5.8.).
Εικ. 3.5.34: Παγκόσµιος χάρτης στον
οποίο παρουσιάζονται οι σηµαντικότερες
θέσεις
Υποθαλάσσιας
Έκχυσης
Μεταλλευτικών Αποβλήτων (ΥΕΜΑ).
Με
Έκχυση
Μεταλλευτικών
Αποβλήτων
(Submarine
τον
όρο
Tailings
Υποθαλάσσια
Disposal,
S.T.D.)
αναφερόµαστε σε ένα σύστηµα απόρριψης των µεταλλευτικών αποβλήτων, το οποίο
έχει ως στόχο τη µεταφορά τους σε περιβάλλοντα βαθέων υδάτων, και συνίσταται από :
(i) ένα θάλαµο ανάµιξης των στερεών και υγρών αποβλήτων µε θαλασσινό νερό, και
(ii) ένα υποθαλάσσιο αγωγό διαµέσου του οποίου εκχύνονται τα απόβλητα µε τη µορφή
ρεύµατος πυκνότητας (density current).
Στις Ελληνικές θάλασσες λαµβάνουν χώρα δύο συστηµατικές απορρίψεις
µεταλλευτικών αποβλήτων, εκ των οποίων µόνο η µια εφαρµόζει τη µέθοδο της
Υ.Ε.Μ.Α.
Η
«ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ
ΤΗΣ
ΕΛΛΑ∆ΟΣ
Α.Ε.»
απορρίπτει
βωξιτικά
µεταλλευτικά απόβλητα (ερυθρά ιλύς) στον κεντρικό Κορινθιακό κόλπο, µε τη µέθοδο
της Υ.Ε.Μ.Α., και η «ΛΑΡΚΟ Α.Ε.» απορρίπτει µε φορτηγίδα σιδηρονικελιούχο
σκωρία στον Ευβοϊκό κόλπο.
ΠΙΝΑΚΑΣ 3.5.8.
ΜΕΤΑΛΛΕΥΤΙΚΗ
ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ
Island Copper Mine
Vancouver Is., Καναδάς
(1971-1997)
Pechiney Alumina Refinery
Marseille, Γαλλία
(1967-2000)
Atlas Copper Mine
Cebu Is., Φιλιππίνες
(1971-1991)
Kitsault Molybdenum Mine
ΑΠΟΣΤΑΣΗ
ΑΠΟ ΑΚΤΗ
(m)
ΠΟΣΟΤΗΤΑ
ΜΕΤΑΛΛΕΥΤΙΚΩΝ
ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ (ξηρό
βάρος) (tn)
45
200
350εκατοµ.
320
5.600
>45εκατοµ.
30
500
365εκατοµ.
50
700
16εκατοµ.
ΒΑΘΟΣ
ΕΚΧΥΣΗΣ
(m)
53
British Columbia, Καναδάς
(1979-1981)
Misima Gold Mine
Misima, Παπούα Νέα Γουϊνέα
(1989-2000)
Cayeli Bakir Copper Zinc Mine
Black Sea, Τουρκία
(1992-2000)
Minahasa Gold Project
North Sulawesi, Ινδονησία
(1996-2000)
Lihir Gold Project
Lihir, Παπούα Νέα Γουϊνέα
(1997-2000)
Batu Hijau Copper Gold Project
Sumbawa, Ινδονησία
(υπό κατασκευή)
118
200
>50εκατ.
(πρόβλεψη για 80εκατοµ.)
350
700
>9εκατοµ.
82
1.000
>3εκατοµ.
(πρόβλεψη για 7εκατοµ.)
110
200
>6εκατοµ.
(πρόβλεψη για 50εκατοµ.)
120
3.000
(πρόβλεψη για 7εκατοµ.)
3.5.2.1. ΘΕΣΗ ΕΚΧΥΣΗΣ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΡΥΘΡΑΣ ΙΛΥΟΣ
Το εργοστάσιο παραγωγής αλουµίνας και αλουµινίου «ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ ΤΗΣ
ΕΛΛΑ∆ΟΣ Α.Ε.» (ΑΤΕ), το οποίο βρίσκεται στα Άσπρα Σπίτια Βοιωτίας, εγκατέστησε
ένα σύστηµα ΥΕΜΑ για την έκχυση ερυθράς ιλύος στον κόλπο των Αντικύρων που
βρίσκεται στις βόρειες ακτές του Κορινθιακού κόλπου (Εικ. 3.5.35.). Η ερυθρά ιλύς
(red mud, boues rouges) προκύπτει ως στερεό απόβλητο κατά τη διαδικασία παραγωγής
αλουµίνας/αλουµινίου από βωξίτη. Στις εγκαταστάσεις της ΑΤΕ προκύπτουν 1.06
τόννοι ερυθράς ιλύος ανά τόννο παραγόµενου αλουµινίου, η δε µέση ετήσια παραγωγή
ερυθράς ιλύος ανέρχεται σε 503000 τόννους τη δεκαετία του ΄80 και σε 600000
τόννους τη δεκαετία του ΄90 (στοιχεία ΑΤΕ). Για να γίνει αντιληπτό το µέγεθος αυτών
των απορρίψεων αρκεί να σηµειωθεί ότι αυτή η ετήσια είσοδος της ερυθράς ιλύος είναι
σχεδόν τριπλάσια της ετήσιας εισόδου φυσικών ιζηµάτων από όλα τα ποτάµια που
εκβάλουν στις νότιες ακτές του Κορινθιακού κόλπου.
54
Εικ. 3.5.35: Γενικός βυθοµετρικός χάρτης του κεντρικού Κορινθιακού κόλπου στον
οποίο παρουσιάζονται οι θέσεις πυρηνοληψίας ιζήµατος για τη µελέτη της κατανοµής
της ερυθράς ιλύος στον πυθµένα. Επιπλέον σηµειώνονται οι θέσεις των υποθαλάσσιων
αγωγών. (α) - (δ): Ο επιστηµονικός εξοπλισµός του ΕΘΑΓΕΦΩ που χρησιµοποιήθηκε
για τη µελέτη της έκχυσης της ερυθράς ιλύος. (α) Τοµογράφος υποδοµής πυθµένα
3.5kHz. (β) Ηχοβολιστής πλευρικής σάρωσης EG&G. (γ) Πυρηνολήπτης βαρύτητας.
(δ) Υποβρύχιο τηλε-κατευθυνόµενο όχηµα (R.O.V.). (Τροποποίηση από
Παπαθεοδώρου, 1991).
(i) Ποια η σύσταση της ερυθράς ιλύος?
Η ερυθρά ιλύς, όπως ήδη αναφέρθηκε, προκύπτει ως στερεό απόβλητο κατά τη
διαδικασία παραγωγής αλουµινίου από βωξίτη µε τη µέθοδο Bauer. Η ερυθρά ιλύς είναι
ένα λεπτόκκοκο υλικό (αργιλούχος πηλός) εµπλουτισµένο σε σηµαντικό αριθµό
µετάλλων. Η χηµική σύσταση της ερυθράς ιλύος της ΑΤΕ καθώς και άλλων
εργοστασίων παραγωγής αλουµινίου, µαζί µε τυπικές συστάσεις ελληνικών βωξιτών
παρουσιάζονται στον Πίνακα. 3.5.9. Το κύριο ορυκτολογικό συστατικό της ερυθράς
55
ιλύος είναι ο αιµατίτης (Fe2O3), ενώ επιπλέον περιέχει άµορφο SiO2, ρουτίλιο (TiO2)
και ασβεστίτη (CaCO3).
ΠΙΝΑΚΑΣ 3.5.9.
ΤΥΠΙΚΕΣ ΣΥΣΤΑΣΕΙΣ ΕΡΥΘΡΑΣ ΙΛΥΟΣ ∆ΙΑΦΟΡΩΝ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ
ΚΑΙ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΒΩΞΙΤΩΝ
ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ
ΕΛΛΑ∆ΟΣ Α.Ε.
Al2O3 (%)
Fe2O3 (%)
SiO2 (%)
TiO2 (%)
CaO (%)
Cr2O3 (%)
14,7
44,75
7,48
5,80
18,00
0,2180
Ni (ppm)
Co (ppm)
Pb (ppm)
Mn (ppm)
Cu (ppm)
Zn (ppm)
Cr (ppm)
V (ppm)
Mg (ppm)
K (ppm)
Ga (ppm)
Au (ppm)
Ag (ppm)
1044
71
130
637
54
55
-
ΒΩΞΙΤΙΚΑ
ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΑ
“ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ ΤΗΣ
ΕΛΛΑ∆ΟΣ”
ΒΩΞΙΤΙΚΑ
ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΑ
“ΑΣΠΡΩΝ
ΣΠΙΤΙΩΜ”
12-15
55-60
4-6
4-5
5-10
-
57,2
21,2
3,7
2,4
1,5
50,80
31,60
1,84
1,40
3,33
-
-
1300
ALCOA
MOBILE
REYNOLDS
ARKANSAS
16-20
30-40
11-14
10-11
5-6
-
180
14
693
3100
660
51
50
3,4
18
(ii) Το σύστηµα ΥΕΜΑ της “ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ ΤΗΣ ΕΛΛΑ∆ΟΣ Α.Ε.”
Η ΑΤΕ, στις αρχές της δεκαετίας του ΄70 εγκατέστησε υποβρύχιο αγωγό µήκους
29km, ο οποίος απέληγε σε βάθος 265m, για την ανάπτυξη της µεθόδου ΥΕΜΑ (Εικ.
3.5.35.). Η θραύση αυτού του αγωγού στα πρώτα στάδια λειτουργίας του, οδήγησε την
ΑΤΕ στην πόντιση ενός συστήµατος δύο µεταλλικών αγωγών (Φ200) µήκους 2km, οι
οποίοι εκβάλλουν σε βάθος 100m και 120m, στον κόλπο των Αντικύρων (Εικ. 3.5.35.).
Οι αγωγοί ποντίστηκαν σε πυθµένα ο οποίος συνίσταται από αδροµερή ιζήµατα
(ψηφιδούχος άµµος) (Εικ. 3.5.36.). Ο δυτικός αγωγός τέθηκε εκτός λειτουργίας το
Νοέµβριο του 1989, ενώ ο ανατολικός εκβάλλει ερυθρά ιλύ µέχρι τις µέρες µας (Εικ.
3.5.36.).
(iii) Βυθοµετρία και µορφολογία της ευρύτερης περιοχής
Ο κεντρικός Κορινθιακός κόλπος, ο οποίος είναι η ευρύτερη περιοχή έκχυσης
της ερυθράς ιλύος διακρίνεται σε τρεις µορφολογικές ενότητες: (α) την κρηπίδα (shelf),
(β) την πλαγιά (slope) και (γ) την κεντρική λεκάνη (central basin).
Ο πυθµένας του κόλπου των Αντικύρων συνιστά στην πραγµατικότητα την
κρηπίδα του Βόρειου Κορινθιακού κόλπου και παρουσιάζει µεγάλη ανάπτυξη (8km)
στο µυχό του κόλπου. Αντίθετα η κρηπίδα στην περιοχή των Ακρωτηρίων Παγκάλου-
56
Βελανιδιάς παρουσιάζει πολύ µικρή ανάπτυξη και το εύρος της κυµαίνεται από 200 έως
1000m (Εικ. 3.5.35.).
Η ενότητα της πλαγιάς περιορίζεται µεταξύ των ισοβαθών των 200m και 700m,
και ανοικτά του κόλπου των Αντικύρων έχει εύρος 6,5 έως 9km και κλίσεις που
κυµαίνονται από 4º έως 5º (Εικ. 3.5.35.). Στην περιοχή των ακρωτηρίων ΠαγκάλουΒελανιδιάς παρουσιάζει εύρος που κυµαίνεται από 3 έως 4,5km και κλίσεις από 9º έως
12º (Εικ. 3.5.35.).
Η κεντρική λεκάνη του κόλπου οριοθετείται από την ισοβαθή των 850m και
παρουσιάζει ασήµαντη κλίση (Εικ. 3.5.35.).
Εικ. 3.5.36: Υποβρύχιες
φωτογραφίες του οχήµατος
R.O.V. Benthos MKII του
ΕΘΑΓΕΦΩ
από
τον
πυθµένα του κόλπου των
Αντικύρων. α): Οι δύο
υποθαλάσσιοι µεταλλικοί
αγωγοί έκχυσης ερυθράς
ιλύος σε βάθος νερού 5m,
καθώς διασταυρώνονται µε
ανενεργό πλαστικό αγωγό.
(β): Πυθµένας µε ερυθρά
απόχρωση σε βάθος νερού
34m. (γ): Ένας εκ των
υποθαλάσσιων αγωγών σε
πυθµένα καλυµµένο µε
ερυθρά ιλύ, σε βάθος
νερού 51m. Αστερίας
αναπαύεται πάνω στον
αγωγό. (δ): Ο αγωγός
καλύπτεται ολικά από
ερυθρά ιλύ σε βάθος 54m.
(ε): Επιφανειακό στρώµα ερυθράς ιλύος µικρού πάχους καλύπτει τον πυθµένα σε βάθος
νερού 260m. Η ουλή που προκλήθηκε από τη σύρση του υποβρυχίου οχήµατος στον
πυθµένα αποκάλυψε τα υποκείµενα, καφέ χρώµατος, φυσικά ιζήµατα του.
3.5.2.2. ΜΑΚΡΟΧΡΟΝΙΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΚΧΥΣΗ ΤΗΣ ΕΡΥΘΡΑΣ
ΙΛΥΟΣ
Η συστηµατική µελέτη των µακροχρόνιων επιπτώσεων από την έκχυση της
ερυθράς ιλύος, σχεδιάστηκε, οργανώθηκε και εκτελέστηκε από το Εργαστήριο
Θαλάσσιας Γεωλογίας & Φυσικής Ωκεανογραφίας (ΕΘΑΓΕΦΩ) του Τµήµατος
Γεωλογίας του Παν/µιου Πατρών, στα µέσα της δεκαετίας του ΄80 (1983-87). Σε πρώτη
57
φάση, εκτελέστηκε ένα πυκνό δίκτυο πυρηνοληψιών ιζήµατος πυθµένα, ώστε να
διαπιστωθεί η κατανοµή της ερυθράς ιλύος στην επιφάνεια του πυθµένα (Εικ. 3.5.35.).
Η παρουσία της ερυθράς ιλύος διαπιστώθηκε σε όλες της µορφολογικές ενότητες του
κεντρικού Κορινθιακού κόλπου, ακόµη και στην κεντρική λεκάνη του, σε απόσταση
περίπου 18km από το στόµιο των αγωγών (Εικ. 3.5.35.). Με βάση αυτή την κατανοµή
σχεδιάστηκε ένα πρόγραµµα ερευνών, το οποίο περιελάµβανε:
•
Εντοπισµό του πάχους και αποτύπωση της µορφολογίας των αποθέσεων της
ερυθράς ιλύος στην περιοχή απόληξης των αγωγών, καθώς ο πυρηνολήπτης
(µήκους 6m) δεν διάτρυσε όλο το πάχος των αποθέσεων.
•
Λεπτοµερή αποτύπωση της µορφολογίας του πυθµένα στην ευρύτερη περιοχή της
έκχυσης, ώστε να αναπλαστούν οι διεργασίες που αναπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια
και πιθανώς µετά την έκχυση της ερυθράς ιλύος στον πυθµένα.
•
Οπτική παρατήρηση των αποθέσεων της ερυθράς ιλύος σε επιλεγµένες θέσεις.
Για την ικανοποίηση των πιο πάνω απαιτήσεων χρησιµοποιήθηκε: (i)
τοµογράφος υποδοµής πυθµένα (3.5 kHz subbottom profiler), ο οποίος δίνει γεωλογικές
τοµές των επιφανειακών ιζηµάτων του πυθµένα (διείσδυση: 30-40m, διακριτική
ικανότητα: 0.5-1m) (Εικ. 3.5.35α.), (ii) ηχοβολιστής πλευρικής σάρωσης (side scan
sonar), ο οποίος αποδίδει τη δισδιάστατη µορφολογία της επιφάνειας του πυθµένα (Εικ.
3.5.35β.), (iii) πυρηνολήπτης βαρύτητας (gravity corer), ο οποίος συλλέγει δείγµατα
από τον πυθµένα (Εικ. 3.5.35γ.), και (iv) υποβρύχιο όχηµα (R.O.V.) (Εικ. 3.5.35δ.).
(i) Οι αποθέσεις της ερυθράς ιλύος στην περιοχή απόληξης των αγωγών
Η µελέτη της περιοχής του πυθµένα όπου απολήγουν οι αγωγοί, µε τοµογράφο
υποδοµής πυθµένα 3.5kHz, έδειξε ότι η συστηµατική έκχυση ερυθράς ιλύος έχει
οικοδοµήσει δύο αποθέσεις οι οποίες µεταβάλουν σηµαντικά τη βυθοµετρία της
περιοχής (Εικ. 3.5.37.). Αυτές οι αποθέσεις έχουν µορφή επιµηκυσµένων λοβών και
παρουσιάζουν τριγωνική τοµή µε µέγιστο πάχος 17m και 14m αντίστοιχα, το οποίο
πλευρικά ελαττώνεται (Εικ. 3.5.38.). Η συνένωση των δύο λοβών, η οποία έχει
αναπτυχθεί µέχρι ενός βαθµού, συγκροτεί µία κύρια µάζα ερυθράς ιλύος πάχους από
1m έως 17m η οποία καταλαµβάνει έκταση 1.4km2 (Εικ. 3.5.37.).
Η οπτική επισκόπηση της περιοχής απόληξης των αγωγών µε υποβρύχιο όχηµα,
έδειξε ότι οι αγωγοί είναι καλυµµένοι από αποθέσεις ερυθράς ιλύος σε ένα µεγάλο
µέρος του µήκους τους (Εικ. 3.5.36δ.). Η κάλυψη των αγωγών είναι εµφανής ήδη από
βάθος περίπου 55m και συνεχίζεται µέχρι τα στόµια τους, τα οποία είναι θαµµένα κάτω
από τις λοβοειδείς αποθέσεις της ερυθράς ιλύος (Εικ. 3.5.36δ.). Η κάλυψη του στόµιου
58
των αγωγών µε αποθέσεις ερυθράς ιλύος, πάχους πολλών µέτρων, σε συνδυασµό µε τη
µεγάλη πίεση µε την οποία εκχύνεται από αυτούς, έχει ως αποτέλεσµα τη βίαιη
υποεπιφανειακή απελευθέρωσή της και το σχηµατισµό κυκλικών κρατήρων στην
επιφάνεια των δύο λοβών (Εικ. 3.5.39.). Στους δύο λοβούς απόθεσης διαπιστώθηκαν,
επιπλέον των κρατήρων απελευθέρωσης, µέτωπα αποκόλλησης τα ποία δηλώνουν ότι
οι λοβοειδείς αποθέσεις της ερυθράς ιλύος είναι ασταθείς και τοπικά καταρρέουν (Εικ.
3.5.39.).
(ii) Επιφανειακή κατανοµή της ερυθράς ιλύος στον πυθµένα του Κορινθιακού
κόλπου
Η µελέτη της εξάπλωσης της ερυθράς ιλύος, περιφερειακά της κύριας µάζας
της, είναι δυνατή µόνο από τα αποτελέσµατα των πυρηνοληψιών, εξαιτίας του µικρού
πάχους της απόθεσης έναντι της διακριτικής ικανότητας του τοµογράφου.
Περιφερειακά της κύριας µάζας διαπιστώθηκε η παρουσία επιφανειακού στρώµατος
ερυθράς ιλύος πάχους περίπου από 30cm έως 0.2cm, το οποίο ελαττώνεται ακτινωτά ως
προς την κύρια µάζα (Εικ. 3.5.37.). Αυτό το επιφανειακό στρώµα της ερυθράς ιλύος µε
ελαττωµένο πάχος (0.2cm) επεκτείνεται σε Ν∆-ική διεύθυνση µέχρι ένα βάθος περίπου
200m, συνιστώντας µία ζώνη έκχυσης εύρους περίπου 3km (Εικ. 3.5.37., 3.5.40.). Το
επιφανειακό αυτό λεπτό στρώµα της ερυθράς ιλύος έχει έκταση περίπου 21km2.
Εικ. 3.5.37: (α) Γενικός χάρτης του κόλπου των Αντικύρων, στον οποίο παρουσιάζεται
η επιφανειακή κατανοµή της ερυθράς ιλύος. (β) Επιφανειακή κατανοµή του πάχους (m)
των αποθέσεων κύριας µάζας της ερυθράς ιλύος στην περιοχή απόληξης των αγωγών,
59
όπως προέκυψε από την ανάλύση τοµογραφιών 3.5kHz. γ) ∆ίκτυο πορειών του
ερευνητικού σκάφους κατά µήκος των οποίων εκτελέσθηκαν οι τοµογραφίες 3.5kHz.
(Τροποποίηση από Παπαθεοδώρου, 1991).
Εικ. 3.5.38: Τοµογραφία 3.5 kHz στην οποία παρουσιάζονται οι δύο λοβοειδείς
αποθέσεις ερυθράς ιλύος στην περιοχή απόληξης των αγωγών.
Εικ. 3.5.39: Ηχογραφίες ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης στις οποίες έχουν
αποτυπωθεί: (1): Κυκλικοί κρατήρες οι οποίοι σχηµατίστηκαν από την εκρηκτική
υποεπιφανειακή διαφυγή της ερυθρά ιλύος από το στόµιο του καλυµµένου αγωγού.
(2): Μέτωπα αποκόλλησης στην επιφάνεια των λοβοειδών αποθέσεων ερυθράς ιλύος.
Ίχνη ερυθράς ιλύος µε τη µορφή διαποτισµού των φυσικών ιζηµάτων,
διαπιστώθηκαν σε αρκετούς πυρήνες και καλύπτουν ένα µεγάλο τµήµα του πυθµένα
του κόλπου των Αντικύρων (Εικ. 3.5.37.). Η έκταση των επιφανειακά διαποτισµένων
ιζηµάτων είναι περίπου 24km2. Οι περιοχές του πυθµένα δυτικά της νησίδας Τσαρούχι
και ανατολικά της Βραχονησίδας ∆ασκαλιό αποτελούν τις µοναδικές περιοχές πυθµένα
απαλλαγµένες από την παρουσία ερυθράς ιλύος (Εικ. 3.5.37.).
Η µακροσκοπική περιγραφή των πυρήνων που συλλέχθηκαν από την ενότητα
της πλαγιάς δεν έδειξε την παρουσία σαφούς στρώµατος ερυθράς ιλύος παρά µόνο
επιφανειακά και υποεπιφανειακά ίχνη ερυθράς ιλύος µεταξύ των ισοβαθών 300 και
700m (Εικ. 3.5.40.). Η ενότητα της κρηπίδας η οποία είναι η µορφολογική ενότητα µε
τις υψηλότερες µέσες κλίσεις πυθµένα (6ο), διαπιστώθηκε ότι διατέµνεται από
σηµαντικές υποθαλάσσιες χαραδρώσεις (canyons) και κανάλια (channels), τα οποία
αρχίζουν από την κρηπίδα και απολήγουν στην κεντρική λεκάνη του Κορινθιακού
κόλπου (Εικ. 3.5.41.). Επιπλέον διαπιστώθηκαν µορφολογικά χαρακτηριστικά τα οποία
δηλώνουν την ύπαρξη υποθαλάσσιων κατολισθήσεων στην ενότητα της πλαγιάς.
60
Οι πυρήνες που συλλέχθηκαν στη βάση της πλαγιάς και τη λεκάνη του
Κορινθιακού κόλπου έδειξαν την παρουσία σαφών επιφανειακών και υποεπιφανειακών
στρωµάτων ερυθράς ιλύος (Εικ. 3.5.40., 3.5.42).
Ένα επιφανειακό στρώµα ερυθράς ιλύος πάχους 2-4cm καλύπτει έκταση 14km2
της κεντρικής λεκάνης του κόλπου, νοτιοδυτικά της κεντρικής µάζας και σε απόσταση
περίπου 18km από αυτή (Εικ. 3.5.40.). Ένα υποεπιφανειακό στρώµα ερυθράς ιλύος
πάχους 2-4cm, το οποίο καλύπτεται από στρώµα φυσικού ιζήµατος του ιδίου πάχους
και επιφανειακό στρώµα ερυθράς ιλύος, διαπιστώθηκε σε ορισµένους πυρήνες ιζήµατος
(Εικ. 3.5.42α,β.). Τοπικά, διαπιστώθηκαν δύο υποεπιφανειακά στρώµατα ερυθράς ιλύος
(Εικ. 3.5.42γ.). Η υποεπιφανειακή παρουσία στρώµατος ερυθράς ιλύος είναι
εκτεταµένη και έχει έκταση περίπου 23km2 (Εικ. 3.5.40.).
Συνολικά η ερυθρά ιλύς µε τη µορφή σαφούς επιφανειακού στρώµατος
καλύπτει τον πυθµένα του κόλπου των Αντικύρων και της λεκάνης του Κορινθιακού
κόλπου σε µία έκταση περίπου 36km2 (Εικ. 3.5.40.).
Ίχνη ερυθράς ιλύος και
διαποτισµός φυσικών ιζηµάτων µε ερυθρά ιλύ διαπιστώθηκαν σε περιοχή πυθµένα
έκτασης περίπου 38km2 (Εικ. 3.5.40.).
61
Εικ. 3.5.40: Γενικός βυθοµετρικός χάρτης του κεντρικού Κορινθιακού κόλπου στον
οποίο εµφανίζεται η παρουσία της ερυθράς ιλύος στον πυθµένα µε τη µορφή
επιφανειακού και υποεπιφανειακού στρώµατος, διαποτισµού φυσικών ιζηµάτων και
ιχνών. (Τροποποίηση από Παπαθεοδώρου, 1991).
Εικ. 3.5.41: Τοµογραφία 3.5 kHz στην οποία φαίνονται τα κανάλια (Ch) που
διατέµνουν την ενότητα της πλαγιάς. (Παπαθεοδώρου, 1991).
62
Εικ. 3.5.42: Φωτογραφίες και απλοποιηµένες
σχηµατικές απεικονίσεις πυρήνων ιζήµατος από
την κεντρική λεκάνη του Κορινθιακού κόλπου,
σε βάθος 850m. Επιφανειακά κα υποεπιφανειακά
σαφή στρώµατα ερυθράς ιλύος διαπιστώνονται
στους πυρήνες. (Παπαθεοδώρου, 1991).
(iii) Χηµική σύσταση των αποθέσεων της ερυθράς ιλύος
Οι χηµικές αναλύσεις που εκτελέστηκαν σε δείγµατα ερυθράς ιλύος από τις
αποθέσεις της στον κόλπο των Αντικύρων και στην κεντρική λεκάνη του Κορινθιακού
κόλπου έδειξαν ότι:
•
Οι αποθέσεις της ερυθράς ιλύος χαρακτηρίζονται από υψηλές συγκεντρώσεις
Fe2O3, TiO2, Cr2O3, Ni, Co και Pb, σε αντίθεση µε τα φυσικά ιζήµατα του κόλπου
των Αντικύρων και της κεντρικής λεκάνης του Κορινθιακού, τα οποία
παρουσιάζουν αξιοσηµείωτα χαµηλότερες συγκεντρώσεις των προαναφερθέντων
µετάλλων αλλά σαφώς υψηλότερες συγκεντρώσεις Mn, Zn και Cu από αυτές της
ερυθράς ιλύος (Πιν. 3.5.10).
•
Οι επιφανειακές κατανοµές των Fe2O3 (Εικ. 3.5.43.), Cr2O3, Ni, Co και Pb
παρουσιάζουν σηµαντικές οµοιότητες µεταξύ τους και κυρίως µε την επιφανειακή
κατανοµή των αποθέσεων της ερυθράς ιλύος (Εικ. 3.5.40.), εξαιτίας της
σηµαντικής τους παρουσίας στην ερυθρά ιλύ. Αντίθετα, η επιφανειακή κατανοµή
του Mn (Εικ. 3.5.43.) και του Zn παρουσιάζει διαφορετική µορφή επειδή τα
µέταλλα αυτά χαρακτηρίζουν τα φυσικά ιζήµατα του κόλπου.
63
Εικ. 3.5.43: Επιφανειακή κατανοµή του (α) Fe2O3 και του (β) Mn στα ιζήµατα του
πυθµένα του κόλπου των Αντικύρων και του κεντρικού Κορινθιακού κόλπου.
(Τροποποίηση από Παπαθεοδώρου, 1991).
•
∆ύο περιοχές υψηλών συγκεντρώσεων των Fe2O3, TiO2, Cr2O3, Ni, Co και Pb
διαπιστώνονται: (i) στη περιοχή απόληξης των αγωγών στον κόλπο Αντικύρων και
(ii) στην κεντρική λεκάνη του Κορινθιακού κόλπου (Εικ. 3.5.40, 3.5.43α), οι
οποίες σχετίζονται µε αντίστοιχες αποθέσεις ερυθράς ιλύος. Οι µειωµένες
συγκεντρώσεις των µετάλλων (Fe2O3, TiO2, Cr2O3, Ni, Co και Pb) στις αποθέσεις
τη ερυθράς ιλύος στην κεντρική λεκάνη, συγκριτικά µε τις αντίστοιχες στην
περιοχή απόληξης των αγωγών στον κόλπο των Αντικύρων, δηλώνουν την
αραίωση που υφίστανται αυτές, εξαιτίας της ανάµιξης της ερυθράς ιλύος µε φυσικά
ιζήµατα κατά τη µεταφορά της από την κρηπίδα στη λεκάνη. Επιπλέον οι
αυξηµένες συγκεντρώσεις Mn που διαπιστώνονται στις αποθέσεις της ερυθράς
ιλύος, στην κεντρική λεκάνη του Κορινθιακού κόλπου, συγκριτικά µε αυτές στην
περιοχή απόληξης των αγωγών, ενισχύει την πιο πάνω άποψη περί ανάµιξης
ερυθράς ιλύος µε φυσικά ιζήµατα.
64
ΠΙΝΑΚΑΣ 3.5.10.
Fe2O3
TiO2
Cr2O3
Ni
Co
Pb
Mn
Fe2O3
TiO2
Cr2O3
Ni
Co
Pb
Mn
ΚΡΗΠΙ∆Α
max
Min
59,00(%)
11,20(%)
9,94(%)
0,90(%)
0,37(%)
0,03(%)
1856ppm
185ppm
108ppm
40ppm
194ppm
45ppm
3372ppm
525ppm
10,61(%)
3,29(%)
0,97(%)
0,41(%)
0,04(%)
0,02(%)
366ppm
116ppm
66ppm
7ppm
60ppm
0
1635ppm
708ppm
ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΛΕΚΑΝΗ
Max
Min
25,31(%)
19,98(%)
1053ppm
559ppm
71ppm
52ppm
112ppm
65ppm
4189ppm
1678ppm
14,86(%)
3,02(%)
1,03(%)
0,58(%)
0,04(%)
0,03(%)
286ppm
55ppm
47ppm
13ppm
35ppm
0
9296ppm
354ppm
ΑΠΟΘΕΣΕΙΣ
ΕΡΥΘΡΑΣ
ΙΛΥΟΣ
ΦΥΣΙΚΑ
ΙΖΗΜΑΤΑ
3.5.2.3. ∆ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ∆ΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΗΣ ΕΡΥΘΡΑΣ ΙΛΥΟΣ ΣΤΟΝ ΠΥΘΜΕΝΑ
ΤΟΥ ΚΟΡΙΝΘΙΑΚΟΥ ΚΟΛΠΟΥ
Η σύνθεση όλων των πληροφοριών που προέκυψαν από τη µελέτη της έκχυσης
της ερυθράς ιλύος στον κεντρικό Κορινθιακό κόλπο, επέτρεψε, µέχρι ενός βαθµού, την
ανάπλαση των διεργασιών που έδρασαν και διαµόρφωσαν την κατανοµή της στον
πυθµένα (Εικ. 3.5.44.).
Η απλή και µόνο παρουσία των αποθέσεων της ερυθράς ιλύος στην κεντρική
λεκάνη του Κορινθιακού κόλπου, σε βάθος 850m και απόσταση 18km από το σηµείο
έκχυσης της, δηλώνει ότι έδρασε µία ή περισσότερες βαρυτικές διεργασίες µεταφοράς
(Εικ. 3.5.40., 3.5.44.). Με αυτό τον όρο αναφέρεται µια οµάδα διεργασιών µεταφοράς
των ιζηµάτων του πυθµένα µε ευρύ φάσµα µηχανικής συµπεριφοράς (από ελαστική
παραµόρφωση έως ιξώδεις ροές) και κοινό χαρακτηριστικό τη δράση της δύναµης της
βαρύτητας.
Ο κύριος όγκος των αποθέσεων της ερυθράς ιλύος έχει σχηµατιστεί στην
περιοχή απόληξης των αγωγών (Εικ. 3.5.37.). Οι λοβοειδείς αποθέσεις αποτελούν
περιβάλλοντα εκκίνησης και εξάπλωσης της ερυθράς ιλύος στον πυθµένα του κόλπου
των Αντικύρων και του κεντρικού Κορινθιακού κόλπου (Εικ. 3.5.44.). Τα µέτωπα
αποκόλλησης που εντοπίστηκαν στις λοβοειδείς αποθέσεις δηλώνουν ότι τεµάχη
ερυθράς ιλύος αποκολλούνται, καταρρέουν και αφού προσλάβουν νερό από την
65
περιβάλλουσα υδάτινη στήλη µετασχηµατίζονται σε πλαστικές ροές, οι οποίες ρέουν
προς τα κατάντη των λοβοειδών αποθέσεων (Εικ. 3.5.39.).
Εικ. 3.5.44: Τρισδιάστατη διαγραµµατική απεικόνιση του κόλπου των Αντικύρων και
της κεντρικής λεκάνης του Κορινθιακού κόλπου στην οποία παρουσιάζονται οι οδοί
µεταφοράς της ερυθράς ιλύος από την περιοχή απόληξης των αγωγών στην κεντρική
λεκάνη. (Τροποποίηση από Παπαθεοδώρου, 1991).
Οι πιθανές αιτίες για την πυροδότηση αυτών των αποκολλήσεων και των
συνεπαγόµενων ελαστικών ροών, είναι: (i) η συσσώρευση µεγάλων ποσοτήτων
ερυθράς ιλύος στις λοβοειδείς αποθέσεις µε αποτέλεσµα την αύξηση της κλίσης των
πρανών των αποθέσεων και συνεπώς της αστάθειάς τους, (ii) οι εκρηκτικές διαφυγές
της ερυθράς ιλύος εξαιτίας της ταφής των αγωγών από αποθέσεις ερυθράς ιλύος, ενώ
(iii) η έντονη σεισµική δραστηριότητα της ευρύτερης περιοχής είναι δυνατόν να
προκαλέσει αστάθεια στις λοβοειδείς αποθέσεις.
Η µη ανεµπόδιστη έκχυση της ερυθράς ιλύος έχει µια ιδιαίτερη περιβαλλοντική
διάσταση. Οι εκρηκτικές διαφυγές της ερυθράς ιλύος, οι οποίες δηλώνονται από την
παρουσία κυκλικών κρατήρων στην επιφάνεια των λοβοειδών αποθέσεων, προκαλεί
νεφελώµατα µεγάλης πυκνότητας τα οποία εισέρχονται στην ανώτερη ευφωτική ζώνη
(Εικ. 3.5.39.).
66
Οι πλαστικές ροές ερυθράς ιλύος διατρέχουν την κρηπίδα στον κόλπο των
Αντικύρων, όπου αποθέτουν ένα µέρος της ερυθράς ιλύος στον πυθµένα και πιθανώς να
µετασχηµατίζονται σταδιακά σε ιξώδεις ροές (Εικ. 3.5.44.). Οι ιξώδεις ροές που
υπερβαίνουν το όριο της κρηπίδας (υφαλόριο) εισέρχονται στην ενότητα της πλαγιάς
όπου διαµέσου των χαραδρώσεων και των καναλιών που διατέµνουν την πλαγιά,
οδηγούνται στο δυτικό τµήµα της κεντρικής λεκάνης του Κορινθιακού κόλπου (Εικ.
3.5.40, 3.5.41, 3.5.44.). Οι ιξώδεις ροές αυξάνουν την ταχύτητά τους, στην ενότητα της
πλαγιάς, εξαιτίας των αυξηµένων κλίσεων της, µε αποτέλεσµα να οµοιάζουν πλέον µε
αυτό που στη βιβλιογραφία καλείται «τουρβιδιτικό ρεύµα». Τα τουρβιδιτικά ρεύµατα
είναι ρεύµατα πυκνότητας δηλαδή µάζες νερού και ιζήµατος, που κινούνται πάνω στον
πυθµένα, ως «χιονοστιβάδες», µε ταχύτητες από 10 έως 50km/h και έχουν πάχος από
µερικά µέτρα έως 200m.
Τα τουρβιδιτικά ρεύµατα της ερυθράς ιλύος απολήγουν τελικά στην κεντρική
λεκάνη, όπου επιβραδύνονται λόγω των ασήµαντων κλίσεων της και αποθέτουν στον
πυθµένα την µεταφερόµενη ερυθρά ιλύ (Εικ. 3.5.44.). Αποθέσεις ερυθράς ιλύος δεν
διαπιστώνονται στην ενότητα της πλαγιάς, εξαιτίας των µεγάλων ταχυτήτων που
αναπτύσσονται σε αυτή (Εικ. 3.5.40, 3.5.44.). Αντιθέτως, διαπιστώθηκε ότι τα
τουρβιδιτικά ρεύµατα διαβρώνουν την κοίτη των χαραδρώσεων και των καναλιών µέσα
στα οποία κινούνται, όπως δηλώνει η αυξηµένη συγκέντρωση Mn (στοιχείο που
χαρακτηρίζει τα φυσικά ιζήµατα) στις αποθέσεις της ερυθράς ιλύος στη κεντρική
λεκάνη (Πιν 3.5.10.).
Η µελέτη της χηµικής και της κοκκοµετρικής σύστασης καθώς και των
ιζηµατογενών δοµών των αποθέσεων της ερυθράς ιλύος στην κεντρική λεκάνη, µπορεί
να δώσει πληροφορίες για την περιοχή πηγής τους. ∆ιακρίνονται τρεις τύποι
αποθέσεων:
•
Αποθέσεις µε έντονο ερυθρό χρώµα, οι οποίες έχουν προέλθει από τουρβιδιτικά
ρεύµατα που εκκινούν από τις λοβοειδείς αποθέσεις και συνίστανται από ερυθρά
ιλύ µε οριακή ανάµιξη φυσικών ιζηµάτων (Εικ. 3.5.45α.).
•
Αποθέσεις µε ελαφρά ερυθρά απόχρωση, οι οποίες έχουν προέλθει από
τουρβιδιτικά ρεύµατα που εκκινούν από την περιοχή του υφαλόριου, (µεταβατική
ζώνη από την ενότητα της κρηπίδας στην ενότητα της πλαγιάς) όπου υπάρχει ένα
επιφανειακό στρώµα ερυθράς ιλύος. Αυτές οι αποθέσεις προήλθαν από ανάµιξη
ερυθράς και φυσικής ιλύος (Εικ. 3.5.45β.).
Επιπλέον διαπιστώθηκαν
67
•
αποθέσεις φυσικών ιζηµάτων οι οποίες καλύπτουν ή διαχωρίζουν αποθέσεις
ερυθράς ιλύος. Αυτές οι αποθέσεις έχουν προέλθει από τουρβιδιτικά ρεύµατα που
εκκινούν από την περιοχή της πλαγιάς, η οποία είναι απαλλαγµένη από παρουσία
ερυθράς ιλύος (Εικ. 3.5.45γ.).
Εικ. 3.5.45: Αναπαράσταση: (Ι) των
περιοχών από τις οποίες εκκινούν (ΙΙ) τα
τουρβιδιτικά ρεύµατα ερυθράς ιλύος και
φυσικών ιζηµάτων και (ΙΙΙ) οι τύποι των
αποθέσεων που σχηµατίζονται από αυτά.
(1: ερυθρά ιλύς, 2: ιλύς µε ερυθρά
απόχρωση, 3: φυσική ιλύς).
3.5.2.4. ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΟΙ ΤΡΟΠΟΙ ∆ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΤΗΣ ΕΡΥΘΡΑΣ ΙΛΥΟΣ
Η σχεδίαση των εναλλακτικών µεθόδων διαχείρισης της ερυθράς ιλύος, εκτός
του θαλάσσιου περιβάλλοντος, πρέπει να βασιστεί σε δύο σηµαντικά στοιχεία:
•
Η ερυθρά ιλύς παρουσιάζει σηµαντικές χρήσεις σε µη µεταλλουργικές βιοµηχανίες.
•
Η ερυθρά ιλύς είναι εµπλουτισµένη σε µέταλλα τα οποία παρουσιάζουν σηµαντικό
οικονοµικό ενδιαφέρον.
Μεγάλος αριθµός επιστηµονικών εργασιών έχει δηµοσιευθεί για τις υπάρχουσες
µεθόδους (Patents) αξιοποίησης της ερυθράς ιλύος (Goldman 1968, Panker 1975,
Lovashi 1975) σε µη µεταλλουργικές βιοµηχανίες. Μερικές από τις χρήσεις της
ερυθράς ιλύος είναι: (i) καταλύτης απορρόφησης SO2, SO3 και Η2S από καυσαέρια, (ii)
αποθειωτικό και αποχρωστικό κλασµάτων πετρελαίου, (iii) καθαριστικό (αποµάκρυνση
Ρ και βαρέων µετάλλων) βιοµηχανικών αποβλήτων, (iv) καταλύτης υδρογόνωσης και
υδρογονοπυρόλησης, (v) συλλίπασµα στη χαλυβουργία, (vi) στη βιοµηχανία τσιµέντουσκυροδέµατος και στην κατασκευή δοµικών υλικών (µονωτικά ήχου, πλάκες σωλήνες)
και (vii) στην κατασκευή χρωµάτων και επικαλυπτικών για τσιµέντα/χάλυβες.
Οι Varnavas και Papatheodorou (1986) σε µια ενδιαφέρουσα προσέγγιση των
υποθαλάσσιων αποθέσεων της ερυθράς ιλύος, έδειξαν ότι αυτές αποτελούν ένα ειδικού
68
τύπου εκµεταλλεύσιµο προσχωµατικό κοίτασµα, το οποίο περιέχει ποσότητες µετάλλων
µε σηµαντικό οικονοµικό ενδιαφέρον (Ti: 51.549.000 US$, Ni: 746.600$, Cr:
9.148.000$, Co: 321.800$, Pb: 220.500$, Cu: 337.400$, Mn: 26.918.000$, Al:
16.016.600$ και Zn: 126.600$, Metal Bulletin Weekly, April 1986). Στοιχεία που
συνηγορούν στην εκµετάλλευση των λοβοειδών αποθέσεων ερυθράς ιλύος στην
περιοχή απόληξης των αγωγών, είναι: (i) ο µεγάλος όγκος τους, (ii) η φυσική
κατάστασή τους (λεπτόκοκκες µη συνεκτικές αποθέσεις) η οποία επιτρέπει την εύκολη
άντληση της ερυθράς ιλύος από τον πυθµένα, όπως έχει ήδη γίνει σε µεταλλοφόρα
ιζήµατα της Red Sea, (iii) η οµαλή µορφολογία του πυθµένα και το µικρό βάθος
(περίπου 100m), και (i) η δυνατότητα εξαγωγής Fe και Ti, από την ερυθρά ιλύ, µε
σηµαντικά οικονοµικά οφέλη.
3.5.2.2. ΑΠΟΡΡΙΨΕΙΣ ΜΕΤΑΛΛΕΥΤΙΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΣΤΟ ΒΟΡΕΙΟ
ΕΥΒΟΪΚΟ ΚΟΛΠΟ
Η µεταλλευτική – µεταλλουργική βιοµηχανία «ΛΑΡΚΟ Α.Ε.» παράγει
µετάλλευµα πλούσιο σε Ni (25-30%) χρησιµοποιώντας κυρίως λατερίτη. Κατά τη
διαδικασία εµπλουτισµού του µεταλλεύµατος προκύπτει σκωρία (πλούσια σε Fe), η
οποία απορρίπτεται µε φορτηγίδα στο βόρειο Ευβοϊκό κόλπο, µε ρυθµό 6 τόννους
ηµηρεσίως, σε βάθη νερού από 60 έως 85m (Εικ. 3.5.46). Η έκταση που καλύπτουν οι
απορρίψεις της σκωρίας ανέρχεται σε 45 km2 (Εικ. 3.5.46).
Οι υποθαλάσσιες αποθέσεις της σκωρίας χαρακτηρίζονται από µεγαλύτερο
εµπλουτισµό σε Fe, Cr, Ni και Co έναντι της σκωρίας πριν από την απόρριψη. Η
Βουτσίνου (1988) υποστηρίζει ότι ο εµπλουτισµός αυτός οφείλεται στην αποµάκρυνση
του Al2O3, MgO και CaO από τις αποθέσεις της σκωρίας, κάτω από τη διαβρωτική
δράση του θαλασσινού νερού.
Η µέθοδος απόρριψης των µεταλλευτικών αποβλήτων µε φορτηγίδα επιτρέπει
την υδραυλική διαβάθµισή τους, καθώς τα αδροµερέστερα κλάσµατα καθιζάνουν
γρήγορα στον πυθµένα ενώ τα λεπτοµερέστερα παραµένουν περισσότερο χρόνο στην
υδάτινη στήλη και συνεπώς δέχονται την επίδραση των υδροδυναµικών συνθηκών
(ρεύµατα). Η υδραυλική διαβάθµιση των αποβλήτων έχει αποτυπωθεί στην κατανοµή
των συγκεντρώσεων των µετάλλων Fe, Cr, Co, Zn και Mn έναντι αυτής του Ni. Οι
υψηλότερες συγκεντρώσεις των Fe, Cr, Co, Zn και Mn διαπιστώνονται στη θέση
απόρριψης επειδή αυτά τα µέταλλα συνδέονται µε το αδροµερέστερο κλάσµα της
69
σκωρίας (Βουτσίνου, 1988). Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις του Νi διαπιστώθηκαν
περίπου 3km προς τα νοτιοανατολικά της θέσης απόρριψης, γεγονός που πιθανώς
οφείλεται σε µία από τις ακόλουθες διεργασίες : (i) το Ni βρίσκεται στο µεσόκοκκο
κλάσµα των αποβλήτων το οποίο µπορεί να µεταφερθεί προς τα νοτιοανατολικά µε τη
δράση των επικρατούντων ρευµάτων, (ii) το Ni απελευθερώνεται από τη σκωρία και
στη συνέχεια επανασυσσωµατώνεται στο αιωρούµενο λεπτόκοκκο µεταλλευτικό υλικό
το οποίο στη συνέχεια µεταφέρεται προς τα νοτιοανατολικά (Βουτσίνου, 1988).
Εικ. 3.5.46 Επιφανειακή κατανοµή του πάχους των αποθέσεων της σκωρίας (Fe>10%)
που απορρίπτει η ‘ΛΑΡΚΟ Α.Ε.’ στο Βόρειο Ευβοϊκό κόλπο. (Τροποποίηση από
Βουτσίνου, 1988).
70
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΛΛΑ ΣΤΑ
ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΙΖΗΜΑΤΑ
Γενικά
Τα µέταλλα1 , σε πολύ µικρές συγκεντρώσεις (Ιχνηµέτταλα: trace
metals) (τάξεως ppb2 έως ppm2) µετακινούνται µέσα στον υδρολογικό κύκλο
από την πρώτη εµφάνιση του νερού στη Γή. Στην Εικ. 1, φαίνεται παραστατικά
η πιο πάνω µετακίνηση. Ο εξωτερικός δακτύλιος αντιπροσωπεύει τη µετακίνηση
τους υπό σωµατιδιακή µορφή, ο εσωτερικός τη µετακίνηση τους υπό
διαλελυµένη µορφή ενώ παρουσιάζεται η συσχέτιση τους µε τη σωµατιδιακή.
Τέλος το κέντρο των δακτυλίων αντιπροσωπεύει την ατµόσφαιρα και την
επίδραση της σε ολόκληρο τον υδρολογικό κύκλο.
(1) Ως µέταλλα χαρακτηρίζονται τα χηµικά στοιχεία τα οποία είναι καλοί
αγωγοί του ηλεκτρισµού και των οποίων η ηλεκτρική αντίσταση είναι
ευθέως ανάλογη της απόλυτης θερµοκρασίας τους. Επιπλέον, παρουσιάζουν
ιδιότητες όπως : υψηλή θερµική αγωγιµότητα, υψηλή πυκνότητα, ιδιότητες όµως
που παρουσιάζουν και µη µεταλλικά στοιχεία.
(2) Parts per billion - parts per million : µέρη ανά δισεκατοµµυριοστό ,
µέρη ανά εκατοµµυριοστό.
1. ΠΑΡΟΥΣΙΑ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΣΤΑ ΙΖΗΜΑΤΑ
Τα θαλάσσια ιζήµατα είναι δυνατόν να οικοδοµούνται από πέντε κύρια
κλάσµατα τα οποία συγχρόνως δηλώνουν συγκεκριµένη πηγή τροφοδοσίας. Τα
κλάσµατα αυτά σύµφωνα µε τον Goldberg (1954), είναι το λιθογενές, το
υδρογενές, το βιογενές, το ατµοσφαιρογενές και το κοσµογενές κλάσµα. Η
παρουσία των µετάλλων δεν περιορίζεται σε κάποια από τα ανωτέρω
κλάσµατα, αλλά αντιθέτως έχει ανιχνευθεί η παρουσία τους σε όλα τα
κλάσµατα. Σχετικά µε την πηγή (Εικ. 2) και τη σύσταση (Πίνακας 1) κάθε
κλάσµατος, αναφέρονται τα παρακάτω:
1. Λιθογενές κλάσµα (lithogenous): προϊόντα αποσάθρωσης της χέρσου ή
προσφορά υλικού από ποτάµια.
71
2. Υδρογενές
κλάσµα
(hydrogenous):
προϊόντα
κατακρήµνισης
ή/και
προσρόφησης, αποτέλεσµα των φυσικο-χηµικών µεταβολών της υδάτινης
στήλης.
3. Βιογενές κλάσµα (biogenous): προϊόντα αποσύνθεσης οργανικής ύλης
καθώς και ανόργανα πυριτικά και ανθρακικά σκελετικά στοιχεία (κελύφη).
4. Ατµοσφαιρογενές κλάσµα (atmogenous): είσοδος µελάλλων από την
ατµόσφαιρα
5. Κοσµογενές κλάσµα (Cosmogenous): είσοδος µετάλλων από κοσµικά
σωµατίδια (µικροτηκτίτες) (Εικ. 3).
Ο εµπλουτισµός των µετάλλων από ανθρωπογενείς παράγοντες
(µόλυνση-ρύπανση), είναι δυνατόν να διαπιστωθεί στα τέσσερα πρώτα από τα
προαναφερθέντα κλάσµατα, π.χ.: στο λιθογενές κλάσµα µπορεί να ανιχνευθούν
αυξηµένες συγκεντρώσεις µετάλλων, εξαιτίας της αποσάθρωσης βιοµηχανικών
και µεταλλευτικών αποβλήτων, ενώ στο υδρογενές κλάσµα µπορεί να
διαπιστωθούν εξαιτίας της διάλυσης ρυπογόνων ουσιών στην υδάτινη στήλη.
Εικ. 1. Μετακινήσεις µετάλλων στον υδρολογικό κύκλο
72
Εικ. 2. Σχηµατική αναπαράσταση των πέντε κύριων κλασµάτων των θαλασσίων
ιζηµάτων και των πηγών τροφοδοσίας τους.
Εικ. 3. Μικροτηκτίτες
73
ΠΙΝΑΚΑΣ 1
ΚΥΡΙΑ ΚΛΑΣΜΑΤΑ ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ
ΕΛΑΧΙΣΤΟ
ΚΛΑΣΜΑ
ΥΛΙΚΟ του ΙΖΗΜΑΤΟΣ
ΤΥΠΟΣ
ΠΟΣΟΣΤΟ ΓΙΑ ΤΟ ΙΖΗΜΑΤΟΣ
ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟ
Λιθογενές
Αργιλος
70%
Καφέ άργιλος
Αµµος
70-80%
Χερσογενής
άµµος
Ανάµιξη πηλού-αργίλου και 70-80%
Χερσογενής ιλύς
µερική άµµος
Γκλοµπιγκερίνες
Βιογενές
30a
Globigerina ooze
Πτερόποδα (Pteropods)
30a
Pteropod ooze
Κοκκόλιθοι (Coccoliths)
30a
Coccolith ooze
∆ιάτοµα (Diatoms)
30b
Diatom ooze
Ραδιολάρια (Radiolarians)
30b
Radiolarian ooze
-
Αυθιγενή ιζήµατα
(Globigerinοids)
Αυθιγενή ορυκτά
Υδρογενές
(π.χ.
κόνδυλοι
µαγγανίου)
Κοσµογενές
Μικροτηκτίτες
-
Κοσµογενή
ιζήµατα
a. ανθρακικά
b. πυριτικά
1.1 ΚΥΡΙΕΣ ΧΗΜΙΚΕΣ ΦΑΣΕΙΣ ΙΖΗΜΑΤΩΝ
Τα βαρέα µέταλλα (Heavy metals) συνδέονται µε τα ιζήµατα (Gibbs
1973) µε τέσσερεις κύριους τύπους δεσµού: (α) την προσρόφηση (absorptive
bonding),
(β)
την
συνκατακρήνιση
µε
υδροξείδια
Fe
και
Mn
(coprecipitation), (γ) τη σύνδεση µε οργανική ύλη (complexation) και (δ) µε
την παρουσία τους στην κρυσταλλική δοµή των ορυκτών (incorporation).
74
Στον Πίνακα 2 παρουσιάζονται µε λεπτοµέρειες οι παραπάνω τύποι
δεσµού, τόσο σε φυσικά όσο και ρυπασµένα υδάτινα περιβάλλοντα.
1.1.1 Προσρόφηση και Ιοντοανταλλαγή
Ενας µεγάλος αριθµός ιζηµάτων, τα οποία παρουσιάζουν αυξηµένο
ποσοστό υλικών µε µεγάλη ειδική επιφάνεια (Πίνακας 3) --κυρίως αργιλικά
ορυκτά, υδροξείδια του σιδήρου που έχουν µόλις καθιζάνει στον πυθµένα,
άµορφα πυριτικά οξέα και οργανική ύλη-- είναι ικανά να προσροφούν κατιόντα
από τη διαλελυµένη φάση και συνεπώς να απελευθερώνουν αντίστοιχη
ποσότητα κατιόντων σε αυτή, αναπτύσσοντας έτσι µια ιοντοανταλλαγή
(Πίνακας 3).
Ο παραπάνω µηχανισµός της ιοντοανταλλαγής βασίζεται στην ικανότητα
προσρόφησης των -πιο κάτω- αρνητικά φορτισµένων ανιοντικών θέσεων:
(i)
SiOH-, AIOH2- και AIOH- στα αργιλικά ορυκτά
(ii)
FeOH-, στα υδροξείδια του σιδήρου
(iii)
OH- της οργανικής ύλης,
έναντι των θετικά φορτισµένων κατιόντων.
Γενικά, όλα τα λεπτόκοκκα ιζήµατα είναι ικανά να συγκεντρώνουν ιόντα
βαρέων µετάλων στη διαχωριστική επιφάνεια υγρού/στερεού, ώς αποτέλεσµα
ενδοµοριακών δυνάµεων. Ο γενικός αυτός µηχανισµός καλείται προσρόφηση
(adsorption).
Η διεργασία της προσρόφησης µπορεί να εξηγηθεί ικανοποιητικά µε το
µοντέλο του "ηλεκτρικά διπλού επιπέδου" (electric double layer model). Η
στερεά επιφάνεια (συνήθως πυριτική) περιέχει ιόντα τα οποία δεν είναι
ικανοποιητικά διευθετηµένα και συνεπώς ηλεκτρικά φορτισµένα. Με την
επίδραση της παρουσίας νερού µε τη µορφή υγρασίας, οι ιοντικές και
φορτισµένες θέσεις µετατρέπονται σε επιφανειακά υδροξείδια (ΟΗ-) ή οµάδες
ΜΟΗ. Επιπλέον προσρόφηση υγρασίας εµφανίζεται έτσι ώστε να δηµιουργηθεί
ένα σαφές στρώµα νερού. Καθώς το πάχος του στρώµατος του νερού
αυξάνεται, πλησιάζει τις ιδιότητες του κανονικού ρευστού (bulk water). Σε αυτή
την κατάσταση τα ιόντα υδρογόνου τα οποία ήταν ευκίνητα πάνω στη
διαχωριστική επιφάνεια υγρού/αέρα, τώρα είναι ελεύθερα στην υγρά φάση. Το
αποτέλεσµα
είναι
µια
αρνητικά
φορτισµένη
υδροξειλιακή
επιφάνεια
75
(hydroxylated surface), και ένα εκτενές στρώµα διασκορπισµένων θετικών
ιόντων (diffuse double layer). Οταν η στερεά επιφάνεια (κόκκος) βυθιστεί στο
νερό (υδάτινο περιβάλλον), τότε όλα τα παραπάνω στάδια αναπτύσσονται
ταυτόχρονα. ∆ιεργασίες ιοντοανταλλαγής αναπτύσσονται στην επιφάνεια των
κόκκων, οι οποίες περιλαµβάνουν απελευθέρωση ιόντων υδρογόνου και άλλων
κατιόντων και αντίστοιχη προσρόφηση µεταλλικών ιόντων. Η προσρόφηση
µετάλλων σε µικροκρυσταλλικά υδροξείδια Fe και Mn, λαµβάνει χώρα κυρίως
στο εκτενές στρώµα διασκορπισµένων θετικών ιόντων.
ΠΙΝΑΚΑΣ 2
ΦΕΡΟΝΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ∆ΕΣΜΕΥΣΗΣ ΤΩΝ ΒΑΡΕΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΣΤΑ ΙΖΗΜΑΤΑ
(σύνθεση από τους Caroll 1958, Grim 1968, Forstner & Patchineelam, 1976).
OΡΥΚΤΑ ΠΟΥ ΠΡΟΕΡΧΟΝΤΑΙ
Μέταλλα κυρίως σε θέσεις πλέγµατος
ΑΠΟ ΦΥΣΙΚΑ ΑΠΟΣΑΘΡΩΜΑΤΑ
(inert positions)
ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ
BΑΡΕΑ ΜΕΤΑΛΛΑ
Κατακρήµνιση (precipitation) ως
- Υδροξείδια (hydroxides)
αποτέλεσµα της υπέρβασης του
- Ανθρακικά (carbonates)
προϊόντος διαλυτότητας.
- Θειϊκά
(Kps : Solubility product)
(sulfides)
Φυσική προσρόφηση (PhysicoΥ∆ΡΟΞΕΙ∆ΙΑ ΚΑΙ ΟΞΕΙ∆ΙΑ ΤΩΝ Fe/Mn
(pH εξαρτώµενο)
sorption).
Χηµική προσρόφηση (ανταλλαγή του
(HYDROXIDES AND OXIDES OF
H σε καθορισµένες θέσεις (Chemical
Fe/Mn)
sorption)
⌧ Kατακρήµνιση (Coprecipitation) ως
αποτέλεσµα της υπέρβασης του
προϊόντος διαλυτότητας (Κps)
Θραυσµένοι δεσµοί
(Broken bonds) στις ακµές
ΑΠΓΙΛΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ
(CLAY MINERALS)
-προσρόφηση—κατιόντων--
αλουµινο-πυριτικών
ενοτήτων
Αντικατάσταση του Sl4+ από Al3
(τετραεδρική δοµή)
Αντικατάσταση του Al3+ από κατιόντα
(οκταεδρική δοµή)
76
⌧Αµορφα κολλοειδή οξείδια (+)
Υ∆ΡΟΞΕΙ∆ΙΑΚΗ ΠΕΡΙΚΑΛΥΨΗ
ΑΡΓΙΛΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ (HYDROXIDE
φυσική-προσρόφηση
προσροφόνται στις σρνητικές επιφάνειες
των κρυστάλλων
COATING)
pH εξαρτώµενα
Φυσική προσρόφηση
Χηµική προσρόφηση (ανταλλαγή H+
ΒΙΤΟΥΜΕΝΙΑ (BITUMEN)
ΧΟΥΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (HUMIC
στις COOH- OH- οµάδες).
SUBSTANCES) ΟΡΓΑΝΙΚΑ
ΚΑΤΑΛΟΙΠΑ (ORGANIC RESIDUALS)
⌧ Συσσωµατώµατα (Complexes).
ΑΝΘΡΑΚΙΚΟ ΑΣΒΕΣΤΙΟ
pH εξαρτώµενα
Φυσική προσρόφηση.
Ψευδοµόρφωση (Pseudomorfosis)
(CALCIUM CARBONATE)
⌧ Kατακρήµνιση (Coprecipitation)
ώς αποτέλεσµα υπέρβασης του
προϊόντος διαλυτότητας (Kps).
ΠΙΝΑΚΑΣ 3
ΕΙ∆ΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΚΑΙ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΙΟΝΤΟΑΝΤΑΛΛΑΓΗΣ
ΥΛΙΚΟ
ΕΙ∆ΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ
IKANOTHTA
(m2/g)
ΙΟΝΤΟΑΝΤΑΛΛΑΓΗΣ
(meq/100g)
Ασβεστίτης
12.5
--
Καολινίτης
10 – 50
3 – 15
Ιλλίτης
30 – 80
10 – 40
--
20 – 50
50 – 150
80 – 120
300
10 – 25
--
11 – 34
1900
170 – 590
Αργιλικά ορυκτά
Χλωρίτης
Μοντµοριλλονίτης
Νεοκαθιζόµενα Feυδροξείδια
Αµορφα πυριτικά οξέα
Χουµικά οξέα
1.1.2. Κατακρήµνιση Βαρέων Μετάλλων
77
Η διαλυτότητα ενός ηλεκτρολύτη είναι ένας ειδικός τύπος ισορροπίας η
οποία εκφράζεται µε τη σταθερά διαλυτότητας Ksp. Στην πραγµατικότητα
υπάρχει µια δυναµική ισορροπία µεταξύ στερεάς φάσης και των ιόντων της υπό
διαλελυµένη µορφή, για παράδειγµα:
MX
2
( στ ) ⇔ Μ
2+
( δλ ) + 2 Χ - ( δλ )
Η σταθερά Ksp µπορεί να αποδοθεί για το ΜΧ2
Ksp = [M 2+ ].[X − ]2
Για παράδειγµα:
As2 S3 (σστ ⇔ 2As3 + (δδλ + 3S 2 − (δδλ
Ksp = [As3+ ]2 .[S 2− ]3 = 5x10−27
Αυτό σηµαίνει ότι κάτω από συνθήκες υψηλής συγκέντρωσης ιόντων
[S 2− ] , η συγκέντρωση των ιόντων [AS 3= ] θα είναι πολύ χαµηλή, επειδή όταν
[As3+ ]2 .[S 2− ]3 > 5x10−27 , θα πυροδοτηθεί κατακρήµνιση του As2 S 3 .
1.1.3. Προσροφητική Ικανότητα Αργιλικών Ορυκτών
Η ικανότητα των αργιλικών ορυκτών για προσρόφηση βαρέων µετάλλων
οφείλεται σε:
(α) Σπασµένους δεσµούς στις ακµές των αλουµινοπυριτικών ενοτήτων:
Ο αριθµός των θραυσµένων δεσµών και συνεπώς η προσροφητική ικανότητα
αυξάνεται καθώς µειώνεται το µέγεθος των κόκκων.
(β) Αντικατάσταση του Si++ από Al3+ στο τετραεδρικό επίπεδο και του
Al3+ από κατιόντα στο οκταεδρικό επίπεδο.
Ο Mitchell (1964) πρότεινε µια εµπειρική σειρά προτίµησης των βαρέων
µετάλλων προς τα αργιλικά ορυκτά, η οποία είναι:
Pb > Ni > Cu > Zn
1.1.4. Προσρόφηση Βαρέων Μετάλλων σε Fe/Mn-οξείδια
Τα υδροξείδια και οξείδια του Fe και Mn, ακόµη και σε χαµηλές
συγκεντρώσεις προσροφούν και συνκατακρηµνίζουν κατιόντα και ανιόντα,
ελέγχοντας σε µεγάλο βαθµό την κατανοµή των βαρέων µετάλλων στο υδάτινο
περιβάλλον.
(i) Σχηµατισµός Fe/Mn υδροξειδίων: Τα ιόντα Mn και Fe εισέρχονται στο
θαλάσσιο περιβάλλον τόσο από υπόγεια όσο και µε τα επιφανειακά ύδατα. Στα
78
υπόγεια νερά εµφανίζονται µε τη µορφή Mn (II) και Fe (II). Οταν τα υπόγεια
νερά ανέλθουν στην επιφάνεια οξειδώνονται και προκύπτουν αδιάλυτα Fe2O3.
(H2O)x MnOx. Μια άλλη περιοχή σχηµατισµού των Fe/Mn υδροξειδίων, είναι το
θερµοκλινές σε ευτροφικές λίµνες και fjords, όπου τα ανοξικά νερά του
υπολιµνίου έρχονται σε επαφή µε οξειδωµένα ιζήµατα.
(ii) Προσρόφηση βαρέων µετάλλων από Fe/Mn οξείδια: Η σηµαντική
προσροφητική ικανότητα των Fe/Mn οξειδίων πρός τα βαρέα µέταλλα,
µελετήθηκε κύρια από τη σχέση του Pb2+ µε τα υδροξείδια του Fe. O Pb2+
συνδέεται στο επίπεδο Stern της υδροξειδιακής δοµής και ιόντα υδρογόνου
ανταλάσσονται, έτσι ώστε ο Pb να παρουσιάζει µία ισχυρή τάση σύνδεσης µε
την υδροξειλιακή οµάδα του κρυστάλλου του FeO(OH). Επιπλέον έχει
διαπιστωθεί ότι η προσρόφηση Pb στα Fe-οξείδια, για τιµές PH µεταξύ 5 και 7,
µειώνεται σταθερά, επειδή για αυτές τις τιµές PH, το FeOOH είναι θετικά
φορτισµένο.
1.1.5. Σύνδεση Βαρέων Μετάλλων µε την Οργανική Υλη.
Η διαλελυµένη οργανική ύλη είναι ικανή:
(α)
να συνδεθεί µε βαρέα µέταλλα και να αυξήσει τη διαλυτότητα τους,
(β)
να εναλλάσσει τη σχέση µεταξύ οξειδωτικής και αναγωγικής µορφής των
µετάλλων,
(γ)
να µεταβάλει την τοξικότητα των µετάλλων και συνεπώς την επίδρασή
τους στους οργανισµούς και
(δ)
να επιδρά στην έκταση µε την οποία λαµβάνει χώρα η προσρόφηση των
µετάλλων στο αιωρούµενο υλικό.
Οι ελκτικές δυνάµεις µεταξύ µεταλλικών ιόντων και διαλελυµένης,
κολλοϊδούς ή υπό σωµατιδιακή µορφή οργανικής ύλης, κυµαίνονται από πολύ
ασθενείς (φυσική προσρόφηση) έως ισχυρές ώστε είναι δύσκολο να διακριθούν
από συνήθεις χηµικούς δεσµούς. Σύµφωνα µε τον Krauskopf (1955) η
προσρόφηση κατιόντων στην οργανική ύλη, οφείλεται στο γενικά αρνητικό
φορτίο των κολλοϊδών.
∆ύο κύριες διεργασίες αναπτύσσονται και συνδέουν τα συσσωµατώµατα
βαρέων µετάλλων/οργανικής ύλης µε τα ιζήµατα (Saxby 1973).
79
(α)
Η αντίδραση µεταξύ µεταλλικών ιόντων και οργανικής ύλης, οδηγεί σε
µια νέα µορφή η οποία καθιζάνει απευθείας ή προσροφάται από τα ιζήµατα.
Εχει
διαπιστωθεί
ότι
σύµφωνα
µε
την
παραπάνω
διεργασία
συγκεκριµένα µέταλλα (Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, U & V) παρουσιάζουν θετική
συσχέτιση µε τον οργανικό άνθρακα των ιζηµάτων, ενώ άλλα αδιάφορη έως
αρνητική συσχέτιση. Ο Curtis (1966) έδωσε µια πιθανή εξήγηση (Εικ. 4)
σύµφωνα µε την οποία:
(1) θετική συσχέτιση παρουσιάζεται όταν τα µεταλλικά ιόντα αντιδρούν µε το
οργανικό υλικό και στη συνέχεια προσροφούνται από τα αργιλικά ορυκτά και
καθιζάνουν, (Εικ. 4).
(2) µηδενική συσχέτιση παρουσιάζεται όταν δεν υπάρχει αντίδραση µεταξύ τους
και η οργανική ύλη προσροφάται µόνη από τα αργιλικά ορυκτά (Εικ. 4), και
τέλος.
(3) αρνητική συσχέτιση παρουσιάζεται όταν αναπτύσσεται ανταγωνιστική σχέση
µεταξύ µετάλλων και οργανικής ύλης κατά την προσρόφηση τους από τα
αργιλικά ορυκτά (Εικ. 4).
(β) Συσσωµάτωση στο ανόργανο µέρος οργανισµών:
Ο εµπλουτισµός συγκεκριµένων µετάλλων σε ιζήµατα που συνίστανται
από σκελετικά µέρη οργανισµών, είναι µια καλά τεκµηριωµένη άποψη.
Χαρακτηριστικός είναι ο εµπλουτισµός του Ni, V και Μο στα σαπροπηλικά
ιζήµατα (sapropels).
80
Αργ. Ορυκτ.
Μ(Οργ)2
Μ(Οργ)2 --(Αργ.Ορυκ.)
(R = +)
Oργ.
Μx+ ή Μ(H2O)yx+
(R = 0)
Οργ.
Αργ. Ορυκτ.
απουσία
(Οργ.)--(Αρ.Ο.) + ελεύθερα Μx+ ή
Μ(H2O)yx+
αντίδρασης
Αργ. Ορυκτ.
(Οργ.)--(Αρ.Ορ.)+(Μx+)--(Aρ.Ορ.)
(R = -)
Εικ. 4. Σχηµατική αναπαράσταση του τρόπου σύνδεσης των βαρέων µετάλλων
σε συνδυασµό µε την παρουσία οργανικής ύλης, στα αργιλικά ορυκτά.
1.1.6. Προσρόφηση Βαρέων Μετάλλων στο Ανθρακικό Κλάσµα των
Ιζηµάτων
Η εξαιρετικά χαµηλή συγκέντρωση βαρέων µετάλλων στο ανθρακικό
κλάσµα οδήγησε τους ερευνητές να εκφράσουν την άποψη ότι δεν
αναπτύσσεται προσρόφηση των µετάλλων στο κλάσµα αυτό (Krauskopf, 1956).
Πρόσφατα, έχει διαπιστωθεί ότι διεργασίες όπως η προσρόφηση και η
συνκατακρήµνιση αναπτύσσεται και στο ανθρακικό κλάσµα.
1.1.7. Βαρέα µέταλλα στο πλέγµα χερσογενών ορυκτών.
81
Τα βαρέα µέταλλα ως κύρια ή µικρής αναλογίας συστατικά, ανιχνεύονται
σε θέσεις πλέγµατος ορυκτών τα οποία µεταφέρονται από τη χέρσο,
εισέρχονται στο θαλάσσιο περιβάλλον και καθιζάνουν στον πυθµένα.
Τα πυριτικά ορυκτά όπως οι άστριοι και ο χαλαζίας παρουσιάζουν πολύ
χαµηλή περιεκτικότητα σε βαρέα µέταλλα (Πίνακας 4).
Αντίθετα τα αργιλικά ορυκτά και ειδικά τα βαρέα ορυκτά (heavy metals)
παρουσιάζουν αξιοσηµείωτα υψηλότερες συγκεντρώσεις βαρέων µετάλλων
(Πίνακας 4).
ΠΙΝΑΚΑΣ 4
(στοιχεία από Wedepohl 1972, 1974 a,b)
ΧΑΛΚΟΣ
(η)
ΟΛΙΒΙΝΗΣ
51
Εύρο
µέσ
ς
η
Ppm
ppm
6-960 115
ΨΕΥ∆ΑΡΓΥΡΟΣ
(η)
7
εύρος
µέσ
ppm
50-82
ΜΟΛΥΒ∆ΟΣ
εύρο
µέσ
η
ς
η
ppm
ppm
ppm
0.2-
2
63
(η)
8
7.2
ΠΥΡΟΞΕΝΟΣ
90
4-
120
25
16-200
97
20
1000
0.3-
6
20
ΑΜΦΙΒΟΛΟΣ
40
1-300 78
51
34-690
196
75
1-70
11
ΒΙΟΤΙΤΗΣ
66
1-480 86
66
34-4000
527
259
7-95
21
0
6
ΜΟΣΧΟΒΙΤΗΣ
12
5-152 36
17
24-200
59
32
6-70
20
ΠΛΑΓΙΟΚΛΑΣΤΟ
18
8-700 62
23
1-50
17
16
1-70
20
0
ΑΛΚΑΛ. ΑΣΤΡΙΟΙ
10
1-20
4
4
10-24
15
419
2-700 53
ΧΑΛΑΖΙΑΣ
1
-
2
5
4-11
7
12
0.1-3
n: αριθµός αναλύσεων
1.1.8. Σχέσεις και αλληλοεπιδράσεις µεταξύ διαφόρων τύπων δεσµού
µετάλλων / φερόντων στοιχείων
1
82
Ενώ έχει διαπιστωθεί ότι τα ορυκτά από µόνα τους δεν αποτελούν
σηµαντικό µέσο για την καταβύθιση ποσοτήτων βαρέων µετάλλων, στην
πραγµατικότητα προσροφούν τόσο οργανική ύλη όσο και υπεροξείδια Fe και
Mn, τα οποία έχουν προσροφήσει ή συνδεθεί µε βαρέα µέταλλα και συνεπώς
δευτερογενώς αποτελούν σηµαντικούς καταβυθιστές βαρεών µετάλλων.
α. Υδροξειδιακή περικάλυψη Αργιλικών ορυκτών
Οξείδια του Fe, όπως ο γκαιτίτης, ο λεπιδοκροσίτης, ο αιµατίτης ή οξείδια
του Fe µε φτωχή κρυσταλλική δοµή, συνήθως συσχετίζονται µε τα αργιλικά
ορυκτά, καθώς επίσης καλύπτουν µε οξειδιακά φίλµ κόκκους άµµου ή πηλού.
β. Οργανική περικάλυψη Αργιλικών ορυκτών
Εχει διαπιστωθεί ότι οι κόκκοι πυριτικών ορυκτών αποτελούν καταλυτικές
επιφάνειες για µετασχηµατισµούς των οργανικών µορίων όπως πολυµερισµό,
ισοµερισµό. Υπάρχει επιπλέον µια σαφής αυξητική τάση των διαλελυµένων
οργανικών να προσροφηθούν από τα αργιλικά ορυκτά, καθώς αυξάνεται η µάζα
των οργανικών µορίων.
Πειραµατικά δεδοµένα (Rashid et al., 1972) έδειξαν ότι οι δυνάµεις
Coulomb και Van der Waals είναι περισσότερο σηµαντικές στη σύνδεση
χουµικών οξέων και αργιλικών ορυκτών από οτι στη χηµική επίδραση των
κολλοϊδων.
Η προσρόφηση των οργανικών σε αργιλικά ορυκτά είναι µια διεργασία η
οποία ευνοείται όταν συντελείται σε περιβάλλον χαµηλού PH και υψηλής
αλατότητας. Το τελευταίο αυτό στοιχείο είναι εύκολο να διαπιστωθεί σε περιοχές
εκβολών ποταµών, οι οποίοι µεταφέρουν οργανική ύλη και αργιλικά ορυκτά.
1.1.9. Σπουδαιότητα των διαφόρων τύπων δεσµού µεταξύ µετάλλων /
φερόντων στοιχείων
Ο κυρίαρχος τύπος σύνδεσης των βαρέων µετάλλων µε τα διάφορα
φέροντα στοιχεία (αργιλικά ορυκτά, υδροξείδια Fe και Mn, οργανική ύλη) σε ένα
συγκεκριµένο ίζηµα -(βλέπε ώς παράδειγµα Πίνακας 5)-, ελέγχεται από το
ιζηµατολογικό περιβάλλον, το ποσό του διαλυµένου σιδήρου και των
ανθρακικών, την αλατότητα, το PH, την παρουσία διαλυµένου οξυγόνου και τις
υδροδυναµικές συνθήκες.
83
Μερικές γενικές αρχές για τη σπουδαιότητα των διαφόρων τύπων
δεσµού µεταξύ µετάλλων και φερόντων στοιχείων στα ιζήµατα αναφέρονται στη
συνέχεια:
α. Χερσογενή ορυκτά (detrital minerals):
Η παρουσία µεγάλου ποσοστού βαρέων ορυκτών στα ιζήµατα, προκαλεί
χαρακτηριστικό εµπλουτισµό βαρέων µετάλλων, κυρίως στο λιθολογικό κλάσµα
του πηλού και της λεπτόκοκκης άµµου. Αντίθετα η αυξηµένη παρουσία χαλαζία,
άστριων και ανθρακικού υλικού, προκαλεί το αντίθετο αποτέλεσµα στη
συγκέντρωση των βαρέων µετάλλων.
β. Προσρόφηση:
Μια γενική σειρά ικανότητας προσρόφησης βαρέων µετάλλων για τα
κυριότερα φέροντα στοιχεία, προτάθηκε από τους Guy & Chakrabarti (1975):
Οξείδια του Mn> οργανικά οξέα > οξείδια του σιδήρου > αργιλικά ορυκτά. Η
προσροφητική ικανότητα των οξειδίων του Fe σε βαρέα µέταλλα, είναι
τουλάχιστον δέκα φορές µικρότερη από την αντίστοιχη του οξειδίου του Mn.
δ. Σύνδεση µε την οργανική ύλη:
Σε υδάτινα περιβάλλοντα µε αυξηµένη παρουσία οργανικής ύλης, ο
ρόλος των οξειδίων Fe και Mn ως προσροφητές βαρέων µετάλλων
υποσκιάζεται από την αντίστοιχη δράση των χουµικών οξεών.
Οταν τα µεταλλικά ιόντα συνδεθούν µε τα χουµικά οξέα, τότε το διάλυµα
(υδάτινο περιβάλλον) συµπεριφέρεται ως να µην υφίστανται άλλα ιόντα για
προσροφητική δράση.
ε. Κατακρήµνιση βαρέων µετάλλων:
Είναι πιθανόν τα βαρέα µέταλλα να κατακρηµνισθούν απ' ευθείας υπό τη
µορφή οξειδίων, ανθρακικών και θειικών και συνεπώς να απαιτείται η διάκρισή
τους από τα βαρέα µέταλλα που κατακρηµνίσθηκαν προσροφηµένα από οξείδια
του Fe, ανθρακικά και θειϊκές ενώσεις του Fe.
Η αναλογία των παραπάνω δυο διεργασιών στις τελικές συγκεντρώσεις
των βαρέων µετάλλων στα ιζήµατα, ελέγχεται από τις διάφορες υδροχηµικές
συνθήκες του υδάτινου περιβάλλοντος.
ΠΙΝΑΚΑΣ 5
Παράγοντες που Επιδρούν στη Συγκέντρωση Βαρέων Μετάλλων σε Ιζήµατα
Εστουάρας*
84
Βαρέων
Χερσογ Οργαν
µετάλλων
Υδροξείδια
Fe / Mn
ενή
ική
υδροξείδια,
ορυκτά
Υλη
ανθρακικές &
Ανθρακικά
Θείϊκές ενώσεις
Θέσεις
XX
(X)
X
X
(X)
(X)
(X)
X
X
(X)
X
(X)
XXX
X
πλέγµατος
Προσρόφηση
(φυσικές
δυνάµεις)
Ιοντοανταλλαγ
ή
(χηµικές
δυνάµεις)
Κατακρήµνιση
XX
Συνκατακρήµνι
ση
Σύνδεση
XXX
(complexation)
* Εστουάρα: περιβάλλον στο στόµιο ποταµού το οποίο ελέγχεται από τη
δράση της παλίρροιας.
1.1.10. Επίδραση του µεγέθους των κόκκων στη συγκέντρωση βαρέων
µετάλλων στα ιζήµατα (Grain size effects)
Τα βαρέα µέταλλα δεν είναι οµοιογενώς κατανεµηµένα σε όλες τάξεις
µεγέθους των κόκκων, αλλά παρουσιάζουν σηµαντικές διαφορές στις
συγκεντρώσεις τους, ανά τάξη µεγέθους του ίδιου δείγµατος ιζήµατος. Τα
λεπτοµερέστερα κλάσµατα των ιζηµάτων - κυρίως αργιλικά ορυκτά παρουσιάζουν σχετικά υψηλές συγκεντρώσεις µετάλλων. Αντίθετα το κλάσµα
του πηλού και της άµµου παρουσιάζει γενικά χαµηλές συγκεντρώσεις
µετάλλων, µια και το κλάσµα αυτό συνίσταται κυρίως από χαλαζιακούς κόκκους.
Γεωχηµικές αναλύσεις των επιµέρους τάξεων µεγέθους των κόκκων από
τη λίµνη Costance και το κάτω Ρήνο (Forstner & Patchineelam, 1980) (Εικ. 5),
έδειξαν οτι:
85
α.
Τα οξείδια του Fe προτιµούν τις επιφάνειες των λεπτοµερέστερων
κλασµάτων (αργιλικά ορυκτά).
β.
Η οργανική ύλη τείνει να συνδεθεί µε λεπτόκοκκο ή µεσόκοκκο
πηλό (6-8φ).
γ.
Τα φωσφορικά συσσωµατώµατα προτιµούν κόκκους λεπτόκοκκης
άµµου.
δ.
των
Τα χερσογενή ανθρακικά προκαλούν "αραίωση" (diluting effect)
συγκεντρώσεων των βαρέων µετάλλων.
Το λιθολογικό κλάσµα το οποίο προτείνετε για τη γεωχηµική ανάλυση
των ιζηµάτων είναι αυτό των (> 63 µm), και οι σηµαντικότεροι λόγοι που
συνηγορούν στην παραπάνω πρόταση είναι:
τα βαρέα µέταλλα ανιχνεύονται κυρίως στο κλάσµα του πηλού και της
αργίλου
το κλάσµα αυτό είναι συνήθως η λιθολογική τάξη που µεταφέρεται σε
αιώρηση στο υδάτινο περιβάλλον
ο κοκκοµετρικός διαχωρισµός του κλάσµατος των > 63 µm από τα
αδροµερέστερα (υγρό κοσκίνισµα) δεν αλλοιώνει τις συγκεντρώσεις των
βαρέων µετάλλων
οι
περισσότερες
γεωχηµικές
αναλύσεις
έχουν
εκτελεσθεί
στο
συγκεκριµένο λιθολογικό κλάσµα (> 63 µm), επιτρέποντας έτσι τη συσχέτιση
των αποτελεσµάτων.
86
Εικ. 5. ∆ιαγράµµατα µεταξύ συγκεντρώσεων (%) διαφόρων φερόντων στοιχείων
(οργανική ύλη, ανθρακικά, οξείδια του Fe, ολικός Φώσφορος) και διαφόρων
τάξεων µεγέθους κόκκων λιµναίων και ποτάµιων ιζηµάτων (λίµνη Costance &
ποταµός Rhine), τα οποία αποδίδουν παραστατικά την επίδραση της λιθολογίας
στις συγκεντρώσεις των φερόντων στοιχείων και συνεπώς των σχετιζοµένων
βαρέων µετάλλων (Forstner & Patchineelam, 1980).
87
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 2ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ
Goldberg E.D. (1954): Marine geochemistry. Chemical scavengers of the sea.
J. Geol. 62. pp. 249-266.
Gibbs R. (1973): Mechanisms of trace metal transport in rivers. Science 180,
pp. 71-73.
Carroll D. (1958): Role of clay minerals in the transportation of iron. Geochim.
Cosmochim. Acta. vol. 14, pp. 1-27.
Grim R.E. (1968): Clay mineralogy 2nd edition. New York. Mc Graw-Hill.
Forstner V. and Patchineelam S.R. (1976): Bindung und Mobilisation von
Schwermetallen in fluvitijen sedimenten. Chem. Z. 100, pp. 49-57.
Mitchell R.L. (1964): Trace elements in soil. In: Chemistry of Soil. Bear, F.E.
(ed.). Reinhold. pp. 320-368.
Krauskopf K.B. (1955): Sedimentary deposits of rare metals. Econ. Geol., vol.
50, pp. 411-463.
Krauskopf K.B. (1956): Factors controlling the concentration of thirteen rare
metals in sea water. Geochim. Cosmochim. Acta. vol. 9, pp. 1-32.
Saxby J.D. (1973): Diagenesis of metal-organic complexes in sediments:
formation of metal sulphides from cysteine complexes. Chem. Geol. 12, 241288.
Curtis
C.D. (1966):
The incorporation of soluble organic matter into
sediments and its effect on trace element assemblages. In: Advances in
Organic Geochemistry. Hobson, G.D., Louis M.C. (eds), Oxford: Pergamon pp.
1-13.
Wedepohl
K.H. (1972): Zinc- abudance in natural waters and in the
atmoshere. In: Handbook of Geochemistry. Wedepohl K.H. (ed). Berlin,
Heidelberg, New York: Spinger.
Wedepohl K.H. (1974a): Copper- abudance in natural waters and in the
atmoshere. In: Handbook of Geochemistry. Wedepohl K.H. (ed). Berlin,
Heidelberg, New York: Spinger.
Wedepohl
K.H. (1974b): Lead - abudance in natural waters and in the
atmoshere. In: Handbook of Geochemistry. Wedepohl K.H. (ed). Berlin,
Heidelberg, New York: Spinger.
88
Rashid M.A., Buckley D.E., and Robertson, K.R. (1972): Interaction of a
marine humic acid with clay minerals and a natural sediment. Geoderma 8, pp.
11-27.
Guy R.D. and Chakrabarti C.L. (1975): Distribution of metal ions between
soluble and particulate forms Abstr. Int. Conf. Heavy Met. Environ. Toronto,
Ont., Can., pp. D-29-20.
Groth P. (1971): Undersuchungen uber einige Spurenelemente in seen. Arch.
Hydrobiol. 68, 305-375.
Forstner U. and Patchineelam, S.R. (1980): Chemical associations of heavy
metals in polluted sediment from the Lower Rhine River. In: Particulates in
Water "Advances in Chemistry", American Chemical Society 189, 177-193.
ΜΕΘΟ∆ΟΙ ΠΟΣΟΤΙΚΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΩΝ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4
ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΒΑΡΕΑ ΜΕΤΑΛΛΑ
89
1. Συγκεντρώσεις υποβάθρου
Ο
προσδιορισµός
της
έκτασης
της
ρύπανσης
ενός
υδάτινου
περιβάλλοντος, διαµέσου του προσδιορισµού της επιβάρυνσης σε βαρέα
µέταλλα των ιζηµάτων του, είναι ίσως ο πιο ενδεδειγµένος τρόπος. Η
ποσοτικοποίηση του βαθµού ρύπανσης των ιζηµάτων από βαρέα µέταλλα, είναι
δυνατόν να επιτευχθεί µε σύγκριση των συγκεντρώσεων τους σε σύγχρονα
ρυπασµένα ιζήµατα, έναντι των συγκεντρώσεων τους σε µη ρυπασµένα ιζήµατα
ή
όπως
συνήθως
καλούνται
συγκεντρώσεις
υποβάθρου
(background
concentration).
ΠΙΝΑΚΑΣ 1
ΜΕΤΑΛΛΟ
ΣΧΙΣΤΟΛΙΘΟΙ
ΥΠΟΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΑ
ΛΙΜΝΑΙΑ
& ΑΡΓΙΛΟΙ
ΙΖΗΜΑΤΑ ΤΟΥ
ΙΖΗΜΑΤΑ
Ε∆ΑΦΗ
ΠΟΤΑΜΟΥ ΡΗΝΟΥ
Fe
(%)
4.72
3.23
4.34
3.2
Mn
ppm
600.0
960.0
760.0
760.0
Zn
ppm
95.0
115.0
118.0
59.8
Cr
ppm
83.0
47.0
62.0
84.0
Ni
ppm
68.0
46.0
66.0
33.7
Cu
ppm
45.0
51.0
45.0
25.8
Pb
ppm
20.0
30.0
34.0
29.2
Co
ppm
19.0
16.0
16.0
12.0
Hg
ppm
0.2
0.2
0.35
0.098
Cd
ppm
0.2
0.3
0.4
0.62
Οι συγκεντρώσεις υποβάθρου των βαρέων µετάλλων είναι δυνατόν να
υπολογισθούν, σύµφωνα µε τους Forstner & Wittmann (1979), από:
(1)
τη µέση χηµική σύσταση των τυπικών σχιστολίθων (standard shale)
(2)
τη
χηµική
σύσταση
ιζηµάτων
παλαιότερης
γεωλογικής
ηλικίας,
συγκεκριµένων περιβαλλόντων, λαµβάνοντας υπόψη τις ιδιαιτερότητες
του κάθε περιβάλλοντος.
(3)
τη χηµική σύσταση συγχρόνων αποθέσεων ιζηµάτων, σε µη ρυπασµένες
περιοχές.
90
(4)
την κατακόρυφη κατανοµή της χηµικής σύστασης ιζηµάτων πυρήνα,
όπου είναι δυνατόν να ανιχνευθεί µια ιστορική καταγραφή της ρύπανσης.
Στον Πίνακα 1 δίνονται οι συγκεντρώσεις υποβάθρου διαφόρων βαρέων
µετάλλων, σύµφωνα µε τις µεθόδους (1) και (3), σε σχιστολίθους & αργίλους, σε
υποεπιφανειακά ιζήµατα του ποταµού Ρήνου, σε λιµναία ιζήµατα και σε εδάφη.
2. Μέθοδοι προσδιορισµού ή εκτίµησης των συγκεντρώσεων των βαρέων
µετάλλων στις επιµέρους χηµικές φάσεις των ιζηµάτων.
Εχει ήδη αναφερθεί σε προηγούµενο κεφάλαιο (Κεφάλαιο 3) ο τρόπος
σύνδεσης των βαρέων µετάλλων µε τις κύριες χηµικές φάσεις των ιζηµάτων
(θέσεις πλέγµατος - προσροφηµένα στην επιφάνεια των αργιλικών ορυκτών προσροφηµένα σε οξείδια Fe και Mn - προσροφηµένα/συνδεόµενα µε οργανική
ύλη - υδροξειδική ή/και οργανική περικάλυψη αργιλικών ορυκτών) . Ο
προσδιορισµός του ποσοστού επί της ολικής συγκέντρωσης κάθε βαρέος
µετάλλου, στις επιµέρους χηµικές φάσεις του ιζήµατος, είναι ιδιαίτερα
σηµαντικός διότι δίνει αξιόπιστες πληροφορίες όσο αφορά στην περιβαλλοντική
επιβάρυνση. Το ανθρωπογενές ποσοστό (ρύπανση) των βαρέων µετάλλων
βρίσκεται αποκλειστικά σε θέσεις προσρόφησης και συνεπώς ο προσδιορισµός
του ποσοστού αυτού, οδηγεί στην εύρεση του βαθµού ρύπανσης του υδάτινου
περιβάλλοντος.
Η συνηθέστερη µεθοδολογία προσδιορισµού της συγκέντρωσης των
βαρέων µετάλλων στις επιµέρους χηµικές φάσεις είναι αυτή της Κλασµατικής
Χηµικής Ανάλυσης. Οι διάφορες προτεινόµενες κλασµατικές αναλύσεις
στηρίζονται στην αρχή ότι διαφορετικά αντιδραστήρια απελευθερώνουν τα
βαρέα µέταλλα από διαφορετικές χηµικές φάσεις.
Πρέπει να σηµειωθεί ότι οι κλασµατικές χηµικές αναλύσεις είναι ιδιαίτερα
χρονοβόρες αναλύσεις ενώ πρέπει
να τονισθεί ότι η ερµηνεία των
αποτελεσµάτων τους δεν είναι απλή αφού τα περισσότερα βαρέα µέταλλα
έχουν περισσότερες από µία πηγές (Βαρνάβας 1986).
Για τους προαναφερθέντες λόγους, πολλοί ερευνητές αναλύουν χηµικά
τα ιζήµατα µε τη µέθοδο της ολικής διάσπασης. Με τη µέθοδο της ολικής
διάσπασης προσδιορίζεται η ολική συγκέντρωση των βαρέων µετάλλων στα
ιζήµατα, και στη συνέχεια µε απλές ή/και σύνθετες µαθηµατικές τεχνικές
91
εξάγονται πληροφορίες για τη σύνδεση των βαρέων µετάλλων µε τις επιµέρους
χηµικές φάσεις.
Οι µαθηµατικές τεχνικές είναι δυνατόν να είναι από απλές, όπως:
σύγκριση των συγκεντρώσεων µε τις συγκεντρώσεις υποβάθρου,
λόγοι Me/Al
διαγράµµατα µεταξύ βαρέων µετάλλων και Al, Si, Fe, Mn, CaCO3 και
Corg
υπολογισµός των συντελεστών συσχέτισης µεταξύ των βαρέων
Μετάλλων
κατασκευή δενδρογραµµάτων (cluster analysis)
έως πολύ σύνθετες, όπως:
Ανάλυση Κύριων Συνθετητών (Principal Components Analysis, PCA)
Παραγοντική Ανάλυση (Factor Analysis, FA).
Επιπλέον,
πολλοί
ερευνητές
χρησιµοποιούν
διαφόρους
"δείκτες
ρύπανσης" για να ποσοτικοποιήσουν την περιβαλλοντική επιβάρυνση των
ιζηµάτων από την παρουσία βαρέων µετάλλων.
YΠΟΚΕΦΑΛΑΙΟ 4.1
∆ΕΙΚΤΕΣ
ΡΥΠΑΝΣΗΣ
ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ
∆ΕΙΚΤΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ
92
Ενας ικανός αριθµός "δεικτών ρύπανσης" (pollution indeces) έχει
προταθεί
από
διάφορους
ερευνητές
για
την
ποσοτικοποίηση
της
περιβαλλοντικής επιβάρυνσης των θαλασσίων ιζηµάτων από βαρέα µέταλλα.
Οι διάφοροι προταθέντες δείκτες είναι δυνατόν να διακριθούν, σύµφωνα
µε τον τρόπο που υπολογίζουν την περιβαλλοντική επιβάρυνση, σε: (Βλπ. Πιν.
1).
ΠΙΝΑΚΑΣ 1
(∆ιάκριση ∆εικτών Ρύπανσης)
ΓΕΝΙΚΟΣ ή ΕΙ∆ΙΚΟΣ
ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ή ΥΠΟΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ (ΠΥΡΗΝΩΝ) ΙΖΗΜΑΤΩΝ
ΜΕ ή ΧΩΡΙΣ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΛΙΘΟΛΟΓΙΑΣ
∆ΕΙΚΤΗΣ ΘΕΣΗΣ ή ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ
∆ΕΙΚΤΗΣ ΜΕΤΑΛΛΟΥ ή ΟΜΑ∆ΑΣ ΜΕΤΑΛΛΩΝ
Οι συνηθέστερα χρησιµοποιούµενοι δείκτες ρύπανσης, οι οποίοι και
αναπτύσσονται στο παρόν κεφάλαιο, παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.
ΠΙΝΑΚΑΣ 2
(∆είκτες Ρύπανσης)
∆ΕΙΚΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ∆ΥΝΗΤΙΚΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ (RPI) (relative pollution index)
∆ΕΙΚΤΗΣ ΤΕΧΝΟΦΙΛΙΑΣ (TP) (technophility index)
ΠΑΡΑΓΩΝ ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΟΥ ΙΖΗΜΑΤΩΝ (SEF) (sediment enricment factor)
ΛΟΓΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ (R) (concentration ratio)
∆ΕΙΚΤΗΣ ΓΕΩΣΥΣΣΩΡΕΥΣΗΣ (Igeo) (index of geoaccumulation)
∆ΕΙΚΤΗΣ ΦΟΡΤΙΟΥ ΡΥΠΑΝΣΗΣ (PLI) (pollution load index)
∆ΕΙΚΤΗΣ ΜΙΚΡΟ-ΡΥΠΑΝΣΗΣ (mi) (micropollutant index)
ΧΗΜΙΚΟΛΙΘΟΛΟΓΙΚΟΣ ∆ΕΙΚΤΗΣ ΕΠΙΒΑΡΥΝΣΗΣ (q) (pollution ratio)
1. ∆είκτης σχετικής δυνητικής ρύπανσης (Index of relative pollution potential)
Μια πρώτη προσπάθεια ποσοτικοποίησης της ρύπανσης των ιζηµάτων
από βαρέα µέταλλα, σε παγκόσµια κλίµακα, έγινε από τους Forstner &
Wittmann (1973). Οι ερευνητές αυτοί συνέκριναν τις συγκεντρώσεις των βαρέων
µετάλλων µε τις φυσικές συγκεντρώσεις στις διάφορες σφαίρες (λιθόσφαιρα,
93
υδρόσφαιρα και ατµόσφαιρα). Ο λόγος της κατανάλωσης του µετάλλου (tons/a)
(metal consumption) προς τη µέση περιεκτικότητα του στη συγκεκριµένη
σφαίρα (gr/ton), προτάθηκε ως δείκτης σχετικής δυνητικής ρύπανσης (Σ.∆.Ρ.)
(index of relative pollution potential).
Ο Πίνακας 3 παρουσιάζει τους δείκτες της Σ.∆.Ρ. για τα σηµαντικότερα
βαρέα µέταλλα και διαπιστώνεται ότι: o Hg, το Cd, ο Pb και ο Cu έχουν
εµπλουτισθεί σηµαντικά.
ΠΙΝΑΚΑΣ 3
(∆είκτης σχετικής δυνητικής ρύπανσης)
Μέταλλο
Κατανάλωση
Εδάφη
∆είκτης Σ.∆.Ρ.
∆είκτης
Χ 1000 t/y
(ppm)
Fe
400.000
38.000
4
5.3 x 107
Mn
9.200
850
1
5.0 x 107
Cu
6.400
20
30
1.1 x 109
Zn
4.600
50
10
5.4 x 106
Pb
3.500
10
35
1.6 x 109
Cr
1.700
100
2
2.0 x 108
Ni
493
40
1
9.0 x 107
Sn
232
10
2
---
Cd
15
0.06
25
---
Hg
10
0.03
30
1.5 x 109
Τεχνοφιλίας
2. ∆είκτης Τεχνοφιλίας (Technophility Index : TP)
Οι Nikiforova & Smirnova (1975) πρότειναν ότι τα "τεχνολογικώς ενεργά"
µέταλλα, παρουσιάζουν τους µεγαλύτερους κινδύνους για τους οργανισµούς και
σχηµατίζουν σηµαντικές γεωχηµικές ανωµαλίες στο περιβάλλον. Η "τεχνογενής
µετανάστευση"
(technogenic
migration)
των
µετάλλων
και
ο
βαθµός
χρησιµοποίησης τους, µπορεί να υπολογισθεί από το δείκτη Τεχνοφιλίας (ΤΡ),
ο οποίος αντιπροσωπεύει το λόγο της ετήσιας εξόδου του µετάλλου προς τη
µέση συγκέντρωση του στη λιθόσφαιρα (clarke).
94
Υψηλές τιµές ΤΡ δηλώνουν έντονη "τεχνογενή µετανάστευση". Ο
υδράργυρος και ο µόλυβδος χαρακτηρίζονται από υψηλό ΤΡ και συγκεκριµένα,
1.5 και 1.6 x 109 αντίστοιχα (Πίνακας 3). Οι ίδιοι ερευνητές έδειξαν ότι δείκτης
ΤΡ είναι ασταθής µε το χρόνο, και σύµφωνα µε αυτό, ο ΤΡ του µολύβδου έχει
µεγαλώσει 21/2 φορές από την αρχή του αιώνα µας, ενώ µέχρι το 2000
αναµένεται να αυξηθεί 41/2 φορές.
3. Παράγων εµπλουτισµού ιζηµάτων (sediment enrichment factor) (SEF)
Για τον υπολογισµό του δείκτη επιβάρυνσης των βαρέων µετάλλων στα
επιφανειακά ιζήµατα, όταν υπάρχουν δεδοµένα από πυρήνες ιζηµάτων
(συνεπώς χηµικές αναλύσεις των υποεπιφανειακών ιζηµάτων), χρησιµοποιείται
ο παράγων εµπλουτισµού (ή αραίωσης) (SEF) (Kemp et al., 1976), ο οποίος
δίνεται από τον τύπο:
ΣΜεπιφ./ΣΑΙ επιφ.
- ΣΜυποβ./ΣΑΙυποβ.
SEF = ------------------------------------------------------------ΣΜυποβ./ΣΑΙυποβ.
όπου: ΣΜεπιφ.: συγκέντρωση µετάλλου στην επιφάνεια του πυθµένα
ΣΑΙ επιφ.: συγκέντρωση αργιλίου στην επιφάνεια του πυθµένα
ΣΜυποβ.: συγκέντρωση υποβάθρου του µετάλλου (συνήθως από το
κατώτερο µη ρυπασµένο τµήµα του πυθµένα)
ΣΑΙυποβ.: συγκέντρωση υποβάθρου του αργιλίου (συνήθως από το
κατώτερο µη ρυπασµένο τµήµα του πυθµένα)
Στον Πίνακα 4, παρουσιάζονται τιµές παραγόντων εµπλουτισµού (SEF)
σε λιµναία και θαλάσσια ιζήµατα.
95
ΠΙΝΑΚΑΣ 4
Περιοχή
Μέταλλο
Cd
Co
Cu
Cr
Fe
Hg
Aναφορά
Ni
Pb
Zn
Λίµνη Vanern
2.6 NA 1.2 NA NA (38)
0.8 2.3 3.7 (1)
Λίµνη Costance
2.9 0.5 1.1 3.0 1.0 2.0
0.9 2.7 3.1 (2)
Λίµνη Geneva
4.6 1.5 2.7 1.3 NA 15
1.0 2.3 3.6 (3)
Λίµνη Erie
7.3 1.6 3.7 2.9 1.5 8.3
2.1 4.7 3.6 (4)
Bight 7.5 1.4 2.0 NA 0.9 NA
1.6 4.1 2.7 (5)
Bight 7.5 2.2 1.8 1.5 1.4 9.4
1.3 8.2 4.0 (6)
Kieler
(Βαλτική)
German
(Βόρειος Θάλασσα)
ΜΕΣΟΣ SEF
5.3 1.4 2.1 2.2 1.2 8.7
1.3 4.1 3.5
(1) Hakanson 1977, (2) Forstner & Muller 1974, (3) Vernet 1976, (4) Walters et
al., 1974, (5) Erlenkeuser et al., 1974, (6) Forstner & Reineck 1974.
Το στοιχείο ΑΙ χρησιµοποιείται ως στοιχείο αναφοράς, εξαιτίας της
θεωρούµενης σταθερής προσφοράς του στα ιζήµατα, από τα αντίστοιχα
µητρικά πετρώµατα. Ο υπολογισµός του λόγου Μέταλλο/ΑΙ ελαχιστοποιεί: (α)
την επίδραση της υφής των ιζηµάτων στις συγκεντρώσεις των µετάλλων και (β)
την αραίωση που υφίστανται οι συγκεντρώσεις των µετάλλων, εξαιτίας της
παρουσίας, φτωχών σε µέταλλα, κλασµάτων του ιζήµατος (σκελετικά
αποσαθρώµατα, χαλαζίας).
Η
παρουσία
του
ΑΙ
θεωρείται
ενδεικτική
της
παρουσίας
των
αλουµινοπυριτικών (alouminosilicate) ορυκτών στα ιζήµατα, συνεπώς η
σύγκριση των λόγων µέταλλο/ΑΙ των ιζηµάτων, µε τους αντίστοιχους λόγους
των τυπικών σχιστολίθων (shale standard), δινει µια γρήγορη και αφαλή
µέτρηση του εµπλουτισµού των µετάλλων από άλλες πηγές (Forstner, 1983).
Ο παράγων εµπλουτισµού (ή αραίωση) των ιζηµάτων εφαρµόσθηκε σε
γεωχηµικές αναλύσεις πυρήνων ιζήµατος από τον κόλπο των Αντικύρων, όπου
διαπιστώθηκαν
επιφανειακά
στρώµατα
µεταλοφόρου
ερυθράς
ιλύος
96
(Παπαθεοδώρου 1990). Ο υπολογισµός του παράγοντα εµπλουτισµού είναι
απλός και συντελείται σε τρία στάδια:
1. Οι αρχικές συγκεντρώσεις των µετάλλων (Πίνακα 5) εκφράζονται µε τη
µορφή λόγων Μετάλλου/ΑΙ (Πίνακας 6).
2. Επιλογή των συγκεντρώσεων υποβάθρου µετάλλων και ΑΙ ή καλλίτερα των
λόγων Μέταλλου/ΑΙ υποβάθρου. Επιλέγονται οι λόγοι Μ/ΑΙ από το κατώτερο
µη ρυπασµένο τµήµα του πυρήνα ή συνήθως εξάγεται ο µέσος όρος τους
(Πίνακας 7).
3. Υπολογίζεται ο παράγων εµπλουτισµού (Πίνακας 7), για τα επιφανειακά ή
υποεπιφανειακά ρυπαµένα ιζήµατα.
Η επιφανειακή κατανοµή των τιµών των παραγόντων εµπλουτισµού
(SEF), είναι δυνατόν να δώσει σηµαντικές πληροφορίες για τη διασπορά των
βαρέων µετάλλων στα ιζήµατα του πυθµένα (Εικ. 1).
Μια απλούστερη, στην πραγµατικότητα, έκδοση του παράγοντα
εµπλουτισµού είναι ο λόγος των συγκεντρώσεων (R), ο οποίος δίνεται από τον
τύπο:
Σ Μεπιφ. - ΣΜυποβ.
R=
------------------------------------ΣΜυποβ.
97
ΠΙΝΑΚΑΣ 5
Chemical Composition of Metalliferous Red Mud and Associated Normal Sediments in
Gravity Cores, with Results Expressed on a Carbonate-Free Basis (CFB)
(Παπαθεοδώρου 1990)
Core and
Depth
Sample
Interv
Coding
al
Number
(cm)
21
25
21/6
21/7
21/8
33
11
AI CaCO3 Org.
--------------------------
-------------------------------------
------------------------
(%)
(ppm)
(%)
Ni Co Pb
Cr2O3
Mn
11,61
10,08
9,19
0,90
0,94
0,74
0,025
0,035
0,023
185
191
166
40
30
34
45
43
45
1106
905
965
32
43
43
21/9
0-1
1-2
6,58,5
18-20
9,59
0,65
0,026
146
36
30
980
42
21/10
23-24
10,09
0,67
0,028
151
38
32
1020
42
25/11
0-1
8,84
0,97
0,026
185
36
22
1057
47
25/12
8,15
0,90
0,028
191
40
21
1044
47
7,88
0,81
0,031
159
36
43
1057
43
25/14
1,33,5
6,58,5
14-16
7,65
0,74
0,028
135
33
23
1079
42
25/15
26-27
7,69
0,76
0,031
160
32
23
1049
42
28/31
0-2
32,79
4,77
0,203
916
72
120
1107
74
28/40
4-6
24,98
3,77
0,136
690
77
121
1457
64
28/32
9-11
10,44
0,71
0,026
178
44
89
1428
49
28/33
17-19
10,40
0,69
0,044
197
42
60
1478
66
28/34
24-26
10,58
0,73
0,003
195
57
57
1479
52
28/36
29-31
10,61
0,68
0,000
190
49
54
1501
49
28/38
35-37
9,94
0,68
0,034
182
40
57
1440
57
28/39
42-44
3,29
0,41
0,016
116
7
00
708
54
33/41
0-1
19,20
2,54
0,114
564
51
60
1636
71
33/42
6-8
9,05
0,85
0,029
225
36
36
1505
61
33/43
11-13
8,43
0,88
0,032
217
32
63
1337
63
33/44
25-27
8,02
0,84
0,034
269
28
46
1266
83
33/46
29-31
8,25
0,82
0,035
366
66
00
1635
72
11/24
0-1
56,46
9,94
0,372
96
161
926
41
11/25
3-5
47,88
5,25
0,295
86
147
525
11/26
6-10
59,00
5,38
0,346
105
191
11/27
14-16
57,37
4,43
0,374
106
11/28
25-27
8,18
0,97
0,028
160
2
147
8
185
6
182
9
219
11/29
31-33
7,71
0,84
0,029
215
25/13
28
Cu Zn
Fe2O3 TiO2
7,39
7,75
8,04
59,96
53,92
55,50
4,6
0,9
10
7
10
9
7,25
66,49
0,9
7,22
68,82
2,7
12
2
10
6
13
2
10
7
10
7
8,05
55,02
2,6
8,38
52,96
2,9
8,11
53,16
3,7
7,91
57,00
2,9
8,12
56,90
2,5
13
2
11
3
12
9
13
1
13
2
13
0
12
5
71
9,34
58,36
-
9,24
75,22
-
7,57
77,54
1,5
7,33
83,22
0,8
7,34
82,56
1,8
7,26
81,54
0,9
7,40
82,44
1,2
4,76
73,30
4,0
15
4
13
2
13
6
13
9
13
8
9,49
66,50
-
8,93
72,02
1,9
9,24
68,28
2,3
9,09
78,44
2,2
9,19
83,36
1,5
9,95
44,08
-
63
10
6
68
8,84
32,02
-
609
75
77
10,95
42,55
-
194
647
81
79
11,06
43,42
-
35
19
1157
66
9,44
48,30
2,7
36
20
1199
52
13
7
12
7
9,68
50,32
3,8
99
65
98
15
2
31
39
40
11/30
37-39
7,71
0,84
0,032
219
36
9
1202
56
12
3
9,32
50,30
3,6
15/55
0-1
27,87
4,32
0,230
863
63
79
1297
00
9,91
49,36
-
15/56
1-2
22,86
1,04
0,140
736
57
80
1828
66
9,56
50,12
-
15/57
11-13
7,72
0,80
0,026
130
38
22
1225
65
9,36
55,34
3,5
15/58
18-20
7,46
0,80
0,026
201
31
22
1226
56
9,04
55,22
1,7
15/59
26-28
7,52
0,80
0,033
212
48
23
1253
59
8,91
56,10
2,5
15/61
34-36
7,56
0,82
0,031
216
34
45
1237
59
8,89
56,12
1,3
15/62
40-42
7,59
0,79
0,032
215
34
26
1259
60
12
0
12
2
10
9
12
3
10
7
12
5
11
8
8,77
56,62
2,0
31/16
0-1
52,94
2,55
0,28
94
151
824
72
85
8,71
46,98
-
31/17
4-6
8,48
0,88
0,040
136
9
235
40
40
1189
70
9,70
49,90
4,1
31/18
11-13
7,77
0,79
0,030
223
47
00
1236
65
9,32
50,66
3,5
31/19
20-22
7,81
0,85
0,030
224
29
21
1172
64
9,25
51,36
2,7
31/20
29-31
7,61
0,84
0,030
227
35
42
1280
67
9,41
52,06
4,2
31/22
36-38
7,84
0,84
0,040
239
48
22
1273
70
9,55
54,06
3,5
31/23
39-41
5,86
0,61
0,020
174
38
00
957
49
11
6
12
4
12
6
10
0
13
3
84
7,01
39,08
3,6
39/47
0-1
27,51
3,75
0,19
807
66
78
1635
72
8,87
48,80
-
39/49
10-11
7,81
0,81
0,03
234
41
20
1295
42
9,52
51,08
3,5
39/50
16-18
7,85
0,84
0,04
238
39
20
1329
74
9,39
51,34
2,5
39/51
23-25
7,68
0,77
0,03
237
31
26
1326
68
9,20
50,32
3,4
39/53
36-38
7,82
0,81
0,03
234
39
20
1326
74
9,43
51,20
1,8
39/54
41-43
7,92
0,80
0,03
245
51
21
1355
70
14
3
12
5
13
1
12
7
12
9
12
6
9,44
53,06
3,5
40/1
0-1
11,20
1,48
0,053
343
53
42
3372
74
9,19
52,76
-
40/2
8,32
0,84
0,031
221
33
21
1262
72
9,31
52,08
3,5
40/3
1,52,5
14-17
7,95
0,87
0,034
224
38
42
1367
70
9,56
52,74
1,9
40/5
36-37
7,50
0,84
0,035
243
33
22
1336
67
13
8
13
1
13
3
12
8
9,15
53,90
1,8
99
ΠΙΝΑΚΑΣ 6
CORE/
SAMPLE
Fe/Al
Ti/Al
Cr/Al
Ni/Al
Co/Al
Pb/Al
Mn/Al
Cu/Al
Zn/Al
-4
10
21/6
21/7
21/8
21/9
21/10
25/11
25/12
25/13
25/14
25/15
28/31
28/40
28/32
28/33
28/34
28/36
28/38
28/39
33/41
33/42
33/43
33/44
33/46
11/24
11/25
11/26
11/27
11/28
11/29
11/30
15/1
15/56
15/5
15/6
15/7
15/8
15/9
31/1
31/2
31/3
31/4
31/5
31/6
31/7
39/47
39/49
39/50
39/51
39/53
39/54
40/1
40/2
40/3
40/4
AVERAG
E
SHALE *
1,10
0,91
0,80
0,93
0,98
0,77
0,68
0,68
0,68
0,67
2,46
1,89
0,97
0,99
1,01
1,02
0,94
0,48
1,42
0,71
0,64
0,62
0,63
3,97
3,79
3,77
3,63
0,61
0,56
0,58
1,97
1,67
0,58
0,58
0,59
0,59
0,61
4,25
0,62
0,58
0,59
0,57
0,57
0,59
2,17
0,57
0,59
0,58
0,58
0,58
0,85
0,63
0,58
0,58
0,58
0,073
0,073
0,055
0,054
0,056
0,072
0,064
0,060
0,056
0,056
0,306
0,245
0,056
0,056
0,059
0,056
0,055
0,052
0,167
0,057
0,057
0,055
0,054
0,598
0,357
0,295
0,240
0,061
0,052
0,054
0,262
0,065
0,051
0,053
0,054
0,055
0,054
0,176
0,054
0,051
0,055
0,054
0,053
0,052
0,254
0,051
0,050
0,050
0,052
0,050
0,097
0,054
0,055
0,055
23,0
30,7
19,5
24,4
26,4
21,9
22,7
26,0
24,1
26,0
147,8
100,0
23,4
40,8
30,6
0,0
31,2
22,9
81,7
22,1
23,5
25,4
25,9
254,2
227,7
214,9
229,9
20,2
20,4
23,4
157,8
99,6
18,8
28,8
25,2
23,7
24,8
218,6
28,0
21,9
22,1
21,7
28,5
19,4
145,7
21,4
29,0
22,2
21,6
21,6
39,2
22,6
24,2
26,0
25,0
24,6
20,6
20,1
20,9
23,0
22,8
19,6
17,1
19,7
98,1
74,7
23,5
26,9
26,6
26,2
24,6
24,4
59,4
25,2
23,5
29,6
39,8
161,0
167,2
169,5
165,4
23,2
22,2
23,5
87,1
76,9
13,9
22,2
23,8
24,3
24,5
157,2
24,2
23,9
24,2
24,1
25,0
24,8
91,0
24,6
25,3
25,8
24,8
25,9
37,3
23,7
23,4
26,6
5,41
3,87
4,23
4,97
5,26
4,47
4,77
4,44
4,17
3,94
7,71
8,33
5,81
5,73
7,77
6,75
5,41
1,47
5,37
4,03
3,46
3,08
7,18
9,65
9,73
9,86
9,58
3,71
3,72
3,86
6,36
5,96
4,06
3,43
5,39
3,82
3,88
10,79
4,12
5,04
3,14
3,72
5,03
5,42
7,44
4,31
4,15
3,37
4,14
5,40
5,77
3,54
3,97
3,61
6,09
5,55
5,60
4,14
4,43
2,73
2,51
5,30
2,91
2,83
12,85
13,10
11,76
8,19
7,77
7,44
7,70
0,00
6,32
4,03
6,82
5,06
0,00
16,18
16,63
17,44
17,54
2,01
2,07
0,97
7,97
8,37
2,35
2,43
2,58
5,06
2,96
15,55
4,12
0,00
2,27
4,46
2,30
0,00
8,79
2,10
2,12
2,82
2,12
2,22
4,57
2,26
4,39
2,40
149,7
116,8
119,9
135,2
141,3
134,7
124,6
130,3
136,4
129,2
118,5
157,7
188,6
201,6
201,5
206,7
194,6
148,7
172,4
168,5
144,7
139,3
177,9
93,1
59,4
55,6
58,5
122,6
123,9
128,9
130,9
191,2
130,9
135,6
140,6
139,1
143,6
94,6
122,6
132,6
126,7
136,0
133,3
136,5
184,3
136,3
141,5
144,1
140,1
143,5
366,9
131,6
142,9
146,0
4,33
5,55
5,35
5,79
5,82
5,84
5,61
5,30
5,31
5,17
7,92
6,93
6,47
9,00
7,08
6,75
7,70
11,34
7,48
6,83
6,82
9,13
7,84
4,12
7,13
7,12
7,32
6,99
5,37
6,01
0,00
6,90
6,94
6,19
6,62
6,64
6,84
8,27
7,22
6,97
6,92
7,12
7,33
6,99
8,12
4,41
7,88
7,39
7,85
7,42
8,05
7,73
7,32
7,32
* 10-4
----------------------------------------------------------------------------------------0,063
12,5
12,20
2,38
2,50
62,50
5,63
11,88
* Turekian and Wedepohl, 1961
17,86
12,77
8,08
14,76
15,10
15,16
12,65
13,93
13,53
13,18
14,13
12,23
17,04
17,87
17,98
17,91
16,89
14,92
16,23
14,78
14,72
15,29
15,02
10,7
7,67
7,03
7,14
14,50
13,11
13,19
12,11
12,76
11,65
13,61
12,01
14,06
13,45
9,76
11,96
13,30
13,60
10,63
13,93
11,98
16,12
13,13
13,95
13,80
13,68
13,35
15,02
14,07
13,91
13,99
100
Εικ. 1. Επιφανειακή κατανοµή των παραγόντων εµπλουτισµού (SEF) των
µετάλλων Fe, Ti, Cr, Ni, Co, Pb, Cu, Mn και Zn στον κόλπο των Αντικύρων,
όπου διαπιστώθηκαν επιφανειακές αποθέσεις µεταλλοφόρου ερυθράς ιλύος
(Παπαθεοδώρου, 1990).
101
4. ∆είκτης Γεωσυσσώρευσης (Ι geo) (Index of Geoaccumulation)
Μια, ευρέως, χρησιµοποιούµενη µέθοδος µέτρησης του βαθµού
ρύπανσης των ιζηµάτων από βαρέα µέταλλα είναι ο δείκτης γεωσυσσώρευσης
(Muller, 1979), ο οποίος δίνεται από τον τύπο: Igeo = log2 Cn/1.5xBn
όπου: Cn: είναι η συγκέντρωση του µετάλλου -η- στο πηλιτικό κλάσµα (<2µm)
των ιζηµάτων
Βn: είναι η συγκέντρωση υποβάθρου του ίδιου µετάλλου -η -στους
τυπικούς σχιστολίθους (Πίνακας 8) ή σε αντίστοιχων περιβαλλόντων ιζήµατα
1.5: σταθερός όρος ο οποίος χρησιµοποιείται για ελαχιστοποίηση των
λιθολογικών επιδράσεων
Ο δείκτης γεωσυσσώρευσης ταξινοµείται σε 7 τάξεις µεγέθους (Πίνακας
9), η υψηλότερη των οποίων (6) αντιπροσωπεύει 96-φορές εµπλουτισµό του
συγκεκριµένου µετάλλου -η- έναντι της συγκέντρωσης υποβάθρου του (26 = 64
x 1.5 = 96).
ΠΙΝΑΚΑΣ 9
Igeo
Igeo - τάξη
Cn/Bn
Bαθµός επιβάρυνσης
>5
6
96
ρυπασµένη περιοχή
4-5
5
48
έντονα επιβαρυµένη έως ρυπασµένη
3-4
4
24
έντονα επιβαρυµένη
2-3
3
12
ελαφρά έως έντονα επιβαρυµένη
1-2
2
6
ελαφρά επιβαρυµένη
0-1
1
3
µη επιβαρυµένη έως ελαφρά επιβαρυµένη
<0
0
1.5
µη επιβαρυµένη περιοχή
Στον Πίνακα 10 παρουσιάζονται οι τιµές των δεικτών γεωσυσσώρευσης
ποτάµιων ιζηµάτων (ποταµός Rhine & Elbe. Γερµανίας) για διάφορα βαρέα
µέταλλα, ενώ στην Εικόνα 2 παρουσιάζονται παραστατικά οι µεταβολές του
Ιgeo κατά µήκος του ποταµού Rhine.
ΠΙΝΑΚΑΣ 10
Igeo
Igeo-τάξη
Ανω-Rhine
Κάτω-Rhine
>5
6
4-5
5
3-4
4
2-3
3
Cd, Pb
Hg
1-2
2
Zn, Hg
Cu
0-1
1
Cu
<0
0
Cr
Elbe (Hamburg)
Cd
Cd, Hg
Pb, Zn
Cu
Elbe (Stade)
Zn, Pb
Cd
Hg, Zn, Pb
Cr
Cu, Cr
102
ΠΙΝΑΚΑΣ 8
103
Εικ. 2. Παραστατική παρουσίαση των δεικτών Igeo, κατά µήκος του ποταµού
Rhine. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η µεταβολή του Cd -ενός ιδιαίτερα τοξικού
µετάλλου-κατά µήκος του ποταµού. Στον άνω-Rhine (πριν την είσοδο των
νερών των ποταµών Neckar και Main) ο δείκτης του είναι (3). Σηµαντική αύξηση
του δείκτη (6) παρουσιάζεται στο µέσο- και κάτω-Rhine, εξαιτίας της επίδρασης
του ποταµού Neckar. Οι αντίστοιχες τιµές δεικτών για τον Pb και Zn είναι (4)
104
στον κάτω-Rhine, ενώ για τον Hg, Cu και Cr αυξάνεται µόλις κατά µία ταξηIgeo.
Η Αλεξανδροπούλου (1991) εφήρµοσε το δείκτη γεωσυσσώρευσης σε
γεωχηµικές αναλύσεις (Πίνακας 11) θαλασσίων ιζηµάτων από τον κόλπο του
Αργοστολίου. Ο υπολογισµός των δεικτών για κάθε µέταλλο σε κάθε δείγµα ιζήµατος,
οδήγησε στη συγκρότηση του πίνακα δεικτών γεωσυσσώρευσης (Πίνακας 12) και στον
πίνακα Igeo-τάξεων για κάθε µέταλλο, στους επιµέρους όρµους Αργοστολίου και
Λιβαδιού (Πίνακας 13). Η επιφανειακή κατανοµή των τιµών Igeo, για κάθε µέταλλο,
στον κόλπο του Αργοστολίου, έδειξε ότι η υψηλή Igeo-τάξη του Μο (Eικ. 3) οφείλεται
σε ανθρωπογενείς παράγοντες, αφού διαπιστώνεται σε περιοχές µε παραθαλάσσιους
οικισµούς.
ΠΙΝΑΚΑΣ 13
Igeo
Igeo-τάξη
Ορµος Λιβάδι
Ορµος
Αργοστολίου
>5
6
4-5
5
3-4
4
2-3
3
1-2
2
0-1
1
Mo
Pb
<0
0
Zn, Pb, Co, V, Cu,
Zn, Co, V, Cu, Ni,
Ni, Cr
Cr
Mo
5 ∆είκτης φορτίου ρύπανσης (PLI) (Pollution Load Index)
Οι Tomlinson et al., (1980) πρότειναν ένα δείκτη φορτίου ρύπανσης
(PLI), κυρίως για τον καθορισµό του επιπέδου ρύπανσης από βαρέα µέταλλα
σε περιβάλλοντα εστουάρας (estuary: στόµιο ποταµού). Ο υπολογισµός του
δείκτη αυτού ακολουθεί τα πιο κάτς στάδια:
ΣΤΑ∆ΙΟ 1
105
Υπολογισµός του παράγοντα ρύπανσης (CF)(Contamination factor) για
κάθε µέταλλο και σε κάθε θέση δειγµατοληψίας, όπου:
CF = ΣΜ/ΣΜυποβ.
όπου: ΣΜ: συγκέντρωση µετάλλου στα υπό µελέτη ιζήµατα
ΣΜυποβ. συγκέντρωση υποβάθρου του
(µπορεί να επιλεγεί
αντίστοιχου µετάλλου
από τον Πίνακα 8, σύµφωνα µε το περιβάλλον
ιζηµατογένεσης).
Ως παράδειγµα παρουσιάζονται οι γεωχηµικές αναλύσεις θαλασσίων
ιζηµάτων (Πίνακας 11) από τον κόλπο Αργοστολίου (Αλεξανδροπούλου 1991).
Οι τιµές των παραγόντων ρύπανσης (CF) για τον κόλπο του Αργοστολίου
παρουσιάζονται στον Πϊνακα 14.
ΣΤΑ∆ΙΟ 2
Υπολογισµός για κάθε θέση δειγµατοληψίας, της συνολικής επιβάρυνσης
από όλα τα βαρέα µέταλλα (Πίνακας 15).
PLI-θέσης δειγµατοληψίας = (CF1 x CF2 x CF3 x ...........x CFk)1/k
ΠΙΝΑΚΑΣ 11
Αριθµός
∆είγµατος
Ba
ppm
Sr
ppm
AR1
AR2
AR3
AR4
AR5
AR6
AR7
AR8
AR9
AR10
AR11
AR12
AR13
AR14
AR15
AR16
AR17
AR18
AR19
AR20
AR21
AR22
AR23
93
56
23
141
110
38
185
75
171
93
207
207
211
152
186
190
190
191
121
108
111
167
106
1013
900
1072
401
553
994
403
1126
297
708
388
370
421
363
336
347
328
340
434
490
599
258
717
Mo
ppm
Zn
ppm
Pb
Ppm
2
1
2
1
1
3
1
2
15
4
2
2
4
2
2
2
4
5
2
1
1
21
2
15
6
5
29
13
9
52
13
91
17
77
71
42
17
66
67
61
40
15
9
12
57
19
12
6
6
16
10
8
14
8
32
6
20
14
8
8
14
12
10
12
4
4
2
12
4
Cd
ppm
0,5
0,5
0,5
<0,5
<0,5
0,5
<0,5
0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
0,5
0,5
1,0
Co
Ppm
Ni
ppm
Cr
ppm
V
ppm
1
2
2
4
5
6
8
5
8
4
12
12
8
4
13
13
13
9
4
1
3
11
4
13
6
6
39
18
13
70
15
79
21
100
106
67
20
94
94
91
76
20
11
16
80
22
35
11
<1
89
78
9
120
28
127
58
167
163
205
153
147
148
142
147
65
44
40
136
27
15
10
13
39
23
42
73
32
82
22
106
99
59
26
96
95
87
57
21
17
17
88
26
Be
ppm
0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
<0,5
0,5
1,5
0,5
Cu
ppm
Rb
Ppm
30
20
12
22
16
10
18
10
40
10
20
28
18
10
20
20
20
18
6
4
6
20
8
10
5
2
30
15
5
57
8
63
16
80
84
48
16
87
80
70
52
21
14
16
70
13
106
AR24
AR25
AR26
AR27
AR28
AR29
AR30
AR31
AR32
AR33
AR34
AR35
AR36
AR37
AR38
AR39
AR40
92
82
195
168
142
19
62
82
98
161
138
134
42
131
183
166
280
870
736
377
540
344
1724
1154
861
426
193
403
595
444
416
363
403
445
2
8
2
2
9
2
3
11
4
21
10
43
2
10
19
4
5
30
41
84
68
84
5
15
33
21
132
85
71
13
49
87
81
113
10
12
30
24
36
8
8
26
18
68
46
52
160
20
38
32
206
0,5
0,5
<0,5
<0,5
0,5
1,0
0,5
0,5
<0,5
0,5
0,5
0,5
1,0
0,5
<0,5
<0,5
<0,5
5
6
12
10
9
2
2
4
2
8
5
7
3
9
12
11
24
28
44
92
74
58
7
9
24
15
66
41
51
9
37
83
83
93
42
70
148
128
111
10
22
52
41
123
85
91
12
77
135
135
172
34
56
103
86
79
14
13
34
19
82
53
84
15
61
103
97
102
0,5
1,0
2,0
1,5
1,5
<0,5
<0,5
0,5
0,5
2,0
1,5
1,5
<0,5
2,0
2,5
2,0
2,5
12
14
20
20
20
4
6
16
10
44
22
22
8
18
24
20
46
21
34
76
61
59
3
8
26
19
82
50
54
10
56
80
80
88
ΠΙΝΑΚΑΣ 12
Αριθµός
∆είγµατος
AR1
AR2
AR3
AR4
AR5
AR6
AR7
AR8
AR9
AR10
AR11
AR12
AR13
AR14
AR15
AR16
AR17
AR18
AR19
AR20
AR21
AR22
AR23
AR24
AR25
AR26
AR27
Mo
0.4/1
-0.6/0
0.4/1
-0.6/0
-0.6/0
1.0/1
-0.6/0
0.4/1
3.3/4
1.4/2
0.4/1
0.4/1
1.4/2
0.4/1
0.4/1
0.4/1
1.4/2
1.7/2
0.4/1
-0.6/0
-0.6/0
3.8/4
0.4/1
0.4/1
2.4/3
0.4/1
0.4/1
Zn
-3.2/0
-4.5/0
-4.8/0
-2.3/0
-3.4/0
-3.9/0
-1.4/0
-3.4/0
-0.6/0
-3.0/0
-0.8/0
-0.9/0
-1.7/0
-3.0/0
-1.1/0
-1.0/0
-1.2/0
-1.8/0
-3.2/0
-3.9/0
-3.5/0
-1.3/0
-2.9/0
-2.2/0
-1.8/0
-0.7/0
-1.0/0
Pb
-1.5/0
-2.5/0
-2.5/0
-1.0/0
-1.7/0
-2.0/0
-1.2/0
-2.0/0
-0.1/0
-2.5/0
-0.7/0
-1.2/0
-2.0/0
-2.0/0
-1.2/0
-1.5/0
-1.7/0
-1.5/0
-3.0/0
-3.0/0
-4.0/0
-1.5/0
-3.0/0
-1.7/0
-1.5/0
-0.1/0
-0.5/0
Co
-4.3/0
-2.7/0
-2.7/0
-2.3/0
-2.0/0
-1.7/0
-1.3/0
-2.0/0
-1.3/0
-2.3/0
-0.7/0
-0.7/0
-1.3/0
-2.3/0
-0.6/0
-0.6/0
-0.6/0
-1.1/0
-2.3/0
-4.3/0
-2.7/0
-0.8/0
-2.3/0
-2.0/0
-1.7/0
-0.7/0
-1.0/0
Ni
-2.0/0
-3.1/0
-3.1/0
-0.4/0
-1.5/0
-2.0/0
0.4/1
-1.8/0
0.6/0
-1.3/0
0.9/1
1.1/2
0.4/1
-1.4/0
0.8/1
0.8/1
0.8/1
0.5/1
-1.4/0
-2.3/0
-1.7/0
0.6/1
-1.3/0
-0.9/0
-0.3/0
0.8/1
0.5/1
Cr
-1.4/0
-3.0/0
0.0/0
-0.1/0
-0.1/0
-3.3/0
0.4/1
-1.7/0
0.5/1
-0.6/0
0.9/1
0.9/1
1.2/2
0.8/1
0.7/1
0.7/1
0.7/1
0.7/1
-0.5/0
-1.0/0
-1.2/0
0.6/1
-1.7/0
-1.1/0
-0.4/0
0.7/1
0.5/1
V
-3.8/0
-4.4/0
-4.1/0
-2.5/0
-3.2/0
-2.4/0
-1.6/0
-2.8/0
-1.4/0
-3.3/0
-1.0/0
-1.1/0
-1.9/0
-3.1/0
-1.2/0
-1.2/0
-1.3/0
-1.9/0
-3.4/0
-3.7/0
-3.7/0
-1.3/0
-3.1/0
-2.7/0
-2.0/0
-1.1/0
-1.3/0
Cu
-1.5/0
-2.1/0
-2.8/0
-1.9/0
-2.4/0
-3.1/0
-2.2/0
-3.1/0
-1.1/0
-3.1/0
-2.1/0
-1.6/0
-2.2/0
-3.1/0
-2.1/0
-2.1/0
-2.1/0
-2.2/0
-3.8/0
-4.4/0
-3.8/0
-2.1/0
-3.4/0
-2.8/0
-2.6/0
-2.1/0
-2.1/0
107
AR28
AR29
AR30
AR31
AR32
AR33
AR34
AR35
AR36
AR37
AR38
AR39
AR40
2.6/3
0.4/1
1.0/1
2.9/3
1.4/2
3.8/4
2.7/3
4.8/5
0.4/1
2.7/3
3.7/4
1.4/2
1.7/2
-0.7/0
-4.8/0
-3.2/0
-2.1/0
-2.7/0
-0.1/0
-0.7/0
-0.9/0
-3.4/0
-1.5/0
-0.7/0
-0.8/0
-0.3/0
0.1/1
-2.0/0
-2.0/0
-0.3/0
-0.9/0
1.1/2
0.5/1
0.7/1
2.3/3
-0.7/0
0.2/1
-0.1/0
2.8/3
-1.1/0
-3.3/0
-3.3/0
-2.3/0
-3.3/0
-1.3/0
-2.0/0
-1.5/0
-2.7/0
-1.1/0
-0.7/0
-0.8/0
0.3/1
0.1/1
-2.9/0
-2.5/0
-1.1/0
-1.8/0
0.3/0
-0.4/0
-0.1/0
-2.5/0
-0.5/0
0.7/1
0.7/1
0.8/1
0.3/1
-3.2/0
-2.0/0
-0.8/0
-1.1/0
0.5/1
-0.1/0
0.1/1
-2.9/0
-0.2/0
0.6/1
0.6/1
0.9/1
-1.5/0
-3.9/0
-4.1/0
-2.7/0
-3.5/0
-1.4/0
-2.0/0
-1.4/0
-3.9/0
-1.8/0
-1.1/0
-1.2/0
-1.1/0
όπου: CFk: ο παράγων ρύπανσης του κ-οστού µετάλλου στη συγκεκριµένη θέση
δειγµατοληψίας.
K: ο αριθµός των µετάλλων των οποίων
οι συγκεντρώσεις έχουν
µετρηθεί στη συγκεκριµένη θέση δειγµατοληψίας.
-2.1/0
-4.4/0
-3.8/0
-2.4/0
-3.1/0
-0.9/0
-1.9/0
-1.9/0
-3.4/0
-2.2/0
-1.8/0
-2.1/0
-0.9/0
108
Εικ.4 Επιφανειακή κατανοµή των τιµών Igeo (α) του Cr και (β) του Mo στον
κόλπο του Αργοστολίου (Αλεξανδροπούλου, 1991).
109
ΣΤΑ∆ΙΟ 3
Οι θέσεις δειγµατοληψίας που παρουσιάζουν παρόµοιο PLI-θέσης,
οµαδοποιούνται σε ζώνες και υπολογίζεται ο δείκτης φορτίου ρύπανσης (PLI)
για κάθε ζώνη (Πίνακας 15).
PLI-ζώνης = (PLI1 x PL2 x PL3 x .........x PLIm)1/m
όπου: PLIm: ο παράγων ρύπανσης της m-οστής θέσης δειγµατοληψίας
m: ο αριθµός των θέσεων δειγµατοληψίας που συγκροτούν τη
συγκεκριµένη ζώνη.
ΣΤΑ∆ΙΟ 4
Υπολογισµός του γενικού δείκτη φορτίου ρύπανσης για τον υπό µελέτη
θαλάσσιο κόλπο, λίµνη ή εστουάρα, σύµφωνα µε τους επιµέρους δείκτες των
ζωνών (Πίνακας 15).
PLI-περιβάλλοντος = (PLI1 x PL2 x PL3 x...........x PLIn)1n
όπου: PLIn: ο παράγων ρύπανσης της n-οστής ζώνης
n:
ο αριθµός των ζωνών που συγκροτούν το συγκεκριµένο
περιβάλλον.
Οι Tomlinson et al., 1980, δίνουν µια παραστατική απεικόνιση του
τρόπου υπολογισµού των δεικτών φορτίου ρύπανσης, σε µια εστουάρα, ενώ
στην ίδια εικόνα παρουσιάζονται οι γενικοί PLI διαφόρων εστουαρών των
ανατολικών ακτών της Ιρλανδίας.
110
ΠΙΝΑΚΑΣ 14
AR1
AR2
AR3
AR4
AR5
AR6
AR7
AR8
AR9
AR10
AR11
AR12
AR13
AR14
AR15
AR16
AR17
AR18
AR19
AR20
AR21
AR22
AR23
AR24
AR25
AR26
AR27
AR28
AR29
AR30
AR31
AR32
AR33
AR34
AR35
AR36
AR37
AR38
AR39
AR40
CF1
(Mo)
CF2
(Zn)
CF3
(Pb)
CF4
(Co)
CF5
(Ni)
CF6
(Cr)
CF7
(Cu)
2
1
2
1
1
3
1
2
15
4
2
2
4
2
2
2
4
5
2
1
1
21
2
2
8
2
2
9
2
3
11
4
21
10
43
2
10
19
4
5
0,16
0,07
0,05
0,32
0,14
0,10
0,57
0,14
0,99
0,18
0,84
0,77
0,46
0,18
0,72
0,73
0,66
0,43
0,16
0,10
0,13
0,62
0,21
0,33
0,45
0,91
0,74
0,91
0,05
0,16
0,36
0,23
1,43
0,92
0,77
0,14
0,53
0,95
0,88
1,23
0,55
0,27
0,27
0,73
0,45
0,36
0,64
0,36
1,45
0,27
0,91
0,64
0,36
0,36
0,64
0,55
0,45
0,55
0,18
0,18
0,09
0,55
0,18
0,45
0,55
1,36
1,09
1,64
0,36
0,36
1,18
0,82
3,09
2,09
2,36
7,27
0,91
1,73
1,45
9,36
0,08
0,15
0,15
0,31
0,38
0,46
0,62
0,38
0,62
0,31
0,92
0,92
0,62
0,31
1,00
1,00
1,00
0,69
0,31
0,08
0,23
0,85
0,31
0,38
0,46
0,92
0,77
0,69
0,15
0,15
0,31
0,15
0,62
0,38
0,54
0,23
0,69
0,92
0,85
1,85
0,37
0,17
0,17
1,11
0,51
0,37
2,00
0,43
2,26
0,60
2,86
3,03
1,91
0,57
2,69
2,69
2,60
2,17
0,57
0,31
0,46
2,29
0,63
0,80
1,26
2,63
2,11
1,66
0,20
0,26
0,69
0,43
1,89
1,17
1,46
0,26
1,06
2,37
2,37
2,66
0,58
0,18
0,02
1,48
1,30
0,15
2,00
0,47
2,12
0,97
2,78
2,72
3,42
2,55
2,45
2,47
2,37
2,45
1,08
0,73
0,67
2,27
0,45
0,70
1,17
2,47
2,13
1,85
0,17
0,37
0,87
0,68
2,05
1,42
1,52
0,20
1,28
2,25
2,25
2,87
0,54
0,36
0,21
0,39
0,29
0,18
0,32
0,18
0,71
0,18
0,36
0,50
0,32
0,18
0,36
0,36
0,36
0,32
0,11
0,07
0,11
0,36
0,14
0,21
0,25
0,36
0,36
0,36
0,07
0,11
0,29
0,18
0,79
0,39
0,39
0,14
0,32
0,43
0,36
0,82
111
ΠΙΝΑΚΑΣ 15
PLI
σταθµο
ύ
PLI Ζώνης
AR1
AR2
AR3
AR4
AR5
AR6
AR7
AR8
AR9
AR10
AR11
AR12
AR13
AR14
AR15
AR16
AR17
AR18
AR19
AR20
AR21
AR22
AR23
AR24
AR25
AR26
AR27
AR28
AR29
AR30
AR31
AR32
AR33
AR34
AR35
AR36
AR37
AR38
AR39
ART40
0,40 *
0,23 *
0,16 *
0,64 *
0,46 *
0,34 *
0,84 *
0,39 *
1,72 !
0,49 *
1,22 @
1,21 @
0,98 *
0,52 *
1,12 @
1,10 @
1,15 @
1,05 @
0,38 *
0,22 *
0,26 *
1,42 @
0,37 *
0,54 *
0,86 *
1,27 @
1,10 @
1,39 @
0,20 *
0,31 *
0,82 *
0,48 *
2,09 !
1,25 @
1,67 !
0,44 *
1,05 @
1,82 !
1,35 @
2,53 !
5 ----------------------------(!) Ζώνη1 = 2.09x2.53x1.72x1.67x1.82 = 1.94
13 -----------------------(@) Ζώνη2 = 1.22x1.21x1.12x....x1.35 = 1.20
22 ----------------------------(*) Ζώνη3 = 0.40x0.23x0.16x......x0.44 = 1.94
3 -----------------PLI κόλπου= 1.94x1.20x1.94 = 0.99
112
Εικ. 5. Επιφανειακή
κατανοµή
των
τιµών
των
δεικτών
PLI
-
Θέσης
δειγµατοληψίας (PLI-σταθµού) (Πίνακας 15) στον κόλπο του Αργοστολίου
(Αλεξανδροπούλου, 1991).
113
6 ∆είκτης µικρορύπανσης "micropollutant"
Ο δείκτης µικρορύπανσης ("micropollutant") όπως εφαρµόσθηκε από
τους Grimanis et al., (1977) δίνεται από τη σχέση:
(m.i) − ΘΕΣΗΣ = log
Μ1xM2xM3x .....M nx
M1èM2èM3è ......M çè
όπου: Mηx: η συγκέντρωση του M-µετάλλου στη x-θέση
Mηθ: η συγκέντρωση του M-µετάλλου στη θ-θέση η οποία είναι η πιο
αποµακρυσµένη από τη ρυπασµένη περιοχή.
η: ο αριθµός των µετάλλων που χρησιµοποιούνται για τον
υπολογισµό του δείκτη
Ο δείκτης µικρορύπανσης εφαρµόσθηκε από τους Grimanis et al., (1977)
για να αποδοθεί ποσοτικά ο βαθµός ρύπανσης των ιζηµάτων του Σαρωνικού
από τα βαρέα µέταλλα (Εικ. 6).
Εικ. 6. Επιφανειακή κατανοµή του δείκτη log
Σαρωνικού κόλπου
7. Χηµικολιθολογικός δείκτης
As. Cr. Hg. Sb. Zn
στα ιζήµατα του
As è.Crè.Hgè. Sbè. Znu.
114
Ο χηµικολιθολογικός δείκτης "q" (προτάθηκε από τους Satsmadjis &
Voutsinou 1985) συνδυάζει τη συγκέντρωση του µετάλλου µε τη λιθολογική
σύσταση του αντίστοιχου ιζήµατος, και δίνεται από τη σχέση:
logc = log(Ek) + (logd/ log5). logf (1)
όπου:
f = g + t / (0. 2g + 5)
(2)
C:
η πραγµατική, µετρούµενη συγκέντρωση του µετάλλου
E,k:
σταθερές
d:
σταθερά εµπλουτισµού "enrichment constant"
f:
ισοδύναµο ιλύος
g:
ποσοστό αργίλου (>8 phi)
t:
ποσοστό πηλού (6-8 phi)
ΣΤΑ∆ΙΟ 1
Υπολογισµός του ισοδύναµου της ιλύος σύµφωνα µε τη σχέση (2)
ΣΤΑ∆ΙΟ 2
Με την εφαρµογή της µεθόδου της απλής γραµµικής παλινδρόµισης
(simple linear regression) στη σχέση (1), υπολογίζονται οι παράµετροι logEk
και logd και συνεπώς οι σταθερές E, k και d.
ΣΤΑ∆ΙΟ 3
Υπολογισµός των θεωρητικών τιµών των συγκεντρώσεων (C΄) όπως
προκύπτουν από την εφαρµογή της σχέσης του δείκτη.
ΣΤΑ∆ΙΟ 4
Υπολογισµός του λόγου ρύπανσης ("pollution ratio") ως λόγος της
πραγµατικής συγκέντρωσης ώς προς την υπολογιζόµενη συγκέντρωση από τη
σχέση του δείκτη. Ο λόγος συνήθως δίνεται σε ποσοσταία µορφή.
ΣΤΑ∆ΙΟ 5
Υπολογισµός της σταθεράς εµπλουτισµού d
Στη συνέχεια δίνεται ένα παράδειγµα (Πίνακας 16) εφαρµογής του
χηµικολιθολογικού δείκτη στα επιφανειακά ιζήµατα του Θερµαϊκού κόλπου
(Satsmadjis & Voutsinou 1985).
115
116
117
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 4ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ
Aλεξανδροπούλου Σ. (1991) "Γεωχηµεία παρακτίων ιζηµάτων. (Περιοχές
Ιθάκης-Κεφαλλονιάς-Αστακού).
∆ιδακτορική
∆ιατριβή,
Τµήµα
Γεωλογίας,
Παν/µιο Πατρών. σελ. 420.
Erlenkeuser H, Suess E, and Willkomm H (1974): Industrialization affects
heavy metal and carbon isotope concentrations in recent Baltic Sea sediments.
Geochim. Cosmochim. Acta 38: 823-842.
Forstner U, and Muller G. (1974): Schwermetallanreicherungen in datierten
Sedimentkernen aus dem Bodensee und aus dem Tegernsee. Tschermaks Min
Petr Mitt 21:145-163.
Forstner U, and Reineck H-E (1974): Die Anreicherung von Spurenelementen
in den rezenten Sediments eines Profilkernes aus der Deutschen Bucht.
Senckenberg Marit 6: 175-184.
Forstner U. and Wittman G. (1979): Metal pollution in the Aquatic
Environment. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp. 486.
Grimanis AP, Vassilaki-Grimani M. and Griggs G.B. 91977): Pollution studies
of trace metals in sediments from the upper Saronikos Gulf, Greece. J.
Radioanal. Chem. 37, pp. 761-773.
Hakanson L. (1977): Sediments as indicators of contamination - investigations
in the four largest Swedish lakes. Naturvardsverkerts Limnol. Undersok. 92:
155pp.
Kemp, ALW, Thomas RL, Dell CI, Jaquet JM (1976): Cultural impact on the
geochemistry of sediments in Lake Erie. J Fish Res. Board Can. 33:440-462.
Muller G (1979): Schwermetalle in den sedimenten des Rheins Veranderungen seit 1971. Umschau 79:778-783.
Nikiforova EM, and Smirnova RS (1975): Metal technophility and lead
technogenic anomalies. Abstr. Int. Conf: Heavy metals in the environment.
Toronto, C-94-96.
Παπαθεοδώρου, Γ. (1990): "Σύγχρονες διεργασίες ιζηµατογένεσης τον
Κορινθιακό κόλπο" ΤΟΜΟΣ Ι : Γεωφυσική, ΤΟΜΟΣ ΙΙ: Ιζηµατολογία,
ΤΟΜΟΣ ΙΙΙ: Γεωχηµεία. ∆ιδακτορική ∆ιατριβή, Τµήµα Γεωλογίας, Παν/µιο
Πατρών. σελ. 253.
118
Satsmadjis J. and Voutsinou-Taliadouri F. (1985): An index of metal pollution
in marine sediments. Oceanologica Acta vol. 8, No 3, pp. 277-284.
Turekian KK, and Wedepohl KH (1961): Distribution of the elements in some
major units of the earth's crust. Bull. Geol. Soc. Am. 72: 175-192.
Τomlinson DL, Wilson JG, Harris CR, Jeffrey DW (1980): Problems in the
assessment of heavy metal levels in estuaries and the formation of a pollution
index. Helgol Meeresunters 33: 566-575.
Vernet JP. (1976): Etude de la Pollution des Sediments du Leman et du
Bassin
du Rhone. Comm. Inter pour la Protection des Eaux du Lac
Leman contre la
Pollution. Geneva. 247-321.
Walters LJ jr., Wolery TJ, Myser RD, (1974): Occurence of As, Cd, Co, Cr,
Cu, Fe, Hg, Ni, Sb and Zn in Lake Erie sediments. Proc. 17th Conf. Great Lakes
Res, 219-234.
119
ΥΠΟΚΕΦΑΛΑΙΟ 4.2
⌧∆ΕΝΤΡΟΓΡΑΜΜΑ
⌧ ΑΝΑΝΥΣΗ ΚΥΡΙΩΝ ΣΥΝΘΕΤΗΤΩΝ
⌧ ΠΑΡΑΓΟΝΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ
ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΠΟΛΥΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ ΜΕΘΟ∆ΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ
Οι πολυµεταβλητές µέθοδοι στατιστικής ανάλυσης (multivariate methods)
είναι ιδιαίτερα αποτελεσµατικά µέσα µελέτης περιβαλλοντικών προβληµάτων
που σχετίζονται µε ρύπανση θαλασσίων ιζηµάτων από βαρέα µέταλλα. Αυτές οι
µέθοδοι εντοπίζουν και αποδίδουν µε στατιστικά αξιόπιστο τρόπο τις σχέσεις
συµπάθειας και αντιπάθειας µεταξύ των βαρέων µετάλλων, ενώ επιπλέον
οδηγούν και στη γεωγραφική έκφραση των σχέσεων αυτών.
Οι σηµαντικότερες µέθοδοι πολυµεταβλητής στατιστικής ανάλυσης, οι
οποίες βρίσκουν ευρεία εφαρµογή σε τέτοιου τύπου προβλήµατα είναι
αναµφίβολα:
⌧ η Ανάλυση Κυρίων Συνθετητών (Principal Components Analysis)
⌧ η Παραγοντική Ανάλυση (Factor Analysis)
Οι προαναφερθείσες µέθοδοι βασίζονται σε µετρήσεις της συσχέτισης
µεταξύ των µεταβλητών. Οι συνηθέστερες
µέθοδοι µέτρησης του βαθµού
συσχέτισης µεταξύ δύο µεταβλητών είναι η συνδιακύµανση (covariance) και ο
συντελεστής συσχέτισης (correlation coefficients).
1. ∆ΙΑΚΥΜΑΝΣΗ - ΣΥΝ∆ΙΑΚΥΜΑΝΣΗ (Variance - covariance)
H διακύµανση όπως και κάθε µέτρο της διασποράς δείχνει πόσο
συγκεντρωµένες γύρω από τη µέση τιµή είναι οι τιµές µιας µεταβλητής (Γκιώνης
κ.α 1996). Η σχέση που υπολογίζει τη διακύµανση µιας µεταβλητής δίνεται πιο
κάτω:
120
σ2 =
Σin=1 ( xi − ì ) 2
n
όπου: χi = η i-οστή τιµή της µεταβλητής Χ
µ = η µέση τιµή της µεταβλητής Χ
n = ο αριθµός των µετρήσεων της µεταβλητής Χ
Μια πιο εύχρηστη έκδοση της προηγούµενης σχέσης είναι και η πιο
κάτω:
σ2 =
Σin=1 xi2
− µ2
n
Η συνδιακύµανση µεταξύ δύο µεταβλητών -x- και -y- δίνεται από τη
σχέση:
σ xy =
nΣin=1 xi yi − Σin=1 xi Σin=1 yi
n(n − 1)
όπου: χi = η i-οστή τιµή της µεταβλητής Χ
yi = η i-οστή τιµή της µεταβλητής y
n = ο αριθµός των µετρήσεων των µεταβλητών -x- και -y-.
2. ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗΣ (r) (correlation coefficient)
Ενας απλός, και στατιστικά αξιόπιστος, τρόπος υπολογισµού του βαθµού
συσχέτισης µεταξύ δύο µεταβλητών είναι ο συντελεστής συσχέτισης. Επιπλέον
ο υπολογισµός του συντελεστή συσχέτισης, όπως θα αναπτυχθεί σετη
συνέχεια, αποτελεί ένα από τα βασικά στάδια της παραγοντικής ανάλυσης.
Ο συντελεστής συσχέτισης δίνεται από τον τύπο:
r=
όπου:
σ xy
σ xσ y
121
σx =
Σin=1 ( xi − µ ) 2
n
παρόµοια και το ( σ y ),
και
n
n
n
n. ∑ x y − ∑ x ∑ y
i
i i
i
i =1 i = 1
σxy = i = 1
n(n − 1)
Ο συντελεστής συσχέτισης παρουσιάζει τιµές που κυµαίνονται από (-1.0)
έως (+1.0). Η υψηλή θετική συσχέτιση µεταξύ δύο µεταβλητών, δηλώνει σχέση
συµπάθειας µεταξύ τους ή ότι παρουσιάζουν παρόµοιες µεταβολές των τιµών
τους. Είναι φανερό ότι µία µεταβλητή παρουσιάζει συσχέτιση µε τον εαυτό της
(αυτοσυσχέτιση) ίση µε τη µονάδα. Αντίθετα υψηλή αρνητική συσχέτιση µεταξύ
µεταβλητών δηλώνει ισχυρή σχέση αντιπάθειας. Συντελεστής συσχέτισης κοντά
στη µηδενική τιµή, δηλώνει σχέση αδιαφορίας µεταξύ των µεταβλητών.
2.1 Περί ∆ενδρογραµµάτων (cluster analysis)
Το δενδρόγραµµα (cluster analysis) είναι, στην πραγµατικότητα, µια
απεικόνιση του πίνακα συντελεστών συσχέτισης. Το γράφηµα αυτό αποδίδει µε
παραστατικό τρόπο τις σχέσεις (συµπάθειας - αντιπάθειας) µεταξύ των
µεταβλητών, ανιχνεύοντας συγχρόνως τις πιθανές οµαδοποιήσεις µεταξύ τους.
Ακολουθεί ο τρόπος σχεδιασµού ενός δενδρογράµµατος µε την
ανάπτυξη ενός απλού παραδείγµατος.
ΣΤΑ∆ΙΟ 0
Για την επιλογή της θέσης των διαφόρων µεταβλητών στον οριζόντιο
άξονα του δενδρογράµµατος, τοποθετούνται οι µεταβλητές σε ένα κύκλο και
ενώνονται µεταξύ τους αυτές που συσχετίζονται ισχυρά (υψηλές θετικές τιµές
συντελεστή συσχέτιση) (Εικ. 1).
122
Εικ.1. Γραφική µέθοδος για την επιλογή της θέσης των µεταβλητών στον
οριζόντιο άξονα του δενδρογράµµατος.
ΣΤΑ∆ΙΟ 1-4
Επιλέγεται το πρώτο ζεύγος µεταβλητών σύµφωνα µε την τιµή
(υψηλότερη = 0.90) του συντελεστή συσχέτισης και οι συντελεστές των
υπολοίπων µεταβλητών επαναυπολογίζονται ώς µέσος όρος των συντελεστών
που παρουσίαζαν µε τις δύο µεταβλητές του ζεύγους π.χ. η µεταβλητή -Γ- έχει
συντελεστή συσχέτισης µε την -Α- 0.20 και µε τη -Β- 0.40 και συνεπώς µε το
ζεύγος -ΑΒ- (0.20+0.40)/2=0.30.
Στη συνέχεια, σύµφωνα πάντα µε την υψηλότερη τιµή συντελεστή
συσχέτισης
δηµιουργούνται
είτε
νέες
οµάδες
(π.χ.
Γ∆)
είτε
σε
ήδη
συγκροτηµένες οµάδες συνδέονται νέες µεταβλητές (π.χ. ΑΒΕ).
Κάθε φορά, και για κάθε νέα ή επαυξανόµενη οµάδα, επαναυπολογίζονται οι συντελεστές συσχέτισης των υπολοίπων εξατοµικευµένων
µεταβλητών (ώς µέσοι όροι).
Το
δενδρόγραµµα
συντελεστών
συσχέτισης,
έχει
ενώ
ώς
κατακόρυφη
στην
οριζόντια
κλίµακα
απλά
τις τιµές των
τοποθετούνται
οι
123
µεταβλητές µε σειρά η οποία έχει καθορισθεί στο ΣΤΑ∆ΙΟ 0. Το δενδρόγραµµα
που προκύπτει τελικά από το απλό αριθµητικό παράδειγµα παρουσιάζεται στην
Εικόνα 2.
ΣΤΑ∆ΙΟ 1
(Πίνακας συντελεστών συσχέτισης)
Α
Β
Γ
∆
Ε
Α
1.00
0.90
0.20
0.30
0.60
Β
0.90
1.00
0.40
0.35
0.70
Γ
0.20
0.40
1.00
0.85
0.20
∆
0.30
0.35
0.85
1.00
0.10
Ε
0.60
0.70
0.20
0.10
1.00
ΣΤΑ∆ΙΟ 2
ΑΒ
Γ
∆
Ε
ΑΒ
1.000
0.300
0.325
0.650
Γ
0.300
1.000
0.850
0.200
∆
0.325
0.850
1.000
0.100
Ε
0.650
0.200
0.100
1.000
ΣΤΑ∆ΙΟ 3
ΑΒ
Γ∆
Ε
ΑΒ
1.000
0.313
0.650
Γ∆
0.313
1.000
0.150
Ε
0.650
0.150
1.000
ΣΤΑ∆ΙΟ 4
ΑΒΕ
Γ∆
124
ΑΒΕ
1.000
0.232
Γ∆
0.232
1.000
Εικ. 2. ∆ενδρόγραµµα (cluster analysis).

Download Report

Μελίνα Λασηθιωτάκη - eClass

ΕΔΩ

Κατεβάστε το έγγραφο σε μορφή pdf

σημειωσεις περιβαλλοντικη ωκεανογραφια

Μελίνα Λασηθιωτάκη - eClass

ΕΔΩ

Κατεβάστε το έγγραφο σε μορφή pdf

xal-k3.pdf (569192)

Paperzz.com

Your Paperzz