Σχολή Θετικών Επιστηµών Τµήµα Γεωλογίας

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ Σχολή Θετικών Επιστηµών Τµήµα Γεωλογίας Μελέτη Γεωχηµικών ιεργασιών σε Ιζήµατα του Βόρειου Ατλαντικού Ωκεανού ιδακτορική ιατριβή ιονυσίου Παναγιωτάρα Χηµικού Πάτρα 2008

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος ΣΕΛΙ Α vii Περίληψη ix Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 1 1 Ι. Σκοπός της διδακτορικής διατριβής ΙΙ. οµή της διδακτορικής διατριβής Χαρακτηριστικά του παγκόσµιου ωκεάνιου συστήµατος (Ατλαντικός, Ειρηνικός και Ινδικός ωκεανός) Γεωγραφική θέση της περιοχής µελέτης ΡΑΡ Γεωµορφολογία της περιοχής µελέτης Υδρογραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής µελέτης Μετεωρολογικές συνθήκες στην περιοχή µελέτης Ανασκόπηση στην έρευνα του βόρειου Ατλαντικού ωκεανού Γεωχηµικά χαρακτηριστικά των ιζηµάτων στο παγκόσµιο ωκεάνιο σύστηµα (Ατλαντικός, Ειρηνικός και Ινδικός Ωκεανός) Εισαγωγή υλικών στην ωκεάνια δεξαµενή Κατηγορίες ιζηµάτων και ρυθµοί ιζηµατογένεσης στους ωκεανούς Ατλαντικό, Ειρηνικό, Ινδικό Σχηµατισµός-Σύσταση κονδύλων µαγγανίου στους ωκεανούς 29

3 1.7.4 Ιζήµατα ανθρακικού τύπου στους ωκεανούς Ατλαντικό, Ειρηνικό, Ινδικό Χηµική σύσταση των ιζηµάτων στους ωκεανούς Κλασµατικός διαχωρισµός θαλάσσιων ιζηµάτων Γεωχηµικές φάσεις και οξειδοαναγωγικές συνθήκες των θαλάσσιων ιζηµάτων Υδροθερµικά ιζήµατα Εισαγωγή Γεωχηµικές διεργασίες σε υδροθερµικά ιζήµατα Χηµική σύσταση ιζηµάτων Ινδικού ωκεανού 50 Κεφάλαιο 2: Μεθοδολογία Συλλογής, Επεξεργασίας και Ανάλυσης του Ερευνητικού Υλικού Συλλογή του ερευνητικού υλικού Ωκεανογραφικές αποστολές Συλλογή ιζηµάτων Μέθοδος επεξεργασίας του ερευνητικού υλικού Επεξεργασία δειγµάτων ιζηµάτων Μέθοδοι ανάλυσης του ερευνητικού υλικού 57

4 Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα Αξιολόγηση και Ερµηνεία Εισαγωγή Παλαιογεωγραφική και Τεκτοορογενετική εξέλιξη των Ελληνίδων Ιζηµατογένεση Σχηµατισµός των θαλάσσιων ιζηµάτων Σχηµατισµός των ανθρακικών ιζηµάτων Περιγραφή και Σύσταση των Ιζηµάτων στον ΒΑ Ατλαντικό Ωκεανό (περιοχή µελέτης ΡΑΡ) Λιθολογική περιγραφή και προσδιορισµός των γεωχηµικών φάσεων των ιζηµάτων Ρυθµός απόθεσης και γεωχηµική συµπεριφορά του CaCO Γεωχηµική συµπεριφορά Fe, Mn και CaCΟ Γεωχηµική συµπεριφορά Fe, Mn, Al και Al-silicates Γεωχηµική συµπεριφορά Ca, Mg, Si Γεωτεκτονική περιγραφή και σύσταση των ανθρακικών σχηµατισµών, σε αντιπροσωπευτικές περιοχές, στις Γεωλογικές Ζώνες Γαβρόβου-Τρίπολης, Πελαγονική και Παιονίας Εισαγωγή 100

5 3.5.2 Ζώνη Γαβρόβου Τρίπολης Περιοχή Χαιρεθιανά Καστέλι Κρήτης Περιγραφή και προσδιορισµός των γεωχηµικών φάσεων των ανθρακικών υλικών στην περιοχή Χαιρεθιανά Καστέλι Κρήτης Ζώνη Πελαγονική Περιοχή Σιάτιστα-Βέρµιο-Κοζάνη Περιγραφή και προσδιορισµός των γεωχηµικών φάσεων των ανθρακικών υλικών στην περιοχή Σιάτιστα-Βέρµιο-Κοζάνη Ζώνη Παιονίας Ενότητα Βαφειοχωρίου Κιλκίς Περιγραφή και προσδιορισµός των γεωχηµικών φάσεων των ανθρακικών υλικών στην περιοχή Βαφειοχωρίου Κιλκίς ιαγένεση των ιζηµάτων ιαγένεση των ανθρακικών ιζηµάτων στην περιοχή του ΒΑ Ατλαντικού ωκεανού (περιοχή µελέτης ΡΑΡ) ιαγένεση των ανθρακικών υλικών στις αντιπροσωπευτικές περιοχές των Γεωτεκτονικών Ζωνών Γαβρόβου-Τρίπολης, Πελαγονικής και Παιονίας Γεωτεκτονικά χαρακτηριστικά, γεωχηµική συµπεριφορά και διαγένεση στους ανθρακικούς σχηµατισµούς της περιοχής Βαφειοχωρίου Κιλκίς (ζώνη Παιονίας) Γεωτεκτονικά χαρακτηριστικά, γεωχηµική συµπεριφορά και διαγένεση στους ανθρακικούς σχηµατισµούς της περιοχής Κοζάνης (ζώνη Πελαγονική) Γεωτεκτονικά χαρακτηριστικά, γεωχηµική συµπεριφορά και διαγένεση στους ανθρακικούς σχηµατισµούς της περιοχής Χαιρεθιανά, Καστέλι Κρήτης (ζώνη Γαβρόβου-Τρίπολης) 132 Κεφάλαιο 4: Συµπεράσµατα 134 Βιβλιογραφία 143

6 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ Τµήµα Γεωλογίας Μελέτη Γεωχηµικών ιεργασιών σε Ιζήµατα του Βόρειου Ατλαντικού Ωκεανού HMS Challenger, 1872 (Brown et. al., 1995) ιδακτορική ιατριβή ιονυσίου Παναγιωτάρα Χηµικού Πάτρα 2008

7 Αφιερώνεται στην Αγαπηµένη µου µητέρα Ειρήνη και την Λατρευτή µου γιαγιά Νικολέτα

8 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Στο πρώτο κεφάλαιο παρατίθενται στοιχεία που αφορούν την κυκλοφορία των υδάτινων µαζών στους τρεις κύριους ωκεανούς (Ατλαντικό, Ειρηνικό και Ινδικό), ενώ περιγράφονται οι τύποι ιζηµάτων που καλύπτουν τον πυθµένα τους. Επιπρόσθετα δίνονται στοιχεία που αφορούν την γεωγραφική θέση της περιοχής µελέτης Porcupine Abyssal Plane (ΡΑΡ) στον Βόρειο Ατλαντικό Ωκεανό, καθώς και την γεωµορφολογία της. Περιγράφονται τα υδρολογικά χαρακτηριστικά και παρατίθενται στοιχεία φυσικής ωκεανογραφίας της περιοχής ΡΑΡ. Οι µετεωρολογικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή ΡΑΡ είναι επίσης µέρος του πρώτου κεφαλαίου, ενώ γίνεται µία σύντοµη βιβλιογραφική ανασκόπηση όσον αφορά την µελέτη του βορείου Ατλαντικού ωκεανού. Τέλος περιγράφονται τα γεωχηµικά χαρακτηριστικά των ιζηµάτων στους τρεις κύριους ωκεανούς, Ατλαντικό, Ειρηνικό και Ινδικό. Ι. Σκοπός της διδακτορικής διατριβής Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι: 1) η µελέτη των γεωχηµικών διεργασιών που λαµβάνουν χώρα σε ανθρακικά ιζήµατα του ΒΑ Ατλαντικού ωκεανού και 2) η σύγκρισή τους µε τις γεωχηµικές διεργασίες που εξελίσσονται σε ανθρακικούς σχηµατισµούς αντιπροσωπευτικών περιοχών των γεωλογικών ζωνών Παιονίας, Πελαγονικής και Γαβρόβου-Τρίπολης στον Ελλαδικό χώρο. Επιπρόσθετα στην παρούσα διδακτορική διατριβή µελετάται η χηµική διαγένεση των ιζηµάτων στην περιοχή Porcupine Abyssal Plain (PAP, 48 50,00 Ν, 16 30,00 W) στον ΒΑ Ατλαντικό ωκεανό και η χηµική διαγένεση που έχουν υποστεί ανθρακικοί σχηµατισµοί αντιπροσωπευτικών περιοχών των γεωλογικών ζωνών στον Ελλαδικό χώρο. Για τον σκοπό αυτό δείγµατα ιζηµάτων που συλλέχθηκαν από την περιοχή του ΒΑ Ατλαντικού ωκεανού µε την ονοµασία Porcupine Abyssal Plain (PAP, 48 50,00 Ν, 16 30,00 W) αναλύθηκαν και τα αποτελέσµατα συγκρίθηκαν µε γεωχηµικά δεδοµένα ανθρακικών σχηµατισµών στον Ελληνικό χώρο, ώστε να διερευνηθούν οµοιότητες και διαφορές µεταξύ της σύγχρονης ιζηµατογένεσης στην

9 περιοχή µελέτης ΡΑΡ και της ιζηµατογένεσης που εξελίχθηκε σε παλαιότερες γεωλογικές εποχές στις αντιπροσωπευτικές περιοχές των ζωνών Παιονίας, Πελαγονικής και Γαβρόβου Τρίπολης. Το ωκεάνιο σύστηµα είναι ένα περιβάλλον, όπου διάφορες µεταβολές που συµβαίνουν στην υδάτινη στήλη, αντικατοπτρίζονται στα ιζήµατα του πυθµένα. Η ανθρακική ιζηµατογένεση είναι το αποτέλεσµα της εναπόθεσης ανθρακικών υλικών στα ιζήµατα του πυθµένα των ωκεανών και σχετίζεται άµεσα µε την πρωτογενή παραγωγή, που εξελίσσεται στα ανώτερα στρώµατα της υδάτινης στήλης. Αυτή είναι και η κύρια διαδικασία γένεσης των ανθρακικών σχηµατισµών που εµφανίζονται όχι µόνο στον πυθµένα των ωκεανών, αλλά και στις περιοχές που µελετήθηκαν στην Ελληνική επικράτεια. Οι ανθρακικοί σχηµατισµοί αντιπροσωπευτικών περιοχών των ζωνών Παιονίας, Πελαγονικής και Γαβρόβου-Τρίπολης προέρχονται από την ανθρακική ιζηµατογένεση που εξελίχθηκε σε παλαιότερες γεωλογικές εποχές σε ωκεάνια συστήµατα και η επεξεργασία των αποτελεσµάτων και η σύγκρισή τους µε τα αποτελέσµατα των ιζηµάτων της περιοχής ΡΑΡ παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, όσον αφορά στις γεωχηµικές διεργασίες και την εξέλιξή τους δια µέσου των γεωλογικών εποχών. ΙΙ. οµή της διδακτορικής διατριβής Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελείται από τέσσερα κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο που αποτελεί την Εισαγωγή, παρατίθενται χαρακτηριστικά στοιχεία φυσικής και χηµικής ωκεανογραφίας των τριών κύριων ωκεανών του πλανήτη µας, τον Ατλαντικό, τον Ειρηνικό και τον Ινδικό, ενώ στην συνέχεια δίνονται στοιχεία που αφορούν στην γεωγραφική θέση της περιοχής µελέτης ΡΑΡ, καθώς και στην γεωµορφολογία της. Επίσης περιγράφονται τα υδρολογικά χαρακτηριστικά και παραθέτονται στοιχεία φυσικής ωκεανογραφίας της περιοχής ΡΑΡ. Τα µετεωρολογικά δεδοµένα και οι µετεωρολογικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή ΡΑΡ είναι επίσης µέρος του πρώτου κεφαλαίου, ενώ γίνεται µία βιβλιογραφική ανασκόπηση, όσον αφορά στην µελέτη του βορείου Ατλαντικού ωκεανού. Τέλος περιγράφονται τα γεωχηµικά χαρακτηριστικά των ιζηµάτων στους τρεις κύριους ωκεανούς, Ατλαντικό, Ειρηνικό και Ινδικό. Σελίδα 2

10 Στο δεύτερο κεφάλαιο αναπτύσσεται η µεθοδολογία συλλογής, επεξεργασίας και ανάλυσης του ερευνητικού υλικού στην περιοχή µελέτης ΡΑΡ. ίνονται στοιχεία όσον αφορά στην αποστολή που έλαβε χώρα στην περιοχή µελέτης, καθώς επίσης και τις τεχνικές που χρησιµοποιήθηκαν για τη συλλογή, επεξεργασία και ανάλυση του ερευνητικού υλικού. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση και συζήτηση των αποτελεσµάτων. Παρατίθενται τα αποτελέσµατα των αναλύσεων του ερευνητικού υλικού από την περιοχή µελέτης ΡΑΡ, καθώς και τα γεωχηµικά δεδοµένα για τις γεωλογικές ζώνες Παιονίας, Πελαγονικής και Γαβρόβου-Τρίπολης. Η παρουσίαση και συζήτηση των αποτελεσµάτων ξεκινά: Από την παράθεση στοιχείων αναφορικά µε τα γεωµορφολογικά χαρακτηριστικά των περιοχών µελέτης, ΒΑ Ατλαντικός ωκεανός και τις γεωλογικές ζώνες Γαβρόβου-Τρίπολης, την Πελαγονική Ζώνη και την Ζώνη Παιονίας. Στην συνέχεια γίνεται αναφορά στην παλαιογεωγραφική και τεκτοορογενετική εξέλιξη των Ελληνίδων. Κατόπιν περιγράφεται η θαλάσσια ιζηµατογένεση και η ανθρακική ιζηµατογένεση. Εν συνεχεία µελετώνται τα ιζήµατα στην περιοχή του ΒΑ Ατλαντικού ωκεανού, παραθέτοντας την σύστασή τους, περιγράφοντας την γεωχηµική συµπεριφορά της ανθρακικής φάσης και των στοιχείων του ενδιαφέροντός µας. Περιγράφεται η σύσταση των ανθρακικών σχηµατισµών στις γεωλογικές ζώνες Γαβρόβου-Τρίπολης, την Πελαγονική Ζώνη και την Ζώνη Παιονίας στις αντίστοιχες ενότητες που µελετήθηκαν από την βιβλιογραφία. Γίνεται αναφορά στην διαγένεση των ιζηµάτων και την πρώιµη διαγένεση. Ακολούθως περιγράφονται οι διαγενετικές διεργασίες στα ιζήµατα της περιοχής του ΒΑ Ατλαντικού ωκεανού και στους ανθρακικούς σχηµατισµούς στις αντιπροσωπευτικές περιοχές των ζωνών Γαβρόβου-Τρίπολης, την Πελαγονική Ζώνη και την Ζώνη Παιονίας στις αντίστοιχες ενότητες που µελετήθηκαν από την βιβλιογραφία. Στην συνέχεια περιγράφεται η γεωχηµική συµπεριφορά και οι γεωχηµικές διεργασίες στους ανθρακικούς σχηµατισµούς στις ζώνες Γαβρόβου-Τρίπολης, Σελίδα 3

11 την Πελαγονική Ζώνη και την Ζώνη Παιονίας και στις αντίστοιχες ενότητες που µελετήθηκαν από την βιβλιογραφία. Στο τέταρτο κεφάλαιο παραθέτονται τα συµπεράσµατα της µελέτης. Την παρούσα διδακτορική διατριβή συµπληρώνουν η περίληψη καθώς και οι βιβλιογραφικές αναφορές. 1.1 Χαρακτηριστικά του παγκόσµιου ωκεάνιου συστήµατος (Ατλαντικός, Ειρηνικός και Ινδικός ωκεανός) Θάλασσα καλείται η µάζα αλµυρού ύδατος που καλύπτει τα 3/4 της επιφάνειας της Γης. Η τεράστια αυτή υγρή έκταση διακρίνεται σε επί µέρους εκτάσεις ανάλογα µε τους χώρους που καταλαµβάνουν αυτές. Οι πολύ µεγάλες θαλάσσιες εκτάσεις ονοµάζονται Ωκεανοί. Οι κυριότεροι ωκεανοί στον πλανήτη µας είναι ο Ειρηνικός, ο Ατλαντικός και ο Ινδικός. Την µεγαλύτερη έκταση εξ αυτών καταλαµβάνει ο Ειρηνικός, ενώ ο µικρότερος σε έκταση είναι ο Ινδικός ωκεανός. Από αρχαιοτάτων χρόνων η άκρατη επιθυµία του ανθρώπου για εξερεύνηση των µυστηρίων που έκρυβαν οι θάλασσες και οι ωκεανοί καθώς και η ανάγκη για την ανακάλυψη νέων περιοχών, που θα τους εξασφάλιζαν τροφή και πρώτες ύλες, έσπρωξε το ανθρώπινο γένος στην ανάπτυξη αρχικά της ναυσιπλοΐας. Στις µέρες µας η επιστηµονική κοινότητα µελετά το θαλάσσιο περιβάλλον και αντιλαµβάνεται την πολυπλοκότητά του ως πεδίο έρευνας πολλών επιστηµών, όπως της Γεωλογίας, της Χηµείας, της Βιολογίας κ.ά. Ένα πολύ σηµαντικό πεδίο έρευνας του θαλάσσιου περιβάλλοντος είναι αυτό της δηµιουργίας και κίνησης των ρευµάτων στους ωκεανούς, που ρυθµίζουν το παγκόσµιο κλίµα και συµβάλλουν στην διατήρηση της ζωής στον πλανήτη µας. Οι επιστήµονες µεταξύ άλλων µελετούν τα δύο βασικά χαρακτηριστικά των θαλάσσιων ρευµάτων, τα οποία είναι η θερµοκρασία και η αλατότητα. Εξαιτίας αυτών αλλάζει η πυκνότητα του νερού. Το πιο κρύο και το πιο αλµυρό νερό βουλιάζει στον πυθµένα του ωκεανού, ενώ το θερµό νερό ανεβαίνει προς την επιφάνεια. Τις περιοχές των ωκεανών, όπου υπερισχύει το κρύο και αλµυρό νερό, τις ονοµάζουµε «καταβόθρες ή παγίδες» (sinks), ενώ εκείνες, όπου κυριαρχεί το λιγότερο αλµυρό και πιο ζεστό νερό, τις αποκαλούµε «πίδακες ανάβλυσης» (upwellings). Σελίδα 4

12 Οι µεγαλύτερες «καταβόθρες» βρίσκονται στον Βόρειο Ατλαντικό, στις θάλασσες του Λαµπραντόρ και της Γροιλανδίας. Εκεί ο παγωµένος αέρας που έρχεται από τον Βόρειο Πόλο ψυχραίνει την επιφάνεια της θάλασσας, µε αποτέλεσµα να αυξάνεται η πυκνότητα του νερού. Όσο µεγαλώνει ο πάγος, τόσο αφήνει πίσω του το αλάτι, κι έτσι η αλατότητα στο νερό που παραµένει γύρω από τους πάγους είναι πάντα αυξηµένη. Λόγω της εξαιρετικά µεγάλης πυκνότητάς του, το παγωµένο αυτό νερό βουλιάζει στην άβυσσο και φθάνει πολύ κοντά στον θαλάσσιο πυθµένα. Καθώς το νερό των πόλων βυθίζεται, αντικαθίσταται από το θερµότερο νερό που έρχεται από τον Νότο και δηµιουργεί ένα ρεύµα, το οποίο µετακινείται κατά µήκος του Ατλαντικού, µε κατεύθυνση από τον Νότο προς τον Βορρά. Η ροή του ενισχύεται από τους τροπικούς ανέµους των νησιών της Καραϊβικής και το συγκεκριµένο ρεύµα γίνεται περισσότερο δυνατό στον Κόλπο του Μεξικού. Σχ. 1.1: Γενικευµένη απεικόνιση της κίνησης των ρευµάτων στους ωκεανούς (Brown et al., 1995). NADW (Βαθύ νερό του βόρειου Ατλαντικού), AABW (νερό του πυθµένα της Ανταρκτικής). Το σκούρο πράσινο χρώµα αντιστοιχεί σε βαθειά ρεύµατα και το πράσινο ανοιχτό σε επιφανειακά. Τα στρογγυλά στίγµατα απεικονίζουν περιοχές ανάβλυσης (upwellings). Παράλληλα, το ψυχρό ρεύµα, που λόγω της πυκνότητας του νερού βρίσκεται στα µεγάλα βάθη, ταξιδεύει στον πυθµένα του Ατλαντικού, µε κατεύθυνση από τον Βορρά προς τον Νότο. Φθάνει µέχρι την Ανταρκτική, συναντά και ενώνεται µε άλλα Σελίδα 5

13 δυνατά ρεύµατα από τον Νότιο Πόλο και µαζί µε αυτά διασχίζουν τον Ατλαντικό, τον Ειρηνικό και τον Ινδικό Ωκεανό (σχ. 1.1). Πέραν της κίνησης των υδάτινων µαζών οι τρεις κύριοι ωκεανοί (Ειρηνικός, Ατλαντικός και Ινδικός) παρουσιάζουν οµοιότητες και διαφορές, οι οποίες συνθέτουν το παζλ της πολυπλοκότητας του ωκεάνιου περιβάλλοντος και αναδεικνύουν την ανάγκη της επιστηµονικής κοινότητας να µελετήσει και άλλα θέµατα που σχετίζονται µε την σύσταση των υλικών του πυθµένα, µε την πρωτογενή παραγωγή στην επιφάνεια των ωκεανών, µε την εισαγωγή υλικών στην ωκεάνια δεξαµενή, µε την αλληλεπίδραση του έµβιου κόσµου µε τα χηµικά µόρια των διαφόρων στοιχείων και ενώσεων στην υδάτινη στήλη και στα ιζήµατα του πυθµένα κ.ά. Σχ. 1.2: Παγκόσµια κατανοµή των διαφόρων τύπων ιζηµάτων (Brown et al., 1995). Οι κόκκινες άργιλοι (red clays) ανήκουν στην κατηγορία των ετερογενών υλικών. Υπόµνηµα: 1. Υλικά των πάγων (ice rafted), 2. Ανθρακικά (carbonates), 3. Πυριτικά (siliceous), 4. Κόκκινες άργιλοι (red clay), 5. Χερσογενή (terrigenous), 6. Πυριτικές/κόκκινες άργιλοι (siliceous/red clay) Στο σχήµα 1.2 φαίνεται η παγκόσµια κατανοµή των διαφόρων τύπων ιζηµάτων στους ωκεανούς σήµερα. Η σύσταση των ιζηµάτων των ωκεανών εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, και ανάλογα µε την προέλευσή τους τα ιζήµατα διακρίνονται σε βιογενούς τύπου που έχουν σχηµατιστεί από υπολείµµατα Σελίδα 6

14 πλαγκτονικών οργανισµών ανθρακικής και πυριτικής κυρίως προέλευσης, και σε χερσογενής που αποτελούνται κυρίως από χαλίκια, άµµο, ιλύ και πηλό. Παρατηρείται πως τα ανθρακικού τύπου ιζήµατα καλύπτουν το µεγαλύτερο τµήµα του πυθµένα του Ατλαντικού, ενώ τόσο στον Ειρηνικό, όσο και στον Ινδικό ωκεανό παρατηρείται µεγαλύτερη ποικιλοµορφία στην κατανοµή των ιζηµάτων. Η κατανοµή των ιζηµάτων στον πυθµένα σχετίζεται µε παράγοντες, όπως η πρωτογενής παραγωγή που λαµβάνει χώρα στα ανώτερα στρώµατα της υδάτινης στήλης και ο ρυθµός ιζηµατογένεσης. Οι παράγοντες αυτοί µε την σειρά τους σχετίζονται µε την εισαγωγή υλικών στην ωκεάνια δεξαµενή, τις κλιµατικές συνθήκες, µε τις φυσικές και χηµικές παραµέτρους και ειδικότερα µε το λυσοκλινές και το CCD ( Calcium (or Calcite) Compensation Depth). Το βάθος, στο οποίο το ποσοστό του CaCO 3 µέσα στο ίζηµα βρίσκεται κάτω από το 20% της συνολικής µάζας του ιζήµατος, ονοµάζεται CCD (Brown et al., 1995). Το βάθος πάνω από το CCD όπου αρχίζει να παρατηρείται διάλυση των ανθρακικών σκελετικών υπολειµµάτων µέσα στο ίζηµα ονοµάζεται λυσοκλινές (Berger, 1968). Το βάθος για το CCD κατά ένα µέρος ελέγχεται από τον βαθµό κορεσµού του νερού σε ανθρακικό ασβέστιο και από την ροή των ανθρακικών υπολειµµάτων στο ίζηµα. Όσο µεγαλύτερος είναι ο βαθµός κορεσµού της υδάτινης στήλης σε ανθρακικό ασβέστιο, τόσο µεγαλύτερο είναι το ποσοστό του ανθρακικού υλικού που ενσωµατώνεται στο ίζηµα χωρίς να διαλυθεί. Σχ. 1.3: Χαρακτηριστικά βάθη για το CCD σε παγκόσµια κλίµακα. Οι αριθµοί αναφέρονται σε χιλιόµετρα κάτω από την επιφάνεια του νερού (Brown et al., 1995). Σελίδα 7

15 Όπως προκύπτει από το σχήµα 1.3, το CCD εµφανίζει υψηλές τιµές κοντά στον ισηµερινό ως αποτέλεσµα της υψηλής πρωτογενούς παραγωγής και του φαινοµένου της ανάβλυσης (upwelling) αλλά και της αυξηµένης ροής των ανθρακικών υλικών στον πυθµένα του ωκεανού (Berger etal., 1976; Biscaye etal., 1976; Brown et al., 1995). Ενδιαφέρον όµως παρουσιάζει το γεγονός ότι το CCD, και για τους τρεις ωκεανούς, παρουσιάζει υψηλότερες τιµές, βρίσκεται δηλαδή σε µεγαλύτερα βάθη στις µέρες µας σε σχέση µε τα τελευταία 150 Ma (σχ. 1.4). Σχ 1.4: Αλλαγές στις τιµές CCD µε τον χρόνο (Ma: εκατοµµύρια χρόνια) στον Ινδικό, Ατλαντικό και Ειρηνικό ωκεανό (Brown et al., 1995). Την περίοδο του Κρητιδικού οι ωκεανοί ήσαν περισσότερο όξινοι από ό,τι είναι σήµερα. Η θερµοκρασία της Γης ήταν υψηλότερη και στους πόλους δεν υπήρχε πάγος. Πριν περίπου 100 Ma οι ήπειροι διαχωρίστηκαν και οι ωκεανοί πήραν την Σελίδα 8

16 µορφή που έχουν σήµερα. Σε εκείνη την περίοδο (πριν περίπου 100 Ma) οι ανθρακικού τύπου µικροοργανισµοί δεν ήσαν εξαπλωµένοι στο ωκεάνιο περιβάλλον και η ανθρακική ιζηµατογένεση εξελισσόταν στα ρηχά νερά. Πριν περίπου 100 Ma οι ανθρακικού τύπου µικροοργανισµοί άρχισαν να εξαπλώνονται στο θαλάσσιο περιβάλλον και η ανθρακική ιζηµατογένεση να εξελίσσεται σε πιο βαθιά νερά. Επιπρόσθετα τα ιζήµατα της Κρητιδικής περιόδου περιέχουν µαύρες, πλούσιες σε αργιλικά υλικά και µε µεγάλο ποσοστό σε οργανικό άνθρακα ακολουθίες, που δηλώνουν την µικρή διαθεσιµότητα σε οξυγόνο των υδάτων εκείνη την εποχή. Το θερµό κλίµα εκείνης της περιόδου είχε ως αποτέλεσµα την µεγάλη αύξηση στον ρυθµό της πρωτογενούς παραγωγής στο ωκεάνιο περιβάλλον, µε αποτέλεσµα να παράγονται µεγάλες ποσότητες οργανικού άνθρακα δεσµεύοντας το διαθέσιµο οξυγόνο, δηµιουργώντας έτσι ανοξικές συνθήκες στο περιβάλλον απόθεσης των ανθρακικών υλικών. Σχ. 1.5: Χαρακτηρισµός περιοχών σε ευτροφικές και ολιγοτροφικές σε σχέση µε το ποσοστό οργανικού άνθρακα (Corg) που ανιχνεύτηκε στο επιφανειακό στρώµα των ιζηµάτων του πυθµένα (Brown et al., 1995). Οι σκούρες πράσινες περιοχές αντιστοιχούν σε ευτροφικές και οι ανοιχτές πράσινες σε ολιγοτροφικές. Το λευκό χρώµα αντιστοιχεί σε περιοχές µε µικρή πελαγική ιζηµατογένεση. Σελίδα 9

17 Οι ανοξικές συνθήκες είχαν ως αποτέλεσµα την αύξηση της οξύτητας των ωκεανών και ως εκ τούτου την διάλυση των ανθρακικών υλικών µε επακόλουθο την διατήρηση του CCD σε µικρότερα βάθη. Μετά την Κρητιδική περίοδο, µε την εµφάνιση των πάγων στους πόλους, το ποσοστό του διαθέσιµου οξυγόνου στο ωκεάνιο περιβάλλον αυξήθηκε λόγω της καταβύθισης των καλά οξυγονωµένων νερών των πόλων µε τελικό αποτέλεσµα την ρύθµιση της οξύτητας των ωκεανών και την αύξηση του βάθους του CCD (Brown et al., 1995). Ο ρυθµός ιζηµατογένεσης στην περιοχή µελέτης ΡΑΡ είναι περίπου 3,5 cm/ky (1000 χρόνια), ενώ στον Ειρηνικό ωκεανό και συγκεκριµένα στην περιοχή East Pacific Rise, fracture zone, είναι περίπου 1,5 cm/ky (Varnavas & Papaioannou, 1983; Billet & Rice, 2001). Μεγάλοι ρυθµοί ιζηµατογένεσης παρατηρούνται κυρίως σε περιοχές, όπου εισάγονται µεγάλες ποσότητες ετερογενών υλικών από τη χέρσο στην ωκεάνια δεξαµενή. Τέτοιες περιοχές είναι κυρίως οι παράκτιες ζώνες και οι εκβολές των ποταµών. Μεσαίες τιµές σε ρυθµούς ιζηµατογένεσης παρατηρούνται κυρίως σε περιοχές αποµακρυσµένες από την παράκτια ζώνη, οι οποίες εµφανίζουν έντονη πρωτογενή παραγωγή. Μικροί ρυθµοί ιζηµατογένεσης παρατηρούνται κυρίως στις ολιγοτροφικές περιοχές, που βρίσκονται µακριά από την παράκτια ζώνη και µακριά από πηγές εισαγωγής ετερογενών υλικών στην ωκεάνια δεξαµενή. Η πρωτογενής παραγωγή µεταβάλλεται από τόπο σε τόπο, αλλά και από εποχή σε εποχή. Ανάλογα µε το ποσοστό του οργανικού άνθρακα που ανιχνεύτηκε στο επιφανειακό στρώµα των ιζηµάτων του πυθµένα, οι περιοχές χαρακτηρίζονται ως ευτροφικές (µε ποσοστό οργανικού άνθρακα, Corg µεταξύ 0,25 και 1,25%) και ολιγοτροφικές (µε ποσοστό οργανικού άνθρακα, Corg<0,25%, σχ 1.5 ). Η περιοχή µελέτης ΡΑΡ είναι ευτροφική µε ποσοστό ολικού οργανικού άνθρακα (ΤΟC) που ανιχνεύτηκε στο επιφανειακό στρώµα των ιζηµάτων του πυθµένα να κυµαίνεται από 0,35 έως 0,45% (Billet & Rice, 2001). Τόσο στον Ειρηνικό, όσο και στον Ινδικό ωκεανό περίπου το 50% των ιζηµάτων του πυθµένα παρουσιάζουν ποσοστά οργανικού άνθρακα <0,25%. Η παγκόσµια κατανοµή της ηµερήσιας παραγωγής οργανικού άνθρακα στο επιφανειακό στρώµα της υδάτινης στήλης φαίνεται στο σχήµα 1.6. Είναι φανερό πως η πρωτογενής παραγωγή είναι µεγαλύτερη στις παράκτιες περιοχές σε σύγκριση µε τον ανοικτό ωκεανό. Αυτό παρατηρείται και στους τρεις ωκεανούς. Σελίδα 10

18 Επίσης ευτροφικές ζώνες παρατηρούνται και σε περιοχές, όπου παρουσιάζεται το φαινόµενο της ανάβλυσης (upwelling). Κατά την διάρκεια αυτού του φαινοµένου, υποεπιφανειακά στρώµατα νερού που είναι πλούσια σε θρεπτικά συστατικά έρχονται στην επιφάνεια εµπλουτίζοντας τα φτωχά σε θρεπτικά συστατικά επιφανειακά στρώµατα µε αποτέλεσµα την αύξηση της πρωτογενούς παραγωγής. Τέτοιες περιοχές είναι η δυτική και νοτιοδυτική Αφρική, το Περού, η δυτική Αµερική, η δυτική Αυστραλία, η Ινδία, η νοτιοανατολική Ασία κ.ά. Αντιθέτως ολιγοτροφικές περιοχές απαντώνται 10 ο και 40 ο βόρεια και νότια από τον ισηµερινό και στους τρεις ωκεανούς (Chester, 1993). Σχ 1.6: Παγκόσµια κατανοµή της πρωτογενούς παραγωγής στο ωκεάνιο περιβάλλον (Chester, 1993). Από τα όσα πιο πάνω αναφέρθηκαν είναι φανερό πως το ωκεάνιο περιβάλλον είναι ένα σύστηµα, το οποίο εξελίσσεται και µεταβάλλεται δια µέσου των γεωλογικών εποχών. Η ισορροπία του συστήµατος εξαρτάται από µεγάλο πλήθος παραγόντων, και παρά τις διαφοροποιήσεις που υπάρχουν µεταξύ των τριών κύριων ωκεανών, εµφανίζουν µία εκπληκτική νοµοτέλεια που ως τελικό αποτέλεσµα έχει την διατήρηση της ζωής στον πλανήτη Γη. Σελίδα 11

19 1.2 Γεωγραφική θέση της περιοχής µελέτης ΡΑΡ Η περιοχή µελέτης βρίσκεται στον βόρειο Ατλαντικό ωκεανό, περίπου 270 km νοτιοδυτικά της Ιρλανδίας. Η κεντρική τοποθεσία µε γεωγραφικό πλάτος 48 ο 50 Ν και γεωγραφικό µήκος 16 ο 30 W ονοµάζεται Porcupine Abyssal Plain (PAP) και βρίσκεται µακριά τόσο από την ηπειρωτική λεκάνη προς τα ανατολικά, όσο και από την µεσοωκεάνια ράχη του Ατλαντικού στα δυτικά (σχ. 1.7). Σχ. 1.7: Η περιοχή µελέτης Porcupine Abyssal Plain (PAP) στον βόρειο Ατλαντικό ωκεανό (McCartney, 1992, τροποποιηµένος). Η ΡΑΡ βρίσκεται στο µέσο δύο πολύ σπουδαίων περιοχών που είχαν επιλεγεί ως σταθµοί δειγµατοληψίας κατά την διάρκεια δύο µεγάλων προγραµµάτων µελέτης των ωκεάνιων συστηµάτων. Η πρώτη βρίσκεται µεταξύ 47 ο Ν και 20 ο W στους πρόποδες της µεσοωκεάνιας ράχης του Ατλαντικού και ήταν αντικείµενο µελέτης Σελίδα 12

20 κατά την διάρκεια του προγράµµατος Joint Global Ocean Flux Study (JGOFS), περίπου 350 km νοτιοδυτικά από την περιοχή µελέτης PAP (Ducklow & Harris, 1993). Η δεύτερη περιοχή εκτείνεται νοτιοδυτικά της Ιρλανδίας και ήταν αντικείµενο µελέτης κατά την διάρκεια των προγραµµάτων Ocean Margin Exchange I και ΙΙ (OMEX I και II, van Weering et al., 1998). 1.3 Γεωµορφολογία της περιοχής µελέτης Η περιοχή µελέτης (PAP) είναι µία εκτεταµένη επίπεδη περιοχή στον ΒΑ Ατλαντικό ωκεανό και δεν παρουσιάζει ανωµαλίες στην τοπογραφία του πυθµένα. Τα ιζήµατα του πυθµένα χαρακτηρίζονται ως foraminiferal chalk oozes µε περιεχόµενο σε CaCO 3 που κυµαίνεται από 41,8 έως 74,5% (Varnavas et al., 2001, εικ. 1.1). Το µέγεθος των κόκκων κυµαίνεται µεταξύ 8,0 µm και 8,6 µm, ενώ ο βαθµός ιζηµατογένεσης είναι περίπου 3,5cm / ky (Rice et al., 1991). Εικ. 1.1: Ιζήµατα του πυθµένα στην περιοχή µελέτης ΡΑΡ στον βόρειο Ατλαντικό ωκεανό. Οι τρεις οργανισµοί που διακρίνονται ανήκουν στο είδος Αmperima rosea (holothurian). Εξώφυλλο, Progress in Oceanography (2001) vol. 50, issue 1-4. Έστω και εάν δεν παρατηρούνται ανωµαλίες στην τοπογραφία του πυθµένα, η περιοχή PAP είναι πιο πολύπλοκη όσον αφορά στην βαθυµετρία της (σχ. 1.8). Στην περιοχή ΡΑΡ παρατηρείται µία ξαφνική εποχική εναπόθεση υλικού (phytodetritus) στον πυθµένα του ωκεανού µε αποτέλεσµα την απόκριση και δραστηριοποίηση των βενθικών οργανισµών. Η δραστηριότητα αυτή µεταβάλλει τα βιογεωχηµικά χαρακτηριστικά της περιοχής, που σε συνδυασµό µε τα φυσικοχηµικά Σελίδα 13

21 χαρακτηριστικά, την γεωγραφική θέση και την τοπογραφία του πυθµένα, συνθέτουν την ενδιαφέρουσα από επιστηµονικής απόψεως εικόνα της. Η κυρίως εποχιακή µεταβολή της ροής του οργανικού υλικού που φτάνει στον πυθµένα των ωκεανών έχει πρωτίστως παρατηρηθεί στην άβυσσο του βορείου Ειρηνικού ωκεανού (Smith et al., 1992) και σε µερικές περιοχές του βορείου Ατλαντικού ωκεανού (Asper et al., 1992). Σχ. 1.8: Βαθυµετρία στην περιοχή µελέτης PAP (Rice et al., 1994). Η ξαφνική εναπόθεση υλικού (phytodetritus) στον πυθµένα του Ατλαντικού ωκεανού και η άµεση απόκριση των βενθικών οργανισµών σε αυτήν την διαδικασία είναι ένα φαινόµενο που ερευνήθηκε πρώτα για την περιοχή που εκτείνεται νοτιοδυτικά της Ιρλανδίας (Billett et al., 1983; Lampitt, 1985; Gooday, 1988; Gooday & Lambshead, 1989) και αποδόθηκε αρχικά στις τοπικές υδρογραφικές συνθήκες. ιαπιστώθηκε ότι η εµφάνιση του πυθµένα του ωκεανού µπορεί να αλλάξει σε διάστηµα ολίγων µόνον ηµερών και ότι αυτό οφείλεται κυρίως στα υπολείµµατα φυτοπλαγκτόν, που προέρχονται από τα επιφανειακά στρώµατα της υδάτινης στήλης (Billet et al., 1983). Σελίδα 14

22 Η σύνθεση του φυτοπλαγκτόν σχετίζεται µε την σύσταση των επιφανειακών στρωµάτων της υδάτινης στήλης και συνδέεται άµεσα µε τις βιογεωχηµικές διεργασίες που συµβαίνουν κατά την µεταφορά του από τα επιφανειακά στρώµατα προς τον πυθµένα του ωκεανού στην περιοχή µελέτης. Ο ρυθµός µεταφοράς του υλικού αυτού υπολογίζεται σε 100 m/d έως 120 m/d (Lampitt, 1985; Lampitt et al., 2001) µια τιµή αρκετά µεγαλύτερη από αυτήν που µετρήθηκε σε εργαστηριακά πειράµατα (Smayda, 1970). Αυτή η διαδικασία έχει σαν αποτέλεσµα κατά διαστήµατα να παρατηρούνται παροδικές αλλαγές στις συγκεντρώσεις του αιωρούµενου υλικού κυρίως σε στρώµατα της υδάτινης στήλης που βρίσκονται κοντά στον πυθµένα, αλλά και αλλαγές όσον αφορά στην σύσταση των ιζηµάτων του πυθµένα (Biscaye et al., 1980; Pak, 1983; Gardner et al., 1984). Η επαναιώρηση των επιφανειακών στρωµάτων των ιζηµάτων σε πολλές περιπτώσεις έχει αποδοθεί σε δίνες στην υδάτινη στήλη και στην ύπαρξη ισχυρών ρευµάτων σε διάφορες περιοχές (Hollister & McCave, 1984), όµως τέτοιες συνθήκες δεν έχουν παρατηρηθεί στην περιοχή µελέτης PAP. Στην PAP η επαναιώρηση των ιζηµάτων και οι εποχικές µεταβολές στην σύστασή τους οφείλονται τόσο στην αυξηµένη δραστηριότητα των βενθικών οργανισµών (bioturbation), που παρατηρείται σε εποχές υψηλού βαθµού πρωτογενούς παραγωγής (primary production), όσο και στα ιδιαίτερα φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά της. Στην περιοχή µελέτης η πρωτογενής αυτή παραγωγή που λαµβάνει χώρα στην ευφωτική ζώνη (έως 50 m) του βορείου Ατλαντικού ωκεανού, παρατηρείται την άνοιξη, είναι γνωστή ως North Atlantic Spring Bloom (Esaias et al., 1986) και έχει αποτελέσει την κεντρική ιδέα οικοδόµησης του προγράµµατος North Atlantic Bloom Experiment (NABE) (Ducklow & Harris, 1993). Το φαινόµενο αυτό εκτείνεται στην ευρύτερη περιοχή του Ατλαντικού ωκεανού και έχει γίνει το αντικείµενο µελέτης και άλλων ερευνητών (Hecker, 1990; Thiel et al., 1990; Pfannkuche, 1993). Σελίδα 15

23 1.4 Υδρογραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής µελέτης Οι υδάτινες µάζες των ωκεανών συχνά χαρακτηρίζονται από στοιχεία που αφορούν στην θερµοκρασία και την αλατότητά τους (thermohaline conservative properties). O Helland-Hansen πρώτος εισήγαγε την ιδέα των διαγραµµάτων θερµοκρασίας αλατότητας (Temperature/Salinity, T/S), ενώ µελέτες άλλων ερευνητών συνδύασαν την µίξη των υδάτινων µαζών µε την θερµοκρασία και την αλατότητα (Rice et al., 1991). Ο Hargreaves (1984) δηµοσίευσε διαγράµµατα T/S για την περιοχή µελέτης, ενώ κατακόρυφες κατανοµές θερµοκρασίας, αλατότητας και οξυγόνου που δηµοσιεύθηκαν από άλλους ερευνητές συµπληρώνουν την εικόνα για την δοµή και τα χαρακτηριστικά των υδάτινων µαζών στην περιοχή (Lee & Ellet, 1965; Harvey, 1982; Vangriesheim, 1985; Ellett et al., 1986). Πίνακας 1.1: Επεξήγηση των συντµήσεων της ορολογίας. Συµβολισµός Επεξήγηση Απόδοση στα Ελληνικά NEADW AABW MW LSW ENACW CW ENACWp ENACWt LDW NAC North Eastern Atlantic Deep Water Antarctic Bottom Water Mediterranean Water Labrator Sea Water Eastern North Atlantic Central Water Central Water Eastern North Atlantic Central Water Subpolar Eastern North Atlantic Central Water subtropical Lower Deep Water North Atlantic Current Βαθύ νερό του βορειοανατολικού Ατλαντικού ωκεανού. Νερό του πυθµένα της Ανταρκτικής. Νερό της Μεσογείου. Νερό της θάλασσας Λαµπραντόρ. Νερό του ανατολικού βορείου Ατλαντικού ωκεανού. Κεντρικά νερά. Υποπολικό νερό του ανατολικού βορείου Ατλαντικού ωκεανού. Υποτροπικό νερό του ανατολικού βορείου Ατλαντικού ωκεανού. Χαµηλότερο βαθύ νερό. Ρεύµα του βορείου Ατλαντικού ωκεανού. Υδάτινες µάζες µε θερµοκρασία < 4 0 C χαρακτηρίζονται ως βαθιά νερά, ενώ υδάτινες µάζες µε θερµοκρασία > 4 0 C χαρακτηρίζονται ως µεσαία (Harvey, 1982). Σελίδα 16

24 Σε αυτό το σηµείο είναι χρήσιµο να δοθεί η επεξήγηση των συντµήσεων της ορολογίας, η οποία θα χρησιµοποιηθεί πιο κάτω (πιν. 1.1). Στην περιοχή µελέτης µεταξύ των υδάτινων µαζών που βρίσκονται 1500 και 2000 m από την επιφάνεια τη θάλασσας παρατηρούνται µεταβολές στα T/S χαρακτηριστικά. Πιο συγκεκριµένα η αλατότητα παρουσιάζει ένα µέγιστο στα 950 µε 1000 m βάθος δηλώνοντας την παρουσία νερού της Μεσογείου θάλασσας (Mediterranean Water, MW) και ένα ελάχιστο στα περίπου 2000 m βάθος, που οφείλεται στην παρουσία του Labrator Sea Water (LSW). Πάνω από το MW και σε βάθος περίπου 750 m βρίσκεται το κεντρικό νερό του ΒΑ Ατλαντικού ωκεανού (Eastern Notrh Atlantic Central water, ENACW, Rice et al., 1991; Pollard et al., 1996). Ως κεντρικά νερά (Central Waters, CW) χαρακτηρίζονται οι υδάτινες µάζες, που βρίσκονται σε βάθος µεταξύ αυτού που παρατηρείται απότοµη αλλαγή θερµοκρασίας εποχικά και του κυρίου βάθους, όπου γενικά παρατηρείται απότοµη θερµοκρασιακή µεταβολή (seasonal & main thermocline, Castro et al., 1998). Η µεταβολή του οξυγόνου είναι σχεδόν αντίστροφη από την µεταβολή της αλατότητας παρουσιάζοντας ένα ελάχιστο στο επίπεδο, που παρατηρείται το µέγιστο της αλατότητας του MW, και ένα µέγιστο στο επίπεδο, όπου παρατηρείται το ελάχιστο της αλατότητας του LSW. To βάθος όπου παρατηρείται θερµοκρασιακή µεταβολή κυµαίνεται µεταξύ 600 m και 1400 m. Σε αυτό το βάθος η θερµοκρασία µειώνεται από 10 0 C σε περίπου 4 0 C. Το βάθος όπου παρατηρείται απότοµη αλλαγή θερµοκρασίας εποχικά είναι περίπου 50 m. Κάτω από 2000 m βάθος παρατηρούνται µόνο πολύ µικρές µεταβολές στην θερµοκρασία και την αλατότητα (Rice et al., 1991). Η µέγιστη τιµή της αλατότητας που παρατηρείται πάνω από το LSW αποδίδεται στο νερό της Μεσογείου (MW). Κατά µήκος 42 0 Ν το MW βρίσκεται περίπου στα 1000 m µε τιµή αλατότητας περίπου 36% 0 και θερµοκρασία περίπου, 10 0 C. Η είσοδος του MW στον Ατλαντικό ωκεανό γίνεται µεταξύ 30 0 Ν και 42 0 Ν µέσω του πορθµού του Γιβραλτάρ (Arhan et al., 1994). Η παρουσία του MW εκτείνεται έως και 50 0 Ν W (Tsuchiya et al., 1992). Στην περιοχή µελέτης το ENACW έχει θερµοκρασία που κυµαίνεται µεταξύ 8,5 o C και 15 o C και αλατότητα να κυµαίνεται µεταξύ 35,2% 0 και 36,1% 0. Υπάρχουν δύο τύποι του ENACW. Ο ένας τύπος βρίσκεται βόρεια των 42 0 Ν και λέγεται υποπολικό (subpolar, ENACW p, Pollard et al., 1996). O άλλος τύπος βρίσκεται βόρεια από το ρεύµα των Αζόρων, περίπου 36 0 Ν, και αναφέρεται ως υποτροπικό Σελίδα 17

25 (subtropical, ENACW t, Fraga et al., 1982; Pollard & Pu, 1985). Τα T/S χαρακτηριστικά του ENACW t είναι θερµοκρασία µεταξύ 14 0 C και 14,8 0 C και αλατότητα µεταξύ 35,9% 0 και 36,1% 0. Τα T/S χαρακτηριστικά του ENACW p είναι θερµοκρασία περίπου 8,56 0 C και αλατότητα 35,23% 0 (Castro et al., 1998). Κάτω από τα 3000 m η µάζα του νερού ονοµάζεται NEADW (North Eastern Atlantic Deep Water) και χαρακτηρίζεται από οµοιογένεια όσον αφορά τα T/S χαρακτηριστικά του (θερµοκρασία 2,03 0 C έως 2,5 0 C και αλατότητα 34,89% 0 έως 34,94% 0 ) καθώς και από - υψηλές συγκεντρώσεις θρεπτικών αλάτων (NO 3 > 20 µmol/l και S i O -4 4 > 24 µmol/l, Castro et al., 1998). Τα βαθύτερα στρώµατα της λεκάνης του ΒΑ Ατλαντικού ωκεανού επηρεάζονται από το AABW και το LDW (Antarctic Bottom Water, Lower Deep Water). To AABW εισέρχεται στον βόρειο Ατλαντικό ωκεανό διασχίζοντας τον Ισηµερινό από τα δυτικά και διαχέεται βόρεια στο εσωτερικό του (Mantyla & Reid, 1983). Το πέρασµα του AABW από την δυτική προς την ανατολική λεκάνη του βορείου Ατλαντικού ωκεανού γίνεται διαµέσου του Vema Fracture Zone στις 11 0 Ν, ενώ η επιρροή του εκτείνεται βόρεια έως 30 0 Ν και ακόµα βορειότερα προς τα ανατολικά (Saunders, 1987; McCartney et al., 1991), έχει δε ροή που κυµαίνεται µεταξύ 4-5 x 10 6 m 3 /s (Mc Cartney, 1992). H θερµοκρασία του στον Ισηµερινό είναι 0,6 0 C, ενώ βορειότερα 25 0 Ν στην ανατολική λεκάνη του βορείου Ατλαντικού ωκεανού φτάνει στους 1,89 0 C (McCartney, 1992). Η επιρροή του AABW στα χαρακτηριστικά του LDW, που µε µία ροή της τάξεως των 2x10 6 m 3 /s εισέρχεται στην άβυθο της Ιβηρικής χερσονήσου, έχει αναλυθεί από τον McCartney (1992). Η θερµοκρασία του LDW µεταβάλλεται από 1,9 0 C νότια των Αζoρών σε 2 0 C έως 2,3 0 C στην άβυθο της Ιβηρικής χερσονήσου, φτάνοντας βορειότερα στην λεκάνη της υτικής Ευρώπης. Κατά µήκος 47 0 Ν ο McCartney (1992) παρατήρησε ότι η συγκέντρωση των πυριτικών αυξάνεται περισσότερο σε σχέση µε την θερµοκρασία κατά την ροή του LDW προς τα βόρεια, ενώ η συγκέντρωση του οξυγόνου µειώνεται για µία δεδοµένη θερµοκρασία. Για παράδειγµα στην ισόθερµη των 2,2 0 C σε 4000 m βάθος τα πυριτικά εµφανίζουν συγκέντρωση 42 µmol/l ακολουθώντας µία σταδιακή αύξηση από τα ανώτερα προς τα κατώτερα στρώµατα της υδάτινης στήλης, ενώ το οξυγόνο παρουσιάζει ελάχιστο (5,8 ml/l) ακολουθώντας µία βαθµιαία µείωση της συγκέντρωσής του από τα ανώτερα προς τα κατώτερα στρώµατα της υδάτινης στήλης. Αυτές οι µεταβολές και τα χαρακτηριστικά των υδάτινων µαζών σχετίζονται Σελίδα 18

26 µε την προς βορά ροή τόσο του AABW όσο και του LDW, ενώ όσον αφορά την κατακόρυφη κατανοµή η προς τα κάτω κίνηση (downwelling) είναι εµφανής στα στρώµατα της υδάτινης στήλης που εκτείνονται έως 800m βάθος και σχετίζονται άµεσα µε µία γενική καταβύθιση που παρατηρείται λόγω εξάτµισης των ανώτερων στρωµάτων της υδάτινης στήλης. Από 800 m έως και περίπου 4000 m βάθος παρατηρείται το φαινόµενο της ανάβλυσης (upwelling) µε έναν ρυθµό της τάξεως των 5x10-4 cm/s, σαφώς µεγαλύτερο από την τιµή 1x10-5 cm/s που είναι τυπική για το φαινόµενο της ανάβλυσης σε αβυθικές λεκάνες (Macdonald, 1998). Μετρήσεις των ρευµάτων στην περιοχή µελέτης έδειξαν ότι ακολουθούν ηµιηµερησία ταλάντευση που είναι αποτέλεσµα της παλίρροιας στην περιοχή. Η µέση ταχύτητα των ρευµάτων ήταν 5 cm/s σε απόσταση 15 m και 140 m πάνω από την επιφάνεια του πυθµένα, ενώ η µέγιστη ταχύτητα που καταγράφηκε ήταν 13 cm/s. Σε απόσταση 0,5 m από τον πυθµένα η ταχύτητα ήταν µικρότερη µε µία µέση τιµή των 3,5cm/s, ενώ η µέγιστη ταχύτητα που καταγράφηκε σε αυτό το βάθος ήταν 9 cm/s (Vangriesheim et al., 2001). Η κατεύθυνση των ρευµάτων είναι κυρίως βόρεια βορειοανατολική, όµως υπάρχει µια περίοδος (χειµώνας 1997), κατά την οποία παρατηρήθηκε κατεύθυνση προς τα δυτικά. Οι µεταβολές στην θερµοκρασία ήταν πολύ µικρές στα βάθη των 0,5 m, 15 m και 140 m πάνω από τον πυθµένα και δεν βοηθούν ώστε να κατανοήσουµε τις παλιρροιακές µεταβολές που πιθανόν να επηρεάζουν το φαινόµενο της επαναιώρησης στην περιοχή µελέτης (Vangriesheim et al., 2001). 1.5 Μετεωρολογικές συνθήκες στην περιοχή µελέτης Είναι γνωστό ότι κατά την διάρκεια του χειµώνα η ανάµιξη των υδάτινων µαζών των ωκεανών (mixing) ρυθµίζεται κατά κύριο λόγο από θερµοκρασιακές µεταβολές µεταξύ του αέρα και της θάλασσας. Το καλοκαίρι η διαδικασία ανάµιξης των υδάτινων µαζών των ωκεανών οφείλεται κυρίως στην ένταση και την διεύθυνση του ανέµου (Ryabckenko et al., 1998). Στον βόρειο Ατλαντικό ωκεανό το βάθος όπου παρατηρείται η ανάµιξη κατά τον χειµώνα (Winter Mixed Layer, WML) κυµαίνεται από 25 m σε περιοχές κοντά στον ισηµερινό έως και βάθος µεγαλύτερο των 600 m σε περιοχές του ΒΑ Ατλαντικού ωκεανού (Marshall et al., 1993). Σελίδα 19

27 Όπως προκύπτει από την µελέτη της βιβλιογραφίας ο εποχικός κύκλος του κατώτερου συνόρου του ανώτερου στρώµατος ανάµιξης (Upper Mixed Layer, UML) στην περιοχή µελέτης προσδιορίστηκε χρησιµοποιώντας το µοντέλο Kraus-Turner (Ryabchenko et al., 1998). To µοντέλο αυτό απαιτεί ως δεδοµένα την ταχύτητα του ανέµου, την θερµοκρασία του αέρα και την αλατότητα του επιφανειακού στρώµατος της υδάτινης στήλης. Τα κατώτερα σύνορα του UML προσδιορίστηκαν στα 125 m και 250 m (Lampitt et al., 2001). H µεταβολή του WML είναι πολύ απότοµη στην περιοχή µελέτης και ακόµα µικρές και ασήµαντες µετακινήσεις κατά µήκος του γεωγραφικού πλάτους εντός του έτους έχουν ως αποτέλεσµα να παρατηρούνται µεγάλες αλλαγές στο βάθος ανάµιξης των υδάτινων µαζών. Το µέγεθος, που κατά κύριο λόγο περιγράφει την αλληλεπίδραση µεταξύ των ανέµων και των υδάτινων µαζών στο ωκεάνιο περιβάλλον, είναι η κινητική ενέργεια δίνης (eddy kinetic energy, KE). Πολλοί ερευνητές έχουν αναπτύξει µοντέλα υπολογισµού της ΚΕ µε σκοπό να προσδιορίσουν ή και να προβλέψουν την συµπεριφορά των ωκεανών σε αλλαγές των διευθύνσεων και των εντάσεων των ανέµων (Gill et al., 1974; Frankignoul and Muller, 1979; Large et al., 1991). Από την µελέτη µετεωρολογικών δεδοµένων διαφαίνεται, ότι οι ατµοσφαιρικές µεταβολές σε µέσα και υψηλά γεωγραφικά πλάτη στους ωκεανούς ακολουθούν έναν εποχικό κύκλο που εµφανίζει µέγιστο κατά την διάρκεια του χειµώνα και ελάχιστο κατά την διάρκεια του καλοκαιριού. Ο ίδιος επίσης κύκλος παρατηρείται και για την µεταβολή της κινητικής ενέργειας δίνης, έστω και εάν οι εποχικές αυτές µεταβολές της ΚΕ µπορεί πιθανόν να επηρεάζονται και από τις εποχικές µεταβολές στο σύστηµα των ρευµάτων και όχι µόνο από την ένταση και διεύθυνση του ανέµου σε µία περιοχή (Stammer et al., 2001). Η πρώτη ένδειξη για την εποχική µεταβολή στα επίπεδα της ΚΕ ήταν από τους Dikson et al. (1982), που ανέφεραν µέγιστη τιµή της ΚΕ κατά την διάρκεια του χειµώνα, συνδυάζοντάς την µε δεδοµένα στην ένταση των ρευµάτων σε πολλές περιοχές του ΒΑ Ατλαντικού ωκεανού, ανατολικά των 20 0 W. Έτσι χρησιµοποίησαν τα δεδοµένα τους ως απόδειξη για την άµεση επίδραση των ανέµων στην παραγωγή δινών, όµως ούτε οι Dikson et al. (1982) ούτε και οι Muller and Siedler (1992) µπόρεσαν να ανιχνεύσουν σηµαντικές εποχικές µεταβολές στην ένταση των ρευµάτων σε περιοχές που εκτείνονται νοτιότερα, στην ανατολική λεκάνη του βορείου Ατλαντικού ωκεανού. Ο Richardson (1983) ανέφερε µέγιστη τιµή ΚΕ κατά την διάρκεια την άνοιξης (Μάιος / Ιούνιος) κατά µήκος του ρεύµατος του βορείου Σελίδα 20

28 Ατλαντικού ωκεανού (North Atlantic Current, NAC), µεταξύ 40 0 Ν Ν και 45 0 W W. Επίσης βρήκε ένα ελάχιστο τον Ιούλιο / Αύγουστο και ένα επίσης µέγιστο µεταξύ φθινοπώρου και ανοίξεως. Οι Stammer et al. (2001) µελέτησαν τις εποχικές µεταβολές που παρουσιάζει η ΚΕ στο βόρειο Ατλαντικό ωκεανό και συγκεκριµένα βόρεια των 40 0 Ν χρησιµοποιώντας δεδοµένα τεσσάρων χρόνων των White and Heywood (1995). Επίσης µελέτησαν τις αλλαγές σε διαχρονική κλίµακα χρησιµοποιώντας δεδοµένα των Stammer and Wunsch (1999). Από την µελέτη αυτή προέκυψε ότι η σηµαντική επίδραση των ανέµων στην παραγωγή δινών και την κυκλοφορία των υδάτινων µαζών φαίνεται να βρίσκεται σε συµφωνία µε τα δεδοµένα των Wunsch and Stammer (1998), που µελέτησαν την επιρροή των υψοµετρικών διαφορών σε αλλαγές του φαινοµένου της παγκόσµιας κυκλοφορίας των υδάτινων µαζών στους ωκεανούς. Η µελέτη τους βασίστηκε στα µοντέλα που αναπτύχθηκαν κατά το πρόγραµµα Dynamics of North Atlantic Models (DYNAMO Group, 1997) και έδειξε ότι η ΚΕ είναι µεγαλύτερη των 100 cm 2 /s 2 (έως βάθος 350m) στην περιοχή που βρίσκεται βόρεια των 30 0 Ν και ανατολικά των 60 0 W και επηρεάζεται από το ρεύµα του βορείου Ατλαντικού ωκεανού (NAC). Χαρακτηρίζεται ως περιοχή υψηλής ενέργειας (ΚΕ>100 cm 2 /s 2 ) µε την ΚΕ να µειώνεται σε τιµές <20 cm 2 /s 2 στο βάθος των 4000 m, σε όλες τις εποχές. Περιοχές χαµηλότερης ενέργειας (ΚΕ<50cm 2 /s 2 ) είναι οι περιοχές της θάλασσας του Λαµπραντόρ και της Νορβηγίας (Labrador Sea, LS, και Norwegian Sea, NS) και οι βόρειες και νότιες περιοχές του ΒΑ Ατλαντικού ωκεανού (North East Atlantic northern, NEA n και North East Atlantic Southern NEA s ). Στην περιοχή NEA n η ΚΕ εµφανίζει την υψηλότερη τιµή των 10 cm 2 /s 2 στην επιφάνεια, ενώ µειώνεται σταδιακά έως τα 4000 m φτάνοντας σε τιµές µικρότερες των 0,25 cm 2 /s 2 κατά την διάρκεια όλων των εποχών. Η περιοχή ΝΕΑ s, εντός της οποίας βρίσκεται η περιοχή Porcupine Abyssal Plane (PAP), εµφανίζει ακόµα µικρότερες τιµές ΚΕ µε την µέγιστη τιµή των 5 cm 2 /s 2 να παρατηρείται στην επιφάνεια κατά το φθινόπωρο, ενώ στα 300 m από την επιφάνεια της θάλασσας παρατηρείται µία µικρή µείωση. Από τα 300 m έως τα 600 m παρατηρείται µια µικρή αύξηση της ΚΕ, που συνδυάζεται µε την ανάµιξη των υδάτινων µαζών που παρατηρείται στην περιοχή (Winter Mixed Layer, Marshall et al., 1993). Από τα 600 m έως τα 4000 m σηµειώνεται µία σταδιακή µείωση της ΚΕ Σελίδα 21

29 σε τιµές µικρότερες των 0,25 cm 2 /s 2 που παρατηρείται όλες τις εποχές (Stammer et al., 2001). Για την περιοχή µελέτης ΡΑΡ οι µικρές τιµές ΚΕ είναι σε συµφωνία µε τις καταγραφές των ρευµάτων που έδειξαν µικρές ταχύτητες τόσο στην υδάτινη στήλη που εκτείνεται 0,5 m πάνω από τον πυθµένα (ταχύτητα ρευµάτων 3,5 cm/sec), όσο και στην υδάτινη στήλη σε βάθος που εκτείνεται µεταξύ 15 m και 140 m πάνω από τον πυθµένα (ταχύτητα ρευµάτων 5 cm/sec έως 13 cm/sec, Vangriesheim et al., 2001). Τα όσα πιο πάνω αναφέρθηκαν αποδεικνύουν ότι η περιοχή µελέτης είναι ουσιαστικά µια ήρεµη περιοχή, στην οποία δεν έχουν καταγραφεί αβυθικές καταιγίδες (benthic storms). 1.6 Ανασκόπηση στην έρευνα του βόρειου Ατλαντικού ωκεανού Στα παράλια του Ατλαντικού ωκεανού µεταξύ της Ιβηρικής χερσονήσου και της Ιρλανδίας οι Κέλτες ανάπτυξαν την ναυσιπλοΐα µε κύριο σκοπό την µετανάστευση προς εύφορες περιοχές που θα τους εξασφάλιζαν τροφή. Η περιοχή που εκτείνεται νοτιοδυτικά της Ιρλανδίας, περίπου 180 ΝΜ (333 km) από τον βορά προς τον νότο και 100 ΝΜ από τα ανατολικά προς τα δυτικά είναι γνωστή ως Porcupine Seabight και αποτελεί την περιοχή, η οποία πραγµατικά πρώτη εξερευνήθηκε από επιστηµονικής απόψεως στον βόρειο Ατλαντικό ωκεανό. Η πρώτη ερευνητική αποστολή έλαβε χώρα µε το ωκεανογραφικό HMS Porcupine το 1869, ενώ το ίδιο ωκεανογραφικό πλοίο είχε επτά χρόνια νωρίτερα ανακαλύψει βορειότερα (52 0 N) µια άλλη περιοχή που ονοµάστηκε Porcupine Bank (Rice, 1986). Στις 24 Μαΐου του 1876 ύστερα από ένα επικό ταξίδι τριών χρόνων και εννέα µηνών το ωκεανογραφικό HMS Challenger (µία ξύλινη κορβέτα 2306 τόνων) επιστρέφει στην Αγγλία ύστερα από µια επιτυχή επιστηµονική εξερεύνηση των ωκεανών. Το µέλος του επιστηµονικού προσωπικού John Murroy ήταν αυτός που πρώτος πληροφόρησε την κοινή γνώµη για τα επιστηµονικά επιτεύγµατα και την συλλογή δειγµάτων από τον πυθµένα των ωκεανών κατά την διάρκεια του ταξιδιού. Έτσι ουσιαστικά άρχισε και η ενδελεχής µελέτη των ιζηµάτων του πυθµένα των ωκεανών (Brown et al., 1995). Μέσα στα επόµενα χρόνια πολλά ωκεανογραφικά πλοία επισκέφθηκαν την περιοχή µελέτης µεταξύ αυτών τα, Lord Bandon (1885, 1886 και το 1888 µε Σελίδα 22

30 ονοµασία Flying Falcon); Flying Fox (1889); Research (1889); Fingal (1890); Harlequin (1891); Helga and Helga II ( ) και Michael Sars (1910). Στις περισσότερες από αυτές τις αποστολές συλλέχθηκαν µικροί αριθµοί δειγµάτων, όµως κατά την διάρκεια των αποστολών Helga και Helga II έγινε µια πιο εµπεριστατωµένη δειγµατοληψία πολλών σταθµών και συλλέχθηκαν δείγµατα έως και 1600 m βάθος. Μετά τον πρώτο παγκόσµιο πόλεµο την περιοχή επισκεπτόταν λιγότερο συχνά το Γαλλικό ωκεανογραφικό President Theodore Tissier, το Το 1948 ο γάλλος ωκεανογράφος Le Danois δηµοσίευσε µια σύνοψη εστιάζοντας κυρίως στην βιολογία και τους πληθυσµούς των βενθικών οργανισµών παραθέτοντας στοιχεία που είχε συλλέξει από τις προηγούµενες αποστολές, αλλά και από την δική του ερευνητική εµπειρία, απόρροια των τριάντα χρόνων µελετών σε δείγµατα που είχε συλλέξει στις ακτές της Ισπανίας, της Γαλλίας και της Ιρλανδίας κατά την διάρκεια ερευνητικών αποστολών που χρηµατοδοτήθηκαν από το Office Scientifique et Technique de Peches Maritime της Γαλλίας (Rice, 1986). Αργότερα στις δεκαετίες του 1950 και 1960 οι επιστήµονες εστίασαν τις έρευνές τους όσον αφορά στην βαθιά θάλασσα (deep-sea benthic studies) µακριά από την Ευρώπη, κυρίως στον δυτικό Ατλαντικό ωκεανό. Στον βορειοανατολικό Ατλαντικό ωκεανό το 1972 ξεκίνησε ένα πολύ σπουδαίο γαλλικό πρόγραµµα (BIOGAS) στον κόλπο Biscay και ένα πολύ σηµαντικό πρόγραµµα της Scottish Marine Biological Association στην περιοχή Rockall Trough (Gage et al., 1980). Μεταξύ 1977 και 1986 µία εκτεταµένη έρευνα ξεκίνησε στην περιοχή Porcupine Seabight στα νοτιοδυτικά της Ιρλανδίας. Η έρευνα αυτή αφορούσε την βιολογία στην αβυθική λεκάνη της περιοχής και έγινε από το Institute of Oceanographic Sciences Deacon Laboratory (IOSDL) της Μ. Βρετανίας. Στην περιοχή αυτή κατά την διάρκεια του προγράµµατος (IOSDL DEEPSEAS programme) έγιναν 24 αποστολές και συλλέχθηκαν πάνω από 420 δείγµατα σε βάθος µεταξύ 200 m και 4500 m. Οι µελέτες εστίασαν κυρίως στους βενθικούς οργανισµούς (megafauna & meiofauna) και στην εναπόθεση στον πυθµένα του ωκεανού υπολειµµάτων φυτοπλαγκτόν (phytodetritus), που προερχόταν από την πρωτογενή παραγωγή που λαµβάνει χώρα την άνοιξη στην ευφωτική ζώνη. Αυτό είναι ένα φαινόµενο που παρατηρείται στην ευρύτερη περιοχή του Ατλαντικού ωκεανού και έχει ως αποτέλεσµα την δραστηριοποίηση των βενθικών οργανισµών κατά τα διαστήµατα που παρατηρείται (Billet et al., 1983; Lampitt, 1985; Rice et al., 1986; Gooday and Turley, 1990; Thiel et al., 1990; Rice et al., 1994; Rice et al., 1998). Σελίδα 23

31 To έτος 1987 ξεκινούσε ένα άλλο διεθνές πρόγραµµα για την µελέτη των ωκεανών. Το πρόγραµµα JGOFS (Joint Global Ocean Flux Study) είχε ως κεντρική ιδέα την παρατήρηση και την συλλογή δεδοµένων πολλών ετών, καθώς και την µελέτη και µοντελοποίηση των βιογεωχηµικών διεργασιών που εξελίσσονται σε χαρακτηριστικές περιοχές των ωκεάνιων συστηµάτων σε παγκόσµια κλίµακα (Ducklow & Harris, 1993). Το στα πλαίσια του JGOFS αναπτύχθηκε το πρόγραµµα NABE (North Atlantic Bloom Experiment) που αποτέλεσε µία εµπεριστατωµένη µελέτη του φαινοµένου που ονοµάστηκε North Atlantic Spring Bloom και λαµβάνει χώρα στην ευρύτερη περιοχή του Βόρειου Ατλαντικού ωκεανού. Το φαινόµενο αυτό είναι ιδιαίτερης σηµασίας και άρρηκτα συνδεδεµένο µε τις βιογεωχηµικές διεργασίες που εξελίσσονται στην περιοχή µελέτης (Billet et al., 1983; Watson and Whitfield, 1985; Pfannkuche, 1993). Παρατηρείται ως µία ξαφνική αλλαγή του χρώµατος του ωκεανού στην περιοχή περίπου 40 0 Ν τους µήνες Απρίλιο και Μάιο κάθε έτους (Esaias et al., 1986). Επτά κύριες τοποθεσίες επιλέχθηκαν για µελέτη κατά την διάρκεια του ΝΑΒΕ. Οι σταθµοί µεταξύ 47 0 Ν και 59 0 Ν κυρίως µελετήθηκαν από Γερµανικές, Αγγλικές, Αµερικάνικες αποστολές (Lochte et al., 1993), ενώ οι Weeks et al. (1993) δηµοσίευσαν στοιχεία που αφορούν στην οικολογία, την χηµεία και την φυσική ωκεανογραφία της περιοχής κατά την διάρκεια του προγράµµατος. Στα πλαίσια του JGOFS αναπτύχθηκαν και άλλα δύο προγράµµατα τα BOFS και OMEX (I και II). Το BOFS (Biogeochemical Ocean Flux Study) εστίασε κυρίως στα βιολογικά χαρακτηριστικά της περιοχής µελέτης, ενώ το OMEX (Ocean Margin Exchange) είχε ως σκοπό να µελετήσει την επιρροή της ηπειρωτικής λεκάνης στο ωκεάνιο περιβάλλον κατά µήκος του βόρειου Ατλαντικού (Savidge et al., 1992 ; van Weering, et al., 1998). Στην περιοχή του βόρειου ΒΑ Ατλαντικού ωκεανού το χρονικό διάστηµα 1996 έως 1999 έλαβε χώρα το πρόγραµµα µε τίτλο «High resolution temporal & spatial study of the Benthic biology & Geochemistry of a north eastern Atlantic abyssal Locality, BENGAL» (Billet & Rice, 2001). Από το 1995 έως και το 2005 στην περιοχή από βορά (50 ο Ν) προς νότο (52 ο S) πραγµατοποιήθηκε το πρόγραµµα Atlantic Meridional Transect (AMT), (Robinson et al., 2006). Σελίδα 24

32 1.7 Γεωχηµικά χαρακτηριστικά των ιζηµάτων στο παγκόσµιο ωκεάνιο σύστηµα (Ατλαντικός, Ειρηνικός και Ινδικός Ωκεανός) Εισαγωγή υλικών στην ωκεάνια δεξαµενή Η εξερεύνηση των ωκεανών αποτελούσε πάντοτε έναν από τους βασικούς στόχους της παγκόσµιας επιστηµονικής κοινότητας και τις τελευταίες δεκαετίες έχουν γίνει πολλά και µεγάλα βήµατα προς αυτή την κατεύθυνση. Ένα από τα βασικά ερωτήµατα που απασχολούν τους επιστήµονες των θαλάσσιων επιστηµών είναι το πώς ο ωκεανός λειτουργεί ως ένα χηµικό σύστηµα. Για την απάντηση αυτού του ερωτήµατος συνεργάζονται επιστήµονες από διαφορετικές ειδικότητες, όπως Γεωλόγοι, Βιολόγοι, Χηµικοί, Φυσικοί, Μαθηµατικοί κ.ά., µιας και το ωκεάνιο σύστηµα είναι πολύπλοκο και πολυπαραγοντικό. Η ωκεάνια δεξαµενή αποτελείται από το θαλασσινό νερό και τον ωκεάνιο φλοιό. Πάνω στον ωκεάνιο φλοιό αποτίθενται ιζήµατα, τα οποία κατηγοριοποιούνται σε χερσογενή (terrigenous) που προέρχονται κυρίως από την ξηρά και σε βιογενή (biogenic) που σχηµατίζονται κατά την βιολογική δραστηριότητα. Τα ιζήµατα συγκεντρώνουν υλικά από πολλές διαφορετικές πηγές. Το είδος του ιζήµατος που αποτίθεται σε µία περιοχή εξαρτάται κυρίως από την τοπογραφία της περιοχής, τις κλιµατικές συνθήκες και τα ωκεανογραφικά χαρακτηριστικά της. Ο τύπος ιζήµατος µιας περιοχής αλλάζει µε τον χρόνο διότι µε τον χρόνο, αλλάζουν τόσο το κλίµα, όσο και οι ωκεανογραφικές συνθήκες και ο ωκεάνιος φλοιός. Η ανάλυση των γεωχηµικών χαρακτηριστικών ενός ιζήµατος µας δίνει πληροφορίες τόσο για την πηγή προέλευσης των υλικών, όσο και για τις συνθήκες που επικρατούσαν στο ωκεάνιο σύστηµα κατά την διάρκεια της ιζηµατογένεσης στην συγκεκριµένη περιοχή. Η ανθρωπογενής δραστηριότητα, οι φυσικές διεργασίες, όπως εκρήξεις ηφαιστείων, και η αποσάθρωση των πετρωµάτων είναι πηγές από τις οποίες υλικά εισέρχονται στην ωκεάνια δεξαµενή κυρίως από τον ηπειρωτικό φλοιό. Επίσης υλικά εισέρχονται στους ωκεανούς και από τον ωκεάνιο φλοιό, µέσω υποθαλάσσιων ηφαιστειακών εκρήξεων, αποσάθρωσης και της υδροθερµικής δραστηριότητας. Σε όλες τις περιπτώσεις τα υλικά που εισέρχονται στους ωκεανούς βρίσκονται και στις τρεις καταστάσεις της ύλης, στερεή, υγρή και αέρια. Η µεταφορά των υλικών γίνεται κυρίως µέσω της ατµόσφαιρας, των ποταµών και της υδροθερµικής δραστηριότητας. Η µεταφορά µέσω ποταµών έχει σαν αποτέλεσµα την εισαγωγή µεγάλων Σελίδα 25