ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΛΙΜΝΟΛΟΓΙΑΣ

Transcript

1 1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΟΙΚΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΙΚΗΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΛΙΜΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΟΤΑΜΙΑ Υ ΡΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΒΑΡΒΑΡΑ ΜΟΝΤΕΣΑΝΤΟΥ ΑΘΗΝΑ 1999

2 2 Oµηρικά επίθετα για τον ποταµό Αργυροδίνης (άργυρος, δίνη): ο αργυράς δίνας δηλαδή συστροφάς των υδάτων έχων. Βαθυδινήεις και Βαθυδίνης: ο βαθείας έχων δίνας. Βαθυρρείτης και Βαθύρροος: ο βαθύν ρουν ή ρείθρον έχων, δηλαδή Βαθύς. ιϊπετής ( ιός, πίπτω): ο εκ του ιός ή ουρανού πεσών, ουρανόπεµπτος (Νείλος). ίος (εκ του ιός). Θείος: εκ του Θεού καταγόµενος και εις Θεόν αφιερωµένος, ιερός. Καλλίρροος: καλόν έχων ρουν. Κελάδων (κελάδω): θορυβώδης, πολυπάταγος. Λάβρος: ορµητικός. Ωκύρροος (ωκύς, ρέω): ταχύρρους.

3 3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2. Υ ΡΟ-ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ 2.1. Υδρογραφικό δίκτυο και λεκάνη απορροής 2.2. Στάδια επιφανειακής διάβρωσης 2.3. Ποτάµιες διεργασίες Επιφανειακή ροή και εξισορροπηµένος ποταµός ιάβρωση και απόθεση Χείµαρροι Μορφές κοίτης ποταµών Μαίανδροι έλτα 2.4. Υπόγεια νερά 3. Η ΖΩΗ ΣΤΑ ΠΟΤΑΜΙΑ 3.1. Τα ποτάµια είναι οικοσυστήµατα ; 3.2. Βιόκοσµος και βιότοποι 3.3. Ταξινόµηση και ζώνωση των ποταµών 3.4. Η αρχή της συνέχειας του ποτάµιου συστήµατος 3.5. Πρωτογενής παραγωγή 3.6. Τα φύκη στα ποτάµια υδροσυστήµατα Ενδιαιτήµατα Παράγοντες ελέγχου Κλίµακες χρόνου, διαταραχές και διαδοχές 3.7. Υδρολογικά πρότυπα και αποκρίσεις του υδρόβιου βιόκοσµου Η έννοια της υδραυλικής οικολογίας Ο ρόλος των λιµνών της λεκάνης απορροής Οι ταµιευτήρες Πρακτικές χρήσεων γης Μέθοδοι αποκατάστασης 4. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΕΥΡΩΠΑΪΚΩΝ ΠΟΤΑΜΩΝ ΚΑΙ ΑΕΙΦΟΡΟΣ ΧΡΗΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ 5. ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΡΕΟΝΤΩΝ ΝΕΡΩΝ 5.1. Βασικές αρχές για τη χρήση βιολογικών µεθόδων παρακολούθησης της εξέλιξης της ποιότητας των νερών 5.2. Σύσταση µιας δοµής αναφοράς 5.3. Επιλογή των οργανισµών 5.4. Εξέλιξη της έρευνας στους διατοµικούς δείκτες 5.5. ιατοµικοί δείκτες 6. ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΑΠΟΡΡΟΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ

4 4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Οι σηµειώσεις αυτές αποτελούν φοιτητικό βοήθηµα για το µάθηµα της ΛΙΜΝΟΛΟΓΙΑΣ στο οποίο µέχρι σήµερα τα ποτάµια συστήµατα διδάσκονταν συνοπτικά. Είναι βέβαιο ότι τα βιολογικά και υδρολογικά θέµατα τα σχετικά µε τα ποτάµια υδροσυστήµατα δεν µπορούν να καλυφθούν εκτενώς στα στενά όρια ενός φοιτητικού βοηθήµατος. Συνεπώς έγινε επιλογή θεµάτων και από αυτά άλλα αναπτύσσονται εκτενώς και άλλα ακροθιγώς. Ορισµένα επί µέρους κεφάλαια έχουν βασιστεί σε σύγχρονα ξενόγλωσσα και ελληνικά συγγράµµατα και δηµοσιεύσεις. Ιδιαίτερα το κεφάλαιο Υδρο- Γεωµορφολογία βασίστηκε κυρίως στις σηµειώσεις Φυσικής Γεωγραφίας και Γεωµορφολογίας των Θ. Γκουρνέλλου, Π. Ψαριανού και Α. Παπαπέτρου-Ζαµάνη. Οι βιβλιογραφικές πηγές στο τέλος του κειµένου διακρίνονται σε αυτές που είναι γενικού ενδιαφέροντος, για την πληρέστερη ενηµέρωση των φοιτητών, καθώς και σε εκείνες που αφορούν σε εξειδικευµένα θέµατα.

5 5 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα ρέοντα νερά περιλαµβάνουν τους ποταµούς, τα ρυάκια και τους χειµάρρους. Τροφοδοτούνται από τις βροχές και τα χιόνια που λυώνουν καθώς και από τα υπόγεια νερά που αναβλύζουν στις πηγές. Μικρά υδάτινα ρεύµατα ξεκινούν από τα βουνά (ανάντι περιοχές) και σταδιακά ενώνονται σε µεγαλύτερες κοίτες ποταµών (κατάντι περιοχές) σχηµατίζοντας το υδρογραφικό δίκτυο µιας λεκάνης απορροής. Eνα ποτάµιο σύστηµα δέχεται διάφορες εισροές από τη λεκάνη απορροής του και συγχρόνως επιδρά πάνω στα βιοτικά και αβιοτικά χαρακτηριστικά της. Μέχρι το 1975, οι µελέτες των ποτάµιων συστηµάτων ήταν αποσπασµατικές π.χ. µελέτη ενός αλλουβιακού παραποτάµιου δάσους της ευρείας κοίτης ή µιας λίµνης της πληµµυρικής πεδιάδας του ποταµού (πεδιάδα κατάκλυσης). Οµως µετά το 1975 εκδηλώθηκε έντονο ενδιαφέρον για πιο σύνθετες µελέτες. Με την πρόοδο της οικολογίας του τοπίου κατά τη δεκαετία του 80 και την ανάπτυξη της ολιστικής προσέγγισης, λαµβάνονται όλο και περισσότερο υπόψη οι αλληλεπιδράσεις µεταξύ των διαφορετικών οικοσυστηµάτων του ποτάµιου συστήµατος. Στα πλαίσια αυτής της προσέγγισης, η έννοια του "ποτάµιου υδροσυστήµατος" επιτρέπει µια νέα, διεπιστηµονική προσέγγιση. Στην έννοια του ποτάµιου υδροσυστήµατος περιλαµβάνονται µεγάλα ποτάµια ρεύµατα που είναι σύνθετα συστήµατα αλληλοεπηρεαζόµενων οικοσυστηµάτων, µε 4 διαστάσεις: Η κατά µήκος διάσταση (Εικ. 1) αντιστοιχεί στη διαβάθµηση ανάντι-κατάντι που ακολουθεί τη διαδροµή του νερού από τις πηγές και τους ορεινούς χειµάρρους µέχρι τους κεντρικούς κλάδους του ποταµού, που απλώνονται στην αλλουβιακή πεδιάδα καταλήγοντας τελικά στις εκβολές. H εγκάρσια διάσταση (Εικ. 1) περικλείει την ποικιλότητα των αλληλοεπηρεαζόµενων οικοσυστηµάτων που βρίσκονται "σε διάταξη µωσαϊκού" στην αλλουβιακή πεδιάδα, όπως τα ρέοντα νερά της κύριας κοίτης και των πλάγιων κλάδων, τα στάσιµα νερά των εγκαταλειµµένων κοιτών, των παλαιών µαιάνδρων και των ελών, τα παραποτάµια δάση, τα χερσαία οικοσυστήµατα της αλλουβιακής πεδιάδας και τις νησίδες του ποταµού. H κατακόρυφη διάσταση (Εικ. 1) αναφέρεται στη ζώνωση των επιφανειακών χερσαίων και υδάτινων οικοσυστηµάτων και των υπόγειων νερών του υδροφόρου

6 6 ορίζοντα της αλλουβιακής πεδιάδας. Σ'όλα αυτά τα επιµέρους οικοσυστήµατα, που δηµιουργούνται και επηρεάζονται έντονα από τη δυναµική του ποτάµιου υδροσυστήµατος, γίνονται ανταλλαγές ενέργειας, ύλης και ζώντων οργανισµών, µε αποτέλεσµα την αλληλεξάρτισή τους. Η χρονική διάσταση περιλαµβάνει όλες τις αλλαγές, φυσικές ή ανθρωπογενείς, που πραγµατοποιούνται µέσα στο χρόνο, έχοντας η κάθε µια τη δική της περιοδικότητα. Εικ. 1. Κατά µήκος διάσταση και σχηµατοποίηση των αµφίδροµων ροών ως προς την εγκάρσια διάσταση (ανταλλαγές µε τα διάφορα οικοσυστήµατα της αλλουβιακής πεδιάδας) και την κατακόρυφη διάσταση (ανταλλαγές µε το περιβάλλον του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα) (Πηγή: Amoros & Petts 1993). Οι αλληλοσυσχετισµοί που, σε κάθε διάσταση, συνδέουν τους µηχανισµούς της δυναµικής του ποτάµιου υδροσυστήµατος (παροχή και στερεοπαροχή, διαδικασία διάβρωσης και ιζηµατογένεσης, µορφή του δικτύου, ποιότητα του νερού) και τις βιολογικές διεργασίες (στρατηγικές προσαρµογής, συµπεριφορά, θήρευση, ανταγωνισµός, παραγωγή βιοµάζας, διαδοχές) ερµηνεύουν σε µεγάλο βαθµό την κατανοµή της χλωρίδας και της πανίδας και τη διαφοροποίησή τους στο χρόνο. Συνεπώς, κατά τη µελέτη των ποτάµιων υδροσυστηµάτων, στόχος µας πρέπει να είναι η αποφυγή της κατάτµησής τους σε επιµέρους υποσύνολα. Η συνολική προσέγγιση επιτρέπει την κατανόηση της λειτουργίας, της ποικιλότητας και πολυπλοκότητας των φυσικοχηµικών και βιολογικών φαινοµένων, καθώς και των επιπτώσεων των ανθρώπινων παρεµβάσεων. Τελικά, όλα τα ανωτέρω φαινόµενα αλληλεπιδρούν σε διαφορετικές κλίµακες χώρου και χρόνου εξασφαλίζοντας έτσι τη

7 7 συνοχή αυτών των ιεραρχηµένων και ελεγχόµενων από τη δυναµική του νερού "ποτάµιων υδροσυστηµάτων".

8 8 2. Υ ΡΟ-ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ 2.1. Υ ΡΟΓΡΑΦΙΚΟ ΙΚΤΥΟ ΚΑΙ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ Η διαµόρφωση του τοπογραφικού ανάγλυφου της επιφάνειας της γης εξαρτάται σε µεγάλο ποσοστό στην επίδραση του νερού τόσο µε την υγρή όσο και µε την στερεή µορφή του (π.χ. παγετώνες). Οι διεργασίες του νερού όπως η αποσάθρωση, η διάβρωση, η µεταφορά και απόθεση του θρυµµατισµένου ή διαλυµένου υλικού της επιφάνειας της γης είναι πολύ σηµαντικές σε όλα τα γεωγραφικά πλάτη µε αποτέλεσµα οι περισσότερες γεωµορφές να είναι αποτέλεσµα της δράσης του νερού. Οι ποταµοί αποτελούν τµήµα ενός υδρογραφικού δικτύου (drainage network) το οποίο συνορεύει µε το διπλανό του µε την ενδιάµεση κορυφογραµµή. Η περιοχή συλλογής και αποµάκρυνσης (αποστράγγισης) του νερού ενός υδρογραφικού δικτύου λέγεται λεκάνη απορροής (drainage basin) (Εικ. 2). Οι ποταµοί δέχονται νερά από τις βροχοπτώσεις, το λυώσιµο των χιονιών και από πηγές του υπόγεια αποθηκευµένου νερού. Επειδή οι βροχοπτώσεις αποτελούν έναν από τους κύριους παράγοντες που Β Όρ. Βόρας Όρ. Βέρνον Φλώρινα Έδεσσα Γιανιτσά Νάουσα Όρ. Γράµµος Καστοριά Όρ. Άσκιο Κοζάνη Όρ. Βέρµιο Βέροια Θερµαϊκός Κόλπος Όρ. Σµόλικας Γρεβενά Όρ. Βουρίνος Λίµνη Πολυφύτου 1:x.xxx.xxx Όρια Λεκάνης Απορροής Εικ. 2. Το υδρογραφικό δίκτυο και η λεκάνη απορροής του ποταµού Αλιάκµονα

9 9 καθορίζουν τη ροή, οι εποχικές τους διακυµάνσεις καθορίζουν το υδρολογικό καθεστώς (υδρολογική δίαιτα) των ποταµών. Ως ποταµοί ορίζονται τα υδάτινα ρεύµατα που έχουν µόνιµη ροή ενώ ως χείµαρροι εκείνα που παρουσιάζουν εποχικές διακυµάνσεις της ροής τους, λόγω του ότι δέχονται νερό µόνο από τις βροχοπτώσεις και συνεπώς χαρακτηρίζονται από µη µόνιµη ροή. Στα ποτάµια, κυρίαρχο στοιχείο είναι η ταχεία κίνηση του νερού. Η παροχή (όγκος νερού στη µονάδα του χρόνου) και η ταχύτητα ροής (διάστηµα στη µονάδα του χρόνου) αλληλεπιδρούν µε το υπόστρωµα και καθορίζουν τη σύσταση της κοίτης (π.χ. βραχώδης, ιλυώδης). Κάθε υδρογραφικό δίκτυο αποτελείται από χειµάρρους και παραποτάµους που ενώνονται και σχηµατίζουν τους ποταµούς. Η µορφολογία της περιοχής (τοπογραφικές κλίσεις) καθώς και η δοµή του υποκείµενου πετρώµατος (λιθολογία και τεκτονική) καθορίζουν σε µεγάλο βαθµό την πορεία που θα ακολουθήσει ένας ποταµός. Ετσι, το σχήµα του υδρογραφικού δικτύου αντικατοπτρίζει σχεδόν πάντα τις γεωλογικές, τεκτονικές και κλιµατολογικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή και το ανάγλυφο θα εξαρτάται βασικά από τις διεργασίες του νερού. Στα όρια δύο γειτονικών λεκανών απορροής η γραµµή συνάντησης των ανηφορικών επιφανειών, στην οποία διαχωρίζονται τα νερά που θα καταλήξουν στην µια ή στην άλλη λεκάνη, λέγεται γραµµή διαχωρισµού των νερών ή υδροκρίτης. Οι οριακές γραµµές των λεκανών απορροής προσδιορίζονται από τον τοπογραφικό χάρτη, µε τη βοήθεια των ισοϋψών γραµµών. Βέβαια, υπάρχουν περιπτώσεις που ο υδροκρίτης είναι χαµηλός και τότε η γραµµή διαχωρισµού των νερών είναι δύσκολο να καθοριστεί. Το σχήµα ενός υδρογραφικού δικτύου µοιάζει τις περισσότερες φορές µε τη µορφή δένδρου και σ αυτή την περίπτωση λέγεται δενδριτικής µορφής (Εικ. 3). Αυτός ο τύπος δικτύου απαντά σε περιοχές που καλύπτονται συνήθως από οριζόντια αδιαπέρατα πετρώµατα στα οποία δεν υπάρχουν σηµαντικά ρήγµατα και τα υδάτινα ρεύµατα κυλούν ανεµπόδιστα προς όλες τις κατευθύνσεις. Εκτός από αυτή τη µορφή, τα υδρογραφικά δίκτυα παρουσιάζουν επίσης παράλληλη µορφή (κλάδοι σχεδόν παράλληλοι), ορθογώνια µορφή (κλάδοι που σχηµατίζουν ορθές γωνίες), ακτινωτή µορφή (αν στο κέντρο της περιοχής υπάρχει µια έξαρση του εδάφους), κεντροµόλο µορφή (αν στο κέντρο της περιοχής υπάρχει ένα βύθισµα) και ακανόνιστη µορφή. Τέλος η ακιδωτή µορφή έχει συνήθως περιορισµένη εξάπλωση και βρίσκεται στα όρια των υδρογραφικών δικτύων. Οι παραπόταµοι συµβάλλουν µε τον κύριο κλάδο

10 10 κατά γωνία αντίθετη προς τη ροή. Απαντά σε νεοεξελισσόµενα υδρογραφικά δίκτυα και είναι αποτέλεσµα της πειρατείας ενός ποταµού δηλαδή της απόσπασης ενός τµήµατος του υδρογραφικού δικτύου ενός ποταµού από ένα διπλανό σύστηµα που υπερισχύει µε αποτέλεσµα την αναστροφή της ροής στο τµήµα που αποσπάσθηκε. Η παράλληλη µορφή, η ακτινωτή µορφή (κυρίως σε ηφαιστειακούς σχηµατισµούς) και η ορθογώνια µορφή (διαρρήξεις, ρήγµατα) σχετίζονται µε την τεκτονική εξάρτιση της µορφής των υδρογραφικών δικτύων. ενδριτικός Ορθογώνιος Ακτινωτός Ακιδωτός Κεντροµόλος Παράλληλος Ακανόνιστος Εικ. 3. ιάφοροι τύποι υδρογραφικών δικτύων (Πηγή: Wetzel 1991 και Παπαπέτρου- Ζαµάνη 1993, τροποποιηµένα). Στη λιθολογική εξάρτιση της µορφής των υδρογραφικών δικτύων περιλαµβάνεται ο καρστικός 1 τύπος που είναι πολύ σηµαντικός στον Ελληνικό χώρο. Εδώ έχουµε αραιό δενδριτικό ή ακανόνιστο δίκτυο, απότοµη εξαφάνιση και εµφάνιση του νερού, µικρές παροχές και βαθείς υδροφόρους ορίζοντες. Ο αριθµός των κλάδων των επι µέρους ρευµάτων µιας λεκάνης απορροής καθώς και το µήκος του κάθε κλάδου δεν είναι τυχαία, αλλά καθορίζονται από µια σειρά νόµων διακλάδωσης. Η διατύπωση των νόµων αυτών αποτελεί αντικείµενο έρευνας της φυσικής γεωγραφίας. Οι βασικές αρχές ταξινόµησης των υδρογραφικών δικτύων διατυπώθηκαν από τους ερευνητές Horton (1945) και Strahler ((1957) οι οποίοι πρότειναν ένα σύστηµα διαβάθµισης των ρευµάτων (κλάδων): οι πολύ µικροί κλάδοι που βρίσκονται στα ψηλότερα σηµεία µιας λεκάνης απορροής και δεν δέχονται νερά από άλλους παραποτάµους (αδιακλάδωτοι) ονοµάζονται κλάδοι 1 Καρστικά φαινόµενα χαρακτηρίζονται όλα τα µορφολογικά φαινόµενα που δηµιουργούνται κυρίως στους ασβεστόλιθους από τη µηχανική και διαλυτική δράση του νερού.

11 11 πρώτης τάξης. Οταν συµβάλλουν δύο κλάδοι πρώτης τάξης, ο νέος, µεγαλύτερος κλάδος ονοµάζεται κλάδος δεύτερης τάξης. Η συµβολή δύο κλάδων δεύτερης τάξης δηµιουργεί ένα κλάδο τρίτης τάξης κ.ο.κ. (Εικ. 4). Ο Horton υποστήριξε ότι η ανάπτυξη κάθε υδρογραφικού δικτύου ακολουθεί ορισµένους φυσικούς νόµους και προτείνει µια σειρά νόµων γνωστών ως νόµοι του Horton. Ο όρος υδρογραφική υφή (Horton 1945) περιλαµβάνει την υδρογραφική πυκνότητα και συχνότητα των κλάδων. Η υδρογραφική πυκνότητα είναι το συνολικό µήκος των κλάδων µιας συγκεκριµένης υδρογραφικής λεκάνης διά της συνολικής επιφάνειας της λεκάνης αυτής. Συχνότητα των κλάδων καλείται ο συνολικός αριθµός αυτών σε µια λεκάνη διά της συνολικής επιφάνειας αυτής. Η υφή µπορεί να είναι λεπτή (πυκνό υδρογραφικό δίκτυο µεγάλης συχνότητας) ή τραχεία (αραιό υδρογραφικό δίκτυο µικρής συχνότητας). Οι βασικοί παράγοντες που επιδρούν στην υδρογραφική υφή είναι οι εξής: Εικ. 4. Τάξεις κλάδων σύµφωνα µε τη µέθοδο των Horton-Strahler (Πηγή: Wetzel 1991). 1- Το κλίµα : η ποσότητα και το είδος των ατµοσφαιρικών κατακρηµνισµάτων επιδρούν άµεσα στην ποσότητα και τον χαρακτήρα της επιφανειακής ροής. Σε περιοχές που οι βροχοπτώσεις είναι ραγδαίες, ένα µεγάλο ποσοστό της βροχής ρέει αµέσως επιφανειακά µε αποτέλεσµα -και ανεξάρτητα από άλλους παράγοντες- να δηµιουργηθούν περισσότεροι κλάδοι, δηλαδή συχνό υδρογραφικό δίκτυο. Το κλίµα, επιδρώντας στην ποσότητα και ταχύτητα της επιφανειακής ροής, επηρεάζει έµµεσα την υφή ελέγχοντας την ποσότητα και το είδος της βλάστησης. Το κλίµα επιδρά επίσης στην ικανότητα του εδάφους να απορροφήσει τη βροχή. Είναι δυνατόν σε ηµιερηµικές περιοχές να υπάρχει λεπτότερη υδρογραφική υφή απ ότι σε υγρές περιοχές µε όµοιες λιθολογικές συνθήκες και γεωλογική δοµή. Αιτία αυτού του φαινοµένου είναι η αραιότερη βλάστηση που καλύπτει τις ξηρές περιοχές και το µεγαλύτερο ποσοστό της επιφανειακής ροής. 2- Η ικανότητα διήθησης (infiltration capacity): σχετίζεται µε την διαπερατότητα του αποσαθρωµένου υλικού ή του πετρώµατος και είναι µάλλον ο πιο σηµαντικός παράγοντας που επιδρά στην υδρογραφική υφή. Οι ποτάµιοι κλάδοι είναι

12 12 περισσότεροι στα αδιαπέρατα υλικά (άργιλοι και αργιλικοί σχιστόλιθοι) απ ότι στα διαπερατά (άµµοι, κροκάλες) και έχει παρατηρηθεί ότι σε περιοχές που καλύπτονται από διαπερατά υλικά πρακτικά δεν σχηµατίζονται υδρογραφικά δίκτυα. Οι σηµαντικότεροι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η ικανότητα διήθησης είναι οι εξής: α- το µέγεθος των κόκκων του εδάφους, β- η δοµή του εδάφους ή ο τρόπος διάταξης των κόκκων (πορώδες ή µη), γ- η ποσότητα και το είδος της βλάστησης (φυτοκάλυψη), δ- η βιολογική δοµή του εδάφους (χούµος, ρίζες, ενδοεδαφική πανίδα), ε- η υγρασία του εδάφους, στ- η κατάσταση της επιφάνειας του εδάφους η οποία προσδιορίζεται από το εάν οργώθηκε πρόσφατα ή αν είναι ξηρή και ζ- η θερµοκρασία του εδάφους. 3- Το αρχικό ανάγλυφο : οι κλάδοι θα είναι περισσότεροι σε µια ανώµαλη επιφάνεια απ ότι σε µια οµαλή. 4- Η δοµή του πετρώµατος (το συµπαγές ή όχι του πετρώµατος) και η αφθονία των ρηγµάτων. Τα αδιαπέρατα υλικά, η πολύ αραιή βλάστηση και η συχνότητα των καταιγίδων οδηγούν στη δηµιουργία µιας πολύ λεπτής υδρογραφικής υφής. Η τραχεία υδρογραφική υφή είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστική στις αµµώδεις και κροκαλοπαγείς παγετώδεις πεδιάδες οι οποίες και εµφανίζουν λιγότερους επιφανειακούς κλάδους ΣΤΑ ΙΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΙΑΒΡΩΣΗΣ Η µορφή ενός υδρογραφικού δικτύου δεν είναι σταθερή µέσα στο γεωλογικό χρόνο. Ο σχηµατισµός ενός υδρογραφικού δικτύου αρχίζει αµέσως µετά την ανάδυση µιας περιοχής από την θάλασσα (ορογένεση). Οι κλίσεις µιας χέρσου που αναδύεται από τη θάλασσα είναι µικρές στην αρχή µε αποτέλεσµα η διάβρωση να είναι µειωµένη. Με την πάροδο του χρόνου και µε την συνεχή ανύψωση της χέρσου η διάβρωση αυξάνει, το ανάγλυφο γίνεται εντονότερο και οι ποταµοχειµάρρειες αποθέσεις περισσότερο ογκώδεις. Αν η ανύψωση είναι συνεχής µε ταυτόχρονη εκβάθυνση του υδρογραφικού δικτύου, το ανάγλυφο θα διατηρήσει την έντονη µορφή του καθ όλη τη διάρκεια της ορογένεσης. Στην περίπτωση που η διάβρωση είναι εντονότερη από την ανύψωση σε µια συγκεκριµένη περιοχή, τότε αρχίζει η οµαλοποίηση του ανάγλυφου.

13 13 Εικ. 5. Στάδια επιφανειακής διάβρωσης. Α. Στάδιο νεότητας Β. Στάδιο ωριµότητας Γ. Στάδιο γήρατος (Πηγή: Ψαριανός 1969). Η εξέλιξη του ανάγλυφου ακολουθεί ένα καθορισµένο κύκλο που είναι γνωστός ως κύκλος διάβρωσης (Davis, 1899). Η διάβρωση αρχίζει από µια περιοχή µε µεγάλο υψόµετρο όπου τα ποτάµια αρχίζουν να σχηµατίζουν κοιλάδες σχήµατος V (στάδιο νεότητας). Στη συνέχεια η διάβρωση προχωρεί και οι κοιλάδες έχουν σχήµα U (στάδιο ωριµότητας). Τέλος, το αρχικό ανάγλυφο καταλήγει προοδευτικά σε µια σχεδόν επίπεδη επιφάνεια µε χαµηλό υψόµετρο (στάδιο γήρατος). Αυτή η τελική επιφάνεια του ανάγλυφου ονοµάζεται πανεπίπεδο (Εικ. 5). Εφ όσον οι ορογενετικές διεργασίες βρίσκονται σε δράση, το στάδιο γήρατος είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί. Οι περιοχές που τείνουν να φτάσουν στο στάδιο του πανεπιπέδου είναι σήµερα µεγάλες περιοχές του στερεού φλοιού που δεν έχουν υποστεί ορογενετικές διεργασίες για εκατοντάδες εκατοµµύρια χρόνια (τράπεζες) όπως η Σιβηρία, ο Β. Καναδάς, η Κεντρική Αυστραλία και το µεγαλύτερο τµήµα της Αφρικής. Αντίθετα, ο Ελληνικός χώρος που επηρεάζεται ακόµη από πρόσφατες ορογενετικές διεργασίες,

14 14 παρουσιάζει έντονο ανάγλυφο (Αλπική ορογένεση). Το πανεπίπεδο είναι µοιραία κατάληξη κάθε ηπειρωτικού ανάγλυφου και το τελικό στάδιο του κύκλου διάβρωσης. Ολη η επιφάνεια της Γης θα κατέληγε σ αυτή τη µορφή αν οι τεκτονικές δράσεις και οι ευστατικές κινήσεις 2 του φλοιού της Γης δεν επιτελούσαν έργο αντίθετο από αυτό της διάβρωσης. Οι επικριτές της θεωρίας του κύκλου διάβρωσης κατά Davis υποστηρίζουν ότι υπεραπλουστεύει τις φυσικές διεργασίες και δεν λαµβάνει υπόψη τις ακριβείς διαδικασίες που δηµιουργούν τη µορφή του ανάγλυφου που είναι πιο πολύπλοκες από τα τρία στάδια που περιγράφηκαν πιο πάνω. Τα τελευταία χρόνια γίνονται λεπτοµερείς µελέτες των γεωµορφολογικών διαδικασιών και των σχέσεών τους µε τη µορφή του ανάγλυφου. Το ανάγλυφο θεωρείται σαν ένα ανοικτό σύστηµα που τείνει σε ισορροπία. Οταν επιτευχθεί η δυναµική ισορροπία µεταξύ περιβάλλοντος και ανάγλυφου, δεν θα έχουµε αλλαγή της µορφής του ανάγλυφου. Αντίθετα, αλλαγή στο περιβάλλον θα έχει σαν συνέπεια την αναπροσαρµογή του ανάγλυφου. Οι αιτίες διακοπής ή τερµατισµού ενός ποτάµιου κύκλου διάβρωσης µπορεί να είναι γεωλογικές (π.χ. ηφαιστειότητα) ή κλιµατολογικές (κλιµατική αλλαγή, παγετώνες, ξηρασία). Σ αυτούς τους δύο τύπους θα µπορούσαµε να προσθέσουµε και την καταβύθιση της χέρσου και τον σύνθετο τεκτονισµό 3. Η λάβα ή οι αποθέσεις των παγετώνων είναι δυνατόν να καλύψουν µερικά ή ολικά τις µορφές ενός ανάγλυφου που σχηµατίστηκαν από ποταµούς. Μετά τον τερµατισµό αυτής της επικάλυψης, ο ποτάµιος κύκλος ξαναρχίζει. Οπως ήδη αναφέρθηκε, µε την εξέλιξη ενός υδρογραφικού δικτύου έχουµε και τη δηµιουργία κοιλάδων. Οι πραγµατικές κοιλάδες (ρεµατιά, χαράδρα, φαράγγι, κάνυον κ.λ.π.) είναι γεωµορφές που σχηµατίστηκαν από το τρεχούµενο νερό. Είναι ταπεινώσεις διαφορετικής µορφής και µεγέθους που διασχίζονται από ποταµούς µε συνεχή ή περιοδική ροή. Η πρόσφατη γεωλογική ιστορία µιας κοιλάδας συνήθως υποδηλώνεται από τη µορφή της (π.χ. κλίση των πρανών κ.λ.π). Η εξέλιξη των κοιλάδων εξαρτάται από τις διεργασίες της εκβάθυνσης, της διαπλάτυνσης και της επιµήκυνσης. Κατά τις διάφορες φάσεις της δηµιουργίας και εξέλιξης των κοιλάδων, τα διάφορα τµήµατα αυτών (πυθµένας, κλιτείς, κοίτη ποτύ) 2 Ανοδικές ή καθοδικές κινήσεις µεγάλων τµηµάτων του φλοιού της Γης που έχουν ως επακόλουθο αυξοµοιώσεις της θαλάσσιας στάθµης. 3 Επαναλαµβανόµενη πτύχωση και ρήξη.

15 15 αυξοµειώνονται και οι κλίσεις τους διαφοροποιούνται. Οι κλιτείς µιας κοιλάδας στην αρχή έχουν µεγάλες κλίσεις και είναι στενές. Με την πάροδο του χρόνου οι κλίσεις τους µειώνονται και οι κοιλάδες διαπλατύνονται. Ο πυθµένας της κοιλάδας αποτελεί στην αρχή την κοίτη του κλάδου του ποταµού που βρίσκεται σ αυτή και µε την πάροδο του χρόνου ένα µεγάλο επίπεδο τµήµα αυτής. Οι κλίσεις των κλιτύων των κοιλάδων µιας περιοχής συχνά µας δείχνουν το στάδιο εξέλιξης στο οποίο βρίσκεται η περιοχή αυτή. Ετσι, ένα έντονο ανάγλυφο µε απότοµες κλιτείς µας δείχνει ότι βρισκόµαστε σ ένα αρχικό ή ενδιάµεσο στάδιο. Η κάθετη τοµή µιας κοιλάδας βοηθά στη µελέτη της γεωµορφικής ιστορίας µιας περιοχής και µπορεί ν αποκαλύψει την επίδραση των τοπικών γεωλογικών και κλιµατικών παραγόντων. Παρ όλο που θεωρείται ότι κατά το στάδιο νεότητας µιας κοιλάδας η εκβάθυνση υπερτερεί της διαπλάτυνσης, σπάνια το βάθος υπερβαίνει το πλάτος. Μόνο όταν υπάρχουν ειδικές γεωλογικές συνθήκες (όπως κάθετη στρώση πετρωµάτων ιδιαίτερα ανθεκτικών στην αποσάθρωση) δηµιουργούνται φαράγγια. Είναι γεγονός πάντως ότι στο στάδιο νεότητας ένας ποταµός δρά περισσότερο κατά βάθος παρά κατά πλάτος. Η διαπλάτυνση σ αυτή τη φάση δεν πραγµατοποιείται µε οριζόντια διάβρωση αλλά κυρίως µε τη δράση της αποσάθρωσης και της κίνησης του υλικού µε τη βαρύτητα. Ο σχηµατισµός µαιάνδρων και η οριζόντια διάβρωση αποκτούν ιδιαίτερη σηµασία σε πιο ώριµα στάδια, όταν η εκβάθυνση µειωθεί στο ελάχιστο και η διαπλάτυνση παίζει τον σηµαντικότερο ρόλο. Η διαπλάτυνση του πυθµένα της κοιλάδας σχηµατίζει µια προσχωσιγενή πεδιάδα. Η συνέχιση της διαπλάτυνσης της κοιλάδας δηµιουργεί την εκτεταµένη ανοικτή κοιλάδα του σταδίου γήρατος ΠΟΤΑΜΙΕΣ ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ Επιφανειακή ροή και εξισορροπηµένος ποταµός Η επιφανειακή ροή των νερών είναι ο κυριότερος γεωµορφικός παράγοντας στο µεγαλύτερο τµήµα της Γης. Οι περιοχές όπου η βροχόπτωση δεν έχει επιτελέσει κάποιο γεωµορφικό έργο είναι λίγες (π.χ. περιοχές καλυµµένες από παγετώνες). Βασική προϋπόθεση για την ύπαρξη ροής σ έναν ποταµό είναι -τουλάχιστον αρχικά- µια µικρή κλίση στο ανάγλυφο. Ετσι έχουµε κίνηση του νερού λόγω

16 16 βαρύτητας. Εκτός από τη βαρύτητα, σηµαντικό ρόλο στον καθορισµό της ροής ενός ρεύµατος παίζει η τριβή στα τοιχώµατα της κοίτης του. Η ταχύτητα ενός ποταµού µειώνεται σηµαντικά στις ακτές και στο βυθό του λόγω της τριβής (Εικ. 6). Η ταχύτητα της ροής ενός ποταµού εξαρτάται από τις δυνάµεις τριβής που αναπτύσσονται και αυτές προσδιορίζονται από το σχήµα και το µέγεθός του. Η µέγιστη ταχύτητα ροής παρατηρείται στο κέντρο του ρεύµατος και σε βάθος περίπου στο 1/3 της απόστασης επιφάνειας-βυθού. Για τη µελέτη της ροής ενός ποταµού, εκτός από την ταχύτητα (current velocity), µετράµε την παροχή (water flow, discharge), που εκφράζει τον όγκο του νερού που διέρχεται από µια διατοµή του ποταµού στη µονάδα του χρόνου. Η ροή που επικρατεί στους ποταµούς δεν είναι κανονική γραµµική αλλά στροβιλώδης, µε αλλαγή στην ταχύτητα και τη διεύθυνση κάθε σηµείου του ποταµού (δηµιουργία στροβίλων κατά τη ροή). Στις σπάνιες περιπτώσεις που παρατηρείται Εικ. 6. Κανονική ροή ποταµού. Το νερό δεν ρέει µε την ίδια ταχύτητα σε όλη τη διατοµή του ποταµού. Το µήκος των τόξων είναι ανάλογο της ταχύτητας του ρεύµατος (Πηγή: Amoros & Petts 1993). γραµµική ροή, το νερό κινείται παντού παράλληλα προς τη διεύθυνση του ρεύµατος και η διάβρωση είναι ελάχιστη. Αντίθετα, κύρια υπεύθυνη για τη διάβρωση των ποταµών είναι η στροβιλώδης ροή που δηµιουργείται λόγω του ακανόνιστου ανάγλυφου και της διαφοράς θερµοκρασίας του νερού (διαφορετικό ιξώδες). Η κατά µήκος διατοµή ενός ποταµού δείχνει συνήθως ότι στην περιοχή των πηγών του η κλίση του είναι σχετικά µεγάλη και µειώνεται σταδιακά προς τα κατάντι µε τάση να µηδενιστεί στις εκβολές. Η κλίση ενός ποταµού είναι ανάλογη της κινητικής του ενέργειας και της ικανότητάς του για την µεταφορά υλικών. Μεταβολή της κλίσης ενός ποταµού (π.χ. από τεκτονικά αίτια) σηµαίνει διατάραξη της ισορροπίας του και ξεκίνηµα νέων διεργασιών διάβρωσης για την αφοµοίωση αυτής της µεταβολής. Ενας ποταµός θα είναι σε ισορροπία όταν δεν διαβρώνει, δεν αποθέτει και διατηρεί σταθερή την κλίση του και τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά του.

17 ιάβρωση και απόθεση Η αποσάθρωση περιλαµβάνει το σύνολο των φυσικών, χηµικών και οργανικών δράσεων που συντελούν στην καταστροφή των πετρωµάτων των γεωλογικών σχηµατισµών. Με τον όρο διάβρωση εννοούµε το σύνολο των παραγόντων που συντελούν είτε στη µεταφορά των προϊόντων αποσάθρωσης είτε στην απόσπαση και µεταφορά συστατικών των γεωλογικών σχηµατισµών σε άλλη θέση. Η διάβρωση συµβάλλει µε την αποσάθρωση στη φθορά των γεωλογικών σχηµατισµών. Στην περίπτωση που τα προϊόντα της αποσάθρωσης δεν µεταφέρονται αλλά παραµένουν στον τόπο του µητρικού πετρώµατος, σχηµατίζουν αποθέσεις που ονοµάζονται ελουβιακοί σχηµατισµοί, ενώ αποθέσεις που σχηµατίζονται από µεταφορά προϊόντων διάβρωσης σε άλλη θέση λέγονται αλλουβιακοί σχηµατισµοί ή προσχώσεις. Η αρχή της δηµιουργίας του πεπλατυσµένου πυθµένα µιας κοιλάδας αποτελεί την αρχή της προσχωσιγενούς πεδιάδας µε την απόθεση των αλλουβίων που καλύπτουν τον πεπλατυσµένο πυθµένα της κοιλάδας. Με την πάροδο του χρόνου οι αλλούβιες αποθέσεις αποκτούν τόσο πάχος ώστε να καλύπτουν σχεδόν εξ ολοκλήρου τα πετρώµατα της κοίτης του ποταµού. Το τρεχούµενο νερό αποτελεί σηµαντικό παράγοντα διαµόρφωσης του τοπίου γιατί τελικά ισοπεδώνει βουνά, λόγω της αποσάθρωσης και της διάβρωσης που προκαλεί. Εναποθέτει τα υλικά της αποσάθρωσης και της διάβρωσής στις κοιλάδες και τέλος στις θάλασσες. Η βροχή παρασύρει υλικά από την επιφάνεια αλλά προσβάλλει και το ίδιο το βραχώδες υπόστρωµα. Το διαβρωτικό έργο και η µεταφορική ικανότητα των νερών που κυλούν είναι τεράστια. Σαν παράδειγµα, ο ποταµός Μισσισσιπής (Η.Π.Α.) µεταφέρει και αποθέτει κάθε χρόνο στον κόλπο του Μεξικού περίπου τόννους άµµου, αργίλων και άλλων φερτών υλικών. ύο εντυπωσιακά παραδείγµατα προσχωσιγενών πεδιάδων στον Ελληνικό χώρο είναι αυτές των ποταµών Αξιού και Σπερχειού. Για την περίπτωση του Αξιού, αρκεί να αναφέρουµε ότι οι πρωτεύουσες των Μακεδονικών δυναστειών (Αιγαί, Πέλλα) ήταν παραθαλάσσιες πόλεις, ενώ σήµερα βρίσκονται µέσα στην προσχωσιγενή πεδιάδα και απέχουν δεκάδες χιλιόµετρα από την ακτή. Για την περίπτωση του Σπερχειού, το περίφηµο Στενό των Θερµοπυλών στο οποίο έγινε και η οµώνυµη µάχη ήταν τότε παραθαλάσσιο σηµείο, ενώ σήµερα απέχει πολλά χιλιόµετρα από την ακτή.

18 18 Η µεταφορά υλικού από τα ποτάµια γίνεται υπό µορφή διαλυµένων ουσιών (π.χ. ιόντα), υπό µορφή αιωρούµενου υλικού (π.χ. άργιλος, πηλός) ή παρασυρόµενου υλικού (π.χ. κροκάλες). Τα µεγαλύτερα υλικά µεταφέρονται µε αναπήδηση ή κύλιση. Οι ποσότητες που µπορεί να µεταφέρει ένα ποτάµι είναι ανάλογες της ταχύτητας του και της παροχής του, ενώ η ποσότητα των διαλυµένων ουσιών µέσα στο νερό εξαρτάται από το βαθµό και το είδος αποσάθρωσης των πετρωµάτων. Η κύρια µορφή διάβρωσης των ποταµών όµως γίνεται από τη µηχανική δράση που ασκούν το νερό και τα µεταφερόµενα υλικά στα πετρώµατα. Η διάβρωση από τις κοίτες του ποταµού εξαρτάται από την συνεκτικότητα του υλικού. Για παράδειγµα, η αποκόλληση κόκκων της άµµου είναι ευκολότερη από αυτή των φυλλοειδών συστατικών του πηλού. Οταν η µάζα του αποσαθρωµένου υλικού που µεταφέρεται µε το υδάτινο ρεύµα είναι µεγαλύτερη από την µεταφορική του ικανότητα (κατάσταση υπερφόρτωσης), τότε αρχίζει η διαδικασία της απόθεσης. Η απόθεση αρχίζει πρώτα µε τα µεγαλύτερα (βαρύτερα) υλικά και βαθµιαία αποτίθενται τα πιο λεπτόκοκκα. Η µεταφορική ικανότητα των ρευµάτων αλλάζει συχνά και είναι συνηθισµένο το φαινόµενο προσχωσιγενών στρωµάτων διαφόρων τύπων που είναι τοποθετηµένα το ένα πάνω στο άλλο. Η υπερφόρτωση των ρευµάτων οφείλεται: 1- Στην αύξηση των µεταφερόµενων υλικών χωρίς αντίστοιχη αύξηση της µεταφορικής ικανότητας του ρεύµατος 2- Στην απώλεια νερού λόγω ελάττωσης των βροχοπτώσεων ή έντονης εξάτµισης 3- Στην ελάττωση της τοπογραφικής κλίσης του ποταµού, που έχει ως συνέπεια την ελάττωση της ταχύτητάς του. Αυτή είναι και η πιο συνηθισµένη αιτία της απόθεσης. Η ελάττωση της ταχύτητας ενός ρεύµατος γίνεται βαθµιαία από τις πηγές έως τις εκβολές ή µπορεί να συµβεί και απότοµα όταν, για παράδειγµα, ένα ορεινό ρεύµα µεταπέσει απότοµα σε πεδιάδα µε µικρότερη κλίση. Η ταχύτητά του θα ελαττωθεί λόγω αυτής της απότοµης αλλαγής της τοπογραφικής κλίσης και στη θέση εκείνη µερικά ρεύµατα µπορεί να φράξουν την ίδια τους την κοίτη, να στραφούν προς τα πλάγια, να ξαναφράξουν την κοίτη τους και τελικά µ αυτό τον τρόπο να σχηµατιστούν ευρείς χαρακτηριστικοί κωνικοί σωροί αποθέσεων (προσχώσεων) που καλούνται αλλουβιακά ριπίδια (alluvial fans) ή κώνοι προσχώσεων. Τα αλλουβιακά

19 19 ριπίδια είναι ενδοχωρικές αποθέσεις. Η ανάπτυξη των αλλουβιακών ριπιδίων ευνοείται σε περιοχές αραιής βλάστησης µε καταρρακτώδεις βροχές. Η απόθεση υλικού ενός ρεύµατος µπορεί να γίνει µέσα στην ίδια του την κοίτη ή συχνά στο εσωτερικό µιας καµπής, όταν η ταχύτητα του νερού είναι ελάχιστη. Ετσι δηµιουργούνται αναχώµατα άµµων, ιλύος ή κροκαλών. Ο σχηµατισµός τέτοιων αναχωµάτων µειώνει την διατοµή της κοίτης του ρεύµατος και αυξάνει την πιθανότητα πληµµύρας (υπερχείλισης) κατά τις εποχές της ανύψωσης της στάθµης των νερών. Μετά από διαδοχικές εκφορτώσεις υλικών σε περιόδους πληµµύρας και λόγω της κατακόρυφης επαύξησης, δηµιουργείται µια ευρεία πεδιάδα, η οποία καλείται πεδιάδα κατάκλυσης ή υπερχείλισης (floodplain) και είναι η πιο χαρακτηριστική µορφή απόθεσης των ποταµών. Οι πεδιάδες υπερχείλισης αποτελούνται από δύο τύπους υλικών: α- από αποθέσεις κοίτης (channel deposits) και β- από υπερόχθιες αποθέσεις (overbank deposits) που αποτίθενται στην επιφάνεια της προσχωσιγενούς πεδιάδας. Κατά τις περιόδους µεγάλων βροχοπτώσεων, όταν το ρεύµα είναι φορτωµένο µε ιζήµατα και υπερχειλίζει την κοίτη του, εκτείνεται στην πεδιάδα, χάνει την ταχύτητά του και αποθέτει µέρος του φορτίου του. Κοντά στις όχθες ανάλογες αποθέσεις σχηµατίζουν χαµηλές ευρείες κοίτες (πληµµυρικές κοίτες) που πλαισιώνουν το ρεύµα και καλούνται φυσικά αναχώµατα (natural levees). Τα φυσικά αναχώµατα είναι λοιπόν σχηµατισµοί από άµµο και ιλύ πλευρικά στις όχθες του ποταµού που µπορεί ν ανυψωθούν περισσότερο µε τεχνικά έργα για την προστασία από τις πληµµύρες. Σε ότι αφορά ειδικά τις αποθέσεις της ζώνης των µαιάνδρων, αυτές αναφέρονται στο αντίστοιχο κεφάλαιο. Αλλες αποθέσεις είναι οι ελώδεις (backswamp deposits), οι αποθέσεις διακλαδιζόµενης κοίτης του ποταµού (braided stream deposits) και οι αποθέσεις δελταϊκής πεδιάδας που σχηµατίζονται από παραποτάµους που δηµιουργούν δέλτα µέσα στην κεντρική κοίτη του ποταµού Χείµαρροι Η δηµιουργία των χειµάρρων οφείλεται κυρίως στις µεγάλες τοπογραφικές κλίσεις και έµµεσα στην έλλειψη δασικής βλάστησης. Οπου υπάρχει δασική ή θαµνώδης βλάστηση συγκρατούνται τα νερά της βροχής και διευκολύνεται η