Πανεπιστήμιο Πατρών Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας Πτυχιακή εργασία με θέμα: ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΟΥ ΒΔ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΤΟΥ ΠΑΤΡΑΙΚΟΥ ΚΟΛΠΟΥ ΓΙΑ ΠΙΘΑΝΗ ΕΥΡΕΣΗ ΣΤΟΧΩΝ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΗΝ ΝΑΥΜΑΧΙΑ ΤΟΥ LEPANTO Λέανδρος Σκληβανιώτης 05073 Ελισάβετ Τριχιά 05084 ΠΑΤΡΑ,2012
Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή. 3 1.1 The Battle of Lepanto.3 1.2 Deep Water, Archeology and technology Development 5 1.3 Integrated Geophysical Surveys of the French frigate La Surveillante (1797), Bantry bay, Co. Cork, Ireland.7 1.4 Comparison of the Maritime Sites and Monuments Record with Side-Scan Sonar and Diver Surveys: A Case Study from Rathlin Island, Ireland.8 1.5 The Navarino Battle 9 2. Μεθοδολογία - Όργανα μελέτης 11 2.1 Ηχοβολιστής Πλευρικής Σάρωσης..11 2.2 Τομογράφος Υποδομής Πυθμένα.. 15 3. Μεθοδολογία GIS 19 4. Μεθοδολογία SB 28 5. Βυθομετρία..38 6. Στόχοι Μελέτης.42 7. Βιβλιογραφία..44 2
1.Εισαγωγή Η παρούσα μελέτη έγινε για την εύρεση στόχων των ναυαγίων κατά την ναυμαχία του Lepanto στην περιοχή της Ναυπάκτου με χρήση ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης, τομογράφου υποδομής πυθμένα και ανάλυση των αποτελεσμάτων με χρήση GIS. H επιλογή αυτών των συστημάτων βασίστηκε σε παρόμοιες έρευνες που πραγματοποιήθηκαν σε περιοχές άλλων ναυαγίων. Στην συνέχεια θα παρατεθεί η κάθε μελέτη ξεχωριστά. 1.1 The Battle of Lepanto Η αναζήτηση στην τοποθεσία για την μάχη του Lepanto ξεκίνησε το καλοκαίρι του 1971, 400 χρόνια μετά τη μάχη. Προηγούμενες έρευνες στην περιοχή (κόλπο της Πάτρας) έδειξαν την κατάσταση στην περιοχή και τις δυσκολίες εύρεσης της τοποθεσίας του ναυαγίου. Τα ταξίδια που πραγματοποιήθηκαν ήταν πέντε εκ των οποίων τα 4 έγιναν το 1971 και το άλλο το 1972. 1.1.1 Ιστορικά στοιχεία της Ναυμαχίας Εικ. 1 Χάρτης Ναυμαχίας Lepanto Η ονομασία της ναυμαχίας προήλθε από τη θέση του κόλπου και όχι από την πόλη της Ναυπάκτου σύμφωνα με τους Ενετούς. Η ναυμαχία έγινε στις 7 Οκτωβρίου του 1571, στον Πατραϊκό κόλπο μεταξύ του Χριστιανικού στόλου, υπό τις οδηγίες του Δον Ζουάν της Αυστρίας, και του Τουρκικού στόλου, υπό τις οδηγίες του Αλή Πασά. Το συγκεκριμένο απόγευμα ο τουρκικός στόλος γνώρισε την μεγαλύτερη ήττα του σε στεριά και θάλασσα. Το μέγεθος του κάθε στόλου είναι ανακριβές. Σύμφωνα όμως με κάποιες πηγές οι Τούρκοι είχαν 400 πλοία με 100.000 άνδρες ενώ οι Χριστιανοί 300 πλοία με 60.000 άνδρες. Μόλις άρχισε η μάχη το δεξί τμήμα του Τουρκικού στόλου έσπασε με αποτέλεσμα 30 πλοία να καταστραφούν. Η μεγαλύτερη μάχη έγινε στο κέντρο όπου οι Χριστιανοί έχασαν 12 γαλέρες. Ο ακριβής αριθμός των χαμένων πλοίων δεν είναι γνωστός. 3
Όσα πλοία βυθίστηκαν ήταν γαλέρες, το σχήμα των οποίων δεν έχει αλλάξει εδώ και 2.000 χρόνια. Ήταν μακριά και στενά και κουβαλούσε το καθένα μέχρι 5 κανόνια. Τα περισσότερα πλοία κάηκαν. Από τα κανόνια που διασώθηκαν ήταν μόνο μερικά ξύλινα κομμάτια που διατηρήθηκαν στην άμμο, λίγος ελαφρύς εξοπλισμός, κάποιες πανοπλίες και όπλα. Το ιδανικό βάθος για την έρευνα είναι στα 45-60μ όπου τα υπολείμματα διατηρούνται στα ιζήματα που προέρχονται από τον Αχελώο. 1.1.2 Παλαιογεωγραφία της περιοχής Ο εντοπισμός της θέσης της ναυμαχίας απαιτεί ακριβή γνώση της παράκτιας μορφολογίας της περιοχής. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα ήταν η εύρεση της μετατόπισης της ακτογραμμής. Δεδομένου ότι η ναυμαχία έγινε στις εκβολές του Αχελώου είναι λογικό να υποπτευθούμε την αλλαγή της γεωμορφολογίας μέσα σε 400 χρόνια. Μια προσεκτική ματιά στους χάρτες της περιοχής, από το 1598 και έπειτα, έδειξαν σημαντική αλλαγή στο σχήμα της ακτογραμμής. Υπήρχαν πολλές όμως ανακρίβειες στους χάρτες, όπως η εμφάνιση κάποιων νησιών βόρεια και ανατολικά της Οξιάς που υπάρχουν σε χάρτες του 18ου αιώνα αλλά όχι σε αυτούς του 20ου. Μεγάλη αλλαγή παρατηρείται και στις εκβολές του Αχελώου όπου έγιναν έρευνες από γεωλόγους και μηχανικούς, οι οποίες ήταν πιο βόρεια απ ότι είναι τώρα. 1.1.3 Επεξήγηση χάρτη S Ο συγκεκριμένος χάρτης δεν είναι 100% αληθής και ο μόνος τρόπος είναι η τοπική έρευνα. Εικ. 2 Χάρτης S 1. Μετατόπιση των εκβολών του ποταμού 2. Αρχαία πόλη των Οινιάδων. Βρέθηκαν απομεινάρια λιμανιών 3. Ταξιάρχες. Βυζαντινό μοναστήρι 4. Αρχαία Πλευρόν 5. Εύρεση οβίδων στην περιοχή 6. Απόδειξη ύπαρξης εκβολών του Αχελώου 7. Ναυπηγείο πλοίων 8. Ύπαρξη κανονιών 9. Πόλη της Αετολίκης Επειδή οι αποδείξεις προτείνουν ότι η ακτογραμμή μπορεί και να ήταν και 6 μίλια μακριά από την σημερινή ήταν ανούσιο να ψάχνουμε σε πολλές περιοχές για το ναυάγιο. Το μόνο σίγουρο ήταν ότι η παραλία που αγκυροβόλησαν δεν ήταν το Λουρί. Έτσι η προσοχή μας στρέφεται σε πιο βαθιά νερά όπου ο Αχελώος δεν τα επηρεάζει με τα ιζήματα του. 4
1.1.4 Θαλάσσιες γεωφυσικές έρευνες Μια εκτενή περιοχή, όπου στόχοι έχουν βρεθεί και μπορούν να αναγνωριστούν ως ναυάγια, έχει ερευνηθεί από το κ. Κουτσιλάρη σε βάθος 55μ. Πολλοί στόχοι είναι γεωλογικά εκτοπίσματα. Οι έρευνες δεν είχαν δύτες λόγω του μεγάλου βάθους και έγιναν από το Stormie Seas με side-scan sonar, καταγραφέα και μαγνητόμετρο. Το side-scan sonar καλύπτει μια περιοχή του 1 km 2 σε βάθος 150 μ σε μια ώρα περίπου. Η πορεία επηρεαζόταν από το φορτίο του πλοίου και η απόκλιση ήταν στην χειρότερη περίπτωση +/- 400μ. Ιστορικά έχουν χαθεί αρκετοί σημαντικοί στόχοι λόγω της απόκλισης στη πορεία. Ο καταγραφέας που χρησιμοποιήθηκε ήταν για την διείσδυση των στόχων στα ιζήματα. Πολύτιμες πληροφορίες συλλέχθηκαν για την γεωλογία της περιοχής. Το μαγνητόμετρο χρησιμοποιήθηκε για την εύρεση σιδήρου, καθώς έτσι πολλοί στόχοι απορρίπτονταν ως φυσικοί. Διαπιστώθηκε ότι έπρεπε το μπουκάλι να βρεθεί πολύ κοντά στον πυθμένα για την εύρεση των στόχων, ενώ η επαφή με τον πυθμένα οδηγούσε σε λάθος συμπεράσματα. Ακόμα έπρεπε να γνωρίζουν οι ερευνητές να διαβάζουν σωστά τα αποτελέσματα. Ο Dr Don Frey έφτιαξε ένα διάγραμμα αναγνώρισης σημαντικών στόχων. Αν π.χ. το πλοίο είχε 1 έως 5 τόνους σίδερο τότε έπρεπε το μαγνητόμετρο να είναι τουλάχιστον 25μ μακριά. Δύο φορές ερευνήθηκε η περιοχή και έφτασαν στο συμπέρασμα ότι η κύρια έρευνα έπρεπε να εστιαστεί στην περιοχή με τους περισσότερους στόχους. Η χρήση δυτών λόγω βάθους γινόταν μόνο ύστερα από εξακρίβωση. Η σημασία της έρευνας (οικονομικά και χρονικά περιθώρια) έκανε την κατάδυση να γίνεται πιο προσεκτική σε συνδυασμό με την ύπαρξη ενός βοηθητικού υποβρυχίου με τηλεόραση. 1.1.5 Αποτέλεσμα Ο σκοπός της έρευνας ήταν η εύρεση της τοποθεσίας της ναυμαχίας του Lepanto με ακουστικά μέσα και μαγνητόμετρο. Ένας χάρτης με πιθανούς στόχους δημιουργήθηκε για το ναυάγιο. Το επόμενο βήμα είναι η μετάβαση στον πυθμένα και η έρευνα των στόχων. 1.2 Deep Water, Archeology and technology Development Με τον όρο deep water εννοούμε μέρη της θάλασσας όπου ο άνθρωπος δεν έχει πάει ποτέ. Στα τέλη της δεκαετίας του '90 άρχισαν οι έρευνες με την χρήση του AUV (αυτόνομη υποθαλάσσια μηχανή). Στόχος του κειμένου είναι η παρουσίαση κάποιου υποβάθρου και η πρόταση μερικών τομέων όπου οι μηχανικοί να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις της αρχαιολογίας. Οι πρώτες έρευνες χρηματοδοτήθηκαν από τον στρατό. Έγιναν τρείς έρευνες (Jason-Ballard) για τα ναυάγια. Χρησιμοποιήθηκαν φωτομωσαικά, τρισδιάστατες φωτογραφίες και αναμεταδότες θέσης. Οι ίδιες τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για τον εντοπισμό υδροθερμικών τοποθεσιών. 5
Η αρχαιολογική έρευνα χωρίζεται σε 4 φάσεις: 1. Μελέτη περιοχής Για την κάλυψη μεγάλων περιοχών χρησιμοποιείται AUV που καταγράφει την περιοχή με φωτογραφίες από sonar. Πλεονεκτήματα του AUV: Ενεργειακά αποδοτικό Σταθερό Δεν απαιτεί μεγάλες στροφές 2. Αναγνώριση στόχων Επιλογή χρήσιμων στόχων από το side scan sonar Χρήση ROV για οπτική επαφή με στόχους Αποτέλεσμα της συγκεκριμένης φάσης είναι ο καταμερισμός των στόχων σε φυσικούς και ανθρωπογενείς, τα μεγέθη τους καθώς και η ημερομηνία τους. 3. Τοπική έρευνα Τα σημερινά AUV έχουν σχεδιαστεί για την κάλυψη εκτενών περιοχών και όχι λεπτομερών αρχαιολογικών χώρων. Για να γίνει αυτό θα πρέπει: Σχεδιασμός που να εστιάζει σε ένα μόνο περιβάλλον Πιο γρήγορα, εύκολα και φτηνά φωτομωσαικά και μικροβαθυμετρικοί χάρτες Μαγνητικοί και χημικοί αισθητήρες ώστε να αναγνωρίζονται οι στόχοι με βάση τις ιδιότητες τους 4. Ανασκαφή Από την ανασκαφή δημιουργούνται 4 ερωτήματα: Ποιά μέρη του στόχου είναι πιο σημαντικά? Ποιά μέρη πρέπει να περισυλλεγούν? Πώς θα γίνει η περισυλλογή? Πώς θα καταγραφεί η ανασκαφή? Σημαντικότερος στόχος είναι των νέων τεχνολογιών στην αρχαιολογική έρευνα σε βαθιά νερά είναι ότι οι πιο σημαντικές επιδράσεις θα είναι σε περιοχές που δεν έχουμε καν φανταστεί. 6
1.3 Integrated Geophysical Surveys of the French frigate La Surveillante (1797), Bantry bay, Co. Cork, Ireland Μεταξύ 1988 και 2000 έγιναν γεωφυσικές έρευνες στο Bantry Bay, όπου η φρεγάτα La Surveillante βυθίστηκε το 1796. Σκοπός της έρευνας ήταν ο εντοπισμός του ναυαγίου, το μέγεθός του, η εξερεύνηση του πυθμένα και η λιθολογία της περιοχής. Χρησιμοποιήθηκαν τα εξής όργανα: echo- sounder, side scan sonar, sub-bottom profiler και μαγνητόμετρο. Η μορφολογία της περιοχής( μικρές κλίσεις, μέσο βάθος 34μ) έκανε δύσκολη την κατάδυση καθώς 10μ κάτω από τον πυθμένα υπάρχει υλικό που δυσκολεύει την ορατότητα, ενώ η περιοχή παρουσιάζει παλίρροια. Τρείς έρευνες πραγματοποιήθηκαν (1998, 1999, 2000). Διαδικασία έρευνας 1. Έγιναν 2 βαθυμετρικές έρευνες (echo sounder). Η μία το 1998 για να ερευνηθεί το πάνω μέρος του κόλπου και η άλλη το 1999 μόνο στην περιοχή του ναυαγίου. 2. Έγιναν 600 μετρήσεις με το μαγνητόμετρο. 3. 3 αποστολές με side scan sonar 4. Έρευνα sub-bottom profiler Κατά την διάρκεια των ερευνών έγινε: Εικ. 3 Bantry Bay Απεικόνιση περιοχής Έρευνα του πυθμένα και των ιζημάτων Έρευνα του πυθμένα και του υλικού κάτω από αυτόν για την απόδειξη του ναυαγίου Χάρτης αναλυτικός της περιοχής Τοποθέτηση του ναυαγίου σε ευρύ περιβάλλον 7
Αξιοπερίεργο στοιχείο στην έρευνα είναι ότι το ναυάγιο έπρεπε να έχει υψηλή αντανάκλαση από το ξύλο, πράγμα που δεν ισχύει. Αυτό οφείλεται στον διασκορπισμό της ενέργειας από τα χαλίκια γύρω από το ναυάγιο ή στη φτωχή διατήρηση της κατασκευής. Ακόμα το ναυάγιο βρέθηκε καλοδιατηρημένο μέσα σε κανάλι σε σκληρή επιφάνεια βάθους 2μ. Έτσι αποδεικνύεται ότι έχουμε χαμηλή ενέργεια περιβάλλοντος ( λόγω αργής ιζηματογένεσης) και έτσι το ναυάγιο διατηρείται. 1.4 Comparison of the Maritime Sites and Monuments Record with Side-Scan Sonar and Diver Surveys: A Case Study from Rathlin Island, Ireland Στo νησί Rathlin, στη βόρεια ακτή της Ιρλανδίας βρέθηκαν πολλά ναυάγια κατά την έρευνα της περιοχής το 1999. Η περιοχή αυτή βρίσκεται μεταξύ Ιρλανδίας και Σκωτίας, χώρες με έντονες εμπορικές σχέσεις. Εξαιτίας της μεγάλης σημασίας του λιμανιού έγιναν πολλές ναυμαχίες. Έγινε μελέτη της περιοχής με side-scan sonar, με χρησιμοποίηση δυτών καθώς και ακουστικό σύστημα (SMR) για τον ασφαλέστερο εντοπισμό της θέσης των στόχων. Οι στόχοι- ανωμαλίες χωρίστηκαν σε 3 κατηγορίες σύμφωνα με: Διαστάσεις Ακουστικά χαρακτηριστικά Μορφολογία Εικ. 4 Rathlin Island 8
Λόγω έλλειψης καταδυτικού μέσου (π.χ. ROV) οι περισσότεροι στόχοι ήταν φυσικοί. Η πολλαπλότητα των στόχων όμως αυξάνει την δυσκολία της έρευνας. Συμπερασματικά το side-scan sonar και οι καταδύσεις παρέχουν μεγάλη ακρίβεια 5 μέτρων, ενώ είναι αδύνατον να συσχετιστούν τα αποτελέσματα του side-scan sonar και του SMR. Τα μειονεκτήματα του SMR είναι τα εξής: Ανακριβείς πληροφορίες θέσης Συσχέτιση αποτελεσμάτων μετά τον 18 ο αιώνα Για την χαρτογράφηση των αρχαιολογικών πηγών απαραίτητη είναι η χρήση γεωφυσικής έρευνας που δίνει γρήγορα αποτελέσματα σε μικρό χρονικό διάστημα. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι και η χρήση ROV ή δύτη. Ωστόσο η επιτυχία της έρευνας οφείλεται στον συνδυασμό του σχεδιασμού, της ποιότητας των πληροφοριών και της εμπειρίας του ερευνητή. 1.5 The Navarino Battle Η μάχη του Ναυαρίνου πραγματοποιήθηκε το 1827 όπου μεταξύ Άγγλων, Γάλλων, Ρώσων και Οθωμανών, Αιγυπτίων στη ΝΔ Πελοπόννησο στην περιοχή της Πύλου. Το αποτέλεσμα της μάχης ήταν η ήττα των Οθωμανών και των Αιγυπτίων με πολλά ναυάγια, τα οποία και ερευνήθηκαν. Εικ. 5 Περιοχή Ναυαρίνου Η σύγχρονη εκμετάλλευση του κόλπου (φόρτωση πλοίων) είναι επικίνδυνη για τα ναυάγια λόγω του βάρους των αγκυρών. Ο πυθμένας αναγνωρίστηκε ως λασπώδης ή καλυμμένος με ομοιογενή καλοσχηματισμένα ιζήματα. 9
Το 1966 η έρευνα άρχισε με τους εξής στόχους: 1. Εντοπισμός Οθωμανικών ναυαγίων 2. Αξιολόγηση της σύγχρονης εκμετάλλευσης του κόλπου 3. Απεικόνιση της αλλοίωσης του πυθμένα λόγω των αγκύρων 4. Προστασία της κληρονομιάς της μάχης του Ναυαρίνου Τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν είναι: Side scan sonar Sub-Bottom Profiler ROV Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου αυτής είναι: η αποφυγή του εμποδίου του βάθους του νερού η έρευνα μεγάλης έκτασης σε μικρό χρόνο η συλλογή μεγάλου όγκου πληροφοριών η ανίχνευση θαμμένων στόχων Η έρευνα έγινε σε 2 φάσεις: Συστηματική έρευνα πυθμένα με side-scan sonar και sub-bottom profiler Οπτική αναγνώριση από ROV των αποτελεσμάτων του πρώτου σκέλους της έρευνας Κατά την έρευνα βρέθηκαν 2 είδη στόχων: Μεγάλου πλάτους αντανακλάσεις Μικροί στόχοι (υπερβολική ανάκλαση) Στη σημερινή εποχή είναι θετικό το ότι η τοποθεσία εκμεταλλεύεται οικονομικά. Λόγω της διέλευσης των πλοίων εδώ και 30 χρόνια γίνεται καταπάτηση της κληρονομιάς. Έτσι πρέπει να υλοποιηθεί ένα σχέδιο σωτηρίας που θα περιλαμβάνει την απομόνωση του ναυαγίου και την αλλαγή τοποθεσίας της αγκυροβόλησης των πλοίων. 10
2.Μεθοδολογία Τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν για την έρευνα στην περιοχή μελέτης είναι τα εξής: 2.1 ΗΧΟΒΟΛΙΣΤΗΣ ΠΛΕΥΡΙΚΗΣ ΣΑΡΩΣΗΣ Εικ. 6 Ηχοβολιστής Πλευρικής Σάρωσης Το άλογο εργασίας (work-horse) της μορφολογικής χαρτογράφησης πυθμένα. Αρχή λειτουργίας του είναι ανάλογη με τους απλούς ηχοβολιστές (και με πλευρικούς λοβούς εκπομπής/καταγραφής). Πλεονέκτημα του η γρήγορη σάρωση του πυθμένα. Το πλάτος σάρωσης (εμβέλεια) εξαρτάται από την ενέργεια και συχνότητα του εκπεμπόμενου σήματος. Οι ηχοβολιστικές συσκευές αποτελούνται από 4 βασικές μονάδες: α) Γεννήτρια παλμών (δημιουργεί ηλεκτρικό παλμό με καλώδιο) β) Ημιπλωτό πομποδέκτη (μετατροπή ηλεκτρικού παλμού σε ηχητικό) γ) Δέκτη-ενισχυτή (το ηλεκτρικό σήμα του πομποδέκτη λαμβάνεται από τον δέκτη και ενισχύεται κατά μερικές χιλιάδες φορές πριν οδηγηθεί στον καταγραφέα) δ) Μονάδα καταγραφής Ο ηχοβολιστής πλευρικής σάρωσης (ΗΠΣ) χρησιμοποιείται: για την ανεύρεση στόχων στον πυθμένα, όπως Ναυάγια (wrecks), καλώδια, σωληνώσεις (pipelines) και νάρκες (mines) για χαρτογράφηση των μορφολογικών χαρακτηριστικών του βυθού (μεμονωμένων βράχων (outcrops), γεώμορφών (bedforms)) για χαρτογράφηση ιζηματολογικών χαρακτηριστικών του πυθμένα 11
Εικ. 7 Απεικόνιση μεθόδου Σάρωσης Οι πληροφορίες που μας δίνει ο ηχοβολιστής είναι: α) αποτύπωση ανάγλυφου - μορφολογίας πυθμένα β) εκτίμηση σύστασης επιφάνειας πυθμένα (από ένταση χρωματικού τόνου) Ο ηχοβολιστής πλευρικής σάρωσης αποτυπώνει με ηχητικά κριτήρια τη μορφολογία του πυθμένα και δίνει δισδιάστατες απεικονίσεις της επιφάνειας του πυθμένα. Ένα σύστημα ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης συνίσταται από τρία βασικά μέρη: Τους ημιπλωτούς πομποδέκτες, που τοποθετούνται στην ηχοβολιστική τορπίλη Το καλώδιο μεταφοράς του σύρματος και συγχρόνως καλώδιο σύρσης Την καταγραφική μονάδα δύο καναλιών Εικ. 8 Ηχοβολιστική Τορπίλη 12
Σχηματισμός Ηχογραφίας Ο ηχοβολιστής συλλέγει πληροφορίες κατά μήκος μιας γραμμής δεξιά και αριστερά του άξονα της τορπίλης. Αυτό συμβαίνει διότι ο εκπεμπόμενος παλμός διαμορφώνεται σε κατακόρυφο επίπεδο το οποίο σαρώνει ηχητικά το πυθμένα και την υδάτινη στήλη. Οι ανακλάσεις από ένα παλμό καταγράφονται κατά μήκος μιας γραμμής ως ανοιχτόχρωμα και σκουρόχρωμα χρώματα, αναλόγως την έντασή τους, η οποία με την σειρά της είναι αποτέλεσμα της φύσης του πυθμένα. Καθώς η τορπίλη μετακινείται συνεχώς και η παραπάνω διαδικασία επαναλαμβάνεται εκατοντάδες φορές το λεπτό, εκατοντάδες γραμμές καταγραφής τοποθετούνται η μία δίπλα στην άλλη και έτσι στοιχειοθετείται η ηχογραφία του πυθμένα. Ο σχηματισμός της ηχογραφικής εικόνας βασίζεται στην διαφορετική ένταση των κυμάτων που προσλαμβάνονται από το δέκτη με την ανάκλασή τους στον πυθμένα. Η ένταση των προσλαμβανόμενων κυμάτων εξαρτάται από την γωνία πρόσπτωσης των ηχητικών ακτινών και την ακουστική αγωγιμότητα των ιζημάτων, που καλύπτουν τον πυθμένα. Τα προσλαμβανόμενα ηχητικά κύματα μετατρέπονται σε ηλεκτρικά, καθώς δε η ηλεκτρική λεπίδα περιστρέφεται γύρω από το ηλεκτροευαίσθητο χαρτί το στιγματίζει. Ο τόνος κάθε στίγματος εξαρτάται από την ένταση του ρεύματος. Εικ. 9 Ηχογραφική Εικόνα 13
Καταγραφική Μονάδα Η καταγραφική μονάδα περιέχει ένα μεγάλο μέρος του ηλεκτρονικού τμήματος του συστήματος καθώς και τον μηχανισμό καταγραφής. Το ηλεκτρικό ρεύμα που προκαλείται από την αλλαγή του σχήματος του πομποδέκτη, όταν προσπέσουν σε αυτόν τα ανακλασθέντα ηχητικά κύματα, τροφοδοτείται στις καταγραφικές βελόνες, οι οποίες παράγουν καταγραφικά ίχνη πάνω σε χαρτί ξηρού ή υγρού τύπου. Η ένταση αυτού του καταγραφόμενου ίχνους είναι ανάλογη της έντασης του επιστρεφόμενου σήματος έτσι ώστε σκουρόχρωμα ίχνη να δηλώνουν ισχυρή ανάκλαση και ανοιχτόχρωμα ίχνη ασθενή ανάκλαση των ηχητικών κυμάτων. Όμως υπάρχουν περιορισμοί στην ανάλυση των δεδομένων που έχουν σχέση με την: Διακριτικότητα Εικ. 10 Καταγραφική Μονάδα Για να υπάρξει σωστή πληροφορία για τις διαστάσεις και γεωμετρία των μορφολογικών στοιχείων πυθμένα τα ηχητικά δεδομένα πρέπει να έχουν κατάλληλη διακριτικότητα, τόσο κάθετη όσο και οριζόντια. Η κάθετη διακριτικότητα αναφέρεται στην ικανότητα να διακριθούν δύο κοντινές ανακλώσες επιφάνειες (π.χ. όρια δύο στρωμάτων ή περιορίζουσες ασυμφωνίες) Η οριζόντια διακριτικότητα αναφέρεται στην ικανότητα του σεισμικού (ακουστικού) κύματος να διακρίνει και υποδεικνύει περιορισμένα (στην οριζόντια) ιζηματογενή και άλλα σώματα. Η διακριτικότητα αυξάνεται με την συχνότητα του εκπεμπόμενου ηχητικού σήματος. Η πλέον συνηθισμένες συχνότητες είναι 100 khz και 500 khz. 14
2.2 ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΣ ΥΠΟΔΟΜΗΣ ΠΥΘΜΕΝΑ Ένας τομογράφος υποδομής πυθμένα αποτελείται από τρία κύρια μέρη: 1) τη ακουστική ή σεισμική πηγή ή πομπό 2) τον ακουστικό ή σεισμικό ανιχνευτή ή δέκτη και 3) τη μονάδα καταγραφής και επεξεργασίας. Εικ. 11 Μονάδα καταγραφής Σεισμική πηγή καλείται μια διάταξη μετατροπής ηλεκτρικής συνήθως ενέργειας σε επαναλαμβανόμενα ελαστικά κύματα (παλμούς), με συγκεκριμένο χρονικό εύρος, φάσμα συχνοτήτων και κυματομορφής. Ο σεισμικός ανιχνευτής ή δέκτης είναι μια διάταξη υδροφώνων, τα οποία ανιχνεύουν τα ανακλώμενα ελαστικά κύματα ως μεταβολές της υδροστατικής πίεσης. Τα υδρόφωνα κατασκευάζονται από ειδικές συνθετικές πιεζοηλεκτρικές πλάκες που παράγουν ηλεκτρική τάση όταν υποστούν την μηχανική παραμόρφωση των ανακλασθέντων ελαστικών κυμάτων. Οι τομογράφοι υποδομής πυθμένα χρησιμοποιούνται για την μελέτη της γεωλογικής υποδομής του πυθμένα. Εκπέμπουν ηχητικά κύματα, τα οποία ανακλώνται μερικώς από την επιφάνεια του πυθμένα, ενώ το διεισδύον μέρος των ηχητικών κυμάτων ανακλάται τμηματικά από τα υποεπιφανειακά στρώματα. Τα επιστρέφοντα ηχητικά κύματα προσλαμβάνονται από τον δέκτη, ενισχύονται και καταγράφονται με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να σχετίζονται οι ανακλάσεις που προέρχονται από την ίδια ανακλαστική επιφάνεια. Με αυτό τον τρόπο στοιχειοθετείται μια ηχητική τομή του πυθμένα ανάλογη των γεωλογικών τομών της χέρσου. Οι υποεπιφανειακές ανακλαστικές επιφάνειες είναι δυνατόν να οφείλονται σε μεταβολές της λιθολογίας, αλλά είναι πιθανόν να οφείλονται και σε μεταβολές των μηχανικών ιδιοτήτων οπότε δεν είναι εύκολο να εντοπιστούν με οπτικά κριτήρια. Οι τομογράφοι παρουσιάζουν συγκεκριμένη διακριτική ικανότητα, η οποία δεν μπορεί να συγκριθεί με την αντίστοιχη της οπτικής παρατήρησης. Το τελικό στάδιο ενός τομογράφου αποτελεί η μονάδα καταγραφής και επεξεργασίας. Στο στάδιο αυτό οι σεισμικές ανακλάσεις με τη μορφή ηλεκτρικών παλμών πλέον, ψηφιοποιούνται και στη συνέχεια αποθηκεύονται στη μνήμη ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή. Η καταγραφική μονάδα συσχετίζει τις ανακλάσεις που προέρχονται από τις ίδιες υποεπιφανειακές διεπιφάνειες. 15
Τα καταγεγραμμένα αυτά δεδομένα (σήματα), ενισχύονται και φιλτράρονται κατάλληλα προκειμένου να βελτιωθεί η ποιότητα του σήματος περιορίζοντας ταυτόχρονα ανεπιθύμητα φαινόμενα όπως ο τυχαίος θόρυβος. Το επεξεργασμένο πλέον σήμα προβάλλεται στην οθόνη ενός υπολογιστή με τη μορφή ακουστικής ή σεισμικής τομογραφίας της υποδομής του πυθμένα και παράλληλα τυπώνεται από ειδικό εκτυπωτή. Η σεισμική τομογραφία αποτελεί το τελικό προϊόν της μεθόδου. Αποτελεί δηλαδή μια τεχνικά στοιχειοθετημένη διατομή του πυθμένα στην οποία ιχνοθετούνται οι διεπιφάνειες σημαντικής μεταβολής των γεωτεχνικών ιδιοτήτων των ιζημάτων του πυθμένα. Κάθε διεπιφάνεια καταγράφεται με τη μορφή ίχνους που καλείται συνήθως ακουστική ή σεισμική ανάκλαση. Χαρακτηριστικά τομογράφου υποδομής πυθμένα Υψηλές συχνότητες ηχητικών κυμάτων για τη γρήγορη απορρόφηση Διείσδυση κάτω από την επιφάνεια του εδάφους Τα ηχητικά κύματα δεν σταματούν αλλά συνεχίζουν μέχρι να συναντήσουν στρώμα διαφορετικής πυκνότητας Τα ηχητικά κύματα δεν μπορούν να διεισδύσουν σε κρυσταλλικά πετρώματα αλλά μόνο σε χαλαρά. Έτσι αν σταματήσουν εκεί προφανώς τα κρυσταλλικά πετρώματα είναι το υπόβαθρό μας Οι παράμετροι που ελέγχουν την αποτελεσματικότητα ενός τομογράφου στη μελέτη της υποδομής του πυθμένα είναι: i) η διεισδυτικότητα των σεισμικών κυμάτων κάτω από την επιφάνεια του πυθμένα ii) η διακριτική ικανότητα των σεισμικών κυμάτων, που εκφράζει τη λεπτομέρεια με την οποία μπορεί να ανιχνευθεί η υποδομή του πυθμένα Η διακριτική ικανότητα ορίζεται ως η ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο στόχων προκειμένου να αναγνωριστούν και να καταγραφούν ως δύο διακριτοί στόχοι από τον τομογράφο. Η διακριτική ικανότητα της μεθόδου εξαρτάται από τα τεχνικά (λειτουργικά) χαρακτηριστικά της. Η διεισδυτικότητα της μεθόδου (μέγιστο βάθος διείσδυσης των ελαστικών κυμάτων) εξαρτάται τόσο από τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της όσο και από τη σύσταση και τη δομή του πυθμένα. Τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της μεθόδου ελέγχουν το βάθος διείσδυσης είναι: α) το μέγεθος της εκπεμπόμενης ενέργειας, β) το συχνοτικό της φάσμα, γ) η ευαισθησία των υδροφώνων και δ) η κατευθυντικότητα της σεισμικής πηγής. Με δεδομένα τα χαρακτηριστικά λειτουργίας, η δομή του θαλάσσιου πυθμένα, δηλαδή η πυκνότητα και ανακλαστικότητα των επιμέρους στρωμάτων που συνθέτουν τον πυθμένα καθορίζει το βάθος διείσδυσης. Η διεισδυτικότητα εξαρτάται επιπλέον από το βάθος νερού, (λόγω σφαιρικής διασποράς της εκπεμπόμενης ενέργειας) αλλά και από τη σύσταση του πυθμένα (καθορίζει τον ρυθμό απόσβεσης της εκπεμπόμενης ενέργειας). 16
Σύγχρονα Συστήματα Ένα αποτελεσματικό σύστημα υποδομής πυθμένα απαιτείται να έχει εξαιρετική διεισδυτική και συγχρόνως υψηλή διακριτική ικανότητα. Δυστυχώς δεν είναι δυνατή η κατασκευή τέτοιου πομπού. Έτσι τα σύγχρονα συστήματα διακρίνονται σε : 1. Τομογράφος υψηλής διακριτικής και περιορισμένης διεισδυτικής ικανότητας. 2. Τομογράφος με υψηλή διεισδυτική και περιορισμένη διακριτική ικανότητα Η μεταβολή πυκνότητας οδηγεί σε: α)μεταβολή λιθολογίας β)μεταβολή πορώδους γ)μεταβολή γεωτεχνικών ιδιοτήτων Οι τομογράφοι υποδομής του πυθμένα δίνουν πληροφορίες όσον αφορά: 1. Στη γεωλογική υποδομή του πυθμένα 2. Στις φυσικές και γεωτεχνικές ιδιότητες των επιφανειακών ιζημάτων 3. Στην παρουσία αερίων υδρογονανθράκων στους πόρους των ιζημάτων 4. Στην μορφολογία του πυθμένα κατά μήκος της τομής Εικ. 12 Ηχογραφία με Όργανο Έρευνας Με τον τοπογράφο υποδομής πυθμένα απεικονίζεται η παρουσία ή μη αερίων στους πόρους θαλάσσιων ιζημάτων. Τα αέρια αυτά χωρίζονται σε: Βιογενή αέρια Σχηματίζονται από την βακτηριακή δράση που αναπτύσσεται κυρίως στα επάνω επιφανειακά μέτρα του πυθμένα. Μόνο λίγα είδη βακτηρίων είναι ικανά να δημιουργήσουν μεθάνιο. 17
Θερμογενή αέρια Σχηματίζονται από οργανικά στοιχεία, σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης και συνήθως σε βάθη μεγαλύτερα των 100 μέτρων από την επιφάνεια του πυθμένα. Τα αέρια αυτά καθώς και άλλες ενώσεις σχετιζόμενες με τα κοιτάσματα πετρελαίου μεταναστεύουν προς τα ανώτερα στρώματα του πυθμένα και συνεπώς ανιχνεύονται σε βάθη συγκρίσιμα με αυτά των βιογενών αερίων. Η παρουσία των αερίων υδρογονανθράκων στις τομογραφίες και των 2 τύπων αποτυπώνεται ως εξής: Σεισμοκονιασμένη καταγραφή Σεισμικές ανακλάσεις με μορφή λαμπερών κηλίδων Έντονες ανακλάσεις Στηλοειδείς διαταράξεις Περιοχές ακουστικής σκιάς Θύλακες αερίων Πλούμες αερίων Σεισμοκονιασμένες περιοχές τύπου curtain και blanket. 18
3.Μεθοδολογία GIS Για την απεικόνιση των οριζόντων στην ευρύτερη περιοχή της Ναυπάκτου χρησιμοποιήθηκε το ArcGIS Geostatistical Analysis (ArcMap). Αρχικά για να βάλουμε τον χάρτη ακολουθούμε τα εξής βήματα : πατάμε το κίτρινο βελάκι, add, επιλέγουμε φάκελος Greece και τέλος patraikos. 19
Η επεξεργασία των στοιχείων ξεκίνησε επιλέγοντας Tools και στην συνέχεια προσθέσαμε τις συντεταγμένες x,y. Επιλέγουμε R0 sheet 1, edit, select και τέλος βάζουμε τις συντεταγμένες. 20
21
Αριστερά στο sheet 1 πατάμε δεξί κλικ data και τέλος explorer data. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε η μέθοδος Geostatistical Analyst Wizard Kriging επιλέγουμε r0 και βάθος και τέλος ordinary Kriging. 22
23
Επιλέγουμε το anisotropy και προσαρμόζουμε τα δεδομένα όπως εμείς τα θέλουμε. 24
Στην συνέχεια πατάμε Ordinary Kringing Properties filled contours Πάντα βάζουμε κόκκινο μέχρι μπλε. 25
Στην συνέχεια πατάμε Method Classify Equal Interval και πάντα φτιάχνουμε τις γραμμές ώστε να πέφτουν πάνω στις μαύρες γραμμές. Τέλος τοποθετούμε τα στοιχεία προσανατολισμού του χάρτη επιλέγοντας Insert legend, North Arrow, Scalebar, Scale text 26
Τέλος αποθηκεύουμε το χάρτη σε μορφή εικόνας. File Export Map jpeg 27
Βιβλιογραφία [1] Παπαθεοδώρου Γ., Η τηλεπισκόπηση στη διαχείριση του θαλάσσιου περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο Πατρών, Πάτρα 2005 [2] Παπαθεοδώρου Γ., Επιχειρησιακή Ωκεανογραφία και Εφαρμογές της στη Διαχείρηση του Θαλάσσιου περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο Πατρών, Πάτρα 2005 [3, Μελέτη Περιβαλλοντικών και Γεωλογικών Παραμέτρων στη θέση του νέου λιμένα Αιγίου με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών, μεταπτυχιακή εργασία Πανεπιστήμιο Πατρών 2006 [4] Peter Throckmorton, Harold E. Edgerton The Battle of Lepanto [5] ] David A. Mindell and Katherine L. Croff Deep Water, Archeology and technology Development DeepArch, Deep Water Archaeology Research Group Massachusetts Institute of Technology Cambridge, Massachusetts [6] Rory Quinn, Colin Breen and Wes Forsythe, Integrated Geophysical Surveys of the French frigate La Surveillante (1797), Bantry bay, Co. Cork, Ireland Centre for Maritime Archaeology, School of Environmental Studies, University of Ulster [7] Rory Quinn, Wes Forsythe, Colin Breen, Martin Dean, Mark Lawrence and Steve Liscoe Comparison of the Maritime Sites and Monuments Record with Side-Scan Sonar and Diver Surveys: A Case Study from Rathlin Island, Ireland Centre for Maritime Archaeology, Coastal Studies Research Group, School of Environmental Studies, University of Ulster [8] George Papatheodorou, Maria Geraga and George Ferentinos The Navarino Battle Laboratory of Marine Geology and Physical Oceanography, Geology Department, University of Patras, Patra,Greece [9] Battle of Lepanto, Wikipedia [10] http://www.mar.aegean.gr/ [11] http://www.srcosmos.gr 44