Περιβαλλοντική γεωχημική μελέτη εδαφών και ιζημάτων σε παράκτιες περιοχές ανατολικά της Καβάλας και κατασκευή γεωχημικών χαρτών με χρήση GIS
Authors: Παπαστέργιος Γεώργιος 
Published: January 2014

Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή πάρθηκαν συνολικά 65 δείγματα επιφανειακών εδαφών, 8 δείγματα πετρωμάτων και 9 δείγματα θαλασσίων ιζημάτων από την ευρύτερη περιοχή της Καβάλας. Η προετοιμασία των δειγμάτων (ξήρανση, κονιοποίηση, κοσκίνισμα) έγινε στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Γεωλογίας, Τομέας Ορυκτολογίας-Πετρολογίας-Κοιτασματολογίας και οι αναλύσεις των δειγμάτων πραγματοποιήθηκαν στην Σχολή Γεωλογίας του Πανεπιστημίου της Βαρκελώνης (Faculty of Geology of the University of Barcelona), στο εργαστήριο SCT-UB (Scientific Technical Services of the University of Barcelona) και στο ινστιτούτο ICTJA-CSIC (Institute of Earth sciences “Jaume Almera” - Spanish Council for Scientific Research), Barcelona (Spain), από τον συγγραφέα της παρούσας Διατριβής. Η περιοχή μελέτης της παρούσας Διατριβής περιελάμβανε την πόλη της Καβάλας, τη βιομηχανική της ζώνη και άλλες περιοχές γύρω από τις προηγούμενες τοποθεσίες. Οι κύριες βιομηχανικές δραστηριότητες της περιοχής μελέτης ήταν η Βιομηχανία Φωσφορικών Λιπασμάτων (Β.Φ.Λ.) και οι χερσαίες εγκαταστάσεις της Kavala Oil, ενώ άλλες ανθρωπογενείς δραστηριότητες ήταν αυτές του Ιχθυοτροφείου Ξιφίας, μικρών επιχειρήσεων που εκμεταλλεύονταν τις εμφανίσεις μαρμάρου στην περιοχή, η εντατική καλλιέργεια μεγάλων τμημάτων στην περιοχή και η ανεξέλεγκτη διάθεση απορριμμάτων σε διάφορες περιοχές στο ανατολικό τμήμα της περιοχής μελέτης. Η διαλυτοποίηση των δειγμάτων έγινε με τη χρήση αναλυτικής ποιότητας ΗΝΟ₃. Σκοπός ήταν να παρθεί η περιβαλλοντικά διαθέσιμη ποσότητα κάθε στοιχείου και όχι αυτή που συνδέεται με τις αργιλοπυριτικές δομές. Όπως αποδείχθηκε αποτελεί μια πάρα πολύ καλή λύση για περιβαλλοντικές, γεωχημικές μελέτες εδαφών-ιζημάτων, η οποία δίνει παρόμοια αποτελέσματα με άλλες, ευρέως χρησιμοποιούμενες τεχνικές διαλυτοποίησης, όπως η Aqua Regia και η μέθοδος 3051b της USEPA. Οι αναλυτικές τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν ήταν οι ICP-OES και ICP-MS και με τη βοήθειά τους συγκεντρώθηκαν δεδομένα για 42 στοιχεία (Al, Ca, Cl, Fe, K, Mg, Na, P, S, Si, Ag, As, B, Ba, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Ga, Ge, Hg, La, Li, Mn, Mo, Ni, Pb, Rb, Sb, Se, Sn, Sr, Th, Ti, U, V, W, Y, Zn και Zr). Πρόκειται για δύο από τις πιο ισχυρές, σύγχρονες, αναλυτικές τεχνικές, με δυνατότητες πολυστοιχειακών αναλύσεων, γρήγορη παροχή των αποτελεσμάτων και με πάρα πολύ χαμηλά όρια ανίχνευσης, ιδιαίτερα για τη μέθοδο ICP-MS. Η επεξεργασία των δεδομένων περιελάμβανε τη σύγκριση των δεδομένων της παρούσας Διατριβής με γνωστές συγκεντρώσεις και τον υπολογισμό των αντίστοιχων συντελεστών εμπλουτισμού (Σ.Ε.), τη σύγκρισή τους με διεθνώς αποδεκτές οδηγίες (π.χ. The New Dutch List), τη σύγκριση με τα πετρώματα της περιοχής μελέτης κ.ά. Ιδιαίτερα, τα δεδομένα που αφορούσαν τα επιφανειακά εδάφη επεξεργάστηκαν με τη χρήση στατιστικών μεθόδων. Αυτές ήταν η χρήση διαγραμμάτων πιθανοτήτων και η εύρεση των γραμμικών συντελεστών συσχετισμού. Με τη χρήση των διαγραμμάτων πιθανοτήτων είναι δυνατόν να βρεθεί το καλούμενο «φυσικό γεωχημικό υπόβαθρο» των επιφανειακών εδαφών της περιοχής μελέτης. Η επεξεργασία των δεδομένων των πετρωμάτων της περιοχής μελέτης και των θαλασσίων ιζημάτων ήταν παρόμοια με αυτή των επιφανειακών εδαφών, δίχως τη στατιστική τους επεξεργασία. Για την εκπόνηση της παρούσας Διατριβής χρησιμοποιήθηκαν Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (Σ.Γ.Π.) και τα αποτελέσματα των αναλύσεων ψηφιοποιήθηκαν. Ιδιαίτερα για τα επιφανειακά εδάφη τα αποτελέσματα της στατιστικής τους επεξεργασίας με διαγράμματα πιθανοτήτων ενσωματώθηκαν στη διαδικασία ψηφιοποίησης και κατασκευάστηκαν 42 γεωχημικοί χάρτες (ένας για κάθε στοιχείο που αναλύθηκε). Αυτοί οι χάρτες παρέχονται στο Κεφάλαιο 6, καθώς και στο ψηφιακό δίσκο που συνοδεύει τη παρούσα Διατριβή (μαζί με άλλους 261 χάρτες). Η επεξεργασία αυτών των δεδομένων έδειξε ότι: Τα πετρώματα της περιοχής μελέτης (ιδιαίτερα τα μάρμαρα) περιέχουν ορισμένα στοιχεία (π.χ. Cl, Ag, Cd, Co, Hg, Se, W κα) με εμπλουτισμένες συγκεντρώσεις. Αυτό σημαίνει ότι, υπό ορισμένες συνθήκες, θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν τα εδάφη και ιζήματα της περιοχής με υψηλές ποσότητες από αυτά τα στοιχεία, ώστε αυτά να παρουσιάζουν υψηλές συγκεντρώσεις στην περιοχή μελέτης. Παρόλα αυτά, στοιχεία τα οποία βρίσκονται εμπλουτισμένα στα εδάφη της Καβάλας, π.χ. As, Pb, Zn, δεν φαίνεται να είναι εμπλουτισμένα στα πετρώματα της περιοχής. Ως πιθανή πηγή προέλευσής τους θα μπορούσαν να θεωρηθούν οι διάσπαρτες εμφανίσεις μεικτών θειούχων οι οποίες, όμως, βρίσκονται σε αποστάσεις σχετικά μακρινές από το κέντρο της περιοχής μελέτης της παρούσας Διατριβής, όπου και βρίσκεται η πλειοψηφία των δειγμάτων της. Για τα επιφανειακά εδάφη, τα στοιχεία που αναλύθηκαν μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες, αυτά που οφείλουν τις συγκεντρώσεις τους σχεδόν αποκλειστικά σε γεωλογικά αίτια και σε αυτά, που πιθανότατα, οφείλουν τις συγκεντρώσεις τους (τουλάχιστον ένα τμήμα των αναλυθέντων δειγμάτων) τόσο σε γεωλογικά αίτια, όσο και σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Τα στοιχεία που ανήκουν στην πρώτη ομάδα είναι τα: Al, Ca, Fe, Mg, Si, Ce, Co, Ga, Ge, La, Li, Mn, Rb, Sb, Se, Sn, Sr, Ti, W, Y και Zr. Τα υπόλοιπα στοιχεία Cl, K, Na, P, S, Ag, As, B, Ba, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sn, Th, U, V και Zn, ανήκουν στην δεύτερη ομάδα. Το στοιχείο το οποίο φαίνεται να έχει το μεγαλύτερο εμπλουτισμό είναι το As. Ακολουθούν τα Pb και Zn και στη συνέχεια τα υπόλοιπα στοιχεία της δεύτερης ομάδας. Η χρήση διαγραμμάτων (και λογαριθμικών διαγραμμάτων) πιθανοτήτων έδειξε ότι μπορεί, σε αρκετά καλό βαθμό, να υπολογιστεί το φυσικό γεωχημικό υπόβαθρο επιφανειακών εδαφών, μιας περιοχής μελέτης. Για τα θαλάσσια ιζήματα, όπως και με τα επιφανειακά εδάφη, τα αναλυθέντα στοιχεία μπορούν να διαχωριστούν σε δύο ομάδες. Στην πρώτη ανήκουν τα Ca, Si και Sr, τα οποία οφείλουν τη συγκέντρωσή τους, κατά κύριο λόγο, σε γεωλογικά αίτια. Τα υπόλοιπα στοιχεία, οφείλουν τις αυξημένες συγκεντρώσεις τους σε ορισμένα δείγματα, κυρίως στις ανθρωπογενείς δραστηριότητες που πραγματοποιούνται στην περιοχή μελέτης. Αυτά τα στοιχεία μπορούν, επιπλέον, να διαχωριστούν σε τρεις ομάδες, ανάλογα με ποια δραστηριότητα μπορούν να συνδεθούν. Έτσι, τα στοιχεία P, Ag, As, Ba, Cd, Ce, Cu, Hg, Mo, Se, U, Y και Zn φαίνεται να οφείλουν τις αυξημένες συγκεντρώσεις τους στις δραστηριότητες της Β.Φ.Λ. Τα στοιχεία Κ, Β, Cs, και Rb παρουσιάζουν τις υψηλότερες συγκεντρώσεις μπροστά από την περιοχή όπου βρίσκονται η Kavala Oil, το ιχθυοτροφείο Ξιφίας και οι ανεξέλεγκτες χωματερές, ενώ τα στοιχεία Fe, Mg, Cs, Ga, Ge, La, Li, Mn, Pb, Rb, Sb, Ti και Zr φαίνεται να οφείλουν τις υψηλές συγκεντρώσεις τους σε συνδυασμό των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων και ίσως, για μερικά στοιχεία (π.χ. Fe, Mn) και γεωλογικών παραγόντων. Τα δείγματα με τις υψηλότερες συγκεντρώσεις είναι τα SS100 και SS108 (μπροστά στη Β.Φ.Λ.), ενώ τα στοιχεία που εμφανίζουν το μεγαλύτερο πρόβλημα είναι τα Cd, As, Cu, Pb. Η όλη διαδικασία που ακολουθήθηκε στην παρούσα Διατριβή (διαλυτοποίηση με ΗΝΟ₃, ανάλυση με ICP-OES και ICP-MS, χρήση λογαριθμικών διαγραμμάτων πιθανοτήτων, χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών) έδειξε ότι μπορεί να εφαρμοστεί, με αρκετά καλά αποτελέσματα, σε περιβαλλοντικές γεωχημικές μελέτες εδαφών και ιζημάτων.