Η γεωλογία του ποτάμιου συστήματος της Νέδα και η διαχείρισή του

Abstract

The present doctoral thesis concerns modern sedimentation in the river Neda low field and its deltaic field evolution in the Holocene. In addition, in the context of river management, the thesis implements a geochemical survey of the river’s surface waters and a survey of the deltaic coastline’s erosion. The study of modern sediments focuses on the clastic histological properties of the surface sediments of the river bed in its low field. In particular, all three cobble axes of the surface current deposits were measured, at selected sampling stations. Moreover, lithology, grain size, sphericity, roundness, and shape were examined. The quantitative results of the study of the above structural characters were subjected to statistical processing to determine their random changes along the river bed. In particular, limestone cobbles are the most abundant lithology relative to sandstone and chert cobbles. In contrast, lateral contamination and the relationship of fluvial channel width to barrier width determine the quantitative variation of the three lithologies along the river bed. Variations in the "chert ratio" from sampling point to point are due to a shape-selective arrangement. The changes in the average value of the Mean Size (Mz) of the three lithologies along the bed are due to lateral flood action, differential transport, or selective transport. Sandstone cobbles show higher rounding values than limestone, showing a better degree of roundness than chert cobbles. Variations in Mean Roundness along the bed are due to lateral contamination. The chert cobbles have the highest mean sphericity value compared to the other two lithologies. In contrast, there is no change in the mean sphericity value both due to lateral contamination and the absence of any significant change in sphericity because of fluvial transport. Discoidal and spheroidal cobbles predominate over cylindrical and flattened cobbles due to their feeding sources and sedimentary structures. Quantitative changes in the proportions of shape classes from sampling point to point caused by lateral contamination, are absent from overlaying shape-selective sorting. The evolution of the deltaic field of the river Neda during the Holocene concerns the identification of the environments and sub-environments of sedimentation, the description of lithofacies concentrations (facies association) as well as the individual lithofacies that compose them and their distribution in space and time in Holocene Era. The presence of a fluvial environment was ascertained using scatterplots of Sorting Degree/Mean Size and the CM-pattern in combination with the percentage of silt fraction. This fluvial environment involves a network-type distributary channel and its floodplain environment, which together constitute the deltaic river field. Gravel barriers structure the distributary channel while the floodplain shows a series of depositional sites based on the respective location of the active distributary channel, which is: a. the proximal floodplain deposits of a sandy and gravelly character. b. the depositional sites of the intermediate flood plain (mid-floodplain or medial overbank deposits) of a silty character and c. the distal floodplain or flood-basin deposits of a clayey character. In addition, based on the granulometric statistical parameters and the absence of silt and clay, a sandy coastal environment in the form of a beach ridge was recognized. The presence of carbonate material in the analyzed sediments is positively related to the coarse-grained fraction showing clastic genesis. In contrast, the organic material is positively associated with the fine-grained fraction as having a similar hydraulic character. The Neda River delta is classified as deflected wave-influenced delta with insufficient fine-grained material. Therefore, the evolution of the delta in the Holocene is associated with a group of parallel coastal ridges (beach ridges). In addition, this evolution is accompanied by four lateral migrations, two of which occur gradually, producing a sequence with decreasing grain size upwards in the surrounding area of the floodplain. The existing differential subsidence between the northern and southern parts of the Neda trench and the southward turn of the trench drive the evolution of the delta in the Holocene, which starts earlier than 8.000 BP from the north-facing paleo-groove at the location of the NEΓ borehole. This paleo-groove seems to correspond to an ancient valley that crossed the present continental shelf and escarpment. The deltaic lobe appeared to date from the mid-Holocene (8ka-6ka) and was never intersected by the mid-Holocene inundation. During the last millennium, an increased deposition rate has been observed in the deltaic field, probably due to climate changes and anthropogenic interventions. However, the increased erosion rate due to anthropogenic intervention is observed in the current coastline. It has receded since the year 1945 to its current position with a maximum withdrawal of 60 m in its most prominent part. The monitoring of physicochemical parameters of the surface waters of the Neda River, in the period 2005-2008, showed that their temperature is favorable for aquatic organisms. PH, conductivity, and total dissolved solids measurements indicate an absence of pollution and a high-purity water body, while surface running waters have low salinity. Determination of nutrient salts shows that nitrogen pollution has affected the Neda River surface water body and at the same time was burdened with phosphate pollutants occasionally. Ammonium and nitrite salts in these waters have a low presence. The determined values of calcium, magnesium, and sodium ions are as expected due to the low degree of solubility of the solid limestone rocks constituting the Neda River basin. Except for an extreme value of sodium which may be due to the proximity of the Estuary station (Θ8) to the marine body of water. In addition, the concentration of bicarbonate ions is determined as expected and reflects a typical carbonate type of water for the same reason. Sulfate ions seem to have a low presence which is more likely due to geogenic reasons and less to the use of sulfate fertilizers. Conversely, potassium ion values indicate a possible use of potassium fertilizers, since siliceous clay rocks are absent in the watershed.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αφορά τη σύγχρονη ιζηματογένεση στο χαμηλό πεδίο του ποταμού Νέδα και την εξέλιξη του δελταϊκού πεδίου του στο Ολόκαινο. Στα πλαίσια της ποτάμιας διαχείρισης, η διατριβή υλοποιεί μια γεωχημική έρευνα των επιφανειακών υδάτων του ποταμού καθώς και μια έρευνα για τη διάβρωση της δελταϊκής ακτογραμμής. H μελέτη των σύγχρονων ιζημάτων επικεντρώνεται στις κλαστικές ιστολογικές ιδιότητες των επιφανειακών ιζηµάτων της κοίτης του ποταµού στο χαμηλό πεδίο του. Ειδικότερα, στις επιφανειακές σύγχρονες αποθέσεις μετρήθηκαν και οι τρεις άξονες των κροκαλών σε επιλεγμένους σταθμούς δειγματοληψίας και εξετάστηκαν η λιθολογία, το κοκκοµετρικό µέγεθος, η σφαιρικότητα, η στρογγύλωση και το σχήμα. Τα ποσοτικά αποτελέσµατα της μελέτης των παραπάνω ιστολογικών χαρακτήρων υπέστησαν στατιστική επεξεργασία προς διαπίστωση τυχών αλλαγών τους κατά µήκος της ποτάμιας κοίτης. Ειδικότερα, οι ασβεστολιθικές κροκάλες είναι η πλέον άφθονη λιθολογία σε σχέση προς τις ψαμμιτικές και τις κερατολιθικές κροκάλες, ενώ η ποσοτική μεταβολή των τριών λιθολογιών κατά μήκος της κοίτης καθορίζεται από τις πλευρικές μολύνσεις και τη σχέση του εύρους της ενεργής ποτάμιας αύλακας με το εύρος του φραγμού. Οι διακυμάνσεις στην «αναλογία κερατολίθων» (chert ratio) από θέση σε θέση δειγματοληψίας οφείλονται σε μια ταξιθέτηση κατά το σχήμα (shape- selective). Οι μεταβολές στη μέση τιμή του αριθμητικού μέσου (Mz) των τριών λιθολογιών κατά μήκος της κοίτης οφείλονται είτε στην παράπλευρη χειμαρρώδη δράση, είτε σε διαφορική μεταφορά (differential transport), είτε σε επιλεκτική μεταφορά (selective transport). Οι ψαμμιτικές κροκάλες δείχνουν υψηλότερες τιμές στρογγύλωσης σε σχέση με τις ασβεστολιθικές, οι οποίες με τη σειρά τους δείχνουν καλύτερο βαθμό στρογγύλωσης από τις κερατολιθικές κροκάλες. Οι μεταβολές στη μέση τιμή της στρογγύλωσης κατά μήκος της κοίτης οφείλονται σε πλευρική μόλυνση. Οι κερατολιθικές κροκάλες κατέχουν την υψηλότερη μέση τιμή της σφαιρικότητας σε σχέση με τις δύο άλλες λιθολογίες, ενώ απουσιάζουν οι μεταβολές στη μέση τιμή της σφαιρικότητας, εξαιτίας των πλευρικών μολύνσεων και της απουσίας κάποιας σημαντικής μεταβολής της σφαιρικότητας λόγω της ποτάμιας μεταφοράς. Οι δισκοειδείς και οι σφαιροειδείς στο σχήμα κροκάλες κυριαρχούν σε σχέση με τις κυλινδρικές και τις πεπλατυσμένες κροκάλες, εξαιτίας των πηγών τροφοδοσίας και των ιζηματολογικών δομών τους. Απουσιάζουν οι ποσοτικές μεταβολές στις αναλογίες των κλάσεων του σχήματος από σταθμό σε σταθμό δειγματοληψίας, οι οποίες προκαλούνται από πλευρική μόλυνση, που φαίνεται να επικαλύπτει την ταξιθέτηση με βάση το σχήμα (shape- selective). Η εξέλιξη του δελταϊκού πεδίου του ποταμού Νέδα στο Ολόκαινο αφορά την αναγνώριση των περιβαλλόντων και υποπεριβαλλόντων ιζηματογένεσης, την περιγραφή των συγκεντρώσεων λιθοφάσεων (facies association) και των επιμέρους λιθοφάσεων (lithofacies) που τις συγκροτούν και την χωροχρονική κατανομή τους στην Ολοκαινική εποχή. Με τη χρήση γραφημάτων διασποράς Βαθμού Ταξιθέτησης/ Αριθμητικού Μέσου και του CM pattern σε συνδυασμό με το εκατοστιαίο ποσοστό (%) του κλάσματος της ιλύος διαπιστώθηκε η παρουσία ενός ποτάμιου περιβάλλοντος. Το ποτάμιο αυτό περιβάλλον αφορά ένα κανάλι διανομής δικτυωτού τύπου και το περιβάλλον του πεδίου πλημμυρών του που συγκροτούν μαζί το δελταϊκό πεδίο του ποταμού. Το κανάλι διανομής δομείται από χαλικούχους φραγμούς, ενώ το πλημμυρικό πεδίο δείχνει μία σειρά θέσεων απόθεσης με βάση την εκάστοτε θέση της ενεργής αύλακας διανομής που είναι α. οι εγγύς θέσεις απόθεσης του πλημμυρικού πεδίου (proximal floodplain deposits) με αμμούχο και χαλικούχο χαρακτήρα. β. οι θέσεις απόθεσης του ενδιάμεσου πλημμυρικού πεδίου (mid-flood plain or medial overbank deposits) με πηλούχο χαρακτήρα και γ. οι απομακρυσμένες θέσεις απόθεσης ή αποθέσεις λεκάνης πλημμυρών (distal floodplain or flood-basin deposits) με αργιλούχο χαρακτήρα. Επιπλέον, με βάση τις κοκκομετρικές στατιστικές παραμέτρους και την απουσία -πρακτικά- πηλού και αργίλου αναγνωρίστηκε και η παρουσία ενός αμμούχου παράκτιου περιβάλλοντος μορφής αμμούχου ράχεως. Η παρουσία ανθρακικού υλικού στα αναλυθέντα ιζήματα σχετίζεται θετικά με το χονδρόκκοκο κλάσμα δείχνοντας κλαστική γένεση, ενώ το οργανικό υλικό σχετίζεται θετικά με το λεπτόκοκκο κλάσμα εξαιτίας του όμοιου υδραυλικού χαρακτήρα τους. Το Δέλτα του ποταμού Νέδα ταξινομείται ως κυματικής κυριαρχίας πλάγιο (εκτρεπόμενο) Δέλτα με ανεπαρκή παρουσία λεπτόκοκκου υλικού και συνεπώς η εξέλιξή του στο Ολόκαινο συνδέεται με την παρουσία ομάδας παράκτιων παραλλήλων ράχεων (beach ridges). Επιπλέον, η εξέλιξη αυτή συνοδεύεται από τέσσερεις πλευρικές μεταναστεύσεις (lateral migration), από τις οποίες οι δύο γίνονται κατά τρόπο βαθμιαίο, παράγοντας αντίστοιχα μία ακολουθία με μειούμενο προς τα πάνω το κοκκομετρικό μέγεθος στο χώρο του περιβάλλοντος του πλημμυρικού πεδίου. Η υπάρχουσα διαφορική καθίζηση μεταξύ του βόρειου και νότιου τμήματος της τάφρου της Νέδας και η στροφή της προς το νότο καθοδηγούν την εξέλιξη του Δέλτα στο Ολόκαινο, η οποία ξεκινά νωρίτερα του 8.000 BP από τη βόρεια ευρισκόμενη παλαιοαύλακα στη θέση της γεώτρησης ΝΕΓ και η οποία φαίνεται να αντιστοιχείται σε παλαιοκοιλάδα που διέσχιζε την σημερινή υφαλοκρηπίδα και κατωφέρεια. Ο δελταϊκός λοβός φαίνεται να χρονολογείται από το μέσο Ολόκαινο (8ka-6ka) και ουδέποτε διασταυρώθηκε με την επίκλυση του μέσου Ολοκαίνου. Στη διάρκεια της προηγούμενης χιλιετηρίδας παρατηρείται αυξημένος ρυθμός απόθεσης στο δελταϊκό πεδίο που οφείλεται πιθανά σε κλιματικές αλλαγές και ανθρωπογενείς παρεμβάσεις. Ο αυξημένος ρυθμός διάβρωσης εξαιτίας ανθρωπογενούς παρεμβάσεως παρατηρείται στη σύγχρονη ακτογραμμή, η οποία έχει υποχωρήσει από το 1945 στην σημερινή θέση της με μία μέγιστη απόσυρση της τάξεως των 60 m στο μεγαλύτερο τμήμα της. Η παρακολούθηση των φυσικοχημικών παραμέτρων των επιφανειακών νερών του ποταμού Νέδα στο χρονικό διάστημα 2005-2008, έδειξε ότι η θερμοκρασία τους είναι ευνοϊκή για τους υδρόβιους οργανισμούς και οι τιμές της ενεργής οξύτητας (PH), της ηλεκτρικής αγωγιμότητας (Cond) και των ολικών διαλυμένων στερεών (TDS) υποδηλώνουν απουσία ρύπανσης και υψηλή καθαρότητα των νερών , ενώ τα ίδια τα νερά παραμένουν γλυκά με χαμηλές τιμές αλατότητας. Οι αναλύσεις των θρεπτικών αλάτων δείχνουν ότι τα επιφανειακά νερά του ποταμού της Νέδας έχουν υποστεί νιτρορύπανση και ευκαιριακά επιβάρυνση φωσφορικών ρύπων στο ίδιο χρονικό διάστημα. Τα αμμωνιακά και τα νιτρώδη άλατα στα νερά αυτά έχουν χαμηλή παρουσία.Tα συμπαγή ασβεστολιθικά πετρώματα της λεκάνης απορροής του ποταμού Νέδα, εξαιτίας της μικρού βαθμού διαλυτότητάς τους, αιτιολογούν τις τιμές των ιόντων ασβεστίου, μαγνησίου και νατρίου που βρέθηκαν να είναι οι αναμενόμενες, εκτός από μια ακραία τιμή του νατρίου που ίσως οφείλεται στη γειτνίαση του σταθμού Εκβολές (Θ8) με το θαλάσσιο σώμα νερού. Επιπλέον, για τον ίδιο λόγο και η συγκέντρωση των όξινων ανθρακικών ιόντων που προσδιορίστηκε είναι η αναμενόμενη και αντανακλά ένα τυπικό ανθρακικό τύπο νερού. Τα θειικά ιόντα φαίνεται να έχουν χαμηλή παρουσία που πιθανόν οφείλεται περισσότερο σε γεωγενείς λόγους και λιγότερο στη χρήση θειικών λιπασμάτων. Αντιθέτως, οι τιμές ιόντων καλίου δείχνουν πιθανή χρήση καλιούχων λιπασμάτων, αφού απουσιάζουν τα αργιλοπυριτικά πετρώματα στη λεκάνη απορροής.