ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Transcript

1 Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Γεωλογίας & Γεωπεριβάλλοντος Τομέας Γεωγραφίας & Κλιματολογίας Εργαστήριο Φυσικής Γεωγραφίας ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Σημειώσεις για το Μάθημα: "Εφαρμοσμένη Περιβαλλοντική Ωκεανογραφία" Καθηγητής Σεραφείμ Ε. Πούλος & Δρ. Α. Καρδιτσά Αθήνα, Ιανουάριος 2017 iii

2 Πρόλογος Οι σημειώσεις αυτές γράφτηκαν στα πλαίσια του Μαθήματος της "Εφαρμοσμένης Περιβαλλοντικής Ωκεανογραφίας" που διδάσκεται στα πλαίσια του αναβαθμισμένου προγράμματος σπουδών του Τμήματος Γεωλογίας & Γεωπεριβάλλοντος του Εθνικού & Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών. Το περιεχόμενο του βοηθήματος αυτού έχει ως σκοπό να δώσει στον φοιτητή: (α) μια πλήρη (κατά το δυνατόν) εικόνα των εφαρμογών που άπτονται της επιστήμης της Ωκεανογραφίας, (β) να του παράσχει την κατάλληλη μεθοδολογία (με τη χρήση μαθηματικών εξισώσεων) τόσο για την ποιοτική (θεωρητική), όσο και για την ποσοτική προσέγγιση των επιμέρους διεργασιών και (γ) να τον εισαγάγει στην διαχείριση του παράκτιου θαλάσσιου περιβάλλοντος, στα πλαίσια της προστασίας και της βιώσιμης ανάπτυξής του. Η επιλογή των επιμέρους Κεφαλαίων που συνθέτουν το παρόν έργο, αλλά και ο τρόπος της παρουσίασής των διαμορφώθηκε σύμφωνα με το ισχύον πρόγραμμα σπουδών των φοιτητών του Τμήματος Γεωλογίας & Γεωπεριβάλλοντος. Πιστεύεται δε, ότι θα αποτελέσει ένα χρήσιμο εγχειρίδιο για φοιτητές και επιστήμονες συναφών ειδικοτήτων, που θα ήθελαν με επιστημονικό τρόπο να προσεγγίσουν επιμέρους θέματα που αφορούν το Θαλάσσιο Περιβάλλον. Η ύλη του συγγράμματος κατανέμεται σε τρεις ενότητες: Η πρώτη ενότητα αφορά την εφαρμοσμένη έρευνα στην παράκτια ζώνη, η οποία περιλαμβάνει τα γνωστικά αντικείμενα της υδροδυναμικής και δυναμικής Ιζηματολογίας σχετικά με την εξέλιξη των ακτών, την προστασία των αιγιαλών, όπως και γενικότερα θέματα εφαρμογών τηλεπισκόπισης της Θαλάσσιας Γεωλογίας στον ευρύτερο χώρο της ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας. Η δεύτερη ενότητα πραγματεύεται θέματα που αφορούν αφενός την εκμετάλλευση των θαλάσσιων φυσικών πόρων και αφετέρου την προστασία και βιωσιμότητα του Θαλάσσιου Περιβάλλοντος, από την ανθρώπινη παρέμβαση, συμπεριλαμβανομένης και της αναμενόμενης μεταβολής της θαλάσσιας στάθμης. Η τρίτη ενότητα αναφέρεται με σύντομο και περιεκτικό τρόπο στα άρθρα και τις βασικές αρχές των Διεθνών συμβάσεων που διέπουν το Δίκαιο της Θάλασσας. Ολοκληρώνοντας τον πρόλογο, θα ήθελα να ζητήσω την επιεική κρίση των συναδέλφων, φοιτητών και γενικά των αναγνωστών, για τυχόν ελλείψεις και ατέλειες στην συγγραφική αυτή προσπάθεια. 4 η Έκδοση Ιανουάριος, 2017 Καθηγητής Σεραφείμ Ε. Πούλος iv

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑ Α': ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ & ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΙΖΗΜΑΤΟΛΟΓΙΑ Εισαγωγή (χρήσης όρών) Υδροδυναμική της παράκτιας ζώνης Η δυναμική των ιζημάτων Η μορφοδυναμική των αιγιαλών και των αιγιαλίτιδων ζωνών 25 Παράρτημα I 35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΜΕΘΟΔΟΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗΣ ΣΤΗ ΘΑΛΑΣΣΙΑ & ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΑ ΕΡΕΥΝΑ Πλοήγηση στο θαλάσσιο περιβάλλον Συστήματα Θαλάσσιας Γεωφυσικής (ή Ακουστικής ή Ηχητικής ή Σεισμικής) διασκόπισης Βασικές γεωλογικές παράμετροι στις υποθαλάσσιες κατασκευές Δορυφορική Ωκεανογραφία 67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ & ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ Παράλιες κατασκευές και σταθερότητα της ακτογραμμής Κατασκευές που εδράζονται πάνω στον πυθμένα 83 ΕΝΟΤΗΤΑ Β': ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. ΘΑΛΑΣΣΙΟΙ ΦΥΣΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ Ανανεώσιμοι φυσικοί πόροι Μη-ανανεώσιμοι φυσικοί πόροι (αποθέματα ορυκτών) 96 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΩΚΕΑΝΟΥ Θαλάσσιες μεταφορές - έρευνα και διάσωση στη θάλασσα Απόρριψη αποβλήτων Στρατιωτική Χρήση του Ωκεανού 114 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6. ΡΥΠΑΝΣΗ Κατηγορίες θαλάσσιας ρύπανσης Αντιμετώπιση της θαλάσσιας ρύπανσης Θαλάσσια Ιζήματα (Δείκτες περιβαλλοντικής κατάστασης ιζημάτων πυθμένα) 131 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΤΗΣ ΣΤΑΘΜΗΣ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ 7.1 Εισαγωγή Σύγχρονες ευστατικές διακυμάνσεις της θαλάσσιας στάθμης Μελλοντική αύξηση της θαλάσσιας στάθμης και οι επιπτώσεις της 143 ΕΝΟΤΗΤΑ Γ': ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΔΙΚΑΙΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8. ΤΟ ΔΙΕΘΝΕΣ ΔΙΚΑΙΟΝ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ Διεθνείς Συμβάσεις Οι Θαλάσσιες Ζώνες των Εθνικών (Κρατικών) Υδάτων Περιοχές του θαλάσσιου (ωκεάνιου) πυθμένα 165 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 167 Κατάλογος βιβλιογραφικής προέλευσης σχημάτων 172 1

4 ΕΝΟΤΗΤΑ Α': ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : Παράκτια Υδροδυναμική & Δυναμική Ιζηματολογία ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : Μέθοδοι Τηλεπισκόπισης στη Θαλάσσια & Υποθαλάσσια Έρευνα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 : Τεχνικά έργα και κατασκευές 2

5 1. ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ & ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΙΖΗΜΑΤΟΛΟΓΙΑ 1.1 Εισαγωγή (χρήσεις όρων) Ο όρος 'παράκτια δυναμική ιζηματολογία' περιλαμβάνει τους μηχανισμούς και τις διεργασίες παροχής, μεταφοράς, απόθεσης αλλά και διάβρωσης των ιζημάτων που λαμβάνουν χώρα μέσα στο θαλάσσιο περιβάλλον της παράκτιας ζώνης (Σχήμα 1.1), η οποία εκτείνεται έως το άκρον της ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας (Inman & Nordstrom (1971), IGBP 1 (1993), Cadee et al. (1994)). Μάλιστα, ο Carter (1988) έχει αναγνωρίσει την 'παράκτια ζώνη' ως το πλέον πολύπλοκο και δυναμικά εξελισσόμενο τμήμα του γήινου συστήματος (συμπεριλαμβανομένης και της οικολογίας του), καθόσον μέσα στον χώρο αυτό συναντώνται και αλληλεπιδρούν τα τρία φυσικά περιβάλλοντα: η στεριά, η θάλασσα και η ατμόσφαιρα. Η σύγχρονη μορφολογία της παράκτιας ζώνης, είναι το δυναμικό αποτέλεσμα της διαπλοκής των χερσαίων (κυρίως προσφορά ιζήματος), θαλάσσιων (κύματα, ρεύματα, παλίρροια) και ατμοσφαιρικών (κλίμα, κύκλος του νερού) διεργασιών. Οι διεργασίες αυτές έρχονται να τροποποιήσουν ένα αρχικό ανάγλυφο, το οποίο είχε διαμορφωθεί από τους τοπικούς γεωτεκτονικούς παράγοντες κατά την διάρκεια της Φλάνδριας επίκλησης. Μάλιστα, σε περιοχές όπου ο τεκτονισμός στο πρόσφατο γεωλογικό παρελθόν (Ολόκαινο) είχε περιορισμένη έκφραση, το σημερινό ανάγλυφο της παράκτιας ζώνης μπορεί να θεωρηθεί ως το αποτέλεσμα κυρίως της αλληλοεπίδρασης μεταξύ των χερσαίων, και των θαλάσσιων διεργασιών. Όσον δε αφορά το χερσαίο τμήμα της παράκτιας ζώνης, σ' αυτό περιλαμβάνονται όλες οι παράκτιες γεωμορφολογικές ενότητες, των οποίων η δημιουργία και εξέλιξη σχετίζονται με την διαπλοκή των χερσαίων και θαλάσσιων διεργασιών, 1 IGBP (The International Geosphere-Biosphere Programme): Το Διεθνές Πρόγραμμα για την Γεώσφαιρα- Βιόσφαιρα και ειδικότερα το επιστημονικό σχέδιο δράσης LOICZ (Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone) 3

6 συμπεριλαμβανομένων και των τοπικών τεκτονικών και ευστατικών (κλιματικών) μεταβολών, κυρίως στην διάρκεια του Τεταρτογενούς, Τέτοιοι γεωμορφολογικοί σχηματισμοί με δυναμική ιζηματολογική εξέλιξη είναι τα δέλτα των ποταμών, οι παράκτιες αλλουβιακές πεδιάδες, τα νησιωτικά φράγματα, τα πεδία θινών, τα estuary 2 και οι παράκτιοι γκρεμοί. Σχήμα 1.1 Σχηματική απεικόνιση των ορίων της παράκτιας ζώνης (coastal zone). Στην περίπτωση δε, όπου κατά μήκος του φυσικού ορίου μεταξύ του χερσαίου και του θαλάσσιου χώρου της παράκτιας ζώνης, την ακτογραμμή, έχουμε την συσσώρευση ασύνδετων (χαλαρών) ιζημάτων (κυρίως άμμο, ψηφίδες και βότσαλα), που συνήθως είναι προϊόντα διάβρωσης, τότε δημιουργείται μια χερσαία ζώνη, η παραλία (ή αιγιαλός) (beach), που εκτείνεται από την χαμηλότερη στάθμη της θάλασσας μέχρι κάποιου ορίου όπου μπορούν να φθάσουν τα κύματα θύελλας και που συνήθως συμπίπτει με κάποιο χαρακτηριστικό φυσιογραφικό σημείο της χέρσου (π.χ. πεδίο παράκτιων θινών, μια ζώνη έντονης βλάστησης). Όμως εκτός από το εναέριο τμήμα της παραλίας έχουμε και το υποθαλάσσιο τμήμα της, στην διαμόρφωση του οποίου το μεγαλύτερο ρόλο παίζει το υδροδυναμικό καθεστώς, όπως αυτό διαμορφώνεται από τα κύματα (κυρίως), τα ρεύματα αλλά και την παλίρροια (όπου αυτή έχει σημαντική έκφραση). Έτσι, το σύνολο του εναέριου και υποθαλάσσιου τμήματος του αιγιαλού συνθέτει την παράλια (ή αιγιαλίτιδα) ζώνη (beach zone). Είναι προφανές ότι δεν έχουμε πάντοτε την ανάπτυξη της παραλίας όπως π.χ. στην περίπτωση ενός απότομου παράκτιου γκρεμού (λιθολογικά ανθεκτικού), που στον πόδα του, είτε λόγω του μεγάλου βάθους της θάλασσας, είτε λόγω της μη-προσφοράς ιζημάτων, δεν έχουμε την συσσώρευση ιζημάτων. 2 estuary, είναι ο Αγγλικός όρος που περιγράφει τoν χώρο ανάμειξης γλυκού και αλμυρού νερού μέσα σε έναν κόλπο, όπου στο άνω (χερσαίο) άκρο του εκβάλλει κάποιος ποταμός, ενώ στον υδάτινο χώρό του επικρατεί το φαινόμενο της παλίρροιας. 4

7 Στην μορφολογική διαμόρφωση της αιγιαλίτιδας ζώνης τον σημαντικότερο ρόλο παίζει η μετακίνηση των ιζημάτων από τα κύματα, ως και τα σχετιζόμενα με αυτά ρεύματα. Το δε απώτατο όριό της προς την πλευρά της θάλασσας μπορεί να εκληφθεί εκείνο το βάθος, πέραν του οποίου τα κύματα αφήνουν ανεπηρέαστα τα ιζήματα του πυθμένα, δηλαδή όταν d>l/2 (d: το βάθος και L: το μήκος κύματος). Συνήθως, το βάθος αυτό κυμαίνεται μεταξύ m για κύματα συνήθους ύψους (Komar, 1998). Όσο δε αφορά τη μορφοδυναμική και τη δυναμική ιζηματολογία, για το ανώτατο χερσαίο όριο της παραλίας (ή παραλιακής ζώνης) μπορεί να ληφθεί ώ η αναρρίχυση των μέγιστων πρεοσερχόμενων κυμάτων (R: run-up, εξίσωση 1.49), ενώ ως το απώτατο υποθαλάσσιο όριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί το μέγιστο βάθος κινητοποίησης των ιζημάτων του πυθμένα από επίσης τα μεγαλύτερα κύματα (hc: closure depth, εξίσωση 1.47). Με βάση λοιπόν την δυναμική διαμόρφωση της παράλιας (αιγιαλίτιδας) ζώνης (shore zone), διακρίνουμε σε αυτήν τις εξής περιοχές (Σχήμα 2.α): (α) το εναέριο τμήμα της (επί-παράλια ζώνη) που εκτείνεται μέχρι εκεί που μπορούν σποραδικά να φθάνουν τα κύματα, σε περιόδους έντονων καταιγίδων (backshore), (β) το τμήμα της παραλίας που βρέχεται (καλύπτεται) περιοδικά από την θάλασσα (foreshore), είτε λόγω του κυματισμού, είτε λόγω της παλίρροιας και που σχεδόν συμπίπτει (σε περιπτώσεις αμελητέας παλίρροιας) με το μέτωπο της παραλίας (beachface) και (γ) ένα αμιγώς θαλάσσιο τμήμα που εκτείνεται από το κατώτερο σημείο της θαλάσσιας στάθμης (κατώτατη παλίρροια+μέγιστη απόσυρση λόγω κυματισμού) συμπεριλαμβάνοντας την ζώνη θραύσης των κυμάτων (ενδο-παράλια ζώνη (inshore)) και εκτεινόμενη εντός της περιοχής της προπαράλιας ζώνης, όπου επικρατούν συνθήκες διάδοσης των κυμάτων σε νερά ενδιαμέσου βάθους (d<l/2). Επιπλέον με βάση δε τις κυματικές διεργασίες, ο παράλιος χώρος της αιγιαλίτιδας ζώνης, η περι-παράλια ζώνη (neashore zone), χωρίζεται σε τρεις επιμέρους ζώνες (Σχήμα 2.β): (α) την ζώνη θραύσης των κυμάτων (breaker zone), (β) την ζώνη κυματωγής (surf zone) και (γ) την ζώνη διαβροχής (swash zone) (Komar, 1998). Στην ζώνη θραύσης των κυμάτων στο θαλάσσιο πυθμένα έχουμε την δημιουργία ενός ή περισσοτέρων ύφαλων αναβαθμών (longshore bar) παράλληλων στην ακτογραμμή που συνοδεύονται από μια παράλληλη επίσης στην ακτογραμμή αύλακα (longshore though). Στην ζώνη της κυματωγής, τα κύματα αφού έχουν σπάσει προελαύνουν προς την ακτογραμμή έχοντας μικρότερο ύψος και ενίοτε πιο απότομο μέτωπο, ενώ μέσα στην ζώνη λαμβάνει χώρα το μεγαλύτερο μέρος της στερεομεταφοράς. Τέλος, η ζώνη διαβροχής, που φιλοξενεί την παλινδρομική κίνηση του νερού, ταυτίζεται περίπου με το μέτωπο της παραλίας. Στο δε εναέριο (ή χερσαίο) τμήμα της παράλιας ζώνης (επι-παράλια ζώνη ή αιγιαλός), συναντάμε επιμήκεις αναβαθμούς (berms) που διαμορφώνονται ανάλογα με το εκάστοτε κυματικό καθεστώς. Το τμήμα που περιοδικά καλύπτεται από τα κύματα σε συνδυασμό και με το ύψος της παλίρροιας ουσιαστικά συμπίπτει με το μέτωπο της παραλίας (beach-face) και υδροδυναμικά με την ζώνη διαβροχής (swash zone), ενώ εδώ συναντάμε και τους ημισεληνοειδείς αμμώδεις σχηματισμούς (beach cusps). Στην περιοχή της υφαλοκρηπίδας, πέραν της αιγιαλίτιδας ζώνης, η σύγχρονη ιζηματογένεση (μεταφορά και απόθεση ιζημάτων, κυρίως χερσαίας προέλευσης) πραγματοποιείται μέσω της ανάπτυξης επιφανειακών (κυρίως ποτάμιας προέλευσης) και ενδιαμέσου βάθους νεφελοειδών στοιβάδων, των οποίων η διασπορά συσχετίζεται με την παρουσία ρευμάτων ανοικτής θαλάσσης, των εσωτερικών κυμάτων (κυρίως στην περιοχή 5

8 του υφαλόριου), τη διαστρωμάτωση των θαλάσσιων μαζών (παρουσία πυκνοκλινών), ενώ όσο απομακρυνόμαστε από την αιγιαλίτιδα ζώνη αρχίζει να αυξάνει η προσφορά βιογενούς υλικού (νηρειτικό περιβάλλον). Μάλιστα, με βάση την κατανομή των φυκιών Σχήμα 1.2 Σχηματική απεικόνιση (α) των φυσιογραφικών ενοτήτων της αιγιαλίτιδας (παράλιας) ζώνης και (β) των υδροδυναμικών ζωνών της παράλιας ζώνης. (algae) την υφαλοκρηπίδα την διαχωρίζουμε σε εσωτερική (inner) και σε εξωτερική (outer), με το όριο μεταξύ των δύο περιοχών της να καθορίζεται από το βάθος πέραν του οποίου δεν αναπτύσσονται φύκια προσκολλημένα στον θαλάσσιο πυθμένα. Το βάθος δε αυτό, αν και ποικίλει από περιοχή σε περιοχή, όντας εξαρτώμενο από την διείσδυση της ηλιακής ακτινοβολίας, είναι συνήθως γύρω στα 50 m. Ακόμη στον χώρο της εσωτερικής (συνήθως) υφαλοκρηπίδας σε περιοχές όπου έχουμε την παρουσία δελταϊκών μετώπων ή σε περιοχές όπου έχουμε την παρουσία βαθειών χαραδρώσεων (canyons) έχουμε και την δράση βαρυτικών μετακινήσεων (π.χ. τουρβιδίτες, λασπορροές) των ιζημάτων του πυθμένα. Τέλος, στην ευρύτερη περιοχή του υφαλόριου, αλλά και της ηπειρωτικής κατωφέρειας στην μεν στήλη του νερού αρχίζουν να επικρατούν οι πελαγικές συνθήκες ιζηματογένεσης, με την παρουσία ίσως κάποιων νεφελοειδών στρώσεων, με υλικό που προέρχεται από τον χώρο της υφαλοκρηπίδας, στον δε πυθμένα κυριαρχούν οι μετακινήσεις των ιζημάτων λόγω βαρύτητας, που σε περιοχές με έντονο τεκτονισμό είναι οι κυρίαρχοι παράγοντες μεταφοράς και απόθεσης των ιζημάτων. 6

9 Στα πλαίσια της εφαρμοσμένης ωκεανογραφίας και ειδικότερα της θαλάσσιας γεωλογίας, η ιζηματολογία γενικότερα έχει άμεση σχέση, τόσο με τις ανθρώπινες κατασκευές και δραστηριότητες εντός της παραλιακής ζώνης, π.χ. λιμανιών, προβόλων, διάβρωση ακτών, όσο και με τον ευρύτερο χώρο της υφαλοκρηπίδας (και κατωφέρειας) όπως είναι η πόντιση αγωγών και καλωδίων, η κατασκευή γεφυρών (π.χ. η ζεύξη Ρίου Αντιρίου), ή έδραση πλωτών εγκαταστάσεων (π.χ. πλατφόρμες εξόρυξης πετρελαίου). Στην δε πρώτη ομάδα εφαρμογών που αφορούν την αιγιαλίτιδα ζώνη ιδιαίτερη σημασία έχει η κατανόηση της σύγχρονης δυναμικής ιζηματολογίας όπως αυτή διαμορφώνεται από τις επικρατούσες υδραυλικές συνθήκες, ενώ στην δεύτερη περίπτωση, των εφαρμογών στον ευρύτερο χώρο της υφαλοκρηπίδας, είναι απαραίτητη η διερεύνηση τόσο της ιζηματολογικής σύστασης, όσο και της στρωματογραφικής δομής του πυθμένα της θάλασσας. 1.2 ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΗΣ ΠΑΡΑΚΤΙΑΣ ΖΩΝΗΣ Κύματα Τα επιφανειακά, προοδευτικών θαλάσσια κύματα (ανεμογενούς προέλευσης), όπως αυτά που συνήθως συναντάμε στις Ελληνικές Θάλασσες, εξαρτώνται από τέσσερις κύριους παράγοντες: (1) τη ταχύτητα του ανέμου, (2) τη διάρκεια πνοής του ανέμου, (3) την απόσταση (fetch) μέσα στην οποία μπορεί να αναπτυχθεί ο κυματισμός, και (4) την αρχική κατάσταση της θαλάσσιας επιφάνειας. Όταν λοιπόν, η απόσταση ανάπτυξης ενός κυματισμού είναι επαρκής για μια δεδομένη (σταθερή) ταχύτητα ανέμου, που πνέει για μακρύ χρονικό διάστημα, επιτυγχάνεται τελικά μια ισορροπία μεταξύ της ενέργειας που μεταφέρεται από τον άνεμο προς τη θάλασσα και αυτής που καταναλώνεται από τη θραύση των κυμάτων. Η ισορροπία αυτή καταλήγει σε μια κατάσταση όπου έχουμε μια πλήρη ανάπτυξη του κυματισμού στην θαλάσσια επιφάνεια (fully developed sea) με ένα καθορισμένο ύψος του διαμορφωμένου κυματισμού που διέπεται από την σχέση μεταξύ του ύψους (H o ) και του μήκους (L o ) των κυμάτων: Ho 1 (βαθειά νερά) (1.1) L 7 o Περαιτέρω, οι τροχιές που διαγράφουν τα σωματίδια του νερού κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας, λόγω της αρμονικής κίνησης των κυμάτων, είναι κυκλικές, όταν αυτά διαδίδονται σε συνθήκες βαθειών νερών d>l/2 (d: το βάθος και L: το μήκος κύματος), για να γίνουν ελλειπτικές (με τη μεγαλύτερη διάμετρο τους οριζόντια) σε συνθήκες ενδιάμεσου βάθους (L/2>d>L/20) και να καταλήξουν κατά την διάδοσή των σε ρηχά νερά (d<l/20) οι ελλειπτικές τροχιές να γίνουν ολοένα και πιο πεπλατυσμένες ενώ η κίνηση των μορίων του νερού εφαπτομενικά του πυθμένα να είναι ουσιαστικά μια ευθύγραμμη παλινδρόμηση (Σχήμα 1.3). 7

10 Σχήμα 1.3 Οι τροχιές των μορίων του νερού κατά την διάδοση των κυμάτων σε διάφορα βάθη Φυσικά χαρακτηριστικά των κυμάτων Η ταχύτητα ενός κύματος (μιας αρμονικής συνιστώσας) δίνεται απλά από την εξίσωση: C 0 L0 / T ` (1.2) όπου, (C Ο ): η φασική ταχύτητα (ή η ταχύτητα του βασικού κύματος (carrier wave)), (L): το μήκος κύματος και (T): η περίοδος του κύματος. Η ταχύτητα όμως των κυμάτων εξαρτάται και από το βάθος της θάλασσας μειούμενη όσο προχωράμε σε μικρότερα βάθη. Έτσι η ταχύτητα του κύματος συνυπολογιζόμενου και του βάθους της θάλασσας δίνεται από την εξίσωση: g L 2 d C tanh( ) 2 L 0.5 (1.3) όπου, (g): η επιτάχυνση της βαρύτητας, (π)= 3,14, (L): το μήκος κύματος και (d):το βάθος του νερού. 8

11 Για βαθιά νερά εφ d (2πd/L) 1, τότε η παραπάνω εξίσωση γίνεται: 0,5 g L / 2 1, T Co o 56 (βαθειά νερά) (1.4) Για τα ρηχά νερά ισχύει tanh (2πd/L) (2πd/L), τότε η αρχική εξίσωση γίνεται: g L 2 d C d gd (ρηχά νερά) (1.5) 2 L Όπως βλέπουμε στα βαθιά νερά η φασική ταχύτητα εξαρτάται αποκλειστικά από τη περίοδο των κυμάτων, ενώ στα ρηχά νερά αποκλειστικά από το βάθος της θάλασσας. Οι παραπάνω (φασικές) ταχύτητες αναφέρονται σε μια (βασική) κυματική συνιστώσα, ενώ ο φυσικός κυματισμός συνίσταται από περισσότερες της μιας συνιστώσες, που συνδυαμορφώνουν μια ομαδική ταχύτητα (group velocity) του κυματισμού (C g ), η οποία συνδέεται με την φασική ταχύτητα του βασικού κύματος (C) με την σχέση: C g n C (1.6) όταν, η ποσότητα (n) δίνεται από την σχέση: 1 4 d / L n 1 2 sinh( 4 d / L ) (1.7) Το (n) στα βαθειά νερά είναι ίσο με 1/2, στα ρηχά νερά n=1, ενώ στα ενδιάμεσα δίνεται από την παραπάνω εξίσωση. Έτσι στα μεν βαθειά νερά η C g =C/2, στα δε ρηχά νερά C g =C, ενώ για τα ενδιάμεσα νερά η C g δίνεται από τις σχέσεις (1.6) και (1.7). Η κυκλική ταχύτητα (u) των σωματιδίων του νερού κάτω από την επιφάνεια του κύματος και ιδιαίτερα η οριζόντια συνιστώσα της (u m ) φθάνει σε ένα μέγιστο ακριβώς κάτω από τη κορυφή για ένα κύμα που κινείται προς την ακτή και κάτω από τη κοιλία αν κατευθύνεται προς την ανοικτή θάλασσα. Η τιμή της ανάλογα με το βάθος διάδοσης του κυματισμού είναι: Do um (βαθειά νερά) (1.8) T όπου, (D o ): η κυκλική διάμετρος και (Τ): η περίοδος του κύματος u m (νερά ενδιάμεσου βάθους) (1.9) T sinh( π d / L) όπου, (Η): το ύψος κύματος, (d): το βάθος νερού, (L): το μήκος κύματος, και (sinh): το υπερβολικό ημίτονο, και 0,5 u H C H g m 2d 2 (ρηχά νερά) (1.10) d όπου, (C): η φασική ταχύτητα του κύματος, (g): η επιτάχυνση της βαρύτητας, (d): το βάθος νερού, και (L): το μήκος κύματος Η συνολική ενέργεια (Ε) των κυμάτων που είναι το άθροισμα της δυναμικής (λόγω της μετατόπισης της θαλάσσιας επιφάνειας από τη μέση στάθμη της) και της κινητικής (λόγω της κυκλικής κίνησης των σωματιδίων του νερού), ανά μονάδα επιφανείας δίδεται δε από την εξίσωση: 2 2 E 1 g H Joule / 8 m (1.11) όπου, (ρ): η πυκνότητα του νερού (kg/m 3 ), (g): η σταθερά της βαρύτητας 9,81m/s 2 ), και (H): το ύψος του κύματος (m). 9

12 Επίσης, το τελικό ύψος του κύματος σε μια ταραγμένη θάλασσα είναι δύσκολο να υπολογισθεί με ακρίβεια γι αυτό στους διάφορους υπολογισμούς χρησιμοποιούμε το σημαντικό ύψος κύματος (Η 1/3 significant wave height) που εκφράζει το μέσο όρο του 1/3 των υψηλότερων κυμάτων του συνολικού φάσματος των κυμάτων. Στην δε περίπτωση της παράλιας ζώνης και εφόσον τα κύματα σπάνε, τότε ως ύψος κύματος χρησιμοποιούμε αυτό που μετρούμε κατά το σπάσιμο τους (H b ). Όπως προκύπτει από την παραπάνω εξίσωση, η κυματική ενέργεια είναι ανεξάρτητη από τα βασικά χαρακτηριστικά του κύματος εξαρτώμενη αποκλειστικά από το ύψος του. Η ισχύς (Ρ) του κύματος ανά μονάδα μήκους κορυφής του κύματος, που ουσιαστικά αντιπροσωπεύει την διάδοση της κυματικής ενέργειας στη μονάδα του χρόνου, δίνεται από την σχέση: P ECg Watt / m (1.12) όπου, (Ε): η κυματική ενέργεια και (C g ): η ομαδική ταχύτητα του κυματισμού. Έτσι, ανάλογα με το βάθος του νερού διάδοσης του κύματος η ισχύς (Ρ) διαμορφώνεται με βάση την εξίσωση: P n EC o (1.13) Με βάση τις τιμές της ποσότητας (n) που δίνονται από την εξίσωση (1.6) η ισχύς (Ρ) διαμορφώνεται ως εξής: P 1 E C 2 o (βαθειά νερά) και P E Cd (ρηχά νερά) Διάδοση των κυμάτων σε ενδιάμεσα και ρηχά νερά Τα χαρακτηριστικά των κυμάτων, όπως αυτά έχουν ήδη διαμορφωθεί σε συνθήκες βαθειών νερών, καθώς προσεγγίζουν στην ακτογραμμή και κινούνται σε ολοένα και μικρότερα βάθη μεταβάλλονται ως εξής: η ταχύτητα και το μήκος των μειώνεται, το ύψος των αυξάνει, ενώ η περίοδος παραμένει αμετάβλητη (Σχήμα 1.4). Θραύσης των κυμάτων (breaking waves) Τα κύματα καθώς πλησιάζουν στην ακτογραμμή κινούνται σε ολοένα και ρηχότερα νερά, τότε, λόγω της συνεχούς αυξανόμενης κλίσης τους (Η/L) σε κάποιο σημείο όπου η ταχύτητα της κορυφής των κυμάτων ξεπερνά την ομαδική ταχύτητα, τα κύματα θραύονται, προσδιορίζοντας έτσι τη ζώνη θραύσης (breaking zone) όπου έχουμε την ανάπτυξη ενός παράλληλου στην ακτογραμμή υποθαλάσσιου αναβαθμού (bar) συνοδευόμενου από βύθισμα (troughs). Καθώς όμως ο προσδιορισμός της ταχύτητας του νερού στην κορυφή είναι πολύ δύσκολο να προσδιοριστεί, ως το πλέον διαδεδομένο κριτήριο για το σπάσιμο των κυμάτων, χρησιμοποιείται ο συντελεστής (γ) που συσχετίζει το ύψος των κυμάτων την στιγμή που σπάνε (Η b ) με το βάθος του νερού στο οποίο σπάνε: b 0,78 (1.14) d b 10

13 Σχήμα 1.4 Γραφική απεικόνιση της μεταβολής των χαρακτηριστικών των κυμάτων κατά την διάδοσή των σε ενδιάμεσα και ρηχά νερά Μετρήσεις υπαίθρου έδειξαν, ότι η παράμετρος γ κυμαίνεται μεταξύ 0,4 και 1,3, ενώ όσον αφορά το ύψος του κύματος τη στιγμή που αρχίζει να σπάει (Η b ) έχει πειραματικά δειχθεί ότι μπορεί να φθάνει ακόμη και σε διπλάσιο μέγεθος του αρχικού ύψους κύματος (Η ο ). Οι Komar και Gaughan (1972) έχουν συσχετίσει τα δύο αυτά μεγέθη με το αρχικό μήκος του κύματος (L 0 ), θεωρώντας αμελητέα την επίδραση του φαινομένου της διάθλασης, μέσω της σχέσης: b 0,563 (1.15) H L 0, Είδη κυμάτων θραύσης (breakers) / (α) Τα κύματα διασκόρπισης (spilling breakers) που διασπείρονται με πολύ αφρό που δημιουργείται λόγω της αναταραχής που δημιουργείται όταν η κορυφή των ξεπερνά σε ταχύτητα το κύριο σώμα τους καλύπτοντας προοδευτικά το μέτωπο του κύματος. Συνήθως 0 11

14 τέτοιου είδους κυματισμό συναντάμε σε ακτές με μικρές κλίσεις (<3 0 ) κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας όπου τα κύματα είναι απότομα (μικρού μήκους και μεγάλου ύψους). (β) Τα κύματα κατάδυσης (plunging breakers) που είναι τα πλέον θεαματικά καθώς η κορυφή ξεπερνώντας κατά πολύ την ομαδική ταχύτητα του υπόλοιπου κύματος, λίγο πριν σπάσει, παρουσιάζει μια τοξοειδή δομή με κοίλο μέτωπο και κυρτή την πίσω πλευρά. Τη στιγμή του σπασίματος η κορυφή του πέφτει (καταδύεται) με μεγάλη δύναμη καταναλώνοντας έτσι τη περισσότερη ενέργεια του κύματος. Τέτοια κύματα οφείλονται σε μακρινές καταιγίδες και σχετίζονται με ακτές μικρής σχετικά κλίσης ( ). (γ) Τα κύματα κατάρρευσης (collapsing breakers) που είναι παρόμοια με τα κύματα κατάδυσης, με τη διαφορά ότι η κορυφή τους στη ζώνη σπασίματος δεν ξεπερνά το κύριο σώμα του κύματος, που οδηγεί σε μια καθολική κατάρρευση (με αφρό) του μετώπου. Τέτοια κύματα δημιουργούνται από μέτριους ανέμους και τα συναντάμε σε ακτές με σχετικά απότομες κλίσεις ( ). (δ) Τα κύματα διόγκωσης (surging breakers) που είναι ομαλά κύματα (μικρής κλίσης), μακρινής προέλευσης και που ουσιαστικά διογκούνται χωρίς ουσιαστικά να σπάνε (σχηματίζουν λίγο αφρό) καθώς η κορυφή τους δεν προλαβαίνει να υπερβεί την βάση λόγω της μεγάλης κλίσης του πυθμένα (>15 0 ). Στο Σχήμα 1.5 δίνεται μια σχηματική απεικόνιση της κατάταξης των διαφόρων τύπων κυμάτων θραύσης σε σχέση με την παράμετρο (γ) και τη κλίση του μετώπου του αιγιαλού (β). Μία άλλη παράμετρος (B) που σχετίζεται με το είδος (τη μορφή) που έχουν τα κύματα θραύσης σε αιγιαλούς με διαφορετικές κλίσεις του πυθμένα (β), δίνεται από τη σχέση: H B b 2 g ( ) T (1.16) όπου, (Η b ):το ύψος του κύματος τη στιγμή που αρχίζει να σπάει, (g): η επιτάχυνση της βαρύτητας, (β): η κλίση ( 0 ) του πυθμένα και (Τ): η περίοδος του κύματος. Με βάση λοιπόν τις τιμές της παραμέτρου Β έχουμε και τα αντίστοιχα είδη των κυμάτων θραύσης: Β<0,64 διασκόρπισης 0,64<Β<5 κατάδυσης Β>5 διόγκωσης. 12

15 Σχήμα 1.5 Τύποι των κυμάτων θραύσης, όπως διαμορφώνονται βάσει της σχέσης ύψους (Η) προς βάθος (d) και της κλίσης (β) του μετώπου του αιγιαλού. Ανάκλαση (refraction) των κυμάτων (κεκλιμένες επιφάνειες πυθμένα ή πρανών) Το ποσόν της κυματικής ενέργειας που ανακλάται από τον κεκλιμένο πυθμένα μιας παραλίας ή το πρανές μιας ανθρώπινης κατασκευής (π.χ. κυματοθραύστης) εξαρτάται από την κλίση, την τραχύτητα και την περατότητα της κεκλιμένης επιφάνειας, όπως επίσης και από την κλίση (Η i /L) και την γωνία πρόσπτωσης (θ) του προσπίπτοντος κυματισμού (Σχήμα 1.6). Η δε μερική ανάκλαση δίνεται από τον συντελεστή ανάκλασης (K N ) που εκφράζει τον λόγο του ύψους του ανακλώμενου (Η r ) προς το ύψος του προσπίπτοντα (Ηi) κυματισμού: H r KN (1.17) H i Σχήμα 1.6 Σχηματική απεικόνιση της ανάκλασης κυματισμού σε κεκλιμένο πυθμένα. Πρακτικά, ο συντελεστής ανάκλασης (K N ) βρίσκεται από το γράφημα του Σχήματος -1 (Παράρτημα Ι), όπου παρουσιάζεται ως συνάρτηση της παραμέτρου ξ που δίνεται από τον τύπο: 13

16 1 (1.18) i ( ) L o Διάθλαση των κυμάτων (wave refraction) Τα κύματα σπάνια προσεγγίζουν έχοντας τις γραμμές των κορυφών τους παράλληλες με τις ισοβαθείς καμπύλες ή την ακτογραμμή. Η διάθλαση των κυμάτων είναι η διαδικασία εκείνη κατά την οποία καθώς τα κύματα διαδίδονται σε ενδιάμεσα και συνεχώς ρηχότερα νερά, οι γραμμές κορυφής των να τείνουν να γίνουν παράλληλες με τις ισοβαθείς πάνω από τις οποίες περνούν και τελικά με την ακτογραμμή. Στο Σχήμα 1.7.α βλέπουμε τις κορυφές των κυμάτων (s 1, s 2 ) να σχηματίζουν γωνία (α 1 και α 2 ) με τις ισοβαθείς (d 1, d 2 ) αντίστοιχα. Από δε την σχέση των δύο ορθογώνιων τριγώνων η γωνία α 2 ισούται (νόμος του Snell): C2 ( a2) ( 1) (1.19) C 1 Για να κατανοήσουμε καλύτερα τη συμπεριφορά των κυμάτων που πλησιάζουν την ακτή, εξετάζουμε τη συμπεριφορά της ροής της μέσης ισχύος ( ) που εσωκλείεται μεταξύ των διαδοχικών ορθογωνίων που ορίζονται από τις κορυφές και τις κάθετες σε αυτές ακτίνες των κυμάτων. Έτσι, η μεταβολή της 'μέσης' ισχύος Ρ 1 και P 2 περιγράφεται από την ισότητα: n1e1c 1b1 n2e2c2b2 n1h C 1 1b1 n2h2c2b2 από όπου προκύπτει ότι: H 2 n1c 1 b1 K K S R (1.20) H n C b όπου K S και K R είναι οι συντελεστές ρήχωσης (shoaling coefficient) και διάθλασης (refraction coefficient), αντιστοίχως: b b K R (1.21) n C n C 1 1 K S (1.22) 2 2 Οι δε τιμές του K R για διάφορες τιμές της κλίσης του πυθμένα και της περιόδου των κυμάτων δίνονται στο νομογράφημα του Σχήματος -2 (Παράρτημα Ι) Στην περίπτωση δε, όπου το φαινόμενο της διάθλασης λαμβάνει χώρα σε καθεστώς ρηχών νερών (d<l/20), τότε με βάση της εξισώσεις (1.5) και (1.7) ο συντελεστής ρήχωσης (K S ) δίνεται από την σχέση: gd 1 1 K S (1.23) gd 2 d d 2 14

17 Σχήμα 1.7 (α) Επίπεδη απεικόνιση της σχέσης μεταξύ της γωνίας (α i ) προσέγγισης του κύματος και των ισοβαθών καμπυλών (d i ) και του μήκους της κορυφής (s i ) του κύματος που οριοθετείται μεταξύ δύο διαδοχικών ακτίνων. (β) Σχηματική απεικόνιση της σύγκλισης και απόκλισης των κυμάτων λόγω διάθλασης. Ακόμη, στο Σχήμα 1.7.β δίνεται σχηματικά η σύγκλιση και η απόκλιση που υφίστανται τα κύματα, καθώς διαδίδονται πάνω από ανυψώσεις και βυθίσματα του θαλάσσιου πυθμένα, αντίστοιχα. Περίθλαση των κυμάτων (wave diffraction) Λόγω του φαινομένου της περίθλασης έχουμε την παρουσία κυμάτων πίσω από εμπόδια που παρεμβάλλονται στην διεύθυνση διάδοσής των. Τα εμπόδια αυτά μπορεί να 15

18 είναι φυσικά, όπως είναι τα νησιά ή ένα ακρωτήριο, είτε να είναι τεχνητά, όπως στη περίπτωση ενός κυματοθραύστη (παράλληλου στην ακτογραμμή). Κατά τη περίθλαση των κυμάτων η μεταφορά ενέργειας γίνεται πλαγίως κατά μήκος της κορυφής του κύματος και εγκαρσίως των ορθογωνίων. Στην δε περίπτωση όπου αυτή η πλευρική διάδοση της ενέργειας δεν συμβαίνει, τότε ευθύγραμμες κορυφογραμμές κυμάτων περνούν από το άκρο του εμποδίου, δημιουργώντας πίσω από αυτό μια ζώνη με απόλυτη ηρεμία (πλήρη "σκιά" κυματισμών) (Σχήμα 1.8). Στην περίπτωση ενός ημιαπείρου εμποδίου το κυματικό πεδίο στην περιοχή σκιάς το ύψος του περιθλώμενου κυματισμού σε ένα σημείο Α (Η A ) υπολογίζεται, ως ποσοστό του ύψους κύματος πριν την περίθλαση (Η i ) επί τον συντελεστή περίθλασης K D ( H H K ), όταν ο συντελεστής περίθλασης προκύπτει από την συνάρτηση A i D K D = (θ, β, r/l) (1.24) όπου, (θ): η γωνία πρόσπτωσης, (β): η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ του εμποδίου και της ακτίνας που ενώνει το άκρο του εμποδίου με το τυχόν σημείο (A), στο οποίο αναφέρεται και ο υπολογισμός, (r): η απόσταση από το άκρο του εμποδίου μέχρι το σημείο (Α) και (L): το μήκος κύματος. Για τον υπολογισμό του K D χρησιμοποιείται ο πίνακας τιμών του Wiegel (Πίνακας -1, Παράρτημα Ι). Σχήμα 1.8 Περίθλαση των κυμάτων στην περίπτωση ενός ημιαπείρου εμποδίου. Στις δε περιπτώσεις εμποδίων με πεπερασμένο μήκος (π.χ. κυματοθραύστης παράλληλος της ακτογραμμής) η παραπάνω διαδικασία εφαρμόζεται στα δύο άκρα του εμποδίου (π.χ. Α (αριστερό άκρο) και Δ (δεξιό άκρο), αλλά για σημεία που απέχουν από τον κυματοθραύστη απόσταση >2 L. Στην περίπτωση αυτή ο σύνθετος συντελεστής περίθλασης ( K ) δίνεται από την σχέση: D K K K 2 K K ( ) (1.25) D DA όπου Κ DA και Κ DΒ είναι οι συντελεστές περίθλασης στο αριστερό και δεξιό άκρο του εμποδίου, αντίστοιχα, και (φ) είναι η γωνία φάσης των κυματισμών. Για δε φ=0 0 (συνάντηση A DA D 16

19 2 κοιλιών ή 2 κορυφών) έχουμε άθροιση των Κ DA, Κ DΒ, ενώ για φ=180 0 (συνάντηση κοιλίας με κορυφή) έχουμε την αφαίρεση των. Τέλος στην περίπτωση της περίθλασης διαμέσου ανοίγματος (πλάτους β) μεταξύ δύο εμποδίων είναι δυνατός ο ανεξάρτητος υπολογισμός του Κ D για καθένα από τα απέναντι άκρα των δύο εμποδίων, όταν β>5 L ΡΕΥΜΑΤΑ (κυματικής προέλευσης) Η συνεχής προσέλευση και θραύση των κυμάτων στην παράλια ζώνη έχει ως αποτέλεσμα την συσσώρευση μάζας νερού που «παγιδεύεται» στην ζώνη της κυματωγής. Η εκτόνωση της παγιδευμένης μάζας νερού επιτυγχάνεται μέσω ρευμάτων που ανάλογα με την γωνία προσέλευσης των κυματισμών, την μορφομετρία της ακτογραμμής και του υποθαλάσσιου ανάγλυφου, κινούνται είτε κατά μήκος της ακτογραμμής (επίμηκες παράκτιο ρεύμα, (longshore currents)) ή με κατεύθυνση προς την ανοικτή θάλασσα (ρεύματα διαφυγής, (rip-currents)) (Σχήμα 1.9). Έτσι στην περίπτωση όπου η προσέλευση των κυμάτων γίνεται κάθετα ή σχεδόν κάθετα προς την ακτογραμμή τότε αναπτύσσεται ένα σύστημα από επιμήκη παράκτια ρεύματα και ρεύματα διαφυγής διαμορφώνοντας μια κλειστού τύπου κυκλοφορία (cell circulation). Στην περίπτωση δε όπου τα κύματα προσεγγίζουν υπό γωνία (α b : η γωνία που σχηματίζουν οι γραμμές κορυφών των κυμάτων με την ακτογραμμή) τότε η κυκλοφορία διεξάγεται μέσω της δράσης των επιμήκων παράκτιων ρευμάτων που ουσιαστικά δρουν μπροστά από την ζώνη θραύσης και μέσα στην ζώνη της κυματωγής. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των επιμήκων κυμάτων που κινούνται κατά μήκος της ακτογραμμής εξαρτώνται βασικά από την γωνία προσέγγισης των κυμάτων, ενώ των ρευμάτων διαφυγής κυρίως από την ανύψωση της θαλάσσιας στάθμης, λόγω της συσσώρευσης θαλάσσιας μάζας Οι ταχύτητες των επιμήκων παράκτιων ρευμάτων κυμαίνονται από μερικές δεκάδες εκατοστά ανά δευτερόλεπτο μέχρι και το 1m/s, ενώ τα ρεύματα διαφυγής (που έχουν μικρό πλάτος) συνήθως έχουν ταχύτητες >50 cm/s, ξεπερνώντας συχνά και τα 2 m/s. Μάλιστα τα ρεύματα διαφυγής έχουν ως αφετηρία την ζώνη της κυματωγής διασχίζουν την ζώνη θραύσης για να εξασθενήσουν απότομα μόλις την ξεπεράσουν. Η μέση ταχύτητα v ) του επιμήκους παράκτιου ρεύματος (στο μέσον της ζώνης ( l κυματωγής), δίνεται από την εξίσωση του Komar (1984): v g (1.26) l H bs b όπου, (Η bs ): το σημαντικό ύψος των κυμάτων κατά την θραύση των, (α b ): η γωνία μεταξύ της γραμμής κορυφής και της ισοβαθούς στην ζώνη θραύσης και (g): η επιτάχυνση της βαρύτητας. b 17

20 Σχήμα 1.9 Ρεύματα στην παράλια ζώνη για διαφορετικές τιμές της γωνίας (α b ) που σχηματίζουν οι γραμμές κορυφής των κυμάτων με τις ισοβαθείς στην ζώνη θραύσης. 18

21 1.3. Η ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ Ο ευρύτερος χώρος της παράκτιας ζώνης είναι η περιοχή όπου κατεξοχήν έχουμε μετακίνηση των ιζημάτων που συνδυάζεται κατά περίπτωση με φαινόμενα διάβρωσης και απόθεσης τόσο του θαλάσσιου πυθμένα, όσο και κατά μήκος της ακτογραμμής, Γενικά χαρακτηριστικά της ροής νερού πάνω από τον πυθμένα Η κύρια αιτία που αναδεύει και μεταφέρει τα ιζήματα είναι η τάση που αναπτύσσεται από το κινούμενο νερό (κύματα, ρεύματα) πάνω στο πυθμένα όπου βρίσκονται οι κόκκοι των ιζημάτων. Η δύναμη αυτή εξαρτάται από δύο κύριους παράγοντες: την ταχύτητα και το ιξώδες του ρευστού (νερού) που κινείται πάνω από το πυθμένα. Έτσι, ένα αργά κινούμενο παχύρρευστο ρευστό ασκεί μεγαλύτερη επιφανειακή τάση στον πυθμένα, από ένα ρευστό μεγαλύτερης ταχύτητας αλλά μικρότερου ιξώδους. Σε ένα ρευστό που κινείται διακρίνουμε δύο κύρια είδη ροής: (α) τη γραμμική ροή (laminar flow) στην οποία τα επί μέρους στρώματα του ρευστού κινούνται παράλληλα αλλήλων, και (β) τη τυρβώδη ροή (turbulent flow), όπου τα σωματίδια του νερού κινούνται σε τυχαίους στροβίλους (π.χ. όταν ρευστό χαμηλού ιξώδους ξεπεράσει μια κριτική ταχύτητα). Ο δε καθορισμός του πότε μια ροή είναι γραμμική ή γίνεται τυρβώδης, δίνεται από τον αριθμό του Reynolds: Re u d / (1.27) όπου, (ρ): η πυκνότητα του ρευστού, ( u ): η μέση ταχύτητα του ρευστού, (d): το βάθος του νερού, και (μ): το ιξώδες του ρευστού. Με βάση λοιπόν τις τιμές του αριθμού Reynolds η κατάσταση της ροής διακρίνεται σε: γραμμική (Re<500), μεταβατική (500<Re<2000) και τυρβώδη (Re>2000) (Σχήμα 1.10). Καθώς το νερό κινείται πάνω από τον πυθμένα, το τμήμα του που έρχεται σε επαφή με το πυθμένα έχει ταχύτητα περίπου ίση με το μηδέν η οποία αυξάνει σταδιακά προς τα πάνω μέσα στα διαδοχικά στρώματα του νερού. Το σχετικά λεπτό στρώμα του νερού, με κάτω όριο τον πυθμένα όπου η ταχύτητα είναι μηδενική και πάνω όριο το στρώμα εκείνο του ρευστού, όπου η ταχύτητα του δεν αυξάνει περαιτέρω, λέγεται οριακό στρώμα (boundary layer). Η δε ταχύτητα του ρεύματος κοντά στον πυθμένα, τόσο στην περίπτωση της γραμμικής, όσο και στην τυρβώδους ροής, αυξάνεται εκθετικά από τον πυθμένα. Ειδικά στην περίπτωση της τυρβώδους ροής αναπτύσσεται στη βάση του οριακού στρώματος και ένα πολύ μικρού εύρους ιξώδες υπόστρωμα γραμμικής ροής (viscous sub-layer). Οριακό στρώμα πάνω από τον πυθμένα δημιουργείται και στην περίπτωση των κυμάτων. Έτσι, το κυματικό οριακό στρώμα (wave boundary layer) είναι ένα στρώμα νερού μικρού εύρους (δ) που αναπτύσσεται μεταξύ του πυθμένα και εκείνου του στρώματος όπου η κυκλική ταχύτητα του κύματος λαμβάνει την μέγιστη τιμή της. Το δε πάχος του οριακού στρώματος είναι πολύ μικρό (1-10 cm) για κύματα περιόδου (Τ) 12 sec. 19

22 Σχήμα 1.10 Τα χαρακτηριστικά της ροής μέσα στο οριακό στρώμα του πυθμένα για γραμμική ροή (laminar flow) και τυρβώδη ροή(turbulent flow) Διατμητική τάση των ρευμάτων πάνω στο πυθμένα Μέσα στο οριακό στρώμα του πυθμένα η αντίσταση που προβάλει ο πυθμένας στη κίνηση του νερού έχει ως αποτέλεσμα, την άσκηση μιας αντίθετης δύναμης που ασκείται από το ρευστό στον πυθμένα, γνωστή σαν τάση τριβής (shear stress, τ ο ). Η τάση τριβής που εξασκεί το ρεύμα στον πυθμένα σχετίζεται με το ιξώδες του ρευστού (μ) και τη κατακόρυφη κατανομή της ταχύτητας (u) μέσα στο οριακό στρώμα και που δίνεται από τη σχέση: du (γραμμική ροή) (1.28) dz du ( ) (τυρβώδης ροή) (1.29) dz όπου, (τ ο ): η τάση τριβής στον πυθμένα, (μ): το μοριακό ιξώδες του ρευστού (για το νερό περίπου 0,001 Ns/m), (du/dz): η σταδιακή αύξηση της ταχύτητας όσο αυξάνει η απόσταση από τον πυθμένα, (ν): το τυρβώδες ιξώδες που οφείλεται στην ανάδευση (N: Newton, s: second, m: metre). Ακόμη, η τάση τριβής εκφράζεται και ως ταχύτητα τριβής (u, shear velocity) που έχει * μονάδες ταχύτητας και ισούται με: u / (1.30) * 0 Στην πράξη, η διατμητική τάση που εξασκείται στον πυθμένα στην περίπτωση των ρευμάτων υπολογίζεται από την σχέση των Wimbush & Munk (1971) και Wright et al.(1992): 2 ( z) u ( ) (1.31) 0 C D 0 z όπου, (ρ): η πυκνότητα του θαλασσινού νερού (~1025 kg/m 3 ) και (C D (z): ο συντελεστής σύρσης που δίνεται από την σχέση: C ( z) / ln( z / z ) D o 2 (1.32) 20

23 όπου, (κ): η σταθερά του von Karman ( 0.41) και (z 0 ): το μήκος (εύρος) της υδραυλικής ανωμαλίας, που συνδέεται με την πρακτική τραχύτητα του πυθμένα (k s ) με την σχέση z 0=k s/30 (Wright 1989). Στην περίπτωση δε ενός θεωρητικά επίπεδου πυθμένα που συνίσταται από μή-συνεκτικά ιζήματα η k s αντιπροσωπεύει την κοκκομετρική διάμετρο, γνωστή ως τραχύτητα Nikuradse. Στην περίπτωση αυτή ο συντελεστής σύρσης C D (z) υπολογιζόμενος σε απόσταση ενός μέτρου από τον πυθμένα (z=1 m) ισούται με ( ) και ( ) για αμμώδη και πηλώδη πυθμένα, αντίστοιχα. Στο φυσικό όμως περιβάλλον η τραχύτητα του πυθμένα είναι πολύ μεγαλύτερη (της τάξης αρκετών εκατοστών, λόγω των ιζηματομορφών π.χ. αμμορυτίδες) αλλά και λόγω της βενθικής (βιολογικής) δραστηριότητας. Στην περίπτωση της διατμητικής τάσης που εξασκούν τα κύματα δια της ταλάντωσής των στον πυθμένα, αυτή για ένα πλήρη κυματικό κύκλο δίνεται από την σχέση: 2 1 f U 2 w (1.33) όπου, U δ : η ταχύτητα της ροής ακριβώς από το οριακό στρώμα του πυθμένα και (f w ) ο συντελεστής τριβών, που δίνεται από την σχέση: 0,914 f W exp 5,2 6 (1.34) ks όπου (Ξ): το πλάτος τροχιάς των μορίων του νερού ακριβώς πάνω από το οριακό στρώμα του πυθμένα και που δίνεται από την σχέση: T U (1.35) 2 Ο συντελεστής τριβών (f w ) έχει ως ανώτατη τιμή (f w ) max =0,3, ενώ στην περίπτωση επίπεδου αμμώδη πυθμένα κυμαίνεται μεταξύ 0,02 και 0, Κατώφλι κίνησης των ιζημάτων Τα ιζήματα του πυθμένα κάτω από την επίδραση των ρευμάτων και των κυμάτων (ή και των δυο μαζί) αποσταθεροποιούνται, οπότε αρχίζει και η μετακίνηση των κόκκων των. Ο μηχανισμός δε που προκαλεί την κίνηση των κόκκων είναι πολύπλοκος και όχι απόλυτα γνωστός στην συνολική του μορφή, καθώς σε κάθε κόκκο της επιφάνειας του πυθμένα ασκούνται ορθές και διατμητικές τάσεις από την κίνηση του νερού, ανωστικές δυνάμεις λόγω της υποβρύχιας θέσης του ταυτόχρονα με υδροστατικές πιέσεις από την υπερκείμενη στήλη του νερού, υδροδυναμικές υποπιέσεις, λόγω διήθησης του νερού (μεταξύ γειτονικών κόκκων (πορώδες)), δυνάμεις από πρόσκρουση σε άλλους κόκκους αλλά και δυνάμεις από αντίδραση στήριξης σε άλλους κόκκους και φυσικά την δύναμη της βαρύτητας, ενώ τις περισσότερες φορές σημαντικό ρόλο παίζει και ο βιολογικός παράγων. Το αν θα μετακινηθεί ένας κόκκος ιζήματος διαμέτρου (D), που βρίσκεται πάνω σε ένα μη συνεκτικό πυθμένα, εξαρτάται ουσιαστικά από την ισορροπία μεταξύ των ροπών των δυνάμεων που ασκούνται στην μάζα του κόκκου, λόγω βαρύτητας (F G ) και των δυνάμεων που ασκούνται από το ρευστό (F D ) με κύριο εκφραστή την επιφανειακή τάση (Σχήμα 1.11), 21

24 F G ( ) d d (1.36) 1 FD ( ) όπου: οι δυνάμεις F G και F D δίνονται από τους παρακάτω τύπους, (α) είναι η γωνία μεταξύ της διεύθυνσης της ευκολότερης μετακίνησης και της οριζοντίου στο σημείο του άξονα περιστροφής (pivot) και d 1 και d 2 οι αποστάσεις των δυνάμεων από αυτόν 3 F 1 g 6 D G (1.37) 2 0 D / D N F D 2 2 (1.38) όπου, (D): η διάμετρος των κόκκων, (σ): η πυκνότητα τους, (ρ): η πυκνότητα του ρευστού, (Ν): ο αριθμός των κόκκων ανά μονάδα επιφανείας του πυθμένα που εκτίθενται στην επιφανειακή τάση (τ 0 ). Σχήμα 1.11 Ισορροπία δυνάμεων που ασκούνται σε έναν σφαιρικό κόκκο που αποτελεί μέρος ενός ομοιόμορφου κοκκομετρικά πυθμένα λόγω του βάρους του (F G ) και της υπερκείμενης ροής (F D ). Ο κόκκος αρχίζει να μετακινείται ως προς το σημείο P (Σχήμα 1.11) όταν F D F G, οπότε η τιμή της κριτικής διατμητικής τάσης προκύπτει θεωρητικά από την εξίσωση: 1 2 g D c D N ( ) (1.39) 6 Ο προσδιορισμός όμως της κριτικής επιφανειακής τάσης απαιτεί μια σειρά από εργαστηριακές αναλύσεις και μετρήσεις που πρακτικά και ιδιαίτερα στο φυσικό περιβάλλον είναι σχεδόν αδύνατες. Για τον λόγο αυτό, στην πράξη, χρησιμοποιούνται γραφήματα που συσχετίζουν (ημιεμπειρικά) διάφορες παραμέτρους του ρευστού όπως είναι η ταχύτητά του σε απόσταση 100 cm από τον πυθμένα u με την 100 u, ή την κριτική ταχύτητα τριβής κοκκομετρική του σύσταση, μεταξύ των οποίων η πλέον διαδεδομένη είναι η σταθερά συσχέτισης του Shields (θ) που δίνεται από την εξίσωση: o (1.40) ( ) g D όπου, (D): η διάμετρος των κόκκων, (σ) και (ρ) είναι αντίστοιχα η πυκνότητα του κόκκου και του νερού ενώ η τιμή της διατμητικής τάσης δίνεται από τις αντίστοιχες εξισώσεις για τα ρεύματα (31) και τα κύματα (33). 0 22

25 Όπως βλέπουμε στο Σχήμα 1.12, η μετακίνηση των ιζημάτων μπορεί να γίνει, είτε με αιώρηση, οπότε ομιλούμε για αιωρούμενο φορτίο (suspended load), είτε μέσω κύλισης ή/και αναπήδησης σχετικά με τον πυθμένα, οπότε έχουμε να κάνουμε με φορτίο πυθμένα (bed load). Αν τέλος η κίνηση του νερού είναι χαμηλή τότε ευνοούνται οι συνθήκες απόθεσης (depositon) των ιζημάτων. Σχήμα 1.12 Σχηματική απεικόνιση της σχέσης μεταξύ της διαμέτρου των κόκκων και της σταθεράς του Shields (θ). Η δε τελική ταχύτητα καθίζησης (w s ) φυσικών (όχι σφαιρικών) σωματιδίων ιζήματος για τις επιμέρους τάξεις μεγέθους (δ) δίνεται από τις εξισώσεις (Rijn, 1992): w S w S 2 1 D g 1 D 100 μm (1.41) ,5 10 0,01g D d v w S 1,1 g D 0,5 100<D<1000 μm (1.42) D 1000 μm (1.43) όπου (σ): το ειδικό βάρος των κόκκων ( 2650 kg/m 3 ), (ρ): η πυκνότητα του θαλασσινού νερού ( 1025 kg/m 3 ), (g): η επιτάχυνση της βαρύτητας (9,81 m/s 2 ), (D): η διάμετρος των κόκκων (μm), (v): το κινηματικό ιξώδες του θαλασσινού νερού ( 1x10-6 m 2 /s). 23

26 1.3.4 Ποσοτικός προσδιορισμός του μετακινούμενου ιζήματος στην παράλια ζώνη Μεταφορά παράλληλη στην ακτογραμμή Ο όγκος των ιζημάτων (Q l ) που μεταφέρονται από την παράλληλη προς την ακτογραμμή συνιστώσα της συνολικής προσπίπτουσας ροής κυματικής ενέργειας (P L ), για το σύνολο της ζώνης θραύσης δίνεται από την εξίσωση (Komar, 1998): l H b 2 Q 1,1 g ( ) ( ) (m 3 /ημέρα) (1.44) όπου (ρ): η πυκνότητα του νερού, (g): η επιτάχυνση της βαρύτητας, (Η b ): το ύψος του κύματος την στιγμή που σπάει, και (α b ): η γωνία που σχηματίζει η γραμμή της κορυφής των κυμάτων με την ισοβαθή στην ζώνη θραύσης. Στην δε περίπτωση όπου το ύψος θραύσης των κυμάτων (Η b ) λαμβάνεται το σημαντικό ύψος μιας κυματοσειράς τότε αντί του συντελεστή (1,1) στην εξίσωση (1.43) λαμβάνεται ο συντελεστής (0,46). Στον υπολογισμό δε της στερεομεταφοράς πρέπει να σημειωθεί ότι αυτή αφορά την δυνητική ικανότητα μεταφοράς των ιζημάτων ενώ συχνά οι πραγματικές τιμές μπορεί να αποκλίνουν έως και 50%. Για τον λόγο αυτό οι τιμές που υπολογίζονται θα πρέπει να συνοδεύονται και από μετρήσεις πεδίου, συχνά διαεποχιακές ειδάλλως να χρησιμοποιούνται ως ενδεικτικές για την φορά μεταφοράς και την τάξη μεγέθους του όγκου των μεταφερόμενων ιζημάτων. Στη περίπτωση της παράκτιας μετακίνησης των ιζημάτων ο Komar υποστηρίζει ότι το 75% συνίσταται από φορτίο πυθμένα. Οι Walton και Chui (1979) έδωσαν τη παρακάτω σχέση που συνδέει το φορτίο πυθμένα (bed load) με το αιωρούμενο φορτίο (suspended load): ί έ ύ ί b w b b S b 9,4 (1.45) όπου (β b ): η κλίση της ακτής στη ζώνη θραύσης των κυμάτων, (Η b ): το ύψος θραύσης των κυμάτων και (w s ): η ταχύτητα καθίζησης που δίνεται από τις εξισώσεις (1.41, 1.42 και 1.43). Έτσι, συνθήκες με κύματα μεγάλου ύψους που σπάνε σε ακτή με μικρές κλίσεις ευνοούν την μετακίνηση σε αιώρηση, ενώ κύματα μικρότερου ύψους που σπάνε σε ακτές με μεγάλες κλίσεις ευνοούν τη μετακίνηση υπό μορφής φορτίου πυθμένα Μεταφορά κάθετα προς την ακτογραμμή H Τέλος η μετακίνηση των ιζημάτων (q v ) κάθετα στην ακτογραμμή και μέσα στη ζώνη κυματωγής (μετά το σπάσιμο των κυμάτων) δίνεται από τη σχέση (Carter, 1988): ( ) ( ) Vr q v (1.46) ( ) ( ) όπου, (εφ(φ)): η δυναμική σταθερά τριβής ( 0.6) του πυθμένα, (β): η κλίση της παραλίας και (V r ): ο λόγος της ταχύτητας του νερού προς την στεριά (U στ ) προς τη ταχύτητα του νερού που κινείται προς την θάλασσα (U θαλ ) (V r =U στ /U θαλ ). Το δε απώτατο βυθομετρικό όριο, μέχρι του οποίου λαμβάνει χώρα το μεγαλύτερο ποσοστό της μετακίνησης των ιζημάτων και που ως εκ τούτου ταυτίζεται και με την περιοχή του πυθμένα που υφίσταται τις μεγαλύτερες αλλαγές στο προφίλ του, είναι προφανές ότι έχει άμεση σχέση με ακραίες κυματικές καταστάσεις (θύελλας). Το δε μέγιστο βάθος (h c ) 2 24

27 όπου έχουμε μεταβολή του υποθαλάσσιου προφίλ (closure depth) στην περίπτωση κυμάτων θύελλας (όταν η εμφάνισή των δεν ξεπερνά τις 12 ώρες ετησίως) δίνεται από την σχέση: 2 H e h 2,28 68,5 c He (1.47) 2 g Te όπου, (H e ): το ύψος των κυμάτων θύελλας (πριν σπάσουν) και (T e ): η αντίστοιχη περίοδος των. Το εάν βρισκόμαστε σε φάση μεταφοράς ιζήματος προς την ακτογραμμή με φυσικό επακόλουθο την επέκταση του αιγιαλού (απόθεση) ή σε φάση απομάκρυνσης υλικού (διάβρωση) διερευνάται μέσω της παραμέτρου (G o ) των Sunamura & Horikawa (1971) που δίνεται από την σχέση: G o H L 2 3 0,27 o D50 ( ) (1.48) o L όπου, (Η ο/l o): η κλίση των κυμάτων στα βαθειά, (εφ(θ)): η κλίση του μετώπου της παραλίας και (D 50 ): η μέση κοκκομετρική σύσταση των ιζημάτων του πυθμένα. Έτσι, στην περίπτωση κατά την οποία G o <9 η παραλία βρίσκεται σε καθεστώς διάβρωσης, ενώ όταν G o >18 βρίσκεται σε καθεστώς απόθεσης. Τέλος, η κινητικότητα των ιζημάτων της επι-παράλιας ζώνης (backshore zone) από τα προσερχόμενα κύματα εξαρτάται από την δυνατότητα μέγιστης αναρρίχησης των κυμάτων (R), η οποία υπολογίζεται από τον τύπο του Komar (1998): o 0,5 0,5 R 0,36 g S H o T o (1.49) όπου, S η εφαπτόμενη της κλίσης της παραλίας και Ηο και Το το ύψος και η περίοδος των προσερχόμενων κυμάτων από την ανοικτή θάλασσα. 1.4 Η μορφοδυναμική των αιγιαλών (παράλιων ζωνών) Μορφολογικά χαρακτηριστικά Είδη αιγιαλών (παραλιών) Η αιγιαλίτιδα ζώνη είναι ένας ενεργός αποδέκτης της θαλάσσιας ενέργειας που κύρια σχετίζεται με την κυματική δράση και την εξαρτώμενη από αυτή παράκτια κυκλοφορία. Ως αποτέλεσμα των υδροδυναμικών συνθηκών και σύμφωνα με την θέση των ως προς την ακτογραμμή κατατάσσονται σε δύο κύριες κατηγορίες: παραλίες εφαπτόμενες της ακτογραμμής (shoreline beaches) και παραλίες μη εφαπτόμενες (αποχωριζόμενες) της ακτογραμμής (detached beaches). 25

28 Παραλίες (αιγιαλοί) εφαπτόμενες της ακτογραμμής (shoreline beaches) Οι εφαπτόμενες της ακτογραμμής παραλίες σχηματίζονται συνήθως εκεί όπου έχουμε συγκεντρώσεις παράκτιων ιζημάτων κατά μήκος μιας σταθερής ακτής. Τις εφαπτόμενες της ακτογραμμής παραλίες τις διακρίνουμε σε δύο γενικές κατηγορίες: (ι) ανοικτές παραλίες (open beaches) που δέχονται (ή και ανταλλάσσουν) ανεμπόδιστα ιζήματα τόσο πλευρικά όσο και με την ανοικτή θάλασσα, και (ιι) εγκιβωτισμένες παραλίες (pocket beaches) που είναι σχετικά απομονωμένες ως αναφορά την πλευρική τροφοδοσία τους σε ίζημα. Τέτοιου τύπου είναι οι περισσότερες παραλίες που αναπτύσσονται μέσα σε όρμους και κολπίσκους των ελληνικών νησιών. Οι παραλίες γενικά τείνουν να προσανατολίζονται παράλληλα προς το μέτωπο του κύματος που φθάνει μετά από διάθλαση στα αβαθή της παράλιας ζώνης, όπου μετά και την θραύση του δημιουργεί επιμήκη ρεύματα τα οποία μετακινούν τα ιζήματα μέχρι η αρχική γωνία (α) μεταξύ της γραμμής κορυφής των κυμάτων και της ακτογραμμής να μηδενιστεί. Η διαδικασία αυτή τροποποιεί συνεχώς την ακτογραμμή μέχρι να γίνει παράλληλη με τα κύματα (α=0), οπότε και σταματά κάθε μετακίνηση των ιζημάτων. Στο Σχήμα 1.13 δίνονται σχηματικά τρία είδη προσανατολισμού αιγιαλών που εφάπτονται της ακτογραμμής: Σχήμα 1.13 Είδη αιγιαλών (παραλιών) που εφάπτονται της ακτογραμμής: (α) ευθυγράμμιση ζώνης διαβροχής (swash alignment), (β) ευθυγράμμιση μεταφοράς (drift alignment), και (γ) σχήματος ζήτα (zeta-form). 26

29 (α) ευθυγράμμιση ζώνης διαβροχής (swash alignment) στη περίπτωση όπου τα κύματα προσπίπτουν κάθετα ή με πολύ μικρή γωνία σε μια εγκιβωτισμένη ακτή, όπου η παράκτια κυκλοφορία είναι περιορισμένη αν όχι αδύνατη. (β) ευθυγράμμιση επιμήκους μεταφοράς (drift alignment) έχουμε στη περίπτωση που τα κύματα προσπίπτουν υπό γωνία σε μια ανοικτή (στην παράκτια κυκλοφορία) παραλία. Εδώ έχουμε μια κατάσταση δυναμικής ισορροπίας, όπου ο προσανατολισμός της παραλίας διαμορφώνεται από τη παράκτια κυκλοφορία, με τέτοιο τρόπο, ώστε να εξασφαλίζεται η σταθερότητα του σχήματος της. (γ) σχήματος ζήτα (zeta-form) που αποτελούν ένα συνδυασμό των προηγούμενων δύο μορφών και τις συναντάμε όταν προεκβολές της χέρσου εμποδίζουν τοπικά την παράκτια κυκλοφορία. Έτσι, το τμήμα της παραλίας που προστατεύεται από μια τέτοια χερσαία παρεμβολή/ές παίρνει το σχήμα της ευθυγράμμισης διαβροχής, ενώ το τμήμα που εκτίθεται στην παράκτια κυκλοφορία, πέραν του εμποδίου, αποκτά τη μορφή της ευθυγράμμισης μεταφοράς. Παραλίες (αιγιαλοί) μη εφαπτόμενες της ακτογραμμής (detached beaches) Οι κύριοι εκπρόσωποι της κατηγορίας αυτής είναι παράλιοι μορφολογικοί σχηματισμοί που συνδέονται με την ακτογραμμή αλλά αναπτύσσονται όχι εφαπτομενικά με αυτήν αλλά προχωρώντας προς την θάλασσα. Τέτοιες παράκτιες γεωμορφές είναι οι αμμώδεις γλωσσοειδείς σχηματισμοί (spits), οι κυρτές χερσαίες προχώρες (cuspate forelands), τα παράλληλα στην ακτή νησιωτικά φράγματα (barrier islands) (Σχήμα 1.14). (α) Ο σχηματισμός των αμμώδων σχηματισμών γλωσσοειδούς μορφής (spit) συνδέεται με μια ακτογραμμή και με ένα παράκτιο ρεύμα που όταν η ακτογραμμή ξαφνικά κατευθυνθεί προς την ενδοχώρα, όπως π.χ. στην περίπτωση ενός όρμου, το παράκτιο ρεύμα δεν ακολουθεί την αλλαγή διεύθυνσης της αλλά διατηρεί την αρχική πορεία του τότε η παράκτια μεταφορά των ιζημάτων, στο σημείο αλλαγής του σχήματος της ακτογραμμής, δεν σταματά με αποτέλεσμα την απόθεση και σχηματισμό των spit. (β) Οι κυρτές προχώρες (cuspate forelands) είναι τριγωνικοί παράκτιοι σχηματισμοί έχοντας τη βάση του τριγώνου στην ακτογραμμή και την κορυφή να προελαύνει προς τη θάλασσα. Ο σχηματισμός τους συνήθως σχετίζεται με τη διάθλαση των κυμάτων σε κάποιο παρακείμενο ύβωμα του πυθμένα και με μια αμφίπλευρη τροφοδοσία σε ίζημα. Στην δε περίπτωση που το cuspate foreland συνδέει την ακτογραμμή με ένα νησάκι (βραχώδες ή αμμώδες), τότε έχουμε την δημιουργία ενός tombolo. (γ) Τα νησιωτικά φράγματα (barrier islands) είναι αποθέσεις ταινιοειδούς μορφής που κείνται παράλληλα στην ακτογραμμή και που χωρίζονται από αυτή με αβαθείς κόλπους και λιμνοθάλασσες. Συνήθως η δημιουργία τους σχετίζεται με τη συνδυασμένη δράση μικρής παλιρροϊκής ενέργειας και κυματικής δράσης. 27

30 Σχήμα 1.14 Παραλίες (αιγιαλοί) αποχωριζόμενες της ακτογραμμής (detached beaches) Κάτοψη της αιγιαλίτιδας ζώνης Η μορφοδυναμική της παράλιας ζώνης είναι μια δυναμική εξέλιξη που υπαγορεύεται από τις εκάστοτε υδροδυναμικές συνθήκες (κύματα, ρεύματα, παλίρροια). Στην δε διαμόρφωση της κάτοψης μιας παράλιας ζώνης διακρίνονται 6 διαφορετικές καταστάσεις με ιδιαίτερα υδροδυναμικά (πρωτίστως κυματικά), μορφομετρικά και ιζηματολογικά χαρακτηριστικά που κυμαίνονται από τη κατάσταση της απόσβεσης (dissipative state) μέχρι την κατάσταση της ανάκλασης (reflective state) (Σχήμα 1.15). 28

31 Σχήμα 1.15 Μορφοδυναμική ταξινόμηση των παράλιων ζωνών Στη κατάστασης της απόσβεσης (dissipative state) επικρατούν τα κύματα θραύσης τύπου διασκόρπισης (spilling breakers), όπου η κυματική ενέργεια αποσβέννυται προοδευτικά μέσα στην ζώνη κυματωγής (surf zone). Χαρακτηρίζεται από μια στενή παραλία, με ένα ομαλό και μικρής κλίσης μέτωπο, χωρίς να φιλοξενεί cusps, ενώ 29

32 παράλληλα έχουμε και την δημιουργία ενός παράλληλου στην ακτογραμμή υποθαλάσσιου αναβαθμού. H κατάσταση ανάκλασης (reflective state) προκύπτει όταν κύματα θραύσης του τύπου διόγκωσης (surging breakers) ανακλώνται πάνω σε παραλίες με απότομο μέτωπο, δημιουργώντας κυμαινόμενα παράκτια κύματα (oscillating edge waves). Η προκύπτουσα παράκτια κυκλοφορία, διαμορφώνει μια υψηλή και επίπεδη berm, ένα απότομο μέτωπο, που μπορεί να φιλοξενεί μια σειρά από cusps, που ισοαπέχουν μεταξύ τους, ενώ χαρακτηριστική είναι και η απουσία των υποθαλάσσιων αναβαθμών (bars) Οι ενδιάμεσες καταστάσεις (intermediate state) του μορφοδυναμικού μοντέλου της παραλίας περιέχουν χαρακτηριστικά που κυμαίνονται μεταξύ των δύο προηγούμενων ακραίων καταστάσεων. Έτσι η ενδιάμεση κατάσταση (Ε1), συγκρινόμενη με την κατάσταση της πλήρους απόσβεσης, παρουσιάζει εντονότερο ανάγλυφο του συστήματος υποθαλάσσιου αναβαθμού και βυθίσματος (bar-trough) πιο απότομο μέτωπο της παραλίας. Τα κύματα εξασθενούν (σπάνε) στην περιοχή του ύφαλου αναβαθμού, αλλά έχοντας την δυνατότητα ανασύστασης πάνω από την περιοχή του βυθίσματος ξανασπάνε στο μέτωπο της παραλίας, το οποίο τοπικά μπορεί να λειτουργήσει και ως ανακλαστήρας, ευνοώντας την δημιουργία beach cusp. Το επόμενο ενδιάμεσο στάδιο (Ε2), χαρακτηρίζεται από την ρυθμική μορφολογία του επιμήκους υποθαλάσσιου αναβαθμού και του μετώπου της παραλίας, με την παρουσία επαναλαμβανόμενων ημισεληνοειδών υποθαλάσσιων αναβαθμών και μεγάλων beach cusp. Στην ενδιάμεση κατάσταση (Ε3) τον πρωτεύοντα ρόλο παίζει η έντονη παρουσία των ρευμάτων διαφυγής (rip currents) ενώ, οι ύφαλοι αναβαθμοί αναπτύσσονται κάθετα ή υπό γωνία προς την ακτογραμμή και μέχρι του μετώπου της παραλίας. Η επόμενη ενδιάμεση κατάσταση (Ε4) φιλοξενεί ένα ύφαλο αναβαθμό στην ζώνη διαβροχής που εκτείνεται προς την θάλασσα, αφήνοντας πίσω του ένα στενό αλλά σχετικά βαθύ επίμηκες βύθισμα (αυλάκι) όπου κινείται το νερό (runnel), ενώ κατά θέσεις ο ύφαλος αναβαθμός διασχίζεται από μικρής ισχύος ρεύματα διαφυγής (ασύμμετρα κατανεμημένα). Στην δε περίπτωση ύπαρξης παλίρροιας, τότε μπορεί ο ύφαλος αναβαθμός να αποκαλύπτεται στην περίοδο της αμπώτιδας Ακτογραμμές με ρυθμικά επαναλαμβανόμενη μορφολογία (rhythmic shoreline forms). Το σύστημα των ρευμάτων που δρουν στην αιγιαλίτιδα ζώνη διαμορφώνει εκτός από την μορφομετρία του μετώπου (beach face) και την μορφομετρία της ακτογραμμής, όπου σπάνια παρουσιάζεται να είναι εντελώς ευθύγραμμη. Έτσι τις περισσότερες φορές, η μορφομετρία της ακτογραμμής εμφανίζεται να αποτελείται από μια ρυθμικά επαναλαμβανόμενη ιζηματογενή ενότητα, με χαρακτηριστικότερο και πλέον διαδεδομένο παράδειγμα, αυτό των beach cusps (ημισεληνοειδείς σχηματισμοί). Από δε τα είδη των ακτογραμμών με ρυθμικά επαναλαμβανόμενη μορφολογία (rhythmic shoreline morphology), τα πλέον συνηθισμένα είναι (Σχήμα 1.16): 30

33 Σχήμα 1.16 Είδη ακτογραμμών με ρυθμικά επαναλαμβανόμενη μορφολογία (α) Ημισεληνοειδείς σχηματισμοί (beach cusps) που αναπτύσσονται στα μέτωπα αιγιαλών από την ανάκλαση των κυμάτων. Το μέγεθος ποικίλλει από 1 m μέχρι και 60 m, αποτελούμενα από επαναλαμβανόμενα υβώματα χονδρόκοκκου υλικού που διαχωρίζονται από βυθίσματα λεπτομερέστερου υλικού (Σχήμα 16.α). Το ύψος τους (Η c) (η κάθετη δηλαδή απόσταση μεταξύ κοιλίας και κέρατος) που κυμαίνεταi από μερικές δεκάδες εκατοστά μέχρι και τα 2 m (megacusps), έχει άμεση σχέση τόσο με την κλίση του μετώπου της παραλίας (β), όσο και με την περίοδο (Τ) των κυμάτων: T ( ) 2 H C 0,2 (1.50) ενώ, η παρακάτω εξίσωση δείχνει την σχέση μεταξύ του ύψους (Η c ) και του μήκους (L c )των cusps τους: H 0,18 ( ) ` (1.51) C L C (β) Κοίλες ακτογραμμές που διαμορφώνονται από την δράση ρευμάτων διαφυγής (rip-current embayments and cuspate shorelines). Eίναι ακτογραμμές που διαμορφώνονται από την μετακίνηση των ιζημάτων από τα επιμήκη ρεύματα και τα ρεύματα 31

34 διαφυγής που συνθέτουν μια κλειστού τύπου κυκλοφορία στην αιγιαλίτιδα ζώνη στην περίπτωση όπου τα κύματα προσεγγίζουν σχεδόν κάθετα στην ακτογραμμή (Σχήμα 16.β). (γ) Κοίλες ακτογραμμές που σχετίζονται με την ύπαρξη τοξοειδών υποθαλάσσιων αναβαθμών (crescentic bars). Είναι ακτογραμμές που διαμορφώνονται πίσω από τα κοίλα μέρη των τοξοειδών υποθαλάσσιων αναβαθμών (με επιμήκη διάταξη ως προς την ακτογραμμή), οι οποίοι όμως έχουν πoλύ μεγαλύτερες διαστάσεις από αυτές των cusps ( m). Η δε δημιουργία τους σχετίζεται με την ύπαρξη edge waves (κυμάτων παρυφής) και την αλληλεπίδρασή των με επερχόμενο κυματισμό. Όμως, ο ακριβής μηχανισμός δημιουργίας τους ακόμη διερευνάται (Σχήμα 16.γ). (δ) Κοίλες ακτογραμμές συσχετιζόμενες με την ύπαρξη εγκάρσιων προς την ακτογραμμή υποθαλάσσιων αναβαθμών (transverse bars). Είναι ακτογραμμές που σχετίζονται με το μοντέλο της κλειστής κυκλοφορίας (cell circulation) στην αιγιαλίτιδα ζώνη (όπως στην περίπτωση (β)), αλλά λόγω της υπό γωνία προσέγγισης των κυμάτων τα ρεύματα διαφυγής που αναπτύσσονται έχουν κατεύθυνση όχι κάθετη στην ακτογραμμή, αλλά πλάγια δημιουργώντας εγκάρσιους ύφαλους αναβαθμούς (Σχήμα 16.δ) Δυναμική μεταβολή της παράλιας ζώνης (προφίλ) Η μορφομετρία τoυ αιγιαλού (παραλίας) αλλά και συνολικά της αιγιαλίτιδας ζώνης σχετίζεται με την κυκλική ανταλλαγή των ιζημάτων (κυρίως άμμου) από και προς την παραλία, η οποία σχετίζεται με την κυματική ενέργεια. Στο Σχήμα 1.17 παρουσιάζονται σχηματικά δύο τομές (προφίλ): ένα χειμερινό (ή θύελλας) που διαμορφώνεται από κύματα μεγάλης κλίσης και ενός καλοκαιρινού που διαμορφώνεται κάτω από ήπιες κυματικές συνθήκες (κύματα μικρής κλίσης). Σε περιόδους λοιπόν όπου κύματα μικρής ενέργειας προσπίπτουν για σχετικά μεγάλη περίοδο σε μια παραλία (όπως στην περίοδο του καλοκαιριού), τότε άμμος μεταφέρεται προοδευτικά από τη θάλασσα προς την ακτή επιμηκύνοντάς την και διαμορφώνοντας παράλληλα ένα προφίλ παραλίας με σχήμα κυρτό προς τα άνω, που το ανώτερο τμήμα της φιλοξενεί μια σχεδόν οριζόντια 'berm', ενώ παράλληλα χαρακτηρίζεται από ένα απότομο μέτωπο (beach face) και την έλλειψη ενός καλά διαμορφωμένου υποθαλάσσιου αναβαθμού (bar). Κάτω όμως από συνθήκες καταιγίδας (χειμερινό προφίλ), κύματα μεγάλου ύψους και ενέργειας διαβρώνουν την παραλία μεταφέροντας τα ιζήματα προς τα ανοικτά. Το προφίλ της παραλίας αλλάζει, έχοντας τώρα μια περιορισμένη σε πλάτος berm, με μέτωπο πολύ μικρότερης κλίσης και το σχηματισμό μιας ή και περισσότερων υποθαλάσσιων αναβαθμών (bars) παράλληλων προς την ακτογραμμή. Ακόμη, το μέσο μέγεθος του υλικού της παραλίας αυξάνει κατά τη διάρκεια της καταιγίδας, καθώς τα μεγάλα κύματα και τα ρεύματα διαφυγής (rip currents) μεταφέρουν επιλεκτικά τα λεπτόκοκκα υλικά προς την θάλασσα, συμβάλλοντας έτσι και στην δημιουργία των υποθαλάσσιων αναβαθμών. Κατά την ήσυχη περίοδο που ακολουθεί, τα μικρότερα κύματα μεταφέρουν σιγά-σιγά την άμμο προς την ακτή μέχρι να επιτευχθεί το προφίλ ισορροπίας (equilibrium profile), όταν ίσο ποσό άμμου κινείται προς την ακτογραμμή με αυτό που απομακρύνεται από αυτήν προς την θάλασσα. 32

35 Σχήμα 1.17 (α) Εγκάρσια τομή του μετώπου της παραλίας στην περίπτωση ήπιων κυμάτων (καλοκαιρινό προφίλ) και κυμάτων θύελλας (χειμερινό προφίλ) [α1: σχηματική απεικόνιση των berm (επι-παράλιων αναβαθμών) (β) Σχηματική απεικόνιση της σχέσης μεταξύ της κλίσης και της κοκκομετρικής της σύστασης του μετώπου της παραλίας στις περιπτώσεις υψηλής και χαμηλής κυματικής ενέργειας (γ) Σχηματική απεικόνιση της σχέσης μεταξύ της κλίσης του μετώπου και του σχετικού βάθους (d/h o ). 33

36 Η κλίση του μετώπου της παραλίας εξαρτάται από το κοκκομετρικό μέγεθος (D) και την κλίση των κυμάτων που προσεγγίζουν από τα βαθειά νερά (Η ο/l o), όπως δίνεται από την εμπειρική σχέση του Sunamura (1984) και φαίνεται στο Σχήμα 17.β: D H o S o 0,25 (1.52) Ho Lo Η παραπάνω εξίσωση έχει ικανοποιητικά αποτελέσματα στην περίπτωση που κατά την διαμόρφωση της κλίσης του μετώπου της παραλίας πρωτεύοντα ρόλο παίζει η διεργασία της διακίνησης του νερού, μέσω των πόρων των ιζημάτων (percolation) και όχι η κάθετα στην ακτογραμμή μεταφορά αιωρούμενου υλικού από και προς τον αιγιαλό, οπότε σημαντικότατο ρόλο παίζει και η ταχύτητα καθίζησης του αιωρούμενου υλικού. Τέλος, όσον αφορά το εναέριο τμήμα του αιγιαλού, συναντάμε μια ή και περισσότερες (συνήθως όχι πάνω από τρεις) επι-παράλιους αναβαθμούς (ζώνες), από χαλαρά ιζήματα (άμμοι, ψηφίδες, βότσαλα) παράλληλων στην ακτογραμμή (berms). Μάλιστα η μορφομετρία τους, αποτελούμενη από μια σχετικά επίπεδη επιφάνεια και ένα μέτωπο που αποτελείται από τα σχετικά πιό χονδρόκοκκα ιζήματα, προσομοιάζει με σμικρογραφία παράκτιων αναβαθμίδων (Σχήμα 17.α). Τα berms, καθώς διαμορφώνονται από τη δράση των κυμάτων είναι και δείκτες της μέγιστης αναρρίχησης των κυμάτων στον αιγιαλό (το υψηλότερο berm διαμορφώνεται από τα υψηλότερα κύματα). Το δε ύψος της berm (B h ), δηλαδή η κάθετη απόσταση μεταξύ της επίπεδης επιφάνειας των berm από τη μέση θαλάσσια στάθμη, δίνεται από την σχέση των Takeda & Sunamura(1982): 5 8 b 0, ,15 2 B h 0,125 H ( g T ) (1.53) όπου, (Η b ): το ύψος θραύσης των κυμάτων, (g): επιτάχυνση της βαρύτητας και (Τ): η περίοδος των κυμάτων. 34

37 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι Σχήμα -1 Γράφημα για τον προσδιορισμό των τιμών του συντελεστή ανάκλασης με βάση την παράμετρο (ξ) που δίνεται από την εξίσωση (1.18). 35

38 Σχήμα -2 Νομογράφημα για τον προσδιορισμό των τιμών του συντελεστή διάθλασης (K R ) για κύματα περιόδου (Τ) που διαδίδονται σε βάθη (d) και πάνω από πυθμένες με κλίσεις (β) 36

39 Πίνακας -1. Πίνακας τιμών του Wiegel (CERC, 1984) για τον συντελεστή περίθλασης (Κ D ) στην περίπτωση ημιάπειρου εμποδίου (για παραμέτρους βλέπε Σχήμα 1.10) 37

40 2. ΜΕΘΟΔΟΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗΣ ΣΤΗ ΘΑΛΑΣΣΙΑ & ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΑ ΕΡΕΥΝΑ Στα πλαίσια της εφαρμοσμένης ωκεανογραφίας και ειδικότερα της θαλάσσιας γεωλογίας, η εφαρμοσμένη επιστημονική έρευνα σχετίζεται με ένα πλήθος υποθαλάσσιων κατασκευών και εφαρμογών που αφορoύν στον ευρύτερο χώρο της ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας, αλλά και της κατωφέρειας, όπως είναι η πόντιση τηλεπικοινωνιακών και ενεργειακών καλωδίων, η εγκατάσταση υποθαλάσσιων αγωγών, η αγκύρωση εξεδρών (π.χ. εξόρυξης πετρελαίου), η θεμελίωση γεφυρών κ.ά. Στο παρόν Κεφάλαιο παρουσιάζονται (α) οι κύριες μέθοδοι έρευνας που χρησιμοποιούνται για την διερεύνηση (ιζηματολογική και στρωματογραφική) του υποθαλάσσιου πυθμένα και (β) οι βασικοί γεωλογικοί παράμετροι που αφορούν τον άρτιο σχεδιασμό και την επιτυχή ολοκλήρωση των διάφορων τεχνικών έργων και κατασκευών, στον ευρύτερο χώρο της ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας (πέραν της αιγιαλίτιδας ζώνης). Το Κεφάλαιο αυτό αρχίζει με την πλοήγση ή καλύτερα τον εντοπισμό της θέσης του ωκεανογραφικού σκάφους στη θάλασσα. 2.1 Πλοήγηση στο θαλάσσιο περιβάλλον (με βάση τις Σημειώσεις/ Παραδόσεις «Τηλεπισκόπηση στο Θαλάσσιο Περιβάλλον», Καθ. Γ.Παπαθεοδώρου, Παν. Πατρών, ΕΑΠ) Το GPS (Παγκόσμιο Σύστημα Προσδιορισμού Θέσης) είναι ένα δίκτυο δορυφόρων οι οποίοι εκπέμπουν συνεχώς κωδικοποιημένες πληροφορίες που κάνει εφικτό τον ακριβή προσδιορισμό της θέσης πάνω στη Γη. Το δίκτυο αποτελέιται από 24 δορυφόρους που βρίσκονται σε έξι τροχιές, σε ύψος km και ταχύτητα km/h. 38

41 Σχήμα 2.1 Δίκτυο Δορυφόρων GPS πάνω από τη Γη. Πηγή: Ο Προσδιορισμός θέσης με GPS- DGPS προσφέρει ακρίβεια: -Στη Θέση, Πλοήγηση, Χάραξη πορείας πλοίου -Στις Θέσεις πόντισης οργάνων, δειγματοληψιών και λήψης δεδομένων (πχ. βυθομετρία, γεωφυσικά) - Στην επαναληψιμότητα των μετρήσεων στο πεδίο Τρόπος προσδιορισμού θέσης με GPS Ο προσδιορισμός της θέσης με GPS στηρίζεται στη μέθοδο του τριγωνισμού. Μετρώντας με πολύ μεγάλη ακρίβεια την απόσταση ενός αντικειμένου οπουδήποτε πάνω στη γη από τρεις δορυφόρους μπορεί να «τριγωνοποιηθεί» η θέση του. Με μέτρηση από 1 δορυφόρο η θέση μας περιορίζεται στην επιφάνεια μιας σφαίρας. Με μέτρηση από 2 δορυφόρους η θέση μας περιορίζεται ακόμα ποιο συγκεκριμένα στην περιοχή τομής των δύο σφαιρών. Με μέτρηση από 3 δορυφόρους η θέση μας προσδιορίζεται πλέον σε ένα από τα δύο πιθανά σημεία τομής των 3 σφαιρών. Μέτρηση από 1 δορυφόρο Μέτρηση από 2 δορυφόρους Μέτρηση από 3 δορυφόρους Σχήμα 2.2 Προσδιορισμός θέσης με τη μέθοδο του τριγωνισμού. (Πηγή: Παπαθεοδώρου, Παν.Πατρών) 39

42 Το GPS υπολογίζει την απόσταση μεταξύ του δορυφόρου και του χρήστη πολλαπλασιάζοντας τον χρόνο που χρειάστηκε το σήμα να φτάσει στον δέκτη με την ταχύτητα του σήματος. Απόσταση = Ταχύτητα* x Χρόνος ( dx= U * dt) * ως ηλεκτρομαγνητικό σήμα, η ταχύτητα του ισούται με την ταχύτητα του φωτός, δηλαδή περίπου ίση με χλμ. το δευτερόλεπτο Διορθώσεις- Σφάλματα Στον προσδιορισμό της θέσης υπεισέρχονται κάποιες διορθώσεις, λόγω κάποιων δευτερευόντων πηγών σφαλμάτων. Οι πηγές μπορεί να είναι είτε φυσικές είτε τεχνητές είτε συνδυασμός αυτών των δύο. Φυσικές πηγές είναι η Στρωμάτωση της ατμόσφαιρας της Γης (Ιονόσφαιρα, Τροπόσφαιρα) και τα Σφάλματα τροχιάς (Ephemeris error- Orbital errors). Στρωμάτωση: Η στρωμάτωση της ατμόσφαιρας μπορεί να δημιουργήσει, λόγω διάθλασης, ένα δευτερεύον σήμα που θα φτάσει στον δέκτη με διαφορά χρόνου από το πρώτο σήμα. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και λόγο της ανάκλασής του σήματος σε μία επιφάνεια (Multipath effect). Υπερκάλυψη του σήματος ή υποβάθμιση του μπορεί να συμβεί σε περιοχές με έντονα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Σφάλματα Τροχιάς: Η ελκτική δύναμη της σελήνης και του ήλιου είναι ικανές να αλλάξουν ελάχιστα την πορεία του δορυφόρου δημιουργώντας ένα λάθος στην ακρίβεια της θέσης της τάξεως των μερικών μέτρων. Το λάθος αυτό διορθώνεται αυτόματα καθώς κάθε δορυφόρος βρίσκεται σε μια προκαθορισμένη τροχιά, οπότε μετρώντας τη διαφορά στον χρόνο που περνά ο δορυφόρος από ένα προκαθορισμένο σημείο από τον προγραμματισμένο χρόνο διέλευσης βρίσκεται η ακριβής τροχιά του. Τεχνητές πηγές είναι η Επιλεκτική διαθεσιμότητα (Selective availability) και η Σχετική θέση των δορυφόρων (Dilution of Precision DoP). Επιλεκτική Διαθεσιμότητα: Η εκλεκτική διαθεσιμότητα είναι ένα τεχνητό σφάλμα που προκύπτει στο σήμα του δορυφόρου, όταν αυτός στέλνει λανθασμένα δεδομένα για την ακριβή θέση του δορυφόρου στον χρήστη δίνοντας μία εσφαλμένη θέση, που απέχει από την πραγματική μερικές δεκάδες μέτρα. Σχετική Διαθεσιμότητα: Το σφάλμα λόγω της σχετικής θέσης των δορυφόρων στο διάστημα και του χρήστη, δημιουργείται σε περίπτωση που οι δορυφόροι είναι σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους, το πεδίο αλληλοεπικάλυψης τους αυξάνει μειώνοντας την ακρίβεια εντοπισμού της θέσης. 40

43 Σχήμα 2.3 Σφάλμα λόγω της σχετικής θέσης των δορυφόρων (Πηγή: Παπαθεοδώρου, Παν.Πατρών) Διαφορικό Σύστημα Προσδιορισμού Θέσης (Differential GPS DGPS) Το DGPS πρόκειται για ένα σύστημα που βελτιώνει την ακρίβεια των συμβατικών GPS. Το DGPS χρησιμοποιεί ένα σύστημα σταθμών αναφοράς, δηλαδή δέκτες με γνωστή και σταθερή θέση οι οποίοι ελέγχουν το σήμα των δορυφόρων για μικροσφάλματα ως προς την σχετική τους θέση στο διάστημα και αποστέλλουν τις διορθώσεις αυτές στον δέκτη του χρήστη μέσω πομπών μικρής εμβέλειας. Σε περιοχές με τη βέλτιστη χρήση η ακρίβεια περιορίζεται έως και στα λίγα εκατοστά. Base Rover Σχήμα 2.4 Τρόπος λειτουργίας DGPS 41

44 2.2 Συστήματα Θαλάσσιας Γεωφυσικής (ή Ακουστικής ή Ηχητικής ή Σεισμικής) διασκόπισης (με βάση τις Σημειώσεις/ Παραδόσεις (i) Θαλάσσια Γεωλογία, Χασιώτης, Παν.Αιγαίου και (ii) Τηλεπισκόπηση στο Θαλάσσιο Περιβάλλον, Παπαθεοδώρου, Παν. Πατρών, ΕΑΠ) Η έρευνα του υποθαλάσσιου πυθμένα πραγματοποιείται με τις σύγχρονες τεχνικές της ακουστικής διασκόπισης, η οποία διακρίνεται σε πλευρική διασκόπιση όταν ζητείται η αποτύπωση της επιφάνειας του πυθμένα (μορφολογία, βυθομετρία) και σε κατακόρυφη διασκόπιση όταν διερευνάται η υποδομή του πυθμένα, δηλαδή η στρωματογραφία, γενικότερα η γεωλογία (ρήγματα, λιθολογία, ιζηματολογία), καθώς και οι γεωτεχνικές του ιδιότητες. Η ακουστική διασκόπιση του θαλάσσιου πυθμένα γίνεται με την χρήση ειδικών ηχοβολιστικών συσκευών. Η μέθοδος στηρίζεται στις ιδιότητες του ήχου όταν αυτός διαδίδεται μέσα στο ρευστό. Μία συσκευή (ή συστοιχία) (πομπός) που βρίσκεται στο σκάφος (συνήθως προσαρμοσμένο), εκπέμπει έναν ηχητικό παλμό ο οποίος κατευθύνεται προς τον πυθμένα και στη συνέχεια, αφού ανακλαστεί, επιστρέφει, συλλέγεται και καταγράφεται από ένα δέκτη (που μπορεί να είναι η ίδια συσκευή με τον πομπό, πομποδέκτης). Η ηχητική ή ακουστική ενέργεια χρησιμοποιείται ευρέως στην ωκεανογραφία διότι ο ήχος υφίσταται περιορισμένες απώλειες λόγω απορροφήσεων στην υδάτινη στήλη και έτσι μεταδίδεται σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις (αρκετές χιλιάδες μέτρα), σε αντίθεση με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που μεταδίδεται κατά μ.ο. έως τα 30m βάθος. Η ηχητική ενέργεια διαχέεται προς όλες τις διευθύνσεις και η επιφάνεια που καταλαμβάνει αυξάνει εκθετικά με την απόσταση (Σχήμα 2.4) (Χασιώτης, Παν. Αιγαίου). Σχήμα 2.5 Διάδοση ηχητικών κυμάτων (Πηγή: Χασιώτης, Παν. Αιγαίου) 42

45 Τα ηχητικά κύματα παράγονται από μια ηχητική πηγή (παλλόμενη επιφάνεια) και μεταδίδονται υπό τη μορφή διαδοχικών συμπιέσεων και αραιώσεων (διατάραξη πυκνότητας του μέσου διάδοσης). Η κίνηση των μορίων γίνεται στην ίδια διεύθυνση με τη διάδοση του ήχου (διαμήκη κύματα λόγω αντίδρασης του μέσου στη μεταβολή του όγκου του). Κατά τη διάδοση των ηχητικών κυμάτων μεταφέρεται και απορροφάται ενέργεια, ενώ μέρος αυτής μετατρέπεται σε θερμότητα. Γενικά, η ταχύτητα μετάδοσης τους είναι μεγαλύτερη στα στερεά σε σχέση με τα υγρά και τα αέρια (μικρότερη). Σχήμα 2.6 Διάδοση διαμήκων ηχητικών κυμάτων Τα συστήματα ακουστικής διασκόπησης είναι τα εξής: Μονοδεσμικό Βυθόμετρο (Singlebeam) και Πολυδεσμικό Βυθόμετρο (multibeam) Ηχοβολιστής πλευρικής σάρωσης (Side Scan Sonar) Τομογράφοι υποδομής πυθμένα (Subbottom Profiler) Μονοδεσμικό και Πολυδεσμικό Βυθόμετρο Μονοδεσμικό Βυθόμετρο ή Ηχοβολιστής μονής δέσμης (Singlebeam) Τα βυθόμετρα μονής δέσμης εκπέμπουν μια κάθετη δέσμη ηχητικών παλμών. Σε υψηλές συχνότητες επιτυγχάνεται μεγάλη ακρίβεια σε ρηχά νερά, ενώ σε χαμηλές συχνότητες η ηχητική δέσμη διεισδύει σε μεγάλα βάθη νερού. Ο υπολογισμός του βάθους (d) γίνεται με τη μέτρηση του χρόνου (t) που απαιτείται για να διανύσει ο ήχος την απόσταση από τον πομπό της συσκευής μέχρι τον πυθμένα και την επιστροφή του στον δέκτη, όταν έχει ταχύτητα (υ): d= (υ * t) / 2 43

46 Σχήμα 2.7 Αρχή λειτουργίας ηχοβολιστικού βυθομέτρου και η μεταβολή της ταχύτητας του ήχου με το βάθος (SEPM, 1996). Ο ηχοβολιστής μονής δέσμης δημιουργεί ένα ηχητικό «αποτύπωμα» στον πυθμένα όπου κάθε ηχοβολισμός αντιστοιχεί σε μία κωνική δέσμη. Η συνεχής εκπομπή ηχητικών παλμών κατά μηκος της πορείας ενός σκάφους δίνει μια δισδιάστατη βυθομετρική διατομή. Σχήμα 2.8 Προσδιορισμός βάθους με μονοδεσμικό βυθόμετρο ( 44

47 Πολυδεσμικό Βυθόμετρο (Multibeam) Το πολυδεσμικό βυθόμετρο βασίζεται στον τρόπο λειτουργίας του μονοδεσμικού βυθομέτρου, με την διαφορά ότι εκπέμπει πολλές δέσμες υπό διαφορετικές γωνίες. Οι δέσμες ηχοβολίζουν τον πυθμένα σε διατομές εγκάρσιες στην πορεία του σκάφους, στο εύρος μιας πλατιάς ζώνης (Swath), επιτυγχάνοντας έτσι μεγαλύτερη και πιο λεπτομερή κάλυψη. Σχήμα 2.9 Τρόπος λειτουργίας πουδεσμικού βυθομέτρου (USGS) Η λειτουργία του στηρίζεται σε ένα σύστημα Sonar από πομποδέκτες σε δεκάδες πολύ λεπτές συνεπίπεδες, γειτονικές δέσμες, διατεταγμένες σε σχήμα βεντάλιας που εκπέμπουν ηχητικούς παλμούς. Με κατάλληλη επεξεργασία, με ειδικά λογισμικά, παράγεται τρισδιάστατη βυθομετρική αποτύπωση μιας ευρείας ζώνης βυθού. Σχήμα 2.10 Προσδιορισμός βάθους με πολυδεσμικό βυθόμετρο ( 45

48 Το πολυδεσμικό βυθόμετρο έχει το πλεονέκτημα ότι εκτός από τη βυθομετρία παρέχει πληροφορία για την ανακλαστικότητα του πυθμένα (μέτρηση του πλάτους του ανακλώμενου σήματος). Έτσι, χρησιμοποιείται για τη λεπτομερή χαρτογράφηση και εξερεύνηση του πυθμένα και συγκεκριμένα: (α) Λεπτομερή βυθομετρική αποτύπωση (β) Αποτύπωση μορφολογικών χαρακτηριστικών (γ) Επιφανειακή σύσταση πυθμένα Ηχοβολιστής πλευρικής σάρωσης (Side Scan Sonar) Ο Ηχοβολιστής Πλευρικής Σάρωσης είναι ένα ηχοβολιστικό σύστημα που καταγράφει δισδιάστατες αποτυπώσεις της επιφάνειας του πυθμένα. Ο Ηχοβολιστής Πλευρικής Σάρωσης χρησιμοποιείται στη αποτύπωση του βυθού και δεν παρέχει απευθείας ακριβή βυθομετρικά δεδομένα. Χρησιμοποιώντας τον ήχο και συγκεκριμένα το φαινόμενο της ανάκλασης δημιουργεί αντίστοιχες καταγραφές με τις αεροφωτογραφίες στο χερσαίο περιβάλλον. Αποτελεί πολύτιμο εργαλείο για την αποτύπωση διάφορων φυσικών (γεωμορφολογικών) χαρακτηριστικών του πυθμένα, όπως οι βραχώδεις εξάρσεις, οι αμμορυτίδες, οι κρατήρες ηφαιστείων οι υποθαλάσσιες κατολισθήσεις κα. Επίσης χρησιμοποιείται στον εντοπισμό ναυαγίων, αγκυρών, αρχαίων ερειπίων, στις υποθαλάσσιες κατασκευές και θεμελιώσεις (αγωγοί, καλώδια, εξέδρες εξόρυξης υδρογονανθράκων), σε στρατιωτικές εφαρμογές (ναρκαλιεία) και τέλος στην αλιεία (εντοπισμό ιχθυοπληθυσμών). Σχήμα 2.11 Παράδειγμα σύγχρονης καταγραφής με Ηχοβολιστή Πλευρικής Σάρωσης ( Τα μέρη του συστήματος του ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης είναι: (α) Ο ηχοβολιστικός πομποδέκτης, σε σχήμα τορπίλης (β) Η ψηφιακή μονάδα καταγραφής 46

49 (α) Ηχοβολιστική τορπίλη (πομποδέκτης) (β) Ψηφιακή μονάδα καταγραφής Σχήμα 2.12 Τα μέρη του συστήματος του Ηχοβολιστή Πλευρικής Σάρωσης (πηγή: Παπαθεοδώρου, Παν.Πατρών) Η ηχοβολιστική τορπίλη σύρεται πίσω από το ερευνητικό σκάφος με τη βοήθεια ενός συρματόσχοινου και εκπέμπει ηχητικά κύματα εκατέρωθεν (δεξιά και αριστερά) του επιμήκους άξονα της τορπίλης, έτσι ώστε να σχηματίζεται μια κωνική δέσμη ήχου. Η κωνική δέσμη σαρώνει τον πυθμένα και καταγράφει δισδιάστατες αποτυπώσεις (μωσαϊκό ηχογραφιών) της επιφάνειας του πυθμένα. Σχήμα 2.13 Τρόπος λειτουργίας Ηχοβολιστή Πλευρικής Σάρωσης ( Οι γεωμορφές ή τα αντικείμενα του βυθού που εξέχουν (εξάρσεις/ υβώματα) αποτυπώνονται στο μωσαϊκό με εντονότερη φωτεινότητα, ενώ οι γεωμορφές που υποδηλώνουν βυθίσματα (κοιλώματα) αποτυπώνονται στο μωσαϊκό με σκούρες αποχρώσεις. Με πιο σκούρες αποχρώσεις αποτυπώνονται και τα αντικείμενα που βρίσκονται πίσω από εξάρσεις/ υβώματα (ακουστική σκιά). Στην περίπτωση που εμφανίζεται πρώτα η έντονη ανάκλαση και μετά ακουστική σκιά τότε υπάρχει ένα ύβωμα. Αντίθετα, όταν εμφανίζεται πρώτα η ακουστική σκιά και μετά η έντονη ανάκλαση τότε υπάρχει ένα κοίλωμα. 47

50 Επιπλέον, με βάση την ανακλαστικότητα του πυθμένα (ένταση ανακλώμενης δέσμης) διεξάγονται συμπεράσματα για τη σύσταση του πυθμένα. Έτσι, υψηλή ανακλαστικότητα υποδεικνύει σκληρό υπόστρωμα, ενώ, χαμηλή ανακλαστικότητα υποδεικνύει μαλακό υπόστρωμα. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες που παρέχει ο Η.Π.Σ. μέσω των ηχογραφίων, με βάση τα κριτήρια της σκιάς και της ανακλαστικότητας/ οπισθοσκέδασης, μπορεί να γίνει ο διαχωρισμός του πυθμένα (χαρτογράφηση) σε επιμέρους περιοχές. Συνοψίζοντας, από τα μωσαϊκά των ηχογραφιών του Η.Π.Σ. παρέχονται πληροφορίες για: 1. Την μορφολογία του πυθμένα, στηριζόμενοι στην ακουστική σκιά που δημιουργούν οι διάφοροι στόχοι στον πυθμένα είτε είναι φυσικής προέλευσης ( έξαρση υποβάθρου, κρατήρες) είτε τεχνητής (ναυάγια, ναύδετα) 2. Την σύσταση του πυθμένα με βάση την ένταση της ανακλώμενης δέσης (οπισθοσκέδαση) 3. Πληροφορίες για πιθανούς στόχους στην υδάτινη στήλη (ψάρια, διαφυγές αερίων) Βασικές Αρχές 1 Ύψος Πτήσης 2 Κατακόρυφη γωνία δέσμης 3 Πλάγια απόσταση 4 Εύρος ζώνης σάρωσης 5 Βάθος ηχοβολιστικής τορπίλης από επιφάνεια 6 Ναδίρ 7 Οριζόντια γωνία δέσμης Σχήμα 2.14 Βασικές Αρχές Ηχοβολιστή Πλευρικής Σάρωσης ( Χαρακτηριστικά Ηχοβολιστικών Συστημάτων Διακριτική Ικανότητα Διακριτική ικανότητα είναι η ικανότητα του οργάνου να καταγράψει δύο στόχους σαν διαφορετικούς. Το εύρος σάρωσης και η διακριτική ικανότητα του Ηχοβολιστή Πλευρικής Σάρωσης ελέγχεται από την συχνότητα (f) του εκπεμπόμενου ηχητικού παλμού και το εύρος του (την χρονική διάρκεια του παλμού σε millisecond (ms)). Όσο μεγαλύτερη η συχνότητα τόσο αυξάνει η διακριτική ικανότητα και μικραίνει το εύρος σάρωσης και αντίστροφα. 48

51 Διακρίνονται σε: (α) Υψηλών συχνοτήτων ( kHz) σάρωση έως ~600m διακρ. ικαν.: 0.1-2m (β) Μεσαίων συχνοτήτων (20-60kHz) σάρωση έως ~1km διακρ. ικαν.: 1-4m (γ) Χαμηλών συχνοτήτων (6-12kHz) σάρωση έως ~5-60km διακρ. ικαν.: m Επιμήκης Διακριτική ικανότητα Η ικανότητα του οργάνου να καταγράψει δύο στόχους που βρίσκονται παράλληλα προς την κατεύθυνση στην οποία κινείται αυτό σαν διαφορετικούς. Σχήμα 2.15 Επιμήκης Διακριτκή Ικανότητα (Παπαθεοδώρου, Παν. Πατρών) Εγκάρσια Διακριτική ικανότητα Η ικανότητα του οργάνου να καταγράψει δύο στόχους που βρίσκονται παράλληλα προς την κατεύθυνση στην οποία κινείται αυτό σαν διαφορετικούς. Σχήμα 2.16 Εγκάρσια Διακριτκή Ικανότητα (Παπαθεοδώρου, Παν. Πατρών) Τομογράφος Υποδομής Πυθμένα (Subbottom Profiler - SBP) Ο τομογράφος υποδομής πυθμένα χρησιμοποιείται για τη μελέτη της γεωλογικής υποδομής του πυθμένα, ενώ παράλληλα δίνει πληροφορίες για τις φυσικές και γεωτεχνικές ιδιότητες των ιζημάτων του πυθμένα. Η λειτουργία του τομογράφου υποδομής πυθμένα συνίσταται στην εκπομπή ηχητικών κυμάτων χαμηλής συχνότητας ώστε να μπορούν να διαπεράσουν τον πυθμένα και να διεισδύσουν στα βαθύτερα στρώματα του φλοιού. Η εκπομπή των 49

52 ηχητικών κυμάτων είναι μεγαλύτερης ενέργειας και χαμηλότερης συχνότητας σε σχέση με το βυθόμετρο και έτσι επιτυγχάνεται διείσδυση κάτω από τον πυθμένα. Το διεισδύον μέρος των ηχητικών κυμάτων ανακλάται τμηματικά από τις υποεπιφανειακές, διαχωριστικές επιφάνειες ασυνέχειας που υπάρχουν μεταξύ των γεωλογικών στρωμάτων. Τα επιστρέφοντα ηχητικά κύματα προσλαμβάνονται από υδρόφωνα (δέκτες). Κάθε επιφάνεια η οποία έχει διαφορετική πυκνότητα από το προηγούμενο μέσο διάδοσης ανακλά και ένα διαφορετικό ακουστικό σινιάλο (ακουστική απόκριση). Έτσι, οι υποεπιφανειακές ανακλαστικές επιφάνειες που καταγράφονται είναι δυνατόν να οφείλονται σε μεταβολές της λιθολογίας, οπότε έχουν και διαφορετική ακουστική απόκριση, αλλά είναι πιθανό να οφείλονται σε μεταβολές των μηχανικών ιδιοτήτων, λιθολογικά ομοιογενούς ιζήματος. Οι τομογράφοι υποδομής πυθμένα δίνουν πληροφορίες σε σχέση με: - Τη γεωλογική υποδομή του πυθμένα - Τις φυσικές και γεωτεχνικές ιδιότητες των επιφανειακών ιζημάτων - Την παρουσία αερίων υδρογονανθράκων στους πόρους των ιζημάτων - Τη μορφολογία του πυθμένα κατά μήκος τη τομής Τύποι τομογράφων υποδομής πυθμένα Υπάρχει μεγάλη ποικιλία τομογράφων υποδομής πυθμένα με διάφορα χαρακτηριστικά για να ανταποκρίνονται στις διάφορες ανάγκες γεωτεχνικών και γεωλογικών ερευνών. Ένα αποτελεσματικό σύστημα τομογράφου υποδομής πυθμένα, ιδανικά, θα διέθετε μεγάλη διεισδυτική και ταυτόχρονα μεγάλη διακριτική ικανότητα. Η κατασκευή όμως ενός τέτοιου πομπού είναι αδύνατη και συνεπώς τα σύγχρονα συστήματα διακρίνονται σε: (α) Τομογράφους υψηλής διακριτικής και περιορισμένης διεισδυτικής ικανότητας (β) Τομογράφους υψηλής διεισδυτικής και περιορισμένης διακριτικής ικανότητας. Ως διεισδυτική ικανότητα ορίζεται η ικανότητα του συστήματος να διεισδύει στα υποκείμενα στρώματα. Ως διακριτική ικανότητα ορίζεται η ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο στρωμάτων (κατακόρυφη διακριτική ικανότητα) και δύο σημείων σε ένα επίπεδο (οριζόντια διακριτική ικανότητα) ώστε να αναγνωρίζονται και να καταγράφονται ως δυο. Η μεγάλη διεισδυτική ικανότητα απαιτεί εκπομπή κυμάτων χαμηλής συχνότητας, διότι τα κύματα υψηλών συχνοτήτων: - Απορροφούνται από τα ιζήματα στα οποία διεισδύουν με αποτέλεσμα περιορισμένη διεισδυτική ικανότητα - Αποσβένουν λόγω απώλειας της ενέργειας τους εξαιτίας της εξάπλωσης του κύματος. Η απόσβεση είναι αντίστροφα ανάλογη του τετραγώνου της συχνότητας. Η μεγάλη διακριτική ικανότητα απαιτεί όπως έχει ήδη αναφερθεί μικρή διάρκεια και συνεπώς μήκος παλμού, ενώ ο πομπός πρέπει να εκπέμπει κύματα με υψηλή κύρια συχνότητα (dominant). Οι τομογράφοι μικρής διεισδυτικής και μεγάλης διακριτικής ικανότητας παρουσιάζουν διάφορους επιμέρους τύπους, οι χαρακτηριστικότεροι των οποίων είναι οι ανιχνευτές 50

53 χαλαρών ιζημάτων (Pingers) και οι τομογράφοι Boomer. Αντίστοιχα, οι αντιπροσωπευτικότεροι τύποι τομογράφων μεγάλης διείσδυσης και μικρής διακριτικότητας είναι αναμφίβολα οι τομογράφοι Sparker και Airgun. Αναλυτικά, για κάθε συσκευή τα κυριότερα χαρακτηριστικά τους διαμορφώνονται όπως στον Πίνακα 2.1. Πίνακας 2.1 Βασικά χαρακτηριστικά Τομογράφων Υποδομής Πυθμένα Η διακριτική ικανότητα που διακρίνεται σε κατακόρυφη (κάθετη ελάχιστη απόσταση μεταξύ δυο διαδοχικών στρωμάτων) και σε οριζόντια (η ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο σημείων του ιδίου επιπέδου) εξαρτάται κυρίως από την συχνότητα του εκπεμπόμενου ηχητικού παλμού και το εύρος του (την χρονική διάρκεια του παλμού σε millisecond (ms)) και δευτερευόντως από την κοκκομετρική σύσταση των στρωμάτων Σεισμική (ακουστική) στρωματογραφία Η σεισμική (ακουστική) διασκόπιση, πέραν από την λεπτομερή και ολοκληρωμένη τοπογραφική αποτύπωση του θαλάσσιου πυθμένα, μελετά τη στρωματογραφική (πρωτίστως) αλλά και την γενικότερη γεωλογική δομή του πυθμένα, όπως επίσης και τις διάφορες φάσεις απόθεσης των ιζημάτων. Οι πληροφορίες παρέχονται μέσω της χρήσης των λιθοακουστικών τομογραφιών των υποστρωμάτων του πυθμένα, που σκοπό έχουν (Λυκούσης, 1999 και Φερεντίνος, 1985): (α) στην αναγνώριση σεισμικών (ακουστικών) ανακλάσεων που έχουν ανακλαστεί από μια και την αυτή επιφάνεια και (β) στον προσδιορισμό των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των ανακλαστήρων που είναι η μορφή τους (configuration), η συνέχεια τους (continuity) και το εύρος τους (amplitude) Η δε γεωλογική (στρωματογραφική) των ερμηνεία αποβλέπει: 51

54 (α) στην αναγνώριση των σεισμικών (ακουστικών) ακολουθιών απόθεσης(depositional sequence) και (β) στον προσδιορισμό των σεισμικών φάσεων (seismic facies). Α) Σεισμική (ακουστική) ακολουθία Μία ακουστική ακολουθία απόθεσης συνίσταται αφενός από διαδοχικές παράλληλες ή σχεδόν παράλληλες σεισμικές ανακλάσεις, που έχουν κοινή γενετική προέλευση, και αφετέρου οριοθετείται (άνω και κάτω) από επιφάνειες ασυνέχειας. Μάλιστα οι (ακουστικοί) ανακλαστήρες των επιφανειών ασυνέχειας παρουσιάζουν χαρακτηριστικές καταλήξεις, που τις καθιστούν βασικό κριτήριο αναγνώρισης των διάφορων παραμέτρων των ακολουθιών απόθεσης. Στο Σχήμα 2.17 δίνονται σχηματικά οι διάφορες μορφές του ανώτερου και κατώτερου ορίου μιας αυτοτελούς ακολουθίας απόθεσης. Σχήμα 2.17 Μορφές του ανώτερου και κατώτερου ορίου μιας αυτοτελούς ακολουθίας απόθεσης Η δε γεωλογική ερμηνεία τους έχει ως εξής: Διαβρωσιγενής αποκοπή (erosional or structural truncation): η αποκοπή της πλευρικής κατάληξης των ιζηματογενών στρώσεων λόγω διάβρωσης ή τεκτονικού γεγονότος. Επικάλυψη κορυφής (toplap): όταν αρχικά κεκλιμένα στρώματα καταλήγουν ανάντη ως προς την κλίση τους και ασυμπτωτικά σε μια επιφάνεια με διαφορετική κλίση. Παράλληλη συμφωνία (concordance): η ύπαρξη επαλληλίας μεταξύ των στρωμάτων της ιζηματογενούς σειράς και της οροφής της (ανώτερο όριο) ή του δαπέδου (κατώτερο όριο) που συνοδεύεται και από ένα χρονο-στρωματογραφικό κενό (hiatus) μεταξύ τους. Ορθή επικάλυψη (onlap): όταν αρχικά οριζόντια στρώματα καταλήγουν σε μια επιφάνεια με κεκλιμένα στρώματα ή αρχικά κεκλιμένα στρώματα καταλήγουν ανάντη ως προς την κλίση τους σε μια επιφάνεια στρωμάτων με μεγαλύτερη κλίση. Ανάστροφη επικάλυψη (downlap): όταν αρχικά κεκλιμένα στρώματα καταλήγουν με την φορά της κλίσης τους πάνω σε επιφάνεια οριζοντίων ή κεκλιμένων στρωμάτων. 52

55 β) Σεισμικές (ακουστικές) φάσεις Μετά τον καθορισμό των σεισμικών (ακουστικών) ακολουθιών απόθεσης γίνεται η αναγνώριση των σεισμικών (ακουστικών) φάσεων που είναι τρισδιάστατες ενότητες αποτελούμενες από σεισμικές ανακλάσεις με χαρακτηριστικά διαφορετικά από αυτά των γειτονικών τους ενοτήτων. Μια σεισμική φάση αντικατοπτρίζει ένα συγκεκριμένο περιβάλλον απόθεσης και αντίστοιχες λιθοφάσεις μέσα σε μια ιζηματολογική σειρά. Η μελέτη τους δε στηρίζεται στο εξωτερικό γεωμετρικό τους σχήμα, όπως αυτό διαμορφώνεται από το περίγραμμα των σεισμικών ανακλάσεων που συνιστούν την σεισμική φάση, όπως επίσης και από την ανάλυση των παραμέτρων των σεισμικών ανακλάσεων, δηλαδή της μορφής, της συνέχειας, του πλάτους και της συχνότητας εμφάνισης των. Στο Σχήμα 2.18 απεικονίζονται σχηματικά τα πιο συνηθισμένα γεωμετρικά σχήματα των σεισμικών φάσεων που παραθέτονται στον Πίνακα 2.2. Πίνακας 2.2 Γεωμετρικά σχήματα των σεισμικών φάσεων και μορφές των σεισμικών των ανακλάσεων. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ ΣΧΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΣΕΙΣΜΙΚΩΝ ΦΑΣΕΩΝ ΜΟΡΦΕΣ ΤΩΝ ΣΕΙΣΜΙΚΩΝ ΤΩΝ ΑΝΑΚΛΑΣΕΩΝ. Εκτεταμένο επίπεδο στρώμα Παράλληλη Κυματιστό στρώμα Υποπαράλληλη Σφηνοειδής Αποκλίνουσα Ανάχωμα Προσχωματική Φακοειδής Σιγμοειδής Λοφοειδείς Πλάγια Ριπίδια Σύνθετη πλάγια-σιγμοειδής Γέμισμα κοιλάδας Μερικής επικάλυψης Γέμισμα λεκάνης Λοφοειδής Γέμισμα κατώτερου υφαλοπρανούς Χαοτική Χωρίς ανακλάσεις Από την μορφή των σεισμικών ανακλάσεων βγάζουμε συμπεράσματα για τις διάφορες μορφές στρώσης, περιβάλλοντα ιζηματογένεσης, τυχόν επιφάνειες διάβρωσης και το παλαιο-ανάγλυφο. Η συνέχεια των σεισμικών ανακλάσεων μας καθορίζει την πλευρική έκταση μέσα στην οποία έχουμε ομοιογενείς συνθήκες ιζηματογένεσης, ενώ το πλάτος τους (αντιστοιχώντας σε μεταβολές της ταχύτητας διάδοσης του ακουστικού κύματος που οφείλεται στη σχετική διαφορά της ταχύτητας (άρα και της πυκνότητας) μεταξύ δύο διαδοχικών στρωμάτων) μας δίνει πληροφορίες για την στρωματοποίηση των ιζημάτων, αλλά και για την παρουσία υδρογονανθράκων. 53

56 Σχήμα 2.18 Συνήθη γεωμετρικά σχήματα των σεισμικών φάσεων. Μια σεισμική φάση, συνήθως περιέχει σεισμικές ανακλάσεις μιας ή και περισσότερων μορφών. Σύμφωνα δε με τους Φερεντίνο (1985) και Λυκούση (1999), οι πλέον συνηθισμένες μορφές των σεισμικών ανακλάσεων, που αναφέρονται στις σεισμικές φάσεις που αντιπροσωπεύουν τα γεωμετρικά σχήματα του Πίνακα 2.2 και παρουσιάζονται σχηματικά στο Σχήμα Παράλληλος και σχεδόν παράλληλος (υπο-παράλληλη) μορφή. Μπορούν να διακριθούν περαιτέρω σε ομαλές όταν είναι σχεδόν επίπεδες και σε κυματοειδείς, όταν έχουν κυματοειδή μορφή. Τις συναντάμε σε σεισμικές φάσεις με εξωτερικά γεωμετρικά σχήματα παραλληλεπίπεδου καλύμματος, κυματοειδούς μορφής (φυλλοειδούς περικάλυψης) και σε περιπτώσεις πρόσχωσης (γεμίσματος). Οι σεισμικές ανακλάσεις της μορφής αυτής συνδέονται με περιβάλλοντα ομοιόμορφου ρυθμού ιζηματογένεσης που συναντώνται είτε σε περιοχές της υφαλοκρηπίδας που βυθίζονται σταθερά είτε σε βαθιές λεκάνες που έχουν σταθερό πυθμένα (Φερεντίνος, 1985). Αποκλίνουσα μορφή. Στην περίπτωση αυτή οι ανακλάσεις αποκλίνουν δημιουργώντας μια ενότητα σφηνοειδούς μορφής στην οποία η αύξηση του πάχους συνδέεται με την σταδιακή αύξηση του αριθμού των αποκλινόντων ανακλάσεων με μορφή «βεντάλιας». Τυχαίες δε απολήξεις συνήθως παρατηρούνται προς την πλευρά της σύγκλισης. Η αποκλίνουσα μορφή σχετίζεται με περιβάλλοντα απόθεσης όπου υπάρχει 54

57 σταδιακή μεταβολή των ρυθμών ιζηματογένεσης ή με καταβύθιση με σταθερό ρυθμό της επιφάνειας ιζηματογένεσης. Σχήμα 2.19 Σχηματική απεικόνιση των μορφών των σεισμικών ανακλάσεων. Προσχωματικές μορφές. Οι προσχωματικές μορφές που γενικά είναι το αποτέλεσμα της μεταβολής του ρυθμού ιζηματογένεσης αλλά και του βάθους, διακρίνονται περαιτέρω σε: (α) Η σιγμοειδής μορφή των σεισμικών ανακλάσεων έχει σχήμα ανεστραμμένου S με τους ανώτερους ανακλαστήρες να είναι σχεδόν οριζόντιοι και να έχουν παράλληλη σχέση με την οροφή της ακολουθίας. Το μεσαίο τμήμα του στρώματος είναι πιο παχύ με μεγαλύτερη κλίση (περίπου 1 0 ) σχηματίζοντας μια επαλληλία ανακλαστήρων που σχετίζονται με την σταδιακή πλευρική δόμηση και πρόσχωση. Το κατώτερο τμήμα είναι σχετικά πολύ λεπτό έχοντας πολύ μικρή κλίση (<1 0 ) και καταλήγοντας με ανάστροφη επικάλυψη στο δάπεδο της ακολουθίας. Η σιγμοειδής προσχωματική μορφή υποδηλώνει μια συνεχή προς τα πάνω πρόσχωση και ταυτόχρονη πλευρική προέκταση που πρέπει 55

58 να σχετίζονται με μικρή τροφοδοσία σε ίζημα σε συνδυασμό με ταυτόχρονη καταβύθιση της επιφάνειας ιζηματογένεσης ή άνοδο της θαλάσσιας στάθμης. (β) Η πλάγια προσχωματική μορφή αποτελείται από ανακλαστήρες με μεγάλη κλίση που καταλήγουν προς μεν τα άνω με κορυφαία επικάλυψη σε μια σχεδόν επίπεδη οροφή, προς δε τα κάτω καταλήγουν σε μια ανάστροφη επικάλυψη βάσης. Γενικά, το χαρακτηριστικό γνώρισμα της μορφής αυτής είναι απουσία κορυφαίων αποθέσεων, η εμφανής επικάλυψη κορυφής και η μεγάλη κλίσή τους (έως 10 0 ). Η πλάγια προσχωματική μορφή σχετίζεται με μεγάλη τροφοδοσία ιζημάτων σε συνδυασμό με σταθερότητα της επιφάνειας ιζηματογένεσης και σταθερή στάθμη της θάλασσας. Η διάκριση δε σε εφαπτομενική και παράλληλη έχει να κάνει με την κλίση των ανακλάσεων όπου στην μεν εφαπτομενική μορφή οι κλίσεις τους μειώνονται σταδιακά προς τα κάτω καταλήγοντας εφαπτομενικά και με ανάστροφη επικάλυψη βάσης στους ορίζοντες του δαπέδου, ενώ στην παράλληλη μορφή, όπου ουσιαστικά διαμορφώνεται μόνο το μεσαίο τμήμα της μορφής από ανακλαστήρες με μεγάλη κλίση, οι ανακλαστήρες καταλήγουν με μεγάλη κλίση και με επίσης ανάστροφη επικάλυψη στη βάση (δάπεδο) της προσχωματικής μορφής. (γ) Η σύνθετη σιγμοειδής-πλάγια προσχωματική μορφή συνίσταται από εναλλαγές σιγμοειδών και πλάγιων μορφών μέσα στην ίδια ακουστική ενότητα, υποδηλώνοντας έτσι και εναλλασσόμενες συνθήκες ιζηματογένεσης. (δ) Η προσχωματική μορφή μερικής επικάλυψης χαρακτηρίζεται από την δημιουργία μικρού εύρους ακουστικής ενότητας με αραιούς (συχνά και ασυνεχείς) πλάγιους εσωτερικούς ανακλαστήρες μικρής σχετικά κλίσης που καταλήγουν σε φαινόμενη επικάλυψη βάσης και οροφής, που εμφανίζονται σχεδόν παράλληλες μεταξύ τους. Ιζηματολογικά σχετίζονται με γρήγορη πρόσχωση-απόθεση ιζημάτων σε αβαθή νερά, ενώ το πάχος της ακουστικής ενότητας συχνά υποδηλώνει και το βάθος της περιοχής (λεκάνης) απόθεσης. (ε) Η λοφοειδής προσχωματική μορφή αποτελείται από υπό-παράλληλες και μη-συνεχείς ανακλάσεις που δημιουργούν τυχαίους λοφοειδείς σχηματισμούς μικρών διαστάσεων χωρίς συστηματοποιημένες καταλήξεις. Οι σεισμικές ανακλάσεις της μορφής αυτής υποδηλώνουν την απόθεση αλληλο-επικαλυπτόμενων και εμπλεκόμενων λοβών που σχετίζονται με περιβάλλοντα πλευρικής πρόσχωσης, όπως στην περίπτωση αβαθών περιοχών υποθαλάσσιου πρό-δελτα ή και με εσωτερικές περιοχές του εναέριου δέλτα, π.χ. αλίπεδα. (στ) Η χαοτική μορφή που αποτελείται από διακοπτόμενες και ασύμφωνες σεισμικές ανακλάσεις διαφόρων διευθύνσεων. Η παρουσία της μορφής αυτής συνδέεται είτε με περιβάλλοντα ιζηματογένεσης υψηλής ενέργειας (υψηλή κυματική και παλιρροϊκή ενέργεια), είτε απόθεση κάτω από κανονικές συνθήκες, αλλά τα στρώματα μετά από την απόθεση τους παραμορφώθηκαν από άλλους παράγοντες, όπως είναι η κατολίσθηση, διάβρωση και απόθεση σε κοιλότητες-κανάλια ή σε ρηξιγενείς ζώνες με έντονη παραμόρφωση. (ζ) Μορφές χωρίς ανακλάσεις (ή διαφανείς ορίζοντες) είναι ιζηματολογικές ενότητες που λόγω της ομοιογένειας των, δηλαδή χωρίς καμία στρωματοποίηση, δεν δίνουν καθόλου ή δίνουν λίγες αμυδρά καταγραφόμενες σεισμικές ανακλάσεις. Οι μορφές αυτές 56

59 σχετίζονται είτε με περιβάλλοντα απόθεσης πολύ λεπτόκοκκου υλικού (αργίλου), με μεγάλη περιεκτικότητα σε νερό και ελάχιστη συνοχή, είτε με στρώματα ομογενοποιημένα, λόγω έντονης παραμόρφωσης (π.χ. λασπορροές, αλατούχοι δόμοι), είτε ακόμη και με στρώματα με πολύ μεγάλη κλίση. 2.3 Βασικές γεωλογικές παράμετροι στις υποθαλάσσιες κατασκευές Οι βασικές γεωλογικές παράμετροι που διερευνώνται, τόσο για την επιτυχή ολοκλήρωση των έργων, όσο και για την αποφυγή μελλοντικών βλαβών και καταστροφών είναι: η τοπογραφία του πυθμένα η ιζηματολογική σύσταση του πυθμένα η γεωλογική δομή του πυθμένα η σταθερότητα των πρανών του πυθμένα Στα παραπάνω πρέπει να προστεθούν ο εντοπισμός και η επίδραση της παρουσίας των πάσης φύσεως προϋπαρχόντων ανθρώπινων κατασκευών και αντικειμένων, όπως είναι αγωγοί, καλώδια, άγκυρες πλοίων, ναυάγια κ.ά Τοπογραφία του πυθμένα σε: Οι τοπογραφικές ανωμαλίες του πυθμένα διακρίνονται ανάλογα με το μέγεθός των (α) μεγάλης κλίμακας, όπως είναι μεγάλες γεωμορφές (π.χ. υποθαλάσσιες κοιλάδες, λόφοι, ρηξιγενή μέτωπα κ.ά.) που σχετίζονται με την γενικότερη γεωλογική εξέλιξη της περιοχής και (β) μικρής κλίμακας (της τάξης από μερικά μέτρα μέχρι μερικές δεκάδες μέτρα) που αφορούν κυρίως τα διάφορα τεχνικά έργα (π.χ. θεμελιώσεις πυλώνων) και που σχετίζονται με την ιζηματολογική και στρωματογραφική σύνθεση των ανώτερων στρωμάτων του πυθμένα. Οι τοπογραφικές ανωμαλίες μεγάλης κλίμακας, όπως είναι τα αλατούχα διάπυρα (Σχήμα 2.20.α), τα υποθαλάσσια δελταϊκά μέτωπα, οι υποθαλάσσιες χαραδρώσεις (canyon), τα ρηξιγενή μέτωπα συνδέονται συνήθως με απότομες κλίσεις του πυθμένα (κλίσεις που φθάνουν μέχρι και 30%), ανάλογες αυτών που συναντάμε στην ηπειρωτική κατωφέρεια. Μάλιστα οι περιοχές αυτές των μεγάλων τοπογραφικών κλίσεων, είναι εν δυνάμει και περιοχές εκδήλωσης υποθαλάσσιων βαρυτικών μετακινήσεων ιζημάτων. Τοπογραφικές ανωμαλίες μικρής κλίμακας που άλλοτε συναντώνται σε σκληρούς σχηματισμούς, άλλοτε σε μαλακούς (ιζηματολογικά) σχηματισμούς ενώ μπορεί να συνδέονται και με μετακινήσεις ιζημάτων (π.χ. λόγω ρευμάτων). Χαρακτηριστικά παραδείγματα μικρού μεγέθους τοπογραφικών ανωμαλιών είναι οι κοιλότητες του πυθμένα που δημιουργούνται από την διαφυγή εναέριων υδρογονανθράκων (pock marks). και που μπορεί να ξεπερνούν σε διάμετρο τα 10 m (Σχήμα 2.20.β). Επίσης ένα είδος τοπογραφικής ανωμαλίας που συναντάται σε υψηλά γεωγραφικά πλάτη και συνήθως σε βάθη <150 m είναι τα αυλάκια από την κίνηση των παγετώνων και τα οποία έχουν βάθος μέχρι και 6 m., 57

60 πλάτος αρκετά μέτρα και μήκος εκατοντάδες μέτρα. Αυτά θεωρούνται ως υπολειμματικές μορφές που έχουν σχηματιστεί χιλιάδες χρόνια πριν, ενώ στην περίπτωση που είναι ενεργά σήμερα, είναι ιδιαίτερα επικίνδυνα π.χ. για τους υποθαλάσσιους αγωγούς και καλώδια. Σχήμα 2.20 Τοπογραφικές ανωμαλίες του πυθμένα που οφείλονται σε (α) αλατούχους δόμους (D) και (β) στην παρουσία κρατήρων διαφυγής φυσικών αερίων (ΡΜ) Στις ανωμαλίες του πυθμένα πρέπει να συμπεριληφθούν και αυτές που προέρχονται από την ανθρώπινη δραστηριότητα, όπως είναι αύλακες από το σύρσιμο των αγκυρών, βυθίσματα από την εξόρυξη υλικών ή ακόμη και εξάρσεις από την τεχνητή συσσώρευση (απόρριψη) στερεών αποβλήτων (π.χ. προϊόντα βυθοκορισμού) ή ακόμη και από την παρουσία ναυαγίων. Ακόμη οι τοπογραφικές ανωμαλίες συχνά παρουσιάζουν και απότομες μεταβολές των ιζηματολογικών και γεωτεχνικών χαρακτηριστικών του πυθμένα, δηλαδή μεταξύ των γειτονικών ανυψώσεων και βυθισμάτων του. 58

61 2.3.2 Ιζηματολογική σύσταση του πυθμένα Στην περιοχή της υφαλοκρηπίδας, πέραν από την αιγιαλίτιδα ζώνη, η κοκκομετρική σύνθεση των επιφανειακών ιζημάτων του πυθμένα χαρακτηρίζεται αφενός από την επικράτηση των λεπτόκοκκων ιζημάτων (ιλύς και άργιλος) και αφετέρου από μια γενική τάση μείωσης του κοκκομετρικού μεγέθους προς την ανοικτή θάλασσα. Εξαίρεση αποτελούν κάποιες περιοχές όπου έχουμε εμφανίσεις υπολειμματικών άμμων (relict sands) που συνήθως συνδέονται με παλαιότερες περιόδους του Τεταρτογενούς. Εκείνο όμως που κυρίως ενδιαφέρει τις θαλάσσιες κατασκευές είναι η συνεκτικότητα των ιζημάτων, με βάση την οποία τα διακρίνουμε σε 'σκληρά' και 'μαλακά' ιζήματα. Βέβαια, ξεχωριστά εξετάζονται οι περιπτώσεις εμφάνισης των σκληρών πετρολογικών σχηματισμών. Οι 'σκληροί' ιζηματολογικοί σχηματισμοί χαρακτηρίζονται από εξαιρετικά συνεκτικά ιζήματα με υψηλές τιμές διατμητικής αντοχής (π.χ. >20 kpa (υφαλοκρηπίδα Ατλαντικού) (Keller et al., 1979)). Τέτοιοι σχηματισμοί μπορεί να είναι παγετώδεις λιθώνες, κοραλλιογενείς ασβεστόλιθοι, βυθισμένοι ακτόλιθοι, ηφαιστειακές αποθέσεις ή ακόμη και συμπαγείς αποθέσεις άλατος. Οι σκληροί ιζηματολογικοί σχηματισμοί ευνοούν την αγκύρωση και την θεμελίωση αλλά μπορεί όμως να παρουσιάσουν δυσκολίες σε γεωτρήσεις λόγω της συνεκτικότητάς των. Ακόμη στην περίπτωση των κοραλλιογενών ασβεστόλιθων μπορεί να παρουσιάζουν πολύ διαφορετικές τιμές διατμητικής αντοχής από σημείο σε σημείο. Τα μαλακά ιζήματα με πολύ μικρή διατμητική αντοχή (π.χ. <10 kpa (υφαλοκρηπίδας Ατλαντικού) (Keller et al., 1979)) συνήθως τα συναντάμε σε σύγχρονες ή υπολειμματικές (relict) δελταϊκές αποθέσεις και γενικά σε περιοχές όπου αποτίθενται λεπτόκοκκα ιζήματα. Τέτοιες περιοχές δημιουργούν μεγάλα προβλήματα σε θεμελιώσεις λόγω της μικρής τους αντοχής στην φόρτιση, ενώ καθίστανται ιδιαίτερα επικίνδυνα όταν βρίσκονται σε κεκλιμένες περιοχές του πυθμένα. Μια άλλη ενδιαφέρουσα κατηγορία των 'μαλακών' ιζημάτων είναι τα μη συνεκτικά ιζήματα που μετακινούνται (μεταναστεύουν) από περιοχή σε περιοχή υπό την μορφή κυμάτων άμμου (sand waves), πάγκων άμμου (sand banks) και αμμορυτίδων (ripples). Η ύπαρξη τους συνδέεται συνήθως με γρήγορα ρεύματα που συνήθως είναι παλιρροϊκής προέλευσης (Σχήμα 2.21). Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι στην περιοχή των Κυκλάδων του Αιγαίου Πελάγους έχουν βρεθεί αμμώδη κύματα (ύψους αρκετών μέτρων), μεγάλες και μικρές αμμορυτίδες, αμμώδεις λωρίδες και γραμμώσεις (Lykousis, 1998). Όπως είναι προφανές, η μετακίνηση των ιζημάτων δημιουργεί προβλήματα καθώς σκεπάζουν προϋπάρχουσες κατασκευές (π.χ. αγωγούς, καλώδια) κάτω από μεγαλύτερο όγκο (άρα και βάρος) ιζημάτων, ενώ μπορεί κατά την μετακίνησή των να δημιουργήσουν προβλήματα (π.χ. να υποσκάψουν) σε θεμελιώσεις. 59

62 Σχήμα 2.21 Σχηματική απεικόνιση των διάφορων τύπων ιζηματογενών γεωμορφών που αναπτύσσονται στον θαλάσσιο πυθμένα λόγω της δράσης ρευμάτων Γεωλογική δομή Η γεωλογική δομή του πυθμένα ερευνάται κυρίως ως προς την στρωματογραφία του και ειδικότερα των ανώτερων στρωματογραφικών του ενοτήτων ενώ ιδιαίτερη σημασία δίνεται στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των ιζηματολογικών του φάσεων. Την δε γεωλογική δομή του θαλάσσιου πυθμένα συμπληρώνουν τα ρήγματα και οι περιοχές διαφυγής αέριων υδρογονανθράκων. Από τα ρήγματα του πυθμένα εκείνα που έχουν εξαιρετική σπουδαιότητα στις διάφορες θαλάσσιες κατασκευές είναι τα 'ενεργά' ρήγματα. Ως 'ενεργά' χαρακτηρίζονται τα ρήγματα εκείνα τα οποία έδρασαν τα τελευταία 2 εκατομμύρια χρόνια ή εκείνα κατά μήκος των οποίων κατεγράφησαν σεισμοί ή παρατηρήθηκαν μετακινήσεις κατά τους ιστορικούς 60

63 χρόνους (Φερεντίνος, 1985). Ειδικότερα δε τα επιφανειακά ρήγματα συνήθως δημιουργούνται λόγω της ανομοιόμορφης στερεοποίησης των επιφανειακών ιζημάτων, είτε λόγω της δράσης εφελκυστικών / συμπιεστικών τάσεων που οφείλονται σε ολίσθηση ή ερπυσμό των επιφανειακών στρωμάτων του πυθμένα πάνω σε βαθύτερα στρώματα, είτε ακόμη και λόγω διαπυρισμού. Τα ενεργά ρήγματα που φθάνουν μέχρι την επιφάνεια του πυθμένα μετατοπίζουν είτε Ολοκαινικά στρώματα, στην περίπτωση όπου επικρατεί συνεχής ιζηματογένεση ή παλαιότερους σχηματισμούς (συνήθως Πλειο-πλειστοκαινικής ηλικίας) εφόσον η περιοχή υπόκειται σε διάβρωση (Σχήμα 2.22.α). Σχήμα 2.22 (α) Ενεργά ρήγματα στον θαλάσσιο πυθμένα του ΒΔ Αιγαίου Πελάγους και (β) Προσχωματικό γέμισμα διαβρωσιγενών αυλακιών. Ειδικότερα για τις κατασκευές που εδράζονται στον θαλάσσιο πυθμένα τα επικίνδυνα ρήγματα είναι αυτά που ευρίσκονται στα ανώτερα 700 m του θαλάσσιου πυθμένα (McClelland & Reifel, 1986). Τα φυσικά αέρια που συναντώνται σε επιφάνειες ασυνέχειας, όπως αυτές των ρηγμάτων, ή είναι συγκεντρωμένα στην κορυφή γεωλογικών δομών ή ακόμη είναι διασκορπισμένα μέσα στα ιζήματα. Τα συναντάμε συνήθως σε δελταϊκά ιζήματα ή σε 61

64 επιφανειακές εκδηλώσεις φυσικών υδρογονανθράκων. Όπως και στην περίπτωση των ρηγμάτων μας ενδιαφέρουν αυτά που βρίσκονται στα επιφανειακά στρώματα (μέχρι τα 700 m βάθος) ενώ η εμφάνισή των στην επιφάνεια του πυθμένα σχετίζεται και με την δημιουργία των pock-mark. Τέλος, ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται σε πληρώσεις με νεώτερα ιζήματα παλαιότερων καναλιών διάβρωσης (Σχήμα 2.22β), όπως είναι οι εγκαταλελειμμένες κοίτες ποταμών από περιόδους χαμηλότερης θαλάσσιας στάθμης των οποίων το πάχος μπορεί να φθάνει μερικές δεκάδες μέτρα, το πλάτος τους σε αρκετές εκατοντάδες, ενώ μπορεί να εκτείνονται κατά μήκος αρκετών χιλιομέτρων. Η τεχνική τους σημασία οφείλεται στην διαφορετικότητα των ιζηματολογικών και γεωτεχνικών ιδιοτήτων μεταξύ των ιζημάτων πλήρωσης και αυτών που τα περιβάλλουν Σταθερότητα πρανών H σταθερότητα των υποθαλάσσιων πρανών, όπως και η επικινδυνότητά της που αφορά τα διάφορα τεχνικά έργα (π.χ. ρήξη υποθαλάσσιων καλωδίων), σχετίζεται με την μετακίνηση, λόγω βαρύτητας, των ιζημάτων του πυθμένα με την μορφή π.χ. υποθαλάσσιων κατολισθήσεων, λασπορροών, ροής κορημάτων και τουρβιδιτών. Η βαρυτική μετακίνηση των ιζημάτων οφείλεται στην παρουσία μη συνεκτικών ιζημάτων (συνήθως λεπτόκοκκων) σε περιοχές του πυθμένα με αυξημένη τοπογραφική κλίση. Τέτοιες περιοχές στην μεν υφαλοκρηπίδα συναντώνται κυρίως στα υποθαλάσσια μέτωπα των δέλτα, στα πρανή υποθαλάσσιων χαραδρώσεων (canyons), στην περιοχή του υφαλόριου και φυσικά στην ηπειρωτική κατωφέρεια. Τις βαρυτικές μετακινήσεις των ιζηματογενών μαζών τις διακρίνουμε σε δυο μεγάλες κατηγορίες: (α) αυτές που πραγματοποιούνται (ολοκληρώνονται) μέσα σε μικρό χρονικό διάστημα (ολόκληρη ή κάποια φάση της), με ουσιαστική αλλαγή του αρχικού ιζηματολογικού ιστού που φθάνει στην πλήρη καταστροφή του, όπως είναι οι πτώσεις βράχων, οι (κατ)ολισθήσεις και οι ροές ιζημάτων, και (β) σε αυτές που εξελίσσονται με πολύ αργό ρυθμό και με τον ιζηματολογικό τους ιστό να παραμορφώνεται προοδευτικά χωρίς να εμφανίζονται εμφανείς θραύσεις, όπως είναι το φαινόμενο του ερπυσμού. Στον Πίνακα 2.3 δίνονται συνοπτικά οι διάφοροι επιμέρους τύποι-διαδικασίες μετακίνησης των ιζηματογενών μαζών, τα είδη της μηχανικής συμπεριφοράς των, οι δομές που σχηματίζουν μετά από την ολοκλήρωση της μετακίνησης και τελικής απόθεσης των, καθώς και τα σχετιζόμενα με αυτές ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των σεισμικών ανακλαστήρων, όπως αυτοί προκύπτουν από την μελέτη των λιθοσεισμικών (ακουστικών) τομών. Η εκδήλωση των βαρυτικών μετακινήσεων (είδος, διάσταση) και κατ' επέκταση η ευστάθεια/αστάθεια των υποθαλάσσιων πρανών εξαρτώνται από την σχέση μεταξύ της διατμητικής αντοχής των ιζημάτων και των διατμητικών τάσεων που επενεργούν σε αυτά. Οι δε κύριοι φυσικοί παράγοντες που επηρεάζουν την παραπάνω σχέση και συχνά αποτελούν την αφορμή της εκδήλωσης μιας βαρυτικής μετακίνησης των ιζημάτων είναι (Φερεντίνος, 1985, Λυκούσης, 1999): 62

65 Πίνακας 2.3 Βαρυτικές μετακινήσεις μαζών, μηχανική συμπεριφορά και μηχανισμοί μετακίνησης (Nardin et al., 1979) (1) Τα ιζηματολογικά και βιογεωχημικά χαρακτηριστικά Η κοκκομετρική διαβάθμιση, η ορυκτολογία των κόκκων, η κατανομή των κόκκων και ο ιστός του ιζήματος (π.χ. πορώδες) καθορίζουν τις πρωτογενείς γεωτεχνικές ιδιότητες (την διατμητική αντοχή) του ιζήματος. Σε αυτά προστίθενται τα αποτελέσματα των διεργασιών της βιοαναμόχλευσης, της διαγένεσης, της δημιουργίας αυθιγενών ορυκτών αλλά και αερίων (φυσαλίδων), της χημείας του νερού των πόρων. (2) Ο ρυθμός ιζηματογένεσης. Αποθέσεις που είναι το αποτέλεσμα ενός γρήγορου ρυθμού ιζηματογένεσης παρουσιάζουν μικρή διατμητική αντοχή καθώς είναι ασθενώς στερεοποιημένες και 63

66 έχουν μεγάλη περιεκτικότητα σε νερό. Ιδιαίτερα επισφαλείς ειναι αποθέσεις που αποτελούνται από εναλλαγές στερεοποιημένων και μη-στερεοποιημένων στρωμάτων. (3) Οι θαλάσσιοι κυματισμοί Τα θαλάσσια κύματα και ιδιαίτερα τα κύματα θύελλας λόγω της περιοδικής φόρτισης (λόγω των μεταβολών της υδροστατικής πίεσης της υπερκείμενης στήλης του νερού) που ασκούν στα ιζήματα του πυθμένα, προκαλούν αύξηση της πίεσης του νερού των πόρων η οποία οδηγεί σε ρευστοποίηση των ιζημάτων που εκτείνεται σε αρκετό βάθος κάτω από την επιφάνεια του πυθμένα. (4) Η τεκτονική δράση Τα ενεργά ρήγματα και η ενεργή πτύχωση των ανώτερων κυρίως στρωμάτων του πυθμένα προκαλούν αύξηση των τοπογραφικών κλίσεων του πυθμένα, αυξάνοντας έτσι την ασκούμενη διατμητική τάση. (5) Τα διάπυρα Η ανοδική κίνηση των αλατούχων δόμων έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση των τοπογραφικών κλίσεων του πυθμένα. (6) Η σεισμική δραστηριότητα Τα σεισμικά κύματα (η οριζόντια συνιστώσα της σεισμικής επιτάχυνσης) επηρεάζουν την διατμητική αντοχή των ιζημάτων καθώς με την περιοδική φόρτιση που ασκούν σε αυτά (επηρεάζοντας πρωτίστως το νερό των πόρων) προκαλούν την ρευστοποίηση των. (συχνότητα σεισμών και ένταση εκφρασμένη ως σεισμική επιτάχυνση). (7) Οι αέριοι υδρογονάνθρακες Η παρουσία των αέριων υδρογονανθράκων στα ιζήματα οφείλεται σε βιοχημικές διεργασίες, όπως είναι η σήψη οργανικού υλικού, η δράση βακτηρίων, που είναι ιδιαίτερα έντονες σε δελταϊκές αποθέσεις. Προκαλούν μείωση της διατμητικής αντοχής των ιζημάτων, μέσω της σχετικής ρευστοποίησης των ιζημάτων που οφείλεται στην αύξηση της πίεσης του νερού των πόρων, η οποία είναι το αποτέλεσμα της αντίδρασης μεταξύ των υδρογονανθράκων και του νερού των πόρων που οδηγεί στον σχηματισμό των αέριων ένυδρων (gas-hydrates) υδρογονανθράκων. Στο Σχήμα 2.23 δίνονται σχηματικά παραδείγματα από βαρυτικές μετακινήσεις. 64

67 Σχήμα 2.23 Σχηματική απεικόνιση διάφορων μορφών βαρυτικών μετακινήσεων. 65

68 2.4. Δορυφορική Ωκεανογραφία Η παρατήρηση και παρακολούθηση της Θάλασσας από το Διάστημα αποτελεί τα τελευταία χρόνια σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη του Θαλάσσιου Περιβάλλοντος και αποτελεί απαραίτητο μέρος των Θαλάσσιων Συστημάτων Παρατήρησης. Οι εμπορικοί δορυφόροι που κινούνται σε τροχιά γύρω από τη γη συλλέγουν καθημερινά εικόνες σε διάφορα τµήµατα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η Δορυφορική Ωκεανογραφία στηρίζεται στην επιλεκτική απορρόφηση του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από το θαλασσινό νερό, ανάλογα με το βάθος. Η ακτινοβολία στα μεγάλα μήκη κύματος (ορατό και κοντινό υπέρυθρο) απορροφάται σε μικρότερα βάθη σε σχέση με τα μικρά μήκη κύματος του ορατού (κυανό) που διεισδύει στα μεγαλύτερα βάθη (Σχήμα 2.24). Σχήμα 2.24 Απορρόφηση του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο θαλάσσινό νερό Η Δορυφορική Ωκεανογραφία παρουσιάζει τα εξής πλεονεκτήματα (Τοπουζέλης, Σημ. Παν. Αιγαίου): -Προσβασιμότητα: Οι δορυφορικές παρατηρήσεις καλύπτουν τις περιοχές των παγκόσμιων ωκεανών οι οποίες είναι μετά βίας προσιτές για επίγειες παρατηρήσεις. -Συνοπτική πληροφόρηση: Οι δορυφόροι συλλέγουν τεράστιο ποσό πληροφοριών που υπερβαίνει τα στοιχεία που συλλέγονται από τις επίγειες ωκεανογραφικές παρατηρήσεις. και τα εξής μεονεκτήματα: -Μη συμβατότητα με συμβατικές μεθόδους: Οι παράμετροι που μετριούνται από τους δορυφόρους δεν μπορούν να αποδοθούν άμεσα στα ωκεανογραφικά χαρακτηριστικά που έχουν μετρηθεί με συμβατικές μεθόδους. 66

69 -Ευαισθησία: Μερικές δορυφορικές παρατηρήσεις (ωκεάνιο χρώμα και υπέρυθρες ακτίνες) είναι πιο ευαίσθητες στις δυσμενείς μετεωρολογικές συνθήκες από τις παραδοσιακές ωκεανογραφικές μεθόδους Δορυφορικές Τροχιές Δορυφόροι Γεωστατικής Τροχιάς (GOES) - Βρίσκονται σε km ύψος - Η κίνησή του γίνεται πάνω από τον ισημερινό με γωνιακή ταχύτητα ίση με την ταχύτητα της γης (~Στατικοί), υπάρχει συνεχής παρατήρηση της ίδιας περιοχής της επιφάνειας της γης και για αυτό φαίνονται σαν ακίνητοι πάνω από τη γη. - Παρατηρεί και να συλλέγει πληροφορίες πάνω από συγκεκριμένες περιοχές - Δεν καλύπτει τους πόλους - Έχουν μικρή διακριτική ικανότητα, μεγάλη χωρική κάλυψη Σχήμα 2.25 Απεικόνιση Γεωστατικής Τροχιάς (CCRS/CCT) Δορυφόροι Πολικής Τροχιάς (POES) - Βρίσκονται σε km ύψος - Η τροχιά του είναι σχεδόν Β-Ν, κάθετη προς τον Ισημερινό - Έχουν μεγάλη διακριτική ικανότητα, μικρή χωρική κάλυψη - Κινούνται σε είτε σε ανατολική κατεύθυνση (όπως η γη) = πρόδρομη (prograde orbit), είτε σε Δυτική κατεύθυνση = ανάδρομη τροχιά (retrograde orbit). - Καθώς ο δορυφόρος ακολουθεί την τροχιά του σαρώνει ένα τμήμα του γήινου εδάφους που νομάζεται λωρίδα (swath). - Τυπικές τιμές για το εύρος τέτοιων λωρίδων κυμαίνονται από δεκάδες έως λίγες εκατοντάδες χιλιόμετρα. - Εάν η Γη δεν περιστρέφονταν τότε ο δορυφόρος θα κάλυπτε πάντα το ίδιο τμήμα της επιφάνειάς της. 67

70 - Λόγω της περιστροφής της καλύπτεται διαφορετικό κομμάτι και ύστερα από κάποιο χρονικό διάστημα καλύπτεται σχεδόν ολόκληρη η επιφάνεια της Γης. - Σε εγγύς-πολικές τροχιές οι περιοχές κοντά στους πόλους σαρώνονται πιο αποτελεσματικά - από τις μακρινές περιοχές (λόγω της αλληλεπικάλυψης των παρακείμενων λωρίδων). - Περίοδος επανόδου (revisit period): ο χρόνος για να καλυφθεί ένας πλήρης κύκλος περιφορών του δορυφόρου (επανέρχεται στο ίδιο σημείο). Σχήμα 2.26 Απεικόνιση Πολικής Τροχιάς (CCRS/CCT) Παθητικοί και Ενεργητικοί Αισθητήρες Παθητικά Συστήματα Τα Παθητικά Συστήματα ανιχνεύουν και καταγράφουν τη φυσικά ανακλώμενη ηλιακή και θερμική ακτινοβολία και καλύπτουν τα ορατά και τα υπέρυθρα μήκη κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Είναι εφοδιασμένα με έναν πολυφασματικό σαρωτή ο οποίος καταγράφει το ηλεκτρομαγνητικό σήμα που προέρχεται από την ίδια περιοχή της γήινης επιφάνειας, την ίδια χρονική στιγμή αλλά σε διάφορα μήκη κύματος, παρέχοντας με αυτόν τον τρόπο τα διαφορετικά φασματικά κανάλια μιας πολυφασματικής δορυφορικής εικόνας. Πλεονεκτήματα - Έχουν απεριόριστη λήψη δεδομένων. - Παρουσιάζουν μεγάλη φασματική ανάλυση. - Εμφανίζουν μεγάλη διακριτική ικανότητα. Μειονεκτήματα - Παρουσιάζουν γεωμετρική παραμόρφωση που οφείλεται στη χρήση μηχανικών σαρωτών η οποία, αν και μικρή, δεν μπορεί να θεωρηθεί αμελητέα. - Εμφανίζουν προβλήματα σχετικά με τη ραδιομετρική διαβάθμιση. Έχουν εξάρτηση από τις καιρικές συνθήκες και την ηλιακή φωτεινότητα. 68

71 Ενεργητικά Συστήματα Τα Ενεργητικά Συστήματα εκπέμπουν δική τους ακτινοβολία, το σήμα της οποίας ανακλάται, διαθλάται ή διαχέεται στην γήινη επιφάνεια ή ατμόσφαιρα και καταγράφεται στην επιστροφή του. Πλεονεκτήματα - Ανεξάρτητα καιρικών συνθηκών (μικρή ευαισθησία σε βροχή) - Λειτουργία ημέρα και νύχτα - Πολυχρονική ανάλυση - Ευαισθησία στο περιεχόμενο νερού, βιομάζα κλπ. - Ευαισθησία στην επιφανειακή τραχύτητα - Ακρίβεια στις μετρήσεις αποστάσεων - Ευαισθησία σε ανθρωπογενείς παρεμβάσεις στο περιβάλλον - Ευαισθησία στην δομή του στόχου που κατοπτεύουν Μειονεκτήματα - Πολύπλοκες αλληλοεπιδράσεις δύσκολες να ερμηνευθούν και επεξεργασθούν - Επίδραση της τοπογραφίας - Επίδραση της επιφανειακής τραχύτητας Βασικά χαρακτηριστικά οργάνων καταγραφής (Τοπουζέλης, Σημειώσεις Παν. Αιγαίου) Χωρική Διακριτική Ικανότητα Χωρική ανάλυση (spatial resolution) Χωρική διακριτική ικανότητα είναι η ικανότητα διάκρισης δύο αντικειμένων που βρίσκονται πολύ κοντά σε μια εικόνα ή το ελάχιστο μήκος που έχει ένας στόχος ή μία λεπτομέρειά του και μπορεί να γίνει διακριτή. Απεικονίσεις χαμηλής ανάλυσης (low resolution) = χαμηλή διακριτική ικανότητα = μεγάλες κλίμακες, Απεικονίσεις υψηλής ανάλυσης (high resolution) = υψηλή διακριτική ικανότητα = μικρές κλίμακες. Σχήμα 2.27 Δορυφορικές Εικόνες Χαμηλής (15m) ανάλυσης (αριστερά) και Υψηλής (60cm) ανάλυσης (δεξιά). Πηγή: 69

72 Φασματική διακριτική ικανότητα (ανάλυση) Η Φασματική διακριτική ικανότητα περιγράφει την ικανότητα ενός αισθητήρα να ορίζει μικρά διαστήματα μήκους κύματος. Σχετίζεται με τον αριθμό των φασματικών καναλιών που χρησιμοποιεί ο κάθε δορυφόρος. Στις πολυφασματικές εικόνες: α) η θέση στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, το εύρος και ο αριθμός των φασματικών καναλιών μπορούν να καθορίζουν τον βαθμό και το είδος των διαφόρων στόχων β) η χρήση τους βελτιώνει πολύ τη διακριτική ικανότητα σε σχέση με οποιοδήποτε μεμονωμένο φασματικό κανάλι Ραδιομετρική διακριτική ικανότητα Η Ραδιομετρική διακριτική ικανότητα περιγράφει την ικανότητα ενός συστήματος να καταγράφει στην ίδια συχνότητα μικρές διαφορές στην λαμπρότητα (δηλ. την λαμβανόμενη ισχύ) από δύο διαφορετικά σημεία του στόχου και άρα να τα διαχωρίζει σε διαφορετικά εικονοστοιχεία. Η αύξηση της ραδιομετρικής ικανότητας προκαλεί ανάλογη αύξηση των διαβαθμίσεων στην εικόνα και επομένως έχουμε μεγαλύτερη διακριτική ικανότητα των στόχων (256 διαβαθμίσεις του γκρι (8 bits)). Σχήμα 2.28 Δορυφορικές Εικόνες Υψηλής (8-bit) (αριστερά) και Χαμηλής (8-bit) (δεξιά) ραδιομετρικής διακριτικής ικανότητας. Πηγή: Χρονική διακριτική ικανότητα O χρόνος επανόδου του δορυφόρου στο ίδιο σημείο ή διαφορετικά η συχνότητα λήψης εικόνων για την ίδια περιοχή. Μετά από ένα πλήρη κύκλο περιφοράς της Γης ο δορυφόρος επιστρέφει και καλύπτει ξανά το ίδιο αρχικό σημείο από το οποίο ξεκίνησε. Η περίοδος επαναληψιμότητας για ένα δορυφορικό σύστημα συνήθως είναι της τάξης κάποιων ημερών ή ωρών όταν πρόκειται για αστερισμό δορυφορικού συστήματος. Λόγω αλληλεπικάλυψης γειτονικών λωρίδων παρατήρησης μειώνεται σε λίγες μέρες. 70

73 2.4.4 Σφάλματα/ Διορθώσεις (Τοπουζέλης, Σημ. Παν. Αιγαίου) Γεωγραφική Διόρθωση Η γεωμετρική διόρθωση έχει ως σκοπό, τον μετασχηματισμό του συστήματος συντεταγμένων των εικόνων. Οι απεικονίσεις συνήθως έχουν παραμορφώσεις λόγο της γωνίας λήψης των εικόνων και της απόστασης των συστημάτων από τα αντικείμενα στόχους Με τη διαδικασία της γεωμετρικής διόρθωσης, οι δορυφορικές εικόνες αποκτούν κλίμακα και ιδιότητες προβολής σε χάρτη. Στους σύγχρονους δορυφόρους ακριβής προσδιορισμός της γεωγραφικής θέσης τους γίνεται με το σύστημα GPS (Global Positioning System) Ατμοσφαιρική Διόρθωση Τα σύννεφα είναι το κυριότερο εμπόδιο στο ορατό και υπέρυθρο μήκος κύματος Στο ορατό και υπέρυθρο μήκος κύματος οι σταγόνες και οι κρύσταλλοι πάγου στα σύννεφα σκεδάζουν και απορροφούνε ακτινοβολία Πυκνά σύννεφα εμποδίζουν τον αισθητήρα να βλέπει την επιφάνεια της Γης Τα σύννεφα μπορούνε να καλύπτουνε τα 2/3 του πλανήτη ανά πάσα στιγμή Τα χαρακτηριστικά και οι ιδιότητές τους μεταβάλλονται με το ύψος Για το λόγο αυτό είναι απαραίτηται: Να γνωρίζουμε εάν κάποιο από τα εικονοστοιχεία της απεικόνισης είναι απαλλαγμένο από τα σύννεφα Να απαλλαγούμε από τα σύννεφα (masking) Μάσκα στεριάς Με τη διαδικασία αυτή η δορυφορική εικόνα καθαρίζεται από τις χερσαίες περιοχές και περιορίζεται στο θαλάσσιο χώρο.η διαδικασία αυτή βοηθάει στη μείωση της περιττής πληροφορίας και του χρόνου επεξεργασίας των δεδομένων Εφαρμογές θαλάσσιας τηλεπισκόπησης Μερικές από τις εφαρμογές της Δορυφορικής Ωκεανογραφίας περιλαμβάνουν τα παρακάτω: 1. Επιφανειακή θερμοκρασία της θάλασσας (sea surface temperature) 2. Χρώμα της θάλασσας (ocean cοlour) 3. Ρύπανση της θάλασσας (ocean pollution) 4. Ύψος της επιφάνειας της θάλασσας (ocean surface) 5. Αλατότητα της επιφάνειας της θάλασσας (sea surface salinity) 6. Τοπογραφία βυθού (sea bottom topography) 7. Επιφανειακή ταχύτητα ανέμων (sea surface winds) 8. Κύματα της θάλασσας (sea waves) 9. Επιφανειακά ρεύματα (ocean surface currents) 10. Παρακολούθηση των πάγων (sea ice) 71

74 Επιφανειακή Θερμοκρασία Θάλασσας (SST) Η μελέτη της Επιφανειακής Θερμοκρασίας της θάλασσας αποτελεί ίσως την πιο «τυπική» μέτρηση. Αυτή πραγματοποιείται: Με χρήση στο Υπέρυθρο (1-30 μm)-παθητική Μέτρηση Οι δορυφορικές μετρήσεις βασίζονται στη μέτρηση της ακτινοβολίας που προέρχεται από τη θερμοκρασία του ανώτερου στρώματος της θαλάσσιας μάζας. Με χρήση στα Μικροκύματα Ενεργητική Μέτρηση Σχήμα 2.29 Επιφανειακή Θερμοκρασία Θάλασσας (Πηγή: Υπέρυθρο Μόνο σε περιοχές χωρίς σύννεφα «Μεγάλη» ατμοσφαιρική διόρθωση μέχρι οc στους τροπικούς Μεγάλη χωρική ανάλυση 1 km Υψηλή ραδιομετρική ευαισθησία Πρόβλημα: αεροζόλ Μικροκύματα Επηρεάζονται ελάχιστα από τα σύννεφα «Μικρή» ατμοσφαιρική διόρθωση Μικρή χωρική ανάλυση km Γραμμική ραδιομετρική ευαισθησία Πρόβλημα: βροχή, παρεμβολή ραδιοφωνικών κυμάτων Η παρακολούθηση της Θερμοκρασίας είναι σημαντική γιατί συνδέεται με το Θερμικό Ισοζύγιο, όπου: - Η ΕΘΘ είναι υπαίτια για την μεταφορά θερμότητας μεταξύ ωκεανών και ατμόσφαιρας - Η ΕΘΘ είναι ένας βασικός δείκτης της αλλαγής του κλίματος ECV = Essential Climate Variable - Περισσότερη θερμότητα εκλύεται από την επιφάνεια της Γης προς την ατμόσφαιρα από ότι απευθείας από τον Ήλιο - Η μεταφορά θερμότητας μεταξύ ωκεανών και ατμόσφαιρας ουσιαστικά ελέγχει τον καιρό και το κλίμα 72

75 Ωκεάνιο Χρώμα Το χρώμα της επιφάνειας του νερού είναι αποτέλεσμα της ακτινοβολίας του ήλιου η οποία έχει εισέλθει στην θάλασσα, έχει υποστεί σειρά διεργασιών (επιλεκτική απορρόφηση, σκέδαση, αντανάκλαση) λόγω του φυτοπλαγκτόν και άλλων αιωρούμενων σωματιδίων του ανώτερου στρώματος και οπισθοσκεδάζεται μέσω της επιφάνειας του νερού. Σχήμα 2.30 Ωκεάνιο Χρώμα (Κόλπος Μεξικού) (Πηγή: Οι μετρήσεις του χρώματος των ωκεανών βασίζονται σε ηλεκτρομαγνητική ενέργεια στο ορατό μήκος κύματος ( nm). Παρατηρήσεις για τις διεργασίες από το χρώμα της θάλασσας στο ορατό μέχρι 50m βάθος. Η διαπερατότητα του καθαρού νερού της θάλασσας είναι πολύ μεγάλη. Σε θολά παράκτια ύδατα το βάθος που συμβάλει στο ωκεάνιο χρώμα μειώνεται σε μερικά μέτρα ή και λιγότερο. Στο Υπέρυθρο η ακτινοβολία εκπέμπεται από το ανώτερο στρώμα της θάλασσας (10-15μm). Το χρώμα των επιφανειακών υδάτων εξαρτάται από τη συγκέντρωση: - Χλωροφύλλης, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από τη βιομάζα του Φυτοπλαγκτόν - Αιωρούμενων σωματιδίων στο ανώτερο στρώμα του νερού Ανόργανο Υλικό (στερεοπαροχές ποταμών, επαναιώρηση ιζημάτων πυθμένα, εναπόθεση σκόνης) Οργανικό Υλικό (θραύσματα κυττάρων φυτοπλαγκτόν/ ζωοπλαγκτόν) - Διαλελυμένου οργανικού υλικού (αποσύνθεση φυτικής ύλης, αλλοιωμένο φυτοπλαγκτόν λόγω τροφής) Η χλωροφύλλη του φυτοπλαγκτόν απορροφά άλλα μήκη κύματος και συμβάλλει στο πράσινο χρώμα του νερού. Τα διαλελυμένα και τα αιωρούμενα σωματίδια απορροφούν το ηλιακό φως στην μπλε ζώνη συχνοτήτων και άρα δίνουν καφετί- κίτρινο χρώμα στο νερό. 73

76 Αλτιμετρία Η δορυφορική αλτιμετρία αφορά τη μέτρηση της απόστασης ενός δορυφόρου από τη στάθμη της θάλασσας με τη χρήση ενός RADAR ή LASER αλτίμετρου. Η απόσταση αυτή συνδυασμένη νε τον προσδιορισμό της θέσης του δορυφόρου με μεγάλη ακρίβεια (GPS, DORIS, SLR) οδηγεί σε παρατηρήσεις της στάθμης της θάλασσας ως προς κάποιο ελλειψοειδές αναφοράς. Το αλτίμετρο του δορυφόρου εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς σε πολύ μεγάλη συχνότητα οι οποίοι ανακλώνται στην επιφάνεια της θάλασσας και μέρος της ισχύς τους επιστρέφει στο δορυφόρο. Η δορυφορική αλτιμετρία χρησιμεύει στον προσδιορισμό της Στιγμιαίας Στάθμης της Θάλασσας (ΣΣΘ), της Μέσης Στάθμης της Θάλασσας (ΜΣΘ), της Μέσης Δυναμικής Ωκεάνιας Τοπογραφίας (ΜΔΩΤ) και του θαλάσσιου γεωειδούς. Οι μετρήσεις αλτιμετρίας των δορυφορικών αποστολών (T/P, Jason-1, GFO, ERS-1 & - 2, Envisat, and Jason-2) του Σχήματος 2.31, αποκαλύπτουν τη μεταβολή της στάθμης της θάλασσας από το 1993 μέχρι το 2012 στον παγκόσμιο ωκεανό. Με βάση την κατανομή του χάρτη (Σχήμα 2.31α) η μεγαλύτερη αύξηση της παγκόσμιας στάθμης παρατηρείται στο Δυτικό Ειρηνικό Ωκεανό, η οποία κατά τόπους ξεπερνά τα 10mm/yr, ενώ με βάση το διάγραμμα (Σχήμα 2.31β) η μέση στάθμη της θάλασσας αυξάνεται με ρυθμό 2.7mm/yr. (α) (β) Σχήμα 2.31 Χάρτης (α) και διάγραμμα (β) παγκόσμιας μεταβολής της μέσης θαλάσσιας στάθμης ( ), όπως μετρήθηκε με δορυφορική αλτιμετρία (CNES/LEGOS/CLS,2013) 74

77 3. Τεχνικά έργα & κατασκευές Τη μεγαλύτερη συμμετοχή της εφαρμοσμένης δυναμικής ιζηματολογίας και γενικότερα της υποθαλάσσιας γεωλογίας την συναντάμε στα ποικίλα τεχνικά έργα που αφορούν τον ευρύτερο θαλάσσιο της παράκτιας ζώνης. Τα τεχνικά αυτά έργα μπορούμε να τα διακρίνουμε σε δύο μεγάλες κατηγορίες: (α) αυτά που αφορούν την αιγιαλίτιδα ζώνη (π.χ. λιμάνια, κυματοθραύστες) και που επηρεάζουν την δυναμική των ιζημάτων (μεταφορά και απόθεση) και κατ' επέκταση την σταθερότητα της ακτογραμμής (φαινόμενα διάβρωσης) και (β) σε αυτά που εδράζονται στον χώρο της ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας (και κατωφέρειας), όπως είναι οι εξέδρες πετρελαίου, τα υποθαλάσσια καλώδια και οι αγωγοί. 3.1 Παράλιες κατασκευές και σταθερότητα της ακτογραμμής Από τα τεχνικά έργα που κατασκευάζονται στην αιγιαλίτιδα (παράλια) ζώνη τα περισσότερα έχουν άμεση σχέση με την σταθερότητα της ακτογραμμής, όπου η συμβολή του ωκεανογράφου με γνώσεις γεωλογίας και ιζηματολογίας θεωρείται απαραίτητη. Έτσι, οι διάφορες κατασκευές (π.χ. λιμάνια, πρόβολοι) μεταβάλλοντας τις υδροδυναμικές συνθήκες κοντά στην ακτογραμμή, επηρεάζουν και την μεταφορά και απόθεση των ιζημάτων (χερσαίας ή θαλάσσιας προέλευσης) με αποτέλεσμα είτε την οπισθοχώρηση (διάβρωση) είτε την προέλαση της ακτογραμμής. Μάλιστα πολλές φορές, αναπτύσσονται έργα, όπως είναι οι βραχίονες, για την αντιμετώπιση της διάβρωσης των ακτών που έχει προκληθεί από προηγούμενες κατασκευές (π.χ. κατασκευή αλιευτικών καταφυγίων, τουριστικών μαρίνων), οι οποίες έγιναν χωρίς την απαιτούμενη ιζηματολογική μελέτη. 75

78 Η οπισθοχώρηση της ακτογραμμής μπορεί να οφείλεται σε μια ποικιλία είτε φυσικών μηχανισμών (π.χ. ανύψωση της θαλάσσιας στάθμης, ευστατισμό, καθίζηση, κλιματικές αλλαγές), είτε σε ανθρώπινες παρεμβάσεις (εξόρυξη οικοδομικών υλικών από τη κοίτη ποταμών, εκβαθύνσεις, παράκτιες κατασκευές) ή ακόμη και σε συνδυασμό των. Ανάλογα, η προέλαση της ακτογραμμής σχετίζεται με την φυσική ανακατανομή των παράκτιων ιζημάτων (συνήθως προερχόμενα από παρακείμενες θέσεις διάβρωσης), εξωγενείς πηγές (κύρια τα ποτάμια), σε περιοχές μιας συνεχούς τεκτονικής ανύψωσης της χέρσου και στην ανθρώπινη παρέμβαση (π.χ. στην δέσμευση των παράκτιων μετακινουμένων ιζημάτων). Τέλος η διάβρωση εκφράζεται συνήθως με επεισοδιακό χαρακτήρα και δεν είναι εύκολο να προβλεφτεί χρονικά. Ακόμη και σε περιοχές συνεχούς διάβρωσης υπάρχουν περίοδοι πολύ μεγάλης έντασης που πιθανόν να διαχωρίζονται από περιόδους μικρής έντασης ή ακόμη και σχετικής σταθερότητας Ισοζύγιο ιζημάτων στην αιγιαλίτιδα (παράλια) ζώνη) Τις τελευταίες δεκαετίες, η ολοένα και αυξανόμενη οικιστική και τουριστική ανάπτυξη των ακτών, σε συνδυασμό με την κατασκευή ενός πλήθους υδροηλεκτρικών και αρδευτικών φραγμάτων, αλλά και των αντιδιαβρωτικών έργων για την προστασία των εδαφών, έχει ως αποτέλεσμα τη δραστική μείωση της παροχής των χερσαίων φερτών υλικών. Στα πλαίσια λοιπόν αυτά, η διάβρωση του αιγιαλού (ή καλύτερα η σταθερότητα της ακτογραμμής) έχει άμεση σχέση με το ισοζύγιο των ιζημάτων, το οποίο διαμορφώνεται από μια σειρά χερσαίων και θαλάσσιων συνιστωσών που κατατάσσονται σε δύο κύριες κατηγορίες: (α) σε αυτές που εισάγουν ίζημα και (β) σε αυτές που απομακρύνουν (εξάγουν) ίζημα από την παράλια ζώνη (Σχήμα 3.1). Η επικράτηση δε της μιας ή της άλλης κατηγορίας, καθορίζει το αν θα έχουμε πρόσχωση ή διάβρωση, ενώ στην περίπτωση ισοδυναμίας η θέση της ακτογραμμής παραμένει σταθερή (αμετάβλητη) (Πίνακα 3.1). Πίνακας 3.1 Ισοζύγιο ιζημάτων για πεπερασμένη περιοχή της αιγιαλίτιδας ζώνης ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΕΞΑΓΩΓΗ ΙΖΗΜΑΤΩΝ Παράλια μεταφορά (+) Ποτάμια στερεοπαροχή Διάβρωση παράκτιων γκρεμών Μεταφορά από την θάλασσα (+) Αιολική μεταφορά προς την παραλία Βιογενής απόθεση Υδρογενής απόθεση Τεχνητός εμπλουτισμός Παράλια μεταφορά (-) Μεταφορά προς την ανοικτή θάλασσα (-) Αιολική μεταφορά μακράν της παραλίας (συνήθως προς παράκτιες θίνες) Παγίδευση ιζημάτων σε παρακείμενα canyons Διάλυση των ιζημάτων (λόγω τριβών) Εξόρυξη ιζημάτων Στο σημείο αυτό θα πρέπει να σημειωθεί η σπουδαιότητα που έχει σε μια μελέτη μεταφοράς ιζημάτων κατά μήκος της ακτογραμμής, ο ασφαλής καθορισμός των πλευρικών (κυρίως) ορίων του τμήματος της παράλιας ζώνης στον οποίο αναφέρεται ο ποσοτικός προσδιορισμός των διάφορων συνιστωσών παροχής ή απομάκρυνσης ιζημάτων, ώστε να μην εξαιρεθεί καμία συνιστώσα. Με ιδιαίτερη δε προσοχή πρέπει να εξετάζονται οι εκβολές 76

79 ποταμών και χειμάρρων, έστω και αν βρίσκονται αρκετά μακριά από την υπό μελέτη περιοχή, οι παρακείμενοι παράκτιοι γκρεμοί μη συνεκτικής λιθολογίας όπως επίσης και η παρεμβολή τυχόν ανθρώπινων κατασκευών. Σχήμα 3.1 Σχηματική απεικόνιση των συνιστωσών που διαμορφώνουν το ισοζύγιο των ιζημάτων στην αιγιαλίτιδα (παράλια) ζώνη Τεχνητά έργα που αφορούν την σταθερότητα της ακτογραμμής Τα μέτρα που αφορούν την σταθερότητα και γενικότερα την εξέλιξη της ακτογραμμής ποικίλλουν από προληπτικά, θεραπευτικά ή ακόμη και αποκατάστασης. Όλες οι μέθοδοι αποβλέπουν στην αλλαγή του ιζηματολογικού ισοζυγίου και συνήθως στον έλεγχο της μετακίνησης των ιζημάτων, μέσα στην αιγιαλίτιδα ζώνη (είτε παράλληλα είτε κάθετα στην ακτογραμμή) μέσα από την τροποποίηση των υδροδυναμικών χαρακτηριστικών. Τα κυριότερα είδη των (παράλιων) κατασκευών, που ως στόχο έχουν τον έλεγχο της διάβρωσης των παράκτιων γκρεμών, την σταθεροποίηση της ακτογραμμής, αλλά και την διατήρηση των απαιτούμενων βαθών σε διαύλους ναυσιπλοΐας: τα προστατευτικά τείχη (και αναχώματα) (για την προστασία των παράκτιων γκρεμών και απότομων ακτών) τα ζεύγη προβόλων (jetties), (για διευθέτηση διαύλων ναυσιπλοΐας) οι βραχίονες (groynes), (προστασία των ακτών) οι κυματοθραύστες (breakwaters), (προστασία ακτών και στη διαμόρφωση λιμανιών) Τέλος, έχουμε και την μέθοδο της αναπλήρωσης του υλικού του αιγιαλού (beach replenishment) που θεωρείται ως η 'μαλακή (soft)' λύση σε αντιδιαστολή των προαναφερόμενων 'σκληρών (hard)' λύσεων, δηλαδή την κατασκευή κυματοθραυστών, παράκτιων τοίχων κλπ. 77

80 (α) Προστατευτικά τείχη Τα προστατευτικά τείχη και αναχώματα αποσκοπούν στην προστασία παράκτιων γκρεμών και αιγιαλών από κύματα συνήθως μικρού - μέσου ύψους, ενώ λειτουργούν και ως ανακλαστήρες στην περίπτωση καταιγίδων. Στο Σχήμα 3.2 δίνονται σχηματικά διάφοροι τύποι προστατευτικών τειχών που κατασκευάζονται σε περιπτώσεις έντονου κυματισμού. Εκτός από τα προστατευτικά τείχη, σε περιπτώσεις χαμηλού κυματισμού, έχουν αναπτυχθεί και άλλες φθηνότερες κατασκευές που μπορεί να συνοψιστούν σε τρεις κατηγορίες (Carter, 1988): (ι) συμβατικές, αναχώματα με τη χρησιμοποίηση φθηνότερων υλικών (πλαστικές σακούλες γεμάτες άμμο ή τσιμέντο), (ιι) ανανεώσιμες που συχνά χρησιμοποιούν στερεά απορρίμματα (π.χ. πόντιση παλαιών αυτοκινήτων), και (ιιι) βιολογικές με κύριο όπλο την ανάπτυξη βλάστησης, όπως στη περίπτωση σταθεροποίησης των πρανών παράλιων αμμόλοφων (θινών). Μια σειρά από περιβαλλοντικά προβλήματα σχετίζονται με τη κατασκευή των προστατευτικών τειχών που ως στατικές κατασκευές παρεμποδίζουν στην δυναμική εξέλιξη και ισορροπία των ακτών και την ανταλλαγή υλικών μεταξύ της χέρσου και της θάλασσας. Έτσι, τα ανακλώμενα κύματα στους τοίχους, στο χώρο μπροστά από αυτούς, αυξάνουν την προς την θάλασσα μεταφορά των ιζημάτων που προκαλούν μείωση του επιπέδου της ακτής. Τούτο μπορεί σταδιακά ακόμη και να υποσκάψει τα θεμέλια του τείχους που ακολούθως χρειάζεται επισκευή ή και ενίσχυση. Αν το τείχος εμποδίζει την αποστράγγιση της χέρσου τότε μπορεί να ανυψωθεί ο υδροφόρος ορίζοντας, αυξάνοντας την υδροστατική πίεση κάτω από το τείχος με καταστρεπτικές πιθανόν συνέπειες. Τέλος, η διατάραξη του ιζηματολογικού δυναμικού μπορεί να προκαλέσει έντονα φαινόμενα διάβρωσης στις παρακείμενες, μη προστατευμένες περιοχές της ακτογραμμής. Σχήμα 3.2 Διάφοροι τύποι παράλιων προστατευτικών τοίχων: (α) κατακόρυφα, (β) καμπύλα, (γ) κοίλα και κεκλιμένα. 78

81 (β) Ζεύγη προβόλων (jetties) Τα ζεύγη προβόλων κατασκευάζονται στα στόμια των ποταμών, παλιρροϊκών στενών, estaury με σκοπό να σταθεροποιήσουν τις όχθες του δίαυλου, να εμποδίζουν τυχόν πρόσχωση του από την παράκτια μετακίνηση ιζημάτων και ακόμη να τον προστατεύουν από τη κυματική δράση (Σχήμα 3.3). Τα jetties κατευθύνουν και ενισχύουν την ροή ώστε να επιτυγχάνεται η συνεχής μετακίνηση των αιωρούμενων υλικών, ώστε να αποφευχθεί η πρόσχωση του διαύλου. Ακόμη, η κατασκευή τους συχνά εκτείνεται και πέρα από τη ζώνη θραύσης των κυμάτων (break zone), ώστε να αποφευχθεί η παγίδευση των ιζημάτων που κινούνται κατά μήκος της ακτογραμμής. Βέβαια έχουμε συγκέντρωση υλικού στην πλευρά από όπου έρχεται η ροή, ενώ φαινόμενα διάβρωσης συναντώνται στην άλλη πλευρά. Σχήμα 3.3 Σχηματική απεικόνιση ζεύγους προβόλων (jetties) σε στόμιο ποταμού. (γ) Βραχίονες (groynes) Οι βραχίονες είναι σταθερές κατασκευές (Σχήμα 3.4), ανάλογες αυτών των τειχών, που τοποθετούνται κάθετα ή σχεδόν κάθετα στην ακτογραμμή ώστε να δεσμεύσουν ένα μέρος της ποσότητας των ιζημάτων που κινείται παράλληλα προς την ακτογραμμή (στην ζώνη κυματωγής). Για πολλά χρόνια τα groynes θεωρούνταν πανάκια σαν μέτρο αντιμετώπισης της παράκτιας διάβρωσης. Όμως πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι μόνο το 50% των εγκατεστημένων groynes εκπλήρωσαν πλήρως την αποστολή τους, ενώ στις περισσότερες φορές δημιουργήθηκαν προβλήματα διάβρωσης που είτε υποσκάπτει τα ίδια τα θεμέλια τους είτε διαβρώνει παρακείμενες παράκτιες περιοχές. Στο Σχήμα 3.4 δίνεται σχηματική απεικόνιση μιας σειρά από βραχίονες, όπου δείχνεται και η αποτελεσματικότητά των που εξαρτάται και από την ενδιάμεση απόστασή των. Μάλιστα ανάλογα με τον ρόλο εκάστου βραχίονα, τους διακρίνουμε σε αυτούς που αφήνουν μέρος των εισερχομένων ιζημάτων να προσπεράσει, είτε γύρο από τις άκρες των, είτε και πάνω από αυτούς και στους τερματικούς ( terminal groynes) οι οποίοι αποτελεσματικά και τελεσίδικα σταματούν το σύνολο της επιμήκους παγιδεύοντας οριστικά τα μεταφερόμενα ιζήματα. 79

82 Σχήμα 3.4 Κάτοψη παραλίας όπου φαίνεται η προσαρμογή της ακτογραμμής μετά την τοποθέτηση μιας σειράς από βραχίονες (groynes). (δ) κυματοθραύστες (breakwaters) Οι κυματοθραύστες (breakwaters) είναι κατασκευές που αποβλέπουν στην προστασία ενός τμήματος της ακτογραμμής (όπως και των παράλιων γκρεμών), ή κάποιου λιμανιού ή άλλης παράκτιας εγκατάστασης από την κυματική ενέργεια (Σχήμα 3.5). Δύο είναι τα κύρια είδη κυματοθραυστών: αυτοί που έχουν τοποθετηθεί εφαπτομενικά της ακτογραμμής, συνήθως αποτελώντας τμήμα κάποιου λιμανιού, και τους απομακρυσμένους (detached breakwaters) που τοποθετούνται συνήθως παράλληλα αλλά σε κάποια απόσταση από αυτήν, έχοντας ως στόχο να προκαλέσουν την θραύση των κυμάτων πριν αυτά φθάσουν στην ακτογραμμή (Σχήμα 3.5.β). Μάλιστα οι δεύτεροι μπορεί να μην προεξέχουν της επιφάνειας της θάλασσας (submerged breakwaters). Από τεχνικής πλευράς, οι κυματοθραύστες είναι κατασκευές ανάλογες με αυτές των παραθαλάσσιων τειχών και έτσι κατασκευάζονται με ανάλογο τρόπο. Η πλέον συνήθης κατασκευή είναι αυτή που φαίνεται στο Σχήμα 3.5.α που αποτελείται από ένα πυρήνα χαλαρού υλικού καλυπτόμενη από μια επίστρωση από σταθερές, διαπλεκόμενες και αγκυρωμένες κατασκευές (ογκόλιθοι, προκατασκευασμένοι ογκόλιθοι, rip-rap). Ο βαθμός αποτελεσματικότητας και η αντοχή των κυματοθραυστών εξαρτάται από τις διαστάσεις τους (π.χ. εύρος, κλίση) σε σχέση με τα χαρακτηριστικά των προσπιπτόντων κυμάτων. Ακόμη, για την κατασκευή ενός κυματοθραύστη μελετώνται τα φυσικά χαρακτηριστικά των αναμενόμενων κυμάτων (π.χ. ύψος, περίοδος), τα φαινόμενα διάθλασης, περίθλασης και ανάκλασής των, όπως και η στατική και υδροδυναμική συμπεριφορά τους στη περίπτωση κυμάτων θύελλας. Από ιζηματολογικής πλευράς, η παρουσία των κυματοθραυστών μειώνει την μεταφορική ικανότητα των κυμάτων, με αποτέλεσμα την επιλεκτική απόθεση των ιζημάτων. Έτσι στη περίπτωση των παράλληλων προς την ακτή τοποθετημένων κυματοθραυστών παρατηρείται συσσώρευση ιζημάτων στην προστατευμένη πλευρά από τα κύματα περιοχή που φθάνει μέχρι και σε δημιουργία ενός είδους tombolos, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 3.5.β. Όσον δε αφορά τις οικολογικές συνέπειες των κυματοθραυστών στο παράκτιο οικοσύστημα, πολύ λίγες μελέτες έχουν διεξαχθεί. Βέβαια σαν νέες αλλόχθονες κατασκευές στη παράκτια ζώνη έχουν κάποια παρέμβαση και στην οικολογία της. Έτσι, σε πολλές περιπτώσεις έχει παρατηρηθεί μια ανάπτυξη νέων ζωντανών οργανισμών που ακολουθεί την εγκατάσταση ενός κυματοθραύστη και ιδιαίτερα όταν τα υλικά κατασκευής τους είναι διάφορα ξένα από αυτά του γύρω φυσικού περιβάλλοντος, όπως π.χ. στη περίπτωση ενός 80

83 κυματοθραύστη από κομμάτια βράχων σε μια αμμώδη ακτή. Τέλος, στη νότια Καρολίνα η εγκατάσταση τεχνητών υφάλων (ένα είδος κυματοθραύστη) έχουν αποδειχτεί πολύ προσοδοφόροι, αποδίδοντας γύρω στα 10 εκατομμύρια δολάρια από την αύξηση της αλιευτικής δραστηριότητας. Σχήμα 3.5 (α) Εγκάρσια τομή ενός κυματοθραύστη και (β) σχηματική απεικόνιση της περίθλασης των γραμμών κορυφής των κυμάτων λόγω της παρουσίας των κυματοθραυστών αλλά και της προσαρμογής της ακτογραμμής στα νέα υδροδυναμικά δεδομένα (π.χ. ανάπτυξη megacusps και tombolos). (ε) Η αναπλήρωση του υλικού του αιγιαλού (beach replenishment) Η αναπλήρωση του υλικού του αιγιαλού σημαίνει την τεχνητή απόθεση μεγάλου όγκου φερτών υλικών (άμμου και βότσαλων) στην αιγιαλίτιδα ζώνη με σκοπό την προέλαση της ακτογραμμής. Ο τεχνητός εμπλουτισμός χρησιμοποιείται είτε για να δημιουργήσει, είτε να συντηρήσει μια παραλία που χρησιμοποιείται για ψυχαγωγικούς λόγους αλλά και για την μεταφορά προς την θάλασσα του συνόλου της παράκτιας ζώνης, ώστε να προστατευθούν παράκτιες ιδιοκτησίες και κατασκευές από τα κύματα θύελλας. Το μεγαλύτερο σε κλίμακα έργο τεχνητού εμπλουτισμού αφορούσε την παραλία του Miami, όπου μέσα σε μια 5ετία ( ) αποτέθηκαν 13 εκατομμύρια m 3 άμμου που εξορύχτηκε από την παρακείμενη μακράν-της-παράλιας ζώνης (offshore zone) και στοίχισε περισσότερο από $ 60 εκατομμύρια (CERC, 1984). Το έργο με την ολοκλήρωση του δημιούργησε μια τεχνητή παραλία (εναέριο τμήμα) πλάτους 55 m ευρισκόμενο 3 m υψηλότερα της μέσης στάθμης επί μήκους 16 km. Το έργο συμπεριέλαβε και νέους τεχνητούς εμπλουτισμούς, όπου χρειάστηκε τα επόμενα 10 χρόνια. Ένα από τα βασικά προβλήματα είναι και η επιλογή της διαμέτρου των ιζημάτων (άμμου, χαλικιού) που θα χρησιμοποιηθεί κατά τον τεχνητό εμπλουτισμό. Για την 81

84 κοκκομετρική λοιπόν αξιολόγηση του υλικού αναπλήρωσης ο Dean (1983) θεωρεί ότι εάν ο χρόνος καθίζησης του υλικού όταν αυτό βρεθεί σε αιώρηση (από την δράση των κυμάτων) είναι μικρότερο από την περίοδο του κύματος τότε το υλικό αυτό δεν θα μεταφερθεί παραμένοντας στην παράλια ζώνη. Έτσι, ο Dean ανέπτυξε το κριτήριο που συσχετίζει την ταχύτητα καθίζησης (w s ) με το πάχος του στρώματος κοντά στον πυθμένα (δd) τού συνολικού βάθους του νερού (d) και της περιόδου του κύματος (Τ): d w s (3.1) T Έτσι για πάχος (δd=10 cm) κοντά στον πυθμένα και κύματα περιόδου Τ=10 sec, χρειάζεται ίζημα με ταχύτητα καθίζησης (w s <1 cm/sec) που αντιστοιχεί σε διάμετρο κόκκων χαλαζία 0,1 mm (πολύ λεπτή άμμος), μια τάξη μεγέθους που συνήθως βρίσκεται στην ζώνη κυματωγής των περισσότερων παράλιων ζωνών αμμώδους σύστασης. Μάλιστα ο Dette (1977) έχει δείξει ότι από τις παραλίες τα υλικά που απομακρύνονται πρώτα είναι αυτά των οποίων η διάμετρος είναι μικρότερη από 0,2 mm. Στην πράξη η επιλογή του κοκκομετρικού μεγέθους γίνεται με βάση την διαθεσιμότητα και το κόστος εξόρυξης και μεταφοράς του υλικού και με βάση την γενική αρχή το ίζημα εμπλουτισμού να έχει ένα μέσο κοκκομετρικό μέγεθος (Μz) ίσο ή και μεγαλύτερο από το ίζημα της παραλίας στην οποία θα μεταφερθεί. Μάλιστα σε ορισμένες περιπτώσεις έχει γίνει εμπλουτισμός της παραλίας με ιζήματα πολύ μεγαλύτερου κοκκομετρικού μεγέθους, μεταβάλλοντας μια αμμώδη παραλία ακόμη και σε χαλικώδη. Στο Σχήμα 3.6 δίνεται σχηματικά το προφίλ μιας παράλιας ζώνης με την ολοκλήρωση του έργου εμπλουτισμού (τεχνητό προφίλ), μετά την φυσική προσαρμογή του στις επικρατούσες υδροδυναμικές συνθήκες (προσαρμοσμένο προφίλ) και, τέλος ενός ελαχίστου προφίλ το οποίο χρειάζεται την επανάληψη του εμπλουτισμού. Σχήμα 3.6 Σχηματική απεικόνιση της διατομής (προφίλ) μιας παραλίας που έχει υποστεί τεχνητό εμπλουτισμό. 82

85 3.2. Κατασκευές που εδράζονται πάνω στον πυθμένα Από τα τεχνικά έργα και τις κατασκευές που αφορούν τον θαλάσσιο πυθμένα (πέραν της παραλιακής ζώνης) τα σημαντικότερα μπορούν να ομαδοποιηθούν σε δύο κύριες κατηγορίες: (α) τις θαλάσσιες κατασκευές που εδράζονται ή θεμελιώνονται πάνω στο θαλάσσιο πυθμένα και (β) η τοποθέτηση υποθαλάσσιων αγωγών και καλωδίων Θεμελιώσεις κατασκευών Διάφορες κατασκευές, όπως είναι οι εξέδρες βαρύτητας (άντληση πετρελαίου θαλάσσιων κοιτασμάτων), πυλώνες αερογεφυρών (π.χ. ζεύξη Ρίου-Αντίρριου) εδράζονται απευθείας πάνω στον πυθμένα φορτίζοντάς τον τοπικά με το βάρος των (π.χ. μια εξέδρα βαρύτητας μπορεί να ζυγίζει > τόνους). Η τοπική φόρτιση του πυθμένα μπορεί να προκαλέσει προβλήματα ευστάθειας της υπερκείμενης κατασκευής, που έχει σχέση με την συμπεριφορά των ιζημάτων και στρωμάτων του πυθμένα βάση (θεμέλιο) στην περιοχή θεμελίωσης (π.χ. πέδιλα πυλώνων), όπως σχηματικά δίνεται και στο Σχήμα 3.7: (α) ολίσθηση της βάσης έδρασης πάνω στην επιφάνεια του πυθμένα (β) ολίσθηση μεταξύ εσωτερικών στρωμάτων του πυθμένα (γ) ολίσθηση ή καθίζηση λόγω καταστροφής του ιστού των ιζημάτων του πυθμένα (δ) καθίζηση λόγω υγροποίησης των ιζημάτων (ε) διάβρωση του πυθμένα γύρω από τα θεμέλια λόγω της δράσης των ρευμάτων Σχήμα 3.7 Σχηματική παράσταση των διαφόρων προβλημάτων που δημιουργούνται στον χώρο θεμελίωσης των διάφορων θαλάσσιων κατασκευών από την συμπεριφορά των ιζημάτων του πυθμένα Για την αποφυγή των προαναφερόμενων προβλημάτων, δηλαδή για την σωστή σχεδίαση και την τοποθέτηση κατασκευών που εδράζονται πάνω στον πυθμένα απαιτείται 83

86 η ακριβής γνώση των γεωλογικών συνθηκών της ευρύτερης περιοχής, των γεωτεχνικών ιδιοτήτων των ιζημάτων στην περιοχή θεμελίωσης και η γνώση των ωκεανογραφικών δεδομένων και πρωτίστως των ρευμάτων κοντά στον πυθμένα. Έτσι, απαιτείται η χαρτογράφηση του ανάγλυφου για την λεπτομερή αποτύπωση της μορφολογίας του. Γενικά οι κατασκευές πρέπει να γίνονται σε περιοχές με επίπεδο πυθμένα (κλίσεις <1%) ενώ οι θεμελιώσεις σε λείο μικρο-ανάγλυφο. Πρέπει να διερευνώνται τα ιζηματολογικά και γεωτεχνικά χαρακτηριστικά των ιζημάτων στην περιοχή θεμελίωσης ώστε να αποφεύγονται τα φαινόμενα του Σχήματος 3.7.(α-δ) που προκαλούν κλίση της υπερκείμενης κατασκευής. Ακόμη πρέπει να εξετάζεται η κοκκομετρική σύσταση του πυθμένα και των ρευμάτων που δρουν κοντά σε αυτόν για να προβλεφθούν τυχόν φαινόμενα διάβρωσης (Σχήμα 3.7.ε) Υποθαλάσσιοι αγωγοί και καλώδια Για την σχεδίαση, κατασκευή (τοποθέτηση) αλλά και της λειτουργίας συμπεριλαμβανομένης και της συντήρησης ενός υποθαλάσσιου αγωγού ή καλωδίου τα θέματα που απασχολούν τον μηχανικό είναι: Οι τάσεις κάμψεις που αναπτύσσονται στον αγωγό λόγω των μορφολογικών και ιζηματολογικών ανομοιομορφιών του πυθμένα αλλά και λόγω του βάθους κατά την πόντισή των Οι εξωτερικές τάσεις που ασκούνται στον αγωγό/καλώδιο από τους διάφορους ωκεανογραφικούς παράγοντες (υδροστατική πίεση, ρεύματα, κύματα) Την αλληλεπίδραση μεταξύ ιζημάτων και υδροδυναμικών παραγόντων (ρεύματα, κύματα), όπως αυτή διαμορφώνεται λόγω της παρουσίας του αγωγού/καλωδίου. Η γνώση λοιπόν της ακριβούς βυθομετρίας είναι ιδιαίτερα σημαντική καθώς προσδιορίζει και το συνολικό μήκος του αγωγού ή του καλωδίου που θα τοποθετηθεί στον πυθμένα ενώ ανάλογα με το βάθος πόντισης επιλέγεται ο τύπος και ο τρόπος πόντισης των αγωγών και των καλωδίων, ώστε οι τάσεις που αναπτύσσονται κατά την κάμψη των στην διάρκεια της πόντισής των να μην υπερβούν το όριο θραύσης των. Η μορφολογία του πυθμένα είναι απαραίτητη, για την αποφυγή περιοχών με απότομες κλίσεις, που είτε προκαλούν προβλήματα αγκύρωσης των αγωγών και καλωδίων καθώς αυτά τείνουν να μετατοπιστούν προς τα κάτω λόγω του βάρους των, αλλά συχνά σχετίζονται και με βαρυτικές μετακινήσεις μαζών ιζημάτων. Τέτοιες μορφολογικές ανωμαλίες σχετίζονται με την παρουσία υποθαλάσσιων χαραδρώσεων (canyons) όπου έχουμε και την δράση τουρβιδιτικών ρευμάτων, απότομες υποθαλάσσιες κλιτείς όπου κυριαρχούν οι βαρυτικές μετακινήσεις μαζών ιζημάτων (κατολισθήσεις, λασπορροές κλπ), περιοχές αλατούχων δόμων. Στην δε περίπτωση των βαρυτικών μετακινήσεων απαιτείται σχολαστική μελέτη της ευστάθειας των πρανών και των παραγόντων που την επηρεάζουν. Ακόμη τοπογραφικές ανωμαλίες μικρής κλίμακας μπορεί να προκαλέσουν την αιώρηση των (μεταξύ δυο εξάρσεων), που να οδηγήσει στην κάμψη και τελικά στην θραύσή των. Τέτοιες τοπογραφικές ανωμαλίες (περιορισμένων διαστάσεων) είναι: (1) οι αμμώδεις θίνες, (2) βραχώδεις κοραλλιογενείς ύφαλοι, (3) κρατήρες διαφυγής φυσικού αερίου (pock marks), (4) αυλάκια διάβρωσης από την κίνηση παγετώνων (για βόρεια γεωγραφικά πλάτη). 84

87 Ακόμη τοπογραφικές ανωμαλίες μπορούν να σχηματιστούν λόγω της διάβρωσης των ιζημάτων του πυθμένα γύρω από τον αγωγό ή το καλώδιο από την δράση θαλάσσιων ρευμάτων αλλά και από την επιφανειακή έκφραση της δράσης τυχόν ενεργών ρηγμάτων. Ο προσδιορισμός της ιζηματολογικής υφής και του πάχους των ιζημάτων στα επιφανειακά στρώματα του πυθμένα είναι απαραίτητη, λόγω της διαφορικής βύθισης που μπορεί να υποστεί ένας αγωγός/καλώδιο που διέρχεται από ιζήματα διαφορετικής σκληρότητας. Για παράδειγμα, καλώδιο πυκνότητας 2 αυτοβυθίζεται σε αμμώδη πυθμένα, ενώ για να αυτοβυθιστεί σε πηλώδη πυθμένα η πυκνότητά του πρέπει να είναι >1,25 gr/cm 3 (Φερεντίνος, 1974) Ακόμη, ο προσδιορισμός του πάχους των ιζημάτων είναι απαραίτητος για την ταφή, για λόγους προστασίας του καλωδίου / αγωγού κατά την ποσαιγιάλωσή των (από την ακτογραμμή μέχρι ένα βάθος m). Μάλιστα το βάθος ταφής είναι 2 m για πυθμένα με στερεοποιημένες αργίλους και 4 m με πυθμένα μη συνεκτικοποιημένα ιζήματα (π.χ. άμμος, ιλύς) (Παπαθεοδώρου κ.α., 1995). Για βάθη από m μέχρι τα m το βάθος ταφής δεν υπερβαίνει συνήθως το 1 m. Τέλος, για την ασφαλή λειτουργία των ενεργειακών καλωδίων χρειάζεται και ο προσδιορισμός της θερμικής αγωγιμότητας των ιζημάτων, καθώς τα ενεργειακά καλώδια αναπτύσσουν υψηλές θερμοκρασίες (~80 ο C) κατά την λειτουργία τους. Για τον λόγο αυτό, θα πρέπει τα ιζήματα που περιβάλλουν τα καλώδια να επιτρέπουν την γρήγορη διάχυση της παραγόμενης θερμότητας ώστε να αποφευχθούν βλάβες από την υπερθέρμανσή των. 85

88 ΕΝΟΤΗΤΑ Β': ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : Θαλάσσιοι Φυσικοί Πόροι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 : Χρήσεις του Ωκεανού ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 : Ρύπανση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 : Μεταβολές της Στάθμης της Θάλασσας 86

89 4. ΘΑΛΑΣΣΙΟΙ ΦΥΣΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ Οι φυσικοί πόροι των ωκεανών τους οποίους και εκμεταλλεύεται ο άνθρωπος διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: (α) τους ανανεώσιμους και (β) τους μη-ανανεώσιμους (ή εξαντλούμενους) φυσικούς πόρους. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν κυρίως οι βιολογικοί, αυτοί δηλαδή που σχετίζονται με τους ζώντες θαλάσσιους οργανισμούς και που η ανανέωσή τους γίνεται μέσα από τον βιολογικό κύκλο των φυτικών και ζωικών θαλάσσιων οργανισμών. Στην κατηγορία αυτή ανήκει και η παραγωγή ενέργειας από την θάλασσα, που συνήθως συναντάται κάτω από τον τίτλο ''ανανεώσιμες'' πηγές ενέργειας Στην δεύτερη κατηγορία ανήκουν κυρίως οι ανόργανοι φυσικοί πόροι, που κυρίως αντιπροσωπεύονται από ορυκτά, συμπεριλαμβανομένων και των κοιτασμάτων πετρελαίου, φυσικού αερίου και κάρβουνου, ενώ είναι προφανές το πεπερασμένο των αποθεμάτων τους. Τόσο οι ανανεώσιμοι όσο και οι μη-ανανεώσιμοι φυσικοί πόροι βρίσκονται σε πολύ μεγάλες ποσότητες στην "παγκόσμια" θάλασσα ενώ υπάρχει πολύ μεγάλο ενδιαφέρον για την εκμετάλλευσή των. Οι πλέον χαρακτηριστικοί αντιπρόσωποι των δύο γενικών κατηγοριών είναι για μεν τους οργανικούς φυσικούς πόρους τα αποθέματα των ψαριών, για δε τους ανόργανους τα κοιτάσματα υδρογονανθράκων. 87

90 4.1 Ανανεώσιμοι φυσικοί πόροι Θαλάσσιοι οργανισμοί Οι θαλάσσιοι οργανισμοί διακρίνονται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: (1) Το πλαγκτόν το οποίο συμπεριλαμβάνει όλους εκείνους τους οργανισμούς (άλγα, ζώα, βακτήρια) που παρασύρονται από τα θαλάσσια ρεύματα, δηλαδή δεν κολυμπούν, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι κάποιοι από αυτούς δεν μπορούν είτε να μετακινηθούν ελάχιστα με δική τους πρωτοβουλία είτε να μετακινηθούν μόνο κατακόρυφα. Το πλαγκτόν το διακρίνουμε περαιτέρω σε φυτοπλαγκτόν (άλγα), ζωοπλαγκτόν και βακτηριοπλαγκτόν (με διαστάσεις <0,5 μm). Μάλιστα, το πλαγκτόν αποτελεί το μεγαλύτερο ποσοστό του συνόλου των ζωντανών θαλάσσιων οργανισμών (της θαλάσσιας βιομάζας). (2) Το νυκτόν (οι κολυμβητές) που είναι οι οργανισμοί που μπορούν να μετακινούνται με την θέλησή τους και ανεξάρτητα από τα θαλάσσια ρεύματα είτε κολυμπώντας (με την πλήρη έννοια του όρου) είτε γενικά να προωθούνται μέσα στο νερό. Στην μεγάλη αυτή κατηγορία ανήκουν, όπως είναι προφανές, τα διάφορα είδη ψαριών, ασπονδύλων (π.χ. καλαμάρια), θαλάσσιων θηλαστικών και ερπετών, συμπεριλαμβανομένου και του ανθρώπου όταν αυτός κολυμπά στην θάλασσα. Η κατανομή και η αφθονία των θαλάσσιων οργανισμών εξαρτάται από διάφορους παράγοντες που σχετίζονται με τις φυσικές ιδιότητες του θαλάσσιου (ωκεάνιου) νερού όπως είναι η κατανομή της θερμοκρασίας, της αλατότητας, της συγκέντρωσης διαλυμένου οξυγόνου, το βάθος διείσδυσης του φωτός, την συγκέντρωση των θρεπτικών συστατικών το ιξώδες του νερού και από την υδροστατική πίεση (βάθος). (3) Το βένθος που αντιπροσωπεύει όλους εκείνους τους οργανισμούς που ζούνε είτε πάνω στο θαλάσσιο πυθμένα είτε μέσα σε αυτόν. Στην πρώτη περίπτωση έχουμε τους οργανισμούς που ζούνε προσκολλημένη στα βράχια, ή κινούνται πάνω στον πυθμένα, ενώ στην δεύτερη αυτούς που ζούνε μέσα στα επιφανειακά ιζήματα του πυθμένα (π.χ. άμμο, ιλύ). Κάποιοι βενθικοί οργανισμοί έχουν και την ικανότητα να κολυμπούν πάνω από τον θαλάσσιο πυθμένα (νυκτοβένθος). Όσον δε αφορά τα διάφορα είδη των θαλάσσιων οργανισμών, από αυτά το 98% είναι βενθικά και μόνο το 2% είναι πελαγικά (πλαγκτόν + νυκτόν). Το πλέον εφαρμοσμένο κομμάτι στα πλαίσια της εκμετάλλευσης των θαλάσσιων φυσικών πόρων είναι η αλιεία. Μάλιστα συχνά χρησιμοποιείται και ο όρος αλιευτική ωκεανογραφία θέλοντας να ομαδοποιήσει όλες εκείνες τις επιστημονικές ενέργειες που αφορούν τα αποθέματα ψαριών, τον εντοπισμό τους, την αλιεία τους ακόμη και την προώθησή των στην αγορά. Τα τελευταία δε χρόνια έχει αναπτυχθεί με πολύ γρήγορους ρυθμούς, ιδίως στην χώρα μας, και η ιχθυοκαλλιέργεια (σήμερα η Ελλάδα κατέχει >50% της παραγωγής της Ευρωπαϊκής Ένωσης). Στα πλαίσια λοιπόν της αλιείας, η ωκεανογραφική μελέτη έχει πολλά πεδία δράσης όπως είναι ο προσδιορισμός των αλιευτικών αποθεμάτων και ειδικότερα η σχέση μεταξύ της φυσικής παραγωγής και της αλίευσης (ποσοτικά και ποιοτικά). Η μεν φυσική παραγωγή έχει να κάνει με την μελέτη των ειδών αλλά και της αφθονίας των θρεπτικών στοιχείων, η δε καθαυτή πράξη της αλιείας με τεχνικές προσδιορισμού των αλιευμάτων (χρήση ηχοβολιστικών, δορυφορικών εικόνων, γνώση της θαλάσσιας κυκλοφορίας και της διαστρωμάτωσης της στήλης του νερού). 88

91 Το πρόβλημα το οποίο έχει προκύψει τις τελευταίες δεκαετίες είναι ότι, λόγω της αυξανόμενης ζήτησης ψαριών αλλά και την τεράστια βελτίωση των τεχνικών εντοπισμού και αλίευσης, έχουμε φθάσει σε φάση μεγάλης μείωσης των αλιευμάτων που για ορισμένα είδη εγγίζει τα όρια εξαφάνισής των. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η υπεραλίευση της anchveta στις ακτές του Περού, που από περίπου 12 εκατομμύρια κυβικούς τόνους που αλιεύθηκαν το 1970, τα αποθέματα μειώθηκαν σε μόλις 2 εκατομμύρια κυβικούς τόνους το Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας του θαλάσσιου περιβάλλοντος είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες λόγω αφενός, του δυνητικά απεριόριστου μεγέθους τους και αφετέρου λόγω της μηδενικής ρύπανσης που προκαλούν. Βέβαια όταν έλθουμε στην εφαρμογή σχεδίων εκμετάλλευσής των προκύπτουν και μειονεκτήματα όπως για παράδειγμα είναι η περιβαλλοντική και οικολογική αλλοίωση που θα υποστεί ένας κλειστός θαλάσσιος κόλπος όταν μετατραπεί σε μια τεχνητή λίμνη για την εκμετάλλευση της παλίρροιας (περίπτωση του Bristol Channel στη Μεγάλη Βρετανία). Επιπροσθέτως για την εκμετάλλευση των πηγών ενέργειας ανακύπτουν και νομικά θέματα σε τοπικό, εθνικό αλλά και διεθνές επίπεδο που αφορούν το καθεστώς διαχείρισης αλλά και "ιδιοκτησίας" των θαλάσσιων πηγών ενέργειας. Το συνολικό ποσόν ενέργειας που δυνητικά μπορούμε να πάρουμε από την "παγκόσμια" θάλασσα είναι τεράστιο και αφορά μια ποικιλία θαλασσίων παραγόντων ή/και ιδιοτήτων του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Έτσι ενέργεια μπορούμε να παράγουμε από: τα θαλάσσια κύματα τα θαλάσσια ρεύματα την παλίρροια την θερμική ενέργεια τις διαφορές στην αλατότητα (όσμωση) την βιομάζα. Βέβαια η παραγωγή όλων των προαναφερομένων μορφών ενέργειας είναι τεχνητά εφικτή και οικονομικά συμφέρουσα μόνο σε συγκεκριμένες περιοχές, όπου οι φυσικές ιδιότητες και δυναμικές διεργασίες είναι πιο έντονες. Έτσι, π.χ. η εκμετάλλευση των διαφορετικών θερμοκρασιών της στήλης του νερού μπορεί να γίνει σε παράκτιες περιοχές της τροπικής και υποτροπικής ζώνης, τα ρεύματα σε περιοχές με μόνιμα (σταθερά) θαλάσσια (ωκεάνια) ρεύματα, όπως αυτές των δυτικών πλευρών των ωκεάνιων λεκανών, τα θαλάσσια κύματα σε παράκτιες περιοχές εκτεθειμένες σε μεγάλα κύματα (π.χ. swells), το φαινόμενο της παλίρροιας σε κλειστούς κόλπους, τέλος τις διαφορές αλατότητας κοντά σε στόμια ποταμών. 89

92 α) Ενέργεια από κύματα Το σύνολο της στιγμιαίας κυματικής ενέργειας του ωκεανού έχει υπολογιστεί στα 5x10 7 Joule και από αυτά το 10 4 Watt (1 Watt=1 Joule/sec) είναι αυτό που καταναλώνεται ανά μέτρο της ακτογραμμής. Έτσι 100 km ακτής εμπεριέχει τόση ενέργεια που παράγεται από ένα συμβατικό εργοστάσιο θερμικής ενέργειας και που ανέρχεται σε περίπου τα 1,5x10 20 Joule. Είναι προφανές ότι μερικές ακτές δέχονται περισσότερη κυματική ενέργεια από άλλες, όπως π.χ. αυτές του βορειοδυτικού Ατλαντικού και του Ειρηνικού. Έτσι, το δυνητικό ποσό της κυματικής ενέργειας κατά μήκος των ακτών της Μεγάλης Βρετανίας ανέρχεται σε x10 9 Watt που αντιπροσωπεύει 4-5 φορές τη τρέχουσα απαίτηση σε ενέργεια. Από την άλλη πλευρά, μελέτες της Βρετανικής Κυβέρνησης έδειξαν ότι μόνο το 3% της συνολικής ενέργειας που χρειάζεται η χώρα μπορεί να παραχθεί από το κυματισμό. Όλοι οι τεχνολογικοί συνδυασμοί στηρίζονται στην αρχή της μετατροπής της ενέργειας από την σχετική κίνηση δύο ή και περισσότερων συνδεδεμένων σωμάτων. Γενικά, οι συσκευές παραγωγής ενέργειας κατατάσσονται σε τρεις κατηγορίες (Carter, 1988), τους απορροφητές (absorbers), τις πνευματικές αντλίες (pneumatic pumps) και τους σταθερούς συλλέκτες (stationary collectors) (Σχήμα 4.1). Οι δύο πρώτες τοποθετούνται μακράν της ακτής, ενώ η τρίτη πάνω στην ακτογραμμή ή πλησίον αυτής. Οι απορροφητές κυμάτων (Σχήμα 4.1.α) μπορούν να δεσμεύσουν το 90% της ενέργειας από κύματα σχετικά μακράς περιόδου μοναδικής διεύθυνσης. Η κυματική κίνηση χρησιμοποιείται για να παράγει ροπή στρέψης σε μια σταθερή διάταξη παράλληλη στη κορυφή των κυμάτων που με τη σειρά της μπορεί να στρέψει μια γεννήτρια. Μια τέτοια διάταξη παράγει σήμερα γύρω στα 100 W για τις ανάγκες της Ιαπωνικής ναυσιπλοίας. Οι συλλέκτες κυμάτων (Σχήμα 4.1.β) είναι παράκτιες εγκαταστάσεις που σχεδιάζονται με σκοπό την παγίδευση της δυναμικής ενέργειας, ώστε ακολούθως με ελεγχόμενο τρόπο να μετατραπεί σε κινητική ενέργεια (παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας). Πολλές φορές το νερό δεσμεύεται σε διαφορετικά υψομετρικά επίπεδα που για τη μεταφορά του από τα χαμηλότερα στα υψηλότερα χρησιμοποιούνται αντλίες που κινούνται επίσης με τη κυματική ενέργεια. Οι μετατροπείς της κυματικής ενέργειας μέσω πνευματικών αντλιών χρησιμοποιούν τα κύματα για την παλινδρόμηση μιας στήλης νερού (Σχήμα 4.1.γ). Καθώς η πίεση αυξάνεται ο αέρας προωθείται στο άκρο μιας βαλβίδας για να στρέψει μια τουρμπίνα γεννήτριας. Η σωστή ρύθμιση της αντήχησης της στήλης του αέρα αυξάνει την παραγωγή ενέργειας. Η πτώση πίεσης, που ακολουθεί μετά το πέρασμα της κορυφής των κυμάτων, στη στήλη παλινδρόμησης χρησιμοποιείται για να ανοίξει βαλβίδα εξαγωγής, βγάζοντας τον αέρα, και αναστρέφοντας έτσι τη διαδικασία παραγωγής. Βέβαια υπάρχουν και σημαντικά προβλήματα που σχετίζονται με τη μεταβαλλόμενη χρονικά κυματική κατάσταση (διεύθυνση, πλάτος) που εμποδίζουν τον σωστό συντονισμό των πλωτών συστημάτων παραγωγής ενώ πολλές φορές οι εγκαταστάσεις είναι εκτεθειμένες και σε καταστροφικές καταιγίδες. Τέλος το πιο έντονο οικονομό-τεχνολογικό πρόβλημα είναι η μεταφορά και αποθήκευση της παραγόμενης 90

93 Σχήμα 4.1 Σχηματική απεικόνιση διατάξεων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τα θαλάσσια κύματα: (α) απορροφητές κυμάτων, (β) συλλέκτες κυμάτων και (γ) πνευματικές αντλίες. 91

94 ενέργειας από το σημείο παραγωγής, που συχνά βρίσκεται μακριά από την ακτή, στο χερσαίο σταθμό. Οι δε κύριες περιβαλλοντικές επιπτώσεις των παραπάνω διατάξεων απορρέουν από το γεγονός της μείωσης της κυματικής ενέργειας που φθάνει τελικά στην ακτή, μειώνοντας την μετακίνηση των ιζημάτων και των θρεπτικών στοιχείων στη παράκτια ζώνη, προκαλώντας έτσι αλλαγή των περιβαλλοντικών συνθηκών ανάπτυξης των ζωντανών οργανισμών. β) Ενέργεια από ρεύματα Οι μεγάλες ωκεάνιες λεκάνες φιλοξενούν μόνιμα συστήματα θαλάσσιων ρευμάτων που συνδέονται με το παγκόσμιο σύστημα ανέμων. Τα συστήματα αυτά των θαλάσσιων ρευμάτων που συνδέονται με την κυκλωνική κυκλοφορία των επιμέρους ωκεάνιων λεκανών που με την προοδευτική ενίσχυση της δύναμης Coriolis, όσο αυξάνεται το γεωγραφικό πλάτος, αναπτύσσονται δυνατά ρεύματα στο δυτικό όριο των ωκεανών, όπως αυτό του Gulf Stream. Η εκμετάλλευση των ωκεάνιων αυτών ρευμάτων για την παραγωγή ενέργειας γίνεται βασικά με δύο μεθοδολογίες: (α) την γραμμική και (β) την περιστροφική. Στην περίπτωση της γραμμικής διάταξης (Σχήμα 4.2.α) έχουμε μια σειρά από μικρούς κώνους (σαν αλεξίπτωτα (parachute drogues)) προσαρτημένα σε ένα περιστρεφόμενο σχοινί που γυρίζει, λόγω του θαλάσσιου ρεύματος, γύρω από ένα τροχό που είναι συνδεδεμένος με μια μονάδα παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος. Tο περιστροφικό σύστημα αποτελείται απλά από μια τουρμπίνα, που σε συνδυασμό με μια φτερωτή (προπέλα), παρεμβάλλεται και περιστρέφεται από την ροή του ρεύματος, όπως χαρακτηριστικά φαίνεται στο Σχήμα 4.2.β. Η ενέργεια που μπορεί να παραχθεί είναι ανάλογη της κινούμενης θαλάσσιας μάζας και του τετραγώνου της ταχύτητας του ρεύματος. Π.χ. στα στενά της Florida (πλάτους 80 km) όπου διέρχεται θαλάσσια μάζα ~30x10 6 m 3 /s είχε παλαιότερα προταθεί η τοποθέτηση υποθαλάσσιων τουρμπίνων που η καθεμία θα παρήγε περίπου 15 MW για ταχύτητα ρεύματος 1-1,5 m/s. Τέλος, πρέπει να σταθούμε και σε ορισμένες πιθανές περιβαλλοντικές επιπτώσεις που αφορούν κυρίως κλιματικές αλλαγές που θα μπορούσαν να προκύψουν από μια εκτεταμένη παρεμβολή στη φυσική ροή του Ρεύματος του Κόλπου και των οποίων οι επιπτώσεις θα έφθαναν ακόμη και στην Ευρώπη. Ακόμη, δυσκολίες προκύπτουν και στην τοποθέτηση τέτοιων μεγάλων υποθαλάσσιων εγκαταστάσεων σε περιοχές με έντονη ναυσιπλοΐα πέραν από το πολύ μεγάλο κόστος τους. γ) Παλιρροιακή ενέργεια Η χρήση της παλίρροιας για παραγωγή ενέργειας είναι γνωστή από τον μεσαίωνα όταν χρησιμοποιείτο για τη λειτουργία μύλων στη Βρετανία, Ιρλανδία και βόρεια Γαλλία μέχρι τα μέσα του 19ου αιώνα. Μικρές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τη παλιρροϊκή ροή λειτουργούν σήμερα στη Γαλλία (La Rance, MW), Κούβα, Ρωσία (Murmansk, 1-2 MW), Kίνα (Xiamen, 3MW), Καναδά (Annapolis, 2MW). Μελέτες σκοπιμότητας έχουν εκπονηθεί και σήμερα βρίσκονται στο στάδιο υλοποίησής των για την κατασκευή δύο μεγάλων φραγμάτων στο κόλπο του Fundy ( MW) του Καναδά και στη Severn Estuary ( MW) στη νοτιοδυτική Μεγάλη Βρετανία. 92

95 Σχήμα 4.2 Σχηματική απεικόνιση διατάξεων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τα θαλάσσια ρεύματα: (α) γραμμική διάταξη και (β) περιστροφική διάταξη Η συνολική ενέργεια που αποδίδεται στην παλίρροια έχει υπολογιστεί σε περίπου 3x10 6 MW από τα οποία μόνο το 2% μπορεί να δεσμευτεί και να αξιοποιηθεί. Αν και το ποσοστό αυτό φαίνεται μικρό δεν θεωρείται αμελητέο, καθόσον αντιπροσωπεύει περίπου το 5% της παγκόσμιας παραγωγής ενέργειας από κάθε διαθέσιμο μέσον (Carter, 1988). Η βασική λειτουργία τέτοιων εγκαταστάσεων στηρίζεται στο μέγεθος της παλίρροιας (τουλάχιστον 3 μέτρα) που ιδανικά προχωρά μέσα σε ένα στενό δίαυλο, όπου εκεί τα 93

96 παλιρροϊκά νερά δεσμεύονται (από κάποιο φράγμα) ώστε ακολούθως να χρησιμοποιηθούν για τη στρέψη τουρμπίνων συνήθως μέσα από μια διαδικασία ελεύθερης πτώσης της υδάτινης μάζας. Από περιβαλλοντικής πλευράς μπορούμε να διακρίνουμε δυο φάσεις που αφορούν τον ταμιευτήρα, μια πρώτη φάση όπου κατά τη διάρκεια της κατασκευής του φράγματος ο ταμιευτήρας είναι άδειος και μια δεύτερη φάση, όταν η λεκάνη είναι γεμάτη και ο σταθμός παραγωγής λειτουργεί. Γενικά, η κατασκευή φραγμάτων προκαλεί υδροδυναμικές και ιζηματολογικές αλλαγές που επηρεάζουν το οικοσύστημα της περιοχής, λόγω π.χ. της μείωσης της ταχύτητας των παλιρροϊκών ρευμάτων που προκαλεί απόθεση της αιωρούμενης ιλύος πιθανώς καλύπτοντας προγενέστερες αμμώδεις αποθέσεις. Όσον αφορά τους θαλάσσιους οργανισμούς, οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις ποικίλλουν ανάλογα με την αφθονία, την κινητικότητα, την ευαισθησία και το γενικότερο τροφικό καθεστώς των απειλούμενων οργανισμών, οι επιπτώσεις αυτές αφορούν άμεσα και την χερσαία πανίδα όπως π.χ. τα πουλιά που τρέφονται με ψάρια. δ) Θερμική ενέργεια Η παραγωγή ενέργειας από την θερμοκρασιακή διαφορά μεταξύ ενός θερμότερου επιφανειακού και ενός υποκείμενου ψυχρότερου θαλάσσιου νερού είχε αρχικά προταθεί στα τέλη του 19ου αιώνα. Η παραγωγή ενέργειας γίνεται από μια μηχανή θερμότητας (heat engine) που παράγει ηλεκτρική ενέργεια εκμεταλλευόμενη τις διαφορές θερμοκρασίας της θαλάσσιας στήλης (Σχήμα 4.3), μέσω ενός μηχανικού ρευστού (working fluid), το οποίο με την χρήση του επιφανειακού νερού θερμαίνεται και εξατμίζεται και ακολούθως υγροποιείται με την χρήση του ψυχρού βαθειού νερού, αφού πρώτα περάσει μέσα από μια τουρμπίνα. Ένα τέτοιο μηχανικό ρευστό είναι η αμμωνία, η οποία κάτω από συγκεκριμένη πίεση εξαερώνεται σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες (<40 0 C) Για την προαναφερόμενη εφαρμογή χρειαζόμαστε θερμοκρασιακές διαφορές της τάξης τουλάχιστον των 20 0 C, ενώ η αποδοτικότητα αυξάνει σημαντικά σε μεγαλύτερες τιμές. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι το πολύ χαμηλό ποσοστό αποδοτικότητας, μόλις 3%, το μέγεθος της μονάδας εγκατάστασης, καθώς και τα προβλήματα που αφορούν την μεταφορά και την αποθήκευση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. ε) Ενέργεια από βιομάζα Η χρήση της ηλιακής ενέργειας στην τεχνητή αύξηση της φωτοσυνθετικής παραγωγής είναι μια ελπιδοφόρα μέθοδος για τη παραγωγή ενέργειας. Η βιομάζα που παράγεται με τον τρόπο αυτό μπορεί είτε να καεί ή πιο αποδοτικότερα να διασπαστεί αναερόβια, παράγοντας μεθάνιο ή αιθανόλη (ethanol). Τα θαλάσσια φύκια που αναπτύσσονται μέσα σε κλουβιά κάτω από αερόβιες και πλούσιες σε τροφή συνθήκες είναι ένα πολύ ελπιδοφόρο είδος βιομάζας. Π.χ. πειράματα με το Macrocystis pyrifera στην ακτή της Καλιφόρνιας έχουν φθάσει σε ρυθμούς ετήσιας παραγωγής περί τους 40 τόνους βιομάζας. Οι αποδοτικότερες θαλάσσιες περιοχές είναι οι παράκτιες με εύκρατο κλίμα, που κάτω από ειδικές συνθήκες η παραγωγή φυκιών μπορεί να είναι ανάλογη με αυτή των τροπικών δασών. Αποφασιστική είναι και η συμβολή των ρευμάτων και ειδικότερα των upwelling όσον αφορά την παροχή θρεπτικών στοιχείων. 94

97 Ορισμένα περιβαλλοντικά προβλήματα μπορεί να παρουσιαστούν σε περιπτώσεις εκτεταμένων εκτάσεων καλλιέργειας όπου τα ψυχρότερα βαθειά και πλούσια σε θρεπτικά στοιχεία νερά ερχόμενα στην επιφάνεια (με φυσικό ή τεχνητό τρόπο) επηρεάζουν τόσο τις φυσικές ιδιότητες (θερμοκρασία, αλατότητα, θρεπτικά στοιχεία) των επιφανειακών θαλάσσιων μαζών, όσο και το τοπικό μικροκλίμα. Τέτοιες κλιματικές επιπτώσεις, που πιθανόν να μην είναι σημαντικές σε τροπικές περιοχές, οπωσδήποτε πρέπει να αξιολογηθούν σε μεγαλύτερα (>30 0 ) γεωγραφικά πλάτη. Σχήμα 4.3 Σχηματική απεικόνιση διάταξης για την μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική στ) Όσμωση (λόγω διαφορών αλατότητας) Μια άλλη ήπια μορφή ενέργειας παράγεται μέσω της διεργασίας της όσμωσης που αναπτύσσεται σε υδάτινες μάζες διαφορετικής πυκνότητας, που για το θαλασσινό νερό οφείλεται κυρίως στην αλατότητα όταν οι θερμοκρασιακές διαφορές είναι μικρές. Όταν λοιπόν εκατέρωθεν μιας ημιδιαπερατής μεμβράνης βρίσκονται θαλάσσιες μάζες διαφορετικής αλατότητας, δημιουργείται μια κίνηση των μορίων του νερού (όχι και των αλάτων) από την υδάτινη μάζα με την μικρότερη συγκέντρωση αλάτων προς εκείνη με την μεγαλύτερη αλατότητα, τείνοντας να εξισώσει τις διαφορετικές τους πυκνότητες (Σχήμα 4.4). Έτσι, συνεχώς αυξάνεται ο όγκος του νερού στην πλευρά με την αρχικά μεγαλύτερη αλατότητα, που σε συνθήκες περιορισμένου όγκου οδηγεί στην αύξηση της στάθμης του νερού. Η δε διαφορά αυτή της στάθμής αντιπροσωπεύει την οσμωτική πίεση η οπoία μπορεί ακολούθως να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια. Για την εφαρμογή μιας τέτοιας μεθόδου χρειάζονται σημαντικές διαφορές αλατότητας που μπορούμε να συναντήσουμε στις εκβολές των μεγάλων ποταμών (Αμαζόνιος, Μισισιπή, Γάγκης, Κονγκό κ.ά.), ενώ θα πρέπει και η διαχωριστική μεμβράνη που θα 95

98 χρησιμοποιηθεί να αντέχει στα θαλάσσια ρεύματα, στα κύματα και στο μπλοκάρισμα των πόρων της, λόγω της αποίκισης ζωντανών οργανισμών (foaling). Σχήμα 4.4 Σχηματική απεικόνιση της διεργασίας της όσμωσης, που οφείλεται σε διαφορές αλατότητας. 4.2 Μη-ανανεώσιμοι φυσικοί πόροι (αποθέματα ορυκτών) Είδη και κατηγορίες Τις τελευταίες δεκαετίες έχει δοθεί πολύ μεγάλο ενδιαφέρον για τα αποθέματα ορυκτών του ωκεανού και ιδιαίτερα για υδρογονάνθρακες, φυσικό αέριο στα ηπειρωτικά περιθώρια, ενώ γνωστό είναι και το ενδιαφέρον για τους κονδύλους μαγγανίου σε περιοχές του βαθειού ωκεάνιου πυθμένα. Η περαιτέρω εκμετάλλευση των αποθεμάτων ορυκτών εναπόκειται σε έναν συνδυασμό τεχνικό-οικονομικών παραγόντων όπως είναι η βελτίωση των τεχνικών εξόρυξης και επεξεργασίας, εξελισσόμενες τεχνικές για την ανακύκλωση των ήδη χρησιμοποιούμενων ορυκτών καθώς και η αλλαγή στην χρήση ορυκτών περιορισμένης αφθονίας από άλλα υλικά, όπως το πλαστικό. Τέλος δεν πρέπει να αγνοείται και το περιβαλλοντικό αλλά και οικονομικό κόστος από μια πιθανή μόλυνση που ενέχεται στην υποθαλάσσια εξόρυξη, μεταφορά και συγκέντρωση των ορυκτών αυτών. Οι ορυκτοί φυσικοί πόροι του ωκεανού μπορεί να ταξινομηθούν σε τέσσερις κύριες κατηγορίες: (1) στα στοιχεία που είναι διαλυμένα στο θαλασσινό νερό (2) τα ορυκτά που εξορύσσονται από τα πετρώματα του θαλάσσιου πυθμένα, όπως είναι το κάρβουνο και τα αποθέματα σιδήρου (3) τα ορυκτά που συναντούμε πάνω στον θαλάσσιο πυθμένα και (4) τα ορυκτά, όπως είναι οι υδρογονάνθρακες και το φυσικό αέριο, που βρίσκονται μέσα στα ιζήματα του θαλάσσιου (ωκεάνιου) πυθμένα. 96

99 (α) Στοιχεία που είναι διαλυμένα στο θαλασσινό νερό Το θαλασσινό νερό θεωρητικά περιέχει όλα εκείνα τα στοιχεία που συναντάμε στην χέρσο, άν και μόνο γύρω στα 80 από αυτά έχουν ανιχνευτεί. Τα κυριότερα από αυτά είναι το βόριο, το βρώμιο, το ασβέστιο, το μαγνήσιο, το κάλιο, το νάτριο, το θείο και το ουράνιο, ενώ οι ποσότητές τους μπορεί να θεωρηθούν ως ανεξάντλητες λόγω του τεράστιου όγκου του παγκόσμιου ωκεανού (1350x10 6 km 3 ) με μια μέση τιμή αλατότητας της τάξης των 35 ppm. Σήμερα, το αλάτι, το βρώμιο και το μαγνήσιο είναι αυτά που αξιοποιούνται εμπορικά, ενώ για τα υπόλοιπα χρειάζονται περαιτέρω ανάπτυξη της τεχνολογίας αλλά και των οικονομικών συνθηκών. Αξιοσημείωτες είναι και οι ποσότητες ουρανίου και χαλκού (5x10 9 τόνοι), του ασημιού (500x10 6 τόνοι και περίπου 10x10 6 τόνοι χρυσού). (β) Ορυκτά πάνω στον θαλάσσιο πυθμένα Τα ορυκτά που συναντώνται πάνω στον θαλάσσιο πυθμένα μπορούν να διακριθούν σε πέντε διαφορετικούς τύπους ανάλογα με τον χώρο εντοπισμού των και τρόπο σχηματισμού των (Σχήμα 4.5): (α) ορυκτά και ιζήματα που συνήθως συνθέτουν τον θαλάσσιο πυθμένα, όπως είναι άμμοι, πηλοί, χαλίκια στα ρηχά νερά και ανθρακούχος ιλύ και ερυθρός άργιλος στην βαθειά θάλασσα (αβυσική πεδιάδα και ωκεάνια ανύψωση) (β) δευτερογενή κοιτάσματα (placers) βαρέων ορυκτών (ρουτίλιο, μαγνητίτης, ιλμενίτης, ζιρκόνιο, λευκόχρυσος και χρυσός), που συγκεντρώνονται από την δράση των κυμάτων και ρευμάτων στην ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα. (γ) ορυκτά που σχηματίζονται είτε μέσω χημικής καθίζησης στην στήλη του νερού, όπως είναι οι κόνδυλοι μαγγανίου, είτε από την υποθαλάσσια ηφαιστειακή δράση, (δ) αποθέσεις ορυκτών από βιολογική δραστηριότητα, όπως είναι θραύσματα υφάλων, κελύφη οργανισμών, κοράλλια που συναντάμε συνήθως στην υφαλοκρηπίδα και (ε) αποθέσεις προϋπαρχόντων ορυκτών που τώρα εμφανίζονται στον θαλάσσιο πυθμένα, ως αποτέλεσμα των διεργασιών της θαλάσσιας διάβρωσης Σχήμα 4.5 Σχηματική απεικόνιση των θέσεων ανεύρεσης των διαφόρων ορυκτών του θαλάσσιου πυθμένα. 97

100 (γ) Ορυκτά που εξορύσσονται μέσα από πετρώματα του θαλάσσιου πυθμένα Τα ορυκτά που εξορύσσονται μέσα από πετρώματα του θαλάσσιου πυθμένα είναι κυρίως το κάρβουνο και ο σίδηρος. Συνήθως αφορά την επέκταση των εξορυκτικών διαδικασιών από την στεριά όπου αρχικά ευρέθηκαν ανάλογα κοιτάσματα στον παρακείμενο θαλάσσιο χώρο, όπου επεκτείνονται τα χερσαία κοιτάσματα. Τέτοιες περιπτώσεις είχαμε στην εξόρυξη κάρβουνου στην Ιαπωνία, Μεγάλη Βρετανία και στην Νέα Σκοτία του Καναδά, ενώ στην περίπτωση κοιτάσματος βωξίτη στον Κόλπο της Carpentaria της Αυστραλίας πρόκειται για χερσαίο κοίτασμα που εκτείνεται στον πυθμένα του κόλπου. Τις τελευταίες δεκαετίες στις νοτιοανατολικές ακτές των ΗΠΑ έχουν εντοπιστεί επιφανειακά κοιτάσματα φωσφορίτη σε μια υποθαλάσσια περιοχή με έκταση km 2, με το μειονέκτημα της μειωμένης περιεκτικότητας σε Ρ 2 Ο 5 σε σχέση με τα αντίστοιχα χερσαία κοιτάσματα. (δ) Ορυκτά, που βρίσκονται μέσα στα ιζήματα του θαλάσσιου (ωκεάνιου) πυθμένα. Τα σημαντικότερα και τα πλέον οικονομικώς ενδιαφέροντα είναι οι υδρογονάνθρακες και το φυσικό αέριο που παίρνουμε από τα ιζήματα του πυθμένα της θάλασσας. Τα περισσότερα από τα κοιτάσματα αυτά έχουν βρεθεί στα περιθώρια των ηπείρων αλλά και σε παλαιο-δελταϊκά περιβάλλοντα. Μεγάλα κοιτάσματα υδρογονανθράκων έχουν εντοπισθεί βόρεια των ακτών της Αυστραλίας, στον Περσικό Κόλπο, στην Βόρεια Θάλασσα, στο Κόλπο του Μεξικού, κοντά στην ακτή της Νότιας Καλιφόρνιας και στην νότια ακτή της Αλάσκας Διαδικασίες και τεχνικές εξόρυξης α) Εξόρυξη υδρογονανθράκων και φυσικού αερίου Για την εξόρυξη των υποθαλάσσιων κοιτασμάτων υδρογονανθράκων και φυσικού αερίου χρησιμοποιούνται ειδικές πλατφόρμες οι οποίες συνήθως είναι αγκυρωμένες στον πυθμένα και σε βάθη που σπάνια ξεπερνούν τα 200 m. Οι γεωτρήσεις στο πυθμένα ενώ έχουν ξεπεράσει τα 1500 m, η εκμετάλλευση των κοιτασμάτων γίνεται συνήθως μέχρι τα 700 μ. Μία τεχνική εξέλιξη στην τεχνολογία των πλατφόρμων είναι οι ημι-βυθιζόμενες (Σχήμα 4.6) οι οποίες μπορεί να "αντισταθούν" σε πολύ κακές καιρικές συνθήκες και ειδικότερα σε ανέμους θύελλας (>9 Beaufort) και κύματα ύψους 30 m. Όσον δε αφορά, την εκμετάλλευση ενός υποθαλάσσιου κοιτάσματος υδρογονανθράκων μέσω τεχνικών γεώτρησης, θα πρέπει πρώτα να διερευνηθεί εάν: (α) η ευρεθείσα ποσότητα του κοιτάσματος εξασφαλίζει την οικονομική του εκμετάλλευση (β) υπάρχουν οι κατάλληλες γεωλογικές συνθήκες, π.χ. ενεργά ρήγματα, στο πυθμένα της θάλασσας, ύπαρξη pock-marks κ.ά. (γ) τα βάθη και η ιζηματολογία του πυθμένα είναι κατάλληλα για την εγκατάσταση της πλατφόρμας (δ) οι μετεωρολογικές (ένταση και συχνότητα ισχυρών ανέμων) και ωκεανογραφικές συνθήκες (κύματα, ρεύματα) εξασφαλίζουν τόσο για την προστασία της πλατφόρμας, όσο και την τύχη μιας πιθανής πετρελαιοκηλίδας 98

101 (ε) οι οικολογικές, κοινωνικές και οικονομικές επιπτώσεις από την εξόρυξη στην γύρω περιοχή αντιμετωπίζονται επιτυχώς (π.χ. η αλιεία ή ακόμη και προγράμματα ανάπλασης της ευρύτερης παράκτιας ζώνης) β) Εξόρυξη αδρανών υλικών από τον θαλάσσιο πυθμένα Τα δεύτερα σε αξία και εκμετάλλευση μετά τους υδρογονάνθρακες είναι τα αδρανή υλικά (η άμμος, ο πηλός και τα χαλίκια) που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές (οικοδομές). Σήμερα περίπου 40x10 6 m 3 άμμου και χαλικιών εξορύσσονται μόνο από την εσωτερική υφαλοκρηπίδα της Βόρειας Ευρώπης. Η δε τεχνική της εξόρυξης των είναι σχετικά απλή όταν αυτή επιχειρείται σε λογικά βάθη και σε περιοχές που δεν είναι εκτεθειμένες σε ισχυρές καταιγίδες (storms) και σε μεγάλα κύματα. Στο Σχήμα 4.7 δίνεται σχηματικά ο τρόπος συλλογής άμμου και χαλικιών με την χρήση κατάλληλα διαμορφωμένου σκάφους που ουσιαστικά "ρουφά" τα υλικά του πυθμένα και τα αποθηκεύει σε κατάλληλες δεξαμενές. Σχήμα 4.6 Σχηματική απεικόνιση εξεδρών άντλησης πετρελαίου: (α) αγκυρωμένη εξέδρα του Πρίνου και (β) ημιβυθισμένη εξέδρα. 99

102 Στην περίπτωση ρηχών νερών μπορεί η εξόρυξη να γίνει και με απλές αρπάγες σαν αυτές που χρησιμοποιούνται για την εκβάθυνση των λιμένων και διαύλων ναυσιπλοΐας. Περιβαλλοντικά προβλήματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι η περίπτωση που το κοίτασμα που ανασύρεται να συμμετέχει στον εποχιακό κύκλο μετακίνησης των ιζημάτων από/προς την παρακείμενη ακτή, προκαλώντας έτσι την διάβρωσή της. Ακόμη πρέπει να εξεταστεί και η αυξημένη συγκέντρωση αιωρημάτων (κυρίως πολύ λεπτόκοκκου ιζήματος) τόσο στην επιφάνεια, ως υπολείμματα του διαχωρισμού, όσο και κοντά στον πυθμένα κατά την διαδικασία της αναρρόφησης ή και εκσκαφής σε άλλες περιπτώσεις. Σχήμα 4.7 Σχηματική απεικόνιση σκάφους εξόρυξης αδρανών υλικών γ) Συλλογή κονδύλων μαγγανίου Η τεχνική της συλλογής των κονδύλων μαγγανίου από την επιφάνεια του πυθμένα του ωκεανού καθίσταται αρκετά επίπονη (τεχνολογικά και οικονομικά) λόγω των πολύ μεγάλων βαθών ( ) που αυτοί βρίσκονται. Γενικά, η τεχνολογία της περισυλλογής, συγκέντρωσης (αποθήκευσης), μεταφοράς και επεξεργασίας είναι πολύ δαπανηρή. Στο Σχήμα 4.8 δίνεται σχηματικά η διαδικασία συλλογής των κονδύλων μαγγανίου από κατάλληλα εξοπλισμένο σκάφος. Ο εξοπλισμός του πλοίου συνίστανται από έναν συλλέκτη που έχει πλάτος σάρωσης γύρω στα 20 m και μαζεύει κονδύλους από τα πρώτα εκατοστά του πυθμένα, διεκπεραιώνοντας ημερησίως γύρω στα 100 km και μαζεύοντας γύρω στους 5000 τόνους κονδύλων, ενώ στο κατάστρωμα γίνεται ένας πρώτος μηχανικός διαχωρισμός μεταξύ κονδύλων και άλλων υλικών (κυρίως ιζημάτων). Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι για την περισυλλογή 1.500x10 6 τόνων κονδύλων μαγγανίου ετησίως χρειάζεται να σαρωθεί μια περιοχή έκτασης γύρω στα 900 km 2. Η περιβαλλοντική επίπτωση σχετίζεται με την δημιουργία ενός νεφελοειδούς κοντά στον πυθμένα, λόγω της ανατάραξης που προκαλεί ο συλλέκτης, αλλά και στην επιφάνεια από την απόρριψη του νερού και των ιζημάτων που αναρροφήθηκαν μαζί με τους κονδύλους και διαχωρίστηκαν στο πλοίο επιφανείας. 100

103 Σχήμα 4.8 Σχηματική απεικόνιση σκάφους εξόρυξης κονδύλων μαγγανίου Η συμβολή της ωκεανογραφίας στην εκμετάλλευση του υποθαλάσσιου ορυκτού πλούτου. Όπως είναι προφανές η συμβολή της ωκεανογραφίας είναι ουσιαστική και πολύπλευρη στην εκμετάλλευση των υποθαλάσσιων ορυκτών πρώτων υλών και αφορά τόσο στον εντοπισμό των κοιτασμάτων, όσο και στην εξόρυξή τους. Στην μεν περίπτωση του εντοπισμού γίνεται ουσιαστικά μέσω του κλάδου της θαλάσσιας γεωλογίας και με την χρήση κυρίως μεθόδων σεισμικής (ακουστικής) διασκόπισης, ενώ χρησιμοποιούνται και υποθαλάσσια μέσα φωτογράφησης και βιντεοσκόπισης. Στην δε τεχνική της εξόρυξης, που αφορά πρωτίστως τους ναυπηγούς και θαλάσσιους τεχνολόγους, η ωκεανογραφική έρευνα είναι εξίσου σημαντική σε θέματα που αφορούν είτε τον κλάδο της φυσικής ωκεανογραφίας (κύματα, θαλάσσια ρεύματα, τις φυσικοχημικές ιδιότητες του νερού), είτε της θαλάσσιας ιζηματολογίας για τα επιφανειακά ιζήματα του πυθμένα, θαλάσσια γεωλογία για την μορφοδυναμική του πυθμένα (ενεργά ρήγματα, μορφολογία πυθμένα κ.ά.), τέλος δε και την περιβαλλοντική ωκεανογραφία καθώς πρέπει να διερευνηθούν και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις που συνεπάγεται η εξόρυξη υποθαλάσσιων κοιτασμάτων ορυκτών στο ευρύτερο οικοσύστημα. Είναι λοιπόν προφανές ότι κατά την εξόρυξη ορυκτών από τον θαλάσσιο πυθμένα ανακύπτουν μια σειρά από ζητήματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν, όπως είναι: (α) η βέλτιστη δυνατή γνώση του φυσικού περιβάλλοντος στην περιοχή της εξόρυξης, (β) η σωστή επιλογή της τεχνικής της εξόρυξης, (γ) οι οικολογικές συνέπειες, (δ) τα οικονομικά δεδομένα, (ε) η πολιτική που ακολουθείται από το κράτος (κρατική νομοθεσία, διεθνείς συμφωνίες). 101

104 5. ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΩΚΕΑΝΟΥ Οι χρήσεις του ωκεανού εκτός από την εκμετάλλευση των οργανικών και ανόργανων φυσικών του πόρων και της παραγωγής ήπιων μορφών ενέργειας, αφορούν επίσης και ορισμένες άλλες δραστηριότητες του ανθρώπου, όπως είναι οι θαλάσσιες μεταφορές, η απόρριψη των αποβλήτων (υγρών και στερεών) από τις ποικίλες δραστηριότητες του ανθρώπου και τέλος η στρατιωτική χρήση του ωκεανού. 5.1 Θαλάσσιες μεταφορές - έρευνα και διάσωση στη θάλασσα Θαλάσσιες μεταφορές και παγκόσμιος εμπορικός στόλος Οι θαλάσσιες μεταφορές ιστορικά παίζουν πρωτεύοντα ρόλο στην επικοινωνία των παράκτιων και νησιωτικών περιοχών, μεταξύ του ιδίου ή και μεταξύ διαφορετικών κρατών, λόγω των μεγάλων, αν όχι ανυπέρβλητων, εμποδίων που υπήρχαν στην χερσαία επικοινωνία τους. Φαντασθείτε την δυσκολία και τον χρόνο που απαιτείτο στους ιστορικούς χρόνους για την χερσαία μεταφορά των αγαθών π.χ. από το Άργος στα παράλια της Μικράς Ασίας (π.χ. στην Αρχαία Έφεσο), ή ακόμη μακρύτερα στην ελληνική αποικία της Μασσαλίας. Ακόμη όμως και σήμερα, παρά την τεράστια εξέλιξη της τεχνολογίας και ειδικότερα την ανάπτυξη των αεροπορικών μεταφορών, εξακολουθούν οι θαλάσσιες μεταφορές να παίζουν τον πρωτεύοντα ρόλο στο διεθνές εμπόριο και στην παγκόσμια οικονομία. Και τούτο διότι (Ναυτεμπορική, 1996): εξασφαλίζουν χαμηλότερο κόστος μεταφοράς σε σύγκριση με άλλα μέσα, π.χ. το κόστος μεταφοράς ανά τόνο φορτίου είναι μόλις το 2,5 % από αυτό που απαιτείται για την αεροπορική του μεταφορά. αποτελεί αναντικατάστατο μέσο μεταφοράς των πρώτων υλών (λόγω του τεράστιου όγκου τους αλλά τις υπεράκτιας προέλευσής των) για την λειτουργία της παγκόσμιας βιομηχανίας (συμπεριλαμβανομένου και του πετρελαίου) 102

105 λειτουργεί ως παράγων ομαλοποίησης και σταθερότητας των διεθνών σχέσεων, που είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη της παγκόσμιας οικονομίας Στην Ευρωπαϊκή Ένωση επίσης μεγάλη είναι η προτίμηση στις θαλάσσιες μεταφορές. Τούτο αβίαστα προκύπτει από τα παρακάτω στατιστικά στοιχεία της περιόδου , όπου δια της θαλάσσης διεξήχθη : το 90% του Ευρωπαϊκού Εμπορίου με τον υπόλοιπο κόσμο το 35% του ενδο-ευρωπαϊκού εμπορίου και το 60% της παγκόσμιας μεταφοράς αργού πετρελαίου Μάλιστα για την θαλάσσια μεταφορά αγαθών, σε παγκόσμια κλίμακα, χρησιμοποιούνται μια σειρά από εξειδικευμένους τύπους πλοίων, ανάλογα με το φορτίο που μεταφέρουν. Στον Πίνακα 5.1 παρατίθενται οι διάφοροι τύποι πλοίων και η αντίστοιχη χωρητικότητά τους. Πίνακας 5.1 Τύποι εμπορικών πλοίων και η αντίστοιχη ολική τους χωρητικότητα (Ο.Χ.), το νεκρό φορτίο (Ν.Φ.) τους και το ποσοστό (%) της Ο.Χ. σε σχέση με την παγκόσμια συνολική χωρητικότητα (Π.Σ.Χ.) Είδη πλοίου Ο. Χ. (10 3 ton α ) Ν. Φ. β (10 3 ton) Ο.Χ. / Π.Σ.Χ. (%) Αργού Πετρελαίου 136,3 259,4 30,7 Μεταλλεύματος και ξυρού φορτίου 117,1 208,3 26,4 Γενικού φορτίου 49,1 73,0 11,0 Εμπορευματοκιβωτίων (Containers) 28,0 31,0 6,3 Μεικτού φορτίου 19,7 37,4 4,4 Υγραεριοφόρα 12,0 12,4 2,7 Αργού πετρελαίου και χημικών 6,6 11,2 1,5 Χημικά 4,0 6,8 0,9 (α)- ton: Ένας μετρικός τόνος (metric ton) που ισούται με 1000 Κg καταλαμβάνει όγκο ίσο με 2.204,6 litre. (β)- Νεκρό φορτίο είναι η συνολική μεταφορική ικανότητα του πλοίου μέχρι την βύθιση της γραμμής φόρτωσής του περιλαμβάνοντας αθροιστικά τα βάρη: φορτίου, εφοδίων, υλικών, τροφίμων, νερού, καυσίμων, έρματος, πληρώματος, επιβατών και αποσκευών. Στον προαναφερόμενο παγκόσμιο στόλο πρέπει να προστεθούν και τα πλοία της ακτοπλοΐας (επιβατηγά, οχηματαγωγά ή επιβατηγά και οχηματαγωγά). Μάλιστα στα μέσα της δεκαετίας του 1990, ο Ελληνικός ακτοπλοϊκός στόλος αριθμούσε περί τα 350 πλοία, συνολικής ολικής χωρητικότητας μεγαλύτερης των κόρων (1 κόρος = 2,83 m 3 ) και μεταφορικής ικανότητας γύρω στους επιβατών. Οι ανάγκες της ελληνικής ναυσιπλοΐας εξυπηρετούνται από μια αλυσίδα λιμανιών διαφόρων μεγεθών και δυνατοτήτων. Τα σημαντικότερα δε αυτών είναι του Πειραιά (το μεγαλύτερο στην ανατολική Μεσόγειο), της Θεσσαλονίκης, της Πάτρας, του Ηρακλείου και της Ηγουμενίτσας. Σημειωτέον ότι η Ελλάδα είναι η πρώτη παγκόσμια ναυτιλιακή δύναμη, με εμπορικό στόλο που απαρτίζεται από 3246 πλοία (άνω των 1000 κόρων), αντιπροσωπεύοντας το 16% του παγκόσμιου και το 50% του Ευρωπαϊκού στόλου (Ναυτεμπορική, 1996). 103

106 5.1.2 Ωκεανογραφία και ναυσιπλοΐα Η αποδοτικότητα και η ασφάλεια των θαλάσσιων μεταφορών απαιτούν μια σειρά από ωκεανογραφικά δεδομένα, που αφορούν την κατασκευή αυτή καθεαυτή των πλοίων, την ασφαλή ναυσιπλοΐα (αποφυγή και αντιμετώπιση ναυτικών ατυχημάτων), αλλά και τυχόν θέματα ρύπανσης που προκαλούνται κατά την φόρτωση, εκφόρτωση ή στην διάρκεια του ταξιδιού των. Είναι λοιπόν απαραίτητη η γνώση των κλιματικών (π.χ. η παρουσία θαλάσσιου πάγου), μετεωρολογικών (πρωτίστως το ανεμολογικό καθεστώς) και ωκεανογραφικών (κυρίως κύματα και ρεύματα) στις θαλάσσιες περιοχές στις οποίες θα χρησιμοποιηθούν οι διάφοροι τύποι πλοίων, ώστε αφενός να αντέχουν κατασκευαστικά σε κακές καιρικές συνθήκες και αφετέρου για την χάραξη της βέλτιστης δυνατής πορείας του πλοίου. Επίδραση των κυμάτων Τα θαλάσσια κύματα προκαλούν τρεις μετακινήσεις στα πλοία (Σχήμα 5.1): (1) τον προνευστασμό (σκαμπανέβασμα), την περιστροφή γύρω από τον άξονα Οx (2) την διατοίχιση (μπόντζι), την περιστροφή γύρω από τον άξονα Οy (3) την παρέκκλιση, την περιστροφή γύρω από τον άξονα Οz. Όλες αυτές οι κινήσεις του πλοίου και ιδιαίτερα οι δύο πρώτες έχουν σχέση με την ευστάθεια του, άρα και με την ασφάλειά του, καθώς η υπέρβαση κάποιων ορίων (κυρίως της διατοίχισης) σε συνδυασμό και με μια μετατόπιση του φορτίου, μπορεί να προκαλέσει ακόμη και βύθιση του πλοίου. Σχήμα 5.1 Σκαρίφημα της θέσης του σκάφους σε σχέση με το τρισδιάστατο σύστημα αξόνων. Ο προνευστασμός εξαρτάται από το μήκος των κυμάτων, τα οποία εάν είναι μικρότερα από τα 3/4 του μήκους του πλοίου δεν προκαλούν σοβαρή μετακίνηση, σε αντίθεση με αυτά που ξεπερνούν το μήκος του πλοίου. Ακόμη ο προνευστασμός εάν είναι πολύ έντονος είναι πολύ επικίνδυνος για την μηχανική (στατική) συμπεριφορά του σκελετού του πλοίου, ενώ εάν το μήκος του πλοίου είναι τόσο μεγάλο, στην περίπτωση κυμάτων με πολύ μεγάλο ύψος μπορεί να βρεθεί να "πατά" πάνω σε δύο διαδοχικές κορυφές κύματος, έτσι ώστε τμήμα της κοίτης του βρεθεί έξω από το νερό (στην περιοχή της κοιλίας του κύματος) τότε κινδυνεύει άμεσα να κοπεί στα δύο. Τέτοια γεγονότα είχαμε στο παρελθόν 104

107 σε δεξαμενόπλοια στην περιοχή της Καλής Ελπίδας, που μέσα από την εξέλιξη της ναυπηγικής αλλά και της σωστής πληροφόρησης για τα κυματικά και καιρικά γεγονότα έχουν γίνει πολύ σπάνια. Ο διατοιχισμός έχει άμεση σχέση με την ταχύτητα επαναφοράς του σκάφους στην κατακόρυφη θέση και εξαρτάται κατά πολύ από την θέση του κέντρου βάρους του σκάφους. Έτσι ναυπηγικά επιδιώκεται η όσον το δυνατό χαμηλότερη θέση του κέντρου βάρους των πλοίων, ώστε να επαναφέρονται γρήγορα στην αρχική θέση ισορροπίας των. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.2, το κέντρο βάρους (G), του οποίου η θέση παραμένει σταθερή εάν δεν έχουμε μετατόπιση φορτίου, σχηματίζει γωνία (θ) με την ευθεία που ενώνει το κέντρο άνωσης (Β) που ακολουθεί την κίνηση του σκάφους, καθώς αλλάζει ο όγκος του πλοίου που βρίσκεται μέσα στο νερό, με το μετάκεντρον (Μ) του πλοίου, του οποίου η θέση δεν αλλάζει. Έτσι, η τάση επαναφοράς (ροπή) προς την κατακόρυφη θέση είναι συνάρτηση της απόστασης (α) =GΜ ημ(θ) και του βάρους του σκάφους (W). Όσο λοιπόν πιο χαμηλά είναι το κέντρο βάρους τόσο πιο ισχυρή είναι η τάση (ροπή) επαναφοράς καθώς μεγαλώνει η απόσταση (a), δηλαδή αυξάνει η διατοίχιση του σκάφους. Σχήμα 5.2 Σχηματική παράσταση των δυνάμεων (ροπών) που ασκούνται κατά την διατοίχιση του πλοίου. Τέλος, η παρέκκλιση του πλοίου, σε συνδυασμό με τις υπόλοιπες δύο μετακινήσεις, μπορεί να συμβάλλει αρνητικά στην ασφαλή πλεύση του, αλλά περισσότερο έχει να κάνει με την εκτροπή της πορείας του πλοίου, από αυτήν που είχε αρχικά χαραχθεί. Επίδραση των ρευμάτων Η γνώση των θαλάσσιων ρευμάτων συμβάλλει ουσιαστικά στην χάραξη της πορείας αλλά και στην ασφαλή ναυσιπλοΐα. Για παράδειγμα, τα ρεύματα που κινούνται αντίθετα με τον άνεμο, άρα και με τα προκαλούμενα από αυτόν επιφανειακά κύματα, προκαλούν συμβολή των κυμάτων που συνεπάγεται συσσώρευση ενέργειας, άρα και μιας περαιτέρω αύξησης του ύψους των που οδηγεί τελικά στον σχηματισμό κυμάτων με ασυνήθιστα μεγάλα ύψη (Σχήμα 5.3). Τέτοια γιγάντια κύματα έχουμε στην περίπτωση του ακρωτηρίου της Καλής Ελπίδας όταν το Agulhas Ρεύμα που κινείται προς ΝΔ παράλληλα των νοτιοανατολικών ακτών της Αφρικής συναντά αντιθέτου κατεύθυνσης κύματα, που 105

108 οφείλονται σε θύελλες του Νότιου Ατλαντικού. Ακόμη, σε περιοχές όπου θερμά θαλάσσια ρεύματα αλληλεπιδρούν με ψυχρές αέριες μάζες, συνήθως πολικής προέλευσης, αυξάνουν πολλαπλασιαστικά την ατμοσφαιρική αστάθεια προκαλώντας πολύ ισχυρούς ανέμους. Τέτοιες περιπτώσεις έχουν μελετηθεί στα δυτικά όρια των ωκεάνιων λεκανών (π.χ. στην περιοχή του Gulf Stream, δυτικός Ατλαντικός Ωκεανός) Σχήμα 5.3 Σχηματική παράσταση της συμβολής των κυμάτων λόγω αντιθέτως κινουμένων ρευμάτων. Παλίρροια Πολλές παράκτιες περιοχές χαρακτηρίζονται από την ημερήσια αυξομείωση της θαλάσσιας στάθμης, λόγω της παλίρροιας που σε διάφορες περιοχές είναι της τάξης αρκετών μέτρων (π.χ. στο Seven Estuary της Mεγάλης Βρετανίας είναι ~11 m, ενώ στον Κόλπο του Baffin του Καναδά >14 m). Έτσι κατά την κίνηση των πλοίων σε τέτοιες περιοχές πρέπει να γνωρίζουν την μεταβολή της θαλάσσιας στάθμης ώστε να μην κινδυνεύσουν να προσαράξουν, αλλά κυρίως για να γνωρίζουν πότε μπορούν να εισέλθουν ή να εξέλθουν στα διάφορα λιμάνια. Μάλιστα σε ορισμένες περιοχές απαιτείται και πληροφόρηση σχετική με τα παλιρροϊκά ρεύματα Χάραξη της βέλτιστης πορείας πλοίου Η γνώση των ωκεανογραφικών και καιρικών παραμέτρων και κυρίως του ανέμου, των κυμάτων, των ρευμάτων, παίζει καθοριστικό ρόλο στην πορεία του πλοίου που έχει σχέση και με το κόστος της μετακίνησής του, ιδιαίτερα για ταξίδια μεγάλων αποστάσεων. Έτσι, τα θαλάσσια ρεύματα που ρέουν αντίθετα μειώνουν την ταχύτητα του πλοίου, ενώ την αυξάνουν στην αντίθετη περίπτωση. Το ίδιο συμβαίνει και με τους ανέμους. Σε περίπτωση πλευρικών ανέμων ή/και ρευμάτων έχουμε την εκτροπή του πλοίου από την αρχική του πορεία. Έτσι, χρειάζεται να συνυπολογιστούν όλοι αυτοί οι παράμετροι για την σωστή χάραξη της πορείας, αλλά πολλές φορές και για την αναπροσαρμογή της πορείας του πλοίου στα νέα μετεωρολογικά δεδομένα. Σήμερα, η διαδικασία αυτή γίνεται με την χρήση Η/Υ και κατάλληλου λογισμικού, ενώ η έγκαιρη παροχή των μετεωρολογικών / ωκεανογραφικών δεδομένων γίνεται με την βοήθεια δορυφόρων (ως συστήματα 106

109 επικοινωνίας και μέσω δορυφορικών εικόνων). Στο παρακάτω Σχήμα 5.4 δίνεται με διακεκομμένη γραμμή η πορεία του πλοίου που θα πρέπει να ακολουθηθεί, λόγω της παρουσίας θαλάσσιων ρευμάτων και ανέμων (κυμάτων), ώστε να καλυφθεί στον μικρότερο χρόνο η απόσταση Α-Β. Τέλος, και το φαινόμενο της παλίρροιας, όπου αυτό Σχήμα 5.4 Σχηματική απεικόνιση της σχέσης μεταξύ της βέλτιστης (ελάχιστης χρονικά) πορείας του πλοίου και της γεωγραφικής απόστασης στην περίπτωση ανέμων από νότιες διεύθυνσης. έχει σημαντική έκφραση, συνυπολογίζεται στις θαλάσσιες μεταφορές ώστε να μην σπαταλάται χρόνος κατά την προσέγγιση ή τον απόπλου των πλοίων, ενώ λαμβάνονται υπόψη και οι μεταβολές της στάθμης μέσα στην λεκάνη του λιμένα κατά την φόρτωση και την εκφόρτωση του πλοίου Έρευνα και διάσωση στη θάλασσα Τεράστια είναι και η συμβολή της θαλάσσιας μετεωρολογίας και της φυσικής ωκεανογραφίας στην έρευνα και την διάσωση πλοίων που κινδυνεύουν ή και τυχόν ναυαγούν. Μια ολοκληρωμένη σωστική προσπάθεια που ξεκινά από την λήψη ενός σήματος κινδύνου έχει να κάνει με την γνώση του είδους του συμβάντος (π.χ. φωτιά σε πλοίο, ναυάγιο, πτώση στην θάλασσα επιβάτου ή μέλους του πληρώματος), τον προσδιορισμό της ακριβής του θέσης, την γνώση των τοπικών μετεωρολογικών δεδομένων (κυρίως του ανέμου) και των ωκεανογραφικών παραμέτρων, όπως είναι τα κύματα και τα θαλάσσια ρεύματα, ενώ στην περίπτωση ναυαγών μας χρειάζεται και η θερμοκρασία της θάλασσας. Γνωρίζοντας τα παραπάνω και πιο γρήγορα θα φθάσουμε στο σημείο του ατυχήματος με τον κατάλληλο εξοπλισμό και στην περίπτωση ναυαγών θα προσδιοριστεί σωστά η περιοχή έρευνας για τον εντοπισμό τους, καθώς στην περίπτωση κακοκαιρίας τα θαλάσσια ρεύματα θα τους παρασύρουν μακριά από την αρχική θέση του ατυχήματος. Στατιστικά γνωρίζουμε ότι οι πιθανότητες εντοπισμού και διάσωσης ενός ναυαγού μειώνονται δραματικά μετά τις τρεις πρώτες ημέρες ενώ στην περίπτωση τραυματισμένου ναυαγού οι πιθανότητες είναι γύρω στο 20% μετά από 24 ώρες. Όπως είναι προφανές 107

110 πολύ μεγάλο ρόλο παίζει και η θερμοκρασία του νερού στην χρονική ικανότητα παραμονής του ναυαγού, ενώ όσο αυξάνει η θερμοκρασία αυξάνουν και οι πιθανότητες διάσωσης, με τη παρατήρηση, ότι σε θερμοκρασίες νερού >20 0 C (μέση ετήσια) αρχίζει να κινδυνεύει και από επιθέσεις σκυλόψαρων και καρχαριών, καθώς βρισκόμαστε σε τροπικά και υποτροπικά νερά. 5.2 Απόρριψη αποβλήτων (ocean dumping) Ανέκαθεν ο άνθρωπος χρησιμοποιούσε τον ωκεανό για να "πετά" τα διάφορα απόβλητά του, θεωρώντας ότι ο ωκεανός έχει δυνατότητα απεριόριστου αυτοκαθαρισμού. Η δυνατότητα όμως αυτή κάθε άλλο παρά απεριόριστη είναι, ιδίως όταν έχουμε μεγάλη ποσότητα αποβλήτων να απορρίπτεται σε μια μικρής έκτασης και περιορισμένης κυκλοφορίας θαλάσσια περιοχή. Σήμερα η παρατεταμένη και δραματικά αυξημένη απόρριψη κάθε είδους αποβλήτων έχει καταστήσει τον ωκεανό ανίκανο να αυτοκαθαριστεί, γεγονός ιδιαίτερα προφανές σε πολλές περιοχές της παγκόσμιας παράκτιας ζώνης. Η δυνατότητα αυτοκαθαρισμού μιας οποιασδήποτε θαλάσσιας λεκάνης που δέχεται απόβλητα εξαρτάται από τον όγκο του νερού που εμπεριέχεται στην θαλάσσια λεκάνη υποδοχής, το είδος, τον ρυθμό εισαγωγής αλλά και τον συνολικό όγκο των αποβλήτων, τον χρόνο παραμονής των (ή αποσύνθεσής των), όπως επίσης και την ευαισθησία των οργανισμών για τα διάφορα είδη και ποσότητες των αποβλήτων. Τα απόβλητα ανθρώπινης γενικά προέλευσης μπορούμε να τα ομαδοποιήσουμε σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: (1) Τα υλικά εκσκαφών (συνήθως στερεά), είτε αυτά προέρχονται από την χέρσο (εξόρυξη μεταλλευμάτων, καταστροφή κτισμάτων), είτε από τον θαλάσσιο χώρο (εκβάθυνση λιμανιών, διάνοιξη διαύλων ναυσιπλοΐας). Τα υλικά αυτά μπορεί να προκαλούν και χημική μόλυνση κατά περίπτωση. (2) Τα οικιστικά απόβλητα (sewage sludge) που σε υγρή κατάσταση απορρίπτονται στην παράκτια ζώνη, στο παρελθόν ακατέργαστα προκαλούν σοβαρά προβλήματα στο οικοσύστημα. (3) Τα βιομηχανικά απόβλητα τα οποία προέρχονται από τις διάφορες βιομηχανικές δραστηριότητες, όπως είναι τα εργοστάσια εμπλουτισμού μεταλλευμάτων, ναυπηγεία, σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων και των ραδιενεργών αποβλήτων. Στην ενότητα αυτή εξετάζονται τα θέματα εφαρμοσμένης ωκεανογραφίας που αφορούν το μηχανικό μέρος της απόρριψης και διασποράς των αποβλήτων στο θαλάσσιο περιβάλλον, ενώ τα θέματα που αφορούν την θαλάσσια μόλυνση εξετάζονται στο επόμενο Κεφάλαιο 6). Τα βασικά είδη των αποβλήτων είναι: στερεά υλικά εκσκαφής (βυθοκορήματα) υγρά απόβλητα (οικιστικά και βιομηχανικά) ραδιενεργά και άλλα τοξικά απόβλητα 108

111 5.2.1 Η απόρριψη στερεών υλικών εκσκαφής (βυθοκορήματα) Ένα μεγάλο μέρος των προϊόντων εκσκαφών και κατεδάφισης, εάν δεν χρησιμοποιηθούν για πρόσχωση (μπάζωμα) περιοχών της χέρσου ή τμημάτων της ακτογραμμής, μεταφέρονται με φορτηγίδες σε ικανές αποστάσεις από την ακτή, όπου αφού συνήθως απορριφθούν στην επιφάνεια της θάλασσας, καθιζάνουν για να αποτεθούν τελικά στον υποκείμενο θαλάσσιο πυθμένα. Η διαδικασία αυτή της απόρριψης στερεών σωματιδίων χρίζει μιας εμπεριστατωμένης περιβαλλοντικής (ωκεανογραφικής) μελέτης που αφορά τόσο τον πυθμένα της θάλασσας, όπου τελικά θα αποτεθούν, όσο και την υπερκείμενη στήλη του νερού δια της οποίας γίνεται η καθίζησή των. Η δε μελέτη του πυθμένα που αρχικά εξετάζει την μορφολογία του πυθμένα, αφορά κυρίως το βενθικό οικοσύστημα που πιθανόν να θαφτεί από την συσσώρευση των στερεών σωματιδίων. Όσον δε αφορά την υπερκείμενη στήλη του νερού μελετάται η ύπαρξη των θαλάσσιων ρευμάτων (και παλιρροϊκών) τόσο κοντά στην επιφάνεια, για την διασπορά της λεπτόκοκκης φάσης σε μια πολύ ευρύτερη περιοχή, αλλά και κοντά στον πυθμένα, καθώς αυτά μπορούν να διασκορπίσουν μέρος τουλάχιστον των υλικών σε μια μεγαλύτερη έκταση του θαλάσσιου πυθμένα. Ακόμη εξετάζεται η ύπαρξη ενός ισχυρού θερμοκλινούς που θα μπορούσε να προκαλέσει συσσώρευση των αιωρουμένων σωματιδίων σε αυτό, δημιουργώντας έτσι μια νεφελοειδή στοιβάδα (nepheloid layer) που κάτω από προϋποθέσεις θα μπορούσε να μεταφερθεί αρκετά μακριά μεταφέροντας τα αιωρούμενα σωματίδια και να αλλοιώσει το θαλάσσιο περιβάλλον π.χ. μέσω της μείωσης της ικανότητας διείσδυσης του φωτός. Τέλος σε περίπτωση μικρών βαθών θα πρέπει να εξεταστεί και το κυματικό καθεστώς ώστε να αποφευχθεί η επαναιώρηση και η μεταφορά των υλικών από τα θαλάσσια κύματα προς την ακτή, έστω και αν τούτο συμβαίνει μόνο στην διάρκεια έντονων καταιγίδων / τρικυμιών. Στο Σχήμα 5.5 δίνονται σχηματικά όλοι εκείνοι οι ωκεανογραφικοί παράγοντες οι οποίοι συμμετέχουν στην διασπορά, συγκέντρωση, καθίζηση και τελική συσσώρευση των στερεών αποβλήτων στο θαλάσσιο περιβάλλον. 109

112 Σχήμα 5.5 Σχηματική απεικόνιση των διάφορων ωκεανογραφικών διεργασιών που συμβάλλουν στην διασπορά των στερεών (σωματιδίων) αποβλήτων Η απόρριψη υγρών αποβλήτων (οικιστικών και βιομηχανικών) Η απόρριψη υγρών αποβλήτων στο θαλάσσιο περιβάλλον αφορά κυρίως την παράκτια ζώνη (και ειδικότερα την παράλια ζώνη), όπου και καταλήγουν οι αποχετευτικοί αγωγοί, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις τα απόβλητα μεταφέρονται με πλοία και απορρίπτονται στην ανοικτή θάλασσα. Οι φυσικές διεργασίες της λεκάνης υποδοχής που επιδρούν κατά την απόρριψη των υγρών αποβλήτων είναι οι ίδιες με αυτές των στερεών αποβλήτων με την προσθήκη των διεργασιών της διάλυσης (dilution) και της διάχυσης (diffusion) που αφορούν την ανάμειξη των δυο ρευστών, δηλαδή των υγρών αποβλήτων και του θαλασσινού νερού. Κατά την είσοδο λοιπόν των υγρών αποβλήτων στο θαλάσσιο περιβάλλον, μετά από μια αρχική φάση διάλυσης (αραίωσης) των, ακολουθεί η φάση της διάχυσής των (οριζόντια και κατακόρυφη). Τόσο η διεργασία της αραίωσης αλλά κυρίως η διεργασία της διάχυσης εξαρτώνται από τις φυσικές ιδιότητες (θερμοκρασία, αλατότητα, συγκέντρωση αιωρούμενου υλικού) και από τις επικρατούσες υδροδυναμικές συνθήκες (κυρίως από τα ρεύματα). Έτσι τα μεν κύματα ευνοούν την διεργασία της αραίωσης, ενώ τα ρεύματα συμβάλλουν στην διάχυση και στην μεταφορά των. 110

113 Σε γενικές γραμμές δυο είναι οι διαδικασίες απόρριψης των υγρών αποβλήτων: (α) από πλοία πολύ κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας και (β) από υποθαλάσσιους αγωγούς. Επιφανειακή απόρριψη από πλοία Η απόρριψη των υγρών αποβλήτων στην επιφάνεια της θάλασσας γίνεται κατά την κίνηση του πλοίου, ώστε να αυξάνεται η αρχική αραίωση από την στροβιλώδη ανατάραξη που προκαλείται από την κίνηση του πλοίου. Με την μέθοδο αυτή επιτυγχάνεται η αρχική ανάμειξη των αποβλήτων με μια ποσότητα θαλασσινού νερού που καταλαμβάνει όγκο (ενός θεωρητικού παραλληλεπίπεδου) πλάτους 2,5 φορές το πλάτος του πλοίου, ύψους 3 φορές το βύθισμα του πλοίου και μήκους, την απόσταση μέσα στην οποία ολοκληρώνεται η απόρριψη των υγρών αποβλήτων, με την παραδοχή ότι το πλοίο διατηρεί σταθερή ταχύτητα. Για παράδειγμα, μια ποσότητα αποβλήτων 4x10 3 m 3 που απορρίπτεται από σκάφος πλάτους 10 m και βυθίσματος 4 m σε μια απόσταση των 50 Km αναμειγνύεται με ποσότητα θαλασσινού νερού ίση με 20x10 6 m 3, που αντιστοιχεί σε έναν συντελεστή αραίωσης ίσο με 5x10 3. Στην δε φάση της διάχυσης που ακολουθεί τα απόβλητα μετά από 2 ημέρες μπορεί να απλώνονται σε πλάτος που κυμαίνεται από μερικές εκατοντάδες μέχρι και χιλιάδες μέτρα, διαμορφώνοντας έναν συντελεστή αραίωσης της τάξης των Υποθαλάσσια απόρριψη από αγωγό. Στην πλέον συνηθισμένη περίπτωση όπου τα υγρά απόβλητα απορρίπτονται στο θαλάσσιο περιβάλλον μέσω ενός υποθαλάσσιου αγωγού, τότε τα λύματα καθώς είναι ελαφρότερα (λόγω της σχεδόν μηδενικής αλατότητάς των) κατά την έξοδο τους από τον αγωγό έχουν μια αρχική κατακόρυφη ορμή και υπόκεινται σε άνωση, δημιουργώντας μια ανωστική δέσμη (buoyant plumes) (Σχήμα 5.6.α). Καθώς δε η ανωστική δέσμη κινείται προς την επιφάνεια της θάλασσας μειώνεται η συγκέντρωση σε ρυπαντικό φορτίο, που ποσοτικά εκφράζεται από τον λόγο διάλυσης (S) της αρχικής συγκέντρωσης (C αρχ ) προς την τελική (C τελ ), ο οποίος με την σειρά του εξαρτάται από τον πυκνομετρικό αριθμό Froude (Fr), που δίνεται από την σχέση: V Fr (5.1) g D όπου, (V): η ταχύτητα εκροής, (g): η επιτάχυνση της βαρύτητας (9,81m/s 2 ), (D): η διάμετρος του αγωγού στην έξοδό του και (ρ ): η ανοιγμένη διαφορά πυκνότητας μεταξύ θαλασσινού νερού (ρ θ ) και λυμάτων (ρ λ ) που δίνεται από την σχέση και που προσεγγιστικά ισούται ( ) / (5.2) με 0,0025. Ακόμη ο λόγος διάλυσης (S) εξαρτάται και από το ανοιγμένο βάθος του σημείου εκροής (h/d), όπως περιγράφεται από το διάγραμμα του Abraham (Σχήμα 5.6.β). 111

114 Σχήμα 5.6 (α) Σχηματική απεικόνιση διάλυσης υγρών αποβλήτων που εκβάλονται από υποθαλάσσιο αγωγό, (β) Διάγραμμα (Abraham) για τον προσδιορισμό του λόγου διάλυσης (S) από το ανοιγμένο βάθος του σημείου εκροής (h/d) και τον αριθμό Froude (F) και (γ) συνθήκες διάλυσης με την παρουσία πυκνοκλινούς. Στην περίπτωση μη παρουσίας πυκνοκλινούς μεταξύ του βάθους εκροής και της θαλάσσιας επιφάνειας, το πλάτος της ανωστικής δέσμης στην επιφάνεια (b) κυμαίνεται μεταξύ h/3 και h/4 ενώ το πάχος της (ho) μεταξύ h/6 και h/12 (περίπτωση ανεμπόδιστης πλευρικής ροής). Η συγκέντρωση των ρυπαντών είναι κατανεμημένη εγκάρσια προς τον άξονα της δέσμης, 112

115 έτσι ώστε η μέση διάλυση ( S ) να είναι περίπου διπλάσια της αξονικής ( S ) (κατά μήκος δηλαδή του άξονα της δέσμης), S =2 S m. Στην περίπτωση παρουσίας πυκνοκλινούς, η ανωστική δέσμη φθάνοντας στην διαχωριστική ζώνη των δυο στρώσεων μπορεί να παγιδευτεί είτε μέσα σε αυτό προσωρινά (φθάνοντας κάποια στιγμή και στην επιφάνεια της θάλασσας), είτε ολοκληρωτικά εξαπλούμενη πλευρικά σαν να είχε φθάσει μέχρι την επιφάνεια. Οι δε συνθήκες διάλυσης, λόγω του πυκνοκλινούς, εξαρτώνται από την διαφορική πυκνότητα (ρ h ) των λυμάτων (βλέπε Κουτίτα (1998), σ.112). Έτσι, όταν ρ h <0 τα λύματα φθάνουν μέχρι την επιφάνεια όπου και διασπείρονται, για 0<ρ h <10,15x10-4 διασπείρονται πλευρικά και μέσα στο πυκνοκλινές αλλά και φθάνουν μέχρι την επιφάνεια, ενώ για τιμές ρ h >10,15x10-4 τα λύματα παγιδεύονται και διασπείρονται μόνο μέσα στο πυκνοκλινές. Η δε παροχή των αραιωμένων λυμάτων που φθάνουν στην επιφάνεια (Q) δίνεται από την εξίσωση: 2 D Q V 2S m (5.3) 4 Εάν όμως στα επιφανειακά στρώματα επικρατεί κάποιο ρεύμα με ταχύτητα U που χαρακτηρίζεται από μια παροχετευτικότητα (Q ), ίση με Q = U b h o. Στην περίπτωση που Q >Q, η ανωστική δέσμη ακολουθεί την κατεύθυνση της (οριζόντιας) ροής, χωρίς να έχει την ικανότητα περαιτέρω ανόδου της, η δε πλήρης διάλυσή της γίνεται πλέον σε πολύ μικρή απόσταση (d) που ισούται με: d=2s m (Q /Q). Στην δε περίπτωση που Q <Q τότε παγιδεύεται τοπικά διάλυμα, διαμορφώνοντας ένα αυξημένο πάχος (h o ). Από το σημείο αυτό η διάλυση συνεχίζεται τόσο με κατακόρυφη κατεύθυνση (μέχρι το ειδικό βάρος των λυμάτων να εξισωθεί με αυτό του θαλασσινού νερού) όσο και οριζοντίως κυρίως μέσω της διεργασίας της διάχυσης. m Η απόρριψη ραδιενεργών και άλλων τοξικών αποβλήτων Η απόρριψη ραδιενεργών και άλλων τοξικών αποβλήτων, βιομηχανικής προέλευσης, γίνεται μετά από την τοποθέτησή των σε δοχεία (βαρέλια) ειδικής αντοχής στη θαλάσσια διάβρωση αλλά και μεγάλων τιμών υδροστατικής πίεσης, που εν συνεχεία τα αποθέτουν σε βαθειές (συνήθως αρκετών χιλιομέτρων) ωκεάνιες λεκάνες ή υποθαλάσσιες χαραδρώσεις (canyons) των ηπειρωτικών περιθωρίων. Για την επιτυχημένη απόρριψη των βαρελιών αυτών θα πρέπει καταρχήν να εντοπιστούν οι υποθαλάσσιοι αυτοί χώροι και στην συνέχεια να μελετηθεί η ιζηματολογία των, που αφορά το είδος των επιφανειακών ιζημάτων και το γενικότερο καθεστώς της ιζηματογένεσης (π.χ. την δράση τουρβιδιτών), η σεισμικότητα της περιοχής, η ηφαιστειότητά της, καθώς και η έκλυση φυσικών αερίων (παρουσία ή πιθανή εκδήλωση pockmark). Η μελέτη των προαναφερόμενων παραγόντων έχει ως στόχο τα δοχεία με τα απόβλητα να παραμείνουν ή ακόμη καλύτερα να θαφτούν από την επιγενόμενη φυσική ιζηματογένεση του χώρου. Ακόμη κατά την φάση της απόρριψης πρέπει να είναι γνωστό το καθεστώς των ρευμάτων, καθόλον το βάθος, ώστε πράγματι τα δοχεία να φθάσουν στο προβλεπόμενο χώρο και όχι να αποκλίνουν, λόγω της δράσης ισχυρών θαλάσσιων ρευμάτων, σε άλλες ενδεχομένως πολύ ρηχότερες περιοχές. 113

116 5.3 Στρατιωτική Χρήση του Ωκεανού Γενικά Τις τελευταίες δεκαετίες έχει αυξηθεί η στρατικοποίηση του θαλάσσιου χώρου. Ένας από τους κυριότερους λόγους είναι ότι οι υπερδυνάμεις χρησιμοποιούν τον ωκεανό για την διασπορά των μεγάλων οπλικών τους συστημάτων (πυραυλικά συστήματα, πολεμικά αεροπλάνα και πλοία) γιατί πιστεύουν ότι λόγω της μεγάλης του έκτασης ο ωκεανός τους παρέχει προστασία σε ένα πολύ μεγάλο βαθμό από ξαφνικές επιθέσεις. Ακόμη, σε περίπτωση που δεχτούν επίθεση σε κάποια χερσαία περιοχή τους, ο ωκεανός τους παρέχει την δυνατότητα της ανταπόδοσης. Μάλιστα εκτός από τα πλοία επιφανείας, συμπεριλαμβανομένων και των αεροπλανοφόρων, ιδιαίτερο ρόλο παίζουν τα υποβρύχια που κινούνται με πυρηνική ενέργεια, αλλά και αυτά που φέρουν και πυρηνικές κεφαλές. Η στρατιωτική χρήση του ωκεανού περιλαμβάνει όλα τα προαναφερθέντα θέματα (μετεωρολογικά, ωκεανογραφικά) που αφορούν την ναυσιπλοΐα, αλλά κυρίως ο τομέας που έχει την μεγαλύτερη εφαρμογή είναι η υποθαλάσσια ακουστική (ή κατά άλλους ακουστική ωκεανογραφία) και έχει να κάνει με τις ανθυποβρυχιακές επιχειρήσεις. Μια ακόμη εφαρμογή της ωκεανογραφίας σχετίζεται και με επιχειρήσεις απόβασης προσωπικού και εξοπλισμού από μεταγωγικά σκάφη σε ομαλές ακτές. Στην περίπτωση αυτή μας ενδιαφέρει η γνώση της παράκτιας υποθαλάσσιας γεωμορφολογίας και ιζηματολογίας ώστε να μπορούν τα αποβατικά σκάφη να προσεγγίσουν με ασφάλεια στην ακτογραμμή Ανθυποβρυχιακές επιχειρήσεις Ο εντοπισμός και γενικότερα οι επιχειρήσεις εναντίον υποβρυχίων, γνωστός και ως ανθυποβρυχιακός πόλεμος, γίνεται κυρίως με τη χρήση ηχοβολιστικών συσκευών SONAR (Sound Navigation And Ranging). Καθώς όμως η διάδοση του ήχου στο νερό επηρεάζεται από τις φυσικές του ιδιότητες (θερμοκρασία, αλατότητα, βάθος (πίεση)) χρειάζεται η γνώση των δεδομένων αυτών ώστε ακολούθως να μελετηθεί η ταχύτητα και η διάδοση του ηχητικού σήματος. Είναι γνωστό ότι σε θερμοκρασία 0 0 C και αλατότητα 35 ppt η ταχύτητα του ήχου κοντά στην επιφάνεια είναι περίπου 1450 m/s και ότι αυξάνεται περίπου κατά 1,3 m/s όταν αυξάνεται η αλατότητα κατά 1 ppt, κατά περίπου 4,5 m/s για αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1 ο C και περίπου κατά 1,7 m/s για κάθε 100 m βάθους (λόγω της πίεσης). Από τις προαναφερόμενες ιδιότητες του νερού, η θερμοκρασία έχει την μεγαλύτερη επίδραση στην ταχύτητα του ήχου λόγω του εύρους της μεταβολής των τιμών της (από 0 ο C έως και >30 ο C). Σε επιχειρήσεις εντοπισμού υποβρυχίου που γίνονται σε συγκεκριμένη θαλάσσια περιοχή την μεγαλύτερη σημασία έχει η κατακόρυφη διαμόρφωση της ταχύτητας του ήχου στα διάφορα θαλάσσια στρώματα που σχετίζεται με την κατακόρυφη κατανομή της θερμοκρασίας και κυρίως της διαστρωμάτωσής της. Στο επιφανειακό αναμεμειγμένο στρώμα (εποχιακό θερμοκλινές), όπου η θερμοκρασία παραμένει περίπου σταθερή, η ταχύτητα του ήχου αυξάνει με το βάθος, λόγω της αύξησης της πίεσης. Έτσι όταν η πηγή του ήχου βρίσκεται μέσα στο στρώμα αυτό ουσιαστικά οι περισσότερες ηχητικές ακτίνες παγιδεύονται μέσα σε αυτό, ενώ σε μια ικανή απόσταση από την πηγή αναπτύσσεται μια ζώνη σκιάς (shadow zone) (Σχήμα 5.7.α) μέσα στην οποία θεωρητικά δεν διαδίδεται το ηχητικό σήμα. Η ζώνη σκιάς έχει περίπου ένα κωνικό σχήμα με πάνω όριο την βάση του επιφανειακού στρώματος και κάτω όριο την κριτική (οριακή) ηχητική ακτίνα (critical ray), 114

117 κάτω από την οποία δεν έχουμε διάδοση των ηχητικών ακτίνων. Ακόμη, η κορυφή του κώνου που βρίσκεται πάνω στην βάση του επιφανειακού στρώματος έχει την ιδιότητα να πλησιάζει προς την πηγή εκπομπής όσο αυξάνεται το βάθος της πηγής (Σχήμα 5.7.β). Στην περίπτωση δε που η πηγή βρεθεί κάτω από το επιφανειακό αναμεμειγμένο στρώμα, άρα στο μόνιμο θερμοκλινές (εδώ η ταχύτητα του ήχου μειώνεται με το βάθος ακολουθώντας την γρήγορη πτώση της θερμοκρασίας), τότε τη ζώνη σκιάς (ή σιγής) φθάνει μέχρι την επιφάνεια, ενώ η κορυφή του κώνου απομακρύνεται από την πηγή καθώς αυξάνεται το βάθος της εκπομπής της. Κάτω όμως από το μόνιμο θερμοκλινές η θερμοκρασία παραμένει σταθερή και πλέον η ταχύτητα του ήχου αυξάνει με το βάθος λόγω της πίεσης. Η κατακόρυφη δε κατανομή της ταχύτητας του ήχου έχει σχήμα κατόπτρου με την ελάχιστη τιμή της σε ένα βάθος γύρω στα 1200 m σε μέσα γεωγραφικά πλάτη (μειούμενο προς τα μεγαλύτερα) (Σχήμα 5.7.γ). Έτσι, η κοίλη κατοπτρική αυτή επιφάνεια προκαλεί κάμψη των ηχητικών ακτινών προς την οριζόντια νοητή γραμμή, όπου βρίσκεται το ελάχιστο της ταχύτητας του ήχου, και στην περίπτωση που η πηγή εκπομπής βρίσκεται μέσα στο εύρος των βαθών του κοίλου κάτοπτρου οι ηχητικές ακτίνες παγιδεύονται μέσα σε αυτό και το ηχητικό σήμα δεν εξασθενεί λόγω ανάκλασης από την επιφάνεια της θάλασσας ή του πυθμένα. Ο ηχητικός αυτός δίαυλος καλείται SOFAR (Sound Fixing And Ranging), έχοντας την ιδιότητα το ηχητικό σήμα να μπορεί να διαδοθεί σε πάρα πολύ μεγάλες αποστάσεις (>70 ναυτικά μίλια) ακόμη και αν προέρχεται από μια μέτριας ισχύος ηχητική πηγή. Σχήμα 5.7 Σχηματική απεικόνιση ηχοεντοπισμού υποβρυχίων: (α) εκπομπή ήχου μέσα στο επιφανειακό θερμοκλινές, (β) ανάπτυξη ζώνη σκιάς και (γ) βαθύς ηχητικός δίαυλος. 115

118 Γενικά η ικανότητα διάδοσης ενός ηχητικού σήματος δεν είναι απεριόριστη αλλά υπόκειται σε εξασθένηση η οπoία οφείλεται στην καθαυτή εξάπλωση του (spreading) και λόγω της απόσβεσης του (attenuation). Η μεν πρώτη είναι το φυσικό επακόλουθο της απομάκρυνσης του ήχου από την πηγή του και εξαρτάται από την συχνότητα εκπομπής (με αντίστροφη σχέση), η δε δεύτερη οφείλεται στον περιβάλλοντα χώρο της διάδοσης και οφείλεται κυρίως σε τέσσερις παράγοντες: (α) την απορρόφηση (λόγω της μερικής μετατροπής της ηχητικής ενέργειας σε θερμότητα), (β) την σκέδαση (από τον πυθμένα, από την θαλάσσια επιφάνεια αλλά και από τα αιωρούμενα σωματίδια), (γ) την διαφυγή (ακτίνες που διαφεύγουν από έναν ηχητικό δίαυλο) και (δ) την διάδοση στον πυθμένα (μέρος της ακτινοβολίας ανακλάται, ένα άλλο όμως μέρος δαπανάται κατά την διάδοσή του μέσα στον πυθμένα). 116

119 6. ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΡΥΠΑΝΣΗ Ο όρος 'θαλάσσια ρύπανση' είναι πολύ γενικός καθώς εκφράζει από την απλή παρουσία και το είδος των ρυπαντών μέχρι και την περιβαλλοντική επιβάρυνση που αυτοί προκαλούν (Clark, 1993). Έτσι, για την μελέτη και την αποτελεσματική αντιμετώπιση της θαλάσσιας ρύπανσης τρεις είναι και οι παράμετροι που ερευνώνται: (1) το είδος και η προέλευση των ρυπαντών, (2) η αφθονία ή καλύτερα η συγκέντρωση των ρυπαντών σε ορισμένο θαλάσσιο χώρο και (3) οι επιπτώσεις στο θαλάσσιο περιβάλλον. Ρύπανση του θαλάσσιου περιβάλλοντος μπορεί να προκληθεί από φυσικούς παράγοντες, όπως για παράδειγμα, η αυξημένη συγκέντρωση σε διάφορα χημικά στοιχεία και τέφρα που προκλήθηκε από ηφαιστειακή δραστηριότητα, η αυξημένη συγκέντρωση ραδιενεργών στοιχείων που προέρχονται από την απόπλυση ενός επιφανειακού κοιτάσματος ουρανίου. Όμως, με τον όρο θαλάσσια ρύπανση εννοούμε πρωτίστως την ρύπανση που προκαλείται από τον άνθρωπο. Μάλιστα, στην Σύμβαση για το Δίκαιο της Θάλασσας του 1982 (UNCLOS III) και σύμφωνα με τον ορισμό της Παγκόσμιας Οργάνωσης Υγείας του 1971, με τον όρο 'ρύπανση του θαλασσίου περιβάλλοντος εννοούμε: «την απόθεση από τον άνθρωπο, αμέσως ή εμμέσως, ουσιών ή ενέργειας στο θαλάσσιο περιβάλλον, συμπεριλαμβανομένων και των εκβολών ποταμών, η οποία έχει ως αποτέλεσμα ή ενδέχεται να έχει ως αποτέλεσμα την επέλευση βλαβερών συνεπειών ή βλάβης στους βιολογικούς πόρους και στην θαλάσσια ζωή, κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία, παρακώλυση των θαλάσσιων δραστηριοτήτων, συμπεριλαμβανομένων των αλιευτικών και άλλων νόμιμων χρήσεων της θάλασσας, πτώση της ποιότητας του θαλάσσιου ύδατος και υποβάθμιση της αναψυχής». Όσον αφορά τις διάφορες πηγές της ανθρώπινης ρύπανσης, αυτές σύμφωνα με την Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας, έχουν καταταχθεί στις παρακάτω πέντε κύριες κατηγορίες, ανάλογα με την ανθρώπινη δραστηριότητα που τις προκαλεί: 117

120 1. Η απόρριψη οικιακών λυμάτων και βιομηχανικών - γεωργικών αποβλήτων 2. Η σκόπιμη και η επιχειρησιακή απόρριψη ρυπαντών που παράγονται από πλοία 3. Η έρευνα και η εκμετάλλευση των θαλάσσιων ορυκτών (συμπεριλαμβανομένων και των υδρογονανθράκων) 4. Η απόρριψη ραδιενεργών αποβλήτων που προέρχονται από την ειρηνική χρήση της πυρηνικής ενέργειας 5. Η στρατιωτική χρήση του ωκεανού. 6.1 Κατηγορίες θαλάσσιας ρύπανσης Οι κυριότερες κατηγορίες της θαλάσσιας ρύπανσης, όπως αυτές διαμορφώνονται από τα είδη των ρυπαντών αλλά και τις διεργασίες μέσω των οποίων αυτές επιβαρύνουν το θαλάσσιο περιβάλλον, είναι: Οργανικοί ρυπαντές που προκαλούν μείωση του διαλυμένου οξυγόνου Αύξηση της περιεκτικότητας σε θρεπτικά συστατικά Μικροβιακή ρύπανση Ρύπανση από υδρογονάνθρακες Ρύπανση από αλογονωμένους υδρογονάνθρακες Στερεά απόβλητα (απορρίμματα) Βαρέα μέταλλα Ραδιενέργεια Θερμική ρύπανση Οργανικοί ρυπαντές που προκαλούν μείωση του διαλυμένου οξυγόνου Ο μεγαλύτερος όγκος υγρών αποβλήτων που χύνονται απευθείας ή μεταφέρονται στην θάλασσα είναι τα κάθε είδους λύματα (αστικά, βιομηχανικά, αγροτικά (λιπάσματα), κτηνοτροφικά, από την επεξεργασία τροφίμων, την ζυθοποιεία / ποτοποιεία, την επεξεργασία του ξύλου και χαρτιού, τις ιχθυοκαλλιέργειες) τα οποία στο μεγαλύτερο μέρος τους είναι οργανικής φύσης και υπόκεινται σε βακτηριακή αποδόμηση (bacterial decay), μέσω της διεργασίας της οξείδωσης των οργανικών μορίων και την μετατροπή τους σε ανόργανα στοιχεία. Κατά δε την διάρκεια της διεργασίας της οξείδωσης, τα αερόβια βακτήρια καταναλώνουν το διαλυμένο οξυγόνο στο νερό, προκαλώντας την μείωση της συγκέντρωσης του. Όταν, ο ρυθμός κατανάλωσης του οξυγόνου δεν αντισταθμίζεται από τον ρυθμό εμπλουτισμού, μέσω κυρίως της δέσμευσης του ατμοσφαιρικού οξυγόνου στην επιφάνεια της θάλασσας (νομός του Henry), τότε διαμορφώνονται συνθήκες έλλειψης οξυγόνου, που σε ακραίες περιπτώσεις μπορεί να οδηγήσει και σε πλήρη έλλειψή του 118

121 (ανοξικές συνθήκες). Γενικά όταν η συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό πέσει κάτω από 1,5 mg/l μειώνεται δραστικά και η διεργασία της αεροβικής οξείδωσης. Στις δε περιπτώσεις έλλειψης οξυγόνου αρχίζουν να αναπτύσσονται αναερόβιες διεργασίες από βακτήρια, που παράγουν ενώσεις όπως είναι το υδρόθειο (H 2 S), η αμμωνία (NH 3 ), το μεθάνιο (CH 4 ) κ.α., ουσίες που πάνω από μια ορισμένη συγκέντρωση στο νερό είναι τοξικές για τους περισσότερους ζώντες οργανισμούς. Οι οργανικοί ρυπαντές εμπεριέχονται μέσα στο οργανικό φορτίο του θαλασσινού νερού, του οποίου ο ποσοτικός προσδιορισμός γίνεται με τον δείκτη της Βιοχημικής Απαίτησης Οξυγόνου (ΒΟD: Biochemical Oxygen Demand), που εκφράζει την κατανάλωση του οξυγόνου, σε ένα δείγμα νερού, για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα (συνήθως 5 ημέρες, BOD 5 ), στο οποίο λαμβάνει χώρα αερόβια βακτηριακή αποδόμηση (bacterial decay) του οργανικού υλικού. Στο θαλάσσιο όμως περιβάλλον, η συγκέντρωση του οξυγόνου είναι μια πιο σύνθετη διεργασία, καθώς η αύξηση του οργανικού υλικού συνεπάγεται μεγαλύτερη συγκέντρωση θρεπτικών στοιχείων, άρα αύξηση του φυτοπλαγκτού που μέσω της φωτοσυνθετικής του ικανότητας παράγει οξυγόνο. Αυτό προκαλεί μια ημερήσια διακύμανση (βράδυ-πρωί), αλλά και εποχιακή διακύμανση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου, λόγω της μεγαλύτερης διάρκειας της ημέρας κατά τους καλοκαιρινούς μήνες. Ακόμη οι συγκεντρώσεις του φυτοπλαγκτού κατά την διάρκεια του καλοκαιριού έχουν σχετικά μικρές τιμές κάτω από την επιφάνεια, λόγω της παρουσίας του θερμοκλινούς, ενώ μεγαλύτερες τιμές έχουν κατά την διάρκεια της άνοιξης, όταν η στήλη του νερού είναι περισσότερο ομογενοποιημένη. Όμως αυτό αντισταθμίζεται αν όχι και υπερκαλύπτεται από το γεγονός ότι οι υψηλότερες θερμοκρασίες του νερού ευνοούν την δράση των βακτηρίων, αυξάνοντας έτσι την απαίτηση σε οξυγόνο. Γενικά, τα ποτάμια νερά θεωρούνται καθαρά όταν η τιμή του BOD 5 είναι <2 mg/l, στην θάλασσα ο σολομός θεωρείτε ότι αλιεύετε σε καθαρά νερά όταν BOD 5 <3 mg/l, ενώ στην περίπτωση του πόσιμου νερού οι τιμές του BOD 5 πρέπει να κυμαίνονται μεταξύ 3 και 7 mg/l. Τέλος, ρυπασμένα νερά έχουμε όταν η τιμή του BOD 5 >10 mg/l. Ως αναφορά το Ελληνικό θαλάσσιο περιβάλλον, ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα έντονης ρύπανσης από την αστική και βιομηχανική δραστηριότητα (από την δεκαετία του 1950) είναι η περίπτωση του όρμου της Ελευσίνας. Σε μελέτες λοιπόν του μακροβενθικού της συστήματος κατά το 1977 και το 1985 παρατηρήθηκαν εκτεταμένες οικολογικές επιπτώσεις στην βενθική πανίδα που έφθανε σε σημείο να διαμορφώνονται εποχικά αζωϊκές ζώνες, που οφείλονταν κυρίως σε έλλειψη οξυγόνου. Σήμερα μετά την λειτουργία του βιολογικού σταθμού της Ψυτάλλειας αλλά και των μέτρων που έχουν ληφθεί για την διαχείριση των αποβλήτων των βιομηχανικών μονάδων είναι θεαματική η αναβάθμιση του βενθικού οικοσυστήματος, όπως προκύπτει από έρευνα που διεξήχθη τον Ιανουάριο του 1999, οπότε βρέθηκαν 172 είδη μακρο-ζωοβένθους, έναντι 55 μόνο ειδών που είχαν βρεθεί σε ανάλογη έρευνα τον Δεκέμβριο του 1985 (Αρβανιτάκης κ.ά., 2000). Μάλιστα οι ελάχιστες τιμές διαλυμένου οξυγόνου (Ιούνιος Φεβρουάριο 1999) βρέθηκαν να είναι γύρω στο 3,5 ml/l (Παυλίδου κ.ά., 2000), μια τιμή που κρίνεται ικανοποιητική για το βενθικό περιβάλλον μιας τόσο επιβαρημένης περιβαλλοντικά (ιδιαίτερα κατά το παρελθόν) περιοχής. 119

122 6.1.2 Αύξηση της περιεκτικότητας σε θρεπτικά συστατικά Γενικά, η εισροή στο θαλάσσιο περιβάλλον θρεπτικών αλάτων ενισχύουν την ανάπτυξη των φυτοπλαγκτονικών οργανισμών και των θαλάσσιων φυτών ενώ παράλληλα ο εμπλουτισμός αυτός ευνοεί την περαιτέρω ανάπτυξη της τροφικής αλυσίδας, όπως επίσης μπορεί να προκαλέσει και την αύξηση του πληθυσμού των βακτηριδίων. Τα θρεπτικά συστατικά στο θαλάσσιο περιβάλλον προέρχονται από την αποσύνθεση του οργανικού υλικού μαζί με τα νιτρικά και φωσφορικά άλατα, που βρίσκονται στα αστικά, βιομηχανικά γεωργικά (κυρίως λιπάσματα) απόβλητα, ευνοούν την ανάπτυξη των φυτικών οργανισμών. Έτσι λοιπόν, μια υπερ-προσφορά θρεπτικών υλικών (ευτροφισμός) στο θαλάσσιο περιβάλλον προκαλεί δυσανάλογη αύξηση ορισμένων οργανισμών και γενικά μπορεί να προκαλέσει ακόμη και μεταβολή στην σύνθεση της βιοκοινωνίας με αποτελέσματα την μείωση της βιο-ποικιλότητας σε ορισμένες περιπτώσεις. Μια δε ακραία ανάπτυξη των οργανισμών, λόγω υπερπροσφοράς θρεπτικών στοιχείων, μπορεί να οδηγήσει ακόμη και σε συνθήκες έλλειψης οξυγόνου μέσα από την υπερκατανάλωσή του, που θα επιφέρει μοιραία και την θανάτωση των ζώντων οργανισμών. Μάλιστα, με βάση το πόρισμα της GESAMP 3 (1992) αναγνωρίζεται ότι o ευτροφισμός των θαλασσίων υδάτων προκαλεί αλυσιδωτές μεταβολές στο θαλάσσιο περιβάλλον οι οποίες σχετίζονται με την (α) πρωτογενή παραγωγή, (β) σύνθεση των βενθικών πληθυσμών, (γ) μείωση του διαλυμένου οξυγόνου, (δ) δηλητηρίαση των ζωικών οργανισμών και (ε) ποιότητα του θαλασσινού νερού. Στην θάλασσα μια συνήθη ένδειξη, θαλάσσιας ρύπανσης λόγω της απόρριψης ακατέργαστων αποβλήτων είναι η ανάπτυξη των πράσινων φυκιών Enteromorpho και Ulva. Ένα άλλο φαινόμενο που προκαλείται από τον ευτροφισμό είναι η κόκκινη παλίρροια (red tide) που οφείλεται σε μια απότομη και μεγάλη αύξηση ορισμένων φυτοπλαγκτονικών ειδών που χρωματίζει τα νερά κόκκινα. Η φυτοπλαγκτονική έξαρση (bloom) άλλων ειδών μπορεί να δώσει άλλο χρώμα στα νερά, ανάλογα με τις χρωστικές ουσίες (pigments) του είδους που επικρατεί (π.χ λευκό χρώμα στα νερά δίνουν τα κοκκολιθοφόρα). Η κόκκινη όμως παλίρροια προκαλεί ασφυξία στα ψάρια μπλοκάροντας τα βράγχιά τους, είτε τα σκοτώνει με την απελευθέρωση τοξινών που συνοδεύει την απότομη αυτή αύξηση του φυτοπλαγκτού. Περίπτωση εκτεταμένης εμφάνισης της κόκκινης παλίρροιας είχαμε το 1988 στην περιοχή του Skagerrak (Νορβηγίας) και σε περιοχές της Βόρειας Θάλασσας, οπότε και κατεστράφησαν οι ιχθυοκαλλιέργειες της Σουηδίας και νότιας Νορβηγίας. Στον Ελληνικό θαλάσσιο χώρο, ευτροφικά χαρακτηριστικά παρουσιάζει ο Κόλπος της Ελευσίνας, καθώς δέχεται μέρος από τα βιομηχανικά και αστικά λύματα του λεκανοπεδίου Αθηνών Χαρακτηριστικά παραθέτονται οι συγκεντρώσεις θρεπτικών αλάτων την περίοδο Μάϊος Φεβρουάριος 1999, όπως των φωσφορικών (0,41 μμ), των νιτρικών (1,82 μμ), των αμμωνιακών (0,79 μμ), του σωματιδιακού άνθρακα (9-20 molc/l) και της χλωροφύλλης-α (0,85 gr/l) (Σιώκου-Φράγκου κ.ά., 2000) 3 - GESAMP: Ομάδα Ειδικών Επιστημόνων (Group of Experts) των Ηνωμένων Εθνών για Επιστημονικά Θέματα περί την Θαλάσσια Ρύπανση (Scientific Aspects of Marine Pollution) 120

123 6.1.3 Μικροβιακή ρύπανση (μόλυνση) Όλα τα οικιακά (ανθρώπινης προέλευσης) απόβλητα εμπεριέχουν, εντερικά βακτήρια, αυγά παρασίτων (στρεπτόκοκκοι) και παθογόνους ιούς και μικρόβια. Η μικροβιακή ρύπανση που σχετίζεται με τα ανθρώπινα περιττώματα, μετρείται με τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης ορισμένων βακτηριδιακών δεικτών, όπως το Escherichia coli (coliform count), το οποίο αν και δεν είναι το ίδιο παθογόνο είναι πάντοτε παρών στο ανθρώπινο εντερικό σύστημα άρα και στα περιττώματά του. Έτσι ο εντοπισμός και η συγκέντρωσή του μας δίνει μια πολύ καλή μέτρηση του κινδύνου στον οποίο εκτιθέμεθα και που αφορά όλους ή κάποιους από τους προαναφερόμενους μικροβιακούς ρύπους που το συνοδεύουν. Στα 1990 η ομάδα ειδικών επιστημόνων των Ηνωμένων Εθνών που ασχολούνται με την "Υγεία" του παγκόσμιου ωκεανού (GESAP: Group of Experts on the Scientific Aspects of Marine Pollution) τοποθέτησε τα αστικά λύματα στην πρώτη θέση μεταξύ των θαλάσσιων ρυπαντών, μάλιστα πολύ πιο ψηλά από τα βαρέα μέταλλα και τις πετρελαιοκηλίδες. Έτσι για την προστασία των κολυμβητών από την μικροβιακή μόλυνση, η Ευρωπαϊκή Ένωση από το 1986 εξέδωσε την οδηγία 76/160/ΕΟΚ, βάσει της οποίας τα νερά θεωρούνται κατάλληλα για κολύμβηση όταν τα ολικά κολοβακτηριοειδή (total coliforms (cfus)) είναι <500 cfus/100ml, τα κοπρανώδη κολοβακτηριοειδή (faecal coliforms) <100 cfus/100ml, οι κοπρανώδεις στρεπτόκοκκοι (faecal streptococcous) <100 cfus/100ml ενώ απαιτείται και η πλήρης απουσία της σαλμονέλας (ανά λίτρο δείγματος) καθώς και των ιών εντερικής προέλευσης (τύπου PFU/10 λίτρα). Οι προαναφερόμενες τιμές πρέπει να ικανοποιηθούν από το 80% των δειγμάτων που συλλέγονται ανά δεκαπενθήμερο. Σημαντικότατη βελτίωση στην μικροβιακή επιβάρυνση παρουσιάζεται στην περιοχή της Ψυτάλλειας, όπου ημερησίως εκβάλονται περί τα m 3 (σε βάθος 63 m), μετά από πρωτοβάθμια επεξεργασία κατά την οποία απομακρύνεται περίπου το 40% του οργανικού φορτίου. Η βελτίωση αυτή είναι ακόμη πιο θεαματική σε γειτονικές παραλίες που απέχουν μόλις λίγα χιλιόμετρα από την Ψυτάλλεια. Έτσι τα ολικά κολοβακτηριοειδή (μέση τιμή) που το 1984 ήταν 8x10 4 cfus/100ml, το 1998 βρέθηκαν 3x10 2 cfus/100ml. Αντίστοιχη βελτίωση παρουσιάζουν και τα κοπρανώδη κολοβακτηριοειδή τα οποία από 2x10 5 cfus/100ml (μέση τιμή) το 1984, μηδενίστηκαν το 1998 (Μαυρίδου κ.ά., 2000) Ρύπανση από υδρογονάνθρακες. Η ρύπανση από υδρογονάνθρακες είναι μια από τις σημαντικότερες μορφές επιβάρυνσης με ιδιαίτερα βλαβερές επιπτώσεις για το παράκτιο θαλάσσιο οικοσύστημα. Η σημασία που τους έχει δοθεί οφείλεται αφενός στο ότι μπορούμε να τους παρατηρήσουμε άμεσα (χωρίς ιδιαίτερες αναλύσεις), αλλά και λόγω των καταστροφικών (έστω και σε τοπική κλίμακα) επιπτώσεων τους, τόσο στο οικοσύστημα, όσο και στις ανθρώπινες δραστηριότητες (τουριστικά θέρετρα, ιχθυοκαλλιέργειες κ.ά.). Είναι δύσκολο να υπολογιστεί η ακριβής ποσότητα πετρελαϊκών υδρογονανθράκων που εισέρχονται στην θάλασσα σε παγκόσμια κλίμακα, εκτιμάται όμως ότι κυμαίνεται από 1,7x10 6 t/yr μέχρι 8,8x10 6 t/yr με μια μέση τιμή στο 2,5x10 6 t/yr. Οι πηγές προέλευσης είναι πολλές μεταξύ των οποίων οι σημαντικότερες σχετίζονται με την θαλάσσια μεταφορά του πετρελαίου, τα ναυπηγεία όπου τα δεξαμενόπλοια επισκευάζονται, οι ποσότητες νερού που σχετίζονται με την πλεύση των, τα οποία αφού αναμειχθούν με υπολείμματα πετρελαίου 121

124 στις δεξαμενές των, απορρίπτονται στην θάλασσα, τα νερά με τα οποία καθαρίζονται οι δεξαμενές, τα ναυτικά ατυχήματα δεξαμενόπλοιων, κατά την υποθαλάσσια εξόρυξη όσο και κατά την φόρτωση και εκφόρτωσή του πετρελαίου. Ακόμη ικανές ποσότητες πετρελαιοειδών εμπεριέχονται και στα αστικά και βιομηχανικά λύματα (π.χ. από χρήση ελαίων για την λίπανση των πάσης φύσεως μηχανών). Τέλος, έχουμε και τις φυσικές πηγές προέλευσης πετρελαίου όπως είναι η χερσαία διάβρωση επιφανειακών κοιτασμάτων ή ακόμη και από την ατμόσφαιρα μέσω της υγροποίησης σταγονιδίων που εμπεριέχουν υδρογονάνθρακες. Στον Πίνακα 6.1 δίνονται συγκεντρωτικά οι ποσότητες και τα αντίστοιχα ποσοστά πετρελαίου που εισέρχονται στην θάλασσα και από όπου προκύπτει ότι με στοιχεία του 1985 (της Εθνικής Ακαδημίας των Επιστημών των ΗΠΑ) τα ναυτικά ατυχήματα αφορούσαν ποσοστό της τάξης του 12,5% μικρότερο από αυτό που αναλογεί στο σύνολο των θαλάσσιων μεταφορών που είναι 34,3 %. Πίνακας 6.1. Οι ποσότητες και τα αντίστοιχα σχετικά ποσοστά του πετρελαίου που εισέρχεται στο θαλάσσιο περιβάλλον από τις διάφορες πηγές προέλευσης του. Πηγές προέλευσης του πετρελαίου που επιβαρύνει το θαλάσσιο περιβάλλον. Ποσότητα (10 6 τόνοι/έτος) Ποσοστό (%) Διαδικασία μεταφοράς (δεξαμενόπλοια και άλλα μέσα) 1,10 34,3 Οικιστικά και βιομηχανικά απόβλητα 1,00 31,3 Ατυχήματα δεξαμενόπλοιων 0,40 12,5 Ατμοσφαιρικά συσσωματώματα 0,30 8,4 Φυσικές εκροές και διάβρωση 0,25 7,8 Απόβλητα διυλιστηρίων 0,10 3,1 Εξόρυξη θαλάσσιων κοιτασμάτων 0,05 1,6 ΣΥΝΟΛΟ 3,10 100,0 Πετρελαιοκηλίδες Από την στιγμή που μια ικανή ποσότητα πετρελαίου εισέλθει στην θάλασσα απλώνεται στην επιφάνεια της σχηματίζοντας μια πετρελαιοκηλίδα, της οποίας το "μέλλον" εξαρτάται από μια σειρά φυσικών διεργασιών τις οποίες τις διακρίνουμε σε δύο μεγάλες κατηγορίες. Στην πρώτη κατηγορία είναι αυτές που ενεργούν άμεσα και αφορούν την μηχανική διάσπασή της, π.χ. από τα ρεύματα, τον άνεμο και τα κύματα ενώ επιμέρους τμήματα της κηλίδας καθώς παρασύρονται από τα θαλάσσια ρεύματα υφίστανται ταυτόχρονα και διάχυση από την τυρβώδη ροή των ρευμάτων. Η άλλη μεγάλη κατηγορία συμπεριλαμβάνει εκείνες τις διεργασίες που έχουν άμεση σχέση με την χημική σύσταση και τον όγκο της πετρελαιοκηλίδας και που εξαρτώνται από τις φυσικοχημικές ιδιότητες του θαλάσσιου περιβάλλοντος, που είναι: η διάλυση (dissolution), η φωτο-οξείδωση (photooxidation), η γαλακτοποίηση (emulsofication), η ιζηματοποίηση (sedimentation), η βιο-αποδόμηση (biodegradation), ή εξάτμιση (evaporation) και η διασκόρπιση (dispersion). Στο Σχήμα 6.1 δίνεται το χρονικό διάστημα μέσα στο οποίο επιδρούν οι προαναφερόμενες φυσικές διεργασίες σε μια πετρελαιοκηλίδα. 122

125 Σχήμα 6.1 Χρονική διάρκεια δράσης των διαφόρων φυσικών διεργασιών διάλυσης μιας πετρελαιοκηλίδας (το πάχος των γραμμών υποδηλώνει την σχετική των σπουδαιότητα). Η αντιμετώπιση των πετρελαιοκηλίδων περιλαμβάνει μια σειρά από ενέργειες που αποβλέπουν στην πρόληψη, προετοιμασία, επιχειρησιακό σχεδιασμό και στην προμήθεια και διάθεση του κατάλληλου τεχνολογικού εξοπλισμού. Η πρόληψη είναι ο πρωταρχικός σκοπός και αποβλέπει βασικά στην καλύτερη κατασκευή των πλοίων και γενικότερα στην ασφαλή διακίνηση του πετρελαίου, όπως επίσης και στην έγκαιρη ανίχνευση τυχόν διαφυγής του κατά τη φόρτωση, εκφόρτωση αλλά και κατά την μεταφορά του. Η προετοιμασία περιλαμβάνει τον εντοπισμό περιοχών πιθανής διαφυγής πετρελαίου, ακτές που πιθανόν θα απειληθούν, όπως και στην προπαρασκευή σχεδίων δράσης για ταχεία επέμβαση. Στην περίπτωση όπου τελικά έχουμε την παρουσία μιας πετρελαιοκηλίδας, δύο είναι οι κύριοι περιβαλλοντικοί παράμετροι: ο χρόνος που απαιτείται για τη φυσική διάλυση του πετρελαίου (oil residence), και ο χρόνος που χρειάζεται για να ανακάμψει το οικοσύστημα μετά την πετρελαιοκηλίδα ανάλογα με την βιολογική του ευαισθησία (biological sensitivity). Για δε την αντιμετώπιση μιας πετρελαιοκηλίδας, πρωτεύοντα ρόλο παίζει ο χρόνος της παρέμβασης μας στο αρχικό στάδιο της εξάπλωσής της, η οποία γίνεται σε τρεις φάσεις (Βeer, 1983): (α) (β) (γ) μια αρχική φάση (τα πρώτα 5 λεπτά) διασποράς, που διέπεται από τις αρχές της βαρύτητας μια φάση ιξώδους διάχυσης, που διαρκεί περί τις πρώτες 40 ώρες, και μια φάση εξάπλωσης που οφείλεται στην επιφανειακή τάση ενός μονομοριακού στρώματος και η οποία μπορεί να διαρκέσει μέχρι και 150 ημέρες, ανάλογα με τις επικρατούσες υδροδυναμικές συνθήκες (άνεμο, ρεύματα, κύματα). 123

126 Οι διάφορες μέθοδοι που εφαρμόζονται για την αντιμετώπιση μιας πετρελαιοκηλίδας εξαρτώνται από μέγεθος της, το είδος του πετρελαιοειδούς, τον χρόνο παρέμβασης μας, τις καιρικές συνθήκες και από την γεωμορφολογία (κλειστοί κόλποι, απόσταση από τις ακτές) και την ωκεανογραφία (κύματα, ρεύματα) της περιοχής (Σκούλλος, 1987). Τις μεθόδους τις διακρίνουμε σε φυσικές-μηχανικές που αποσκοπούν στην περικύκλωση της πετρελαιοκηλίδας με στόχο τον έλεγχο της εξάπλωσης της αλλά και στην επανάκτηση του πετρελαίου από την επιφάνεια της θάλασσας με ειδικά σκάφη και από τις παρακείμενες ακτές. Οι χημικές μέθοδοι αποβλέπουν στην χημική διάλυση της πετρελαιοκηλίδας με την χρήση κατάλληλων (φιλικά προς το περιβάλλον) διασκορπιστικών, με την διεργασία της χημικής κροκίδωσης και την μετατροπή του πετρελαίου σε στερεό γαλάκτωμα (gell). Ακόμη, σε αρκετές περιπτώσεις επιχειρείται η καύση ή ακόμη και η καταβύθιση του, μέσω της ανάμειξης του πετρελαίου με αδρανή υλικά (άμμο, κιμωλία). Τελευταία, η επίσπευση της διάλυσης πετρελαιοκηλίδων επιδιώκεται και με βιολογικές μεθόδους, όπως είναι ο εμποτισμός βακτηριδίων που συνοδεύεται από ταυτόχρονο αερισμό (οξυγόνωση), διεργασίες που επιταχύνουν την διαδικασία διάλυσης των Αλογoνωμένοι υδρογονάνθρακες (halogenated hydrocarbons) Οι αλογονωμένοι υδρογονάνθρακες (αυτοί δηλαδή που στην σύνθεσή τους περιέχουν αλογόνα όπως είναι το φθόριο, χλώριο, βρώμιο και ιώδιο) διαφέρουν από τους πετρελαϊκούς υδρογονάνθρακες στο ότι δεν διασπώνται με χημική οξείδωση ή από την δράση βακτηριδίων. Έχουν δηλαδή μια παρόμοια συμπεριφορά με αυτή των μετάλλων με την μεγάλη όμως διαφορά ότι, ενώ τα μέταλλα είναι αποκλειστικά φυσικής προέλευσης οι αλογονωμένοι υδρογονάνθρακες, με ελάχιστες εξαιρέσεις, είναι παρασκευάσματα του ανθρώπου. Οι εξαιρέσεις αυτές αφορούν κυρίως ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους που προέρχονται από φυσικές πηγές, όπως είναι τα θαλάσσια φυτά και ορισμένα σπονδυλωτά που μπορούν να δεσμεύουν χλώριο, βρώμιο ή ακόμη και ιώδιο από το θαλάσσιο περιβάλλον. Από τους αλογονωμένους υδρογονάνθρακες αυτοί που σχετίζονται με την θαλάσσια ρύπανση είναι αυτοί με το υψηλότερο μοριακό βάρος (higher-molecular weight) και είναι τα συνθετικά προϊόντα (compounds) που χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, ως διαλύτες, στο στεγνό καθάρισμα, ως ψυκτικά ρευστά (π.χ. φρέον), στην βιομηχανία των πλαστικών κ.ά. Η περιβαλλοντική επίπτωση από τους υψηλότερου-μοριακού-βάρους αλογονωμένους υδρογονάνθρακες οφείλεται στο μεγάλο χρόνο παραμονής των στο θαλασσινό νερό (λόγω του εξαιρετικά μικρού ρυθμού αποδόμησης τους), στην τοξικότητά τους, για δε τον άνθρωπο στο γεγονός ότι εισέρχονται στην τροφική αλυσίδα (συσσώρευση των στο λίπος των ιστών των θαλάσσιων οργανισμών). Οι αλογονωμένοι υδρογονάνθρακες (υψηλότερου-μοριακού-βάρους) διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: (α) (β) τα εντομοκτόνα (pesticides) (τα της σειράς του DDT) τα πολυχλωριωμένα διφαινίλια (PCBs: polychlorinated biphynyls) συμπεριλαμβανομένων και των διοξινών και furans. 124

127 Μεταξύ των εντομοκτόνων τα σημαντικότερα είναι τα DDT (dichloro-diphenyltrichloroethane), DDE (dichloro-diphenyl-ethane) DDD (dichloro-diphenyl-dichloroethane) ουσίες που χρησιμοποιούνταν ως ζιζανιοκτόνα στην γεωργία, καθώς σκοτώνουν τους μικρο-οργανισμούς αλλά δεν βλάπτουν απευθείας την υγεία του ανθρώπου. Το δε εμπορικό σκεύασμα DDT περιλαμβάνει και τα τρία συστατικά, ενώ σήμερα στις ανεπτυγμένες χώρες έχει απαγορευτεί η χρήση του. Άλλη κατηγορία εντομοκτόνων είναι τα drins (aldrin, diedrin, endrin, heptachlor κ.ά.) που χρησιμοποιούνται μερικώς στην γεωργία, και λιγότερο στην υφαντουργία και στην προστασία των καλωδίων από τους μικρο-οργανισμούς. Παρόμοιες χρήσεις με το DDT έχουν και τα lindane (γ-hch) και το toxaphene. Τέλος, ένα ακόμη εντομοκτόνο ευρείας χρήσεως για την απολύμανση των εδαφών αλλά και στην βιομηχανία είναι το HCB (hexachlorobenzene). Τα PCBs σε αντίθεση με τα pesticides δεν σχετίζονται με την γεωργική δραστηριότητα, αλλά κυρίως με βιομηχανικά προϊόντα όπως είναι χρώματα, πλαστικά, κόλλες, μονωτικά, σε ηλεκτρικές συσκευές και στις μπαταρίες και ηλεκτρικούς μετασχηματιστές. Τέλος υπάρχουν πάνω από 70 διαφορετικά ισομερή χλωριούχων διοξινών, που όπως και τα furans προέρχονται από την επεξεργασία ξύλου, την μεταποιητική βιομηχανία, από την παραγωγή των CDDs, ενώ εμπεριέχονται και στα οικιστικά απόβλητα Στερεά απόβλητα (απορρίμματα) Τα στερεά απόβλητα, ανάλογα με την φύση και την προέλευσή τους, τα διακρίνουμε σε: (α) βυθοκορύματα (dredging spoil), (β) βιομηχανικά στερεά απόβλητα και (γ) πλαστικά απορρίμματα. Τα βυθοκορύματα προέρχονται από εκβαθύνσεις λιμανιών, διαύλων ναυσιπλοΐας (ιδιαιτέρως σε περιοχές με έντονη παλίρροια), όπως και από άλλες δραστηριότητες του ανθρώπου στην ακτογραμμή. Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις είναι ιδιαίτερα σημαντικές όταν τα ιζήματα που μεταφέρονται είναι ρυπασμένα π.χ. από μεγάλες συγκεντρώσεις βαρέων ορυκτών, ενώ στην περίπτωση εναπόθεσης μεγάλου όγκου των στον θαλάσσιο πυθμένα προκαλεί την καταστροφή της βενθικής βιοκοινωνίας. Βιομηχανικά απόβλητα έχουμε για παράδειγμα από τις διάφορες μεταλλευτικές δραστηριότητες. Στον Ελληνικό χώρο στην Αρχαία Αθήνα πετούσαν στην θαλάσσια περιοχή του Λαυρίου τα υπολείμματα από την εξόρυξη και επεξεργασία του σιδήρου, αργύρου κλπ ενώ σήμερα ένα χαρακτηριστικό βιομηχανικό (μη τοξικό απόβλητο) είναι η ερυθρά ιλύς που προέρχεται από την εξόρυξη και αρχική επεξεργασία του βωξίτη στο εργοστάσιο της Αλουμίνας στην Βοιωτία και που διοχετεύεται υποθαλάσσια στον Κόλπο της Αντίκειρας. Ακόμη στην κατηγορία των στερεών αποβλήτων εντάσσεται και η τέφρα που προέρχεται από βιομηχανικές μονάδες (π.χ. από την καύση του άνθρακα και πετρελαίου). Μάλιστα η τέφρα από καυστήρες άνθρακα (κάρβουνου) είναι πλούσια σε διοξείδιο πυριτίου, ενώ εμπεριέχει και οξείδια αλουμινίου, σιδήρου και μια σειρά από άλλα μέταλλα σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις. Τέλος στα στερεά απορρίμματα ανήκει μια σειρά απορριμμάτων που με βάση το υλικό κατασκευής των ταξινομούνται σε: πλαστικό, μέταλλο,, χαρτί, γυαλί, διογκωμένη πολυστερίνη, καουτσούκ, ύφασμα, ξύλο κ.ά ως προς δε την αρχική τους χρήση (πριν καταλήξουν να γίνουν απορρίμματα) σε συσκευασία αναψυκτικών-ποτών, συσκευασία τροφίμων, προϊόντα καθαρισμού, γενική συσκευασία, αλιευτικά είδη, υλικά οικοδομής (και 125

128 συσκευασίας των) κ.ά. (Stefatos et al., 1999). Ειδικότερα τα πλαστικά απορρίμματα (διαμέτρου 3-4 mm) αλλά και των πλαστικών που χρησιμοποιούνται στην συσκευασία υπολογίζεται ότι συνολικά αντιστοιχούν σε 1,1-2,6 Kg / άτομο που παράγονται ημερησίως, ενώ ο όγκος των πλαστικών που πετιούνται από τα πλοία ανέρχεται σε 6,5 εκατομμύρια τόνους ετησίως. Η ρύπανση που προκαλούν είναι κυρίως αισθητική και όχι μολυσματική και οφείλεται στον αργό χρόνο αποικοδόμησής των (π.χ. μια πλαστική σακούλα σε παραλία έχει εκτιμηθεί ότι χρειάζεται γύρω στα 3 χρόνια για να διαλυθεί). Τα αποτελέσματα ερευνών που έχουν γίνει σε διάφορες παράκτιες περιοχές της Μεσογείου έχουν δείξει ότι είναι ιδιαίτερα αυξημένη η παρουσία στερεών απορριμμάτων (πάσης φύσεως), περισσότερα από 2 τεμάχια ανά τρέχον μέτρο (τεμ/m), όπως στην περίπτωση του Ισραήλ (8,7 τεμ/m), του San Lorenzo της Ισπανίας (33,2 τεμ/m), στην Λάρα και την Μακρόνησο της Κύπρου (10,4 τεμ/m) στον Άγιο Βασίλειο της Πάτρας (2,1 τεμ/m) (Κουγιουρούκι κ.ά., 2000) Βαρέα μέταλλα Με τον αδόκιμο όρο 'βαρέα μέταλλα' (heavy metals) εννοούμε τα μεταβατικά μέταλλα (transitional metals), όπως είναι ο σίδηρος, ο χαλκός, το κοβάλτιο, το μαγγάνιο κ.ά. καθώς και τα μεταλλοειδή (metaloids) όπως είναι ο υδράργυρος, ο μόλυβδος, ο ψευδάργυρος το σελήνιο και το αρσενικό. Από πλευράς περιβαλλοντικής επιβάρυνσης η διαφορά μεταξύ των δυο ομάδων είναι ότι, τα μεν μέλη της πρώτης ομάδας, που συνήθως βρίσκονται σε μικρές συγκεντρώσεις (ιχνοστοιχεία) είναι τοξικά μόνο σε υψηλές συγκεντρώσεις, ενώ τα μέλη της δεύτερης ομάδας είναι τοξικά ακόμη και σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις. Τα 'βαρέα' μέταλλα όπως και όλα γενικά τα μέταλλα είναι φυσικά συστατικά του νερού, ενώ συναντώνται και στα θαλάσσια ιζήματα, καθώς προέρχονται από φυσικές πηγές όπως είναι, η χερσαία διάβρωση, η αιολική μεταφορά, η ηφαιστειακή δραστηριότητα και οι πυρκαγιές των δασών. Σε πολλές όμως περιπτώσεις, η αυξημένη παρουσία των οφείλεται σε ανθρώπινες δραστηριότητες που συνήθως σχετίζονται με τις βιομηχανικές και γεωργικές δραστηριότητες και τα αστικά απόβλητα. Για παράδειγμα, ο υδράργυρος προέρχεται κυρίως από την βιομηχανία ηλεκτρικών συσκευών, από την χλωρό-αλκαλική βιομηχανία (και πρωτίστως από την παραγωγή χλωρίου και καυστικής σόδας που παράγονται ηλεκτρολυτικά από ηλεκτρόδια ψευδαργύρου), ενώ χρησιμοποιείται και στα χρώματα (μπογιές) και σε μικρότερες ποσότητες στα λιπάσματα, σε καταλύτες και αλλού. Το κάδμιο που συνήθως συνυπάρχει με τον ψευδάργυρο παράγεται συνήθως κατά την τήξη του ψευδαργύρου. Ο χαλκός χρησιμοποιείται ως χημικός καταλύτης, στα υφαλοχρώματα των πλοίων και στα διάφορα κράματα. Ο μόλυβδος χρησιμοποιείται στους συσσωρευτές, ο σίδηρος στην επεξεργασία μετάλλων (π.χ. την λήψη του αλουμινίου από τον βωξίτη), ο ψευδάργυρος κυρίως στα υφαλοχρώματα. Όσον δε αφορά τα ιζήματα, αυξημένες συγκεντρώσεις σε βαρέα μέταλλα έχουμε κοντά σε αγωγούς αποβλήτων σε παράκτιες βιομηχανικές μονάδες, καθώς και στα ιζήματα που ανασύρονται από λιμάνια και διαύλους ναυσιπλοΐας και αποθέτονται σε άλλη περιοχή. Τα ιζήματα αυτά λόγω της παρατεταμένης παραμονής σε ένα γενικά επιβαρημένο περιβάλλον με την πάροδο του χρόνου συσσωρεύουν ποσότητες βαρέων μετάλλων αλλά και άλλων ρυπαντών. 126

129 Από το σύνολο των 'βαρέων' μετάλλων τα πλέον επικίνδυνα είναι ο μόλυβδος, ο υδράργυρος, το αρσενικό, το κάδμιο, ο κασσίτερος, ο ψευδάργυρος και ο χαλκός. Στον Πίνακα 6.2 δίνονται μετρήσεις συγκέντρωσης 'βαρέων' μετάλλων από διάφορες παράκτιες περιοχές της Ελλάδας και από το ανοικτό Αιγαίο Πέλαγος, που χρησιμοποιείται ως σημείο αναφοράς για συγκρίσεις, θεωρώντας το ως μη επιβαρημένο από ανθρώπινες δραστηριότητες. Πίνακας 6.2 Μέσες συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων στα επιφανειακά ιζήματα των κόλπων του Νότιου Ευβοϊκού (ΝΕ), της Ελευσίνας (ΕΛ), του Μαλιακού (ΜΑ), του Παγασητικού (ΠΑ) του Θερμαϊκού (ΘΚ), της Θεσσαλονίκης (ΘΕ) και σύγκριση των με αυτές από το ανοικτό Αιγαίο Πέλαγος (ΑΠ) (Anagnostou et al., 1998). Zn Cu Ni Cr Pb Cd Mn Fe Al (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (%) (%) NE ,3 9,1 ΕΛ ,9 5,7 ΜΑ 88,8 40, ,9 6,1 ΠΑ ,0 8,3 ΘΚ , ,9 8,1 ΘΕ , ,8 9,3 ΑΠ ,3 1,8 Από τις παραπάνω περιοχές ο κόλπος της Θεσσαλονίκης παρουσιάζεται περισσότερο ρυπασμένος από τον Θερμαϊκό Κόλπο (εσωτερικό, βάθη<50m). Η ρύπανση δε είναι ιδιαίτερα σημαντική στο εσωτερικό του τμήμα με Zn, Cu, Pb και Cd, που προέρχονται από τα ακατέργαστα οικιστικά και βιομηχανικά απόβλητα της πόλης της Θεσσαλονίκης, αλλά και από τις εκτεταμένες γεωργικές καλλιέργειες. Επίσης και ο Κόλπος της Ελευσίνας έχει επιβαρυνθεί με αυξημένες συγκεντρώσεις σε Cu, Pb, Zn και Mn. Στην περίπτωση του Παγασητικού κοντά στην πόλη του Βόλου τα ιζήματα είναι εμπλουτισμένα σε Cu, Pb και Zn, ενώ ο γενικότερος πυθμένας του κόλπου εμφανίζει αυξημένες συγκεντρώσεις σε Cr και Mn. Τέλος, ο Νότιος Ευβοϊκός παρουσιάζει αυξημένη συγκέντρωση σε Ni (Anagnostou et al., 1998) Ραδιενέργεια Το θαλασσινό νερό είναι φυσικά ραδιενεργό, λόγω κυρίως της παρουσίας των ραδιοϊσοτόπων του καλίου-40 και δευτερευόντως των σειρών ουρανίου-ραδίου και θορίου, ενώ δέχεται μέσω της κοσμικής ακτινοβολίας το ραδιενεργό στοιχείο τρίτιο ( 3 Η). Όμως, στο θαλάσσιο περιβάλλον εισέρχονται και ραδιενεργές ουσίες που προέρχονται από ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως μέσω των διαφόρων ρευστών που χρησιμοποιούνται για την ψύξη των πυρηνικών αντιδραστήρων, ή από τις πυρηνικές δοκιμές και τα πυρηνοκίνητα πολεμικά πλοία, άν και οι ποσότητες αυτές είναι συγκριτικά πάρα πολύ μικρότερες. 127

130 Η ραδιενεργή μόλυνση του θαλάσσιου περιβάλλοντος έχει άμεση σχέση με την παρουσία όχι τόσο βαριών ραδιοϊσοτόπων στο νερό (λόγω της πολύ μικρής διαλυτότητας των), όσο στην μεγάλη απορροφητικότητα των από το αιωρούμενο υλικό (particulate matter). Είναι δε γνωστό ότι η λεπτόκοκκη φάση των ιζημάτων, που βρίσκονται σε αιώρηση όπως είναι τα αργιλικά ορυκτά, έχει την ικανότητα να προσροφά στην επιφάνεια των σωματιδίων μεγαλύτερη ποσότητα ραδιοϊσοτόπων από ότι τα πιο χονδρόκοκκα ιζήματα. Η δε συσσώρευση ραδιοϊσοτόπων στους θαλάσσιους οργανισμούς εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και είναι το αποτέλεσμα δυναμικών διεργασιών που σχετίζονται με την πρόσληψη, τον χρόνο κατακράτησης και την αποβολή των από αυτούς. Το θαλασσινό νερό έχει επίπεδα ραδιενέργειας γύρω στα 12,6 Bq/l 4, ενώ η άμμος (θαλάσσια) Bq/kg και οι πηλοί (ιλύς+άργιλος) Bq/kg (Clark, 1992). Βέβαια, σε περιοχές όπου έχουμε αυξημένα επίπεδα φυσικής ραδιενέργειας τα θαλάσσια ιζήματα παρουσιάζουν πολύ υψηλότερες τιμές, όπως για παράδειγμα σε παραλία κοντά στο Rio de Janiero όπου οι κολυμβητές εκτίθενται σε ραδιενέργεια της τάξης των 20μGy/hr, όταν η χρόνια έκθεση σε δόση ακτινοβολίας 10mGy/day επιφέρει μεταβολικές ανωμαλίες στους οργανισμούς. Στον Ελληνικό θαλάσσιο χώρο, περιοχές με αυξημένες τιμές φυσικής ραδιενέργειας τόσο στο θαλασσινό νερό όσο και στα ιζήματα είναι αυτές των θερμών πηγών Ικαρίας, Καμένων Βούρλων, Λουτρακίου και Αιδηψού (Trabidou et al., 1996). Στους παρακάτω πίνακες δίνονται οι μέγιστες τιμές των ενεργών συγκεντρώσεων (active concentrations) των φυσικών ραδιοϊσοτόπων στο θαλασσινό νερό (Πίνακας 6.3) και στα ιζήματα του πυθμένα (Πίνακας 6.4) των περιοχών Λουτρακίου και Ικαρίας. Πίνακας 6.3 Μέγιστες ενεργές συγκεντρώσεις φυσικών ραδιοϊσοτόπων (Bq/l) στο θαλασσινό νερό στην Ικαρία, Λουτράκι και σύγκρισή των με άλλες περιοχές της Ελλάδας (Τραμπίδου κ.ά., 1997) 226 Ra 228 Ra 222 Rn 40 K Ικαρία 1,9±0,3 1,1±0,9 35±6,7 20±1,9 Λουτράκι 0,5±0,4 0,5±0,8 96,1±2,6 12,7±2,5 Άλλες Περιοχές (1,7±0,4)x10-3 (4,3±0,6) x ,9 ±1,3 Πίνακας 6.4 Μέγιστες ενεργές συγκεντρώσεις φυσικών ραδιοϊσοτόπων (Bq/l) στα επιφανειακά ιζήματα του πυθμένα της Ικαρίας, Λουτρακίου και σύγκρισή των με άλλες περιοχές της Ελλάδας (Τραμπίδου κ.ά., 1997) 238 U 226 Ra 232 Th 40 K Ικαρία 1049±30 764±10 66±3 2464±70 Λουτράκι 25,1±3,6 16,1±3,8 10,8±3,9 444±26 Άλλες Περιοχές TBq=1012 Bq, όπου ένα becquerel (Bq) είναι μια πυρηνική διάσπαση ανά δευτερόλεπτο. 1 msv= 10-3 Sv όπου 1 sievert (Sv) είναι η δόση ραδιενέργειας που μπορεί να παραχθεί (ή δημιουργηθεί) από ένα gray των σωματίδια-γ ή από 0,1 gray νετρονίων 1 gray, ορίζεται ως το ποσόν της ακτινοβολίας που προκαλεί συσσώρευση ενέργειας ίσης με 1 Joule σε ένα 1 κιλό ιστών. 1 Gy/s είναι ο ρυθμός δόσης ακτινοβολίας γ-εκπομπής σε οποιοδήποτε σημείο ανά δευτερόλεπτο. 128

131 Όσον δε αφορά την απόθεση ραδιενεργών αποβλήτων στον θαλάσσιο πυθμένα, αυτή άρχισε το 1946 αλλά γρήγορα απαγορεύτηκε για τα υψηλής ραδιενεργούς ακτινοβολίας (τρίτιο>37000 TBq, β- και γ- ακτινοβολία >37 TBq, στρόντιο 90 και κέσιο 137 >3,7 TBq ανά τόνο), ενώ τα μέσης και χαμηλής ακτινοβολίας συνέχισαν να αποθέτονται μέχρι το 1982, οπότε και απαγορεύτηκε γενικά η απόθεση των στο θαλάσσιο περιβάλλον. Η απόθεση των ραδιενεργών αποβλήτων γινόταν μέσα σε κατάλληλης αντοχής δοχεία (βαρέλια) που κατέληγαν σε βαθειές ωκεάνιες λεκάνες ή σε χαραδρώσεις (canyons). Σε μια τέτοια περιοχή του δυτικού Ατλαντικού Ωκεανού που έχει βάθος 2800 m, χρησιμοποιείτο από της ΗΠΑ μέχρι το Τα Ευρωπαϊκά Κράτη χρησιμοποίησαν βαθύτερα (4800 m) σημεία του ΒΔ Ατλαντικού για την απόθεση των ραδιενεργών τους καταλοίπων. Τα δοχεία που χρησιμοποιούντο έπρεπε και να αντέχουν στις μεγάλες εξωτερικές πιέσεις λόγω του μεγάλου βάθους αλλά και στην διάβρωση. Σήμερα στις περιοχές όπου υπάρχουν τέτοιες αποθέσεις γίνονται τακτικές μετρήσεις των επιπέδων ραδιενέργειας Θερμική ρύπανση Η θερμική ρύπανση του θαλάσσιου χώρου προκαλείται σχεδόν αποκλειστικά από το νερό που χρησιμοποιείται για ψύξη στην βιομηχανία και που καταλήγει στην παρακείμενη θαλάσσια λεκάνη έχοντας συνήθως σημαντικά μεγαλύτερη θερμοκρασία από αυτήν. Βέβαια η επιβάρυνση έχει τοπικό χαρακτήρα περιοριζόμενη γύρω από το σημείο διοχέτευσης των και ανάλογα βέβαια με τις επικρατούσες υδροδυναμικές συνθήκες και την αρχική θερμοκρασιακή διαφορά. Η επιβάρυνση του έμβιου κόσμου που οφείλεται στην ασυνήθιστη αύξηση (ή μείωση) της θερμοκρασίας είναι περιορισμένη σε επίπεδο μεγάλων οργανισμών, ενώ μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντική για την επώαση των αυγών ορισμένων ψαριών και για άλλους μικροοργανισμούς που μπορούν να επιβιώσουν σε στενά όρια θερμοκρασιακών αλλαγών (στενόθερμοι οργανισμοί), προκαλώντας έτσι μια αλλαγή στην βιοποικιλότητα της περιοχής. 6.2 Αντιμετώπιση της θαλάσσιας ρύπανσης Θαλασσινό νερό Για την αντιμετώπιση της θαλάσσιας ρύπανσης όπως και για την ελαχιστοποίηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων π.χ. κατά την επιλογή της θέσης αλλά και του τρόπου της εναπόθεσης των διαφόρων αποβλήτων και απορριμμάτων στο θαλάσσιο περιβάλλον απαιτείται η διερεύνηση μιας σειράς παραγόντων που αφορούν τα χαρακτηριστικά του θαλάσσιου περιβάλλοντος σε σχέση με την ποσότητα και την σύσταση των ρύπων. Στο Σχήμα 6.2 δίνεται διαγραμματικά το πλέγμα των φυσικοχημικών και βιολογικών διεργασιών που δυνητικά καθορίζουν την διασπορά των ρύπων στο θαλάσσιο περιβάλλον, όπως και την κατανομή (συγκέντρωσή) των αλλά και τον χρόνο παραμονής των. Μεταξύ των φυσικών παραμέτρων του περιβάλλοντος του θαλάσσιου αποδέκτη κύριο ρόλο παίζει η γενική κυκλοφορία των νερών στην περιοχή, ενώ ιδιαίτερα σημαντικός είναι ο ρυθμός ανανέωσης τους ειδικά σε περιπτώσεις κλειστών ή και ημίκλειστων (περιορισμένης κυκλοφορίας) λεκανών. Ακόμη σε περιοχές με σημαντικό ύψος παλίρροιας, η θέση του αγωγού πρέπει να μελετηθεί με μεγάλη ακρίβεια έτσι ώστε τα λύματα να εκβάλουν έτσι ώστε να μην επιστρέφουν προς την ακτή κατά την φάση της πλημμυρίδας. 129

132 Σχήμα 6.2 Διάγραμμα ροής των φυσικών διεργασιών που καθορίζουν την κατανομή και την τύχη των ρύπων που εισέρχονται στο θαλάσσιο περιβάλλον. Επίσης σημαντικότατο ρόλο παίζει και η άνωση, καθώς στην περίπτωση των υγρών απόβλήτων που είναι σχεδόν πάντα πιο ελαφριά από το θαλασσινό νερό, τα οδηγεί προς την επιφάνεια. Στην περίπτωση αυτή σημαντικότατο ρόλο παίζει η διαστρωμάτωση της στήλης του νερού, καθώς η παρουσία ενός έντονου θερμοκλινούς (άρα και πυκνοκλινούς) προκαλεί, μέσα στην ζώνη του, αυξημένη συγκέντρωση των αιωρουμένων σωματιδίων (άρα και των ρυπαντών). Ένας άλλος παράγων είναι το επίπεδο θρεπτικών στοιχείων και διαλυμένου οξυγόνου στο νερό, καθώς ακραίες μεταβολές τους μπορεί να οδηγήσουν σε έντονα φαινόμενα ευτροφισμού και συνθηκών έλλειψης οξυγόνου προκαλώντας την εξαφάνιση ορισμένων ειδών (αλλαγή της βιοποικιλότητας) είτε και την συνολική θανάτωση της πανίδας και χλωρίδας. Όσον δε αφορά τα ιζήματα, τα μεν αιωρούμενα σωματίδια της πλέον λεπτόκοκκης φάσης (άργιλοι) έχουν την ικανότητα να προσροφούν τους αιωρούμενους ρυπαντές, τα δε ιζήματα του πυθμένα στην περίπτωση που έχουν ήδη ρυπανθεί, θα πρέπει να αποφεύγεται η επαναιώρησή των. Τέλος διερεύνηση χρειάζεται και το ευρύτερο οικοσύστημα της περιοχής απόρριψης, ώστε να ελαχιστοποιούνται οι επιπτώσεις π.χ. σε περιοχές αλιείας (και ιχθυοκαλλιεργειών), σε οδούς μετανάστευσης των ειδών (θαλάσσιων οργανισμών), ή σε περιοχές αναπαραγωγής των. 130

133 6.3 Θαλάσσια Ιζήματα (Δείκτες περιβαλλοντικής κατάστασης ιζημάτων πυθμνένα) Παράγοντας Εμπλουτισμού (EF:Enrichment Factor) Ο Παράγοντας Εμπλουτισμού (EF: Enrichment Factor) αποτελεί δείκτη εκτίμησης της ανθρωπογενούς επίδρασης στο θαλάσσιο περιβάλλον, με βάση την περιεκτικότητα των μετάλλων στα ιζήματα του πυθμένα. Για να προσδιοριστούν οι ανθρωπογενείς επιδράσεις από την μελέτη ιζημάτων είναι απαραίτητο να ορίζεται το φυσικό επίπεδο των μετάλλων, η περιεκτικότητα υποβάθρου. Για τον ορισμό των τιμών υποβάθρου μπορούν να χρησιμοποιηθούν η παγκόσμια μέση σύσταση του σχιστόλιθου, απολιθωματικά υδάτινα ιζήματα, πρόσφατες αποθέσεις σε μη ρυπασμένες περιοχές καθώς και μικροί χρονολογημένοι πυρήνες από την συγκεκριμένη περιοχή μελέτης που παρέχουν ιστορικό αρχείο. Ο Παράγοντας Εμπλουτισμού Ιζημάτων (Sediment Enrichment Factor) υπολογίζεται από την παρακάτω σχέση: EF= (Meιζημ/ Alιζημ)/(Meυποβ/ Alυποβ) Όπου Me ιζημ είναι η Συγκέντρωση μετάλλου στο ίζημα υπό μελέτη, Al ιζημ η Συγκέντρωση Al στο ίζημα υπό μελέτη και Me υποβ η Συγκέντρωση μετάλλου στο υπόβαθρο, Al υποβ η Συγκέντρωση Al στο υπόβαθρο (Salomons and Förstner, 1984). Ο χαρακτηρισμός των ιζημάτων με βάση τον Παράγοντα Εμπλουτισμού κατηγοριοποιείται σύμφωνα με τον Πίνακα 6.5 (Sutherland 2000, τροποποιημένος από Roussiez, 2006). Πίνακας 6.5 Κατηγορίες ιζημάτων σύμφωνα με τον δείκτη εμπλουτισμού (EF) EF τιμή Επίπεδο Επιβάρυνσης <1.5 Ελλιπής προς χαμηλή Μέτρια 5 20 Σημαντική Πολύ Υψηλή >40 Υπερβολική 131

134 6.3.2 Βαθμός Επιβάρυνσης (Degree of Contamination- mcd) O Βαθμός Επιβάρυνσης (mc D ) είναι ένας τροποποιημένος παράγοντας ρύπανσης ο οποίος υπολογίζεται με την παρακάτω σχέση: mcd= ΣCf / n όπου n είναι ο συνολικός αριθμός των δειγμάτων και ΣCf η μέση συγκέντρωση του υπό εξέταση μετάλλου. Ο Βαθμός Επιβάρυνσης (mc D ) κατηγοριοποιείται με βάση τον Πίνακα 6.6. Πίνακας 6.6 Κατηγορίες ιζημάτων σύμφωνα με τον Βαθμός Επιβάρυνσης (mc D ) mc D τιμές mc D < <mC D < 2 2<mC D < 4 4<mC D < 8 8<mC D < 16 16<mC D < 32 mc D 32 Βαθμός Επιβάρυνσης Μηδενικός προς Χαμηλός Χαμηλός Μέτριος Υψηλός Πολύ υψηλός Ακραία υψηλός Ιδιαίτερα ακραίος Κριτήρια Ποιότητας Ιζημάτων (SQGs: Sediment Quality Guidelines) Τα Κριτήρια Ποιότητας Ιζημάτων (SQGs) χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της ποιότητας των ιζημάτων με βάση την πιθανότητα να παρουσιάζουν αρνητικές επιπτώσεις στους οργανισμούς (τοξικότητα). Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα Κριτήρια Ποιότητας είναι τα ERL/ERM (Effects Range Low / Effects Range Median) and the TEL/PEL (Threshold Effects Level / Probable Effects Level) (Long et al., 1995, 1998 και MacDonald et al., 1996). Οι τιμές TEL/PEL δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας συγκεντρώσεις που σχετίζονται με παρατηρούμενες (από πειράματα τοξικότητας) ή μη επιδράσεις στους οργανισμούς. Οι τιμές ERL/ERM δημιουργήθηκαν μόνο με βάση συγκεντρώσεις που παρατηρήθηκε ότι είχαν αρνητικές επιδράσεις στους οργανισμούς. Συγκεντρώσεις κάτω από τα ERL και TEL όρια αποτελούν τιμές που σπάνια μπορούν να έχουν αρνητικές επιπτώσεις στους θαλάσσιους οργανισμούς ενώ οι ERM και PEL τιμές αποτελούν συγκεντρώσεις σε μέταλλα πάνω από τα οποίες είναι ιδιαίτερα πιθανό τα ιζήματα να είναι τοξικά για τους οργανισμούς. Στις ενδιάμεσες τιμές τα ιζήματα παρουσιάζουν κάποια πιθανότητα να έχουν αρνητικές βιολογικές επιπτώσεις. 132

135 Στον Πίνακα 6.7.δίνονται τα κριτήρια για 5 μέταλλα (Long et al. 1995; MacDonald et al. 1996). Στον πίνακα 6.8. δίνεται ο χαρακτηρισμός των ιζημάτων ως προς τη ρύπανση από μέταλλα (USEPA). Πίνακας 6.7 Οι τιμές ERL/ERM και TEL/ PEL που αντιστοιχούν σε τιμές βαρέων μετάλλων πάνω από τις οποίες υπάρχουν αρνητικές επιπτώσεις στους ζωντανούς θαλάδσσιους οργανισμούς ERL ERM TEL PEL Cr Cu Ni Pb Zn Πίνακας 6.8 Χαρακτηρισμός των ιζημάτων ως προς τη ρύπανση με βάση συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων (USEPA). Μη ρυπασμένο Μέτρια ρύπανση Υψηλή ρύπανση Cr < >75 Cu < >50 Ni < >50 Pb < >60 Zn < >

136 7. ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΤΗΣ ΣΤΑΘΜΗΣ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ 7.1 Εισαγωγή Η θαλάσσια στάθμη δεν είναι σταθερή αλλά συνεχώς αυξομειώνεται ανάλογα με την παλίρροια, τα κύματα και τις μετεωρολογικές συνθήκες. Όμως, οι μεγαλύτερου εύρους (πολλών δεκάδων μέτρων) αλλά και χρονικής διάρκειας (χιλιάδες εκατομμύρια χρόνια) αυξομειώσεις της θαλάσσιας στάθμης προκαλούνται από ευρύτερες κλιματικές ή/και γεωλογικές αλλαγές. Για την μελέτη των μεταβολών της θαλάσσιας στάθμης (σε παγκόσμια κλίμακα) χρησιμοποιούμε τούς όρους ευστατισμό, που αναφέρεται στην απόλυτη αλλαγή της παγκόσμιας στάθμης της θάλασσας, η οποία εξαρτάται κυρίως από: (1) την ποσότητα (όγκο) του διαθέσιμου νερού, που καθορίζεται πρωτίστως από κλιματικές παραμέτρους και (2) την χωρητικότητα της ωκεάνιας (παγκόσμιας) λεκάνης, όπως αυτή διαμορφώνεται από γεω-δυναμικούς παραμέτρους (π.χ. κίνηση τεκτονικών πλακών). Το επίπεδο της θαλάσσιας στάθμης καθορίζεται σε σχέση με τη παρακείμενη χέρσο, ενώ ως αλλαγή της θαλάσσιας στάθμης είναι η μέτρηση της σχετικής μετατόπισης της θέσης των δυο επιπέδων (θάλασσας και χέρσου), οι οποίες συμπίπτουν με την κατακόρυφη και οριζόντια μετατόπιση της ακτογραμμής. Έτσι, η αλλαγή της θαλάσσιας στάθμης (ΑΘΣ) είναι το συνδυαστικό αποτέλεσμα των παραμέτρων του ευστατισμού (Ε), της ισοστασίας (Ι) 1 και τεκτονισμού (Τ). 1 Με τον όρο ισοστασία αναφερόμαστε στη γεωλογία στην βαρυτική ισορροπία μεταξύ της λιθόσφαιρας και της υποκείμενης ασθενόσφαιρας, με χαρακτηριστικό παράδειγμα την επίπλευση των λιθοσφαιρικών πλακών σε υψόμετρο που εξαρτάται από το πάχος και τη πυκνότητά τους. 134

137 ΑΘΣ = Ε + Ι + Τ Ο ευστατισμός (Ε) διαμορφώνεται από τις επιμέρους συνιστώσες: (α) του παγετωευστατισμού (Ε Π ) που σχετίζεται με το λιώσιμο των παγετώνων, (β) του γεω-ευστατισμού (Ε Γ ) που διαμορφώνεται από τις αλλαγές του γεωειδούς λόγω της αυξομείωσης του όγκου του νερού των ωκεανών, (γ) του δυναμικού ευστατισμού (Ε Δ ) που διαμορφώνεται από τη δυναμική έκφραση τοπικών μετεωρολογικών, υδρολογικών και ωκεανογραφικών παραγόντων, (δ) του περιστροφικού ευστατισμού (Ε Ρ ) που διαμορφώνεται από την προσαρμογή της διεύθυνσης του άξονα περιστροφής της γης στις παγετώδεις και μεσοπαγετώδεις περιόδους. Άρα: Ε = ΕΠ + ΕΓ + ΕΔ + ΕΡ Η ισοστασία (Ι) επίσης αποτελείται από δυο συνιστώσες: (α) την υδρο-ισοστασία (Ι Υ ) που προκαλείται από την βύθιση των λεκανών λόγω της αυξανόμενης ποσότητας νερού που δέχονται και (β) την παγετική-ισοστασία (Ι Π ) που προκαλείται από την ελαστική παραμόρφωση της επιφάνειας της γης, λόγω της χωρικής εξάπλωσης και του όγκου (βάρους) των καλυμμάτων πάγου. Άρα: Ι = ΙΥ + ΙΠ Τέλος, η παράμετρος του τεκτονισμού (Τ) είναι σημαντική σε τεκτονικά ενεργές περιοχές, όπως είναι οι ζώνες σύγκλισης των τεκτονικών πλακών. O Fairbridge (1983) ανάλογα με την χρονική διάρκεια της εκδήλωσης των μεταβολών της θαλάσσιας στάθμης, τις κατέταξε σε τρεις κλίμακες: (α) μακράς διάρκειας ( χρόνια), (β) μέσης διάρκειας ( χρόνια) και (γ) μικρής διάρκειας ( χρόνια). Οι μεταβολές μεγάλης διάρκειας ( χρόνια) σχετίζονται με την δράση γεωλογικών φαινομένων όπως είναι η διάνοιξη των ωκεανών (αλλαγή του όγκου των ωκεάνιων λεκανών), η έντονη ηφαιστειακή δράση (φαινόμενο θερμοκηπίου λόγω της αύξηση του CO 2 στην ατμόσφαιρα) και ευρύτερες κλιματικές αλλαγές του πλανήτη (μείωση ποτάμιων απορροών και παροχής ιζημάτων), που προκάλεσαν εκτεταμένες αυξομειώσεις στην παγκόσμια θαλάσσια στάθμη που διήρκεσαν εκατομμύρια χρόνια. Έτσι από γεωλογικές καταγραφές υψηλές θαλάσσιες στάθμες είχαμε κατά το Ορδοβίσιο, Σιλούριο, Δεβόνιο Ιουρασικό, Κρητιδικό και στην αρχή του Τριαδικού (Οpen University, 1980). Οι μέσης διάρκειας ( χρόνια) αλλαγές της θαλάσσιας στάθμης προκαλούνται κυρίως από κλιματικές αλλαγές που συνδέονται με την εκδήλωση παγετώδων/μεσοπαγετώδων περιόδων. Στην διάρκεια δε των περιόδων αυτών, η δέσμευση ή η αποδέσμευση του νερού πάνω στις ηπείρους αφενός προκαλεί την πτώση ή την άνοδο της θαλάσσιας στάθμης και αφετέρου την φόρτιση ή την αποφόρτιση του ηπειρωτικού φλοιού. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την ισοστατική προσαρμογή των ηπείρων, την παγετο-ισοστασία (glasio-isostacy) αλλά και του ωκεάνιου φλοιού, την υδρο-ισοστασία (hydro-isostacy) (Clark et al., 1978). Στο Σχήμα 7.1 δίνεται η ρυθμική μεταβολή της θαλάσσιας στάθμης κατά την περίοδο του Τεταρτογενούς (τα τελευταία χρόνια), ενώ στο Σχήμα 7.2 παρουσιάζεται η θαλάσσια στάθμη στον Ελληνικό χώρο σε διάφορες χρονικές στιγμές κατά τη τελευταία άνοδο της ( χρόνια ΒΡ), όπως προκύπτει από το υδρο-ισοστατικό μοντέλο του Lambeck (1996). 135

138 Στην τρίτη κατηγορία της μικρής διάρκειας( χρόνια) οι μεταβολές οφείλονται σε μικρότερης διάρκειας και έντασης κλιματικές αλλαγές και που συνήθως εμπεριέχουν και την ανθρωπογενή παρέμβαση, σε μετεωρολογικές μεταβολές που συνδυάζονται με αλλαγές στο κυματικό καθεστώς, στην θαλάσσια κυκλοφορία ενώ στην περιοδική μεταβολή της θαλάσσιας στάθμης συμβάλλει και η παλίρροια. Σχήμα 7.1 Σχετική στάθμη της θάλασσας για τα τελευταία 450 χιλιάδες χρόνια. Οι σταυροί αποτελούν δεδομένα σχετικής στάθμης της θάλασσας από κοράλλια. Οι άσπροι κύκλοι αφορούν κατώτατα επίπεδα στάθμης θάλασσας (lowstands) σύμφωνα με Rohling et al. (1998). Ο δεξιός άξονας αντιπροσωπεύει διακυμάνσεις μέσης τιμή ωκεάνιου νερού 18 δο προερχόμενο από Shackleton (2000) από ατμοσφαιρικό 18 δο. Τα νούμερα πάνω από τις καμπύλες στάθμης θάλασσας αντιπροσωπεύουν ισοτοπικά στάδια (MIS). (Σχήμα από Waelbroeck et al., 2002). Για την περιγραφή και την μελέτη των απόλυτων μεταβολών της θαλάσσιας στάθμης χρησιμοποιείται ο όρος, μέση θαλάσσια στάθμη (mean sea level) που εκφράζει τον μέσον όρο των αλλαγών της θαλάσσιας στάθμης για μια δεδομένη χρονική περίοδο (συνήθως τα 20 χρόνια). Ενώ για την αλλαγή της θαλάσσιας στάθμης σε σχέση με το παράκτιο ανάγλυφο σε μια δεδομένη περιοχή χρησιμοποιείται ο όρος σχετική αλλαγή της θαλάσσιας στάθμης (relative sea level change), εκφράζοντας την δυναμική σχέση μεταξύ του ευστατισμού και της τοπικής ισοστασίας (Σχήμα 7.3). 136

139 BP BP BP BP Σχήμα 7.2 Χάρτης στον οποίο παρουσιάζεται η θαλάσσια στάθμη στον Ελληνικό θαλάσσιο χώρο(από Lambeck, 1996). Σχετική ανύψωση της θαλάσσιας στάθμης έχουμε όταν: (α) έχουμε ευστατική ανύψωση σε συνδυασμό με έλλειψη ισοστατικών κινήσεων ή με παράλληλη ισοστατική βύθιση ή ακόμη και με ισοστατική ανύψωση μικρότερου ρυθμού από αυτόν του ευστατισμού (β) ισοστατική βύθιση με έλλειψη ευστατισμού (γ) αρνητικός ευστατισμός που συνδυάζεται όμως με μια ταχύτερη ισοστατική βύθιση. Σχετική μείωση της θαλάσσιας στάθμης έχουμε όταν: 137

140 (α) έχουμε ευστατική μείωση σε συνδυασμό με έλλειψη ισοστατικών κινήσεων ή με παράλληλη ισοστατική ανύψωση ή ακόμη και με ισοστατική βύθιση μικρότερου ρυθμού από αυτόν του ευστατισμού (β) ισοστατική ανύψωση με έλλειψη ευστατισμού (γ) θετικός ευστατισμός που συνδυάζεται όμως με μια ταχύτερη ισοστατική ανύψωση. Σταθερή κατάσταση της θαλάσσιας στάθμης (stillstand)όταν: (α) έχουμε ευστατική ανύψωση με παράλληλη και ίσου ρυθμού ισοστατική ανύψωση (β) έλλειψη ευστατικών και ισοστατικών κινήσεων (γ) ευστατική μείωση με παράλληλη και ίσου ρυθμού ισοστατική βύθιση Σχήμα 7.3 Γραφική απεικόνιση της σχέσης μεταξύ ευστατικών και ισοστατικών μεταβολών, ως παράγοντες που διαμορφώνουν αφενός την σχετική μεταβολή της θαλάσσιας στάθμης και αφετέρου την ανάδυση και κατάδυση των ακτών. 7.2 Σύγχρονες ευστατικές διακυμάνσεις της θαλάσσιας στάθμης Οι σύγχρονες διακυμάνσεις της θαλάσσιας στάθμης, καθώς αφορούν αποκλειστικά το θαλασσινό νερό έχουν άμεση σχέση με τοπικές ή παγκόσμιες κλιματικές αλλαγές, ενώ είναι ιδιαίτερα αισθητές στις παράκτιες περιοχές. Στα πλαίσια λοιπόν των κλιματικών (ατμοσφαιρικών) αλλαγών, που ως ένα βαθμό οφείλονται και στον άνθρωπο έχουμε μεταβολές: (α) της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας, (β) στο ανεμολογικό καθεστώς, (γ) της ατμοσφαιρικής πίεσης, (δ) των κυματικών χαρακτηριστικών, (δ) στην κυκλοφορία των ρευμάτων (ανοικτής θάλασσας) και (ε) των ποτάμιων απορροών. 138

141 7.2.1 Αύξηση της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας Η θερμοκρασία σε παγκόσμιο επίπεδο έχει περίπου αυξηθεί κατά 0,6 0 C μέσα στην τελευταία 100ετία και εκτιμάται ότι θα αυξηθεί περαιτέρω κατά 2 0 C μέχρι το 2100 (Houghton et al., 1996). Μέρος της αύξησης αυτής αποδίδεται και στις ανθρώπινες δραστηριότητες και ειδικότερα μέσω των αερίων που εκλύονται στην ατμόσφαιρα είτε από την καύση των υδρογονανθράκων, είτε από άλλες βιομηχανικές δραστηριότητες. Τα αέρια αυτά όπως είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), το μεθάνιο (CH 4 ), χλωρο-φθοριο-υδρογονανθράκων (ClFCs), το όζον (O 3 ) και οι υδρατμοί (H 2 0) έχουν την ιδιότητα να απορροφούν την ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον (πλανήτη) γη, ενώ ταυτόχρονα επιτρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία να περνά ανεμπόδιστα προς την επιφάνεια της γης. Έτσι, τα αέρια αυτά που επιτρέπουν στην ατμόσφαιρα να διατηρεί μια μέση (φυσική) θερμοκρασία περί τους C αντί για 17 0 C, όταν αυξάνονται πέραν των φυσιολογικών τους ορίων, λόγω της ανθρώπινης παρέμβασης, προκαλούν μια περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα (γνωστή και ως Φαινόμενο του Θερμοκηπίου). Η αύξηση αυτή της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας προκαλεί ευστατισμό μέσω των διεργασιών της (α) θερμικής διαστολής του νερού, (β) το λιώσιμο των παγετώνων, (γ) το λιώσιμο του χιονιού της Γροιλανδίας και της Ανταρκτικής και (δ) λόγω της μεταβολής των ποσοτήτων νερού (επιφανειακού και υπόγειου) της χέρσου. Οι εκτιμούμενες συνεισφορές (σε εκατοστά (cm)) των προαναφερόμενων παραγόντων στην μεταβολή της θαλάσσιας στάθμης παραθέτονται στον Πίνακα 7.1. Πίνακας 7.1 Οι επιμέρους συνιστώσες (σε cm) της μεταβολής της θαλάσσιας στάθμης για την περίοδο (IPCC, 1996) Μεταβολής της θαλάσσιας στάθμης Χαμηλή Μέση Υψηλή Θερμική διαστολή Παγετώνες και παγετώδη καλύμματα +2 +3,5 +5 Παγετώδες κάλυμμα Γροιλανδίας Παγετώδες κάλυμμα Ανταρκτικής Επιφανειακό και υπόγειο νερό -5 +0,5 +7 ΣΥΝΟΛΟ Παρατηρούμενη (α) Θερμική διαστολή Ο όγκος του νερού εξαρτάται από την πυκνότητά του, η οποία με την σειρά της έχει μια αντίστροφη σχέση με την θερμοκρασία του. Έτσι, καθώς η θερμοκρασία αυξάνει, η πυκνότητα του μειώνεται, γεγονός που προκαλεί αύξηση του όγκου του που συνεπάγεται και αύξηση της θαλάσσιας στάθμης. Μάλιστα η αλλαγή της θαλάσσιας στάθμης που οφείλεται γενικά σε αυξομειώσεις της πυκνότητάς είναι γνωστή ως στερητική αλλαγή της θαλάσσιας στάθμης (steric sea level change). Μεταβολές της πυκνότητας μπορεί να οφείλονται και στην αλατότητα αλλά η σημασία τους περιορίζεται μόνο σε τοπική κλίμακα (κλειστές λεκάνες, εκβολές ποταμών) και δεν αφορούν την παγκόσμια θάλασσα. Με βάση την έκθεση της IPCC (1996) η μέση στερητική αύξηση της θαλάσσιας στάθμης για το διάστημα είναι της τάξης των 4 cm (Πίνακας 7.1) 139

142 (β) Λιώσιμο των παγετώνων Το λιώσιμο των παγετώνων δεν αναφέρεται μόνο στους παγετώνες του Αρκτικού Ωκεανού αλλά και στα μόνιμα ηπειρωτικά καλύμματα πάγου που σε μέγεθος ξεπερνούν αρκετά χιλιόμετρα. Ο Meire (1984) υπολόγισε ότι μεταξύ του 1900 και 1961 η γενικότερη οπισθοχώρηση των παγετώνων συνείσφερε στην άνοδο της θαλάσσιας στάθμης κατά 2,8 cm. Μια νεότερη μελέτη των Warrick et al (1996) έδωσε τιμές 2-5 cm για την περίοδο (γ) Παγετώδες κάλυμμα της Γροιλανδίας Οι πληροφορίες μας είναι πολύ περιορισμένες κυρίως όσον αφορά την δυναμική του καλύμματος χιονιού. Γενικά θεωρούμε ότι μια αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1 0 C προκαλεί και αύξηση στην υγροποίηση (βροχόπτωση + χιονόπτωση) σε ποσοστό ~4% (Warrick and Oerlemans, 1990). Αυτή όμως η μεταβολή πιστεύεται ότι επηρεάζει κυρίως το εσωτερικό της Γροιλανδίας και δεν έχει ξεκαθαριστεί το κατά πόσον συμβάλει στην αύξηση της στάθμης της παγκόσμιας θάλασσας. Έτσι έχει προταθεί μια μεταβολή της θαλάσσιας στάθμης της τάξης 4 mm/yr για την χρονική περίοδο (Πίνακας 7.1) (δ) Παγετώδες κάλυμμα της Ανταρκτικής Ο μηχανισμός επιρροής της αύξησης της θερμοκρασίας του αέρα στο παγετώδες κάλυμμα της Ανταρκτικής είναι ο ίδιος με αυτόν της Γροιλανδίας. Όμως, στην περίπτωση της Ανταρκτικής υπάρχουν μελέτες έχουν καταδείξει ότι η μεγαλύτερη ποσότητα πάγου δημιουργείται (~10%) από την ποσότητα του νερού που λειώνει, συνεισφέροντας έτσι με αρνητικό τρόπο στην αλλαγή της θαλάσσιας στάθμης. Όμως άλλες μελέτες έχουν καταδείξει μια θετική συνεισφορά, δηλαδή αύξηση της θαλάσσιας στάθμης. Έτσι για την περίοδο έχει προταθεί μια μεταβολή της τάξης του 14 cm (Πίνακας 7.1). (ε) Αυξομείωση του όγκου του επιφανειακού και υπόγειου νερού Το επιφανειακό νερό βρίσκεται είτε μέσα στο έδαφος είτε ρέει μέσα στα ποτάμια συστήματα, συσσωρεύεται στις λίμνες και στις λιμνοθάλασσες. Όμως η κατασκευή φραγμάτων έχει προκαλέσει μείωση του νερού που φθάνει στην θάλασσα, συμβάλλοντας έτσι στην μείωση της θαλάσσιας στάθμης που οι Newman και Fairbridge (1986) το υπολόγισαν να είναι γύρω στα 5,2 cm. Επίσης, και η υπεράντληση και κατανάλωση του υπόγειου νερού (γύρω στο 2000 km 3 τον 20ο αιώνα) αντιστοιχεί σε μια μείωση της θαλάσσιας στάθμης των 0,55 cm (Warrick and Oerlemans, 1990). Σύμφωνα με τα προηγούμενα και με μεγάλο βαθμό αβεβαιότητας έχει αποδοθεί στο γλυκό νερό μια μεταβολή της θαλάσσιας στάθμης μεταξύ των 5 cm και +7 cm για το διάστημα (Warrick et al., 1996), ενώ μια πιο πρόσφατη μελέτη των Gornitz et al. (1997) έχει υποδείξει μόνο αρνητική συμβολή Αλλαγή στο ανεμολογικό καθεστώς Η κλιματική αλλαγή αφορά και το ανεμολογικό καθεστώς καθώς μεταβάλλοντας την ατμοσφαιρική κυκλοφορία μεταβάλετε η ταχύτητα και η διεύθυνση πνοής των ανέμων όπως επίσης και την συχνότητα εκδήλωσης και έντασης των καταιγίδων. Τα δε αποτελέσματα των αλλαγών του ανεμολογικού καθεστώτος αφορούν περισσότερο τις γεωγραφικές 140

143 περιοχές στις οποίες αυτές εκδηλώνονται, ενώ ιδιαίτερα αισθητές γίνονται στην παρακείμενη παράκτια ζώνη. Για παράδειγμα, στο κεντρικό τομέα της ακτής της Ολλανδίας είχε παρατηρηθεί έντονη διάβρωση των ακτών γύρω στα 1880, μια περίοδο κατά την οποία οι Δ και ΝΔ άνεμοι μετρήθηκαν να πνέουν 3-4% περισσότερο από προηγουμένως ( ), οι ΒΔ μειώθηκαν περίπου 3% ενώ παρατηρήθηκε αύξηση στην υγροποίηση και μείωση της μέσης ετήσιας θερμοκρασίας του αέρα. Η γενικότερη αυτή κλιματική μεταβολή αποδόθηκε στην συχνότερη εμφάνιση καταιγίδων από τα Δ-ΝΔ (Straaten van, 1961) Αλλαγή της ατμοσφαιρικής πίεσης Παρατηρούμενες μεταβολές της θαλάσσιας στάθμης σε μικρά σχετικά χρονικά διαστήματα (από λίγα χρόνια μέχρι και μερικές δεκαετίες) μπορεί να προκληθεί από αυξομειώσεις της ατμοσφαιρικής πίεσης, η οποία με την σειρά της έχει αντίστροφη επίπτωση στην θαλάσσια στάθμη. Αύξηση δηλαδή της ατμοσφαιρικής πίεσης προκαλεί μείωση της θαλάσσιας στάθμης που ποσοτικά αναλογεί σε 1 cm μείωσης της στάθμης για κάθε 1 Hpa που αυξάνεται η ατμοσφαιρική πίεση. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το φαινόμενο El Nino που παρατηρείται στις ακτές του Περού (El Nino σημαίνει το μικρό παιδί στην Ισπανική γλώσσα και χρησιμοποιείται καθώς το φαινόμενο εκδηλώνεται τα Χριστούγεννα και παραβάλλεται με την γέννηση του Θείου Βρέφους) και το οποίο έχει άμεση σχέση με διακυμάνσεις (οscillation) της ατμοσφαιρικής πίεσης του Νότιου Ημισφαίριου. Για τον λόγο αυτόν επιστημονικά είναι γνωστό και ως El Nino-Southern Oscillation (ENSO). Το El Nino εκδηλώνεται ανά διαστήματα που κυμαίνονται από 3 χρόνια μέχρι και 7 χρόνια, είναι δε μια αλληλοεπίδραση μεταξύ ατμόσφαιρας και ωκεανού, που εκφράζεται με την αλλαγή του συστήματος των ανέμων, αύξηση της θερμοκρασίας της θάλασσας κατά περίπου 8 ο C (κοντά στις ακτές της Νότιας Αμερικής) που σε συνδυασμό και με την μείωση της ατμοσφαιρικής πίεσης προκαλεί και αύξηση της θαλάσσιας στάθμης γύρω στα 20 cm. Τα χρονικά διαστήματα που παρεμβάλλονται έχουμε τις αντίθετες ατμοσφαιρικές και ωκεανογραφικές συνθήκες και λέγονται El Nina. Τέτοια φαινόμενα δεν έχουμε μόνο στο Νότιο αλλά και στο Βόρειο Ημισφαίριο, όπως είναι η διακύμανση της βαρομετρικής πίεσης στον Βόρειο Ατλαντικό Ωκεανό, γνωστή ως North Atlantic Oscillation (NAO) που επηρεάζει και την θαλάσσια στάθμη Αλλαγή των κυματικών χαρακτηριστικών (ανεμογενούς προέλευσης) Είναι προφανής η ισχυρή σχέση μεταξύ ανέμου και επιφανειακών κυμάτων ιδιαίτερα στην περίπτωση των παράκτιων περιοχών που υπόκεινται σε κύματα που δημιουργούνται από τοπικούς ανέμους. Για τις παράκτιες ζώνες που δέχονται κύματα swell (κύματα αποθαλασσιάς) η σχέση ανέμου-κυμάτων είναι λιγότερο προφανής. Έτσι αλλαγές στην ένταση (αλλαγή της επιφανειακής τάσης του ανέμου στην επιφάνεια της θάλασσας), την διάρκεια αλλά και την διεύθυνση πνοής (αλλαγής της ενεργού ανάπτυξης των κυμάτων) επηρεάζουν την ανάπτυξη των κυμάτων (ύψος, περίοδος). Τώρα όσον αφορά την θαλάσσια στάθμη η προσέλευση των κυμάτων για μακρύ χρονικό διάστημα σε μια παραλία προκαλεί συσσώρευση θαλάσσιας μάζας που οδηγεί σε αύξηση της θαλάσσιας στάθμης, ένα φαινόμενο γνωστό και ως μετεωρολογική παλίρροια 141

144 σε αντιδιαστολή με την γνωστή αστρονομική παλίρροια. Η μετεωρολογική παλίρροια είναι ιδιαίτερα σημαντική για παράκτιες περιοχές που υπόκεινται σε πολύ μικρή αστρονομική παλίρροια (μικροπαλιρροϊκά περιβάλλοντα), καθώς μεταβάλει ουσιαστικά το υδροδυναμικό καθεστώς της αιγιαλίτιδας (παράλιας) ζώνης (nearshore zone) μέσω: (α) της αύξησης της θαλάσσιας στάθμης που επηρεάζει τον μηχανισμό διάδοσης των κυμάτων και ιδιαίτερα μεταθέτει προς την ακτή την ζώνη θραύσης των (β) επηρεάζοντας την θέση της ζώνης σπασίματος, μεταβάλλει την βαθυμετρία του χώρου άρα και τα παράκτια ρεύματα (πρωτίστως την θέση εκδήλωσής των, αλλά και την ταχύτητά των) (γ) αλλάζοντας τέλος το εύρος της τυρβώδους ροής (συμπεριλαμβανομένου και του οριακού στρώματος του πυθμένα) που μεταβάλλει ουσιαστικά την παράκτια κυκλοφορία. Η εμφάνιση μετεωρολογικής παλίρροιας έχει μελετηθεί από τους Jimeneth et al. (1997) για το Δέλτα του ποταμού Έβρου (Ισπανίας), όπου βρέθηκε ότι ισχυροί άνεμοι ανατολικής προέλευσης μπορούν να αυξήσουν την θαλάσσια στάθμη, σε μηνιαία βάση, μεταξύ 30 cm και 1 m Μεταβολή στην κυκλοφορία των ρευμάτων (ανοικτής θαλάσσης) Οι αλλαγές αυτές αφορούν κυρίως τα ρεύματα ανοικτής θαλάσσης, αυτά που δρουν πάνω στην υφαλοκρηπίδα και πέραν της ζώνης σπασίματος, και των οποίων η ύπαρξη συνδέεται με τις αστρονομικές παλίρροιες, τους ανέμους και τις διαφορές πυκνότητας των θαλάσσιων μαζών. Η επίδραση δε τυχόν αλλαγών του ευρύτερου συστήματος της θαλάσσιας κυκλοφορίας στον χώρο της υφαλοκρηπίδας, κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες παράκτιας γεωμορφολογίας αλλά και υποθαλάσσιας βυθομετρίας, μπορεί σε τοπικό επίπεδο να προκαλέσει αύξηση της σχετικής θαλάσσιας στάθμης. Μάλιστα, σε τέτοιες περιπτώσεις δεν είναι εύκολο να διακρίνουμε το αίτιο από το αιτιατό, αν για παράδειγμα δηλαδή μια αύξηση της θαλάσσιας στάθμης προκάλεσε την μεταβολή της κυκλοφορίας ή μια αλλαγή της κυκλοφορίας προκάλεσε μεταβολή στην θαλάσσια στάθμη μιας παράκτιας περιοχής. Δεδομένου δε των μεγάλων βαθών και της ποικίλης βυθομετρίας, μια αλλαγή στην θαλάσσια στάθμη αναμένεται να έχει σχεδόν ασήμαντη επίδραση στην κυκλοφορία των ρευμάτων της ανοικτής θάλασσας επίπτωση (Sanchez-Arcilla et al., 1999). Για παράδειγμα μια ανύψωση της στάθμης κατά 0,5 m αυξάνει μόλις κατά 0,5% το βάθος της ισοβαθούς των 100 m, που συνήθως ευρίσκετε μέσα στο εύρος του σφάλματος των βυθομετρικών μετρήσεων Παροχή ιζημάτων Με ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να εξετάζονται οι εκβολές ποταμών και χειμάρρων, όταν αυτές γειτνιάζουν με την υπό μελέτη περιοχή. Ιδιαίτερα ο ρόλος των ποταμών είναι σημαντικότατος στην παροχή ιζήματος στην παράκτια ζώνη, που σε παγκόσμια κλίμακα μόνο το αιωρούμενο υλικό υπολογίζεται να ξεπερνά τους 24x10 9 τόνους (Vörösmarty et al., 1997). Στο ποσόν αυτό θα πρέπει να προστεθεί και ο όγκος των ιζημάτων που μεταφέρεται σε διάλυση και ως φορτίο πυθμένα, οι οποίοι σε πολλές περιπτώσεις είναι εξίσου σημαντικοί άν όχι και επικρατέστεροι της συνεισφοράς των ιζημάτων σε αιώρηση. Ειδικότερα δε έχει 142

145 υπολογισθεί ότι τα Ευρωπαϊκά ποτάμια (χωρίς να συνυπολογίζονται και τα Ελληνικά ποτάμια) που αποστραγγίζουν τη περιοχή νότια των Άλπεων και εκβάλλουν στη Μεσόγειο Θάλασσα μεταφέρουν προς τη παράκτια ζώνη περί τους 350x10 6 τόνους το χρόνο ιζημάτων μόνο σε φάση αιώρησης (Μilliman & Syvitski, 1992). Σε αυτούς πρέπει να προστεθούν και οι ετήσιες απορροές των Ελληνικών ποταμών και χειμάρρων που ξεπερνούν τους 50x10 6 τόνους (Poulos & Chronis, 1997). Όμως, από τις προαναφερόμενες ροές ιζημάτων, σήμερα μόνο ένα ποσοστό φθάνει στην θάλασσα λόγω της κατασκευής υδροηλεκτρικών και αρδευτικών φραγμάτων κατά μήκος των περισσότερων ποταμών. Από πρόσφατους δε υπολογισμούς των (Vörösmarty et al.,1997) έχει δειχθεί ότι παγκοσμίως το 30% των ιζημάτων παγιδεύεται πίσω από τα φράγματα. Το ποσοστό αυτό είναι πολύ μεγαλύτερο στην περίπτωση της Μεσογείου, φθάνοντας το 65% (Poulos &Collins, 2002). 7.3 Μελλοντική αύξηση της θαλάσσιας στάθμης και οι επιπτώσεις της Αύξηση της Θαλάσσιας στάθμης H εκδηλωμένη, κατά τις τελευταίες δεκαετίες, κλιματική αλλαγή έχει αποδοθεί εάν όχι πλήρως, τουλάχιστον μερικώς, στην παρέμβαση του ανθρώπου στην σύνθεση της ατμόσφαιρας, μέσω της αυξημένης εκπομπής των λεγομένων αερίων του «θερμοκηπίου». Τα αέρια αυτά, με πρωτεύον το διοξείδιο του άνθρακα, παγιδεύουν τη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία στην ανώτερη ατμόσφαιρα, προκαλώντας έτσι αύξηση της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας, η οποία με τη σειρά της προκαλεί λιώσιμο των πάγων και αύξηση της θερμοκρασίας των ωκεανών. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι η κατά τη διάρκεια του 20 ου αιώνα, η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας αυξήθηκε λιγότερο από 1 βαθμό κελσίου ( 0 C) με την αύξηση κατά 0,4 ο C να λαμβάνει χώρα μετά το 1960 (IPCC, 2007). Για την εκτίμηση της κύμανσης της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας κατά τον 21 ο αιώνα (μέχρι το 2099), η Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC: Intergovernmental Panel on Climatic Change) έχει διαμορφώσει στην ειδική αναφορά της για διαφορετικά σενάρια εκπομπών (SRES: Special Report on Emissions Scenarios) των αερίων του θερμοκηπίου, τα οποία συνοπτικά παραθέτονται στον Πίνακα 7.2. Τα σενάρια αυτά διαμορφώνονται με βάση διαφορετικές παραδοχές περί της χρήσης ενέργειας, αύξηση του πληθυσμού, οικονομική δραστηριότητα αλλά με την κοινή παραδοχή ότι δεν θα υπάρξει κοινή παγκόσμια συμφωνία για τη δραστική μείωση των εκπεμπόμενων αερίων που προκαλούν την κλιματική αλλαγή. 143

146 Πίνακας 7.2. Τα διαφορετικά σενάρια εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου χωρικά για παγκόσμια και περιοχική διάσταση και ανάλογα με την οικονομική ή περιβαλλοντική τους έμφαση, βάση των οποίων γίνονται οι προβλέψεις της κλιματικής αλλαγής (IPCC, 2007). Παγκόσμια Ολοκλήρωση (Global interation) (1) Περιοχικότητα (Regionalism) (2) Οικονομία (A) Α1Β, Α1FI, A1T A2 Περιβάλλον (B) B1 B2 To σενάριο Α1 αναφέρεται σε μια πολύ γρήγορη παγκόσμια οικονομική ανάπτυξη μέχρι το μέσον της εκατονταετίας (2050), μειούμενη ακολούθως. Η οικονομική ανάπτυξη θα είναι συγκλίνουσα και θα συνδυάζεται με αποτελεσματικότερες τεχνολογίες. Τα επιμέρους σενάρια (Α1Β, Α1FI & A1T) διαμορφώνονται με βάση το είδος (τις μορφές) της ενέργειας που αναμένεται θα χρησιμοποιηθεί. Έτσι, το Α1Β (Balanced energy) προϋποθέτει ισορροπία στη χρήση μεταξύ των ορυκτών πρώτων υλών και των υπολοίπων πηγών ενέργειας, το Α12FI (Fossil-fuel Intensive) υιοθετεί την αποκλειστική χρήση των ορυκτών πρώτων υλών (πετρέλαιο, κάρβουνο, φυσικό αέριο), ενώ το Α1Τ (high Tech-renewables) αναφέρεται στη χρήση νέων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, σε βάρος των ορυκτών πρώτων υλών. Το σενάριο Α2, που είναι ανάλογο του Α1, αναφέρεται σε ένα απολύτως ετερογενή κόσμο, όπου η οικονομική και η τεχνολογική ανάπτυξη έχουν περισσότερο τοπικό (περιφερειακό) χαρακτήρα και μικρότερης έντασης από ότι στο παγκοσμιοποιημένο σενάριο Α1, ενώ συνεχίζεται η αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού. Το σενάριο Β1 αναφέρεται σε μια συγκλίνουσα παγκόσμια οικονομία, με έμφαση στη προστασία του περιβάλλοντος, όπου ο ρυθμός αύξηση του πληθυσμού είναι ανάλογη με αυτή του σεναρίου Α1, αλλά η οικονομία στρέφεται περισσότερο στην οικονομία της πληροφορίας και των υπηρεσιών, με παράλληλη μείωση της κατασκευαστικής βιομηχανίας και την αυξημένη εισαγωγή νέων καθαρών πηγών ενέργειας. Στο Β2 σενάριο, η έμφαση δίνεται σε περιφερειακές οικονομικές και κοινωνικές λύσεις, όπως και σε πολιτικές τοπικού χαρακτήρα για τη διατηρισιμότητα του περιβάλλοντος (sustainability) και τη κοινωνική ισότητα. Σύμφωνα με τo σενάριο Β2 αναμένεται η αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού να είναι μικρότερη σε σχέση με αυτή του σεναρίου Α2, μια μέση οικονομική ανάπτυξη, με πιο αργούς ρυθμούς αλλά και περισσότερο αποκλίνουσα τεχνολογικά από ότι στα σενάρια Β1 και Α1. Σύμφωνα λοιπόν με το πιο συντηρητικό σενάριο (Β1), η θερμοκρασία του αέρα θα αυξηθεί από 1.1 ο C έως και 2.9 ο C, ενώ με βάση το δυσμενέστερο σενάριο A1Fl, η αύξηση πιθανόν είναι ο C (Πίνακας 7.3). Αντίστοιχα, η προβλεπόμενη άνοδος της θαλάσσιας στάθμης για το , σε σχέση με αυτήν της περιόδου , σύμφωνα με το σενάριο Β1 αναμένεται να κυμανθεί μεταξύ 0.18 m και 0.38 m και για το A1Fl σενάριο στα m (Πίνακας 7.3 και Σχήμα 7.4). 144

147 Από αυτά τα 4 σενάρια του IPCC (2013) το ένα σενάριο περιλαμβάνει πολύ χαμηλά επίπεδα εκπομπών (RCP2.6), 2 σενάρια θεωρούνται σταθεροποιητικά της παρούσας κατάστασης (RCP4.5 και RCP6), ενώ το 4ο σενάριο αφορά πολύ υψηλές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου (RCP8.5). Ο ορισμός τους βασίζεται κυρίως στη συνολική ακτινοβολία κατά το έτος 2100 σε σχέση με το 1950: για το RCP2.6 τα 2,6 W/m για το RCP4.5 τα 4,5 W/m για το RCP6.0 τα 6,0 W/m και για το RCP8.5 τα 8,5 W/m. Για τα RCP6.0 και RCP8.5, η 2,6 W/ m συνολική ακτινοβολία δεν φτάνει το μέγιστο μέχρι το 2100, για το RCP2.6 αυξάνεται και στη συνέχεια μειώνεται ενώ στο RCP4.5 σταθεροποιείται ως το Πίνακας 7.3. Εκτιμήσεις για την αύξηση της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας (ΑΘ) και της ανύψωσης της θαλάσσιας στάθμης (ΘΣ )για τη περίοδο σε σχέση με τη περίοδο , για τα διαφορετικά σενάρια εκπομπών (SRES) των αερίων του θερμοκηπίου κατά IPCC (2007) (A1B,A1F1,A1T, A2,B1, B2) και IPCC (2013) (RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5). Σενάρια (IPCC 2007) Ανύψωση ΘΑ (m) - Εύρος κύμανσης Σενάρια (IPCC 2013) Ανύψωση ΘΑ (m) - Εύρος κύμανσης Α1Β 0,21 0,48 RCP2.6 0,26-0,55 Α1FI 0,26 0,59 RCP4.5 0,32-0,63 Α1Τ 0,20 0,45 RCP6.0 0,33-0,63 Α2 0,23 0,51 RCP8.5 0,45-0,82 Β1 0,18 0,38 Β2 0,20 0,43 Σχήμα 7.4. Γραφική περιγραφή της πορείας ανόδου της μέσης θαλάσσιας στάθμης (α) από το 1800 μέχρι το 2100, με βάση τις εκτιμήσεις των SRES σεναρίων (IPCC, 2007 / Bindoff et al., 2007) και (β) από το 2008 έως το 2100 με βάση τα σενάρια του IPCC (2013) 145

148 Στον Πίνακα 7.4, δίνονται οι επιμέρους κλιματικές συνιστώσες του ρυθμού ανόδου της θαλάσσιας στάθμης (ΘΣ), όπως διαμορφώνονται στην αναφορά του IPCC το 2007, για τις περιόδους και για τη πιο πρόσφατη περίοδο Πίνακας 7.4 Οι επιμέρους κλιματικές συνιστώσες (σε mm) του ρυθμού μεταβολής της θαλάσσιας στάθμης και οι αντίστοιχες τιμές από παρατηρήσεις για τις περιόδους και με βάση την αναφορά του IPCC το 2007 (Bindoff et al., 2007) Ρυθμός αύξησης θαλάσσιας στάθμης (mm/year) Θερμική διαστολή 0,42±0,12 1,60±0,50 Παγετώνες και παγετώδη καλύμματα 0,50±0,18 0,77±0,22 Παγετώδες κάλυμμα Γροιλανδίας 0,05±0,12 0,21±0,07 Παγετώδες κάλυμμα Ανταρκτικής 0,14±0,41 0,21±0,35 Σύνολο κλιματικών συνιστωσών 1,10±0,55 2,80±0,70 Παρατηρούμενος (ενόργανος) 1,80±0,50 3,10±0,70 Όπως χαρακτηριστικά φαίνεται, ο ρυθμός ανόδου (ως σύνολο των επιμέρους κλιματικών συνιστωσών) έχει υπερδιπλασιαστεί για το πιο πρόσφατο διάστημα , σε σχέση με το διάστημα Ακόμη προκύπτει ότι η συνεισφορά της κλιματικής συνιστώσας της θερμικής διαστολής σχεδόν τετραπλασιάζεται, ενώ σχεδόν διπλασιάζεται και η συνεισφορά από το λιώσιμο των πάγων κατά τη πιο πρόσφατη χρονική περίοδο Με βάση μετρήσεις σταθμηγράφων (παλιρροιογράφων) μέχρι το 1993 και δορυφορικές μετρήσεις υψομετρίας (satellite altimetry) ο καταγεγραμμένος ρυθμός ανόδου της μέσης στάθμης της παγκόσμιας θάλασσας για μεν τη περίοδο είναι της τάξης των 1,8 0,5 mm/year, για δε τη δεκαετία είναι σχεδόν διπλάσια όντας 3,1 0,7 mm/year. Οι τιμές αυτές είναι λίγο μεγαλύτερες από τις τιμές ανόδου που αποδίδονται στην κλιματική αλλαγή (Πίνακας 2). Οι διαφορές αυτές αποδίδονται μερικώς στην ακρίβεια των ενόργανων μετρήσεων και της ομογενοποίησης των καταγραφών ιδίως για τη περίοδο πριν το 1993, ενώ υπάρχει σημαντική αβεβαιότητα για τις μετρήσεις της θερμικής διαστολής, καθώς δεν είναι διαθέσιμες για το σύνολο του παγκόσμιου ωκεανού, αλλά και για τη μέτρηση μείωσης των παγετωδών καλυμμάτων, ενώ διερευνώνται ακόμη και διαδραστικές σχέσεις μεταξύ των επιμέρους συνιστωσών αλλά και του ρόλου των ποτάμιων εισροών και της βροχόπτωσης, καθώς αναμένεται να έχει επηρεαστεί και ο υδρολογικός κύκλος από τη κλιματική αλλαγή. Μεταγενέστερες μελέτες της αναφοράς της διακυβερνητική επιτροπής (ΙPCC) (Φεβρουάριος του 2007) αναφέρουν ακόμη μεγαλύτερη αύξηση της θαλάσσιας στάθμης για το 2100, η οποία ξεπερνά το 1,5 m. Σύμφωνα λοιπόν με την ημι-εμπειρική σχέση μεταξύ της ανόδου της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας και της αντίστοιχης της θαλάσσιας στάθμης του Rahmstorf (2007), προκύπτει ότι για κάθε 1 0 C, ή άνοδος της ΘΣ είναι της τάξης των cm. Έτσι, υιοθετώντας τις προβλέψεις των SRES σεναρίων (IPCC, 2007) για την 146

149 ατμοσφαιρική θερμοκρασία (1,4-5,8 o C), η άνοδος της ΘΣ ανέρχεται σε 0,5-1,4 m. Ακόμη, δυσμενέστερη εξέλιξη προβλέπει η μελέτη των Pfeffer et al (2008) που έχει δημοσιευτεί στο περιοδικό Science, όπου θεωρεί μια πιθανή άνοδο μεταξύ 0,8 m και 2 m, υποστηρίζοντας ότι στην αναφορά του IPCC (2007) δεν έχει επιτυχώς προσομοιωθεί (modeled) η δυναμική εξέλιξη (η μείωση) των παγετώνων της Γροιλανδίας και Ανταρκτικής. Σε ανάλογο συμπέρασμα κατέληξε και η Διάγνωση της Κοπεγχάγης (The Copenhagen Diagnosis των Richardson et al. (2009), στην οποία αναφέρεται χαρακτηριστικά ότι, μόνο το λιώσιμο του θαλάσσιου πάγου στην Αρκτική ζώνη το διάστημα ήταν κατά 40% μεγαλύτερο από τη τιμή που περιέλαβε στη πρόβλεψη της η αναφορά του IPCC (2007), ενώ και η αύξηση της μέσης ΘΣκατά τη τελευταία 15αετία ξεπέρασε τα 5 cm, όντας μεγαλύτερη κατά 80%, σε σχέση με τη τιμή πρόβλεψης της αναφοράς του IPCC το 2001 (Church et al., 2001). Εκτός από την επίπτωση της κλιματικής αλλαγής στην άνοδο της θαλάσσιας στάθμης, οι κλιματολογικές μεταβολές που αφορούν την διεπιφάνεια κατώτερης ατμόσφαιρας θάλασσας συμπεριλαμβάνουν πέραν της θερμικής διαστολής, αλλαγές στη προσφορά εισροής γλυκού νερού (μεταβολή των ατμοσφαιρικά κατακρημνισμάτων), αλλαγή στην ένταση και διεύθυνση των ανέμων, αλλαγές στην κατατομή της βαρομετρικής πίεσης, όπως και μεταβολές στα μεγάλα θαλάσσια ρεύματα. Μάλιστα ως συνέπια των προαναφερόμενων παραγόντων είναι και η μη ισόποση κατανομή της αύξησης της ΘΑ στον παγκόσμιο ωκεανό, διαφορές που φθάνουν ακόμη και τα 22,5 εκατοστά, ενώ υπάρχουν και περιοχές που παρατηρείται ακόμη και μικρή πτώση στάθμης ( climate/sealevelrise.asp). Για παράδειγμα, στη περίπτωση της Μεσογείου, οι Brochier and Ramieri (2001) έχουν αναφέρει ρυθμό ανόδου της τάξης των 1-1,5 mm/yr για τα προηγούμενα 100 χρόνια, όταν παγκόσμια ο ρυθμός εκτιμάται σε >2 mm/yr Επιπτώσεις από την αύξηση της θαλάσσιας στάθμης Φυσικό περιβάλλον Οι επιπτώσεις της ανόδου της θαλάσσιας στάθμης είναι ιδιαίτερα σημαντικές στην παράκτια ζώνη, όπου και είναι ιδιαιτέρα δραματικές σε περιοχές με χαμηλό ανάγλυφο. Μεταξύ αυτών οι σημαντικότερες (και ως προς το κοινωνικό-οικονομικό τους σκέλος) είναι η βύθιση των παράκτιων υδροβιότοπων, η διάβρωση (οπισθοχώρηση) της ακτογραμμής, η επίκληση και υφαλμύρωση παράκτιων πεδινών περιοχών, η αύξηση των καταστροφών από καταιγίδες (τρικυμίες) και η φυγή του πληθυσμού. Η αύξηση γενικά της θαλάσσιας στάθμης προφανώς προκαλεί μια οπισθοχώρηση της ακτογραμμής, ενώ πρωτίστως υπόκεινται σε βύθιση παράκτιοι σχηματισμοί χαμηλού ανάγλυφου και ιδιαιτέρως ευαίσθητοι ιζηματολογικά. Τέτοιοι 'ευαίσθητοι' σχηματισμοί των οποίων η παρουσία είναι αλληλένδετη με το ισχύον ιζηματολογικό και υδραυλικό καθεστώς είναι τα διάφορα είδη παραλίων (beaches), οι αλμυροί βάλτοι (salt marshes και mangroves) και οι παράκτιες αμμοθίνες (coastal sand dunes). Οι παράκτιοι γεωμορφολογικοί σχηματισμοί που συνίστανται από συνεκτικά ιζήματα ή από άλλους πετρολογικούς σχηματισμούς απλά θα βυθιστούν. 147

150 Στον Πίνακα 7.5 και στο Σχήμα 7.6 δίνονται μερικά χαρακτηριστικά παραδείγματα οπισθοχώρισης Ελληνικών δελταϊκών ακτογραμμών λόγω ανόδου θαλάσσιας στάθμης (ως αθροισμα της επίκλυσης και της θαλάσσιας διάββωσης λόγω αύξησης του βάθους). Οι προβλέψεις αυτές θα είναι αρκετά μεγαλύτερες εάν συμπεριληφθεί και η φυσική συμπύκνωση των ιζημάτων αλλά και της δραματικής μείωσης των στερεοπαροχών τους λόγω φραγμάτων. Για παράδειγμα, στην περίπτωση του Νείλου (Αίγυπτο) αλλά και του συμπλέγματος των εκβολών των ποταμών Γάγγη, Βραχμαπούτρα και Μέχτα στο Μπαγκλαντές, μια μέγιστη αύξηση της σχετικής θαλάσσιας στάθμης λόγω ευστατισμού και φυσικής καθίζησης των δέλτα μετά την δραματική μείωση των στερεοπαροχών έχει προβλεφθεί ότι για μεν τον Νείλο η μέγιστη προβλεπόμενη σχετική ανύψωση της θαλάσσιας στάθμης κατά (~3,3 m) θα προκαλέσει υποχώρηση της ακτογραμμής περί τα 2 km και απώλεια του 26% του παράκτιου δέλτα, ενώ στην περίπτωση του Μπαγκλαντές η ανύψωση προβλέπεται ακόμη μεγαλύτερη (~4,4 m) που θα προκαλέσει οπισθοχώρηση της ακτογραμμής κατά ~3 km και σε απώλεια του 36% της δελταϊκής πεδιάδας (Milliman et al., 1989). Πίνακας 7.5. ΔΕΛΤΑ Οπισθοχώριση ακτογραμμής με βάση τον κανόνα του Bruun (1968) και συνολικά λόγω της παράκτιας δελταϊκής μορφολογίας (Poulos et al., 2009) Ανοδος Θαλάσσιας Στάθμης (m) Οπισθοχώριση ακτογραμμής με βάση τον Brunn (1968) (m) Συνολική οπισθοχώριση ακτογραμμής Αλφειού (Βόρειο τμήμα) 0,5 51, ,0 102,2 700 Αλφειού (Νότιο τμήμα) 0,5 54,5 30 1,0 109, Αξιού 0,5 52, ,0 213, Αλιάκμονα 0,5 63, ,0 195, Σχήμα 7.5. Οπισθοχώριση της ακτογραμμής λόγω ανόδου της θαλάσσιας στάθμης των δέλτα Αλφιου (αριστερά) και Δελατϊκού μετώπου (Αξιού-Αλιάκμονα) (Po;ulos et al., 2009). 148

151 Σε περιόδους γενικά αυξομείωσης της θαλάσσιας στάθμης η μεταβολή που υπόκεινται οι ιζηματογενείς (μη συνεκτικοί) σχηματισμοί εξαρτώνται κυρίως με την ανακατανομή των ιζημάτων σύμφωνα με τις νέες και συνεχώς μεταβαλλόμενες θαλάσσιες διεργασίες (παράκτια ρεύματα, κύματα), ενώ εξίσου σημαντικό ρόλο διαδραματίζει και ο ρυθμός μεταβολής της θαλάσσιας στάθμης. Ιδιαίτερη σημασία έχει η ένταση του κυματισμού που σε καθεστώς συνεχώς αυξανόμενης θαλάσσιας στάθμης, η ολοένα και αυξανόμενη δράση της κυματικής ενέργειας εκτός από μια αυξημένη διάβρωση των παράκτιων σχηματισμών μπορεί ακόμη και να προσχώσει ημίκλειστες περιοχές, όπως είναι τα estuary. Στην δε περίπτωση μειούμενης κυματικής ενέργειας μπορεί να έχουμε τον σχηματισμό νησιωτικών φραγμάτων (επίκλησης) (transgressive barriers) κατά μήκος της ακτογραμμής. Ακόμη ένας άλλος πολύ σημαντικός παράγων είναι η στερεοπαροχή. Σε καθεστώς μείωσης ή ακόμη και έλλειψης προσφοράς ιζημάτων ευνοείται η βύθιση των παράκτιων σχηματισμών και οπισθοχώρηση της ακτογραμμής (κυρίως αφορά τα ποτάμια δέλτα όταν πρόκειται για χερσαία στερεοπαροχή), ενώ στην περίπτωση αύξησης της παροχής ιζημάτων μπορεί να αντισταθμιστεί η αύξηση της θαλάσσιας στάθμης διατηρώντας έτσι η ακτογραμμή την θέσή της ή ακόμη και προελαύνοντας. Μάλιστα αύξηση της θαλάσσιας στάθμης σε συνδυασμό με μεγάλη αύξηση της στερεοπαροχής (χερσαίας είτε θαλάσσιας) έχει βρεθεί ότι μπορεί να δημιουργήσει μια σειρά από νησιωτικά φράγματα που κανονικά δημιουργούνται σε περιόδους οπισθοχώρησης (regression) της θάλασσας (regressive barriers) (Carter, 1988). Όσον δε αφορά το παράκτιο οικοσύστημα, όλες οι προαναφερόμενες αλλαγές της παράκτιας μορφολογίας, όταν μάλιστα σχετίζονται και με την αύξηση της θερμοκρασίας έχει σοβαρότατες επιπτώσεις και στους ζώντες οργανισμούς και ειδικότερα αυτών που διαβιούν σε παράκτιους υδροβιότοπους (wetland) οι οποίοι αναμένεται να βυθιστούν (μετατροπή δηλαδή των λιμνοθαλασσών (lagoons) σε θάλασσα) Κοινωνικό-οικονομικό περιβάλλον Οι κοινωνικό-οικονομικές επιπτώσεις της ανόδου της θαλάσσιας στάθμης (λόγω του Φαινομένου του Θερμοκηπίου) αποτέλεσαν το αντικείμενο μελέτης της Διακυβερνητικής Συνδιάσκεψης για την Κλιματική Αλλαγή (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) τα συμπεράσματα της οποίας συνοψίζονται ως ακολούθως (Bijlsma, 1996): Γενικά, αρνητική επίπτωση στις διάφορες παράκτιες δραστηριότητες, όπως είναι ο τουρισμός, η ψυχαγωγία, τα αποθέματα γλυκού νερού, οι ιχθυοκαλλιέργειες, η παράκτια γεωργία, οι παράκτιες εγκαταστάσεις (οικισμοί), η υγεία, οι οικονομικές υπηρεσίες κ.ά. Η προστασία νησιών με χαμηλό ανάγλυφο, όπως και περιοχών (κρατών) με εκτεταμένες δελταϊκές πεδιάδες, θα αποβεί πάρα πολύ δαπανηρή. Ο πληθυσμός της γης που σήμερα υποφέρει από την θαλάσσια επίκληση μπορεί να διπλασιαστεί ή ακόμη και να τριπλασιαστεί μέχρι το 2100 Για την αντιμετώπιση της αύξησης της θαλάσσιας στάθμης πολλές χώρες/κράτη θα πρέπει ίσως να πάρουν δύσκολες αποφάσεις όσον αφορά την επιλογή εκείνων των τμημάτων των ακτών τους που θα προστατεύσουν με διάφορα κατασκευαστικά έργα και εκείνων που θα εγκαταλείψουν, ανάλογα με την περιβαλλοντική, οικονομική, κοινωνική αλλά και πολιτισμική τους αξία. 149

152 ΕΝΟΤΗΤΑ Γ': ΘΑΛΑΣΣΙΟ ΔΙΚΑΙΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 : Το Διεθνές Δίκαιο της Θάλασσας 150

153 8. ΤΟ ΔΙΕΘΝΕΣ ΔΙΚΑΙΟ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ Το Διεθνές Δίκαιο της Θάλασσας (International Law of the Sea) υποδιαιρείται σε δυο μεγάλες κατηγορίες που αναφέρονται η μεν πρώτη, σε περίοδο ειρήνης, η δε δεύτερη σε καταστάσεις πολέμου ή εχθροπραξιών. Οι πηγές του Δικαίου της Θάλασσας σε περίοδο ειρήνης, σύμφωνα με το άρθρο 38 του Καταστατικού του Διεθνούς Δικαστηρίου της Χάγης, είναι: (α) οι Διεθνείς Συμβάσεις 4, γενικές ή ειδικές, που καθιερώνουν κανόνες που αναγνωρίζονται ρητά από τα κράτη (β) τα Διεθνή Έθιμα, επειδή αποτελούν απόδειξη γενικής πρακτικής που γίνεται αποδεκτή ως κανόνας δικαίου (γ) οι Γενικές Αρχές του Δικαίου που γίνονται αποδεκτές από όλα τα πολιτισμένα κράτη (δ) οι Δικαστικές Αποφάσεις και η Διδασκαλία των πλέον διακεκριμένων δημοσιολόγων των διαφόρων κρατών (δεκτή μόνο ως επιβοηθητικό μέσο στην διαμόρφωση του Διεθνούς Δικαίου). 8.1 Διεθνείς Συμβάσεις Τους προηγούμενους τρεις αιώνες το Δίκαιον της Θάλασσας είχε αναπτυχθεί κατά ένα αποσπασματικό τρόπο και σύμφωνα με τα ιδιαίτερα ενδιαφέροντα και τις σφαίρες επιρροής των εκάστοτε μεγάλων ναυτικών δυνάμεων. Η πρώτη προσπάθεια κωδικοποίησης των Νόμων της Θάλασσας άρχισε από μια ομάδα κρατών το 1924, που 4 Η Σύμβαση είναι ένα κείμενο το οποίο περιέχει όλα εκείνα τα θέματα στα οποία επήλθε συμφωνία μεταξύ των συμμετεχόντων αντιπροσώπων κρατών ή/και διεθνών οργανισμών στα πλαίσια του διεθνούς δικαίου. Η ολοκλήρωση μιας Σύμβασης μπορεί να ολοκληρωθεί σε μια συνδιάσκεψη ή μετά από μια σειρά συνδιασκέψεων. Το οριστικό κείμενο, οι αντιπρόσωποι των κρατών τις μεταφέρουν στις κυβερνήσεις των χωρών τους οι οποίες αποφασίζουν εάν και πότε θα βάλουν σε ισχύ τους όρους των (Πουλατζάς, 1998). 151

154 οδήγησε στην Συνδιάσκεψη της Χάγης το 1930 με κύριο αντικείμενο την Αιγιαλίτιδα Ζώνη (Χωρικά Ύδατα), και ειδικότερα το πλάτος της, χωρίς όμως να καταλήξουν οι σύνεδροι σε κάποια συμφωνία. Το σύγχρονο Δίκαιο της Θάλασσας, σε περίοδο ειρήνης, εκπροσωπείται από τα κεφάλαια και τα επιμέρους άρθρα των Συμβάσεων των Ηνωμένων Εθνών για το Δίκαιο της Θάλασσας (UNCLOS: United Nations Convention for the Law of the Sea), όπως αυτές διαμορφώθηκαν σε μια σειρά Συνδιασκέψεων των ενδιαφερόμενων Kρατών Διεθνής Συνδιάσκεψη I (UNCLOS I) Η πρώτη διεθνής Συνδιάσκεψη για το Δίκαιον της Θάλασσας, υπό την αιγίδα του Οργανισμού των Ηνωμένων Εθνών, (UNCLOS I) πραγματοποιήθηκε στη Γενεύη το Στη συνδιάσκεψη αυτή, στην οποία συμμετείχαν αντιπροσωπίες από 86 χώρες/κράτη, οριστικοποιούνται τα διάφορα σχέδια για το δίκαιο της θάλασσας που είχαν διαμορφωθεί από το 1950 και εντεύθεν από τις διάφορες επιτροπές της Επιτροπής Διεθνούς Δικαίου. Τελικά, υπεγράφησαν οι παρακάτω 4 Συμβάσεις οι οποίες αφορούν: Σύμβαση 1η: Χωρική Θάλασσα (territorial sea) και Συνορεύουσα Ζώνη (contiguous zone) Η χωρική θάλασσα είναι ο θαλάσσιος χώρος, μια θαλάσσια ζώνη εφαπτόμενη της ακτογραμμής, όπου το παράκτιο κράτος ασκεί πλήρη έλεγχο, επεκτείνοντας την εδαφική (συμπεριλαμβανομένων και των εσωτερικών υδάτων) κυριαρχία του, ενώ τα τρίτα κράτη έχουν μόνο το δικαίωμα της αθώας (αβλαβούς) διάβασης. Η επικυριαρχία αυτή συμπεριλαμβάνει ακόμη τον εναέριο χώρο πάνω από τα χωρικά νερά και τον υποκείμενο θαλάσσιο πυθμένα. Ακόμη ορίζεται η συνορεύουσα ζώνη που ευρίσκεται ακριβώς έξω από τα χωρικά νερά. Στην ζώνη αυτή, που ουσιαστικά είναι μέρος των διεθνών νερών, το παράκτιο κράτος έχει κάποια δικαιώματα που σκοπό έχουν να προστατεύσουν τα συμφέροντα του, όπως είναι οι τελωνειακοί έλεγχοι, το λαθρεμπόριο, η λαθρομετανάστευση κ.ά. Η ζώνη αυτή είναι η πλέον αμφισβητούμενη και δεν έχει δηλωθεί από πολλές χώρες. Σύμβαση 2η: Ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα (continental shelf) Ο όρος ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα, από νομικής σκοπιάς, περιλαμβάνει: (α) τον θαλάσσιο πυθμένα και το υπέδαφος των υποθαλάσσιων περιοχών των παρακείμενων των ηπειρωτικών ακτών, επεκτείνεται δε και πέραν των ορίων των χωρικών υδάτων, μέχρι βάθους 200 μέτρων, ή και πέρα από το όριο αυτό μέχρι του βάθους όπου η υπερκείμενη στήλη νερού επιτρέπει την εκμετάλλευση των φυσικών πόρων των προαναφερόμενων περιοχών, και (β) τον θαλάσσιο πυθμένα και το υπέδαφος των υποθαλάσσιων περιοχών των παρακείμενων της ακτής των νησιών. Σύμβαση 3η: Ανοικτή Θάλασσα (High Seas) Με τον όρο Ανοικτή Θάλασσα περιλαμβάνονται όλα τα θαλάσσια τμήματα πέραν του ορίου των χωρικών υδάτων του κάθε κράτους. Δηλαδή, η Σύμβαση αυτή δηλώνει ότι οι ανοικτές θάλασσες είναι προσπελάσιμες από όλα τα κράτη, και κανένα κράτος δεν μπορεί νόμιμα να επιβάλλει την κυριαρχία του σε οποιοδήποτε τμήμα τους. Έτσι, εξασφαλίζεται η ελευθερία των θαλασσών, που με άλλα λόγια σημαίνει ελεύθερη ναυσιπλοΐα μέσα στην 152

155 παρακείμενη ζώνη (πέραν των χωρικών νερών) και πάνω από την ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα. Σύμβαση 4η: Αλιεία και Διατήρηση των Ζωντανών Πόρων των ανοικτών θαλασσών (Fishing and Conservation of the Living Resources of the High Seas) Η Σύμβαση αυτή αφορά την εκμετάλλευση των αλιευτικών και γενικότερα των ζωντανών φυσικών πόρων σε μια ζώνη που εκτείνεται πέραν των χωρικών υδάτων. Με τον καθορισμό μιας τέτοιας ζώνης, δεν σημαίνει ότι το παράκτιο κράτος δεσμεύει αυτομάτως και όλα τα αποθέματα (π.χ. αποθέματα ψαριών) αλλά και άλλα κράτη μπορούν να τα εκμεταλλευτούν μετά όμως από σχετική άδεια και κάποιο σύστημα καθορισμού ορίου (μεριδίου). Η τέταρτη αυτή Σύμβαση αν και μπήκε ταυτόχρονα σε εφαρμογή με τις υπόλοιπες, δεν βρήκε την απαιτούμενη αποδοχή ή/και υποστήριξη, ίσως επειδή κρίθηκε πολύ πιο καινοτομική από τις υπόλοιπες, με αποτέλεσμα να μην εφαρμοστεί ποτέ στην πραγματικότητα Διεθνής Συνδιάσκεψη ΙΙ (UNCLOS ΙΙ) Η δεύτερη Συνδιάσκεψη των Ηνωμένων Εθνών για το Δίκαιο της Θάλασσας (UNCLOS II) συνεκλήθη στη Γενεύη το 1960 (Μάρτιο-Απρίλιο) με σκοπό να εξετάσει τα προβλήματα που προέκυψαν από την 1η Συνδιάσκεψη και ειδικότερα αυτά που αφορούσαν την έκταση της αιγιαλίτιδας ζώνης (χωρικά ύδατα) όπως και θέματα αλιείας. Παρά τις επίπονες διαπραγματεύσεις, τα Σύνεδρα Κράτη απέτυχαν να συμφωνήσουν, για μια ψήφο, στην τελική πρόταση του Καναδά και των ΗΠΑ που πρότεινε 6 ναυτικά μίλια ως χωρική θάλασσα και άλλα 6 μίλια ως ζώνη αποκλειστικής αλιείας. Σημειωτέον δε ότι μετά από το 1960 αρκετές χώρες/κράτη επέκτειναν αυθαίρετα τη ζώνη αλιείας τους, για να φθάσουμε στο 1976 οπότε η τότε Ευρωπαϊκή Οικονομική Ένωση όρισε το εύρος της ζώνης αλιείας της στα 200 ναυτικά μίλια Διεθνής Συνδιάσκεψη ΙΙΙ (UNCLOS ΙΙΙ) Διαδικαστικά θέματα H γρήγορη όμως ανάπτυξη των θαλάσσιων δραστηριοτήτων οδήγησε στην ανάγκη επαναπροσδιορισμού του θαλάσσιου νομικού καθεστώτος, που επιχειρήθηκε στην τρίτη Συνδιάσκεψη των Ηνωμένων Εθνών, για το Δίκαιο της Θάλασσας (UNCLOS III). Η τρίτη Συνδιάσκεψη που άρχισε το 1973 στην Νέα Υόρκη, διήρκεσε 9 χρόνια (φιλοξενούμενη εναλλάξ στη Νέα Υόρκη και την Γενεύη) πριν οριστικοποιηθεί το περιεχόμενό της, στη διάρκεια των τελικών συναντήσεων που έλαβαν χώρα στο Montego Bay (Jamaica) 6-10 Δεκεμβρίου του 1982 οπότε και υπογράφτηκε από 119 αντιπροσωπείες που εκπροσωπούσαν 117 κράτη. Μάλιστα το κράτος Figi, επικύρωσε τη Σύμβαση την ίδια μέρα που την υπέγραψε. Για να ετίθετο όμως σε ισχύ, σύμφωνα μα το άρθρο 308 της Σύμβασης, απαιτείτο η παρέλευση 12 μηνών μετά από την συγκέντρωση υπογραφών τουλάχιστον από 60 κράτη/μέλη των Ηνωμένων Εθνών, γεγονός που τελικά επιτεύχθηκε στις 16 Νοεμβρίου του 1994, οπότε και τέθηκε σε πλήρη εφαρμογή. Η Βουλή των Ελλήνων σύμφωνα με το άρθρο 28, παρ. Ι, του Ελληνικού Συντάγματος, επικύρωσε τη Σύμβαση την 31 η Μαΐου Ακολούθως, η ελληνική Κυβέρνηση κατέθεσε 153

156 τα έγγραφα της επικύρωσης και επίσημης επιβεβαίωσης στο Γενικό Γραμματέα των Ηνωμένα Εθνών την 21 η Ιουλίου Έτσι η ισχύς της Σύμβασης για την Ελλάδα αρχίζει ένα μήνα μετά, δηλαδή την 21 η Αυγούστου Περιληπτική παρουσίαση του περιεχομένου της Συνθήκης Η 3η Συνδιάσκεψη (UNCLOS ΙΙΙ) του 1982 σε σχέση με αυτές του 1958 και 1960 έρχεται να καθιερώσει και να αποσαφηνίσει θέματα που τέθηκαν από την Σύμβαση του 1958 και να συμπεριλάβει άλλες συμφωνίες και θέματα προς συζήτηση που είχαν προκύψει στο μεσοδιάστημα, όπως την ζώνη αποκλειστικής αλιείας (exclusive fishery zone). Έχει όμως εισαγάγει και νέες ιδέες όπως την αρχή/θέση ότι οι πόροι των βαθιών θαλάσσιων πυθμένων είναι κοινή περιουσία για όλο το ανθρώπινο γένος, αλλά και αρκετές σύγχρονες (εφευρετικές) προβλέψεις που αφορούν την προστασία του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Μάλιστα, οι σπουδαιότερες νέες έννοιες που εισήχθησαν από την Συνδιάσκεψη του 1982, σε σχέση με την Συνδιάσκεψη του 1958 είναι αυτές που αναφέρονται στην Ζώνη Οικονομικής Αποκλειστικής Εκμετάλλευσης (EEZ: Exclusive Economic Zone) και την Περιοχή του Διεθνούς Θαλάσσιου Πυθμένα (International Sea-Bed Area). Η Συνθήκη UNCLOS ΙΙΙ αποτελείται από 320 άρθρα και 9 παραρτήματα που ομαδοποιούνται σε 17 Κεφάλαια (Μέρη). Μια περιληπτική παρουσίαση του περιεχομένου των 17 αυτών Κεφαλαίων δίνεται παρακάτω: Κεφάλαιο 1 (άρθρο 1) ΕΙΣΑΓΩΓΗ (Introduction) Στο άρθρο 1 του κεφαλαίου αυτού ορίζεται η χρήση των όρων και το πεδίο εφαρμογής της Σύμβασης, μεταξύ των οποίων οι κυριότεροι όροι είναι: «Περιοχή» σημαίνει τον θαλάσσιο και ωκεάνιο βυθό και το υπέδαφος τους, πέρα από τα όρια της εθνικής δικαιοδοσίας. «Αρχή» σημαίνει την Αρχή του Διεθνούς Βυθού «Δραστηριότητες στην Περιοχή» σημαίνει όλες τις δραστηριότητες εξερεύνησης και εκμετάλλευσης των πόρων της Περιοχής «Ρύπανση του Θαλάσσιου Περιβάλλοντος» σημαίνει την απόθεση από τον άνθρωπο, αμέσως ή εμμέσως, ουσιών ή ενέργειας στο θαλάσσιο περιβάλλον, συμπεριλαμβανομένων και των εκβολών ποταμών, η οποία έχει ως αποτέλεσμα ή ενδέχεται να έχει ως αποτέλεσμα την επέλευση βλαβερών συνεπειών ή βλάβης στους βιολογικούς πόρους και στην θαλάσσια ζωή, κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία, παρακώλυση των θαλάσσιων δραστηριοτήτων, συμπεριλαμβανομένων των αλιευτικών και άλλων νόμιμων χρήσεων της θάλασσας, πτώση της ποιότητας του θαλάσσιου ύδατος και υποβάθμιση της αναψυχής. «Απόρριψη» σημαίνει οποιαδήποτε ηθελημένη ρίψη στη θάλασσα (α) πλοίων, (β) αεροσκαφών, (γ) εξεδρών και (δ) άλλων τεχνητών θαλάσσιων κατασκευών, όπως επίσης και των καταλοίπων ή άλλων υλών που προέρχονται από αυτά (α-δ). «Κράτη Μέρη» σημαίνει τα Κράτη τα οποία έχουν συγκατατεθεί να δεσμευθούν από την παρούσα Σύμβαση και για τα οποία η παρούσα Σύμβαση ισχύει. 154

157 Κεφάλαιο 2 (άρθρα 2-33) ΧΩΡΙΚΗ ΘΑΛΑΣΣΑ ΚΑΙ ΣΥΝΟΡΕΥΟΥΣΑ ΖΩΝΗ (Territorial sea and contiguous zone) Το Κεφάλαιο αυτό υποδιαιρείτε στις παρακάτω ενότητες: Ενότητα 1 (άρθρο 2). Γενικές διατάξεις Ενότητα 2 (άρθρα 3-16). Όρια της χωρικής θάλασσας Ενότητα 3 (άρθρα 17-32). Αβλαβής διέλευση στη χωρική θάλασσα Ενότητα 4 (άρθρο 33). Συνορεύουσα ζώνη Κάθε παράκτια χώρα έχει την κυριαρχία πάνω στην χωρική της θάλασσα που εκτείνεται μέχρι τα 12 ναυτικά μίλια μετρούμενα από βασικές ευθυγραμμισμένες γραμμές κατά μήκος της ακτογραμμής. Ξένα πλοία συμπεριλαμβανομένων εμπορικών και πολεμικών πλοίων επιτρέπεται να διασχίζουν (αθώο πέρασμα) τα χωρικά νερά, χαρακτηρίζοντας σαν ναυσιπλοΐα που δεν απειλεί την ειρήνη, την τάξη και ασφάλεια της παράκτιας χώρας. Τα επόμενα 12 μίλια αποτελούν την συνορεύουσα ζώνη μέσα στην οποία η παράκτια χώρα έχει τον έλεγχο που χρειάζεται για να εμποδίσει παραβίαση του τελωνειακού, οικονομικού, μεταναστευτικού και υγειονομικού ελέγχου και μπορούν να τιμωρούν τους παραβάτες. Σήμερα, τα χωρικά ύδατα της Ελλάδας έχουν εύρος 6 ναυτικά μίλια (1 ναυτικό μίλι = 1852 μέτρα). Στην περίπτωση των νησιών που βρίσκονται πάνω σε κοραλλιογενείς ατόλλες ή νησιών που περιβάλλονται από υφάλους, η γραμμή βάσης για την μέτρηση του εύρους της χωρικής θάλασσας είναι η προς τη θάλασσας γραμμή κατώτατης ρηχίας των υφάλων. Κεφάλαιο 3 (άρθρα 34-45) ΣΤΕΝΑ ΔΙΕΘΝΟΥΣ ΝΑΥΣΙΠΛΟΪΑΣ (Straits used for international navigation) Τα 10 άρθρα του κεφαλαίου αυτού περιλαμβάνονται στις παρακάτω τρεις ενότητες: Ενότητα 1 (άρθρα 34-36): Γενικές διατάξεις Ενότητα 2 (άρθρα 37-44): Πλούς διέλευσης Ενότητα 3 (άρθρο 45): Αβλαβής διέλευση Σύμφωνα με τα παραπάνω, πλοία και αεροπλάνα κάθε εθνικότητας μπορούν να επιχειρούν διαμετακομιστικό πέρασμα μέσω των στενών αυτών. Τούτο ορίζεται ως ελευθερία της ναυσιπλοΐας και αεροπλοΐας με αποκλειστικό σκοπό την συνεχή και γρήγορη μεταφορά, χωρίς να απειλούνται οι παρακείμενες χώρες, οι οποίες είναι υπεύθυνες να κανονίζουν την ναυσιπλοΐα και άλλα θέματα που αφορούν την διέλευση. Κεφάλαιο 4 (άρθρα 46-54) ΑΡΧΙΠΕΛΑΓΙΚΑ ΚΡΑΤΗ (Archipelagic States) Αρχιπελαγικό Κράτος είναι αυτό που αποτελείται από ένα ή περισσότερα αρχιπελάγη και, ενδεχομένως, και από άλλα νησιά. Χαρακτηριστικό παράδειγμα Αρχιπελαγικού Κράτους είναι οι Φιλιππίνες. Με τον όρο «Αρχιπέλαγος» εννοούμε σύμπλεγμα νησιών, περιλαμβανομένων και τμημάτων νήσων, αλληλοσυνδεόμενα ύδατα και άλλα φυσικά χαρακτηριστικά τα οποία είναι τόσο στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους ώστε να σχηματίζουν μια αυτοτελή γεωγραφική, οικονομική και πολιτική ενότητα, ή που θεωρούνται ιστορικά ότι σχηματίζουν μια τέτοια ενότητα. Το Αρχιπελαγικό Κράτος εκτείνει την επικυριαρχία του στην θαλάσσια περιοχή που περικλείεται μεταξύ των γραμμών που συνδέουν τα απώτατα (εξωτερικά) σημεία των νησιών. Τα δε πλοία όλων των χωρών έχουν το δικαίωμα να περνούν μόνο μέσα από θαλάσσιους διαύλους που καθορίζονται από το εκάστοτε Αρχιπελαγικό Κράτος. 155

158 Κεφάλαιο 5 (άρθρα 55-75) ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΖΩΝΗ (Exclusive economic zone) Οι παράκτιες χώρες έχουν τα κυριαρχικά τους δικαιώματα μέχρι τα 200 μίλια από την ακτή, όσον αφορά τους φυσικούς πόρους και ορισμένες οικονομικές δραστηριότητες καθώς επίσης και ορισμένου τύπου δικαιοδοσία στην επιστημονική έρευνα και την προστασία του περιβάλλοντος, ενώ οι υπόλοιπες χώρες έχουν την ελευθερία της ναυσιπλοΐας και αεροπλοΐας όπως και το δικαίωμα να τοποθετούν καλώδια και αγωγούς. Οι χώρες συνεργάζονται για την διατήρηση μεταναστευτικών ειδών συμπεριλαμβανομένων και των θαλάσσιων θηλαστικών. Κεφάλαιο 6 (άρθρα 76-85) ΥΦΑΛΟΚΡΗΠΙΔΑ (Continental shelf) Οι παράκτιες χώρες έχουν κυριαρχικά δικαιώματα στην εθνική αυτή περιοχή του θαλάσσιου πυθμένα με σκοπό την διερεύνηση και εκμετάλλευσή της, χωρίς όμως να επηρεάζει το νομικό καθεστώς του νερού και του υπερκείμενου αέρα. Η υφαλοκρηπίδα αποτελείται από το βυθό και τα υποκείμενα στρώματα, εκτείνεται πέραν της χωρικής θάλασσας καθ όλη την έκταση της υποθαλάσσιας φυσικής προέκτασης της χέρσου μέχρι είτε το εξωτερικό όριο του ηπειρωτικού περιθωρίου (βάση της ηπειρωτικής ανύψωσης), είτε σε μια απόσταση 200 ναυτικών μιλίων από τις γραμμές βάσης. Στη περίπτωση δε που ο πόδας της ηπειρωτικής ανύψωσης βρίσκεται πέραν των 200 ναυτικών μιλίων από τις γραμμές βάσης, τότε η υφαλοκρηπίδα μπορεί να επεκταθεί μέχρι (α) τα 350 ναυτικά μίλια από τις γραμμές βάσης, (β) μέχρι 100 ναυτικά μίλια από την ισοβαθή των μέτρων και (γ) μέχρι 60 ναυτικά μίλια από το εξωτερικό όριο του ηπειρωτικού περιθωρίου (δηλαδή τον πόδα της ηπειρωτικής ανύψωσης). Οι παράκτιες Χώρες υποχρεούνται να καταβάλουν στην Διεθνή Αρχή του Θαλάσσιου Πυθμένα μέρος των εσόδων που προέρχονται από την άντληση πετρελαίου και άλλων πόρων από οποιοδήποτε τμήμα της εντός 200 μιλίων υφαλοκρηπίδας ή και πέραν αυτής. Η οριοθέτηση επικαλυπτομένων υφαλοκρηπίδων θα γίνει όπως και στη περίπτωση της Ζώνης Αποκλειστικής Οικονομικής Εκμετάλλευσης. Μία Επιτροπή για την οριοθέτηση της υφαλοκρηπίδας θα δώσει προτάσεις στις Χώρες για το απώτατο όριο της. Κεφάλαιο 7 (άρθρα ) ΑΝΟΙΚΤΗ ΘΑΛΑΣΣΑ (High Seas). Το κεφάλαιο αυτό περιλαμβάνει δυο επιμέρους ενότητες: Ενότητα 1. Γενικές διατάξεις (άρθρα ) Ενότητα 2. Διατήρηση και διαχείριση των ζώντων πόρων της ανοικτής θάλασσας (άρθρα ). Στην περιοχή αυτή όλες οι χώρες απολαμβάνουν την ελευθερία πέρα από κάθε εθνική δικαιοδοσία: (ι) της ναυσιπλοΐας, (ιι) της αλιείας, (ιιι) της τοποθέτησης υποβρυχίων καλωδίων και αγωγών, (ιv) της υπερπτήσεως πάνω από την ανοικτή θάλασσα, (v) της κατασκευής τεχνιτών νήσων και άλλων εγκαταστάσεων (υπό τους περιορισμούς περί της υφαλοκρηπίδας) και (vi) της επιστημονικής έρευνας (υπό τους περιορισμούς περί της υφαλοκρηπίδας και των διατάξεων του σχετικού κεφαλαίου 2, για την επιστημονική έρευνα). Είναι όμως υποχρεωμένες να οριοθετήσουν ή να συνεργαστούν με άλλες χώρες στην αποδοχή μέτρων για την διαχείριση και διατήρηση των ζώντων πόρων. Η ελευθερία της ανοικτής θάλασσας υπόκειται στις εξής εξαιρέσεις: (ι) της πειρατείας, (ιι) της παράνομης διαρπαγής πλοίου ή αεροσκάφους, (ιιι) της μεταφοράς δούλων, (ιv) της άσκησης του δικαιώματος της συνεχούς καταδίωξης, (ν) στη περίπτωση 156

159 παράνομων εκπομπών πλοίων και (ν) όταν το πλοίο δεν έχει εθνικότητα ή αρνείται να υψώσει τη σημαία του. Κεφάλαιο 8 ( άρθρο 121) ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΤΩΝ ΝΗΣΙΩΝ (Regime of islands Ως νήσος θεωρείται μια φυσικά διαμορφωμένη περιοχή ξηράς που περιβρέχεται από θάλασσα και βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας κατά την μέγιστη πλημμυρίδα. Η χωρική θάλασσα, η συνορεύουσα, η αποκλειστική οικονομική ζώνη και η υφαλοκρηπίδα των νησιών καθορίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως και με τις παράκτιες χερσαίες χώρες. Βράχια και βραχονησίδες που είναι ακατοίκητα ή που δεν μπορούν να συντηρήσουν ανθρώπινη διαβίωση ή δική τους οικονομική ζωή, δεν θα έχουν αποκλειστική οικονομική ζώνη ή υφαλοκρηπίδα. Εμμέσως συνάγεται ότι διατηρούν το δικαίωμα των στο να έχουν αιγιαλίτιδα και συνορεύουσα ζώνη. Κεφάλαιο 9 (άρθρα ) ΚΛΕΙΣΤΕΣ ή ΗΜΙΚΛΕΙΣΤΕΣ ΘΑΛΑΣΣΕΣ (Enclosed or semi-enclosed seas). Κλειστή ή ημίκλειστη θάλασσας σημαίνει κόλπο, λεκάνη ή θάλασσα που περιβάλλεται από δύο ή περισσότερα Κράτη και που συνδέεται με άλλη θάλασσα ή με τον ωκεανό ή με στενό δίαυλο, ή που αποτελείται καθ' ολοκληρία ή κυρίως από τις χωρικές θάλασσες ή τις αποκλειστικές οικονομικές ζώνες δύο ή περισσοτέρων παράκτιων Κρατών. Τα Κράτη που περιβάλλουν κλειστές ή ημίκλειστες θάλασσες, όπως αυτή της Καραϊβικής και της Μεσογείου, οφείλουν να συνεργάζονται στην διαχείριση των φυσικών πόρων, στην προστασία και διατήρηση του θαλάσσιου περιβάλλοντος, να συντονίζουν κοινά προγράμματα επιστημονικής έρευνας και τέλος να επιδιώκουν συνεργασία με άλλα ενδιαφερόμενα Κράτη ή διεθνούς οργανισμούς για την προώθηση των προαναφερόμενων. Κεφάλαιο 10 (άρθρα ) ΔΙΚΑΙΩΜΑ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΤΩΝ ΑΝΕΥ ΑΚΤΩΝ ΚΡΑΤΩΝ ΠΡΟΣ ΚΑΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΘΑΛΑΣΣΑ ΚΑΙ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΔΙΕΛΕΥΣΗΣ (Right of access of land-locked states to and from the sea, and freedom of transit). Κράτη που δεν έχουν ακτές (πρόσβαση στην θάλασσα) τους επιτρέπεται να διαμετακομίζουν ανθρώπους και αγαθά διαμέσου γειτονικών παράκτιων Κρατών, ώστε να επικοινωνούν με την παρακείμενη θάλασσα, κάτω από όρους αμφίπλευρης συμφωνίας. Ως διαμετακόμιση ορίζεται η διακίνηση προσώπων, αποσκευών, εμπορευμάτων και μέσων μεταφοράς δια μέσου της περιοχής ενός ή περισσότερων κρατών διέλευσης. Κράτος διέλευσης είναι το κράτος με ή χωρίς ακτές διαμέσου του οποίου γίνεται η διαμετακόμιση. Μέσα μεταφοράς θεωρούνται τροχαίο σιδηροδρομικό υλικό, θαλάσσια, λιμναία και ποτάμια σκάφη, οδικά οχήματα, ακόμη και οι μεταφορείς και τα υποζύγια (όπου το απαιτούν οι τοπικές συνθήκες). Ακόμη μετά από συμφωνία στα μέσα μεταφοράς μπορεί να συμπεριληφθούν αγωγοί (π.χ. φυσικού αερίου) και άλλα από εκείνα που προαναφέρθηκαν. Κεφάλαιο 11 (άρθρα ) Η ΠΕΡΙΟΧΗ (διεθνής βυθός) (Area, International Sea-Bed Area). Η «Περιοχή», όπως ονομάζει η Σύμβαση, είναι ο Διεθνής Θαλάσσιος και ωκεάνιος βυθός και τα υποκείμενα στρώματα του, πέρα από τα όρια της εθνικής δικαιοδοσίας. Με βάση δε τα άρθρα του Κεφαλαίου 6 περί Υφαλοκρηπίδας, εκτείνεται πέραν του πόδα της ηπειρωτικής ανύψωσης (το απώτατο δηλαδή όριο του ηπειρωτικού περιθωρίου). 157

160 Λόγω δε της σπουδαιότητας που δόθηκε στο Δίκαιο της θάλασσας για τον διεθνή βυθό, καθώς αναγνωρίστηκε ως κοινή κληρονομιά για όλο το ανθρώπινο γένος, αλλά και ειδικότερα στην εκμετάλλευση των ορυκτών πόρων, το κεφάλαιο αυτό περιλαμβάνει 58 άρθρα, τα οποία περιλαμβάνονται στις παρακάτω ενότητες: Ενότητα 1 (άρθρα ): Γενικές διατάξεις Ενότητα 2 (άρθρα ): Κανόνες που διέπουν την Περιοχή Ενότητα 3 (άρθρα ): Ανάπτυξη των πόρων της Περιοχής Ενότητα 4 (άρθρα ): Η Αρχή Ενότητα 5 (άρθρα ): Διευθέτηση διαφορών και συμβουλευτικές γνώμες Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η δημιουργία της «Αρχής» του Διεθνούς Θαλάσσιου Πυθμένα, η οποία θα ελέγχει όλες τις δραστηριότητες που αναφέρονται στον θαλάσσιο πυθμένα, πέραν αυτών που ανήκουν στην εθνική επικυριαρχία. Η Αρχή θα αποτελείται από μια Επιχείρηση Εξόρυξης, μια Συνέλευση, ένα Συμβούλιο και μία Γραμματεία. Ακόμη, ένα παράλληλο σύστημα θα συσταθεί που θα επιβλέπει την διερεύνηση και εκμετάλλευση των ορυκτών της βαθιάς θάλασσας από την παραπάνω «Αρχή» σε συνεργασία με άλλες Χώρες-Κράτη, ιδιωτικές και δημόσιες επιχειρήσεις και από κοινοπραξίες, μετά από υπογραφή σχετικών συμβολαίων με την «Αρχή» του Διεθνούς Θαλάσσιου Πυθμένα. Τέλος ένα Επιμελητήριο Διαφωνιών Θαλάσσιου Πυθμένα του Διεθνούς Δικαστηρίου θα επιλύει τις διαφορές και θα εκδίδει συμβουλευτικές οδηγίες όταν του ζητείται. Κεφάλαιο 12 ( ) ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΚΑΙ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΟΥ ΘΑΛΑΣΣΙΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ (Protection and preservation of the marine environment). Η ιδιαίτερη έμφαση που δόθηκε στη προστασία και διατήρηση του θαλάσσιου περιβάλλοντος (με έμφαση στην πρόληψη και αντιμετώπιση της θαλάσσιας ρύπανσης) φαίνεται από τις 11 επιμέρους ενότητες, οι οποίες φιλοξενούν τα 45 σχετικά άρθρα της Σύμβασης. Παρακάτω αναφέρονται ορισμένα χαρακτηριστικά θέματα του Κεφαλαίου 12: τα Κράτη-Χώρες είναι υποχρεωμένα να χρησιμοποιούν τους πιο πρακτικούς τρόπους που έχουν στη διάθεσή τους για να προλάβουν και να ελέγξουν την θαλάσσια μόλυνση οποιασδήποτε προέλευσης. τα Κράτη-Χώρες πρέπει να συνεργάζονται σε τοπικό και διεθνές επίπεδο, τόσο στην αντιμετώπιση, όσο και την πρόληψη της μόλυνσης σε επιστημονικό, τεχνολογικό επίπεδο και στην κατάρτιση του κατάλληλου σχεδίου δράσης κατά περίπτωση. περιοχές που καλύπτονται από πάγους προστατεύονται από μόλυνση πλοίων με ιδιαίτερες διατάξεις Τα κράτη που προξενούν καταστροφή του περιβάλλοντος υπόκεινται σε τιμωρία. Τα πολεμικά πλοία εξαιρούνται των περιβαλλοντικών κανονισμών τρίτων χωρών, αλλά οι χώρες που τα χρησιμοποιούν πρέπει να εξασφαλίζουν ότι η χρήση τους δεν παραβαίνει πρακτικά τις συμφωνίες της Σύμβασης. Η νέα συνθήκη αναγνωρίζει όλες τις προηγούμενες συμφωνίες που αφορούν το θαλάσσιο περιβάλλον. 158

161 Κεφάλαιο 13 (άρθρα ) ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ (Marine scientific research). Τα 27 άρθρα του κεφαλαίου αυτού συνθέτουν τις παρακάτω έξι (6) ενότητες: Ενότητα 1 (άρθρα ): Γενικές διατάξεις. Εδώ κατοχυρώνεται το δικαίωμα και οι αρχές διεξαγωγής θαλάσσιας έρευνας για αποκλειστικά ειρηνικούς σκοπούς. Ενότητα 2 (άρθρα ): Διεθνής Συνεργασία. Τα άρθρα αφορούν τη διεθνή συνεργασία στο χώρο αυτό, η οποία εκφράζεται κυρίως με την δημοσιοποίηση και μετάδοση των γνώσεων και πληροφοριών. Ενότητα 3 (άρθρα ): Διεξαγωγή και προαγωγή θαλάσσιας επιστημονικής έρευνας. Στην ενότητα αυτή, καθορίζεται το πλαίσιο (οι διατάξεις) για την έρευνα στην οικονομική ζώνη και την υφαλοκρηπίδα και ιδιαίτερα σε θαματα που αφορούν την συγκατάθεση της παράκτιας Χώρας, την προϋπόθεση ότι η έρευνα είναι για ειρηνικούς σκοπούς και δεν παραβαίνει διατάξεις της Σύμβασης. Ενότητα 4 ( άρθρα ): Εγκαταστάσεις ή εξοπλισμός επιστημονικών ερευνών στο θαλάσσιο περιβάλλον. Αναφέρονται οι διατάξεις περί της χρήσης των ερευνητικών Οργάνων π.χ. το ότι δεν πρέπει να εμποδίζουν την ναυσιπλοΐα, να φέρουν ευκρινή σήμανση κ.ά. Ενότητα 5 (άρθρο 263): Ευθύνη. Οι Χώρες-Κράτη και οι διεθνείς οργανισμοί είναι υπεύθυνοι για καταστροφές που προκαλούν οι ίδιες και για τις ενέργειες τους προς τρίτους που παραβαίνουν τις συμφωνίες της Σύμβασης. Ενότητα 6 (άρθρα ): Επίλυση διαφορών και προσωρινά μέτρα. Σε περίπτωση διαφωνίας το κράτος που διεξάγει την έρευνα μπορεί να ζητήσει από το εμπλεκόμενο παράκτιο Κράτος να καταγγείλει σε φορέα Διεθνούς Συμβιβασμού (international conciliation), ότι η χώρα που διενεργεί έρευνα δεν τηρεί τις συμφωνίες της Σύμβασης. Μέχρι δε να διευθετηθεί η διένεξη, δεν θα επιτρέπεται η έναρξη ή η συνέχιση των ερευνών. Κεφάλαιο 14 (άρθρα ) ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗ ΤΗΣ ΘΑΛΑΣΣΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ (Development and transfer of marine technology). Τα 22 άρθρα του κεφαλαίου αυτού συνθέτουν τις παρακάτω τέσσερις (4) ενότητες: Ενότητα 1 (άρθρα ). Γενικές διατάξεις. Οι χώρες δεσμεύονται να προβάλουν και να προωθήσουν την θαλάσσια τεχνολογία πάνω σε δίκαιους και λογικούς όρους και συνθήκες με σεβασμό σε όλα τα νόμιμα ενδιαφέροντα, συμπεριλαμβανομένων των δικαιωμάτων και υποχρεώσεων των κατόχων, παρεχόντων και αποδεκτών της τεχνολογίας. Ενότητα 2 (άρθρα ). Διεθνής Συνεργασία. Η διεθνής συνεργασία θα προαχθεί μέσα από τον καθορισμό ορίων, κριτηρίων και προδιαγραφών για μεταφορά τεχνολογίας, συντονισμό διεθνών προγραμμάτων και συνεργασία με διεθνείς οργανισμούς. Ενότητα 3 (άρθρα ). Εθνικά και περιφερειακά θαλάσσια επιστημονικά και τεχνολογικά κέντρα. Ενισχύεται η εγκαθίδρυση και ενδυνάμωση εθνικών και τοπικών επιστημονικών και τεχνολογικών κέντρων. Ενότητα 4 (άρθρο 278). Συνεργασία μεταξύ διεθνών οργανισμών. 159

162 Δεσμεύει τους αρμόδιους διεθνείς οργανισμούς είτε μεμονωμένα είτε συνεργαζόμενοι, στην εκπλήρωση των αρμοδιοτήτων και ευθυνών των που απορρέουν από το παρών Κεφάλαιο. Κεφάλαιο 15 (άρθρα ) ΕΠΙΛΥΣΗ ΔΙΑΦΟΡΩΝ (Settlement of disputes ). Περιλαμβάνει τις παρακάτω τρεις (3) ενότητες: Ενότητα 1 (άρθρα ). Γενικές διατάξεις. Προβλέπεται ότι οι Χώρες-Κράτη είναι υποχρεωμένες να επιλύουν με ειρηνικό τρόπο τις διαφορές τους, τις σχετικές με την ερμηνεία ή εφαρμογή των συμφωνιών της Σύμβασης. Ενότητα 2 (άρθρα ). Υποχρεωτικές διαδικασίες συνεπαγόμενες δεσμευτικές αποφάσεις. Σε περίπτωση μη αμοιβαίας συμφωνίας οφείλουν να υποβάλλουν τις περισσότερες διαφορές τους σε μια υποχρεωτική διαδικασία που να καταλήγει σε δεσμευτική απόφαση για όλες τις πλευρές. Έχουν 4 δυνατότητες: Το Διεθνές Δικαστήριο για το Δίκαιο της Θάλασσας (που ορίζεται από την UNCLOS), το υπάρχον Διεθνές Δικαστήριο, με Διαιτησία και με Ειδικές Διαιτητικές Διαδικασίες (για ειδικές κατηγορίες διαφωνιών). Ενότητα 3 (άρθρα ). Περιορισμοί και εξαιρέσεις στην εφαρμογή της ενότητας 2. Τα τρία άρθρα αφορούν περιορισμούς, προαιρετικές εξαιρέσεις στην εφαρμογή των άρθρων της προηγούμενης ενότητας 2, όπως και το δικαίωμα των μερών να συμφωνούν διαδικασία. Κεφάλαιο 16 ( ) ΓΕΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ (General provisions). Τα Κράτη αναλαμβάνουν να εφαρμόζουν τις υποχρεώσεις τους που απορρέουν από την Σύμβαση με καλή πίστη και χωρίς να παραβαίνουν τα δικαιώματά τους και να αποφεύγουν να απειλούν ή να χρησιμοποιούν τη δύναμή τους ενάντια στο διεθνές δίκαιο (ειρηνικές χρήσεις των θαλασσών). Δεν υποχρεούνται να αποκαλύπτουν πληροφορίες που είναι εναντίον της ασφάλειάς τους (αποκάλυψη πληροφοριών). Οι παράκτιες Χώρες έχουν δικαιοδοσία πάνω στα αρχαιολογικά και ιστορικά αντικείμενα ευρήματα και ιστορικής προέλευσης αντικείμενα που ευρέθησαν όμως μέχρι το απώτερο όριο της παρακείμενης ζώνης, δηλαδή τα 12 ναυτικά μίλια από την ακτή. Κεφάλαιο 17 (άρθρα ) ΤΕΛΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ (Final provisions). Τα 16 άρθρα των Τελικών Διατάξεων μεταξύ των άλλων αναφέρονται: Στην Υπογραφή, επικύρωση και επίσημη διαβεβαίωση από τα Κράτη μέλη, στη προσχώρηση νέων κρατών, στην έναρξη ισχύος, σε επιφυλάξεις-εξαιρέσεις, διακηρύξεις και δηλώσεις Στην σχέση με άλλες συμβάσεις και διεθνείς συμφωνίες Στη διαδικασία τροποποίησης των άρθρων της Σύμβασης (εξαιρούνται αυτά που αφορούν το θαλάσσιο πυθμένα) ενώ γενικά προβλέπεται η συμμετοχή τουλάχιστον των 2/3 των Χωρών-Κρατών που συμμετέχουν στη Σύμβαση Θέματα καταγγελίας της Σύμβασης Τα Παραρτήματα που την συνοδεύουν 160

163 Τον θεματοφύλακα, ο οποίος ορίζεται να είναι ο Γενικός Γραμματέας των Ηνωμένων Εθνών Τα περί αυθεντίας του κειμένου 8.2 Οι Θαλάσσιες Ζώνες των Εθνικών (Κρατικών) Υδάτων Με βάση την συνθήκη της UNCLOS του 1982, στα εθνικά ύδατα κάθε παράκτιου κράτους-χώρας διακρίνονται επτά ξεχωριστές θαλάσσιες ζώνες, των οποίων η οριοθέτησή γίνεται μετά τον προσδιορισμό μιας γραμμής βάσης (αναφοράς), που σε απλές γεωμορφολογικά περιπτώσεις συμπίπτει με την ακτογραμμή Θαλάσσιες ζώνες Με βάση την συνθήκη της UNCLOS του 1982, στα εθνικά ύδατα κάθε παράκτιου κράτους-χώρας διακρίνονται επτά ξεχωριστές θαλάσσιες ζώνες (offshore zones), που είναι: (1) τα εσωτερικά ύδατα (inland waters), (2) τα αρχιπελαγικά ύδατα (archipelagic waters), (3) τα χωρικά ύδατα (χωρική θάλασσα) (territorial sea) (4) η κοντά στην ακτή αλιευτική ζώνη (inshore fisheries zone), (5) η παρακείμενη ζώνη (contiguous zone), (6) η εκτεταμένη αλιευτική ζώνη (extended fisheries zone) και (7) η ζώνη οικονομικής αποκλειστικής εκμετάλλευσης (exclusive economic zone). Σχήμα 8.1 Σχηματική παράσταση των Θαλάσσιων Ζωνών 1 Εσωτερικά ύδατα (inland waters) Τα εσωτερικά ύδατα καλύπτουν την περιοχή των υδάτων που βρίσκονται πίσω (προς την πλευρά της χέρσου) από την γραμμή βάσης (base line) από την οποία μετρώνται τα χωρικά ύδατα. Τα εσωτερικά ύδατα που περιλαμβάνουν κλειστούς κόλπους, estuaries, εκβολές ποταμών, λιμνοθάλασσες βρίσκονται φυσικά κάτω από την πλήρη κυριαρχία της 161