Αποθεσεις ανθρακικων ορυκτων σε παλαιολιμνες του Ελληνικου χωρου κατα τη διαρκεια της τελευταιας παγετωδους περιοδου

Transcript

1 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 801 Αποθεσεις ανθρακικων ορυκτων σε παλαιολιμνες του Ελληνικου χωρου κατα τη διαρκεια της τελευταιας παγετωδους περιοδου Αριστομένης Π. Καραγεώργης 1, Χρήστος Αναγνώστου 1, Θεόδωρος Κανελλόπουλος 1, Rolf O. Hallberg 2 1 Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας, Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών, 46.7 χλμ. Λεωφ. Αθηνών-Σουνίου, Μαύρο Λιθάρι, Ανάβυσσος 2 Dept. of Geology and Geochemistry, Stockholm University, S Stockholm, Sweden Περιληψη Κατά τη διάρκεια της τελευταίας παγετώδους περιόδου, όταν η στάθμη της θάλασσας βρισκόταν πολλές δεκάδες μέτρα κάτω από τη σημερινή, πολλοί ημίκλειστοι κόλποι είχαν αποκοπεί από τη θάλασσα και λειτουργούσαν σαν παλαιολίμνες (Παγασητικός, βόρειος και νότιος Ευβοϊκός, Σαρωνικός, Κορινθιακός, Πατραϊκός). Σε πολλές περιπτώσεις, πυρηνοληψίες αποκάλυψαν την ύπαρξη στρωμάτων ανθρακικών ορυκτών (κυρίως αραγωνίτη), αγνώστου συνολικού πάχους, που υπόκεινται των τυπικών θαλάσσιων ιζημάτων του Ολόκαινου. Αναλύσεις που έγιναν σε πυρήνα από τον Παγασητικό κόλπο, έδειξαν μια σταδιακή μετάβαση, από τα ανώτερα στρώματα προς τα κατώτερα, αραγωνίτη, ασβεστίτη και γύψου, προς δολομίτη. Η απόθεση της πρώτης ομάδας ορυκτών σχετίζεται μάλλον με υπεραλμυρό νερό και συνθήκες υψηλής εξάτμισης, ενώ τα αίτια απόθεσης του δολομίτη δεν είναι σαφή. Σε όλους τους κόλπους όπου υπάρχουν χρονολογήσεις, φαίνεται ότι η απόθεση ανθρακικών ορυκτών σταμάτησε αμέσως μετά την είσοδο της θάλασσας περίπου στα cal yr BP. Τόσο το πάχος και η ηλικία των ανθρακικών αποθέσεων, οι διαφοροποιήσεις από περιοχή σε περιοχή, όσο και οι μηχανισμοί απόθεσης, δεν είναι γνωστά με ακρίβεια και χρήζουν περαιτέρω μελέτης. Λέξεις κλειδιά: ανθρακικά ορυκτά, αραγωνίτης, παλαιολίμνες, παγετώδης περίοδος Carbonate mineral deposits in Hellenic palaeolakes during the last glacial period Aristomenis P. Karageorgis 1, Christos Anagnostou 1, Theodore Kanellopoulos 1, Rolf O. Hallberg 2 1 Institute of Oceanography, Hellenic Centre for Marine Research, 46.7 km Athens-Sounio Avenue, Mavro Lithari, Anavyssos, Greece 2 Dept. of Geology and Geochemistry, Stockholm University, S Stockholm, Sweden Abstract During the last glacial period, when the sea-level was tens of meters below the present one, many semi-enclosed gulfs were disconnected from the sea, and functioned as lakes (Pagassitikos, north and south Evvoikos, Saronikos, Korinthiakos, Patraikos). In some areas, coring has revealed presence of carbonate minerals sequences (mainly aragonite), of unknown thickness, underlying typical marine sediments of Holocene age. Analyses undertaken in a core from Pagassitikos Gulf, have shown a transition, from top to bottom, of aragonite, calcite and gypsum to dolomite. The deposition of the first group of minerals relates probably to hypersaline waters and conditions of intense evaporation, whilst the mechanism of dolomite deposition is unclear. In all gulfs, where radiocarbon dating is available, it seems that carbonate minerals deposition terminated when the sea intruded the lake, at cal yr BP. The thickness and age of the carbonate sequences, the differentiations from place to place, as well as the deposition mechanisms are not understood in detail, and should be further studied. Keywords: carbonate minerals, aragonite, palaeolakes, glacial period

2 802 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Εισαγωγή Είναι γνωστό, ότι κατά τη διάρκεια της Βούρμιας παγετώδους περιόδου η στάθμη της θάλασσας βρισκόταν σε παγκόσμιο επίπεδο δεκάδες μέτρα κάτω από τη σημερινή (Fairbanks, 1989). Το κατώτερο επίπεδο της στάθμης της θάλασσας (-120 m) υπολογίζεται χρονικά στα cal yr BP και τότε η μορφολογία των παράκτιων περιοχών του Ελληνικού χώρου ήταν πολύ διαφορετική από τη σημερινή. Εκτεταμένες ηπειρωτικές κρηπίδες, νησιά συνδεδεμένα μεταξύ τους ή και με τη χέρσο, όπως επίσης και ο αποκλεισμός σημερινών ημίκλειστων κόλπων ήταν μερικές από τις επιπτώσεις της απόσυρσης της θάλασσας (Perissoratis and Conispoliatis, 2003). Οι κόλποι Παγασητικός, βόρειος και νότιος Ευβοϊκός, δυτικός Σαρωνικός, Κορινθιακός και Πατραϊκός, ήταν για μεγάλο χρονικό διάστημα αποκλεισμένοι από τη θάλασσα και στο κέντρο τους είχαν σχηματιστεί λίμνες. Μία σειρά εργασιών (Λυκούσης και Αναγνώστου, 1992; Richter et al., 1992; Karageorgis et al., 2001; Lykousis et al., 2003; Σακελλαρίου et al., 2006) αναφέρουν αποθέσεις ανθρακικών ορυκτών (κυρίως αραγωνίτη) σε ιζήματα των παραπάνω κόλπων της παραπάνω περιόδου. Επίσης, ανάλογες αποθέσεις ανθρακικών ορυκτών έχουν βρεθεί στον κόλπο της Καβάλας (Perissoratis and Van Andel, 1988). Τα αίτια της απόθεσης, η έκταση, οι ποιοτικές και ποσοτικές διαφορές αυτών των ιζημάτων, όπως επίσης και το ακριβές χρονικό πλαίσιο που αποτέθηκαν, δεν είναι γνωστά και αποτελούν ένα σημαντικό αντικείμενο έρευνας για τους ιζηματολόγους. Στην παρούσα εργασία επιχειρείται μια ανασκόπηση των διαθέσιμων Εικόνα 1. Κάθετες κατανομές κοκκομετρικών τάξεων, ποσοστών ανθρακικών ορυκτών, κύριων στοιχείων, ιχνοστοιχείων και ισοτόπων 18O και 13C κατά μήκος του πυρήνα Β-4 από τον Παγασητικό κόλπο.

3 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 803 δεδομένων και εξετάζονται οι πιθανές εκδοχές, ενώ σκιαγραφούνται οι μελλοντικές έρευνες που απαιτούνται για να δοθούν απαντήσεις στα παραπάνω ερωτήματα. Υπαρχοντα στοιχεια Σαρωνικός κόλπος Για πρώτη φορά ανακαλύφθηκαν στο δυτικό Σαρωνικό κόλπο (βάθος νερού m) αποθέσεις δεκάδων cm (έως και >1 m) αραγωνίτη καλυπτόμενες από θαλάσσια ιζήματα πάχους m (Λυκούσης και Αναγνώστου, 1992; Richter et al., 1992). Χρονολόγηση με 14 C έδειξε ηλικίες από ± 371 cal yr BP έως ± 349 cal yr BP, οι οποίες δείχνουν σαφώς απόθεση κατά την τελευταία παγετώδη περίοδο. Παγασητικός κόλπος Το 1997 ανακαλύφθηκε μια παρόμοια ακολουθία στον πυρήνα Β-4 από τον Παγασητικό κόλπο (βάθος νερού 102 m; Karageorgis et al., 2001). Όπως και στο Σαρωνικό, δεν έγινε δυνατό να διαπεραστούν τα ανθρακικά στρώματα και να ληφθούν δείγματα από παλαιότερες ακολουθίες. Στον πυρήνα αυτό έγιναν ιζηματολογικές (Sedigraph 5100), ορυκτολογικές (XRD Rigaku D/ MAX B), γεωχημικές (XRF Philips PW-2400, CHN analyzer Fisons), ισοτοπικές αναλύσεις (Finigan Delta+ analyzer) και χρονολογήσεις με 14 C (AMS, Beta Analytics) και τα αποτελέσματα συνοψίζονται στη συνέχεια. Ο πυρήνας Β-4 (Εικόνα 1) χωρίζεται σε τρεις ιζηματολογικές ενότητες: (Α) από 0 έως 234 cm, όπου επικρατούν λεπτόκοκκα χερσογενή Ολοκαινικά ιζήματα με λίγα βιογενή ανθρακικά. Στη βάση της ενότητας βρέθηκαν άφθονα κελύφη που χρονολογήθηκαν με τη μέθοδο του 14 C στα ± 138 cal yr BP, (Β) από 234 έως 243 cm, εμφανίζεται μια αμμώδης ακολουθία με άφθονα ανθρακικά (μέχρι 73%), αποτελούμενη από ευμεγέθεις φακούς κόκκων αραγωνίτη (CaCO 3, ορθορομβικό σύστημα) και ασβεστίτη (CaCO 3, τριγωνικό σύστημα) συνδεδεμένων με γύψο (CaSO 4 2 H 2 O, μονοκλινές σύστημα), και (Γ) από 243 έως 260 cm, που χαρακτηρίζεται από λεπτές στρώσεις ιλυωδών λευκόχρωμων ιζημάτων αποτελούμενων από δολομίτη (Ca Mg(CO 3 ) 2, τριγωνικό σύστημα), αραγωνίτη, ασβεστίτη και γύψο. Προς τα κατώτερα στρώματα το ποσοστό του δολομίτη αυξάνεται σε βάρος των άλλων ανθρακικών ορυκτών, όπως φαίνεται και από τη χαρακτηριστική αύξηση του περιεχομένου σε μαγνήσιο. Το ανώτερο στρώμα της ενότητας αυτής χρονολογήθηκε στα ± 365 cal yr BP. Φαίνεται λοιπόν, ότι σε διάστημα ~6000 yr, αποτέθηκαν στην παλαιολίμνη μόνο 9-10 cm ιζήματος και δεν αποκλείεται να είχε αποξηρανθεί εντελώς. Νεα στοιχεια Στα πλαίσια πρόσφατων ερευνητικών προγραμμάτων του ΕΛΚΕΘΕ (Αμφιτρίτη και Corinth Gulf Laboratory) έγιναν πυρηνοληψίες στο βόρειο Ευβοϊκό κόλπο (Σακελλαρίου et al., 2006) και στον Κορινθιακό κόλπο (Lykousis et al., 2003), όπου βρέθηκαν παρόμοιες ακολουθίες, με πάχη της τάξης των cm, χωρίς όμως να διαπεραστεί εξ ολοκλήρου η ανθρακική ακολουθία. Στο βόρειο Ευβοϊκό κόλπο τα υπερκείμενα ιζήματα είχαν πάχος ~2 m, ενώ στον Κορινθιακό m. Η οροφή του ανθρακικού στρώματος στον πυρήνα MD χρονολογήθηκε στα ± 172 cal yr BP. Συνθεση Από τα διαθέσιμα δεδομένα είναι σαφές ότι οι σημερινοί ημίκλειστοι κόλποι του Ελληνικού χώρου ήταν πριν από cal yr BP αποκλεισμένοι από τη θάλασσα και λειτουργούσαν ως λίμνες. Οι παραπάνω περιοχές επικοινωνούσαν με τη θάλασσα παλαιότερα, όταν η στάθμη της θάλασσας ήταν και πάλι σε υψηλότερα επίπεδα (~48000 cal yr BP; Lambeck et al., 2002). Εξαιτίας (1) του ότι το νερό που αρχικά αποτελούσε τις λίμνες ήταν αλμυρό, (2) των σχετικά περιορισμένων λεκανών απορροής και ως εκ τούτου μικρών παροχών σε γλυκό νερό, και (3) εξαιτίας των σχετικής ξηρασίας που επικρατούσε κατά

4 804 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας τις παγετώδεις περιόδους, μπορούμε να υποθέσουμε ότι οι λίμνες είχαν αλμυρό ή υπεραλμυρό νερό. Τα δεδομένα ισοτόπων δ 18 Ο και δ 13 C που μετρήθηκαν στον πυρήνα του Παγασητικού κόλπου και στον πυρήνα του Σαρωνικού κόλπου (Richter et al., 1992) παραπέμπουν σε αλμυρό έως υπεραλμυρό περιβάλλον απόθεσης, αντίστοιχα (Leng and Marshall, 2004). Ο κόλπος της Καβάλας αποτελεί ίσως μια ξεχωριστή περίπτωση, γιατί δεν είναι ημίκλειστος σήμερα, ενώ τροφοδοτείται από μια εκτεταμένη λεκάνη απορροής. Οι Perissoratis and Van Andel (1988), αναφέρουν όμως ως πιθανή εκδοχή την ύπαρξη κάποιας λιμνοθάλασσας, κατά τη διάρκεια της τελευταίας παγετώδους περιόδου. Το θαλασσινό νερό περιέχει 1290 ppm Mg και 411 ppm Ca, και επομένως είναι η σημαντικότερη ίσως πηγή από την οποία μπορούν να δημιουργηθούν ανθρακικά ορυκτά (Warren, 2000). Τα αυθιγενή ανθρακικά ορυκτά (αραγωνίτης, ασβεστίτης, Mg-ασβεστίτης, δολομίτης, ανυδρίτης και γύψος) καθιζάνουν μετά από υπερκορεσμό του νερού σε ανθρακικό ασβέστιο, που επιτυγχάνεται με έντονη εξάτμιση και αύξηση του φυτοπλαγκτού, κυρίως κατά τους θερινούς μήνες (Tucker, 1993; Leng and Marshall, 2004). Με αυτό τον τρόπο μπορεί να εξηγηθεί επαρκώς η παρουσία του αραγωνίτη και του ασβεστίτη, που βρέθηκαν στο Σαρωνικό, Παγασητικό, βόρειο Ευβοϊκό και Κορινθιακό κόλπο. Η συνύπαρξη αραγωνίτη και γύψου είναι χαρακτηριστικό υπεραλμυρού περιβάλλοντος συνοδευόμενου από μεγάλη εξάτμιση. Η παρουσία του δολομίτη στον Παγασητικό κόλπο δεν είναι τόσο εύκολο να εξηγηθεί. Ο δολομίτης μπορεί να δημιουργηθεί από πρωτογενή καθίζηση, από διαγενετική αντικατάσταση ή από υδροθερμική / μεταμορφική φάση (Warren, 2000). Η τελευταία περίπτωση μπορεί να απορριφθεί, γιατί δεν υπάρχουν αντίστοιχες ενδείξεις. Η πρώτη εκδοχή φαίνεται πιθανή, όμως τα σημερινά ανάλογα απαιτούν εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, όπως αυτές που παρατηρούνται στον Αραβικό κόλπο, όπου η θερμοκρασία του νερού σε ρηχές λιμνοθάλασσες φτάνει τους 40 ΊC (sabkha environment; Warren, 2000). Δεδομένου ότι η περίοδος απόθεσης του δολομίτη είναι παγετώδης, και αυτή η εκδοχή απορρίπτεται. Μια άλλη πιθανή εκδοχή, είναι η καθίζηση δολομίτη λόγω εξάτμισης σε περιβάλλον τύπου Coorong, που έχει καταγραφεί στη νότια Αυστραλία και έχει χαρακτηριστικά Μεσογειακού κλίματος (Warren, 2000). Τέλος, η καθίζηση του δολομίτη μπορεί να σχετίζεται με μικροβιακή δράση σε υπεραλμυρές ανοξικές λίμνες. Για να βρεθεί με βεβαιότητα ο μηχανισμός απόθεσης του δολομίτη, θα πρέπει να μελετηθούν και οι υποκείμενοι ορίζοντες, ώστε να υπάρξει μια πιο εκτεταμένη ιζηματολογική ακολουθία, όπου θα διεξαχθούν οι απαραίτητες ορυκτολογικές και ισοτοπικές αναλύσεις. Σε όλες τις περιπτώσεις που εξετάζονται υπάρχει ένα κοινό σημείο: η παύση της απόθεσης των ανθρακικών ακολουθιών οριοθετείται από την είσοδο της θάλασσας, οπότε και αρχίζει η απόθεση των τυπικών Ολοκαινικών ιζημάτων θαλάσσιου χαρακτήρα. Ο χρόνος εισόδου της θάλασσας προσδιορίζεται περίπου στα cal yr BP (στάθμη -80 έως -70 m) και σχετίζεται με το υψόμετρο του χερσαίου τμήματος που αποτελούσε το εκάστοτε φράγμα προς τη θάλασσα και τις διαχρονικές κάθετες τεκτονικές κινήσεις. Σήμερα, τα τμήματα αυτά είναι κάτω από τη θάλασσα και είναι συνήθως στενά περάσματα (Δίαυλος Ωραιών, Τρίκερι, Ρίο-Αντίρριο), ή ρηχά υποθαλάσσια υβώματα (Σαλαμίνα-Αίγινα-Αγκίστρι-Μέθανα). Βιβλιογραφια FAIRBANKS, R.O., A year glacioeustatic sea-level record: influence of glacial melting rates on the Younger Dryas event and deep ocean circulation. Nature, 342: KARAGEORGIS, A.P., ANAGNOSTOU, CH. and MICHALOPOULOS, P., Carbonate mineral formation and sea-level changes. Pagassitikos Gulf, Greece. Proceedings

5 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 805 of the 5th International Conference on the Mediterranean coastal environment, MED- COAST, E. Ozhan (Editor), October 2001, Hammamet, Tunisia, LAMBECK, K., YOKOYAMA, Y. and PUR- CELLA, T., Into and out of the Last Glacial Maximum: sea-level change during Oxygen Isotope Stages 3 and 2. Quaternary Science Reviews, 21: LENG, M.J. and MARSHALL, J.D., Palaeoclimate interpretation of stable isotope data from lake sediment archives. Quaternary Science Reviews, 23: ΛΥΚΟΥΣΗΣ, Β. και ΑΝΑΓΝΩΣΤΟΥ, Χ., Ιζηματολογική και παλαιογεωγραφική εξέλιξη του Σαρωνικού κόλπου στο τέλος του Τεταρτογενούς. Δελτίο Ελληνικής Γεωλογικής Εταιρείας, 28, (1), LYKOUSIS, V., SAKELLARIOU, D., MORET- TI, I. and KABERI, H., From the Late Pleistocene Corinth Lake to the Holocene Gulf of Corinth: sedimentation and fault slip rates on the margin and in the basins. EGS Geophysical Research Abstracts, 5, PERISSORATIS, C. and VAN ANDEL, T.H., Late Pleistocene unconformity in the gulf of Kavalla, northern Aegean, Greece. Marine Geology, 81: PERISSORATIS, C. and CONISPOLIATIS, N., The impacts of sea-level changes during latest Pleistocene and Holocene times on the morphology of the Ionian and Aegean seas (SE Alpine Europe). Marine Geology, 196: RICHTER, D., ANAGNOSTOU, CH. and LYKOUSIS, V., Aragonite whitings of Pliocene and Pleistocene age in the area of Corinth. Bulletin Geological Society of Greece, 28, (1): ΣΑΚΕΛΛΑΡΙΟΥ, Δ., ΚΑΜΠΕΡΗ, Ε. και ΛΥΚΟΥΣΗΣ, Β., Επίδραση της ενεργού τεκτονικής στην πρόσφατη ιζηματογένεση της λεκάνης του Κορινθιακού κόλπου. Πρακτικά 10ου Συνεδρίου Ε.Γ.Ε., ΣΑΚΕΛΛΑΡΙΟΥ, Δ., ΚΑΨΙΜΑΛΗΣ, Β., ΡΟΥΣΑΚΗΣ, Γ., ΓΕΩΡΓΙΟΥ, Π., ΚΑΜΠΕΡΗ, Ε., ΚΑΝΕΛΛΟΠΟΥΛΟΣ, Θ., ΛΥΚΟΥΣΗΣ, Β. και ΠΑΠΟΥΛΙΑ, Ι Παλαιογεωγραφική εξέλιξη του Β. Ευβοϊκού κόλπου στο Ανώτερο Τεταρτογενές. Πρακτικά 8ου Πανελλήνιου Συμπόσιου Ωκεανογραφίας και Αλιείας, Θεσσαλονίκη, 4-8 Ιουνίου 2006, in press. TUCKER, M.E., Carbonate diagenesis and sequence stratigraphy. In: V.P. Wright (Ed) Sedimentology Review/1. Blackwell Scientific Publications, WARREN, J., Dolomite: occurrence, evolution and economically important associations. Earth Science Reviews, 52: 1-81.