Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η καταγραφή της περιβαλλοντικής κατάστασης της λιμνοθάλασσας του Καϊάφα στο νομό Ηλείας της Πελοποννήσου, μετά τις πυρκαγιές της 24ης Αυγούστου του 2007 και η σύγκρισή της με αντίστοιχες μετρήσεις ένα έτος (2006) πριν από τις πυρκαγιές. Αυτή η μελέτη-καταγραφή φιλοδοξεί να αποδώσει μια σαφή εικόνα της περιβαλλοντικής κατάστασης της λιμνοθάλασσας ενώ παράλληλα δύναται να αποτελέσει μια χρήσιμη τράπεζα δεδομένων για τη σχεδίαση μελλοντικών ερευνητικών εργασιών και περιβαλλοντικών παρεμβάσεων. Συγκεκριμένα γίνεται η καταγραφή της υφιστάμενης κατάστασης της λιμνοθάλασσας όσον αφορά (α) στην ποιότητα του νερού με καθορισμό του μικροβιολογικού φορτίου και (β) στην αποτύπωση της φυτοκάλυψης του πυθμένα από υδρόβια φυτά. Η αποτύπωση της υδρόβιας βλάστησης έγινε με χρήση ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης (side scan sonar) ενώ τα αποτελέσματα της ηχοβολιστικής αποτύπωσης ελέχθησαν με δειγματοληψίες. Τονίζεται ότι η αποτύπωση της φυτοκάλυψης του πυθμένα της λιμνοθάλασσας με ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης είναι από τις πρώτες που επιχειρούνται στο λιμνοθαλάσσιο περιβάλλον της Ελλάδος. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων της παρούσας εργασίας με αυτά του έτους 2006 έδειξε αξιοσημείωτες μεταβολές στην έκταση της φυτοκάλυψης του πυθμένα ενώ επιπλέον διαπιστώθηκε σημαντική αύξηση του μικροβιολογικού φορτίου στα νερά της λιμνοθάλασσας. / This work presents the results of a multidisciplinary environmental survey which carried out in Kaiafas Lagoon, Western Peloponnesus. The aim of this survey was twofold: (a) to map and distinguish the dominant submerged macrophytic community using indirect and direct methods and (b) to evaluate the microbiological water quality of the Lagoon. Indirect and direct methods were used for mapping Potamogeton pectinatus and Chara hispida f. corfuensis meadows into the Kaiafas Lagoon. A 100 kHz E.G&G side scan sonar and sampling were successfully used to detect the extension and the coverage of the dominant submerged meadows on the lagoon floor. In order to determine the concentration of faecal bacterial in the water column of the lagoon, six (6) samples were collected and were analysed for the presence of: total coliforms, faecal coliforms, Escherichia coli. The overall data indicates that water samples are impacted by human faecal material. A comparison of the results obtained in the present work with previously reported work (2006) showed differences in the submerged macrophytic coverage and a significant increase in the bacterial concentration in the water column of the Lagoon.

Η παρούσα μελέτη παρουσιάζει τρία μεθοδολογικά σχήματα τα οποία μπορούν να εφαρμοστούν στην χωρική και χρονική ανάλυση δεδομένων για την διαχείριση των υδατικών πόρων. Αποτελείται από τρία ανεξάρτητα μεταξύ τους τμήματα τα οποία είναι : α)Χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και Πολυδιάστατης Στατιστικής Ανάλυσης για την διερεύνηση των σχέσεων μεταξύ υπόγειων υδάτων και χρήσεων γης β)Μελέτη χρονικών υδροχημικών δεδομένων από ένα μεγάλης διάρκειας πρόγραμμα παρακολούθησης σε μιά ρηχή λίμνη με χρήση Πολυδιάστατης Στατιστικής Ανάλυσης και γ)Εφαρμογή της Clean φασματικής ανάλυσης σε υδροχημικά δεδομένα : Παραδείγματα από δύο λίμνες της Ελλάδας. / The present study intoduces three methodologies which can be applied in water resource management. It consist of three independed projects : a)Indentifing relationships between groundwater quality and landuse using GIS and Multivariate Statistical Analysis b)A long-term study of temporal hydrochemical data in a shallow lake using multivariate statistical techniques and c)Application of Clean Spectral Analysis to hydrochemical data : Case studies from two lakes, Greece.

Στον Πατραϊκό κόλπο έχουν γίνει πλήθος ερευνητικών εργασιών με διαφορετικά αντικείμενα. Στη Φυσική Ωκεανογραφία φαίνεται να εμφανίζεται ένα ερευνητικό κενό, που αφορά την προσομοίωση της κυκλοφορίας του νερού στην περιοχή. Το κενό αυτό προσπαθεί να καλύψει η εργασία αυτή, με απώτερο σκοπό την κατανόηση του υδροδυναμικού καθεστώτος της περιοχής μελέτης. Στην εργασία χρησιμοποιούνται όλες οι υφιστάμενες βιβλιογραφικές πηγές και μετρήσεις. Επίσης χρησιμοποιείται το μαθηματικό μοντέλο ΜΙΚΕ21 για την δυσδιάστατη προσομοίωση της κυκλοφορίας του νερού αφού πρώτα προηγήθηκε η βαθμονόμηση του. Το αποτέλεσμα της εργασίας αυτής οδηγεί στην κατανόηση της δυσδιάστατης υδροδυναμικής κυκλοφορίας του νερού, κυρίως στον Πατραϊκό κόλπο αλλά και στο Στενό Ρίου – Αντιρρίου και σε ένα μικρό τμήμα του Κορινθιακού κόλπου. / In the Patras gulf they have become many of inquiring work with different objects. In the Natural Oceanography it appears that is presented an inquiring void that concerns the simulation of circulation of water in the region. This project tries to cover this void, with final aim the comprehension of hydrodynamic arrangement of region of study. In the work are used all the existing bibliographic sources and measurements. Also is used mathematic model MIKE21 for the 2-dimensions simulation of water circulation. The result of this work leads to the comprehension of 2-dimensions hydrodynamic circulation of water, mainly to the Patras gulf but also to the channel Rio-Antirio and to a small part of Corinthian gulf.

Στο πεδίο κρατήρων του Κόλπου του Ελαιώνα, παρατηρήθηκε διαφυγή γλυκού νερού (Christodoulou et al., 2002). Προκειμένου να διαπιστωθεί αν ο παράκτιος υδροφόρος εκφορτίζεται στη θάλασσα, έγινε δειγματοληψία νερού σε πηγές και γεωτρήσεις στη χέρσο και πραγματοποιήθηκαν υδροχημικές και ισοτοπικές αναλύσεις. / Groundwater seepage was observed in the pockmark field in Eleonas Bay (Christodoulou et al., 2002). In order to find out if the coastal aquifer seeps through the seafloor, water samples were taken from springs and boreholes and hydrochemical and isotopic analyses took place.

Οι λίμνες αποτελούν πλέον ένα εκτενές ερευνητικό αντικείμενο για πολλά και διαφορετικά επιστημονικά πεδία. Ο ρόλος τους ως αναπόσπαστο μέρος του υδρολογικού κύκλου και ως «πηγή» νερού καθιστά τις λίμνες οικοσυστήματα ύψιστης σημασίας που προσελκύουν το παγκόσμιο ερευνητικό ενδιαφέρον. Γι αυτό το λόγο άλλωστε, η Ευρωπαϊκή Ένωση με την έκδοση της οδηγίας 2000/60 Πλαίσιο για τα ύδατα απαιτεί από τα κράτη μέλη της Ε.Ε να εφαρμόσουν βιώσιμες στρατηγικές διαχείρισης των εσωτερικών υδάτων σε επίπεδο λεκάνης απορροής ώστε έως το 2015 να έχει επιτευχθεί τουλάχιστο «Καλή οικολογική κατάσταση». Η ανάγκη για μεγαλύτερη κατανόηση της λειτουργίας των λιμναίων οικοσυστημάτων αυξήθηκε, γεγονός που οδήγησε στη διεξαγωγή πολυάριθμων ερευνητικών εργασιών που προσεγγίζουν διαφορετικές πτυχές της πολύπλοκης λειτουργίας των λιμνών. Μεγάλο μέρος της έρευνας επικεντρώνεται σε ομάδες οργανισμών που αποτελούν βιοδείκτες σύμφωνα με τα κριτήρια της Ευρωπαϊκής Οδηγίας Πλαίσιο 2000/60, όπως τα ψάρια, το φυτοπλαγκτό, τα βενθικά μακροασπόνδυλα και τα υδρόβια μακρόφυτα. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον όμως προκαλούν και οι αλληλεπιδράσεις των διάφορων βιοκοινωνιών οι οποίες αποδεικνύονται καθοριστικές για την καλή λειτουργία των οικοσυστημάτων. Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η αξιολόγηση της οικολογικής ποιότητας επτά λιμνών της Δυτικής και Βόρειοδυτικής Ελλάδας βάσει φυσικοχημικών χαρακτηριστικών, της σύνθεσης των ειδών της υδρόβιας βλάστησης και των κύριων ταξινομικών ομάδων του ζωοπλαγκτού. Τα αποτελέσματα της διατριβής παρουσιάζονται σε τέσσερις ενότητες-κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο αναφέρεται στις εποχικές διακυμάνσεις και τις χωρικές διαφοροποιήσεις των συγκεντρώσεων των θρεπτικών αλάτων του αζώτου και του φωσφόρου (νιτρικά, νιτρώδη, αμμωνιακά, φωσφορικά και ολικός φώσφορος) και των φυσικοχημικών παραμέτρων που μετρήθηκαν κατά τη διάρκεια των δειγματοληψιών στις επτά υπό διερεύνηση λίμνες της ΒΔ Ελλάδας. Το δεύτερο κεφάλαιο εστιάζει στη σύνθεση των ειδών των υδρόβιων μακροφύτων και των Κλαδοκερωτών και των Τροχόζωων, ενώ στο τρίτο κεφάλαιο εφαρμόζονται δείκτες αξιολόγησης της τροφικής και οικολογικής κατάστασης των υπό διερεύνηση λιμνών με βάση τα αβιοτικά χαρακτηριστικά, τα υδρόβια μακρόφυτα και το ζωοπλαγκτό. Στο τέταρτο κεφάλαιο διερευνήθηκε η επίδραση της υδρόβιας βλάστησης στη χωρική διακύμανση της αφθονίας και της σύνθεσης των κύριων ταξινομικών ομάδων του ζωοπλαγκτού. Σε όλες τις λίμνες μετρήθηκαν υψηλές συγκεντρώσεις ολικού φωσφόρου που υποδεικνύουν την ισχυρή επίδραση του ευτροφισμού. Όσον αφορά τη συγκέντρωση της χλωροφύλλης-α υπήρχαν σημαντικές διαφορές με τις βαθύτερες λίμνες να παρουσιάζουν μικρότερες τιμές. Συγκριτικά με τις υπόλοιπες περιβαλλοντικές παραμέτρους που παρουσιάζονται στο πρώτο κεφάλαιο, η χλωροφύλλη-α θεωρείται ως περισσότερο αντιπροσωπευτική παράμετρος των συγκεκριμένων υδατικών οικοσυστημάτων που αντικατοπτρίζει τις διαφοροποιήσεις των λιμνών αναφορικά με τα κλιματολογικά και τα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά της ευρύτερης λεκάνης απορροής. Αναφορικά με τα υδρόβια μακρόφυτα, στις περισσότερες λίμνες επικρατούν λίγα υφυδατικά είδη με πολύ μεγάλες αφθονίες. Τα είδη Ceratophyllum demersum, Trapa natans, Potamogeton pectinatus, Vallisneria spiralis αποτελούν χαρακτηριστικά είδη για τις λίμνες Λυσιμαχία, Μεγάλη Πρέσπα, Πετρών και Βεγορίτιδα αντίστοιχα. Τα κυρίαρχα υφυδατικά είδη που καταγράφηκαν στις υπό διερεύνηση λίμνες είναι κοινά και χαρακτηριστικά των ευτροφικών συνθηκών. Όσον αφορά τη σύνθεση του ζωοπλαγκτού στις τέσσερις λίμνες όπου πραγματοποιήθηκαν οι σχετικές δειγματοληψίες, συνολικά αναγνωρίστηκαν 14 είδη Κλαδοκερωτών που ανήκουν σε 11 γένη και 6 οικογένειες και 39 είδη Τροχόζωων σε 17 γένη και 12 οικογένειες. Όσον αφορά τα Κλαδοκερωτά τα πιο κοινά είδη που βρέθηκαν και στις τέσσερις λίμνες ήταν τα Bosmina longirostris, Chydorus sphaericus και Diaphanosoma brachyurum. Το Κλαδοκερωτό Bosmina longirostris βρέθηκε σε μεγαλύτερη αφθονία και με μεγαλύτερη συχνότητα κατά τη διάρκεια των δειγματοληψιών ενώ από τα τροχόζωα το είδος Keratella cochlearis βρέθηκε να απαντά σε υψηλές αφθονίες και στις τέσσερεις λίμνες. Η ελάχιστη συμμετοχή μεγάλων Κλαδοκερωτών (Daphnia sp.) στη σύνθεση του ζωοπλαγκτού, ερμηνεύεται ως αποτέλεσμα της έντονης θηρευτικής πίεσης που μπορεί να προέρχεται είτε από την ιχθυοπανίδα είτε από τα μακροασπόνδυλα. Στις λίμνες Πετρών και Καστοριάς το είδος Keratella cochlearis απαντά σε πολύ μεγαλύτερη αφθονία συγκριτικά με τα υπόλοιπα Τροχόζωα, ενώ για τις λίμνες Μικρή Πρέσπα και Βεγορίτιδα συμμετέχουν με σημαντικές αφθονίες περισσότερα είδη όπως για παράδειγμα το Keratella quadrata και είδη του γένους Lecane και Polyarthra. Όσον αφορά τις αφθονίες των σημαντικών ειδών και γενών των Καρκινοειδών, το γένος Bosmina απαντά σε μεγαλύτερη αφθονία στις λίμνες Καστοριά και Πετρών. Στις λίμνες Μικρή Πρέσπα και Βεγορίτιδα καταγράφηκαν επίσης σε μεγαλύτερη αφθονία σε σχέση με τις λίμνες Καστοριάς και Πετρών είδη της οικογένειας Chydoridae. Επίσης μεγάλα σε μέγεθος είδη που ανήκουν στο γένος Daphnia βρέθηκαν να συμμετέχουν σε μεγαλύτερη αφθονία στη λίμνη Μικρή Πρέσπα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή των τροφικών δεικτών του Carlson δείχνουν πως οι δείκτες που βασίζονται στη συγκέντρωση της χλωροφύλλης-α και στο βάθος Secchi κατατάσσουν τις λίμνες Μικρή Πρέσπα, Καστοριάς και Πετρών σε ευτροφική έως υπερευτροφική κλάση, τη Μεγάλη Πρέσπα και τη Τριχωνίδα σε μεσοτροφική και ολιγοτροφική έως μεσοτροφική κλάση αντίστοιχα και τη Λυσιμαχία σε μεσοτροφική ως ευτροφική κλάση. Οι τιμές του Μακροφυτικού Δείκτη (MI) σε γενικές γραμμές συμφωνούν με το ευρύτερο πλαίσιο των αποτελεσμάτων και υποδεικνύουν την Τριχωνίδα ως τη λίμνη με τη «λιγότερο ανεκτική» στον ευτροφισμό υδρόβια βλάστηση. Σύμφωνα με την εφαρμογή του δείκτη Wetland Zooplankton Index, ο οποίος αναπτύχθηκε ως εργαλείο αξιολόγησης των υγροτόπων των Μεγάλων Λιμνών της Β. Αμερικής βάσει της αφθονίας ενδεικτικών στον ευτροφισμό ειδών του ζωοπλαγκτού, προκύπτει πως καλύτερη οικολογική ποιότητα παρουσιάζουν οι λίμνες Μικρή Πρέσπα και Βεγορίτιδα συγκριτικά με τις λίμνες Πετρών και Καστοριάς. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η εφαρμογή του δείκτη WZI κρίνεται ως ικανοποιητική αφού φαίνεται πως αντικατοπτρίζει τις διαφοροποιήσεις των λιμνών σχετικά με τη σύνθεση του ζωοπλαγκτού και τη γενικότερη οικολογική κατάσταση. Η αναπροσαρμογή του δείκτη WZI σύμφωνα με τη σύνθεση του ζωοπλαγκτού στις συνθήκες των Μεσογειακών υγροτόπων, μπορεί να αποτελέσει ένα σημαντικό εργαλείο της οικολογικής αξιολόγησης των λιμναίων οικοσυστημάτων της Ελλάδας. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής η πυκνότερη υδρόβια βλάστηση συμβάλλει σε μεγαλύτερη αφθονία παρόχθιων ειδών ζωοπλαγκτού και πελαγικών ειδών που μπορεί περιστασιακά να βρεθούν στην παρόχθια ζώνη, αλλά δεν υπάρχουν σαφείς ενδείξεις ότι συμβάλλει στην παροχή καταφυγίου μεγάλων Κλαδοκερωτών. Εξάλλου, τα μεγάλα Κλαδοκερωτά απαντούν σε πολύ μικρούς αριθμούς στις υπό μελέτη λίμνες γεγονός που μπορεί να οφείλεται στον ευτροφικό χαρακτήρα των λιμνών όσο και στην ύπαρξη θηρευτικής πίεσης από ψάρια και άλλους θηρευτές. Επίσης σύμφωνα με τα αποτελέσματα των Αναλύσεων Πλεονασμού RDA και του ελέγχου Monte Carlo τα υδρόβια μακρόφυτα Potamogeton pectinatus, Potamogeton lucens, Trapa natans και Myriophyllum spicatum φαίνεται να έχουν μεγαλύτερη στατιστικά σημαντική συσχέτιση με τα είδη του ζωοπλαγκτού. Οι περαιτέρω αναλύσεις ταξιθέτησης που πραγματοποιήθηκαν ξεχωριστά μεταξύ των Τροχόζωων και των Κλαδοκερωτών και των υδρόβιων μακροφύτων ανέδειξαν ως περισσότερο στατιστικά σημαντικά είδη υδρόβιων μακροφύτων τα είδη Trapa natans και Potamogeton natans για τα Τροχόζωα, και τα είδη Myriophyllum spicatum και Potamogeton perfoliatus για τα καρκινοειδή. Η διαφοροποίηση αυτή μεταξύ των Καρκινοειδών και των Τροχόζωων ίσως αποτελεί ένδειξη της προτίμησης των μεγάλων ταξινομικών ομάδων του ζωοπλαγκτού σε διαφορετικού τύπου ενδιαίτημα, είτε αυτό της παρόχθιας ζώνης όπου κυριαρχούν υφυδατικά μακρόφυτα, είτε αυτό της μεταβατικής ζώνης μεταξύ παρόχθιας ζώνης και ανοικτών νερών όπου κυριαρχούν περισσότερο εφυδατικά είδη μακροφύτων. Η πολυπλοκότητα των δομών ορισμένων υφυδατικών μακροφύτων φαίνεται να σχετίζεται με παρόχθια είδη ζωοπλαγκτού, όπως για παράδειγμα το γένος Chydorus, ενώ μακρόφυτα με απλούστερες δομές σχετίζονται περισσότερο με πελαγικά είδη των οποίων η αφθονία δε διαφοροποιείται στην πελαγική ή στην παρόχθια ζώνη. Άλλες περιβαλλοντικές παράμετροι όπως η αγωγιμότητα, και η συγκέντρωση της χλωροφύλλης-α παρουσίασαν συσχέτιση κυρίως με Τροχόζωα και Κλαδοκερωτά όπως το γένος Bosmina. Η αδυναμία των υπολοίπων αβιοτικών παραμέτρων να εξηγήσουν ικανοποιητικά τα αποτελέσματα της σύνθεσης και της κατανομής του ζωοπλαγκτού στις τέσσερις υπό διερεύνηση λίμνες επιβεβαιώνει το γεγονός ότι σε κάθε λίμνη υπάρχουν διαφορετικοί παράγοντες που καθορίζουν τη σύνθεση του ζωοπλαγκτού και που σχετίζονται με «από πάνω προς τα κάτω» (top-down) και «από κάτω προς τα πάνω» (bottom-up) διαδικασίες, όπως η σύνθεση και η αφθονία της ιχθυοκοινωνίας και η αφθονία της υδρόβιας βλάστησης. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής επισημαίνουν την επίδραση των ευτροφικών συνθηκών στις βιοκοινωνίες των υδρόβιων μακροφύτων και του ζωοπλαγκτού. Ωστόσο, υπάρχουν ενδείξεις πως ανθρωπογενείς επεμβάσεις όπως η εισαγωγή αλλόχθονων ειδών ψαριών ενδέχεται να καθορίζουν επίσης σε σημαντικό βαθμό τη σύνθεση ειδών του ζωοπλαγκτού ενισχύοντας έμμεσα το φαινόμενο του ευτροφισμού. Περαιτέρω διερεύνηση της σύνθεσης της ιχθοκοινωνίας της παρόχθιας ζώνης σε συνδυασμό με τη μελέτη της οριζόντιας μετακίνησης του ζωοπλαγκτού από και προς την παρόχθια ζώνη ενδεχομένως να συμβάλλει εκτενέστερα στη διελεύκανση του ρόλου της παρόχθιας ζώνης και των υδρόβιων μακροφύτων ως καταφύγιο για το ζωοπλαγκτό. Επιπλέον, σύμφωνα με τα αποτελέσματα της διατριβής φαίνεται πως η αφθονία της υδρόβιας βλάστησης συμβάλλει στην αφθονία του ζωοπλαγκτού και ως ένα βαθμό φαίνεται να υπάρχει συσχέτιση μεταξύ των υδρόβιων μακροφύτων με πολύπλοκες δομές και της αφθονίας των Κλαδοκερωτών. Επερχόμενες έρευνες που εστιάζουν στη διαφοροποίηση της σύνθεσης του ζωοπλαγκτού μέσα στις μακροφυτικές συναθροίσεις σε επίπεδο μικροενδιαιτήματος θα μπορούσαν επίσης να παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με το ρόλο των υδρόβιων μακροφύτων ως ενδιαίτημα και καταφύγιο για το ζωοπλαγκτό. Αναμφισβήτητα, οι σχέσεις μεταξύ των υδρόβιων οργανισμών σε ένα λιμναίο οικοσύστημα είναι πολυδιάστατες, ωστόσο η κατανόηση των μηχανισμών που τις διέπουν είναι σημαντική ώστε να είναι δυνατή η εφαρμογή αποτελεσματικών στρατηγικών διαχείρισης και ανάκαμψης των επιβαρυμένων οικοσυστημάτων. Επιπλέον, όσον αφορά τα Μεσογειακά υδατικά οικοσυστήματα λόγω των ιδιαίτερων κλιματικών, περιβαλλοντικών και κοινωνικοοικονομικών συνθηκών η διεξαγωγή ερευνών με αντικείμενο τις βιοτικές αλληλεπιδράσεις χρήζει μεγάλης σπουδαιότητας. / Lakes are extremely invaluable ecosystems due to their significance as a crucial component of the water circle and a source of fresh water. The last few decades there is an increasing interest of the scientific community for the functions and mechanisms associated with the lake ecosystems. Moreover, the Water Framework Directive requires the implementation of sustainable fresh water management, including the lake ecosystems, in order to achieve a minimum good ecological quality by 2015. Consequently, there is a lot of research focused on important biotic groups used as biological indicators by the WFD. However, it is well known that the biotic interactions between the various groups of aquatic organisms can often provide key background information regarding the ecological quality of the ecosystem. The main objective of the present thesis is the evaluation of the ecological status of seven lakes in West and NW Greece based on physicochemical characteristics, aquatic macrophyte composition and the major zooplankton taxonomic groups composition. The results of the current thesis are presented in four basic parts. The first part is focused on the seasonal and spatial variations among the seven studied lakes regarding the nutrient concentrations and the abiotic parameters. The second part describes the composition of aquatic macrophytes and the composition of Cladocera and Rotifera in the studied lakes. In the third part the ecological status of the studied lakes was assessed using Trophic State Indices and indices based on aquatic macrophytes and zooplankton. Finally, the fourth part investigates the effects of the aquatic vegetation on the spatial distribution and abundances of the major zooplankton taxonomic groups. According to the results of the current thesis, several statistically significant differences were found among the studied lakes regarding the abiotic parameters. Most notable differences include those of chlorophyll-a concentrations between the deeper and the shallower lakes reflecting the variations in nutrient loading, geomorphology and local climate. During the present thesis, high concentrations of total phosphorus were recorded indicating the influence of eutrophic conditions. As far as the aquatic macrophytes are concerned, few submerged species were found in high abundances which are indicative of the eutrophic conditions. Ceratophyllum demersum, Trapa natans, Potamogeton pectinatus, Vallisneria spiralis were characterized as dominant indicator species for the lakes Lysimachia, Megali Prespa, Petron and Vegoritis respectively. Regarding the zooplankton composition a total of 14 Cladocera and 39 Rotifera were identified in lakes Mikri Prespa, Kastoria, Vegoritis and Petron. Most common Cladocerans were the species Bosmina longirostris, Chydorus sphaericus and Diaphanosoma brachyurum. The small sized Cladoceran Bosmina longirostris was found in greater density while Keratella cochlearis was the most abundant among the Rotifera. The high abundance of small Cladocerans combined with the low contribution of large Daphnia indicates the high predation pressure on the zooplankton. Lakes Mikri Prespa and Vegoritis were characterized by a larger contribution of Cladocera in relation with lakes Kastoria and Petron, including littoral species such as Chydorus. Other Rotifera species such as Keratella quadrata, Lecane and Polyarthra were also recorded in significant abundances in lakes Mikri Prespa and Vegorits. The ecological assessment of the studied lakes based on the application of Trophic State Indices classified lakes Mikri Prespa, Kastoria and Petron as eutrophic to hypereutrophic class, lake Lysimachia as mesotrophic to eutrophic class, lake Megali Prespa as mesotrophic and lake Trichonis as oligotrophic to mesotrophic class. The results from Macrophyte Index evaluation highlight the high nutrient enrichment and the eutrophic influence on the aquatic macrophyte composition. According to the results of Wetland Zooplankton Index, an index based on zooplankton developed for the assessment of wetlands in Great Lakes of N. America, lakes Mikri Prespa and Vegoritis are characterized by higher ecological status than lakes Kastoria and Petron. Wetland Zooplankton Index can provide an important tool for a holistic approach of the ecological assessment of lake ecosystems in Greece. According to the results of the present thesis, dense aquatic macrophyte assemblages contribute to a higher total zooplankton species richness. Specifically, in macrophyte assemblages occupying the whole water column were found higher abundances of littoral Cladocerans and Rotifers in relation with the abundances found among thinner macrophyte stands. Moreover, Redundancy Analysis revealed Potamogeton pectinatus, Potamogeton lucens, Trapa natans and Myriophyllum spicatum as most statistically significant aquatic macrophytes that influence the spatial distribution of zooplankton. Further analysis conducted separately for the Cladocera and Rotifera taxa suggest that Trapa natans and Potamogeton natans have a larger influence on Rotifera spatial variation while the submerged macrophytes Myriophyllum spicatum and Potamogeton perfoliatus will influence mostly the crustacean spatial distribution. These differences can be attributed to a preference of littoral Cladocerans for more complex macrophyte structures that provide habitat for foraging. Few abiotic parameters were found to have a significant effect on zooplankton spatial variability which highlights the importance of top-down and bottom-up factors for determination of biotic community interactions. In conclusion, the results of this thesis underline the influence of eutrophication on the biological communities of aquatic macrophytes and zooplankton. However, there are indications that other human induced activities, such as introduction of exotic fish species, may have a significant effect on the zooplankton composition. Additional research, focused on the composition of littoral fish communities combined with studies on the horizontal distribution of zooplankton in the littoral zone could provide solid information on the role of littoral aquatic vegetation as refuge. Moreover, the results of this thesis indicate that the aquatic vegetation has a significant effect on the zooplankton abundance and there is a possible relationship between complex macrophyte structures and Cladocera density. Further investigation of the spatial variation of zooplankton composition inside the macrophyte assemblages may also elucidate the role of aquatic vegetation as microhabitats for the zooplankton communities. Although the interactions between the biotic communities in a lake ecosystem can be quite complex, the comprehension of the background mechanisms is necessary in order to implement successive management and restoration strategies. Especially, in Mediterranean region, because of the special climate, environmental and socioeconomic conditions, the research on lake ecosystems is particularly important and highly significant for an effective sustainable water management.

Σε αυτήν την διπλωματική εργασία μελετήσαμε το σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας και στάθμης νερού σε δεξαμενή. Αρχικά αναφέρουμε γενικά στοιχεία θεωρίας σχετικά με τον σχεδιασμό συστημάτων ελέγχου στον χώρο κατάστασης και πιο συγκεκριμένα αναλύουμε την μέθοδο ελέγχου με βάση την αυθαίρετη τοποθέτηση πόλων. Στην συνέχεια ασχολούμαστε μεμονωμένα με τον έλεγχο στάθμης νερού σε δεξαμενή. Περιγράφουμε το φυσικό σύστημα και την μονάδα ελέγχου την οποί α χρησιμοποιήσαμε στον χώρο του εργαστηρίου. Έπειτα από μια σειρά πειραμάτων τα οποία εκτελέσαμε και με βάση τις μετρήσεις τις οποίες πήραμε ,μπορέσαμε να υπολογίσουμε τα χαρακτηριστικά των επιμέρους ηλεκτρομηχανολογικών στοιχείων της πειραματικής μας διάταξης, όπως για παράδειγμα της αντλίας νερού, της μονάδας μέτρησης της στάθμης ,καθώς και τα χαρακτηριστικά της στατικής διεργασίας. Ομοίως πράξαμε και για τον έλεγχο θερμοκρασίας νερού σε δεξαμενή και έτσι μπορέσαμε να υπολογίσουμε τα χαρακτηριστικά του στοιχείου θέρμανσης. Στην συνέχεια, δίνουμε την περιγραφή του ολικού συστήματος ελέγχου στάθμης και θερμοκρασίας νερού σε δεξαμενή. Αφού εξάγουμε τις μαθηματικές εξισώσεις οι οποίες περιγράφουν το σύστημα στην μόνιμη κατάσταση, συμπεραίνουμε πως το σύστημα είναι μη γραμμικό. Σχεδιάζουμε το μη γραμμικό σύστημα στο Simulink και γράφοντας κατάλληλο κώδικα στο Matlab μπορέσαμε να γραμμικοποιήσουμε το σύστημά μας γύρω από ένα συγκεκριμένο σημείο λειτουργίας και το διακριτοποιήσαμε. Έπειτα, πάλι με την βοήθεια του λογισμικού προγράμματος Matlab σχεδιάσαμε έναν ελεγκτή με την μέθοδο τοποθέτησης πόλων και τον εφαρμόσαμε στο μη γραμμικό σύστημα για διάφορες τιμές πόλων και εξάγαμε τα συμπεράσματά μας από τα αντίστοιχα διαγράμματα όσων φορά την καλύτερη απόκριση του συστήματος. Την ίδια διαδικασία με παραπάνω εφαρμόσαμε και για ένα διαφορετικό σημείο λειτουργίας του συστήματος. / -

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάται η φωτοκαταλυτική διάσπαση του νερού προς παραγωγή υδρογόνου με χρήση πηγής που προσομοιώνει την ηλιακή ακτινοβολία. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν φωτοκαταλύτες είτε θειούχου καδμίου (CdS) σε συνδυασμό με θειούχα και θειώδη άλατα του νατρίου (Na2S-Na2SO3) είτε διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) σε συνδυασμό με γλυκερόλη (C3O5(OH)3). Χρησιμοποιώντας φωτοκαταλύτη θειούχου καδμίου (CdS) εξετάστηκε η δυνατότητα παρασκευής σταθερών καταλυτών με i) διαφορετικό διαλύτη, ii) διαφορετικές πρόδρομες ενώσεις, και iii) με σύζευξη του CdS με ημιαγωγούς μεγαλύτερου ενεργειακού χάσματος, το θειούχο ψευδάργυρο (ZnS) ή/και το διοξείδιο του τιτανίου (TiO2), σε διάφορες αναλογίες σύνθεσης. Παρατηρήθηκε ότι η απόδοση του παραγόμενου καταλύτη εξαρτάται από τη μέθοδο παρασκευής του, και βελτιώνεται σημαντικά όταν το CdS συζευχθεί με το ZnS σε αναλογία CdS/ZnS (25-75). Επιπλέον αύξηση του ρυθμού παραγωγής υδρογόνου ελήφθη εναποθέτοντας 0.5% κ.β. Pt στην επιφάνεια του σύνθετου φωτοκαταλύτη CdS/ZnS (25-75). Η σύνθεση του CdS με TiO2 ή με TiO2 και ZnS και ταυτόχρονη εναπόθεση 0.5% κ.β., πλατίνας (0.5% Pt-CdS/TiO2, 0.5% Pt-CdS/ZnS/TiO2), οδηγεί και πάλι σε αύξηση του ρυθμού παραγωγής υδρογόνου χωρίς όμως να παρατηρείται σημαντική διαφοροποίηση σε σχέση με το ρυθμό που ελήφθη με φωτοκαταλύτη 0.5% Pt-CdS/ZnS (25-75). Αντικατάσταση των συμβατικών θυσιαζόμενων ενώσεων (Na2S και Na2SO3) με αιθανόλη (1% κ.ο.), οδήγησε σε μηδενικό καταλυτικό ρυθμό στην περίπτωση των φωτοκαταλυτών 0.5%Pt-CdS/ZnS (25-70) και 0.5%Pt-CdS, ενώ στην περίπτωση των 0.5%Pt CdS/TiO2 (50-50) και 0.5%Pt CdS/ZnS/TiO2 ((25-75):1) ο ρυθμός μειώθηκε σημαντικά. Ταυτόχρονη χρήση θυσιαζόμενων ενώσεων (Na2SO3-Na2S και αιθανόλης) μόνο στην περίπτωση του 0.5% Pt-CdS/ZnS/TiO2 ((25-75):1) οδηγεί σε διαδοχική δράση των δύο θυσιαζόμενων ενώσεων Χρησιμοποιώντας φωτοκαταλύτη διοξειδίου του τιτανίου ενισχυμένο με 0.5% κ.β. πλατίνα (0.5%Pt-TiO2) σε υδατικό αιώρημα παρουσία γλυκερόλης (C3O5(OH)3), πραγματοποιήθηκε συνδυασμός της φωτοκαταλυτικής διάσπασης του νερού και της φωτο-επαγόμενης οξείδωσης της οργανικής ένωσης υπό αναερόβιες συνθήκες. Με τον τρόπο αυτόν, το νερό ανάγεται για την παραγωγή Η2 ενώ η οργανική ένωση, που ενεργεί ως δότης ηλεκτρονίων, οξειδώνεται προς το CO2. Η παρουσία της γλυκερόλης στο διάλυμα οδηγεί παράλληλα σε σημαντική αύξηση του ρυθμού παραγωγής Η2, λόγω της επιπρόσθετης παραγωγής υδρογόνου (additional hydrogen, H2,add.), η οποία προέρχεται από τη διάσπαση της οργανικής ένωσης. Τα συνολικά παραγόμενα ποσά των H2,add. και CO2 έχουν αναλογία μορίων H2,add.:CO2 πρακτικά ίση με 7:3, η οποία αντιστοιχεί στην αντίδραση αναμόρφωσης της γλυκερόλης (C3H8O3 + 3H2O  3CO2 + 7H2). Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν από σειρά πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν μεταβάλλοντας τις λειτουργικές παραμέτρους της αντίδρασης αναμόρφωσης της γλυκερόλης, έδειξαν ότι ο ρυθμός παραγωγής υδρογόνου εξαρτάται, κυρίως, από τη συγκέντρωση της γλυκερόλης και, σε μικρότερο βαθμό, από το είδος και τη φόρτιση του μετάλλου, το pH, τη θερμοκρασία του διαλύματος και τη συγκέντρωση του καταλύτη στο αιώρημα. Πιο συγκεκριμένα, η μελέτη της επίδρασης της φύσης του μετάλλου (0,5%κ.β., Pt, Pd, Ru, Rh, Ag), έδειξε ότι ο μέγιστος ρυθμός παραγωγής υδρογόνου λαμβάνεται με χρήση Pt, καθώς η σειρά ενεργότητας των μετάλλων μεταβάλλεται ως εξής, Pt>Pd>Ru>Rh>Ag. Η επίδραση της φόρτισης σε μέταλλο (Pt) στο ρυθμό παραγωγής υδρογόνου, σε ένα εύρος τιμών από 0,05 έως 5% κ.β Pt, έδειξε ότι ο μέγιστος ρυθμός παραγωγής υδρογόνου αυξάνει με αύξηση της φόρτισης σε μέταλλο στην περιοχή 0,05-0,5% κ.β Pt, ενώ για φορτίσεις μεγαλύτερες του 2% κ.β Pt σημειώνεται μείωση του ρυθμού. Η αύξηση της συγκέντρωσης του καταλύτη (0,5%Pt/TiO2) στο αιώρημα από 0,6 g/L έως 2,66 g/L οδηγεί σε σταδιακή αύξηση και τελικά σταθεροποίηση του μέγιστου ρυθμού παραγωγής υδρογόνου. Ο ρυθμός της αντίδρασης αυξάνει σε βασικά διαλύματα, σε σχέση με το ρυθμό που μετρήθηκε σε φυσικό pH, και μειώνεται σε όξινα διαλύματα. Επιπλέον, αύξηση του ρυθμού επιτυγχάνεται με αύξηση της θερμοκρασίας από τους 40oC στους 60oC, ενώ περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας στους 80oC δεν οδηγεί σε σημαντική μεταβολή του ρυθμού. Η σημαντικότερη παράμετρος που επηρεάζει το ρυθμό παραγωγής υδρογόνου είναι η συγκέντρωση της γλυκερόλης στο αιώρημα. Αύξηση της αρχικής συγκέντρωσης της γλυκερόλης στο αιώρημα από 10-4 έως 100 mol L-1 οδηγεί σε αύξηση του μέγιστου ρυθμού παραγωγής υδρογόνου, το οποίο αυξάνεται μονοτονικά με το λογάριθμο της συγκέντρωσης της γλυκερόλης έως και δύο τάξεις μεγέθους. Αντίστοιχα πειράματα επίδρασης της συγκέντρωσης της γλυκερόλης και της μάζας του φωτοκαταλύτη στο αιώρημα, όπως και της % φόρτισης της πλατίνας στην επιφάνεια του 0,5%Pt/TiO2, πραγματοποιήθηκαν σε ξεχωριστό αντιδραστήρα. Ο αντιδραστήρας αυτός περιέχει εσωτερικά λαμπτήρα ισχύος 4W, ο οποίος προσομοιώνει την υπεριώδη ακτινοβολία και εκπέμπει φωτόνια στα 365nm. Σε κάθε περίπτωση, τα αποτελέσματα είναι ποιοτικά όμοια με αυτά που ελήφθησαν με ορατή ακτινοβολία. Αξίζει να σημειωθεί ότι με χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας λαμβάνονται μεγαλύτεροι καταλυτικοί ρυθμοί σε σχέση με αυτούς που ελήφθησαν με ορατή ακτινοβολία. Τα αποτελέσματα πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό των ενδιάμεσων και τελικών προϊόντων (αέριων ή/και υγρών) της αντίδραση αναμόρφωσης της γλυκερόλης υδατικού αιωρήματος συγκέντρωσης 17 mM, έδειξαν ότι κύριο ενδιάμεσο προϊόν της αντίδρασης είναι η μεθανόλη, ενώ ταυτόχρονα ανιχνεύθηκαν σημαντικά μικρότερες ποσότητες οξικού οξέος. Ως τελικά προϊόντα ανιχνεύθηκαν μόνο Η2 και CO2, τα οποία ποσοτικά βρίσκονται σε πλήρη συμφωνία με αυτά που αναμένονται από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης. Μελέτη πραγματοποιήθηκε για τη διερεύνηση της μη στοιχειομετρικής έκλυσης οξυγόνου απουσία και παρουσία γλυκερόλης συγκέντρωσης 0.0-1.36 mM. Τα αποτελέσματα οδηγούν στο συμπέρασμα ότι το φωτοπαραγόμενο οξυγόνο είτε παραμένει δεσμευμένο στην επιφάνεια του φωτοκαταλύτη με τη μορφή περοξοτιτανικών συμπλόκων ή οξειδίων του τιτανίου, είτε απελευθερώνεται στο διάλυμα με τη μορφή Η2Ο2. Σε όλες τις περιπτώσεις η ποσότητα των υπεροξειδικών ειδών στην επιφάνεια του φωτοκαταλύτη τείνει προς μια οριακή τιμή (~20 μmol), η οποία πιθανότατα αντιστοιχεί στη μέγιστη δυνατή κάλυψη του TiO2 με υπεροξειδικά είδη. Ποιοτικά όμοια αποτελέσματα ελήφθησαν και από αντίστοιχα πειράματα που έγιναν με χρήση γλυκόζης συγκέντρωσης 0.0-0.417mM. Η κβαντική απόδοση (quantum yield) των φωτο-επαγόμενων αντιδράσεων αναμόρφωσης μετρήθηκε σε ξεχωριστό φωτοαντιδραστηρα με χρήση λαμπτήρα “black light” που εκπέμπει στα 365 nm. Διαπιστώθηκε ότι κβαντική απόδοση από 1,8% που ελήφθη για το καθαρό νερό, αυξάνεται σε 70%, με αιώρημα γλυκερόλης συγκέντρωσης 1Μ. Τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποικοδόμηση ρύπων σε θερμοκρασία δωματίου και ατμοσφαιρική πίεση, με ταυτόχρονη παραγωγή υδρογόνου έχοντας υψηλή απόδοση. / In the present study a detailed investigation has been carried out in an attempt to obtain photocatalytic hydrogen production with simulated the solar irradiation. The employed photocatalysts were either cadmium sulfide (CdS) in the presence of sodium sulfide and sulfide salts (Na2S-Na2SO3) or titanium dioxide (TiO2) in the presence of glycerol (C3O5(OH)3). Using cadmium sulfide (CdS) as phototcatalyst, the possibility of producing stabilized photocatalysts was investigated with i) various solvents, ii) various precursors and iii) combined with wide band gap photocatalysts, like zinc sulphide (ZnS) or/and titanium dioxide (TiO2), with different ratio. Results revealed that CdS preparation process significantly influences the photocatalytic effectiveness and increase the hydrogen production. Increase in hydrogen production can be achieved by coupling CdS with ZnS in a ratio of CdS/ZnS (25-75). A further increase in the rate of hydrogen production was observed by dispersion of Pt (0.5 wt %) in the surface of the compined photocatalyst, CdS/ZnS (25-75). Additionally, as experimental results indicated, increase in hydrogen production can be achieved by coupling CdS with TiO2 (0.5% Pt-CdS/TiO2) or alternatively by mixing CdS with TiO2 and ZnS (0.5% Pt-CdS/ZnS/TiO2). In both cases, the obtained rates of hydrogen production were not much different with that obtained with the use of 0.5% Pt-CdS/ZnS (25-75). Replacing the conventional sacrificial agents (Na2S-Na2SO3) with ethanol (1% v/v), the rates of hydrogen production became zero, in the case of photocatalysts 0.5%Pt-CdS/ZnS (25-70) and 0.5%Pt-CdS or significantly decreased, in the case of photocatalysts 0.5%Pt CdS/TiO2 (50-50) and 0.5%Pt CdS/ZnS/TiO2 ((25-75):1). Simultaneous use of sacrificial agents with 1% v/v ethanol (Na2SO3-Na2S and 1% ethanol), results in successive action of the two sacrificial agents, only for the case of 0.5%Pt CdS/ZnS/TiO2 ((25-75):1). Using titanium dioxide (TiO2), as phototcatalyst in the presence of glycerol (C3O5(OH)3), resulted both in photocatalytic splitting of water and light-induced oxidation of organic substrates into a single process, that takes place at ambient conditions in the absence of gas-phase oxygen. According to the proposed mechanism, the water is reduced to hydrogen, while the organic compound acts as electron donor and gradually oxidized towards to carbon dioxide (CO2). Irradiation of aqueous glycerol, results in notably strong evolution of H2, because of the additional production of hydrogen (additional hydrogen, H2, add.), which comes from the splitting of glycerol. The total amounts of H2,add. and CO2 are practically equal to the molar ratio H2,add..:CO2 7:3, which corresponds in the reaction of reforming (C3H8O3 + 3H2O  3CO2 + 7H2). The results of experiments were conducted in order to investigate the effects of operating parameters on the rate of hydrogen production, showed that the rate of hydrogen production depends strongly on glycerol concentration and, to a lesser extent, on the kind of metal loading, on solution pH and temperature and the concentration of photocatalyst in solution. Specifically, experiments of the effectiveness of the nature of the dispersed metal on catalytic performance showed that the maximum rate of hydrogen production is obtained with the use of Pt, as efficiency of the metal doped TiO2 is in the order of Pt > Pd > Ru >Rh >Ag. The effect of metal loading (Pt) on the reaction rate has been investigated in the range of 0.0-5.0 wt.%, and showed that the maximum rate of hydrogen production increased with increasing Pt loading from 0.05 to 0.5 wt% but decreased for load greater than 2% wt. Pt. Increase the catalyst concentration (0,5%Pt/TiO2) in the solution in the range of 0,6 g/L until 2,66 g/L leads to progressive increase on the reaction rate, which is finally stabilized on the biggest rate of hydrogen production. The rate of hydrogen evolution is higher at neutral or basic solutions, compared to acidic solutions and increased with increasing temperature from 40oC to 60-80oC (Fig. 3). Further increase of solution temperature up to 80oC did not induce significant changes on the rate. The most important parameter, which mainly determines the rate of hydrogen production, is glycerol concentration (C) in solution. In particular, increasing the glycerol concentration (C) in solution, in the range of 10-4 until 100 mol L-1, results in a linear increase of the maximum rate of hydrogen production with logCglyc. The maximum rate increased about two orders of magnitude with increase of Cglyc from zero to 1M. Corresponding experiments of effect of glycerol, photocatalyst concentration in the suspension and % Pt loading in the surface of 0.5%Pt/TiO2 were conducted in separate reactor. The photo-reactor includes the lamp, which simulates UV irradiation emitting at 365 nm. In all cases, the results were qualitatively similar with those obtained with the use of UV-Vis irradiation. The only difference was that with UV irradiation bigger rates of hydrogen production are obtained. Experiments designed with the purpose to define the formation of reaction’s intermediates and final products (gas or/and liquid), in glycerol solution concentration 17 mM, indicated that methanol is the main reaction intermediate, small amounts of acetic was also detected in the liquid phase. The final products were only H2 and CO2, which are in great agreement with those predicted from the stoichiometry of the reforming reaction. The investigation of slurries for the non-stoichiometric oxygen production, in the presence or in the absent of glycerol (concentration 0.0-1.36 mM), indicated that photogenerated oxygen is bound at the catalyst surface as peroxotitanate complexes or titanoxide, or is released in the solution as Η2Ο2. In all cases, the quantity of peroxide species at the catalyst’s surface tends to a marginal value (~20 μmol), which corresponds to the possibility of maximum cover of TiO2. Qualitatively similar results were obtained with the use of glucose slurries in concentration 0.0-0.417mM. The quantum yield (QY) of hydrogen evolution was measured in the photoreactor with the UV lamp emitting at 365 nm. It is observed that quantum yield increased from 1.8%, for pure water to 70%, for glycerol solution concentration 1M. The results of my thesis can be used for waste degradation in ambient conditions with simultaneous production of hydrogen and high efficiency.

Το θέμα των ρωμαϊκών λουτρών προσανατολίσητκε σε δύο κύριες κατευθύνσεις: α)στη μελέτη και την παρουσίαση των συγκεκριμένων κατασκευών γενικά και β) στην εστίαση στις περιπτώσεις που έχουν ανεβρεθεί στον ελλαδικό χώρο. Επιχειρείται μια γενική εισαγωγή σε όρους εξέλιξης των κατασκευών αυτών στο χρόνο, αναφορές στην ορολογία, την καταγωγή τους και στο ιστορικό τους πλαίσιο. Πραγματοποιείται ανάλυση του σχεδιασμού των ρωμαϊκών λουτρών, της οικοδομικής τους και των κατασκευαστικών τους χαρακτηριστικών. Tέλος, υπό μελέτη τίθενται τα ρωμαϊκά λουτρά στον ελλαδικό χώρο, όπου με τη μορφή χαρτών και παράθεσης πηγών για την περιπτωσιολογία, όπως αυτή διαμορφώνεται από τα αρχαιολογικά ευρήματα, αποδίδεται γλαφυρότερα η συνολική εικόνα του θέματος κατηγοριοποιημένα κατά το δυνατόν. / The subject is horiented at two basic directions: a) the study and presentation of roman baths in general and b)the focus in the documented archaelogical cases in Greece. A general approach and introduction is attempted in terms of in-time development of those structures, terminology, origin and historical context. The design of roman baths, their structural elements and building techniques are some focal points under discussion. Roman baths in Greece are beeing studied. In the form of maps and literature connotations for the reported archaelogical evidences the conclusions are drawn under the prism of an - as possible - general categorization, sina que non for a complete study.

Οι κρατήρες διαφυγής ρευστών (pockmarks) είναι βυθίσματα σε μαλακά ιζήματα του βυθού, στα παράκτια και πελαγικά οικοσυστήματα. Μελετώνται παγκοσμίως τις τελευταίες τέσσερις δεκαετίες και στον ελληνικό χώρο έχουν εντοπιστεί κυρίως στη Δυτική Ελλάδα. Εξ αυτών, οι περισσότεροι είναι κρατήρες μεθανίου και μόνο στον Ελαιώνα Αιγίου και στον όρμο του Πρίνου έχουν βρεθεί κρατήρες γλυκού νερού. Έως τώρα, η μελέτη της βιολογίας των κρατήρων έχει εστιάσει κυρίως την περίπτωση των κρατήρων μεθανίου. Για τους κρατήρες γλυκού νερού δεν υπάρχουν εργασίες σχετικά με τη βιολογία τους, εκτός από μια η οποία αφορά τη μικροβιακή δράση στο ίζημα. Στον Ελαιώνα οπτική παρατήρηση έδειξε την ύπαρξη πληθώρας βενθικών οργανισμών, οι οποίοι απουσιάζουν από τον ευρύτερο πυθμένα. Το φαινόμενο αυτό έχει παρατηρηθεί σε πολλούς κρατήρες παγκοσμίως και θεωρείται ότι σχετίζεται κυρίως με τη φύση του υποστρώματος στο εσωτερικό της δομής των κρατήρων. Γενικά, υπάρχει πολύ περιορισμένη πληροφορία για το αβιοτικό και βιοτικό περιβάλλον των κρατήρων, ιδιαίτερα στη στήλη του νερού, ενώ δεν είναι σαφές το αν οι δομές αυτές μπορούν να αποτελέσουν διαταραγμένα περιβάλλοντα ή οάσεις οργανισμών. Η παρούσα εργασία διερευνά το πλαγκτικό στοιχείο στους κρατήρες γλυκού νερού του Ελαιώνα και αποτελεί την πρώτη σχετική αναφορά σε διεθνές επίπεδο, τουλάχιστον σε ότι σχετίζεται με το ζωοπλαγκτόν. Για τη μελέτη συλλέχθηκε μικρο- και μεσοζωοπλαγκτόν, έτσι ώστε να διερευνηθεί όλο το εύρος μεγέθους των οργανισμών από 50 μm έως 20 mm. Οι κρατήρες που μελετήθηκαν παρουσίασαν μικρή εκροή γλυκού νερού. Μετρήσεις θρεπτικών ιόντων και χλωροφύλλης -α έδειξαν ότι οι κρατήρες δεν επηρέασαν φυσικοχημικά το θαλάσσιο περιβάλλον. Ωστόσο, παρατηρήθηκε αύξηση της Chl-a κοντά στο στόμιο του κρατήρα και της φαιοφυτίνης (προϊόν αποδόμησης της Chl-a) και των θρεπτικών στο εσωτερικό του κρατήρα. Ως προς το ζωοπλαγκτόν, οι κρατήρες βρέθηκαν να συγκεντρώνουν μεγαλύτερες αφθονίες πελαγικών προνυμφών βενθικών οργανισμών που εγκαθίστανται στο εσωτερικό τους, όπως έχει επιβεβαιωθεί με οπτική παρατήρηση, καθώς και ειδών Αρπακτικοειδών και Ποικιλοστοματοειδών Κωπηπόδων (ενηλίκων, κωπηποδιτών, ναυπλίων). Τα εν λόγω κωπήποδα πιθανόν να σχετίζονται με την παρουσία αυξημένου αιωρούμενου οργανικού υλικού στους κρατήρες και ζελατινοειδών διηθηματοφάγων οργανισμών (κωπηλατών, βυτιοειδών) σε αυτούς. Επιπλέον, η αυξημένη συγκέντρωση ναυπλίων και κωπηποδιτικών σταδίων υποθέτουμε ότι μπορεί να σχετίζεται με την αυξημένη παρουσία αυγών κωπηπόδων, εφόσον η δομή του κρατήρα μπορεί να τα συγκεντρώνει. Επειδή η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε σε μια περίοδο ανάμιξης του νερού και μια περίοδο ασθενούς θερμοστρωμάτωσης, θεωρούμε ότι οι παρατηρήσεις μας για το ζωοπλαγκτόν δεν εμφανίζουν έντονο ‘’σήμα’’ και προτείνεται επανάληψη της έρευνας σε περίοδο έντονης θερμοστρωμάτωσης. / Pockmarks are seabed depressions on soft sediments, found in coastal and pelagic ecosystems. They have been studied for the last four decades and in Greece they can be found mainly in the western parts of the country. Most of the pockmarks are methane formatted, while groundwater formatted pockmarks have been found in Greece only in Elaionas bay and Prinos bay. So far, only methane pockmarks have been studied, concerning their biological components, and there are no references for the groundwater formatted ones, except one that focused on the microbial activity in the sediments. In Elaionas bay optical observations revealed the presence of an extensive benthic community that lacks from the surrounding seabed. This has been observed in a number of pockmarks worldwide and is believed to be co occurring with the presence of hard substrates in the pockmarks. Generally, there is little information of the biotic and abiotic environment of the pockmarks, especially in the water column, while it is not yet clear if these depressions should be considered as disturbed environments or local oasis for the organisms in the area. This study is focusing on the planktonic component of the pockmark field at Elaionas bay and to our knowledge it is the first attempt internationally, at least when it comes to zooplankton. Mesozooplankton and microzooplankton samples were collected in order to investigate the whole basic size range of the zooplankton community (50 μm to 20 mm). The studied pockmarks exhibited slight groundwater flow. Nutrient and chlorophyll a concentrations showed no physicochemical ‘’signal’’ in the pockmarks. However, there was a trend of increase of Chl –a near the opening of the pockmark and of phaeophytin and nutrients inside the pockmark. As for zooplankton, there is evidence that greater abundances of pelagic larvae of benthic organisms are concentrated in the pockmarks (the presence of the adults has been confirmed by divers and ROV), as well as some species of the Order Harpacticoida and Poecilostomatoida (adults, copepodites, nauplii). These copepods may be related to the increase of dissolved organic matter in the pockmark and the presence of tunicates (appendicularians, doliolids) also found concentrated in the pockmarks. Increased abundance of nauplii and copepodite stages in the pockmark is believed to result from the increase of copepod eggs, assuming that the pockmark can gather and retain them. Repetition of the sampling procedure at the pockmark field on a different season is necessary, because the lack of a strong thermocline suggests that any strong differences between the pockmark and the surrounding environment are being less detectible.

Οι κυψέλες καυσίμου είναι ηλεκτροχημικές διατάξεις οι οποίες επιτρέπουν την απευθείας μετατροπή της ελεύθερης χημικής ενέργειας ενός καυσίμου σε ηλεκτρική. Η λειτουργία τους βασίζεται σε μία αντίδραση οξείδωσης ενός καυσίμου, η οποία λαμβάνει χώρα στην άνοδο, και σε μία αντίδραση αναγωγής ενός οξειδωτικού μέσου, η οποία λαμβάνει χώρα στην κάθοδο. Οι κυψέλες καυσίμου πολυμερικής μεμβράνης (ΡΕΜ) χρησιμοποιούν ηλεκτρολύτη αγωγιμότητας Η+, το θερμοκρασιακό εύρος λειτουργίας τους είναι 30-100oC και αποτελούν μία υποσχόμενη τεχνολογία, που βρίσκεται πολύ κοντά στο στάδιο της εμπορευματοποίησης. Το κυριότερο καύσιμο που χρησιμοποιείται στις κυψέλες καυσίμου είναι το Η2, το οποίο παράγεται συνήθως από διεργασίες αναμόρφωσης υδρογονανθράκων ή αλκοολών. Το μονοξείδιο του άνθρακα που παράγεται επίσης κατά την διαδικασία της αναμόρφωσης, αποτελεί ένα σημαντικό άλυτο πρόβλημα στις κυψέλες καυσίμου τύπου ΡΕΜ, καθώς η ρόφησή του στην άνοδο της κυψέλης, παρεμποδίζει τη ρόφηση του Η2. Στην παρούσα εργασία μελετάται η ηλεκτρόλυση του νερού με χρήση μεμβρανών πρωτονιακής αγωγιμότητας καθώς και η μελέτη της βελτίωσης της απόδοσης κελιών καυσίμου τύπου ΡΕΜ μέσω τριοδικής λειτουργίας υπό συνθήκες δηλητηριασμού με CO. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται μια εισαγωγή στην τεχνολογία των κυψελών καυσίμου, την αρχή λειτουργίας τους και τις θερμοδυναμικές αρχές που την διέπουν. Στην συνέχεια περιγράφονται εκτενώς τα χαρακτηριστικά των κυψελών καυσίμου πολυμερικής μεμβράνης, τα state-of-the-art υλικά που χρησιμοποιούνται και το πρόβλημα της διαχείρισης του νερού. Το δεύτερο κεφάλαιο αποτελεί επίσης εισαγωγικό κεφάλαιο και αναφέρεται στη σημασία του υδρογόνου. Το υδρογόνο δεν αποτελεί μόνο ένα καύσιμο, είναι ένα καύσιμο το οποίο δύναται να αλλάξει άμεσα την σημερινή δομή της οικονομίας που βασίζεται στα ορυκτά καύσιμα (fossil fuels). Στο κεφάλαιο αυτό, αρχικά γίνεται μια ιστορική αναδρομή και στη συνέχεια αναλύονται οι μέθοδοι παραγωγής του και ο ρόλος του ως καύσιμο. Το τρίτο κεφάλαιο αφορά την ηλεκτρόλυση του νερού η οποία γίνεται με χρήση διατάξεων που χρησιμοποιούν ως ηλεκτρολύτη μια πολυμερική μεμβράνη πρωτονιακής αγωγιμότητας. Αρχικά, γίνεται μια θεωρητική εισαγωγή στη διαδικασία ηλεκτρόλυσης του νερού και στη συνέχεια μια αναφορά στις διατάξεις οι οποίες χρησιμοποιούνται για ηλεκτρόλυση. Ακολουθεί το πειραματικό μέρος, όπου περιγράφονται η παρασκευή της συστοιχίας ανόδου/ηλεκτρολύτη/καθόδου (ΜΕΑ), της πειραματικής διάταξης, της προετοιμασίας των καταλυτών καθώς και η παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων. Κατά την ηλεκτρόλυση του νερού σε κελί καυσίμου τύπου PEM, παρατηρήθηκε 100% εκλεκτικότητα σε οξυγόνο, χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια IrO2 εναποτεθημένα με τη μέθοδο του sputtering σε υπόστρωμα Ti/C. Βρέθηκε ότι το ποσοστό του Nafion επηρεάζει τόσο το ρυθμό παραγωγής οξυγόνου όσο και την εκλεκτικότητα και προστατεύει τις θέσεις C-IrO2 για παραγωγή CO2 και οδηγεί σε 100% εκλεκτικότητα προς οξυγόνο. Στο τέταρτο κεφάλαιο μελετάται η τριοδική λειτουργία των κυψελών καυσίμου υπό συνθήκες δηλητηριασμού της ανόδου με CO. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της χρήσης των κελιών καυσίμου είναι ο δηλητηριασμός του ανοδικού ηλεκτροδίου πλατίνας από CO. Αυτό συμβαίνει διότι κατά την αναμόρφωση των ασθενών υδρογονανθράκων ή υγρών αλκοολών σε υδρογόνο, ταυτόχρονα παράγονται σημαντικά επίπεδα μονοξειδίου του άνθρακα τα οποία δηλητηριάζουν την άνοδο και οδηγούν σε υποβάθμιση της απόδοσης του κελιού. Ο σκοπός της μελέτης αυτής είναι να ερευνηθεί μια εναλλακτική προσέγγιση για την ενίσχυση της απόδοσης των PEMFCs υπό συνθήκες δηλητηριασμού με CO, χρησιμοποιώντας την πρόσφατη περιγραφή του σχεδιασμού και της λειτουργίας των τριοδικών κελιών καυσίμου. Αρχικά στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται περιγραφή της αρχής λειτουργίας της τριοδικής διάταξης, της προετοιμασίας των ηλεκτροδίων καθώς και της παρασκευής της ΜΕΑ. Επίσης περιγράφεται η ακριβής γεωμετρία της διάταξης του τριοδικού PEMFC με τα ηλεκτρικά κυκλώματα και η ακριβής γεωμετρία της συστοιχίας των τριοδικών PEMFCs. Στη συνέχεια περιγράφεται αναλυτικά η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη λήψη των πειραματικών δεδομένων και ακολουθούν τα πειραματικά αποτελέσματα. Πρώτα παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για τη συμβατική λειτουργία με τροφοδοσία Η2. Ακολουθούν τα αποτελέσματα για τη συμβατική λειτουργία του κελιού υπό δηλητηριασμό με CO και τέλος, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα της τριοδικής λειτουργίας. Αναφέρεται επίσης αναλυτικά η εξέταση του μηχανισμού της τριοδικής λειτουργίας και το πώς θα μπορούσε να υπάρξει πρακτική εφαρμογή συστοιχιών, οι οποίες θα αποτελούνται από μια τριοδική κυψέλη. Η τριοδική λειτουργία των κελιών καυσίμου τύπου PEM υπό συνθήκες δηλητηριασμού της ανόδου με CO, οδηγεί σε σημαντική αύξηση της ισχύος του κελιού και συγκεκριμένα η τιμή της είναι τρείς φορές μεγαλύτερη από εκείνη που παράγεται κατά τη συμβατική λειτουργία της κυψέλης καυσίμου. Η αύξηση της παραγόμενης ισχύος, είναι μεγαλύτερη κατά ένα παράγοντα της τάξης του 1.32 από την ισχύ που καταναλώνεται στο βοηθητικό κύκλωμα, και οφείλεται σε σημαντική μείωση της ανοδικής υπέρτασης, η οποία με τη σειρά της είναι αποτέλεσμα του εφοδιασμού της ανόδου με πρωτόνια μέσω του βοηθητικού κυκλώματος. Αυτός ο εφοδιασμός με πρωτόνια, αυξάνει το ηλεκτροχημικό δυναμικό των πρωτονίων και το χημικό δυναμικό του υδρογόνου στην άνοδο, με αποτέλεσμα να μειώνεται η κάλυψη της ανόδου με CO και έτσι να ενισχύεται ο ρυθμός της ηλεκτροχημικής του οξείδωσης. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα τελικά συμπεράσματα που έχουν προκύψει από την παρούσα μελέτη, καθώς και προτάσεις για μελλοντική εργασία. / Fuel cells are electrochemical devices that can convert the chemical energy of a reaction directly into electrical energy. Their operation is based on the oxidation of a fuel, taking part at the anode, and the reduction of an oxidant, taking part at the cathode. Polymer Electrolyte Membrane (PEM) fuel cells use as the electrolyte a polymer membrane with H+ conductivity. PEMs work at a temperature range 30-100oC and this technology is promising and close to commercialization. The most common fuel used is hydrogen. However, H2 is not directly available, and has to be extracted from other sources, usually via hydrocarbon or alcohol reforming. During this procedure carbon monoxide is formed as well. When a reformate mixture is fed to the anode of a PEM, CO adsorbs strongly on the anode, leaving few remaining sites for the adsorption of H2, and thus causing severe degradation in PEMs performance. The aim of this thesis was to study τhe role of Nafion content in sputtered IrO2 based anodes for low temperature PEM water electrolysis and also it was examined the enhanced performance of CO poisoned proton exchange membrane fuel cells via triode operation. The first chapter refers to the technology of fuel cells, their operating principles and the thermodynamic aspects. It is focused on the PEM fuel cells, the state-of-the-art materials used and the problem of water management. The second chapter gives an introduction about hydrogen which is a very prominent fuel and can straightly change the economy that is based on fossil fuels. Firstly, in this chapter is presenting, a throwback of hydrogen and a short presentation of methods of hydrogen production. Chapter 3 refers to PEM water electrolysis. It is presenting a theoretical introduction about electrolysis process and a description of the sets up that are used for electrolysis. The procedure for preparing a membrane electrode assembly and the experimental setup are also described. Stable water electrolysis was achieved in a PEM, with 100% selectivity to oxygen, using IrO2 electrodes sputter-deposited on a Ti/C support interfaced with the Nafion electrolyte. It was found that the amount of Nafion content on the electrode can affect both the rate of the oxygen evolution and the oxygen selectivity. It also appears that Nafion ionomer addition protects the C-IrO2 active sites for carbon oxidation leading to 100% selectivity to oxygen. In chapter 4 is studied the effect of triode operation on the performance of CO poisoned PEM fuel cells One of the main problems associated with the practical utilization of PEMFC units is that of CO poisoning of the Pt-based anode. This is because hydrogen-rich reformates of light hydrocarbons or liquid alcohols inevitably contain significant levels of carbon monoxide that poisons the anode and degrades fuel cell performance. The objective of this work is to investigate an alternative approach for enhancing the PEMFC performance under CO poisoning conditions by using the recently described triode fuel cell design and operation. Firstly, in chapter 4 it is described, the operating principle of the triode set up, the preparation of the electrodes and the MEA preparation. Also it is described the exact geometry of the triode set up and the schematic of a possible design of a triode PEMFC stack. It is delineated the procedure that was followed in order to obtain all the experimental data. First are presented the experimental results obtained in the conventional fuel cell operation mode without and with CO added to the anode feed gas and then proceed with the detailed presentation of the triode operation results. Ιt is also mentioned the investigation of the triode operation mechanism and the design of a triode PEMFC stuck. Triode operation of CO poisoned PEM fuel cells leads to very significant, threefold, increase in power output of the fuel cell circuit. This increase in power output is up to a factor of 1.32 larger than the power sacrificed in the auxiliary circuit and is mainly due to a significant decrease in anodic overpotential caused by the supply of protons to the anode via the auxiliary electrode. This proton supply increases the electrochemical potential of protons and chemical potential of hydrogen at the anode, thus decreasing the coverage of CO and enhancing its electrooxidation rate. Finally, the general conclusions of this study and proposals for future studies are given in chapter 5.