ΕΠΟΧΙΚΕΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ ΦΩΣΦΟΡΟΥ ΣΤΗ ΔΥΤΙΚΗ ΛΕΚΑΝΗ ΤΟΥ ΣΑΡΩΝΙΚΟΥ ΚΟΛΠΟΥ SEASONAL FLUCTUATIONS OF PHOSPHORUS IN THE WESTERN BASIN OF SARONIC GULF

Transcript

1 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι ΕΠΟΧΙΚΕΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΕΙΣ ΦΩΣΦΟΡΟΥ ΣΤΗ ΔΥΤΙΚΗ ΛΕΚΑΝΗ ΤΟΥ ΣΑΡΩΝΙΚΟΥ ΚΟΛΠΟΥ Γιαννικόπουλος Ν., Δασενάκης Ε., Παρασκευοπούλου Β. Τμημα Χημείας, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, nick_giannick@yahoo.gr, edasenak@chem.uoa.gr Περίληψη Ο Σαρωνικός κόλπος είναι ένα από τα πιο μελετημένα υδατικά συστήματα της Ελλάδος. Παρόλα αυτά οι περισσότερες εργασίες που έχουν εκπονηθεί αναφέρονται στον Εσωτερικό Σαρωνικό καθώς και στο κόλπο της Ελευσίνας. Έτσι, η μελέτη διαφόρων φυσικοχημικών παραμέτρων στη Δυτική Λεκάνη του Σαρωνικού κόλπου αποτελεί μια ευκαιρία για τη διερεύνηση των δεδομένων σχετικά με τα περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά του Σαρωνικού και την παραγωγικότητά του ως οικοσύστημα. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της Δυτικής Λεκάνης του Σαρωνικού κόλπου είναι ότι τα τελευταία 15 χρόνια έχει παρατηρηθεί μια στασιμότητα των υδάτινων μαζών κάτω από τα μέτρα. Σε αυτή την εργασία διερευνάται ο κύκλος του φωσφόρου και οι διακυμάνσεις του σε βάθη μικρότερα των 100 μέτρων, δηλαδή στα βάθη που παρατηρείται περιοδική ανανέωση των υδάτινων μαζών και έντονη βιολογική δραστηριότητα (εύφωτη ζώνη). Λέξεις κλειδιά: κύκλος φωσφόρου, εύφωτη ζώνη. SEASONAL FLUCTUATIONS OF PHOSPHORUS IN THE WESTERN BASIN OF SARONIC GULF Giannikopoulos N., Dassenakis E., Paraskeuopoulou V. Department of Chemistry, National and Kapodistrian University of Athens, nick_giannick@yahoo.gr, edasenak@chem.uoa.gr Abstract Saronic Gulf is one of the most studied aquatic systems of Greece. Nevertheless, most of the studies published this far are in reference to the Internal Saronic as well as the gulf of Elefsis. Thus, the study of various physiochemical parameters in the Western Basin of the Saronic Gulf constitutes an opportunity for the investigation of data regarding the environmental characteristics of Saronic gulf and its productivity as an ecosystem. The most important characteristic of the Western Basin of the Saronic Gulf is that in the last 15 years a stagnation of aquatic masses has been observed, beneath metres. In this essay we research the cycle of phosphorus and its fluctuations in depths down to 100 metres, where periodical renewal of aquatic masses and intense biological activity (euphotic zone) are observed. Wordskeys: cycle of phosphorus, euphotic zone. 1. Εισαγωγή Η Δυτική Λεκάνη του Σαρωνικού κόλπου είναι μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα περιοχή. Αν και δεν εκβάλλει σε αυτήν κάποιο ποτάμι, η έντονη βιομηχανική δραστηριότητα που έχει αναπτυχθεί στις ακτές της, καθιστά αναγκαίο τον συστηματικό έλεγχο των διαφόρων περιβαλλοντικών παραμέτρων και απαραίτητη τη λήψη μέτρων προστασίας για το συγκεκριμένο οικοσύστημα. Η πιο σημαντική βιομηχανία που λειτουργεί στην περιοχή είναι το διυλιστήριο της Motor Oil Hellas, που τα απόβλητά του διατίθενται στη θάλασσα σε βάθος περίπου 30 μέτρων, αφού υποστούν επεξεργασία. Έχει υπολογιστεί ότι από αυτή τη διαδικασία 7,3x10 3 kg φωσφορικών καταλήγουν στη θάλασσα του Δυτικού Σαρωνικού κάθε χρόνο. Στο Δυτικό Σαρωνικό κόλπο το εποχικό θερμοκλινές δημιουργείται στο βάθος περίπου των 40 μέτρων από το Μάιο έως τον Αύγουστο. Ισχυρή ομογενοποίηση του επιφανειακού στρώματος (τα ανώτερα 150 m) γίνεται το Φεβρουάριο και το Μάρτιο, οπότε παρατηρούνται και οι μικρότερες θερμοκρασίες. Η θερμοκρασία του στρώματος κάτω από τα 150 m παραμένει σχεδόν σταθερή. Το -377-

2 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι στρώμα αυτό τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια εμφανίζεται απομονωμένο από τις επιφανειακές επιρροές (στάσιμα ύδατα) (Λασκαράτος, 1989). Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση σχετικά με τις διακυμάνσεις του φωσφόρου στη Δυτική Λεκάνη του Σαρωνικού κόλπου, της συνεισφορά του στην τροφική κατάσταση του κόλπου καθώς και των προσθηκών του από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Ο φωσφόρος είναι ένα από τα τρία θρεπτικά στοιχεία (μαζί με το άζωτο και το πυρίτιο) που είναι απαραίτητα για την άνθηση και ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού (Σκούλλος, 1997). Έτσι, λόγω της βιολογικής δράσης στην εύφωτη ζώνη παρατηρείται ευρύτατη διακύμανση των συγκεντρώσεων των διαφόρων μορφών των θρεπτικών συστατικών από τόπο σε τόπο και από εποχή σε εποχή (Ζαφειρόπουλος, 2001). Γι αυτό και η παρούσα εργασία επικεντρώνεται σε βάθη μέχρι τα εκατό μέτρα, δηλαδή στην περιοχή της εύφωτης ζώνης. 2. Υλικά και Μεθόδοι Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης πραγματοποιήθηκαν 5 δειγματοληψίες κατά τη διάρκεια ενός έτους (Δεκέμβριος 2006 Δεκέμβριος 2007). Το δίκτυο των σταθμών δειγματοληψίας (Εικ. 1) σχεδιάστηκε γύρω από την κύρια σημειακή πηγή φωσφόρου, τη θαλάσσια περιοχή της Motor Oil Hellas καθώς και στην παράκτια ζώνη του Δυτικού Σαρωνικού κόλπου. Συνεπώς, καθορίστηκαν 19 σταθμοί δειγματοληψίας: 9 παράκτιοι σταθμοί: δύο ανατολικά και επτά δυτικά της περιοχής της Motor Oil Hellas 7 θαλάσσιοι σταθμοί στην περιοχή της Motor Oil Hellas: τρεις με βάθος 20 μέτρα (ΜΟΤ 10, 11 και 12), τρεις με βάθος 50 μέτρα (ΜΟΤ 13, 14 και 15) και ένας με βάθος 100 μέτρα (ΜΟΤ 16). Τέλος, ιζήματα συλλέχθηκαν από όλους τους θαλάσσιους σταθμούς, εκτός του ΜΟΤ 11 και 15. Εικ. 1: Δίκτυο σταθμών δειγματοληψίας. Τα δείγματα νερού συλλέχθηκαν με φιάλες Hydro-bios, ενώ τα δείγματα επιφανειακών ιζημάτων με δράγα. Τα φωσφορικά ιόντα (PO 4 3- ) προσδιορίστηκαν φωτομετρικά (Hansen, Koroleff, 1999). Ο ολικός διαλυτός φωσφόρος (TDP) στα υδατικά δείγματα προσδιορίστηκε με τη μέθόδο Valderama (1981). Στη συνέχεια ο διαλυτός οργανικός φωσφόρος (DOP) υπολογίστηκε από την αφαίρεση του ανόργανου φωσφόρου από αυτή του ολικού. Ο προσδιορισμός του ολικού φωσφόρου (TP) στα ιζήματα έγινε με τη μέθοδο της υγρής οξείδωσης, που αποτελεί μια παραλλαγή της μεθόδου Valderama. Για τον προσδιορισμό τους χρησιμοποιήθηκε το φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης UV-Vis Carry-1E

3 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι 3. Αποτελέσματα 3.1. ΦΩΣΦΟΡΙΚΑ ΙΟΝΤΑ Οι συγκεντρώσεις των φωσφορικών ιόντων στο εσωτερικό της Δυτικής Λεκάνης του Σαρωνικού κόλπου πάνω από το βάθος του θερμοκλινούς, κυμάνθηκαν από 0,01 έως 0,57 μμ. Υψηλότερες τιμές βρέθηκαν στο τέλος της φθινοπωρινής και εαρινής δειγματοληψίας. Στις αρχές της άνοιξης και στο τέλος της ίδιας εποχής τα φωσφορικά μειώνονται λόγω κατανάλωσής τους από το φυτοπλαγκτόν. Στο τέλος του φθινόπωρου με το «σπάσιμο» του θερμoκλινούς πραγματοποιείται η ανάμειξη της υδάτινης στήλης με αποτέλεσμα να αυξάνεται η συγκέντρωση των φωσφορικών στα ανώτερα στρώματα. Κοντά στο πυθμένα στους σταθμούς ΜΟΤ 13, 14 και 15 οι εποχικές διακυμάνσεις είναι αντίστροφες από αυτές στην επιφάνεια (Εικ. 2). Έτσι, στο τέλος της άνοιξης παρατηρούνται χαμηλές τιμές φωσφορικών ιόντων και στο τέλος της εαρινής εποχής παρατηρείται μια μικρή αύξηση. Στο τέλος του θέρους τα φωσφορικά ιόντα φτάνουν σε ένα μέγιστο. Εικ. 2: Εποχικές διακυμάνσεις φωσφορικών στο σταθμό ΜΟΤ 14 πάνω (0 και 20 m) και κάτω (50 m) από το θερμοκλινές. Στο σταθμό ΜΟΤ 16 στο τέλος του θέρους κοντά στον πυθμένα (100 μέτρα) δε βρέθηκαν υψηλές τιμές φωσφορικών ιόντων (0,06 μμ). Αντίθετα, τα νιτρικά την ίδια περίοδο εμφανίζουν ένα μέγιστο. Αυτό το φαινόμενο, δηλαδή το «φωσφοκλινές» να μην εμφανίζεται σε βάθη μεταξύ 75 και 100 μετρα παρ όλη την ύπαρξη του «αζωκλινούς» στο ίδιο βάθος, έχει παρατηρηθεί και σε άλλες περιοχές της Μεσογείου Θάλασσας (Krasakopoulou et al., 2005). Εικ. 3: Εποχική διακύμανση φωσφορικών στους παράκτιους σταθμούς στη Δυτική Λεκάνη του Σαρωνικού κόλπο. Στους παράκτιους σταθμούς τα φωσφορικά ιόντα κυμάνθηκαν από 0,01 έως 0,42 μμ. Η υψηλότερη τιμή βρέθηκε στο σταθμό ΜΟΤ 4 το Δεκέμβριο του 2006 (0,42 μμ). Εκεί βρίσκονται οι βιομηχανίες Sulphur A.B.E.E. και Fulgor A.E. Γενικά, στους περισσότερους σταθμούς υψηλότερα επίπεδα παρατηρήθηκαν στο τέλος της εαρινής και φθινοπωρινής περιόδου (Ιούνιος - Δεκέμβριος) ΔΙΑΛΥΤΟΣ ΟΡΓΑΝΙΚΟΣ ΦΩΣΦΟΡΟΣ Το DOP πάνω από το θερμοκλινές κυμάνθηκε 0,01 έως 0,52. Στους περισσότερους σταθμούς παρατηρούνται παρόμοιες εποχιακές διακυμάνσεις. Όπως και με τα φωσφορκά, έτσι και εδώ υψηλότερες τιμές βρέθηκαν στο τέλος της φθινοπωρινής και εαρινής εποχής (Εικ. 4)

4 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Εικ 4: Εποχικές διακυμάνσεις DOP στο σταθμό ΜΟΤ 13 πάνω (0 και 20 m) και κάτω (50 m) από το θερμοκλινές Παρόμοιες εποχικές μεταβολές παρατηρούνται και κάτω από το θερμοκλινές. Πιο έντονες ήταν στο σταθμό ΜΟΤ 14, ενώ λιγότερο στο σταθμό ΜΟΤ 15. Υψηλότερη συγκέντρωση μετρήθηκε στο τέλος της εαρινής περιόδου στο σταθμό ΜΟΤ 14 (0,36 μμ). Στο σταθμό ΜΟΤ 16 κοντά στον πυθμένα (100 m) τα επίπεδα του DOP είχαν παρόμοια επίπεδα και στις τρεις δειγματοληψίες που συλλέχθηκαν δείγματα από αυτό το βάθος ( Μαρ 07/ Ιούν 07/ Σεπτ 07). Εικ. 5: Εποχική διακύμανση DOP στους παράκτιους σταθμούς στη Δυτική Λεκάνη του Σαρωνικού κόλπου Στους παράκτιους σταθμούς οι τιμές του DOP κυμάνθηκαν από 0,03 έως 0,76 μμ. Υψηλότερες συγκεντρώσεις μετρήθηκαν στην παράκτια περιοχή της Fulgor Α.Ε. και Sulphur Α.Β.Ε.Ε. (ΜΟΤ 4). Γενικά, στους περισσότερους παράκτιους σταθμούς οι μεγαλύτερες τιμές του DOP μετρήθηκαν τις δυο δειγματοληψίες του Δεκεμβρίου (τέλος φθινοπώρου) και τον Ιούνιο του 2007 (τέλος εαρινή περίοδος). Αντίθετα, χαμηλές τιμές μετρήθηκαν κυρίως στο τέλος του χειμώνα ΕΠΟΧΙΚΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΚΑΘΕΤΕΣ ΚΑΤΑΝΟΜΕΣ Στο τέλος της χειμερινής περιόδου, δηλαδή την περίοδο που η υδάτινη στήλη είναι καλά ανεμιγμένη, παρατηρείται μια σταθερή αύξηση του DOP σε σχέση με το βάθος. Τα φωσφορικά ιόντα στην επιφάνεια αποτελούν την κύρια μορφή του φωσφόρου (70,8%). Στα 20 μέτρα η συγκέντρωσή τους μειώνεται και μάλιστα έχει παρόμοια συγκέντρωση με αυτή του DOP. Κοντά στο πυθμένα τα φωσφορικά αυξάνονται πάλι. Η αύξηση αυτή είναι παρόμοια με αυτή του DOP. Στο τέλος της εαρινής εποχής τα φωσφορικά εμφανίζουν παρόμοια συγκέντρωση σε όλα τα βάθη. Αντίθετα, το DOP αυξάνεται με το βάθος. Στην επιφάνεια και οι δυο μορφές του φωσφόρου έχουν την ίδια τιμή. Καθώς πηγαίνουμε προς το βυθό η τιμή του DOP αυξάνεται, ώσπου τελικά στον πυθμένα αυτό αποτελεί την κυρίαρχη μορφή του φωσφόρου (76,9%). Στο τέλος του θέρους, όπου έχουμε την πλήρη ανάπτυξη του εποχικού θερμοκλινούς, το DOP παρουσιάζει αντίθετη κατανομή απ αυτή που παρατηρήθηκε την προηγούμενη περίοδο (Εικ. 6). Αρχικά στην επιφάνεια το DOP είναι η κυίαρχη μορφή ου φωσφόρου (76,0%). Στο βάθος των 20 μέτρων παρατηρείται μείωση τόσο του DOP, ενώ τα φωσφορικά μειώνονται λίγο. Κοντά στον πυθμένα, ενώ συνεχίζεται η μείωση του DOP, τα φωσφορικά αυξάνονται σημαντικά. Σε αυτό το βάθος αυτά είναι σχεδόν η μοναδική μορφή του φωσφόρου (93,9%). Αυτό οφείλεται κυρίως στην αποσύνθεση της οργανικής ύλης που έχει συσσωρευθεί λόγω του εποχικού θερμοκλινούς. Ίσως να οφείλεται και στη μεταφορά φωσφορικών ιόντων από τον πυθμένα (νερό των πόρων). Παρόμοια -380-

5 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι κάθετες εποχικές κατανομές παρατηρήθηκαν και στους άλλους δυο σταθμούς βάθους περίπου 50 μέτρων (ΜΟΤ 13 και 15). Εικ. 6: Κάθετες κατανομές μορφών φωσφόρου σε τρεις εποχές στον σταθμό ΜΟΤ ΟΛΙΚΟΣ ΦΩΣΦΟΡΟΣ ΣΤΑ ΙΖΗΜΑΤΑ Στα ιζήματα οι συγκεντρώσεις του ολικού φωσφόρου στο εσωτερικό του κόλπου κυμάνθηκαν μεταξύ 0,10 και 0,20 mg/g. Η υψηλότερη τιμή του βρέθηκε στο σταθμό ΜΟΤ 16, ενώ η χαμηλότερη στο ΜΟΤ 10. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις ολικού φωσφόρου που βρέθηκαν στον ΜΟΤ 16 ήταν αναμενόμενες Αυτό οφείλεται κυρίως στην κοκκομετρία του ιζήματος. Για τον ίδιο λόγο, παρατηρείται σταδιακή μείωση του στο ίζημα προς την ακτή. Όσο πιο κοντά στην παραλία βρισκόμαστε, τόσο πιο χονδρόκοκκο είναι το ίζημα και συνεπώς συγκεντρώνει μικρότερες ποσότητες φωσφόρου. Στο μικρό πυρήνα (10 cm) που συλλέχθηκε στο σταθμό MOT 16 ο ολικός φωσφόρος εμφάνισε σταθερότητα σε όλα τα βάθη (0,19-0,20 mg/g). Από αυτό συμπεραίνουμε ότι μέχρι το βάθος των 100 μέτρων έχουμε διαχρονικά καλή οξυγόνωση του κόλπου. Εικ. 7: Κάθετη κατανομή ολικού φωσφόρου στον πυρήνα του ιζήματος στο σταθμό ΜΟΤ Συμπεράσματα Στη Δυτική Λεκάνη του Σαρωνικού κόλπου η κύρια μορφή του φωσφόρου είναι ο DOP. Μόνο το Δεκέμβριο του 2006 στο εσωτερικό του κόλπου τα ποσοστά των δυο μορφών είναι παρόμοια, με ελαφρώς μεγαλύτερα αυτά του DOP. Σχετικά με τις εποχικές διακυμάνσεις των φωσφορικών η τάση που παρατηρήθηκε είναι υψηλές τιμές το Δεκέμβριο και τον Ιούνιο. Αυτό οφείλεται στην αποικοδόμηση του DOP που προέρχεται από τη φθινοπωρινή και εαρινή άνθηση του φυτοπλαγκτού. Σε συνδυασμό με τα υπόλοιπα αποτελέσματα (Γιαννικόπουλος, 2008) βρέθηκε ότι η κύρια άνθηση του φυτοπλαγκτού παρατηρείται κατά τα τέλη Ιανουαρίου - αρχές Φεβρουαρίου. Σύμφωνα με τα κριτήρια του Justic (1995) ο ανόργανος φωσφόρος αποτελεί τον περιοριστικό παράγοντα κατά -381-

6 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι την περίοδο ανάπτυξης του φυτοπλαγκτού, αλλά και γενικότερα σε όλες τις εποχές. Στους περισσότερους σταθμούς ο φωσφόρος δεν αποτελεί περιοριστικό παράγοντα τον Ιούνιο. Μόνο στην παράκτια περιοχή που στεγάζονται οι Μύλοι Σόγιας ο φωσφόρος δε δρα ως περιοριστικός παράγοντας την περίοδο που παρατηρήθηκε η ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού. Εφαρμόζοντας τα κριτήρια για την τροφική κατάσταση ενός παράκτιου συστήματος, που ανέπτυξε ο Karydis (1999), η Δυτική Λεκάνη του Σαρωνικού κόλπου ως προς τα φωσφορικά ιόντα μπορεί να χαρακτηριστεί ως ολιγοτροφική. Τα επίπεδα του ολικού φωσφόρου στα ιζήματα αυξάνονται καθώς απομακρυνόμαστε από τις ακτές, ενώ από τον πυρήνα ιζήματος στο σταθμό ΜΟΤ 16 συμπεραίνουμε ότι μέχρι το βάθος των 100 μέτρων ο κόλπος δεν αντιμετώπισε στο παρελθόν ανοξικές συνθήκες. Γενικά όμως είναι απαραίτητη η τακτική παρακολούθηση των επιπέδων όλων των θρεπτικών συστατικών, ώστε να επισημανθεί κάθε τάση εμφάνισης ευτροφικών φαινομένων. 5. Βιβλιογραφικές Αναφορές Hansen, H.P. & Koroleff, F., Determination of nutrients. In: Grasshoff K., Kremling K., Ehrhardt M., (Eds.), Methods of seawater analysis. 3rd ed., Wiley-VCH, Karydis M., Evaluation of the trophic levels in Greek coastal ecosystems. Scientific Report, University of Aegean. Krasakopoulou, E., Souvermezoglou, E., Minas, H., J. & Scoullos, M., Organic matter stoichiometry based on oxygen consumption-nutrients regeneration during a stagnation period in Jabuka Pit (middle Adriatic Sea), Continental Shelf Research 25, Motor Oil Hellas, Εθελοντική Περιβαλλοντική Δήλωση για το 2006 σύμφωνα με τον ευρωπαϊκό κανονισμό 761/2001 (EMAS). Valderama, J., The simultaneous analysis of total nitrogen and total phosphorus in natural waters. Marine Chemistry 10, Γιαννικόπουλος, Ν., Ο κύκλος των θρεπτικών συστατικών στη Δυτική Λεκάνη του Σαρωνικού κόλπου, Μεταπτυχιακή εργασία, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών. Ζαφειρόπουλος, Δ., Ο Γαλάζιος πλανήτης, εκδόσεις Leader Books, Αθήνα. Λασκαράτος, Α. & Καλτσουνίδης, Ν., Μελέτη της υδροδυναμικής δίαιτας του εσωτερικού Σαρωνικού κόλπουκαι της ρύπανσης του από τη διάθεση λυμάτων της Αθήνας, τελική έκθεση Α, τομέας φυσικών εφαρμογών, Ε.Κ.Π.Α., Αθήνα. Σκούλλος, Μ., Χημική Ωκεανογραφία: Μια εισαγωγή στη χημεία του θαλάσσιου περιβάλλοντος, Αθήνα. Justic D., Rabalais, N.N., Turner R.E., Dortch, Q., 1995b. Changes in nutrient structure of river- dominated coastal waters: Stoichiometric nutrient balance and its consequences. Estuarine Coastal & Shelf Science 40,