Μελέτη της επίδρασης των χειμαρρικών συστημάτων στο παράκτιο θαλάσσιο περιβάλλον: η περίπτωση του Βοιωτικού Ασωπού

Abstract

One of the major pathways through which material is transported to the oceans is riverine input. Estuaries, the interface between rivers and the oceans, are characterized by strong hydrodynamic and physico-chemical gradients, wherein the fluxes of the transported material can be substantially modified. Thus, understanding the geochemical dynamics of estuaries is an important part of constructing elemental mass balances for the marine environment. Apart from few, large perennial rivers, there are hundreds of small and medium size intermittent or ephemeral riverine systems that enter the Mediterranean Sea. Little is known about the extent to which such systems contribute to coastal pollution. The purpose of this study was to investigate the sources and distribution patterns of heavy metals and magnetic components in the intermittent system of Asopos River and to recognize major physical and geochemical processes that control their fluxes to the coastal marine environment. The overall aim of the study was to assess whether estuaries under extreme fluctuations of hydrological regime, act as a source, or sink, for the adjacent marine environment. Asopos River drains an area of 750 Km2 underlain mostly by limestone, marls and Quaternary alluvial deposits. The permeable substrate (limestone with a high degree of fracturing and karstification and coarse alluvial deposits) favours infiltration and percolation of the greatest part of precipitation volumes, which results to minimum surface runoff. It has been estimated that surface runoff accounts for only 6% of precipitation, while the mean annual river discharge is approximately 20·103 m3. Water and sediment quality is a function of lithological features and anthropogenic influences. The weathering of ophiolites, found in Asopos drainage basin, results to enhanced suspended and deposited sediment contents of Ni and Cr. On the other hand, elevated water concentrations and sediment content of Pb, Cd and Cu are related to effluents originating from approximately 220 industrial plants operating in river’s catchment area. The magnetic assemblage consisted mainly of ferrimagnetic and canted antiferromagnetic minerals of lithogenic origin. Alkalinity, conductivity and high dissolved organic carbon concentrations in steam waters were found to exert a significant control on inputs and partitioning of metals between the dissolved and particulate phase, before entering the estuarine zone. Further downstream, during high flow conditions dissolved metal concentration and salinity relationships revealed significant positive and negative deviations from the theoretical dilution line, whereas during low flow conditions effective zero salinity end -member concentrations were higher than those in the river. The results of the study revealed that estuarine processes contribute a significant amount of dissolved metals to offshore waters, and that the additional inputs are augmented during the low-flow period. Due to reductive dissolution of Fe/Mn oxides, that takes place at a small depth under the bottom surface and is evident from both total and extractable metal and magnetic parameters core profiles, iii iv sediments act as a potential, long -term source of metals for the overlying water column. Moreover, diagenesis resulted to the fining of magnetic oxides particles that are effective binding phases for most of the trace metals studied. The accumulation of aluminosilicates and canted antiferromagnetic minerals at long distances from the river mouth, are regarded as the major transport pathways of fluvial origin trace metals to the coastal marine environment. Even though the high sediment yield of small riverine systems is well defined in the literature, the results of the study indicate that the estuarine geochemical processes account for an additional enhancement of the water column during the low-flow period.

Τα ποτάμια συστήματα αναγνωρίζονται ως μία από τις σημαντικότερες οδούς μεταφοράς ύλης, χερσογενούς και ανθρωπογενούς προέλευσης, στους ωκεανούς. Οι εκβολές αποτελούν τη διεπιφάνεια των δύο συστημάτων. Χημικές, βιολογικές, γεωλογικές και φυσικές διεργασίες συνδυάζονται, για να αποδώσουν τελικά στα εκβολικά συστήματα τον χαρακτήρα των δυναμικών, φυσικών αντιδραστήρων, μέσα στους οποίους οι εισροές και οι ιδιότητες της διαλυτής και σωματιδιακής ύλης μεταβάλλονται σημαντικά. Η εκτίμηση των εισροών στην παράκτια ζώνη και γενικότερα τους ωκεανούς, προϋποθέτει, ως εκ τούτου, την κατανόηση των βιογεωχημικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στις εκβολές. Σε όλη τη Μεσόγειο, εκτός από τα μεγάλα ποτάμια συνεχούς ροής, εκβάλλει ένας πολύ σημαντικός αριθμός μικρότερων συστημάτων, με διακοπτόμενη ή εφήμερη ροή. Ελάχιστα είναι γνωστά για τη συνεισφορά αυτών των συστημάτων στη ρύπανση του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Ως τυπικό σύστημα αναφοράς και αντικείμενο της Διδακτορικής Διατριβής είναι η μελέτη της προέλευσης και της συμπεριφοράς των μετάλλων στο ποταμοχειμάρριο σύστημα του Βοιωτικού Ασωπού και η αναγνώριση των φυσικών και γεωχημικών μηχανισμών με χρήση ποικίλων στοιχείων – μεταξύ των οποίων ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις μαγνητικές παραμέτρους- προκειμένου να καθοριστούν οι εισροές των στοιχείων στο θαλάσσιο περιβάλλον. Στόχος της εργασίας είναι η διερεύνηση της επίδρασης του εφήμερου υδρολογικού καθεστώτος στη διαμόρφωση των εκβολών ως περιοχής συσσώρευσης και «παγίδευσης» της ρύπανσης, ή, ως δευτερογενούς πηγής ρύπανσης για το παράκτιο θαλάσσιο περιβάλλον. Η λεκάνη απορροής του Ασωπού έχει έκταση 750 km2 και καλύπτεται κυρίως από ασβεστόλιθους, μάργες και Τεταρτογενείς αποθέσεις. Οι περατοί λιθολογικοί σχηματισμοί (κυρίως οι ασβεστόλιθοι με υψηλό βαθμό διαρρήξεων και καρστικοποίησης) ευνοούν τη διήθηση του μεγαλύτερου μέρους των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων. Εκτιμήθηκε ότι μόνο το 6% των βροχοπτώσεων απορρέει επιφανειακά, ενώ η μέση ετήσια απορροή του Ασωπού ανέρχεται σε 20·103 m3. Η ποιότητα των υδάτων διαμορφώνεται τόσο από το γεωλογικό υπόβαθρο της λεκάνης απορροής, όσο και από τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες που συγκεντρώνονται στη λεκάνη απορροής του. Τα νερά του Ασωπού μεταφέρουν τα προϊόντα αποσάθρωσης των πετρωμάτων της λεκάνης απορροής (π.χ. οφιόλιθοι, πλούσιοι σε νικέλιο και χρώμιο) και ρύπους (Pb, Cu, Cd) που προέρχονται από την άμεση ή την έμμεση διάθεση των αποβλήτων από 220 περίπου βιοτεχνικές και βιομηχανικές μονάδες, ή την μεταφορά ρυπάνσεων παντός είδους (μεταφορές, γεωργία κτλ) μέσω της απόπλυσης των εδαφών. Τα μαγνητικά σωματίδια συνίστανται σε σιδηριμαγνητικά και ατελώς αντισιδηριμαγνητικά ορυκτά λιθογενούς κυρίως προέλευσης. Το αλκαλικό pH, η υψηλή αγωγιμότητα και οι μεγάλες συγκεντρώσεις του διαλυτού οργανικού άνθρακα στα νερά του Ασωπού, επηρεάζουν τις συγκεντρώσεις και την κατανομή των μετάλλων μεταξύ διαλυτής και σωματιδιακής φάσης, με τις οποίες εισέρχονται στις εκβολές. i Στο εκβολικό σύστημα, κατά τις περιόδους υψηλής απορροής, στις σχέσεις της συγκέντρωσης των διαλυτών μετάλλων με την αλατότητα, αναγνωρίστηκαν σημαντικές αποκλίσεις από τη θεωρητική ευθεία ανάμιξης γλυκού και θαλασσινού νερού, ενώ κατά τη διάρκεια των ξηρών περιόδων οι θεωρητικές ενεργές συγκεντρώσεις ήταν μεγαλύτερες από τις συγκεντρώσεις που προσδιορίστηκαν στο ποτάμι. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της μελέτης, οι διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στις εκβολές έχουν ως αποτέλεσμα οι καθαρές εισροές των περισσότερων μετάλλων στο παράκτιο θαλάσσιο περιβάλλον να είναι μεγαλύτερες από τις εισροές των μετάλλων στο εκβολικό σύστημα. Η συνεισφορά των εκβολικών διεργασιών είναι μεγαλύτερη τις περιόδους περιορισμένης ροής. Εξαιτίας της διαλυτοποίησης των οξειδίων του σιδήρου και του μαγγανίου, η οποία συμβαίνει σε μικρό βάθος από την επιφάνεια του πυθμένα και υποστηρίζεται από τις κατακόρυφες κατανομές των ολικών και των εκτός πλέγματος Fe/Mn και των μαγνητικών παραμέτρων, τα ιζήματα χαρακτηρίζονται ως μια δυνητική δευτερογενής και μακροχρόνια πηγή μετάλλων στην υπερκείμενη υδάτινη στήλη. Επιπλέον βρέθηκε ότι οι διεργασίες διαγένεσης έχουν ως αποτέλεσμα την μείωση του μεγέθους των μαγνητικών σωματιδίων των οξειδίων του Fe/Mn, τα οποία αποτελούν σημαντικό υπόστρωμα για τη δέσμευση των περισσότερων μετάλλων. Η απόθεση των λεπτόκοκκων αργιλοπυριτικών ορυκτών και των ατελώς αντισιδηριμαγνητικών ορυκτών σε μεγάλες αποστάσεις από το στόμιο του ποταμού, αναγνωρίστηκαν ως οι κύριοι μηχανισμοί μεταφοράς των μετάλλων στο παράκτιο θαλάσσιο περιβάλλον.