Determination of the concentrations and the chemical composition of particulate matter in the North Aegean region
Authors: Τριανταφύλλου Ελένη 
Published: September 2021

Η σωματιδιακή ρύπανση αποτελεί μείζον περιβαλλοντικό πρόβλημα στις αστικές και απομακρυσμένες περιοχές, προκαλώντας δυσμενείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία και επιδρώντας άμεσα ή έμμεσα στην κλιματική αλλαγή. Τα αιωρούμενα σωματίδια (ΑΣ) μπορεί να ποικίλουν σημαντικά στο μέγεθος, στη χημική σύσταση και την προέλευση τους. Ως εκ τούτου, πολυάριθμες επιστημονικές μελέτες έχουν διερευνήσει την έκθεση σε σωματιδιακή ρύπανση και τις επιπτώσεις της παγκόσμια, περιλαμβάνοντας την περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου. Η συγκεκριμένη περιοχή θεωρείται μεγάλου ενδιαφέροντος σχετικά με την κλιματική αλλαγή, καθώς επηρεάζεται έντονα από τη μεταφορά ατμοσφαιρικών ρύπων από την Ευρώπη, την Αφρική και την Ασία. Παρά τα ευρήματα αυτά, υπάρχουν ακόμη ελλιπείς πληροφορίες σχετικά με την ποιότητα του αέρα στις νησιωτικές παράκτιες περιοχές στο βόρειο τμήμα της περιοχής της Ανατολικής Μεσογείου, δηλαδή στο Βόρειο Αιγαίο (ΒΑ), και της συμβολής των τοπικών και των μακρινών πηγών που την επηρεάζουν.Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η εκτίμηση των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των ΑΣ σε αστικές και προαστιακές περιοχές του ΒΑ καθώς και η σύγκρισή τους με άλλες περιοχές της Βορειοανατολικής Μεσογείου. Αρχικά η διατριβή παρέχει πληροφορίες για τα επίπεδα συγκέντρωσης των ΑΣ10 στα δύο μεγάλα αστικά κέντρα της Ελλάδας, συγκεκριμένα την Αθήνα και τη Θεσσαλονίκη κατά την περίοδο 2001 έως 2010. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι περισσότεροι σταθμοί στα δύο μεγάλα αστικά κέντρα στην Ελλάδα, παρουσιάζουν υψηλές συγκεντρώσεις ΑΣ10 και υπερβαίνουν τα ετήσια και 24ωρα όρια της Ευρωπαϊκής Ένωσης (ΕΕ) κατά τη διάρκεια της ερευνητικής περιόδου, αν και ήταν χαμηλότερες συγκριτικά με άλλες ευρωπαϊκές και αμερικανικές πόλεις του ίδιου μεγέθους. Με εξαίρεση τρεις προαστιακούς σταθμούς στην Αθήνα και έναν σταθμό στη Θεσσαλονίκη, όλοι οι άλλοι παρουσίασαν τις υψηλότερες και τις χαμηλότερες μηνιαίες μέσες συγκεντρώσεις ΑΣ10 κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου/χειμώνα και των θερινών μηνών, αντίστοιχα. Για τους προαστιακούς σταθμούς στην Αθήνα, οι υψηλότερες τιμές παρατηρούνται κατά την άνοιξη και οι χαμηλότερες κατά τη διάρκεια του χειμώνα, ενώ ένας σταθμός στη Θεσσαλονίκη δεν παρουσίασε εποχικότητα λόγω της εγγύτητάς του σε βιομηχανική ζώνη.Δεύτερον, η διατριβή αναφέρεται σε μετρήσεις ΑΣ σε απομακρυσμένες και αστικές περιοχές στην περιοχή του ΒΑ. Μετρήσεις αιωρούμενων σωματιδίων διενεργήθηκαν στην απομακρυσμένη περιοχή του ΒΑ υπό συνοπτικές μετεωρολογικές συνθήκες την θερινή περίοδο (δηλ. κατά την περίοδο των Ετησίων ανέμων). Οι μετρήσεις έδειξαν ότι η μεταφορά των ατμοσφαιρικών ρύπων σε μεγάλη απόσταση από βιομηχανικές και αστικές περιοχές, μπορεί επίσης να επηρεάσει σημαντικά την ποιότητα του αέρα σε απομακρυσμένες περιοχές. Όταν επικρατούν ισχυροί βορειοανατολικοί άνεμοι, οι αέριες μάζες περνούν πάνω από την ευρύτερη περιοχή της Κωνσταντινούπολης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την μετατόπιση των υψηλότερων τιμών των σωματιδίων σε μικρότερα μεγέθη (δηλ. από 100 σε 20 nm), ενώ παρατηρείται αύξηση έως έξι φορές της αριθμητικής συγκέντρωσης, καθώς και υψηλοί ρυθμοί αύξησης του μεγέθους των σωματιδίων (περίπου 9.0 nm h-1). Μια επιπλέον ένδειξη ότι τα σωματίδια που παρατηρούνται στην περιοχή του ΒΑ σχετίζονται με μεταφερόμενη ρύπανση σε μεγάλη απόσταση από αστικές ή/και βιομηχανικές περιοχές αποτελούν οι αυξημένες τιμές των θειϊκών και νιτρικών, καθώς και της αναλογίας οργανικού προς στοιχειακό άνθρακα κατά τη διάρκεια των ημερών μεταφοράς των ατμοσφαιρικών ρύπων σε σύγκριση με την υπόλοιπη περίοδο δειγματοληψίας.Επιπλέον, τα χαρακτηριστικά των αιωρούμενων σωματιδίων και των δυνητικών πηγών τους ερευνήθηκαν σε έναν αστικό σταθμό δειγματοληψίας στην περιοχή του ΒΑ κατά τη θερινή και χειμερινή περίοδο. Οι μέσες συγκεντρώσεις ΑΣ2.0 και ΑΣ1.0 στο κέντρο της πόλης ήταν χαμηλότερες των αντίστοιχων τιμών που καταγράφηκαν σε μεγάλες πόλεις της περιοχής (δηλ. στην Αθήνα και στη Θεσσαλονίκη). Υψηλότερες μέσες τιμές τόσο για την συγκέντρωση μάζας όσο και για την αριθμητική συγκέντρωση παρατηρήθηκαν το χειμώνα σε σύγκριση με αυτές του καλοκαιριού, λόγω των πρόσθετων εκπομπών οικιακής θέρμανσης και της ασθενέστερης ατμοσφαιρικής αραίωσης. Ωστόσο, και στις δύο εποχές, οι εκπομπές των ΑΣ σχετίζονται με τοπικές φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές. Η στοιχειακή ανάλυση σε δείγματα που συλλέχθησαν κατά την διάρκεια των μετρήσεων έδειξαν επίσης ότι οι φυσικές πηγές όπως το θαλάσσιο αλάτι και η επαναιώρηση της σκόνης συμβάλλουν στο φορτίο των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα της πόλης. Από τις πηγές κυκλοφοριακής κίνησης που δεν σχετίζονται με τα καυσαέρια βρέθηκαν επίσης σημαντικές συνεισφορές, ενώ ισχυρή συμβολή των τοπικών πηγών κίνησης εντοπίστηκε επίσης και από τις αυξημένες αριθμητικές συγκεντρώσεις των σωματιδίων της περιοχής ‘Aitken’ κατά τις ώρες αιχμής. Εκτός από τις τοπικές πηγές, η μεταφερόμενη ρύπανση σε μεγάλη απόσταση, κυρίως από τη Βορειοανατολική Τουρκία, εμπλούτισε τα συλλεγέντα δείγματα σωματιδίων με στοιχεία εδαφικής και ανθρωπογενούς προέλευσης (δηλ. K, Ca, Ti, Mg, Fe, As, S), συμβάλλοντας στην υποβάθμιση της ποιότητας του ατμοσφαιρικού αέρα στην περιοχή του ΒΑ. Τέλος, λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση παραγόντων όπως οι μετεωρολογικές συνθήκες και το υλικό του φίλτρου στις μετρήσεις ΑΣ, επιχειρήθηκε να εκτιμηθεί η απόκλιση μεταξύ της μεθόδου απορρόφησης Β-ακτινοβολίας (ΒΑM) και της σταθμικής μεθόδου (gravimetric; GM) μετρήσεων ΑΣ σε ένα προαστιακό-υποβάθρου σταθμό στη περιοχή μελέτης. Παρατηρήθηκε υπερεκτίμηση των μετρήσεων ΒΑM, η οποία ήταν ~ 30% για τα ΑΣ2.5 και ~ 10% για τα ΑΣ10. Οι διαφορές μεταξύ των μετρήσεων BAM και GM στα ΑΣ2.5 αυξήθηκαν με: α) την αύξηση των πιθανών υδρατμών, γεγονός που υποδηλώνει ότι το δεσμευμένο νερό στα αεροζόλ έχει ισχυρή επίδραση στις μετρήσεις, β) την χρήση εξαιρετικά υδρόφοβων φίλτρων Teflon για την μέθοδο GM όταν η ατμοσφαιρική πίεση υδρατμών αυξάνεται, και γ) την πιθανή πτητικότητα ή σταθερότητα στη σωματιδιακή φάση ειδών όπως το νιτρικό αμμώνιο. Καλύτερη συσχέτιση μεταξύ των μετρήσεων με τις μεθόδους GM και BAM παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια της χειμερινής αντί της θερινής περιόδου και όταν τα δείγματα της GM μεθόδου συλλέχθηκαν σε φίλτρα κατασκευασμένα από ίνες υάλου, δηλαδή το ίδιο υλικό με αυτό της ταινίας διηθήσεως στην μέθοδο ΒΑM. Αυτή η μελέτη στοχεύει στην καλύτερη ερμηνεία των μετρήσεων των ΑΣ που διεξάγονται με διάφορους ελεγκτές εκπομπών μεθόδου απορρόφησης Β-ακτινοβολίας.