ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ Ενότητα 6: Βιογεωχημεία και Ανθρωπογενείς Επιδράσεις 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
Σκοπός ενότητας 6 Ο φοιτητής μετά το πέρας της 6 ης ενότητας θα πρέπει να γνωρίζει: Τι είναι Βιογεωχημεία και Γεωβοτανική, ποιες είναι και πως αντιμετωπίζονται οι ανθρωπογενείς επιδράσεις στο περιβάλλον, όπως επίσης και ποιος ο ρόλος των χημικών στοιχείων στη βιόσφαιρα 4
Περιεχόμενα ενότητας 6 Βιογεωχημεία και Γεωβοτανική. Γεωχημεία Αερίων. Ο ρόλος των χημικών στοιχείων στη βιόσφαιρα. Ανθρωπογενείς επιδράσεις στο περιβάλλον. Μόλυνση ατμόσφαιρας, υδρόσφαιρας, εδαφών και ιζημάτων. 5
Βιογεωχημεία και Γεωβοτανική 1/4 Τα φυτά με τη βοήθεια των ριζών τους, εκτός από τα υπόλοιπα θρεπτικά συστατικά, απορροφούν από το έδαφος και διάφορα μέταλλα. Είναι προφανές ότι η αυξημένη παρουσία μεταλλικών στοιχείων στα εδάφη μιας περιοχής, π.χ. εξαιτίας ενός καλυμμένου κοιτάσματος, θα οδηγήσει σε μια αυξημένη περιεκτικότητα μετάλλων στη βλάστηση της περιοχής αυτής. Η συγκέντρωση κάποιων πολύ ευδιάλυτων μετάλλων, όπως ο Cu, το Ni, το Cr, ο Pb και το Mo είναι εντονότερη από ότι κάποιων δυσδιάλυτων στοιχείων, π.χ. το Al και το Ti. 6
Βιογεωχημεία και Γεωβοτανική 2/4 Η γεωχημεία βλάστησης με τους δύο κλάδους της, τη βιογεωχημεία και τη γεωβοτανική μελετούν αυτό το φαινόμενο, προσπαθώντας να συνδυάσουν την ύπαρξη συγκεκριμένων φυτών με κάποια κοιτάσματα στο υπέδαφος. Η γεωβοτανική βασίζεται στην οπτική μελέτη της βλάστησης. Η παρουσία συγκεκριμένων μετάλλων επηρεάζει π.χ. το χρώμα των φύλλων την άνοιξη (το Mn προκαλεί γκρίζα κηλίδωση στη βρώμη). Μερικά φυτά δε φυτρώνουν καν, ενώ κάποια άλλα ευδοκιμούν και εμφανίζουν ζωηρά χρώματα. Σε αντιστοιχία με τα στοιχεία δείκτες, υπάρχουν και τα φυτά δείκτες. 7
Βιογεωχημεία και Γεωβοτανική 3/4 Η παρουσία τους αποτελεί σαφή ένδειξη ύπαρξης ενός ή περισσοτέρων μετάλλων στο έδαφος και υπέδαφος. Χαρακτηριστικό φυτό δείκτης για κοιτάσματα Zn αποτελεί το φυτό καλαμίνα (Viola Calaminaria). Η βιογεωχημεία βασίζεται στην ανάλυση δειγμάτων, κυρίως φύλλων και στάχτης φύλλων, και λιγότερο κορμών και κοτσανιών βαθύρριζων φυτών και δένδρων. Κάποια φυτά διαθέτουν εξαιρετική ικανότητα συγκέντρωσης συγκεκριμένων στοιχείων στον ιστό τους (π.χ. το καλαμπόκι δείχνει ιδιαίτερη προτίμηση στο χρυσό). 8
Βιογεωχημεία και Γεωβοτανική 4/4 Η χημικές ανωμαλίες που μπορεί να προκληθούν στα φυτά επιτυγχάνουν υψηλούς συντελεστές εμπλουτισμού, π.χ. για τον ψευδάργυρο 50Χ, το νικέλιο 30Χ, το σίδηρο 6Χ, το μόλυβδο 5Χ. Κοιτάσματα που βρίσκονται σε βάθος 50 και πλέον μέτρων μπορεί να προκαλέσουν αύξηση της περιεκτικότητας μετάλλων στον ιστό των φυτών στην επιφάνεια. Η γεωχημεία βλάστησης αποτελεί εναλλακτική μέθοδο αναζήτησης κοιτασμάτων σε περιοχές με παχιά ελουβιακά αιολικά ή παγετώδη στρώματα, ή θαλάσσια ιζήματα. Η μέθοδος αποδείχθηκε επίσης επιτυχής σε κλιματικές ζώνες με μόνιμα παγωμένο έδαφος ή σε ερημικές και αμμώδεις περιοχές. 9
Γεωχημεία αερίων 1/5 Η προέλευση των αερίων που χρησιμοποιούνται στην γεωχημική ανάλυση οφείλεται κυρίως στις παρακάτω διεργασίες: Ατμοί Hg. Διάσπαση ραδιενεργών στοιχείων (προκύπτει 222 Rn και He). Παραγωγή Ο και CO 2 στη ζώνη οξείδωσης κοιτασμάτων. Παραγωγή SO 2, H 2 S και COS από τη διάσπαση σουλφιδίων. 10
Γεωχημεία αερίων 2/5 Αέριοι υδρογονάνθρακες ως συνοδοί κοιτασμάτων πετρελαίου και φυσικού αερίου. Η διάσπαση των ραδιενεργών στοιχείων δημιουργεί αέρια. Η διάσπαση 238 U παράγει 222 Rn (Ραδόνιο), He και μικρές ποσότητες 85 Kr και 133 Xe. Το Th δίδει 220 Rn και He. Τα αέρια αυτά συγκεντρώνονται στους πόρους του εδάφους πάνω από τις συγκεντρώσεις U και Th και δημιουργούν γεωχημικές ανωμαλίες με τιμές τουλάχιστον τριπλάσιες του υποβάθρου (background). 11
Γεωχημεία αερίων 3/5 Τα αέρια διεισδύουν μέσα στα υπερκείμενα ιζήματα σε ύψος έως 10m. Το ιδανικό πάχος των ιζημάτων για να είναι επιτυχής η μέθοδος είναι 1.5m έως 2m. Η μέθοδος δε χρησιμοποιείται μόνο στην αναζήτηση κοιτασμάτων, αλλά και στη γεωλογική χαρτογράφηση, π.χ. για τον προσδιορισμό ρηγμάτων ή τον εντοπισμό των ορίων μεταξύ γεωλογικών σχηματισμών. 12
Γεωχημεία αερίων 4/5 Γεωχημικές ανωμαλίες SO 2 στα αέρια πάνω από θειούχα κοιτάσματα διαφόρων γενετικών τύπων, αποτελούν δείκτη αυτών των κοιτασμάτων. Κοιτάσματα U στην περιοχή Wyoming των ανατολικών Η.Π.Α. εμφανίζουν ανώμαλες συγκεντρώσεις SO 2 στα εδάφη και τα αέριά τους. 13
Γεωχημεία αερίων 5/5 Η χρήση της γεωχημείας αερίων στην αναζήτηση και τον εντοπισμό κοιτασμάτων πετρελαίου, φυσικού αερίου και γαιανθράκων βασίζεται στην υπόθεση ότι μικρές ποσότητες αερίων (SO 2, H 2 S, CH 4 ) διεισδύουν μακροχρόνια στα υπερκείμενα στεγανά στρώματα. Τα δείγματα αερίου συλλέγονται από εδάφη βάθους περίπου 2 μέτρων με δοκιμαστικές εκσκαφές ή γεωτρήσεις και κατόπιν μεταφέρονται και αναλύονται στο εργαστήριο. 14
Γεωχημική ανωμαλία αερίων του θείου 1/2 Γεωχημική ανωμαλία αερίων του θείου πάνω από θειούχο μεταλλοφόρο σώμα (van den Boom & Steinmeier 1978). 15
Γεωχημική ανωμαλία αερίων του θείου 2/2 Εικόνα 1: Γεωχημική ανωμαλία αερίων του θείου (van den Boom & Steinmeier 1978, στο Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρ/μένη, Περιβ/κή και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: 978-960-93-3759-5, Σελ. 152). 16
Αέρια ως σημαντικοί δείκτες κοιτασμάτων Εικόνα 2: Αέρια ως σημαντικοί δείκτες κοιτασμάτων (van den Boom & Steinmeier 1978, στο Σ.Γ. Σαββίδης, Εφαρ/μένη, Περιβ/κή και Αναλυτική Γεωχημεία, 2012, ISBN: 978-960-93-3759-5, Σελ. 152). 17
Εφαρμογές της Γεωχημείας στο περιβάλλον 1/3 Αυτός ο νέος κλάδος της γεωχημείας ασχολείται με τη σχέση γεωχημεία-περιβάλλον συμπεριλαμβανομένων και των ανθρωπίνων παρεμβάσεων. Το περιβάλλον μας αποτυπώνεται με τη γεωχημεία των πετρωμάτων και κατά επέκταση των εδαφών, δηλαδή από την πρωτογενή και δευτερογενή κατανομή των στοιχείων στη γη. 18
Εφαρμογές της Γεωχημείας στο περιβάλλον 2/3 Εικόνα 3: Εφαρμογές της Γεωχημείας στο περιβάλλον (Διδάσκων 2015). 19
Εφαρμογές της Γεωχημείας στο περιβάλλον 3/3 Εικόνα 4: Εφαρμογές της Γεωχημείας στο περιβάλλον (Διδάσκων 2015). 20
Ανθρωπογενείς επιδράσεις στο περιβάλλον 1/4 Εικόνα 5: Ανθρωπογενείς επιδράσεις στο περιβάλλον (Διδάσκων 2015). 21
Ανθρωπογενείς επιδράσεις στο περιβάλλον 2/4 Οι ανθρωπογενείς επιδράσεις αλλάζουν το περιβάλλον μας σε μεγάλο βαθμό. Οι επιδράσεις αυτές μπορεί να είναι τοπικές ή παγκόσμιες, όμως δεν είναι συνεχείς ούτε δρουν σταθερά προς μία κατεύθυνση, αλλά μεταβάλλονται ή καταργούνται τελείως. Το τελευταίο συμβαίνει συνήθως σε περιοχές παλαιών μεταλλευτικών δραστηριοτήτων και εγκαταστάσεων χύτευσης. Έτσι σε περίπτωση νέων μεταλλευτικών αναζητήσεων σε αυτές τις περιοχές πρέπει οπωσδήποτε να λαμβάνονται υπόψη πιθανές πλαστές γεωχημικές ανωμαλίες (Gundlach & Steinkamp, 1973). 22
Ανθρωπογενείς επιδράσεις στο περιβάλλον 3/4 Ακόμη εντονότερη εμφανίζεται η επιμόλυνση εξαιτίας της βιομηχανικής παραγωγής και της συγκέντρωσης πληθυσμού στις πόλεις. Τα υγρά απόβλητα μπορεί να αλλάξουν τελείως το χημικό χαρακτήρα των νερών των ποταμών, λιμνών κτλ. Κατακρημνίσματα και καυσαέρια βιομηχανίας, πόλεων και αυτοκινήτων επηρεάζουν ολόκληρες περιοχές. Επιβλαβείς για το περιβάλλον είναι οι εξής ενώσεις: Οργανικές ενώσεις (αέριοι και υγροί υδρογονάνθρακες, έλαια), καθαριστικά, διαλυτικά, περιττώματα κτλ. 23
Ανθρωπογενείς επιδράσεις στο περιβάλλον 4/4 Επιβλαβείς για το περιβάλλον είναι οι εξής ενώσεις (συνέχεια): Μέταλλα σε μορφή σκόνης ή σε διαλύματα ή σε αέρια μορφή, ιδιαίτερα τα βαριά μέταλλα Pb, Cu, Cd, Zn, Ba, Ni κ.α., ως απλά ιόντα ή συμπλέγματα ιόντων, σε μορφή οργανομεταλλικών ενώσεων (Τετραιθυλικός μόλυβδος στη βενζίνη super) κ.α. Φωσφορικά άλατα από απορρυπαντικά ή λιπάσματα. Απαέρια που περιέχουν SO2, Αs, Se, CO, Cl κτλ. Δηλητήρια, όπως φυτοφάρμακα, ζιζανιοκτόνα, κυανιούχα οξέα, χλώριο, φωσγένιο (COCl2) και άλλα βιομηχανικά και αγροτικά κατάλοιπα. 24
Τέλος Ενότητας