Μελέτη υβωμάτων βιογενούς προέλευσης σε περιβάλλοντα ημίκλειστων κόλπων: οι περιπτώσεις των κόλπων Γέρας και Καλλονής στη Λέσβο

Abstract

The gulfs of Gera and Kalloni are two of the most representative examples of semi-enclosed shallow systems in Greece and two of the few in the Greek Archipelagoes. The gulfs are neighboring, and they are of ecological importance, included in the Natura 2000 network. The geomorphological and sedimentological survey in the two embayments showed that their bottom consists of thousands of reefs constructed mainly by the O. edulis bivalve species. Reefs initially acquire a circular shape and over the time an elongated one as a response to changing environmental conditions. Depending on the scale (dimensions) of the environment, the relief of the reefs seems to be formed correspondingly, with a maximum height and length in Kalloni gulf of 6 m and ~1.4 km, respectively, and 2.5 m and ~200 m in the Gera gulf. In the Gera gulf the reefs develop almost concentrically, around the deepest part, with the largest being near the entrance of the bay, while in the Kalloni gulf they develop transversely to the axis of the bay; the largest elongated structures form deeper and gradually become smaller towards shallower waters. The main parameters that seem to affect the reef growth are the speed of the currents, which are stronger near the entrances of both gulf and the low sedimentation rates. Alterations of environmental conditions cause changes in the species dominating the reefs, which also affect their structure.The combined analysis of sediment cores and seismic profiles allowed the distinction of the transgressive and high-stand depositional systems in the Holocene. Erosional surfaces (unconformities) were identified, corresponding to the paleo-relief of the gulfs before sea flooding. According to the depth of the unconformities and the sediment dating results from Gera gulf, it seems that the inundation of Gera gulf started ~7500-7600 y, while that of Kalloni gulf started ~9700 y BP. The difference of ~2000 years in the inundation of the two neighboring gulfs is due to the existence of a morphological sill at the entrance of Gera gulf. Furthermore, the seismic stratigraphy of Gera gulf points to the existence of a palaeo-lake in the central part of the gulf. Buried reef structures were identified in both gulfs at different stratigraphic levels (surfaces) within the transgressive system tracts. The Gera gulf hosts fluids in the sediment pores to a considerable aerial extent. The fluids are gases of biogenic origin in the greater part of the gulf and of hydrothermal origin in the NE part where they are related to neighboring hot springs onshore and to a submarine spring through a crater that was identified during the investigations. In Kalloni gulf there are indications of fluids only locally and in smaller concentrations compared to the Gera gulf. In addition, in the NE part of Gera gulf, a submarine fault zone was identified, through which hydrothermal fluids escape.According to the dating results from Gera gulf, the sedimentation rate is small (0.08-0.44 mm/y), at least for the last 7500 years, and varies spatio-temporally. During periods of lower sedimentation rate, reef development is favored. The sedimentological units distinguished in the sediment cores attest to the environmental changes during the Holocene and confirm, according to the dating results, that the Gera gulf was flooded ~7500-7600 y BP and that the sea level rise stabilized around 5600 y BP. The Kalloni gulf shows that at depths greater than ~10 m the bivalves selectively colonize the reefs contributing to their vertical growth and do not spread over the entire bottom. Stratigraphic similarities in the two gulfs relevant to the depth of the buried reefs, but also the dating results and the changing sedimentation rates, confirm the climatic changes reported for the eastern Mediterranean and the Aegean Sea at 8.2 ka BP and between 4.3 and 3.8 ka BP. These climate changes caused environmental disturbances that affected the development of the reefs in the two gulfs leading to their partial decline. In addition, data from Gera gulf reveal that the increase in the sedimentation rate after ~3500 y BP locally caused the cessation of vertical growth and the gradual burial of the reefs.Given the complexity in deciphering the processes involved in the creation, evolution/morphology and decline of reefs, a series of additional surveys are required to study and prioritize the parameters that control the abovementioned processes in interaction with the dynamics of the environment.

Οι κόλποι της Γέρας και της Καλλονής αποτελούν δύο από τα αντιπροσωπευτικότερα παραδείγματα ημίκλειστων ρηχών συστημάτων στην Ελλάδα και τα ελάχιστα στον Ελληνικό νησιωτικό χώρο. Είναι γειτονικοί κόλποι και αποτελούν περιβάλλοντα ιδιαίτερης οικολογικής σημασίας ενταγμένα στο Ευρωπαϊκό Δίκτυο Προστατευόμενων Περιοχών NATURA 2000. Η γεωμορφολογική και ιζηματολογική έρευνα στους κόλπους έδειξε ότι ο πυθμένας τους συνίσταται από χιλιάδες υφάλους του είδους Δίθυρου μαλακίου Ostrea edulis. Οι ύφαλοι ξεκινούν την ανάπτυξη τους σχηματίζοντας συνήθως δομές κυκλικού σχήματος και σταδιακά διαμορφώνονται ανάλογα με την αλληλεπίδραση των γεωμορφολογικών και ωκεανογραφικών συνθηκών (π.χ. βάθος νερού, ρεύματα, θολερότητα, αλατότητα και τύπος ιζημάτων) και αναπτύσσονται σε επίμηκες σχήμα. Ανάλογα με την κλίμακα μεγέθους του περιβάλλοντος ανάπτυξης φαίνεται να διαμορφώνεται αντίστοιχα το ανάγλυφο των δομών, με μέγιστο ύψος και μήκος στον κόλπο Καλλονής 6 m και ~1.4 km, αντίστοιχα, και στον κόλπο Γέρας 2.5 m και ~200 m. Στον κόλπο Γέρας οι ύφαλοι αναπτύσσονται σχεδόν συγκεντρικά, γύρω από το βαθύτερο τμήμα του κόλπου, με τους μεγαλύτερους υφάλους να βρίσκονται πλησίον της εισόδου του κόλπου, ενώ στον κόλπο Καλλονής εξελίσσονται εγκάρσια στον άξονα του κόλπου, με τις μεγαλύτερες επιμήκεις δομές να σχηματίζονται στο βαθύτερο τμήμα (>15 m) και να γίνονται σταδιακά μικρότερες προς ρηχότερα νερά (<14 m). Οι κύριες παράμετροι που φαίνεται να επηρεάζουν άμεσα και να ευνοούν την ανάπτυξη των υφάλων είναι η ταχύτητα των ρευμάτων που είναι εντονότερη πλησίον των εισόδων των δύο κόλπων, σε συνδυασμό με το πρότυπο κυκλοφορίας, όπως και οι μικροί ρυθμοί ιζηματογένεσης. Η μεταβολή των συνθηκών του περιβάλλοντος προκαλεί μεταβολή των ειδών που κυριαρχούν στους υφάλους, γεγονός που πιθανόν να επηρεάζει τη δομή τους.Από τη συνδυαστική ανάλυση των πυρήνων ιζήματος και των τομογραφιών διακρίθηκαν τα συστήματα απόθεσης κατά τη διάρκεια επίκλυσης της θάλασσας, όπως και κατά τη διάρκεια σταθεροποίησης της στο Ολόκαινο. Επίσης, εντοπίστηκαν διαβρωσιγενείς επιφάνειες (ασυμφωνίες), οι οποίες αντιστοιχούν στο παλαιο-ανάγλυφο των κόλπων πριν την είσοδο της θάλασσας. Σύμφωνα με το βάθος των ασυμφωνιών και τα αποτελέσματα χρονολόγησης βιογενών κελυφών από τα ιζήματα του κόλπου Γέρας, φαίνεται η επίκλυση του κόλπου Γέρας να ξεκίνησε πριν από ~7500-7600 χρόνια, ενώ του κόλπου Καλλονής πριν από ~9700 χρόνια. Η διαφορά των ~2000 χρόνων στην είσοδο του θαλασσινού νερού στους δύο γειτονικούς κόλπους, οφείλεται στην ύπαρξη ενός ρηχού μορφολογικού αναβαθμού στην είσοδο του κόλπου Γέρας. Επιπλέον, η στρωματογραφική διάρθρωση του κόλπου Γέρας παραπέμπει στην ύπαρξη μιας παλαιο-λίμνης στο κεντρικό τμήμα του κόλπου. Θαμμένες επιφάνειες/δομές υφάλων εντοπίστηκαν και στους δύο κόλπους σε διαφορετικά στρωματογραφικά επίπεδα εντός των συστημάτων απόθεσης κατά την επίκλυση της θάλασσας. Ο κόλπος Γέρας φιλοξενεί ρευστά στους πόρους των ιζημάτων σε σημαντική έκταση. Τα ρευστά είναι αέρια βιογενούς προέλευσης στο μεγαλύτερο τμήμα του κόλπου και υδροθερμικής προέλευσης στο ΒΑ τμήμα του όπου και σχετίζονται με γειτονικές θερμές πηγές στη χέρσο και με μία υποθαλάσσια ανάβλυση διαμέσου ενός κρατήρα που εντοπίστηκε κατά τη διάρκεια των ερευνών. Στον κόλπο Καλλονής υπάρχουν ενδείξεις ρευστών τοπικά και σε μικρότερες συγκεντρώσεις σε σχέση με τον κόλπο Γέρας, χωρίς όμως να διαμορφώνουν σαφείς ζώνες εμφάνισης / κατηγοριοποίησης τους. Επιπλέον, στο ΒΑ τμήμα του κόλπου Γέρας εντοπίστηκε μια σημαντική υποθαλάσσια ρηξιγενής ζώνη διαμέσου της οποίας λαμβάνει χώρα σημειακά διαφυγή υδροθερμικών ρευστών.Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ραδιοχρονολόγησης βιογενών κελυφών ο ρυθμός ιζηματογένεσης στον κόλπο Γέρας είναι μικρός (0.08-0.44 mm/y), τουλάχιστον τα τελευταία 7500 χρόνια, και μεταβάλλεται χωρο-χρονικά. Οι ιζηματολογικές ενότητες που διακρίθηκαν πιστοποιούν τις περιβαλλοντικές μεταβολές κατά τη διάρκεια του Ολοκαίνου και επιβεβαιώνουν, σύμφωνα και με τα αποτελέσματα της ραδιοχρονολόγησης, ότι ο κόλπος Γέρας ξεκίνησε να πλημμυρίζει πριν από ~7500-7600 χρόνια και ότι η άνοδος της στάθμης της θάλασσας σταθεροποιήθηκε πριν από ~5600 χρόνια. Στον κόλπο Καλλονής φαίνεται ότι σε βάθη μεγαλύτερα από ~10 m τα δίθυρα μαλάκια αποικούν επιλεκτικά στους υφάλους συμβάλλοντας στην κατακόρυφη ανάπτυξη τους. Οι ομοιότητες των δύο κόλπων στη στρωματογραφική διάρθρωση, στο βάθος όπου εντοπίζονται οι βαθύτερες επιφάνειες θαμμένων υφάλων, αλλά και σε σχέση με τα δεδομένα χρονολόγησης και τους μεταβαλλόμενους ρυθμούς ιζηματογένεσης, φαίνεται να σχετίζονται με τις κλιματικές μεταβολές που αναφέρονται για την ανατολική Μεσόγειο και το Αιγαίο στα 8.2 ka και μεταξύ 4.3 και 3.8 ka, οι οποίες προκάλεσαν περιβαλλοντικές διαταραχές που επηρέασαν την ανάπτυξη των υφάλων στους δύο κόλπους οδηγώντας τους σε μερική παρακμή. Επιπλέον, δεδομένα από τον κόλπο Γέρας φανερώνουν ότι η αύξηση του ρυθμού ιζηματογένεσης μετά τα ~3.5 ka BP προκάλεσε τοπικά τη διακοπή της κατακόρυφης εξέλιξης και τη σταδιακή ταφή των υφάλων.Δεδομένης της πολυπλοκότητας στην αποκωδικοποίηση των διεργασιών που αφορούν στη δημιουργία, εξέλιξη/μορφολογία και παρακμή των υφάλων, είναι φανερό ότι απαιτείται μια σειρά επιπρόσθετων ερευνών ώστε να μελετηθούν και να ιεραρχηθούν οι παράμετροι που ελέγχουν τις παραπάνω διεργασίες σε αλληλεπίδραση με τη δυναμική του περιβάλλοντος.