Ωκεανογραφία και γεωχημεία των επιφανειακών θαλάσσιων ιζημάτων της Νοτιοανατολικής Αττικής, Ν. Μακρονήσου και Ν. Κέας. Κατανομή της ρύπανσης από βαρέα μέταλλα ως αποτέλεσμα των μεταλλευτικών και μεταλλουργικών δραστηριοτήτων της Λαυρεωτικής

Abstract

The aim of this thesis is the geochemical study of bottom sea sedimentsaround Southeast Attica and the islands of Makronisos and Kea. Theobjective of this investigation was to establish the general level of heavy metalcontents in marine sediments from the studied area with emphasis on thedetermination and evaluation of inorganic contamination around Lavreotikipeninsula' s sediments as an impact of the mining and smelting activities ofLavrion Pb - Zn sulfide deposits.The geochemistry and sedimentology for a total of 114 samples of bottomsea sediments was studied. Grain size analysis data shows that marinesediments consist of sand and silt and generally described as silty sands tosandy silts. The carbonate contents range between 27% - 81% due to thepredominance of biogenic sands with characteristic skeletoeidal aggregates.The organic contents values are normal for bottom marine sediments andrange between 0,01% to 1,81% and those of organic nitrogen between 0 -0,375%. Higher values of organic carbon are found in sediments of the harborof Lavrion and Anavissos gulf. The mineralogical composition includes theminerals of calcite, Mg-calcite, aragonite (Biogenic carbonate) and quartz,albite, orthoclase, chlorite, muscovite/illite and traces of heavy minerals suchas zircon, magnetite (Terrigenous detritus).The results of chemical total analysis present high levels of heavy metals inthe marine sediments as follows: Pb (6 - 6790 ppm), Zn (5 - 9930 ppm), As(4 - 7620 ppm), Fe (0.18 - 15.94%), Μη (80 - 10800 ppm), Cd (<0.4 - 44ppm), Sb (<5 - 135 ppm) and Ag (<0.5 - 9.4 ppm). The abnormal values andhigh toxicity levels of metals according to the Sediments Quality Guidelines ofU.S. Environmental Protection Agency are found in the sea sediments aroundand close to the east coat of Lavreotiki peninsula due to the historicaloperation of smelting activities and the deposition of mining wastes to coastregions. The concentrations of metals in marine sediments distal to theLavreotiki coasts are normal as compared to the contents of other Aegeanand Mediterranean sea sediments.Additionally the chemical results of 0,5 Ν HCl leaching analysis presenthigh levels of lead (Pb : 3 - 5430 ppm) and zinc (Zn : 3 - 6060 ppm) in thestudied marine sediments. The geographical distribution of the Pb - Zn highvalues is also presented in the samples of the east coast of Lavreotikipeninsula.Factor and statistical analysis determines that the geochemical variability ofmetal and major element contents in this region marine sediments areaffected by four factors such as mining and smelting activities, terrigenousdetritus components, lithology and geochemical affair and also the biogeniccarbonate component. Based on the above geochemical data it can beconcluded that the elevated values of heavy metals in the bottom sedimentsproximal to Lavreotiki peninsula are due to a five thousand years mining andsmelting activities of the Lavrium Pb - Zn sulfide mineralisation.

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη τωνωκεανογραφικών και γεωχημικών χαρακτηριστικών των επιφανειακών θαλάσσιωνιζημάτων της Νοτιοανατολικής Αττικής, Ν. Κέας και Ν. Μακρονήσου. Ιδιαίτερηέμφαση αποδόθηκε στην καταγραφή της ανόργανης ρύπανσης από βαρέα μέταλλαως συνέπεια των μεταλλευτικών και μεταλλουργικών δραστηριοτήτων, που έλαβανχώρα τα τελευταία 5000 χρόνια στην περιοχή της Λαυρεωτικής.Μελετήθηκε η γεωχημεία και οι ιζηματολογικές παράμετροι σε 114 δείγματα ιζημάτωνπυθμένα στην περιοχή έρευνας. Τα δεδομένα των κοκκομετρικών αναλύσεωνέδειξαν ότι ο πυθμένας καλύπτεται από δύο κύριους τύπους ιζημάτων: άμμους έωςιλυώδεις άμμους και λιγότερο αμμώδεις πηλούς (ιλύς). Η συμμετοχή των ανθρακικώνφάσεων στα ιζήματα είναι σημαντική και κυμαίνεται από 27% έως 81% λόγω τηςεπικράτησης των άμμων βιογενούς προέλευσης με χαρακτηριστική την παρουσίασκελετοειδών ανθρακικών συγκριμάτων. Οι τιμές του οργανικού άνθρακα κυμαίνονταιαπό 0,098 έως 1,806% ενώ του οργανικού αζώτου από 0 έως 0,375% και κρίνονταικανονικές για επιφανειακά θαλάσσια ιζήματα. Υψηλότερες τιμές οργανικού άνθρακαπροσδιορίσθηκαν σε παράκτια ιζήματα από τον κόλπο της Αναβύσσου και το λιμάνιτου Λαυρίου. Η ορυκτολογική σύσταση των θαλάσσιων ιζημάτων αποτελείται από ταορυκτά ασβεστίτης, Mg-ασβεστίτης, αραγωνίτης (βιογενής προέλευση), χαλαζίας,ορθόκλαστο, αλβίτης, χλωρίτης, μοσχοβίτης / ιλλίτης και ίχνη βαρέων ορυκτών, όπωςζιρκόνιο και Ti-μαγνητίτης (κλαστική προέλευση).Τα αποτελέσματα των ολικών χημικών αναλύσεων προσδιόρισαν αυξημένεςσυγκεντρώσεις για τα μέταλλα Pb (6 - 6790 ppm), Zn (5 - 9930 ppm) και As (4 -7620) αλλά επίσης και για τα μέταλλα Fe (0.18 - 15.94%), Μη (80 - 10800 ppm), Cd(<0.4 - 44ppm), Sb (<5 - 135 ppm), Ag (<05 - 9.4 ppm). Οι υψηλές συγκεντρώσειςτων μέταλλων αξιολογήθηκαν με τα κριτήρια ποιότητας για τα θαλάσσια ιζήματα(Sediment Quality Guidelines_ SQGs), που εφαρμόζει η Environmental ProtectionAgency των Η ΠΑ και διαπιστώθηκε ότι οι τοξικές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλωνεντοπίζονται γεωγραφικά αποκλειστικά στα παράκτια θαλάσσια ιζήματα τηςΝοτιοανατολικής Αττικής και ιδιαίτερα της ανατολικής ακτογραμμής της Λαυρεωτικήςχερσονήσου. Σε απομακρυσμένα από τις ακτές θαλάσσια ιζήματα οι συγκεντρώσειςτων μετάλλων είναι χαμηλές και συγκρίσιμες με αντίστοιχες από άλλες περιοχές τουΕλλαδικού χώρου.Τα αναλυτικά αποτελέσματα των εκχυλίσεων με τη μέθοδο «0,5 Ν HCl»προσδιόρισαν εξίσου πολύ αυξημένες συγκεντρώσεις για τα μέταλλα Pb (3 - 5430ppm) και Zn (3 - 6060 ppm) στα παράκτια θαλάσσια ιζήματα της ΝοτιοανατολικήςΑττικής και ιδιαίτερα στους όρμους της ανατολικής ακτογραμμής όπως, του Θορικού,στο λιμάνι του Λαυρίου, κλπ.Η πολυπαραγοντική ανάλυση και μαθηματική επεξεργασία των αναλυτικώνδεδομένων προσδιόρισε τους ακόλουθους παράγοντες στον έλεγχο της γεωχημικήςκατανομής κυρίων στοιχείων και ιχνοστοιχείων στα ιζήματα της περιοχής έρευνας : οιμεταλλευτικές και μεταλλουργικές δραστηριότητες, η χερσογενής προέλευση, ηλιθολογία και η όμοια γεωχημική συμπεριφορά, καθώς και η βιογενής ανθρακικήιζηματογένεση. Συμπερασματικά διαπιστώνεται η ρύπανση από βαρέα μέταλλα σταπαράκτια ιζήματα πυθμένα της Λαυρεωτικής χερσονήσου ως αποτέλεσμα τωνμεταλλευτικών και μεταλλουργικών δραστηριοτήτων της μεικτής θειούχουμεταλλοφορίας Pb - Zn.