Εκτίμηση του περιβαλλοντικού κινδύνου από την παρουσία δυνητικά τοξικών στοιχείων στα εδάφη του Λαυρίου και πρόβλεψη των πιθανών επιπτώσεων στην ανθρώπινη υγεία

Abstract

Η ευρύτερη περιοχή του Λαυρίου, γνωστή για τη χιλιετιών μεταλλευτική και μεταλλουργική της δραστηριότητα, πλέον προσελκύει ολοένα και περισσότερο το ερευνητικό ενδιαφέρον, εξαιτίας της πολυμεταλλικής ρύπανσης που εμφανίζει. Αυτή η ρύπανση, δύναται να δημιουργήσει κίνδυνο στο περιβάλλον, αλλά και στην υγεία των κατοίκων της περιοχής. Στην παρούσα μελέτη, εκτιμήθηκε με σύγχρονους δείκτες ρύπανσης, ο περιβαλλοντικός κίνδυνος, ο μη-καρκινογόνος κίνδυνος και ο καρκινογόνος κίνδυνος, με βάση τα 76 εδαφικά δείγματα τριών πρόσφατων μελετών των Argyraki et al. (2018), Kalyvas et al. (2018) και Antoniadis et al. (2022). Ο σκοπός της μελέτης είναι η εκτίμηση και αξιολόγηση των κινδύνων και η παραγωγή χαρτών επικινδυνότητας, για τα δυνητικά τοξικά στοιχεία: κάδμιο (Cd), μόλυβδο (Pb), ψευδάργυρο (Zn) και αρσενικό (As). Συγκεκριμένα, ο περιβαλλοντικός κίνδυνος εκτιμήθηκε σύμφωνα με του δείκτες: Δείκτης Γεωσυσσώρευσης (Igeo), Δείκτης Ρύπανσης (PI), Οριακός Δείκτης Ρύπανσης (PIT), Ολοκληρωμένοι Δείκτες Ρύπανσης (IPI), Δείκτης Φορτίου Ρύπανσης (PLI), Της Δείκτης Ρύπανσης (PIN), Δείκτης Ρύπανσης Nemerow (PINemerow), Δείκτες Οικολογικού Κινδύνου (Er), Δείκτης Δυνητικού Οικολογικού Κινδύνου (RI) και Μέσος Συντελεστής Μέσου Εύρους Επίδρασης (MERMQ). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, ο βαθμός της ρύπανσης για τους διάφορους δείκτες είναι: 1)Igeo – ελαφρώς ρυπασμένα (Cd, Zn, As) και ελαφρώς-αρκετά ρυπασμένα (Pb) 2)PI – πάρα πολύ ρυπασμένα (Cd, Pb, Zn, As) 3)Er – υψηλός οικολογικός κίνδυνος (Zn) σοβαρός οικολογικός κίνδυνος (Cd, Pb, As) 4)PINemerow – βαριά ρύπανση 5)IPI – πολύ ρυπασμένα 6)PLI – ρυπασμένα 7)PIN – πολύ ρυπασμένα 8)RI – σημαντικά υψηλός δυνητικά οικολογικός κίνδυνος 9)MERMQ – υψηλής προτεραιότητας (πιθανότητα υπάρχουσας τοξικότητας 76%) Ο κίνδυνος ως προς την υγεία, διερευνήθηκε ξεχωριστά για τους ενήλικες και τα παιδιά ηλικίας κάτω των 6 ετών. Αναλυτικότερα, και τα τρία δυνητικά τοξικά στοιχεία Cd, Pb και As μπορούν να προκαλέσουν μη-καρκινογόνο κίνδυνο στους κατοίκους. Πιο συγκεκριμένα, οι ενήλικες μπορεί να εμφανίσουν καρκίνο εξαιτίας του As, ενώ τα παιδιά κινδυνεύουν εξίσου από το As και τον Pb. Επιπλέον, όσον αφορά της χωρικές κατανομές, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν μέσω της μεθόδου αντίστροφης απόστασης, οι μέγιστες τιμές των δεικτών και των συγκεντρώσεων των δυνητικά τοξικών στοιχείων εντοπίζονται στην περιοχή των μεταλλείων του Αγ. Κωνσταντίνου με της μέγιστες τιμές Cd, Zn και As να εμφανίζονται στα μεταλλεία «Serpieri», ενώ του Pb στα μεταλλεία «Hilarion». Συμπληρωματικά, πραγματοποιήθηκε στατιστική επεξεργασία των δεδομένων για τον έλεγχο συσχέτισης: α) μεταξύ των στοιχείων και β) της απόστασης μεταξύ των θέσεων δειγματοληψίας και των μεταλλείων. Όλα τα δυνητικά τοξικά στοιχεία εμφανίζουν θετική συσχέτιση μεταξύ τους, ωστόσο ιδιαίτερα σημαντική θετική συσχέτιση εμφανίζουν το Cd με τον Zn. Η αρνητική συσχέτιση μεταξύ των μεταλλείων και της συγκέντρωσης των δυνητικά τοξικών στοιχείων είναι αναμενόμενη, αφού η χημική σύσταση του πρωτογενούς μεταλλεύματος παραμένει άθικτη στα μεταλλεία σε σχέση με τα προϊόντα επεξεργασίας, που εντοπίζονται στην υπόλοιπη περιοχή. Επίσης, ελέγχθηκε η κατανομή των συγκεντρώσεων, η οποία δεν ήταν κανονική για κανένα από τα δυνητικά τοξικά μέταλλα. Τέλος εξετάστηκε η επίδραση των χώρων απόθεσης αποβλήτων μεταλλουργικής επεξεργασίας, της συγκέντρωσης των στοιχείων. Μόνο το Cd και το As, εμφανίζουν επίπεδα σημαντικότητας p-value 0.05 και 0.01 αντίστοιχα, το οποίο συνεπάγεται ότι οι χώροι απόθεσης είναι πηγή ρύπανσης για τα συγκεκριμένα στοιχεία. Συνοψίζοντας, επιβεβαιώνεται ότι η ρύπανση της ευρύτερης περιοχής του Λαυρίου, συνεχίζει να είναι διάχυτη και πολυστοιχειακή παρά τα μέτρα περιβαλλοντικής αποκατάστασης που έχουν ληφθεί. Το ιδιαίτερο γεωλογικό υπόβαθρο, οι πολύ-στοιχειακές μεταλλευτικές και μεταλλουργικές δραστηριότητες και οι χρήσεις γης, οδήγησαν στην κρίσιμη και έκρυθμη κατάσταση του περιβάλλοντος και της υγείας των ανθρώπων. Απαραίτητη κρίνεται η περαιτέρω μελέτη της περιοχής, με πυκνού πλέγματος δειγματοληψία, καθώς και η λήψη εκ νέου μέτρων αποκατάστασης των ρυπασμένων εδαφών.

The Lavrio mining district, well known for its millennia of mining and metallurgical activity, has attracted increasing attention due to its polymetallic pollution. The present pollution can possibly pose a threat not only to the environment but also to the residents’ health. In this current study, based on the geochemical data of 76 soil samples in the latest literature of Argyraki et al. (2018), Kalyvas et al. (2018), and Antoniadis et al. (2022), environmental risk, non-carcinogenic risk, and carcinogenic risk were assessed using advanced pollution indices. The objective is to evaluate the environmental and health risks and produce hazard maps of the potentially toxic elements: cadmium (Cd), lead (Pb), zinc (Zn) and arsenic (As). Particularly the environmental risk was estimated via indices: Geoaccumulation Index (Igeo), Pollution Index (PI), Threshold Pollution Index (PIT), Integrated indices of Pollution (IPI), Pollution Load Index (PLI), New Pollution Index (PIN), Δείκτης Ρύπανσης Nemerow (Nemerow Pollution Index, PINemerow), Indices of ecological risk (Er), Potential Ecological Risk Index (RI) and Mean Effective Range Medium Quotient, (MERMQ). The results of the environmental risk assessment using various indices demonstrate: 1) Igeo - moderately contaminated (Cd, Zn, As) and moderately to strongly contaminated (Pb) 2) PI - very strong polluted (Cd, Pb, Zn, As) 3) Er - high ecological risk (Zn) and serious ecological risk (Cd, Pb, As) 4) PINemerow - heavy pollution 5) IPI - strongly polluted/contaminated 6) PLI - polluted 7) PIN - highly contaminated 8) RI - significantly high potential ecological risk 9) MERMQ - high priority (probability existing toxicity 76%) Health risks were evaluated separately for adults and children under six years old. Specifically, Cd, Pb, and As may pose a non-carcinogenic risk. In the case of cancer risk assessment, the results indicate the probability of cancerous development in adults due to As, while in children due to As and Pb. In addition, the inverse distance weighting method was used to estimate the spatial distribution of the elements’ concentrations and the calculated indices. The highest concentrations of potentially toxic elements are detected near the mining area “Agios Konstantinos.” “Serpieri” mines show the highest concentrations of Cd, Zn, and As, while Pb soil contamination is the highest near “Hilarion” mines. Moreover, the data were processed statistically to check the correlation: a) between the elements and b) the distance between the sampling sites and the mines. All the elements show a positive correlation; however, only Cd and Zn exhibit a significantly positive correlation. The negative correlation between mines and soil content is expected since the chemical composition of the primary ore remains intact near the mines relative to the metallurgical processing materials found in the rest of the region. The distribution fit of the concentrations of the elements was not normal. Finally, the possible effect of the metallurgical processing waste zones on the concentration of the examined elements was investigated. The degree of statistical significance of waste zones and Cd, and As were statistically significant p-value=0.05 and p-value=0.01, respectively. As a result, the waste zones are a pollution source for these elements. Overall, it is confirmed that the pollution in the vicinity of the heavily polluted mining areas of Lavrio continues to be non-point source pollution despite the environmental restoration measures that have been taken. The unique geological background, multi-element mining and metallurgical activities, and land uses have led to this critical and fickle situation from the point of view of the environment and health of local people. It is deemed necessary to further study the area with a new dense grid sampling and take anew measures to rehabilitate the polluted soils.