Ορυκτολογική, ορυκτοχημική και γεωχημική μελέτη των φωσφοριτών των Ιωαννίνων και η περιβαλλοντική τους διάσταση.

Περίληψη

H μελέτη της γεωχημείας των Ιουρασικών φωσφοριτών της Ιονίου ζώνης (περιοχή Ιωαννίνων) και ο βαθμός αλληλεπίδρασής τους με τον υπόγειο υδροφόρο, έγινε με τη συλλογή και ανάλυση δειγμάτων πετρωμάτων, εδαφικών ιζημάτων και υπόγειου νερού. Λεπτές-στιλπνές τομές των πετρωμάτων μελετήθηκαν στο πολωτικό μικροσκόπιο και στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης με μικροαναλυτή EDS. Η ορυκτολογική σύσταση των πετρωμάτων προσδιορίστηκε με τη μέθοδο της περιθλασιμετρίας ακτίνων-Χ (XRD). Οι χημικές αναλύσεις (κύριων στοιχείων και ιχνοστοιχείων) των πετρωμάτων εκτελέστηκαν με τις μεθόδους FUS-ICP, ICP-MS και INAA. O φωσφορούχος σχηματισμός αποτελείται κυρίως από μια μικροκρυσταλλική ιλύ ή αλλιώς κολλοφανές που καταλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του σχηματισμού, ασβεστιτικά μικριτικά φλεβίδια και μεταγενέστερες σπαριτικές φλέβες, διάσπαρτους βιοκλάστες και γωνιώδη τεμάχη του περιβάλλοντος βιομικρίτη καθώς και σιδηροξείδια τόσο διάσπαρτα τόσο και στις σπαριτικές φλέβες. Η κύρια ορυκτολογική του φάση είναι η απατιτική (24-72 % κ.β.), ένας τυπικός μικροκρυσταλλικός φρανκολίτης, ενώ στον περιβάλλοντα ασβεστόλιθο η κύρια φάση είναι ο ασβεστίτης και ο φρανκολίτης σχεδόν απουσιάζει. Γενικά είναι πτωχός σε P2Ο5 και χαρακτηρίζεται ως φωσφορούχος παρά ως φωσφορικός σχηματισμός. Επίσης είναι φτωχός σε ιχνοστοιχεία και σπάνιες γαίες, ενώ είναι εμπλουτισμένος σε ουράνιο (έως 462 ppm) στις υψηλότερες τιμές για τα παγκόσμια δεδομένα, το οποίο συνδέεται τόσο με τον απατίτη, όσο και τα οργανικά υλικά. Το ουράνιο παρουσιάζει διάχυτη κατανομή χωρίς τάσεις συγκέντρωσης. Στα εδαφικά ιζήματα διαχωρίστηκαν οι κροκάλες και υπολογίστηκε το ποσοστό συμμετοχής των συγκολλητικών ουσιών και των κλασμάτων άμμου, ιλύος και αργίλου με τις χημικές κατεργασίες κατά Jackson. Το ορυκτολογικό περιεχόμενο των κλασμάτων μετρήθηκε με την μέθοδο XRD, για την αποτύπωση της διασποράς του διαβρωμένου φωσφορικού σχηματισμού. Κύριες ορυκτολογικές φάσεις είναι ο χαλαζίας, ο ασβεστίτης, ο απατίτης, αργιλικά ορυκτά και άμορφα υλικά. Τα συγκολλητικά είναι κυρίως ανθρακικής και οργανικής σύστασης με πολύ χαμηλής περιεκτικότητας οξείδια και υδροξείδια του σιδήρου. Τα ιζήματα διακρίνονται σε κροκαλοπηλοαμμώδη, πηλοαμμοκροκαλώδη στους πορώδεις σχηματισμούς με μικρή παρουσία απατίτη και σε αμμοπηλώδη με υψηλή παρουσία απατίτη που τείνει να συγκεντρώνεται στα λεπτομερέστερα κλάσματα των ιζημάτων. Στα δείγματα υπόγειου νερού μετρήθηκαν οι φυσικοχημικές παράμετροι, η παρουσία ιχνοστοιχείων, ουρανίου και των ισοτόπων του. Ο τύπος του νερού χαρακτηρίζεται ως ασβεστούχος – οξυανθρακικός, άριστης ποιότητας χωρίς υπερβάσεις των ορίων ποσιμότητας για κατιόντα—ιχνοστοιχεία. Το ουράνιο έχει χαμηλή συμμετοχή στα νερά, κάτω του ορίου ποσιμότητας που ορίζει ο WHO, παρά την υψηλή του συγκέντρωση στο φωσφορούχο πέτρωμα. Η μικρή παρουσία του U αποδίδεται στη μικρή εξάπλωση του σχηματισμού στην λεκάνη μελέτης και την μικρή αλληλεπίδραση του νερού με αυτόν που φαίνεται από τους λόγους ισοτόπων (234U/238U). Επίσης, λόγω της θέσης του στοιχείου στο πλέγμα του φρανκολίτη και στα οργανικά και σε συνδυασμό με τις ουδέτερες και ελαφρώς αλκαλικές συνθήκες του νερού το στοιχείο διατηρείται δεσμευμένο και αδιάλυτο. Επομένως, η αλληλεπίδραση της υγρής φάσης με τους σχηματισμούς αυτούς είναι σχετικά περιορισμένη και κατ’ επέκταση δεν παρατηρείται ρύπανση από αυτούς.

The geochemistry of the Jurrassic phosphorites in the Ionian zone (Ioannina area) and their degree of interaction with the underground aquifer, was studied by collecting and analyzing rock, soil sediments and groundwater samples. Polished-thin sections of the rocks were studied with the use of polarizing microscope and Scanning Electron Microscope with EDS microanalyzer (SEM-EDS). The mineralogical composition of the rocks was determined by the X–Ray Diffraction (XRD) method. The chemical analyzes (major and trace elements) of the rocks were performed using the FUS-ICP, ICP-MS and INAA methods. The phosphorus formation consists mainly of fine micrite-like brownish collophane calcite fine-grained and coarse-grained veins, iron oxides, scattered bioclasts and angular pieces of the host limestone. The main mineral phase in the phosphate rock is apatite (24-72 wt%), a typical microcrystalline francolite and in the host limestone is calcite while francolite is almost absent. The phosphate rock is generally poor in P2O5 and can be described as phosphatized limestone. It is also poor in trace elements and rare earths, while it is enriched in uranium (up to 462 ppm), one of the highest content in phosphate rocks worldwide. The U is scattered throughout the formation and is associated with both apatite and organic materials. In the soil sediments, pebbles were separated and the participation percentage of cement materials and the sand, silt and clay fractions were calculated with the Jackson chemical treatments. The mineral content of the fractions was measured by the XRD method, in order to establish the dispersion of the eroded phosphate formation. The main mineral phases are quartz, calcite, apatite, micas and amorphous materials. The cement is mostly of calcareous and of organic composition and the content of oxides and hydroxides of Fe and Mn is very low. The sediments are distinguished, in coarse grained in the porous formations with low apatite presence, and in fine grained in which apatite tend to be concentrated. The groundwater samples were measured for the physicochemical parameters, the presence of trace elements, uranium and its isotopes. The type of water is characterized as calcium-oxycarbonate, of excellent quality without exceeding the permissible limits of potable water for cations-trace elements and has a good regenerability. Uranium has low participation in the groundwater despite its high enrichment in the phosphate formation. This is justified by the small spread area of the formation, the small water-rock interaction according to isotopic ratios (234U/238U) as well as by the neutral and slightly alkaline pH conditions which retain the element binded and insoluble. Hence, due to those conditions no pollution is observed.