Benthic and coastal macrolitter in the Greek seas: abundance, distribution and sources

Abstract

Marine litter is recognized as one of the most pervasive and persistent forms of pollution affecting marine ecosystems worldwide, causing a wide range of negative impacts. The Mediterranean Sea, due to its semi-enclosed nature, intense coastal urbanization, tourism, shipping activity, and limited water exchange, is considered one of the global hotspots of marine litter accumulation. Within this context, the Greek seas are subjected to increasing anthropogenic pressures, while comprehensive and harmonized assessments of marine litter distribution, abundance, sources, and ecological impacts remain fragmented. The present doctoral dissertation investigates coastal and benthic macrolitter pollution in the Greek seas through a multi-scale and multi-methodological approach, focusing on litter abundance, composition, spatial distribution, temporal variability, and potential sources.Initially, an integrated approach combining legacy datasets with newly collected data acquired through beach surveys, diver observations, bottom trawls, Remotely Operated Vehicles (ROVs), and Towed Underwater Camera (TUC) systems was applied in the Saronikos Gulf. The average litter density across the 108 beaches examined was 2.61(±0.41) items m⁻² (range: 0-23.6 items m⁻²), with plastics being the dominant material. Small polystyrene and plastic fragments, together with cigarette butts, dominated litter composition. Spatial analysis revealed that the western part of the Gulf exhibited higher litter densities, likely due to the combined influence of the predominance of remote beaches and the surface circulation patterns within the Gulf. Based on 109 benthic surveys, mean seafloor litter density was estimated at 12,145 items km⁻² (range: 117-251,250 items km⁻²), exhibiting a decreasing trend with depth.In the Thermaikos Gulf, seafloor litter and its ecological impacts were investigated for the first time, using data from 40 ROV dives and 11 scuba dives. ROV surveys revealed litter densities ranging from 0 to 83,817 items km⁻² with an average of 14,951 (±2611) items km⁻². Shallow waters exhibited 50 times higher densities (mean 737,900 (±429,500) items km⁻² and range of 1,250 to 4,810,000 items km⁻²), highlighting the severe accumulation of litter in nearshore areas, particularly in ports. Water circulation patterns, depth, and proximity to urban areas emerged as key drivers of litter distribution. Plastics dominated the litter composition, with fishing-related items prevailing in deeper waters, while single-use plastics were more dominant in ports. Benthic animals observed in ROV footage were identified, and their abundance was recorded, providing insights into the ecosystem's exposure to litter. Significant interactions between marine litter and benthic organisms were observed, including ghost fishing, entanglement, colonization, and the use of litter for shelter, highlighting the ecological implications of litter accumulation on marine ecosystems. At a national scale, data derived from the “Typhoon Project”, a five-year coastal cleanup initiative covering the entire Greek coastline, were analyzed. A total of 10,105 unique coastal sites were surveyed, making this one of the largest and most systematic marine litter datasets of its kind worldwide. 65.7% of the surveyed sites showed no litter accumulation, while 34.3% contained measurable litter loads. The overall mean litter density for the entire study area was estimated at 0.104 ± 0.471 kg m⁻² (range: 0-15.165 kg m⁻²). Results indicated that substrate type, accessibility, beach organization, and shoreline orientation relative to prevailing winds and wave direction significantly influenced litter accumulation patterns. Plastics overwhelmingly dominated litter composition, with fragmented plastics accounting for more than 60% of all recorded items. Single-use plastics and packaging-related items were also highly prevalent. Spatial analysis revealed highly heterogeneous litter distribution, with major hotspots identified in gulfs, remote coastlines, uninhabited islands, and highly touristic areas. Litter accumulation patterns appeared to result from the interaction of multiple factors, including anthropogenic pressures, hydrodynamic conditions, geomorphological characteristics, and management practices. Finally, a reduction in litter density was observed at approximately 40% of the sites that were re-surveyed following the initial cleanup. Additionally, the impacts of the COVID-19 pandemic on marine litter pollution in Greece were investigated through 59 beach and 83 underwater cleanups. The analysis revealed the emergence of PPE (face masks and gloves) as a new category of marine litter. PPE and other COVID-19-related items were recorded in both coastal and benthic environments, while wet wipes exhibited higher densities compared to the pre-COVID period. COVID-19-related items accounted for 1.04% of the total litter. These findings demonstrate how abrupt changes in human behavior and consumption patterns can rapidly alter marine litter composition and pollution dynamics. Overall, the dissertation provides one of the most comprehensive assessments of coastal and benthic marine litter pollution conducted in the Greek seas to date. The results contribute valuable baseline information for future monitoring efforts and support the implementation of effective marine litter management strategies and environmental policies at both national and regional scales. Furthermore, the dissertation contributes to the broader field of marine litter research through the critical discussion and comparison of different methodologies and monitoring approaches, as well as through the identification of their limitations and potential biases.

Τα θαλάσσια απορρίμματα αναγνωρίζονται ως μία εκτεταμένη και επίμονη μορφή ρύπανσης που επηρεάζει τα θαλάσσια οικοσυστήματα παγκοσμίως, προκαλώντας ένα ευρύ φάσμα αρνητικών επιπτώσεων. Η Μεσόγειος Θάλασσα, λόγω του ημίκλειστου χαρακτήρα της, της έντονης παράκτιας αστικοποίησης, της τουριστικής δραστηριότητας, της ναυσιπλοΐας και της περιορισμένης ανανέωσης των υδάτων της, θεωρείται μία από τις πιο επιβαρυμένες περιοχές με απορρίμματα παγκοσμίως. Στο πλαίσιο αυτό, οι ελληνικές θάλασσες υφίστανται αυξανόμενες ανθρωπογενείς πιέσεις, ενώ οι ολοκληρωμένες και εναρμονισμένες με τα ευρωπαϊκά πρωτόκολλα εκτιμήσεις σχετικά με την κατανομή, την αφθονία, τις πηγές και τις οικολογικές επιπτώσεις των θαλάσσιων απορριμμάτων παραμένουν αποσπασματικές. Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά τη ρύπανση από μακρο-απορρίμματα στις ακτές και στον πυθμένα των ελληνικών θαλασσών μέσω μίας πολυεπίπεδης προσέγγισης, η οποία βασίζεται στην εφαρμογή συμβατικών και καινοτόμων μεθοδολογικών εργαλείων, εστιάζοντας στην αφθονία, τη σύσταση, τη χωρική κατανομή, τη χρονική μεταβλητότητα και τις πιθανές πηγές των απορριμμάτων. Αρχικά, στον Σαρωνικό Κόλπο εφαρμόστηκε μία ολοκληρωμένη προσέγγιση, η οποία βασίστηκε στον συνδυασμό προϋπαρχόντων δημοσιευμένων δεδομένων και νέων δεδομένων που συλλέχθηκαν με ποικίλες μεθοδολογικές προσεγγίσεις. Τα δεδομένα προήλθαν από καταγραφές σε παραλίες μέσω in situ παρατηρήσεων και εφαρμογής μοντέλων αυτόματης ταξινόμησης βάσει φωτογραφικού υλικού, καθώς και από καταγραφές στον πυθμένα με τη χρήση υποβρύχιων παρατηρήσεων από δύτες, αλιευτικών εργαλείων βυθού (τρατών), τηλεχειριζόμενων υποβρύχιων οχημάτων (ROVs) και συστημάτων ρυμουλκούμενης υποβρύχιας κάμερας (TUC). Η μέση πυκνότητα απορριμμάτων στις 108 παραλίες που εξετάστηκαν ήταν 2.61 (±0.41) αντικείμενα m⁻² (εύρος: 0-23.6 αντικείμενα m⁻²), με τα πλαστικά να αποτελούν το κυρίαρχο υλικό. Μικρά θραύσματα πολυστερίνης και πλαστικού, καθώς και αποτσίγαρα, κυριάρχησαν στη σύσταση των απορριμμάτων. Η χωρική ανάλυση έδειξε ότι το δυτικό τμήμα του κόλπου παρουσίασε υψηλότερες πυκνότητες απορριμμάτων, γεγονός που αποδίδεται κυρίως στην επικράτηση δυσπρόσιτων ακτών στην περιοχή, σε συνδυασμό με τα κυκλοφοριακά πρότυπα των επιφανειακών υδάτων του κόλπου. Με βάση 109 βενθικές καταγραφές, η μέση πυκνότητα απορριμμάτων στον πυθμένα εκτιμήθηκε σε 12,145 αντικείμενα km⁻² (εύρος: 117-251,250 αντικείμενα km⁻²), παρουσιάζοντας φθίνουσα τάση με το βάθος. Στον Θερμαϊκό Κόλπο, τα απορρίμματα του πυθμένα και οι οικολογικές τους επιπτώσεις διερευνήθηκαν για πρώτη φορά, χρησιμοποιώντας δεδομένα από 40 καταδύσεις ROV και 11 καταδύσεις δυτών. Οι καταγραφές με ROV αποκάλυψαν πυκνότητες απορριμμάτων που κυμαίνονταν από 0 έως 83,817 αντικείμενα km⁻², με μέση τιμή 14,951 (±2611) αντικείμενα km⁻². Τα ρηχά νερά παρουσίασαν 50 φορές υψηλότερες πυκνότητες (μέση τιμή 737,900 (±429,500) αντικείμενα km⁻² και εύρος από 1,250 έως 4,810,000 αντικείμενα km⁻²), αναδεικνύοντας τη σοβαρή συσσώρευση απορριμμάτων στις παράκτιες περιοχές και ιδιαίτερα στα λιμάνια. Τα πρότυπα κυκλοφορίας των υδάτων, το βάθος και η εγγύτητα σε αστικές περιοχές αναδείχθηκαν ως βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την κατανομή των απορριμμάτων. Τα πλαστικά κυριάρχησαν στη σύσταση των απορριμμάτων, με αντικείμενα σχετιζόμενα με την αλιεία να επικρατούν στα βαθύτερα νερά, ενώ τα πλαστικά μίας χρήσης ήταν περισσότερο κυρίαρχα στα λιμάνια. Οι βενθικοί οργανισμοί που παρατηρήθηκαν στα βίντεο των ROV αναγνωρίστηκαν και καταγράφηκε η αφθονία τους, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με την έκθεση της έμβιας ζωής στα απορρίμματα. Παρατηρήθηκαν σημαντικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των θαλάσσιων απορριμμάτων και των βενθικών οργανισμών, όπως φαινόμενα «ghost fishing», παγίδευση, εποίκιση και χρήση των απορριμμάτων ως καταφύγιο, αναδεικνύοντας τις οικολογικές επιπτώσεις της συσσώρευσης απορριμμάτων στα θαλάσσια οικοσυστήματα. Σε εθνική κλίμακα, αναλύθηκαν δεδομένα που προέκυψαν από το πρόγραμμα «Typhoon Project», μία πενταετή ιδιωτική πρωτοβουλία καθαρισμού ακτών που κάλυψε ολόκληρη την ελληνική ακτογραμμή. Συνολικά, καταγράφηκαν 10,105 μοναδικές παράκτιες θέσεις, καθιστώντας αυτή τη βάση δεδομένων μία από τις μεγαλύτερες και πιο συστηματικές του είδους της παγκοσμίως. Το 65.7% των θέσεων δεν παρουσίασε συσσώρευση απορριμμάτων, ενώ το 34.3% περιείχε αξιοσημείωτα φορτία απορριμμάτων. Η συνολική μέση πυκνότητα απορριμμάτων για το σύνολο της περιοχής μελέτης εκτιμήθηκε σε 0.104 (± 0.471) kg m⁻² (εύρος: 0-15.165 kg m⁻²). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο τύπος υποστρώματος, η προσβασιμότητα, ο βαθμός οργάνωσης της παραλίας και ο προσανατολισμός της ακτογραμμής σε σχέση με τους επικρατούντες ανέμους και τον κυματισμό επηρέασαν σημαντικά τα πρότυπα συσσώρευσης απορριμμάτων. Τα πλαστικά κυριάρχησαν συντριπτικά στη σύσταση των απορριμμάτων, με τα θραύσματα πλαστικών να αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 60% όλων των καταγεγραμμένων αντικειμένων. Τα πλαστικά μίας χρήσης και οι συσκευασίες ήταν επίσης ιδιαίτερα διαδεδομένα. Η χωρική ανάλυση αποκάλυψε έντονα ετερογενή κατανομή των απορριμμάτων, με σημαντικές περιοχές συσσώρευσης να εντοπίζονται σε κόλπους, απομακρυσμένες ακτές, ακατοίκητα νησιά και περιοχές υψηλής τουριστικής δραστηριότητας. Τα πρότυπα συσσώρευσης φάνηκε να προκύπτουν από την αλληλεπίδραση πολλαπλών παραγόντων, όπως οι ανθρωπογενείς πιέσεις, οι υδροδυναμικές συνθήκες, τα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά και οι πρακτικές διαχείρισης των απορριμμάτων. Τέλος, παρατηρήθηκε μείωση της πυκνότητας των απορριμμάτων σε περίπου 40% των θέσεων που επανεξετάστηκαν μετά τον αρχικό καθαρισμό. Επιπλέον, διερευνήθηκαν οι επιπτώσεις της πανδημίας COVID-19 στη ρύπανση από θαλάσσια απορρίμματα στην Ελλάδα μέσω 59 καθαρισμών παραλιών και 83 υποβρύχιων καθαρισμών. Η ανάλυση αποκάλυψε την εμφάνιση των μέσων ατομικής προστασίας (μάσκες και γάντια) ως μια νέα κατηγορία θαλάσσιων απορριμμάτων. Τα αντικείμενα που σχετίζονται με την COVID-19 καταγράφηκαν τόσο στο παράκτιο όσο και στο βενθικό περιβάλλον, ενώ τα υγρά μαντηλάκια παρουσίασαν υψηλότερες πυκνότητες σε σύγκριση με την προ-COVID περίοδο. Τα αντικείμενα που σχετίζονται με την COVID-19 αντιπροσώπευαν το 1.04% του συνολικού αριθμού απορριμμάτων. Τα ευρήματα αυτά καταδεικνύουν πώς οι απότομες αλλαγές στην ανθρώπινη συμπεριφορά και στα πρότυπα κατανάλωσης μπορούν να μεταβάλουν ταχέως τη σύσταση και τη δυναμική της ρύπανσης από θαλάσσια απορρίμματα. Συνολικά, η διατριβή παρέχει μία από τις πλέον ολοκληρωμένες αξιολογήσεις της ρύπανσης από παράκτια και βενθικά θαλάσσια απορρίμματα που έχουν πραγματοποιηθεί έως σήμερα στις ελληνικές θάλασσες. Τα αποτελέσματα συμβάλλουν σημαντικά στην παροχή βασικών δεδομένων αναφοράς για μελλοντικές δράσεις παρακολούθησης και υποστηρίζουν την εφαρμογή αποτελεσματικών στρατηγικών διαχείρισης θαλάσσιων απορριμμάτων και περιβαλλοντικών πολιτικών τόσο σε εθνικό όσο και σε περιφερειακό επίπεδο. Παράλληλα, η διατριβή συμβάλλει ευρύτερα στο πεδίο της έρευνας των θαλάσσιων απορριμμάτων μέσω της κριτικής συζήτησης και σύγκρισης διαφορετικών μεθοδολογιών και προσεγγίσεων παρακολούθησης, καθώς και μέσω της ανάδειξης των περιορισμών και πιθανών μεροληψιών τους.