Παλαιοκλιματολογικές έρευνες στο νότιο Αιγαίο Πέλαγος
Authors: Κοζάνογλου Αικατερίνη 
Published: September 2021

Το Αιγαίο Πέλαγος έχει αναδειχθεί σε σημαντική περιοχή της Μεσογείου για παλαιοκλιματικές μελέτες καθώς συνδυάζει γρήγορη απόκριση και ευαισθησία σε κλιματικές μεταβολές τόσο ευρείας κλίμακας όσο και τοπικής κλίμακας που καταγράφονται στα υδρολογικά χαρακτηριστικά και τελικά στο ιζηματολογικό αρχείο κάθε θαλάσσιας λεκάνης του. Η γεωγραφική θέση και το πολύπλοκο γεωμορφολογικό ανάγλυφο των ξεχωριστών θαλάσσιων λεκανών στο Αιγαίο, επηρρεάζει τα ποιοτικά χαρακτηριστικά και την κυκλοφορία των υδάτων καθε θαλάσσιας μάζας που φιλοξενούν οι διαφορετικές θαλάσσιες λεκάνες. Η παρούσα διατριβή συγκεντρώνει γεωχημικά και μικροπαλαιοντολογικά στοιχεία από ιζήματα μιας μικρής θαλάσσιας λεκάνης, της λεκάνης Τήλου-Σύμης, που βρίσκεται στο ΝΑ Αιγαίο. Η θέση και η γεωμορφολογία της λεκάνης Τήλου-Σύμης της προσδίδει χαρακτηριστικά ενός «φυσικού εργαστηρίου» και δίνει τη δυνατότητα διερεύνησης της επίδρασης κλιματικών γεγονότων προγενέστερων γεωλογικών περιόδων στις βιογεωχημικές παραμέτρους ενός σχετικά απομονωμένου, παράκτιου, μικρής έκτασης και μέτριου βάθους θαλάσσιου οικοσυστήματος. Η μελέτη εστιάζει κυρίως στην περίοδο του Ολόκαινου με επίκεντρο την απόθεση του πιο πρόσφατου σαπροπηλού και στηρίζεται σε πολύ υψηλή ανάλυση μικροπαλαιοντολογικών δεδομένων σε μεγάλο αριθμό δειγμάτων, σε συνδυασμό με αναλύσεις γεωχημικών παραμέτρων. Το ιζηματολογικό αρχείο προέρχεται από πυρήνα μήκους 381 cm, στον οποίο τα στρώματα του σαπροπηλού S1 εκτείνονται μεταξύ 130-185 cm και χρονολογήθηκαν το διάστημα 6.19-10.16 ka BP. Προσδιορίστηκαν δύο στρώματα σαπροπηλού μεταξύ των οποίων υπάρχει διακοπή απόθεσης στον ορίζοντα 159.5-164 cm που αντιστοιχεί στην χρονική περίοδο 8.21-8.54 ka BP. Τα σαπροπηλικά στρώματα προσδιορίστηκαν συνδυάζοντας μακροσκοπική παρατήρηση και τιμές οργανικού άνθρακα, συνεπικουρούμενες από μετρήσεις σε μαγνητικές παραμέτρους και μικροπαλαιοντολογικές αναλύσεις. Επιπλέον των ραδιοχρονολογήσεων σε τέσσερεις ορίζοντες του πυρήνα, χρησιμοποιήθηκε ως ένα ακόμα σημείο η χρονολόγηση του Ζ2 ορίζοντα τέφρας από την Μινωική έκρηξη του ηφαιστείου της Σαντορίνης. Οι τιμές οργανικού άνθρακα και οι τιμές αζώτου στα ιζήματα του σαπροπηλού ξεπερνούν το διπλάσιο των αντίστοιχων τιμών σε ιζήματα πριν και μετά την απόθεση του σαπροπηλού. Η αναλογία Corg/N είναι ένα σημαντικό εργαλείο προσδιορισμού της πηγής προέλευσης του οργανικού υλικού που μπορεί να είναι κυρίως θαλάσσια ή κυρίως χερσαία. Τα σταθερά ισότοπα δ15Ν και δ13Corg σε ιζήματα σε συνδυασμό με την παραπάνω αναλογία οδηγούν σε πιο ασφαλή συμπεράσματα σχετικά με την οργανική ύλη που παράγεται στο οικοσύστημα κατά τις διαφορετικές περιόδους και σχετικά με την αφθονία των θρεπτικών. Επιπλέον σημαντικά στοιχεία προέκυψαν από τις μετρήσεις σταθερών ισοτόπων σε κελύφη του πλαγκτονικού τρηματοφόρου Globigerinoides ruber alba που κατέδειξαν δραματικές μεταβολές πριν την έναρξη του Ολόκαινου και ενδεικτικές μεταβολές κατά τη διάρκεια διακριτών γεγονότων μέσα στο Ολόκαινο. Τα ισότοπα αυτά αντικατοπτρίζουν με πιστότητα τις συνθήκες που επικρατούσαν στα στρώματα νερού όπου διαβιούν και κατασκευάζουν το κέλυφός τους τα άτομα του συγκεκριμένου είδους. Το αρχείο των σταθερών ισοτόπων οξυγόνου δείχνει εμπλουτισμό στα βαρειά ισότοπα. Κατά την περίοδο 16.33-10.73 ka BP μετρήθηκαν οι υψηλότερες τιμές ισοτόπων (~3‰) που είναι ενδεικτικές μιας ψυχρότερης και ξηρότερης περιόδου που περιλαμβάνει και την περίοδο Younger Dryas ενώ ξεκινώντας από τα 10.73 ka BP παρατηρήθηκε μια πτώση σε τιμές χαμηλότερες του 1‰. Το γεγονός αυτό είναι χαρακτηριστικό και προσδιορίζει την έναρξη του Ολόκαινου με επίδραση από την παγκόσμια μείωση του όγκου των πάγων και άνοδο της στάθμης της θάλασσας καθώς και κλιματικές συνθήκες υψηλότερης θερμοκρασίας και υγρασίας στην περιοχή της Α. Μεσογείου. Από τα 7.77 ka BP και μετά, οι τιμές εμφανίζονται αυξημένες με διακυμάνσεις γύρω από την τιμή 1‰, υποδεικνύοντας λιγότερο θερμές και υγρές συνθήκες κατά το μέσο και ανώτερο Ολόκαινο. Τα δεδομένα σταθερών ισοτόπων άνθρακα σε κελύφη του G. ruber alba οδηγούν επίσης στο διαχωρισμό δύο μεγάλων περιόδων. Διακρίνεται η προγενέστερη περίοδος 16.33-10.73 ka BP με αυξημένες τιμές σε ένα μικρό εύρος διακυμάνσεων και η μεταγενέστερη περίοδος που αντιστοιχεί στο Ολόκαινο με μικρότερες τιμές έως και αρνητικές και μεγάλο εύρος διακυμάνσεων. Οι πιο έντονες μεταβολές με αρνητικές τιμές δ13CG.r παρατηρούνται και κατά την περίοδο απόθεσης του σαπροπηλού, και μεταγενέστερα. Μετά το τέλος της απόθεσης του σαπροπηλού διακρίνουμε δύο κορυφές στα 4.58 ka BP και στα 1.55 ka BP, και μια πτώση στα 3.59-3.22 ka BP, μεταξύ των πιο χαρακτηριστικών μεταβολών στην καμπύλη κατανομής των ισοτόπων. Οι υψηλές τιμές ισοτόπων δ13CG.r δείχνουν εμπλουτισμό στο βαρύ ισότοπο 13C και έλλειψη του ισοτόπου 12C, και κατά συνέπεια αυξημένους ρυθμούς φωτοσύνθεσης στην ευφωτική ζώνη κοντά στην επιφάνεια. Κατά το μέσο και ανώτερο Ολόκαινο οι κατανομές σταθερών ισοτόπων δ18Ο σκιαγραφούν και μια σειρά άλλων γεγονότων, τρία εκ των οποίων είναι περισσότερο εμφανή. Η περίοδος που προηγείται της απόθεσης του σαπροπηλού (12.26-10.50 ka BP) κυριαρχείται από την ομάδα των ψυχρών ειδών πλαγκτονικών τρηματοφόρων, με υψηλές αφθονίες για το είδος Turborotalita quinqueloba, που υποδεικνύει ψυχρότερα νερά στην εύφωτη ζώνη και αυξημένες αφθονίες των Neogloboquadrinids και Globorotalia scitula, τρηματοφόρα που χαρακτηρίζουν ψυχρά νερά βαθύτερων ενδιαιτημάτων. Από τις κατανομές των σταθερών ισοτόπων στα κελύφη που είναι ιδιαίτερα υψηλές κατά την περίοδο αυτή, σκιαγραφείται μια περίοδος ψυχρή και ξηρή, με επικράτηση των μηχανισμών της εξάτμισης έναντι των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων. Η συνεκτίμηση όλων των στοιχείων δείχνει ότι το διάστημα 11.9 ka με 10.7 ka BP αντιστοιχεί στο ψυχρή και ξηρή περίοδο. Επιπλέον ολόκληρη η περίοδος είναι η μόνη όπου επικρατούν με υψηλές αφθονίες τα φυτοφάγα τρηματοφόρα, γεγονός που προϋποθέτει αφθονία τροφής, με άλλα λόγια αυξημένη παραγωγή φυτοπλαγκτόν και αυξημένη φωτοσυνθετική δραστηριότητα. Η παραγωγή πιθανότατα στηρίζεται σε ανακύκλωση θρεπτικών από τον πυθμένα μέσω αναβλύσεων με την βοήθεια της καλής κυκλοφορίας του νερού και η πηγή προέλευσης οργανικής ύλης είναι το θαλάσσιο περιβάλλον. Επίσης σε μια καλή κυκλοφορία των υδάτων, συνηγορεί και η καλή ανάπτυξη των βιοκοινοτήτων βενθονικών τρηματοφόρων που δείχνει ότι δεν επιδρούν περιοριστικά παράγοντες έλλειψης τροφής ή οξυγόνου. Η περίοδος των 10.50-10.16 ka BP είναι μια σύντομη περίοδος που προοιωνίζει την έναρξη απόθεσης του σαπροπηλού. Παρατηρούνται διαφορετικές βιοκοινότητες πλαγκτονικών τρηματοφόρων, με απότομη αύξηση των θερμών ειδών πλαγκτονικών τρηματοφόρων και απότομη μείωση των ψυχρών ειδών. Η τροφική ομάδα των αποκλειστικά φυτοφάγων πλαγκτονικών τρηματοφόρων μειώνεται σημαντικά καθώς και οι πληθυσμοί των βενθονικών. Οι απότομες πτώσεις στις καμπύλες των σταθερών ισοτόπων στην αρχή της περιόδου είναι χαρακτηριστικές. Η μεταβολή στα ισότοπα οξυγόνου σηματοδοτεί άνοδο θερμοκρασίας και υψηλές εισροές γλυκών νερών από τη χέρσο με μείωση της αλατότητας του θαλασσινού νερού. Ακολουθεί απόθεση του πρώτου στρώματος σαπροπηλού S1a. Η χαρακτηριστική αύξηση του Corg συνοδεύεται από ενδείξεις χερσαίας πηγής προέλευσης οργανικού υλικού, άνοδο στάθμης της θάλασσας και σημαντική αύξηση των εισροών γλυκών νερών που φαίνεται πως ήταν πιο έντονες και μεγαλύτερες σε αυτό το στρώμα από ότι στο S1b. Τα σταθερά ισότοπα σε συνδυασμό με μικροπαλαιοντολογικά δεδομένα δείχνουν περιβάλλον που επικρατούν αυξημένες θερμοκρασίες, υγρασία και χαμηλές αλατότητες. Θα πρέπει να επιτεύχθηκε έντονη στρωμάτωση και περιορισμός της κυκλοφορίας των νερών με αδυναμία καλής οξυγόνωσης του πυθμένα. Η γεωμορφολογία και η εγγύτητα με την επίδραση της χέρσου στην συγκεκριμένη παράκτια περιοχή, η περιορισμένη ανανέωση των νερών της και ειδικά των πυκνότερων μαζών που βρίσκονται σε βάθη μεγαλύτερα των 500 m, οδήγησε ίσως σε κάποιο παρατεταμένο επεισόδιο ανοξίας με αποτέλεσμα να βρεθουν αζωικοί ορίζοντες μεταξύ οριζόντων με χαρακτηριστικούς βενθονικούς δείκτες ανοξίας. Καθόλη τη διάρκεια απόθεσης του στρώματος είναι εμφανής η μεταβολή στα τροφικά πλέγματα με σαφή επικράτηση των σαρκοφάγων τρηματοφόρων. Κατά την περίοδο της διακοπής του σαπροπηλού εκτός από την αναμενόμενη μείωση του οργανικού άνθρακα στα ιζήματα, παρατηρούνται σημαντικές αλλαγές που δείχνουν επανέναρξη της κυκλοφορίας των υδάτων, μείωση θερμοκρασίας, βελτίωση έστω και μικρή της οξυγόνωσης στη στήλη του νερού, πιθανή αύξηση της φωτοσύνθεσης και μια χερσαία πηγή προέλευσης οργανικών. Ο συνδυασμός χαμηλών τιμών C/N και υψηλών τιμών δ15N δείχνει ότι τα ιζήματα αυτά αποτέθηκαν υπο συνθήκες καλής οξυγόνωσης. Οι βιοκοινότητες των πλαγκτονικών τρηματοφόρων δείχνουν μεγάλη ποικιλότητα και τα βενθονικά τρηματοφόρα εμφανίζουν ανάκαμψη ποσοτικά και ποιοτικά. Στο τέλος όμως της διακοπής παρατηρείτια αύξηση των δεικτών ανοξίας που οριοθετεί την έναρξη απόθεσης του επόμενου σαπροπηλικού στρώματος. Το μεταγενέστερο στρώμα απόθεσης σαπροπηλού S1b, δείχνει διαφοροποίηση ανάμεσα στη βάση του και στην οροφή του. Η απόθεση της βάσης του S1b (8.17-6.6 ka BP) ξεκινάει με την αυξημένη παρουσία βενθονικων τρηματοφόρων- δεικτών ανοξίας/υποξίας και αύξηση των θερμών πλαγκτονικών ειδών που δείχνουν αυξημένες θερμοκρασίες του νερού. Φαίνεται πως δεν υπάρχει καλή κυκλοφορία και οξυγόνωση των νερών, ενώ αρχικά η πηγή οργανικού υλικού είναι χερσαία οπότε υπάρχουν εισροές γλυκού νερού και στρωμάτωση και στη συνέχεια της απόθεσης του S1b, o λόγος C/N διαφοροποιείται και παίρνει τιμές οριακά <10 υποδεικνύοντας οριακή επικράτηση θαλάσσιας πηγής προέλευση για τα οργανικά. Σε συνδυασμό με τις ισοτοπικές αναλογίες έχουμε ενδείξεις πιθανής χαμηλής παραγωγικότητας καθώς και οι τιμές CaCΟ3 είναι χαμηλές (<30%) σε πολλούς από τους πρώτους ορίζοντες απόθεσης. Επιπλέον στο στρώμα αυτό παρατηρούνται οι μεγαλύτερες διαφορές πληθυσμών φυτοφάγων και σαρκοφάγων τρηματοφόρων. Το ανώτερο τμήμα του S1b, ή αλλιώς η οροφή του S1b, εμφανίζει διαφοροποιημένα χαρακτηριστικά και χρονολογείται από 6.6 ka έως 6.16 ka BP. Σε αυτό το στρώμα συνεχίζεται η σταδιακή μείωση του Corg. Τα πλαγκτονικά τρηματοφόρα επιδεικνύουν αντίστροφες κατανομές πληθυσμού συγκριτικά με τη βάση του S1b, με σημαντικότερη την αύξηση της Globoconella inflata που αποδεικνύει την ύπαρξη ενός καλού στρώματος ανάμειξης στη στήλη θαλασσινού νερού, και καλή θερμοαλατική κυκλοφορία στο τελευταίο αυτό στάδιο απόθεσης. Υπάρχουν ενδείξεις αισθητά χαμηλότερης θερμοκρασίας από την παλαιοκλιματική καμπύλη, ενώ υπάρχει καλύτερη οξυγόνωση βαθέων υδάτων και αύξηση των φυτοφάγων τρηματοφόρων χωρίς όμως να ξεπερνούν την αφθονία των σαρκοφάγων. Οι χαμηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος στη θαλάσσια λεκάνη Τήλου-Σύμης με βάση την παλαιοκλιματική καμπύλη και τα ποσοστά των ψυχρών ειδών, εκτείνονται σε μια περίοδο από ~6.58 ka έως ~5.82 ka. Την περίοδο από τα περίπου 6000- 3000 χρόνια BP, που ακολουθεί μετά το πέρας της απόθεσης του S1, καταγράφονται χαμηλές τιμές οργανικού άνθρακα και αζώτου. Στα πρώτα στάδια βλέπουμε αυξημένα ποσοστά πλαγκτονικών ψυχρών ειδών που μειώνονται σταδιακά ενώ στη συνέχεια επικρατούν σε αφθονία τα θερμά είδη. Οι συνθήκες που επικρατούσαν είναι χαρακτηριστικές μιας μετάβασης από τη λήξη απόθεσης στη μεταγενέστερη εποχή με επαναφορά κυκλοφορίας των υδάτων ενώ εμφανίζονται βιοκοινότητες πλαγκτονικών τρηματοφόρων με αυξημένο Η’ δείκτη ποικιλότητας που αντιπροσωπεύει ισορροπημένα οικοσυστήματα. Όλοι οι βιογεωχημικοί δείκτες αυτής της περιόδου εμφανίζουν σταθερότητα ή ομαλές μικρής κλίμακας μεταβολές για τουλάχιστον μια χιλιετία. Καθώς πλησιάζουμε προς τα 3000 BP παρατηρούνται μικρότερα επεισόδια μεταβολών θερμοκρασίας και υγρασίας και μεταβολές στις κατανομές τροφικών ομάδων τρηματοφόρων, ενώ κάποιες από αυτές μπορεί να σχετίζονται με την εξάπλωση της τέφρας του ηφαιστείου της Σαντορίνης στα 3563 ka BP. Γύρω στα 3 ka BP οι συνθήκες που επικρατούσαν συνηγορούν σε ένα σύντομο θερμό επεισόδιο με αυξημένα κατακρημνίσματα και εισροές γλυκών νερών. Στο οικοσύστημα παρατηρούνται μικρές αυξομειώσεις φυτοφάγων και σαρκοφάγων τρηματοφόρων. Η περίοδος 3-2.5 ka BP δείχνει ομαλή τάση μείωσης θερμοκρασίας και έναρξη σημαντικών αλλαγών στις βιοκοινότητες με πιο χαρακτηριστική τη σημαντική αύξηση των πληθυσμών φυτοφάγων τρηματοφόρων και σημαντική αύξηση των πληθυσμών Globigerina που συνεχίζεται μεχρι το πιο πρόσφατο Ολόκαινο. Η περίοδος 2-1.5 ka BP αντικατοπτρίζει ένα ψυχρό γεγονός διάρκειας λίγων εκατονταετιών με εμφανή χαρακτηριστικά ανάμειξης και κυκλοφορίας των υδάτων, αλλά και με συχνές μεγάλου εύρους μεταβολές στις εισροές γλυκών νερών, με αποτέλεσμα να εμφανίζουν μεγάλη αστάθεια οι βιοκοινότητες των πλαγκτονικών τρηματοφόρων στις οποίες εντοπίστηκαν σύντομα διαστήματα όπου τα φυτοφάγα ξεπέρασαν τα σαρκοφάγα για πρώτη φορά κατά τη διάρκεια του Ολόκαινου.