Ιζηματολογικά και φυσικογεωγραφικά μοντέλα ανάπτυξης ολοκαινικών δελταϊκών ακολουθιών στην κοιλάδα του Σπερχειού ποταμού

Abstract

The present thesis deals with the study of the stratigraphic configuration and evolution of Sperchios River deltaic system during Holocene, aiming to determine the sedimentological and physical conditions under which it has been formed. Sperchios River Delta is located in central Greece and from geomorphological point of view is characterized as a bird foot delta, while it is classified as a typical river dominated delta. In order to fulfill the study, borehole data collected from the present-day Sperchios delta plain were used and managed in a geographical information system. Moreover, geomorphological analysis of the study area has been carried out and the Holocene delta of Sperchios was delineated, while its surface area and distinct morphological units were determined. In addition, evaluation of the accommodation space which was filled by Holocene sediments has been held. Various methods of sedimentological analysis were applied to samples extracted from boreholes, including grain size analysis, geochemical analysis and paleontological analysis as well as measurement of the magnetic parameters of sediments, in order to define the paleoenvironmental record of the deltaic sequence. Furthermore, radiocarbon dates on marine shells were conducted to determine the time span of the delta evolution. The data derived from the above analyses contributed to the establishment of the evolutionary stratigraphical (conceptual) model of Sperchios River Delta during Holocene. Also, an alternative approach in the interpretation of the delta evolution became possible by simulating the deltaic sequence of Sperchios using the numerical model Sedflux. The model predicted the architecture of the delta during Holocene while it helped in investigating the different factors which affected the formation and evolution of the delta. The spatial and temporal identification of both stratigraphical and numerical models of Sperchios River Delta led to conclusions concerning the paleoenvironmental conditions dominated the deposition of sediments and the paleogeographical evolution of the delta. The evolution of the area is directly linked to sediment supply and sea level fluctuation during Holocene and it is characterized by four main stages reflecting the gradual transition of the pre-Holocenic terrestrial environment to coastal and then to shallow marine environment. The transgression of the sea during Early Holocene reached the area of the present city of Lamia, while the low rate of sea level rise during Middle Holocene, resulted to the progradation of the delta and the formation of the present deltaic plain of Sperchios by fluvial and coastal processes.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται τη μελέτη της δελταϊκής ακολουθίας του Σπερχειού κατά το Ολόκαινο, με απώτερο στόχο τον προσδιορισμό των ιζηματολογικών και φυσικογεωγραφικών συνθηκών σχηματισμού της. Το δέλτα του Σπερχειού τοποθετείται γεωγραφικά στην κεντρική Ελλάδα και από μορφολογικής άποψης ανήκει στον τύπο πέλματος πτηνού, με πρωταρχικό παράγοντα διαμόρφωσης την ποτάμια δράση. Για την περάτωση της μελέτης χρησιμοποιήθηκαν πρωτογενή δεδομένα από γεωτρήσεις του δελταϊκού πεδίου του Σπερχειού, τα οποία επεξεργάστηκαν με τη βοήθεια γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε γεωμορφολογική ανάλυση της περιοχής και οριοθετήθηκε το ολοκαινικό δέλτα του Σπερχειού, ενώ καθορίστηκε η έκταση και οι μορφολογικές ενότητες που το χαρακτηρίζουν. Επίσης, εκτιμήθηκε ποσοτικά ο χώρος που ήταν διαθέσιμος για την απόθεση των ιζημάτων κατά το Ολόκαινο. Στο σύνολο των δειγμάτων που εξάχθηκαν από τις γεωτρήσεις εφαρμόστηκαν μέθοδοι ιζηματολογικής ανάλυσης, οι οποίες περιλάμβαναν τον προσδιορισμό της κοκκομετρίας, της γεωχημικής σύστασης, των μαγνητικών ιδιοτήτων και της παλαιοπανίδας των ιζημάτων, με σκοπό τον καθορισμό των επιμέρους παλαιοπεριβαλλόντων απόθεσης που δομούν τη δελταϊκή ακολουθία. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν ραδιοχρονολογήσεις σε θαλάσσια όστρακα για τον προσδιορισμό του χρονικού πλαισίου εξέλιξης του δέλτα. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων συνέθεσαν το στρωματογραφικό μοντέλο εξέλιξης της ολοκαινικής δελταϊκής ακολουθίας του Σπερχειού. Επίσης, στα πλαίσια τη διατριβής πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση του δέλτα του Σπερχειού κατά το Ολόκαινο με το μαθηματικό μοντέλο Sedflux, που παρείχε μία διαφορετική προσέγγιση στη μελέτη της δελταϊκής ακολουθίας. Η εφαρμογή του μοντέλου έδωσε μία εκτίμηση σχετικά με την αρχιτεκτονική δομή του δελταϊκού συστήματος, ενώ ταυτόχρονα διερευνήθηκαν οι επιμέρους παράγοντες που επηρέασαν το σχηματισμό και την εξέλιξη του. Η χωρική και χρονική ταύτιση των αποτελεσμάτων του στρωματογραφικού και μαθηματικού μοντέλου της Ολοκαινικής δελταϊκής ακολουθίας του Σπερχειού, οδήγησε στην εξαγωγή συμπερασμάτων όσον αφορά τις παλαιοπεριβαλλοντικές συνθήκες που επικρατούσαν στο χώρο απόθεσης των ιζημάτων, καθώς και την παλαιογεωγραφική εξέλιξη του δέλτα. Η εξελικτική πορεία της περιοχής συνδέεται άμεσα με το καθεστώς ιζηματομεταφοράς του ποταμού και την άνοδο της στάθμης της θάλασσας κατά το Ολόκαινο και χαρακτηρίζεται από τέσσερα κύρια στάδια, τα οποία αντανακλούν τη σταδιακή μετάβαση του παλαιοπεριβάλλοντος από το προ-επικλυσιγενές χερσαίο, στο παράκτιο και στη συνέχεια στο ρηχής θάλασσας περιβάλλον. Η ολοκαινική επίκλυση έφτασε μέχρι το ύψος της σημερινής πόλης της Λαμίας, ενώ η μείωση του ρυθμού ανόδου της στάθμης της θάλασσας κατά το Μέσο Ολόκαινο, οδήγησε στην προέλαση του δέλτα προς τα κατάντη τμήματα της κοιλάδας και στη μετέπειτα διαμόρφωση του σύγχρονου δελταϊκού πεδίου από τις ποτάμιες και παράκτιες διεργασίες.