ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΟΡΥΚΤΩΝ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ Η ΜΕΣΑΙΑ ΛΙΓΝΙΤΟΦΟΡΑ ΣΤΟΙΒΑΔΑ ΣΤΟ ΟΡΥΧΕΙΟ ΜΑΡΑΘΟΥΣΑΣ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ ΜΕΓΑΛΟΠΟΛΗΣ: ΠΑΛΑΙΟΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΑΠΟΘΕΣΗΣ ΚΩΣΤΑΣ ΝΙΚΟΛΟΠΟΥΛΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Αντικείμενο:Ορυκτοί Άνθρακες Επιβλέπων: Κ. Χρηστάνης

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα μελέτη εκπονήθηκε στα πλαίσια διπλωματικής εργασίας, στον Τομέα Ορυκτών Πρώτων Υλών του Τμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών. Πρώτα και κύρια θέλω να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα Καθηγητή κ. Κίμωνα Χρηστάνη, για την υπομονή και τη μετάδοση των γνώσεών του όπως επίσης και για την εποικοδομητική κριτική του κατά τη διάρκεια εκπόνησης αυτής της εργασίας η οποία οδήγησε στην επιτυχή ολοκλήρωσή της. Θα ήθελα ακόμα να ευχαριστήσω τον μεταπτυχιακό φοιτητή κ. Γιώργο Σιαβάλα για την βοηθειά του στην εργασία υπαίθρου, την προσφορά των γνώσεών του και του χρόνου του, καθώς και για τις πολύτιμες συμβουλές του αφού χωρίς την υποστήριξή του αυτή η εργασία δεν θα είχε ολοκληρωθεί. Επίσης ευχαριστώ τον συνάδελφο κ. Ηλία Σοφικίτη για την στήριξη που μου παρείχε και την βοηθειά του στο εργαστήριο. Πάτρα, Σεπτέμβριος 2010 Κώστας Νικολόπουλος 1

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ...1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ...4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ Γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά Λιθοστρωματογραφικά χαρακτηριστικά Σχηματισμοί του υποβάθρου Ιζήματα της λεκάνης Τεκτονική και Παλαιογεωγραφική εξέλιξη Το Πεδίο Μαραθούσας...20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΚΟΠΟΣ...21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ Εργαστηριακοί προσδιορισμοί Προσεγγιστική ανάλυση Υγρασία Τέφρα Πτητικά συστατικά Μόνιμος άνθρακας Θερμαντική ικανότητα Περιθλασιμετρία ακτίνων Χ Ταξινόμηση των maceral Ομάδα του Χουμινίτη Ομάδα του Ινερτινίτη Ομάδα του Λειπτινίτη Προετοιμασία στιλπνών τομών Ανάλυση maceral...30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Στρωματογραφικά χαρακτηριστικά-μακροσκοπική περιγραφή

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΩΝ Αποτελέσματα Προσεγγιστικής Ανάλυσης Υγρασία Τέφρα Πτητικά συστατικά Μόνιμος Άνθρακας Θερμαντική ικανότητα Αποτελέσματα Ανθρακοπετρογραφικής Εξέτασης Ποσοστιαία κατανομή των maceral Περιγραφή και Σχέσεις μεταξύ των maceral Ανόργανα Συστατικά Αναπαράσταση Παλαιοπεριβάλλοντος Το τριγωνικό διάγραμμα του Mukhopadhay Διάγραμμα Diessel Διάγραμμα Calder et al Περιθλασιμετρία Ακτίνων Χ...49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...54 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...55 ΔΙΕΘΝΗΣ...55 ΕΛΛΗΝΙΚΗ

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι ορυκτοί άνθρακες αποτελούν μία από τις κύριες πρώτες ύλες για την παραγωγή ηλεκτρισμού παγκοσμίως. Στην Ελλάδα το 64% της ηλεκτρικής ενέργειας και το 82% της συνολικής ενέργειας, που παράγεται από εγχώριες πρώτες ύλες, προέρχονται από την καύση λιγνίτη (IEA 2002). Η μικροσκοπία, με την οποία διεξάγεται η ποιοτική και ποσοτική περιγραφή των μικροσκοπικά αναγνωρίσιμων συστατικών της οργανικής ύλης (maceral) αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα εργαλεία για τη μελέτη των ορυκτών ανθράκων (Taylor et al. 1998). Συγκεκριμένα, μπορεί να δώσει πληροφορίες για το είδος των φυτικών συστατικών, που σχημάτισαν έναν γαιάνθρακα, τις φυσικές μεταβολές αυτού κατά τη διάρκεια της ενανθράκωσης, το στάδιο ωριμότητας του γαιάνθρακα, τη δομή, τη γεωλογική ιστορία ενός κοιτάσματος ή τις γεωλογικές, παλαιογεωγραφικές, υδρολογικές, κλιματικές και παλαιοβοτανικές συνθήκες, που επικρατούσαν κατά τη διάρκεια συσσώρευσης της αρχικής φυτικής ύλης (Diessel 1992, Van Krevelen 1993, Taylor et al. 1998, Thomas 2002). Επιπρόσθετα οι ιδιότητες των γαιανθράκων, σε ό,τι αφορά τις τεχνολογικές εφαρμογές τους, αλλά και τις περιβαλλοντικές τους προεκτάσεις, εξαρτώνται από την ανθρακοπετρογραφική τους σύσταση (Van Krevelen 1993). Ο ελληνικός λιγνίτης βρίσκεται σε 68 λιγνιτοφόρες λεκάνες διαφορετικού μεγέθους. Γενικά, χαρακτηρίζεται από χαμηλή θερμαντική ικανότητα και σχετικά υψηλή τέφρα. Στην Ελλάδα οι συνθήκες τυρφογένεσης ευνοήθηκαν κατά τον Καινοζωικό αιώνα, ιδιαίτερα κατά το Νεογενές και το Τεταρτογενές μετά από έντονη μετα-αλπική εφελκυστική τεκτονική δραστηριότητα. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό πολλών ηπειρωτικών και παράκτιων λεκανών και μετέπειτα το σχηματισμό σημαντικών αποθέσεων τύρφης και λιγνίτη. Σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές, σχεδόν ολόκληρη η σημερινή ελληνική επιφάνεια καλυπτόταν από θάλασσα, επομένως οι συνθήκες που επικρατούσαν ήταν δυσμενείς για τυρφογένεση (Χρηστάνης, 1999). Η Ελλάδα διαθέτει σημαντικά λιγνιτικά κοιτάσματα, που η μέχρι σήμερα αξιοποίησή τους συμβάλλει αποφασιστικά στην ενεργειακή ανάπτυξη της χώρας. Από τις 4

6 μέχρι σήμερα έρευνες προκύπτει ότι τα γεωλογικά αποθέματα λιγνίτη της χώρας μας ανέρχονται σε 10,5 Gt, από τα οποία τα βεβαιωθέντα είναι 6,7 Gt, τα δυνατά αποθέματα 2,4 Gt και τα πιθανά 1,4 Gt. Εκμεταλλεύσιμα θεωρούνται τα 4 Gt περίπου, που έχουν σημερινή αξία πάνω από 100 δις. Στα παραπάνω αποθέματα δεν υπολογίζονται τα αποθέματα τύρφης, το μεγαλύτερο κοίτασμα της οποίας βρίσκεται στους Φιλίππους της Καβάλας και υπερβαίνει τους 4 Gt (Καβουρίδης κ.ά., 2005). Με βάση τα συνολικά αποθέματα και τον προγραμματισμένο ρυθμό κατανάλωσης στο μέλλον, υπολογίζεται ότι στην Ελλάδα οι υπάρχουσες ποσότητες λιγνίτη επαρκούν για τα επόμενα 50 χρόνια. Μέχρι σήμερα οι εξορυχθείσες ποσότητες λιγνίτη δεν ξεπερνούν το 25% των συνολικών αποθεμάτων (Παπανικολάου κ.ά., 2005). Ήδη από την αρχαιότητα ήταν γνωστές διάφορες εμφανίσεις λιγνίτη στην περιοχή της Μεγαλόπολης. Ο Παυσανίας (2ος μ.χ. αιώνας) αναφέρει, ότι κοντά σε μια πηγή στον Αλφειό ποταμό που διασχίζει τη λεκάνη «ανέθρωσκεν πυρ», γεγονός που μάλλον οφειλόταν σε αυτανάφλεξη λιγνίτη. Μέχρι το 1957 τα αποθέματα της λεκάνης υπολογίζονταν σε 2-3 Μt. Λειτουργούσαν μικρές ιδιωτικές εκμεταλλεύσεις, αλλά δεν υπήρχε ιδιαίτερο μεταλλευτικό ενδιαφέρον λόγω της κακής ποιότητας του λιγνίτη. Οι πρώτες συστηματικές έρευνες για τον εντοπισμό λιγνίτη στην ευρύτερη περιοχή έλαβαν χώρα μεταξύ των ετών και είχαν θετικό αποτέλεσμα. Διαπιστώθηκαν 700 Μt βέβαια λιγνιτικά αποθέματα, από τα οποία 490 Μt θεωρήθηκαν τεχνικοοικονομικά απολήψιμα. Η εκμετάλλευση του λιγνίτη από τη Δ.Ε.Η. ξεκίνησε από το πεδίο Θωκνίας το Η κίνηση αυτή ήταν πολύ σημαντική για τα παγκόσμια δεδομένα, γιατί για πρώτη φορά ένας τόσο φτωχός σε θερμαντική ικανότητα λιγνίτης χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέγειας. Η εκμετάλλευση του λιγνιτικού κοιτάσματος γίνεται επιφανειακά με ορθές βαθμίδες. Οι απαιτήσεις αφενός μεν για εκλεκτική εξόρυξη του λιγνίτη ή των αγόνων υλικών, αφετέρου δε για υψηλή παραγωγή οδήγησαν στην επιλογή της συνεχούς γερμανικής μεθόδου εκσκαφής, μεταφοράς και απόθεσης. Για την εξόρυξη του κοιτάσματος χωρίζονται τα υπερκείμενα άγονα υλικά και τα λιγνιτικά στρώματα σε βαθμίδες ύψους 10 έως 30 m. Το κοίτασμα εκσκάπτεται κατά στρώσεις και τα μεν άγονα υλικά (υπερκείμενα ή ενδιάμεσα) μεταφέρονται με τους ταινιόδρομους στους αποθέτες, ο δε λιγνίτης μεταφέρεται στις αυλές των 5

7 ατμοηλεκτρικών σταθμών ή σε υπαίθριες αποθήκες των λιγνιτωρυχείων. Η απόθεση των αγόνων υλικών γίνεται σε ειδικά επιλεγμένες περιοχές, όπου μεταφέρεται και η τέφρα, το υπόλειμμα της καύσης του λιγνίτη στους σταθμούς. Στη λεκάνη της Μεγαλόπολης διακρίνονται τέσσερα λιγνιτικά κοιτάσματα. Τα κοιτάσματα αυτά είναι: Χωρέμι-Μαραθούσα (ολικό πάχος 140 m), Θωκνία Κυπαρίσσια (ολικό πάχος m) και Καρύταινα (ολικό πάχος 45 m) (Σχ. 1). Το λιγνιτωρυχείο του Χωρεμίου σε σχέση με τα υπόλοιπα κοιτάσματα έχει τη μεγαλύτερη έκταση, ενώ παράγει έναν από τους καλύτερους, για τα δεδομένα της Μεγαλόπολης, λιγνίτες, όσον αφορά στη θερμαντική ικανότητα, την τέφρα και την υγρασία. Σχήμα 1: Χάρτης του Λιγντικού Kέντρου Μεγαλόπολης. 6

8 Εξίσου καλός από άποψη θερμαντικής ικανότητας, καθώς και υγρασίας είναι ο λιγνίτης του κοιτάσματος της Μαραθούσας, το οποίο όμως έχει πολύ μικρότερη έκταση συγκριτικά με το κοίτασμα του Χωρεμίου. Αξιόλογο θεωρείται επίσης και το κοίτασμα των Κυπαρισσιών τόσο από άποψη θερμαντικής ικανότητας, που θεωρείται ικανοποιητική, όσο και από άποψη αποθεμάτων συγκριτικά με την έκταση που καταλαμβάνει. Παρόλα αυτά το συγκεγριμένο κοίτασμα έχει σχεδόν εξαντληθεί σήμερα και μόνο μικρές ποσότητες εξορύσσονται με συμβατικά μέσα. Το Λιγνιτικό Κέντρο Μεγαλόπολης ξεκίνησε με μία ετήσια παραγωγή 1 Mt, έφτασε το 2002 τους 14,5 Mt και το 2003 ανήλθε στους 13,5 Mt. Η ανάπτυξη όλων των λιγνιτωρυχείων της Δ.Ε.Η. έχει φέρει τη χώρα μας στη δεύτερη θέση στην παραγωγή λιγνίτη στην Ευρωπαϊκή Ένωση και στην πέμπτη θέση σε όλο τον κόσμο (Καβουρίδης κ.ά., 2005). Τα εναπομείναντα εκμεταλλεύσιμα αποθέματα λιγνίτη στην περιοχή της Μεγαλόπολης ανέρχονται σε 251 Mt. Με βάση τους σημερινούς ρυθμούς κατανάλωσης, τα παραπάνω αποθέματα επαρκούν για 20 χρόνια (Καβουρίδης κ.ά., 2005). 7

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ 2.1 Γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά Η λιγνιτοφόρα λεκάνη της Μεγαλόπολης έχει μελετηθεί αρκετές φορές κατά το παρελθόν και έχουν δωθεί λεπτομερείς γεωμορφολογικές, λιθολογικές και στρωματογραφικές περιγραφές για τη γεωλoγική ιστορία της. Βρίσκεται στο κεντρικό τμήμα της χερσονήσου της Πελοποννήσου, αποτελεί μια τεκτονική τάφρο και περιορίζεται από τους ορεινούς όγκους του Λυκαίου Όρους προς τα δυτικά, του Ταϋγέτου στα νότια και του Μαινάλου στα βόρεια και ανατολικά τα περιθώριά της. Το μέσο υψόμετρο του εσωτερικού της λεκάνης είναι περίπου 400 m, ενώ η υψομετρική διαφορά με τα γειτονικά υψώματα κυμαίνεται από m. Ο μέγιστος άξονας της λεκάνης διευθύνεται ΒΒΑ-ΝΝΔ και έχει μήκος 18 km, ενώ η συνολική έκταση της λεκάνης υπολογίζεται ότι ξεπερνά τα 180 km 2 (Μαρίνος κ.ά. 1959). Το ανάγλυφο της λεκάνης μπορεί να χαρακτηριστεί ομαλό, με την παρουσία μικρών λόφων. Η λεκάνη αποστραγγίζεται φυσικά από το υδρογραφικό δίκτυο του Αλφειού Ποταμού, η κοιλάδα του οποίου έχει μέσο πλάτος 1 km. Οι κυριότερες γεωμορφές που διακρίνονται είναι αρκετά μικρά φαράγγια, που σχηματίστηκαν από τον Αλφειό και τους παραπόταμούς του, στα περιθώρια της λεκάνης, καθώς και ποτάμιες αναβαθμίδες. 8

10 Σχήμα 2: Γεωλογικός χάρτης της λεκάνης της Μεγαλόπολης (τροποποιημένος από Ι.Γ.Μ.Ε. 1997). Επεξήγηση υπομνήματος: Α. Παλαιοζωικό-Κ. Τριαδικό: phqt = φυλλιτική-χαλαζιτική σειρά, ptk = Στρώματα Τυρρού. Ζώνη Τρίπολης: Ιουρασικό: jkd = ασβεστόλιθοι, δολομιτικοί ασβεστόλιθοι. Κρητιδικό: kkd = ασβεστόλιθοι, δολομιτικοί ασβεστόλιθοι. Παλαιόκαινο-Α. Ηώκαινο: pcesk = ασβεστόλιθοι με παρεμβολές δολομιτιωμένων ασβεστόλιθων. Α. Ηώκαινο-Ολιγόκαινο: ft = φλύσχης. Ζώνη Πίνδου: Ιουρασικό-Κ. Κρητιδικό: cts = τεκτονικός σχηματισμός, ο = μέλη ασυνεχούς οφιολιθικής σειράς, jskihn = κερατολιθική σειρά. Κενομάνιο-Τουρώνιο: ksfl = πρώτος φλύσχης. Τουρώνιο-Μαιστρίχτιο: ksk = ασβεστόλιθοι. Παλαιόκαινο-Ηώκαινο: pcek = στρώματα μετάβασης του φλύσχη. Νεογενές: plslk1 = Βαθμίδα Μακρυσίου, plslk2 = Βαθμίδα Τριλόφου. Πλειστόκαινο: pttsc1= Βαθμίδα Απιδίτσας, ptft = Σχηματισμός Μεγαλόπολης, ptlk = Σχηματισμός Μαραθούσας, pttsc2 = Βαθμίδες Ποταμιάς και Θωκνίας. Ολόκαινο: hcsc-al = προσχωσιγενείς αποθέσεις και κώνοι κορημάτων. 9

11 2.2 Λιθοστρωματογραφικά χαρακτηριστικά Η λεκάνη της Μεγαλόπολης (Σχ. 2) σχηματίστηκε πάνω στους πτυχωμένους σχηματισμούς του αυτόχθονου υποβάθρου της Πελοποννήσου (κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα) και των γεωτεκτονικών ζωνών Γαββρόβου-Τριπόλεως και Ωλονού-Πίνδου, με τη μορφή ενός τεκτονικού βυθίσματος, αποτέλεσμα της μετα-αλπικής τεκτονικής δραστηριότητας, που σημειώθηκε στην Πελοπόννησο, από το Ολιγόκαινο μέχρι το ανώτερο Πλειόκαινο (Μαρίνος κ.ά. 1959, Vinken 1965). Ακολουθεί μια συνοπτική περιγραφή των λιθολογικών και στρωματογραφικών χαρακτηριστικών των ιζημάτων της λεκάνης και των σχηματισμών, που δομούν το υπόβαθρό της, όπως δίνεται από τις εργασίες των Vinken (1965) και Hiltermann und Lüttig (1969), ενώ στο Σχήμα 2 διακρίνεται ο λεπτομερής γεωλογικός χάρτης της λεκάνης και των περιθωρίων της Σχηματισμοί του υποβάθρου Τη βάση των σχηματισμών, που δομούν το υπόβαθρο της λεκάνης της Μεγαλόπολης αποτελούν τα Περμοτριαδικής ηλικίας μεταμορφωμένα πετρώματα της φυλλιτικής-χαλαζιτικής σειράς και των στρωμάτων του Τυρού. Οι επιφανειακές εμφανίσεις αυτών των πετρωμάτων περιορίζονται στα ΒΑ περιθώρια της λεκάνης (Σχ. 2). Σε τεκτονική επαφή με τα παραπάνω πετρώματα εμφανίζονται τα ιζηματογενή πετρώματα των γεωτεκτονικών ισοπικών ζωνών Ωλονού-Πίνδου και Γαββρόβου- Τρίπολης. Τα πετρώματα αυτά αποτελούνται από θαλάσσια χημικά και βιοχημικά ιζήματα (ασβεστόλιθοι, δολομίτες, κερατόλιθοι), που αποτέθηκαν από το Ιουρασικό μέχρι το Παλαιόκαινο και από φλύσχη, ψαμμιτικής κυρίως φάσης, που αποτέθηκε από το Ανώτερο Ηώκαινο έως το τέλος του Ολιγοκαίνου. Στα δυτικά περιθώρια της λεκάνης παρατηρούνται μικρές εμφανίσεις μαγματικών πετρωμάτων βασικής σύστασης, που αναφέρονται ως «οφιόλιθοι» και βρίσκονται σε τεκτονική επαφή με τα πετρώματα της ζώνης Πίνδου (Σχ. 2). 10

12 2.2.2 Ιζήματα της λεκάνης Τα ιζήματα, που πληρούν τη λεκάνη της Μεγαλόπολης, άρχισαν να αποτίθενται σε βυθίσματα, που σχηματίστηκαν κατά την τελευταία φάση της αλπικής ορογένεσης, εξαιτίας της δράσης κανονικών ρηγμάτων. Η πλειοψηφία αυτών των ιζημάτων είναι λιμναίας, ή ποτάμιας προέλευσης και τα παλαιότερα από αυτά αποτέθηκαν στο ανώτερο Πλειόκαινο. Από τα παλαιότερα προς τα νεώτερα, τα ιζήματα έχουν ως εξής (Πίν. 1): 1.Πλειόκαινο α) Βαθμίδα Μακρυσίου: Τα τυπικά ιζήματα αυτής της βαθμίδας είναι μάργες, οι οποίες περιέχουν θραύσματα φυτικών υπολειμμάτων, ενώ κατά τόπους παρεμβάλλονται λιγνιτικά στρώματα πάχους μερικών dm. Παρόλα αυτά νεότερες έρευνες βασισμένες σε ορυκτολογικές αναλύσεις (Siavalas et al. 2009) έδειξαν ότι τουλάχιστον τα ανώτερα στρώματα αυτής της βαθμίδας αποτελούνται από λιμναίες κρητίδες. Τα ιζήματα αυτής της βαθμίδας εμφανίζονται επιφανειακά, σε τεκτονικά ανυψωμένες περιοχές της λεκάνης, ενώ στο κέντρο της βρίσκονται σε βάθος, που ξεπερνά τα 200 m και αποσφηνώνονται κάτω από τα Πλειστοκαινικά ιζήματα προς τα δυτικά περιθώρια. Εκτός από το μεγάλο αριθμό φυτικών υπολειμμάτων, οι μάργες περιέχουν αρκετά σημαντικές ποσότητες απολιθωμάτων. Το γεγονός αυτό βοήθησε όχι μόνο στον ακριβή προσδιορισμό της ηλικίας τους, αλλά και στην αναπαράσταση του περιβάλλοντος σχηματισμού τους. Τα κυριότερα είδη απολιθωμάτων που προσδιορίστηκαν ανήκουν στην οικογένεια των Γαστερόποδων (π.χ. Viviparous argesiensis, Valvata sp.), ενώ από τα μικροαπολιθώματα, τα κυριότερα ανήκουν στα οστρακοειδή και είναι τα Candona acuminata ssp. pl., Candona kirchbergenesis ssp. p., Candona sp. t., Cytherisa lacustris, Ilyocypris inermis, Leptocythere karamani, και Limnocythere sp. s. (Hiltermann und Lüttig 1969). Τα φυτικά υπολείμματα προσδιορίστηκε ότι προέρχονται από τα φυτικά 11

13 είδη Botryococcus, Carya, Keteleeria, Liquidambar, Pinus, Pseudolarix, Sassafras, Taxus, Tsuga, και Zelkova ungeri. Με βάση τα στοιχεία αυτά, οι παραπάνω ερευνητές αναφέρουν ότι το παλαιοπεριβάλλον απόθεσης των ιζημάτων της βαθμίδας του Μακρυσίου αποτελούσε μια σχετικά βαθιά και μεγάλη λίμνη με νερό πλούσιο σε ανθρακικά άλατα, πιθανά προερχόμενη από την επιφανειακή έκθεση καρστικού υδροφόρου ορίζοντα. Τα απολιθώματα είναι ευλιμνικού χαρακτήρα και υποδεικνύουν κλίμα εύκρατο προς υποτροπικό. Τα ιζήματα της βαθμίδας του Μακρυσίου αποτελούν τη βάση των μετα-αλπικών ιζημάτων της λεκάνης και είναι ασύμφωνα τοποθετημένα πάνω στο φλύσχη και τους ανοιχτόχρωμους Κρητιδικούς ασβεστόλιθους. β) Βαθμίδα Τριλόφου: Τα ιζήματα αυτής της βαθμίδας αποτελούνται από εναλλασσόμενα στρώματα αργίλων, άμμων και κροκαλών. Με βάση τη φύση των ιζημάτων αυτών, το περιβάλλον απόθεσής τους ήταν πιθανότατα ποτάμιο. Στις αργίλους ποτάμιας προέλευσης προσδιορίστηκαν μικροαπολιθώματα των γενών Candonidae, Ilyocypridae και Leptocytheridae, τα οποία είναι σχεδόν τα ίδια με τα αντίστοιχα της βαθμίδας του Μακρυσίου, γεγονός που υποδηλώνει ότι και η βαθμίδα του Τριλόφου ανήκει στο ανώτερο Πλειόκαινο, καθώς και ότι οι δύο ενότητες έχουν πολύ μικρή στρωματογραφική διαφορά (Vinken 1965). Η βαθμίδα του Τριλόφου τοποθετείται στρωματογραφικά πάνω από τη βαθμίδα του Μακρυσίου, εξαιτίας των λιγνιτικών τεμαχών, που παρατηρούνται στα ιζήματα της πρώτης. Τα τεμάχη αυτά υποτίθεται ότι προήλθαν από τη διάβρωση και μεταφορά των λεπτών λιγνιτικών στρωμάτων που είναι παρόντα μέσα στις μάργες της βαθμίδας του Μακρυσίου. Τα στρώματα αυτής της βαθμίδας υπολογίζεται ότι έχουν συνολικό πάχος m και εκτιμάται ότι αποτέθηκαν κατά τη διάρκεια μιας περιόδου χαμηλών θερμοκρασιών και υψηλής βροχόπτωσης, που αποτέλεσε πρόδρομο των ψυχρών περιόδων του Πλειστοκαίνου. 12

14 Πίνακας 1: Η στρωματογραφική διάρθρωση των ιζημάτων της λεκάνης της Μεγαλόπολης σε συνδυασμό με το κλίμα και το περιβάλλον γένεσής τους (από Vinken 1965). Στρωματογραφική διάρθρωση Κλίμα Είδος Πετρωμάτων Περιβάλλον γένεσης Ολόκαινο Ολόκαινο (3) Ολόκαινο (2) Κορήματα, ασβεστολιθικά κορήματα, κλαστικά υλικά, χονδρόκοκκα κλαστικά ιζήματα Χονδρόκοκκα κλαστικά ιζήματα Ποταμοχερσαίο Ποταμοχερσαίο Ολόκαινο (1) Χονδρόκοκκα κλαστικά ιζήματα, κορήματα Ποταμοχερσαίο Τεταρτογενές Πλειστόκαινο Βαθμίδα Θωκνίας Βαθμίδα Ποταμιάς Στρώματα Μεγαλόπολης Στρώματα Μαραθούσας Βαθμίδα Απιδίτσας 1η ψυχρή περίοδος 1η θερμή περίοδος 2η ψυχρή περίοδος 2η θερμή περίοδος 3η ψυχρή περίοδος 3η θερμή περίοδος 4η ψυχρή περίοδος Χονδρόκοκκα κλαστικά ιζήματα, κορήματα Καστανοί πηλοί Χονδρόκοκκα κλαστικά Ιζήματα Κλαστικά υλικά, καστανοί πηλοί Κλαστικά υλικά, χονδρόκοκκα κλαστικά υλικά Άργιλοι, εναλλαγές μαργών-λιγνιτών, κλαστικά υλικά, χονδρόκοκκα κλαστικά ιζήματα, κόκκινοι πηλοί Κλαστικά υλικά, χονδρόκοκκα κλαστικά υλικά Ποταμοχερσαίο Ποταμοχερσαίο Ποτάμιο Λιμναίο Χερσαίο Τριτογενές Ανώτερο Πλειόκαινο Βαθμίδα Τριλόφου Βαθμίδα Μακρυσίου Ψυχρό Θερμό Κλαστικά υλικά, χονδρόκοκκα κλαστικά υλικά, μάργες Μάργες, λιγνίτες Ποτάμιο Λιμναίο 13

15 2.Πλειστόκαινο α) Βαθμίδα Απιδίτσας: Η βάση των ιζημάτων της βαθμίδας της Απιδίτσας αποτελείται από σχετικά χαλαρές κροκάλες ψαμμιτών, ασβεστολίθων, κερατόλιθων και μεταμορφωμένων πετρωμάτων, οι οποίες μεταβαίνουν σταδιακά προς τα πάνω σε μια ζώνη ερυθρών πηλών, που πιθανότατα αποτελούν προϊόντα αποσάθρωσης των κροκαλών, πάχους 50 m περίπου. Τα ιζήματα αυτής της βαθμίδας εμφανίζονται επιφανειακά κατά μήκος των δυτικών περιθωρίων της λεκάνης (Σχ. 2), όπου επικάθονται ασύμφωνα πάνω στα πετρώματα του υποβάθρου. Από απολιθώματα που βρέθηκαν σε μη αποσαθρωμένα αργιλικά στρώματα, φαίνεται ότι τα ιζήματα της βαθμίδας της Απιδίτσας αποτέθηκαν κάτω από συνθήκες ψυχρού κλίματος, πιθανότατα κατά τη διάρκεια της πρώτης ψυχρής περιόδου. Στη συνέχεια και καθώς το κλίμα έγινε θερμότερο, ξεκίνησε η αποσάθρωση, που προκάλεσε το σχηματισμό των κόκκινων πηλών σε κάποιες θέσεις, ενώ σε άλλες απομάκρυνε πλήρως τα αρχικά ιζήματα με αποτέλεσμα τα νεώτερα πετρώματα να αποτεθούν απευθείας πάνω από τους υποκείμενους πλειοκαινικούς σχηματισμούς. β) Βαθμίδα Χωρεμίου: Η βαθμίδα του Χωρεμίου υποδιαιρείται σε δύο ενότητες, ανάλογα με τις κλιματικές συνθήκες που επικρατούσαν κατά το σχηματισμό τους. Η παλαιότερη είναι ο Σχηματισμός της Μαραθούσας, που αποτέθηκε κάτω από συνθήκες θερμού κλίματος και η νεώτερη είναι ο Σχηματισμός της Μεγαλόπολης, που αποτέθηκε κάτω από ψυχρές κλιματικές συνθήκες. i) Σχηματισμός της Μαραθούσας: Τα στρώματα αυτά εμφανίζονται στα κεντρικά σημεία της λεκάνης (Σχ. 2) και αποτελούνται από λιμναίες αργίλους, μάργες πλούσιες σε οργανικό υλικό και λιγνιτικά στρώματα. Πρόκειται για την ενότητα, στην οποία εμφανίζεται η κύρια λιγνιτοφορία της λεκάνης της Μεγαλόπολης. Τα λιγνιτικά στρώματα περιέχουν λεπτούς αργιλικούς φακούς, που σε ορισμένες περιπτώσεις παίρνουν τη μορφή στρωμάτων. Στρωματογραφικά διακρίθηκαν τρεις λιγνιτοφόρες στιβάδες, που χωρίζονται μεταξύ τους από μεταβατικά στρώματα αργίλων. Από την παλαιότερη προς τη νεώτερη οι στιβάδες αυτές ονομάστηκαν «Ηλίας», «Όττο» και «Παναγιώτης». 14

16 Αξίζει να σημειωθεί ότι ο παραπάνω διαχωρισμός ισχύει για το κεντρικό τμήμα της λεκάνης, όπου τα στρώματα του σχηματισμού της Μαραθούσας εμφανίζουν τη μεγαλύτερη ανάπτυξή τους (200 m περίπου). Σε περιοχές που βρίσκονται προς τα περιθώρια, κάποιες από τις παραπάνω στιβάδες, ή κάποια από τα ενδιάμεσα αργιλικά στρώματα πιθανά απουσιάζουν, προκαλώντας μια σύνθετη λιθοστρωματογραφική εικόνα. Τα λιμναία ιζήματα του σχηματισμού της Μαραθούσας είναι πλούσια σε απολιθώματα, ειδικά στην επαφή τους με τα λιγνιτικά στρώματα. Με βάση αυτά τα απολιθώματα, καθώς και στοιχεία για τη χλωρίδα, που αντλούνται από τα φυτικά υπολείμματα των ιζημάτων, οι Hiltermann und Lüttig (1969) τοποθετούν το χρόνο απόθεσης του σχηματισμού της Μαραθούσας στο μέσο Πλειστόκαινο, κατά τη διάρκεια μιας θερμής περιόδου, με συνεχώς βελτιούμενο κλίμα και χαρακτηριστικά, που υποδηλώνουν μεσοπαγετώδη περίοδο. Σύμφωνα με τους ίδιους ερευνητές οι συνθήκες απόθεσης του σχηματισμού της Μαραθούσας διαφέρουν από αυτές, που επικρατούσαν κατά τη διάρκεια απόθεσης της βαθμίδας του Μακρυσίου. Στην περίπτωση του σχηματισμού της Μαραθούσας, τα απολιθώματα και τα φυτικά υπολείμματα προέρχονται από είδη χαρακτηριστικά του ορίου ανώτερου Πλειοκαίνου-κατώτερου Πλειστοκαίνου και εμφανίζουν αρκτικό χαρακτήρα, σε αντίθεση με αυτά της βαθμίδας του Μακρυσίου, που είναι χαρακτηριστικά εύκρατου ως υποτροπικού κλίματος. Επιπλέον οι μεταβολές του ρυθμού βύθισης της λεκάνης είχαν ως αποτέλεσμα τις συνεχόμενες εναλλαγές μεταξύ λιμναίου και ελώδους περιβάλλοντος, κατά τη διάρκεια απόθεσης του σχηματισμού της Μαραθούσας, με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί η σημερινή σύνθετη εικόνα με τις συχνές εναλλαγές λιγνίτη και λιμναίων ιζημάτων. ii) Σχηματισμός της Μεγαλόπολης: Τη θερμή περίοδο του κατώτερου Πλειστοκαίνου, κατά την οποία αποτέθηκε ο σχηματισμός της Μαραθούσας, διαδέχτηκε μία ακόμη παγετώδης περίοδος, που χαρακτηρίστηκε από έντονη διάβρωση των παλαιότερων σχηματισμών και απόθεση κλαστικών ιζημάτων, ποτάμιας κυρίως προέλευσης. Τα ιζήματα αυτά αποτελούν τον σχηματισμό της Μεγαλόπολης και συνίστανται από εναλλασσόμενα στρώματα κροκαλών, άμμων, αργίλων και ιλύων. 15

17 Στα ιζήματα του σχηματισμού της Μεγαλόπολης δεν βρέθηκαν απολιθώματα, ωστόσο με βάση τις συνθήκες απόθεσής τους η ηλικία σχηματισμού τους τοποθετείται στη δεύτερη παγετώδη περίοδο του Πλειστοκαίνου. γ) Βαθμίδα Ποταμιάς: Με το τέλος της δεύτερης ψυχρής περιόδου του Πλειστοκαίνου, επικράτησαν συνθήκες θερμού κλίματος, κάτω από τις οποίες σχηματίστηκαν τα παλαιότερα ιζήματα της βαθμίδας της Ποταμιάς. Τα ιζήματα αυτά αποτελούνται από ψαμμιτικές και ασβεστολιθικές κροκάλες, οι οποίες έχουν υποστεί έντονη χημική αποσάθρωση, σχηματίζοντας ερυθροκάστανο πηλό (terra rossa). Η βαθμίδα της Ποταμιάς εκτιμάται ότι αποτελεί την ανώτερη αναβαθμίδα του Αλφειού Ποταμού, καθώς τα ιζήματά της είναι τα ανώτερα που εμφανίζονται κατά μήκος της σημερινής διαδρομής αυτού και των παραποτάμων του. Το ύψος των ιζημάτων πάνω από το σημερινό επίπεδο της κοιλάδας του ποταμού κυμαίνεται από m, με μέση τιμή τα 25 m περίπου. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου η βύθιση της λεκάνης σταμάτησε, γεγονός που εμπόδισε το σχηματισμό λιμνών, αντίστοιχων με αυτές που επικρατούσαν κατά τις προηγούμενες θερμές περιόδους, ενώ αντίθετα ευνόησε τη μηχανική και χημική αποσάθρωση των παλαιότερων ιζημάτων. Αυτή τη χρονική περίοδο άρχισε να σχηματίζεται το σημερινό ποτάμιο σύστημα της λεκάνης. Τη θερμή περίοδο, διαδέχθηκε μία ακόμη παγετώδης περίοδος, η τρίτη κατά σειρά, η οποία επίσης περιλαμβάνεται στη βαθμίδα της Ποταμιάς. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου έλαβε χώρα συσσώρευση χονδρόκοκκου κλαστικού υλικού, από τα περιθώρια στα κεντρικά σημεία της λεκάνης. δ) Βαθμίδα Θωκνίας: Αποτελεί την τελευταία βαθμίδα του Πλειστοκαίνου και περιλαμβάνει, όπως και η προηγούμενη βαθμίδα της Ποταμιάς, μία θερμή και μία ψυχρή περίοδο. Τα ιζήματα, που αποτέθηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, είναι παρόμοια με αυτά της βαθμίδας της Ποταμιάς και αποτελούνται από αποθέσεις ερυθρογής κατά τη θερμή περίοδο και από αποθέσεις αδρομερών κλαστικών υλικών κατά την ψυχρή. 16

18 Η βαθμίδα της Θωκνίας αντιπροσωπεύει την ενδιάμεση αναβαθμίδα του ποτάμιου συστήματος της λεκάνης. Τα ιζήματά της βρίσκονται 8-12 m πάνω από τη σημερινή στάθμη του Αλφειού Ποταμού, έχουν πάχος 5-10 m και εμφανίζονται σε μεγάλη έκταση στα κεντρικά και βόρεια τμήματα της λεκάνης, ενώ παρουσιάζουν περιορισμένη εξάπλωση προς τα νότια (Σχ. 2). 3) Ολόκαινο Τα ολοκαινικά ιζήματα της λεκάνης της Μεγαλόπολης υποδιαιρούνται σε τρεις φάσεις. Οι δύο πρώτες ανήκουν στη χαμηλότερη ποτάμια αναβαθμίδα, την οποία χωρίζουν σε ανώτερη και κατώτερη, ενώ η τρίτη περιλαμβάνει τις σύγχρονες ποτάμιες αποθέσεις του Αλφειού. Το ανώτερο τμήμα της χαμηλότερης αναβαθμίδας εμφανίζει τη μεγαλύτερη εξάπλωση από όλες τις αναβαθμίδες που σχηματίστηκαν στη λεκάνη, έχει μέσο πάχος 5 m και βρίσκεται 2-7 m πάνω από το σημερινό επίπεδο του ποταμού. Αποτελείται από κροκάλες, οι οποίες πετρογραφικά αντικατοπτρίζουν τη σύσταση των πετρωμάτων, που δομούν τα περιθώρια της λεκάνης, καθώς και από στρώματα λεπτόκοκκων ιζημάτων, που σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια πλημμυρικών περιόδων. Η απόθεση των ιζημάτων αυτής της φάσης υπολογίζεται ότι ολοκληρώθηκε πριν από χρόνια περίπου (Vinken 1965). Η δεύτερη φάση του Ολοκαίνου αποτελείται από ποτάμιες αποθέσεις, που βρίσκονται 1-2 m ψηλότερα από το σημερινό επίπεδο του Αλφειού, και κατά τόπους διακόπτουν τα ιζήματα της προηγούμενης φάσης. Οι αποθέσεις αυτές σχηματίστηκαν κατά τους ιστορικούς χρόνους και είναι παρόμοιες, από ιζηματολογική άποψη, με αυτές της πρώτης φάσης του Ολοκαίνου. Η τρίτη και τελευταία ολοκαινική φάση ποτάμιας ιζηματογένεσης συνεχίζεται μέχρι σήμερα και αποτελείται από τις αποθέσεις πυθμένα του Αλφειού Ποταμού και των παραποτάμων του. Τέλος, στην τελευταία φάση του Ολοκαίνου θα πρέπει να συμπεριληφθούν οι κώνοι κορημάτων, που εμφανίζονται κυρίως σε ασβεστολιθικά πρανή, καθώς και τα προϊόντα της σύγχρονης μηχανικής και χημικής αποσάθρωσης 17

19 (εκτός της ποτάμιας δράσης) των πετρωμάτων του υποβάθρου και των ιζημάτων της λεκάνης. 2.3 Τεκτονική και παλαιογεωγραφική εξέλιξη Η τεκτονική εξέλιξη των σχηματισμών της λεκάνης της Μεγαλόπολης μπορεί να χωριστεί σε δύο κύριες φάσεις. Η πρώτη φάση έλαβε χώρα από το Ηώκαινο ως το ανώτερο Πλειόκαινο και περιλαμβάνει την εκτεταμένη πτύχωση και ταυτόχρονη ανύψωση των μεταμορφωμένων πετρωμάτων του αυτόχθονου υποβάθρου της Πελοποννήσου και των θαλάσσιων ιζημάτων των ζωνών Γαββρόβου-Τρίπολης και Ωλονού-Πίνδου (ασβεστόλιθοι, κερατόλιθοι, φλύσχης), που είχαν σχηματιστεί από το Τριαδικό μέχρι το Κατώτερο Τριτογενές. Η δεύτερη φάση ξεκίνησε λίγο πριν ή ταυτόχρονα με το τέλος της πρώτης και χαρακτηρίζεται από το σχηματισμό κανονικών ρηγμάτων στα πετρώματα του υποβάθρου. Η φάση αυτή εμφανίζεται πιο έντονα, στα ανατολικά περιθώρια της λεκάνης και η κύρια διεύθυνση των ρηγμάτων είναι ΝΝΑ-ΒΒΔ (Σχ. 2). Η δράση αυτών των ρηγμάτων οδήγησε στη συνεχή καταβύθιση της περιοχής, με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν ταπεινώσεις, όπου σχηματίστηκαν οι λίμνες της βαθμίδας του Μακρυσίου. Κατά τη διάρκεια μικρών διαστημάτων μέσα σε αυτή την περίοδο, σχηματίστηκαν έλη στα περιθώρια των λιμνών, με αποτέλεσμα να αποτεθεί τύρφη, που προκάλεσε το σχηματισμό λιγνιτικών στρωμάτων μικρής εξάπλωσης μέσα στις λιμναίες μάργες αυτής της βαθμίδας. Στο τέλος του ανώτερου Πλειοκαίνου ακολούθησε μια περίοδος με ψυχρό κλίμα και υψηλή βροχόπτωση, γεγονός που οδήγησε στη δημιουργία των ποτάμιων ιζημάτων της βαθμίδας του Τριλόφου. Με την έναρξη του Πλειστοκαίνου και κατά τη διάρκεια της πρώτης παγετώδους περιόδου, πραγματοποιήθηκε η απόθεση των αδρομερών ιζημάτων της βαθμίδας της Απιδίτσας. Τη συγκεκριμένη χρονική περίοδο η τροφοδοσία της λεκάνης με κλαστικά υλικά γινόταν από τα βόρεια, νότια και δυτικά περιθώρια. Η τεκτονική καταβύθιση της λεκάνης εξακολούθησε κατά τη θερμή περίοδο που ακολούθησε, κατά τη διάρκεια της οποίας επικράτησε λιμναίο περιβάλλον στα κεντρικά κυρίως τμήματα της λεκάνης. Οι διακυμάνσεις της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα 18

20 οδήγησαν στο σχηματισμό ελών, όπου συσσωρεύτηκε το οργανικό υλικό, από το οποίο προήλθαν τα λιγνιτικά στρώματα του σχηματισμού της Μαραθούσας. Η δεύτερη ψυχρή περίοδος προκάλεσε τη δημιουργία των αποθέσεων του σχηματισμού της Μεγαλόπολης, οι οποίοι σκεπάζουν πλευρικά τα στρώματα του σχηματισμού της Μαραθούσας και εμφανίζουν επιμήκη εξάπλωση μέσα στη λεκάνη (Σχ. 2). Η πιο έντονη βύθιση της λεκάνης σταμάτησε με το τέλος της προηγούμενης περιόδου και αυτό είχε ως αποτέλεσμα τη διάβρωση των προϋπαρχόντων ιζημάτων στη θερμή περίοδο που επακολούθησε. Την ίδια χρονική στιγμή άρχισε να σχηματίζεται το σημερινό ποτάμιο σύστημα, που αποστραγγίζει τη λεκάνη, ενώ η τρίτη παγετώδης περίοδος χαρακτηρίστηκε από την απόθεση των αδρομερών κλαστικών ιζημάτων της βαθμίδας της Ποταμιάς. Η τελευταία βαθμίδα του Πλειστοκαίνου (βαθμίδα Θωκνίας) χαρακτηρίζεται, όπως και οι προηγούμενες, από μία θερμή και μια ψυχρή περίοδο. Κατά την πρώτη πραγματοποιήθηκε διάβρωση των παλαιότερων ιζημάτων και χημική αποσάθρωση των ιζημάτων της βαθμίδας της Ποταμιάς, ενώ κατά τη δεύτερη, έλαβε χώρα εισροή χονδρόκοκκων κλαστικών υλικών από τα νότια κυρίως περιθώρια, ιζήματα που αποτέθηκαν κατά μήκος της κοίτης του Αλφειού Ποταμού και των παραποτάμων του σχηματίζοντας την ανώτερη ποτάμια αναβαθμίδα. Ο σχηματισμός των αναβαθμίδων συνεχίστηκε στο Ολόκαινο με την απόθεση των ιζημάτων της μέσης και κατώτερης αναβαθμίδας της λεκάνης, ενώ δευτερεύοντα κανονικά ρήγματα ΒΑ-ΝΔ διεύθυνσης (Σχ. 2), που έδρασαν στο εσωτερικό της λεκάνης κατά τη διάρκεια του ανώτερου Πλειοκαίνου και του Πλειστοκαίνου, προκάλεσαν μετατοπίσεις των τεμαχών των διάφορων σχηματισμών, διαμορφώνοντας μια πολύπλοκη εικόνα. Το παραπάνω μοντέλο παλαιογεωγραφικής εξέλιξης της λεκάνης της Μεγαλόπολης προτάθηκε από τον Vinken (1965) και σε γενικές γραμμές περιλαμβάνει την εναλλαγή λιμναίων και ποτάμιων περιβαλλόντων απόθεσης κατά τη διάρκεια θερμών και ψυχρών κλιματικών περιόδων αντίστοιχα, μέχρι το τέλος της φάσης της έντονης βύθισης της λεκάνης στο μέσο Πλειστόκαινο. 19

21 Παρόλα αυτά πιο πρόσφατες έρευνες, βασισμένες σε παλυνολογικά δεδομένα (Okuda et al. 2002), ειδικότερα για την περίοδο που αφορά στον σχηματισμό του λιγνίτη, υποστηρίζουν ότι κατά τη διάρκεια των stadial περιόδων επικρατούσαν λιμναίες συνθήκες, ενώ η τύρφη σχηματίστηκε σε έλη που δημιουργήθηκαν στις θερμές μεσοπαγετώδεις περιόδους. 2.4 Το πεδίο Μαραθούσας Το πεδίο της Μαραθούσας βρίσκεται ανάμεσα στο πεδίο του Χωρεμίου και στο πεδίο Κυπαρισσίων και καταλαμβάνει έκταση 3 km 2 περίπου. Διακρίνονται τρεις κύριες λιγνιτοφόρες στιβάδες (Ι, ΙΙ, ΙΙΙ) (Αθανασίου κ.ά. 1972). Τα ενδιάμεσα ανόργανα ιζήματα αποτελούνται από εναλλαγές αργίλων και μαργών, ενώ σπανιότερα και προς τα ανώτερα στρώματα εμφανίζονται άμμοι και χαλαρά κροκαλοπαγή. Τα βέβαια αποθέματα του πεδίου της Μαραθούσας υπολογίστηκαν σε 60 Mt (Αθανασίου κ.ά. 1972). 20

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΣΚΟΠΟΣ Σκοπός της εργασίας αυτής είναι ο προσδιορισμός των συνθηκών γένεσης της Μεσαίας (ΙΙ) Στιβάδας του Πεδίου Μαραθούσας στη λεκάνη Μεγαλόπολης, με τη βοήθεια δεδομένων που προέκυψαν από την ανθρακοπετρογραφική και ορυκτολογική μελέτη των λιγνιτικών δειγμάτων. Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των ανθρακοπετρογραφικών και ορυκτολογικών συστατικών του λιγνίτη και η εξαγωγή συμπερασμάτων, που αφορούν κυρίως στην εξέλιξη του παλαιοτυρφώνα κάτω από την επιρροή εξωγενών παραγόντων, τις διεργασίες που έλαβαν μέρος, το βαθμό χουμοποίησης του τυρφογενετικού υλικού, και την ποιότητα του γαιάνθρακα. 21

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ Η μελέτη περιλαμβάνει τα παρακάτω στάδια: Εργασία υπαίθρου με σκοπό τη συλλογή δειγμάτων και μακροσκοπική περιγραφή αυτών, Εργαστηριακούς προσδιορισμούς: υγρασίας, τέφρας πτητικών συστατικών και θερμαντικής ικανότητας Ανθρακοπετρογραφική εξέταση, Ορυκτολογική ανάλυση, Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και εξαγωγή συμπερασμάτων. 4.1 Εργαστηριακοί προσδιορισμοί Οι εργαστηριακές εξετάσεις πραγματοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Έρευνας ορυκτών και πετρωμάτων του Τμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών και περιέλαβαν τον προσδιορισμό υγροσκοπικής υγρασίας, τέφρας και πτητικών συστατικών επί ξηρού, καθώς και τον προσδιορισμό της θερμαντικής ικανότητας των δειγμάτων λιγνίτη Προσεγγιστική ανάλυση Υγρασία Η υγρασία αποτελεί σημαντική παράμετρο για τον προσδιορισμό του βαθμού ενανθράκωσης του λιγνίτη, αλλά και για τον τρόπο αξιοποίησής του (Χρηστάνης, 1999). Απλά αναφέρεται πως υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία είναι ανεπιθύμητη καθώς απορροφά ενέργεια για να εξατμιστεί, με αποτέλεσμα τη μείωση της θερμαντικής ικανότητας του λιγνίτη. Η ολική υγρασία συνίσταται από την αρχική και την υγροσκοπική υγρασία. 22

24 Για τον προσδιορισμό της αρχικής υγρασίας τα ως έχει δείγματα λιγνίτη τοποθετήθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου και παρέμειναν εκεί έως ότου το βάρος τους να παραμείνει σταθερό. Για τον προσδιορισμό της υγροσκοπικής υγρασίας, η οποία αναφέρεται στο νερό που συγκρατείται υγροσκοπικά στο λιγνίτη, τα δείγματα αφού ομογενοποιήθηκαν και κονιοποιήθηκαν σε κοκκομετρικό μέγεθος <250 μm, θερμάνθηκαν στους 105ºC για 24 h με βάση το πρότυπο ASTM D3302-(1989) Τέφρα Ο προσδιορισμός της τέφρας επί ξηρού πραγματοποιήθηκε με βάση το πρότυπο ASTM D3174-(1989). Η τέφρα αποτελεί το στερεό υπόλειμμα μετά από καύση του λιγνίτη για 4 h στους 750ºC. Οι προσδιορισμοί για κάθε δείγμα πραγματοποιήθηκαν δύο φορές και υπολογίστηκε ο μέσος όρος αυτών Πτητικά συστατικά Η περιεκτικότητα σε πτητικά συστατικά προσδιορίστηκε με βάση το πρότυπο ASTM D3175-(1989). Ως πτητικά συστατικά θεωρούνταιτα συστατικά, που απομακρύνονται από το δείγμα μετά τη θέρμανσή του απουσία αέρα (πυρόλυση), για 7 min στους 950ºC Μόνιμος άνθρακας Η περιεκτικότητα σε μόνιμο άνθρακα προσδιορίζεται έμμεσα από τη σχέση: Cf = 100 VM-A όπου Cf η επί τοις % κ.β. περιεκτικότητα σε μόνιμο άνθρακα, VM η επί τοις % κ.β. περιεκτικότητα σε πτητικά συστατικά και A η επί τοις % κ.β. περιεκτικότητα σε τέφρα. Όλες οι παραπάνω τιμές πρέπει να αναφέρονται σε δείγματα επί ξηρού Θερμαντική ικανότητα Ως θερμαντική ικανότητα ορίζεται η ποσότητα της θερμότητας, που παράγεται κατά την καύση μιας ουσίας, ανά μονάδα βάρους της ουσίας. Οι προσδιορισμοί της 23

25 θερμαντικής ικανότητας πραγματοποιήθηκαν στα δείγματα λιγνίτη, με χρήση του αδιαβατικού θερμιδομέτρου ΙΚΑ C4000, βάσει του προτύπου ASTM D2015-(1995) Περιθλασιμετρία ακτίνων Χ Η περιθλασιμετρία ακτίνων Χ είναι μια αξιόπιστη τεχνική που χρησιμοποιείται για τον ποιοτικό και ημιποσοτικό προσδιορισμό των ορυκτολογικών συστατικών των δειγμάτων. Οι ορυκτολογικοί προσδιορισμοί στα δείγματα λιγνίτη πραγματοποιήθηκαν με χρήση του περιθλασιμέτρου Bruker D8 advance, με το οποίο είναι εφοδιασμένος ο Τομέας Ορυκτών Πρώτων Υλών του Τμήματος Γεωλογίας, Πανεπιστημίου Πατρών. Μια μικρή ποσότητα από το κάθε ένα από τα οχτώ συλλεχθέντα δείγματα, κονιοποιήθηκε σε γουδί και στη συνέχεια τοποθετήθηκε σε έναν υποδοχέα με κοιλότητα και επιπεδόθηκε με τη βοήθεια υαλώδους πλάκας. Τα αποτελέσματα που λήφθηκαν από την περιθλασιμετρία των ακτίνων Χ επεξεργάστηκαν με τη βοήθεια της εφαρμογής SearchMatchτου λογισμικού Crystallographica. Στη συνέχεια από τις ανακλάσεις που εμφανίζονταν στα ακτινογραφήματα πραγματοποιήθηκε ο ποιοτικός προσδιορισμός των ορυκτών σε κάθε δείγμα. 4.2 Ταξινόμηση των maceral Τα maceral των λιγνιτών διακρίνονται σε τρεις κύριες ομάδες, αυτές του Χουμινίτη, του Ινερτινίτη και του Λειπτινίτη. Στον Πίνακα 2 φαίνεται ο διαχωρισμός των διαφόρων maceral στις τρεις κύριες ομάδες και στις υποομάδες τους. Ο διαχωρισμός αυτός γίνεται με βάση την ανακλαστικότητα στο προσπίπτον φως του μικροσκοπίου, και τη μορφολογία τους (Stach et al. 1982, Diessel 1992, Taylor et al. 1998). 24

26 4.2.1 Ομάδα του Χουμινίτη Η ομάδα του Χουμινίτη αποτελείται από maceral, που έχουν γκρι χρώμα, ανακλαστικότητα ενδιάμεση των maceral των ομάδων του Λειπτινίτη και του Ινερτινίτη και συνίσταται από τρεις υποομάδες maceral, αυτές του τελοχουμινίτη, του δετροχουμινίτη και του γελοχουμινίτη (Sýkorová et al. 2005). Τα μέλη αυτής της ομάδας προέρχονται από τα χουμικά συστατικά, που αποτελούν προϊόντα της αποδόμησης των πλούσιων σε άζωτο οργανικών ουσιών των φυτών (κυτταρίνη, λιγνίνη, πρωτεΐνες), κυρίως μέσω της δράσης μικροοργανισμών (Taylor et al. 1998). Από πλευράς χημικής σύστασης είναι σχετικά πλούσιοι σε οξυγόνο και φτωχοί σε άνθρακα σε σχέση με τις άλλες δύο ομάδες maceral (van Krevelen 1993, Stankiewicz et al. 1996, Taylor et al. 1998, Sýkorová et al. 2005). Τα maceral της ομάδας του Χουμινίτη διακρίνονται σε τρεις υπο-ομάδες ανάλογα με την προέλευσή τους: Η πρώτη είναι η ομάδα του τελοχουμινίτη και περιλαμβάνει τα maceral τεξτινίτη και ουλμινίτη. Κοινό χαρακτηριστικό των maceral αυτής της υποομάδας είναι ότι εμφανίζουν καλά διατηρημένες κυτταρικές δομές. Η δεύτερη υπο-ομάδα είναι αυτή του δετροχουμινίτη και περιλαμβάνει τα maceral του αττρινίτη και του ντενζινίτη, που προέρχονται από θραύσματα εύκολα αποσυντιθέμενων φυτικών υπολειμμάτων, τα οποία έχουν χαμηλή περιεκτικότητα σε λιγνίνη και υψηλή σε κυτταρίνη και κατά κανόνα προέρχονται από ποώδη φυτά ή από ξυλώδη τμήματα Αγγειόσπερμων (Stach et al. 1982, Taylor et al. 1998). Η τρίτη και τελευταία υπο-ομάδα του Xουμινίτη είναι αυτή του γελοχουμινίτη, στην οποία υπάγονται δύο maceral, ο γελινίτης και ο κορποχουμινίτης. Τα maceral αυτής της ομάδας προέρχονται από χουμικά κολλοειδή από την αποδόμηση του οργανικού υλικού και από κυτταρικές εκκρίσεις (Stach et al. 1982, Diessel 1992, Taylor et al. 1998, Sýkorová et al. 2005). Σε γαιάνθρακες ωριμότερους από το στάδιο του λιγνίτη, η ομάδα του Χουμινίτη μεταπίπτει σε αυτήν του Βιτρινίτη, που αποτελείται με τη σειρά της από τρεις υποομάδες, του τελοβιτρινίτη (αντίστοιχη του τελοχουμινίτη), του ντετροβιτρινίτη (αντίστοιχη του ντετροχουμινίτη) και του γελοβιτρινίτη (αντίστοιχη του γελοχουμινίτη). 25

27 4.2.2 Ομάδα του Ινερτινίτη Τα maceral της ομάδας του Ινερτινίτη προέρχονται από τα ίδια υλικά, που παράγουν τον Χουμινίτη, με τη διαφορά ότι έχουν διέλθει από μία περίοδο έντονης ξήρανσης και οξείδωσης ποικίλης έντασης, που περιλαμβάνει την περίπτωση μερικής καύσης του συσσωρευμένου φυτικού υλικού, σε περιόδους που αυτό βρίσκεται πάνω από τον υδροφόρο ορίζοντα (Diessel 1992, Taylor et al. 1998). Το κύριο χαρακτηριστικό των maceral αυτής της ομάδας είναι η υψηλότερη ανακλαστικότητα σε σχέση με τα maceral των ομάδων του Χουμινίτη και του Λειπτινίτη, ενώ αναφορικά με τη χημική τους σύσταση είναι πλούσια σε άνθρακα και φτωχότερα σε οξυγόνο και υδρογόνο σε σχέση με τις άλλες δύο ομάδες (ICCP 2001). Σύμφωνα με την ICCP (2001) την ομάδα του Ινερτινίτη αποτελούν maceral με κυτταρική δομή (φουσινίτης, ημιφουσινίτης, φουγκινίτης), maceral που στερούνται κυτταρικής δομής (σεκρετινίτης, μακρινίτης, μικρινίτης) και θραυσματογενή maceral (ινερτοντετρινίτης). Ο φουσινίτης και ο ημιφουσινίτης αντιπροσωπεύουν οξειδωμένα και μερικώς οξειδωμένα κυτταρικά τοιχώματα με κενούς ενδοκυτταρικούς χώρους αντίστοιχα. Ο φουγκινίτης προέρχεται από σπόρους μυκήτων ή από άλλα μέρη των οργανισμών τους. Ο σεκρετινίτης είναι προϊόν οξείδωσης ρητινών ή χουμικών πηκτών (gel), ενώ ο μακρινίτης σχηματίζεται από την αφυδάτωση και οξείδωση χουμικών ουσιών ή είναι προϊόν μεταβολισμού μυκήτων και βακτηρίων. Τέλος ο μικρινίτης, που αποτελεί δευτερογενές maceral, σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της ενανθράκωσης από τα υπολείμματα ουσιών πλούσιων σε λιπαρές ενώσεις (Λειπτινίτης, πλούσιος σε υδρογόνο Χουμινίτης). Τα περισσότερα maceral της ομάδας του Ινερτινίτη μεταβάλλονται ελάχιστα κατά τη διάρκεια της ενανθράκωσης, εξαιτίας του γεγονότος ότι είναι ήδη «προενανθρακωμένα» (Taylor et al. 1998). Παρόλα αυτά κάποιες μικρές μεταβολές, που παρατηρούνται είναι μικρές απώλειες σε οξυγόνο και υδρογόνο με αποτέλεσμα τον εμπλουτισμό τους σε άνθρακα και η αύξηση της ήδη ισχυρής ανακλαστικότητάς τους. Η ανακλαστικότητα του Ινερτινίτη είναι πάντοτε μεγαλύτερη αυτής του 26

28 Χουμινίτη/Βιτρινίτη, εκτός από την περίπτωση των μετα-ανθρακιτών (Diessel 1992, Taylor et al. 1998) Ομάδα του Λειπτινίτη Τα maceral της ομάδας του Λειπτινίτη αποτελούν προϊόντα ενανθράκωσης φυτικών υλικών, πλούσιων σε υδρογόνο, όπως είναι οι σπόροι, η γύρη, οι φυσικές ρητίνες, επιδερμίδες φύλλων, κηρούχες ενώσεις, αιθέρια έλαια, γενικά λιπαρές ενώσεις, καθώς και προϊόντα βακτηριακής αποσύνθεσης πρωτεϊνών, κυτταρίνης και άλλων υδατανθράκων (Taylor et al. 1998). Χαρακτηριστικό των maceral αυτής της ομάδας είναι η πολύ χαμηλή ανακλαστικότητα και τα έντονα χρώματα φθορισμού, κάτω από το μπλε προσπίπτον φως. Οι οπτικές τους ιδιότητες αποδίδονται στη χημική δομή, που αποτελείται κυρίως από αρωματικές και αλειφατικές ενώσεις (Diessel 1992, Stankiewitz et al. 1996, Taylor et al. 1998). Αν και στην ονοματολογία των maceral της ομάδας του Λειπτινίτη δεν υπάρχουν υπο-ομάδες, σύμφωνα με τον Diessel (1992) αυτοί μπορούν να διακριθούν σε κύριους, που προέρχονται από ενανθρακωμένα τμήματα φυτών, και δευτερεύοντες, που σχηματίζονται μέσω αντιδράσεων θερμικής υγροποίησης και διαχωρισμού. Τα επιμέρους maceral της ομάδας του Λειπτινίτη είναι τα εξής: i) Σπορινίτης. Προέρχεται από τα εξωτερικά κυτταρικά τοιχώματα σπόρων και γύρης. ii) Κουτινίτης. Προέρχεται από επιδερμικά στρώματα, που σχηματίζονται στα εξωτερικά κυτταρικά τοιχώματα φύλλων και άλλων εξωτερικών τμημάτων των φυτών. iii) Ρεζινίτης. Μπορεί να προέρχεται από διαφορετικές μεταξύ τους χημικές ενώσεις, οι κυριότερες από τις οποίες είναι ρητίνες και κεριά, αν και άλλες ουσίες, όπως αιθέρια έλαια, γαλακτώδεις χυμοί και λιπαρές ενώσεις είναι πιθανό να αποτελούν επίσης το μητρικό του υλικό. iv) Φθορινίτης. Κύριο χαρακτηριστικό αυτού του maceral αποτελεί ο έντονος φθορισμός κίτρινου ως κιτρινοπράσινου χρώματος. Το μητρικό υλικό του φθορινίτη θεωρείται ότι αποτελούν διάφορα αιθέρια έλαια. v) Αλγινίτης. Αποτελείται από τμήματα φυκών (άλγες), που αναπτύσσονται κυρίως σε δυστροφικές λίμνες, καθώς και σε σημεία υψηλής 27

29 στάθμης νερού μέσα σε βάλτους. vi) Σουμπερινίτης. Εμφανίζεται με τη μορφή δικτύου γύρω από τον κορποχουμινίτη. vii) Βιτουμινίτης. Αποτελεί το προϊόν αποσύνθεσης φυκών και πλαγκτονικών οργανισμών, μαζί με βακτηριακή βιομάζα. viii) Χλωροφυλλινίτης. Πρόκειται για εξαιρετικά σπάνιο maceral, που προέρχεται από τη χλωροφύλλη, που περιέχεται σε φύκη, πράσινα φύλλα και καρπούς φυτών. ix) Λειπτοντετρινίτης. Aποτελείται από θραύσματα όλων των υπόλοιπων maceral της ομάδας του Λειπτινίτη. Είναι αρκετά κοινό maceral και εμφανίζεται σε γαιάνθρακες όλων των βαθμών ενανθράκωσης. Κατά την πρόοδο της ενανθράκωσης αυξάνεται το ποσοστό άνθρακα του Λειπτινίτη, γεγονός που προκαλεί την απώλεια κάποιων από τις χαρακτηριστικές του ιδιότητες, με αποτέλεσμα να μην είναι αρκετά ευδιάκριτος στα ανώτερα στάδια του λιθάνθρακα (Diessel 1992). 28

30 Πίνακας 2: Σχήμα ταξινόμησης των maceral του λιγνίτη με βάση το σύστημα STOPES- Heerlen. Ομάδα maceral ΧΟΥΜΙΝΙΤΗΣ ΛΕΙΠΤΙΝΙΤΗΣ Υποομάδα maceral maceral Τύπος maceral Μορφολογία/Περιγραφή Τελοχουμινίτη Ντεντροχουμινίτη Γελοχουμινίτη Τεξτινίτης Ουλμινίτης Αττρινίτης Ντενζινίτης Γελινίτης Κορποχουμινίτης Σπορινίτης Κουτινίτης Ρεζινίτης Σουμπερινίτης Αλγινίτης Φθορινίτης Βιτουμινίτης Χλωροφυλλινίτης Τεξτο-ουλμινίτης Ευ-ουλμινίτης Ποριγελινίτης Λεβιγελινίτης Κυτταρικά τοιχώματα Εν μέρει ζελατινοποιημένος κυτταρικός ιστός Πλήρως ζελατινοποιημένος κυτταρικός ιστός Ασύνδετα θραύσματα χουμινίτη Συγκολλημένα θραύσματα χουμινίτη Χουμικά κολλοειδή, χωρίς συγκεκριμένο σχήμα, με πόρους Χουμικά κολλοειδή, χωρίς συγκεκριμένο σχήμα και με πόρους Κύτταρα γεμάτα, κυκλικού ή ελλειψοειδούς σχήματος Σπόροι, γυρεόκοκκοι Επιμήκης ταινία, με οδοντωτές απολήξεις Σωματίδια ριτήνης, περίπου κυκλικού σχήματος Δίχτυ Φύκη Όπως και ο Ρεζινίτης, αλλά με έντονο πράσινο φθορισμό Ταινίες από μικρούς ακανόνιστους κόκκους Κόκκινα στίγματα Λειπτοδετρινίτης Θραύσματα Λειπτινίτη ΙΝΕΡΤΙΝΙΤΗΣ Φουσινίτης Ημιφουσινίτης Μακρινίτης Σκληροτινίτης Κυτταρικά τοιχώματα Κυτταρικά τοιχώματα, με ενδιάμεση Roil, μεταξύ χουμινίτη και ινερτινίτη Περίπου στρογγυλός, με ακανόνιστο περίγραμμα Μύκητας Ινερτοδετρινίτης Θραύσματα Ινερτινίτη 29

31 4.3 Προετοιμασία στιλπνών τομών Η προετοιμασία των στιλπνών τομών πραγματοποιήθηκε στα Εργαστήρια του Τομέα Ορυκτών Πρώτων Υλών του Τμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών, σύμφωνα με το πρότυπο Α.S.T.M. D2797-(1990). Αρχικά απομακρύνθηκε η υγρασία των δειγμάτων. Έπειτα τα δείγματα κονιοποιήθηκαν σε μέγεθος μικρότερο των 3 mm και στη συνέχεια μικρή ποσότητα δείγματος τοποθετήθηκε σε ειδικές πλαστικές μήτρες, οι οποίες εμποτίστηκαν με τεχνική ρητίνη τύπου Epofix, σε συνθήκες κενού αέρα, έτσι ώστε να απομακρυνθεί ο αέρας, ο οποίος στην περίπτωση που εγκλωβιστεί δημιουργεί φυσαλίδες και προκαλεί προβλήματα στην παρατήρηση της τομής. Οι τομές στη συνέχεια λειάνθηκαν στο Εργαστήριο Κονιοποίησης και Παρασκευής Στιλπνών Τομών του Τμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών. Για την επιλογή των δειγμάτων, στα οποία πραγματοποιήθηκε ανθρακοπετρογραφική εξέταση, λήφθηκαν υπόψη η τέφρα κάθε δείγματος, επιλέχθηκαν δηλαδή δείγματα με χαμηλή τέφρα, καθώς επίσης και η θέση εμφάνισης των αντίστοιχων στρωμάτων εντός της λιγνιτοφόρας στιβάδας Ανάλυση maceral Η ανθρακοπετρογραφική εξέταση πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια του ανθρακοπετρογραφικού μικροσκοπίου Leica DMRX. Η αναγνώριση των δομικών πετρογραφικών συστατικών των γαιανθράκων, πραγματοποιήθηκε με βάση το σύστημα ταξινόμησης Stopes/Heerlen, όπως αυτό έχει τροποποιηθεί από την ICCP (1971, 2001) και τους Sýkorová et al. (2005). Για την αναγνώριση των maceral των ομάδων του Χουμινίτη και του Ινερτινίτη, χρησιμοποιήθηκε ελαιοκαταδυτικός φακός Leica Germany 50X/0,85, σε λευκό προσπίπτον φως. Η συνολική μεγέθυνση ήταν 500Χ. Ανθρακοπετρογραφική εξέταση πραγματοποιήθηκε σε οχτώ δείγματα. 30

32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΠΑΙΘΡΟΥ 5.1 Στρωματογραφικά χαρακτηριστικά-μακροσκοπική περιγραφή Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε στη Μεσαία στιβάδα του Πεδίου Μαραθούσας. Η στιβάδα χαρακτηρίζεται από εναλλαγές λιγνιτικών και ανόργανων στρωμάτων (Σχ. 3). Τα ανόργανα στρώματα αποτελούνται κυρίως από άργιλο, οργανική άργιλο και μάργα. Τα ανόργανα στρώματα είναι πλούσια σε συγκρίμματα κυρίως ασβεστιτικά, σε φυτικά υπολείμματα, με συχνή την παρουσία μεγάλων τεμαχών ενανθρακωμένων φυτών και πλούσια σε απολιθώματα. Το χρώμα τους είναι γκρι-λαδί, καστανό ανοιχτό έως καστανό σκούρο. Κατά μήκος της στιβάδας πολλά από τα ανόργανα στρώματα εμφανίζουν επιφανειακές οξειδώσεις κίτρινου, κόκκινου και πορτοκαλί χρώματος. Τα λιγνιτικά στρώματα αποτελούνται από συχνές εναλλαγές ορυκτομιγούς και matrix (συμπαγούς) λιγνίτη. Το χρώμα τους είναι καστανό σκούρο ή καστανό ανοιχτό έως μαύρο. Ο λιγνίτης σε γενικές γραμμές είναι ελαφρώς έως μέτρια ζελατινοποιημένος, με υψηλό περιεχόμενο σε φυτικά υπολείμματα και απολιθώματα. Στον Πίνακα 1 του Παραρτήματος I περιγράφονται αναλυτικά τα μακροσκοπικά χαρακτηριστικά των οργανικών και ανόργανων στρωμάτων της Μεσαίας Στιβάδας του Κοιτάσματος Μαραθούσας. 31

33 ΜΘ103 ΜΘ101 ΜΘ100 ΜΘ93 ΜΘ92 Λιγνίτης ΜΘ89 ΜΘ88 Άργιλος ΜΘ86 ΜΘ85 Μάργα Οργανική άργιλος 40cm ΜΘ80 Ξυλίτης Σχήμα 3: Λιθολογική Στήλη της Μεσαίας Στιβάδας του Κοιτάσματος Μαραθούσας. Διακρίνονται οι θέσεις των δειγμάτων στα οποία πραγματοποιήθηκαν οι εργαστηριακοί προσδιορισμοί. 32

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΩΝ 6.1 Αποτελέσματα Προσεγγιστικής Ανάλυσης Υγρασία Οι προσδιορισμοί της αρχικής και υγροσκοπικής υγρασίας πραγματοποιήθηκαν σε 43 δείγματα λιγνίτη της Μεσαίας Στιβάδας του Πεδίου Μαραθούσας. Οι τιμές της αρχικής υγρασίας σε δείγματα ως έχει κυμαίνονται από 22,9% έως 62,5%, με μέση τιμή 42,9%, ενώ εκείνες της υγροσκοπικής υγρασίας κυμαίνονται από 4,0% έως 14,3%, με μέση τιμή 9,5%. Τα αποτελέσματα της φυσικής και υγροσκοπικής υγρασίας εμφανίζονται στον Πίνακα Τέφρα Η τέφρα προσδιορίστηκε σε 43 δείγματα λιγνίτη και παρουσιάζει σημαντικές διακυμάνσεις. Συγκεκριμένα το ελάχιστο ποσοστό τέφρας επί ξηρού που προσδιορίστηκε είναι 12,2% και το μέγιστο αυτής είναι 84,7% ενώ η μέση τιμή όλων των αποτελεσμάτων είναι 44.5%. Πρέπει να αναφερθεί ότι όσα έχουν μεγαλύτερη από 50% δεν θεωρούνται γαιάνθρακες. Τα αποτελέσματα τέφρας που προσδιορίστηκαν, εμφανίζονται στον Πίνακα Πτητικά Συστατικά Τα πτητικά συστατικά προσδιορίστηκαν σε οχτώ δείγματα, τα οποία επιλέχθηκαν με βάση τις τιμές της τέφρας. Οι τιμές που προσδιορίστηκαν κυμαίνονται από 48.9% έως 57,7% με μέση τιμή 53,8% (Πίν. 3) Μόνιμος Άνθρακας Η μέγιστη τιμή μόνιμου άνθρακα που υπολογίστηκε σε δείγματα επί ξηρού είναι 30,55%, η ελάχιστη 21,12%, ενώ ο μέσος όρος όλων των αποτελεσμάτων είναι 25,4% (Πίν. 3). 33

35 6.1.5 Θερμαντική Ικανότητα Ο προσδιορισμός της θερμαντικής ικανότητας έγινε σε 8 δείγματα λιγνίτη επί ξηρού και άνευ τέφρας και οι τιμές αυτής κυμαίνονται από 14,8 ΜJ/kg έως 20,1 ΜJ/kg με μέση τιμή 17,1 ΜJ/kg επί ξηρού και άνευ τέφρας (Πίν. 3). Πίνακας 3. Αποτελέσματα προσεγγιστικής ανάλυσης των λιγνιτικών δειγμάτων της Μεσαίας Στιβάδας του Πεδίου Μαραθούσας (όλες οι τιμές σε % κ.β., ε.ξ.: επί ξηρού). Κωδικός δείγματος Φυσική υγρασία Υγροσκοπική υγρασία Α.Θ.Ι. ΜJ/kg (ε.ξ) Τέφρα (ε.ξ) Πτητικά (ε.ξ) Μόνιμος άνθρακας (ε.ξ) ΜΘ54 51,6 9,8 35,1 ΜΘ55 51,9 9,8 37,5 ΜΘ56 43,1 7,0 60,6 ΜΘ57 47,3 10,5 35,2 ΜΘ59 30,9 6,3 72,6 ΜΘ60 33,1 5,8 75,7 ΜΘ61 25,8 4,3 84,7 ΜΘ62 24,9 5,0 82,2 ΜΘ63 29,0 4,9 76,7 ΜΘ64 26,1 4,4 80,7 ΜΘ65 22,9 4,0 82,2 ΜΘ66 59,9 12,8 18,4 ΜΘ67 57,8 11,3 18,1 ΜΘ68 53,6 8,7 36,4 ΜΘ69 55,7 12,9 21,4 ΜΘ70 48,5 9,8 44,7 ΜΘ71 52,4 10,4 39,2 ΜΘ72 49,4 7,4 48,5 ΜΘ73 53,8 9,1 36,9 ΜΘ74 50,2 9,6 33,3 ΜΘ75 44,7 8,5 47,5 ΜΘ76 37,5 6,5 68,3 34

36 ΜΘ77 35,4 6,1 67,0 ΜΘ81 44,9 7,0 61,3 ΜΘ82 52,9 9,8 31,7 ΜΘ83 52,9 12,1 15,6 27,8 51,0 21,1 ΜΘ84 41,6 12,3 37,6 ΜΘ85 29,7 5,8 77,1 ΜΘ87 29,0 4,4 81,7 ΜΘ88 33,7 5,8 73,9 ΜΘ90 62,5 14,1 20,1 12,2 57,7 30,0 ΜΘ91 57,8 13,7 23,2 ΜΘ92 58,0 14,2 16,3 22,4 55,0 22,5 ΜΘ94 57,8 14,1 17,6 15,3 54,1 30,5 ΜΘ95 45,9 15,3 24,4 ΜΘ96 59,4 14,4 18,4 15,0 57,3 27,6 ΜΘ97 60,1 14,3 15,7 ΜΘ98 50,3 10,7 39,8 ΜΘ99 56,3 12,7 14,8 29,5 48,9 21,5 ΜΘ100 49,6 9,3 51,9 ΜΘ101 41,0 11,7 18,3 19,7 52,9 27,3 ΜΘ102 50,6 11,4 23,8 ΜΘ103 43,7 10,7 16,2 23,9 53,8 22,2 Η άμεση ανάλυση μαζί με τον προσδιορισμό της θερμαντικής ικανότητας και των πτητικών συστατικών αποτελούν τη βάση για τη συστηματική ταξινόμηση των ορυκτών ανθράκων ως προς το βαθμό ενανθράκωσης. Ο βαθμός ενανθράκωσης δεν αποτελεί άμεσα μετρήσιμο μέγεθος, μπορεί όμως να προσδιοριστεί από τις φυσικές και χημικές παραμέτρους της ενανθράκωσης. Οι τιμές της υγρασίας, της θερμαντικής ικανότητας και των πτητικών συστατικών είναι σημαντικοί δείκτες του βαθμού ενανθράκωσης για τους λιγνίτες. Με την αύξηση του βαθμού ενανθράκωσης μειώνεται το ποσοστό υγρασίας και πτητικών συστατικών, ενώ αυξάνεται η θερμαντική ικανότητα του λιγνίτη (Diessel, 1992). Η περιεκτικότητα σε τέφρα συνδέεται άμεσα με τις τοπικές συνθήκες σχηματισμού του κοιτάσματος, αλλά δεν αποτελεί παράμετρο του βαθμού ενανθράκωσης. Τα ανόργανα συστατικά μπορεί να είναι α) αλλόχθονης προέλευσης 35