Γεωχημική μελέτη περιβαλλοντικών επιπτώσεων σε εδάφη, ύδατα και φυτά στο δυτικό τμήμα της λεκάνης της Δράμας, από την παρουσία και εκμετάλλευση κοιτασμάτων μαγγανίου στην ευρύτερη περιοχή: πειραματική αποκατάσταση ρυπασμένων εδαφών
Creators: name: Σοφιάνσκα, Εμίλια
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Βαρέα μέταλλα
Ρύπανση εδαφών
Περιβαλλοντικές επιπτώσεις
Δράμα
Heavy metals
Soil pollution
Environmental impact
Drama

description: Στην παρούσα έρευνα μελετώνται οι επιπτώσεις στο οικοσύστημα (έδαφος, ύδατα, φυτά) από την παλιά εκμετάλλευση μαγγανίου στην περιοχή Δράμας και αξιολογείται ο περιβαλλοντικός κίνδυνος από τη ρύπανση με βαρέα μέταλλα και μεταλλοειδή (ΒΜΜ). Για το σκοπό αυτό έγινε δειγματοληψία και γεωχημικός χαρακτηρισμός των εδαφών, ιζημάτων, ποτάμιων και υπόγειων υδάτων, των κυριότερων καλλιεργούμενων ειδών φυτών, των μεταλλευτικών απορριμμάτων και των πετρωμάτων της περιοχής. Στα δείγματα όλων των υλικών προσδιορίστηκαν οι συνολικές συγκεντρώσεις των στοιχείων, με τεχνική ICP-MS. Αναλύσεις με ηλεκτρικό μικροαναλυτή έδειξαν ότι τα ορυκτά του Μn (κοροναδίτης, τοντοροκίτης, χαλκοφανίτης), που βρίσκονται στα εδάφη κοντά στο ρέμα Ξηροποτάμου, έχουν αυξημένες περιεκτικότητες σε Pb, Zn. Cd και As. Χημικές αναλύσεις των εδαφών έδειξαν έντονες μεταβολές στα διάφορα στοιχεία. Συγκεκριμένα βρέθηκαν τα παρακάτω όρια τιμών (σε mg/kg): 245-130013 για το Μn, 11-1996 για το Pb. 23¬-2140 για το Zn, 5-153 για το Cu, 0,4-27,5 για το Cd, 5-137 για το Νi, 4-98 για το Cr, και 2¬-1077 για το As. Οι γεωχημικοί χάρτες κατανομής των Μn, Pb, Zn, Cu, Cd και As δείχνουν μέγιστες τιμές των συγκεντρώσεων στα εδάφη κοντά και κατά μήκος των δύο πλευρών του ρέματος Ξηροποτάμου. Από τον υπολογισμό του δείκτη δυνητικού οικολογικού κίνδυνου (Ecological Risk Assessment:RI), που προκαλείται από το σύνολο των ΒΜΜ βρέθηκε για τα καλλιεργούμενα εδάφη γύρω από τον Ξηροπόταμο ότι υπάρχει σημαντικός δυνητικός οικολογικός κίνδυνος. Η εφαρμογή της διαδικασίας των 6-¬σταδίων διαδοχικής εξαγωγής για τον προσδιορισμό των χημικών μορφών των ΒΜΜ, έδειξε ότι αυτά είναι ως επί το πλείστον συνδεδεμένα με τα ανθεκτικά στην αποσάθρωση κλάσματα όπως είναι το υπολειμματικό και τα κλάσματα των άμορφων υδροξειδίων του Μn και των κρυσταλλικών μορφών Μn/άμορφων υδροξειδίων του Fe. Αρκετό ποσοστό μόνο του Cd περιέχεται στα ευκίνητα κλάσματα (υδατοδιαλυτό και ανταλλάξιμο/ανθρακικό) και σύμφωνα με τον κώδικα εκτίμησης κινδύνου (Risk assessment code:RAC), το Cd προκαλεί μέτριο κίνδυνο για τα εδάφη γύρω από το ρέμα Ξηροποτάμου. Οι χημικές αναλύσεις έδειξαν ότι οι περιεκτικότητες σε Mn, Pb, Zn, Cu, Cd και As σε όλα τα δείγματα ιζημάτων του Ξηροποτάμου και σε δείγματα του ποταμού Αγγίτη σε θέσεις μετά την είσοδο σε αυτόν του Ξηροποτάμου εμφανίζουν αυξημένες τιμές, συγκρίσιμες με εκείνες που μετρήθηκαν στα μεταλλευτικά απορρίμματα στο "Μεταλλείο του 25 km" και στα εδάφη σε θέσεις γύρω από το ρέμα Ξηροποτάμου. Τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας επιβεβαίωσαν τη σημαντική επίδραση της παλαιάς μεταλλευτικής δραστηριότητας στην ρύπανση των εδαφών από ΒΜΜ. Ο σημερινός εμπλουτισμός των εδαφών σε Mn, Pb, Ζn, Cu, Cd και As έχει άμεση σχέση με τη διάβρωση των μεταλλευτικών απορριμμάτων του μεταλλείου, στα οποία περιέχονται υψηλές συγκεντρώσεις αυτών των στοιχείων. τη μεταφορά τους μέσω του ρέματος Ξηροποτάμου και την απόθεσή τους στα εδάφη της περιοχής κατά τη διάρκεια έντονων βροχοπτώσεων και πλημμυρικών επεισοδίων υπερχείλισης του ρέματος Ξηροποτάμου. Η μελέτη υπογραμμίζει επίσης την ανάγκη άμεσων μέτρων αντιμετώπισης της ρύπανσης από ΒΜΜ στα εδάφη γύρω από το ρέμα Ξηροποτάμου. Τα πειράματα έκπλυσης και ανταλλαγής κατιόντων που πραγματοποιήθηκαν σε μίγματα έντονα ρυπασμένων εδαφών με φυσικό Ελληνικό υλικό που περιέχει ζεόλιθο τύπου-HEU, έδειξαν ικανοποιητική απόδοση συγκράτησης των ΒΜΜ στο υδατοδιαλυτό κλάσμα.
description: In the present thesis the impacts of the former Mn-mining activities on the ecosystem (soils, water, plants) in the western part of the Drama plain were assessed, and the environmental risk associated with heavy metals and metalloids (HMMs) pollution was evaluated. The study included sampling and geochemical characterization of soils, sediments, fluvial and ground water, dominant planted agronomic species, mine wastes, and rocks. Total metal concentrations in the different materials were determined by ICP-MS. Electron probe microanalyses revealed that the Mn minerals (coronadite, todorokite, chalcophanite) present in soils close to the Xiropotamos stream have elevated contents of Pb, Zn, Cd and As. Total metal concentration ranges found in soils were (in mg/kg): 245-130013 for Mn, 11-1996 for Pb , 23-2140 for Zn, 5-153 for Cu, 0.4-27.5 for Cd, 5-137 for Ni, 4-98 for Cr, and 2-1077 for As. Geochemical maps of Mn, Pb, Zn, Cu, Cd, and As show peak values of concentrations, close and along both sides of the Xiropotamos stream. Nickel and Cr show similar distributional trends with higher concentrations in the soils of the western part of the study area. The evaluation of the composed index RI revealed that the cultivation of the soils around the Xiropotamos stream may pose a considerable ecological risk to the people. A six-step sequential extraction procedure was applied to investigate the HMMs speciation. Fractionation profiles showed that HMMs are mostly associated with the residual, the Mn-HYD, and Fe/Mn-HYD fractions, which are considered resistant to the weathering process. Enough portion of Cd is contained in the most mobile fractions and thus according to the RAC guideline, Cd poses a moderate risk to the soils around Xiropotamos. Total metal concentrations in all the Xiropotamos sediment samples and in samples from some sites of the Aggitis River display elevated values of Mn, Pb, Zn, Cu, Cd, and As, which are comparable to those measured in the solid mine wastes at the “25km Mn-mine”, and in the soils closed to the Xiropotamos stream. The results of the present study confirmed the considerable effect of the former Mn-exploitation processes on the HMMs soils contamination. Current enrichment of the soils in Mn, Pb, Zn, Cu, Cd, and As is related to the erosion of the solid mine wastes, which have a heavy load of the above elements, their transportation via the Xiropotamos stream, and redeposition onto the Drama plain during intense rainfalls and overflow flooding episodes of the Xiropotamos stream. The study also highlights the necessity of immediate control measures for the HMMs pollution in the soils around the Xiropotamos stream. The leaching and ionic exchange experimental tests performed with mixtures of the heavily contaminated soils with natural Greek HEU-type zeolite, showed sufficient retention efficiency for HMMs. Thus, this zeolite can be applied in a future reclamation scheme of the polluted soils in the study area.