ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ ΚΑΣΤΑΝΙΔΗΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΟΡΥΚΤΩΝ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ ΠΑΛΑΙΟΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΑΠΟΘΕΣΗΣ ΤΗΣ ΜΕΣΑΙΑΣ ΛΙΓΝΙΤΟΦΟΡΑΣ ΣΤΟΙΒΑΔΑΣ ΣΤΟ ΟΡΥΧΕΙΟ ΤΗΣ ΜΑΡΑΘΟΥΣΑΣ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΤΗΣ ΜΕΓΑΛΟΠΟΛΗΣ ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ ΚΑΣΤΑΝΙΔΗΣ Πτυχιακή εργασία Πάτρα, 2012 Επιβλέπων καθηγητής: Κ. Χρηστάνης

2 Περιεχόμενα ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά Ορισμοί ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ ΟΡΥΚΤΩΝ ΑΝΘΡΑΚΩΝ Τυρφογένεση ή βιοχημική ενανθράκωση Λιγνιτογένεση ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΟΡΥΚΤΩΝ ΑΝΘΡΑΚΩΝ Τρόποι ταξινόμησης ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ Γεωλογία Ελλάδος Γεωτεκτονικές ζώνες της κεντρικής Πελοποννήσου Ζώνη Πίνδου Παλαιογεωγραφία Στρωματογραφία Ζώνη Γαβρόβου-Τρίπολης Παλαιογεωγραφία Στρωματογραφία Φυλλιτική-Χαλαζιτική Σειρά ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΛΕΚΑΝΗΣ ΜΕΓΑΛΟΠΟΛΗΣ Σχηματισμοί υποβάθρου Τεκτονική Ιζηματογένεση ΕΞΟΡΥΞΗ ΛΙΓΝΙΤΗ ΛΙΓΝΙΤΗΣ ΜΕΓΑΛΟΠΟΛΗΣ Μακροσκοπικά χαρακτηριστικά Υγρασία, τέφρα, πτητικά συστατικά και μόνιμος άνθρακας Θερμαντική ικανότητα ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ Συλλογή δειγμάτων Μακροσκοπική περιγραφή

3 7.3 Προσδιορισμός Υγρασίας Προσδιορισμός Τέφρας Προσδιορισμός Πτητικών Συστατικών Προσδιορισμός Θερμαντικής Ικανότητας Ανθρακοπετρογραφική ανάλυση Προετοιμασία στιλπνών τομών Ανάλυση maceral Περιθλασιμετρία ακτινών Χ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΙ ΑΝΘΡΑΚΟΠΕΤΡΟΓΡΑΦΙΑ Ταξινόμηση των Maceral Ομάδα Χουμινίτη Υποομάδα του Τέλοχουμινίτη Υποομάδα του Δετροχουμινίτη Υποομάδα του Γελοχουμινίτη Ομάδα Ινερτινίτη Ομάδα Λειπτινίτη Αποτελέσματα ανθρακοπετρογραφικής μελέτης Δείκτες και διαγράμματα Τριγωνικό διάγραμμα Mukhopadhyay ΠΕΡΙΘΛΑΣΙΜΕΤΡΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα μελέτη αποτελεί πτυχιακή εργασία μου στο Τμήμα Γεωλογίας της Σχολής Θετικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Πατρών. Στη μελέτη αυτή αρχικά δίνονται πληροφορίες για το περιβάλλον σχηματισμού του κοιτάσματος στην περιοχή της Μαραθούσας, που βρίσκεται στη Μεγαλόπολη. Παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα των δοκιμών, που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο, σε δείγματα λιγνίτη που πάρθηκαν από την περιοχή αυτή. Οι δοκιμές αυτές περιλαμβάνουν μακροσκοπική και μικροσκοπική παρατήρηση, προσδιορισμούς υγρασίας, τέφρας, πτητικών συστατικών και θερμαντικής ικανότητας. Είναι σαφές ότι η δουλειά μου δε θα ολοκληρωνόταν σε καμία περίπτωση δίχως τη βοήθεια του καθηγητή κ. K. Χρηστάνη, καθώς και του υποψήφιου διδάκτορα κ. Γ. Σιαβάλα, τους οποίους και ευχαριστώ θερμά τόσο για τη διάθεση και την υπομονή που έδειξαν, όσο και για τη γνώση που μου μετέδωσαν. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τους μεταπτυχιακούς φοιτητές του τομέα Ορυκτών Πρώτων Υλών, κκ. G. Oskay, κ. Δ. Τσιμικλή και Δ. Ραλλάκη. Τέλος ευχαριστώ την κ. Π. Λαμπροπούλου για την εκτέλεση των ορυκτολογικών ακτιναναλύσεων και τον κ. Μπαλάση για την παρασκευή των τομών που χρησιμοποιήθηκαν στη μικροσκοπική εξέταση. Πάτρα, Νοέμβριος 2012 Απ. Καστανίδης. 4

5 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Γενικά Οι ορυκτοί άνθρακες συναντώνται στην Ελλάδα σε πολλές ιζηματογενείς λεκάνες. Η ηλικία τους ποικίλλει από το Ηώκαινο ως το Τεταρτογενές. Τα πετρογραφικά δεδομένα δείχνουν μια μεγάλη ποικιλία σε ορυκτολογική και χημική σύσταση. Ο βαθμός ενανθράκωσης τους ποικίλλει, από ζώνη μετάβασης τύρφης/λιγνίτη ως υπο-βιτουμενιούχους λιγνίτες. Ο λιγνίτης αποτελεί τον κύριο τύπο γαιάνθρακα στην Ελλάδα και τα πιο σημαντικά κοιτάσματα σχηματίστηκαν κατά το Πλειόκαινο και το Πλειστόκαινο σε έλη στα περιθώρια αβαθών λιμνών (Πτολεμαΐδα, Φλώρινα, Δράμα στη Μακεδονία και Μεγαλόπολη στη Πελοπόννησο). Τα αποδεδειγμένα αποθέματα εκτιμώνται στους Mt, μη συμπεριλαμβανομένων των 4300 Mm 3 τύρφης στους Φιλίππους. Εκεί το 58% του κοιτάσματος (περίπου Mt) θεωρείται οικονομικά ανακτήσιμο (Koukouzas and Koukouzas, 1995). Αυτοί οι λιγνίτες, οι οποίοι ήδη εκμεταλλεύονται, έχουν πολύ χαμηλή θερμιδική αξία και υψηλά επίπεδα τέφρας. Η παραγωγή λιγνίτη το 2006 ήταν 62,5Mt. Τα μεγαλύτερα κέντρα εξόρυξης βρίσκονται στα ανοιχτά ορυχεία της Πτολεμαΐδας-Αμυνταίου και της Μεγαλόπολης. Το 98% του εξορυγμένου λιγνίτη χρησιμοποιείται στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τροφοδοτεί ατμοηλεκτρικά εργοστάσια με συνολική ισχύ MW, που αντιστοιχούν σε περίπου 56% του συνολικού ηλεκτρικού ρεύματος της χώρας (Koukouzas and Koukouzas, 1995). Οι ορυκτοί άνθρακες αποτελούν μία από τις κύριες πρώτες ύλες για την παραγωγή ηλεκτρισμού παγκοσμίως. Στην Ελλάδα το 68% των ενεργειακών αναγκών, που παράγεται από εγχώριες πρώτες ύλες, προέρχονται από την καύση λιγνίτη (Papanicolaou et al., 2004). Η μικροσκοπία, με την οποία διεξάγεται η ποιοτική και ποσοτική περιγραφή των μικροσκοπικά αναγνωρίσιμων συστατικών της οργανικής ύλης, αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα εργαλεία για τη μελέτη των ορυκτών ανθράκων (Taylor et al. 1998). Τα μικρότερα μεμονωμένα ανθρακοπετρογραφικά συστατικά, που είναι ορατά στο μικροσκόπιο, καλούνται maceral. Απόδοση του όρου στα Ελληνικά δεν υπάρχει μέχρι σήμερα. Ο όρος είναι τεχνητός, προέρχεται από το λατινικό ρήμα macerare", που σημαίνει "μαλακώνω, και φέρει την κατάληξη -al, ώστε να ακούγεται ανάλογα με τον όρο mineral" (ορυκτό). Τα maceral προέρχονται από τα διάφορα μέρη των φυτών, που σχημάτισαν τους γαιάνθρακες, και υπέστησαν και αυτά τις φυσικές και τις χημικές διεργασίες της ενανθράκωσης. 5

6 Συγκεκριμένα η μικροσκοπία μπορεί να δώσει πληροφορίες για το είδος των φυτικών συστατικών (ποώδης, δενδρώδης βλάστηση), από τα οποία προήλθε ένας γαιάνθρακας, τις φυσικές μεταβολές αυτού κατά τη διάρκεια της ενανθράκωσης, το στάδιο ωριμότητας του γαιάνθρακα, τη γεωλογική ιστορία ενός κοιτάσματος ή τις συνθήκες που επικρατούσαν κατά τη διάρκεια συσσώρευσης της αρχικής φυσικής ύλης (Diessel 1992, van Krevelen 1993, Taylor et al. 1998, Thomas 2002). Επιπρόσθετα οι ιδιότητες των γαιανθράκων, σε ό,τι αφορά τις τεχνολογικές εφαρμογές τους, αλλά και τις περιβαλλοντικές τους προεκτάσεις, εξαρτώνται από την ανθρακοπετρογραφική τους σύσταση (van Krevelen 1993). Η λιγνιτογένεση σημειώνεται στον Ελληνικό χώρο από το Ηώκαινο μέχρι και το Κατώτερο Πλειστόκαινο. Κατά το Νεογενές και το Πλειστόκαινο σχηματίστηκαν τα περισσότερα και σημαντικότερα λιγνιτικά κοιτάσματα της χώρας μας. Οι περίοδοι αυτές συνδέονται με την έντονη μεταλπική ρηξιγενή τεκτονική και ταφρογένεση. Δημιουργούνται πολυάριθμες παράκτιες (ανοικτές στη θάλασσα) και ηπειρωτικές λεκάνες, που είτε δεν έχουν καμιά επικοινωνία με τη θάλασσα (ενδοηπειρωτικές) είτε επικοινωνούν παροδικά μόνο κατά τη διάρκεια της εξέλιξής τους με αυτήν (περιηπειρωτικές). Στις ηπειρωτικές λεκάνες πληρούνταν οι προϋποθέσεις για τον σχηματισμό εκτεταμένων κατω-τυρφώνων και τη διατήρηση της τυρφογένεσης για μεγάλα χρονικά διαστήματα, με αποτέλεσμα να προκύψουν λιγνιτικά στρώματα με σχετικά μεγάλη εξάπλωση και πάχος, όπως αυτά της Φλώρινας, της Πτολεμαΐδας, του Αλιβερίου, της Μεγαλόπολης κ.ά. Αντίθετα οι λιγνιτικές αποθέσεις αυτών των περιόδων σε παράκτιες λεκάνες (Κατερίνη, Πρέβεζα-Ακαρνανία, Πύργος-Ολυμπία, Κρήτη) παρουσιάζουν μικρό πάχος, αν και συχνά η έκτασή τους είναι σημαντική. Στους Παλαιογενείς σχηματισμούς (Ηώκαινο-Ολιγόκαινο) ανήκουν κατά κανόνα κοιτάσματα παράκτιων λεκανών, π.χ. της Αλεξανδρούπολης, του Πενταλόφου (Ν. Κοζάνης), των Γρεβενών, των Ζαγοριών (Ν. Ιωαννίνων) κ.ά.. Ο λιγνίτης της Μεγαλόπολης ανήκει στους νεότερους (Πλειστόκαινο). Μέσα σε θαλάσσια ιζήματα παρεμβάλλονται λιμναίες και τελματικές αποθέσεις, από τις οποίες (τελματικές) προέκυψαν φακοειδή στρώματα λιγνίτη καλής ποιότητας. Λόγω των γενικά περιορισμένων διαστάσεών τους τα κοιτάσματα αυτά δεν παρουσιάζουν ιδιαίτερο μεταλλευτικό ενδιαφέρον. 6

7 Εικόνα 1. Χάρτης της Ελλάδας με τις θέσεις των κυριότερων λιγνιτικών κοιτασμάτων. 1: Ορεστιάδα, 2: Αλεξανδρούπολη, 3: Δράμα, Κορμίστα, Ηλιοκώμη, Πρώτη, 4: Σέρρες, 5:Αλμωπία, 6: Λεκάνη Φλώρινας (Βεύη, Αχλάδα, Λόφοι), 7: Λεκάνη Πτολεμαΐδας (Αμύνταιο, Ανάργυροι, Βεγόρα, Κομνηνά, Καρυοχώρι, Πτολεμαΐδα), 8: Λεκάνη Κοζάνης (Τριγωνικό, Προσήλιο, Λάβα, Σέρβια), 9: Ελασσόνα, 10: Μοσχοπόταμος, Κατερίνη, 11: Μεσοελληνική Αύλακα, 12: Ιωάννινα, 13: Πρέβεζα, 14: Αλμυρός, 15: Ζέλι, 16: Πάλιουρας, 17: Αλιβέρι, Κύμη, 18: Βοιωτία, 19: Αττική, 20: Καλάβρυτα, 21: Πύργος, Ολυμπία, Βασιλάκι, 22: Χωματερό-Κορώνη, 23:Μεγαλόπολη, 24: Μονεμβασία, 25: Κάνδανος, 26: Σάμος, 27: Χίος, 28: Ρόδος. Εικόνα 2. Ποσοστιαία κατανομή των αποθεμάτων λιγνίτη στην Ελλάδα (Χρηστάνης, 2001). 7

8 1.2 Ορισμοί Ορυκτοί άνθρακες ή γαιάνθρακες είναι στερεά καύσιμα, ιζηματογενή πετρώματα φυτικής προέλευσης, καστανού έως μαύρου χρώματος. Για τον σχηματισμό ενός κοιτάσματος γαιάνθρακα σε μια περιοχή πρέπει να υπάρχει χώρος (λεκάνη) ιζηματογένεσης, μέσα στον οποίο ή σε τμήμα του- να σχηματίζονται και να συσσωρεύονται για μεγάλο χρονικό διάστημα σημαντικές ποσότητες φυτικής ύλης και στη συνέχεια να προστατεύονται από τη διάβρωση με τη βοήθεια ενός καλύμματος. Περιβάλλοντα ανθρακογένεσης είναι τα έλη, όπου αναπτύσσονται ελόβια κυρίως, αλλά και υδρόβια φυτά, που ουσιαστικά συνιστούν το μητρικό υλικό των ορυκτών ανθράκων. Μετά τον θάνατό τους, τμήματα των φυτών παραμένουν στον χώρο του έλους κάτω από αναερόβιες συνθήκες και μετατρέπονται σε τύρφη (peat, Torf). Η τύρφη είναι το αρχικό ίζημα της σειράς των ορυκτών ανθράκων. Έλος, στο οποίο έχει αποτεθεί στρώμα τύρφης πάχους μεγαλύτερου από τριάντα εκατοστά, ονομάζεται τυρφώνας (peat deposit ή peatland, Torflagerstӓtte). Προϋποθέσεις για την απόθεση φυτικών υλικών μεγάλου πάχους, δηλαδή για την τυρφογένεση είναι: Η αργή, αλλά συνεχής ανύψωση της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα, ο οποίος πρέπει να βρίσκεται πολύ κοντά στην εδαφική επιφάνεια (λίγο πιο πάνω ή πιο κάτω). Αν η στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα ανέρχεται πολύ γρήγορα, π.χ. εξαιτίας κλιματικής μεταβολής ή γρήγορης τεκτονικής βύθισης, το τελματικό περιβάλλον μετατρέπεται σε λιμναίο ή θαλάσσιο και διακόπτεται η τυρφογένεση. Αν πάλι η στάθμη του υδροφόρου κατέρχεται, τότε στις ατμοσφαιρικές συνθήκες τα φυτικά υλικά της επιφάνειας οξειδώνονται και η τύρφη διαβρώνεται. Η προστασία της απόθεσης από την είσοδο της θάλασσας και τις πλημμύρες των ποταμών. Η χαμηλή ενέργεια ανάγλυφου στην ευρύτερη περιοχή, ώστε να εμποδίζεται η διακοπή της τυρφογένεσης από την εισροή κλαστικών υλικών, δηλαδή των προϊόντων της επιφανειακής διάβρωσης, στον τυρφώνα. Από τα παραπάνω φαίνεται, ότι ρυθμιστικοί παράγοντες της τυρφογένεσης και κατ επέκταση της ανθρακογένεσης, είναι ο κλιματικός, ο τεκτονικός και ο γεωμορφολογικός. 8

9 2. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ ΟΡΥΚΤΩΝ ΑΝΘΡΑΚΩΝ 2.1 Τυρφογένεση ή βιοχημική ενανθράκωση Η τυρφογένεση αποτελεί το πρώτο βήμα για τη μετάβαση από τη φυτική ύλη στους λιγνίτες. Είναι μία βιοχημική διαδικασία, η οποία γίνεται με τη βοήθεια διαφόρων μικροοργανισμών. Αποτέλεσμα της τυρφογένεσης είναι η διάσπαση των πολύπλοκων οργανικών μορίων, που υπάρχουν στα φυτά, σε άλλα απλούστερα μόρια. Η τυρφογένεση περιλαμβάνει υδρολύσεις, οξειδώσεις και αναγωγές με τελικό αποτέλεσμα τον σχηματισμό της τύρφης. Οι παραπάνω διαδικασίες εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες, όπως το pη των ιζημάτων και του νερού, το δυναμικό οξειδαναγωγής που επικρατεί, την παρουσία αέρα, τη δράση των μικροοργανισμών, τη θερμοκρασία και την πίεση. Κατά τη διάρκεια της τυρφογένεσης : Η ποσότητα του οξυγόνου είναι περιορισμένη. Το pη είναι ουδέτερο ή όξινο. Το δυναμικό οξειδαναγωγής είναι θετικό. Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας είναι μικρές. Υπάρχουν μικροοργανισμοί και δυνατότητα μεταφοράς τους (με το νερό) σε όλη τη μάζα του τυρφώνα. Δεν παρατηρούνται σημαντικές μεταβολές στις περιεκτικότητες των διαλυτών ανόργανων στοιχείων, οι οποίες θα μπορούσαν να είναι τοξικές για τους μικροοργανισμούς (Τασόπουλος, 1997). Σύμφωνα με τους Fischer and Schrader (1921) και Fuchs (1935), το μεγαλύτερο μέρος των χουμικών οξέων που υπάρχουν στις τύρφες και στους λιγνίτες προέρχονται από τη διάσπαση της λιγνίνης. Η λιγνίνη είναι αρωματικής φύσης και χαρακτηρίζεται από τις μεθόξυ-ομάδες. Παρουσιάζει μεγάλη αντίσταση στη διάσπαση και αποσυντίθεται μόνο από κάποιους μύκητες και από μικροοργανισμούς και σε αναερόβιες συνθήκες από φλαβοβακτήρια και ψευδομονάδες. Η δράση των βακτηρίων είναι σημαντική για τα τελευταία στάδια διάσπασης της λιγνίνης και άλλων αρωματικών συστατικών. Οι αρωματικοί δακτύλιοι των φαινολικών ενώσεων, που έχουν σχηματιστεί κατά τη διάρκεια της αποσύνθεσης της λιγνίνης από μύκητες, καταστρέφονται και δημιουργούνται αλειφατικά προϊόντα. Η τυρφογένεση, η οποία σε μεγάλο βαθμό οφείλεται στην αποδιοργάνωση των ομάδων που περιέχουν λιγνίνη και κυτταρίνη, είναι 9

10 σημαντικά μικρότερης χρονικής διάρκειας από τη λιγνιτογένεση. Το ανόργανο μέρος που υπήρχε στα φυτά, πρακτικά έχει παραμείνει όλο ανέπαφο. Μικρές ποσότητες πιθανόν να διαλύονται ή συνδέονται με νέα ιόντα. Η χημική σύσταση της τύρφης καθορίζεται από το περιβάλλον και από τον τύπο της φυτικής ύλης. Οι δύο αυτοί παράγοντες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και ρυθμίζουν το μέγεθος των αλλαγών οι οποίες συντελούνται. Αποφασιστικό ρόλο για την έκταση της αποσύνθεσης και το είδος των χουμικών συστατικών που προκύπτουν, έχουν οι διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στα επιφανειακά στρώματα του τυρφώνα (ακρότελμα). Αν και η τύρφη αντιμετωπίζεται γενικά ως ένα από τα στάδια μετάβασης από τα φυτά στον ανθρακίτη, η τυρφογένεση δεν μεταβαίνει βαθμιαία προς τη λιγνιτογένεση υπό την έννοια ότι είναι μία διαφορετική διαδικασία από αυτή. 2.2 Λιγνιτογένεση Λιγνιτογένεση είναι μία μη αντιστρεπτή διαδικασία, που οδηγεί στον σχηματισμό του λιγνίτη με τελικά προϊόντα στερεά (λιγνίτης, υποβιτουμενιούχος και βιτουμενιούχος γαιάνθρακας, ανθρακίτης) και αέρια (αέρια που εκλύονται από τους ορυκτούς άνθρακες). Ο λιγνίτης είναι ένα προϊόν που έχει δημιουργηθεί από φυσικές και χημικές μεταβολές των φυτικών υλών που έχουν συσσωρευτεί σε κάποια περιοχή. Κατά τη διάρκεια των μεταβολών αυτών ένα πολύ μικρό μόνο ποσοστό του στοιχειακού άνθρακα (C) διαφεύγει στην ατμόσφαιρα με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα ή μεθανίου. Το μεγαλύτερο μέρος παραμένει στο κοίτασμα και το ποσοστό του μεγαλώνει βαθμιαία από 60% περίπου στην τύρφη, σε 90% και περισσότερο στον ανθρακίτη. Η έναρξη της λιγνιτογένεσης θεωρείται η στιγμή κατά την οποία το κοίτασμα της τύρφης καλύπτεται από άλλα υλικά. Στα πρώτα στάδια των μεταβολών, π.χ. κατά τη δημιουργία χουμικών συστατικών και τύρφης, οι μικροοργανισμοί και το δυναμικό οξειδαναγωγής του περιβάλλοντος παίζουν σημαντικό ρόλο. Η βιοχημική διαδικασία θεωρείται ότι περιορίζεται μετά τον σχηματισμό της τύρφης, χωρίς όμως να σταματά, τουλάχιστον μέχρι το στάδιο των βιτουμενιούχων ανθράκων. Οι κύριες όμως μεταβολές που συντελούνται στη φυσική και χημική σύσταση του υλικού οφείλονται πλέον σε γεωχημικούς και όχι βιοχημικούς παράγοντες. Οι σημαντικότεροι παράγοντες που επηρεάζουν τη γεωχημική ενανθράκωση είναι η θερμοκρασία, η πίεση και ο χρόνος. Η θερμοκρασία είναι καθοριστικός παράγοντας, ακόμη και αν δεν είναι πολύ υψηλή. Υπολογίζεται ότι θερμοκρασία ⁰C, που επικρατεί για μεγάλο χρονικό διάστημα βοηθά στον σχηματισμό των λιγνιτών. Η θερμοκρασία καθορίζεται κυρίως από 10

11 α) τη γηγενή θερμότητα. Κάθε 33 m βάθος αυξάνεται η θερμοκρασία κατά 1⁰C. β) τη θερμότητα που εκλύεται από ορισμένες αντιδράσεις της ενανθράκωσης. γ) τη θερμότητα από τυχόν γειτνίαση ή και επαφή του κοιτάσματος με μαγματική διείσδυση. Η γηγενής θερμότητα είναι η σημαντικότερη παράμετρος και για το λόγο αυτό το βάθος έχει αποφασιστική επίδραση στον βαθμό ενανθράκωσης του κοιτάσματος. Η πίεση που ασκείται σε ένα κοίτασμα διακρίνεται στην πίεση των υπερκείμενων στρωμάτων. Η πίεση επιδρά σημαντικά στις φυσικές μεταβολές του άνθρακα μειώνοντας το πορώδες, τον όγκο, την περιεκτικότητα σε νερό και αέρια. Η πίεση καθυστερεί τις χημικές αντιδράσεις κατά τη διάρκεια της ενανθράκωσης και αλλάζει τη φυσική δομή του ορυκτού άνθρακα. Πίνακας 1. Ανθρακογένεση σε συνάρτηση με το βάθος και την πίεση (Τασόπουλος, 1997). Ο χρόνος που χρειάζεται η διαδικασία της ενανθράκωσης εξαρτάται κυρίως από την επικρατούσα θερμοκρασία, αλλά και από την πίεση. Η ενανθράκωση μπορεί να επιτευχθεί 11

12 ακόμη και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, αν αυτές επικρατήσουν για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Συνήθως όσο μεγαλύτερη ηλικία έχει κάποιος γαιάνθρακας, τόσο ωριμότερος, δηλαδή εντονότερα ενανθρακωμένος είναι. Έτσι οι λιθάνθρακες εμφανίζονται κατά κανόνα στο Λιθανθρακοφόρο, ενώ οι λιγνίτες στο Τριτογενές. Η επίδραση του χρόνου είναι μεγαλύτερη, όσο η θερμοκρασία βρίσκεται σε υψηλά επίπεδα. Μόνο τότε ο χρόνος έχει επίδραση στην ενανθράκωση, όταν δηλαδή οι θερμοκρασίες που παρατηρούνται είναι αρκετά υψηλές για να οδηγήσουν σε χημικές αντιδράσεις. Σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες ελάχιστα συμβαίνουν ακόμα και σε μεγάλα χρονικά διαστήματα, όπως π.χ. οι άνθρακες στη λεκάνη της Μόσχας, αν και ηλικίας κατώτερου Λιθανθρακοφόρου, δεν βυθίστηκαν σε μεγαλύτεραα βάθη από αυτά που αντιστοιχούν σε θερμοκρασίες C. Για το λόγο αυτό ενανθρακώθηκαν μέχρι το στάδιο του λιγνίτη. Πίνακας 2. Επίδραση της θερμοκρασίας στο χρόνο ανθρακογένεσης (Τασόπουλος, 1997). 12

13 Η γεωχημική ενανθράκωση τελειώνει με τη δημιουργία μιας κρυσταλλικής μορφής του άνθρακα που μοιάζει με τον γραφίτη, αλλά δεν έχει την τελειότητα του γραφίτη. Γραφίτης μπορεί να σχηματιστεί μόνο αν σε κάποια περιοχή υπάρξουν ιδιαίτερα υψηλές θερμοκρασίες (Τ = ⁰C) 3. ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΟΡΥΚΤΩΝ ΑΝΘΡΑΚΩΝ 3.1 Τρόποι ταξινόμησης Η ταξινόμηση των ορυκτών ανθράκων είναι ένα δύσκολο θέμα εξαιτίας της πολύπλοκης δομής του υλικού, καθώς και των πολλαπλών εφαρμογών του. Έτσι έχουν προταθεί αρκετά διαφορετικά συστήματα ταξινόμησης ανάλογα με την οπτική γωνία, με την οποία προσεγγίζει καθένας το υλικό και με το ειδικό ενδιαφέρον για κάποιες ιδιότητες ή χρήσεις του. Μερικές από τις πιο βασικές και ευρύτερα χρησιμοποιούμενες μεθόδους ταξινόμησης είναι οι ακόλουθες : 1. Γεωλογική περίοδος σχηματισμού : Καινοζωική, Μεσοζωική, Παλαιοζωική κλπ 2. Τύπος : Η ταξινόμηση κατά τύπο αναφέρεται στη φύση των αρχικών πρώτων υλών και στις βιοχημικές μεταβολές που έχουν υποστεί. Κατατάσσει τους ορυκτούς άνθρακες κυρίως ανάλογα με το ποσοστό των διαφορετικών μορφών, στις οποίες έχει μετατραπεί η αρχική φυτική ύλη. 3. Συμπεριφορά απέναντι στους οργανικούς διαλύτες 4. Συμπεριφορά απέναντι στην εκχύλιση με αλκαλικά διαλύματα (περιεκτικότητα σε χουμικά συστατικά) 5. Προσρόφηση διαλυτών 6. Συμπεριφορά στην υδρογόνωση 7. Χρώμα 8. Χρήση (παραγωγή κωκ, απόδοση σε αέρια προϊόντα) 9. Βαθμός μεταμόρφωσης : στηρίζεται σε μετρήσεις ιδιοτήτων που μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια της ανθρακογένεσης(τασόπουλος, 1997). Οι γαιάνθρακες διακρίνονται σε διάφορα είδη, τα οποία κατά σειρά αυξανόμενου βαθμού ενανθράκωσης είναι : 13

14 Τύρφη (Peat, Torf) : Είναι ένα χαλαρό, οργανογενές, καύσιμο ίζημα, το οποίο σχηματίζεται με συσσώρευση περισσότερο ή λιγότερο αποσυντεθειμένων και χουμιωμένων φυτικών συστατικών σε υδάτινο περιβάλλον και σε συνθήκες έλλειψης ατμοσφαιρικού αέρα. Η περιεκτικότητά του σε νερό είναι >75% κ.β. (σε φυσική κατάσταση) και σε ανόργανα συστατικά <40% κ.β. (στην ξηρή μάζα). Η φυτική δομή της είναι ορατή μακροσκοπικά. Κόβεται εύκολα με το χέρι. Αν συμπιεστεί τύρφη σε φυσική κατάσταση μέσα στην παλάμη, εκρέει νερό. Το ειδικό βάρος της κυμαίνεται μεταξύ 1,3-1,6 g/cm 3. Η θερμογόνος δύναμη (επί ξηρού) ανέρχεται σε kcal/kg. Λιγνίτης (Lignite, Braunkohle) : Σχηματίζεται από την τύρφη στα πρώτα στάδια της ενανθράκωσης. Η φυσική του υγρασία (ανηγμένη στην ελεύθερη από τέφρα μάζα του) κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 10-75%. Η περιεκτικότητά του σε στοιχειακό άνθρακα είναι 60-77% και σε πτητικά συστατικά 45-63% περίπου (οι τιμές αναφέρονται σε ελεύθερο υγρασίας και τέφρας λιγνίτη). Η θερμαντική του ικανότητα (ελεύθερου τέφρας) κυμαίνεται από kcal/kg. Ανάλογα με τα μακροσκοπικά τους χαρακτηριστικά, οι λιγνίτες διακρίνονται σε μαλακούς και σκληρούς. Οι πρώτοι είναι συνεκτικότεροι από τις τύρφεις, γαιώδεις, έχουν χρώμα θαμπό κιτρινοκάστανο μέχρι καστανό, δεν κόβονται με το χέρι και συχνά παρουσιάζουν σχιστότητα ενώ διακρίνονται ακόμη φυτικά υπολείμματα. Οι δεύτεροι διακρίνονται σε αλαμπείς με θαμπό σκούρο καστανό μέχρι καστανόμαυρο χρώμα και στιλπνούς με γυαλιστερό μαύρο χρώμα και κάποια ασθενή στρώση. Από την άποψη του βαθμού ενανθράκωσης, οι μαλακοί είναι οι λιγότερο και οι στιλπνοί περισσότερο ενανθρακωμένοι λιγνίτες. Ανεξάρτητα από τη σύγχρονη ονοματολογία, ορισμένα είδη λιγνιτών διατηρούν την παλαιότερη ονομασία τους. Πρόκειται για τους : Ξυλίτη : Είναι λιγνίτης από ξυλώδεις ιστούς. Ο ιστός του διατηρείται και είναι ορατός μακροσκοπικά. Πλέον αναφέρεται ως λιθότυπος (ξυλιτικός) του λιγνίτη. Πισσάνθρακας : Είναι ανώτερης ποιότητας λιγνίτης, που περιέχει σχετικά μεγάλη περιεκτικότητα σε βιτουμενιούχα συστατικά. Είναι μαύρος, γυαλιστερός και έχει κογχώδη θραυσμό. Ο όρος δεν χρησιμοποιείται σήμερα. Γαγάτης : Είναι ομοιογενής και σκληρός λιγνίτης με μαύρο χρώμα. Είναι λαμπερός και πήρε το όνομα του από τη Γαγαία, αρχαία παράκτια πόλη της Λυκίας. Στο μικροσκόπιο παρουσιάζει ξυλώδη ιστό. Λιθάνθρακας (Bituminous coal, Steinkohle) : είναι γαιάνθρακας προχωρημένου σταδίου ωριμότητας. Αποτελείται από εναλλασσόμενες στρώσεις μικρού πάχους (λίγων mm), 14

15 γυαλιστερές και αλαμπείς, μαύρου (και σπάνια πολύ σκούρου καστανού) χρώματος. Συνήθως έχει σκληρότητα μεγαλύτερη του λιγνίτη. Η περιεκτικότητα του σε πτητικά κυμαίνεται μεταξύ 8-45%, σε στοιχειακό άνθρακα μεταξύ 77-91% (λιθάνθρακας ελεύθερος υγρασίας και τέφρας), ενώ η φυσική υγρασία του είναι μεταξύ 3-10% και η θερμαντική ικανότητα kcal/kg (υγρασία και Θ.Ι. αναφέρονται σε μάζα ελεύθερη τέφρας). Τα στάδια ωριμότητας του λιθάνθρακα είναι φλογάνθρακας, αεριοφλογάνθρακας, αεριάνθρακας, λιπαρός άνθρακας ισχνός άνθρακας (Esskohle) κατά τη γερμανική ορολογία και βιτουμενιούχος άνθρακας υψηλής, μέσης και χαμηλής περιεκτικότητας σε πτητικά συστατικά, ημιανθρακίτης κατά την αμερικανική ορολογία. Ανθρακίτης (Anthracite, Anthrazit) : Είναι η πλουσιότερη μορφή ορυκτού άνθρακα μετά το γραφίτη και το διαμάντι. Περιέχει 91-98% στοιχειακό άνθρακα, λιγότερο από 8% πτητικά και λιγότερο από 2% φυσική υγρασία. Το ειδικό του βάρος είναι περίπου 1,4 g/cm 3 και η θερμαντική του ικανότητα kcal/kg. Διάκριση μεταξύ τύρφης, λιγνίτη και λιθάνθρακα Δεν υπάρχουν σαφή όρια διαχωρισμού τύρφης-λιγνίτη. Οι παράμετροι, που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη, είναι: Η περιεκτικότητα σε υγρασία : η τύρφη έχει σε φυσική κατάσταση υγρασία (ανηγμένη στην ελεύθερη τέφρας μάζα) >75%, ενώ ο μαλακός λιγνίτης <75%. Η περιεκτικότητα σε στοιχειακό άνθρακα : η (ελεύθερη υγρασίας και τέφρας) τύρφη συνήθως έχει <60%, ενώ ο λιγνίτης >60%. Η ελεύθερη κυτταρίνη : η τύρφη περιέχει, ενώ ο λιγνίτης όχι. Η ευκολία κοπής : η τύρφη κόβεται εύκολα με το χέρι σε αντίθεση με το λιγνίτη που δεν κόβεται. Ωστόσο η διάκριση αυτή δεν είναι ικανοποιητική από επιστημονικής άποψης. Όσον αφορά τους λιγνίτη-λιθάνθρακα, η διάκρισή τους είναι εύκολη με βάση τα εξωτερικά γνωρίσματα τους, ιδιαίτερα το χρώμα και τη γραμμή σκόνης που αφήνουν σε πλακίδιο πορσελάνης. Υπάρχουν όμως και περιπτώσεις που απαιτείται εργαστηριακός προσδιορισμός για τη διάκρισή τους. Οι δύο χημικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται, είναι οι εξής: i. Η αντίδραση Kobel Κονιοποιείται το δείγμα άνθρακα και η σκόνη θερμαίνεται σε διάλυμα KOH μέχρι βρασμού. Στη συνέχεια το διάλυμα διηθείται. Αν το διήθημα έχει σκούρο καστανό 15

16 χρώμα (θετική αντίδραση Kobel), τότε πρόκειται για λιγνίτη, ενώ αν το διήθημα δεν χρωματιστεί (αρνητική αντίδραση), πρόκειται για λιθάνθρακα. ii. Η αντίδραση της λιγνίνης Με την ίδια διαδικασία κονιοποιείται το δείγμα, αυτή τη φορά όμως θερμαίνεται σε διάλυμα HNO 3 (1:9) μέχρι βρασμού. Αν υπάρξει κοκκινωπή απόχρωση, το δείγμα είναι λιγνίτης, ενώ στην περίπτωση που δεν χρωματιστεί, πρόκειται για λιθάνθρακα. 4. ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ 4.1 Γεωλογία Ελλάδος Η σημερινή μορφολογία και γεωλογική δομή του ελληνικού χώρου είναι αποτέλεσμα βασικά της έντονης τεκτονικής εξέλιξης που έχει υποστεί και ιδιαίτερα στον κύκλο της αλπικής ορογένεσης. Ο τεκτονισμός αυτός είχε ως αποτέλεσμα τον οριζόντιο και κατακόρυφο διαμελισμό και την έντονη πτύχωση των Ελληνίδων. Στη διαμόρφωση αυτή συνέβαλαν αποφασιστικά και οι πρόσφατες κατακόρυφες μετακινήσεις του Τεταρτογενούς, με τη δημιουργία απότομων ακτών και την περαιτέρω εξέλιξη των τεκτονικών τάφρων του Νεογενούς, με τις οποίες άλλωστε συνδέεται άμεσα και η έντονη σεισμικότητα των περιοχών αυτών. Ο ελληνικός χώρος διακρίνεται σε διάφορες γεωτεκτονικές ζώνες, που απεικονίζονται στο γεωτεκτονικό χάρτη και οι οποίες είναι οι εξής (από τις Εσωτερικές προς τις Εξωτερικές): Ροδοπική, Σερβομακεδονική, Περιροδοπική, Αξιού (η οποία περιλαμβάνει της ζώνες Παιονίας, Πάϊκου και Αλμωπίας), Πελαγονική, Αττικοκυκλαδική, Υποπελαγονική, Παρνασσού- Γκιώνας Πίνδου Γαβρόβου-Τρίπολης, Ιόνιος και Παξών (ή Προαπούλια). 16

17 Εικόνα 3. Γεωλογικός χάρτης των Εξωτερικών Ελληνίδων, όπου απεικονίζονται οι «ισοπικές» ζώνες και τα σημαντικότερα τεκτονικά στοιχεία, συμπεριλαμβανομένης της Μεσοελληνικής αύλακας, των οφιολίθων της Πίνδου και της Όθρυος και των τεκτονικών παραθύρων της Πελοποννήσου. Το ένθετο δείχνει τη θέση στην περιοχή της ανατολικής Μεσογείου (Doutsos et al., 2006). 4.2 Γεωτεκτονικές ζώνες της κεντρικής Πελοποννήσου Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει τις εξής γεωτεκτονικές ενότητες: Πίνδου, Γαβρόβου- Τρίπολης και Φυλλιτική-Χαλαζιτική, οι οποίες αναλύονται στη συνέχεια Ζώνη Πίνδου Παλαιογεωγραφία Η ιζηματογενής ακολουθία της Ζώνης Πίνδου αναπτύχθηκε κατά μήκος του ανατολικού παθητικού περιθωρίου της Απούλιας μικροπλάκας το οποίο μετέβαινε προς τα ανατολικά στον μικροωκεανό της Πίνδου. Οι Robertson et al. (1991) και Degnan & Robertson (1998) υποστηρίζουν ότι η ωκεάνια Πινδική λεκάνη μπορεί να χαρακτηριστεί σαν μια ωκεάνια λεκάνη τύπου Ερυθράς Θάλασσας και θεωρούν ότι το υπόβαθρο των πετρωμάτων της Πίνδου 17

18 αποτελούσε ένα μεταβατικού τύπου φλοιό που εξελισσόταν σταδιακά προς τα ανατολικά σε ωκεάνιο. Έτσι πιθανότατα η πλήρης ακολουθία των ιζημάτων (Τριαδικού-Κρητιδικού) που παρατηρείται στην δυτική Πελοπόννησο έχει αποτεθεί επί ενός μεταβατικού φλοιού ενώ προς τα ανατολικά η ημιτελής ακολουθία (Κρητιδικού), στην ευρύτερη περιοχή της Αρκαδίας, έχει αναπτυχθεί επάνω σε ωκεάνιο φλοιό. Το αρχικό στάδιο διάνοιξης της Πινδικής λεκάνης έλαβε χώρα από το τέλος του Περμίου (?) έως το Μέσο Τριαδικό (Dercourt et al. 1984) με αποτέλεσμα να διαμορφώνεται μια στενή ωκεάνια λεκάνη περίπου στο Ανώτερο Τριαδικό (Robertson et al. 1991, Smith 1993). Από το Άνω Τριαδικό έως το Κρητιδικό αναπτύχθηκε πλήρως ο ωκεανός της Πίνδου ταυτόχρονα με την γενικότερη διαμόρφωση του ωκεανού της ΝεοΤηθύος Στρωματογραφία Η στρωματογραφική διάρθρωση των σχηματισμών της ζώνης της Πίνδου, από τους παλαιότερους προς τους νεότερους, έχει ως εξής : i. Ορίζοντας τριαδικών σχηματισμών: Είναι κλαστικοί σχηματισμοί που εναλλάσσονται με ιζηματογενή πετρώματα βαθιάς θάλασσας. Κυρίως είναι ψαμμίτες, πηλίτες και κλαστικοί ασβεστόλιθοι, που εναλλάσσονται με βαθιάς θάλασσας ασβεστόλιθους και κερατόλιθους. Μερικές φορές απαντώνται επίσης παρεμβολές κροκαλολατυποπαγών. ii. Ασβεστόλιθοι Δριμού: Είναι ένα σύνολο πελαγικών ασβεστόλιθων με ενστρώσεις κερατολίθων και μερικές φορές πηλιτών, με κυμαινόμενο πάχος από 50 έως 200m περίπου, που διακρίνονται σε τρία μέρη : Ένα κατώτερο τμήμα, που αναφέρεται και ως τμήμα των Κατώτερων Ασβεστόλιθων Δριμού, που αποτελείται από βαθιάς θάλασσας ασβεστόλιθους με ενστρώσεις κερατόλιθων και μερικές φορές πράσινων πηλιτών. Το πάχος τους ποικίλει από μερικά έως 150 m. Ο ορίζοντας αυτός χρονολογείται στο Ανώτερο Τριαδικό. Έναν ενδιάμεσο ορίζοντα πυριτικών στρωμάτων, με ενστρώσεις ασβεστόλιθων το πάχος του οποίου φτάνει μέχρι και 80 m. Ένα ανώτερο τμήμα, που ονομάζεται και τμήμα Ανώτερων Ασβεστόλιθων Δριμού, με πάχος μέχρι 100 και μερικές φορές 150 m, το οποίο αποτελείται από βαθιάς θάλασσας, με κονδύλους και διαστρώσεις πυριτόλιθων και πηλιτών. Τα ανώτερα μέλη του ορίζοντα αυτού είναι κλαστικοί ασβεστόλιθοι και μερικές 18

19 φορές ψευδοωολιθικοί. Η ηλικία του είναι Κάτω-Μεσοϊουρασική με περιπτώσεις όπου οι ασβεστόλιθοι αυτοί περιορίζονται μόνο στο Κατώτερο Ιουρασικό και άλλες όπου συνεχίζονται και στο Ανώτερο Ιουρασικό. iii. Ραδιολαρίτες : Πρόκειται για ένα χαρακτηριστικό ορίζοντα της Πινδικής σειράς, με πάχος που φτάνει πολλές φορές τα 350 m. Είναι ραδιολαρίτες, ερυθρού, πράσινου ή ιώδους χρώματος, με μικρές εμφανίσεις μεταλλεύματος μαγγανίου κατά θέσεις. Συχνά στον ορίζοντα αυτόν παρεμβάλλονται ενστρώσεις πηλιτών και ασβεστόλιθων, που επικρατούν των ραδιολαριτών. Η ηλικία τους είναι Άνω Ιουρασική- Κάτω Κρητιδική. Ακόμη υπάρχουν περιπτώσεις στις οποίες η έναρξη της απόθεσης τους γίνεται στο Μέσο Ιουρασικό. Οι ενστρώσεις των πηλιτών, συχνά, επικρατούν στα κατώτερα μέλη των ραδιολαριτών, όπου μαζί με παρεμβολές ψευδοωολιθικών ασβεστόλιθων, διαμορφώνουν έναν πηλιτικό ορίζοντα, σημαντικού πάχους (μέχρι 40 m), που στην περιοχή Καρπενησίου-Φραγκίστας έχει ονομαστεί Πηλίτες Καστελίου (Fleury, 1980). Στα ανώτερα τμήματα των ραδιολαριτών, καθώς επίσης και στον υπερκείμενο σε αυτά ορίζοντα του πρώτου φλύσχη, έχουν παρατηρηθεί, σε μερικές περιοχές, όπως στις περιοχές Μεγαλόπολης, Αχαΐας κ.α., σώματα μικρών γενικά διαστάσεων, σπιλιτών και διαβασών. iv. Πρώτος φλύσχης : Αποτελείται από στρώματα ψαμμιτών, των οποίων τα κλαστικά υλικά έχουν προέλθει από το χώρο των εσωτερικών ζωνών που είχε χερσεύσει με τις πρώιμες ορογενετικές φάσεις του ανώτερου Ιουρασικού- Κατώτερου Κρητιδικού. Τα ψαμμιτικά στρώματα έχουν πάχος m. Σε αυτά παρεμβάλλονται ενστρώσεις ψαμμιτικών μικροβιοκλαστικών ασβεστόλιθων και πηλιτών, των οποίων η συχνότητα εμφάνισης γίνεται μεγαλύτερη στα ανώτερα μέλη του φλυσχικού αυτού ορίζοντα. Η έναρξη απόθεσης του πρώτου φλύσχη στην περιοχή της δυτικής Πελοποννήσου (Ν. Μεσσηνίας) γίνεται στο Κενομάνιο ή στο Τουρώνιο και συνεχίζεται στο Κονιάσιο και κατά θέσεις στο Σαντώνιο. Αντίθετα στην περιοχή της νότιας Πίνδου η έναρξη της απόθεσης τοποθετείται νωρίτερα (Βαρρέμιο). v. Ανωκρητιδικοί ασβεστόλιθοι : Είναι ασβεστόλιθοι πελαγικής φάσης, βιομικριτικοί, μεσοστρωματώδεις, με διαστρώσεις και κονδύλους πυριτόλιθων, χρώματος τεφρού έως υπόλευκου και στα κατώτερα μέλη του ερυθρίζοντες. Στα μεσαία και στα ανώτερα τμήματα τους απαντώνται πολλές παρεμβολές μικρολατυποπαγών 19

20 ασβεστόλιθων. Το πάχος τους κυμαίνεται από 200 έως 400 m. Η έναρξη της απόθεσης των ασβεστόλιθων αυτών γίνεται στο Κονιάσιο ή στο Σαντώνιο και συνεχίζεται στο Ανώτερο Μαιστρίχτιο, μερικές φορές μέχρι και το τέλος του (δυτική Πελοπόννησος). vi. vii. Μεταβατικά στρώματα προς το δεύτερο φλύσχη : Είναι εναλλασσόμενα στρώματα λεπτοστρωματωδών ασβεστόλιθων, μαργών, μαργαϊκών ασβεστόλιθων, κλαστικών ασβεστόλιθων, ασβεστολιθικών ψηφιδοπαγών και ψαμμούχων μαργών, με προοδευτική αύξηση των κλαστικών υλικών από τα κατώτερα προς τα ανώτερα μέλη τους. Το ανώτερο όριο του ορίζοντα αυτού συμπίπτει με την εμφάνιση των πρώτων ψαμμιτικών στρωμάτων του δεύτερου φλύσχη. Το πάχος των μεταβατικών στρωμάτων κυμαίνεται από λίγα μέχρι και 200 m και η ηλικία του είναι Ανώτερο Μαιστρίχτιο - Παλαιόκαινο ή μόνο Παλαιόκαινο. Δεύτερος φλύσχης : Αποτελείται κυρίως από ψαμμιτοπηλιτικά στρώματα, με κροκαλοπαγή στο ανατολικό τμήμα της πινδικής αύλακας. Έχει πάχος m στην περιοχή της Πίνδου και μέχρι 4000 m στο συγκλινόριο της Αιτωλίας. Η έναρξη της απόθεσής του βρίσκεται στο Παλαιόκαινο και συνεχίζεται μέχρι το Ανώτερο Ηώκαινο Ζώνη Γαβρόβου-Τρίπολης Παλαιογεωγραφία Ο παλαιογεωγραφικός χώρος που αναπτύχθηκαν τα ανθρακικά ιζήματα της Ζώνης Τρίπολης αποτελούσε μια πλατφόρμα, εντός της Απούλιας μικροηπείρου, η οποία βρισκόταν δυτικά από τον χώρο απόθεσης των ιζημάτων της Ζώνης Πίνδου. Η ιζηματογένεση στην πλατφόρμα αυτή ήταν νηριτική και υφαλογόνα από το Τριαδικό μέχρι το Ηώκαινο. Θεωρείται επίσης ότι η ανθρακική ακολουθία αποτέθηκε σε περιβάλλον ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας και αποτελούσε το χρονικά πλευρικό ισοδύναμο της πελαγικής ακολουθίας της Πίνδου (Piper & Pe- Piper 1980, Fleury 1980). Μεταβατικά πετρώματα των δύο ακολουθιών που χαρακτηρίζονται από εναλλαγές νηριτικών και πελαγικών ασβεστόλιθων είχαν βρεθεί αρκετά νωρίς από τον Renz (1940) στην ανατολική και κεντρική Πελοπόννησο, ο οποίος θεώρησε εσφαλμένα τότε ότι πρόκειται για πετρώματα της Ιονίου Ζώνης. 20

21 Στρωματογραφία Η Ζώνη της Τρίπολης αποτελεί μια Μεσοζωική ανθρακική ακολουθία μεγάλου πάχους. Η ακολουθία αυτή σε αρκετές θέσεις αναπτύσσεται επάνω σ ένα σχηματισμό ΝεοΠαλαιοζωικής- Τριαδικής ηλικίας, γνωστό ως Στρώματα Τυρού, ο οποίος παρουσιάζει μια στρωματογραφική συνέχεια με την βάση των ανθρακικών ιζηματογενών πετρωμάτων. Ωστόσο σε ορισμένες περιπτώσεις η επαφή των δυο κύριων αυτών σχηματισμών εμφανίζεται τεκτονισμένη υποδηλώνοντας ολισθήσεις των ανθρακικών ιζημάτων επί των Στρωμάτων Τυρού. Πιθανότατα οι ολισθήσεις αυτές οι οποίες συνέβησαν κατά τις ορογενετικές κινήσεις στην περιοχή είναι το αποτέλεσμα της μεγάλης διαφοράς πλαστικότητας μεταξύ των σχηματισμών. Στην διάρκεια των ορογενετικών κινήσεων αυτών αποτέθηκε πάνω από την ανθρακική σειρά μια φλυσχική ακολουθία. Τα Στρώματα Τυρού (Ktenas 1924) αποτελούν ένα σύμπλεγμα πετρωμάτων πολύ χαμηλού βαθμού μεταμόρφωσης και συνίστανται από σχιστές αργίλους με παρεμβολές τοφφιτών, πηλίτες, ψαμμίτες, κροκαλοπαγή καθώς και από χλωριτικούς, χαλαζιακούς και ασβεστιτικούς σχιστόλιθους. Στα ανώτερα στρωματογραφικά τμήματα του σχηματισμού κοντά στην βάση της ανθρακικής ακολουθίας συναντώνται κυρίως κρυσταλλικοί ασβεστόλιθοι και δολομίτες. Επίσης θα πρέπει να σημειωθεί ότι σε ορισμένες θέσεις, κυρίως της νοτίου Πελοποννήσου, Κυθήρων και Κρήτης, έχουν βρεθεί μέσα στα Στρώματα Τυρού τεμάχη Ερκύνιων μεταμορφωμένων πετρωμάτων όπως αμφιβολίτες, γνεύσιοι κ.α. (Seidel et al. 1982). Τα ερκύνεια πετρώματα αυτά εμφανίζονται κυρίως κοντά στις επαφές των στρωμάτων Τυρού με την υποκείμενη μεταμορφωμένη Φυλλιτική-Χαλαζιτική Σειρά και αντιπροσωπεύουν πιθανά τμήματα του ηπειρωτικού υποβάθρου της Ζώνης Τρίπολης. Η ανθρακική ακολουθία ιζημάτων της Ζώνης Τρίπολης έχει μελετηθεί επισταμένα επί σειρά ετών κυρίως από τους Thiebault (1975), Dercourt & Fleury (1977), Τσαϊλά (1977), Fleury (1980). Συνολικά τα ανθρακικά πετρώματα στην βόρεια και κεντρική Πελοπόννησο έχουν πάχος m και ηλικία από το Μέσο Τριαδικό έως και το Ηώκαινο. Οι Μέσο Τριαδικοί-Κάτω Ιουρασικοί σχηματισμοί αντιπροσωπεύονται κυρίως από δολομίτες και δολομιτοποιημένους ασβεστόλιθους ρηχής θάλασσας. Οι σχηματισμοί Ανωτέρου Ιουρασικού-Κατωτέρου Κρητιδικού αποτελούνται γενικά από νηριτικούς ασβεστόλιθους με τοπικές παρεμβολές δολομιτικών ασβεστόλιθων. Οι Άνω Κρητιδικοί σχηματισμοί εκπροσωπούνται από νηριτικούς ασβεστόλιθους τοπικά δολομιτοποιημένους. Σε ορισμένες θέσεις εντός του σχηματισμού αυτού απαντώνται στρώματα λατυποπαγών και κλαστικών ασβεστόλιθων πάχους μερικών δεκάδων μέτρων. Οι 21

22 Παλαιοκαινικοί-Μέσο Ηωκαινικοί σχηματισμοί αποτελούν την οροφή της ανθρακικής ακολουθίας της Ζώνης Τρίπολης. Πρόκειται για μαζώδεις ασβεστόλιθους, πλούσιους σε Τρηματοφόρα, συχνά δολομιτικούς που προς τα πάνω εμφανίζουν ορίζοντες μαύρων βιτουμενιούχων ασβεστόλιθων. Ένα ιδιαίτερα σημαντικό στοιχείο για την στρωματογραφική εξέλιξη του σχηματισμό αυτού είναι η μικρή διακοπή της ιζηματογένεσης στο Ηώκαινο (Fleury 1980). Η διακοπή αυτή που συνοδεύτηκε από χέρσευση της περιοχής είχε ως αποτέλεσμα την δημιουργία λεπτών βωξιτικών οριζόντων. Τα μεταβατικά στρώματα προς τον Φλύσχη έχουν αποτεθεί σύμφωνα επάνω στα ανθρακικά ιζήματα και συνήθως εμφανίζουν πάχος λίγων μέτρων. Αυτά συνίστανται από κίτρινους βιοκλαστικούς ασβεστόλιθους, μαργαικούς ασβεστόλιθους και μάργες. Ο σχηματισμός είναι ηλικίας Ανώτερου Λουτήσιου-Πριαμπόνιου. Ο σχηματισμός του Φλύσχη αναπτύχθηκε ασύμφωνα επάνω από την ανθρακική σειρά της Ζώνης Τρίπολης και αποτελεί μια τυπική τουρβιδιτική ακολουθία ιζημάτων. Δομείται κυρίως από εναλλαγές ψαμμιτών και πηλιτών με συχνές παρεμβολές οριζόντων κροκαλοπαγών. Η περίοδος απόθεσης του Φλύσχη έχει υπολογιστεί από το όριο Ηώκαινου/Ολιγόκαινου έως και το Κάτω Μειόκαινο Φυλλιτική-Χαλαζιτική Σειρά Η Φυλλιτική-Χαλαζιτική ενότητα αποτελείται από φυλλίτες με ανθρακικές παρενστρώσεις, χαλαζίτες, μετα-κροκαλοπαγή, ανυδρίτες και από βασικής έως ενδιάμεσης σύστασης μετα-ηφαιστίτες. Τα πετρώματα του προ-αλπικού υποβάθρου αποτελούνται από ορθογνεύσιους, παραγνεύσιους και γρανατικούς μαρμαρυγιακούς σχιστόλιθους με τοπικές παρενστρώσεις μαρμάρων. Ο πρωτόλιθος της Φυλλιτικής-Χαλαζιτικής σειράς έχει εκτιμηθεί πως αποτελεί μια Περμο-Τριαδική ταφρογενή ακολουθία (rift sequence). Η τεκτονική και θερμική εξέλιξη των υψηλής πίεσης πετρωμάτων των Εξωτερικών Ελληνίδων ξεκίνησε κατά το Ολιγόκαινο και περιλαμβάνει επωθήσεις του πρωτόλιθου των Φυλλιτών- Χαλαζιτών και του υποβάθρου του, κάτω από το υπόβαθρο της Τρίπολης (Xypolias & Doutsos 2000; Kokkalas & Doutsos 2004). Εξαιτίας αυτής της ενδοηπειρωτικής καταβύθισης, η ενότητα Φυλλιτών- Χαλαζιτών υπέστη μεταμόρφωση υψηλών πιέσεων/χαμηλών θερμοκρασιών (HP\LT), η οποία χρονολογείται στα Μa. Ύστερα από αυτή τη μέγιστη μεταμόρφωση, οι Φυλλίτες- Χαλαζίτες αποκολλήθηκαν από το υπόβαθρό τους και εξωθήθηκαν προς τα επάνω και προς τα δυτικά, στο υπόβαθρο της ζώνης Τρίπολης. Το αποτέλεσμα της πορείας της εξώθησης ήταν η 22

23 τοποθέτηση της ενότητας των Φυλλιτών- Χαλαζιτών πάνω σε αυτή του Plattenkalk, φέρνοντάς τη επίσης σε επαφή με τις υπερκείμενες ζώνες καλυμμάτων. Το τελικό στάδιο εκταφής των υψηλής πίεσης πετρωμάτων, τα οποία εκτίθενται σε αρκετά τεκτονικά παράθυρα (παράθυρο Ταϋγέτου, Πάρνωνα). 4.3 ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΛΕΚΑΝΗΣ ΜΕΓΑΛΟΠΟΛΗΣ Η λιγνιτοφόρα λεκάνη της Μεγαλόπολης έχει μελετηθεί αρκετές φορές κατά το παρελθόν και διάφοροι ερευνητές έχουν δώσει λεπτομερείς γεωμορφολογικές, λιθολογικές και στρωματογραφικές περιγραφές για τη γεωλογική ιστορία της (Μαρίνος κ.ά και αναφορές, Lüttig und Marinos 1962, Gold 1963, Lönhert und Nowak 1965, Vinken 1965, Hiltermann und Lüttig 1969, Αθανασίου κ.ά και αναφορές, Καπερώνης κ.ά. 1974). Ακολουθεί μια σύνοψη αυτών. Η λεκάνη της Μεγαλόπολης βρίσκεται στο βορειοδυτικό κομμάτι της Αρκαδίας, στο κέντρο της Πελοποννήσου. Έχει τη μορφή έλλειψης, της οποίας ο μεγάλος άξονας έχει διεύθυνση ΒΒΔ-ΝΝΑ και μήκος 18 km (Μαρίνος κ.ά. 1959). Είναι μια τεκτονική τάφρος και περιορίζεται από τους ορεινούς όγκους του Λυκαίου ( Β, Α)[ m] προς τα δυτικά, του Ταϋγέτου ( Β, Α)[ m] στα νότια και του Μαινάλου στα βόρεια και ανατολικά ( Β, Α)[1.900 m] περιθώριά της. Καλύπτει μια συνολική περιοχή 180 km 2 με μέσο απόλυτο υψόμετρο του εσωτερικού της λεκάνης περίπου 400 m, ενώ η υψομετρική διαφορά με τα γειτονικά υψώματα κυμαίνεται στα m. Το λιγνιτικό κοίτασμα καλύπτει μια περιοχή m 2. Το ανάγλυφο της λεκάνης μπορεί να χαρακτηριστεί ομαλό, με την παρουσία μικρών λόφων. Η λεκάνη αποστραγγίζεται φυσικά από το υδρογραφικό δίκτυο του Αλφειού ποταμού, η κοιλάδα του οποίου έχει μέσο πλάτος 1 km μέσα στα όριά της. Ο Αλφειός ποταμός έχει διεύθυνση ροής από τα ΝΝΑ προς τα ΒΒΔ και απέχει 2 km από το δυτικό περιθώριο της λεκάνης και 8 km από το ανατολικό. Η λεκάνη της Μεγαλόπολης είναι μια σχεδόν επίπεδη περιοχή με λόφους. Οι κυριότερες γεωμορφές που διακρίνονται είναι αρκετά μικρά φαράγγια, που σχηματίστηκαν από τον Αλφειό και τους παραποτάμους του, στα περιθώρια της λεκάνης, καθώς και ποτάμιες αναβαθμίδες, οι οποίες σχηματίστηκαν από το Πλειόκαινο έως και σήμερα. Το κλίμα της Μεγαλόπολης είναι μεταξύ μεσογειακού και ηπειρωτικού. Χαρακτηρίζεται από σχετικά υψηλή εποχική και ημερήσια αυξομείωση της θερμοκρασίας και υψηλή υγρασία 23

24 κατά τη διάρκεια ολόκληρου του έτους. Η κύρια ένταση των βροχοπτώσεων οριοθετείται στον μισό χρόνο, από τον Οκτώβριο μέχρι τον Μάρτιο. Καρύταινα Κυπαρίσσια Θωκνία Μαραθούσα Χωρέµι Πίνακας 3. Τα λιγνιτωρυχεία της Μεγαλόπολης. Έκταση(km 2 ) Αποθέµατα (Μt) Υγρασία (%) Τέφρα (%) 1,0 9,9 69,4 11,0 2,8 71,8 64,2 13,5 3,3 70,1 60,0 16,7 1,7 29,6 58,4 17,8 Θερµ. Ικαν. (kcal/kg) ,0 308,6 60,3 14, Εικόνα 4. Γεωλογικός χάρτης της λεκάνης της Μεγαλόπολης (τροποποιημένος από Παπαδόπουλο κ.ά., 1997). 24

25 4.3.1 Σχηματισμοί υποβάθρου Τη βάση των σχηματισμών, που δομούν το υπόβαθρο της λεκάνης της Μεγαλόπολης αποτελούν τα Περμοτριαδικής ηλικίας μεταμορφωμένα πετρώματα της φυλλιτικής-χαλαζιτικής σειράς και των στρωμάτων του Τυρού. Οι επιφανειακές εμφανίσεις αυτών των πετρωμάτων περιορίζονται στα ΒΑ περιθώρια της λεκάνης. Σε τεκτονική επαφή με τα παραπάνω πετρώματα εμφανίζονται τα ιζηματογενή πετρώματα των γεωτεκτονικών ισοπικών ζωνών Ωλονού-Πίνδου και Γαββρόβου-Τρίπολης. Τα πετρώματα αυτά αποτελούνται από θαλάσσια χημικά και βιοχημικά ιζήματα (ασβεστόλιθοι, δολομίτες, κερατόλιθοι), που αποτέθηκαν από το Ιουρασικό μέχρι το Παλαιόκαινο και από φλύσχη, ψαμμιτικής κυρίως φάσης, που αποτέθηκε από το Ανώτερο Ηώκαινο έως το τέλος του Ολιγόκαινου. Στα δυτικά περιθώρια της λεκάνης παρατηρούνται μικρές εμφανίσεις μαγματικών πετρωμάτων βασικής σύστασης, που αναφέρονται ως «οφιόλιθοι» και βρίσκονται σε τεκτονική επαφή με τα πετρώματα της ζώνης Πίνδου(Siavalas, 2005) Τεκτονική Η λεκάνη της Μεγαλόπολης αποτελεί τεκτονική τάφρο, η οποία διαμορφώθηκε κατά την τελευταία φάση των ορογενετικών κινήσεων που έλαβαν χώρα κατά το Πλειόκαινο (Αναστόπουλος, 1958) ή κατά άλλους ερευνητές μεταξύ Άνω Μειόκαινου και Κάτω Πλειόκαινου (Φουντούλης, 1994). Αποτέλεσμα των κινήσεων αυτών ήταν η δημιουργία ρηγμάτων με διεύθυνση ΒΒΔ-ΝΝΑ έως ΒΔ-ΝΑ (Αναστόπουλος, 1958, Κίσκυρας, 1961), που είναι περισσότερο εμφανή στις παρυφές της λεκάνης (Μαρίνος, 1957). Σύμφωνα με τον Vinken (1965) η τεκτονική εξέλιξη των σχηματισμών της λεκάνης της Μεγαλόπολης μπορεί να χωριστεί σε δύο κύριες φάσεις. Η πρώτη φάση έλαβε χώρα από το Ηώκαινο ως τo ανώτερο Πλειόκαινο και περιλαμβάνει την εκτεταμένη πτύχωση και ταυτόχρονη ανύψωση των μεταμορφωμένων πετρωμάτων του αυτόχθονος υποβάθρου της Πελοποννήσου και των θαλάσσιων ιζημάτων των ζωνών Γαββρόβου-Τρίπολης και Ωλονού-Πίνδου (ασβεστόλιθοι, κερατόλιθοι, φλύσχης), που είχαν σχηματιστεί από το Τριαδικό μέχρι το Κατώτερο Τριτογενές. Η δεύτερη φάση ξεκίνησε λίγο πριν ή ταυτόχρονα με το τέλος της πρώτης και χαρακτηρίζεται από το σχηματισμό κανονικών ρηγμάτων στα πετρώματα του υποβάθρου. Η φάση αυτή εμφανίζεται πιο έντονα στα ανατολικά περιθώρια της λεκάνης και η κύρια 25

26 διεύθυνση των ρηγμάτων είναι ΝΝΑ-ΒΒΔ. Η δράση αυτών των ρηγμάτων οδήγησε στη συνεχή καταβύθιση της περιοχής, με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν ταπεινώσεις, όπου σχηματίστηκαν οι λίμνες της βαθμίδας του Μακρυσίου. Κατά τη διάρκεια μικρών διαστημάτων μέσα σε αυτήν την περίοδο σχηματίστηκαν έλη στα περιθώρια των λιμνών, με αποτέλεσμα να αποτεθεί τύρφη, που προκάλεσε το σχηματισμό λιγνιτικών στρωμάτων μικρής εξάπλωσης μέσα στις λιμναίες μάργες αυτής της βαθμίδας. Στο τέλος του ανώτερου Πλειόκαινου ακολούθησε μια περίοδος με ψυχρό κλίμα και υψηλή βροχόπτωση, γεγονός που οδήγησε στη δημιουργία των ποτάμιων ιζημάτων της βαθμίδας του Τριλόφου. Με την έναρξη του Πλειστοκαίνου και κατά τη διάρκεια της πρώτης παγετώδους περιόδου, πραγματοποιήθηκε η απόθεση των αδρομερών ιζημάτων της βαθμίδας της Απιδίτσας. Τη συγκεκριμένη χρονική περίοδο η τροφοδοσία της λεκάνης με κλαστικά υλικά γινόταν από τα βόρεια, νότια και δυτικά περιθώρια. Η τεκτονική καταβύθιση της λεκάνης εξακολούθησε κατά τη θερμή περίοδο που ακολούθησε, κατά τη διάρκεια της οποίας επικράτησε λιμναίο περιβάλλον στα κεντρικά κυρίως τμήματα της λεκάνης. Οι διακυμάνσεις της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα οδήγησαν στο σχηματισμό ελών, όπου συσσωρεύτηκε το οργανικό υλικό, από το οποίο προήλθαν τα λιγνιτικά στρώματα του σχηματισμού της Μαραθούσας. Η δεύτερη παγετώδης περίοδος προκάλεσε τη δημιουργία των αποθέσεων του σχηματισμού της Μεγαλόπολης, οι οποίοι σκεπάζουν πλευρικά τα στρώματα του σχηματισμού της Μαραθούσας και εμφανίζουν επιμήκη εξάπλωση μέσα στη λεκάνη. Η πιο έντονη βύθιση της λεκάνης σταμάτησε με το τέλος της προηγούμενης περιόδου και αυτό είχε ως αποτέλεσμα τη διάβρωση των προϋπαρχόντων ιζημάτων στη θερμή περίοδο που επακολούθησε. Την ίδια χρονική στιγμή άρχισε να σχηματίζεται το σημερινό ποτάμιο σύστημα, που αποστραγγίζει τη λεκάνη, ενώ η τρίτη παγετώδης περίοδος χαρακτηρίστηκε από την απόθεση των αδρομερών κλαστικών ιζημάτων της βαθμίδας της Ποταμιάς. Η τελευταία βαθμίδα του Πλειστοκαίνου (βαθμίδα Θωκνίας) χαρακτηρίζεται, όπως και οι προηγούμενες, από μία θερμή και μια ψυχρή περίοδο. Κατά την πρώτη πραγματοποιήθηκε διάβρωση των παλαιότερων ιζημάτων και χημική αποσάθρωση των ιζημάτων της βαθμίδας της Ποταμιάς, ενώ κατά τη δεύτερη, έλαβε χώρα η εισροή χονδρόκοκκων κλαστικών υλικών από τα νότια κυρίως περιθώρια, ιζήματα που αποτέθηκαν κατά μήκος της κοίτης του Αλφειού ποταμού και των παραποτάμων του σχηματίζοντας την ανώτερη ποτάμια αναβαθμίδα. Ο σχηματισμός των αναβαθμίδων συνεχίστηκε στο Ολόκαινο με την απόθεση των ιζημάτων της μέσης και κατώτερης αναβαθμίδας της λεκάνης, ενώ δευτερεύοντα κανονικά ρήγματα ΒΑ-ΝΔ διεύθυνσης 26

27 που έδρασαν στο εσωτερικό της λεκάνης κατά τη διάρκεια του ανώτερου Πλειόκαινου και του Πλειστοκαίνου προκάλεσαν μετατοπίσεις των τεμαχών των διάφορων σχηματισμών, διαμορφώνοντας μια πολύπλοκη εικόνα. Το παραπάνω μοντέλο παλαιογεωγραφικής εξέλιξης της λεκάνης της Μεγαλόπολης προτάθηκε από τον Vinken (1965) και σε γενικές γραμμές περιλαμβάνει την εναλλαγή λιμναίων και ποτάμιων περιβαλλόντων απόθεσης κατά τη διάρκεια θερμών και ψυχρών κλιματικών περιόδων αντίστοιχα, μέχρι το τέλος της φάσης της έντονης βύθισης της λεκάνης στο μέσο Πλειστόκαινο. Παρόλα αυτά πιο πρόσφατες έρευνες, βασισμένες σε παλυνολογικά δεδομένα (Okuda et al. 2002), υποστηρίζουν ότι κατά τη διάρκεια των παγετωδών περιόδων επικρατούσαν λιμναίες συνθήκες, ενώ η τύρφη σχηματίστηκε σε έλη που δημιουργήθηκαν στις θερμές μεσοπαγετώδεις περιόδους Ιζηματογένεση Τα ιζήματα, που πληρούν τη λεκάνη της Μεγαλόπολης, άρχισαν να αποτίθενται σε βυθίσματα, που σχηματίστηκαν μετά το τέλος της αλπικής ορογένεσης, εξαιτίας της δράσης κανονικών ρηγμάτων. Η προέλευση της πλειοψηφίας αυτών των ιζημάτων είναι λιμναία ή ποτάμια και τα παλαιότερα από αυτά αποτέθηκαν στο ανώτερο Πλειόκαινο. Αναλυτικότερα: Νεογενές Τα λιμναία ιζήματα του Άνω Πλειόκαινου εντοπίζονται στα περιφερειακά σημεία της λεκάνης και ιδίως στην ανατολική πλευρά. Γενικά διακρίνονται μέσα στη σειρά αυτή από κάτω προς τα πάνω τις ακόλουθες ενότητες (Καπερώνη κ.ά., 1974): Σχηματισμός Μακρυσίου: Αποτελείται από αργίλους και μάργες λιμναίας φάσης με εναλλαγές κυρίως λιγνιτικών ενστρώσεων πάχους λίγων mm και κροκαλοπαγή. Τοπικά παρεμβάλλονται λιγνιτικά στρώματα πάχους 0,1 έως 0,5 m. Σχηματισμός Τριλόφου: Αποτελείται από αργίλους και μάργες λιμναίας φάσης με παρεμβολές ελαφρά συνεκτικών κροκαλοπαγών στο ανώτερο τμήμα της βαθμίδας, καθώς και ποτάμιες αποθέσεις με εναλλαγές αργίλων, μαργών, άμμων και ελαφρά συνεκτικών κροκαλοπαγών. 27

28 Τεταρτογενές Τους Τεταρτογενείς σχηματισμούς της λεκάνης της Μεγαλόπολης συνιστούν Πλειστοκαινικά και Ολοκαινικά ιζήματα. Το Πλειστόκαινο διαρθρώνεται από τα παλαιότερα προς τα νεότερα ως εξής (Παπαδόπουλος κ.ά., 1997): Σχηματισμός Απιδίτσας: Περιλαμβάνει εναλλαγές ερυθρών αργίλων-αμμούχων στρωμάτων με ελαφρά συνεκτικά κροκαλοπαγή και πλευρικά κορήματα με ερυθρές αργίλους. Σχηματισμός Χωρεμίου: Αποτελείται από δύο σειρές, τη λιγνιτοφόρο σειρά της Μαραθούσας και αυτήν της Μεγαλόπολης. i. Σειρά Μαραθούσας Τα λιγνιτοφόρα στρώματα της λεκάνης Μεγαλόπολης ανήκουν στα λιμναία ιζήματα της σειράς Μαραθούσας, που αποτέθηκαν κατά τη διάρκεια θερμής περιόδου του Πλειστόκαινου, μετά την απόθεση των ποταμοχειμάρριων ιζημάτων του σχηματισμού Απιδίτσας και πριν την απόθεση των επίσης ποταμοχειμάρριων ιζημάτων της σειράς Μεγαλόπολης (Καπερώνη κ.ά., 1974, Okuda et al., 2002). Πρόκειται για σχηματισμούς θερμής περιόδου, ενώ το κεντρικό τμήμα της λεκάνης αποτελείται από αργίλους, που περιέχουν συχνά CaCO 3, χουμώδεις αργίλους, μάργες και λιγνίτη με παρεμβολές λεπτομερών άμμων και φακοειδών διαστρώσεων χαλαρών κροκαλοπαγών. Τα λιγνιτοφόρα στρώματα, το συνολικό πάχος των οποίων κυμαίνεται από 1 έως 20 m, αποσφηνώνονται προς τα περιθώρια της λεκάνης, όπου επικρατούν ποτάμιες αποθέσεις (Κίσκυρας, 1961), ενώ παρατηρούνται διαφοροποιήσεις και ως προς την οριζόντια εξάπλωσή τους. Στο ανατολικό τμήμα της λεκάνης ο λιγνίτης είναι ξυλιτικός, μικρού πάχους και πολύ συμπαγής (σχηματισμός Μακρυσίου), ενώ στο δυτικό τμήμα (σειρά Μαραθούσας), εξελίσσεται σε μαλακό ή τυρφοειδή έχοντας τη μορφή διαστρώσεων, που εναλλάσσονται με διάφορης σύστασης και χρώματος αργίλους και ψαμμίτες έως και σαπροπηλούς (Αναστόπουλος, 1958, Sakorafa et al., 1996). Τα κοιτάσματα Κυπαρισσίων και Μαραθούσας ανήκουν στη λιγνιτοφόρα σειρά Μαραθούσας. Οι λιγνίτες αυτής της σειράς είναι Μέσο Πλειστοκαινικής ηλικίας (van Vugt et al., 2000, Mulder et al., 2000). ii. Σειρά Μεγαλόπολης 28

29 Η σειρά αυτή, που αποτελεί την περιθωριακή βάση και πλευρική μετάβαση των στρωμάτων της σειράς Μαραθούσας, συνίσταται από εναλλαγές μαργών, αργίλων, άμμων και ελαφρά συνεκτικών κροκαλοπαγών ποτάμιας φάσης. Σχηματισμός Θωκνίας-Ποταμιάς: Πρόκειται για τον νεότερο πλειστοκαινικό σχηματισμό, που περιλαμβάνει αργίλους, ιλύες, άμμους, χαλαρά κροκαλοπαγή και πλευρικά κορήματα. Τα ιζήματα του Τεταρτογενούς κλείνουν με τα ιζήματα του Ολόκαινου, που αποτελούνται από αλλουβιακές αποθέσεις, καθώς και σύγχρονους ή παλαιότερους κώνους πλευρικών κορημάτων. Εικόνα 5. Γεωλογικός χάρτης της λεκάνης Μεγαλόπολης. Σήμερα οι Ολοκαινικές και μέρος των Πλειστοκαινικών αποθέσεων έχουν αποξυθεί λόγω εξόρυξης (opencast mining) (Okuda et al., 2002). 29

30 5. ΕΞΟΡΥΞΗ ΛΙΓΝΙΤΗ Το κύριο χαρακτηριστικό των λιγνιτικών κοιτασμάτων στην περιοχή της Μεγαλόπολης είναι η συχνή εναλλαγή ποικίλου πάχους οριζοντίων περίπου λιγνιτικών στρωμάτων και ενδιαμέσων στείρων υλικών. Επίσης μεγάλα πάχη αγόνων υλικών, βρίσκονται πάνω από τα λιγνιτικά στρώματα. Τα στείρα υπερκείμενα συνίστανται κυρίως από μάργες, αμμοχάλικα και αργίλους. Η εκμετάλλευση των λιγνιτικών κοιτασμάτων γίνεται επιφανειακά με ορθές αναβαθμίδες. Οι απαιτήσεις, αφενός για εκλεκτική εξόρυξη του λιγνίτη ή των αγόνων υλικών και αφετέρου για υψηλή παραγωγή οδήγησαν στην επιλογή της «γερμανικής μεθόδου» εκσκαφής (Εικόνα 4), μεταφοράς και απόθεσης. Εικόνα 6. Σχηματική παράσταση εξόρυξης του λιγνίτη με τη γερμανική μέθοδο. Στη μέθοδο αυτή χρησιμοποιείται ως κύριος εξοπλισμός ένα σύστημα συνεχούς λειτουργίας, που αποτελείται από ηλεκτροκίνητους καδοφόρους εκσκαφείς, ταινιόδρομους και αποθέτες. Για την εξόρυξη του κοιτάσματος χωρίζονται τα υπερκείμενα άγονα υλικά και τα λιγνιτικά στρώματα σε βαθμίδες ύψους 10 έως 30 m ανάλογα με τον τύπο του καδοφόρου 30

31 εκσκαφέα. Το κοίτασμα εκσκάπτεται κατά στρώσεις και τα μεν άγονα υλικά (υπερκείμενα ή ενδιάμεσα) μεταφέρονται με τους ταινιόδρομους σε πλατείες, όπου με τη βοήθεια αποθετών δημιουργούνται σωροί, ο δε λιγνίτης μεταφέρεται στις αυλές των ατμοηλεκτρικών σταθμών ή σε άλλους καταναλωτές ή σε υπαίθριες αποθήκες των λιγνιτωρυχείων. Στο λιγνιτωρυχείο υπάρχουν σήμερα 10 καδοφόροι εκσκαφείς, 6 αποθέτες αγόνων, 3 αποθέτες λιγνίτη, ταινιόδρομοι μήκους 43 km (πλάτος 1,2-1,6 m) και περίπου 330 ντιζελοκίνητα μηχανήματα. Στο Λιγνιτικό Κέντρο Μεγαλόπολης απασχολούνται σήμερα περίπου άτομα. Εικόνα 7. Καδοφόρος εκσκαφέας και μεταφορά του λιγνίτη με ταινιόδρομο Η απόθεση των αγόνων υλικών γίνεται σε ειδικά επιλεγμένες περιοχές, όπου μεταφέρεται και η τέφρα, το υπόλειμμα της καύσης του λιγνίτη στους σταθμούς. Εκτός από τον κύριο εξοπλισμό στην παραγωγική διαδικασία εξόρυξης του λιγνίτη χρησιμοποιούνται και άλλα μικρότερα χωματουργικά μηχανήματα, κυρίως φορτωτές, μπουλντόζες, εκσκαφείς, φορτηγά κλπ., τα οποία υποστηρίζουν τη λειτουργία του ορυχείου και χαρακτηρίζονται ως βοηθητικός εξοπλισμός. 31

32 6. ΛΙΓΝΙΤΗΣ ΜΕΓΑΛΟΠΟΛΗΣ Στη λεκάνη της Μεγαλόπολης η ανάπτυξη πλούσιας βλάστησης έγινε σε τέλματα ή αβαθείς λίμνες στις θερμές περιόδους του Πλειστόκαινου, γεγονός που είχε ως αποτέλεσμα τον ασυνεχή σχηματισμό λιγνιτικών στρωμάτων, που καλύπτονταν από φερτά γαιώδη υλικά του ποταμού Αλφειού. Συνολικά δημιουργήθηκαν τρεις λιγνιτικοί ορίζοντες με ανόργανα ιζήματα μεταξύ των. Στη λεκάνη διακρίνονται τρία λιγνιτικά κοιτάσματα, τα οποία οριοθετούνται μεταξύ τους από τεκτονικές γραμμές, με διαφορετικά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά. Τα κοιτάσματα αυτά είναι: Χωρέμι Μαραθούσα, Θωκνία Κυπαρίσσια και Καρύταινας. Το πάχος των λιγνιτικών στρωμάτων κυμαίνεται από λίγα cm έως 5 m. Εικόνα 8. Γεωλογική τομή των λιγνιτοφόρων κοιτασμάτων της Μεγαλόπολης (Lüttig and Marinos, 1962). 6.1 Μακροσκοπικά χαρακτηριστικά Ο «γαιώδης» λιγνίτης Μεγαλόπολης έχει χρώμα ανοιχτό-σκούρο καστανό ή μαύρο, είναι πλούσιος σε φυτικά υπολείμματα και περιέχει απολιθώματα, κυρίως στις επαφές του με τα ανόργανα ιζήματα. Σύμφωνα με την ταξινόμηση της Διεθνούς Επιτροπής Πετρολογίας Γαιανθράκων και Οργανικών Ιζημάτων (I.C.C.P. 1993) οι κυρίαρχοι λιθότυποι είναι ο matrix και ο ορυκτομιγής, ενώ ο ξυλιτικός λιθότυπος εμφανίζεται πολύ σπάνια. 32

33 6.2 Υγρασία, τέφρα, πτητικά συστατικά και μόνιμος άνθρακας Η υγρασία και η περιεκτικότητα σε πτητικά συστατικά είναι σημαντικές παράμετροι προσδιορισμού του βαθμού ενανθράκωσης, ενώ αποτελούν χρήσιμα στοιχεία για τις τεχνολογικές εφαρμογές του λιγνίτη. Η τέφρα αποτελεί μέτρο της περιεκτικότητας του λιγνίτη σε ανόργανα συστατικά, καθώς και της ποιότητάς του, ενώ παράλληλα η τέφρα, είναι σημαντική για περιβαλλοντικές εφαρμογές (Diessel 1992, Taylor et al. 1998, Thomas 2002). α) Υγρασία: Η αρχική υγρασία του λιγνίτη Μεγαλόπολης κυμαίνεται από 48-65% και η μέση τιμή της είναι 59,3% (Μαρίνος κ.ά. 1959). Ειδικότερα, για το πεδίο Χωρεμίου η υγρασία κυμαίνεται από 41,7-59,3% και η μέση τιμή της είναι 53,3% (Sakorafa and Michailidis 1997), ενώ για το πεδίο Μαραθούσας οι αντίστοιχες τιμές είναι 45,6-72% και 60% (Αθανασίου κ.ά. 1972). β) Τέφρα: Οι τιμές της τέφρας αναφέρονται σε δείγματα επί ξηρού και κυμαίνονται από 21,7-47,7%. Η μέση τιμή της τέφρας επί ξηρού είναι 32,6% (Μαρίνος κ.ά. 1959). Στην περιοχή του Χωρεμίου η διακύμανση των τιμών της τέφρας είναι 10,7-66% και η μέση τιμή είναι 36,7% (Sakorafa and Michailidis 1997). Στο πεδίο Μαραθούσας η τέφρα κυμαίνεται από 18,4-60% με μέση τιμή 36,7% (Αθανασίου κ.ά. 1972). γ) Πτητικά συστατικά: Όπως και στην περίπτωση της τέφρας, οι τιμές των πτητικών συστατικών αναφέρονται σε δείγματα επί ξηρού. Σύμφωνα με τους Μαρίνο κ.ά. (1959) οι τιμές των πτητικών συστατικών για όλο το λιγνιτικό κοίτασμα της Μεγαλόπολης κυμαίνονται από 29,4 46,54% και η μέση τιμή τους είναι 41,2%. Οι τιμές των πτητικών συστατικών για το λιγνίτη του πεδίου Χωρεμίου κυμαίνονται από 29,8-54,3% με μέση τιμή 43,7% (Sakorafa and Michailidis 1997). Για το πεδίο της Μαραθούσας η διακύμανση της τιμής των πτητικών συστατικών είναι 30,8-50,8% και ο μέσος όρος είναι 42,9% (Καπερώνης κ.ά. 1974). δ) Μόνιμος άνθρακας: Η περιεκτικότητα του λιγνίτη σε μόνιμο άνθρακα κυμαίνεται από 20-32,7% και η μέση τιμή του είναι 26,1% (Μαρίνος κ.ά. 1959). Στο πεδίο Χωρεμίου οι τιμές μόνιμου άνθρακα παρουσιάζουν διακύμανση από 6,5-34,9% και μέση τιμή 19,5% (Sakorafa and Michailidis 1997). Στο πεδίο της Μαραθούσας οι αντίστοιχες τιμές είναι 13-34,4% και 23,1% (Καπερώνης κ.ά. 1974). 6.3 Θερμαντική ικανότητα Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά του λιγνίτη Μεγαλόπολης είναι η πολύ χαμηλή θερμαντική του ικανότητα. Μάλιστα ήταν η πρώτη φορά σε παγκόσμιο επίπεδο, που 33

34 χρησιμοποιήθηκε λιγνίτης για ηλεκτροπαραγωγή με τόσο χαμηλή θερμαντική ικανότητα. Η θερμαντική ικανότητα αποτελεί μία από τις παραμέτρους του βαθμού ενανθράκωσης, με καλή εφαρμογή σε ορυκτούς άνθρακες χαμηλού βαθμού ενανθράκωσης (Diessel 1992). Η διακύμανση των τιμών της θερμαντικής ικανότητας είναι 8-11,4 MJ/kg σε υγρό και ελεύθερο τέφρας δείγμα και η μέση τιμή της είναι 9,3 MJ/kg (Μαρίνος κ.ά. 1959). Σχήμα 1. Σύγκριση μεταξύ των λιγνιτών των τριών σημαντικότερων κοιτασμάτων της Ελλάδας (Papanikolaou et al., 2004b). 7. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ Η έρευνα χωρίστηκε στα εξής στάδια : 7.1 Συλλογή δειγμάτων Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε στη μεσαία λιγνιτοφόρα στοιβάδα, στο ορυχείο της Μαραθούσας. Έγινε με τη μέθοδο κατ αύλακα κατά την οποία ανοίγεται ένα αυλάκι σε βάθος cm και πλάτος 30 cm, εγκάρσια προς το μέτωπο της εξόρυξης και σε όλο το πάχος του στρώματος, στο οποίο γίνεται η δειγματοληψία. Συλλέχθηκαν 21 δείγματα στα οποία πραγματοποιήθηκαν εργααστηριακοί προσδιορισμοί υγρασίας και τέφρας. Σε 8 από τα 21 δείγματα προσδιορίστηκαν η Θερμαντική Ικανότητα και τα πτητικά συστατικά ενώ 5 δείγματα εξετάστηκαν μικροσκοπικά και υπέστησαν ορυκτολογική ανάλυση. 34