Σημειώσεις Εργαστηρίου του μαθήματος Γενικής Φυσικής Γεωγραφίας

Transcript

1 ΤΕΙ ΜΕΣΟΛΟΓΓΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΣΤΕΓ ΤΜΗΜΑ ΥΔΑΤΟΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ ΚΑΙ ΑΛΙΕΥΤΙΚΗΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ Σημειώσεις Εργαστηρίου του μαθήματος Γενικής Φυσικής Γεωγραφίας Παύλος Αβραμίδης Διδάκτωρ Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών Οκτώβριος 2002

2 Γενική Φυσική Γεωγραφία 2 Πρόλογος Οι εργαστηριακές σημειώσεις του μαθήματος της Γενικής Φυσικής Γεωγραφίας αποτελούνται από μια σειρά ασκήσεων οι οποίες χωρίζονται σε τρεις κύριες θεματικές ενότητες. Η πρώτη ενότητα ασκήσεων (Ενότητα Α) σχετίζεται με την ανάγνωση τοπογραφικών χαρτών, την αναγνώριση διαφόρων γεωμορφών και την κατασκευή τοπογραφικών χαρτών και μηκοτομών. Η δεύτερη ενότητα ασκήσεων (Ενότητα Β) αναφέρεται σε στοιχεία γεωμορφολογίας και ειδικότερα σε μορφομετρικά χαρακτηριστικά λεκανών απορροής και χαρακτηριστικά υδρογραφικών δικτύων. Η τρίτη ενότητα ασκήσεων (Ενότητα Γ) αναφέρεται σε εργαστηρικές αναλύσεις εδαφών και πετρωμάτων, όπως είναι ο προσδιορισμός του κοκκομετρικού μεγέθους, ο προσδιορισμός του οργανικού υλικού και του ανθρακικού ασβεστίου. Μέρος του εργαστηρικού υλικού, της θεωρίας και των ασκήσεων, αποτελεί τμήμα των μαθημάτων τα οποία διδάσκονται στο Τμήμα Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών, στα πλαίσια του μαθήματος Εξωγενή Γεωδυναμική, από τους Ν. Κοντόπουλο Καθηγητή και Α. Ζεληλίδη Επίκουρο Καθηγητή του Τμήματος Γεωλογίας, τους οποίους θερμά ευχαριστώ για την παραχώρηση μέρους του εκπαιδευτικού υλικού. Μεσσολόγγι 1/10/02 Αβραμίδης Παύλος Δρ Γεωλόγος

3 Γενική Φυσική Γεωγραφία 3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Ενότητα Α Τοπογραφικοί χάρτες Ειδικά χαρακτηριστικά χαρτών Αρίθμηση ισουψών Απλές μορφές εδάφους που αναπαριστάνονται με ισοϋψείς Φυσική και διογκωμένη κλίμακα Βιβλιογραφία 16 σελ. 2. Ενότητα Β Μορφομετρικά χαρακτηριστικά λεκανών απορροής Αρίθμηση υδρογραφικού δικτύου Σχήμα λεκάνης απορροής Αλλα χαρακτηριστικά λεκάνης Βιβλιογραφία Ενότητα Γ Εισαγωγή Σχέσεις μεταξύ των φάσεων Κοκκομετρική ανάλυση Κοκκομετρική διαβάθμιση Ανάλυση ανθρακικού ασβεστίου δειγμάτων ιζηματογενών πετρωμάτων και εδάφους και η σημασία της παρουσίας του Ανάλυση και ποσοτικός πρσδιορισμός του οργανικού άνθρακα δειγμάτων ιζηματογενών πετρωμάτων και εδαφών και η σημασία της παρουσίας του Ασκήσεις Εργαστηρίου 40

4 Γενική Φυσική Γεωγραφία 4 1. ΓΕΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΩΓΡΑΦΙΑ ΕΝΟΤΗΤΑ Α

5 Γενική Φυσική Γεωγραφία Τοπογραφικοί χάρτες Όταν πρόκειται να απεικονίσουμε τη μορφή του εδάφους πάνω σε χαρτί, είναι απαραίτητο να προσδιορίσουμε την οριζοντιογραφική και υψομετρική θέση ενός αναγκαίου και ικανού πλήθους σημείων λεπτομερειών. Οι χαρακτηριστικές λεπτομέρειες που καθορίζουν τη μορφή της επιφάνειας του εδάφους μπορεί να είναι: κτίσματα, κατασκευές ή άλλα χαρακτηριστικά στοιχεία, καθώς και περιοχές χαρακτηριστικής κλίσης του εδάφους. Τα στοιχεία που απαιτούνται για την απόδοση των πιο πάνω λεπτομερειών πρέπει να λαμβάνονται με κατάλληλο τρόπο, ώστε να είναι δυνατή, σε κάθε περίπτωση, η σύνταξη τοποπογραφικών διαγραμμάτων με την προκαθορισμένη κλίμακα. Η εκλογή της καταλληλότερης μεθόδου αποτυπώσεως εξαρτάται από την έκταση της περιοχής που πρόκειται να αποτυπωθεί, τη ζητούμενη ακρίβεια και τις συνθήκες που προσφέρει το έδαφος. Η μορφολογία του εδάφους επεικονίζεται με τις ισουψείς καμπύλες γραμμές που όπως θα δούμε πιο κάτω, είναι καμπύλες γραμμές που συνδέουν σημεία του εδάφους που βρίσκονται στο ίδιο ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας (επίπεδο αναφοράς -0m). Η βάση για την κατασκευή ενός γεωλογικού - γεωτεχνικού χάρτη είναι συνήθως ένας τοπογραφικός χάρτης. 1.2 Ειδικά χαρακτηριστικά των χαρτών A) Διεύθυνση και προσανατολισμός Σε έναν τοπογραφικό χάρτη το πάνω περιθώριo είναι ο Βορράς και το δεξιό η Ανατολή. Ο Βορράς δείχνεται είτε με τους μεσημβρινούς, είτε με βέλος, που η διεύθυνση συμπίπτει με τη διεύθυνση του Βορρά και συνήθως αυτό σημειώνεται στο κατώτερο δεξιό περιθώριο του χάρτη. Ο Βορράς που δείχνεται μ' αυτό τον τρόπο είναι ο αστρονομικός και όχι ο μαγνητικός. Η διαφορά αυτών, γνωστή ως μαγνητική απόκλιση, μεταβάλλεται αργά και προσδιορίζεται. από τον "ισογώνιο χάρτη" που εκδίδεται κάθε χρόνο. Ο προσανατολισμός του χάρτη συνίσταται στην τοποθέτηση του κατά τέτοιο τρόπο ώστε οι διευθύνσεις του να συμπίπτουν με εκείνες της περιοχής. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση πυξίδας ή με την βοήθεια δύο γνωστών σημείων του χάρτη ως εξής: Καθόμαστε στο ένα απ' τα γνωστά σημεία, αφού πρώτα έχουμε ενώσει με ευθεία τα δυό αυτά σημεία στο χάρτη και στη συνέχεια τοποθετούμε το χάρτη κατά τέτοιο τρόπο ώστε η νοητή

6 Γενική Φυσική Γεωγραφία 6 γραμμή που ενώνει το σημείο που βρισκόμαστε με το άλλο γνωστό να συμπίπτει με αυτή του χάρτη. O προσδιορισμός της θέσεως μας σε ένα τοπογραφικό χάρτη γίνεται με την βοήθεια δύο γνωστών σημείων ως εξής (Σχήμα 1). Σημαδεύουμε με την πυξίδα μας τα γνωστά σημεία και σημειώνουμε την γωνία απόκλισής τους από τον Βορρά, κατόπιν μεταφέρουμε τις γωνίες που βρήκαμε για κάθε σημείο στον χάρτη και κατασκευάζουμε τις γωνίες αυτές από το Βορρά. Το σημείο τομής των πλευρών που δεν δείχνουν το βορρά μας δίνει την ακριβή θέση μας (Σχήμα 1). Στην ύπαιθρο κατά την ώρα της παρατήρησης ο χάρτης πρέπει να βρίσκεται συνέχεια προσανατολισμένος. Αν η πορεία που ακολουθεί ο παρατηρητής είναι προς τον Νότο είναι προτιμότερο να κρατάει τον χάρτη με το κάτω περιθώριο στραμμένο προς τον Νότο γιατί αλλιώς τα αντικείμενα που βρίσκονται στη δεξιά πλευρά της πορείας του φαίνονται στην αριστερή και αντίστροφα και έτσι προκαλείται σύγχιση στον προσδιορισμό (αποτύπωση) των δεδομένων. Σχήμα 1

7 Γενική Φυσική Γεωγραφία 7 Β) Κλίμακα Κλίμακα ενός χάρτη, καλείται ο λόγος μιας απόστασης που μετρήθηκε στο χάρτη προς την ίδια απόσταση που μετρήθηκε στην επιφάνεια της γης. Εκφράζεται με ένα κλάσμα όπου αριθμητής είναι ο αριθμός 1 και δηλώνει μια απόσταση στο χάρτη ίση με την μονάδα μέτρησης (cm, dm, m) και παρονομαστής ένας αριθμός που εκφράζει την πραγματική απόσταση που μετρήθηκε στο έδαφος. Παραδείγματα σε χάρτη με κλίμακα 1:50000 δηλώνει ότι 1cm στον χάρτη αντιστοιχεί με cm στην επιφάνεια της γης δηλ. 500m. Χάρτης με κλίμακα 1: σημαίνει ότι lcm στον χάρτη αντιστοιχεί με cm στην επιψάνεια της γης δηλ.2000m. Εάν το μήκος που μετρήθηκε στην επιφάνεια της γης είναι 800m τότε σε χάρτη με κλίμακα 1: αντιστοιχεί σε 1 cm ενώ σε χάρτη 1/ αντιστoιχεί σε 1,6cm. Το τελευταίο παράδειγμα εισάγει δύο νέες έννοιες: της μικρής κλίμακας και της μεγάλης κλίμακας.'ενας χάρτης καλείται μεγάλης κλίμακας όταν ο παρανομαστής του κλάσματος είναι μικρός. 'Ετσι ένας χάρτης 1/ είναι μεγαλύτερης κλίμακας από ένα άλλο με κλίμακα 1/ Αντίθετα ένας χάρτης καλείται μικρής κλίμακας όταν ο παρανομαστής είναι μεγάλος. Η κλίμακα δείχνεται στο κάτω μέρος του χάρτη και εκφράζεται γραφικά με μια ευθεία στο δεξιό τμήμα της οποίας υπάρχουν υποδιαιρέσεις που παριστάνουν χιλιόμετρα, στο δε αριστερό εκατόμετρα. Οι χάρτες που χρησιμοποιούνται πιο συχνά είναι κλίμακας 1/ Για περισσότερες λεπτομέρειες όπως προαναφέραμε χρησιμοποιούμε χάρτες με κλίμακα 1/25.000, 1/ και 1/ Για την αναπαράσταση μεγάλων περιoχών χρησιμoποιούνται χάρτες με κλίμακα 1/ ή 1/ Γ) Οι ισοϋψείς και η σημασία τους. Η καλύτερη μέθοδος απεικόνισης των διακυμάνσεων της επιφάνειας του εδάφους πάνω σε μία επίπεδη επιφάνεια είναι η χρήση των ισουψών καμπύλων. Την ισοϋψή καμπύλη πρέπει να την αντιλαμβανόμαστε ως τη γραμμή κατά την οποία ένα οριζόντιο επίπεδο τέμνει την επιφάνεια του εδάφους. Οι γραμμές αυτές εμφανίζονται συνήθως στο σχέδιο ως κλειστές καμπύλες, που ατνιπροσωπεύουν τις κατακόρυφες προβολές των ισουψών πάνω στο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς (Σχήμα 2).

8 Γενική Φυσική Γεωγραφία 8 Οι ισοϋψείς καμπύλες χαρακτηρίζονται ανά ορισμένη υψομετρική διαφορά που λέγεται ισοδιάσταση. Δηλαδή, η ισοδιάσταση είναι η κατακόρυφη απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών οριζοντίων επιπέδων και ανάλογα από την χρησιμοποιούμενη κλίμακα εξαρτάται και η χρησιμοποιούμενη ισοδιάσταση (Σχήμα 2). Σχήμα 2 Οι τιμές της ισοδιάστασης (σε μέτρα) που ορίζονται από τους Ελληνικούς κανονισμούς δίνονται στον ακόλουθο πίνακα. Οι τιμές της ισοδιαστάσεως σύμφωνα με τους Ελληνικούς Κανονισμούς Κλίμακα Ισοδιάσταση 1:200 10cm 1:500 20cm 1: cm 1: cm 1: cm 1: cm 1: cm

9 Γενική Φυσική Γεωγραφία 9 Από τα παραπάνω προκύπτουν τα βασικά χαρακτηριστικά των ισουψών καμπυλών ενός τοπογραφικού διαγράμματος (Σχήμα 3): Σχήμα 3 1) Κάθε ισοϋψής καμπύλη είναι κλειστή γραμμή η οποία τείνει είτε μέσα στα όρια του σχεδίου είτε έξω απο αυτά. 2) Σταθερή απόσταση μεταξύ των ισουψών καμπύλων σημαίνει σταθερή κλίση του εδάφους. 3) Η απόσταση μεταξύ των ισoϋψών καμπύλων δείχνει το μέγεθος της κλίσεως του εδάφους. Μεγάλη απόσταση προδίδει μικρή κλίση και αντίστροφα. 4) Ανώμαλο σχήμα καμπύλων απεικονίζει απότομο και τραχύ έδαφος. Ομαλές καμπύλες δείχνουν κλίσεις των οποίων οι μεταβολές κλιμακώνονται ομαλά. 5) Σε ομαλές μεταβολές της κλίσεως αντιστοιχούν ισοϋψείς καμπύλες που τείνουν να είναι παράλληλες μεταξύ τους. 6) Οι ισουψείς καμπύλες ουδέποτε τέμνονται. Εξαίρεση του κανόνα έχουμε στην περίπτωση τοίχου αντιστηρίξεως, κατακόρυφων πρανών λατομείου ή βράχου κ.τ.λ. 7) Συνήθως κάθε τέταρτη η πέμπτη ισουψής τονίζεται σε πάχος και αριθμείται για την διευκόλυνση της ανάγνωσης του χάρτη Αρίθμηση ισοϋψών Συνήθως προκύπτουν δυσκολίες στην ερμηνεία των ισοϋψών πάνω στις οποίες δεν

10 Γενική Φυσική Γεωγραφία 10 αναγράφεται το ύψος. Αυτό είναι φανερό στο παοάδειγμα του σχήματος 4. Για διευκόλυνση οι ισουψείς ονομάζονται με γράμματα. Είναι φανερό ότι Α είναι η ισοϋψής των 20m γιατί είναι η πρώτη ισοϋψής απ'την επιφάνεια της θάλασσας σε συνδυασμό με την ισοδιάσταση άρα η Β είναι των 40m. Αφού οι Γ και θ παριστάνουν απομωνομένους λόφους πάνω από την ισοϋψή των 40m κάθε μία απ'αυτές είναι ισοϋψής των 60m. Εάν η θ είναι ισοϋψής των 60m η περιοχή που βρίσκεται μέσα σ'αυτή αλλά έξω από το Ι και Μ είναι ψηλότερα των 60m και χαμηλότερα των 80m. Στην παραπάνω περιοχή υπάρχει ένας λόφος (ισοϋψής Μ 80m) ενώ στην θέση της ισοϋψούς Ι (60m) η περιοχή καταβυθίζεται. Η περιοχή που βρίσκεται εσωτερικά της Μ αλλά εξωτερικά των Ο ή του Ν έχει υψόμετρο μικρότερο των 100m, στην ισουψή Ν των 100m έχουμε λόφο ενώ στην ισουψή Ο που είναι στα 8Om έχουμε καταβύθιση. Στην ίδια περιοχή έχουμε καταβύθιση στην ισουψή Κ ή οποία είναι των 40m και ένα λόφο στην ισοϋψή Α που είναι των 60m. Η μορφή της ισοϋψούς Ε ερμηνεύεται δύσκολα, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η Ε δεν βρίσκεται πάνω από την Γ γιατί αν και βρίσκεται μέσα στην ημισέληνο που σχηματίζεται απ αυτήν, παριστάνει ένα ανεξάρτητο λόφο ο οποίος έχει υψόμετρο το αμέσως μεγαλύτερο του Β. 'Ετσι δηλαδή η ισοϋψής Ε έχει το ίδιο υψόμετρο με την Γ δηλαδή αυτό των 60m. Οι περιοχές ανάμεσα στις ισοϋψείς των Δ και Ζ και των Γ και Ε παριστάνει κατάπτωση σε μια περιοχή που το μέσο υψόμετρό της είναι μεγαλύτερο του Β (40m) αλλά μικρότερο των 60m άρα οι ισοϋψείς των Δ και Ζ είναι ισοϋψείς των 40m.Με τον ίδιο τρόπο η ισουψής Η είναι των 80m και η ισοϋψής Π των 40m Απλές μoρφές εδάφους που αναπαριστάνοντα με ισοϋψείς. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται συνήθως για την απεικόνιση της μορφολογίας του εδάφους είναι η μέθοδος με τις ισουψείς. Μερικές βασικές μορφές φαίνονται στο σχήμα 5. Το σχήμα 5Α δείχνει ισαπέχουσες ισουψείς των m πάνω από την στάθμη αναφοράς (επίπεδο θάλασσας 0m). Η δε τομή κατά μήκος της ευθείας ΧΨ παρουσιάζει σχετικά ομαλή κλίση. Το σχήμα 5β δείχνει πύκνωση των ισουψών μεταξύ των 800 και 300m πάνω από την στάθμη αναφοράς που δηλώνει μεταβολή της κλίσης του εδάφους μεταξύ των ισουψών αυτών. Το σχήμα 5Γ δείχνει απότομη μεταβολή της κλίσης του εφάδους στο ύψος των 800m. Η μεγάλη

11 Γενική Φυσική Γεωγραφία 11 πύκνωση των ισοϋψών μεταξύ των 800 και 300m πάνω από την στάθμη αναφοράς δηλώνει την παρουσία απότομου γκρεμού (πρανούς) ενώ η αραίωση μεταξύ των 200 και 300m δηλώνει περιοχή με μικρή κλίση, Το σχήμα 5Δ δείχνει ένα υψίπεδο με κλίση που καταλήγει (μεταπίπτει) μέσα από ένα πρανές ομαλής κλίσης, σε ένα κατηφορικό επίπεδο. Στο σχήμα 5Ε αναγνωρίζονται ένας λόφος και δύο κοιλάδες. Παρατηρούμε ότι οι ισουψείς της κοιλάδας έχουν την κορυφή του σχήματος V αντεστραμμένη προς τις ισοϋψείς μεγαλύτερου ύψους ενώ στις ισοϋψείς του λόφου η κορυφή του V είναι αντεστραμένη προς αυτές των μικρότερων υψών, Το σχήμα 5Ζ παριστάνει έναν ομαλό λόφο στο ανώτερο τμήμα του οποίου παρατηρείται πύκνωση των ισοϋψών. 'Ετσι η ανατολική πλαγιά που οι ισουψείς παρουσιάζουν μεγαλύτερη πύκνωση απ ' αυτές της δυτικής, είναι και η περισσότερο απότομη. Το σχήμα 5Η παριστάνει διάφορες τοπογραφικές μορφές όπως αυτές απεικονίζονται σ'έναν τοπογραφικό χάρτη.

12 Γενική Φυσική Γεωγραφία 12 Σχήμα 4

13 Γενική Φυσική Γεωγραφία 13 Σχήμα 5

14 Γενική Φυσική Γεωγραφία 14 Προκειμένου να δείξουμε τη διαφορά ύψους δύο σημείων σε έναν τοπογραφικό χάρτη σχεδιάζουμε μία κατακόρυφη τομή σε ένα επίπεδο που περνάει απ' αυτά. Η τομή αυτή δείχνει το ανάγλυφο (προφίλ) της γήϊνης επιφάνειας κατά μήκος της ευθείας της τομής, όπως επίσης και εγκάρσια τομή του εδάφους που βρίσκετε κάτω από το ανόγλυφο (προφίλ). Το σχήμα 6α απεικονίζει μία περιοχή της οποίας οι ισουψείς έχουν σχεδιαστεί με ισοδιάσταση 100μ. Μια τομή (σχήμα 6β) κατά μήκος της ευθείας ΑΒ του σχήματος 6α κατασκευάζεται ως εξής:: Φέρνουμε ευθεία ιση με την ΑΒ και από το σημείο Α αυτής υψώνουμε κόθετο AΓ, πάνω στην ΑΓ και σημειώνουμε διαστήματα ίσα προς την ισοδιάσταση με την ίδια κλίμακα του χάρτη. Tα τρία σημεία Α,Β,Γ, ορίζουν ένα κατακόρυφο επίπεδο που περνάει από την ΑΒ. Από τις ισοδιαστάσεις της ΑΓ φέρνουμε παράλληλες ευθείες προς την ΑΒ και κάθε μια είναι η αντίστοιχη ισοϋψής. Στη συνέχεια πέρνουμε κομμάτι χαρτιού και τοποθετούμε την ακμή του κατά μήκος της ευθείας ΑΒ. Σημειώνουμε πάνω σ'αυτό με μολύβι τη θέση των σημείων Α και Β και τη θέση κάθε ισοϋψούς μεταξύ αυτών. Τοποθετούμε το χαρτί στην τομή με τέτοιο τρόπο ώστε να συμπέσουν τα σημεία Α και Β με αυτά του χαρτιού και επάνω στη γραμμή της βάσης σημειώνουμε όλες τις θέσεις των ισουψών. Σε κάθε σημειωμένη θέση υψώνουμε κάθετο. Η κάθετος αυτή θα κόψη την οριζόντια γραμμή του αντίστοιχου ύψους. Η τομή των 2 αυτών γραμμών μας δείχνει ενα σημείο. Συνδέοντας διαδοχικά τα σημεία αυτά με μια ομαλή γραμμή έχουμε το προφίλ της τοπογραφικής τομής. Είναι φανερό ότι το προφίλ είναι μια πραγματική απεικόνιση των κλίσεων του εδάφους μεταξύ των σημείων Α και Β εξαρτημένη από την ισοδιάσταση. 'Οσο μικρότερη είναι η ισοδιάσταση τόσο πιο ακριβές είναι το προφίλ Φυσική και διογκωμένη κλίμακα Μια τομή λέγεται φυσική εάν η κατακόρυφη και οριζόντια κλίμακα είναι ίδιες. Τότε οι κλίσεις που σημειώνονται στο χάρτη είναι αυτές που αντιστοιχούν στην γήϊνη επιφάνεια. Γι αυτό πρέπει, ως επί το πλείστον, να χρησιμοποιείται αυτή όπου είναι δυνατόν. Σε μικρής κλίμακας χάρτες που το ύψος είναι πολύ μικρότερο σε σχέση με την επιφάνεια που απεικονίζουν η φυσική κλίμακα δεν θα έδινε πραγματική εικόνα του αναγλύφου της γης, γιατί οι μεταβολές του ύψους θα ήταν πολύ μικρές για να φανούν στην τομή.

15 Γενική Φυσική Γεωγραφία 15 Σχήμα 6 Για την κατασκευή ενός τέτοιου προφίλ η κατακόρυφη κλίμακα κατασκευάζεται μεγαλύτερη της οριζόντιας, οπότε η τομή είναι διογκωμένη και οι εμφανιζόμενες σ αυτήν κλίσεις είναι μεγαλύτερες απ αυτές που πραγματικά μετράμε στην επιφάνεια του εδάφους.

16 Γενική Φυσική Γεωγραφία Βιβλιογραφία Κοντόπουλος Ν Εργαστηριακές Ασκήσεις Μαθήματος Εξωγενούς Γεωδυναμικής. Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Γεωλογίας. Maltman A Geological Maps. Open University Press. Bolton T Geological Maps Their Solution and Interpretation. Campridge University Press.

17 Γενική Φυσική Γεωγραφία ΓΕΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΩΓΡΑΦΙΑ ΕΝΟΤΗΤΑ Β

18 Γενική Φυσική Γεωγραφία Μορφομετρικά Χαρακτηριστικά Λεκανών Απορροής Γεωμορφολογία, είναι η επιστήμη που εξετάζει τα φυσικά χαρακτηριστικά των διαφόρων μορφών του ανάγλυφου της γης και τις διεργασίες που επιδρούν στη διαμόρφωσή του. Από τις διεργασίες που παρατηρούνται σε μια λεκάνη απορροής σπουδαιότερες είναι η δημιουργία της απορροής από τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα (και οι μεταβολές της, τοπικά και χρονικά), η διάβρωση του εδάφους, οι γεωλισθήσεις και γεωκατακρημνίσεις, η στερεομεταφορά των υδατορευμάτων κ.λ.π. Οι διεργασίες αυτές επηρεάζονται από τα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά της λεκάνης απορροής και επομένως πλήρης κατανόηση και μελέτη αυτών των διεργασιών επιτυγχάνεται με τη διατύπωση σχέσεων μεταξύ των δύο κατηγοριών παραγόντων. Έτσι η αριθμητική έκφραση των μορφολογικών χαρακτηριστικών μιας λεκάνης απορροής είναι αναγκαία. Η σχέση που αναφέρθηκε, εκτός από τη μελέτη των διεργασιών του παρόντος, διευκολύνει την πρόβλεψη των μελλοντικών διεργασιών, καθώς και εκείνων που έλαβαν χώρα στο παρελθόν. Μια τέτοια σχέση μπορεί να διατυπωθεί παραμετρικά, στοχαστικά ή και με πειραματικές μετρήσεις.οι διεργασίες όμως που παρατηρούνται σε μια λεκάνη απορροής επηρεάζονται και από τα χαρακτηριστικά του υδρογραφικού τους δικτύου. Για τους λόγους αυτούς στην παρούσα ενότητα περιγράφονται και αναλύονται τα μoρφoμετρικά και υδρογραφικά χαρακτηριστικά της λεκάνης απορροής με την εξής σειρά: Το μέγεθος της λεκάνης απορροής έχει σημασία αφού επηρεάζει γενικά τόσο τη συνολική απορροή (water yield) στην έξοδό της, όσο και το χρόνο συγκέντρωσης της απορροής και κατά συνέπεια και το σχήμα του υδρογραφήματος. Η παραπάνω σχέση δεν είναι βέβαια γραμμική αφού τα γεωλογικά, εδαφικά και άλλα χαρακτηριστικά της λεκάνης κατά κανόνα διαφέρουν. Η σχέση που αναφέρθηκε θα ήταν γραμμική αν τα προηγούμενα χαρακτηριστικά ήταν της ίδιας κατηγορίας και επιπλέον η κατακρήμνιση ήταν ομοιόμορφη σε ολόκληρη την επιφάνεια της λεκάνης. Η σχέση «μεγέθους λεκάνης και απορροής» χρειάζεται επιπλέον ιδιαίτερη προσοχή, αφού το μέγεθος αυτής (της λεκάνης) επηρεάζει όλους τους άλλους παράγοντες της λεκάνης. Πιο συγκεκριμένα, η κλίση της λεκάνης αυξάνει όσο μειώνεται το μέγεθος αυτής, ενώ η ειδική παροχή(m 3 /s/km 2 ) μειώνεται με την αύξηση του μεγέθoυς της λεκάνης.

19 Γενική Φυσική Γεωγραφία 19 Για την εκτίμηση του μεγέθους μιας λεκάνης απορροής απαραίτητη προϋπόθεση είναι ο καθορισμός του υδροκρίτη της λεκάνης δηλαδή της νοητής εκείνης γραμμής που διαχωρίζει δύο ή και περισσότερες υδρολογικές λεκάνες. Μετά τον καθορισμό του υδροκρίτη, το μέγεθος μπορεί να υπολογισθεί με τη χρήση τοπογραφικών χαρτών ή αεροφωτογραφιών ή άλλων σύγχρονων μέσων. Πολύ συχνά όμως ο καθορισμός του επιφανειακού υδροκρίτη της λεκάνης δεν είναι αρκετός για τον υπολογισμό του μεγέθους της. Και τούτο γιατί η απορροή του υδατορεύματος δεν δημιουργείται μόνο από την επιφανειακή απορροή (των πλαγιών της λεκάνης), αλλά και από την υπεδάφια/υπόγεια απορροή. Έτσι είναι δυνατόν (α) το ψηλότερο σημείο του υπόγειου ορίζοντα να μην συμπίπτει με τον τοπογραφικό / επιφανειακό υδροκρίτη ή (β) λόγω της διάταξης των γεωλογικών σχηματισμών να υπάρχει απόκλιση του υπόγειου υδροκρίτη από τη θέση του τοπογραφικού υδροκρίτη. Οι λεκάνες απορροής για καλύτερη συννενόηση μεταξύ των επιστημόνων και σύγκριση των αποτελεσμάτων ίεραρχούνται - ταξινομούνται- σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με το μέγεθος. Η ιεράρχηση - ταξινόμηση - όμως αυτή γίνεται σύμφωνα με το υδρογραφικό δίκτυο το οποίο δεν είναι αντικείμενο της ενότητας αυτής. Γενικά το μέγεθος της λεκάνης απορροής χρησιμοποιείται ευρύτατα όχι μόνο γιατί επηρεάζει άμεσα τις υδρολογικές διεργασίες αλλά και για το γεγονός ότι μπορεί να προσδιορισθεί συνήθως αρκετά ευκολότερα από άλλες παραμέτρους που είναι επίσης σημαντικές. Μεταβολή του μεγέθους της λεκάνης απορροής με τη μετακίνηση του στομίου κατά μήκος του ιδίου ρεύματος

20 Γενική Φυσική Γεωγραφία Αρίθμηση Υδρογραφικού Δικτύου Προκειμένου να κάνουμε μια ποσοτική ανάλυση σε ένα υδρογραφικό δίκτυο είναι αναγκαίο να καθορίσουμε μια σχέση μεταξύ των κλάδων του. Η σχέση αυτή βασίζεται αφ ενός στη διαφορά μεγέθους και αφ εταίρου στη θέση καθ ενός κλάδου σε σχέση με του υπόλοιπους. Οι σχέσεις αυτές συγκεκριμενοποιούνται με την αρίθμηση του υδρογραφικού δικτύου. Η αρίθμηση αυτή γίνεται σύμφωνα με τις παρακάτω μεθόδους: Α) Μέθοδος Horton: Στην μέθοδο αυτή οι μικρότεροι κλάδοι ενός δικτύου που δεν δέχονται νερά άλλων μικρότερων κλάδων παρά μόνο τα επιφανειακά νερά μιας μικρής λεκάνης τους ονομάζει 1 ης τάξης κλάδους. Άλλους μεγαλύτερους κλάδους του δικτύου που δέχονται νερά ενός κλάδου 1 ης τάξης τους ονομάζει 2 ης τάξης κλάδους κ.ο.κ. Πρέπει να σημειωθεί ότι για την αρίθμηση κατά Horton ισχύει ότι: η αρίθμηση της τάξης ενός εκάστου κλάδου ισχύει από την αρχή μέχρι το τέλος του. Β) Μέθοδος Strahler: Στη μέθοδο αυτή κάθε κλάδος που δεν δέχεται νερά άλων μικρότερων ρευμάτων ονομάζεται 1 ης τάξης. Ο κλάδος που προκύπτει από την σύνδεση δύο κλάδων 1 ης τάξης ονομάζεται 2 ης τάξης. Ο κλάδος που προκύπτει από την σύνδεση δύο κλάδων 2 ης τάξης ονομάζεται 3 ης τάξης κλάδος κ.ο.κ. Στην περίπτωση που συνδέονται δύο κλάδοι διαφορετικής τάξης ο νέος κλάδος που προκύπτει εξακολουθεί να έχει την αρίθμηση της αριθμητικά μεγαλύτερης τάξης του ενός από τους δύο κλάδους που συνδέονται. Γ) Μέθοδος Shreve: Ο Shreve εισαγάγει έναν τρόπο αρίθμησης του υδρογραφικού δικτύου, όπου δεν γίνεται αναφορά στην τάξη αλλά στο μέγεθος σύνδεσης. Ετσι: 1. Κάθε εξωτερικός κλάδος θα έχει μέγεθος Κάθε κλάδος που προκύπτει από την σύνδεση δύο άλλων κλάδων έχει το μέγεθος ίσο με το άθροισμα των μεγεθών των κλάδων που τον απαρτίζουν.

21 Γενική Φυσική Γεωγραφία 21 Μέθοδοι κατάξης των ρευμάτων σε τάξεις ιεράρχησης.

22 Γενική Φυσική Γεωγραφία Σχήμα Λεκάνης Απορροής Το σχήμα της λεκάνης απορροής επηρεάζει το χρόνο συγκέντρωσης της απορροής και επομένως το μέγεθος της παροχής που παρατηρείται στο στόμιο της λεκάνης. Πιο συγκεκριμένα, επιμήκεις λεκάνες απορροής έχουν μεγαλύτερο χρόνο συγκέντρωσης από ριπιδοειδείς ή κυκλικές και κατά συνέπεια, κάτω από τις ίδιες συνθήκες, οι πρώτες εμφανίζουν μικρότερες παροχές. Επίδραση του σχήματος της λεκάνης απορροής στη μορφή του υδρογραφήματος. Το σχήμα της λεκάνης επηρεάζει επίσης την παροχή όταν η βροχή δεν καλύπτει ολόκληρη την επιφάνεια της λεκάνης αλλά μετακινείται από το ένα άκρο προς το άλλο. Σε λεκάνες απορροής όμως που έχουν σχήμα ριπιδοειδές ή κυκλικό, η επίδραση της μετακίνησης της βροχής στην παροχή είναι σημαντικά μικρότερη από εκείνη που παρατηρείται σε επιμήκεις λεκάνες. Το σχήμα της λεκάνης, παρά τη σπουδαιότητα που έχει για το μέγεθος της παροχής, δύσκολα προσδιορίζεται και εκφράζεται αριθμητικά με σαφήνεια και ακρίβεια. Για το λόγο αυτό έχουν χρησιμοποιηθεί κατά καιρούς διάφοροι δείκτες για την απόδοση του σχήματος

23 Γενική Φυσική Γεωγραφία 23 αυτής. Δείκτης CRAVELIUS. Πιο συγκεκριμένα, ο Cravelius χρησιμοποίησε το δείκτη συγκέντρωσης για να εκφράσει το σχήμα της λεκάνης, ο οποίος δίνεται από την εξίσωση: Cravelius K Όπου : Kc = δείκτης συγκέντρωσης c P P P = περίμετρος της λεκάνης με εμβαδόν Α P 0 = περίμετρος κύκλου με ίσο εμβαδόν Α = εμβαδόν της λεκάνης (Για κυκλική λεκάνη Kc = 1) o A Horton (δείκτης μορφής) F 2 L Όπου : F = λόγος μήκους προς πλάτος L = μήκος της λεκάνης Α = εμβαδόν της λεκάνης Το ανάγλυφο της λεκάνης απορροής και οι κλίσεις των διαφόρων επιφανειών της, επηρεάζουν σημαντικά τις διεργασίες βροχής απορροής. Για την έκφραση του ανάγλυφου και των κλίσεων της λεκάνης χρησιμοποιούνται, η σχετική υψομετρική διαφορά και ο βαθμός ανάγλυφου: Σχετική υψομετρική διαφορά: H R hp P Όπου: Η = Υψομετρική διαφορά μεταξύ μεγίστου και ελαχίστου P = Περίμετρος της λεκάνης Βαθμός ανάγλυφου H R h L Όπου: Η = Υψομετρική διαφορά μεταξύ μεγίστου και ελαχίστου L = Οριζόντια απόσταση κατά μήκος της μεγαλύτερης διάστασης της λεκάνης και παράλληλα προς τη μέγιστη κατεύθυνση

24 Γενική Φυσική Γεωγραφία Αλλα χαρακτηριστικά της λεκάνης Πολλοί συγγραφείς αναφέρονται στη Γεωγραφική θέση της λεκάνης απορροής ως παράγοντα χαρακτηριστικό της λεκάνης. Σε πολλές περιπτώσεις μεγέθη όπως οι γεωγραφικές συντεταγμένες, η απόσταση από τη θάλασσα του κέντρου βάρους της λεκάνης, το μέσο υψόμετρο της λεκάνης κλπ., χρησιμοποιούνται άμεσα στα υδρολογικά μοντέλα. Σε μερικές περιοχές του κόσμου έχουν επίσης γίνει συσχετίσεις για την εκτίμηση μέσων υδρολογικών μεταβλητών. Η κατανομή των εδαφών (τύπος, βάθος, φυσικά χαρακτηριστικά) σε μια λεκάνη επίσης επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τις ποσότητες διήθησης, και επομένως τη σχέση βροχόπτωσης απορροής. Τέλος ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση των σχέσεων βροχόπτωσηςαπορροής διαδραματίζει η Γεωλογία της λεκάνης απορροής. Το θέμα της Γεωλογίας της λεκάνης, αν και πολύ σημαντικό, δεν αναπτύσσεται εδώ καθώς ξεφεύγει σε όγκο και σημασία από την ανάπτυξη μιας παραγράφου Βιβλιογραφία Σακκάς Ι Τεχνική Υδρολογία 1. Υδρολογία Επιφανειακών Υδάτων. Εκδόσεις Αϊβαζής Ζουμπούλης Ξάνθη. Τσακίρης Γ Υδατικοί Πόροι Ι. Τεχνική Υδρολογία. Εκδόσεις Συμμετρία.

25 Γενική Φυσική Γεωγραφία ΓΕΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΩΓΡΑΦΙΑ ΕΝΟΤΗΤΑ Γ

26 Γενική Φυσική Γεωγραφία Εισαγωγή Το έδαφος είναι ένα μή-συμπαγές πολυφασικό υλικό, που αποτελείται από ασύνδετους ή ελαφρά συνδεδεμένους στερεούς κόκκους, τα κενά μεταξύ των οποίων (πόροι) περιέχουν υγρά (συνήθως νερό) ή/και αέρια (συνήθως αέρα). Τα εδαφικά υλικά προέρχονται από τη μηχανική ή/και χημική αποσάθρωση των πετρωμάτων. Η μηχανική αποσάθρωση οφείλεται σε παράγοντες, όπως ο παγετός, οι συνεχείς θερμοκρασιακές μεταβολές, η διάβρωση από το νερό και τον αέρα, οι λειτουργίες φυτών, ζώων και του ανθρώπου, και οδηγεί σε κατατεμαχισμό και θρυμματισμό των βράχων. Αντίστοιχα, η χημική αποσάθρωση προκαλεί την αποσύνθεση των πετρωμάτων λόγω οξείδωσης, ενανθράκωσης, αναγωγής και άλλων χημικών διαδικασιών. Γενικά, η χημική αποσάθρωση είναι ο κυριότερος παράγων γένεσης λεπτόκοκκων εδαφικών σχηματισμών (ιλύων και αργίλων), ενώ η μηχανική αποσάθρωση συντελεί κυρίως στη δημιουργία των χονδρόκοκκων εδαφών (χαλίκων και άμμων), χωρίς όμως να αποκλείεται και η μερική συμμετοχή της εναλλακτικής μεθόδου αποσάθρωσης στη γένεση εδαφικών σχηματισμών κάθε τύπου. Με βάση τον τρόπο μεταφοράς και τελικής απόθεσης των προϊόντων της αποσάθρωσης, τα εδάφη διακρίνονται σε αυτόχθονα και ιζηματογενή (γεωμηχανικός χαρακτηρισμός). Τα αυτόχθονα εδάφη προέρχονται από την επιτόπου απόθεση των προϊόντων της αποσάθρωσης. Αντίθετα, τα ιζηματογενή εδάφη προέρχονται από τη μεταφορά των προϊόντων αποσάθρωσης με τα νερά των ποταμών μακριά από την αρχική τους θέση και την επακόλουθη απόθεσή τους στην περιοχή των εκβολών. Σε ορισμένες περιπτώσεις η μεταφορά των προϊόντων της αποσάθρωσης γίνεται και από τον αέρα (αιολικές, αποθέσεις). Η μεταφορά και απόθεση των ιζηματογενών εδαφικών σχηματισμών με το νερό οδηγεί στο διαχωρισμό τους κατά μέγεθος κόκκων. Έτσι, χονδρόκοκκα ιζήματα (χάλικες και άμμοι) αποτίθενται συνήθως στις κοίτες των ποταμών και σε περιοχές κοντά στις εκβολές τους. Αντίθετα, τα λεπτόκοκκα ιζήματα (ιλείς και άργιλοι) μεταφέρονται αιωρούμενα σε μεγάλες αποστάσεις και αποτίθενται με αργό ρυθμό στον πυθμένα των θαλασσών και λιμνών μακρυά από τις εκβολές των ποταμών, σχηματίζοντας οριζόντιες ή περίπου οριζόντιες στρώσεις. Αρκετά συνηθισμένη είναι και η διαδοχική απόθεση στρώσεων χονδρόκοκκων και λεπτόκοκκων ιζημάτων στην ίδια περιοχή, που οφείλεται είτε σε τεκτονικές κινήσεις του γήινου φλοιού (που συχνά μετατρέπουν κοίτες ποταμών σε πυθμένες ωκεανών και το

27 Γενική Φυσική Γεωγραφία 27 αντίθετο) είτε στη διαδοχή περιόδων έντονων βροχοπτώσεων και απορροών (που οδηγούν στην απόθεση χονδροκλαστικών κυρίως ιζημάτων) με ήπιες περιόδους (που οδηγούν στην απόθεση λεπτόκοκκων εδαφών). Ανεξάρτητα από τον τρόπο γένεσης, μεταφοράς και απόθεσης των εδαφών, η διάταξη των κόκκων τους δημιουργεί κενά (πόρους) τα οποία, κατά την ιζηματογένεση στους πυθμένες των θαλασσών, επληρούντο με νερό. Στο μακρό χρονικό διάστημα, όμως, που μεσολάβησε από την ιζηματογένεση πολλοί εδαφικοί σχηματισμοί βρέθηκαν τελικώς πάνω από τη στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα και το νερό των πόρων αντικαταστάθηκε μερικά ή ολικά από αέρα. Έτσι, σήμερα, τα περισσότερα εδάφη περιέχουν στους πόρους τους και νερό και αέρα Σχέσεις μεταξύ των φάσεων Όπως αναφέρθηκε και στο προηγούμενο εδάφιο, το έδαφος είναι ένα πολυφασικό υλικό, που αποτελείται αφενός μεν από στερεούς κόκκους αφετέρου δέ από τα κενά (πόρους) που δημιουργούνται μεταξύ των κόκκων και περιέχουν νερό ή/και αέρα. Στο Σχήμα που ακολουθεί παρουσιάζει τις τρεις φάσεις ενός εδαφικού υλικού. Ο συνολικός όγκος V του εδάφους αποτελείται από τον όγκο Vs που καταλαμβάνουν οι στερεοί κόκκοι και τον όγκο Vν των πόρων. Ο όγκος των πόρων πληρούται από νερό (με όγκο Vw) και αέρα (με όγκο Vg). Οι αντίστοιχες μάζες (Μ) ή ισοδύναμα, τα βάρη (W) των ανωτέρω ποσοτήτων είναι: Μ (ολική μάζα), Ms (μάζα στερεών κόκκων), Mw (μάζα νερού των πόρων) και Mg (μάζα του αέρα των πόρων). Στα επόμενα η μάζα του αέρα των πόρων αμελείται, επειδή η πυκνότητα του αέρα είναι πολύ μικρή σε σχέση με τις πυκνότητες των υπολοίπων μεγεθών (στερεών κόκκων και νερού).

28 Γενική Φυσική Γεωγραφία 28 Φάσεις των εδαφικών υλικών. Με βάση τα ανωτέρω μεγέθη, ορίζονται οι εξής χρήσιμες ποσότητες: 1. Το πορώδες, που είναι ο λόγος του όγκου των κενών προς τον ολικό όγκο του εδάφους: Vv n V Το πορώδες συχνά εκφράζεται και σαν ποσοστό επί τοις εκατό. 2. Ο δείκτης πόρων, που είναι ο λόγος του όγκου των κενών προς τον όγκο των. στερεών κόκκων: Vv e Vs Το πορώδες και ο δείκτης πόρων συσχετίζονται ως εξής (να αποδειχθεί): e n 1 e n e 1 n 3. Ο βαθμός κορεσμού, που είναι ο λόγος του όγκου του νερού των πόρων προς τον όγκο των κενών: Vw S Vv

29 Γενική Φυσική Γεωγραφία 29 και εκφράζει το ποσοστό (συνήθως επί τοις εκατό) του όγκου των πόρων που πληρούται με νερό. Οι πιθανές τιμές του βαθμού κορεσμού ενός εδαφικού υλικού κυμαίνονται μεταξύ 0 και 100%. Ένα ξηρό εδαφικό υλικό έχει βαθμό κορεσμού μηδέν, ενώ ένα εδαφικό υλικό του οποίου το σύνολο των πόρων πληρούται με νερό (κορεσμένο) έχει βαθμό κορεσμού 1 (100%). 4. Το ποσοστό υγρασίας, που είναι ο λόγος της μάζας του νερού των πόρων προς τη μάζα των στερεών κόκκων: Mw w Ms και συχνά εκφράζεται και επί τοις εκατό. To ποσοστό υγρασίας ενός ξηρού εδαφικού υλικού είναι μηδέν. Το ποσοστό υγρασίας ενός (υγρού) εδαφικού υλικού υπολογίζεται με την εξής μέθοδο: ένα δείγμα του εδάφους ζυγίζεταl στη φυσική του κατάσταση (μάζα Μ1) και αφού ξηρανθεί σε κατάλληλο κλίβανο, ώστε να εξατμισθεί το σύνολο του νερού των πόρων (μάζα Μ2). Στη συνέχεια, το ποσοστό υγρασίας υπολογίζεται από τη σχέση: M1 M 2 M1 M 2 w w x100(%) M 2 M 2 5. Η πυκνότητα του εδαφικού υλικού, που (κατά τον συνήθη ορισμό της πυκνότητας ενός υλικού) είναι ο λόγος της μάζας του εδαφικού δείγματος προς τον όγκο του: M V 6. Η πυκνότητα των στερεών κόκκων, που είναι ο λόγος της μάζας των στερεών κόκκων προς τον όγκο τους: Ms Vs

30 Γενική Φυσική Γεωγραφία Τέλος, η πυκνότητα του νερού που (κατά τον συνήθη ορισμό) είναι: Mw 1Mg / m Vw Κοκκομετρική ανάλυση Η ταξινόμηση των εδαφών και των ιζηματογενών πετρωμάτων γίνεται με βάση ορισμένες βασικές ιδιότητες οι οποίες δίνουν ένα πλαίσιο για την συστηματική τους περιγραφή. Μία από της βασικότερες ιδιότητες, η οποία χρησιμοποιείται από μηχανικούς και γεωτεχνικούς, είναι ο προσδιορισμός του κοκκομετρικού μεγέθους. Σύμφωνα με την ταξινόμηση με βάση το κοκκομετρικό μέγεθος διακρίνονται έξη κύριες ομάδες: 1. Ογκόλιθοι (Boulders) >200mm 2. Κροκάλες ή Λίθοι (Cobbles) mm 3. Χάλικες (Gravels) 2-60mm) 4. Άμμος (Sand) mm 5. Iλύς (Silt) mm 6. Αργιλος (Clay) <0.002mm Ανάλογα με το ποσοστό συμμετοχής της κάθε μιας από της παραπάνω κλάσεις και με την προβολή των αποτελεσμάτων των τριών κυριοτέρων συστατικών σε τριγωνικά διαγράμματα γίνεται η ταξινόμηση των εδαφών και των ιζηματογενών πετρωμάτων. Για τον προσδιορισμό του ποσοστού συμμετοχής της κάθε κλάσης εκτελείται κοκκομετρική ανάλυση με κόσκινα (για το αδρομερές υλικό) και με πιπέττα (για το λεπτόκοκκο υλικό).

31 Γενική Φυσική Γεωγραφία 31 Ταξινόμηση εδαφών και ιζηματογενών πετρωμάτων με βάση το ποσοστό συμμετοχής άμμου, πηλού και αργίλου. Ταξινόμηση εδαφών και ιζηματογενών πετρωμάτων με βάση το ποσοστό συμμετοχής χαλικιών, άμμου και ιλύως. Α. Κοκκομετρική ανάλυση με κόσκινα Η μέθοδος ανάλυσης με κόσκινα χρησμοποιείται για τα πιο αδρομερή μεγέθη κόκκων από 0.063mm έως 250 mm. Κάθε κόσκινο μπορεί να συγκρατεί μια ορισμένη ποσότητα υλικού ανάλογα με τον αριθμό των κοσκίνων που θα χρησιμοποιηθούν. Επειδή η υπέρβαση της

32 Γενική Φυσική Γεωγραφία 32 ποσότητας αυτής οδηγεί σε λανθασμένα αποτελέσματα για αυτό χρησιμοποιούμε διαδοχικά κόσκινα με μικρή διαφορά στη διάμετρο πλέγματος. Το βάρος του δείγματος που χρησιμοποιείται είναι ο ακόλουθος:για κροκάλες > 10Kg, για χονδρόκοκκη άμμο 200 gr,για μέτρια χονδρόκοκκη άμμο 100 gr και gr για λεπτόκοκκη άμμο. Ο χρόνος της δόνησης για ποσότητα υλικού 25gr είναι 15 λεπτά. Σχηματική παράσταση κοκκομέτρισης με κόσκινα Β. Κοκκομετρική ανάλυση με πιπέττες Η μέθοδος της πιπέττας εφαρμόζεται για την ανάλυση λεπτόκοκκων ιζημάτων που αποτελούνται από πηλό και άργιλο, με συμμετοχή λεπτόκοκκης άμμου σε ποσοστό μικρότερο από 10%. Από κάθε δείγμα λαμβάνεται υλικό περίπου 20-25gr το οποίο τοποθετείται σε ποτήρι ζέσεως των 600ml, προστίθενται περίπου 100ml απεσταγμένου νερού και το δείγμα αναδεύεται για 5-10 λεπτά. Μετά τη πάροδο 24 ωρών προστίθενται 25m1 Η 2 Ο 2 (30% κ.ο.) με ταυτόχρoνη ισχυρή ανάδευση. Παρατηρείται έντονος αναβρασμός που σύντομα παύει. Για να διαπιστωθεί το αποτέλεσμα της πλήρους αντίδρασης προστίθεται μικρή ποσότητα Η 2 Ο 2. Εάν παρατηρηθεί αναβρασμός προσθέτουμε μικρές ποσότητες κατά αραιά χρονικά

33 Γενική Φυσική Γεωγραφία 33 διαστήματα μέχρι να σταματήσει ο αναβρασμός. Το σταμάτημα του αναβρασμού αυτομάτως σημαίνει ότι οξειδώθηκε πλήρως το οργανικό υλικό και ότι έχει γίνει αποσυγκόλιση των κόκκων. Στη συνέχεια βράζουμε το δείγμα για 10 λεπτά σε φλόγα Bunsen για πλήρη διάσπαση. Το ποτήρι ζέσεως αφήνεται για ψύξη για λίγα λεπτά και κατόπιν ξεπλένονται τα τοιχώματα του ποτηριού. Στη συνέχεια πλένουμε το δείγμα για να απομακρίνουμε τα προϊόντα οξείδωσης. Μετά ρίχνουμε 25ml Calgon (μεταφωσφορικό νάτριο) για την αποφυγή της συγκόλισης των κόκκων της αργίλου και την κροκίδωση αυτής. Το σε διασπορά ίζημα χύνεται μέσα σε κόσκινο 250 Mesh το οποίο έχει προηγουμένως βραχεί και τοποθετηθεί μέσα σε ένα μεγάλο χωνί. Το υλικό που διέρχεται από το κόσκινο συλλέγεται σε κύλινδρο των 1000 ml. Το υλικό που συγκρατείται στο κόσκινο μεταφέρεται με τη βοήθεια υδροβολέα σε κάψα από πορσελάνη και τοποθετείται σε φούρνο για ξήρανση στους 110 Ο C. Στη συνέχεια με τη χρήση του κόσκινου των 250 Mesh και δονητού το συγκρατιθέν ποσό πηλού και αργίλου αποχωρίζεται από το κλάσμα της άμμου και προστίθεται μέσα στο κύλινδρο των 1000ml. Αν το συγκρατιθέν υλικό στο κόσκινο των 250 MESH είναι μεγαλύτερο του 10% του συνολικού αρχικού βάρους τότε χωρίζεται σε κλάσματα με τη βοήθεια της ανάλυσης με κόσκινα όπως έχει περιγραφεί παραπάνω.

34 Γενική Φυσική Γεωγραφία 34 Σχηματική παράσταση κοκκομέτρισης του λεπτόκοκκου κλάσματος με πιπέττες. Κοκκομετρική διαβάθμιση Το μέγεθος των κόκκων και η ποικιλία (κατανομή) τους σε ένα δείγμα εδαφικού υλικού επηρεάζουν τη μηχανική συμπεριφορά των μή-συνεκτικών εδαφών και για το λόγο αυτό μελετώνται στα πλαίσια των φυσικών τους χαρακτηριστικών. Η απαντώμενη ποικιλία μεγεθών κόκκων στους εδαφικούς σχηματισμούς είναι ευρύτατη. Οι χάλικες αποτελούνται από κόκκους μεγέθους αρκετών εκατοστών, ενώ οι άργιλοι περιέχουν κόκκους μεγέθους μικροτέρου του ενός μικρού (μm), δηλαδή περισσότερο από φορές μικρότερους από τους κόκκους των χαλίκων. Οι μέθοδοι κατάταξης των εδαφών με βάση το μέγεθος των κόκκων τους ποικίλουν. Η ποικιλία μεγεθών κόκκων των εδαφικών σχηματισμών μπορεί να γίνει κατανοητή με τον ακόλουθο ανάλογο: αν η διάσταση του κόκκου ενός μέσου χάλικα αντιστοιχιθεί με μια εξαόροφη πολυκατοικία (20m ύψος), ένας κόκκος άμμου αντιστοιχεί με ένα καρπούζι, ένας κόκκος ιλύος με ένα κεράσι και ένα κόκκος αργίλου με μέγεθος μικρότερο από το κεφάλι μιας καρφίτσας. Ο προσδιορισμός της κατανομής των μεγεθών κόκκων των εδαφικών υλικών (κοκκομετρική διαβάθμιση) γίνεται για μεν τους χάλικες και τις άμμους με τη λεγόμενη "κοκκομετρική ανάλυση με κόσκινα", για δε τις ιλείς και αργίλους με την "κοκκομετρική ανάλυση με τη μέθοδο της πιπέττας".

35 Γενική Φυσική Γεωγραφία 35 Διάγραμμα κοκκομετρικής διαβάθμισης εδαφών. Η ανάλυση με κόσκινα γίνεται με τη μηχανική δόνηση δείγματος του εδαφικού υλικού διαμέσου σειράς κοσκίνων με βαθμιαία μικρότερη διάσταση οπής και τη μέτρηση του βάρους του υλικού που συγκρατείται σε κάθε κόσκινο 2.8). Τα πρότυπα μεγέθη (διαστάσεις οπής) των κοσκίνων ποικίλουν. Στην Ελλάδα χρησιμοποιούνται κόσκινα που ακολουθούν την Αμερικανική Προδιαγραφή ASTM Αξίζει να σημειωθεί ότι το κόσκινο Νο 200 αντιστοιχεί κατά προσέγγιση στο συμβατικό όριο μεταξύ άμμων και ιλύων (0.06 mm). Η κατασκευή και χρήση κοσκίνων για την κοκκομέτρηση εδαφών με μεγέθη κόκκων μικρότερα από το Νο 200 δεν είναι πρακτική. Κατά συνέπεια, ο προσδιορισμός της κοκκομετρικής διαβάθμισης των λεπτόκοκκων εδαφικών υλικών (ιλύων και αργίλων) γίνεται, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, με τη μέθοδο του αραιομέτρου. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στο νόμο του Stokes για την κίνηση σφαιρών σε ιξώδες ρευστό με την επίδραση της βαρύτητας, σύμφωνα με τον οποίο η οριακή ταχύτητα καθίζησης εξαρτάται από τη διάμετρο και την πυκνότητα του υλικού των σφαιρών, την πυκνότητα του ρευστού και το ιξώδες του. Κατά την εφαρμογή της μεθόδου του αραιομέτρου μετράται η πυκνότητα του μίγματος νερού και εδάφους σε διάφορους χρόνους

36 Γενική Φυσική Γεωγραφία 36 και προσδιορίζεται η ταχύτητα καταβύθισης των κόκκων του εδαφικού υλικού, από την οποία προκύπτει η κατανομή του μεγέθους των κόκκων. Η κατανομή του μεγέθους των κόκκων ενός εδαφικού υλικού, όπως προκύπτει από την κοκκομετρική ανάλυση με κόσκινα και το αραιόμετρο, παρουσιάζεται συνήθως σε ένα διάγραμμα αθροιστικής συχνότητας εμφάνισης ως προς το μέγεθος του κόκκου (σε λογαριθμική κλίμακα). Ένα τέτοιο διάγραμμα φαίνεται στο σχήμα που προηγήθηκε στο οποίο παρουσιάζονται και τυπικές κοκκομετρικές καμπύλες ενός εδάφους με ομοιόμορφους κόκκους και ενός καλά διαβαθμισμένου (δηλαδή με ποικιλία κόκκων). Από διαγράμματα αυτού του τύπου μπορούν να προσδιορισθούν ποσοτικά μεγέθη ιδιαίτερου ενδιαφέροντος, όπως το εύρος των διαμέτρων των κόκκων ενός εδαφικού υλικού και το ποσοστό (κατά βάρος) του υλικού που είναι μικρότερο από κάποια συγκεκριμένη διάμετρο. Επιπλέον, συνήθως υπολογίζονται η διάμετρος D10 (δηλαδή το μέγεθος κόκκου από τον οποίο 10% του υλικού έχει μικρότερο μέγεθος) και η διάμετρος D60 (δηλαδή το μέγεθος κόκκου από τον οποίο 60% του υλικού έχει μικρότερο μέγεθος). Με βάση τα ανωτέρω, ορίζεται και ο συντελεστής ομοιομορφίας: D60 Cu D10 που εκφράζει συνοπτικά την κοκκομετρική διαβάθμιση του υλικού. Έτσι, ένα υλικό με ομοιόμορφους κόκκους έχει Cu = 1. Ενα υλικό με μεγάλη ποικιλία μεγεθών κόκκων, το οποίο έχει Cu > 5, λέγεται καλά διαβαθμισμένο. Αντίθετα, ένα υλικό με σχετικά ομοιόμορφους κόκκους, το οποίο έχει Cu < 5, λέγεται κακά διαβαθμισμένο. Γενικά, όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής ανομοιομορφίας, τόσο μεγαλύτερη ποικιλία κόκκων περιέχει το εδαφικό υλικό και τόσο καλύτερη είναι η κοκκομετρική του διαβάθμιση.

37 Γενική Φυσική Γεωγραφία Ανάλυση ανθρακικού ασβεστίου (CaCO 3 ) δειγμάτων ιζηματογενών πετρωμάτων και εδάφους και η σημασία της παρουσίας του Για τον προσδιορισμό του ανθρακικού ασβεστίου παρουσιάζεται η μέθοδος της διάσπασης του CaCO 3 με CH 3 COOH (οξικό οξύ) όπως αυτή περιγράφεται από τον Βαρνάβα (1979). Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή ζυγίζουμε 1 γραμμάριο κονιοποιημένου και ξηρού δείγματος και το μεταφέρουμε σε κωνική φιάλη 100ml. Προσθέτουμε 10 ml οξικού οξέος 25%κ.β. και το δείγμα τοποθετείται σε ηλεκτρονικό δονητή για 4 ώρες. (Δοκιμές έδειξαν ότι αν αφήσουμε το δείγμα για αντίδραση 24 ώρες σε θερμοκρασία περιβάλλοντος θα έχουμε το ίδιο αποτέλεσμα). Μετά το πέρας των παραπάνω διεργασιών και αφού έχουμε ζυγίσει διηθητικά χαρτιά σε ζυγό ακριβείας, διηθούμε το δείγμα με το αντιδραστήριο. Το διασπασθέν ανθρακικό ασβέστιο διέρχεται από το διηθητικό χαρτί ενώ το μέρος του ιζήματος που δεν αντέδρασε συγκρατείται. Το διηθητικό χαρτί με το συγκρατιθέν ίζημα αφήνεται να στεγνώσει σε ξηραντήρα και στη συνέχεια ζυγίζεται. Η διαφορά βάρους του διηθητικού χαρτιού με και χωρίς ίζημα μας δίνει το βάρος του συγκρατιθέντος ιζήματος. Η διαφορά του συγκρατιθέντος ιζήματος από το αρχικό βάρος του δείγματος (1gr) πολλαπλασιαζόμενο επί 100 μας δίνει το ποσοστό του CaCO 3. Η αύξηση ή η μείωση του ανθρακικού ασβεστίου σε μια σειρά ιζημάτων δείχνει συνθήκες ιζηματογένεσης. Σε συνθήκες έντονης ιζηματογένεσης η ποσότητα του ανθρακικού ασβεστίου αυξάνεται προς τα λεπτόκοκκα κλάσματα (ποτάμια δελταϊκά) ενώ στα θαλάσσια ιζήματα σε θέσεις χαμηλού ρυθμού ιζηματογένεσης το ανθρακικό υλικό αυξάνει προς τα χονδρόκοκκα κλάσματα. Στα ποτάμια ιζήματα το ανθρακικό ασβέστιο μειώνεται όσο αυξάνει το δυναμικό και το παραιχώμενο ίζημα του ποταμού Ανάλυση και ποσοτικός προσδιορισμός του οργανικού άνθρακα ιζηματογενών πετρωμάτων και η σημασία της παρουσία του Ο ποσοτικός προσδιορισμός του οργανικού άνθρακα γίνεται με την μέθοδο Gaudette et al Σύμφωνα με την μέθοδο αυτή ο προσδιορισμός του οργανικού άνθρακα γίνεται με τιτλοδότηση. Συγκεκριμμένα:Πέρνουμε gr ξηρού και κονιοποιημένου δείγματος και το τοποθετούμε σε φιάλη σχήματος φλασκιού χωριτικότητας 500 mι. Προσθέτουμε ακριβώς

38 Γενική Φυσική Γεωγραφία 38 10ml διαλύμματος διχρωμικού καλίου (K 2 Cr 2 0,) κανονικότητας 1 (lν) και ανακατεύουμε κουνώντας την φιάλn προσεκτικά. Κατόπιν προσθέτουμε 20ml πυκνού θειικού οξέος (H 2 S0 4,96%) και ανακατεύουμε το μίγμα με απαλό κούνημα της φιάλης γιά ένα λεπτό.αυτό γίνετα προσεκτικά για να πετύχουμε την πλήρη επαφή (αντίδραση) του ιζήματος με το αντιδραστήριο ενώ συγχρόνως προσέχουμε να μην κολλήσει ίζημα στα τοιχώματα της φιάλης και δεν έρχεται σε επαφή με τα αντιδραστήρια. Το μίγμα αφήνεται για αντίδραση σε ηρεμία γιά 30 λεπτά. Μετά τα 30 λεπτά το διάλλυμα αραιώνεται με 200ml απεσταγμένο νερό και σ'αυτό προσθέτουμε 10ml φωσφορικού οξέος (Η 3 ΡΟ 4,85%) και 0.2gr φθοριούχου νατρίου (NaF) και 15 σταγόνες δείκτη. Το διάλυμμα επανάτιτλοδοτείται με διάλυμμα σιδηρούχου θειικού αμμωνίου κανονικότητας 0.5Ν (FeSO 4 (NH 4 ) 2 (SO 4 )6H 2 0). Το χρώμα εξελλίσεται απο θαμπό πράσινοκαφέ σε πράσινο, με την προσθηκη κατά προσέγγιση 10 ml του σιδηρούχου διαλύμματος. Το χρώμα συνεχίζει να μεταβάλλεται με την προσθήκη 10 εως 20 σταγόνων του σιδηρούχου διαλύμματος θα επιφέρουν την μεταβολή στο χρώμα και θα το κάνουν πολύ φωτεινό πράσινο. Η ίδια διαδικασία ακολουθείται και στο "τυφλό" δείγμα, δηλαδή αυτό χωρίς ίζημα. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης μετριούνται με την ακόλουθη εξίσωσn % Οργανικού άνθρακα = 10(1-T/S) [1.0Ν(0.003) (100/W)] όπου Τ = τιτλοδοτημένο δείγμα.σε ml το σιδηρούχο διάλυμμα S = τιτλοδοτnμένο τυφλό δείγμα,σε ml το σιδηρούχο διάλυμμα = 12/4.000 = το μέγιστο βάρος του άνθρακα (C) 1.0 Ν = κανονικότnτα του K 2 Cr = η ποσότnτα του K 2 Cr σε ml W = το βάρος του ιζήματος σε gr Προετοιμασία αντιδραστηρίων Το διάλυμμα του K 2 Cr 2 O 7 κανονικότητας 1Ν παρασκευάζεται με την διάλυση 49.04gr K 2 Cr 2 O 7 σε 1000 ml διαλυμματος.

39 Γενική Φυσική Γεωγραφία 39 Το διαλυμμα FeSO 4 (NH 4 ) 2 (SO 4 )6H 2 0 κανονικότητας 0.5 Ν παρασκευάζεται με τnν διάλυση 200 gr ουσίας και 25ml H 2 S0 4 (96%) σε 1000ml διαλύμματος. Ο δείκτης διφενυλαμίνnς παρασκευάζεται με την προσθήκη 0.5 gr ουσίας (δείκτη) σε 100 ml H 2 SΟ 4 και στην συνέχεια όλο αυτό προστίθεται σε 20ml κρύο απεσταγμένο νερό. Το ποσοστό του οργανικού άνθρακα υποδηλώνει περιβάλλον ιζnματογένεσnς. Εχουμε περισσότερο οργανικό άνθρακα εκεί όπου υπάρχουν έντονες εκδηλώσεις ζωής (βυθός), γρήγορn βύθισn του μορφολογικού αναγλύφου ή έλειψn βακτnριακής δράσnς. Στnν ανοικτή υφαλοκρηπίδα το ποσοστό του οργανικοό άνθρακα είναι μικρότερο του 1% ενώ στnν λιμνοθάλασσα είναι μεγαλύτερο του 1%. Στα θαλάσσια ιζήματα κυμαίνεται από 0.5-1% ενώ στα παράκτια ιζήματα το ποσοστό κυμαίνεται από 1-5%. Ο Ιbach,1982 βρήκε ότι τα θαλάσσια ιζήματα του Πλειοκαίνου και Πλειστοκαίνου έχουν οργανικό υλικό που Kυμμαίνεται από 0.12% έως 1.97% και αναφέρονται οι τιμές αυτές,σε χαλαζιακά ιζήματα. Ο χαλαζίας των ιζnμάτων αυτών είναι βιογενετικός, κλαστικός και ηφαιστειακός και συμμετέχει με ποσοστό μεγαλύτερο του 30% (>30%) ενώ. αντίθετα το ανθρακικό ασβέστιο συμμετέχει με ποσοστό μικρότερο του 30% (<30%) Bιβλιογραφία Καββαδά Μ Στοιχεία Εδαφομηχανικής. Ε.Μ.Πολυτεχνείο Αθήνα. Καλλέργης Γ. και Κούκης Γ Τεχνική Γεωλογία. ΟΕΔΒ Αθήνα. Κοντόπουλος Ν Σημειώσεις Εξωγενούς Γεωδυναμικής. Πανεπιστήμιο Πατρών. Smith G.N. and Smith I.N Elements of Soil mechanics. Blackwell Science.

40 Γενική Φυσική Γεωγραφία ΓΕΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΩΓΡΑΦΙΑ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ