Μελέτη των πεδίων ανάμειξης γλυκού με αλμυρό νερό με βάση φυσικοχημικές παραμέτρους

Abstract

This study includes the analysis on the mixing processes of fresh and salt waters considering the geographical and time variability of the physicochemical parameters, as well as this of chlorophyll-a in relation to meteorological conditions, the air transferred dust and the water outflow rate in the delta of Acheloos. It has been observed that at Acheloos’ delta, by the diachronic variations of chlorophyll-a in combination with the prevailing meteorological conditions, there is a “struggle” between fresh and salt water regulated by the atmospheric pressure. During all measurement periods, a strong positive correlation has been observed between the average value of chlorophyll-a and the atmospheric pressure. This observation derives also by all measurements results of correlation factors. Thus, we may conclude that by the increase of the atmospheric pressure, the sea withdraws and consequently the salt water acts as a bench in front of the river’s estuary obstructing the outflow of the fresh water. As a result, the increase of the fresh water flow rate in the sea, transferring either water containing high values of chlorophyll-a, or water containing high values of nutrient ingredients (N,P), achieving thus the elaboration of the primary production. Except for the atmospheric pressure, also the precipitations have an important impact on the primary production and the increase of the concentrations of chlorophyll-a. A positive correlation is observed between the average concentrations of chlorophyll-a on the water column and these of precipitations. It has also be noted that the maximum value of chlorophyll-a has been reached during winter (10/11/2018). According to above observations, it is concluded that the precipitations have an indirect impact on the primary production, as the quantity of water inflowing the sea environment from Acheloos depends on them. In addition, there is a strong positive correlation between the average concentrations of chlorophyll-a of each period and the respective daily quantity of outflow water from Stratos lake. Also, there is a strong correlation between the average concentrations of chlorophyll-a of every period and the respective daily inflows in the lake Stratos, on which the outflow quantities depends. Based on these facts, it is concluded that the quantity of water gathered in the runoff basin of Acheloos in the lake Stratos, a part of it flows in the delta of Acheloos and acts as a regulator in the primary production by carrying nutrient ingredients. As the precipitations have an impact on the quantity of outflowing water by the river Acheloos inflowing the lake Stratos ending at the estuary of the river, the impact level of the dry air transferred dust from the atmosphere to the area, on the diachronic variations of chlorophyll-a at the Delta of Acheloos has been examined. It has been found that there is a strong positive correlation between the average concentrations of chlorophyll-a of each period and the corresponding total daily weight of the particles PM10 in the atmosphere. It is therefore concluded, that the atmospheric dust is a source of nutrient ingredients contributing to the increase of the primary production. The chlorophyll-a rate increases as the wind has a NE or SE direction, while it decreases when the wind becomes NW. As a result of this, these directions of the wind facilitate the fresh water not to be trapped in the “bench” of the salt water and within the embayment located on the east side of the estuary, but to flow with a NE direction, thus facilitating the fresh water flow. It is also worth noting, that the relations showing the impact of the total meteorological conditions on the distribution of chlorophyll-a and consequently on the quality of waters and more specialized elaborations, such as the primary production at the delta of Acheloos, are based on the average concentrations of hundreds of measurements of the water column at a great extent, on a great number of measurement stations at six different periods between 3/8/2017 and 23/8/2020.Consequently, the picture deduced by the examination of these relations in regard to the processes taking place in this area of study , resulting from the mixing of fresh and salt water and the impact of the river’s estuary in the sea environment is thorough and representative. The application of the R-mode factor analysis has confirmed all the above conclusions as shown on the tables of the correlation and the factors formed. For a further examination of the mixing process of fresh and salt water in the estuary of Acheloos, measurements of physicochemical parameters and chlorophyll-a have been carried out on the flow line of the river on 18.6.21, at increasing distance from the estuary and intersections of salinity, temperature and chlorophyll-a along the flow line were examined . On the section of salinity, the flotation of the fresh water above the salt water is observed and the dilution of the fresh water by depth as well. Additionally, the mixing rate of fresh-salt water is high until 5 meters depth, while the mixing continues by a lower rate until approximately 20 meters depth, where the salinity approaches the salinity value in the larger sea area. It is also noted that the levels of the physicochemical parameters and that of chlorophyll-a are comparable with the levels reported in bibliography for the Mediterranean Sea in similar environments. According to the geographical variations of salinity and temperature on the surface waters, the geographical limits on the sea surface where the mixing fresh-salt water remains have been defined. A similar study of fresh-salt mixing process has also been conducted at the Delta of Mornos, which has shown a strong positive correlation between the averages of chlorophyll-a concentrations of each period and the corresponding precipitation concentrations, and the corresponding monthly quantity of water flowing in the lake of Mornos from the runoff basin of this river, on which the quantity of outflow water depends, a fact showing the regulative factor of the fresh water on the primary production.While at the delta of Acheloos, a strong positive correlation between the atmospheric pressure and the concentration of chlorophyll-a is observed, at the delta of Mornos there is no correlation shown between chlorophyll-a and the atmospheric pressure. This is due to:a)The fact that the geomorphic conditions of the delta of Mornos do not facilitate the trapping of waters of high salinity obstructing the flow of the fresh water under low pressures. b)In this area of Korinthos gulf, intense water currents occur leading to the rapid mixing of fresh-salt water. c)The quantities of waters inflowing the Korinthos gulf by the estuary of Mornos are much lower by these outflowing at the delta of Acheloos. The positive correlation observed between the average concentrations of chlorophyll-a at each period of measurement and the correspondent concentration of nitrate ions in the waters of the lake of Mornos, by which there are constant outflows of the ecological water, demonstrates the contribution of the inflows of nitrate ions in the sea environment to the primary production. At this case, the connection of the nitrate ions flowing from the rivers with the primary production is directly proven, and further with the increase of chlorophyll-a at the coastal zone and in turn to the Mediterranean sea. Thus, this study demonstrates the impact of nitrate ions flowing from the rivers to the coastal zone, on the primary production in the eastern Mediterranean waters. Given the fact that a part of the waters of Acheloos has its origin from the lake Trichonis, measurements of the physicochemical parameters and the chlorophyll-a have been conducted in this lake, and the thermal stratifications in the lake were examined. Additionally, the impact of the variability of the meteorological conditions in the area on the quality of the lake’s waters has been studied. The thickness of the water column and the energy of the wind in the lake play an important role in preventing thermal stratification. On 2/10/2016 at all stations of this study, the energy of the wind was not capable to prevent thermal stratification. It is worth noting that while at the deltas of Acheloos and Mornos the correlation coefficients between chlorophyll-a and precipitations demonstrate a positive correlation between chlorophyll-a and precipitations, in the case of Thrichonis a tendency of decrease of chlorophyll-a is observed by the increase of precipitations. This is possibly due to the transport of soils and sediments from the surrounding fields preventing the light transmittance. This in agreement with the overflow of the lake as has been reported in bibliography.

Μελετήθηκαν οι διεργασίες στα πεδία ανάμειξης γλυκού με αλμυρό νερό με βάση τις γεωγραφικές και διαχρονικές μεταβολές των φυσικοχημικών παραμέτρων και της χλωροφύλλης-α σε συνάρτηση με τις μετεωρολογικές συνθήκες, την αερομεταφερόμενη σκόνη και το ρυθμό εκροής νερού στο Δέλτα του Αχελώου. Στο Δέλτα του Αχελώου, από τις διαχρονικές μεταβολές της χλωροφύλλης-α σε συνδυασμό με τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες προέκυψε ότι υπάρχει μια διαρκής «πάλη» μεταξύ γλυκού και αλμυρού νερού που ρυθμίζεται από την ατμοσφαιρική πίεση. Σε όλες τις χρονικές περιόδους μετρήσεων παρατηρείται ισχυρή θετική συσχέτιση μεταξύ της μέσης τιμής της χλωροφύλλης-α και της ατμοσφαιρικής πίεσης. Αυτό προκύπτει και από τους συντελεστές συσχέτισης μεταξύ των δυο παραμέτρων που υπολογίστηκαν επί όλων των μετρήσεων. Επομένως, συμπεραίνεται ότι με την αύξηση της ατμοσφαιρικής πίεσης αποσύρεται η θάλασσα και έτσι το αλμυρό νερό που δρα ως ανάχωμα μπροστά στην εκβολή του ποταμού δυσχεραίνοντας την έξοδο του γλυκού νερού αποδυναμώνεται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να αυξάνεται ο ρυθμός ροής του γλυκού νερού στη θάλασσα, μεταφέροντας είτε νερό υψηλής περιεκτικότητας χλωροφύλλης-α, είτε μεταφέροντας νερό υψηλής περιεκτικότητας θρεπτικών συστατικών (N,P) και επιταχύνοντας τη διεργασία της πρωτογενούς παραγωγής. Εκτός από την ατμοσφαιρική πίεση, σημαντική επίδραση στη πρωτογενή παραγωγή και την αύξηση της χλωροφύλλης-α έχει και η βροχόπτωση. Παρατηρείται θετική συσχέτιση μεταξύ των μέσων τιμών της χλωροφύλλης-α στην υδάτινη στήλη και της βροχόπτωσης. Σημειώνεται ακόμα ότι η μέγιστη μέση τιμή χλωροφύλλης-α παρατηρείται τη χειμερινή περίοδο (10/11/2018). Με βάση τα πιο πάνω συμπεραίνεται ότι η βροχόπτωση επηρεάζει έμμεσα την πρωτογενή παραγωγή αφού από αυτήν εξαρτάται η ποσότητα του νερού που εισρέει στο θαλάσσιο περιβάλλον από τον Αχελώο. Επίσης παρατηρείται ισχυρή θετική συσχέτιση μεταξύ των μέσων τιμών χλωροφύλλης-α κάθε περιόδου και της αντίστοιχης ημερήσιας ποσότητας του νερού εκροής από τη λίμνη Στράτου. Παρατηρείται ακόμα ισχυρή θετική συσχέτιση μεταξύ των μέσων τιμών χλωροφύλλης-α κάθε περιόδου και της αντίστοιχης ημερήσιας ποσότητας νερού εισροής στη λίμνη του Στράτου, από την οποία εξαρτάται η ποσότητα εκροής. Με βάση τα παραπάνω προκύπτει ότι η ποσότητα του νερού που συγκεντρώνεται από τη λεκάνη απορροής του Αχελώου στη λίμνη Στράτου, μέρος της οποίας εκβάλλει στο δέλτα του Αχελώου παίζει ρυθμιστικό ρόλο στη πρωτογενή παραγωγή με τα θρεπτικά συστατικά που μεταφέρει. Επειδή η βροχόπτωση επηρεάζει την ποσότητα του νερού απορροής του ποταμού Αχελώου που μπαίνει στη λίμνη Στράτου και στη συνέχεια καταλήγει στην εκβολή του ποταμού διερευνήθηκε κατά πόσο η μεταφορά ξηρής αερομεταφερόμενης σκόνης από την ατμόσφαιρα στην περιοχή επηρεάζει τις διαχρονικές μεταβολές της χλωροφύλλης-α στο δέλτα του Αχελώου. Βρέθηκε ισχυρή θετική συσχέτιση μεταξύ των μέσων τιμών της χλωροφύλλης-α κάθε περιόδου και του αντίστοιχου συνολικού ημερήσιου βάρους των σωματιδίων PM10 στην ατμόσφαιρα. Από αυτό προκύπτει ότι η ατμοσφαιρική σκόνη αποτελεί πηγή εισόδου θρεπτικών συστατικών που συμβάλλουν στην αύξηση της πρωτογενούς παραγωγής. Η τιμή της χλωροφύλλης-α αυξάνεται όσο ο άνεμος έχει ΒΑ ή ΝΑ διεύθυνση, ενώ μειώνεται όταν γίνεται ΒΔ. Συμπεραίνεται οτι οι διευθύνσεις αυτές του ανέμου διευκολύνουν το γλυκό νερό να μην εγκλωβιστεί από το «ανάχωμα» του αλμυρού νερού και μέσα στον κόλπο, που βρίσκεται ανατολικά της εκβολής, αλλά να ρέει με ΒΑ διεύθυνση διευκολύνοντας τη ροή του γλυκού νερού. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι σχέσεις που δείχνουν την επίδραση των συνολικών μετεωρολογικών συνθηκών στην κατανομή της χλωροφύλλης-α και επομένως της ποιότητας των νερών αλλά και ειδικότερων διεργασιών όπως η πρωτογενής παραγωγή στο δέλτα του Αχελώου, στηρίζονται στους μέσους όρους εκατοντάδων μετρήσεων σε μεγάλο πάχος της υδάτινης στήλης σε ένα μεγάλο αριθμό σταθμών και σε έξι διαφορετικές περιόδους από 3/8/2017 έως 23/8/2020. Επομένως η εικόνα που προκύπτει από τη διερεύνηση των σχέσεων αυτών σ ’ότι αφορά τις διεργασίες που πραγματοποιούνται στη περιοχή αυτή έρευνας ως αποτέλεσμα της ανάμειξης γλυκού-αλμυρού νερού και της επίδρασης της εκβολής του ποταμού στο θαλάσσιο περιβάλλον είναι συνολική και αντιπροσωπευτική.Η εφαρμογή της παραγοντικής ανάλυσης τύπου R επιβεβαίωσε όλα τα πιο πάνω όπως φαίνεται στους πίνακες τόσο των συντελεστών συσχέτισης , όσο και στη διαμόρφωση των παραγόντων. Για την περαιτέρω διερεύνηση της διεργασίας ανάμειξης γλυκού αλμυρού νερού στην εκβολή του Αχελώου έγιναν μετρήσεις φυσικοχημικών παραμέτρων και χλωροφύλλης -α σε προφίλ κατά τον άξονα ροής του ποταμού (18/6/21),σε αυξανόμενη απόσταση από την εκβολή και κατασκευάστηκαν οι τομές αλατότητας , θερμοκρασίας και χλωροφύλλης κατά τον άξονα ροής . Στην τομή της αλατότητας διακρίνεται η επίπλευση του γλυκού νερού επί του αλμυρού , και η αραίωση του γλυκού νερού με την αύξηση του βάθους. Επίσης προκύπτει ότι ο ρυθμός ανάμειξης γλυκού αλμυρού νερού είναι μεγάλος μέχρι τα 5μ , ενώ συνεχίζεται η ανάμειξη με μικρότερο ρυθμό μέχρι τα 20 περίπου μέτρα βάθος , όπου η αλατόμητα προσεγγίζει την τιμή της αλατότητας στο ευρύτερο θαλάσσιο χώρο. Σημειώνεται ότι το εύρος των τιμών των φυσικοχημικών παραμέτρων και της χλωροφύλλης είναι συγκρίσιμο με τις αναφερόμενες τιμές στη βιβλιογραφία για τη Μεσόγειο σε ανάλογα περιβάλλοντα. Με βάση τις γεωγραφικές μεταβολές αλατότητας και θερμοκρασίας στα επιφανειακά νερά καθορίστηκαν επίσης τα γεωγραφικά όρια στην επιφάνεια της θάλασσας στα οποία κρατάει η ανάμειξη γλυκού αλμυρού νερού. Μια αντίστοιχη μελέτη των διεργασιών ανάμειξης γλυκού –αλμυρού νερού έγινε και στο δέλτα του Μόρνου, η οποία έδειξε ότι παρατηρείται ισχυρή θετική συσχέτιση των μέσων τιμών χλωροφύλλης -α κάθε περιόδου με την αντίστοιχη τιμή της βροχόπτωσης, καθώς και με την αντίστοιχη μηνιαία ποσότητα του νερού που εισέρχεται στη λίμνη του Μόρνου από την λεκάνη απορροής του ποταμού αυτού, από την οποία εξαρτάται η ποσότητα του νερού εκροής , γεγονός που δείχνει τον ρυθμιστικό παράγοντα του γλυκού νερού στην πρωτογενή παραγωγή. Ενώ στο δέλτα του Αχελώου παρατηρείται ισχυρή θετική συσχέτιση μεταξύ της ατμοσφαιρικής πίεσης και της συγκέντρωσης της χλωροφύλλης-α, στο δέλτα του Μόρνου δεν παρατηρείται συσχέτιση μεταξύ χλωροφύλλης-α και ατμοσφαιρικής πίεσης. Αυτό οφείλεται: α) στο γεγονός ότι οι γεωμορφολογικές συνθήκες του δέλτα Μόρνου δεν ευνοούν τον εγκλωβισμό μαζών νερού υψηλής αλατότητας, που να εμποδίζει τη ροή του γλυκού νερού κάτω από χαμηλές πιέσεις. β) Στη περιοχή αυτή του Κορινθιακού Κόλπου παρατηρούνται έντονα ρεύματα που οδηγούν στη γρήγορη ανάμειξη γλυκού και αλμυρού νερού. γ) Οι ποσότητες γλυκού νερού που εισέρχονται στον Κορινθιακό κόλπο από την εκβολή του Μόρνου είναι πολύ μικρότερες από εκείνες που εκβάλλουν στο δέλτα του Αχελώου.Η θετική συσχέτιση που παρατηρείται μεταξύ των μέσων τιμών χλωροφύλλης σε κάθε περίοδο μετρήσεων και της αντίστοιχης συγκέντρωσης νιτρικών ιόντων στο νερό της λίμνης του Μόρνου, από την οποία υπάρχει η συνεχής εκροή του οικολογικού νερού, δείχνει τη συμβολή των εισερχόμενων στο θαλάσσιο περιβάλλον νιτρικών ιόντων στην πρωτογενή παραγωγή. Στην περίπτωση αυτή αποδεικνύεται άμεσα η σύνδεση των νιτρικών ιόντων που προέρχονται από τα ποτάμια με την πρωτογενή παραγωγή και κατ’ επέκταση με την αύξηση της χλωροφύλλης-α στην παράκτια ζώνη και κατ' επέκταση στη Μεσόγειο Θάλασσα. Αποτυπώνεται επομένως στην εργασία αυτή μια απτή απόδειξη της δράσης των νιτρικών ιόντων, που εισέρχονται από τα ποτάμια στην παράκτια ζώνη, στην πρωτογενή παραγωγή και τη διαμόρφωση της τροφικής κατάστασης των νερών της ανατολικής Μεσογείου. Με δεδομένο το γεγονός ότι ένα μέρος του νερού του Αχελώου έχει τη προέλευσή του από τη λίμνη Τριχωνίδα, έγιναν μετρήσεις και κατασκευάστηκαν τα προφίλς κατακόρυφων μεταβολών των φυσικοχημικών παραμέτρων και της χλωροφύλλης-α στη λίμνη αυτή, με βάση τη μελέτη των οποίων διερευνήθηκαν οι διαχρονικές μεταβολές της θερμικής στρωμάτωσης στη λίμνη. Μελετήθηκε επίσης η εξάρτηση της ποιότητας των νερών της λίμνης από τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες στην περιοχή. Το πάχος της υδάτινης στήλης και η ενέργεια του ανέμου στη λίμνη διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη δημιουργία ή μη θερμικής στρωμάτωσης. Στις 2/10/2016 σε όλους τους σταθμούς έρευνας η ενέργεια του ανέμου δεν ήταν ικανή να εμποδίσει τη δημιουργία θερμικής στρωμάτωσης. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι ενώ στα δέλτα Αχελώου και Μόρνου οι συντελεστές συσχέτισης μεταξύ χλωροφύλλης-α και βροχόπτωσης δείχνουν θετική συσχέτιση μεταξύ χλωροφύλλης-α και βροχόπτωσης, στη περίπτωση της Τριχωνίδας παρατηρείται μια τάση μείωσης της χλωροφύλλης-α με την αύξηση της βροχόπτωσης. Αυτό πιθανόν να οφείλεται στη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων φερτών υλικών με αποτέλεσμα να αυξηθεί η θολότητα και να παρεμποδίζεται η διέλευση του φωτός. Αυτό συνάδει με την αναφερόμενη στη βιβλιογραφία συχνή υπερχείλιση της λίμνης με κάλυψη των γειτονικών προς τη λίμνη εδαφών.