Μελέτη της σύγχρονης ιζηματογένεσης στον κόλπο (εσωτερική υφαλοκρηπίδα) της Αλεξανδρούπολης

Abstract

The present Doctorate Thesis entitled “Recent sedimentation processes in the innercontinental shelf of Alexandroupolis gulf (North East Aegean Sea)” concerns the physical(hydrodynamic, sedimentological) processes controlling recent sedimentology and especiallysediment transport and deposition, in combination with human intervention (coastalstructures, river dams). Furthermore, the socio‐economic value of this thesis is related to theconstruction of the underwater terminal Bourgas‐ Alexandroupoli oil pipeline constructionand the natural infilling problems of the constructed and artificially dredged Alexandroupolisharbour.Alexandoupolis Gulf is located at the Northeast part of the Thrace Sea (Northeast AegeanSea), covering part of inner and middle continental shelf. Alongshore, the study area extendsfrom Makri area, to the west, to Evros River mouth, to the east, while, seawards it reachesthe 40m bathymetric contour, which is located at a distance of 11km from the shoreline.The investigation of the mechanism of sediment dynamics was accomplished taking througha systemic and multitasking approach, which incorporates hydrological, hydrodynamic andsedimentological processes that take place in the Alexandoupolis Gulf. Qualitative andquantitative recent and historical data for the Evros river water and sediment discharge, asthe main sediment supplier in the area, are studied, in relation to human intervention,during the last decades. Furthermore, the dispersion R.Evros plume has been investigated,in combination with the prevailing oceanographic processes. In addition, threshold values ofsediment motion have been identified in the concept of sediment threshold of movement,coastal sediment transport and, finally, sediment deposition. Textural and mineralogicalcharacteristics of the surficial seabed sediment are examined and compared to previousstudies, aiming also to the identification of the sediment transport pathways. Finally, upperQuaternary stratigraphy is investigated in conjunction to paleogeographic evolution of thecentral part of Alexandoupolis Gulf.The fieldwork campaigns involved sampling of surficial bottom sediments, collection ofwater samples (from sea surface and 1m above the bottom), water column measurementsof salinity, temperature, depth (CTD) and current measurements along a predefined sampling network. Seismic profiling data at the central area were also obtained.Granulometric parameters, carbonate and organic content, mineralogy and, in particular,titanium magnesium content were determined from the sediment samples, while, totalsuspended sediment load deduced by filtering water samples. Water masses were identifiedon the basis of their physical parameters whilst, hydrodynamic regime was accomplishedwith the use of prognostic models. Recent sea surface temperature (SST) and totalsuspended matter (TSM) from a series of MODIS images (for the period 2006‐2008), coupledwith in situ measurements, were utilized to trace R.Evros plume dispersion. Finally, seismicprofiles, together with existing core data were supported the statigraphic and upperQuaternary evolutionary scenario for the study area.Alexandoupolis Gulf has a very smooth subaqueous relief with low gradients. Surficialbottom sediments present a zonal distribution almost parallel to the shoreline and to theisobaths, grouped into four classes: (i) sands, (ii) (sandy) muds, (iii) silts and (iv) muddy sandswhich consist the transition to the relict sands. The high fine grained content is attributedprimarily to the Evros River sediment fluxes and secondarily to the erosion of the coastalQuaternary formations at the western part. Plume dispersion is formulated according to theintensity of the water discharge, the prevailing wind regime and the occurrence andintensity of Samothraki anticyclone. Thus, under the most common NE winds, Evros plume isdirected towards the NW, whilst, intent anticyclonic circulation directs the plume towardsthe SW. Long lasting NE wind leads to upwelling effect along within the nearshore zone,which, in turn moves westward, under the Coriolis influence. Coastal hydrodynamicconditions are governed by wave activity that is significantly moderated by the SW wavesdue to long fetches, defining sediment resuspension and longshore sediment movement.Surficial seabed sediment transport pathways follow a WSW direction in front of the oldR.Evros mouth, a NW direction at the current R. Evros mouth, a N direction in the centralpart of the study area and a W/NW to the area west of Alexandoupolis harbour. TheHolocene sediment sequence thickness exceeds 10m, indicating a sedimentation rate of 0,8‐1cm/yr.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή, με τίτλο «Μελέτη της σύγχρονης ιζηματογένεσηςστον κόλπο (εσωτερική υφαλοκρηπίδα) της Αλεξανδρούπολης», έχει ως σκοπό ναδιερευνηθούν όλες οι φυσικές (υδροδυναμικές, ιζηματολογικές) διεργασίες, οι οποίες σεσυνδυασμό με την ανθρώπινη παρέμβαση (παράκτιες κατασκευές, φράγματα ποταμών)ελέγχουν τη σύγχρονη ιζηματογένεση και ειδικότερα τη μεταφορά και απόθεση τωνιζημάτων χερσογενούς προέλευσης, στην περιοχή. Το θέμα της διατριβής έχει ιδιαίτερηχρηστική (κοινωνικό – οικονομική) αξία λόγω της επικείμενης κατασκευής τουυποθαλάσσιου αγωγού πετρελαίου (Μπουργκάς‐ Αλεξανδρούπολη) και της λειτουργίας(προβλήματα πρόσχωσης) του λιμένα της Αλεξανδρούπολης.Ο κόλπος της Αλεξανδρούπολης βρίσκεται στο βορειοανατολικό περιθώριο τουΘρακικού Πελάγους (Βόρειο Αιγαίο Πέλαγος), καταλαμβάνοντας τμήμα της εσωτερικής καιενδιάμεσης υφαλοκρηπίδας. Ο χώρος μελέτης, παράκτια, εκτείνεται στα δυτικά μέχρι τηνπεριοχή της Μάκρης και ανατολικά μέχρι τις εκβολές του ποταμού Έβρου, ενώ προς τηθάλασσα εκτείνεται μέχρι την ισοβαθή των 40 m, σε απόσταση 11km από την ακτογραμμή.Η διερεύνηση των μηχανισμών της δυναμικής ιζηματολογίας πραγματοποιήθηκε σταπλαίσια της συστημικής και διαθεματικής προσέγγισης των υδρολογικών, υδροδυναμικώνκαι ιζηματολογικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στον Κόλπο της Αλεξανδρούπολης. Ημελέτη περιλαμβάνει τα διαχρονικά ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά τηςστερεοπαροχής του Έβρου ποταμού, ως κύριου τροφοδότη της περιοχής σε χερσογενέςυλικό και σε συνδυασμό με την έντονη ανθρώπινη παρέμβαση (λεκάνη απορροής καιδέλτα), τις τελευταίες δεκαετίες. Επιπλέον, μελετάται η διασπορά του πλουμίου (plume)του ποταμού Έβρου, σε σχέση και με τις υφιστάμενες ωκεανογραφικές συνθήκες τηςυδάτινης στήλης. Ακόμη, διερευνώνται οι διεργασίες στη διεπιφάνεια στήλης νερού‐πυθμένα, η οποία αφορά στην επαναιώρηση των ιζημάτων του πυθμένα, την παράκτιαστερεομεταφορά και τελικά την απόθεση των ιζημάτων. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τωνσύγχρονων επιφανειακών ιζημάτων του πυθμένα εξετάζονται κοκκομετρικά καιορυκτολογικά και συγκρίνονται με προγενέστερες μελέτες, ενώ επιχειρείται και ηαποτύπωση των διαδρόμων μεταφοράς του υλικού του πυθμένα. Τέλος, διερευνάται ηστρωματογραφία των ιζημάτων του πυθμένα και επιχειρείται η παλαιο‐γεωγραφική εξέλιξητης περιοχής κατά το ανώτερο Τεταρτογενές. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων συνελέγησαν επιφανειακά ιζήματαπυθμένα, δείγματα νερού από την επιφάνεια της υδάτινης στήλης και 1m πάνω από τονπυθμένα, μετρήσεις των φυσικών παραμέτρων θερμοκρασίας, αλατότητας, βάθους (CTD),και ρευματομετρήσεις, κατά μήκος προκαθορισμένου δικτύου, καθ’ όλη την περιοχήμελέτης, καθώς και σεισμικά δεδομένα στην κεντρική περιοχή μελέτης. Από τα δείγματαιζήματος υπολογίστηκαν οι κοκκομετρικές παράμετροι των ιζημάτων, το ανθρακικό και τοοργανικό περιεχόμενο, η ορυκτολογική σύσταση και η περιεκτικότητα σε τιτανιούχομαγνητίτη, ενώ από τα δείγματα νερού προσδιορίστηκε το περιεχόμενο ολικό αιωρούμενουλικό. Από τις φυσικές παραμέτρους καθορίστηκαν οι θαλάσσιες μάζες ενώ τουδροδυναμικό καθεστώς συμπληρώθηκε με τη χρήση προγνωστικών μοντέλων. Ηδιαχρονική διασπορά του ριπιδίου του Έβρου, μελετήθηκε με την αξιοποίηση τωνδεδομένων επιφανειακής θαλάσσιας θερμοκρασίας και αιωρούμενου υλικού μίας σειράςδορυφορικών εικόνων MODIS (2006‐2008), σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα τωνεπιτόπιων μετρήσεων. Τέλος, υπάρχουσες περιγραφές γεωτρήσεων σε συνδυασμό με τααποτελέσματα ακουστικής διασκόπισης του πυθμένα αποδίδουν τη στρωματογραφία στηνκεντρική περιοχή του Κόλπου.Η περιοχή μελέτης συνίσταται από ένα εξαιρετικά ήπιο ανάγλυφο με ιδιαίτεραμικρές κλίσεις. Τα ιζήματα του πυθμένα παρουσιάζουν ζωνώδη διευθέτηση, σε παραλληλίαμε την ακτογραμμή, διαμορφώνοντας τέσσερις ιζηματολογικούς τύπους: (i) άμμους, (ii)(αμμούχες) αργιλο‐ιλύες, (iii) ιλύες και (iv) αργιλο‐ιλυούχες άμμους, οι οποίες αποτελούν τημετάβαση προς τις υπολειμματικές άμμους, σε βάθη μεγαλύτερα των 40m. Η έντονηπαρουσία του λεπτόκοκκου υλικού αποδίδεται πρωτίστως στην προσφορά από τον Έβροποταμό και δευτερευόντως στη διάβρωση των παράκτιων Τεταρτογενών σχηματισμών,ιδιαίτερα στα δυτικά του λιμένα της Αλεξανδρούπολης. Η διασπορά του πλούμιου τουΈβρου διαμορφώνεται από τον όγκο της απορροής, τη διεύθυνση και ένταση τουεπικρατούντος ανεμολογικού καθεστώτος και την παρουσία του αντικυκλώνα τηςΣαμοθράκης. Υπό την επίδραση των επικρατούντων ΒΑ ανέμων το ριπίδιο κινείται προς ταΒΔ, ενώ η ισχυρή παρουσία του αντικυκλωνικού ρεύματος το στρέφει προς τα ΝΔ.Πολυήμερη επίδραση ΒΑ ανέμων οδηγεί σε ανάβλυση υποκείμενης θαλάσσιας μάζας, ηοποία κινείται προς τα δυτικά υπό την επίδραση της δύναμης Coriolis. Οι παράκτιεςυδροδυναμικές συνθήκες διαμορφώνονται από το κυματικό καθεστώς, του οποίου ημεγαλύτερη ένταση σχετίζεται με την προσέλευση των μέγιστων ΝΔ κυμάτων, καθορίζοντας τόσο την επαναιώρηση των ιζημάτων του πυθμένα όσο και την κατεύθυνση της παράκτιαςστερεομεταφοράς. Η διερεύνηση των διαδρόμων μεταφοράς των επιφανειακών ιζημάτωντου πυθμένα έδειξε ότι στην ανατολική περιοχή, στις παλιές εκβολές του Έβρου, η τάσημεταφοράς είναι προς τα ΔΝΔ, στις νέες εκβολές προς τα ΒΔ, στην κεντρική περιοχή τουκόλπου προς τα Β, και στη δυτική περιοχή προς τα Δ/ΒΔ. Τέλος, το πάχος του Ολοκαινικούκαλύμματος εκτιμάται ότι υπερβαίνει τα 10m, αντιστοιχώντας σε μέσο ρυθμόιζηματογένεσης ίσο με 0,8‐1cm/yr.