Μελέτη της βιοσυσσώρευσης βαρέων μετάλλων και ραδιονουκλιδίων σε φυτικούς οργανισμούς στη Δυτική Μακεδονία

Abstract

It is a well-known fact that lignite contains a great number of trace elements and natural radionuclides. During lignite combustion in the lignite fired power plants these tracepollutants are discharged into the atmosphere through fly ash, and subsequently disperse in the environment. In the West Macedonia Lignite Centre there are four lignite power plants of the Public Power Corporation (PPC), which generate 70% of the electric energy of the country and emit about 21,400 tons of fly ash per year. In order to investigate a potential pollution of the soil as well as the plants in the vicinity of the PPC power plants caused by the radionuclides and the fly ash trace elements, we chose 27 soil sample stations and 11 plant stations. Cultivated and undisturbed soil samples were selected from these stations as well as leaf samples from 4 species of trees, and moss and lichen samples. We subsequently measured the specific activity of the main natural radioisotopes and the radiocesium in all samples by means of a Silena HP-Ge γ-spectroscopy detector (1.9 keV in 1.33 MeV for 60Co, output 10.6%). We also measured the concentrations of 16 trace elements and 7 heavy metals in the soil and plant samples by means of the following spectrometers: a) Perkin Elmer Plasma 1000 ICP-AES, b) Varian Spectra AA-220 FS GFAAS and c) Perkin Elmer AAS Analyst 800. We eventually determined the transfer factors of these elements, which are defined as the ratio of the concentrations in the plants to the respective concentrations on the soil. The statistical acquisition and evaluation of the measurements led to the following final conclusions: The specific activity of the soil natural radionuclides 40K, 226Ra and 228Ra, which can be found in fly ash, displays high variability and is in perfect accordance with the natural radioactivity of Greek soils. Their distribution on the soil is independent of the PPC power plants as well as the dominant directions of the winds whereas there are no correlations whatsoever between them. The above mentioned conclusions advocate a natural origin of the natural radionuclides of the soil. Consequently the topsoil has not yet been polluted by fly ash radionuclides to a depth of 20 cm. With regard to radiocesium 137Cs, which comes from nuclear tests and the Chernobyl accident, we found that it can still be traced in the upper 20 cm of the soil, i.e. the layer where most plant roots develop. Its concentrations are slightly higher in the upper part of the undisturbed soil (0-10 cm) than in the lower part (10-20 cm), which confirms that 137Cs has remained in the same position since 1987 due to the extremely low diffusion speed in the deeper parts of the soil.

Ο λιγνίτης περιέχει, ως γνωστό, έναν μεγάλο αριθμό ιχνοστοιχείων και φυσικών ραδιονουκλιδίων. Κατά την καύση του στις εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας οι ιχνορρυπαντές αυτοί απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα μέσω της ιπτάμενης τέφρας και διαχέονται στο περιβάλλον. Στο Λιγνιτικό Κέντρο Δυτικής Μακεδονίας είναι εγκατεστημένοι τέσσερις ατμοηλεκτρικοί, λιγνιτικοί σταθμοί της ΔΕΗ, οι οποίοι παράγουν το 70% της ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας και εκπέμπουν ετησίως περίπου 21,400 τόνους ιπτάμενης τέφρας. Για να ερευνηθεί η πιθανή επιβάρυνση του εδάφους και των φυτικών οργανισμών στη γειτονία των σταθμών της ΔΕΗ από τα ραδιονουκλίδια και τα ιχνοστοιχεία της τέφρας επιλέχτηκαν 27 σταθμοί δειγματοληψίας εδάφους και 11 σταθμοί φυτικών οργανισμών. Από τους σταθμούς αυτούς συλλέχτηκαν δείγματα καλλιεργημένου και αδιατάρακτου εδάφους, δείγματα φύλλων από 4 είδη δένδρων καθώς και δείγματα βρύων και λειχήνων. Κατόπιν μετρήθηκαν οι ειδικές ενεργότητες των κυριότερων φυσικών ραδιονουκλιδίων καθώς και του ραδιοκαισίου σ όλα τα δείγματα με τη μέθοδο της γ-φασματοσκοπίας και με ανιχνευτή HP-Ge της Silena (1.9 keV στα 1.33 MeV για 60Co, απόδοση 10.6%). Ομοίως μετρήθηκαν οι συγκεντρώσεις 16 ιχνοστοιχείων και 7 βαρέων μετάλλων στα δείγματα εδάφους και φυτών με τη βοήθεια των εξής φασματομέτρων: α) Perkin Elmer Plasma 1000 ICP-AES, β) Varian Spectra AA –220 FS GF-AAS και γ) Perkin Elmer AAS Aanalyst 800. Προσδιορίστηκαν επίσης οι συντελεστές μεταφοράς των στοιχείων αυτών, που ορίζονται ως οι λόγοι των συγκεντρώσεων στα φυτά προς τις αντίστοιχες του εδάφους. Από τη στατιστική επεξεργασία και την αξιολόγηση των μετρήσεων προέκυψαν τα εξής τελικά συμπεράσματα: Η ειδική ενεργότητα των φυσικών ραδιονουκλιδίων του εδάφους 40Κ, 226Ra και 228Ra, τα οποία απαντώνται και στην ιπτάμενη τέφρα, εμφανίζει μεγάλη μεταβλητότητα και είναι απόλυτα σύμφωνη με τη φυσική ραδιενέργεια των Ελληνικών εδαφών. Η κατανομή τους στο έδαφος είναι ανεξάρτητη από τη θέση των ΑΗΣ της ΔΕΗ, όπως και από την κατεύθυνση των επικρατέστερων ανέμων, ενώ απουσιάζουν οποιεσδήποτε συσχετίσεις μεταξύ τους. Τα παραπάνω συνηγορούν υπέρ της φυσικής προέλευσης των φυσικών ραδιονουκλιδίων του εδάφους. Επομένως και επί του παρόντος το επιφανειακό έδαφος μέχρι το βάθος των 20cm μπορεί να θεωρηθεί ότι δεν έχει ρυπανθεί από τα ραδιονουκλίδια της ιπτάμενης τέφρας. Αναφορικά με το ραδιοκαίσιο 137Cs, το οποίο προέρχεται από τις ατομικές δοκιμές και το Chernobyl, ανιχνεύεται ακόμη στα πρώτα 20 cm του εδάφους, στο στρώμα δηλαδή που αναπτύσσονται οι ρίζες των περισσοτέρων φυτών. Οι συγκεντρώσεις του είναι ελαφρώς μεγαλύτερες στο επιφανειακό στρώμα του αδιατάρακτου εδάφους (0-10 cm) από ότι στο κατώτερο (10-20 cm), γεγονός που επιβεβαιώνει ότι το 137Cs παραμένει πρακτικά στην ίδια θέση από το 1987 έως σήμερα, λόγω της εξαιρετικά αργής ταχύτητας διάχυσης του στα βαθύτερα στρώματα του εδάφους.