Διερεύνηση Της Έκτασης, Έντασης Και Πηγών Ρύπανσης Συνδεόμενης Με Τους Τραβερτινώδεις Ασβεστόλιθους Στις Νεογενείς Λεκάνες Της Αττικής

Abstract

Οι Νεογενείς λεκάνες της Αττικής χαρακτηρίζονται κυρίως για τους ηπειρωτικούς σχηματισμούς τους και διακρίνονται από τα βόρεια προς τα νότια του νομού ως εξής: 1) λεκάνη Καλάμου - Βαρνάβα προς τα βορειοδυτικά, η οποία αποτελεί τμήμα της ευρύτερης Νεογενούς επιμήκους λεκάνης Θηβών – Τανάγρας – Μαλακάσας διεύθυνσης Α - Δ, 2) λεκάνη των Αθηνών στα νότια με διεύθυνση ροής ΒΒΑ - ΝΝΔ και 3) λεκάνη των Μεσογείων με μια σημαντική διεύθυνση ροής Δ - Α. Στην Αττική οι θέσεις εμφάνισης του ανώτατου κίτρινο – καφέ τραβερτινώδη ασβεστόλιθου συνδέονται με τις λιμναίες αποθέσεις στις τρεις κύριες Νεογενείς λεκάνες, ενώ ο ρηγματογόνος τεκτονισμός του Μειόκαινου έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη του συγκεκριμένου σχηματισμού. Ο τραβερτινώδης ασβεστόλιθος ο οποίος επικρατεί στις λεκάνες της Αττικής χαρακτηρίζεται ως ένας χημικά αποτιθέμενος ηπειρωτικός ασβεστόλιθος που σχηματίζεται σε λιμναίο περιβάλλον και αποτελείται από ασβεστίτη με χαμηλό έως μέτριο μεσοκρυσταλλικό πορώδες. Αντίθετα ως τούφα χαρακτηρίζεται μια απόθεση, η οποία περιέχει, συνήθως, υπολείμματα από μικρόφυτα, μακρόφυτα, ασπόνδυλα και βακτήρια, δεν είναι κρυσταλλική και φέρει μεγαλύτερο πορώδες σε σχέση με τον τραβερτινώδη ασβεστόλιθο.Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι:•η διερεύνηση της ορυκτολογικής και χημικής σύνθεσης και η χημεία των ορυκτών των ανώτατων σχηματισμών του τραβερτινώδη ασβεστόλιθου και των αντίστοιχων εδαφών στις Νεογενείς λεκάνες της Αττικής, •ο υπολογισμός του συντελεστή βίο-συσσώρευσης του αρσενικού και των μετάλλων στα φυτά /καλλιέργειες από τα πετρώματα και τα αντίστοιχα εδάφη, •η πιθανή ρύπανση των υπόγειων υδάτων (πηγές, πηγάδια και γεωτρήσεις), προκειμένου να γίνει εκτίμηση του ποσοστού μεταφοράς του αρσενικού και των μετάλλων στα φυτά και στα δείγματα νερού,•η δημιουργία χαρτών διαβαθμισμένου συμβόλου της κατανομής των επιλεγμένων στοιχείων (Fe, Mn, Ni, Cr και Ba) και ιχνοστοιχείων στα πετρώματα, στα εδάφη και στα νερά. Σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η εκτίμηση της έκτασης και του βαθμού ρύπανσης στις Νεογενείς λεκάνες της Αττικής με τη δημιουργία χαρτών διαβαθμισμένου συμβόλου της κατανομής των επιλεγμένων κύριων στοιχείων (Fe, Mn, Ni, Cr και Ba) και ιχνοστοιχείων στα πετρώματα, στα εδάφη και στα νερά, καθώς και ο εντοπισμός των πηγών ρύπανσης του τραβερτινώδη ασβεστόλιθου από αρσενικό και άλλα επιζήμια στοιχεία και την καλύτερη κατανόηση των διεργασιών που ελέγχουν την ανακύκλωσή τους, μέσω της μελέτης των σταθερών ισοτόπων 13C και 18O, ώστε να συμβάλει στη λήψη κατάλληλων μέτρων από τους αρμόδιους φορείς για την αποφυγή αρνητικών επιπτώσεων ή κινδύνων για την ανθρώπινη υγεία και τα οικοσυστήματα.Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται σχετικά με την κατανομή του As και των βαρέων στοιχείων στον τραβερτινώδη ασβεστόλιθο και στα αντίστοιχα εδάφη αποκάλυψαν: (α) μια σημαντική περιεκτικότητα στον ανώτατο τραβερτινώδη ασβεστόλιθο που εμφανίζεται σε σημαντική έκταση της Αττικής, (β) χωρική συσχέτιση μεταξύ της κατανομής των στοιχείων As, Fe, Mn, Ni, Cr και Ba στον τραβερτινώδη ασβεστόλιθο και στα αντίστοιχα εδάφη. Τα κύρια ορυκτά που προσδιορίστηκαν στους τραβερτινώδεις ασβεστολίθους είναι ασβεστίτης, Fe-Mn-(υδρο)οξείδια και σε μικρότερη ποσότητα θειούχα ορυκτά, καθώς και ο F-απατίτης, ο χαλαζίας, τα οξείδια Ti, το ζιρκόνιο, η σφήνα, το ρουτίλιο, τα REE-φωσφορικά ορυκτά (ραβδοφανής, ξενότιμο). Το εδαφικό pH κυμαίνεται από 7.4 έως 8.3 και το Eh από -111 έως -57 mV. Η μέση περιεκτικότητα των As, Ni, Cr και Ba στα εδάφη είναι υψηλότερη από ότι στον τραβερτινώδη ασβεστόλιθο και υπερβαίνουν τις παραμετρικές τιμές των Ολλανδικών ορίων (2009) και της Καναδικής Νομοθεσίας (2006) για τη γεωργική γη, για την οικιστική περιοχή / πάρκα και για τη βιομηχανική περιοχή. Το αρσενικό στα εδάφη εμφανίζει υψηλή πιθανότητα αξιολόγησης επικινδυνότητας για την υγεία του πληθυσμού στο βορειοδυτικό και στο νοτιοδυτικό τμήμα της λεκάνης του Καλάμου –Βαρνάβα. Ο συντελεστής βίο-συσσώρευσης για τα φυτά εμφανίζει ένα ευρύ φάσμα από σχετικά χαμηλός (1.5 - 7.6%) για τα στοιχεία As, Pb, Ni, Mn, Cr, Ba, Sb, Fe με πολύ μεγαλύτερος (29-67%) για τα Cu, Zn, Co, Ca και Mg, και εξαιρετικά υψηλός (265%) για το P. Αν και λείπουν τα αποδεκτά όρια για το As και τα βαρέα μέταλλα στα φυτά, οι περιεκτικότητες του As (ξηρό βάρος) στα φυτά από τις Νεογενείς λεκάνες της Αττικής είναι συχνά υψηλότερα από τις κανονικές ή επαρκείς τιμές. Ο συντελεστής βίο-συσσώρευσης για τα φυτά (As φυτό / As έδαφος * 100) στις Νεογενείς λεκάνες της Αττικής έδειξε καλή θετική συσχέτιση μεταξύ του As και των στοιχείων Fe, Cr, Mn, Pb και Sb. Η περιεκτικότητα του αρσενικού φαίνεται να αυξάνει στα πράσινα λαχανικά [καλλιεργημένα μαρούλια (Lactuca sativa)] και σε φυτά [θυμάρι (Thymus sibthorpii)] που καλλιεργούνται σε πιο μολυσμένα εδάφη όπως είναι της λεκάνης Καλάμου – Βαρνάβα.Οι χάρτες πρόβλεψης αξιολόγησης επικινδυνότητας για τα στοιχεία As, Na, Cl και Se στα νερά που δημιουργήθηκαν βάσει της Ευρωπαϊκής Οδηγίας 98/83/ EEC για τα νερά, έδειξαν ότι το αρσενικό εμφανίζει μεσαίες τιμές κινδύνου στο ΝΔ τμήμα της λεκάνης των Μεσογείων, ενώ τα υπόλοιπα στοιχεία εμφανίζουν μεσαίες έως υψηλές τιμές πιθανότητας κινδύνου στο ίδιο τμήμα της λεκάνης. Οι αυξημένες συγκεντρώσεις σε Na, Cl, As, Se, Li και Β, η μέτρηση της αλατότητας και η παραγοντική ανάλυση στα υπόγεια νερά της λεκάνης των Μεσογείων προσδιόρισαν την επίδραση του θαλασσινού νερού στον συγκεκριμένο υδροφορέα. Οι χάρτες πρόβλεψης αξιολόγησης επικινδυνότητας του As στα εδάφη σε συνδυασμό με τους αντίστοιχους στα υπόγεια νερά στις Νεογενείς λεκάνες της Αττικής υποδεικνύουν τον πιθανό κίνδυνο στην ανθρώπινη υγεία.Μια σειρά πειραμάτων έκπλυσης διεξήχθησαν προκειμένου να διερευνηθεί ο ρόλος της αλληλεπίδρασης του νερού με το πέτρωμα και των As-ξενιστών στα ορυκτά. Γενικά η συγκέντρωση του αρσενικού στο νερό των εδαφικών εκπλύσεων είναι υψηλότερη σε σχέση με αυτή των υπόγειων νερών.Οι σταθερές αναλογίες ισοτόπων του 13C/12C και του 18O/16O παρείχαν περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις περιβαλλοντικές συνθήκες που επικρατούσαν κατά το Νεογενές στις λεκάνες σχηματισμού του τραβερτινώδη ασβεστόλιθου. Η σύσταση των ισοτόπων του οξυγόνου του τραβερτινώδη ασβεστόλιθου κυμαίνεται από -8.99 έως -3.2 ‰ (PDB), ενώ η σύσταση των ισοτόπων του άνθρακα εμφανίζει ένα ευρύ φάσμα τιμών από −8.17 έως +1.40 ‰ (PDB). Τα γεωχημικά και ισοτοπικά δεδομένα προσδιορίζουν ότι οι αποθέσεις του τραβερτινώδη ασβεστόλιθου σχηματίστηκαν κατά τις υγρές θερμές περιόδους του Αν. Μειόκαινου, μέσα σε ένα τεκτονικά ελεγχόμενο ρευστό κύκλωμα που τροφοδοτήθηκε από μετεωρικής προέλευσης νερό και διατηρήθηκε από την επιφανειακή απορροή που μετέφερε μεταβλητές ροές από εμπλουτισμένα σε As Fe/Mn υδροξείδια στις λεκάνες σχηματισμού του τραβερτινώδη ασβεστόλιθου ανάλογα με τα μητρικά πετρώματα της ενδοχώρας.Τα ορυκτολογικά και γεωχημικά δεδομένα, που προσδιορίστηκαν στους τραβερτινώδεις ασβεστόλιθους των Νεογενών λεκανών της Αττικής σε συνδυασμό με την ανάλυση παραγόντων παρέχουν ενδείξεις για τη σύνδεση των κλαστικών και χημικών συστατικών τους, με τη διάβρωση των Fe-Mn μεταλλευμάτων του Γραμματικού, της μεταλλοφορίας του Λαυρίου, των πετρωμάτων του μεταμορφωμένου υποβάθρου, των μυλονιτιωμένων οφιολιθικών και σε μικρότερο βαθμό στις ανθρώπινες δραστηριότητες. Ως μια ολοκληρωμένη έρευνα πετρώματος – εδάφους – φυτού - νερού εφαρμόστηκε το σύστημα γεωγραφικών πληροφοριών (GIS), οι τεχνικές γεωστατιστικής και το λογισμικό χαρτογράφησης, σε συνδυασμό με τον ψηφιοποιημένο γεωλογικό και γεωμορφολογικό χάρτη προκειμένου να παρουσιαστεί η αξιολόγηση της έκτασης και της έντασης της ρύπανσης του αρσενικού και των άλλων επιβλαβών στοιχείων στον τραβερτινώδη ασβεστόλιθο, το έδαφος, τα φυτά και τα υπόγεια νερά στις Νεογενείς λεκάνες της Αττικής.