ΧωρικΗ και χρονικη κατανομη των αιωρουμενων σωματιδιων στο βορειο τμημα του ΘερμαϊκοΥ ΚΟλπου, ΒΔ ΑιγαΙο

Transcript

1 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 73 ΧωρικΗ και χρονικη κατανομη των αιωρουμενων σωματιδιων στο βορειο τμημα του ΘερμαϊκοΥ ΚΟλπου, ΒΔ ΑιγαΙο Τσομπάνογλου Κ., Τσιραμπίδης Α., Αλμπανάκης Κ. Τμήμα Γεωλογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη επικοινωνίας: Περiληψη Μετρήθηκε η ροή αιωρούμενων σωματιδίων στο βόρειο τμήμα του Θερμαϊκού Κόλπου κατά τη διάρκεια μηνιαίων πλόων που πραγματοποιήθηκαν από τον Ιούνιο 2004 έως τον Ιούνιο Συλλέχθηκαν δείγματα νερού από τρία βάθη (επιφάνεια, 10 m και πυθμένα) και διηθήθηκαν για να ληφθούν οι σωματιδιακές συγκεντρώσεις. Οι παράγοντες που ελέγχουν τη μεταφορά των αιωρούμενων σωματιδίων στον κόλπο είναι η συνολική κυκλοφορία των υδάτινων μαζών, οι ποτάμιες εισροές, οι διεργασίες ιζηματογένεσης και η τοπογραφία του πυθμένα. Η σωματιδιακή κατανομή αποτελείται από ευδιάκριτες επιφανειακές και πυθμένιες νεφελοειδείς στρώσεις. Οι υψηλές συγκεντρώσεις σωματιδίων αποδίδονται στις ποτάμιες εισροές και στα φαινόμενα επαναιώρησης. Το σωματίδια που προέρχονται από τους ποταμούς Αξιό και Αλιάκμονα αποθέτονται κυρίως στην περιοχή των προδέλτα τους. Λέξεις κλειδιά: Αιωρούμενα σωματίδια, Θερμαϊκός Κόλπος, Νεφελοειδής στρώση Spatial and temporal distribution of suspended particulate matter in the north part of the Thermaikos Culf, NW Aegean Sea Tsompanoglou K., Tsirambides A., Albanakis K. Scool of Geology, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki for correspondence: ktsob@geo.auth.gr Abstract The suspended particulate matter (SPM) concentration in the north part of the Thermaikos Gulf was measured during monthly cruises carried out from June 2004 to June Water samples were collected from three different depths (surface, 10 m, bottom) and filtered to obtain particulate matter concentrations. The factors that control the transport of SPM in the gulf are the overall basin circulation, the river plume dynamics, the sedimentation processes and the bottom topography. Particulate matter distribution patterns consist of well-defined surface and bottom nepheloid layers. The high SPM concentrations are attributed to river discharges as well as resuspension. Particles derived by the Rivers Axios and Aliakmon are mainly deposited near the river discharge sites. Keywords: Suspended particulate matter; Thermaikos Gulf; Nepheloid layer

2 74 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Εισαγωγh Το βόρειο τμήμα του Θερμαϊκού κόλπου οριοθετείται από το νοητό όριο που εκτείνεται από τη Μεθώνη έως το ακρωτήριο Μεγάλο Έμβολο και απαρτίζεται από τον κόλπο και τον όρμο της Θεσσαλονίκης. Οι ποταμοί Γαλλικός, Αξιός, Λουδίας και Αλιάκμονας εκβάλλουν στο βορειοδυτικό τμήμα του κόλπου τροφοδοτώντας τον με σημαντικές ποσότητες φερτών υλικών (Poulos et al., 2000). Μεγάλο μέρος των φερτών υλών αποθέτονται στα όρια της χέρσου με τη θάλασσα δημιουργώντας χαρακτηριστικά παράκτια περιβάλλοντα και συμβάλλοντας στη διαρκή πρόσχωση του κόλπου. Ένα άλλο μέρος των φερτών υλών, ως λεπτόκοκκη φάση, παραμένει σε αιώρηση και διαχέεται στην ευρύτερη θαλάσσια περιοχή. Το ποτάμιο αυτό φορτίο μεταβάλλει διαρκώς τα χαρακτηριστικά της υδάτινης στήλης επιταχύνοντας ή επιβραδύνοντας τις διεργασίες απόθεσης της ύλης, ενώ δημιουργεί νεφελοειδείς στρώσεις οι οποίες κατευθύνουν τη διασπορά των σωματιδίων. Η γενική κυκλοφορία των υδάτων στον κόλπο είναι τέτοια που επιτρέπει την είσοδο θαλάσσιων μαζών από το νότιο τμήμα του κόλπου και κατ επέκταση από το Αιγαίο πέλαγος (Hyder et al., 2002). Το ανεμολογικό καθεστώς είναι έντονο και χαρακτηρίζεται από την επικράτηση βόρειων και βορειοδυτικών ανέμων. Επιπλέον, ο κόλπος της Θεσσαλονίκης δέχεται, επεξεργασμένα πλέον, τα αστικά λύματα και βιομηχανικά απόβλητα του πολεοδομικού συγκροτήματος της Θεσσαλονίκης. Μεθοδολογiα Για τη μελέτη των χαρακτηριστικών των αιωρούμενων σωματιδίων έχει δημιουργηθεί ένα πλέγμα 16 σταθμών δειγματοληψίας. Η πυκνότητα των σταθμών είναι αυξημένη στα σημεία εκβολής των ποταμών Αλιάκμονα και Αξιού, αφού οι δύο αυτοί ποταμοί θεωρούνται οι κύριοι παράγοντες εισαγωγής αιωρούμενων σωματιδίων στο θαλάσσιο σύστημα. Η δειγματοληψία έχει γίνει σε μηνιαία βάση και για ένα πλήρη ετήσιο κύκλο, από τον Ιούνιο του 2004 μέχρι τον Ιούνιο του Σε κάθε σταθμό γίνεται δειγματοληψία ύδατος από τρία βάθη [επιφάνεια (2 m), 10 m και πυθμένας (2 m επάνω από τον πυθμένα)]. Για τη δειγματοληψία χρησιμοποιούνται φιάλες Niskin των 8 l. Συγκεκριμένη ποσότητα του νερού που συλλέγεται (0,6 l έως 2,0 l) διηθείται άμεσα σε προζυγισμένα φίλτρα (Ψ47 mm και ανοίγματος πόρων 0,45 μm). Τα φίλτρα τοποθετούνται στην κατάψυξη μέχρι να μεταφερθούν στο εργαστήριο, όπου και ξηραίνονται στους 60 ο C. Τα φίλτρα ζυγίζονται και το καθαρό τους βάρος ανάγεται στο λίτρο και εκφράζεται σε mg/l. Αποτελeσματα - Συζhτηση Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται επιλεκτικά τα αποτελέσματα των μηνών Ιουλίου και Νοεμβρίου του 2004, καθώς και του Μαρτίου του 2005 για το επιφανειακό στρώμα, που εκφράζει την επιφανειακή νεφελοειδή στρώση και για το στρώμα του πυθμένα, που εκφράζει τη βενθική νεφελοειδή στρώση, θεωρώντας πως είναι αντιπροσωπευτικά των διαφορετικών υδροδυναμικών καθεστώτων. Οι αντίστοιχες κατανομές παρουσιάζονται στην Εικόνα 1. Τον Ιούλιο έχει ελαττωθεί σημαντικά η παροχή των ποταμών και θεωρείται μικρή η συμβολή τους στην κυκλοφορία των σωματιδιακών ροών στον κόλπο. Η κυκλοφορία των υδάτινων μαζών συγκεντρώνει τα αιωρούμενα σωματίδια της επιφάνειας στο δυτικό τμήμα του κόλπου. Η κατανομή των σωματιδίων στον πυθμένα εμφανίζει υψηλές συγκεντρώσεις αιωρούμενων στην ανατολική πλευρά της εισόδου του κόλπου της Θεσσαλονίκης. Την περίοδο αυτή η μεταφορά ύλης στον κόλπο καθορίζεται από τον ανεμογενή κυματισμό και τα βενθικά ρεύματα. Τον Νοέμβριο γίνεται πλέον αισθητή η εισροή ποτάμιων υδάτων (Karageorgis and Anagnostou, 2003). Από το μήνα αυτόν και για όλη τη χειμερινή περίοδο, η επιφανειακή κατανομή των αιωρούμενων εμφανίζει αυξημένες συγκεντρώσεις στην περιοχή των προδέλτα των ποτα-

3 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 75 Ιούλιος 2004 επ ιφάνεια πυθµένας Νοέµβριος 2004 επ ιφάνεια π υθµένας Μάρτιος 2005 επ ιφάνεια π υθµένας Εικ. 1: Κατανομή των συγκεντρώσεων (mg/l) των αιωρούμενων σωματιδίων για τους μήνες Ιούλιο 2004, Νοέμβριο 2004 και Μάρτιο 2005 στην επιφάνεια (2 m βάθος) και κοντά στον πυθμένα (2 m πάνω) του κόλπου. Με σταυρό σημειώνονται οι σταθμοί δειγματοληψίας. μών Αξιού και Αλιάκμονα. Τα εισερχόμενα σωματίδια προέρχονται από τις λεκάνες απορροής των ποταμών. Μετρήσεις υδατοπαροχών και συγκέντρωσης αιωρούμενων σωματιδίων, που έγιναν στον ποταμό Αξιό, λίγο πριν την εκβολή του στον κόλπο, έδειξαν πως ο Αξιός ποταμός είναι ο βασικός τροφοδότης αιωρούμενης ύλης στον κόλπο, γεγονός που επαληθεύεται από τις επιφανειακές κατανομές των σωματιδίων στον κόλπο (Εικ. 2).

4 76 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Εικ. 2: Διαγραμματική αποτύπωση των μετρήσεων υδατοπαροχών (συνεχόμενη γραμμή) του Αξιού ποταμού όπως μετρήθηκε στο φράγμα του Αξιού (Ελεούσα) και συγκέντρωσης αιωρούμενων σωματιδίων (+), όπως μετρήθηκε στη γέφυρα της παλαιάς Εθνικής Οδού. Για σύγκριση δίνεται και η συγκέντρωση των σωματιδίων στους σταθμούς ΤP-16 ( ) και ΤP-20 ( ). Το Μάρτιο, οι ποταμοί εξακολουθούν να τροφοδοτούν τον κόλπο με σωματίδια, τα φορτία των οποίων σταδιακά μειώνονται με τη μετάβαση από τον χειμώνα στην άνοιξη. Οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αιωρούμενων σωματιδίων παρατηρήθηκαν κατά τη δειγματοληψία του Νοέμβριου στην επιφάνεια (11,60 mg/l) και στον πυθμένα (5,74 mg/l) του κόλπου. Οι μεγάλες αυτές συγκεντρώσεις δημιουργούν την επιφανειακή και τη βενθική νεφελοειδή στρώση. Η επιφανειακή νεφελοειδής στρώση δημιουργείται από τις ποτάμιες εισροές και παραμένει σε όλη την περίοδο των βροχοπτώσεων. Η στρώση αυτή εκτείνεται στην περιοχή του προδέλτα του Αξιού ποταμού και δεν προσέγγισε ποτέ την ανατολική ακτή του Μεγάλου Εμβόλου. Στην Εικόνα 2 είναι εμφανής η ελάττωση της συγκέντρωσης των αιωρούμενων από το σταθμό ΤP-16, που βρίσκεται μπροστά στην εκβολή του Αξιού ποταμού, προς το σταθμό ΤP-20 που είναι ο πλησιέστερος στο σταθμό ΤP-16 και βρίσκεται νοτιότερα από αυτόν προς το μέρος της θάλασσας. Οι Karageorgis and Anagnostou (2001) επισημαίνουν πως αν και η ύπαρξη του πυκνοκλινούς εμποδίζει την κατακόρυφη μεταφορά σωματιδίων που βρίσκονται στην επιφανειακή νεφελοειδή στρώση, ο σχηματισμός μακροσυσσωματωμάτων, που λαμβάνει χώρα στις εκβολές των ποταμών, μπορεί να οδηγήσει τα σωματίδια σε απόθεση. Οι Kourafalou et al. (2004) διαπίστωσαν πως το μεγαλύτερο ποσοστό αιωρούμενων σωματιδίων αποθέτονται κοντά στην περιοχή των εκβολών.

5 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 77 Η βενθική νεφελοειδής στρώση οφείλεται σε φαινόμενα επαναιώρησης των σωματιδίων που έχουν αποτεθεί στον πυθμένα. Για την επαναιώρηση των ιζημάτων του πυθμένα, η συνθήκη που πρέπει να ικανοποιείται είναι τα βενθικά ρεύματα να υπερβούν τις τιμές της κριτικής διατμητικής τάσης. Οι Karageorgis and Anagnostou (2001) υποστηρίζουν πως η παραπάνω συνθήκη ικανοποιείται και τα ρεύματα αυτά μπορούν να θέσουν σε κίνηση τα πρόσφατα και χαλαρά αποτιθέμενα σωματίδια. Στο βάθος των 10 m (οι κατανομές δεν παρουσιάζονται στην παρούσα εργασία), οι συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων είναι χαμηλότερες από αυτές της επιφάνειας και του πυθμένα σε όλη την διάρκεια των δειγματοληψιών και παρουσιάζουν μικρές διακυμάνσεις μεταξύ των σταθμών. Φαίνεται, πως η επιφάνεια των 10 m βρίσκεται σε ένα υδάτινο στρώμα με διαφορετικά χαρακτηριστικά από αυτά της επιφάνειας και του πυθμένα. Συμπερaσματα Ο κύριος τροφοδότης της αιωρούμενης ύλης στον κόλπο είναι ο Αξιός ποταμός και δευτερευόντως ο Αλιάκμονας. Η κατανομή των αιωρούμενων στον κόλπο ρυθμίζεται από τρεις παράγοντες: την εγγύτητα στις εκβολές των ποταμών, τη γενική κυκλοφορία των υδάτων και την τοπογραφία του πυθμένα. Το μεγαλύτερο ποτάμιο φορτίο αποθέτεται στο προδέλτα των ποταμών, χωρίς να φτάνει στην περιοχή του Μεγάλου Εμβόλου. Χαρακτηριστική είναι η δημιουργία της επιφανειακής και της βενθικής νεφελοειδούς στρώσης. Η πλευρική διασπορά καθορίζει την κατανομή της επιφανειακής νεφελοειδούς στρώσης. Τα φαινόμενα επαναιώρησης των σωματιδίων που έχουν ήδη αποτεθεί στον πυθμένα, καθώς και τα ρεύματα βυθού, είναι τα κύρια αίτια της βενθικής νεφελοειδούς στρώσης. Η σωματιδιακή μεταφορά τείνει να συμβαίνει ασυνεχώς, σε ξεχωριστά ευδιάκριτα γεγονότα, σημειώνοντας εξάρσεις υψηλών συγκεντρώσεων, οι οποίες μειώνονται δραστικά σε μικρό χρονικό διάστημα. Ευχαριστίες Το επιστημονικό και τεχνικό προσωπικό του Ελληνικού Κέντρου Θαλάσσιων Ερευνών βοήθησε ουσιαστικά στη διεκπεραίωση της δειγματοληψίας και των εργαστηριακών αναλύσεων, καθώς και στην επίλυση ερευνητικών θεμάτων. Τους ευχαριστούμε θερμά. βιβλιογραφια HYDER P., SIMPSON J., CHRISTOPOULOS S. and KRESTENITIS Y., The seasonal cycles of stratification and circulation in the Thermaikos Gulf Region of Freshwater Influence (ROFI), north-west Aegean. Continental Shelf Research, 22: KARAGEORGIS, A. and ANAGNOSTOU, CH., Particulate matter spatial-temporal distribution and associated surface sediment properties: Thermaikos Gulf and Sporades Basin, NW Aegean Sea. Continental Shelf Research, 2: KARAGEORGIS, A. and ANAGNOSTOU, CH., Seasonal variation in the distribution of suspended particulate matter in the northwest Aegean Sea. Journal of Geophysical Research, 108(C8): KOURAFALOU, V., SAVVIDIS Y., KREST- ENITIS Y., CHRISTOPHOROS G., KOUTI- TAS CH., Modelling studies on the processes that influence matter transfer on the Gulf of Thermaikos (NW Aegean Sea). Continental Shelf Research, 24: POULOS S., CHRONIS G., COLLINS M., LYKOUSIS V., Thermaikos Gulf coastal system, N.W. Aegean Sea: an overview of water/sediment fluxes in relation to air land ocean interactions and human activities, Journal of Marine System, 25: 47 76

6