Marine geoarchaeological survey in the Vathy bay of Astypalea island, South Aegean Sea

Abstract

Coastal restricted basins serve as invaluable repositories of information concerning global sea level changes and regional climate shifts, offering crucial insights into paleogeographic, paleoenvironmental and paleoclimatic conditions. This study employs a multi-faceted approach, integrating geophysical, visual, sedimentological, and geochemical data, to meticulously reconstruct the paleogeography, paleoenvironment, and paleoclimate of Vathy bay, in the South Aegean Sea. Examining a submerged archaeological site near cape Elliniko, the study utilizes dense radiocarbon analyses, providing accurate dating of ancient constructions and human activities. The research delineates three major environmental stages during the Holocene, identified as seismic facies (SF1-3) and lithological units (LU I-III). These stages highlight the basin's gradual transition from isolated to shallow marine conditions over the last 9.1 thousand years. Notably, the study pinpoints the onset of marine influence around 7.3 thousand years ago, coinciding with a global mean sea level of approximately -8 meters. Analysis further reveals arid periods between 7.3–6 and 4.1 thousand years ago, leading to Sr-rich carbonate precipitation in the basin and a general trend of aridification. Conversely, wetter conditions prevailed during the intervals of 9.1–7.3 and 6–5.4 thousand years ago. Additionally, geochemical proxies, particularly ASTC1 records, provide high-resolution climate reconstructions for the last 8.7 thousand years, aligning with aridity cycles identified in various Northern Hemisphere records. These findings demonstrate a correlation between mid-Holocene aridity events and the southern migration of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ), followed by a retreat of monsoonal rains by the end of the African Humid Period (AHP). Short-term fluctuations in Ti/Al and Zr/Si ratios indicate transient cycles of enhanced terrigenous supply, correlating with Holocene "Rapid Climate Change" events (RCCs). Importantly, the study's spectral analysis identifies cyclical patterns of dry/cold climatic conditions with periodicities at 2500, 1200, and 525 years, corresponding with Hallstatt and Bond cycles, reflecting drier conditions and heightened dust input. The marine geoarchaeological research unveils submerged ancient structures, including linear constructions, conical rubble structures, and submerged walls, indicating potential harbor installations and navigational landmarks. These findings underline the intricate relationship between sea level changes, climate variability, sedimentation, and human activities, emphasizing the interconnectedness of climate systems across different regions and time scales. This study not only sheds light on the complex Holocene climate dynamics in the Eastern Mediterranean but also elucidates early human interactions with the coastal environment, providing crucial historical context for the region.

Οι παράκτιες περιοχές τείνουν να προσελκύουν ένα σημαντικά υψηλό ποσοστό του ανθρώπινου πληθυσμού, λόγω της διαθεσιμότητας καλύτερων κλιματικών συνθηκών και φυσικών πόρων, γεγονός που τις έχει καταστήσει σημαντικές γέφυρες μετανάστευσης του ανθρώπου στην πάροδο του χρόνου. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι περιοχες αυτές μεταβλήθηκαν κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου μπορεί να επιτευχθεί μέσω της ανάπλασης της παλαιογεωγραφικής, παλαιοπεριβαλλοντικής και παλαιοκλιματικής τους εξέλιξης, προσφέροντας πολύτιμη γνώση όσον αφορά στις αλληλεπιδράσεις ανθρώπου-περιβάλλοντος και στους αρχαίους ανθρώπινους πολιτισμούς και μεταναστεύσεις. Πιο συγκεκριμένα, οι παράκτιες περιορισμένες ή ημίκλειστες ιζηματογενεις λεκάνες εξαιτίας της γεωμορφολογίας τους αποτελούν εξαιρετικές παγίδες ιζημάτων που δύνανται να αρχειοθετήσουν και να διατηρήσουν περιβαλλοντικες και κλιματικες πληροφορίες. Σε αυτή την κατεύθυνση, η παρούσα διδακτορική έρευνα χρησιμοποιεί μια πολύπλευρη προσέγγιση, ενσωματώνοντας θαλάσσια γεωφυσικά, οπτικά, ιζηματολογικά και γεωχημικά δεδομένα, για να παραχθεί μία υψηλής ακρίβειας αναπαράσταση της παλαιογεωγραφίας, του παλαιοπεριβάλλοντος και του παλαιοκλίματος ενός ημίκλειστου παράκτιου περιβάλλοντος, του κόλπου Βαθύ Αστυπάλαιας, στο Νότιο Αιγαίο, στην περιοχή της ανατολικής Μεσογείου. Η θέση στην οποία εφαρμόστηκε η έρευνα αποτελεί μια θέση υψηλής αρχαιολογικής σημασίας όπως έχει αποδειχθεί από μία σειρά εντατικών αρχαιολογικών ανασκαφών (2011 έως σήμερα) από την Αρχαιολογική Εταιρεία Αθηνών και το Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, αποκαλύπτοντας ίχνη αρχαίων οικισμών στο δυτικό τμήμα του κόλπου (ακρωτήριο Ελληνικό), συμπεριλαμβανομένων θραυσμάτων κεραμικής και τεχνουργημάτων, βραχογραφιών και βρεφικών εγχυτρισμών που χρονολογούνται στα 5 χιλιάδες χρόνια πριν από σήμερα. Η εξέταση του υποθαλάσσιου τοπίου με θαλάσσιες μεθόδους γεωφυσικής διασκόπησης που εφαρμόστηκαν από το Oceanus Lab του Πανεπιστημίου Πατρών, σε συνδιασμό με ένα πυκνό δίκτυο χρονολογήσεων ραδιενεργού άνθρακα σε δείγματα του πυρήνα ιζήματος που ανακτήθηκε από τον κόλπο (ASTC1), κατέστησε εφικτό τον εντοπισμό, στο χώρο και στο χρόνο, καταβυθισμένων αρχαίων κατασκευών ή/και μαρτυριών ανθρώπινης δραστηριότητας. Τόσο τα γεωφυσικά (σεισμικά προφίλ) όσο και τα ιζηματολογικά, παλαιοντολογικά και γεωχημικά δεδομένα του θαλάσσιου πυρήνα ιζήματος ASTC1, έδειξαν τρία κύρια περιβαλλοντικά στάδια κατά τη διάρκεια του Ολόκαινου, τα οποία προσδιορίζονται ως σεισμικές (SF1-3) και λιθολογικές ενότητες (LU I-III). Αυτά τα στάδια υπογραμμίζουν τη σταδιακή μετάβαση της λεκάνης από απομονωμένες σε ρηχές θαλάσσιες συνθήκες τα τελευταία 9,1 χιλιάδες χρόνια. Συγκεκριμένα, η μελέτη επισημαίνει την έναρξη της θαλάσσιας επιρροής πριν από περίπου 7,3 χιλιάδες χρόνια, όταν η μέση παγκόσμια στάθμη της θάλασσας ήταν περίπου 8 μέτρα κάτω από τη σημερινή. Η συνολική ανάλυση αποκαλύπτει υποπεριόδους αυξημένης ξηρασίας μεταξύ των 7,3-6 χιλάδων ετών πριν από σήμερα και μία γενική τάση προς ξηρότερες συνθήκες τα τελευταία 4,1 χιλιάδες χρόνια, που αντικατοπτρίζεται και στα πλούσια σε στρόντιο (Sr) ανθρακικά ιζήματα του κόλπου. Αντίθετα, πιο υγρές συνθήκες επικράτησαν κατά τα διαστήματα 9,1–7,3 και 6–5,4 χιλιάδες χρόνια πριν από σήμερα. Πιο συγκεκριμένα, οι γεωχημικοί λόγοι του πυρήνα θαλάσσιων ιζημάτων ASTC1, συνέβαλαν στην υψηλής ακρίβειας ανάπλαση των περιβαλλοντικών και κλιματικών συνθηκών της περιοχής τα τελευταία 9,1 χιλιάδες χρόνια, και φάνηκε ότι ταυτίζονται με κύκλους ξηρασίας που έχουν εντοπιστεί σε διάφορα παλαιοκλιματικά αρχεία του Βορείου Ημισφαιρίου, οι οποίοι συμπίπτουν με τις κύριες αρχαιολογικές περιόδους στην Ελλάδα. Έτσι, έγινε εφικτός ο προσδιορισμός των περιβαλλοντικών και κλιματικών συνθηκών των περιόδων αυτών, υποδεικνύοντας συνθήκες αυξημένης ξηρασίας για την Πρώιμη (πριν από 5-3,9 χιλιάδες χρόνια) και την Ύστερη Εποχή του Χαλκού (πριν από 3,5-3 χιλιάδες χρόνια), τους Ελληνικούς Σκοτεινούς Αιώνες (πριν από 3-2,6 χιλιάδες χρόνια), τη Ρωμαϊκή περίοδο (πριν από 2-1,6 χιλιάδες χρόνια) και τη Μικρή Εποχή των Παγετώνων (0,65-0,15 χιλιάδες χρόνια πριν). Αντίθετα, πιο υγρές συνθήκες επικρατούσαν κατά την Ύστερη Νεολιθική περίοδο (~9-5 χιλιάδες χρόνια πριν), την Κλασική περίοδο (2,4-2,3 χιλιάδες χρόνια πριν), τη Μεσαιωνική περίοδο (1,1-0,7 χιλιάδες χρόνια πριν), και εντος της Μικρής Εποχής των Παγετώνων (500 χρόνια πριν). Τα ευρήματα της διατριβής καταδεικνύουν μια εξαρτώμενη σχέση των ξηρών γεγονότων του Ολοκαίνου από τη νότια μετανάστευση της Ενδοτροπικής Ζώνης Σύγκλισης (ITCZ) και την υποχώρηση των μουσώνων μέχρι το τέλος της Αφρικανικής Υγρής Περιόδου (AHP). Οι μικρής διάρκειας διακυμάνσεις των γεωχημικών λόγων Ti/Al και Zr/Si που χρησιμοποιήθηκαν, υποδεικνύουν την ύπαρξη περιοδικής ενίσχυσης της αιολικής δραστηριότητας και ξηρασίας, που συμπίπτουν χρονικά με τα γεγονότα ταχείας κλιματικής αλλαγής του Ολόκαινου (RCCs). Αυτό το κυκλικό μοτίβο επανάληψης ψυχρότερων και ξηρότερων συνθηκών εντοπίζεται στον πυρήνα ιζήματος ASTC1 κάθε 2500, 1200 και 525 χρόνια και αντιστοιχεί στους γνωστούς από τη βιβλιογραφία κλιματικούς κύκλους Hallstatt και Bond, οι οποίοι επίσης εντοπίζουν ξηρότερες συνθήκες και αυξημένη αιολική δραστηριότητα. Η θαλάσσια γεωαρχαιολογική μελέτη, από την άλλη, αποκάλυψε καταβυθισμένες αρχαίες κατασκευές, όπως κατασκευές γραμμικής διάταξης, κωνικές δομές και καταβυθισμένα τείχη, οι οποίες αποτελούν πιθανές λιμενικες εγκαταστασεις και ορόσημα ναυσιπλοΐας. Η εξέλιξη της περιοχής έρευνας από ένα απομονωμένο σύστημα σε ένα υφάλμυρο και ύστερα παράκτιο περιβάλλον φαίνεται να συντέλεσε στην παροχή σταθερών συνθηκών που ευνόησαν την ανθρώπινη εγκατάσταση. Η συσχέτιση και η ανάλυση των διαφορετικών δεδομένων μαζί με το υψηλής ακρίβειας μοντέλο χρονολόγησης των ιζημάτων τη περιοχής, αποκάλυψε πιθανή ανθρώπινη παρέμβαση στο κόλπο Βαθύ περί τα 6,5 χιλιάδες έτη πριν από σήμερα, νωρίτερα από την περίοδο που έχουν υποδείξει τα χερσαία αρχαιολογικά δεδομένα. Εκείνη την περίοδο οι εδείξεις λιμενικών εγκαταστάσεων, όπως τείχη οριοθέτησης λιμένα, υποδεικνύουν πρώιμη ανθρώπινη παρέμβαση και ύπαρξη θαλάσσιων ναυτικών δρόμων. Άλλα ευρήματα στο νησί της Αστυπάλαιας υποδεικνύουν ανθρώπινη παρουσία κατά τη Μεσολιθική περίοδο περί τα 11 χιλιάδες έτη πριν από σήμερα αποτελώντας μία από τις παλαιότερες μαρτυρίες ανθρώπινης παρουσίας στο Αιγαίο αλλά και τον ελληνικό χώρο, ενισχύοντας το σενάριο πρώιμης κατοίκησης του Βαθιού Αστυπάλαιας, γεγονός που χρήζει ιδιαίτερου ενδιαφέροντος και περεταίρω διερεύνησης. Όλα τα ευρήματα που αποκάλυψε αυτή η Διδακτορική Διατριβή υπογραμμίζουν τη σύνθετη σχέση μεταξύ αλλαγών της παγκόσμιας στάθμης της θάλασσας, της κλιματικής διακύμανσης, της ιζηματογένεσης και της ανθρώπινης δραστηριότητας, δίνοντας έμφαση στην αλληλεπίδραση και αλληλοσύνδεση των κλιματικών συστημάτων μεταξύ διαφορετικών περιοχών και χρονικών περιόδων.