Καρστική γεωμορφολογική εξέλιξη στη Δυτική Ελλάδα: η περίπτωση της περιοχής του Ξηρόμερου

Abstract

Thirty-three percent of Greece is karst (Papadopoulou-Vrymoti, 2004) Greece has no specialized governmental or private karst research association. Consequently, knowledge is scattered, and hydrogeological karst investigations are often not based on a clear understanding of karst geomorphology. The objective of the present Doctorate Thesis constitutes construction of a model for the country that integrates karst evolution with the study of the organization and origin of karst landforms, their influence on human activities, and the impact of those activities on karst. This dissertation also presents some of the puzzling questions of our karst geomorphological research of Ksiromero, and answers are developed through the creation of a karst geomorphological map and geodatabase, with insights from Landsat satellite images. Karst geomorphological research that focuses on the resolution of land use problems, combined with an understanding of the natural history and development and functions of karst features is necessary to sustainably live with karst (Veni, 1999). As well as describing the regional hydrogeologic settings and how the people of Ksiromero have adapted their water and land use practices to this water-poor karst environment, this dissertation provides a preliminary analysis of those practices, and make some of recommendations for improvement and further research. Ksiromero is an evaponte and carbonate karst region in the northeast section of the Prefecture of Aitoloakamania, in western Greece (fig: 3.1). Its 107 km² area is bounded by the mountainous area of Akarnanika Ori to the west (Psili Koryfi, the highest peak, is 1,157 m above sea level), the basin of Lake Amvrakia to the east, Amvrakikos Gulf to the north, and the southern watersheds whose rivers flow to the Ionian Sea through the Department of Akarnania. The karst of Ksiromero is primarily developed on beds of 10-200 m thick Triassic carbonate breccia conglomerates which occupy 64% of the region, 200-300 m thick Upper Triassic to Early Jurassic limestones and dolomites occupy 24%, Quaternary deposits 10%, and 150 m thick Triassic gypsum 2%. The Ksiromero region is within the Ionian geotectonic zone, part of the large External Hellenides Platform that extends west from mainland Greece and appears on the western edge of Peloponnesus and in some of the Dodecanese Islands Primary tectonic features of the Ionian Zone are long thrust faults that trend east-west and northeast-southwest, and long reversed and normal faults that trend northwest-southeast. The faults' configurations have created the large tectonic basin of Ksiromero and other basins in western Greece Geologic mapping of the region is provided by the Institute of Geology and Mineral Exploration (1986, 1987) and field work On Geological map (fig: 6.1) are illustrates these units and karst geomorphic and hydrologie features. The study was conducted in five phases literature search, field research, landform reconnaissance, laboratory analysis of water and rock samples, and field mapping and use of geographic information systems software ESRI ArcGIS® version 9.3.1. It stored, analyzed and displayed a detailed geodatabase of topographic, morphologic, hydrologic characteristics and establish a detailed geodatabase of karst landforms for the region to produce maps and reports. The digital database allows combination of the geodatabase's five different layers topography, geology, hydrology, LandSat imagery, and karst features. For detailed visualization and analysis we digitalized 21 (1:5.000) topographic sheets of the region at 4-m contour intervals and interpolated at 2 m. Digital geomorphological mapping combined the topographic data with landforms mapped with LandSat TM satellite images, acquired on 9 September 1992 at 09:25 UTC, and through the use of Principal Component Analysis and Tasseled Cap Transformation. We organized the karst landform database into sub-groups in different layers and calculated the surface area and volume each individual surface karst feature. The geological database was created by digitizing different layers of geological and topographical information on the 1:50.000 scale maps by the Institute of Geology and Mineral Exploration (1986, 1987). We created a database with all existing karst forms and their subgroups in different layers (annex Karst Geomorphological map). We identified 13 poljes in the region, through watershed delineation, we identified one large compound karst basin, which includes 13 polje watersheds, and 2 smaller separate watersheds of group of dolines. We found 15 residual hills in the poljes, comprised predominantly of limestone intercalated with gypsum and likely the result of lesser solubility than tectonic factors. We identified a total of 267 dolines with funnel, shallow, and a few collapse morphologies Using Ĉar's (2001) classification scheme, Ksiromero primarily has broken, broken collapse, near-fault, and fault dolines. We also identified 23 uvalas Also, with Arc Map → Hydrology are indentified 229 ponors which exist at the contact of the limestone with the breccia conglomerates and follow faults. "Ksiromero" is Greek for "dry place". Hydrogeologically, it is a system of closed karst watersheds whose recharge characteristics are poorly defined and where the down gradient destination of its groundwater is unknown. While sea level at the Amvrakikos Gulf is the ultimate base level and the water of Lake Amvrakia suggests it is a major inland base level (~ 25 m above mean sea level), currently there are no empirical data to identify groundwater levels or their gradient. Some shallow wells in the breccia conglomerate serve as small, local water supplies. Partial chemical analyses suggest this groundwater may have moderately high sulfate levels suitable for irrigation and livestock, but not for human consumption March 2001 census data for communities in this hydrologically delineated area list the population as 5.493 (Hellenic Statistical Authority, 2010). Most of their water is not derived from within the Ksiromero area. Generally, domestically used water is supplied to Ksiromero from a neighboring region. Water for agriculture is stored in more than 380 reservoirs, some natural sinkholes but most excavated in terra rossa soils of poljes and large sinkholes. Shallow groundwater occurs in some of the sinkholes and earthen reservoirs, as well as seasonally captured storm water, but much is pumped in from the other region or from adjacent wells. This system is adequate for the area's modest water needs, but not for potential increased demand. Most land use is farming and pasture, and limited to the relatively flat floors of sinkholes and poljes. The absence of sanitary landfills and other agricultural contaminants potentially threaten groundwater quality, but the impacts are not presently quantifiable due to insufficient aquifer characterization.

Ο στόχος της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής αποτελεί την κατασκευή ενός μοντέλου για τον ελλαδικό χώρο που ενσωματώνει την καρστική εξέλιξη με τη μελέτη της οργάνωσης και την προέλευση των καρστικών γεωμορφών, την επιρροή τους στις ανθρωπινές δραστηριότητες, και τις επιπτώσεις αυτών των δραστηριοτήτων στην καρστική εξέλιξη. Αυτή η διατριβή παρουσιάζει επίσης μερικά από τα αινιγματικά ερωτήματα των καρστικών γεωμορφολογικών ερευνών στο Ξηρόμερο, απαντώντας μέσω της δημιουργίας ενός καρστικού γεωμορφολογικού χάρτη και geodatabase των ψηφιακών γεωμορφολογικών δεδομένων, σε συνδυασμό με τα στοιχεία που προέκυψαν από τις δορυφορικές εικόνες Landsat TM, τις 9 Σεπτεμβρίου 1992 στις 09:25 UTC, και μέσω της χρήσης του Principal Component Analysis και Tasseled Μετασχηματισμού Cap. Η καρστική γεωμορφολογική έρευνα που εστιάζεται στην επίλυση των προβλημάτων της χρήσης γης, σε συνδυασμό με την κατανόηση της φυσικής ιστορίας και την ανάπτυξη και τις λειτουργίες των καρστικών χαρακτηριστικών, είναι αναγκαία για τη βιωσιμότητα του καρστικού περιβάλλοντος (Veni, 1999). Εκτός από την περιγραφή των περιφερειακών υδρογεωλογικών ρυθμίσεων και του τρόπου προσαρμογής του πληθυσμού του Ξηρόμερου στο υδάτινο περιβάλλον και στις πρακτικές χρήσων γης σε αυτό το φτωχό σε καρστικό περιβάλλον, αυτή η διατριβή παρέχει μια προκαταρκτική ανάλυση των πρακτικών αυτών και να κάνει ορισμένες συστάσεις για τη βελτίωση και περαιτέρω έρευνα. Το Ξηρόμερο είναι μια καρστική περιοχή με εβαπόριτικό και ανθρακικό καρστ στο βορειοανατολικό τμήμα του νομού Αιτωλοακαρνανίας, στη Δυτική Ελλάδα με έκταση 107 km². Η έκτασή του οριοθετείται από την ορεινή περιοχή των Ακαρνανικών Ορέων προς τα βόρεια (Ψηλή Κορυφή, η υψηλότερη κορυφή είναι 1.157 μέτρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας), τη λεκάνη της λίμνης Αμβρακίας προς τα ανατολικά, τον Αμβρακικό Κόλπο στα βόρεια και τις λεκάνες απορροής των ποταμών στα νότια, των οποίων η ροή βαίνει προς το Ιόνιο Πέλαγος μέσω της Ακαρνανίας. Το καρστ του Ξηρόμερου αναπτύχθηκε κατά κύριο λόγο στα στρώματα των 10 έως 200 μ. πάχους κροκαλοπαγών-λατυποπαγών του Τριαδικού, που καταλαμβάνουν το 64% της περιοχής, στα 200-300 μ. πάχους στρώματα του Ανωτέρου Τριαδικού- Πρωίμου Ιουρασικού ασβεστόλιθων και δολομιτών, καταλαμβάνοντας το 24%, 10% των Τεταρτογενών αποθέσεων και στα 150 μ. πάχους Τριαδικών γύψων, καταλαμβάνοντας το 2% των αποθέσεων. Η περιοχή του Ξηρόμερου βρίσκεται στην Ιόνιο γεωτεκτονική ζώνη, μέρος της μεγάλης εξωτερικής Πλατφόρμας των Ελληνίδων που εκτείνεται δυτικά από την ηπειρωτική Ελλάδα και εμφανίζεται στο δυτικό άκρο της Πελοποννήσου και σε ορισμένα από τα Δωδεκάνησα. Οι πρωτογενείς τεκτονικές δομές της Ιονίου Ζώνης δημιούργησαν ρήγματα με διεύθυνση ανατολικά προς τα δυτικά και βορειοανατολικά-νοτιοδυτικά και ανάστροφα και κανονικά ρήγματα με τάση βορειοδυτικά-νοτιοανατολικά. Έτσι, δημιουργήθηκε η μεγάλη τεκτονική λεκάνη του Ξηρόμερου, καθώς και άλλες λεκάνες στη δυτική Ελλάδα. Η γεωλογική χαρτογράφηση της περιοχής παρέχεται από το Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών (1986, 1987) και την εργασία πεδίου. Ο Γεωλογικός χάρτης (fig. 6.1) απεικονίζει τις μονάδες αυτές, την καρστική γεωμορφολογία και τα υδρολογικά χαρακτηριστικά. Η μελέτη διεξήχθη σε πέντε φάσεις βιβλιογραφική έρευνα, έρευνα πεδίου, αναγνώριση γεωμορφών, εργαστηριακή ανάλυση των δειγμάτων νερού και πετρωμάτων και χαρτογράφηση με τη χρήση των συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών λογισμικού ArcGIS της ESRI ® έκδοση 9.3.1. Τα δεδομένα αποθηκεύτηκαν, αναλύθηκαν και δημιουργήθηκε μια λεπτομερής geodatabase των τοπογραφικών, μορφολογικών, υδρολογικών χαρακτηριστικών και μια λεπτομερέστερη των καρστικών γεωμορφών για την περιοχή, με στόχο την εκπόνηση χαρτών και εκθέσεων. Η ψηφιακή βάση δεδομένων που επιτρέπει το συνδυασμό των διαφορετικών στρωμάτων της geodatabase είναι πέντε τοπογραφία, γεωλογία, υδρολογία, Landsat εικόνες, και καρστικά. Για λεπτομερή ανάλυση και αστικοποίηση των δεδομένων ψηφιοποιήσαμε 21 (1:5.000) τοπογραφικά φύλλα της περιοχής σε 4-m διαστήματα περίγραμμα και με παρεμβολή στα 2 μ. Πραγματοποιήθηκε οργάνωση της βάσης δεδομένων των καρστικών γεωμορφών σε υπό-ομάδες, σε διαφορετικά επίπεδα και υπολογίστηκε η επιφάνεια και ο όγκος κάθε χαρακτηριστικής καρστικής επιφάνειας. Η γεωλογική βάση δεδομένων που δημιουργήθηκε από την ψηφιοποίηση διαφορετικών στρωμάτων των γεωλογικών και τοπογραφικών πληροφοριών έγινε με κλίμακα 1:50. 000 από τους χάρτες του Ινστιτούτου Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών (1986, 1987). Δημιουργήθηκε μια βάση δεδομένων με όλες τις υπάρχουσες μορφές των καρστικών και τις υπό-ομάδες τους σε διαφορετικά στρώματα (παράρτημα Καρστικός Γεωμορφολογικός χάρτης). Καθορίστηκαν 13 πόλγες στην περιοχή, ενώ μέσω της οριοθέτησης της λεκάνης απορροής εντοπίσαμε μια μεγάλη, συνθέτη καρστική λεκάνη, η οποία περιλαμβάνει 13 λεκάνες απορροής τομέα και δύο μικρότερες, των δολινών. Βρέθηκαν 15 υπολειμματικοί λόφοι στις πόλγες, που αποτελούνται κυρίως από ασβεστόλιθο με παρενθέσεις γύψου, πιθανόν αποτέλεσμα της μικρότερης διαλυτότητας από τεκτονικούς παράγοντες. Εντοπίστηκαν συνολικά 267 δολίνες με χωνοειδή και ρηχή σχήμα και μερικές δολίνες κατάρρευσης. Με την χρήση της ταξινόμησης του Car (2001) για τις δολίνες, κατά κύριο λόγο στην περιοχή της μελέτης υπάρχουν εγκατακρεμνησιγενείς δολίνες, δολίνες στις ρηξιγενείς ζώνες, δολίνες κοντά σε ρήγμα ή οι δολίνες στις ζώνες ρήγματος. Εντοπίστηκαν επίσης και 23 ουβάλες. Επίσης, με την χρήση του ArcMap-Hydrology προσδιορίστηκαν 229 καταβόθρες οι οποίες υπάρχουν κατά την επαφή του ασβεστόλιθου με κροκαλολατυποπαγή και ακολουθούντων ρηγμάτων. Στην ελληνική γλώσσα το «Ξηρόμερο» σημαίνει το «στεγνό μέρος» Υδρογεωλογικά, είναι ένα σύστημα κλειστών λεκανών εμπλουτισμένων με καρστικά των οποίων τα χαρακτηριστικά δεν είναι επαρκώς καθορισμένα και όπου ο προορισμός των υπογείων υδάτων του είναι άγνωστος. Ενώ το επίπεδο της θάλασσας στον Αμβρακικό Κόλπο είναι το απόλυτο επίπεδο βάσης και το νερό της λίμνης Αμβρακίας δείχνει ότι είναι ένα σημαντικό επίπεδο βάσης στο εσωτερικό της χωράς (~ 25 m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας), επί του παρόντος δεν υπάρχουν εμπειρικά δεδομένα για τον προσδιορισμό των επίπεδων των υπογείων υδάτων η την κλίση τους. Μερικά ρηχά πηγάδια στα πλαίσια της ομάδας των λατυποπαγών χρησιμεύει ως μικρή, τοπική παροχή ύδατος. Χημικές αναλύσεις των υπογείων υδάτων δείχνουν αυτό μπορεί να έχει μέτρια έως υψηλά επίπεδα θειικών, κατάλληλα δηλαδή για άρδευση και το ζωικό κεφάλαιο, άλλα όχι για ανθρώπινη κατανάλωση. Σύμφωνα με τα δεδομένα απογραφής του πληθυσμού τον Μάρτιο του 2001, ο πληθυσμός ανερχόταν στα 5.493 άτομα (Ελληνική Στατιστική Αρχή, 2010). Σε γενικές γραμμές, το νερό που παρέχεται στο Ξηρόμερο προέρχεται από γειτονικές περιοχές. Νερό για τη γεωργία είναι αποθηκευμένο συνήθως στις περισσότερες από 380 δεξαμενές, σε μερικές φυσικές καταβόθρες, ενώ οι περισσότερες έχουν ανασκαφεί στα κοκκινοχώματα, στις πόλγες και μεγάλες δολίνες. Ρηχά υπόγεια ύδατα εμφανίζονται σε μερικές από τις δολίνες, καθώς και εποχιακά όμβρια ύδατα αντλούνται μέσα από άλλες περιοχές ή από παρακείμενα πηγάδια. Αυτό το σύστημα είναι επαρκές για μέτρια κάλυψη των αναγκών σε νερό, αλλά δεν δίνει δυνατότητες σε περίπτωση ζήτησης. Οι περισσότερες χρήσεις γης είναι καλλιεργήσιμες εκτάσεις και βοσκότοποι, και περιορίζεται στις σχετικά επίπεδες οροφές των καταβόθρων και πολγών. Η απουσία των σκουπιδότοπων σε συνδυασμό με άλλους γεωργικούς ρυπαντές μπορεί να απειλήσουν την ποιότητα των υπογείων υδάτων, άλλα οι επιπτώσεις δεν είναι προς το παρόν αντιληπτές λόγω του ανεπαρκούς χαρακτηρισμού του υδροφόρου ορίζοντα.