Tectonic geomorphology and palaeoenvironments of north Peloponnese, Greece: the Pheneos polje case study

Abstract

This thesis project involves the study of the Pheneos palaeolake in north Peloponnese, Greece, which has been recorded in historical archives. The main scope of the thesis is to investigate the step-like scarps on the south margins of Pheneos polje believed to be the relict shorelines of the palaeolake. Moreover, the palaeoenvironmental conditions that prevailed in the palaeolake were also investigated, as well as the possible role that tectonics played in the formation of the basin and the evolution of the palaeolake. High resolution orthophotos and Digital Surface Models from the study area were examined to locate and map the step-like scarps on the south margins of Pheneos polje and to investigate the possible role of tectonics. Sixty-eight sediment samples were collected and analyzed from Pheneos palaeolake for micropalaeontological analysis. The samples were mostly collected from the south margins that correspond to the palaeoshorelines of the lake and from natural sections across a natural stream that runs across the polje. Charophytes and ostracods were used for the palaeoenvironmental interpretation of Pheneos palaeolake. To place our material in a chronological frame the Amino Acid Racemization (AAR) dating method was employed on opercula of Bithynia. The main findings of the present thesis show that the step-like scarps on the margins of the polje are alterations of coarse-grained gravels and fine grained material rich in gravels deposited in lacustrine palaeoshorelines. It seems that at least four different palaeoshorelines have prevailed in Pheneos polje and left their micropalaeontological and geomorphological traces during the different fluctuation levels of the palaeolake. The AAR dating results point to a mid-late Holocene age for the herein studied material. The micropalaeontological results illustrate for the first time the presence of five charophyte and ten ostracod taxa from Pheneos palaeolake. Moreover, the micropalaeontological results support that significant changes regarding the trophic status, temperature, and hydrodynamics of Pheneos lake took place during the mid-late Holocene. Based on the ecological requirements of the living charophyte and ostracod species, up to three limnological conditions were distinguished: 1) stable and permanent lake with cold and oligotrophic waters dominated by Nitellopsis obtusa, Candona neglecta, and Ilyocypris inermis which prevailed in the first and second palaeoshorelines and have been dated as the most recent 2) meso-eutrophic lake with warmer waters dominated by Chara vulgaris and Chara sp. and which are hosted in palaeoshorelines 3 and 4 and which consist the oldest limnological state 3) ephemeral lake with an annual cycle rich in Sphaerochara prolifera which prevailed at approximately 710 m altitude. The geomorphological evidence suggests that orthophoto maps and digital surface models of 4 cm spatial resolution are excellent for detecting and mapping palaeoshorelines. Finally, tectonics seem to have played an important role in the deepening of the polje and the formation of the palaeoshorelines.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αφορά στη μελέτη της παλαιο-λίμνης του Φενεού στην βόρεια Πελοπόννησο, Ελλάδα, η οποία είναι γνωστή από ιστορικά αρχεία. Ο κύριος σκοπός της διατριβής είναι η διερεύνηση των γεωμορφών που υπάρχουν στις νότιες πλαγιές της πόλγης του Φενεού, η δομή των οποίων μπορεί να παρομοιαστεί με σκαλοπάτια εδάφους οι οποίες θεωρούνται ότι αποτελούν τις παλαιο-ακτές της λίμνης. Επιπλέον, μελετήθηκαν οι παλαιο-περιβαλλοντικές συνθήκες που επικρατούσαν στην παλαιο-λίμνη καθώς και ο πιθανός ρόλος της τεκτονικής στην διαμόρφωση της λεκάνης και την εξέλιξη της παλαιο-λίμνης. Εξετάστηκαν υψηλής ανάλυσης ορθο-φωτοχάρτες και ψηφιακά μοντέλα εδάφους της περιοχής μελέτης για τον εντοπισμό και την χαρτογράφηση των μορφών που επικρατούν στα νότια περιθώρια της πόλγης του Φενεού, καθώς και για τον τρόπο που πιθανώς η τεκτονική επηρεάζει την περιοχή. Εξήντα-οχτώ δείγματα ιζήματος από την παλαιο-λίμνη του Φενεού για μικροπαλαιοντολογική ανάλυση συλλέχθηκαν και μελετήθηκαν. Τα δείγματα συλλέχθηκαν κυρίως από τα νότια περιθώρια της πόλγης που αντιστοιχούν στις παλαιο-ακτές της λίμνης καθώς και από φυσικές τομές που έχουν σχηματιστεί κατά μήκος ρεμάτων που διασχίζουν την πόλγη. Χαρόφυτα και οστρακώδη χρησιμοποιήθηκαν για την παλαιο-περιβαλλοντική ερμηνεία της παλαιο-λίμνης του Φενεού. Για την ένταξη του υλικού που μελετήθηκε σε ένα χρονολογικό πλαίσιο χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της ρακεμοποίησης αμινοξέων σε πώματα γαστερόποδων του γένους Bithynia. Τα κύρια ευρήματα της παρούσας διατριβής δείχνουν ότι οι γεωμορφές στις νότιες παρυφές που περιβάλουν την πόλγη αποτελούνται από πολύ αδρομερή ασύνδετα κλαστικά υλικά στα οποία παρεμβάλλονται αμμούχα και πηλούχα υλικά που περιέχουν σε μεγάλο ποσοστό επίσης αδρομερή ασύνδετα κλαστικά υλικά που αποτέθηκαν κατά μήκος λιμναίων ακτογραμμών. Φαίνεται ότι τουλάχιστον τέσσερις διαφορετικές παλαιο-ακτές επικράτησαν στην πόλγη του Φενεού και άφησαν το μικροπαλαιοντολογικό και γεωμορφολογικό αποτύπωμά τους κατά τις διαφορετικές διακυμάνσεις της στάθμης της παλαιο-λίμνης. Τα αποτελέσματα από την ρακεμοποίηση των αμινοξέων στα πώματα των Bithynia υποδεικνύουν ηλικία αντίστοιχη με το μέσο-ανώτερο Ολόκαινο. Με βάση τα μικροπαλαιοντολογικά ευρήματα καταγράφηκαν από τις αποθέσεις της παλαιο-λίμνης του Φενεού για πρώτη φορά πέντε τάξα από χαρόφυτα και δέκα από οστρακώδη. Επιπλέον, τα μικροπαλαιοντολογικά ευρήματα υποδεικνύουν σημαντικές αλλαγές σχετικά με την διαθεσιμότητα τροφής, την θερμοκρασία και το υδροδυναμικό καθεστώς της λίμνης του Φενεού κατά το μέσο-ανώτερο Ολόκαινο. Με βάση τις οικολογικές προτιμήσεις των αντίστοιχων αρτίγονων χαρόφυτων και οστρακωδών εντοπίστηκαν έως και τρεις διαφορετικές συνθήκες λιμναίων περιβαλλόντων: 1) σταθερή και μόνιμη λίμνη με κρύα και ολιγοτροφικά νερά με αντιπροσωπευτικά τάξα τα Nitellopsis obtusa και Ilyocypris inermis στις δύο κατώτερες παλαιο-στάθμες, οι οποίες αποτελούν και την πιο πρόσφατη απόθεση 2) μεσο-ευτροφική λίμνη με πιο θερμά νερά και αντιπροσωπευτικά τάξα τα Chara vulgaris και Chara sp. που χαρακτηρίζουν τις δύο ανώτερες παλαιο-στάθμες και αποτελούν τις παλαιότερες αποθέσεις της λίμνης 3) εφήμερη λίμνη με ετήσιο χαρακτήρα πλούσια σε Sphaerochara prolifera, η οποία αναπτύχθηκε σε υψόμετρο περίπου 710 μέτρων. Η γεωμορφολογική ανάλυση δείχνει ότι ορθο-φωτοχάρτες και ψηφιακά μοντέλα εδάφους με υψηλή ανάλυση, 4 cm, είναι ιδανικά για τον εντοπισμό και την χαρτογράφηση παλαιοακτών. Τέλος, η τεκτονική φαίνεται πως παίζει σημαντικό ρόλο προκαλώντας τη βύθιση της πόλγης, ευνοώντας τον σχηματισμό των παλαιοακτών στις νότιες πλαγιές της.