Διαχρονική μελέτη μεταλλικών στοιχείων στο ατμοσφαιρικό αερόλυμα της Αττικής
Authors: Βασιλάτου Βασιλική 
Published: September 2021

Βασικός στόχος της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι η μελέτη της διακύμανσης της συγκέντρωσης στοιχείων που αποτελούν συστατικά του ατμοσφαιρικού αερολύματος της Αττικής τη χρονική περίοδο (1980-2012). Η μελέτη της διακύμανσης αυτής έχει ιδιαίτερη σημασία καθώς παρέχει πληροφορίες για τη διαφοροποίηση των χημικών αποτυπωμάτων των ανθρωπογενών πηγών ρύπανσης στο πέρασμα των ετών, τη συμβολή των φυσικών πηγών στις διαφοροποιήσεις της συγκέντρωσης του αερολύματος και κατ επέκταση στα στοιχεία που αποτελούν συστατικά του, τη σχέση ανθρωπογενών και φυσικών πηγών ρύπανσης, καθώς και την εποχική διακύμανσή τους. Επίσης, ελέγχθηκε η επίδραση της Αφρικανικής σκόνης στις συγκεντρώσεις των στοιχείων αλλά και στα Αιωρούμενα Σωματίδια, ΑΣ2.5.Οι στοιχειακές αναλύσεις των δειγμάτων αιωρούμενων σωματιδίων, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των βάσεων δεδομένων που αξιοποιήθηκαν για τη μελέτη των προαναφερθέντων φαινομένων, πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο της ατομικής απορρόφησης ηλεκτροθερμαινόμενου φούρνου γραφίτη (GF-AAS), με ατομική απορρόφηση φλόγας (Flame), με τη μέθοδο της Φθορισιμετρίας με Ακτίνες –Χ, ED-XRF (Χ-Ray Fluorescence), ενώ ο προσδιορισμός του μαύρου άνθρακα (ΜΑ), (black carbon, ΜΑ) έγινε με τη χρήση ανακλασίμετρου. Για τα έτη 2011-2012 αξιοποιήθηκαν τα αποτελέσματα μετρήσεων που είχαν πραγματοποιηθεί στο πλαίσιο του προγράμματος Accept-air.Η εργασία για ευκολότερη παρουσιασή της έχει χωριστεί σε 3 μέρη: Θεωρητικό, Πειραματικό και Αποτελέσματα. Το Θεωρητικό Μέρος της διατριβής αποτελείται από 2 κεφάλαια. Στο 1ο Κεφάλαιο γίνεται μία σύντομη περιγραφή του ορισμού των αιωρούμενων σωματιδίων, των πηγών τους και της επιδρασής τους στο κλίμα. Tο 2ο Κεφάλαιο αναφέρεται στους μηχανισμούς δειγματοληψίας των ΑΣ, τα είδη των φίλτρων και στις μεθόδους προσδιορισμού στοιχείων σε ΑΣ.Το Πειραματικό Μέρος της διατριβής περιλαμβάνει τα Κεφάλαια 3-7. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται η περιγραφή των στόχων της εργασίας και ο τρόπος που προσεγγίστηκαν επιστημονικά. Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφεται η διαδικαδία συλλογής των δειγμάτων που χρησιμοποιήθηκαν, η τοποθεσία δειγματοληψίας και η χρονική περίοδος που πραγματοποιήθηκε η κάθε δειγματοληψία καθώς και διάρκειά της. Ενώ στο Κεφάλαιο 5 παρέχονται πληροφορίες που αφορούν τις στοιχειακές αναλύσεις, στις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν, στη βαθμονόμηση των οργάνων και στη διασφάλιση ποιότητας των μετρήσεων. Στο Κεφάλαιο 6, περιγράφεται ο υπολογισμός ορισμένων παραμέτρων που χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των δεδομένων και συγκεκριμένα του ρυθμού εναπόθεσης της σκόνης, του εδαφικού φορτίου και του παράγοντα εμπλουτισμού (EF). Στο κεφάλαιο 7, που είναι και το τελευταίο κεφάλαιο του Πειραματικού Μέρους, γίνεται περιγραφή των μοντέλων οπισθοτροχιών που χρησιμοποιήθηκαν για τη διερεύνηση και ταυτοποίηση των ημερών με δράση φαινομένων μεταφοράς σκόνης από την Αφρική.Το τρίτο μέρος της διατριβής αφιερώνεται στην παρουσίαση, συζήτηση και ερμηνεία των αποτελεσμάτων και περιλαμβάνει τα Κεφάλαια 8-12. Στο Κεφάλαιο 8 περιγράφεται και διευκρινίζεται ο τρόπος παρουσίασης των αποτελεσμάτων. Το Κεφάλαιο 9 περιλαμβάνει την παρουσίαση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων που πραγματοποίηθηκαν για τα Ολικά Σωματίδια και ΑΣ10 τη χρονική περίοδο 1980-2012. Πιο συγκεκριμένα περιγράφεται η μακροχρόνια μελέτη των συγκεντρώσεων των στοιχείων και του ΜΑ και πως αυτές επηρεάζονται από τα διάφορα μετεωρολογικά φαινόμενα καθώς και η διαφοροποιήση των συγκεντρώσεων ανάλογα με το έτος και την εποχή δειγματοληψίας. Επίσης, στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται ο παράγοντας εμπλουτισμού ως μέσο διερεύνησης των πηγών προέλευσης των σωματιδίων. Η μακροχρόνια μελέτη των συγκεντρώσεων των στοιχείων έδειξε ότι η συγκέντρωση του Pb από το 1998 και μετά μειώνεται εμφανώς, γεγονός που αποδίδεται στην αντικατάσταση της βενζίνης με πρόσθετο μόλυβδο (γνωστή ως σούπερ), από αμόλυβδη βενζίνη. Ο παράγοντας εμπλουτισμού έδειξε ότι τα στοιχεία Al, Ti, Si, Mg και Na είναι φυσικής προέλευσης σε ποσοστό 100%, ενώ τα στοιχεία Zn, Pb και Cu κατά κύριο λόγο προέρχονται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες (σε ποσοστό μεγαλύτερο από 63%),ενώ για τα στοιχεία Ni και V η πηγή προέλευσής τους είναι ανθρωπογενής σε ποσοστό 43 και 30% αντίστοιχα. Ο παράγοντας εμπλουτισμού για το Ca υποδεικνύει πως είναι φυσικής προέλευσης, με εξαίρεση τα έτη 1988-1996 όπου ήταν ανθρωπογενούς προέλευσης, γεγονός που πιθανώς σχετίζεται με την ανοικοδόμηση της περιοχής κατά την περίοδο αυτή.Στο Κεφάλαιο 10 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν για ΑΣ2.5 την περίοδο 2008-12, προκειμένου να ελεγχθεί η επίδραση της οικονομικής κρίσης στις συγκεντρώσεις των σωματιδίων. Πιο συγκεκριμένα ελέγχθηκαν διαχρονικά οι συγκεντρώσεις των ΑΣ2.5, και προέκυψε ότι το 2008 η συγκέντρωση ήταν 16 ± 6 μg/m3 ενώ το 2012 ήταν 12 ± 9 μg/m3. Επίσης παρουσιάζεται η ετήσια και η εποχική διακύμανση των συγκεντρώσεων των στοιχείων. Άλλη μία παράμετρος που διερευνάται σε αυτό το κεφάλαιο είναι η συνεισφορά των διαφόρων πηγών στις συγκεντρώσεις των ΑΣ2.5 μεσω της χημικής ανασυγκρότησης (chemical reconstruction) πηγών και εξέταση του ισοζυγίου μάζας. Τέλος, υπολογίστηκε για τα δύο έτη ο λόγος ΑΣ2.5/10 για τις συγκεντρώσεις μάζας και για όλα τα προσδιορισθέντα στοιχεία.Το Κεφάλαιο 11 περιλαμβάνει την παρουσίαση της επίδρασης της Αφρικανικής σκόνης στα επίπεδα συγκέντρωσης των αιωρούμενων σωματιδίων, ενώ διερευνάται αν συγκεκριμένες τιμές των λόγων των στοιχείων Ca/Fe, Mn/Fe και Ti/Fe που έχουν προσδιοριστεί με την εξέταση δειγμάτων Αφρικανικής σκόνης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δείκτες για το χαρακτηρισμό επεισοδίων σκόνης στην περιοχή μας. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι το 25% περίπου των δειγμάτων που μελετήθηκε είχε επηρεαστεί από φαινόμενα μεταφοράς Αφρικανικής σκόνης.Στο Κεφάλαιο 12 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της επίδρασης της σκόνης, τοπικής και μεταφερόμενης, στα ΑΣ. Επίσης, διερευνάται η διαφοροποίηση της συνεισφοράς της σκόνης στη συγκέντρωση των ΑΣ τις ημέρες με επίδραση και χωρίς επίδραση απο φαινόμενα μεταφοράς Αφρικανικής σκόνης., υπολογίζεται ο ρυθμός εναπόθεσης καθώς και η συνολική εναπόθεση της σκόνης κατά τις ημέρες που υπήρχε επίδραση από την Αφρικανική σκόνη τα έτη 1984-2012 και ο λόγος Ca/Fe την ίδα χρονική περίοδο στα ίδια δείγματα. Τα έτη 1996 και 1998 οι τιμή του λόγου Ca / Fe δείχνει την επιρροή και της τοπικής σκόνης. Ο ρυθμός εναπόθεσης της σκόνης ανά ημέρα για ημέρες με μεταφορά Αφρικανικής σκόνης κυμαίνεται από 61 -199 μg/m2 με μέση τιμή 131 ± 41 μg/m2. Η συνολική εναπόθεση σκόνης κατά τη διάρκεια της περιόδου μέτρησης των 4 μηνών ανά έτος κυμαινόταν από 237 έως 2935 μg m2.Στο Κεφάλαιο 13 παρουσιάζονται συνοπτικά τα συμπεράσματα της διατριβής και οι πιθανοί μελλοντικοί ερευνητικοί στόχοι.Μέρος των αποτελεσμάτων της παρούσας διατριβής έχει δημοσιευτεί στα περιοδικά Environmental Science and Pollution Research και Frontiers in Marine Science καθώς και έχει παρουσιαστεί στα συνέδρια EAC 2011, CEMEPE –SECOTOX 2013, EAC 2015, EAC 2016.