Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Καραβόλτσος Σωτήριος, Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Χημείας, ΕΚΠΑ (Επιβλέπων)
Μπακέας Ευάγγελος, Καθηγητής, Τμήμα Χημείας, ΕΚΠΑ,
Εμμανουήλ Δασενάκης, Ομότιμος Καθηγητής, Τμήμα Χημείας, ΕΚΠΑ
Περίληψη:
Το επιφανειακό μικροφίλμ (Surface Microlayer, SML) αποτελεί τη διεπιφάνεια μεταξύ υδρόσφαιρας και ατμόσφαιρας, όντας ουσιαστικά ένα υδάτινο όριο πάχους 1-1000 μm. Η θέση που κατέχει το καθιστά ένα ιδιαίτερο και ευμετάβλητο σύστημα, το οποίο διαφέρει από την υποκείμενη υδάτινη στήλη τόσο σε αβιοτικό όσο και σε βιοτικό περιεχόμενο. Τα κυριότερα είδη που εδρεύουν στο SML ανήκουν στην ομάδα του νευστού και του φυτοπλαγκτού. Το SML περιλαμβάνει ένα μείγμα ανθρωπογενών και βιογενών ενώσεων με κοινή συνισταμένη την υδρόφοβη και τασιενεργή φύση τους. Πρωτεΐνες, λιπίδια, υδατάνθρακες, ρύποι (πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (ΠΑΥ), διαφανή εξωπολυμερή σωματίδια (TEPs) κ.α.) συνθέτουν ένα σύστημα μειωμένης επιφανειακής τάσης.
Φαινόμενα όπως οι δασικές πυρκαγιές, τα οποία εντείνονται λόγω κλιματικής αλλαγής και συνεπώς μεταβολής των τρόπων χρήσεων της γης από τον άνθρωπο, μπορεί να ευθύνονται για τη διατάραξη τέτοιων ισορροπιών σε υδάτινα συστήματα όπως για παράδειγμα το σύστημα μιας λίμνης. Οι εισροές τέφρας στην υδάτινη στήλη του λιμναίου συστήματος προκαλούν βραχυπρόθεσμες ή μακροπρόθεσμες μεταβολές σε φυσικοχημικές παραμέτρους (αύξηση pH, μείωση διαλυμένου οξυγόνου κ.α.) και την ποιότητα του νερού (αύξηση συγκεντρώσεων θρεπτικών αλάτων, μετάλλων, ΠΑΥ), οι οποίες επηρεάζουν άμεσα τη διαβίωση και τον κύκλο ζωής των υδρόβιων οργανισμών.
Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η κατανόηση ενός υπομελετημένου συστήματος, του επιφανειακού μικροφίλμ, σε λιμναίο περιβάλλον και η μελέτη των επιδράσεων στην υδάτινη στήλη της τέφρας που καταλήγει σε αυτό προερχόμενη από δασική πυρκαγιά στη γειτνιάζουσα περιοχή. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού τέθηκαν ως στόχοι της μελέτης η παρακολούθηση διαφόρων παραμέτρων σε φυσικά δείγματα επιφανειακού μικροφίλμ (SML) και υποκείμενης υδάτινης στήλης (ULW) από τη λίμνη Μαραθώνα και η ταυτόχρονη υλοποίηση στο εργαστήριο μιας σειράς πειραμάτων προσομοίωσης της επίδρασης της τέφρας στην υδάτινη στήλη κατόπιν παραγωγής τέφρας σε δύο θερμοκρασίες (350 οC και 550 οC) και παραμονής της σε δείγματα νερού λίμνης για 4, 24 και 72 ώρες, αντίστοιχα.
Τα αποτελέσματα έδειξαν εμπλουτισμό του επιφανειακού μικροφίλμ σε σχέση με την υποκείμενη υδάτινη στήλη σε μέταλλα όπως το Al (EF=3,5), το Mn (EF=2,9), το Cd (EF=2,0) και o Cu (EF=1,9). Γενικότερα, στα περισσότερα μέταλλα ο εμπλουτισμός είναι μεγαλύτερος κατά τη θερινή περίοδο, με εξαίρεση το νικέλιο. Οι συγκεντρώσεις των μετάλλων κυμαίνονται σε σχετικά χαμηλά επίπεδα συγκριτικά με αποτελέσματα αντίστοιχων ερευνών σε λίμνες ανά τον κόσμο. Ως προς την σύμπλεξη ιόντων χαλκού παρατηρείται διαφορετική τάση στα δύο στρώματα, με το επιφανειακό μικροφίλμ να ευνοεί την παρουσία ιοντικών μορφών χαλκού (4,9-22,2 nM) και το υποεπιφανειακό στρώμα να περιέχει συμπλεγμένες μορφές του μετάλλου. Το εύρος της συμπλεκτικής ικανότητας ιόντων χαλκού κυμαίνεται από 19 έως 98 nM. Ο προσδιορισμός των ΠΑΥ έδειξε την επικράτηση ενώσεων μικρού μοριακού βάρους (3-4 δακτύλιοι), με το φαινανθρένιο να υπερτερεί τόσο στη σωματιδιακή όσο και στη διαλυτή φάση των δειγμάτων. Η μέση τιμή της συνολικής συγκέντρωσης ΠΑΥ (ΣΠΑΥ) στη διαλυτή φάση ήταν 6,6 ng/L και στη σωματιδιακή 48,7 ng/L. Στον δεύτερο και τον τρίτο σταθμό παρατηρήθηκε εμπλουτισμός του SML σε σχέση με τον επιφανειακό στρώμα ως προς τον σωματιδιακό και διαλυτό άνθρακα με τιμές συντελεστή εμπλουτισμού άνω του 1,5.
Όσον αφορά τα εκλούσματα με τέφρα παραγόμενη στους 350 οC παρατηρείται αύξηση των συγκεντρώσεων Na, Mg, K, Cr και Rb, ενώ διαφαίνεται μείωση στα μέταλλα Ca, Mn, Fe, Zn, Ni, As και Sr. Ο χαλκός βρίσκεται κυρίως σε ιοντική μορφή. Στα αντίστοιχα εκλούσματα με τέφρα παραγόμενη στους 550 οC ξεχωρίζει η μεγάλη αύξηση των συγκεντρώσεων Mn, As και Co. Η αύξηση των συγκεντρώσεων οφείλεται σε φαινόμενα διαλυτοποίησης της τέφρας, ενώ η μείωση σε φαινόμενα προσρόφησης μετάλλων από το νερό προς την τέφρα. Ο χαλκός βρίσκεται κυρίως σε συμπλεγμένες μορφές. Αναφορικά με τις συγκεντρώσεις των ΠΑΥ κυριαρχούν εκείνοι με το μικρότερο μοριακό βάρος και ειδικότερα το φαινανθρένιο, ενώ με την αύξηση της θερμοκρασίας ευνοείται η ανίχνευση ενώσεων μεγαλύτερου μοριακού βάρους (5-6 δακτύλιοι). Οι συνολικές συγκεντρώσεις ΠΑΥ ήταν 65,1 ng/L για τα εκλούσματα παραγόμενης τέφρας στους 350 οC και 195,3 ng/L για εκείνα με τέφρα παραγόμενη στους 550 οC. Η παραμονή της τέφρας οδηγεί σε αυξήσεις αλκαλικότητας και αγωγιμότητας και στις δύο σειρές εκλουσμάτων, ενώ καταγράφονται αυξήσεις pH στα εκλούσματα με τέφρα παραγόμενη στους 550 οC.
Λέξεις-κλειδιά:
επιφανειακό μικροφίλμ, πυρκαγιές, τέφρα, μέταλλα, συμπλεκτική ικανότητα ιόντων χαλκού, πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες
