8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 739 ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΤΗΣ Κοκκομετριας και των συγκεντρωσεων ΤΩΝ μεταλλων στα επιφανειακα ιζηματα του κολπου του ηρακλειου, κρητης. Γ. Αλεξανδράκης 1, Κ. Ντούνας 2 & Σ. E. Πούλος 1 1 Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος, Τομέας Γεωγραφίας και Κλιματολογίας, Πανεπιστήμιο Αθηνών, Πανεπιστημιούπολη, Ζωγράφου, 157 84 Αθήνα. 2 Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών, Ινστιτούτο Θαλάσσιας Βιολογίας & Γενετικής, πρώην Αμερικάνικη Βάση Γουρνών, Τ.Θ. 2214, 713 Ηράκλειο Κρήτης ΠερIληψη Τα αποτελέσματα των ιζηματολογικών αναλύσεων στα επιφανειακά ιζήματα του Κόλπου του Ηρακλείου δείχνουν ότι η κοκκομετρική σύσταση των ιζημάτων διαδραματίζει έναν σημαντικό ρόλο στις συγκεντρώσεις και τη χωρική κατανομή των βαρέων μετάλλων με χαρακτηριστική την αύξηση των συγκεντρώσεων των μετάλλων, κυρίως των Pb και Cd, με την αύξηση του ποσοστού του κλάσματος του πηλού (ιλύος+άργιλος). Τα μέταλλα Cu, Zn και Cr εμφάνισαν αντίστοιχες αυξήσεις στις συγκεντρώσεις τους άλλα δείχνουν μία προφανή τάση συγκέντρωσης στα δυτικά της περιοχής όπου βρίσκεται το εργοστάσιο της ΔΕΗ, ενώ οι αυξημένες συγκεντρώσεις των Pb και Cd παρατηρούνται ανοικτά του λιμένα και sτην έξοδο του αγωγού λυμάτων της βιομηχανικής ζώνης της πόλης του Ηρακλείου. Λέξεις κλειδιά: βαρέα μέταλλα, ιζήματα, κόλπος Ηρακλείου THE RELATION BETWEEN THE GRAIN-SIZE AND HEAVY METAL CONCENTRATIONS IN THE SURFICIAL BOTTOM SEDIMENTS OF THE GULF OF HERAKLION, CRETE. Abstract The results of the sediment analysis, concerning the surficial sediment of the Gulf of Heraklio (Crete), reveal that the grain size of the sediments plays a controlling role in the concentrations of the heavy metals and their spatial distribution. Thus, higher concentrations of heavy metals have found in the muddy sediments. Besides, the higher percentages of Cu, Zn and Cr are present also in the western part of the Gulf, where operates the city s power plant, those of Pb and the Cd are higher offshore to the harbour of Heraklion and the exit of the underwater pipe of the industrial sewages. Keywords: heavy metals, sediments, gulf of Heraklion, Crete
74 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η κατανομή των χημικών ουσιών στα θαλάσσια συστήματα δεν είναι ομοιογενής, αλλά γίνεται με τέτοιο τρόπο που καθιστά τα παράκτια κυρίως ιζήματα «αποθήκες» πολλών χημικών στοιχείων (FOERSTNER & WITMANN, 1983). Ιδιαίτερα στη περίπτωση των βαρέων μετάλλων καθοριστικός παράγων είναι η κοκκομετρία του ιζήματος, με τα λεπτότερα κλάσματα (<63μm) να περιέχουν μεγαλύτερες συγκεντρώσεις οξειδίων Fe και Mn, με αποτέλεσμά να έχουν υψηλότερες συγκεντρώσεις μετάλλων σε σχέση με τα αδρομερέστερα κλάσματα (>63μm) (LORING,1982, ACKERMAN et al., 1983). Τούτο καθίσταται ιδιαίτερα εμφανές σε ιζήματα με όχι έντονη επιβάρυνση (TILLER et al., 1989). Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει την βιομηχανική ζώνη της πόλης του Ηρακλείου καθιστώντας την έτσι ως τον άμεσο αποδέκτη των αστικών και βιομηχανικών δραστηριοτήτων της παράκτιας ζώνης (Σχήμα 1). Στην εργασία αυτή εξετάζεται η σχέση της κατανομής των συγκεντρώσεων των μετάλλων χαλκού, ψευδάργυρου, χρωμίου, μόλυβδου και καδμίου στα επιφανειακά ιζήματα του κόλπου του Ηρακλείου (μεταξύ των βαθών 25 και 1 m) σε σχέση αφενός με την κοκκομετρία τους και αφετέρου με τις ανθρωπογενείς πηγές προέλευσής τους. ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ Οι σταθμοί δειγματοληψίας έγιναν με δειγματολήπτη τύπου Smith-McIntyre κατά μήκος των διατομών A, B, Γ, Δ, Ε, και ΣΤ που είναι διατεταγμένες κάθετα στην ακτογραμμή (βλέπε Σχήμα 1) οι οποίες καλύπτουν χωρικά τη θαλάσσια περιοχή μπροστά από τη παράκτια ζώνη, όπου έχουμε τις σημαντικότερες αστικές και βιομηχανικές δραστηριότητες του νομού Ηρακλείου. Η δειγματοληψία διεξήχθη σε τέσσερις διαδοχικές εποχές ώστε να καλύπτουν ένα πλήρη ετήσιο κύκλο (1991-1992). Η κοκκομετρική ανάλυση εστιάστηκε στο διαχωρισμό των κλασμάτων άμμου και πηλού (ιλύς + άργιλος) μετά από υγρή διήθηση, ενώ η ανάλυση των μετάλλων έγινε με υγρή χώνευση με πυκνό HNO 3 και H 2 O 2 και δέσμευση των μετάλλων με νιτρικά ιόντα. Ο ποσοτικός προσδιορισμός των βαρέων μετάλλων (χαλκός, ψευδάργυρος, χρώμιο, μόλυβδος και κάδμιο) έγινε με την μέθοδο της ατομικής προσρόφησης Σχήμα 1. Η περιοχή μελέτης, οι σταθμοί δειγματοληψίας και οι κυρίες πηγές ρύπανσης. Figure 1. The studied area, sampling stations.and the main sources of pollution
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 741 (συσκευή AAS, PE 41ZL) και μετά από διόρθωση κατά Zeeman. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗ. Οι μεταβολές των συγκεντρώσεων των μετάλλων στα ιζήματα του κόλπου του Ηρακλείου έδειξαν να σχετίζονται με το βάθος της δειγματοληψίας και τη κοκκομετρική σύσταση των επιφανειακών ιζημάτων του πυθμένα, τα οποία χαρακτηρίζονται από τρεις ζώνες: τη πρώτη (βάθη <4 m) όπου επικρατεί η άμμος σε σχέση με το πηλό (ιλύς+άργιλος), μια μεταβατική ζώνη Σχήμα 2. Σχέση του βάθους με το ποσοστό της ιλύος-αργίλου Figure 2. The relation between depth and the silt and clay content g 3 2 1 Cu 8 6 Zn 4 2 2 15 Cr 1 5,6,4,2 Pb,6,4,2 Cd Σχήμα 2. Μεταβολές των μέσων τιμών των συγκεντρώσεων των μέταλλων μg/g στο κλάσμα της άμμου και του πηλού (<63μm) σε σχέση με το βάθος. Figure 2. Changes of mean concentrations (μg/g) for the metals in the sand and mud (<63 μm) relative to the sampling depth.
742 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πίνακας 1. Συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων σε( μg/g). Table 1. Heavy metal concentrations (μg/g) Ηράκλειο Ευβοϊκός 1 Καβάλα 2 Θερμαϊκός 3 Πατραϊκός 4 Μυτιλήνης 5 Cu 24,28 15,3 1,7 2,3 43 86,2 Zn 92,78 42,8 15,9 28,2 9 23 Cr 12,95 145, 87,1 119 154 Pb,4 53,8 12,6 27,8 2,495 Cd,35 1,14 1,8 93 1: Scoulos & Dassenakis (1983), 2&3: Fytianos & Vasilιkiotis (1982), 4: Voutsinou-Taladouri & Satsmadjis (1983) και 5: Aloupi & Angelidis (21). (4-7 m) με αυξημένα τα ποσοστά του πηλού σε βάρος της άμμου και μια τρίτη (βάθη >7m), όπου επικρατεί η ιλύς και η άργιλος (Σχήμα 2). Tα αποτελέσματα των γεωχημικών αναλύσεων (Σχήμα 3), δείχνουν ότι ο κόλπος του Ηρακλείου δεν είναι ιδιαίτερα βεβαρημένος, αν και οι συγκεντρώσεις ορισμένων βαρέων μετάλλων βρίσκονται σε υψηλότερα επίπεδα σε σχέση με άλλες παράκτιες περιοχές (βλέπε Πίνακα 1). Ειδικότερα οι συγκεντρώσεις των ανθρωπογενούς κυρίως προέλευσης μετάλλων Ρd και Cr βρίσκονται σε χαμηλά επίπεδα, ενώ οι συγκεντρώσεις των Cu και Ζn αν και αυξημένες είναι συγκρίσιμες με άλλους κόλπους της Ελλάδας. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ο Κόλπος του Ηρακλείου δεν είναι ιδιαίτερα επιβαρυμένος, έχοντας τις μεγαλύτερες συγκεντρώσεις των μετάλλων Pb (,4 μm/g ΞΒ) και Cd (,35 μm/g ΞΒ) να συναντώνται στο αργιλο-ιλυώδες κλάσμα (βάθη >7m), καθώς αυτά προσροφώνται καλύτερα από τους κόκκους της αργίλου και της ιλύος. Οι συγκεντρώσεις των μετάλλων Cu, Zn και Cr εμφανίζουν τις υψηλότερες τιμές τους στα δυτικά του Κόλπου και κυρίως στους σταθμούς που βρίσκονται κοντά στο εργοστάσιο της ΔΕΗ τόσο στα ρηχά, όπου τα ιζήματα είναι πλούσια σε άμμο, όσο και για τα βαθιά όπου επικρατεί ο πηλός. Για τον Pb και το Cd οι υψηλότερες τιμές εμφανίζονται στους σταθμούς που είναι ανοικτά του λιμένα Ηρακλείου και του αγωγού των λυμάτων της βιομηχανικής ζώνης της πόλης υποδηλώνοντας την έντονη ανθρωπογενή παρέμβαση. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ACKERMAN, F. BERGMANN, H., SCHLEICHERT, U. (1983) Monitoring of heavy metals in coastal and estuarine sediments a question of grain size: <2μm vs <6μm. Environ Technol., Lett. 4, 317-321. FOERSTNER, U. WITMANN, G.T.W (1983) Metal pollution in the aquatic environment. Springer Verlag, 486 pp. LORING, D.H.(1982). Geochemical factors controlling the accumulation and dispersal of heavy metals in the bay of Fundy sediments. Can. J. Earth Sci., 19 pp 93-935 SCOULLOS, Μ., DASSENAKIS, Μ (1983). Trace metals in a tidal Mediterranean embayment. Mar. Pollut. Bull., 14(1), 24-29. SMITH,W., McINTYRE, A.D. (1984) A springloaed bottom sampler. J. Mar. Biolog. Ass. UK., 33, 257-264. TILLER, KG., MERRY, RH., ZARCINAS, BA., WARD, TJ. (1989). Regional geochemistry of metal contaminated surficial sediments and seagrasses in upper Spencer gulf South Australia. Estuar. Coast Shelf Sci, 28, 134-14.
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 743 FYTIANOS K., VASILIKIOTIS G.S. (1982). Concentration of heavy metals in sea-water and sediments from the northen Aegean Sea, Greece. VI Journes Etud. Pollutions, Cannes CIESM. VOUTSINOU TALAIDOURI, F., SATSMAD- JIS, J (1983). Distribution of heavy metals in sediments of the Patraikos Gulf (Greece). Mar. Pollut. Bull., 14(1), 33-35. ALOUPI M, ANGELIDIS M.O. (21). Geochemistry of natural and anthropogenic metals in the coastal sediments of the island of Lesvos, Aegean Sea. Environm. Pollut.,113, 211-219.