Μελέτη υποθαλάσσιων αναβλύσεων στην περιοχή Θέρμα Λέσβου με επιτόπιες (in situ) καταγραφικές μεθόδους

Abstract

Η συστηματική μελέτη, ενός δυναμικού συστήματος, όπως αυτό παράκτιων περιοχών, χαρακτηριζόμενων από υποθαλάσσιες εκροές υπογείων υδάτων (SGD) στην θάλασσα, αποτελεί αντικείμενο θεμελιώδους σημασίας, τόσο για την αξιολόγηση των φυσικών πόρων και τη προστασία τους με γνώμονα την αειφόρα ανάπτυξη, όσο και για την κατανόηση της επιρροής τους, στον υδρολογικό κύκλο και στο θαλάσσιο περιβάλλον. Κύριος στόχος της διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη μιας υποθαλάσσιας ανάβλυσης στη περιοχή «Θέρμα» στο κόλπο της Γέρας Λέσβου, μέσω της συγχρονισμένης εφαρμογής επιτόπιων (in situ) καταγραφικών μεθόδων. Η ιδέα της παρούσας εργασίας αφορά στη χρήση μιας πολυπαραμετρικής πειραματικής διάταξης, για τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεων των φυσικών ραδιοϊσοτόπων μέσω φασματοσκοπίας ακτίνων-γ και της διασποράς τους στη θαλάσσια στήλη μέσω εκτίμησης παραμέτρων της θαλάσσιας κυκλοφορίας χρησιμοποιώντας ακουστικούς τομογράφους ρευμάτων. Η ιδέα αυτή μπορεί να εφαρμοστεί στην μελέτη παρόμοιων φαινομένων. Αναπτύχθηκαν καινοτόμες μεθοδολογίες, αξιοποιώντας τα δεδομένα των ανιχνευτών, ώστε να προσδιοριστούν παράμετροι, όπως η εισερχόμενη ραδιενέργεια εισόδου του γλυκού νερού στη θάλασσα (τον πυθμένα),, η παροχή της υποθαλάσσιας εκροής και διάφοροι χρόνοι παραμονής των υπόγειων υδάτων στην παράκτια περιοχή. Στο τομέα της θαλάσσιας κυκλοφορίας τα εύρη τιμών της ταχύτητας θαλάσσιου ρεύματος κυμάνθηκαν για τον σημειακό τομογράφο ADV μεταξύ 0.055-0.184 m/sec ενώ στον υπό ανίχνευση όγκο του ADCP καταγράφηκαν τιμές μεταξύ 0.027-0.163 m/sec. Η εκτίμηση των συγκεντρώσεων φυσικών ραδιοϊσοτόπων στον ενεργό όγκο του GeoMAREA προσδιορίστηκαν μεταξύ 822 ως 951 γεγονότων ανά ωριαίο φάσμα στο 40Κ, από 499 ως 637 στο 214Bi και από 36 ως 65 στο 208Tl. Επίσης από το ημερήσιο φάσμα προέκυψαν συγκεντρώσεις στα 74 Bq/m3 για 228Ac, στα 312 Bq/m3 για 208Tl και στα 438 Bq/m3 για 214Bi. Τα επίπεδα της συνολικής εισερχόμενης ραδιενέργειας στο σημείο διεπαφής γλυκού-θαλασσινού νερού κυμάνθηκαν από 6,7 ως 79,8 Bq/sec με αντίστοιχη ενεργότητα εισροής από 335 ως 3991 Bq/m3 αναλόγως το υπό εξέταση ραδιοϊσότοπο. Η εκτιμώμενη ενδεικτική τιμή της παροχής υπολογίστηκε από 50 έως 150 m3/h, ο χρόνος παραμονής των υπόγειων υδάτων στην παράκτια ζώνη (Coastal Residence Time) κυμάνθηκε από 8 έως 30 ώρες, ο χρόνος παραμονής στον ενεργό όγκο (GeoMAREA Volume Residence Time) μέτρησης του GeoMAREA από 41 έως 86 sec αναλόγως το υπό εξέταση ραδιοϊσότοπο και ο χρόνος παραμονής των χερσογενών υπόγειων υδάτων στο κόλπο της Γέρας (Gera Gulf Residence Time) εκτιμήθηκε στα 800 χρόνια.

Πραγματοποιήθηκαν επίσης, συσχετίσεις μεταξύ των αποτελεσμάτων των διαφόρων μετρητικών οργάνων όπου λόγω του μικρού πλήθους δεδομένων μπορούν να θεωρηθούν μόνο ενδεικτικές. Για τον λόγο αυτόν ως επιστέγασμα της παρούσας εργασίας προτείνεται η μελλοντική μελέτη της περιοχής ενδιαφέροντος να πραγματοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα (όχι μόνο 25 ώρες) ώστε να αποκτηθεί μία αρκετά μεγαλύτερη χρονοσειρά.

Investigations of oceanographic processes such as Submarine Groundwater Discharge (SGD) are of crucial importance for protecting coastal/inland hydrology, as well as for sustainable development and marine environmental protection. An oceanographic expedition took place in the north-eastern part of the Gulf of Gera, on October 18th, 2018, in the context of the in situ studies of SGD located at Therma. The present M.Sc. thesis focuses on data recorded in situ and on analysis of hydrographic characteristics and circulation by an acoustic current velocimeter (ADV) and an acoustic doppler current profiler (ADCP), both with the gamma ray detection system GeoMAREA for radiological survey of the region. The continuous monitoring of natural radionuclides such as the investigations of Ra progenies in submarine groundwater discharge uses a 40K sea radio tracer and Ra isotopes radiotracers for inland water to study various marine and coastal processes. This kind of experimental sampling station proved to be a successful application applicable to many processes in a challenged morphology study area. Recorded data used by innovation methodologies determined key factors to understand the hydrology of local SGD systems, such as water supply and coastal residence time. Another application of great importance is the combination of modern oceanographic instruments with volume budget balance to assess radionuclides inputs just at the point of entrance. The current characteristics near the point volume of inflow as obtained from the Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) ranged between 0.055-0.184 m/sec, while the velocity of the water column part sampled by the Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) between 0.027-0.163 m/sec. The calculated activity concentration values using the detector GeoMAREA effective volume ranged at 822 to 951 counts per hour for 40Κ, 499 to 637 counts per hour for 214Bi, 36 to 65 counts per hour for 208Tl. The calculated activity concentration results using the daily spectrum gave 74 Bq/m3 for 228Ac, 312 Bq/m3 for 208Tl and 438 Bq/m3 for 214Bi. Our budgetary method produced total naturally occurring radionuclide input fluxes just upon the point of entrance 6,7 to 79,8 Bq/sec depending on the radiotracer with corresponding input activity from 335 to 3991 Bq/m3 respectively. Water supply was estimated to range from 50 to 150 m3/h, Coastal Residence Time from 8 to 30 hours and GeoMAREA Volume Residence Time from 41 to 86 sec depending on the radiotracer. The Residence Time of the SDG waters in Gera Gulf was estimated to 800 years. The limited length of the records did not lead to solid correlation results between various hydrographic and radiological parameters. Application of the hereby developed method on a longer experiment would lead to valuable conclusions regarding the role of the SDG in the coastal zone of Gera Gulf.