8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 745 Παλαιογεωγραφικη εξελιξη του Βορειου Ευβοϊκου Κολπου στο Ανωτατο Τεταρτογενες Σακελλαρίου Δ.*, Καψιμάλης Β., Ρουσάκης Γ., Γεωργίου Π., Καμπέρη Ε., Κανελλόπουλος Θ., Λυκούσης Β., Παπούλια Ι. Ελληνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών, Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας, 19013 Ανάβυσσος Περιληψη Η ανάλυση σεισμικών τομών υψηλής διακριτικότητας (3.5 khz) και πυρήνων ιζημάτων από το Βόρειο Ευβοϊκό Κόλπο στα πλαίσια του προγράμματος ΑΜΦΙΤΡΙΤΗ (χρηματοδότηση ΓΓΕΤ-ΕΠΑΝ), παρείχε σημαντικά δεδομένα για την παλαιογεωγραφική εξέλιξη, τις ιζηματογενείς διεργασίες και την τεκτονική παραμόρφωση, που έλαβαν χώρα στην περιοχή από το Ανώτατο Τεταρτογενές μέχρι σήμερα. Κατά την τελευταία Παγετώδη Περίοδο, το βορειοδυτικό στόμιο (Στενά Λιχάδων) της περιοχής μελέτης δρούσε σαν ένα φυσικό χερσαίο φράγμα που εμπόδιζε τα νερά του Αιγαίου να εισχωρήσουν στον Κόλπο. Ο Κόλπος αποτελούσε μία απομονωμένη λίμνη, η στάθμη της οποίας ήταν τουλάχιστον 85-90m χαμηλότερα από την σημερινή στάθμη της θάλασσας. Το πιο ρηχό τμήμα του Κόλπου ήταν ξηρά. Κατά την τελευταία επίκλυση της θάλασσας, τα νερά του Αιγαίου κατέκλυσαν τον Κόλπο κι έκτοτε, λεπτόκοκκα ιζήματα καλύπτουν τις παλαιότερες αποθέσεις. Τέλος, ο έντονος τεκτονισμός διαταράσσει την Ανώτατη Τεταρτογενή ιζηματογενή ακολουθία και καθορίζει τα τελικά γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά του Κόλπου. Λέξεις κλειδιά: Ανώτατο Τεταρτογενές, παλαιολίμνη, ιζηματογένεση, νεοτεκτονική, Ευβοϊκός Κόλπος Paleogeographical evolution of the North Evia Gulf in Late Quaternary Sakellariou D., Kapsimalis V., Rousakis G., Georgiou P., Kaberi H., Kanellopoulos T., Lykousis V., Papoulia I. Hellenic Centre for Marine Research, Institute of Oceanography, 19013 Anavyssos, Greece Abstract The analysis and interpretation of high-resolution seismic profiles and sediment cores, collected from the North Evia Gulf within the frame of AMPHITRITE project (funded by GSRT), provide significant data for the paleo-geographical evolution, sedimentary processes and tectonic activity taken place in the region since the late Quaternary. During the last Glacial Period, the Lihadhes Straits in the northwestern end of the Gulf was possibly a sub-aerial barrier, which prohibited Aegean water to enter the present day Gulf. During this period the N. Evia Gulf was transformed in a lake with water-level at least 85-90m below the present sea-level. The shallow area surrounding the paleo-lake was exposed in subaerial and fluvial processes. During the middle stage of the Last Transgression, seawater entered the Gulf and then, fine-grained sediments cover older deposits and rocks. In parallel, intense tectonic activity deforms the upper sedimentary sequence of late Quaternary and Holocene age, and controls the geo-morphological characteristics of the Gulf. Keywords: Late Quaternary, Paleo-lake, sedimentation, neotectonics, N. Evia Gulf
746 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Εισαγωγη Οι ημίκλειστοι κόλποι παρουσιάζουν μια πολύπλοκη παλαιογεωγραφική εξέλιξη που εξαρτάται κυρίως από την γεωμετρία της λεκάνης τους, τις σχετικές αυξομειώσεις της στάθμης της θάλασσας, τις νεοτεκτονικές κινήσεις, το τοπικό υδροδυναμικό καθεστώς, και τις εισροές σε ίζημα και νερό (Pe r i s s o r at i s & Co n i s p o l i a- t i s, 2003; Κa p s i m a l i s et al., 2005). Η παρούσα εργασία ερευνά την διάρθρωση κι εσωτερική δομή των ανώτερων ιζηματογενών αποθέσεων του Βόρειου Ευβοϊκού Κόλπου, με σκοπό να αναγνωρίσει τους μηχανισμούς ιζηματογένεσης καθώς και την επίδραση της πρόσφατης τεκτονικής παραμόρφωσης στην παλαιογεωγραφική εξέλιξη του Κόλπου από το Ανώτατο Τεταρτογενές μέχρι σήμερα. Ο Βόρειος Ευβοϊκός Κόλπος είναι μια επιμήκης τεκτονική λεκάνη της οποίας το ανάπτυγμα έχει ΒΔ-ΝΑ κατεύθυνση (Εικ. 1). Στο κεντρικό τμήμα του υπάρχει μια βαθιά λεκάνη με μέγιστο βάθος 450 m περίπου. Το βόρειο περιθώριο της λεκάνης είναι πολύ απότομο, με κλίσεις που φτάνουν το 30-40%, ενώ το νότιο και νοτιοδυτικό περιθώριο τέμνεται από στενές και βαθιές υποθαλάσσιες κοιλάδες (canyons). Στο νοτιοανατολικό και βορειοδυτικό τμήμα του Κόλπου ο πυθμένας είναι ομαλός, χωρίς ιδιαίτερες μορφολογικές εξάρσεις. Σύμφωνα με τις καμπύλες της σχετικής διακύμανσης της στάθμης της θάλασσας (Sh a c k l e t o n, 1987; Pe r i s s o r at i s & Co n i s p o l i at i s, 2003), κατά τη διάρκεια της τελευταίας Παγετώδους Περιόδου, η στάθμη της θάλασσας βρισκόταν περίπου 120 m χαμηλότερα σε σχέση με τη σημερινή της θέση. Το μέγιστο βάθος του Διαύλου των Ωρεών και του Στενού των Λιχάδων, μέσω των οποίων ο Βόρειος Ευβοϊκός Κόλπος συγκοινωνεί με το Αιγαίο, δεν υπερβαίνει τα 60-67 m. Επομένως, είναι λογικό να συμπεράνει κανείς ότι το Στενό των Λιχάδων δρούσε σαν ένα φυσικό χερσαίο φράγμα που εμπόδιζε τα θαλασσινά νερά να εισχωρήσουν στην περιοχή. Την περίοδο αυτή, η κύρια λεκάνη στο κεντρικό τμήμα του Κόλπου πρέπει να δρούσε ως απομονωμένη λίμνη, η οποία δεχόταν τα γλυκά νερά των ποταμών και χειμάρρων της περιβάλλουσας χερσαίας περιοχής. Παρόμοια εξέλιξη έχει παρατηρηθεί στον Κορινθιακό Κόλπο (Lykousis et al. 1998; Perissoratis et al. 2000) και στον Ν. Ευβοϊκό Κόλπο (Perissoratis & Van Andel 1991) Μεθοδοι και Υλικα Η μελέτη βασίστηκε στην ερμηνεία 49 σεισμικών τομών υψηλής διακριτικότητας (3.5 khz), συνολικού μήκους 700 km και στην ανάλυση 28 πυρήνων ιζημάτων των οποίων το μέγιστο μήκος ήταν 2,5 m. Τα υποεπιφανειακά δείγματα εξετάστηκαν στο Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (SEM), ενώ χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της ενεργότητας του ισοτόπου 210 Pb (Sa n- c h e z-ca b e z a et al., 1998) για να υπολογιστεί ο ενεργός ρυθμός ιζηματογένεσης στη κεντρική λεκάνη του Κόλπου. Αποτελεσματα - Συζητηση Στις τομογραφίες υψηλής διακριτικότητας (3.5 khz) του υποστρώματος διαπιστώθηκε ότι η τροφοδοσία σε ιζήματα της κεντρικής παλαιο-λίμνης φαίνεται ότι γινόταν κυρίως από την δυτική, νοτιοδυτική και νοτιοανατολική πλευρά της. Ένα μεγάλο μέρος των χερσογενών υλικών που μετέφεραν τα τοπικά ποτάμια αποτίθετο μπροστά από τις εκβολές τους σχηματίζοντας μικρά δελταϊκά πρίσματα στην περιφέρεια της λεκάνης (Εικ. 2β), ενώ τα υπόλοιπα χερσογενή υλικά, με την μορφή αιωρήματος, κατέληγαν στα βαθύτερα τμήματα της λεκάνης, σχηματίζοντας λεπτούς, ακουστικά διαφανείς ανακλαστήρες. Η παραπάνω διαδικασία ιζηματογένεσης, διεκόπτετο συχνά από βαρυτικές μετακινήσεις μαζών, όπως υποθαλάσσιες κατολισθήσεις, λασπορροές και τουρβιδιτικά ρεύματα. Αυτού του είδους οι μετακινήσεις προκαλούντο συνήθως από σεισμική δραστηριότητα, ενώ οι μεγάλες κλίσεις των πρανών της λεκάνης και οι φυσικές (μηχανικές) ιδιότητες των ίδιων των αποθέσεων, διευκόλυναν την εκδήλωση βαρυτικών
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 747 Εικόνα 1. Βαθυμετρικός χάρτης του Βόρειου Ευβοϊκού Κόλπου που δείχνει τις θέσεις των σεισμικών τομών υψηλής διακριτικότητας (3.5 khz), των πυρηνοληψιών υποεπιφανειακού ιζήματος. φαινομένων ολίσθησης. Η συνδυασμένη ερμηνεία έμμεσων σεισμικών στοιχείων (επιφάνειες διάβρωσης, παλιά δελταϊκά πρίσματα) (Εικ. 2α, β) και άμεσων ιζηματολογικών δεδομένων (διαχωριστική επιφάνεια θαλάσσιων και λιμναίων αποθέσεων) (Εικ. 3) οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η στάθμη της παλαιο-λίμνης πιθανώς να κυμαίνονταν μεταξύ 85-90 m. Η παρουσία κρυστάλλων αυθιγενούς αραγωνίτη σε δείγματα από την λιμναία ακολουθία και αντίστοιχα η παρουσία κοκκολίθων του είδους Emiliania huxleyi από την θαλάσσια υπερκείμενη ακολουθία σε πυρήνες ιζημάτων, πιστοποίησε την ερμηνεία των σεισμικών τομών σχετικά με την βάση του Ολοκαίνου. Από την ανάλυση των στοιχείων προέκυψε μία ακόμη αναβαθμίδα σε βάθος 150m κάτω από τη σημερινή στάθμη της θάλασσας. Δεν είναι όμως ακόμη σαφές αν η δημιουργία αυτής της αναβαθμίδας συνδέεται με την παλαιο-λίμνη της τελευταίας παγετώδους περιόδου ή με παλαιότερες διαδικασίες. Εικόνα 2. Σεισμικές τομές υψηλής διακριτικότητας: (α) Τομή 43-44, που δείχνει ότι το Ολοκαινικό Δελταϊκό Πρίσμα (ΟΔΠ) τέμνεται από μια σειρά δευτερευόντων κανονικών ρηγμάτων, και (β) Τομή 06-08, που δείχνει την πολύπλοκη εσωτερική διάρθρωση των Ανώτατων Τεταρτογενών αποθέσεων. ΕΔ: Επιφάνεια Διάβρωσης, ΔΠΧΣ: Δελταϊκό Πρίσμα Χαμηλής Στάθμης, ΑΠΑ: Απομακρυσμένες Προδελταϊκές Αποθέσεις. Τα ενεργά ρήγματα που παραμορφώνουν τα Ολοκαινικά ιζήματα εμφανίζουν μια κατακόρυφη μετατόπιση που φθάνει τα 5m.
748 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Εικόνα 3. Φωτογραφία του βαθύτερου τμήματος του πυρήνα NEV-2, μεταξύ 188-217 cm κάτω από τον πυθμένα. Στις δύο φωτογραφίες από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) παρατηρούνται κοκκόλιθοι του είδους Emiliania huxleyii (πάνω δεξιά) και αυθιγενείς κρύσταλλοι αραγωνίτη (κάτω δεξιά). Η άνοδος της στάθμης της θάλασσας πάνω από το ελάχιστο βάθος του Διαύλου των Ωρεών και του Στενού των Λιχάδων σηματοδότησε την αρχή της Ολοκαινικής θαλάσσιας ιζηματογένεσης στον Β. Ευβοϊκό Κόλπο. Έκτοτε, μια λεπτή κι ακουστικά διαφανής ενότητα, που αντιπροσωπεύει λεπτόκοκκα ιζήματα (άργιλοι και ιλύες), καλύπτει τις παλαιότερες ακουστικές ενότητες. Αυτά τα Ολοκαινικά ιζήματα αντιστοιχούν στις μακρινές προδελταϊκές αποθέσεις των τοπικών ποταμών και χειμάρρων. Το μέγιστο ορατό πάχος των Ολοκαινικών αποθέσεων συναντάται στο δυτικό-βορειοδυτικό άκρο του Κόλπου κοντά στην ακτή της Στερεάς Ελλάδας κι ανέρχεται στα 40 m περίπου (Εικ. 2α). Σχετικά μεγάλο (13 m περίπου) είναι το πάχος των ιζημάτων στο νοτιοανατολικό τμήμα του κόλπου κοντά στην ακτή της Εύβοιας. Αντίθετα, το πάχος του Ολοκαινικού καλύμματος μειώνεται σημαντικά ή μηδενίζεται στις υπόλοιπες ρηχές περιοχές του Κόλπου, καθώς και στις απότομες πλαγιές της κεντρικής λεκάνης. Ο μέγιστος ρυθμός ιζηματογένεσης μέσα στη βαθιά λεκάνη, όπως υπολογίστηκε από τις ενεργότητες του 210 Pbxs, βρέθηκε 0,3 cm/yr. Από τις σεισμικές τομές υψηλής διακριτικότητας (3.5 khz), φαίνεται ότι ο Κόλπος υφίσταται ενεργό τεκτονική παραμόρφωση καθ όλη την διάρκεια του Ολοκαίνου (Εικ. 2α, β). Τα ενεργά ρήγματα, που δηλώνουν ένα σύνθετο πεδίο τάσεων, τέμνουν το Ολοκαινικό ιζηματογενές κάλυμμα και επηρεάζουν, σε σημαντικό βαθμό, την σύγχρονη ιζηματογένεση στον Κόλπο. Η έλλειψη χαρακτηριστικών οριζόντων στο κατερχόμενο κι ανερχόμενο τέμαχος των κύριων ρηξιγενών ζωνών κατά μήκος του βόρειου περιθωρίου της λεκάνης δεν επέτρεψε τον υπολογισμό των μετατοπίσεων που συντελέστηκαν κατά τη διάρκεια του Ολόκαινου. Παρόλα αυτά, μετατόπιση των Ολοκαινικών αποθέσεων κατά 2-5 m εκατέρωθεν δευτερευόντων ρηγμάτων παρατηρήθηκαν σε πολλές περιπτώσεις. Κατά συνέπεια, το μέγεθος της μετατόπισης στις κύριες ρηξιγενείς δομές του Κόλπου θα πρέπει να είναι σημαντικά μεγαλύτερο. Συμπερaσματα Ο Βόρειος Ευβοϊκός Κόλπος έχει υποστεί μεγάλες γεωμορφολογικές αλλαγές από το Ανώτατο Τεταρτογενές μέχρι σήμερα που προκλήθηκαν κυρίως από την άνοδο της στάθμης της θάλασσας, τη νεοτεκτονική δραστηριότητα και τροφοδοσία των ιζημάτων από τους τοπικούς ποταμούς. Κατά τη διάρκεια της τελευταίας Παγετώδους Περιόδου όταν η στάθμη της θάλασσας ήταν τουλάχιστον 85 m κάτω από τη σημερινή της θέση, το κεντρικό τμήμα του Κόλπου αποτελούσε απομονωμένη λίμνη, ενώ στα υπόλοιπα τμήματα οι υπαέριες και ποτάμιες διεργασίες διέβρωναν το εκτεθειμένο υπόβαθρο. Η είσοδος του θαλασσινού νερού στον Κόλπο συμπίπτει με την άνοδο της στάθμης της θάλασσας σε επίπεδο υψηλότερο από το ελάχιστο βάθος του Διαύλου των Ωρεών και του Στενού των Λιχάδων και σηματοδοτεί την έναρξη της
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 749 Ολοκαινικής ιζηματογένεσης στον Β. Ευβοϊκό Κόλπο. Η τελευταία αντιπροσωπεύεται από ένα λεπτόκοκκο κάλυμμα, το οποίο έχει αποτεθεί ασύμφωνα πάνω στο προϋπάρχον υπόβαθρο, με μέγιστο ρυθμό απόθεσης της τάξης των 0,3 cm/yr στην κεντρική λεκάνη. Τέλος, το έντονο νεοτεκτονικό καθεστώς της περιοχής έχει προκαλέσει σημαντικές κατακόρυφες κινήσεις κατά μήκος δευτερευόντων ενεργών ρηγμάτων, τα οποία μετατοπίζουν τα Ολοκαινικά ιζήματα κατά τουλάχιστον 2-5m. Ο μέσος ρυθμός μετατόπισης κατά μήκος των κύριων περιθωριακών ρηξιγενών ζωνών υπερβαίνει τα 0,5 m/1000 yr. βιβλιογραφια Kapsimalis, V., Pavlakis, P., Poulos, S.E., Alexandri, S., Tziavos, C., Sioulas, A., Filippas, D., Lykousis, V., 2005. Internal structure and evolution of the late Quaternary sequence in a shallow embayment: the Amvrakikos Gulf, NW Greece. Marine Geology (in press, available on-line). Lykousis, V., Sakellariou, D. & Papanikolaou, D. (1998) Sequence stratigraphy in the northern margin of the Gulf of Corinth: Implications to Upper Quaternary basin evolution. Bull. Geol. Soc. Greece, 32/2, p. 157-165 Perissoratis, C. & Van Andel, T.H. (1991). Sea level changes and tectonics in the Quaternary extensional basin of the South Evoikos Gulf, Greece. Terra Nova, 3, 294-302. Perissoratis, C., Piper, D.J.W. & Lykousis, V. (2000) Alternating marine and lacustrine sedimentation during late Quaternary in the Gulf of Corinth rift basin, central Greece. Marine Geology, 167, 391-411. Perissoratis, C., Conispoliatis, N., 2003. The impacts of sea-level changes during latest Pleistocene and Holocene times on the morphology of the Ionian and Aegean seas (SE Alpine Europe). Marine Geology, 196: 145-156. Shackleton, N.J., 1987. Oxygen isotopes, ice volume and sea level. Quaternary Science Reviews, 6: 183-190. Sanchez-Cabeza, J.A., Masquι, P., Ani-Ragolta, Ι., 1998. 210 Pb and 210 Po analysis in sediments and soils by microwave acid digestion. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 227: 19 22.