Εκτίμηση περιβαλλοντικών γεωχημικών συνθηκών της περιοχής του λιμένα Πατρών

Σύμφωνα με το πρόγραμμα της παρούσας έρευνας, που έχει ως βασικό σκοπό την διερεύνηση των περιβαλλοντικών συνθηκών του λιμένα Πατρών, μελετήθηκαν οι επικρατούσες συνθήκες υπό την άποψη της ρύπανσης του αέρα με σωματίδια εκπεμπόμενα από τα πλοία, οι παράμετροι που επηρεάζουν την υδάτινη στήλη καθώς επίσης και η ποιότητα του νερού της βροχής. Για τον σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις των συγκεντρώσεων των σωματιδίων του αέρα, των πνεόντων ανέμων, της ταχύτητας τους καθώς και της διεύθυνσής τους σε τέσσερις θέσεις (Α,Β,Γ & Δ) του λιμένα, ενώ μελετήθηκε και η χημική σύσταση αυτών. Επίσης, διερευνήθηκαν σε οκτώ σταθμούς στον λιμένα και γειτονικά από αυτόν, τα χαρακτηριστικά της ποιότητας του νερού με βάση φυσικοχημικές παραμέτρους στην υδάτινη στήλη. Ακόμα, έγινε δειγματοληψία νερών της βροχής από έξι σταθμούς γειτονικά του λιμένα και την πόλη των Πατρών και προσδιορίστηκε η ποιότητα του νερού της βροχής μετά από ανάλυση σημαντικών ιόντων και προσδιορισμού του pH σε αυτά. Τα αιωρούμενα σωματίδια της ατμοσφαίρας προέρχονται από την καύση του πετρελαίου των εισερχομένων και εξερχομένων στον λιμένα πλοίων. Γενικότερα, τεράστιες ποσότητες σωματιδίων παράγονται από τις εκπομπές της ναυσιπλοΐας τόσο στην ανοιχτή θάλασσα όσο και ιδιαιτέρως κατά την είσοδο τους, τους ελιγμούς και κατά τον ελλιμενισμό των πλοίων στους λιμένες. Τα σωματίδια αυτά διαφέρουν από τα αντίστοιχα που παράγονται από διάφορες άλλες πηγές όπως από τη σκόνη, τα σταγονίδια του θαλασσίου νερού, από τις βιολογικές δραστηριότητες κλπ. Ο ποσοτικός και ποιοτικός διαχωρισμός μεταξύ των σωματιδίων διάφορης προέλευσης γίνεται με διάφορες μεθόδους όπως π.χ. με τη χρήση του βαναδίου (V), νικελίου (Νi) κ.λπ. τα οποία θεωρούνται ως δείκτες διάκρισης μεταξύ των σωματιδίων διαφορετικής προέλευσης και της καύσης του πετρελαίου.Κατά τη ρύπανση της ατμοσφαίρας, ο άνεμος παίζει σπουδαίο ρόλο ως προς την υποβάθμιση ή βελτίωση της ποιότητάς του αέρα. Ο ρόλος αυτός υλοποιείται μέσω της δράσης της ταχύτητάς και της διεύθυνσης του ανέμου. Η ταχύτητα επηρεάζει σημαντικά τη συγκέντρωση των σωματιδίων ρύπων σε τοπικό όσο και σε περιφερειακό επίπεδο. Είναι δεδομένο ότι η ατμοσφαιρική ρύπανση είναι ένα διασυνοριακό φαινόμενο. Η σχέση μεταξύ της ταχύτητας και της συγκέντρωσης των σωματιδίων είναι αντιστρόφως ανάλογη. Ήτοι, αυξανομένης της ταχύτητας μειώνεται η συγκέντρωση, ενώ μειουμένης της ταχύτητας αυξάνει η συγκέντρωση των σωματιδίων. Ο ρόλος του ανέμου στη βελτίωση της ποιότητας του αέρα συνίσταται στην πρόκληση της αραίωσης των σωματιδίων και στη διασπορά τους σ’ όλη την περιοχή μακριά από το σημείο συσσώρευσης. Η διασπορά των σωματιδίων υποβοηθείται από τις επικρατούσες ατμοσφαιρικές συνθήκες. Η ρύπανση της ατμοσφαίρας πέρα από τις εκπομπές των σωματιδίων προκαλείται επίσης και από τις εκπομπές αερίων ρύπων όπως οι εκπομπές οξειδίων του SΟx, NOx, καθώς και οι εξαρτώμενες από το όζον πτητικές ενώσεις. Η στατιστική επεξεργασία των δεδομένων έγινε με την εφαρμογή της ανάλυσης παλινδρόμησης (Regression analysis), με τη βοήθεια της οποίας εξετάστηκαν οι συσχετισμοί: 1ον Μεταξύ της συγκέντρωσης των σωματιδίων και της ταχύτητας των ανέμων ανεξάρτητα από τη διεύθυνση, προκειμένου να καταδειχτεί ο καταλυτικός ρόλος της διεύθυνσης στην βελτίωση της ποιότητας του αέρα. 2ον Μεταξύ της συγκέντρωσης των σωματιδίων και της κατά διεύθυνση αλληλεπίδρασης, για να υπογραμμιστεί και τονιστεί η σπουδαιότητα της στην βελτίωση της ποιότητας του αέρα από τη ρύπανση. Το συμπέρασμα που προέκυψε ως προς τον ρόλο των ανέμων στη βελτίωση της ποιότητας του επιβαρυμένου από τα αιωρούμενα σωματίδια αέρα, επικεντρώνεται στα εξής: Ο ρόλος των ανέμων και κυρίως της διεύθυνσης τους είναι σημαντικός και καθοριστικός του βαθμού επίτευξης της βελτίωσης της ρυπασμένης ατμοσφαίρας συνεπεία μείωσης της συγκέντρωσης των αιωρουμένων σωματιδίων. Προκειμένου να είναι πληρέστερη από περιβαλλοντικής πλευράς η παρούσα μελέτη, μελετήθηκε και η χημική σύσταση των σωματιδίων. Με τη βοήθεια αντλίας εισρόφησης αέρα, η οποία είχε τοποθετηθεί σε κατάλληλα επιλεγείσα θέση σε τρόπο ώστε να είναι αποδέκτης των εκπομπών των εισερχομένων πλοίων, μελετήθηκε η χημική σύσταση των αιωρούμενων σωματιδίων στα αντίστοιχα δείγματα αέρα. Τα σωματίδια διαχωρίζονταν κατά μέγεθος σε PM10 και ΡΜ2.5 μm. Από την χημική ανάλυση διαπιστώθηκε ότι τόσο το κλάσμα σωματιδίων PM10 όσο και το κλάσμα σωματιδίων PM2.5 περιείχαν βανάδιο (V), του οποίου η περιεκτικότητα ήταν υψηλότερη σε σύγκριση με την αντίστοιχη άλλων στοιχείων. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώνουν τα αναφερόμενα στην βιβλιογραφία ότι το V και το Νi είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν ως μέσον διάκρισης μεταξύ των σωματιδίων προέλευσης πετρελαϊκής καύσης σε αντιδιαστολή με τα προερχόμενα από άλλες πηγές. Όσον αφορά τις μεταβολές της σωματιδιακής σύστασης, αυτή παραλλάσσει χρονικά και χωρικά. Τα σωματίδια που προέρχονται από την καύση του πετρελαίου, περιείχαν και άνθρακα σε ποσοστό κυμαινόμενο μεταξύ 70 και 80% σε σύγκριση με την ολική τους μάζα. Από τις σχετικές έρευνες έχει προκύψει ότι τα σωματίδια προελεύσεως καύσης πετρελαίου συνδέονται με διάφορες ασθένειες του καρδιαγγειακού συστήματος. Ειδικότερα, οι εκπομπές των σωματιδίων έχουν συσχετιστεί με πρώιμο θάνατο συνεπεία καρδιοαναπνευστικών νοσημάτων και καρκίνου 60.000 ανθρώπων. Σύμφωνα με άλλες έρευνες το 70% των εκπομπών, οι οποίες διαλαμβάνουν σωματίδια, προέρχονται από τα πλοία και είναι δυνατό να μεταφέρονται σε απόσταση 400 km. γεγονός που υπογραμμίζει τον κίνδυνο σε βάρος της υγείας. Εξάλλου, η συνεισφορά της Διεθνούς Ναυσιπλοΐας στις Ευρωπαϊκές θάλασσες σε σωματίδια PΜ10 και PM2.5 είναι 15-25% και σε τοπικό επίπεδο εκτιμάται στο 20-30% του συνόλου των εκπεμπόμενων σωματιδίων (European Environment Agency, 2013). Σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία, έχει βρεθεί θετική σχέση μεταξύ των μετεωρολογικών συνθηκών και της υγείας των ανθρώπων. Η σχέση αυτή απτόμενη των συνθηκών που δημιουργούνται από την εκπομπή των σωματιδίων από τα πλοία καθώς και από άλλες πηγές, όπως πυρκαγιές, κίνηση οχημάτων, θέρμανση των οικιών κ.λπ. και επειδή σχετίζεται με την ανάπτυξη της διεθνούς ναυσιπλοΐας έχει ανάγκη, ιδιαίτερα κατά την τρέχουσα χρονική περίοδο, σοβαρής μελέτης και επιστημονικής διερεύνησης. Δεδομένου και του βασικού σκοπού της παρούσας μελέτης, διερευνήθηκαν οι μετεωρολογικοί παράγοντες της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας εφόσον έχουν άμεση σχέση με τις περιβαλλοντικές συνθήκες του λιμένος των Πατρών. Ειδικότερα, εξετάστηκαν οι επιδράσεις της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας στην περιεκτικότητα της ατμοσφαίρας του λιμένα σε σωματίδια. Συνοπτικά βρέθηκαν τα εξής: Η αύξηση της θερμοκρασίας φάνηκε, ότι είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της περιεκτικότητας του αέρα σε σωματίδια. Σύμφωνα με ορισμένες μελέτες, η θερμοκρασία ασκεί ρυθμιστική επίδραση επί της νοσηρότητας και της θνησιμότητας την οποία προκαλούν τα σωματίδια και κυρίως τα ΡΜ2.5.Οι σχέσεις της θερμοκρασίας με τη σχετική υγρασία ρυθμίζονται κατά βάση από την ταχύτητα και τη διεύθυνση του ανέμου, η οποία φαίνεται ότι παίζει βασικό ρόλο. Όσον αφορά την ανωτέρω αλληλεπίδραση, σε συνδυασμό με τη συγκέντρωση των σωματιδίων και την ποιότητα του αέρα, θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στο θέμα αυτό. Διαπιστώθηκε ότι ήταν αναγκαίο να διερευνηθούν οι πιο πάνω αλληλεπιδράσεις και να μελετηθούν λεπτομερώς στη διάρκεια τουλάχιστον ενός έτους προκειμένου να καλυφθούν όλες οι εποχές του έτους με τις αντίστοιχες μετεωρολογικές συνθήκες, διότι οι σχέσεις αυτές έχουν χωρική και χρονική κατανομή, έτσι ώστε οι επιδράσεις τους να εμφανίζουν αντίστοιχη κατανομή στο χώρο και στον χρόνο. Ήταν επίσης αναγκαίο να γίνει συσχέτιση των αλληλεπιδράσεων αυτών των ατμοσφαιρικών παραμέτρων με την περιεκτικότητα της ατμοσφαίρας σε σωματίδια όχι μόνο της περιοχής του λιμένα αλλά και του ευρύτερου αστικού περιβάλλοντος της πόλης των Πατρών. Στην παρούσα μελέτη, έγινε επίσης διερεύνηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ανέμων. Το θέμα αυτό δεν έχει τύχει της εκδήλωσης του ενεργού ενδιαφέροντος των ερευνητών και για το λόγο αυτό, οι γνώσεις μας είναι πολύ περιορισμένες. Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ανέμων είναι ένα αντικείμενο εξόχως ενδιαφέρον διότι σχετίζεται άμεσα με την ποιότητα του περιβάλλοντος και με την υγεία των ανθρώπων. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ανέμων που πνέουν στον λιμένα της Πάτρας και βρέθηκαν τα εξής: Λαμβάνουν χώρα στατιστικά σημαντικές συνεργιστικές και ανταγωνιστικές αλληλεπιδράσεις. Οι αλληλεπιδράσεις αυτές επηρεάζουν αρνητικά ή θετικά τη συγκέντρωση των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Ειδικότερα βρέθηκε ότι: (α) Η διεύθυνση των ανέμων παίζει σημαντικό ρόλο στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ανέμων, (β) Η συνεργιστική αλληλεπίδραση μεταξύ των ταχυτήτων των αλληλοεπιδρώντων ανέμων ενισχύει την δυναμική τους και τους καθιστά αποτελεσματικότερους στη διασπορά και απομάκρυνση των σωματιδίων της ατμοσφαίρας και στη βελτίωση της ποιότητας του αέρα, (γ) Η ανταγωνιστική αλληλεπίδραση καθιστά τους ανέμους λιγότερο αποτελεσματικούς, διότι ο ανταγωνισμός μειώνει σημαντικά την βελτιωτική τους δράση, (δ) Οι αλληλοεπιδρώντες άνεμοι συνδέονται άμεσα με την ποιότητα του αέρα.Ακόμα, διερευνήθηκαν οι συνθήκες που επικρατούν στην υδάτινη στήλη του λιμένα και γειτονικά από αυτόν με τον προσδιορισμό των πιο κάτω παραμέτρων (α) θερμοκρασία, (β) ειδική αγωγιμότητα, (γ) συγκέντρωση διαλελυμένου οξυγόνου και (ε) θολότητα.Για τον ως άνω σκοπό, πραγματοποιήθηκε η ανάλυση παλινδρόμησης (Regression analysis) μεταξύ αυτών των παραμέτρων και εκτιμήθηκε η συνεργιστική ή ανταγωνιστική μεταξύ τους σχέση. Βρέθηκαν οι εξής στατιστικά σημαντικές αλληλεπιδράσεις:α) «θερμοκρασία νερού x βάθος στήλης», β) «θερμοκρασία νερού x πίεση», γ) «θερμοκρασία νερού x θολότητα νερού», δ) «θολότητα νερού x διαλελυμένο οξυγόνο» κ.α.Επιβεβαιώθηκε από τα ληφθέντα αποτελέσματα ότι η θερμοκρασία επηρεάζεται αρνητικά από τις μεταβολές του βάθους της υδάτινης στήλης, από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες και από τις γεωλογικές διεργασίες. Όσον αφορά την παράμετρο του διαλελυμένου στο νερό οξυγόνου, οι αλληλεπιδράσεις του με την πίεση και το βάθος της στήλης βρέθηκαν ανταγωνιστικές ενώ με τη θερμοκρασία, το οξυγόνο αλληλεπιδρούσε συνεργιστικά με τις περισσότερες παραμέτρους της υδάτινης στήλης. H εξάρτηση του διαλελυμένου οξυγόνου που βρέθηκε κατά την παρούσα μελέτη από την θερμοκρασία έχει ιδιαίτερη σημασία λόγω της μεταβλητότητας της παραμέτρου αυτής, η οποία είναι δυνατό να προκαλέσει ανάλογες συνέπειες στο οικοσύστημα του υδάτινου περιβάλλοντος. Η σχέση αυτή βρέθηκε ότι ήταν συνεργιστική και είναι σε πλήρη συμφωνία με τη διεθνή βιβλιογραφία. Αντίθετα, η αλληλεπίδραση «θερμοκρασία x βάθος» βρέθηκε, ότι ήταν ανταγωνιστική. Όσον αφορά την αλληλεπίδραση «θολότητα x θερμοκρασία», ήταν συνεργιστική αν και ενίοτε οι παράμετροι αυτές, ενδέχεται να δρουν και ανταγωνιστικά μεταξύ τους, όπως π.χ. έδειξαν τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης. Πραγματοποιήθηκε συλλογή και ανάλυση των νερών βροχής από έξι σταθμούς μέσα στο λιμένα, γειτονικά του λιμένα και στην πόλη των Πατρών. Μετρήθηκαν οι συγκεντρώσεις ανόργανων στοιχείων και ιόντων στα δείγματα του νερού της βροχής. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η περιεκτικότητα του νερού στα στοιχεία Ca, Mg, K και Na και σε ανιόντα ΝΟ3-, SO4=, μετρήθηκε το pH και καθορίστηκε η σχέση του με τον βαθμό δραστηριότητας των πλοίων. Από τις αναλύσεις του νερού της βροχής προέκυψε ότι οι συγκεντρώσεις των Ca, Mg και Κ, μειώθηκαν αυξανομένης της απόστασης από την ακτογραμμή δείχνοντας την επίδραση του θαλασσινού νερού στην σύσταση της βροχής. Οι συγκεντρώσεις του Na διατηρούνται σε υψηλά επίπεδα και σε μεγάλη απόσταση από την ακτογραμμή. Οι συγκεντρώσεις των νιτρικών και θειικών (ΝΟ3-, SO4=), τα οποία προέρχονται κυρίως από την καύση των πετρελαιοειδών των πλοίων έχουν ανάλογη συμπεριφορά με τις συγκεντρώσεις των στοιχείων Ca, Mg και Κ. Οι τιμές του pH του νερού της βροχής ιδιαίτερα σε θέσεις πλησίον του λιμένα Πατρών ήταν αρκετά χαμηλές και οι μέσες τιμές αυξάνονταν, αυξανομένης της απόστασης από την ακτογραμμή. Η επιβάρυνση της ατμόσφαιρας του λιμένα από τα καυσαέρια των πλοίων, τα οποία είναι υπεύθυνα για την όξινη βροχή, επιβεβαιώθηκε από τη στατιστικά σημαντική ανταγωνιστική σχέση μεταξύ των τιμών του pH και του ημερήσιου συνολικού αριθμού εισερχόμενων και αναχωρούντων από το λιμένα πλοίων. Με τη βοήθεια της ανάλυσης παλινδρόμησης (Regression analysis) των στοιχείων και των ενώσεων, τα οποία εμπεριέχονται στο νερό της βροχής εκτιμήθηκε στατιστικά η συνεργιστική σχέση μεταξύ των «Μg και SO4=», «ΝΟ3- και SO4=», «Ca και K» και «Ca και Mg».