ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ Ενότητα 7: Εφαρμογές της Γεωχημείας στο Περιβάλλον Χαραλαμπίδης Γεώργιος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας 7 Ο φοιτητής μετά το πέρας της 7 ης ενότητας θα πρέπει να γνωρίζει: Στοιχεία σχετικά με τη ρύπανση της ατμόσφαιρας και των φυσικών εσωτερικών νερών (λίμνες και ποταμούς) καθώς και τις αιτίες που την προκαλούν. 4
Περιεχόμενα ενότητας 7 Εφαρμογές Γεωχημείας στο Περιβάλλον. Ρύπανση της υδρόσφαιρας. Βαρέα μέταλλα στο πόσιμο νερό. Βαρέα μέταλλα στις λίμνες και στους ποταμούς. 5
Ρύπανση της ατμόσφαιρας 1/7 Η μόλυνση της ατμόσφαιρας οφείλεται σε φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές. Κυριότερες φυσικές πηγές αποτελούν τα ηφαίστεια και οι πυρκαγιές των δασών. Μικρότερης σημασίας είναι η κοσμική σκόνη, τα αέρια από έλη, η γύρη λουλουδιών κτλ. Επίσης η ατμόσφαιρα περιέχει και από τη φύση της επιβλαβή συστατικά. 6
Ρύπανση της ατμόσφαιρας 2/7 Ανθρωπογενείς χαρακτηρίζονται οι πηγές μόλυνσης που οφείλονται σε δραστηριότητα του ανθρώπου. Τέτοιες είναι τα αέρια προϊόντα βιομηχανικών χημικών αντιδράσεων, τα καυσαέρια αυτοκινήτων και φορτηγών, η γεωργική δραστηριότητα, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με καύση γαιανθράκων, πετρελαίου και φυσικού αερίου, η μεταλλευτική δραστηριότητα, η διαχείριση αποβλήτων (απόθεση, καύση) κ.α. Οι ατμοσφαιρικοί ρύποι χωρίζονται στους αέριους και τους σωματιδιακούς. 7
Ρύπανση της ατμόσφαιρας 3/7 Οι ατμοσφαιρικοί ρύποι χωρίζονται στους αέριους και τους σωματιδιακούς (συνέχεια). Αέριοι ρύποι: Επιβαρύνουν την ατμόσφαιρα παγκοσμίως είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), το μεθάνιο (CH 4 ), οι χλωριωμένοι υδρογονάνθρακες (FCKW) και το μονοξείδιο του αζώτου (Ν 2 Ο) το οποίο είναι γνωστό και ως «αέριο του γέλιου». Αυτοί οι ρύποι χαρακτηρίζονται ως «αέρια του θερμοκηπίου». 8
Ρύπανση της ατμόσφαιρας 4/7 Αυτά τα αέρια αποτελούν πρωτογενείς ρύπους, δηλαδή εκλύονται αμετάβλητα από την πηγή απευθείας στην ατμόσφαιρα. Τοπικά εκλυόμενοι ρύποι μπορούν να αντιδράσουν χημικά με άλλες ουσίες στην ατμόσφαιρα, συχνά υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός, της θερμοκρασίας και της υγρασίας. Έτσι προκύπτουν οι δευτερογενείς ρύποι, π.χ. το «φωτοχημικό νέφος». 9
Ρύπανση της ατμόσφαιρας 5/7 Σωματιδιακοί ρύποι: Αποτελούνται από διάφορα υγρά ή στερεά σωματίδια. Τα αιωρούμενα σωματίδια χαρακτηρίζονται «αερολύματα, aerosols». Όσο μικροσκοπικότερα είναι τα σωματίδια τόσο πιο επικίνδυνα για την ανθρώπινη υγεία, δεδομένου ότι εισπνέονται ευκολότερα. Τα σωματίδια μπορεί να αποτελούν προϊόν χημικής αντίδρασης στην ατμόσφαιρα ή να εκπέμπονται ακόμη και από τις εξατμίσεις των αυτοκινήτων. 10
Ρύπανση της ατμόσφαιρας 6/7 Ιπτάμενη τέφρα Αιωρούμενα σωματίδια: Η ιπτάμενη τέφρα που παράγεται κατά την καύση λιθάνθρακα ή λιγνίτη για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη στην παραγωγή τσιμέντου, στην οδοποιία κτλ. Έτσι η ιπτάμενη τέφρα αντικαθιστά ορυκτές πρώτες ύλες (π.χ. άμμος) και συμβάλει έτσι στην διατήρηση των αποθεμάτων τους. Ιπτάμενη τέφρα που δεν ανταποκρίνεται στις ποιοτικές απαιτήσεις της τσιμεντοβιομηχανίας, χρησιμοποιείται στην αποκατάσταση παλιών επιφανειακών ή υπόγειων ορυχείων. 11
Ρύπανση της ατμόσφαιρας 7/7 Εικόνα 1: Ρύπανση της ατμόσφαιρας (Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: 978-960-93-3759-5, Σελ. 164). 12
Παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα κατά κλάδο κοιτασμάτων Εικόνα 2: Παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα κατά κλάδο (Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: 978-960-93-3759-5, Σελ. 164). 13
Παγκόσμια εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα Εικόνα 3: Παγκόσμια εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα (Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: 978-960-93-3759-5, Σελ. 164). 14
Αύξηση Παγκόσμιας Εκπομπής Διοξειδίου του Άνθρακα Εικόνα 4: Αύξηση Παγκόσμιας Εκπομπής Διοξειδίου του Άνθρακα (Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: 978-960-93-3759-5, Σελ. 165). 15
Εκπομπή CO 2 κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Εικόνα 5: Εκπομπή CO 2 κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας(σ.γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: 978-960-93-3759-5, Σελ. 165). 16
Όξινη βροχή Εικόνα 6: Όξινη βροχή (Διδάσλων 2015). 17
Νεκρό δάσος στη Σκανδιναβία ως αποτέλεσμα των όξινης βροχής Εικόνα 7: Νεκρό δάσος στη Σκανδιναβία ως αποτέλεσμα των όξινης βροχής (Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρμοσμένη, Περιβαλλοντική και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: 978-960-93-3759-5, Σελ. 167). 18
Ρύπανση της υδρόσφαιρας 1/7 Ιπτάμενη τέφρα Αιωρούμενα σωματίδια: Όλοι οι ρύποι που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα καταλήγουν κάποια στιγμή με τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα στους ποταμούς, τις λίμνες και τη θάλασσα. Η ολοένα αυξανόμενη ρύπανση του περιβάλλοντος αντικατοπτρίζεται στην κατάσταση των ποταμών και θαλασσών των πυκνοκατοικημένων και βιομηχανικά αναπτυγμένων περιοχών της γης. Η βιολογική ύπαρξη πολλών εξ αυτών των υδάτων απειλείται πλέον ευθέως. 19
Ρύπανση της υδρόσφαιρας 2/7 Τα αίτια αυτής της αρνητικής εξέλιξης είναι πολλαπλά: Η αύξηση του πληθυσμού της γης και η βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης ενοχοποιούνται για τη ραγδαία αύξηση και συσσώρευση μεγάλων ποσοτήτων βιομηχανικών, γεωργικών και βιοτεχνικών αποβλήτων τις τελευταίες δεκαετίες. Οι άμεσες επιπτώσεις της αυξανόμενης ρύπανσης των επιφανειακών νερών άρχισαν πλέον να γίνονται εμφανείς τόσο στην εξασφάλιση του πόσιμου νερού, όσο και στη θάλασσα ως πηγή διατροφής μας. 20
Ρύπανση της υδρόσφαιρας 3/7 Η τροφοδοσία μεγάλων περιοχών με νερό στηρίζεται πλέον ολοένα και περισσότερο σε επιφανειακά αποθέματα, δεδομένου ότι ο υδροφόρος ορίζοντας μειώνεται και επιπλέον βαθαίνει συνεχώς και γίνεται απροσπέλαστος. Τα βιομηχανικά αναπτυγμένα κράτη της Ευρώπης καλύπτουν σήμερα τις ανάγκες τους σε νερό, σε ποσοστό 75% περίπου από ποταμούς, λίμνες ή τεχνητά φράγματα. Σε ποσοστό 20% τα νερά αυτά υφίστανται εμπλουτισμό ώστε να καταστούν πόσιμα. 21
Ρύπανση της υδρόσφαιρας 4/7 Η χημική σύσταση των νερών είναι αποτέλεσμα πολλών παραγόντων οι οποίοι επιδρούν ταυτόχρονα αλλά με διαφορετική ένταση ο καθένας : Τα εδάφη και τα πετρώματα (χημική σύσταση, διαλυτότητα). Το κλίμα (θερμοκρασία, ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα). Η μορφολογία. Η χλωρίδα και η πανίδα. 22
Ρύπανση της υδρόσφαιρας 5/7 Ο χρόνος. Οι συνεχώς αυξανόμενοι ανθρωπογενείς παράγοντες. Η περιεκτικότητα των ποτάμιων υδάτων σε διαλυμένα άλατα κυμαίνεται μεταξύ 10 mg/l - 2000mg/l. Η πιο συνήθης περιεκτικότητα είναι μεταξύ 100 και 200 mg/l. Αντίθετα οι λίμνες εμφανίζουν πιο ομοιόμορφη κατανομή με περιεκτικότητα διαλυμένων αλάτων των λιμνών γλυκού νερού περίπου 1000 mg/l. Μεγαλύτερες περιεκτικότητες αλάτων, έως 300.000 mg/l καταγράφονται σε λίμνες χωρίς απορροή, άνυδρων περιοχών ή περιοχών με υψηλό βαθμό εξάτμισης. 23
Ρύπανση της υδρόσφαιρας 6/7 Σε περιοχές με πολύ υψηλές βροχοπτώσεις, τα νερά των ποταμών εμφανίζουν ποσοστά των κύριων κατιόντων (K, Na, Ca και Mg) όμοια με αυτά των νερών της βροχής. Η αλατότητα του θαλάσσιου νερού κυμαίνεται μεταξύ 32-37.5. Η τιμή της αλατότητας του νερού υπολογίζεται έμμεσα από την αγωγιμότητα η οποία μετριέται με σύγχρονα αγωγιμόμετρα. 24
Ρύπανση της υδρόσφαιρας 7/7 Οι παραπάνω φυσικές εξελίξεις των υδάτων επικαλύπτονται ολοένα και εντονότερα από ανθρωπογενείς επιδράσεις, ιδιαίτερα μέσω χλωριδίων και θειικών αλάτων, σε βαθμό ώστε να μην αναγνωρίζεται πλέον η αρχική χημική σύσταση των φυσικών νερών. 25
Προέλευση των βαριών μετάλλων στα νερά Βαριά μέταλλα γεωλογικής προέλευσης. Βαριά μέταλλα από μεταλλουργική ανάκτηση ή ανακύκλωση μετάλλων, καθώς επίσης και από εξευγενισμό και εμπλουτισμό αυτών. Βαριά μέταλλα από βιομηχανική, γεωργική, βιοτεχνική και ατομική χρήση. Βαριά μέταλλα από υγρά απόβλητα και απόνερα ΧΥΤΑ. Βαριά μέταλλα από περιττώματα. 26
Όρια επικινδυνότητας στα φυσικά ύδατα 1/2 Τιμές αγωγιμότητας σε τρία σημεία της λίμνης για το διάστημα Ιούνιος 2004 Μάιος 2005. 27
Όρια επικινδυνότητας στα φυσικά ύδατα 2/2 Conductivity μs/cm - Polyfyto Lake 1200 1000 800 600 400 Rymnio bottom Rymnio surface Servia bottom Servia surface Dam bottom 200 Dam surface 0 Allowable limit Jun/04 Jul/04 Aug/04 Sep/04 Oct/04 Nov/04 Dec/04 Jan/05 Feb/05 Mar/05 Apr/05 May/05 Εικόνα 8: Όρια επικινδυνότητας στα φυσικά ύδατα (Vatalis, K. I., Charalampides, G., Manoliadis, O., Akratos, C., Asbesta A.: Water Quality Assessment of the Polyfyto Lake in Western Macedonia, Greece, 2008, J. of Envir. Prot. and Ecol. 9, No 3, 540-549. 28
Μετρήσεις ph PH Polyfyto Lake 10 Rymnio bottom 9 Rymnio surface 8 Servia bottom 7 6 5 Jun/04 Jul/04 Aug/04 Sep/04 Oct/04 Nov/04 Dec/04 Jan/05 Feb/05 Mar/05 Apr/05 May/05 Servia surface Dam bottom Dam surface Εικόνα 9: Μετρήσεις ph (Vatalis, K. I., Charalampides, G., Manoliadis, O., Akratos, C., Asbesta A.: Water Quality Assessment of the Polyfyto Lake in Western Macedonia, Greece, 2008, J. of Envir. Prot. and Ecol. 9, No 3, 540-549. 29
Όρια επικινδυνότητας στα φυσικά ύδατα 1/4 BOD (mg/l) Polyfyto Lake 30 25 20 15 10 5 0 Jun/04 Jul/04 Aug/04 Sep/04 Oct/04 Nov/04 Dec/04 Jan/05 Feb/05 Mar/05 Apr/05 May/05 Rymnio bottom Rymnio surface Servia bottom Servia surface Dam bottom Dam surface Allowable limit Εικόνα 10: Όρια επικινδυνότητας στα φυσικά ύδατα (Vatalis, K. I., Charalampides, G., Manoliadis, O., Akratos, C., Asbesta A.: Water Quality Assessment of the Polyfyto Lake in Western Macedonia, Greece, 2008, J. of Envir. Prot. and Ecol. 9, No 3, 540-549. 30
Όρια επικινδυνότητας στα φυσικά ύδατα 2/4 COD (mg/l) Polyfyto Lake 120 100 80 60 40 20 0 Jun/04 Jul/04 Aug/04 Sep/04 Oct/04 Nov/04 Dec/04 Jan/05 Feb/05 Mar/05 Apr/05 May/05 Rymnio bottom Rymnio surface Servia bottom Servia surface Dam bottom Dam surface Allowable limit Εικόνα 11: Όρια επικινδυνότητας στα φυσικά ύδατα (Vatalis, K. I., Charalampides, G., Manoliadis, O., Akratos, C., Asbesta A.: Water Quality Assessment of the Polyfyto Lake in Western Macedonia, Greece, 2008, J. of Envir. Prot. and Ecol. 9, No 3, 540-549. 31
Όρια επικινδυνότητας στα φυσικά ύδατα 3/4 NH3 (mg/l) - Polyfyto Lake 0.6 0.5 0.4 0.3 Rymnio bottom Rymnio surface Servia bottom Servia surface 0.2 Dam bottom 0.1 Dam surface 0 Allowable limit Jun/04 Jul/04 Aug/04 Sep/04 Oct/04 Nov/04 Dec/04 Jan/05 Feb/05 Mar/05 Apr/05 May/05 Εικόνα 12: Όρια επικινδυνότητας στα φυσικά ύδατα (Vatalis, K. I., Charalampides, G., Manoliadis, O., Akratos, C., Asbesta A.: Water Quality Assessment of the Polyfyto Lake in Western Macedonia, Greece, 2008, J. of Envir. Prot. and Ecol. 9, No 3, 540-549. 32
Όρια επικινδυνότητας στα φυσικά ύδατα 4/4 TP (mg/l) - Polyfyto lake 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Rymnio bottom Rymnio surface Servia bottom Servia surface Dam bottom Dam surface Allowable limit Jun/04 Jul/04 Aug/04 Sep/04 Oct/04 Nov/04 Dec/04 Jan/05 Feb/05 Mar/05 Apr/05 May/05 Εικόνα 13: Όρια επικινδυνότητας στα φυσικά ύδατα (Vatalis, K. I., Charalampides, G., Manoliadis, O., Akratos, C., Asbesta A.: Water Quality Assessment of the Polyfyto Lake in Western Macedonia, Greece, 2008, J. of Envir. Prot. and Ecol. 9, No 3, 540-549. 33
Τέλος Ενότητας