Η μεσαία στοιβάδα του πεδίου Μαραθούσας στη λεκάνη της Μεγαλόπολης αποτελείται από εναλλαγές λιγνιτών και ανόργανων στρωμάτων και το περιβάλλον τυρφογένεσης ήταν λιμνοτελματικό. / --

Ήδη από την αρχαιότητα ήταν γνωστές διάφορες εμφανίσεις λιγνίτη στην περιοχή της Μεγαλόπολης. Ο Παυσανίας (2ος μ.Χ. αιώνας) αναφέρει, ότι κοντά σε μια πηγή στον Αλφειό ποταμό που διασχίζει τη λεκάνη «ανέθρωσκεν πυρ», γεγονός που μάλλον οφειλόταν σε αυτανάφλεξη λιγνίτη. Μέχρι το 1957 τα αποθέματα της λεκάνης υπολογίζονταν σε 2-3 Μt. Λειτουργούσαν μικρές ιδιωτικές εκμεταλλεύσεις, αλλά δεν υπήρχε ιδιαίτερο μεταλλευτικό ενδιαφέρον λόγω της κακής ποιότητας του λιγνίτη. Οι πρώτες συστηματικές έρευνες για τον εντοπισμό λιγνίτη στην ευρύτερη περιοχή έλαβαν χώρα μεταξύ των ετών 1957-1960 και είχαν θετικό αποτέλεσμα. Διαπιστώθηκαν 700 Μt βέβαια λιγνιτικά αποθέματα, από τα οποία 490 Μt θεωρήθηκαν τεχνικοοικονομικά απολήψιμα. Η εκμετάλλευση του λιγνίτη από τη Δ.Ε.Η. ξεκίνησε από το πεδίο Θωκνίας το 1969. Η κίνηση αυτή ήταν πολύ σημαντική για τα παγκόσμια δεδομένα, γιατί για πρώτη φορά ένας τόσο φτωχός σε θερμαντική ικανότητα λιγνίτης χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέγειας. Η εκμετάλλευση του λιγνιτικού κοιτάσματος γίνεται επιφανειακά με ορθές βαθμίδες. Οι απαιτήσεις αφενός μεν για εκλεκτική εξόρυξη του λιγνίτη ή των αγόνων υλικών, αφετέρου δε για υψηλή παραγωγή οδήγησαν στην επιλογή της συνεχούς γερμανικής μεθόδου εκσκαφής, μεταφοράς και απόθεσης. Για την εξόρυξη του κοιτάσματος χωρίζονται τα υπερκείμενα άγονα υλικά και τα λιγνιτικά στρώματα σε βαθμίδες ύψους 10 έως 30 m. Το κοίτασμα εκσκάπτεται κατά στρώσεις και τα μεν άγονα υλικά (υπερκείμενα ή ενδιάμεσα) μεταφέρονται με τους ταινιόδρομους στους αποθέτες, ο δε λιγνίτης μεταφέρεται στις αυλές των ατμοηλεκτρικών σταθμών ή σε υπαίθριες αποθήκες των λιγνιτωρυχείων. Η απόθεση των αγόνων υλικών γίνεται σε ειδικά επιλεγμένες περιοχές, όπου μεταφέρεται και η τέφρα, το υπόλειμμα της καύσης του λιγνίτη στους σταθμούς. Στη λεκάνη της Μεγαλόπολης διακρίνονται τέσσερα λιγνιτικά κοιτάσματα. / -

Στη μελέτη αυτή αρχικά δίνονται πληροφορίες για το περιβάλλον σχηματισμού του κοιτάσματος στην περιοχή της Μαραθούσας, που βρίσκεται στη Μεγαλόπολη. Παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα των δοκιμών, που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο, σε δείγματα λιγνίτη που πάρθηκαν από την περιοχή αυτή. Οι δοκιμές αυτές περιλαμβάνουν μακροσκοπική και μικροσκοπική παρατήρηση, προσδιορισμούς υγρασίας, τέφρας, πτητικών συστατικών και θερμαντικής ικανότητας. / Lignite formations of Marathousa mine, Megalopolis, Greece.

Οι μεγάλες ποσότητες ιπτάμενης τέφρας και τέφρας εστίας που παράγονται κατά την καύση του χαμηλής ποιότητας λιγνίτη, όπως είναι ο λιγνίτης της Μεγαλόπολης, περιέχουν διάφορα τοξικά στοιχεία, όπως Cd, Co, Ni, Pb, Zn, τα οποία είναι δυνατό να εκπλυθούν και να ρυπάνουν το έδαφος, το επιφανειακό και το υπόγειο νερό. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να εκτιμηθεί η κινητικότητα των ιχνοστοιχείων και η δυνατότητα έκπλυσής τους κάτω από συνθήκες διαφορετικών pH (3, 5, 7 και 8,5). Αντικείμενο της εργασίας αποτελεί η γεωχημική μελέτη δειγμάτων λιγνίτη, ιπτάμενης τέφρας, τέφρας εστίας και αποθέσεων. Οι εργαστηριακές εξετάσεις περιελάμβαναν προσεγγιστική και άμεση ανάλυση, καθώς και στοιχειακή ανάλυση με φασματομετρία ατομικής απορρόφησης φλόγας. Ακολούθησαν πειράματα απόπλυσης και προσδιορισμός των εκπλυομένων ιχνοστοιχείων As, Β, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Ga, Ge, Hf, Li, Mn, Mo, Nb, Ni, P, Pb, Rb, Sb, Sc, Sn, Sr, Ta, Th, Ti, U, V, W, Y, Yb, Zn, Zr µε φασµατοµετρία μάζας επαγωγικού ζεύγους πλάσματος. Επίσης, προκειμένου να εκτιμηθεί η πτητικότητα των ιχνοστοιχείων κατά την καύση, υπολογίστηκε ο συντελεστής εμπλουτισμού. Για τη στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων εφαρμόστηκε η μέθοδος της παραγοντικής ανάλυσης τύπου R στα ποσοστά έκπλυσης των ιχνοστοιχείων. Από τις εργαστηριακές αναλύσεις προέκυψε ότι ο λιγνίτης και οι τέφρες περιείχαν υψηλότερα ποσοστά σε Ca και Fe έναντι των K, Mg και Na. Όσον αφορά στα ιχνοστοιχεία, ο λιγνίτης εμφανίζει υψηλές περιεκτικότητες σε Ba, Mn, P, Sr, Ti, ενώ οι τέφρες παρουσιάζονται εμπλουτισμένες σε αυτά τα ιχνοστοιχεία, με εξαίρεση το Ba, και επιπλέον σε Cr, Mo, Ni, V. Με βάση τους συντελεστές εμπλουτισμού, τα ιχνοστοιχεία B, Ba, Li, Rb, Sn εμφανίζονται ιδιαίτερα πτητικά. Μέτρια πτητικότητα παρατηρείται για τα As, Cd, Ga, Mo, Ni, P, Pb, Sb, Sc, Sr, Ta, W, Zn, ενώ τα Be, Co, Cr, Cu, Ge, Hf, Mn, Nb, Th, Ti, U, V, Y, Yb, Zr χαρακτηρίζονται ως μη πτητικά. Ως προς την κινητικότητα των ιχνοστοιχείων, τα μεγαλύτερα ποσοστά έκπλυσης εμφανίζουν τα Cd, Mo, Rb, Sb, Sr. Μέτρια κινητικότητα παρατηρείται για τα As, B, Ba, Cr, Ga, Li, Mn, P, U, V, W, ενώ αρκετά δυσκίνητα παρουσιάζονται τα Be, Co, Cu, Ge, Hf, Nb, Ni, Pb, Sc, Sn, Ta, Th, Ti, Y, Yb, Zn, Zr. Γενικά, σε όλες τις τιμές pH, τα As, Co, Cr, Cu, Mn, Ρ, Th δείχνουν μία προτίμηση έκπλυσης από το λιγνίτη, ενώ τα Ba, Li, Mo, Rb, Sr, V από την ιπτάμενη τέφρα. Η κινητικότητα των B, Cd, Ga, Ge, Sb, U, W αυξάνεται στα δείγματα της τέφρας εστίας, ενώ στις αποθέσεις δεν παρατηρείται κοινή τάση έκπλυσης για κάποια ιχνοστοιχεία. / The great quantity of fly and bottom ash produced during the combustion of high-ash lignite, like the Megalopolis lignite, are rich in toxic elements, such as Co, Cd, Ni, Pb, Zn; these can be leached resulting in contamination of the soil, as well as of the surface and underground water. The aim of this study is to estimate the mobility of trace elements and the leaching possibility from ash in different pH values (3, 5, 7 and 8.5). The object of the current study is the geochemical analyses of samples from bulk lignite, fly ash, bottom ash and ash deposits. Lignite and ash samples were evaluated by means of proximate and ultimate analysis, as well as by determining the concentrations of elements using FAAS. ICP-MS analyses were carried out in order to determine the contents of the trace elements As, Β, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Ga, Ge, Hf, Li, Mn, Mo, Nb, Ni, P, Pb, Rb, Sb, Sc, Sn, Sr, Ta, Th, Ti, U, V, W, Y, Yb, Zn, Zr in leachates. Furthermore, to approach the volatility of trace elements during combustion, the relative enrichment factor (RE) was calculated. For statistical reason, the type R factor analysis was applied in the leaching percentage of trace elements. The results reveal that the Ca and Fe contents were higher than these of K, Mg and Na in the lignite and ash samples. As far as trace elements are concerned, the lignite shows higher Ba, Mn, P, Sr, Ti contents, while the ashes are enriched in Cr, Mn, Mo, Ni, P, Sr, Ti, V. Boron, Ba, Li, Rb, Sn appear to be the most volatile elements, while As, Cd, Ga, Mo, Ni, P, Pb, Sb, Sc, Sr, Ta, W, Zn show a medium volatility. Likewise, Be, Co, Cr, Cu, Ge, Hf, Mn, Nb, Th, Ti, U, V, Y, Yb, Zr are not volatile during combustion. Cadmium, Mo, Rb, Sb, Sr reveal the highest mobility. Medium mobility is observed in As, B, Ba, Cr, Ga, Li, Mn, P, U, V, W, while Be, Co, Cu, Ge, Hf, Nb, Ni, Pb, Sc, Sn, Ta, Th, Ti, Y, Yb, Zn, Zr are not mobile. Generally, in all pH values, As, Co, Cr, Cu, Mn, Ρ, Th are leached from lignite and Ba, Li, Mo, Rb, Sr, V from fly ash. The mobility of B, Cd, Ga, Ge, Sb, U and W is higher in bottom ash samples, while such behavior is not common in the ash deposits for any elements.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι ο προσδιορισμός της ρύπανσης των ιζημάτων του Αλφειού ποταμού από στερεά σωματίδια, που προέρχονται από την εξόρυξη και την καύση του λιγνίτη Μεγαλόπολης. Βασικό αντικείμενο έρευνας αποτέλεσε η μικροσκοπική εξέταση του οργανικού μέρους, που είναι παρόν στα ιζήματα του Αλφειού ποταμού και η οργανική γεωχημική εξέταση επιλεγμένων δειγμάτων για την ανίχνευση πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων (polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs). Επιπλέον σε δείγματα λιγνίτη, ιπτάμενης τέφρας, τέφρας εστίας και τέφρας απόθεσης από το Λιγνιτικό Κέντρο Μεγαλόπολης πραγματοποιήθηκε μία σειρά εργαστηριακών προσδιορισμών, που περιέλαβε προσεγγιστική και άμεση ανάλυση, ανθρακοπετρογραφική εξέταση του λιγνίτη, καθώς και ορυκτολογικές και στοιχειακές αναλύσεις. Με βάση τις περιεκτικότητες του λιγνίτη και των παραπροϊόντων της καύσης του σε κύρια στοιχεία και ιχνοστοιχεία μπορεί να εκτιμηθεί η κινητικότητά τους κατά την καύση και το κατά πόσο αυτά διαφεύγουν στο περιβάλλον ή παραμένουν στο χώρο καύσης. Τα πιο ευκίνητα στοιχεία, που περιέχονται στο λιγνίτη Μεγαλόπολης, είναι τα Ba, Li, Mg, Rb και Sn, τα οποία μαζί με τα As και Pb, που συμμετέχουν στο λεπτόκοκκο τμήμα της ιπτάμενης τέφρας αποτελούν δυνητικούς ρυπαντές. Αντίθετα τα στοιχεία Ge, Mn, Th, Ti και Y είναι περιβαλλοντικά λιγότερο επικίνδυνα, καθώς συμμετέχουν στο τμήμα των παραπροϊόντων, που παραμένει στην τέφρα των ατμοηλεκτρικών σταθμών. Από μικροσκοπική παρατήρηση προέκυψε ότι το οργανικό υλικό, που είναι παρόν στα συγκεκριμένα ιζήματα αποτελείται κατά 78,4% κ.ό. από ανθρωπογενή σωματίδια, ενώ το υπόλοιπο 21,6% αποτελείται από φρέσκα φυτικά υπολείμματα. Το 81,5% κ.ό. του συνόλου των ανθρωπογενών σωματιδίων αποτελείται από κόκκους λιγνίτη και το 19,5% κ.ό. συνίσταται από εξανθρακώματα, που μεταφέρονται με την ιπτάμενη τέφρα και αποτίθενται στα ιζήματα. Τα ανθρακούχα σωματίδια στα ιζήματα του Αλφειού αντικατοπτρίζουν την ανθρακοπετρογραφική σύσταση του λιγνίτη Μεγαλόπολης, από την οποία εξαρτάται επίσης και η μορφή των εξανθρακωμάτων. Το επίπεδο των συγκεντρώσεων PAHs στα ιζήματα του Αλφειού είναι σχετικά χαμηλό (10-100 ng/g), ωστόσο η καύση του λιγνίτη συνεισφέρει σε ποσοστό 39,5% στην εκπομπή τους, ενώ το 23,5% προέρχεται από τον ίδιο το λιγνίτη. Η συμμετοχή των PAHs στα συγκεκριμένα ιζήματα φαίνεται να σχετίζεται ως ένα βαθμό με την παρουσία εξανθρακωμάτων, γεγονός που υποδεικνύει διεργασίες ρόφησης. Με την παρούσα εργασία αποδεικνύεται ότι η Οργανική Πετρολογία σε συνδυασμό με δεδομένα Οργανικής και Ανόργανης Γεωχημείας, μπορεί να αποτελέσει σημαντικό εργαλείο σε ό,τι αφορά στον προσδιορισμό της ρύπανσης ιζημάτων και εδαφών από την εκμετάλλευση γαιανθράκων. / The main target of the present study is the assessment of the contamination degree of Alfeios River sediments with solid particles deriving from mining and combustion of Megalopolis lignite. The objectives of the study were the microscopical examination of the organic matter present in these sediments, as well as the determination of the concentration of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in selected samples. Additionally in lignite, fly ash, bottom ash and ash deposit samples, were conducted a string of analyses including, proximate and ultimate analyses along with mineralogical and elemental determinations. The mobility of major and trace elements during the combustion of lignite can be estimated according to the concentration of these elements in bulk lignite and its combustion by-products. Based on these results the most mobile and thus more environmentally "sensitive" elements in Megalopolis lignite are As, Ba, Li, Mg, Pb, Rb and Sn, while Ge, Mn, Th, Ti and Y are the less mobile elements participating mostly in bottom ash. From the microscopical study of the organic matter present in Alfeios sediments it is evident that it consists of 78,4% of anthropogenic particles, while the remaining 21,6% consists of fresh plant remnants. The 81,5% of the anthropogenic particles consists of lignite particles deriving from mining and transportation processes and the remaining 19,5% consists of char particles transported and deposited as portion of the fly ash produced in Megalopolis Lignite Centre. The coal-petrographic composition of lignite particles is similar to the coal-petrographic composition of Megalopolis lignite. The latter is also responsible for the shape and texture of the char particles. The PAHs concentration level is rather low, ranging from 10-100 ng/g. Nevertheless lignite combustion along with the Megalopolis lignite itself are the main emission sources of such compounds accounting for 39,5% and 23,5% respectively. The presence of PAHs is related to the presence of char particles, probably via sortion procedures. The results of this study show that Organic Petrology can be a useful tool in environmental science and particularly in the field of contamination of soils and sediments from coal exploitation, if combined with Organic and Inorganic Geochemical data.