SEDIMENT DISTRIBUTION AND SEDIMENTARY PROCESSES IN THE COASTAL ZONE OF se LESVOS ISLand

Transcript

1 ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΕΙΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΖΩΝΗ ΤΗΣ Ν.Α. ΛΕΣΒΟΥ Μαρτσούκα Φ., Χασιώτης Θ., Μανέας Γ., Κωστοπούλου Μ. Πανεπιστήμιο Αιγαίου, Σχολή Περιβάλλοντος, Τμήμα Επιστημών της Θάλασσας, Λόφος Πανεπιστημίου, 81100, Μυτιλήνη, Λέσβος, th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Περίληψη Αντικείμενο της παρούσας μελέτης είναι ο προσδιορισμός της κατανομής των σύγχρονων ιζημάτων και των ιζηματογενών διεργασιών στην ευρύτερη παράκτια ζώνη της Ν.Α.Λέσβου. Για το σκοπό αυτό συλλέχθηκαν και αναλύθηκαν 25 επιφανειακά δείγματα ως προς την κοκκομετρική και ορυκτολογική τους σύσταση και τα αποτελέσματα επεξεργάστηκαν με τη μέθοδο της παραγοντικής ανάλυσης. Η κατανομή των ιζημάτων φαίνεται ότι είναι συνάρτηση φυσικών (χερσαία τροφοδοσία μέσω υδρορεμάτων ή/και παράκτια διάβρωση) αλλά και ανθρωπογενών διεργασιών, σε βάθη μικρότερα από ~30m. Σε μεγαλύτερα βάθη (>30m) κυριαρχεί η άμμος, η οποία βάση των χαρακτηριστικών της αλλά και των επικρατούντων υδροδυναμικών συνθηκών θεωρείται σαν υπολειμματικό ίζημα. Η σύσταση των ιζημάτων φαίνεται ότι ελέγχεται σε σημαντικό βαθμό από τη ορυκτολογική σύνθεση των πετρωμάτων της περιβάλλουσας χέρσου. Λέξεις κλειδιά: θαλάσσια ιζήματα, παράκτια ζώνη, Λέσβος, Αιγαίο. SEDIMENT DISTRIBUTION AND SEDIMENTARY PROCESSES IN THE COASTAL ZONE OF se LESVOS ISLand Martsouka F., Hasiotis T., Maneas G., Kostopoulou M. University of the Aegean, School of Environment, Department of Marine Sciences, University Hill, 81100, Mytilene, Lesvos, hasiotis@marine.aegean.gr Abstract The scope of this paper is the study of the recent sediment distribution and the sedimentary processes in the wider coastal zone of SE Lesvos island in the NE Aegean Sea. For this purpose 25 surface samples were analysed and their grain size and mineralogy were identified. The results were statistically evaluated using factor analysis. The sediment distribution seems to be the result of natural (land-derived through ephemeral streams and/or coastal erosion) as well as of human activities for the shallower part (water depths < 30m). On the basis of the characteristics of the sand that occupies the deeper water areas (>30m) and the prevailing hydrodynamic regime, this sediment maybe considered as relict deposits. The sediment consistency seems to be controlled by the mineralogical composition of the coastal lithology. Keywords: marine sediments, coastal zone, Lesvos, Aegean Sea. 1. Εισαγωγή Οι περισσότερες μελέτες θαλάσσιων ιζημάτων στην περιοχή της Λέσβου έχουν επικεντρωθεί στους κόλπους Καλλονής και Γέρας καθώς και ανοιχτά του λιμένα της Μυτιλήνης. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η κατανομή των ιζημάτων και οι ιζηματογενείς διεργασίες στην ευρύτερη παράκτια ζώνη της ΝΑ-ικής Λέσβου (νότιο τμήμα των στενών της Μυτιλήνης), ανοιχτά της Θερμής έως το ΝΑ άκρο του νησιού και μέχρι την είσοδο του κόλπου της Γέρας σε μια έκταση περίπου 96km 2 (Εικ. 1α). Επίσης, αποτυπώθηκε με λεπτομέρεια το υδρογραφικό δίκτυο και σχεδιάστηκαν οι λεκάνες απορροής με χρήση τοπογραφικών χαρτών της ΓΥΣ κλίμακας 1:5000 (Εικ. 1β). Οι γεωλογικοί σχηματισμοί που εμφανίζονται επιφανειακά στο ευρύτερο χερσαίο τμήμα της περιοχής έρευνας έχουν ποικίλη σύσταση, ηλικία και επιπλέον έχουν υποστεί έντονο τεκτονισμό (Hecht, 1972, Κατσικάτσος κ.ά., 1982) (Εικ. 1γ). Τα χαρακτηριστικότερα πετρώματα που εμφανίζονται είναι σχιστόλιθοι με φακούς και ενστρώσεις κρυσταλλικών ασβεστόλιθων και δολομιτών,

2 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι πρασινίτες και πρασινόλιθοι, υπερβασικά οφιολιθικά πετρώματα (πυροξενικοί περιδοτίτες, δουνίτες, σερπεντινιωμένοι περιδοτίτες, σερπεντινίτες), αμφιβολίτες και αμφιβολιτικοί σχιστόλιθοι. Οι μεταλπικοί σχηματισμοί συνίστανται από βασαλτικές λάβες, μάργες και μαργαϊκούς ασβεστόλιθους με παρεμβολές μικρού πάχους ψαμμιτών και κροκαλοπαγών, κώνους κορημάτων και αλλουβιακές αποθέσεις. Η ρηγματογόνος τεκτονική έχει διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στη γεωλογική δομή και τη γεωμορφολογία της περιοχής. Γενικά, επικρατούν τρία κύρια συστήματα ρηγμάτων (Soulakellis et al., 2006) (Εικ. 2γ) με διευθύνσεις ΒΑ-ΝΔ, ΒΔ-ΝΑ και Α-Δ, εκ των οποίων το τρίτο σύστημα είναι το νεώτερο και τέμνει τα δύο προηγούμενα. Το χερσαίο ανάγλυφο είναι λοφώδες και το υδρογραφικό δίκτυο δενδριτικού τύπου με πολλούς μικρούς εφήμερους χείμαρρους. Εικ. 1: (α) Περιοχή μελέτης, (β) χάρτης θέσεων δειγματοληψίας και υδρογραφικού δικτύου και (γ) γεωλογικός χάρτης της περιοχής (Hecht, 1972). 2. Μεθοδολογία Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του προγράμματος INTERREG IIIA (Ελλάδα-Κύπρος, Έργο Κ ). Συνολικά συλλέχθηκαν 25 επιφανειακά δείγματα με αρπάγη τύπου Van Veen έως βάθος 64m στην παράκτια ζώνη της ΝΑ-ικής Λέσβου το Δεκέμβριο του 2007 με το ερευνητικό σκάφος ΦΙΛΙΑ (Εικ. 1β). Οι κοκκομετρικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο των κοσκίνων (αδρομερή ιζήματα) και της πιπέτας (λεπτομερή (<63 μm) ιζήματα) (Folk, 1980). Ο οργανικός άνθρακας προσδιορίστηκε με θέρμανση ποσότητας ιζήματος με διχρωμικό κάλιο παρουσία πυκνού θειϊκού οξέος με αποτέλεσμα την οξείδωση της οργανικής ύλης. Η περίσσεια του διχρωμικού καλίου ογκομετρήθηκε (back-titration) με διάλυμα δισθενούς εναμμώνιου θειικού σιδήρου παρουσία δείκτη διφαινυλαμίνης (Loring and Rantala, 1992). Η ορυκτολογική σύσταση των δειγμάτων προσδιορίστηκε με την ακτινογραφική εξέταση των δειγμάτων με περιθλασίμετρο ακτίνων Χ (XRD) στο Τμήμα Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων επεξεργάστηκαν με το στατιστικό πακέτο SPSS και η σύνταξη των χαρτών έγινε σε περιβάλλον ΓΣΠ με χρήση του λογισμικού πακέτου ArcGIS

3 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι 3. Αποτελέσματα Ο πυθμένας στην περιοχή μελέτης είναι ομαλός, χωρίς ιδιαίτερα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά, με εξαίρεση ένα επίμηκες αλλά ομαλό βύθισμα στο βορειότερο τμήμα. Τα βάθη δεν ξεπερνούν τα 64 m και οι κλίσεις κυμαίνονται από 0-5% με μέση τιμή 1.1%. Εξαίρεση αποτελεί το νότιο τμήμα και συγκεκριμένα η περιοχή του Ακρωτηρίου Αγριλιά, όπου τα βάθη αυξάνονται σταδιακά (> 60m) και οι κλίσεις γίνονται πιο απότομες (5%-20%). Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της παράκτιας ζώνης είναι η εμφάνιση εκτεταμένων πεδίων Posidonia που καταλαμβάνει σημαντικές εκτάσεις μεταξύ των ισοβαθών των 5 και 35m. Πρέπει να σημειωθεί ότι λόγω της απουσίας λεπτομερούς αποτύπωσης των ορίων της Posidonia, δεν λήφθηκε υπόψη στις κατανομές των υπό μελέτη παραμέτρων. Η κοκκομετρική ανάλυση των δειγμάτων (Πίν. 1) έδειξε ότι αυτά συνίστανται από αδρομερή ιζήματα (αμμούχοι πηλοί έως ψηφιδούχοι άμμοι) (Εικ. 2) με μέσο μέγεθος που κυμαίνεται μεταξύ 0,27 και 4,87 φ. Σημαντικό ποσοστό των αδρομερών κλασμάτων οφείλονται σε βιογενή θραύσματα ή καλά διατηρημένα κελύφη. Λόγω κυρίως του γεγονότος αυτού, τα ιζήματα παρουσιάζονται φτωχά έως πολύ φτωχά διαβαθμισμένα (1,46-3,42 φ), με τιμές λοξότητας 0,30 έως -0,34 και κύρτωσης 0,85 2,06. Σημειώνεται ότι κατά θέσεις πλησίον της ακτής εμφανίζονται ιζήματα με αυξημένο ποσοστό είτε λεπτομερών κλασμάτων (άργιλοι και πηλοί (silt)) (Εικ. 2), είτε ψηφίδων. Ο οργανικός άνθρακας κυμαίνεται από 0,20 έως 4,46% (Πίν. 1) και εμφανίζει τις υψηλότερες συγκεντρώσεις σε δύο θέσεις. Η πρώτη βρίσκεται ανοιχτά του βιολογικού καθαρισμού (βόρεια από την πόλη της Μυτιλήνης) και η δεύτερη ανοιχτά της πυκνοκατοικημένεης περιοχής Βαρειάς- Ακρωτηρίου. Όσον αφορά στην ορυκτολογική σύσταση, η ανάλυση με XRD που πραγματοποιήθηκε στο ολικό ακατέργαστο δείγμα (Πίν. 1) έδειξε, κυρίως, την παρουσία χαλαζία, αστρίων, ανθρακικών ορυκτών, μαρμαρυγία, αργιλικών ορυκτών, αμφιβόλων και δολομίτη. Κύρια πηγή προέλευσης των υλικών αυτών είναι οι επιφανειακές εμφανίσεις των πετρωμάτων στην ευρύτερη λεκάνη απορροής και η μεταφορά τους συντελείται διαμέσου του εποχικού χαρακτήρα υδρογραφικού δικτύου. Ο χαλαζίας εμφανίζεται σε μεγάλα ποσοστά λόγω της ανθεκτικότητας του στη μηχανική και χημική αποσάθρωση και έχει εκτεταμένη παρουσία κυρίως προς τα βαθιά (Εικ.3). Οι άστριοι έχουν μικρότερο ποσοστό εμφάνισης και εξάπλωσης σε σχέση με τον χαλαζία (ως πιο ευπαθή ορυκτά) και αναπτύσσονται κυρίως στα βαθύτερα νερά (Εικ. 3), όπως και οι αμφίβολοι. Οι μαρμαρυγίες και τα αργιλικά ορυκτά έχουν πιο περιορισμένες εμφανίσεις και προέρχονται κυρίως από τα σχιστολιθικά πετρώματα, είναι όμως δυνατό να αποτελούν και προϊόντα εξαλλοίωσης των υπερβασικών πετρωμάτων. Τα ανθρακικά ορυκτά εμφανίζουν στις περισσότερες περιπτώσεις διπλή κύρια ανάκλαση στα διαγράμματα του XRD που αντιπροσωπεύει τον ασβεστίτη και τον Mg-ασβεστίτη. Ο ασβεστίτης εμφανίζεται με υψηλή συμμετοχή στα ιζήματα εξαιτίας της ανθεκτικότητας του στο θαλάσσιο περιβάλλον και αποκτά μέγιστα κυρίως ανοιχτά των περιοχών όπου εντοπίζονται σχηματισμοί ασβεστόλιθων. Η προέλευση του Mg-ασβεστίτη είναι μάλλον αυθιγενής, αφού στα περισσότερα δείγματα ανιχνεύθηκε σημαντικό ποσοστό βιογενούς υλικού. Ο δολομίτης έχει πολύ περιορισμένη εμφάνιση και παρουσιάζει παρόμοια κατανομή με αυτή των ψηφίδων, γεγονός που δηλώνει τη μικρή απόσταση μεταφοράς του σε σχέση με την πηγή τροφοδοσίας

4 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι Πίνακας 1: Αποτελέσματα αναλύσεων κοκκομετρικής σύστασης, οργανικού άνθρακα και ορυκτολογικής σύστασης. Sa D (m) G S Z C Cor ,99 61,56 15,76 7,69 1, ,26 79,30 9,18 4,26 0, ,64 67,72 13,88 8, ,48 81,68 6,47 5,37 0, ,70 53,11 32,43 11,76 2, ,08 90,80 3,12 4,00 0, ,97 92,66 0,99 1,38 0, ,28 93,27 1,76 2,69 0, ,57 54,72 29,39 11,32 4, ,35 30,20 60,38 9,07 1, ,21 73,60 15,98 5,21 0, ,20 82,45 10,25 5,10 0, ,14 92,11 1,99 2,76 0, ,98 87,55 5,29 4,18 0, ,59 58,29 28,47 8,65 3, ,13 77,43 7,17 7,27 0, ,98 61,35 22,56 8,10 3, ,57 66,21 22,88 8,34 3, ,14 85,65 6,42 3,79 0, ,56 45,25 40,22 10,97 3, ,35 90,57 3,19 2,89 0, ,10 89,52 3,76 3,62 0, ,00 90,86 1,68 2,46 0, ,20 85,80 6,29 3,71 0, ,48 65,46 11,33 8,72 0, Sa: δείγμα, D: βάθος, G: ψηφίδες, S: άμμος, Z: πηλός, C: άργιλος, Cor: οργανικός άνθρακας, Qz: χαλαζίας, Fd: άστριοι, Cc: ανθρακικά ορυκτά, M: μαρμαρυγίες, Cl: αργιλικά ορυκτά, Am: αμφίβολοι, Do: δολομίτης. Η R-τύπου παραγοντική ανάλυση οδήγησε σε ένα πενταπλό παραγοντικό μοντέλο που αντιπροσωπεύει το 88.2% της ολικής διακύμανσης των μεταβλητών που μελετήθηκαν. Ο πρώτος παράγοντας αναδεικνύει τη σχέση συμπάθειας μεταξύ του οργανικού άνθρακα και των δειγμάτων με αυξημένο ποσοστό λεπτόκοκκων υλικών, τα οποία εμφανίζονται κατά θέσεις σε μικρά βάθη (Εικ. 2), σε αντίθεση με την άμμο, η οποία κατανέμεται σε μεγαλύτερα βάθη. Ο δεύτερος παράγοντας είναι πάλι διπολικός και χαρακτηρίζεται από τη θετική συσχέτιση του κοκκομετρικού μεγέθους της αργίλου με τα ανθρακικά ορυκτά και τη σχέση αντιπάθειας τους με την άμμο τους αστρίους και τις αμφιβόλους. Ο χερσογενούς προέλευσης ασβεστίτης είναι πιο λεπτόκοκκος αφού είναι ιδιαίτερα ευπαθής στην αποσάθρωση και εμφανίζεται σε σταθμούς μικρότερων βαθών, σε αντίθεση με τα ανθεκτικότερα στην αποσάθρωση ορυκτά, όπως οι άστριοι και οι αμφίβολοι που συνιστούν σε σημαντικό βαθμό τους κόκκους της άμμου που εμφανίζεται βαθύτερα. Qz Fd Cc M Cl Am Do -205-

5 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Εικ. 2: Κατανομές της αργίλου, της άμμου και του οργανικού άνθρακα στην περιοχή έρευνας. Εικ. 3: Χαρακτηριστικές κατανομές του χαλαζία και των αστρίων. Ο τρίτος παράγοντας αναδεικνύει τη θετική συσχέτιση των ψηφίδων και του δολομίτη, η κατανομή των οποίων κοντά στην ακτογραμμή δηλώνει την μικρή απόσταση μεταφοράς και απόθεσης των υλικών αυτών ή/και ανθρωπογενείς διεργασίες. Ο τέταρτος παράγοντας χαρακτηρίζεται από τη σχέση μεταξύ πηλού (silt), μαρμαρυγιών και αργιλικών ορυκτών, που σε σχέση με την κατανομή τους στο παράκτιο περιβάλλον φαίνεται ότι αποτελούν προϊόντα αποσάθρωσης σχιστολιθικών κυρίως εμφανίσεων. Τέλος, ο πέμπτος παράγοντας είναι διπολικός, και χαρακτηρίζεται από τη σχέση αντιπάθειας μεταξύ του χαλαζία και των ανθρακικών ορυκτών γεγονός που πιθανόν αντανακλά τις διαφορετικές προελεύσεις των ορυκτών αυτών. Ο χαλαζίας είναι χερσογενούς προέλευσης, ενώ τα ανθρακικά ορυκτά εκτός της χερσογενούς είναι και βιογενούς προέλευσης (Mg-ασβεστίτης) όπως άλλωστε διαπιστώθηκε και από το πλήθος των βιογενών κελυφών που εντοπίστηκαν στα δείγματα. 4. Συζήτηση - Συμπεράσματα Η κοκκομετρική, ορυκτολογική και στατιστική ανάλυση των επιφανειακών δειγμάτων από την -206-

6 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι παράκτια ζώνη της ΝΑ-ικής Λέσβου έδειξε ότι η κατανομή των ιζημάτων οφείλεται σε φυσικές αλλά και σε ανθρωπογενείς διεργασίες. Η υψηλή συγκέντρωση λεπτόκοκκων ιζημάτων σε συγκεκριμένες θέσεις πλησίον της ακτογραμμής (βάθη < 30m) οφείλεται μάλλον αποκλειστικά σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες που σχετίζονται με (i) την έντονη παράκτια οικιστική ανάπτυξη και την απόρριψη επεξεργασμένων αλλά και ανεπεξέργαστων αστικών λυμάτων καθώς και ανεπεξέργαστων λυμάτων ελαιοτριβείων και (ii) θέσεις ιχθυοκαλλιεργειών κοντά στο ακρωτήρι Αγριλιά και στην είσοδο του κόλπου της Γέρας. Η αυξημένη κατά θέσεις κοντά στην ακτογραμμή παρουσία ψηφίδων οφείλεται: (α) στη μικρή απόσταση μεταφοράς των υλικών αυτών από τις γειτονικές πηγές τροφοδοσίας (στερεοαπορροές υδατορευμάτων ή/και διάβρωση παράκτιων σχηματισμών) σε συνδυασμό με τις τοπικές υδροδυναμικές συνθήκες και (β) σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες που σχετίζονται με την κατασκευή παράκτιων δρόμων, αλιευτικών καταφυγίων, μαρίνας κλπ. Σε μεγαλύτερα βάθη (> 30m) κυριαρχεί η κατανομή της άμμου, η ύπαρξη και η σύσταση της οποίας δε δικαιολογείται από την προσφορά υλικού και την απόσταση από την ακτή, ενώ επιπλέον παρουσιάζει σε σημαντικό ποσοστό ευμεγέθη θραύσματα κελυφών. Τα χαρακτηριστικά αυτά είναι ενδεικτικά υπολειμματικών ιζημάτων που αποτέθηκαν σε ρηχότερα νερά και βρέθηκαν σε μεγαλύτερα βάθη λόγω της τελευταίας επίκλυσης, όπως έχει αποδειχθεί και βορειότερα, στην περίπτωση της υφαλοκρηπίδας της Θράκης (Perissoratis et al., 1987). Η υφή και η ορυκτολογική σύσταση των πετρωμάτων στην περιβάλλουσα χέρσο σε συνδυασμό με τη γεωμορφολογία και το υδρογραφικό δίκτυο φαίνεται ότι ελέγχουν σε σημαντικό βαθμό τη σύσταση των ιζημάτων στην περιοχή μελέτης. Τέλος μια παράμετρος που χρήζει περαιτέρω διερεύνησης είναι η ακριβής εξάπλωση των λιβαδιών της Posidonia, τα οποία είναι δυνατό να ελέγχουν (περιορίζουν) τη μεταφορά των ιζημάτων από τη χέρσο προς μεγαλύτερα βάθη. 5. Ευχαριστίες Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε θερμά τους Δρ. Δ. Παπούλη και Δρ. Ι. Ηλιόπουλο για τη βοήθεια τους στην ορυκτολογική ανάλυση των δειγμάτων με το σύστημα XRD στο Τμήμα Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών, καθώς και τους δύο ανώνυμους κριτές για τις χρήσιμες παρατηρήσεις τους. 6. Βιβλιογραφικές Αναφορές Folk, R., Petrology of sedimentary rocks. Hemphill Publishing Company, Austin, Texas, 185 p. Hecht, J., Γεωλογικός χάρτης της Ελλάδας κλίμακας 1:50000, φύλλα Πλωμάρι-Μυτιλήνη. Ι.Γ.Μ.Ε. Κατσικάτσος, Γ., Ματαράγκας, Δ., Μιγκίρος, Γ, & Τριανταφύλλη, Ε., Γεωλογική μελέτη νήσου Λέσβου. Αδημοσίευτη τεχνική έκθεση Ι.Γ.Μ.Ε., Αθήνα. Loring, D.H. & Rantala, R.T.T., Manual for the geochemical analyses of marine sediments and suspended particulate matter. Earth-Science Reviews, 32, Perissoratis, C., Moorby, S.A., Papavasiliou, C., Cronan, D.S., Angelopoulos, I., Sakellariadou, F. & Mitropoulos, D., The geology and geochemistry of the surficial sediments off Thraki, Northern Greece. Marine Geology, 74: Soulakellis, N., Novak, I., Zouros, N., Lowman, P. & Yates, J., Fusing Landsat-5/TM Imagery and Shaded Relief Maps in Tectonic and Geomorphic Mapping: Lesvos Island, Greece. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 72 (6):

7