XΡΟΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΩΡΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΩΝ ΡΟΩΝ ΣΤΟ ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΟ ΦΑΡΑΓΓΙ ΤΗΣ ΣΑΜΑΡΙΑΣ (Ν.Δ. ΚΡΗΤΙΚΟ ΗΠΕΙΡΩΤΙΚΟ ΠΕΡΙΘΩΡΙΟ)

Transcript

1 XΡΟΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΩΡΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΩΝ ΡΟΩΝ ΣΤΟ ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΟ ΦΑΡΑΓΓΙ ΤΗΣ ΣΑΜΑΡΙΑΣ (Ν.Δ. ΚΡΗΤΙΚΟ ΗΠΕΙΡΩΤΙΚΟ ΠΕΡΙΘΩΡΙΟ) 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Σταυρακάκης Σ., Κοντογιάννης Χ., Καραγεώργης Α.Π., Καμπούρη Γ., Κρασακοπούλου Ε. Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας, Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών, stavrak@ath.hcmr.gr, hk@ath.hcmr.gr, ak@ath.hcmr.gr, gkamb@ath.hcmr.gr, ekras@ath.hcmr.gr Περίληψη Τρεις διατάξεις με μία ιζηματοπαγίδα (15m από τον πυθμένα) και ένα ρευματογράφο (10m από τον πυθμένα) ποντίστηκαν στα πλαίσια του προγράμματος HERMES κατά μήκος του άξονα του υποθαλάσσιου φαραγγιού της Σαμαριάς, στο ΝΔ Κρητικό περιθώριο και σε βάθη 1246m, 1968m και 3540m. Το πείραμα είχε ετήσια διάρκεια (Ιούνιος 2005 Μάιος 2006). Οι μέσες ημερήσιες ετήσιες ολικές ροές (σε mg m -2 d -1 ) ήταν 352 (1246m), 79 (1968m) και 58 (3540m) δείχνοντας μία μείωση με το βάθος. Οι χρονικές διακυμάνσεις της ολικής ροής έδειξαν παρόμοιο εποχιακό σήμα στις δύο βαθύτερες ιζηματοπαγίδες με μεγαλύτερες τιμές κατά το καλοκαίρι-φθινόπωρο (ένδειξη περιβάλλονος ανοικτής θάλασσας), και μικρότερες κατά το χειμώνα-άνοιξη, ενώ η ρηχή είχε έντονα αυξημένες ροές κατά το χειμώνα-άνοιξη (ένδειξη περιθωριακού περιβάλλονος). Οι ταχύτητες των ρευμάτων που κατεγράφησαν ήταν μικρές (<5cm/s). Τέλος, οι μεταβολές των ανθρακικών και του βιογενούς Si παρουσίασαν ομοιότητες και στις τρεις παγίδες, δείχνοντας παρόμοιο οικολογικές συνθήκες στη στήλη του νερού. Λέξεις κλειδιά: Μεσόγειος Θάλασσα, ολική ροή, ιζηματοπαγίδες. TEMPORAL AND SPATIAL VIABILITY OF PARTICLE FLUXES ALONG THE SUBMARINE SAMARIA CANYON (SW CRETAN CONTIMENTAL MARGIN) Stavrakakis S., Kontogiannis H., Karageorgis, A.P., Kabouri G., Krasakopoulou E. Institute of Oceanography, Hellenic Centre for Marine Research, stavrak@ath.hcmr.gr, hk@ath.hcmr.gr, ak@ath.hcmr.gr, gkamb@ath.hcmr.gr, ekras@ath.hcmr.gr Abstract Three arrays with one sediment trap (15 meters above sea bed) and one current meter (10 meters above sea bed)were deployed along the submarine Samaria Canyon of SW Cretan margin at 1246m, 1968m και 3540m water depths, as part of the HERMES project. The 12-month (June 2005 May 2006) experiment consisted of two successive deployments during which particle fluxes were collected. The mean annual total mass fluxes (in mg m -2 d -1 ) were 352 (1246m), 79 (1968m) and 58 (3540m), showing a decrease with increasing depth. The temporal variations of mass fluxes recorded present a seasonal signal at the two deeper traps, with the higher values during summer-autumn and the lower values during winter-spring, indicating an open-see environment, while the shallower trap shows much higher mass flux during winter-spring, indicating conditions of a marginal environment. Current meters recorded weak currents, less than 5cm/s. The variations of carbonates and biogenic Si showed similarities, indicating same ecological environments. Keywords: Mediterranean Sea, mass flux, sediment trap. 1. Εισαγωγή Ένας από τους κύριους σκοπούς των θαλαάσσιων επιστημών είναι να κατανοήσει τις διαδικασίες οι οποίες ελέγχουν τους θαλάσσιους βιογεωχημικούς κύκλους σε διάφορες χρονικές κλίμακες και περιβάλλοντα. Τα υποθαλάσσια φαράγγια έχουν γίνει αντικείμενο ενδιαφέροντος από τους ωκεανογράφους, καθώς είναι ζώνες αυξημένης συγκέντρωσης αιωρούμενου υλικού, και επίσης περιοχές με ιδιαίτερο κυκλοφοριακό καθεστώς, χαρακτηριστικά που περιπλέκουν την κατανόηση των διαδικασιών μεταφοράς σωματιδίων σε αυτά τα περιβάλλοντα (Monaco et al., 1990; Borin et al., 2008). Το υποθαλάσσιο φαράγγι της Σαμαριάς στο ΝΔ περιθώριο της Κρήτης μπορεί να βοηθήσει στην -26-

2 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι κατανόηση των ιζηματολογικών και βιολογικών διαδικασιών στη ΝΑ Μεσόγειο. 2. Υλικά και Μέθοδοι Το υποθαλάσσιο φαράγγι της Σαμαριάς είναι ένα περιβάλλον ιδιαίτερο, καθώς βρίσκεται πολύ κοντά σε ξηρά με απότομους κλιτείς, αποτελεί τη συνέχεια του χερσαίου φαραγγιού της Σαμαριάς, και τμήμα του συμπλέγματος του ελληνικού τόξου. Στα πλαίσια του προγράμματος HERMES ποντίστηκαν τρεις διατάξεις ιζηματοπαγίδων (Ιούνιος 2005-Μάιος 2006) κατά μήκος του άξονα του υποθαλάσσιου φαραγγιού της Σαμαριάς εφοδιασμένες με μια ιζηματοπαγίδα TECHNICAP PPS3/3 με δώδεκα δοχεία υποδοχής και 0,125 m 2 επιφάνεια συλλογής (15 μέτρα πάνω από την επιφάνεια του πυθμένα) και ένα ρευματογράφο (3 m κάτω από την αντίστοιχη ιζηματοπαγίδα) (Εικ. 1, Πίν. 1). Οι ιζηματοπαγίδες συγχρονίστηκαν και η περίοδος δειγματοληψίας ήταν 7, 8, 15, 16 ή 31 ημέρες, ενώ οι ρευματογράφοι κατέγραφαν ανά μισή ώρα. Η προετοιμασία των ιζηματοπαγίδων και η διαδικασία αρχικής επεξεργασίας των δειγμάτων περιγράφονται από τους Heussner et al. (1990). Εικ. 1: Βαθυμετρικός χάρτης του ΝΔ Κρητικού ηπειρωτικού περιθωρίου και οι θέσεις των τριών διατάξεων. Πίνακας 1: Θέσεις και βάθη διατάξεων ιζηματοπαγίδων. Διάταξη Γεωγ. πλάτος (B) Γεωγ. μήκος (A) Βάθος (m) ο ο ο ο ο ο Προσδιορίστηκε η ολική μάζα καθώς επίσης και οι ροές των τεσσάρων κυρίων συνιστωσών της: (α) το οργανικό πυρίτιο, που προσδιορίστηκε με εκχύλιση του πυριτίου σε διάλυμα Na 2 CO 3 2M σε 85 o C για 5h (Mortlock & Froelich, 1989). (β) Το οργανικό υλικό που υπολογίστηκε με το διπλασιασμό του οργανικού άνθρακα ο οποίος προσδιορίστηκε με βάση τη μεθοδολογία των Gordon (1970) και Cutter & Radford-Knoery (1991). (γ) Το ανθρακικό περιεχόμενο ως ανόργανος άνθρακας x 8,33. (δ) Το λιθογενές κλάσμα ως το υπόλοιπο μετά την αφαίρεση των τριών προηγουμένων συνιστωσών από το ολικό βάρος (Monaco et al., 1990). 3. Αποτελέσματα - Συζήτηση 3.1 ΡΟΕΣ Η μέση ετήσια ολική ροή στην παγίδα 49 ήταν 351 mg m -2 d -1 και κατέγραψε μικρές ροές από -27-

3 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι τον Ιούνιο μέχρι τα μέσα Νοεμβρίου (Εικ. 2) που κυμάνθηκαν από 207 (16-30 Ιουνίου) έως 34 mg m -2 d -1 (16 Οκτωβρίου-15 Νοεμβρίου). Ακολούθως, η ροή αυξάνεται απότομα και παραμένει σε υψηλά επίπεδα μέχρι το Μάιο. Σε αυτή τη χρονική περίοδο παρατηρούνται αυξομειώσεις με δύο κύρια μέγιστα τον Ιανουάριο με 1007 και το Φεβρουάριο με 1010 mg m -2 d -1. Η μέση τιμή κατά την περίοδο των χαμηλών τιμών που διήρκεσε 153 ημέρες ήταν περίπου 99, ενώ κατά την περίοδο 181 ημερών των υψηλών τιμών ήταν υπερπενταπλάσια φθάνοντας τα 566 mg m -2 d -1. Οι εποχιακές μεταβολές που κατεγράφησαν δείχνουν μεγάλες ομοιότητες με τις μεταβολές της ολικής ροής στο Β. Αιγαίο (Εικ. 2). Στην παγίδα 48 η μέση ετήσια ροή ήταν 79 mg m -2 d -1 κατά πολύ μικρότερη από αυτή της 49, και κατέγραψε παρόμοιες τιμές με αυτή της 49 μέχρι τα μέσα Νοεμβρίου. Οι μεγαλύτερες τιμές ήσαν 222 (16-30 Ιουνίου) και 227 mg m -2 d -1 και (1-15 Ιουλίου), ενώ η μικρότερη 52 mg m -2 d -1 (1-7 Σεπτεμβρίου). Μετά το Νοέμβριο οι ροές παρουσιάζουν σημαντική μείωση μέχρι το τέλος της περιόδου των μετρήσεων σε αναντιστοιχία με την παγίδα 49. Η μέση τιμή κατά την περίοδο 1 Ιουνίου 15 Νοεμβρίου ήταν 117 mg m -2 d -1, λίγο μεγαλύτερη από την αντίστοιχη της ιζημαπαγίδας 49, ενώ κατά την περίοδο 16 Νοεμβρίου 15 Μαΐου ήταν 41 mg m -2 d -1. Η μέση ροή ελαττώνεται ακόμα περισσότερο στη παγίδα της βαθύτερης διάταξης 47 φθάνοντας τα 59 mg m -2 d -1. Στη θέση αυτή κατεγράφησαν χρονικές μεταβολές ανάλογες με αυτές της ενδιάμεσης παγίδας 48 αλλά σαφώς με μικρότερες τιμές. Οι διακυμάνσεις τις ολικής ροής των ιζηματοπαγίδων των διατάξεων 48 και 47 παρουσιάζουν μεγάλες ομοιότητες με τις διακυμάνσεις της ροής στο Ν. Ιόνιο (περιβάλλον ανοικτής θάλασσας, Εικ. 2). Κατά το χρονικό διάστημα 1/Ιουνίου 15/ Νοεμβρίου η μέση τιμή ήταν 101 ενώ κατά το διάστημα 16 Νοεμβρίου 15 Μαΐου μειώθηκε στα 24 mg m -2 d -1. Εικ. 2: Χρονικές διακυμάνσεις της ολικής ροής στο υποθαλάσσιο φαράγγι της Σαμαριάς (αριστερά), στο Β. Αιγαίο και στο Ν. Ιόνιο πέλαγος (δεξιά). Τα στοιχεία της βροχόπτωσης αφορούν το σταθμό ΕΜΥ των Χανίων. Οι μικρές τιμές των ολικών ροών (εκτός από την περίοδο Νοεμβρίου-Μαΐου στην ιζηματοπαγίδα της διάταξης 49) επιβεβαιώνονται και από τις μετρήσεις συγκέντρωσης αιωρούμενων σωματιδίων (PMC, µg l -1 ) που έγιναν το Μάιο και Σεπτέμβριο 2005 (Εικ. 3). -28-

4 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι Εικ. 3: ΒΑ-ΝΔ τομές συγκέντρωσης αιωρούμενου υλικού μg l -1 στο υποθαλάσσιο φαράγγι της Σαμαριάς: (α) Μάιος 2005 και (β) Σεπτέμβριος Η συσχέτιση των ροών των παγίδων 48 και 47 έδειξε ότι οι ροές μεταβάλλονται με παρόμοιο τρόπο (r=0,816 και p<0,005) με μια στατιστικά εξαιρετικά ισχυρή σχέση (Εικ. 4). Αυτό όμως δεν παρατηρήθηκε στη συσχέτιση μεταξύ των παγίδων και (r<0 και p>0,05). Εικ. 4: Διαγράμματα συσχέτισης των ολικών ροών κατά την περίοδο των μετρήσεων (Ιούνιος 2005-Μάιος 2006). Η συσχέτιση των ροών μεταξύ των ιζηματοπαγίδων των διατάξεων 49 και 48 κατά την περίοδο των χαμηλών ροών (Ιούνιος-Νοέμβριος) έδειξε παρόμοιες χρονικά μεταβολές (r=0,874) με μια στατιστικά εξαιρετικά ισχυρή σχέση (p<0,001), κάτι όμως που δεν παρατηρήθηκε κατά την περίοδο Νοεμβρίου-Μαΐου (r=0,222 και p>0,05), όπου παρουσιάστηκε το εποχιακό σήμα με υψηλές ροές στην 49 (Εικ. 5). Μεταξύ των διατάξεων 49 και 47 δεν παρουσιάστηκε καμία σημαντική σχέση και στις δύο χρονικές περιόδους (μικρές τιμές r, και p>0,05). Εικ. 5: Συσχέτιση ροών μεταξύ των ιζηματοπαγίδων των διατάξεων και κατά τις περιόδους Ιουνίου Νοεμβρίου και Νοεμβρίου Μαΐου. Η συσχέτιση των ποσοστών (Πίν. 5) των κυρίων συνιστωσών στις τρεις ιζηματοπαγίδες έδειξε ότι οι παγίδες 49 και 48 παρουσίασαν μια πολύ σημαντική σχέση μεταξύ των μεταβλητών και τείνουν να μεταβάλλονται χρονικά με παρόμοιο τρόπο. Τα ανθρακικά (κυρίως κοκκόλιθοι) μεταβάλλονται ομοιοτρόπως και στις τρεις παγίδες με συσχετίσεις από πολύ έως εξαιρετικά σημαντικές. Το -29-

5 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι αυτό παρατητείται και στις συσχετίσεις μεταξύ των μεταβολών του βιογενούς Si (κυρίως διάτομα). Οι πολύ έως εξαιρετικά σημαντικές συσχετίσεις που παρατηρήθηκαν στις μεταβολές των ανθρακικών και του βιογενούς Si δείχνει ότι οι ιζηματοπαγίδες ευρίσκονται σε περιοχή με την ίδια οικολογία. Τα λιθογενή και το οργανικό δείχνουν παρόμοια μεταβολή με πολύ σημαντική σχέση μεταξύ των 49-48, ενώ μεταξύ των 48 και 49 η σχέση είναι μη σημαντική. Πίνακας 5: Συντελεστές συσχέτισης μεταξύ των ποσοστών των κυρίων συνιστωσών της σωματιδιακής ροής και p-value (ns = μη σημαντική σχέση, * = σημαντική, ** = πολύ σημαντική, *** = εξαιρετικά σημαντική). 49 r = p = *** r = p = p = r = p = ns 49 r = p = *** r = p = ** r = p = ** r = r = p = p = *** ** 48 r = p = *** 49 r = r = p = p = ** * 48 r = p = ns 3.2. ΡΕΥΜΑΤΑ Σε γενικές γραμμές κατεγράφησαν αδύνατα ρεύματα με μέσες τιμές μικρότερες από 5 cm s -1 (Εικ. 6), ενώ για αρκετές χρονικές περιόδους ήταν κάτω από το όριο ανίχνευσης του οργάνου (<2 cm s -1 ). Τα πλέον ασθενή ρεύματα κατεγράφησαν στη θέση 49. Σε αυτή τη θέση οι μετρηθείσες ταχύτητες είχαν φορά ΒΔ-ΝΑ και αντιθέτως, σχεδόν παράλληλα προς την παράκτια βαθυμετρία, ενώ η μέση καταγραφή είναι προς ΝΑ. Οι πυθμενικές ταχύτητες στη θέση 48, όπου το φαράγγι είναι πολύ στενό, έχουν διεύθυνση κατά μήκος του άξονα του φαραγγιού ΝΔ-ΒΑ. Τέλος, οι διευθύνσεις στη θέση 47 ήταν ΝΑ-ΒΔ, καθώς η περιοχή επηρεάζεται από το βορειοανατολικό τμήμα του μόνιμου Κρητικού κυκλώνα (Robinson et al., 1991). Εικ. 6: Μέσες ταχύτητες και διευθύνσεις ρευμάτων στο υποθαλάσσιο φαράγγι της Σαμαριάς 10 m πάνω από τον πυθμένα. Η δειγματοληψία έγινε ανά 6ωρο. -30-

6 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι Εικ. 7: Σχηματική γενική κυκλοφορία στην Α. Μεσόγειο (Robinson et al., 1991). 4. Συμπεράσματα Το υποθαλάσσιο φαράγγι της Σαμαριάς χαρακτηρίζεται από μικρές τιμές σωματιδιακού υλικού, εκτός από τη χειμερινή και εαρινή περίοδο στο άνω τμήμα του (διάταξη 49), το οποίο επηρεάζεται από τις εποχιακές ατμοσφαιρικές κατακρημνίσεις κατ αυτήν την περίοδο. Η ενδιάμεσου βάθους ιζηματοπαγίδα 48 και η βαθύτερη 47 κατέγραψαν παρόμοιες χρονικές μεταβολές της ολικής ροής σε όλη τη διάρκεια των μετρήσεων. Κατά τη χειμερινή-εαρινή περίοδο το υλικό, που φθάνει στο φαράγγι μέσω του ποταμο-χειμάριου συστήματος στο άνω τμήμα του, δεν φαίνεται να μεταφέρεται κατά μήκος του άξονα του φαραγγιού στα βαθύτερα νερά των παγίδων 48 και 47. Σε αυτό συνηγορούν και τα αδύναμα πυθμενικά ρεύματα που κατεγράφησαν και η απουσία πυθμενικής νεφελοειδούς στρώσης κατά μήκος του φαραγγιού. Η ύπαρξη αυξημένων τιμών ολικής ροής στις παγίδες 48 (ενδιάμεση) και 47 (βαθιά) κατά την εαρινή περίοδο (γεγονός που εισάγει την πιθανότητα αιολικής μεταφοράς σκόνης από τη Σαχάρα) και οι πολύ μικρές ροές κατά το υπόλοιπο του έτους υποδεικνύουν περιβάλλοντα ανοικτής θάλασσας. Η θέση της ιζηματοπαγίδας 49 (ρηχότερη) παρουσιάζει χαρακτηριστικά γνωρίσματα ηπειρωτικού περιθωριακού περιβάλλοντος. Η ομοιότητα της σύστασης (παρόμοιες χρονικές μεταβολές στην περιεκτικότητα σε ανθρακικά και βιογενές Si) του βιογενούς υλικού που συλλέχτηκε και από τις τρεις ιζηματοπαγίδες φανερώνει την ομοιογένεια των επιφανειακών νερών ως προς τη βιολογική παραγωγικότητα. 5. Βιβλιογραφικές Αναφορές Bonnin, J., Heussner, S., Calafat, A., Fabres J., Palanques, A., X. Durrieu de Madron, Canals, M., Puig, P., Avril, J. & Delsaut, N., Comparison of horizontal and downward particle fluxes across canyons of the Gulf of Lions (NW Mediterranean): Meteorological and hydrodynamical forcing. Continental Shelf Research 28: Cutter, G.A. & Radford-Knoery, J., Determination of carbon, nitrogen sulfur and inorganic sulfur species in marine particles. p In:/ Marine Particles: Analysis and Characterization/, D.C. Hurd and D.W. Spencer (Eds), Am. Geophys. Union, Geophys. Monogr. 63. Gordon, D.C., Some studies of the distribution and composition of particulate organic carbon in the North Atlantic Ocean. Deep-Sea Research, 17: Heussner, S., Ratti, C. & Carbonne, J., The PPS3 time-series sediment trap and the trap sample processing techniques used during the ECOMARGE experiment. Continental Shelf Research, 10: Monaco, A., Biscaye, P.E., Soyer, J., Rolington, R. & Heussner, S., Particle fluxes and ecosystem response on a continental margin: the Mediterranean ECOMARGE-I experiment. Continental Shelf Research, 10: Morlock, R.A. & Froelich, P.N., A simple method for a rapid determination of biogenic silica in pelagic marine sediment. Continental Shelf Research, 39(9): Robinson, A.R., Golnaraghi, M., Leslie, W.G., Artegiani, A., Hecht, A., Lazzoni, E., Michelato, A., Sansone, E., Theocharis, A. & ünlüata, U., The eastern Mediterranean general circulation: features, structure and variability. Dynamics of Atmospheres and Oceans, 15: