Μελέτη ρύπανσης υπογείων υδάτων και εδαφών από αρσενικό και αντιμόνιο σε περιοχές εμφάνισης θειούχου μεταλλοφορίας του ΒΔ τμήματος της νήσου Χίου

Abstract

This Thesis presents the results of research on environmental pollution by arsenic and antimony in the soil and groundwater of NW Chios Island, Greece. Arsenic (As) and antimony (Sb) are two metalloids which occur in the surface environment (soil, water, air and biota) in trace quantities and are characterized by similar chemical properties. Their presence in the natural environment is closely linked to sulfide ore occurrences and hydrothermal systems. Both elements can form toxic chemical species for human, their main intake pathway being drinking water. Toxicity, reactivity and bioavailability of the elements depend on their chemical forms. Arsenic can occur in the environment in several oxidation states (-3, 0, +3 and +5) but in natural waters is mostly found in inorganic form as oxyanions of trivalent arsenite or pentavalent arsenate. The most common oxidation states of Sb are -3, +3, +5. The trivalent oxidation state of both elements is more toxic than the pentavalent one. Chios is the fifth biggest island of Greece and is located in eastern Aegean Sea. The study area in NW Chios lies between latitudes 38ο28΄ and 38ο35΄ and longitudes 25ο50΄ and 25ο59΄. The topographic pattern of NW Chios is uneven with steep slopes and cliffs. The area’s vegetation consists of bushes, olive and walnut trees, as well as pine tree forest. The geological structure of NW Chios is characterized by a Paleozoic autochthonous system consisting of greywacke with conglomerate intercalations, shale and chert, limestone lenses and volcanic rocks. Two types of sulfide mineralization occur within this system: (a) a stibnite (Sb2S3) mineralization, extending on a north-south direction from Agiasmata to Volissos where the main deposits of antimony are located at the village of Keramos, east and west of the Albanos river (b) a mixed sulfide mineralization (PBG) extending in a parallel direction to Sb mineralization on the eastern edge of the study area. Both types of mineralization are of hydrothermal origin. Aquifers of limited dimensions occur due to alternation of permeable and impermeable clastic deposits as well as due to localized occurrences of limestone lenses and layers. A hot spring occurs in the village of Agiasmata on the northern coast.The objectives of the research were: (a) The qualitative and quantitative assessment of As and Sb concentrations in soil and groundwater of the study area. (b) The identification of the main mineralogical phases that act as sources for As and Sb enrichment in soil and groundwater. (c) The application of geochemical modeling by using the PHREEEQC software in order to define the reactions which control the changes in groundwater chemistry between the wet and the dry seasons and calculate the saturation index of the minerals which take part in these reactions. (d) The assessment of quality of soil and groundwater in respect to main and trace element concentrations.[...]

Η παρούσα μελέτη αναφέρεται στη ρύπανση υπόγειων υδάτων και εδαφών από αρσενικό και αντιμόνιο σε περιοχές εμφάνισης θειούχου μεταλλοφορίας του ΒΔ τμήματος της νήσου Χίου. Το αρσενικό (As) και το αντιμόνιο (Sb) είναι δύο μεταλλοειδή τα οποία εμφανίζονται στο επιφανειακό περιβάλλον (έδαφος, νερό, αέρας και βιόκοσμος) σε ιχνο-ποσότητες και χαρακτηρίζονται από παρόμοιες χημικές ιδιότητες. Η παρουσία τους στο φυσικό περιβάλλον συνδέεται στενά με εμφανίσεις θειούχου μεταλλοφορίας και υδροθερμικών συστημάτων. Σε αυξημένες συγκεντρώσεις είναι τοξικά για τους οργανισμούς και η κύρια οδός έκθεσης είναι το πόσιμο νερό. Η τοξικότητα και η βιοδιαθεσιμότητα των δύο στοιχείων εξαρτάται από τις χημικές ενώσεις τους. Το αρσενικό μπορεί να εμφανίζεται στο περιβάλλον με ορισμένες οξειδωτικές καταστάσεις (-3, 0, +3 και 5) αλλά στα φυσικά νερά βρίσκεται κυρίως με τη μορφή ανόργανων ενώσεων ως οξυανιόντα τρισθενούς (arsenite) και πεντασθενούς (arsenate) αρσενικού. Οι πιο συνηθισμένες οξειδωτικές καταστάσεις του αντιμονίου είναι -3, +3, +5. Η τρισθενής οξειδωτική κατάσταση και των δύο στοιχείων είναι περισσότερο τοξική απ’ ότι η πεντασθενής.Η νήσος Χίος είναι το πέμπτο σε μέγεθος από τα ελληνικά νησιά υπάγεται στα νησιά του Ανατολικού Αιγαίου. Το βορειοδυτικό τμήμα του νησιού, το οποίο αποτελεί την περιοχή μελέτης, βρίσκεται μεταξύ γεωγραφικού πλάτους 38ο28΄ και 38ο35΄ και γεωγραφικού μήκους 25ο50΄ και 25ο59΄. Το τοπογραφικό ανάγλυφο είναι έντονο με απότομες κλίσεις και βαθιές χαράδρες. Η βλάστηση της περιοχής αποτελείται από θάμνους, ελιές, καρυδιές καθώς επίσης και από δάση πεύκων. Η γεωλογική δομή της ΒΔ Χίου χαρακτηρίζεται από το Παλαιοζωικό αυτόχθονο σύστημα το οποίο περιέχει γραουβάκες με παρεμβολές κροκαλοπαγών, αργιλικών και πυριτικών σχιστόλιθων, ασβεστολιθικών φακών και ηφαιστιτών. Δύο τύποι θειούχου μεταλλοφορίας εμφανίζονται εντός του συστήματος: α) Η αντιμονιούχος μεταλλοφορία (Sb2S3), η οποία αναπτύσσεται κατά μήκος μιας νοητής γραμμής που ξεκινάει βόρεια από την περιοχή των Αγιασμάτων και επεκτείνεται νότια στην περιοχή της Βολισσού όπου οι κύριες αποθέσεις του αντιμονίου εμφανίζονται στην περιοχή της Κεράμου, ανατολικά και δυτικά του Αλβανού ποταμού και β) η μεταλλοφορία μικτών θειούχων (PBG) η οποία βρίσκεται σε μία ζώνη παράλληλη με αυτή των εμφανίσεων του αντιμονίου και ανατολικά από αυτή. Οι δύο τύποι μεταλλοφορίας είναι υδροθερμικής προέλευσης. Υδρογεωλογικά το Παλαιοζωϊκό σχιστοψαμμιτικό σύστημα που αναπτύσσεται έχει περιορισμένη υδρολογική σημασία. Οι περισσότερες πηγές είναι επαφής και δημιουργούνται είτε εξαιτίας των εναλλαγών των κλαστικών αποθέσεων (υδροπερατών και μη), είτε λόγω της ύπαρξης φακών και παρενστρώσεων ανθρακικών πετρωμάτων μέσα στην κλαστική σειρά αλλά και στην παραμόρφωση των πετρωμάτων. Θερμή πηγή εμφανίζεται στο χωριό Αγιάσματα στις βόρειες ακτές.Οι στόχοι της έρευνας ήταν:α) Ο ποσοτικός και ποιοτικός προσδιορισμός του As και του Sb στο έδαφος και το υπόγειο νερό στην περιοχή μελέτης.β) Ο προσδιορισμός των κύριων ορυκτολογικών φάσεων που ενεργούν ως πηγές για τον εμπλουτισμό As και Sb στο έδαφος και το υπόγειο νερό.γ) Ο καθορισμός των χημικών αντιδράσεων, μέσω εφαρμογής γεωχημικού μοντέλου στο λογισμικό PHREEQC, οι οποίες ελέγχουν τις εποχιακές αλλαγές του περιεχομένου Sb στο νερό δ) Ο προσδιορισμός της ποιότητας του εδάφους και του υπόγειου νερού όσον αφορά τις συγκεντρώσεις των κύριων στοιχείων και ιχνοστοιχείων.[...]