Η καθιζανουσα σωματιδιακη ροη στο παρακτιο συστημα του

-196-9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume Ι Η καθιζανουσα σωματιδιακη ροη στο παρακτιο συστημα του κολπου της ΘεσσαλονΙκης (ΒΟρειος ΘΕΡΜΑΪΚΟΣ ΚΟλπος) Τσομπάνογλου Κ. 1, Αναγνώστου Χρ. 2, Σταυρακάκης Σπ. 2, Λελέκης I. 3 1 Τμήμα Γεωλογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, ktsob@geo.auth.gr 2 Ινστιτούτο Θκεανογραφίας, Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών, chanag@ath.hcmr.gr, stavrak@ath.hcmr.gr 3 Μονάδα Οργάνωσης της Διαχείρισης του Κ.Π.Σ., glelekis@mou.gr Περίληψη Η ροή των καθιζάνοντων σωματιδίων στον κόλπο της Θεσσαλονίκης μελετήθηκε για έναν ετήσιο κύκλο (Ιανουάριος 2000 Ιανουάριος 2001) με σκοπό να προσδιοριστεί η ποσοτική και η ποιοτική σύνθεσή τους. Τοποθετήθηκαν ιζηματοπαγίδες περιμετρικά του κόλπου, σε ύψος 3 m επάνω από τον πυθμένα. Δυο αγκυροβόλια τοποθετήθηκαν σε μυδοκαλλιέργειες. Οι ποσότητες της ολικής ροής εμφανίζονται αυξημένες (5.80 81.23 gr m -2 d -1 ), παρουσιάζουν χρονικές και χωρικές διακυμάνσεις και σημειώνουν μέγιστα στην περιοχή των μυδοκαλλιεργειών. Οι παράμετροι της ροής (λιθογενές φορτίο, οργανικό υλικό, ανθρακικά και βιογενές πυρίτιο) ακολουθούν σε γενικές γραμμές τις μεταβολές της ολικής ροής. Το λιθογενές φορτίο αποτελεί το μεγαλύτερο % ποσοστό στην ολική ροή σε όλους τους σταθμούς και σε όλη την διάρκεια του χρόνου. Τα υψηλά ποσοστά λιθογενούς φορτίου καταδεικνύουν τις ποτάμιες εισροές και τα φαινόμενα επαναιώρησης σαν πηγές τροφοδοσίας σωματιδιακού υλικού στο κόλπο. Λέξεις κλειδιά: ιζηματοπαγίδα, επαναιώρηση, μυδοκαλλιέργειες. Settling flux in the shallow deltaic embayment of Thessaloniki Gulf (Northern Thermaikos Gulf, Greece) Tsompanoglou K. 1, Anagnostou Ch. 2, Stavrakakis S. 2, Lelekis I. 3 1 School of Geology, Aristotle University of Thessaloniki, ktsob@geo.auth.gr 2 Institute of Oceanography, Hellenic Centre for Marine Research, chanag@ath.hcmr.gr, stavrak@ath.hcmr.gr 3 Management Organisation Unit, glelekis@mou.gr Abstract The annual cycle of settling flux in the northern Thermaikos Gulf is described from data collected during 1 year (January 2000 January 2001) with sediment traps deployed around the gulf; two traps were placed in oyster farms. Settling matter was collected 3 m above the seabed at 20-40 day intervals. Elevated total mass fluxes (5.80 81.23 gr m -2 d -1 ) with spatial and temporal differences in the collected quantities were recorded. The fluxes of major constituents (carbonates, opal, lithogenic fraction, organic matter) followed the overall pattern of total flux. Lithogenic fraction represented the highest % content of total flux during the survey implying that settling matter originating from rivers network and also resuspended sediment were the main contributors to the particulate flux measured by the traps. Keywords: sediment trap, particulate matter, resuspension, oyster farms. 1. Εισαγωγή Ο κόλπος της Θεσσαλονίκης αποτελεί το τμήμα του βόρειου Θερμαϊκού κόλπου, το οποίο οριοθετείται από τα νοητά όρια που εκτείνονται από τις εκβολές του Αξιού ποταμού έως το ακρωτήριο Μεγάλο Έμβολο (Εικ. 1). Αποτελεί μια ρηχή θαλάσσια λεκάνη με μέγιστο βάθος τα 29 m δυτικά του Μεγάλου Εμβόλου. Η γενική κυκλοφορία των υδάτων στον κόλπο διαμορφώνεται από την εισροή μεγάλων ποσοτήτων γλυκών νερών καθώς και από την είσοδο θαλασσίων μαζών από το νότιο τμήμα του κόλπου και κατ επέκταση από το Αιγαίο πέλαγος (Hyder et al., 2002). Το ανεμολογικό καθεστώς χαρακτηρίζεται από την επικράτηση βορειοδυτικών και βορείων ανέμων σε όλη τη διάρκεια του έτους καθώς και από αυξημένης έντασης νότιους ανέμους κατά τους θερινούς μήνες. Οι ποταμοί Αξιός, Αλιάκμονας και Λουδίας εκβάλουν στο βορειοδυτικό τμήμα του κόλπου της

9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος Ι Θεσσαλονίκης (Εικ. 1) τροφοδοτώντας τον με σημαντικές ποσότητες φερτών υλικών και συμβάλλοντας στη διαρκή πρόσχωση του κόλπου (Kapsimalis et al., 2005). Επιπλέον ο κόλπος δέχεται τα επεξεργασμένα αστικά λύματα και βιομηχανικά απόβλητα της πόλης της Θεσσαλονίκης. Ο εμπλουτισμός της στήλης με θρεπτικά συστατικά καθώς και η αντιμετώπιση των φυτοπλακτονικών εξάρσεων αποτελούν κύρια ζητήματα στη διαχείριση του παράκτιου αυτού συστήματος (Karageorgis et al., 2005). Η ροή των καθιζάνοντων σωματιδίων στον κόλπο της Θεσσαλονίκης μελετήθηκε για έναν ετήσιο κύκλο (Ιανουάριος 2000 Ιανουάριος 2001) με σκοπό την κατανόηση των μηχανισμών που τη ρυθμίζουν. Η σωματιδιακή ροή μελετήθηκε αναφορικά με τις τέσσερις επιμέρους συνιστώσες της: τη λιθογενή φάση, που αναφέρεται στο χερσογενούς προέλευσης υλικό, το οργανικό υλικό, το βιογενές πυρίτιο, που παράγεται κατά τη δημιουργία πυριτικών σκελετικών δομών καθώς και του ανόργανου άνθρακα, που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ανθρακικού ασβεστίου στα εξωσκελετικά μέρη διαφόρων οργανισμών. 2. Μεθοδολογία Η ροή των καθιζάνοντων σωματιδίων μελετήθηκε με αγκυροβόλια ιζηματοπαγίδων. Η ιζηματοπαγίδα έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στη μελέτη των καθιζανόντων σωματιδίων σε παράκτια συστήματα (Lund-Hansen et al., 1997; Puskaric et al., 1992; Λελέκης, 2001; Τσομπάνογλου, 2001). Οι σταθμοί δειγματοληψίας τοποθετήθηκαν περιμετρικά του κόλπου της Θεσσαλονίκης λαμβάνοντας υπόψη τη γενική κυκλοφορία των υδάτινων μαζών. Επιλέχθηκαν επίσης, δυο σταθμοί (ΟΧ και ΑΧ) σε μυδοκαλλιέργειες στην περιοχή της Χαλάστρας. Στο κάθε αγκυροβόλιο τοποθετήθηκε μια ιζηματοπαγίδα σε ύψος 3 m από την επιφάνεια του πυθμένα με σκοπό να περιοριστεί η επιρροή των φαινομένων επαναιώρησης στα συλλεγμένα δείγματα. Η ιζηματοπαγίδα που χρησιμοποιήθηκε είχε λόγο ύψους προς πλάτος κυλίνδρου συλλογής H/D=5,5 και εσωτερική διάμετρο 127 mm. Εικ. 1: Η περιοχή μελέτης με τους σταθμούς των αγκυροβολίων. Στον πίνακα δεξιά αναγράφονται τα βάθη των σταθμών. Η ανάκτηση των δειγμάτων πραγματοποιούνταν σε χρονικές περιόδους 20-40 ημερών. Η δειγματοληψία παρουσίασε αρκετά προβλήματα, αφού πολλές φορές τα αγκυροβόλια κλάπηκαν, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει ικανοποιητική συνέχεια στην ανάκτηση των δειγμάτων. Για τη διατήρηση των δειγμάτων στο πεδίο χρησιμοποιήθηκε διάλυμα φορμόλης 5 % ως συντηρητικό. Τα ανακτημένα δείγματα διαχωρίστηκαν σε συγκεκριμένο αριθμό υποδειγμάτων με τη βοήθεια περισταλτικής αντλίας υψηλής ακρίβειας (Heussner et al., 1990). Στη συνέχεια τα υποδείγματα διηθήθηκαν σε γυάλινα φίλτρα τύπου GF/F, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό του μέτρου της σωματιδιακής ροής και των κύριων παραμέτρων της (οργανικός και ανόργανος άνθρα- -197-

9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume Ι κας, βιογενές πυρίτιο και λιθογενή σωματίδια). 3. Αποτελέσματα Οι ολικές σωματιδιακές ροές, όπως αυτές καταγράφηκαν στους σταθμούς δειγματοληψίας παρουσιάζονται στις Εικόνες 2α και 3α. Οι ροές είναι ποσοτικά αυξημένες σε όλους τους σταθμούς (5.80 81.23 gr m -2 d -1 ) ενώ οι μεγαλύτερες τιμές τους καταγράφονται στους σταθμούς των μυδοκαλλιεργειών ΑΧ και ΟΧ. Παρατηρήθηκε σχετική ομοιομορφία στις διακυμάνσεις της σωματιδιακής ροής στους σταθμούς ΑΧ, ΟΧ, TS-3 και μεταξύ των σταθμών TS-4, TS-5, TS-6 (Εικόνα 2α και 3α αντίστοιχα). Για το λόγο αυτό η πρώτη τριάδα σταθμών ομαδοποιήθηκε και ονομάστηκε «Περιοχή μυδοκαλλιεργειών» ενώ η δεύτερη ομάδα ονομάστηκε «Σταθμοί Θεσσαλονίκης». Εικ. 2: (α) H ολική ροή μάζας (gr m -2 d -1 ) στους σταθμούς των μυδοκαλλιεργειών. (β) Τα % ποσοστά των τεσσάρων παραμέτρων της ροής (λιθογενές φορτίο, οργανικό υλικό, ανθρακικά και βιογενές πυρίτιο) στο σταθμό ΟΧ. Οι μέγιστες τιμές εμφανίζονται την περίοδο 4 Ιουλίου - 28 Ιουλίου (4/J 28/J) στους σταθμούς ΑΧ και ΟΧ (Εικ. 2α) και την περίοδο 9 Δεκεμβρίου 1999 13 Ιανουαρίου 2000 (13J/00) στο σταθμό TS-4 (Εικ. 3α). Στην πρώτη περίπτωση, οι μέγιστες τιμές εμφανίζονται κατά την ξηρή θερινή περίοδο, στην οποία σημειώθηκε αύξηση της συχνότητας και της έντασης των νότιων ανέμων. Στη δεύτερη περίπτωση, το μέγιστο στο σταθμό TS-4 αποδίδεται στις αυξημένη εισροή γλυκών υδάτων στο δυτικό τμήμα του κόλπου λόγω της υψηλής βροχόπτωση, που σημειώθηκε στην περίοδο αυτή (83,7mm). Στην περιοχή των μυδοκαλλιεργειών σημειώθηκαν έντονες μεταβολές στις τιμές της ολικής ροής μεταξύ διαδοχικών περιόδων δειγματοληψίας. Χαρακτηριστική είναι η περίπτωση της περιόδου 28 Ιουλίου 30 Αυγούστου (28/J 30/A), όπου παρατηρήθηκαν χαμηλές ροές στον ΑΧ και στον ΟΧ, -198-

9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος Ι ενώ την επόμενη περίοδο οι ολικές ροές αυξάνονται κατά πολύ, παίρνοντας τιμές μεγαλύτερες από 60 gr m -2 d -1. Λαμβάνοντας υπόψη το μικρό βάθος της περιοχής, τα φαινόμενα αυτά είναι πολύ πιθανό να οφείλονται σε επαναιώρηση λόγω ανεμογενών κυμάτων ή στη δράση παράκτιων ρευμάτων. Εικ. 3: (α) H ολική ροή μάζας (gr m -2 d -1 ) στους σταθμούς της Θεσσαλονίκης. (β) Τα % ποσοστά των τεσσάρων παραμέτρων της ροής (λιθογενές φορτίο, οργανικό υλικό, ανθρακικά και βιογενές πυρίτιο) στο σταθμό TS-5. Οι ροές των κύριων συστατικών της σωματιδιακής ύλης ακολουθούν τις μεταβολές της ολικής ροής. Ενδεικτικά παρουσιάζονται τα % ποσοστά των τεσσάρων παραμέτρων της ροής στους σταθμούς TS-5 και ΟΧ (Εικ. 2β και 3β αντίστοιχα). Σημαντικότερος παράγοντας της ροής είναι το λιθογενές φορτίο, το οποίο παρουσιάζει χρονική ομοιογένεια, υποδηλώνοντας την ύπαρξη πηγών τροφοδοσίας σε όλη τη διάρκεια του έτους. Αρκετά υψηλό είναι το ποσοστό του ανθρακικού ασβεστίου κυρίως στα ανακτημένα δείγματα των σταθμών OX και ΑΧ. Στους σταθμούς που βρίσκονταν πλησιέστερα στον όρμο της Θεσσαλονίκης (TS5 και TS6), η περιεκτικότητα σε οργανικό C εμφανίζεται σχετικά αυξημένη. Το βιογενές πυρίτιο (SiO 2 ) παρουσιάζει μικρή χωρική μεταβλητότητα, που αποδίδεται στην πρωτογενή παραγωγή φυτοπλακτονικών οργανισμών με πυριτικό σκελετό. Στο σταθμό ΟΧ, οι % συστάσεις του οργανικού υλικού και του SiO 2 παρουσιάζουν μικρές διακυμάνσεις ενώ το ανθρακικό ασβέστιο εμφανίζει πιο αυτόνομη συμπεριφορά. Οι σημαντικές διαφοροποιήσεις του CaCO 3 μπορούν να αποδοθούν στις φυτοπλαγκτονικές εξάρσεις. Μια δεύτερη εξήγηση του φαινομένου, είναι η εισροή θραυσμάτων CaCO 3 βιογενούς προέλευσης στο εσωτερικό -199-

9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume Ι των ιζηματοπαγίδων. Στις διατάξεις που ποντίστηκαν στις μυδοκαλλιέργειες, η τεχνική αδυναμία της ιζηματοπαγίδας στην αποφυγή αλλοιώσεων ήταν έντονη. Ο λόγος λιθογενούς υλικού προς οργανικό άνθρακα μελετήθηκε ως ένδειξη του βαθμού επίδρασης του υδρογραφικού δικτύου ή/και των φαινομένων επαναιώρησης. Τιμές του λόγου μεγαλύτερες του 10 σημειώνονται σε δείγματα ιζηματοπαγίδων, που τοποθετούνται σε περιοχές της υφαλοκρηπίδας στις οποίες αναπτύσσονται νεφελοειδείς στρώσεις (Honjo, 1982; Puskaric et al., 1992). Οι τιμές του λόγου είναι υψηλές στην περιοχή των μυδοκαλλιεργειών (10,72-32,16) ενώ στους σταθμούς της Θεσσαλονίκης ελαττώνονται σημαντικά (7,92-20,89) υποδηλώνοντας περιορισμό της επίδρασης των ποτάμιων εισροών. Η ύπαρξη λογαριθμικής σχέσης μεταξύ οργανικού υλικού (%) και ολικής ροής, αποτελεί ένδειξη φαινομένων επαναιώρησης (Monaco et al., 1999). Χαλαρά αποτιθέμενα στην επιφάνεια του πυθμένα σωματίδια παρουσιάζουν μειωμένες τιμές οργανικού υλικού λόγω της αποσύνθεσης του. Η επαναιώρηση των σωματιδίων αυτών συμβάλει στην ελάττωση του ποσοστού οργανικού υλικού σε δείγματα ιζηματοπαγίδων, που τοποθετούνται κοντά στον πυθμένα (Buscail et al., 1990). Η συσχέτιση της καθιζάνουσας σωματιδιακής ροής με το ποσοστό του οργανικού φορτίου στα ανακτημένα δείγματα φαίνεται στην Εικόνα 4. Εικ. 4: Συσχέτιση του οργανικού φορτίου (%) με την ολική ροή μάζας (gr m -2 d -1 ) σε όλες τα σημεία δειγματοληψίας (n=47). Το οργανικό υλικό, στις περισσότερες περιπτώσεις, ελαττώνεται όσο αυξάνεται η σωματιδιακή ροή γεγονός που θέτει την επαναιώρηση των αποτιθέμενων σωματιδίων σαν πιθανό μηχανισμό επανατροφοδοσίας σωματιδιακού υλικού στη στήλη του νερού. 4. Συμπεράσματα - Συζήτηση Οι τιμές της σωματιδιακής ροής κυμαίνονται σε υψηλά επίπεδα. Μεγαλύτερες εμφανίζονται οι ροές στην περιοχή των μυδοκαλλιεργειών εξαιτίας των μικρών βαθών και της άμεσης επίδρασης από την είσοδο γλυκών υδάτων. Σημαντική είναι η συνεισφορά της πρωτογενούς παραγωγής στην περιοχή των μυδοκαλλιεργειών, όπως φαίνεται από τις διακυμάνσεις των CaCO 3 και SiO 2. Στους σταθμούς των μυδοκαλλιεργειών οι έντονες μεταβολές του % CaCO 3 οφείλονται στην αλλοίωση των δειγμάτων από θραύσματα κελυφών που εισήλθαν στο εσωτερικό της ιζηματοπαγίδας. Στους σταθμούς της Θεσσαλονίκης, το -200-

9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος Ι οργανικό φορτίο προέρχεται από την βιολογική δραστηριότητα αλλά και από την διαρκή εισροή οργανικού υλικού από την χέρσο και το πολεοδομικό συγκρότημα της Θεσσαλονίκης. Οι κύριοι μηχανισμοί που επιδρούν στην ποσοτική και ποιοτική σύνθεση της σωματιδιακής ροής στον κόλπο είναι: Τα κλιματολογικά χαρακτηριστικά (πεδίο ανέμων και ύψος βροχόπτωσης), τα οποία επηρεάζουν το σύνολο της περιοχής μελέτης. η είσοδος μεγάλων ποσοτήτων φερτών υλικών από τα ποτάμια. Αυτή είναι η κύρια αιτία του μεγάλου ποσοστού που καταλαμβάνει το λιθογενές φορτίο στη ροή. τα φαινόμενα επαναιώρησης των χαλαρά αποτιθέμενων στον πυθμένα σωματιδίων, τα οποία δημιουργούνται εξαιτίας του έντονου ανεμολογικού καθεστώτος της περιοχής και του μικρού βάθους του πυθμένα στα σημεία των αγκυροβολίων. Τα φαινόμενα αυτά επεκτείνονται σε σημαντικό ύψος από την επιφάνεια του πυθμένα με αποτέλεσμα να αυξάνουν την μετρούμενη μάζα της ροής, να την ομογενοποιούν χωρικά και να μεταβάλλουν τα ποιοτικά χαρακτηριστικά της (ελάττωση του % ποσοστού του οργανικού φορτίου). Τα υψηλά ποσοστά λιθογενούς φορτίου σε όλη τη διάρκεια του έτους, ακόμα και σε περιόδους χαμηλών βροχοπτώσεων, αναδεικνύουν τα φαινόμενα επαναιώρησης σαν δευτερογενή πηγή τροφοδοσίας. 5. Ευχαριστίες Η παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του προγράμματος Διαχειριστική μελέτη των ζωνών παραγωγής μυδιών των κόλπων Θεσσαλονίκης και Θερμαϊκού του ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. Η βοήθεια των εργαζομένων στο ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. αποτέλεσε βασική προϋπόθεση στη διεκπεραίωση της δειγματοληψίας και των εργαστηριακών αναλύσεων. 6. Βιβλιογραφικές Αναφορές Buscail, R., Pocklington, R., Daumas, R. & Guidi, L., 1990. Fluxes and budget of organic matter in the benthic boundary layer over the northwestern Mediterranean margin. Continental Shelf Research, 10(9-11): 1089-1122. Heussner S., Ratti, C. & Carbonne, J., 1990. The PPS 3 time-series sediment trap and the trap sample processing techniques used during the ECOMARCE experiment. Continental Shelf Research, 10 (9-11): 943-958 Honjo, S., 1982. Seasonality and Interaction of Biogenic and Lithogenic Particulate Flux at the Panama Basin. Science, 218(4575): 883-884. Hyder, P., Simpson, J.H., Christopoulos, S. & Krestenitis, Y., 2002. The seasonal cycles of stratification and circulation in the Thermaikos Gulf Region Of Freshwater Influence (ROFI), north-west Aegean. Continental Shelf Research, 22(17): 2573-2597. Kapsimalis, V., Poulos, S.E., Karageorgis, A.P., Pavlakis, P. & Collins, M., 2005. Recent evolution of a Mediterranean deltaic coastal zone: human impacts on the Inner Thermaikos Gulf, NW Aegean Sea. Journal of the Geological Society, 162(6): 897-908. Karageorgis, A.P. Skourtos, M. S., Kapsimalis, V., Kontogianni, A. D., Skoulikidis, N. Th., Pagou, K., Nikolaidis, N. P., Drakopoulou, P., Zanou, B., Karamanos, H., Levkov, Z. & Anagnostou, Ch., 2005. An integrated approach to watershed management within the DPSIR framework: Axios River catchment and Thermaikos Gulf. Regional Environmental Change, 5(2): 138-160. Lund-Hansen, L.C., Valeur, J., Pejrup, M. & Jensen, A., 1997. Sediment Fluxes, Re-suspension and Accumulation Rates at Two Wind-exposed Coastal Sites and in a Sheltered Bay. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 44(5): 521-531. Monaco, A., Durrieu de Madron, X., Radakovitch, O., Heussner, S. and Carbonne, J., 1999. Origin and variability of downward biogeochemical fluxes on the Rhone continental margin (NW mediterranean). Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 46(9): 1483-1511. Puskaric, S., Fowler, S.W. & Miquel, J.-C., 1992. Temporal changes in particulate flux in the northern Adriatic Sea. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 35(3): 267-287. Λελέκης Ι., 2001. Εκτίμηση της ροής σωματιδιακής ύλης σε ένα ημίκλειστο παράκτιο θαλάσσιο σύστημα. Διπλωματική Διατριβή, Πανεπιστήμιο Αθηνών, 94 pp. Τσομπάνογλου Κ., 2001. Προσέγγιση των διεργασιών της ροής καθιζάνουσας ύλης σε ένα ημίκλειστο θαλάσσιο σύστημα με έντονη ανθρωπογενή δραστηριότητα. Ο κόλπος της Θεσσαλονίκης. Πτυχιακή Εργασία, Πανεπιστήμιο Αιγαίου, 116 pp. -201-