ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΙΖΗΜΑΤΟΛΟΓΙΑΣ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΝΕΩΝ ΜΟΥ ΑΝΙΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΛΙΕΙΑΣ ΚΑΙ Υ ΑΤΟΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΙΖΗΜΑΤΟΛΟΓΙΑΣ (ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ) ΓΕΩΡΓΙΟΣ Κ. ΠΑΠΑΣΤΕΡΓΙΟΣ M. Sc. ΓΕΩΛΟΓΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2005

2 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά Παράγοντες που επηρεάζουν το σχηµατισµό των ιζηµάτων ιεργασίες προέλευσης ιζηµάτων Φυσικές διεργασίες Χηµικές διεργασίες Βιολογικές διεργασίες ιεργασίες ιζηµατογένεσης Αποσάθρωση και κλίµα ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΚΥΡΙΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ ΤΟΥ ΘΑΛΑΣΣΙΟΥ ΠΥΘΜΕΝΑ Εισαγωγή Υφαλοκρηπίδα Ηπειρωτική κατωφέρεια Ηπειρωτικά περιθώρια Μορφολογικά χαρακτηριστικά του ωκεάνιου πυθµένα Βαθυµετρικές τεχνικές Βαθυµέτρηση (sounding) Ηχοβολισµός (echosounding) Σεισµική ανάκλαση (seismic reflection) Λοιπά συστήµατα βαθυµέτρησης ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 1.Α Άσκηση 1.Β ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΥΛΛΟΓΗ ΚΑΙ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΕΙΓΜΑΤΟΣ ΙΖΗΜΑΤΟΣ ειγµατοληψία ειγµατολήπτες Αρπάγη ιζήµατος Πυρηνοληπτικός δειγµατολήπτης Συντήρηση δειγµάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΧΟΝ ΡΟΚΟΚΚΟΥ ΙΖΗΜΑΤΟΣ Κοκκοµετρική στήλη (µέθοδος του κοσκινίσµατος) ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 4.Α ΚΕΦΑΛΑΙΟ

3 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΥ ΙΖΗΜΑΤΟΣ ΜΕΡΟΣ Α Εισαγωγή Ο νόµος του Stokes Υπολογισµός πυκνότητας των κόκκων ιζήµατος Μέθοδος του σιφωνίου ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 5.Α ΜΕΡΟΣ Β Ισοδύναµη σφαιρική διάµετρος κόκκων και πυκνότητα κόκκων ιζήµατος Παραλλαγή της µεθόδου του σιφωνίου ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 5.Β Άσκηση 5.Β Άσκηση 5.Β ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΙΖΗΜΑΤΟΣ Στατιστική µελέτη του ιζήµατος Επικρατέστερη τιµή (Mode Mo) Μέσος όρος µεγέθους κόκκων (Mean Me) Ταξινόµηση (Sorting So) Σταθερή απόκλιση (Standard Deviation Sd) Λοξότητα (Skewness Sk) Κύρτωση (Kurtosis Ku) Σφαιρικότητα (Sphericity - Sy) Ταξινόµηση κλαστικών ιζηµάτων ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 6.Α Άσκηση 6.Β ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΜΜΩ ΕΙΣ ΑΚΤΕΣ (ΕΠΟΧΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΤΗΣ ΑΜΜΟΥ) Εισαγωγή ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 7.Α ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΑ ΧΟΝ ΡΟΚΟΚΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ (ΚΡΟΚΑΛΕΣ ΛΑΤΥΠΕΣ)

4 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας 8.1. Εισαγωγή Σχήµα Σφαιρικότητα Μορφή Στρογγυλότητα ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 8.Α Άσκηση 8.Β ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΑ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ (ΑΜΜΟΣ) Γενικά ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 9.Α ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΠΟΛΙΘΩΜΑΤΑ Εισαγωγή Απολίθωση Κατηγορίες απολιθωµάτων Συνοµοταξία µαλάκια (molluska) ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1: ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2: ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3: ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ

5 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. Γενικά. Τα ιζήµατα και τα ιζηµατογενή πετρώµατα καλύπτουν το 75% της επιφάνειας της γης. Τα ιζήµατα συνήθως αποθέτονται σε στρώµατα διαφορετικής (πετρολογικής) σύστασης και ιστού. Από τη µελέτη αυτών συµπεραίνουµε τις περιβαλλοντικές συνθήκες του γεωλογικού παρελθόντος, αλλά και τη γεωλογική ιστορία της γης. Τα ιζήµατα είναι σπουδαίες πηγές δοµικών υλικών, κεραµικών προϊόντων, ανθράκων, πετρελαίου, φυσικού αερίου και ορισµένων µετάλλων. Τα συµπαγή προϊόντα των ιζηµάτων είναι τα ιζηµατογενή πετρώµατα. Αυτά σχηµατίζονται από απόθεση και συγκόλληση ή µη υλικών αποσάθρωσης που αιωρούνται στο νερό ή στον αέρα (κλαστικά ιζήµατα) ή από απόθεση υλικών ηφαιστειοκλαστικής προέλευσης (ηφαιστειοκλαστικά ιζήµατα) ή από καταβύθιση των συστατικών ιόντων διαφόρων διαλυµάτων εξαιτίας της εξάτµισης (χηµικά ιζήµατα) ή τέλος, από συσσώρευση των σκελετικών στοιχείων διαφόρων ζωικών ή φυτικών οργανισµών (βιογενή ιζήµατα). Σε ένα θαλάσσιο περιβάλλον η ιζηµατογένεση χαρακτηρίζεται από τις παρακάτω φάσεις (Σχ. 1): Νηριτική: Λαµβάνει χώρα σε περιβάλλοντα µεταξύ χαµηλής παλίρροιας και βάθους 200 m ή µεταξύ χαµηλής παλίρροιας και του άκρου της ηπειρωτικής υφαλοκρηπίδας. Βαθυαλική: Αναφέρεται σε περιβάλλον µε βάθος νερού από 200 έως m. Αβυσσική: Συµβαίνει σε περιβάλλον µε βάθος νερού µεγαλύτερο από m. Βενθική: Χαρακτηρίζει το περιβάλλον κοντά στον πυθµένα των θαλασσών. Πελαγική: Αναφέρεται στο περιβάλλον των ανοικτών θαλασσών. Όλες οι φάσεις ιζηµατογένεσης συµπεριλαµβάνουν και τους οργανισµούς που ζουν στα αντίστοιχα περιβάλλοντα. Οι ρυθµοί ιζηµατογένεσης ποικίλλουν πολύ. Έχουν µετρηθεί τιµές από 3 mm/1.000 έτη (βαθιές θάλασσες) έως και µερικά µέτρα το χρόνο (ορισµένα δέλτα µεγάλων 5

6 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας ποταµών). Για παράδειγµα, στο δέλτα του Μισισίπη έχουν συσσωρευτεί ιζήµατα πάχους 18 km από την αρχή του Τριτογενούς (65 εκ. χρ.) που αντιστοιχούν σε ρυθµούς ιζηµατογένεσης 200 mm/ έτη. Σχήµα 1. Φάσεις ιζηµατογένεσης (από Ψιλοβίκο 1984, τροποποιηµένο). Οι κυριότεροι εξωτερικοί παράγοντες που µπορεί να επηρεάσουν τους ρυθµούς ιζηµατογένεσης είναι: Η τεκτονική: είναι ο κυριότερος παράγοντας που επηρεάζει το ρυθµό ιζηµατογένεσης. Τεκτονικά φαινόµενα είναι η ορογένεση, η επίκλυση και απόσυρση της θάλασσας κ.α. Οι κλιµατικές επιδράσεις: Το κλίµα ελέγχει την αποσάθρωση, καθώς και τη βλάστηση και είναι ρυθµιστικός παράγοντας στο σχηµατισµό βιογενών ή χηµικών ιζηµάτων. Επίσης, µε τη δηµιουργία των παγετώνων µπορεί να προξενήσει πτώση της επιφάνειας της θάλασσας µε αποτέλεσµα την αποκάλυψη νέων τµηµάτων ξηράς τα οποία θα αποσαθρωθούν. Κοσµικές επιδράσεις: τέτοιες επιδράσεις είναι οι αλλαγές στη σύσταση της ατµόσφαιρας και των ωκεανών, αλλαγές στη φύση της ζωής, αστρονοµικές αλλαγές και τέλος, αλλαγές στη σύσταση και στο µέγεθος των ηπείρων Παράγοντες που επηρεάζουν το σχηµατισµό των ιζηµάτων Η σύσταση των ιζηµάτων ποικίλλει, τόσο χηµικά, όσο και ορυκτολογικά. Παράγοντες που συνήθως συµβάλλουν στο σχηµατισµό των ιζηµάτων είναι: Ο ρυθµός θρυµµατισµού των µητρικών πετρωµάτων 6

7 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Ο τρόπος και ο ρυθµός µεταφοράς των αποσαθρωµένων υλικών Ο διαµερισµός και η ταξινόµηση των κόκκων Η χηµική σύσταση και η ενεργότητα του περιβάλλοντος Οι χηµικές αλλοιώσεις ιεργασίες προέλευσης ιζηµάτων Οι διεργασίες προέλευσης των ιζηµάτων χωρίζονται σε τρεις µεγάλες κατηγορίες, οι οποίες είναι: Φυσικές διεργασίες Χηµικές διεργασίες Βιολογικές διεργασίες Φυσικές διεργασίες Αυτές περιλαµβάνουν: Χερσαίες αποθέσεις: Σχηµατίζονται είτε από µικρή (π.χ. κατολισθήσεις, πλευρικά κορήµατα κ.α.), είτε από µεγάλη (π.χ. ποτάµιες αποθέσεις κ.α.) µεταφορά των συστατικών τους. Επηρεάζονται από τη βαρύτητα και τη µεταφορική ικανότητα του νερού. ελταϊκές αποθέσεις: Σχηµατίζονται από τη ροή των νερών των ποταµών στο στάσιµο νερό των λιµνών ή των θαλασσών. Παράκτιες αποθέσεις: Σχηµατίζονται από την επιφανειακή επενέργεια του νερού των θαλασσών και των λιµνών. Παγετώδεις αποθέσεις: Σχηµατίζονται από την επενέργεια του πάγου. Αιολικές αποθέσεις: Σχηµατίζονται από την επενέργεια του ανέµου Χηµικές διεργασίες Αυτές περιλαµβάνουν: Εβαπορίτες: Τα πιο συνηθισµένα συστατικά τους είναι το CaCO 3, το CaSO 4, το NaCl, το MgSO 4 και το αυτοφυές S. Η σειρά σχηµατισµού αυτών των αλάτων εξαρτάται από το ποσό των ιόντων στο νερό, από τη θερµοκρασία και το βάθος του. Υπολείµµατα: χωρίζονται σε: 7

8 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας o Χηµικά υπολείµµατα: Σχηµατίζονται από την εκλεκτική καταστροφή και αποµάκρυνση εξωτερικών τµηµάτων των πετρωµάτων µε διάλυση. o Φυσικά υπολείµµατα: Σχηµατίζονται από εκλεκτική καταστροφή και αποµάκρυνση εξωτερικών τµηµάτων των πετρωµάτων µε την επίδραση νερού ή ανέµου. Ανόργανες αποθέσεις: Σχηµατίζονται µε εκλεκτική διάλυση υπό συγκεκριµένες συνθήκες (π.χ. αν ελαττωθεί η πίεση ή αυξηθεί η θερµοκρασία του νερού) Βιολογικές διεργασίες Αυτές περιλαµβάνουν: Οργανικά οικοδοµήµατα: άση, έλη, ύφαλοι (κοράλλια, φύκη, σπόγγοι, µαλάκια κ.α.) και άλλες ζωικές αποικίες µπορούν να δηµιουργήσουν ιζήµατα. Οι ύφαλοι αποτελούνται κυρίως από ενώσεις Ca και Mg. Οργανικά υπολείµµατα: Περιλαµβάνουν υπολείµµατα υφάλων, κελύφη οργανισµών, ασβεστιτική ιλύς, κερατόλιθους, άνθρακες κ.α. Οι ύφαλοι καταστρέφονται από τη διαβρωτική ενέργεια των κυµάτων και τους διατρητικούς οργανισµούς. Επίσης, τα σκελετικά στοιχεία ορισµένων οργανισµών (π.χ. βραχιόποδα, µαλάκια, κρινοειδή κ.α.) συσσωρεύονται µετά το θάνατό τους σχηµατίζοντας ασβεστιτική ιλύ στους πυθµένες των βαθιών θαλασσών. Τα ακτινόζωα, τα διάτοµα και οι σπόγγοι εκκρίνουν SiO 2. Επειδή ζουν σε βαθιά νερά (εκτός των σπόγγων) η παρουσία άλλων ιζηµάτων είναι ελάχιστη, µε αποτέλεσµα οι πυριτικοί σκελετοί τους να διατηρούνται ακέραιοι και να σχηµατίζουν τους κερατόλιθους. Οργανικά περιττώµατα: Περιλαµβάνουν τις αποθέσεις γουανό και µερικούς σφαιρόκοκκους γλαυκονίτη, θείου και σουλφιδίων ιεργασίες ιζηµατογένεσης Αυτές είναι: Η αποσάθρωση (weathering): Είναι το σύνολο των διεργασιών που συντελούν στην καταστροφή των πετρωµάτων εξαιτίας της έκθεσής τους κοντά στην επιφάνεια της γης. Πρόκειται για φυσικές, χηµικές και βιολογικές εξαλλοιώσεις του µητρικού πετρώµατος. 8

9 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Μεταφορά (transportation): Περιλαµβάνει τη µετακίνηση των υλικών αποσάθρωσης από µια περιοχή σε µια άλλη µε τη βοήθεια, κυρίως του νερού, αλλά και µε τον αέρα, τη βαρύτητα και τον πάγο. Απόθεση (deposition): Είναι η διεργασία της συσσώρευσης σε στρώµατα ή ανώµαλες µάζες των υλικών αποσάθρωσης. ιαγένεση (diagenesis): Πρόκειται για τη συµπαγοποίηση µέσω διαφόρων µηχανισµών (φυσικών, χηµικών και βιολογικών) των χαλαρών ιζηµάτων. Αναφορικά, οι κυριότεροι παράγοντες αποσάθρωσης είναι οι εξής: Φυσικοί παράγοντες: o Μεταβολή της θερµοκρασίας o Πάγος o Απόθεση αλάτων o Τεκτονικές πιέσεις Χηµικοί παράγοντες: o ιάλυση (dissolution) o Υδρόλυση (hydrolysis) o Ενυδάτωση (hydration) o Οξείδωση (oxidation) o Αναγωγή (reduction) Βιολογικοί παράγοντες: Είναι η δράση οργανισµών είτε φυτικών, είτε ζωικών. Το µεγαλύτερο ποσοστό βιολογικής αποσάθρωσης των πετρωµάτων προκύπτει από οργανισµούς κατώτερου ταξονοµικού επιπέδου (π.χ. βακτήρια, φύκη, λειχήνες κ.α.). Ο µέσος όρος των µικροοργανισµών σε 1 g εδάφους είναι 1 δισ. Η επενέργεια ορισµένων διατρητικών οργανισµών και ιδίως των σκουληκιών, προάγει τη χηµική αποσάθρωση, καθώς τρυπούν και αναστρέφουν το έδαφος. Ακόµη, είναι δυνατόν να πέπτουν κόκκους ορυκτών µεγέθους έως 1 mm. Μερικά εδάφη περιέχουν έως σκουλήκια ανά στρέµµα κι έχει υπολογιστεί ότι µπορούν να αναστρέψουν σε ένα χρόνο 4,5 τόνους εδάφους Αποσάθρωση και κλίµα. Οι θερµοκρασία και η υγρασία, που είναι οι σπουδαιότεροι παράγοντες ρύθµισης των κλιµάτων, ρυθµίζουν και το είδος της αποσάθρωσης. Για παράδειγµα, σε περιοχές ψυχρές ή ερηµικές επικρατεί η φυσική αποσάθρωση και τα προϊόντα της είναι πλούσια σε συγκεκριµένα ορυκτά (σηµαντική παρουσία αστρίων, πολύ λίγος χαλαζίας). Αντίθετα, σε υγρές και θερµές περιοχές επικρατεί η χηµική αποσάθρωση µε συνέπεια τα ιζήµατα να είναι πλούσια σε άλλα ορυκτά (χαλαζία) και φτωχά σε άλλα (αστρίους). Επίσης, η χηµική 9

10 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας αποσάθρωση ενός πετρώµατος επηρεάζεται από την κοκκοµετρική του σύσταση. Συνέπεια αυτού είναι τα λεπτόκοκκα πετρώµατα να είναι πιο ανθεκτικά από τα αδρόκοκκα. Σε γενικές γραµµές διακρίνονται τρεις τύποι κλιµάτων εξαιτίας της διαφορετικής συµπεριφοράς των πετρωµάτων απέναντι στην αποσάθρωση και τη διάβρωση: Κλίµα Nival: Επικρατεί σε ψυχρές και παγετώδεις περιοχές. Επικρατεί η φυσική αποσάθρωση. Κύριος παράγοντας διάβρωσης είναι ο πάγος. Κλίµα Arid: Γενικά επικρατεί σε περιοχές µε πολύ λίγα κατακρηµνίσµατα, δηλαδή σε περιοχές ξηρές τροπικές και σε στέππες.. Εδώ επικρατεί η αιολική διάβρωση και η αποσάθρωση είναι κυρίως φυσική. Σε τέτοιες περιοχές το πάχος των ιζηµάτων είναι σχετικά µικρό. Κλίµα Humid: Επικρατεί σε υγρές τροπικές και εύκρατες περιοχές. Η αποσάθρωση είναι κυρίως χηµική και πιο σηµαντικός παράγοντας διάβρωσης είναι το νερό. Σε αυτές τις περιοχές το πάχος είναι σαφώς µεγαλύτερο από τις προηγούµενες. 10

11 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΚΥΡΙΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ ΤΟΥ ΘΑΛΑΣΣΙΟΥ ΠΥΘΜΕΝΑ 2.1. Εισαγωγή Η µορφολογία του ωκεάνιου πυθµένα άρχισε να γίνεται γνωστή µε την ανάπτυξη και εφαρµογή των ηχοβολιστικών µεθόδων (sonars). Συστηµατικές έρευνες έδειξαν ότι τα µεγάλα χαρακτηριστικά των ωκεάνιων λεκανών δεν είναι τυχαία κατανεµηµένα, αλλά παρουσιάζουν κάποια κανονικότητα. Τα πιο σηµαντικά από αυτά περιγράφονται παρακάτω Υφαλοκρηπίδα Ηπειρωτική κατωφέρεια Στο σηµείο όπου η θάλασσα συναντά την ξηρά ξεκινά µια αβαθής ζώνη µέχρι το βάθος των 200 m, η οποία ονοµάζεται υφαλοκρηπίδα. Το πλάτος της ποικίλει ανάλογα µε την τεκτονική της περιοχής, αλλά γενικά είναι µεγάλο κι έχει µικρή κλίση (Σχ. 2). Η υφαλοκρηπίδα αποτελεί περιθωριακό τµήµα του ηπειρωτικού φλοιού, καλύπτεται από θάλασσα και περιζώνει τις ηπείρους µε πλάτος από 15 km (π.χ.. Αφρική) έως και 100 km (π.χ. Σιβηρία). Θεωρείται πως κατά τις παγετώδεις περιόδους µετατρεπόταν σε ξηρά, ενώ µέσα σε αυτή µπορεί να παρατηρηθούν αβαθείς χαράδρες και χαµηλές ράχεις. Η επόµενη ζώνη µετά την υφαλοκρηπίδα καλείται ηπειρωτική κατωφέρεια. Θεωρείται ως η ζώνη όπου γίνεται µετάβαση από τον ηπειρωτικό στον ωκεάνιο φλοιό. Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της είναι η µεγάλη κλίση που έχει, ενώ το βάθος της κυµαίνεται από m. Το πλάτος της µπορεί να φτάσει τα 100 km (καταλαµβάνει περίπου το 10% της επιφάνειας της γης) και δύναται να καταλήγει είτε σε ηπειρωτικό κύρτωµα, είτε σε βαθιά περιφερειακή τάφρο (Σχ. 2). Σε περιοχές όπου υπάρχει το ηπειρωτικό κύρτωµα, ο πυθµένας καλύπτεται από παχύ στρώµα ιζηµάτων, τα οποία προέρχονται από την ηπειρωτική κατωφέρεια. Αντίθετα, οι περιοχές όπου καταλήγουν σε περιφερειακή τάφρο καλύπτονται από λιγότερα ιζήµατα γιατί οι µεγαλύτερες ποσότητες ιζηµάτων εγκλωβίζονται σε αυτή. 11

12 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Σχήµα 2. Τα κυριότερα µορφολογικά χαρακτηριστικά του ωκεάνιου πυθµένα (από Ψιλοβίκο 1984, τροποποιηµένο) Ηπειρωτικά περιθώρια. Η ζώνη µετάβασης από τον ηπειρωτικό προς των ωκεάνιο φλοιό ονοµάζεται ηπειρωτικό περιθώριο (continental margin) και διακρίνεται σε τέσσερις τύπους (Σχ. 3): Ατλαντικού τύπου: Χαρακτηριστικό του είναι η µεγάλου πλάτους υφαλοκρηπίδα η οποία ακολουθείται από απότοµη ηπειρωτική κατωφέρεια. Στη βάση της βρίσκεται το ηπειρωτικό κύρτωµα (Σχ. 3.α). Ειρηνικού τύπου: Αντίθετα µε το προηγούµενο, χαρακτηρίζεται από µικρού πλάτους υφαλοκρηπίδα η οποία ακολουθείται από ηπειρωτική κατωφέρεια µε µεγάλη κλίση και η οποία καταλήγει σε βαθιά περιφερειακή τάφρο (Σχ. 3.β). Περιφερειακό πλατό (marginal plateau): Χαρακτηριστικό του είναι η µικρού πλάτους υφαλοκρηπίδα, η οποία ακολουθείται από την ηπειρωτική κατωφέρεια, η οποία διακόπτεται από µια επίπεδη επιφάνεια (πλατό), περίπου στο µέσον της και συνεχίζεται µετά από αυτό (Σχ. 3.γ). Ηπειρωτικό υφαλοπλαίσιο (Continental borderland): Χαρακτηρίζεται από την ταυτόχρονη παρουσία υποθαλάσσιων λεκανών, ράχεων και νησιών. 12

13 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Σχήµα 3. Τύποι ηπειρωτικών περιθωρίων (από Αλµπανάκη 1997, τροποποιηµένο). 13

14 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας 2.4. Μορφολογικά χαρακτηριστικά του ωκεάνιου πυθµένα Πέρα από την ηπειρωτική κατωφέρεια, σε βάθος από 2500 έως και πάνω από 5000 m εκτείνεται η πελαγική ή αβυσσική ζώνη µε τον ωκεάνιο φλοιό. Το ανάγλυφό του ωκεάνιου πυθµένα είναι ηπιότερο από αυτό του ηπειρωτικού φλοιού (ήπειροι υφαλοκρηπίδα ηπειρωτική κατωφέρεια). Τα κύρια µορφολογικά χαρακτηριστικά του ωκεάνιου πυθµένα είναι: Μεγάλων διαστάσεων επίπεδα βαθιάς θάλασσας Ηφαιστειογενείς λοφώδεις και υψηλές οροσειρές (π.χ. µεσοωκεάνιες ράχεις: επιµήκεις εξάρσεις του πυθµένα, µε απότοµο και τραχύ ανάγλυφο που περιβάλλει το κεντρικό τµήµα. Σε αυτές τις περιοχές συµβαίνει αύξηση του ωκεάνιου πυθµένα, µε τη δηµιουργία νέου ωκεάνιου φλοιού) (Σχ. 4.α) Guyot (ισοπεδωµένα κωνικής µορφής όρη) και ατόλες (Σχ. 4.β και 4.γ) Canyon (βαθιές χαραδρώσεις) Ελαφρές κυµατώσεις. Το µεγαλύτερο µέρος των δοµών του πυθµένα των ωκεανών, οφείλεται σε ηφαιστειακές εκρήξεις, σε τεκτονικές κινήσεις, σε κοραλλιογενείς σχηµατισµούς, καθώς και στους παράγοντες της διάβρωσης και (κυρίως) της ιζηµατογένεσης, η οποία χαρακτηρίζεται από ιζήµατα βαθιάς θάλασσας (π.χ. κερατόλιθους, ραδιολαρίτες κ.α). Λόγω αυτής της ιζηµατογένεσης, ο ωκεάνιος πυθµένας καλύπτεται στο µεγαλύτερο µέρος από ιζήµατα. Σχήµα 4. Μορφολογικά χαρακτηριστικά του ωκεάνιου πυθµένα (από Αλµπανάκη 1997, τροποποιηµένο). 14

15 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών 2.5. Βαθυµετρικές τεχνικές. Ως βαθυµετρικές τεχνικές θεωρούνται όλες εκείνες οι µέθοδοι µε την βοήθεια των οποίων µπορεί να προσδιοριστεί το βάθος του θαλάσσιου πυθµένα. Οι πιο σηµαντικές από αυτές είναι: Βαθυµέτρηση (sounding) Είναι η πρώτη προσπάθεια µέτρησης του βάθους της θάλασσας. Αναπτύχθηκε από τους Έλληνες (85 π.χ.) και εκτός από πρωτοπόρα ήταν ταυτόχρονα και η πιο απλή. Χρησιµοποιώντας ένα βαρύ καλώδιο ή ένα σκοινί µε ένα βαρύδιο στην άκρη του, µετρούσαν το µήκος του σκοινιού από τον πυθµένα έως την επιφάνεια της θάλασσας. Μικρές αποκλείσεις από το πραγµατικό βάθος παρουσιάζονταν όταν το σκοινί δε βρίσκονταν σε κάθετη θέση. Οι πρώτες συστηµατικές µετρήσεις βάθους χρησιµοποιώντας αυτή την τεχνική πάρθηκαν το 1872 από το HMS Challenger (Σχ. 5). Το ταξίδι διήρκεσε τέσσερα χρόνια και πάρθηκαν συνολικά 492 µετρήσεις µε τη βοήθεια αυτής της µεθόδου. Το σηµαντικότερο συµπέρασµα αυτού του ωκεανογραφικού ταξιδιού ήταν ότι το ανάγλυφο του ωκεάνιου πυθµένα δεν είναι οµαλό. Σχήµα 5. Η µέθοδος της βαθυµέτρησης (από τροποποιηµένο) Ηχοβολισµός (echosounding) Οι σύγχρονες ηχοβολιστικές µέθοδοι χρησιµοποιούν ένα ηχητικό σήµα (pulse ή ping) για την µέτρηση του βάθους. Για τη χρήση αυτής της µεθόδου πρέπει να είναι γνωστός ο τρόπος µε τον οποίο ο ήχος ταξιδεύει στο νερό. Η ταχύτητα του ήχου στο νερό εξαρτάται από τη θερµοκρασία και την αλµυρότητα του νερού, καθώς και από την πίεση η οποία είναι ανάλογη µε το βάθος. Η ταχύτητα του ήχου στο νερό κυµαίνεται από 1400 έως 1570 m/sec (περίπου 4 φορές πιο µεγάλη απ ότι στον αέρα) (Σχ. 6). Η µέθοδος αυτή 15

16 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας εφαρµόζεται ευρέως από τον 2 ο Παγκόσµιο πόλεµο και µετά. Η συσκευή που παράγει τον ήχο είτε είναι προσκολληµένη στο σκαρί του πλοίου είτε σύρεται πίσω από αυτό. Το σήµα ταξιδεύει µέσα στο νερό, φτάνει στον πυθµένα (υλικό µε διαφορετική πυκνότητα) όπου και ανακλάται, επιστρέφει πίσω στην πηγή και καταγράφεται (Σχ. 7). Ο χρόνος που κάνει το σήµα για να ολοκληρώσει το ταξίδι του µετράται µε ακρίβεια. Το βάθος προσδιορίζεται από το χρόνο του ταξιδιού του σήµατος και την ταχύτητα του ήχου στο νερό, µε βάση τον παρακάτω τύπο: S = U t 2 Εξίσωση 1. Τύπος µε τη βοήθεια του οποίου µπορεί να υπολογιστεί το βάθος του θαλάσσιου πυθµένα [S = βάθος, U = ταχύτητα ήχου στο νερό ( 1450 m/sec), t = µετρούµενος χρόνος]. Σχήµα 6. Η ταχύτητα του ήχου στο νερό (από τροποποιηµένο). Ένα µειονέκτηµα αυτής της µεθόδου είναι ότι η ακρίβειά της είναι περιορισµένη σε µεγάλα βάθη. Επίσης, στο σήµα που λαµβάνεται µπορεί, µερικές φορές, να καταγραφούν ανωµαλίες οι οποίες οφείλονται σε φυσικά αίτια (π.χ. κοπάδι ψαριών το οποίο βρίσκεται µέσα στην περιοχή όπου γίνεται ο ηχοβολισµός, πλαγκτόν κ.λ.π.) (Σχ. 8). 16

17 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Σχήµα 7. Η µέθοδος του ηχοβολισµού (από τροποποιηµένο). Σχήµα 8. Γραφική απεικόνιση ηχοβολιστικού σήµατος, η οποία εµφανίζει και µια ανωµαλία από υψηλή συγκέντρωση πλαγκτόν Σεισµική ανάκλαση (seismic reflection) Πρόκειται για µια παραλλαγή της προηγούµενης µεθόδου. Σε αυτή τη µέθοδο δηµιουργούνται ηχητικά κύµατα έντονης ισχύος και χαµηλών συχνοτήτων µε τη βοήθεια τεχνητής έκρηξης. Με τη µέθοδο αυτή τα ηχητικά κύµατα διεισδύουν και µέσα στα ιζήµατα του πυθµένα (στρατιγραφία ιζήµατος) δίνοντας πληροφορίες και για αυτά (Σχ. 9). 17

18 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Σχήµα 9. Η µέθοδος της σεισµικής ανάκλασης (από τροποποιηµένο) Λοιπά συστήµατα βαθυµέτρησης Εκτός από τις προηγούµενες τεχνικές βαθυµέτρησης υπάρχουν και µερικές ακόµα, οι οποίες είναι: Σύστηµα Ακριβούς Καταγραφής Βάθους (PDR: Precision Depth Recorder): Γίνεται χρήση ηχητικών κυµάτων υψηλής συχνότητας. Η µέθοδος αναπτύχθηκε µετά το 1960 και µε τη βοήθειά της έγινε η πρώτη χαρτογράφηση του ωκεάνιου πυθµένα. Επίσης, βοήθησε στην ανάπτυξη της θεωρίας των λιθοσφαιρικών πλακών. SONAR (Sound Navigation and Raging): Με τη µέθοδο αυτή σαρώνεται µια περιοχή πλάτους 60 km κατά τη πορεία του πλοίου. Τα στοιχεία που συλλέγονται είναι πάρα πολλά, γι αυτό κι επεξεργάζονται από ηλεκτρονικούς υπολογιστές. GLORIA (Geological Long-Range Inclined Acoustical instrument): Επίσης, σαρώνεται µια περιοχή πλάτους 60 km κατά τη πορεία του πλοίου. Η συσκευή σάρωσης έλκεται από το πλοίο σε βάθος 50 m ώστε η πορεία της να µην επηρεάζεται από επιφανειακά φαινόµενα. ορυφορικά συστήµατα: Πρόκειται για τις πιο σύγχρονες βαθυµετρικές τεχνικές οι οποίες αναπτύχθηκαν ταυτόχρονα µε την ανάπτυξη της δορυφορικής τεχνολογίας. Η µέθοδος αυτή βασίζεται σε κάποιες βασικές φυσικές αρχές των ωκεάνιων υδάτων. 18

19 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 1.Α. Κατά τη διάρκεια µιας ωκεανογραφικής αποστολής έγιναν ορισµένες µετρήσεις βάθους µε τη βοήθεια της µεθόδου του ηχοβολισµού. Οι χρόνοι που καταγράφηκαν δίνονται στον πίνακα 1. Α. Να υπολογιστούν τα αντίστοιχα βάθη, Β. Να γίνει το προφίλ των µετρήσεων (κάθε µέτρηση απέχει από την άλλη κατά 1000 m, κλίµακα: 1 cm = 1000 m). Πίνακας 1. Χρόνοι που καταγράφηκαν µε τη βοήθεια της µεθόδου του ηχοβολισµού. Μετρήσεις t (sec) U (m/sec) S (m) Άσκηση 1.Β. Με το πέρας της προηγούµενης ωκεανογραφικής αποστολής συντάχθηκε ένας βαθυµετρικός χάρτης, τµήµα του οποίου αποτελεί το σχήµα 10. Να χαραχθούν οι ισοβαθείς καµπύλες και να σχηµατιστούν οι τοµές Α Β και Α Β. Τι διαφορές παρατηρείται; Σχήµα 10. Βαθυµετρικός χάρτης. 19

20 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΣΥΛΛΟΓΗ ΚΑΙ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΕΙΓΜΑΤΟΣ ΙΖΗΜΑΤΟΣ 3.1. ειγµατοληψία Κατά τη µελέτη των χαρακτηριστικών ενός ιζήµατος µιας περιοχής µελέτης είναι πρακτικά αδύνατο να γίνει δειγµατοληψία απ όλη την περιοχή. Γι αυτό, τα δείγµατα που θα συλλεχθούν πρέπει να είναι αντιπροσωπευτικά της περιοχής µελέτης. Κάποια από τα πράγµατα που πρέπει να λαµβάνει κανείς υπ όψη κατά τη δειγµατοληψία είναι: Τι θα πρέπει να αντιπροσωπεύει το δείγµα. Σαφώς, στην πλειοψηφία των περιπτώσεων το δείγµα που θα συλλεχθεί θα είναι κάποιο είδος ιζήµατος της περιοχής µελέτης. Σε ορισµένες περιπτώσεις όµως, µπορεί να χρειαστεί να ληφθούν και δείγµατα των γύρω πετρωµάτων, καθώς και της πανίδας ή χλωρίδας που διαβιώνει εκεί. Το µέγεθος του δείγµατος που θα πρέπει να ληφθεί. Αυτή η παράµετρος µπορεί να ποικίλλει σηµαντικά ανάλογα µε το σκοπό της µελέτης π.χ. από 50 g έως και αρκετά κιλά. Τη γεωγραφική κατανοµή των θέσεων δειγµατοληψίας. Στην περιοχή που µας ενδιαφέρει άµεσα, τα δείγµατα θα πρέπει να είναι αρκετά. Σε περιβάλλοντα γειτονικά της περιοχής µελέτης µπορεί να χρειαστεί να συλλεχθούν κάποια δείγµατα, κυρίως για λόγους σύγκρισης. Τη διαδικασία δειγµατοληψίας. Αυτή πρέπει να γίνεται µε τέτοιο τρόπο ώστε να µην επηρεάζει τα τελικά αποτελέσµατα. Τα δείγµατα θα πρέπει να συλλέγονται µε προσοχή και να αρχειοθετούνται κατάλληλα, π.χ. σε πλαστικές σακούλες ή δοχεία, πάνω στα οποία αναγράφεται ο αριθµός του δείγµατος και τυχόν άλλες πληροφορίες που θα κριθούν απαραίτητες. Γι αυτό το λόγω είναι συνετό κατά τη διάρκεια της δειγµατοληψίας να κρατούνται πληροφορίες που αφορούν το δείγµα σε κάποιο σηµειωµατάριο. Η διαδικασία δειγµατοληψίας µπορεί να είναι τυχαία, επιλεκτική (σε 20

21 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών περιοχές που παρουσιάζουν ενδιαφέρον) ή να ακολουθεί κάποιο κάνναβο που έχει προσχεδιαστεί στο εργαστήριο ειγµατολήπτες Για τη συλλογή των δειγµάτων µπορεί να χρησιµοποιηθούν διάφοροι δειγµατολήπτες. ύο από του πιο σηµαντικούς είναι η λεγόµενη αρπάγη ιζήµατος (clamshell sampler) και ο πυρηνοληπτικός δειγµατολήπτης (corer sampler). Παρ όλα αυτά υπάρχουν και περιπτώσεις (π.χ. δυσλειτουργία δειγµατολήπτη, αντίξοες συνθήκες κ.α.) όπου η δειγµατοληψία µπορεί να πραγµατοποιηθεί και µε άλλους τρόπους (π.χ. ελεύθερη κατάδυση, χρήση µολύβδινου δοχείου κ.α.) Αρπάγη ιζήµατος Αλλιώς είναι γνωστή και ως clamshell sampler, Peterson Grab ή Ekman Grab. Ανάλογα µε τη χρήση του µπορεί να τροποποιηθεί ως προς το σχήµα του, το βάρος του, το µέγεθός του, το είδος του ιζήµατος που θα ληφθεί κ.λ.π. Κατασκευάζεται από βαρύ µέταλλο και βάφεται κατάλληλα για προστασία από το θαλασσινό νερό. Αποτελείται από δύο κοίλες επιφάνειες (δαγκάνες) οι οποίες αρθρώνονται µεταξύ τους µε ένα ελατήριο (Εικ. 1). Εικόνα 1. Αρπάγη ιζήµατος. 21

22 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Λειτουργεί ως εξής: ο δειγµατολήπτης (Α) βυθίζεται στη θέση δειγµατοληψίας, µε ανοικτές τις κοίλες θύρες του (Β) και κατά την επαφή του µε το ίζηµα απελευθερώνεται ένα βαρύδιο (Γ) το οποίο κινείται κατά µήκος ενός σκοινιού ( ) που είναι συνδεδεµένο µε τον δειγµατολήπτη, προσκρούει στο ελατήριο (Ε) και κλείνει τις θύρες παγιδεύοντας το ίζηµα στο εσωτερικό του Πυρηνοληπτικός δειγµατολήπτης Αποτελείται από ένα σωλήνα σχετικά µικρής διαµέτρου, ο οποίος στο πάνω µέρος του συνδέεται µε σκοινί για να είναι δυνατή η βύθισή του και η µετέπειτα συλλογή του (Εικ. 2). Επίσης, έχει ένα µηχανισµό που όταν απελευθερωθεί θέτει σε λειτουργία ένα πώµα, το οποίο κλείνει ερµητικά στο πάνω άκρο του δειγµατολήπτη. Ο τρόπος λειτουργίας του είναι ο εξής: ο δειγµατολήπτης προσκρούει στο ίζηµα µε ταχύτητα και βυθίζεται µέσα σε αυτό (Σχ. 11. Α). Στη συνέχεια µπαίνει σε λειτουργία το πώµα, το οποίο κλείνει το άνω άκρο του δειγµατολήπτη και αυτός ανασύρεται, µαζί µε το ίζηµα που έχει παγιδεύσει (Σχ 11 Β) 1. Όσο πιο µαλακό είναι το ίζηµα και όσο πιο µεγάλη είναι η ταχύτητα του δειγµατολήπτη τόσο πιο µεγάλο θα είναι το βάθος στο οποίο θα εισχωρήσει ο δειγµατολήπτης. Εικόνα 2. Πυρηνοληπτικός δειγµατολήπτης (corer sampler) (από Anderson, 2004, τροποποιηµένο). Και οι δύο δειγµατολήπτες παρουσιάζουν πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα, τα οποία δίνονται συνοπτικά στον Πίνακα 2. 1 Αν και το κάτω άκρο του δειγµατολήπτη είναι ανοικτό, το ληφθέν δείγµα ιζήµατος δεν χάνεται λόγω της διαφοράς πίεσης. 22

23 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Σχήµα 11. Τρόπος λειτουργίας του πυρηνοληπτικού δειγµατολήπτη Συντήρηση δειγµάτων Στις περισσότερες δειγµατοληψίας, η άµεση επεξεργασία των ληφθέντων δειγµάτων είναι σχεδόν αδύνατη. Γι αυτό τα δείγµατα, µετά τη συλλογή τους πρέπει να διατηρούνται σε κατάλληλες συνθήκες, ανάλογα µε το σκοπό της µελέτης. Έτσι, εάν πρόκειται να µελετηθούν και οι οργανισµοί που συλλέχθηκαν µαζί µε το δείγµα ιζήµατος, τότε η συντήρησή του γίνεται σε διάλυµα φορµόλης και θαλασσινού νερού (5% κ.ο.). Εάν πρόκειται να µελετηθεί η στρωµάτωση του δείγµατος τότε πρέπει να αποφευχθεί η βίαιη µεταφορά και µετακίνησή του. Στο εργαστήριο τα δείγµατα θα πρέπει να ξηραθούν (θ = C) και στη συνέχεια να διατηρηθούν σε στεγνά µέρη, σε θερµοκρασία περιβάλλοντος. Αν το προς εξέταση δείγµα περιέχει φύλλα, κλαδιά κ.λ.π. αυτά αφαιρούνται. Επίσης µπορεί να κριθεί απαραίτητος ο διαχωρισµός του αρχικού δείγµατος σε περισσότερα του ενός τµήµατα, µε µικρότερη ποσότητα το καθένα. Η διαδικασία διαχωρισµού είναι η ακόλουθη (Σχ. 12): Το αρχικό δείγµα χωρίζεται σε τέσσερα ίδια τµήµατα, τα οποία τοποθετούνται αντιδιαµετρικά (σε σχήµα σταυρού) µεταξύ τους. Αναµιγνύουµε τα δύο τµήµατα που βρίσκονται διαγώνια απέναντι για να δηµιουργηθούν έτσι δύο καινούργια δείγµατα που το καθένα έχει τη µισή ποσότητα του αρχικού. Τέλος, σε περίπτωση που το δείγµα µας περιέχει συσσωµατώµατα υλικού, τότε αυτά διασπόνται είτε µε το χέρι, είτε χρησιµοποιώντας αχάτινο γουδί. Στη τελευταία περίπτωση χρειάζεται προσοχή ώστε να µην θρυµµατιστούν οι κόκκοι του ιζήµατος, λαµβάνοντας έτσι λανθασµένη εικόνα, όσον αφορά το µέγεθός τους, το σχήµα τους και τη µορφή τους. 23

24 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Πίνακας 2. Σύγκριση της αρπάγης ιζήµατος µε τον πυρηνοληπτικό δειγµατολήπτη. Αρπάγη ιζήµατος Πυρηνοληπτικός δειγµατολήπτης Πλεονεκτήµατα Μεγάλη επιφάνεια δειγµατοληψίας Συλλογή οργανισµών που ζουν µέσα στο ίζηµα (ενδοπανίδα) ιατήρηση της στρωµάτωσης του δείγµατος Μελέτη αερόβιας και αναερόβιας φάσης του ιζήµατος Μειονεκτήµατα Αναµόχλευση ιζήµατος Καταστροφή στρωµάτωσης Πιθανή απώλεια λεπτόκοκκου ιζήµατος Μικρή δειγµατοληπτική επιφάνεια εν ενδείκνυται για τη µελέτη της ενδοπανίδας Σχήµα 12. Τρόπος διαχωρισµού ενός αρχικού δείγµατος σε δύο τελικά (από Ψιλοβίκο 1995, τροποποιηµένο). 24

25 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΧΟΝ ΡΟΚΟΚΚΟΥ ΙΖΗΜΑΤΟΣ 4.1. Κοκκοµετρική στήλη (µέθοδος του κοσκινίσµατος) Ως αδρόκοκκα ιζήµατα θεωρούνται εκείνα τα οποία αποτελούνται, στην πλειοψηφία τους από κόκκους µε µέγεθος > 0,0625 mm. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, το προς ανάλυση δείγµα πρέπει να είναι αποσυσσωµατωµένο και καθαρό. Αφού ζυγίσουµε το δείγµα µας το περνάµε από µια σειρά από κόσκινα µε διαφορετική διάµετρο οπών (βροχίδων). Στο πάνω µέρος τοποθετείται το κόσκινο µε τη µεγαλύτερη διάµετρο, η οποία µπορεί να ποικίλλει ανάλογα µε τις ανάγκες της έρευνας που πραγµατοποιούµε (π.χ. 2mm). Στη συνέχεια τοποθετούµε ένα κόσκινο µε µικρότερη διάµετρο κ.ο.κ., έως ότου φτάσουµε στο κόσκινο µε την µικρότερη επιθυµητή διάµετρο για τις ανάγκες της έρευνας που διεξάγεται (συνήθως το κόσκινο µε µέγεθος οπών 0,0625 mm). Στο τέλος τοποθετείται ένα «ταψί» µέσα στο οποίο συλλέγεται όλο το υλικό που έχει διάµετρο µικρότερη από αυτή του τελευταίου, κατά σειρά κόσκινου (κοκκοµετρική στήλη) (Σχ. 13). Σχήµα 13. Κοκκοµετρική στήλη (από Ψιλοβίκο 1995, τροποποιηµένο). 25

26 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Για την επιλογή του ρυθµού µε τον οποίο θα µειώνεται η διάµετρος των οπών των κοσκίνων (βήµα) γίνεται χρήση δύο κλιµάκων (κοκκοµετρικές κλίµακες) οι οποίες είναι η κλίµακα Wentworth (1922) και η κλίµακα Krumbein (1934). Στην πρώτη, κάθε µονάδα της κλίµακας, η οποία µετριέται σε mm, είναι διπλάσια της επόµενης µικρότερης (Πιν. 3). Η δεύτερη, η οποία είναι γνωστή και ως κλίµακα Φ, αντιπροσωπεύει των αρνητικό λογάριθµο, µε βάση 2, της διαµέτρου d (σε mm) των κόκκων (Φ = -log 2 d). Η κλίµακα Wentworth είναι γεωµετρική κλίµακα, ενώ η κλίµακα Krumbein είναι αριθµητική. Πίνακας 3. Οι κοκκοµετρικές κλίµακες. Λιθολογική τάξη Κροκάλες - λατύπες Άµµος Ιλύς Άργιλος µm Wentworth d (mm) Krumbein (Φ=-log 2 d) Χαρακτηρισµός Λίθος (> 256 mm) Κροκάλες ( mm) Χαλίκια (64-4mm) Κόκκοι (4-2 mm) Πολύ αδρόκοκκη άµµος Αδρόκοκκη άµµος Μεσόκοκκη άµµος Λεπτόκκη άµµος Πολύ λεπτόκοκκη άµµος Αδρόκοκκη ιλύς (60-20 µm) Μεσόκοκκη ιλύς (20-5 µm) Λεπτόκοκκη ιλύς (5-2 µm) Αδρόκοκκη άργιλος ( µm) Μεσόκοκκη άργιλος ( µm) Λεπτόκοκκη άργιλλος (<0.08 µm) Η κοκκοµετρική στήλη, µαζί µε το δείγµα τοποθετούνται πάνω σε µια ειδική συσκευή η οποία καλείται (επιτραπέζιος) δονητής. Πρόκειται για µια συσκευή η οποία δονείται για ένα συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα (π.χ λεπτά) και µε µια συγκεκριµένη ένταση, τα οποία ορίζουµε εµείς ανάλογα µε τις συνθήκες της έρευνας που πραγµατοποιούµε. Με το πέρας του χρονικού διαστήµατος που ορίσαµε, αφαιρούµε την κοκκοµετρική στήλη από 26

27 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών τον δονητή και στη συνέχεια ζυγίσουµε το περιεχόµενο που έχει εγκλωβιστεί σε καθένα από τα κόσκινα της κοκκοµετρικής στήλης. Στη συνέχεια ακολουθεί ο υπολογισµός των ποσοστών % κατά βάρος για κάθε κλάσµα µεγέθους κόκκων και για το αθροιστικό ποσοστό %, καθώς και η δηµιουργία των αντίστοιχων διαγραµµάτων ( ιαγρ. 1 & 2). Σε περίπτωση που το ποσοστό του λεπτόκοκκου κλάσµατος (< 0,625 mm) είναι > 5%, τότε αυτό ακολουθεί την διαδικασία µηχανικής ανάλυσης λεπτόκοκκου ιζήµατος (βλ. ΚΕΦ. 5). Ποσοστό % 50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Λίθος Κροκάλες Χαλίκια Κόκκοι Άµµος Ιλύς Άργιλος ιάγραµµα 1. Γραφική απεικόνιση των ποσοστών % κατά βάρος των κλασµάτων ενός ιζήµατος. 100,00 90,00 94,44 100,00 80,00 70,00 77,78 Ποσοστό % 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 5,09 12,04 20,83 31,48 Λίθος Κροκάλες Χαλίκια Κόκκοι Άµµος Ιλύς Άργιλος ιάγραµµα 2. Γραφική απεικόνιση του αθροιστικού ποσοστού % των κλασµάτων ενός ιζήµατος. 27

28 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 4.Α. Να υπολογιστούν η % αναλογία κλάσµατος ιζήµατος επί συνολικού βάρους, καθώς και η αθροιστική συχνότητα των µετρήσεων που δίνονται στον Πίνακα 4 και να γίνουν οι αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις. Πίνακας 4. Κατηγορία ιζήµατος ιάµετρος (mm) Βάρος κλασµάτων ιζήµατος (g) Λίθος > Κροκάλες Χαλίκια Κόκκοι Άµµος 2-0, Ιλύς 0,062-0, Άργιλος <0, Συνολικό βάρος % αναλογία κλάσµατος ιζήµατος επί συνολικού βάρους Αθροιστική συχνότητα % 28

29 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΟΥ ΙΖΗΜΑΤΟΣ ΜΕΡΟΣ Α 5.1. Εισαγωγή Η µέθοδος αυτή ακολουθείται όταν έχουµε λεπτόκοκκα ιζήµατα (κόκκοι µε µέγεθος < 0,0625 mm) ή όταν το λεπτόκοκκο κλάσµα των χονδόκοκκων ιζηµάτων είναι > 5% του συνολικού βάρους του δείγµατος. Η διαδικασία που ακολουθείται είναι διαφορετική διότι δεν υπάρχει µέθοδος που να επιτρέπει τον άµεσο διαχωρισµό των κλασµάτων των ιζηµάτων που οι κόκκοι τους είναι µικρότεροι από 0,0625 mm και που µπορεί να φθάνουν έως και τα 0,00006 mm. Σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιµοποιούνται µέθοδοι έµµεσης µέτρησης της διαµέτρου των κόκκων ενός ιζήµατος. Αυτές είναι: Η µέθοδος του σιφωνίου: Βασίζεται στο ότι, µέσα στο νερό, κόκκοι µε διαφορετικό µέγεθος έχουν διαφορετικές ταχύτητες καθίζησης. Η µέθοδος του υδροµέτρου: Στηρίζεται σε µετρήσεις πυκνότητας συγκέντρωσης του εν αιώρηση στερεού υλικού µέσα σε ένα υγρό µέσο (π.χ. νερό). Στα πλαίσια του εργαστηρίου θα ασχοληθούµε µόνο µε τη µέθοδο του σιφωνίου Ο νόµος του Stokes Η µέθοδος του σιφωνίου στηρίζεται σε ένα βασικό κανόνα: «οι µικροί κόκκοι που καθιζάνουν µέσα σε ένα υγρό (στη προκειµένη περίπτωση απιονισµένο νερό) αποκτούν µια σταθερή ταχύτητα καθίζησης µόλις η αντίσταση του υγρού που ασκείται στον κόκκο, εξισωθεί µε την δύναµη καθίζησης που ενεργεί στον κόκκο αυτό». Η ταχύτητα καθίζησης (U κ ) ενός κόκκου εξαρτάται από την ακτίνα του (ή διάµετρο), τη µορφή του, το σχήµα του, το ειδικό βάρος του και το ιξώδες του υγρού µέσου. Ο τύπος που συνήθως χρησιµοποιείται για τον προσδιορισµό της ταχύτητας καθίζησης είναι ο τύπος του Stokes: 29

30 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας U κ = 2 ( ρ κ ρ H ) 2O gr 9 n 2 Εξίσωση 2. Υπολογισµός της ταχύτητας καθίζησης ενός κόκκου χρησιµοποιώντας το νόµο του Stokes. Όπου: ρ κ = πυκνότητα κόκκου, ρ H2O = πυκνότητα νερού, n = ιξώδες νερού, r = ακτίνα κόκκου (σε mm), g = επιτάχυνση της βαρύτητας. Ο νόµος του Stokes προκύπτει ως εξής: Κατά τη καθίζηση ενός σφαιρικού κόκκου µέσα στο νερό δρα επάνω του η βαρύτητα (G), µε φορά προς τα κάτω και η άνωση (F Α ) και η αντίσταση (R) που προκαλεί το νερό επάνω στο κόκκο που καθιζάνει, µε φορά αντίθετη της βαρύτητας. 4 4 G = π r 3 3 ρ κ, FA πr ρ H2O 3 3 =, R = 6πrnUκ Η διαφορά της βαρύτητας από την άνωση θα µας δώσει την καθαρή δύναµη καθίζησης (F κ ) που ασκείται πάνω στον κόκκο. Όταν η δύναµη καθίζησης εξισωθεί µε την αντίσταση (F κ = R), τότε η ταχύτητα του κόκκου γίνεται και παραµένει σταθερή πrnU r 3 ( κ = π ρκ ρ 2 ) H O Αν αυτή την εξίσωση λυθεί ως προς την ταχύτητα καθίζησης θα προκύψει ο νόµος του Stokes (εξίσωση 2). Ο νόµος του Stokes ισχύει για κόκκους που έχουν διάµετρο < 1 mm. Όταν η διάµετρος των κόκκων είναι > 1 mm η ταχύτητα καθίζησης δίνεται από τον παρακάτω τύπο, ο οποίος προκύπτει από το νόµο της σύγκρουσης κατά τη καθίζηση: g U κ = 2 ( ρ κ ρ H ) 2O gr 9 n 1 2 Από τα παραπάνω γίνεται κατανοητό ότι αν αφήσουµε τους κόκκους ενός ιζήµατος να καθιζάνουν µέσα σε µια στήλη νερού, οι πιο µεγάλοι κόκκοι θα περάσουν πρώτοι από ένα ορισµένο σηµείο της υδάτινης στήλης, ενώ οι πιο µικροί θα περάσουν από το ίδιο σηµείο, τελευταίοι. Έτσι, αν υπολογιστεί µε ακρίβεια ο χρόνος που θα περάσουν από το σηµείο αυτό οι κόκκοι που έχουν διαφορετικά µεγέθη (πάντοτε κατά κλάσµατα), τότε αυτό που 30

31 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών πρέπει να κάνουµε για να υπολογίσουµε την αναλογία του συγκεκριµένου κλάσµατος στο δείγµα, είναι να πάρουµε µια ποσότητα από αυτούς Υπολογισµός πυκνότητας των κόκκων ιζήµατος Για να µπορέσουµε να υπολογίσουµε την ταχύτητα καθίζησης από τον νόµο του Stokes, πρέπει να γνωρίζουµε την πυκνότητα των κόκκων του εξεταζόµενου ιζήµατος. Σε αυτή την περίπτωση η µέτρηση της πυκνότητας εκφράζεται µε την έννοια του ειδικού βάρους (Ε.Β.) και η οποία µπορεί να πραγµατοποιηθεί µε αρκετούς τρόπους, από τους οποίους η πιο απλή είναι η µέθοδος της ληκύθου (µε θερµόµετρο ή χωρίς θερµόµετρο). Το πρώτο βήµα πρέπει να είναι ο προσδιορισµός της υγροσκοπικότητας (Η) του ιζήµατος, η οποία πραγµατοποιείται ως εξής: αρχικά υπολογίζεται το βάρος της ληκύθου 2 (Β λ ) και το βάρος της ληκύθου µε το δείγµα (Β λ+δ ), το οποίο έχει στεγνώσει σε θερµοκρασία δωµατίου. Στη συνέχεια, η λήκυθος µε το δείγµα τοποθετείται σε φούρνο, περίπου στους 110 C, για 24 ώρες. Έπειτα, υπολογίζεται το νέο βάρος της ληκύθου µε το δείγµα (Β λ+δ). Τέλος, υπολογίζεται η υγροσκοπικότητα ως λόγος % της απώλειας του βάρους του δείγµατος, µετά τη ξήρανσή του στο φούρνο, προς το αρχικό βάρος του δείγµατος: H = B ( λ+ δ ) Β' ( λ+ δ ) B ( λ+ δ ) B λ Εξίσωση 3. Τύπος υπολογισµού της υγροσκοπικότητας. Το δεύτερο βήµα είναι ο υπολογισµός του πραγµατικού βάρους του δείγµατος (Β π ) και το οποίο πραγµατοποιείται ως εξής: Υπολογίζεται το βάρος της ληκύθου που περιέχει 10 g δείγµατος (Β λ+δ10 ). Στη συνέχεια προστίθεται απεσταγµένο νερό, θερµαίνεται το δείγµα, αφαιρείται ο αέρας που πιθανώς έχει παγιδευτεί και υπολογίζεται το νέο βάρος (Β λ+δ10+νερό ). Τέλος υπολογίζεται το βάρος της ληκύθου που περιέχει µόνο νερό (Β λ+νερό ). Το πραγµατικό βάρος δίνεται από τον παρακάτω τύπο: B B B ( λ λ 10 π = +δ (100 H ) ) 100 Εξίσωση 4. Τύπος υπολογισµού του πραγµατικού βάρους του δείγµατος. 2 Μαζί µε το καπάκι της. 31

32 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Το τρίτο βήµα είναι ο υπολογισµός του ειδικού βάρους (Ε.Β.) του δείγµατος από τον παρακάτω τύπο 3 : E. B. = B π B π [ B ] ( λ+ δ10+ νερό) Β( λ+ νερό) Εξίσωση 5. Τύπος υπολογισµού ειδικού βάρους δείγµατος. Η παραπάνω διαδικασία ακολουθείται για τη λήκυθο χωρίς θερµόµετρο. Όταν χρησιµοποιείται η λήκυθος µε θερµόµετρο, σηµειώνονται οι θερµοκρασίες του νερού κατά τη διάρκεια του πειράµατος και στη συνέχεια γίνονται οι απαραίτητες διορθώσεις Μέθοδος του σιφωνίου Αφού έχει υπολογιστεί το ειδικό βάρος του ιζήµατος, προχωρούµε στην εφαρµογή της µεθόδου του σιφωνίου. Όπως αναφέρθηκε, αν αφήσουµε τους κόκκους ενός ιζήµατος να καθιζάνουν µέσα σε µια στήλη νερού, οι πιο µεγάλοι κόκκοι θα περάσουν πρώτοι από ένα ορισµένο σηµείο της υδάτινης στήλης, ενώ οι πιο µικροί θα περάσουν από το ίδιο σηµείο, τελευταίοι (Σχ. 14). Έτσι, αν υπολογιστεί µε ακρίβεια ο χρόνος που θα περάσουν από το σηµείο αυτό οι κόκκοι που έχουν διαφορετικά µεγέθη (πάντοτε κατά κλάσµατα), τότε αυτό που πρέπει να κάνουµε για να υπολογίσουµε την αναλογίας του συγκεκριµένου κλάσµατος στο δείγµα, είναι να πάρουµε µια ποσότητα από αυτούς. Ο υπολογισµός του χρόνου (t) γίνεται µε βάση τον παρακάτω τύπο: t = Εξίσωση 6. Τύπος υπολογισµού του χρόνου δειγµατοληψίας στη µέθοδο του σιφωνίου. F d 2 h Όπου: t = χρόνος (min), d = διάµετρος των κόκκων του υλικού που περνούν ταυτόχρονα από το ίδιο βάθος (σε mm), h = βάθος από την επιφάνεια της στήλης του νερού (σε cm), F = συντελεστής που σχετίζεται µε το ειδικό βάρος του ιζήµατος και τη θερµοκρασία του νερού και το οποίο βρίσκεται από σχετικό νοµόγραµµα (Σχ. 15) 3 Το ειδικό βάρος του νερού θεωρείται ίσο µε τη µονάδα. 32

33 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Σχήµα 14. Σχηµατική αναπαράσταση της µεθόδου του σιφωνίου. Με αυτό τον τρόπο γνωρίζουµε πότε ακριβώς θα περάσει από το βάθος h ένα κλάσµα του ιζήµατος µε συγκεκριµένη διάµετρο. Η υδάτινη στήλη δηµιουργείται προσθέτοντας 1000 ml απεσταγµένου νερού σ ένα κατάλληλο ογκοµετρικό κύλινδρο. Το βάθος h είναι, συνήθως, 10 cm από την επιφάνεια της υδάτινης στήλης. Στη υδάτινη στήλη προσθέτουµε 20 g ιζήµατος καθώς κι ένα παράγοντα διασποράς (π.χ. Calgon ή οξαλικό Na, σε διάλυση µε απεσταγµένο νερό, σε αναλογία 1:3). Ανακατεύουµε το διάλυµα και παίρνουµε ποσότητες 20 ml, µε τη βοήθεια σιφωνίου, από το βάθος h (10 cm), κατά τους χρόνους που έχουµε ήδη υπολογίσει. Τοποθετούµε τις ποσότητες που λαµβάνουµε σε κάψες και στη συνέχεια σε φούρνο στους 110 C. Μετά ζυγίζουµε το βάρος του ιζήµατος το οποίο περιέχει κάθε κάψα. Σε αυτό το βάρος όµως, περιέχεται και το βάρος του παράγοντα διασποράς που προσθέσαµε. Για να βρούµε λοιπόν το καθαρό βάρος κάθε κλάσµατος πρέπει να αφαιρέσουµε το βάρος του παράγοντα διασποράς. Αυτό έχει υπολογιστεί πως είναι περίπου 0,0154 g. Το ποσό αυτό το αφαιρούµε από όλα τα κλάσµατα. Η µέθοδος του σιφωνίου έχει ένα λεπτό σηµείο στην εφαρµογή της, το οποίο πρέπει να αναφερθεί. Κατά τους προκαθορισµένους χρόνους (t i ) που συλλέγουµε τα δείγµατα των 20 ml, από το βάθος h, θεωρήσαµε ότι εκεί υπάρχουν κόκκοι µε µέγεθος Μ. Αυτό που όµως συµβαίνει είναι ότι στο δείγµα µας βρίσκονται και κόκκοι µε µέγεθος < Μ. Κατά συνέπεια, αυτό που σίγουρα µπορούµε να πούµε είναι ότι οι κόκκοι µε µέγεθος > Μ πέρασαν πιο γρήγορα από τον χρόνο (t i ) που υπολογίσαµε για το βάθος h και δεν περιέχονται στο δείγµα µας. Γι αυτό το λόγο, σε κάθε δείγµα που συλλέγεται υπάρχουν και κόκκοι µικρότεροι από ένα ορισµένο µέγεθος. Επίσης, κάθε 20 ml διαλύµατος (νερού και δείγµατος) περιέχει 0,4 g κόκκων από το αρχικό δείγµα (αφού τοποθετήσαµε 20 g 33

34 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Σχήµα 15. Νοµόγραµµα για τον υπολογισµό του παράγοντα F (από Ψιλοβίκο 1995, τροποποιηµένο). 34

35 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών δείγµατος σε 1000 ml νερού). Έτσι, κατά τη µέτρηση t i το καθαρό βάρος δείγµατος που υπολογίζουµε (B i ) αντιπροσωπεύει το σύνολο των υλικών που είναι µικρότερα από τη διάµετρο (d i ) των κόκκων που θεωρητικά περνούν από το βάθος δειγµατοληψίας h (10 cm). Με αυτόν τον τρόπο υπολογίζουµε όλα τα υλικά που είναι λεπτότερα από τη διάµετρο d i σε αναλογία % από τον ακόλουθο τύπο: Β κλά σµατος Βδε ίγµατος (%) = 100 0,40 Στη συνέχεια αφαιρούµε από το 100% την παραπάνω τιµή και βρίσκουµε το αθροιστικό % βάρος των κόκκων του ιζήµατος που είναι µεγαλύτεροι από τη διάµετρο (d i ) κατά τη δειγµατοληψία. Σε περίπτωση που µετά το τέλος της εφαρµογής της µεθόδου του σιφωνίου εντοπιστεί στον πυθµένα του ογκοµετρικού κυλίνδρου χονδρόκοκκο υλικό του οποίου το βάρος είναι > 5% του συνολικού βάρους του δείγµατος, τότε αυτό περνάει από τη διαδικασία κοκκοµετρικής ανάλυσης χονδρόκοκκου ιζήµατος. 35

36 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 5.Α. Να υπολογιστούν η % αναλογία κλάσµατος ιζήµατος επί συνολικού βάρους, καθώς και η αθροιστική συχνότητα των µετρήσεων που δίνονται στον Πίνακα 5 και να γίνουν οι αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις 4. Πίνακας 5. ιάµετρος Χρόνος mm Φ (min) Βάρος δείγµατος (g) (-παράγοντα διασποράς) Καθαρό βάρος δείγµατος (g) Λεπτότεροι κόκκοι % Αθροιστικό ποσοστό % Χονδρότεροι κόκκοι % 4 Ε.Β. = 2.45, h = 10 cm, βάρος του παράγοντα διασποράς = 0,0154g, (F = ). 36

37 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΜΕΡΟΣ Β 5.4. Ισοδύναµη σφαιρική διάµετρος κόκκων και πυκνότητα κόκκων ιζήµατος Πολύ συχνά οι κόκκοι των ορυκτών δεν προσεγγίζουν το σφαιρικό σχήµα, το αντίθετο µάλιστα, έχουν σχήµα φυλλώδες (κυρίως µια οµάδα ορυκτών τα οποία καλούνται φυλλοπυριτικά). Γι αυτό το λόγο, διεθνώς γίνεται δεκτή η έννοια της ισοδύναµης σφαιρικής διαµέτρου για κόκκους µε διάµετρο < 20 µm. Αυτό σηµαίνει ότι αυτά τα θεωρητικά σφαιρικά σωµατίδια έχουν τις ίδιες ταχύτητες καθίζησης, σύµφωνα µε το νόµο του Stokes, µε τα πραγµατικά. Για µέγεθος σωµατιδίων > 20 µm η ισοδύναµη σφαιρική διάµετρος αναφέρεται στο µέγεθος των οπών το κόσκινου που χρησιµοποιείται για το διαχωρισµό αυτών των σωµατιδίων. Επειδή οι πυκνότητες των σωµατιδίων ποικίλλουν από ορυκτό σε ορυκτό, χρησιµοποιείται µια µέση πυκνότητα για ένα συγκεκριµένο κλάσµα. Έτσι, για κόκκους µε διάµετρο > 2 µm η πυκνότητα θεωρείται ίση µε 2,65 g/cm 3, ενώ για κόκκους µε διάµετρο < 2 µm θεωρείται ίση µε 2,5 g/cm 3. Η εξίσωση 2 περιγράφει το νόµο του Stokes µε τη βοήθεια της ακτίνας (r) των κόκκων. Αν αντικαταστήσουµε την ακτίνα µε τη διάµετρο (d/2) τότε, µετά τις απλοποιήσεις ο νόµος του Stokes γράφεται ως εξής: U κ 1 ( ρ κ ρ H ) 2O = gd 18 n Εξίσωση 7. Ο νόµος του Stokes όπως περιγράφεται µε τη βοήθεια της διαµέτρου d των κόκκων (αντί της ακτίνας r) Παραλλαγή της µεθόδου του σιφωνίου Επειδή όπως είδαµε η καθίζηση των πολύ λεπτόκοκκων σωµατιδίων µπορεί να είναι πολύ χρονοβόρα µόνο µε ελεύθερη πτώση, για να επιταχυνθεί η διαδικασία γίνεται χρήση της φυγοκεντρικής επιτάχυνσης. Το πια κλάσµατα λαµβάνονται µε ελεύθερη πτώση και πια µε φυγοκέντριση, καθώς και οι χρόνοι λήψης τους, δίνονται στον Πίνακα 6. Η θερµοκρασία του νερού πρέπει να είναι περίπου 20 C. Σε αντίθετη περίπτωση γίνονται διορθώσεις µε τη βοήθεια ειδικού πίνακα (Πιν. 7). Επίσης για την ολοκλήρωση της 2 37

38 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας διαδικασίας χρησιµοποιούνται ειδικά νοµογράµµατα (κατά Tanner & Jakson, 1947) (Σχ. 16 & 17). Πίνακας 6. Κλάσµατα κόκκων και χρόνοι λήψης τους 5. Κλάσµα ιάµετρος κόκκων (µm) Χρόνος απόληψης Τύπος πτώσης Άµµος > 63 1 cm σε 3 sec ή 4 cm σε 12 sec Ελεύθερη πτώση Αδρόκοκκη ιλύς cm σε 30 sec ή 4 cm σε 2 min (120 sec) Ελεύθερη πτώση Μεσόκοκκη ιλύς cm σε 3 sec ή 4 cm σε 30 min Ελεύθερη πτώση Λεπτόκοκκη ιλύς σ.α.λ. για 2,5 min Φυγοκέντριση Αδρόκοκκη άργιλος 2 0, σ.α.λ. για 17,5 min Φυγοκέντριση Μεσόκοκκη λεπτόκοκκη άργιλος και < 0,25 Φυγοκέντριση Το διάλυµα (ίζηµα και απιονισµένο νερό) πριν από κάθε πτώση, είτε ελεύθερη, είτε µε φυγοκέντριση πρέπει να αναδεύεται είτε µε γυάλινη ράβδο, είτε µε τη βοήθεια υπερήχων. Στην τελευταία περίπτωση, η χρήση των υπερήχων δεν πρέπει να γίνεται για µεγάλο χρονικό διάστηµα, ώστε να αποφεύγεται η θρόµβωση των κόκκων λόγω της υπερθέρµανσης του εν αιώρηση υλικού. Ο τρόπος λήψης κάθε κλάσµατος επαναλαµβάνεται τρεις φορές, πάντα µετά από ανάδευση και µε αποταµίευση του υπερκείµενου αιωρήµατος που περιέχει λεπτότερα υλικά. Η εκτίµηση του βαθµού διαύγειας του υπερκείµενου διαλύµατος για ολοκλήρωση της απόληψης ενός συγκεκριµένου κλάσµατος είναι, έως ένα βαθµό, υποκειµενική. Τέλος, όλα τα κλάσµατα στεγνώνουν µε τη βοήθεια φούρνου σε θερµοκρασία 60 ή 110 C, ζυγίζονται και προσδιορίζεται η εκατοστιαία αναλογία τους. 5 σ.α.λ. = Στροφές ανά λεπτό. 38

39 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Σχήµα 16. Νοµόγραµµα χρόνου καθίζησης κόκκων µε ελεύθερη πτώση (κατά Tanner & Jackson, 1947, από Τσιραµπίδη 2002, τροποποιηµένο). 39

40 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Σχήµα 17. Νοµόγραµµα χρόνου καθίζησης σωµατιδίων µε φυγοκέντριση (κατά Tanner & Jackson, 1947, από Τσιραµπίδη 2002, τροποποιηµένο) 6. 6 Μέγεθος κόκκων = 0,2 5,0 µm, θερµοκρασία = 20 C, Ε.Β. κόκκων = 2,5. 40

41 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Πίνακας 7. ιορθωτικές σταθερές διαφόρων θερµοκρασιών υδάτινων διαλυµάτων και Ε.Β. κόκκων (κατά Tanner & Jackson, 1947, από Τσιραµπίδη 2002, τροποποιηµένος). 41

42 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 5.Β.1. Να βρεθεί ο χρόνος ελεύθερης πτώσης για κόκκους µε d = 4 µm, στους 24 C. Άσκηση 5.Β.2. Να βρεθεί ο χρόνος ελεύθερης πτώσης για κόκκους µε d = 18 µm, στους 18 C. Άσκηση 5.Β.3. Πόσο χρόνο χρειάζεται ένας κόκκος µε d = 6 µm και Ε.Β. 2,65 να πέσει κατά 5 cm σ ένα διάλυµα µε θερµοκρασία 50 C; 42

43 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΙΖΗΜΑΤΟΣ 6.1. Στατιστική µελέτη του ιζήµατος Το σύνολο των κόκκων ενός ιζήµατος µπορεί να θεωρηθεί ως ένας πληθυσµός κόκκων. Με αυτό τον τρόπο τα χαρακτηριστικά όλων των κόκκων θα αποτελούν στατιστικές παραµέτρους όλου του ιζήµατος. Η πιο εύκολη παράµετρος για µέτρηση είναι η εκατοστιαία κατά βάρος κατανοµή των κόκκων µεταξύ διαφορετικών ορίων µεγέθους. Η µέτρηση αυτή επιτυγχάνεται µε το κοσκίνισµα του ιζήµατος σ ένα σύστηµα επάλληλων κοσκίνων (κοκκοµετρική στήλη) µεγάλης ακρίβειας (Σχ. 13). Η κοκκοµετρική κατανοµή που λαµβάνεται χρησιµοποιείται για την εξαγωγή άλλων παραµέτρων που είναι ενδεικτικές του περιβάλλοντος απόθεσης, καθώς και των µητρικών πετρωµάτων του υπό εξέταση ιζήµατος. Γι αυτό το σκοπό, όπως έχει αναφερθεί χρησιµοποιούνται οι κοκκοµετρικές κλίµακες Wentworh και Krumbein (Πιν. 3). Η τελευταία αντιπροσωπεύει τον αρνητικό λογάριθµο µε βάση 2 της διαµέτρου d (mm) των κόκκων: Φ = log 2 d Εξίσωση 8. Η κλίµακα Φ ή αλλιώς κλίµακα Krumbein. Η στατιστική επεξεργασία για τον προσδιορισµό των ιδιοτήτων µιας κατανοµής κόκκων γίνεται µε δύο µεθόδους: Α. Γραφική µέθοδος: Η κοκκοµετρική κατανοµή µπορεί να εκφραστεί γραφικά µε ένα κοινό ιστόγραµµα ή µε µια καµπύλη συχνότητας, αν είναι γνωστή η εκατοστιαία κατά βάρος συχνότητα των κόκκων σε κάθε µονάδα της κλίµακας ( ιαγρ. 2). Οι στατιστικές παράµετροι (εκτός της επικρατέστερης τιµής) υπολογίζονται στη συνέχεια από την αθροιστική καµπύλη συχνότητας του µεγέθους των κόκκων. Β. Αριθµητική µέθοδος (Μέθοδος των ροπών): Οι ροπές ενός κλαστικού ιζήµατος µεγέθους κόκκων n έχουν την εξής µορφή: 43

44 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας m p ( x x0) = n 1 p Εξίσωση 9. Οι ροπές ενός κλαστικού ιζήµατος µε µέγεθος κόκκων n (p = ακέραιος αριθµός, m p = p-οστή ροπή της κατανοµής γύρω από το σηµείο αναφοράς χ 0 ). Οι πρώτες τέσσερις ροπές είναι: 1. x m = n Εξίσωση 10. Μέσος όρος µεγέθους κόκκων. 2. m 2 ( x m) = n 1 Εξίσωση 11. Σταθερή απόκλιση. 3. m 3 ( x m) = n 1 Εξίσωση 12. Λοξότητα : m 4 ( x m) = n 1 4 Εξίσωση 13. Κύρτωση. Η χρησιµότητα των στατιστικών αυτών παραµέτρων στην εφαρµοσµένη έρευνα είναι µεγάλη, διότι µπορούν να χαρακτηρίσουν ένα περιβάλλον απόθεσης. Αναλυτικότερα οι στατιστικές παράµετροι είναι οι παρακάτω: Επικρατέστερη τιµή (Mode Mo) Αφορά τον επικρατέστερο πληθυσµό κόκκων. Μια κατανοµή κόκκων µπορεί να είναι µονοπληθυσµιακή ή διπληθυσµιακή. Στη γραφική απεικόνιση η Mode αντιστοιχεί στο υψηλότερο σηµείο της καµπύλης συχνότητας. Η διπληθυσµιακή κατανοµή συνήθως αντιπροσωπεύεται από έναν επικρατέστερο πληθυσµό κόκκων µε µεγάλο µέγεθος και έναν από κόκκους που έχουν µικρότερο µέγεθος και που γεµίζει τα διάκενα του πρώτου. Σε µια τέτοια περίπτωση στη γραφική παράσταση θα παρουσιάζονται δύο µέγιστα. 44

45 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Μέσος όρος µεγέθους κόκκων (Mean Me) Προσδιορίζεται από την εξής σχέση: Me = Φ 16 + Φ 50 + Φ 84 3 Εξίσωση 14. Προσδιορισµός του µέσου όρου µε τη βοήθεια της γραφικής µεθόδου Ταξινόµηση (Sorting So) Είναι το µέτρο της διασποράς του µεγέθους των κόκκων. Υποδηλώνει αν υπάρχει µεγάλη ή µικρή ποικιλία µεγεθών σ ένα πληθυσµό κόκκων. Προσδιορίζεται από τη σχέση: So = Φ Φ95 Φ5 Φ Εξίσωση 15. Τύπος υπολογισµού της ταξινόµησης µε τη βοήθεια της γραφικής µεθόδου. Ο προσδιορισµός του βαθµού ταξινόµησης των κόκκων ενός κλαστικού ιζήµατος µπορεί να γίνει και µακροσκοπικά µε χρήση ειδικών εικόνων (Σχ. 18). Ο βαθµός ταξινόµησης είναι ενδεικτικός της ταχύτητας απόθεσης, καθώς και του βαθµού ανακατεργασίας των κόκκων. Σχήµα 18. Προσδιορισµός του βαθµού ταξινόµησης των κόκκων ενός κλαστικού ιζήµατος µε τη βοήθεια οπτικής κλίµακας (από Τσιραµπίδη 2002, τροποποιηµένο) Σταθερή απόκλιση (Standard Deviation Sd) Πρόκειται για έναν αριθµό ο οποίος ορίζεται έτσι, ώστε το 68% της κατανοµής των κόκκων να βρίσκεται µεταξύ ± µιας σταθερής απόκλισης στο µέσο όρο του µεγέθους των κόκκων. ηλαδή, η ταξινόµηση µπορεί να εκφραστεί µε βάση την σταθερή απόκλιση, διότι όσο µικρότερη είναι η σταθερή απόκλιση, τόσο καλύτερη είναι η ταξινόµηση (Πιν. 8). Σε µια τέτοια περίπτωση τα περισσότερα µεγέθη των κόκκων θα συγκλίνουν στο µέσο όρο µεγέθους του ιζήµατος. Η σταθερή απόκλιση βρίσκεται από τον παρακάτω τύπο: 45

46 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Sd Φ 84 Φ = 16 2 Εξίσωση 16. Τύπος προσδιορισµού της σταθερής απόκλισης µε τη βοήθεια της γραφικής µεθόδου Λοξότητα (Skewness Sk) είχνει το πόσο αποκλίνει µια κατανοµή κόκκων ενός υπό µελέτη ιζήµατος, από µια κανονική κατανοµή. Αναφέρεται στην παρουσία πιο χονδρόκοκκων (-Sk) ή πιο λεπτόκοκκων κόκκων (+Sk) (Σχ. 19). Όταν η τιµή της ισούται µε 0, τότε η καµπύλη συχνότητας είναι συµµετρική. Υπολογίζεται από τον παρακάτω τύπο: Sk = Φ Φ ( Φ Φ ) 2( Φ Φ ) Φ Φ 5 + Φ Φ 5 50 Εξίσωση 17. Τύπος προσδιορισµού της Sk µε τη βοήθεια της γραφικής µεθόδου. Σχήµα 19. Παραδείγµατα θετικής και αρνητικής λοξότητας (από Τσιραµπίδη 2002, τροποποιηµένο) Κύρτωση (Kurtosis Ku) Αποτελεί το µέτρο της οξύτητας της κορυφής της καµπύλης συχνότητας. Εκφράζεται µε δύο όρους: α) πλατύκυρτη (Ku < 1) και β) λεπτόκυρτη (Ku από 1 έως 3) (Σχ. 19). Τιµή ίση µε τη µονάδα θεωρείται πως έχουν οι κανονικές καµπύλες. Η κύρτωση υπολογίζεται από τη σχέση: Ku = Φ 95 Φ 2,44 * ( Φ 75 Φ 25 ) 5 Εξίσωση 18. Τύπος υπολογισµού της κύρτωσης µε τη βοήθεια της γραφικής µεθόδου. 46

47 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Πίνακας 8. Χαρακτηρισµός του βαθµού ταξινόµησης. Sd (σε µονάδες Φ) Βαθµός ταξινόµησης ιζήµατος 0,00 0,35 Πολύ καλά ταξινοµηµένο 0,35 0,50 Καλά ταξινοµηµένο 0,50 0,71 Μέτρια καλά ταξινοµηµένο 0,71 1,00 Μέτρια ταξινοµηµένο 1,00 2,00 Φτωχά ταξινοµηµένο 2,00 4,00 Πολύ φτωχά ταξινοµηµένο > 4,00 Αταξινόµητο Σχήµα 20. Κύρτωση (από Τσιραµπίδη 2002, τροποποιηµένο) Σφαιρικότητα (Sphericity - Sy) Αποτελεί µέτρο του βαθµού του σχήµατος του κόκκου που πλησιάζει το σχήµα µιας σφαίρας. Προσδιορίζεται από τη σχέση: Sy = 3 d d 2 s i d l Εξίσωση 19. Τύπος υπολογισµού της σφαιρικότητας. 47

48 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Στρογγυλότητα (Roundness - R) Αποτελεί µέτρο της οξύτητας των άκρων του κόκκου 7. Εξαρτάται από την ποσότητα των υλικών που µεταφέρονται, καθώς και από την έκταση της τριβής στην οποία υποβλήθηκαν. Προσδιορίζεται είτε µε τη χρήση αριθµητικών κλιµάκων (Πιν. 9), είτε οπτικά µε τη βοήθεια ειδικών εικόνων (Σχ. 21). Πίνακας 9. Χαρακτηριστικές τιµές της στρογγυλότητας των κόκκων ενός ιζήµατος. Πολύ γωνιώδεις Στρογγυλεµένοι 0,15 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,85 Powers (1953) Folk (1955) Σχήµα 21. Οπτική κλίµακα εκτίµησης της στρογγυλότητας και της σφαιρικότητας των κόκκων ενός ιζήµατος (κατά Powers, 1953, από Τσιραµπίδη 2002, τροποποιηµένο). Οι σηµαντικότεροι παράγοντες που επηρεάζουν τη σφαιρικότητα και τη στρογγυλότητα των κόκκων είναι: Ο χρόνος και η απόσταση που µεταφέρεται Το αρχικό σχήµα του θραύσµατος Το είδος της αποσάθρωσης 7 Προσοχή: δεν σχετίζεται καθόλου µε το σχήµα του, δηλαδή µε τη σφαιρικότητα. 48

49 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Η ανθεκτικότητα και ο ιστός του Ιστολογική ωριµότητα (textural maturity) Η ιστολογική ωριµότητα εξαρτάται από τρεις παράγοντες (Πιν. 10): Το βαθµό ταξινόµησης των κλαστικών κόκκων: όταν η ταξινόµηση των κόκκων είναι κακή (> 1,3) το ίζηµα θεωρείται ιστολογικά ανώριµο, στην αντίθετη περίπτωση (< 1,3) θεωρείται ώριµο. Το βαθµό στρογγυλότητας τους: το ίζηµα θεωρείται ανώριµο όταν οι κόκκοι του είναι γωνιώδεις (< 0,5), ενώ θεωρείται ως ώριµο όταν οι κόκκοι του είναι αποστρογγυλεµένοι (>0,5). Το ποσοστό των κόκκων µεγέθους αργίλου: τα ιζήµατα που περιέχουν πολλή άργιλο (> 5%) θεωρούνται ανώριµα, ενώ αυτά που περιέχουν λίγη ή καθόλου (< 5%) χαρακτηρίζονται ως υποώριµα, ώριµα ή υπερώριµα, ανάλογα, πάντοτε και µε τις τιµές των δύο προηγουµένων παραγόντων. Συνήθως, η ιστολογική ωριµότητα αυξάνει µε αύξηση του βαθµού ανακατεργασίας και της απόστασης µεταφοράς των κόκκων. Πίνακας 10. Στάδια ορυκτολογικής ωριµότητας κλαστικών ιζηµάτων (κατά Weller, 1960). Ανώριµο Υποώριµο Ώριµο Υπερώριµο Άργιλος > 5% < 5% Ταξινόµηση Κακή (> 1,3) Καλή (< 1,3) Στρογγυλότητα Μικρή (<0,5) Μεγάλη (> 0,5) 6.2. Ταξινόµηση κλαστικών ιζηµάτων Η ταξινόµηση των κλαστικών ιζηµάτων γίνεται µε τη βοήθεια τριγωνικών διαγραµµάτων. Συνήθως χρησιµοποιούνται τα διαγράµµατα κατά Folk et al. (1970) τα οποία χρησιµοποιούν για την ταξινόµηση, την εκατοστιαία αναλογία των κροκάλων, της άµµου, της ιλύος και της αργίλου (Σχ. 22 & Σχ 23). Το υπό εξέταση δείγµα χαρακτηρίζεται ανάλογα µε το πεδίο των διαγραµµάτων στο οποίο τοποθετείται. Η ονοµατολογία των συντοµογραφιών που υπάρχουν στα διαγράµµατα δίνεται στον Πίνακα

50 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Πίνακας 11. Υπόµνηµα των Σχηµάτων 22 και 23. Συµβολισµός Ονοµασία Συµβολισµός Ονοµασία G Κροκαλώδες ms Πηλοαµµώδες mg Πηλοκροκαλώδες S Αµµώδες msg Πηλοαµµοκροκαλώδες cs Αργιλοαµµώδες sg Αµµοκροκαλώδες ms Πηλοαµµώδες gm Κροκαλοπηλώδες zs Ιλυοαµµώδες gms Κροκαλοπηλοαµµώδες sc Αµµοαργιλώδες gs Κροκαλοαµµώδες sm Αµµοπηλώδες (g)m Ηµικροκαλοπηλώδες sz Αµµοϊλυώδες (g)ms Ηµικροκαλοπηλοαµµώδες C Αργιλώδες (g)s Ηµικροκαλοαµµώδες M Πηλώδες M Πηλώδες Z Ιλυώδες sm Αµµοπηλώδες 50

51 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Σχήµα 22. ιάγραµµα για την ταξινόµηση κροκαλοφόρων ιζηµάτων (κατά Folk et al., 1970, από Τσιραµπίδη, 2002, τροποποιηµένο). Σχήµα 23. ιάγραµµα για την ταξινόµηση ιζηµάτων χωρίς παρουσία κροκάλων (κατά Folk et al., 1970, από Τσιραµπίδη, 2002, τροποποιηµένο). 51

52 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 6.Α. Να υπολογιστούν το Βάρος (%) και το Αθροιστικό βάρος (%) και να γίνουν τα αντίστοιχα διαγράµµατα των µετρήσεων που δίνονται στον Πίνακα 12. Επίσης, µε τη βοήθεια της γραφικής µεθόδου να υπολογιστούν τα: Me, So, Sd, Sk και Ku. Τέλος, να εξαχθούν συµπεράσµατα για α) την κατανοµή των κόκκων, β) την ταξινόµηση, γ) τη λοξότητα, δ) την κύρτωση και ε) την ιστολογική ωριµότητα του ιζήµατος. Πίνακας 12. εδοµένα άσκησης 5.Α. Βάρος Φ (g) PAN Σύνολο Βάρος (%) Αθροιστικό βάρος (%) 8 PAN: ουρά κατανοµής. 52

53 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Άσκηση 6.Β. Να γίνει η ταξινόµηση των τιµών που δίνονται στον Πίνακα 13, µε τη βοήθεια των διαγραµµάτων Folk et al, για ιζήµατα µε κροκάλες και χωρίς κροκάλες. Πίνακας 13. εδοµένα άσκησης 5.Β. είγµα Κροκάλες Άµµος Ιλύς Ι+Α Άργιλος Κ Κατηγορία

54 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΑΜΜΩ ΕΙΣ ΑΚΤΕΣ (ΕΠΟΧΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΤΗΣ ΑΜΜΟΥ) 7.1. Εισαγωγή Οι αµµώδεις παραλίες είναι από τα πιο αφιλόξενα περιβάλλοντα για αρκετούς οργανισµούς. Λίγα είναι τα είδη που καταφέρνουν να επιβιώσουν σε αυτές. Οι δύσκολες αυτές συνθήκες οφείλονται στην ενέργεια των κυµάτων που φθάνουν στην ακτή. Κύµατα µε µεγάλη ενέργεια αποµακρύνουν το λεπτόκοκκο υλικό (µέγεθος άµµου και µικρότερο) της παραλίας, αφήνοντας το πιο χονδρόκοκκο (κροκάλες ή και µεγαλύτερο), πολλές φορές, αποκαλύπτοντας και το πέτρωµα (υπόστρωµα) που βρίσκεται κάτω από την άµµο. Αντίθετα, κύµατα µε µικρή ενέργεια έχουν την τάση να «επιστρέφουν» το λεπτόκοκκο υλικό σκεπάζοντας την απογυµνωµένη επιφάνεια που υπήρχε πριν. Όπως είναι λογικό, κύµατα µε µεγάλη ενέργεια συναντάµε κατά τη διάρκεια του χειµώνα, ενώ µε µικρή ενέργεια κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Κατά συνέπεια, το χειµώνα είναι πιο πιθανό να βρούµε ακτές (χειµερινού τύπου παραλίες) που να αποτελούνται κυρίως από κροκάλες και υλικά παρόµοιου µεγέθους (Εικ. 3), ενώ το καλοκαίρι το πιθανότερο είναι να παρατηρούµε ακτές (θερινού τύπου παραλίες) αποτελούµενες κυρίως από λεπτόκοκκο υλικό, µεγέθους άµµου ή και µικρότερο (Εικ. 4). Κάτω από το υπερκείµενο λεπτόκοκκο υλικό θα βρίσκεται το χονδρόκοκκο που εµφανίστηκε κατά τη διάρκεια του χειµώνα. Για την γρήγορη και εύκολη αποµάκρυνση του λεπτόκοκκο υλικού µιας ακτής πρέπει να επικρατεί σταθερός, ισχυρός κυµατισµός για µέρες έως και εβδοµάδες. Το αντίθετο, δηλαδή σταθερός, ασθενής κυµατισµός, µε παρόµοια διάρκεια, µπορεί να επαναφέρει το λεπτόκοκκο υλικό της ακτής και να αυξήσει το πλάτος της αρκετές φορές. Τα κύµατα πάντοτε φτάνουν στις ακτές υπό γωνία. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα τη µεταφορά υλικού, που βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας, από την µια πλευρά της ακτής προς την άλλη, ανάλογα µε την διεύθυνση µε την οποία κινούνται τα κύµατα (Εικ. 5). 54

55 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών Εικόνα 3. Παράδειγµα χειµερινού τύπου παραλίας από τη Santa Barbara, U.S.A. (από Anderson 2004, τροποποιηµένη). Εικόνα 4. Παράδειγµα θερινού τύπου παραλίας από τη Santa Barbara, U.S.A. (από Anderson 2004, τροποποιηµένη). Εικόνα 5. Υλικό µπορεί να µεταφερθεί από τη µια πλευρά µιας ακτής προς την άλλη, ανάλογα µε τη φορά των κυµάτων (από Anderson 2004, τροποποιηµένη). 55

56 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Σηµαντικό ρόλο για το αν θα υπάρχουν οργανισµοί σε µια ακτή, καθώς και το είδος τους, εκτός από το µέγεθος, παίζει και το σχήµα και η µορφή των κόκκων του παράλιου ιζήµατος. Οι µεγάλοι κόκκοι κάνουν το περιβάλλον πιο αφιλόξενο, ενώ το αντίθετο συµβαίνει µε τους κόκκους µικρότερου µεγέθους. Επίσης, ένας οργανισµός διατρέχει υψηλότερο κίνδυνο να τραυµατιστεί σε ένα περιβάλλον που αποτελείται από αιχµηρούς κόκκους, παρά σε έναν από αποστρογγυλεµένους. Τέλος, ένα µικρό ρόλο παίζει και το χρώµα του ιζήµατος. Τα σκουρόχρωµα ιζήµατα θερµαίνονται πιο εύκολα από τα ανοιχτόχρωµα, µε αποτέλεσµα οργανισµοί που είναι ευαίσθητοι στις θερµοκρασιακές µεταβολές να µη µπορούν να κατοικήσουν σε αυτά. Όλες οι παραπάνω µεταβολές µπορούν να γίνουν αντιληπτές µε την κοκκοµετρική ανάλυση του παράλιου ιζήµατος, καθώς και µε τη µελέτη του σχήµατος και της µορφής των κόκκων που το αποτελούν (ΚΕΦ. 8 & 9). Για τη λήψη δειγµάτων συνήθως χρησιµοποιείται ο πυρηνοληπτικός δειγµατολήπτης, ενώ οι θέσεις δειγµατοληψίας πρέπει να είναι τόσες (συνήθως τρεις) ώστε να είναι εµφανείς οι µεταβολές του µεγέθους των κόκκων του ιζήµατος κατά την κοκκοµετρική ανάλυση. Τα δείγµατα πρέπει να βρίσκονται περίπου στην ίδια ευθεία, η οποία έχει διεύθυνση περίπου κάθετη προς την ακτογραµµή, αλλά σε απόσταση το ένα από το άλλο. Μ αυτό τον τρόπο ορίζονται ζώνες κατά µήκος της ακτής, οι οποίες, ανάλογα µε τη θέση τους και τον αριθµό των δειγµάτων χαρακτηρίζονται ως ανώτερη, µεσαία, κατώτερη κ.λ.π. 56

57 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 7.Α. Σε µια αµµώδη ακτή έγιναν δύο εποχικές δειγµατοληψίες, µία κατά τη διάρκεια του χειµώνα και µία κατά τη θερινή περίοδο. Να υπολογιστούν το Βάρος (%) και το Αθροιστικό βάρος (%) και να γίνουν τα αντίστοιχα διαγράµµατα των µετρήσεων που δίνονται στους Πίνακες 14 & 15 και για τις δύο περιόδους. Επίσης, µε τη βοήθεια της γραφικής µεθόδου να υπολογιστούν τα: Me, So, Sd, Sk και Ku και να εξαχθούν συµπεράσµατα για α) την κατανοµή των κόκκων, β) την ταξινόµηση, γ) τη λοξότητα, δ) την κύρτωση και ε) την ιστολογική ωριµότητα του ιζήµατος. Να σχολιαστούν τυχόν διαφορές που παρουσιάζουν οι δύο δειγµατοληψίες µεταξύ τους. Πίνακας 14. εδοµένα δειγµατοληψίας κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου. ΚΑΛΟΚΑΙΡΙ Ανώτερη ζώνη Μεσαία ζώνη % αναλογία κλάσµατος % αναλογία κλάσµατος Κατηγορία ιζήµατος ιάµετρος (mm) Βάρος κλασµάτων ιζήµατος (g) ιζήµατος επί συνολικού βάρους Αθροιστική συχνότητα % Βάρος κλασµάτων ιζήµατος (g) ιζήµατος επί συνολικού βάρους Κροκάλες Χαλίκια Κόκκοι Άµµος 0, Ιλύς 0,004-0, Άργιλος <0, Συνολικό βάρος ΚΑΛΟΚΑΙΡΙ Βάρος κλασµάτων ιζήµατος (g) Κατηγορία ιζήµατος ιάµετρος (mm) Κροκάλες Χαλίκια Κόκκοι Άµµος 0, Ιλύς 0,004-0, Άργιλος <0, Συνολικό βάρος Κατώτερη ζώνη % αναλογία κλάσµατος ιζήµατος επί συνολικού βάρους Αθροιστική συχνότητα % Αθροιστική συχνότητα % 57

58 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Πίνακας 15. εδοµένα δειγµατοληψίας κατά τη διάρκεια της χειµερινής περιόδου. ΧΕΙΜΩΝΑΣ Ανώτερη ζώνη Μεσαία ζώνη % αναλογία κλάσµατος % αναλογία κλάσµατος Κατηγορία ιζήµατος ιάµετρος (mm) Βάρος κλασµάτων ιζήµατος (g) ιζήµατος επί συνολικού βάρους Αθροιστική συχνότητα % Βάρος κλασµάτων ιζήµατος (g) ιζήµατος επί συνολικού βάρους Κροκάλες Χαλίκια Κόκκοι Άµµος 0, Ιλύς 0,004-0, Άργιλος <0, Συνολικό βάρος ΧΕΙΜΩΝΑΣ Κατηγορία ιζήµατος ιάµετρος (mm) Βάρος κλασµάτων ιζήµατος (g) Κροκάλες Χαλίκια Κόκκοι Άµµος 0, Ιλύς 0,004-0,062 4 Άργιλος <0,004 2 Συνολικό βάρος Κατώτερη ζώνη % αναλογία κλάσµατος ιζήµατος επί συνολικού βάρους Αθροιστική συχνότητα % Αθροιστική συχνότητα % 58

59 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΑ ΧΟΝ ΡΟΚΟΚΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ (ΚΡΟΚΑΛΕΣ ΛΑΤΥΠΕΣ) 8.1. Εισαγωγή Η µορφοµετρική ανάλυση, όχι µόνο των χονδρόκοκκων ιζηµάτων, αλλά και των λεπτόκοκκων, κατά κύριο λόγο περιγράφεται από δύο παραµέτρους, οι οποίοι είναι: Η σφαιρικότητα (αφορά το σχήµα των κόκκων του ιζήµατος) και Η στρογγυλότητα (αφορά τη µορφή των κόκκων του ιζήµατος). Η µεθοδολογία υπολογισµού της σφαιρικότητας και της στρογγυλότητας για χονδρόκοκκα ιζήµατα περιγράφεται στο παρόν κεφάλαιο, ενώ για λεπτόκοκκα στο επόµενο Σχήµα Σφαιρικότητα Για τον προσδιορισµό του σχήµατος χονδρόκοκκων ιζηµάτων είναι απαραίτητο ένα όργανο το οποίο καλείται παχύµετρο ακριβείας ή βερνιέρος (vernier) (Εικ. 6). Με τη βοήθειά του µετράµε τους τρεις άξονες της κάθε κροκάλας a, b και c (a > b > c) οι οποίοι είναι κάθετοι µεταξύ τους (Σχ. 24) 9. Έπειτα υπολογίζονται οι παρακάτω παράγοντες: c a a b, a c και ψ ρ 2 c = ab 1 3 Εξίσωση 20. Τύποι υπολογισµού της σφαιρικότητας για χονδρόκοκκα ιζήµατα (ψ ρ = µέγιστη προβαλλόµενη σφαιρικότητα, εκφράζει την υδραυλική συµπεριφορά κάθε κροκάλας). Σχήµα 24. Οι άξονες a, b και c µιας κροκάλας (a > b > c) (από Ψιλοβίκο, 1995, τροποποιηµένο). 9 Τόσο για το σχήµα, όσο και για τη µορφή οι µετρήσεις πρέπει να γίνονται σε οµάδες των 50 κόκκων, τουλάχιστον. 59

60 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Εικόνα 6. Παχύµετρο ακριβείας (βερνιέρος ή vernier) (από Hoult D., 2004). Οι τιµές που υπολογίζονται τοποθετούνται σε ένα τριγωνικό διάγραµµα (Sneed & Folk, 1958) κι απ αυτό προσδιορίζεται το εκάστοτε σχήµα της κάθε κροκάλας (π.χ. σφαιρικό, επίµηκες, λεπιδοειδές, πλατυσµένο) (Σχ. 25) Μορφή Στρογγυλότητα Πρακτικά, η µορφή κάθε κόκκου σχετίζεται άµεσα µε τις γωνίες που σχηµατίζονται στην επιφάνειά του. Οι γωνίες αυτές µπορεί να έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά (π.χ. Σχήµα 25. Το διάγραµµα Sneed & Folk (από Ψιλοβίκο, 1995, τροποποιηµένο). 60

61 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών απότοµες και οξείες, οµαλές και τοξοειδείς κ.α.). Κατά συνέπεια, αυτό που πρέπει να εξεταστεί, για να βγει κάποιο συµπέρασµα για την µορφή ενός κόκκου, είναι πόσο στρόγγυλες είναι οι γωνίες του. Η έννοια της µορφής είναι ανεξάρτητη από την έννοια του σχήµατος. Για παράδειγµα, ένας κόκκος που είναι σφαιρικός δεν είναι απαραίτητα και στρόγγυλος ή ένας κόκκος που είναι στρόγγυλος δεν έχει απαραίτητα σφαιρικό σχήµα. Ένας κόκκος ο οποίος είναι γωνιώδης χαρακτηρίζεται ως κόκκος µε µικρό δείκτη (βαθµό) στρογγυλότητας, ενώ ένας κόκκος λειασµένος λέµε πως έχει υψηλό δείκτη (βαθµό) στρογγυλότητας. Ο δείκτης (βαθµός) στρογγυλότητας υπολογίζεται από τον τύπο του Gailleux: i Pi = 2r L Εξίσωση 21. Τύπος υπολογισµού του βαθµού (δείκτη) στρογγυλότητας για χονδρόκοκκα ιζήµατα. i Όπου, P = δείκτης (βαθµός) στρογγυλότητας, r = ακτίνα καµπυλότητας της πιο αιχµηρής γωνίας της κροκάλας (Σχ. 26) και L = το µεγαλύτερο µήκος της κροκάλας (L = a). Το L µετράται µε το παχύµετρο ακριβείας, ενώ η µέτρηση της r γίνεται µε τη βοήθεια της κυκλικής κλίµακας του KÖster. Η κλίµακα KÖster αποτελείται από οµόκεντρα τεταρτοκύκλια (ή ηµικύκλια ή κύκλους) µε αυξανόµενη, κατά 1 mm, ακτίνα (Σχ. 27). Η πιο αιχµηρή γωνία της κροκάλας προβάλλεται πάνω σε ριζόχαρτο (διαφανές χαρτί). Στη συνέχει τοποθετούµε το ριζόχαρτο πάνω στη κλίµακα KÖster και προσπαθούµε να βρούµε πιο τεταρτοκύκλιο της κλίµακας εφαρµόζει καλύτερα µε την καµπύλη που χαράξαµε στο ριζόχαρτο. Η ακτίνα αυτού του τεταρτοκύκλιου είναι η r. Σχήµα 26. Μέτρηση της ακτίνας καµπυλότητας της πιο αιχµηρής γωνίας (r) µιας κροκάλας. καθώς και του µεγαλύτερου µήκους της (L = a) (από Ψιλοβίκο, 1995, τροποποιηµένο). 61

62 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Σχήµα 27. Η κλίµακα KÖster (από Ψιλοβίκο, 1995). Αφού υπολογίσουµε τις τιµές P i, υπολογίζουµε τις τιµές P i (P i = Ρ i *1000). Έπειτα, υπολογίζουµε τη συχνότητα εµφάνισης αυτών, σε 10 ίσα διαστήµατα (των εκατό τιµών το καθένα), αρχίζοντας από το 0 και καταλήγοντας στο 999. Το επόµενο βήµα είναι να κατασκευάσουµε τη καµπύλη συχνότητας των προηγούµενων τιµών, εκφρασµένων σε ποσοστό %. Τέλος, µπορούµε να καταλήξουµε σε κάποια συµπεράσµατα σε σχέση µε το περιβάλλον σχηµατισµού, µεταφοράς και απόθεσης της κάθε κροκάλας µε βάση προκαθορισµένους πίνακες (Πιν. 16). Πίνακας 16. Μέσες τιµές του δείκτη στρογγυλότητας (σε ασβεστολιθικές κροκάλες) από διάφορα περιβάλλοντα (από Ψιλοβίκο, 1995). Περιβάλλον είκτης στρογγυλότητας Βασικές µοραίνες Ποταµός (θερµά κλίµατα) Ακτή θάλασσας Παγετο-ποτάµιο Κοίτη ποταµού 290 Ακτή λίµνης

63 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 8.Α. Στον Πίνακα 17 δίδονται οι µετρήσεις των αξόνων a, b και c για δείγµατα 25 κροκάλων. Να υπολογιστούν οι τιµές των τριών παραγόντων (στήλες 4, 5, και 6) και να τοποθετηθούν στο διάγραµµα Sneed & Folk (Σχ. 25). Πίνακας 17. Μετρήσεις των αξόνων a, b και c σε δείγµατα 25 κροκάλων. a (mm) b (mm) c (mm) c a a a b c = ψ ρ 3 2 c ab ,

64 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Άσκηση 8.Β. Στον Πίνακα 18 δίδονται οι µετρήσεις του µεγαλύτερου άξονα a (a = L) και της ακτίνας r της πιο αιχµηρής γωνίας κάθε κροκάλας. Να υπολογιστεί ο δείκτης στρογγυλότητας κατά Gailleux και να βρεθεί σε πιο περιβάλλον ανήκει η κάθε κροκάλα. Πίνακας 18. L r 2r P' P = (mm) (mm) L (P'=P*1000) Τάξεις Ρ' Αριθµός Ρ Ποσοστό % 64

65 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΑ ΛΕΠΤΟΚΟΚΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ (ΑΜΜΟΣ) 9.1. Γενικά Ο προσδιορισµός του σχήµατος (σφαιρικότητα) και της µορφής (στρογγυλότητα) για τα λεπτόκοκκα ιζήµατα γίνεται µε διαφορετικό τρόπο σε σχέση µε τα χονδρόκοκκα. Οι µετρήσεις γίνονται σε κόκκους µε µέγεθος άµµου (περίπου 1 mm) µε τη χρήση στερεοσκοπικού µικροσκοπίου. Ως πιο αποτελεσµατική θεωρείται η µέθοδος Krumbein & Sloss (1963). Με τη βοήθειά της γίνεται, ταυτόχρονα, οπτικός προσδιορισµός της σφαιρικότητας και της στρογγυλότητας µε βάση ένα διάγραµµα (Σχ. 28). Σχήµα 28. ιάγραµµα (Krumbein & Sloss, 1963) µε τη βοήθεια του οποίου γίνεται οπτικός προσδιορισµός της σφαιρικότητας και της στρογγυλότητας λεπτόκοκκων ιζηµάτων (από Ψιλοβίκο, 1984, τροποποιηµένο). 65

66 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας Όπως για τα χονδρόκοκκα ιζήµατα, έτσι και για τα λεπτόκοκκα ιζήµατα οι µετρήσεις πρέπει να γίνονται σε οµάδες 50 κόκκων, τουλάχιστον. Όταν υπάρχει πληθώρα µετρήσεων, τότε, για τις συγκρίσεις χρησιµοποιούνται οι µέσες τιµές της σφαιρικότητας και της στρογγυλότητας, από κάθε οµάδα των 50 κόκκων. Αυτές οι µέσες τιµές τοποθετούνται σε διαγράµµατα, µε τη βοήθεια των οποίων µπορεί να εξαχθούν συµπεράσµατα σχετικά µε τη διαφορετικότητα των δειγµάτων. Ιδιαίτερα, όσον αφορά την στρογγυλότητα, οι µέσες τιµές που θα προσδιοριστούν επιτρέπουν τον χαρακτηρισµό των κόκκων του δείγµατος µε τη βοήθεια ειδικού πίνακα (Πιν. 19). Τέλος, πρέπει να πούµε ότι εποικοδοµητικά συµπεράσµατα δεν είναι δυνατόν να εξαχθούν µόνο από τις παρατηρήσεις σφαιρικότητας και στρογγυλότητας, αλλά πάντοτε σε συνδυασµό και µε άλλες παραµέτρους (π.χ. µέγεθος κ.λ.π.). Πίνακας 19. Τάξεις για το βαθµό και τον δείκτη στρογγυλότητας σε ιζήµατα. ΤΑΞΕΙΣ Pettijohn (1949) Powers (1953) Folk (1955) Πολύ γωνιώδης 0,12 0,17 0,00 1,00 Γωνιώδης 0,00 0,15 0,17 0,25 1,00 2,00 Υπογωνιώδης 0,15 0,25 0,25 0,35 2,00 3,00 Υποστρόγυλλη 0,25 0,40 0,35 0,49 3,00 4,00 Στρόγγυλη 0,40 0,60 0,49 0,70 4,00 5,00 Πολύ στρόγγυλη 0,60 1,00 0,70 1,00 5,00 6,00 66

67 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 9.Α. Να υπολογιστούν οι µέσες τιµές σφαιρικότητας και στρογγυλότητας των τεσσάρων οµάδων που δίνονται στον Πίνακα 20. Οι τιµές που θα υπολογιστούν να εισαχθούν σ ένα διάγραµµα σφαιρικότητας (χ) στρογγυλότητας (y). Πίνακας 20. Τιµές σφαιρικότητας (ΣΦ) και στρογγυλότητας (ΣΤΡ) για τέσσερις οµάδες κόκκων. Οµάδα 1 Οµάδα 2 Οµάδα 3 Οµάδα 4 Κόκκος Κόκκος ΣΦ ΣΤΡ ΣΦ ΣΤΡ Κόκκος ΣΦ ΣΤΡ Κόκκος # # # # ΣΦ ΣΤΡ

68 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 ΑΠΟΛΙΘΩΜΑΤΑ Εισαγωγή Απολίθωµα ονοµάζουµε το διατηρηµένο λείψανο ενός οργανισµού (ζώων και φυτών) που έζησε σε προηγούµενες γεωλογικές εποχές. Αντίθετα, αρτίγονος καλείτε κάθε οργανισµός που ζει σήµερα, µπορεί όµως να βρεθεί και ως απολίθωµα. Ιχνοαπολιθώµατα (Σχ. 29) ή αλλιώς βιοδηλωτικά ίχνη είναι τα διατηρηµένα ίχνη που δηµιουργούνται από την διαδικασία διαβίωσης οργανισµών (π.χ. την κίνησή τους, τη διατροφή τους, την κατοικία τους κ.λ.π.). Ψευδοαπολιθώµατα ονοµάζουµε εκείνους τους σχηµατισµούς, ανόργανης κυρίως προέλευσης, που µοιάζουν µε οργανικά υπολείµατα ή τµήµατα οργανισµών που λανθασµένα θεωρήθηκαν υπολείµµατα άλλων οργανισµών (π.χ. δενδρίτες, κούκλες-άνθρωποι, Loss, ανόργανα συγκρίµατα, ψευδοαπολιθώµατα Beriger κ.α.). Τέλος, ως απολιθώµατα αναφέρονται ορισµένα διατηρηµένα ζώα ή οστά, π.χ. κατεψυγµένα µαµούθ, ολόκληρα ζώα ή οστά διατηρηµένα µέσα σε οζοκηρίτη ή πίσσα. Στους ασπόνδυλους οργανισµούς (π.χ. µαλάκια κ.α.) διατηρούνται τα κελύφη τους ή τµήµατα αυτών, ενώ στους σπονδυλωτούς µπορούν να διατηρηθούν τµήµατα του σκελετού τους, δόντια, κέρατα, λέπια κ.λ.π. Τα τµήµατα αυτά για να απολιθωθούν και να διατηρηθούν πρέπει να βρεθούν σε κατάλληλες συνθήκες περιβάλλοντος (π.χ. γρήγορη κάλυψη από κάποιο λεπτόκοκκο υλικό, µικρή κυκλοφορία νερού πλούσιου σε CaCO3 κ.α.). Σε αυτές τις περιπτώσεις αρχίζει να λαµβάνει χώρα µια µοριακή αντικατάσταση του οστίτη ιστού, συνήθως από CaCO3 (σπάνια από άλλα υλικά π.χ. φωσφορούχα) και έτσι διατηρείται το τµήµα του οργανισµού που βρίσκουµε ως απολίθωµα. Η µορφολογία των σκελετικών τµηµάτων διατηρείται εξαιτίας της µόριο προς µόριο αντικατάστασης που συµβαίνει. Τα απολιθώµατα συναντώνται συνήθως µέσα σε ιζηµατογενή ή ελαφρώς µεταµορφωµένα πετρώµατα. Στα υψηλού βαθµού µεταµορφωµένα πετρώµατα σπάνια συναντώνται απολιθώµατα διότι η ανακρυστάλλωση τα καταστρέφει. Η διατήρηση των απολιθωµάτων εξαρτάται από τη σύσταση και τη δοµή του τµήµατος του ζώου, από τη 68

69 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης Παράρτηµα Ν. Μουδανιών φύση και το µέγεθος των κόκκων του ιζήµατος και από τις φυσικές και χηµικές µεταβολές κατά την ιζηµατογένεση και διαγένεση του υλικού. Σχήµα 29. ιάφορα είδη απολιθωµάτων που µπορεί να συναντηθούν σε ιζήµατα (από Τσιραµπίδη 2002, τροποποιηµένο) Απολίθωση Βασική συνθήκη για την απολίθωση ενός οργανισµού είναι η γρήγορη κάλυψή του από κάποιο ίζηµα, ώστε να αποφευχθεί η καταστροφή των σκελετικών του τµηµάτων. Η διαδικασία της απολίθωσης αρχίζει αµέσως και µπορεί να διαρκέσει µέχρι και χρόνια. Συναντώνται οι εξής τρόποι απολίθωσης: Μοριακή αντικατάσταση: Επιτυγχάνεται µε διαδικασίες όπως η ανακρυστάλλωση (Recrystalization), ο εµποτισµός (Permineralization), η αντικατάσταση (Replacement) και η απανθράκωση-ενανθράκωση (Carbonization). Πρόκειται για 69

70 Σηµειώσεις Εργαστηρίου Ιζηµατολογίας τον σηµαντικότερο τρόπο απολίθωσης. Όταν, π.χ. ένα οστό καλυφθεί από ιζήµατα και υπάρχουν οι κατάλληλες συνθήκες, τότε γίνεται βαθµιαία µόριο προς µόριο αντικατάσταση του οστίτη ιστού από CaCO3. Έτσι, η οργανική ύλη αντικαθίσταται από ανόργανη, ενώ το οστό διατηρεί όλα τα µορφολογικά του χαρακτηριστικά. Εκµαγεία αποτυπώµατα: Τα εκµαγεία µπορεί να δηµιουργηθούν από ολόκληρο τον σκελετό ενός οργανισµού ή από την πλήρωση ενός τµήµατος του σκελετού του (π.χ. κρανίο) και τα αποτυπώµατα µπορεί να δηµιουργηθούν π.χ. από τα ίχνη βάδισης ενός οργανισµού (Σχ. 30). Τα αποτυπώµατα διακρίνονται σε εξωτερικά και εσωτερικά (πυρήνες). ιατήρηση Μουµιοποίηση: Επιτυγχάνεται µε διαδικασίες όπως η διατήρηση, η κατάψυξη, η ταρίχευση, η µουµιοποίηση, η αποξήρανση και η περιλίθωση. Χαρακτηριστικό παράδειγµα αποτελεί η διατήρηση ολόκληρου του σώµατος των ζώων µέσα σε πίσσα ή πάγο. Οι οργανισµοί µετά το θάνατό τους µπορεί να απολιθωθούν στο χώρο διαβίωσής τους (πρωταρχική θέση), µπορεί να µεταφερθούν µε το νερό (υποπρωταρχική θέση) και τέλος να υποστούν κάποιες άλλες διαδικασίες µέσα στα ιζήµατα που έχουν εγκλωβιστεί (δευτερογενής θέση). Σχήµα 30. Εκµαγείο ψαριού (από Κουφό, 2003, τροποποιηµένο) Κατηγορίες απολιθωµάτων Υπάρχουν τέσσερις κατηγορίες απολιθωµάτων, οι οποίες είναι: Συνήθη ή συντηρητικά: λέγονται τα απολιθώµατα, που έζησαν µεγάλο χρονικό διάστηµα. 70