Ανάλυση περιβαλλοντικού κινδύνου από βαρέα μέταλλα γεωγενούς και ανθρωπογενούς προέλευσης σε δύο αντιπροσωπευτικές περιοχές του Ελλαδικού χώρου

Abstract

The purpose of this study is to investigate six heavy metals at two regions at Greece. The key aspects of this research consist of the following objectives: i) to examine the concentrations of the metals Pb, Cd, Zn, Co, Ni and Cr detected in undisturbed soils, ii) to identify the heavy metals origin (anthropogenic - geogenic source) with laboratory and statistical methods, iii) to identify the geochemical forms of the metals which are distributed in soils, iv) to present metal distribution geographically in maps using the GIS program, v) to identify the underlying relationship between metals vi) to assess the environmental risk related to soil pollution by heavy metals in areas polluted by anthropogenic and geogenic sources.Two study areas were selected. Northern Evia was chosen as case of geogenic contamination due to the parent rock - basic and ultrabasic rocks characterize geologically this region. Lavrion peninsula was chosen as a case of anthropogenic contamination due to ancient and recent mining and smelting activities. 21 soil samples were selected for North Evia and 45 soil samples for Lavrion peninsula. From each site, samples were collected from two depths, to 0-10 cm (A) soil depth, and to 10-30 cm (B) soil depth. Physicochemical properties which determined are: soil texture, pH, Eh, organic matter and total carbonates. Metal fractionation was obtained following modified BCR sequential extraction procedure and metals bonded to specific geochemical phases released: a) water soluble and associated with carbonates, b) oxides of Fe and Mn, c) to organic matter, and d) silicate forms.Also, in order to determine the relationships between metals Factor Analysis and Hierarchical Cluster Analysis statistical tools were used. Factor Analysis with Principal Component Analysis, defined a small number of factors that explain the majority of variation observed, and Hierarchical Cluster Analysis identified variables that explain how metals are associated showed in a dendrogram.

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η έρευνα έξι βαρέων μετάλλων σε δύο περιοχές του Ελλαδικού χώρου. Οι κεντρικοί άξονες της έρευνας αυτής αποτελούνται από τους εξής στόχους: i) να προσδιοριστούν οι συγκεντρώσεις των μετάλλων Pb, Cd, Zn, Co, Ni και Cr που εντοπίζονται σε αδιατάρακτα εδάφη, ii) να προσδιοριστούν οι πηγές προέλευσης των μετάλλων (ανθρωπογενής – γεωγενής) με εργαστηριακές και στατιστικές μεθόδους, iii) να προσδιοριστούν οι γεωχημικές μορφές των μετάλλων που κατανέμονται στα εδάφη, iv) να παρουσιαστούν γεωγραφικοί χάρτες κατανομής των μετάλλων με την χρήση του προγράμματος Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων, v) να προσδιοριστούν οι υποβόσκουσες σχέσεις μεταξύ των μετάλλων vi) να γίνει εκτίμηση περιβαλλοντικού κινδύνου που σχετίζεται με την ρύπανση εδαφών από βαρέα μέταλλα σε περιοχές επιβαρυμένες από ανθρωπογενή και γεωγενή αίτια.Επιλέχθηκαν δύο περιοχές μελέτης. α) Η Βόρεια Εύβοια επιλέχθηκε ως περίπτωση επιβάρυνσης από βαρέα μέταλλα γεωγενούς προέλευσης λόγω μητρικού υλικού - των βασικών και υπερβασικών πετρωμάτων που χαρακτηρίζουν γεωλογικά την περιοχή. β) Η Λαυρεωτική χερσόνησος επιλέχθηκε ως περίπτωση επιβάρυνσης από βαρέα μέταλλα ανθρωπογενούς προέλευσης από τις παλαιότερες (π.Χ.) αλλά και πρόσφατες μεταλλευτικές και μεταλλουργικές δραστηριότητες.Στην περιοχή της Βόρειας Εύβοιας επιλέχθηκαν 21 θέσεις δειγματοληψίας και στην Λαυρεωτική χερσόνησο επιλέχθηκαν 45 θέσεις δειγματοληψίας. Από κάθε θέση δειγματοληψίας, συλλέχθηκαν δείγματα από δύο διαφορετικά βάθη, 0-10 cm (Α) και 10-30 cm (Β). Σε όλα τα εδαφικά δείγματα προσδιορίστηκαν οι εξής φυσικοχημικές ιδιότητες των εδαφών : η κοκκομετρική σύσταση, το pH, το Eh, η οργανική ουσία και το ισοδύναμο CaCO3. Επίσης προσδιοριστήκαν οι μορφές των μετάλλων με την μέθοδο διαδοχικών εκχυλίσεων τροποποιημένη BCR. Η μέθοδος των διαδοχικών εκχυλίσεων στοχεύει επιλεκτικά και απελευθερώνει τα μέταλλα που είναι συνδεδεμένα σε : α) υδατοδιαλυτές & συνδεδεμένες με ανθρακικά άλατα, β) οξείδια Fe και Mn, γ) οργανική ουσία και δ) πυριτικές μορφές. Επίσης, για να γίνει μία σωστή και αντικειμενική σύγκριση των αποτελεσμάτων και να προσδιοριστούν οι σχέσεις μεταξύ των μετάλλων χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Factor Analysis (ανάλυση παραγόντων) και το πρόγραμμα Hierarchical Cluster Analysis. Η Factor Analysis με την μέθοδο της Principal Component Analysis, προσδιορίζει έναν μικρό αριθμό παραγόντων που εξηγούν το μεγαλύτερο μέρος της διακύμανσης που παρατηρείται, σε έναν πολύ μεγαλύτερο όγκο δεδομένων, ενώ η Hierarchical Cluster Analysis προσδιορίζει τις μεταβλητές ή τους παράγοντες, οι οποίοι εξηγούν τον τρόπο που συσχετίζονται τα μέταλλα απεικονιζόμενες σε ένα δενδρόγραμμα.