Marine aggregates deposits in Greece: sedimentological – mineralogical and geochemical study: usage possibilities

Abstract

The present PhD Thesis entitled “Marine Aggregate deposits in Greece: sedimentological - mineralogical and geochemical study ─ Usage possibilities” concerns the systematic investigation of the potential of Marine Aggregate (MA) deposits in Greece with respect to their industrial use. This thesis focuses on the research of various offshore modern sediments in the Greek continental shelf concerning their sedimentological, mineralogical and geochemical characteristics emphasizing the research of silica (quartz) sand. These offshore study areas are prioritized as potential MA deposits according their qualitative characteristics (such as grain size, mineralogy and geochemistry) of the sediments and significant environmental characteristics of the offshore areas.Specifically, four offshore areas in the Greek territory, such as SE Evia, NW Crete, south and east Lesvos and NE Rhodes Island, were investigated regarding their potential to host MA deposits suitable for the construction industry. A few coastal areas, in central/eastern Evia Island, western Crete Island, north and east Peloponese, Milos, Samos and Kefalonia Island, were examined in order to suggest or not their potential for further offshore investigation. Moreover, selected industrial samples were employed as materials for evaluation and comparison to the study sediments. The suitability degree as aggregates for concrete was defined, according the performance of the materials from the qualified areas on specific technical tests.In order to achieve the above goals, surficial offshore and coastal sediments and offshore gravity cores were collected. For the determination of the qualitative characteristics of the sediments were defined: the granulometric parameters, the density, the mineralogy by stereoscopy, XRD and SEM/EDS, the geochemistry by XRF method, the calcium carbonates and the chlorides. The technical tests that were employed in order to define the suitability degree of the proposed materials as aggregates in concrete were sand equivalent and methylene blue test. In the proposed areas, the spatial environmental restrictions that were applied are: Posidonia oceanica Natura zones, closure depth and proper distance from the coastline. The offshore area of Evia Island is suggested as the most promising area and hosts MA deposits that cover 2.03 km2 up to the water-depth of 50 m. The second most promising area is Kissamos Bay, NW Crete Island, which hosts MA deposit that covers 4.85 km2 up to the isobath of 50 m. This is the first time that an integrated study based on qualitative criteria regarding MA deposits is carried out in Greece. The suggested MA deposits and the proposed coastal areas for further investigation, contribute to the national potential for raw materials. However, for the final stage of MA deposits delimitation and exploitation, apart from the quantitative characteristics (oceanographic study), the local spatial planning issues should be considered in order to support the environmental, social and economic sustainability pillars.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή με τίτλο «Υποθαλάσσιες αποθέσεις (offshore placers) αδρανών υλικών στην Ελλάδα: ιζηματολογική – ορυκτολογική & γεωχημική μελέτη ─ Δυνατότητες αξιοποίησης τους» έχει ως αντικείμενο τη συστηματική διερεύνηση του δυναμικού των πιθανών Υποθαλάσσιων Κοιτασμάτων Αδρανών Υλικών (ΥΚΑΥ) στην Ελλάδα, σε σχέση με τη βιομηχανική χρήση των πρώτων, αυτών, υλών. Η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στην έρευνα σύγχρονων υπεράκτιων ιζημάτων στην ελληνική υφαλοκρηπίδα εξετάζοντας τα ιζηματολογικά, ορυκτολογικά και γεωχημικά χαρακτηριστικά τους, δίνοντας έμφαση στην έρευνα χαλαζιακής άμμου. Οι, υπο μελέτη, υπεράκτιες περιοχές προτεραιοποιούνται ως πιθανές θέσεις ΥΚΑΥ βάσει των ποιοτικών χαρακτηριστικών των ιζημάτων καθώς και βασικών περιβαλλοντικών χαρακτηριστικών τους. Πιο συγκεκριμένα, στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, μελετήθηκαν τέσσερις υπεράκτιες περιοχές στην ελληνική υφαλοκρηπίδα σαν πιθανές θέσεις ΥΚΑΥ, οι οποίες βρίσκονται στη ΝΑ ν. Εύβοια, στη ΒΔ ν. Κρήτη, στη νότια και ανατολική ν. Λέσβο και στη ΒΑ ν. Ρόδο. Εν συνεχεία, μελετήθηκε υλικό από επιλεγμένες παράκτιες περιοχές, οι οποίες βρίσκονται στην κεντρική/ανατολική ν. Εύβοια, στη δυτική ν. Κρήτη, στη βόρεια και ανατολική Πελοπόνησο, στη ν. Μήλο, στη ν. Σάμο και στη ν. Κεφαλονιά, ώστε να προσδιοριστεί η δυνατότητα για περαιτέρω υπεράκτια έρευνα. Επιπλέον, μελετήθηκαν βιομηχανικά δείγματα ως υλικά για σύγκριση και αξιολόγηση των υπο μελέτη ιζημάτων. Ο βαθμός καταλληλότητας των υπο μελέτη ιζημάτων ως αδρανή σκυροδέματος προσδιορίστηκε, επιπροσθέτως, από εξειδικευμένες τεχνικές δοκιμές.Για την επιτευξη των ως άνω στόχων, συλλέχθηκαν επιφανειακά υπεράκτια και παράκτια ιζήματα, καθώς και υπεράκτιοι πυρήνες βαρύτητας. Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των ιζημάτων προσδιορίστηκαν σύμφωνα με: την κοκκομετρία τους καθώς και των στατιστικών κοκκομετρικών παραμέτρων της, την πυκνότητα, την ορυκτολογία με στερεσκοπία, XRD και SEM/EDS, τη γεωχημεία με τη μέθοδο XRF, των χλωρϊόντων και του ανθρακικού ασβεστίου. Χρησιμοποιήθηκαν οι τεχνικές δοκιμές του ισοδύναμου άμμου και μπλε του μεθυλενίου, ώστε να προσδιοριστεί η καταλληλότητα των προτεινόμενων υλικών ως αδρανή σκυροδέματος. Τέλος, στις προτεινόμενες περιοχές εφαρμόστηκαν περιβαλλοντικοί χωρικοί περιορισμοί που αφορούν στις ζώνες Natura του είδους Posidonia oceanica, στο closure depth καθώς και στις κατάλληλες αποστάσεις από την ακτογραμμή. Η πιο υποσχόμενη υπεράκτια περιοχή βρίσκεται στη ΝΑ ν. Εύβοια, η οποία προτείνεται πως φιλοξενεί ΥΚΑΥ που εκτείνονται σε 2,03 km2 μέχρι την ισοβαθή των 50 m. Η επόμενη πιο ελπιδοφόρα περιοχή βρίσκεται στη ΒΔ ν. Κρήτη, στον κόλπο της Κισσάμου, η οποία προτείνεται πως φιλοξενεί ΥΚΑΥ που εκτείνεται σε 4,85 km2 μέχρι την ισοβαθή των 50 m. Είναι η πρώτη φορά που πραγματοποιείται μια ολοκληρωμένη μελέτη βασισμένη σε ποιοτικά και περιβαλλοντικά κριτήρια και αφορά ΥΚΑΥ στην ελληνική υφαλοκρηπίδα. Τα προτεινόμενα ΥΚΑΥ συμβάλλουν στην Εθνική Πολιτική για τον στρατηγικό σχεδιασμό και την εκμετάλλευση των Ορυκτών Πρώτων Υλών. Ωστόσο, για την τελική οριοθέτηση και εκμετάλλευση των προτεινόμενων ΥΚΑΥ, θα πρέπει να εξεταστούν τα ποσοτικά τους χαρακτηριστικά (ωκεανογραφική μελέτη) καθώς και να ληφθεί υπόψη ο τοπικός χωροτακτικός σχεδιασμός, ώστε να καλύπονται οι πυλώνες της βιώσιμής ανάπτυξης.