Mobility of geogenic chromium in Asopos river basin
Authors: Λίλλη Μαρία 
Published: September 2021

Στην παρούσα διατριβή ερευνώνται η κινητικότητα και οι μηχανισμοί που ελέγχουν την απελευθέρωση χρωμίου από εδάφη, που προέρχονται από μία περιοχή που παρουσιάζει εκτεταμένη γηγενή ρύπανση. Οι στόχοι αυτής της διατριβής ήταν (1) να αξιολογηθεί ο γεωχημικός χαρακτηρισμός και η ταξινόμηση των εδαφών και των ιζημάτων του ποταμού σε σχέση με την προέλευση του χρωμίου κατά μήκος του ποταμού Ασωπού, (2) να αξιολογηθούν οι διαδικασίες που επηρεάζουν την κινητικότητα του εξασθενούς χρωμίου στα εδάφη και τα ιζήματα και να αποσαφηνισθούν οι μηχανισμοί απελευθέρωσης χρωμίου από τα εδάφη και (3) να αναπτυχθεί μια μεθοδολογία για την εκτίμηση των επιπτώσεων της πρόσληψης εξασθενούς χρωμίου από αγροτικά προϊόντα (συγκεκριμένα καρότα), και του κινδύνου στην ανθρώπινη υγεία λόγω της κατανάλωσης καρότων που καλλιεργούνται στη λεκάνη απορροής του Ασωπού ποταμού.Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση σχετικά με το χρώμιο και την παρουσία του στο περιβάλλον, και συγκεκριμένα στο έδαφος και στο σύστημα του φυτού. Επιπλέον, παρουσιάζεται η περιοχή μελέτης καθώς και το πλαίσιο ανάλυσης της διατριβής αυτής.Το Κεφάλαιο 2 παρουσιάζει το δημοσιευμένο άρθρο στο περιοδικό Journal of Hazardous Materials με τίτλο: Χαρακτηρισμός και κινητικότητα του γηγενούς χρωμίου στα εδάφη και τα ιζήματα της λεκάνης απορροής του ποταμού Ασωπού. Στα πλαίσια αυτής της μελέτης, διεξήχθη μια έρευνα στο πεδίο και το εργαστήριο με σκοπό να αξιολογηθεί η προέλευση και η κινητικότητα του γηγενούς χρωμίου στη λεκάνη απορροής του ποταμού Ασωπού. Η δειγματοληψία σχεδιάστηκε με τέτοιο τρόπο ώστε να καλύψει τη χωρική μεταβλητότητα του χρωμίου των ιζημάτων και των εδαφών, στις διάφορες λιθολογικές μονάδες της περιοχής. Ο φυσικοχημικός και γεωχημικός χαρακτηρισμός των επιφανειακών γεωργικών εδαφών που ελήφθησαν από τις ποτάμιες αναβαθμίδες και τα ιζήματα των ποταμών πραγματοποιήθηκε προκειμένου να προσδιοριστεί το φυσικό υπόβαθρο του χρωμίου. Οι λιθολογίες με κύρια ασβεστολιθικά, πυριτικά και υπερβασικά συστατικά ταυτοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας την ανάλυση κύριων συνιστωσών. Οι μελέτες κινητικότητας που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο ανέδειξαν τα ποσοστά της προσρόφησης και εκχύλισης του χρωμίου από τα εδάφη, και την ικανότητά τους να προσροφούν χρώμιο. Η ανάλυση των βαρέων μετάλλων και η μελέτη της τοπικής γεωλογίας υποστήριξαν την υπόθεση ότι η κύρια πηγή χρωμίου είναι γηγενούς προέλευσης. Η κατανομή του χρωμίου στην κοίτη του ποταμού Ασωπού επηρεάστηκε από τα προϊόντα που διαβρώθηκαν και που προέρχονται από εκτεταμένες περιοχές υπερβασικών πετρωμάτων χρονολόγησης 5 Ma. Οι μελέτες κινητικότητας έδειξαν ότι η εκχύλιση ήταν μία πολύ γρήγορη διαδικασία και η ικανότητα προσρόφησης σημαντική και ικανή να δεσμεύσει το χρώμιο στην περίπτωση απόρριψης αποβλήτων στον ποταμό. Τέλος, η εκχύλιση χρωμίου είναι περιορισμένη λόγω της υφιστάμενης ικανότητας εξασθένησης που ελέγχεται από τα επιχρίσματα οξειδίων σιδήρου στο έδαφος και τα ιζήματα.Το Κεφάλαιο 3 παρουσιάζει το άρθρο που υποβλήθηκε προς έγκριση με τίτλο: Προσδιορισμός του μηχανισμού ελέγχου της απελευθέρωσης γηγενούς προέλευσης χρωμίου από εδάφη. Στα πλαίσια αυτής της μελέτης, διεξήχθη ένα εργαστηριακό πείραμα με σκοπό την αξιολόγηση της κινητικότητας και των μηχανισμών απελευθέρωσης χρωμίου από εδάφη που προέρχονται από τη λεκάνη απορροής του ποταμού Ασωπού. Το δείγμα γεωργικού εδάφους που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη αυτή λήφθηκε από την περιοχή του Σχηματαρίου. Προκειμένου να εξασφαλισθεί η απομόνωση των μεταλλικών στοιχείων που περιέχονται στο έδαφος, πραγματοποιήθηκαν δύο τύποι διαχωρισμού. Αρχικά πραγματοποιήθηκε μια κλασματοποίηση με υδροκυκλώνα με βάση το μέγεθος των κόκκων του εδάφους και έπειτα, μια κλασμάτοποίηση με βαρύ υγρό με βάση το βάρος των κόκκων του εδάφους. Τα κλάσματα που προήλθαν από το διαχωρισμό, χαρακτηρίστηκαν χρησιμοποιώντας χημική, ορυκτολογική και ανάλυση επιφάνειας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βαρύ κλάσμα του εδάφους σχετίζεται άμεσα με το κλάσμα του χρωμίου που είναι υπεύθυνο για την κινητικότητα. Σε όξινα pH, το κλάσμα μεγέθους - αργίλου παίζει επιπρόσθετα σημαντικό ρόλο στην κινητικότητα του χρωμίου, λόγω του γεγονότος ότι αυτό το κλάσμα έχει μεγάλο εμβαδόν επιφάνειας και δείκτη δυναμικού αντίδρασης χρωμίου. Επιπλέον, οι μελέτες εκχύλισης έδειξαν υψηλή συσχέτιση μεταξύ χρωμίου - νικελίου, χρωμίου - μαγγανίου και χρωμίου – υττρίου, που απελευθερώθηκαν από το έδαφος, γεγονός που υποδηλώνει επίσης, ότι η κινητικότητα του χρωμίου ελέγχεται από τη διάβρωση του χρωμίτη, διαδικασία η οποία παρατηρείται στη λεκάνη απορροής του ποταμού Ασωπού.Το Κεφάλαιο 4 παρουσιάζει το δημοσιευμένο άρθρο στο περιοδικό Environmental Research με τίτλο: Aξιολόγηση των επιπτώσεων της πρόσληψης γηγενούς χρωμίου από καρότα (Daucus carota) της λεκάνης απορροής του ποταμού Ασωπού. Στα πλαίσια αυτής της μελέτης, αναπτύχθηκε μια μεθοδολογία εκτίμησης των επιπτώσεων της πρόσληψης γηγενούς χρωμίου από τα καρότα, και του κινδύνου στην ανθρώπινη υγεία λόγω της κατανάλωσης καρότων που καλλιεργούνται στη λεκάνη απορροής του Ασωπού ποταμού. Διεξήχθη ένα πείραμα σε αγροτεμάχιο της περιοχής όπου τα καρότα καλλιεργήθηκαν σε μικρά τμήματα αγρατεμαχίου με και χωρίς την προσθήκη άνθρακα με τη μορφή κομπόστας ως εδαφοβελτιωτικό, προκειμένου να αξιολογηθεί η επίδραση του άνθρακα στην κινητικότητα και την πρόσληψη χρωμίου από τα φυτά. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπάρχει τάση για κινητικότητα και πρόσληψη του χρωμίου στην εξωτερική επιφάνεια και τα φύλλα των καρότων που καλλιεργήθηκαν στα τμήματα με υψηλότερη συγκέντρωση άνθρακα. Τα αποτελέσματα δεν έδειξαν ότι υπάρχει αντίστοιχη τάση κινητικότητας και στους πυρήνες των καρότων (βρώσιμο τμήμα του καρότου). Επίσης παρουσιάζεται περιορισμένη κινητικότητα εξασθενούς χρωμίου στο σύστημα εδάφος-φυτό-νερό λόγω της τάσης του χρωμίου να παραμένει στη στερεά φάση και προσλαμβάνεται από τα φυτά. Επιπλέον ενδοφυτικά βακτήρια που απομονώθηκαν από τα καρότα και αποτελούνται από ανθεκτικά σε εξασθενές χρώμιο στελέχη και βρίσκονται σε όλα τα μέρη του φυτού, κατάφεραν να μετατρέψουν διαφορετικές συγκεντρώσεις εξασθενούς σε τρισθενές χρώμιο και μάλιστα να το μειώσουν σε επίπεδα κάτω από το όριο ανίχνευσης. Τέλος, πραγματοποιήθηκε ανάλυση επικινδυνότητας η οποία έδειξε ότι δεν υπάρχουν δυσμενείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία λόγω της κατανάλωσης καρότων. Τα αποτελέσματα αυτά έχουν ιδιαίτερη σημασία, δεδομένου ότι επιβεβαιώνουν ότι προϊόντα που καλλιεργούνται σε εδάφη με γηγενούς προέλευσης χρώμιο δεν παρουσιάζουν δυσμενείς επιδράσεις στην ανθρώπινη υγεία, αλλά θα μπορούσαν επίσης να έχουν και ευεργετικά αποτελέσματα λόγω των μικροθρεπτικών συστατικών του τρισθενούς χρωμίου.Στο Κεφάλαιο 5 συνοψίζονται τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας και παρουσιάζονται τα συμπεράσματα.Ο συνολικός αντίκτυπος αυτής της διατριβής αποσκοπούσε στην ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης προσέγγισης για τη σκιαγράφηση μιας περιοχής που παρουσιάζει εκτεταμένη ρύπανση χρωμίου γηγενούς προέλευσης, καθώς και στο να δώσει απαντήσεις σε ερωτήματα σχετικά με την ύπαρξη χρωμίου στα υπόγεια νερά, τα εδάφη και τα γεωργικά προϊόντα της λεκάνης απορροής του ποταμού Ασωπού. Τα γενικά συμπεράσματα έδειξαν συγκεντρώσεις χρωμίου στα υπόγεια νερά κάτω από τα επιτρεπτά όρια για το πόσιμο νερό. Αυξημένες συγκεντρώσεις γηγενούς εξασθενούς χρωμίου παρατηρούνται μόνο στις περιοχές της λεκάνης που επηρεάζονται άμεσα από τη διάβρωση των υπερβασικών πετρωμάτων. Η διάβρωση του χρωμίτη είναι μάλιστα η διαδικασία που ελέγχει το μηχανισμό της κινητικότητας του χρωμίου στα εδάφη της λεκάνης του Ασωπού. Η σημαντική ικανότητα προσρόφησης και ακινητοποίησης που παρουσιάζουν τα εδάφη και τα ιζήματα της περιοχής υποδηλώνει επιβράδυνση/δέσμευση του χρωμίου σε περίπτωση απόρριψης αποβλήτων με υψηλή συγκέντρωση χρωμίου και ειδικά για απόβλητα υψηλής οξύτητας. Τέλος, υπάρχει περίπτωση πρόσληψης χρωμίου από τα αγροτικά προϊόντα, ωστόσο είναι αμελητέας σημασίας λόγω της άμεσης αναγωγής του εξασθενούς χρωμίου από τα ενδοφυτικά βακτήρια που υπάρχουν στα φυτά. Η ανάλυση επικινδυνότητας έδειξε ότι δεν υπάρχουν δυσμενείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία λόγω της κατανάλωσης καρότων.