Recent sedimentation processes in the inner continental shelf of Alexandroupolis gulf (north east Aegean sea)

The present Doctorate Thesis entitled “Recent sedimentation processes in the innercontinental shelf of Alexandroupolis gulf (North East Aegean Sea)” concerns the physical(hydrodynamic, sedimentological) processes controlling recent sedimentology and especiallysediment transport and deposition, in combination with human intervention (coastalstructures, river dams). Furthermore, the socio‐economic value of this thesis is related to theconstruction of the underwater terminal Bourgas‐ Alexandroupoli oil pipeline constructionand the natural infilling problems of the constructed and artificially dredged Alexandroupolisharbour.Alexandoupolis Gulf is located at the Northeast part of the Thrace Sea (Northeast AegeanSea), covering part of inner and middle continental shelf. Alongshore, the study area extendsfrom Makri area, to the west, to Evros River mouth, to the east, while, seawards it reachesthe 40m bathymetric contour, which is located at a distance of 11km from the shoreline.The investigation of the mechanism of sediment dynamics was accomplished taking througha systemic and multitasking approach, which incorporates hydrological, hydrodynamic andsedimentological processes that take place in the Alexandoupolis Gulf. Qualitative andquantitative recent and historical data for the Evros river water and sediment discharge, asthe main sediment supplier in the area, are studied, in relation to human intervention,during the last decades. Furthermore, the dispersion R.Evros plume has been investigated,in combination with the prevailing oceanographic processes. In addition, threshold values ofsediment motion have been identified in the concept of sediment threshold of movement,coastal sediment transport and, finally, sediment deposition. Textural and mineralogicalcharacteristics of the surficial seabed sediment are examined and compared to previousstudies, aiming also to the identification of the sediment transport pathways. Finally, upperQuaternary stratigraphy is investigated in conjunction to paleogeographic evolution of thecentral part of Alexandoupolis Gulf.The fieldwork campaigns involved sampling of surficial bottom sediments, collection ofwater samples (from sea surface and 1m above the bottom), water column measurementsof salinity, temperature, depth (CTD) and current measurements along a predefined sampling network. Seismic profiling data at the central area were also obtained.Granulometric parameters, carbonate and organic content, mineralogy and, in particular,titanium magnesium content were determined from the sediment samples, while, totalsuspended sediment load deduced by filtering water samples. Water masses were identifiedon the basis of their physical parameters whilst, hydrodynamic regime was accomplishedwith the use of prognostic models. Recent sea surface temperature (SST) and totalsuspended matter (TSM) from a series of MODIS images (for the period 2006‐2008), coupledwith in situ measurements, were utilized to trace R.Evros plume dispersion. Finally, seismicprofiles, together with existing core data were supported the statigraphic and upperQuaternary evolutionary scenario for the study area.Alexandoupolis Gulf has a very smooth subaqueous relief with low gradients. Surficialbottom sediments present a zonal distribution almost parallel to the shoreline and to theisobaths, grouped into four classes: (i) sands, (ii) (sandy) muds, (iii) silts and (iv) muddy sandswhich consist the transition to the relict sands. The high fine grained content is attributedprimarily to the Evros River sediment fluxes and secondarily to the erosion of the coastalQuaternary formations at the western part. Plume dispersion is formulated according to theintensity of the water discharge, the prevailing wind regime and the occurrence andintensity of Samothraki anticyclone. Thus, under the most common NE winds, Evros plume isdirected towards the NW, whilst, intent anticyclonic circulation directs the plume towardsthe SW. Long lasting NE wind leads to upwelling effect along within the nearshore zone,which, in turn moves westward, under the Coriolis influence. Coastal hydrodynamicconditions are governed by wave activity that is significantly moderated by the SW wavesdue to long fetches, defining sediment resuspension and longshore sediment movement.Surficial seabed sediment transport pathways follow a WSW direction in front of the oldR.Evros mouth, a NW direction at the current R. Evros mouth, a N direction in the centralpart of the study area and a W/NW to the area west of Alexandoupolis harbour. TheHolocene sediment sequence thickness exceeds 10m, indicating a sedimentation rate of 0,8‐1cm/yr.Η παρούσα διδακτορική διατριβή, με τίτλο «Μελέτη της σύγχρονης ιζηματογένεσηςστον κόλπο (εσωτερική υφαλοκρηπίδα) της Αλεξανδρούπολης», έχει ως σκοπό ναδιερευνηθούν όλες οι φυσικές (υδροδυναμικές, ιζηματολογικές) διεργασίες, οι οποίες σεσυνδυασμό με την ανθρώπινη παρέμβαση (παράκτιες κατασκευές, φράγματα ποταμών)ελέγχουν τη σύγχρονη ιζηματογένεση και ειδικότερα τη μεταφορά και απόθεση τωνιζημάτων χερσογενούς προέλευσης, στην περιοχή. Το θέμα της διατριβής έχει ιδιαίτερηχρηστική (κοινωνικό – οικονομική) αξία λόγω της επικείμενης κατασκευής τουυποθαλάσσιου αγωγού πετρελαίου (Μπουργκάς‐ Αλεξανδρούπολη) και της λειτουργίας(προβλήματα πρόσχωσης) του λιμένα της Αλεξανδρούπολης.Ο κόλπος της Αλεξανδρούπολης βρίσκεται στο βορειοανατολικό περιθώριο τουΘρακικού Πελάγους (Βόρειο Αιγαίο Πέλαγος), καταλαμβάνοντας τμήμα της εσωτερικής καιενδιάμεσης υφαλοκρηπίδας. Ο χώρος μελέτης, παράκτια, εκτείνεται στα δυτικά μέχρι τηνπεριοχή της Μάκρης και ανατολικά μέχρι τις εκβολές του ποταμού Έβρου, ενώ προς τηθάλασσα εκτείνεται μέχρι την ισοβαθή των 40 m, σε απόσταση 11km από την ακτογραμμή.Η διερεύνηση των μηχανισμών της δυναμικής ιζηματολογίας πραγματοποιήθηκε σταπλαίσια της συστημικής και διαθεματικής προσέγγισης των υδρολογικών, υδροδυναμικώνκαι ιζηματολογικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στον Κόλπο της Αλεξανδρούπολης. Ημελέτη περιλαμβάνει τα διαχρονικά ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά τηςστερεοπαροχής του Έβρου ποταμού, ως κύριου τροφοδότη της περιοχής σε χερσογενέςυλικό και σε συνδυασμό με την έντονη ανθρώπινη παρέμβαση (λεκάνη απορροής καιδέλτα), τις τελευταίες δεκαετίες. Επιπλέον, μελετάται η διασπορά του πλουμίου (plume)του ποταμού Έβρου, σε σχέση και με τις υφιστάμενες ωκεανογραφικές συνθήκες τηςυδάτινης στήλης. Ακόμη, διερευνώνται οι διεργασίες στη διεπιφάνεια στήλης νερού‐πυθμένα, η οποία αφορά στην επαναιώρηση των ιζημάτων του πυθμένα, την παράκτιαστερεομεταφορά και τελικά την απόθεση των ιζημάτων. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τωνσύγχρονων επιφανειακών ιζημάτων του πυθμένα εξετάζονται κοκκομετρικά καιορυκτολογικά και συγκρίνονται με προγενέστερες μελέτες, ενώ επιχειρείται και ηαποτύπωση των διαδρόμων μεταφοράς του υλικού του πυθμένα. Τέλος, διερευνάται ηστρωματογραφία των ιζημάτων του πυθμένα και επιχειρείται η παλαιο‐γεωγραφική εξέλιξητης περιοχής κατά το ανώτερο Τεταρτογενές. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων συνελέγησαν επιφανειακά ιζήματαπυθμένα, δείγματα νερού από την επιφάνεια της υδάτινης στήλης και 1m πάνω από τονπυθμένα, μετρήσεις των φυσικών παραμέτρων θερμοκρασίας, αλατότητας, βάθους (CTD),και ρευματομετρήσεις, κατά μήκος προκαθορισμένου δικτύου, καθ’ όλη την περιοχήμελέτης, καθώς και σεισμικά δεδομένα στην κεντρική περιοχή μελέτης. Από τα δείγματαιζήματος υπολογίστηκαν οι κοκκομετρικές παράμετροι των ιζημάτων, το ανθρακικό και τοοργανικό περιεχόμενο, η ορυκτολογική σύσταση και η περιεκτικότητα σε τιτανιούχομαγνητίτη, ενώ από τα δείγματα νερού προσδιορίστηκε το περιεχόμενο ολικό αιωρούμενουλικό. Από τις φυσικές παραμέτρους καθορίστηκαν οι θαλάσσιες μάζες ενώ τουδροδυναμικό καθεστώς συμπληρώθηκε με τη χρήση προγνωστικών μοντέλων. Ηδιαχρονική διασπορά του ριπιδίου του Έβρου, μελετήθηκε με την αξιοποίηση τωνδεδομένων επιφανειακής θαλάσσιας θερμοκρασίας και αιωρούμενου υλικού μίας σειράςδορυφορικών εικόνων MODIS (2006‐2008), σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα τωνεπιτόπιων μετρήσεων. Τέλος, υπάρχουσες περιγραφές γεωτρήσεων σε συνδυασμό με τααποτελέσματα ακουστικής διασκόπισης του πυθμένα αποδίδουν τη στρωματογραφία στηνκεντρική περιοχή του Κόλπου.Η περιοχή μελέτης συνίσταται από ένα εξαιρετικά ήπιο ανάγλυφο με ιδιαίτεραμικρές κλίσεις. Τα ιζήματα του πυθμένα παρουσιάζουν ζωνώδη διευθέτηση, σε παραλληλίαμε την ακτογραμμή, διαμορφώνοντας τέσσερις ιζηματολογικούς τύπους: (i) άμμους, (ii)(αμμούχες) αργιλο‐ιλύες, (iii) ιλύες και (iv) αργιλο‐ιλυούχες άμμους, οι οποίες αποτελούν τημετάβαση προς τις υπολειμματικές άμμους, σε βάθη μεγαλύτερα των 40m. Η έντονηπαρουσία του λεπτόκοκκου υλικού αποδίδεται πρωτίστως στην προσφορά από τον Έβροποταμό και δευτερευόντως στη διάβρωση των παράκτιων Τεταρτογενών σχηματισμών,ιδιαίτερα στα δυτικά του λιμένα της Αλεξανδρούπολης. Η διασπορά του πλούμιου τουΈβρου διαμορφώνεται από τον όγκο της απορροής, τη διεύθυνση και ένταση τουεπικρατούντος ανεμολογικού καθεστώτος και την παρουσία του αντικυκλώνα τηςΣαμοθράκης. Υπό την επίδραση των επικρατούντων ΒΑ ανέμων το ριπίδιο κινείται προς ταΒΔ, ενώ η ισχυρή παρουσία του αντικυκλωνικού ρεύματος το στρέφει προς τα ΝΔ.Πολυήμερη επίδραση ΒΑ ανέμων οδηγεί σε ανάβλυση υποκείμενης θαλάσσιας μάζας, ηοποία κινείται προς τα δυτικά υπό την επίδραση της δύναμης Coriolis. Οι παράκτιεςυδροδυναμικές συνθήκες διαμορφώνονται από το κυματικό καθεστώς, του οποίου ημεγαλύτερη ένταση σχετίζεται με την προσέλευση των μέγιστων ΝΔ κυμάτων, καθορίζοντας τόσο την επαναιώρηση των ιζημάτων του πυθμένα όσο και την κατεύθυνση της παράκτιαςστερεομεταφοράς. Η διερεύνηση των διαδρόμων μεταφοράς των επιφανειακών ιζημάτωντου πυθμένα έδειξε ότι στην ανατολική περιοχή, στις παλιές εκβολές του Έβρου, η τάσημεταφοράς είναι προς τα ΔΝΔ, στις νέες εκβολές προς τα ΒΔ, στην κεντρική περιοχή τουκόλπου προς τα Β, και στη δυτική περιοχή προς τα Δ/ΒΔ. Τέλος, το πάχος του Ολοκαινικούκαλύμματος εκτιμάται ότι υπερβαίνει τα 10m, αντιστοιχώντας σε μέσο ρυθμόιζηματογένεσης ίσο με 0,8‐1cm/yr

An Insight into the Factors Controlling Delta Flood Events: The Case of the Evros River Deltaic Plain (NE Aegean Sea)

The present contribution aims to give an insight into the main terrestrial and marine processes leading to delta flooding in the case of the transboundary Evros delta, located at the microtidal NE Aegean Sea, on the basis of recorded flood events in the Evros deltaic plain. The prevailing weather conditions at the onset of the event, along with sea-level rise above the mean state, portray the mechanism for the development of compound flood events and subsequent riparian flooding. This system blocks the riverine water’s seaward exit, resulting in the flooding of the lower deltaic plain. The river discharge is recognized as a secondary factor acting mainly toward the persistence of the events. Several limitations restrict the quantification potential of the relative contribution of the key factors to the development, onset, and duration of a flood. Mitigation of the impacts of such flood events requires intercountry cooperation and a management plan based on a network of environmental monitoring

An Insight into the Factors Controlling Delta Flood Events: The Case of the Evros River Deltaic Plain (NE Aegean Sea)

The present contribution aims to give an insight into the main terrestrial and marine processes leading to delta flooding in the case of the transboundary Evros delta, located at the microtidal NE Aegean Sea, on the basis of recorded flood events in the Evros deltaic plain. The prevailing weather conditions at the onset of the event, along with sea-level rise above the mean state, portray the mechanism for the development of compound flood events and subsequent riparian flooding. This system blocks the riverine water’s seaward exit, resulting in the flooding of the lower deltaic plain. The river discharge is recognized as a secondary factor acting mainly toward the persistence of the events. Several limitations restrict the quantification potential of the relative contribution of the key factors to the development, onset, and duration of a flood. Mitigation of the impacts of such flood events requires intercountry cooperation and a management plan based on a network of environmental monitoring

An Insight into the Factors Controlling Delta Flood Events: The Case of the Evros River Deltaic Plain (NE Aegean Sea)

The present contribution aims to give an insight into the main terrestrial and marine processes leading to delta flooding in the case of the transboundary Evros delta, located at the microtidal NE Aegean Sea, on the basis of recorded flood events in the Evros deltaic plain. The prevailing weather conditions at the onset of the event, along with sea-level rise above the mean state, portray the mechanism for the development of compound flood events and subsequent riparian flooding. This system blocks the riverine water's seaward exit, resulting in the flooding of the lower deltaic plain. The river discharge is recognized as a secondary factor acting mainly toward the persistence of the events. Several limitations restrict the quantification potential of the relative contribution of the key factors to the development, onset, and duration of a flood. Mitigation of the impacts of such flood events requires intercountry cooperation and a management plan based on a network of environmental monitoring

The Impact of an Extreme Storm Event on the Barrier Beach of the Lefkada Lagoon, NE Ionian Sea (Greece)

A model developed for Zostera marina was adapted and used to select suitable areas for Posidonia oceanica transplantation in the Gulf of Palermo, where recent rehabilitation programmes have reduced human pressure. This model consists of three steps: (1) habitat selection, by calculation of the Preliminary Transplant Suitability Index (PTSI); (2) field assessments and test-transplanting, to evaluate the site suitability and to estimate the effects of tearing on transplant units (about 50%); (3) identification of suitable restoration sites, by calculation of the Transplant Suitability Index (TSI). A new parameter was added to the literature model: the number of grids detached, which is linked to factors (hydrodynamic regime, anchoring, fishing) that have a potentially great effect on the final outcome of the transplant. Only one site (TSI = 16) in the Gulf of Palermo was indicated as potentially suitable for restoration with P. oceanica. In this site, a transplant of 40 m2 was implemented. From 2008 to 2014, transplant effectiveness was evaluated in terms of establishment, detachment and mortality of cuttings and shoot density. The long-term monitoring (6 years) allowed us to detect changes in the structural conditions of the transplanted meadow and to identify the possible turning point in P. oceanica recovery (2 years after transplanting). Moreover, 6 years after transplantation the P. oceanica meadow has exceeded the transplant shoot density of about 16%, with a mean and a maximum value of 11.6 and 17 shoots per cutting, respectively

Ecosystem-Based Blue Growth: The Case of the Semi-Enclosed Embayment of the Inner NE Ionian Sea and Adjacent Gulfs

Ecosystem-based Blue Growth reflects the need to develop human activities taking place in the marine environment, under the scope of protecting marine ecosystems. To this end, the Marine Strategy Framework Directive identifies the specific ecological characteristics of a marine area, the human activities taking place in it and the main pressures induced thereof. The present work focuses on the semi-enclosed embayment of the Inner Ionian and adjacent gulfs (the Gulf of Corinth and the Gulf of Patras) in Western Greece, in order to present the type of environmental data and information required to be considered in the framework of ecosystem-based Blue Growth. Such data may include oceanographic and physical environmental features, biological and ecological distributions, areas of importance for species, communities, and habitats, along with spatial and temporal information regarding human activities and pressures caused. Data interpretation shows that future economic development in the study area should follow an ecosystem-based approach to maintain/achieve the Good Environmental Status and regulate existing and immerging anthropogenic activities within the framework of marine spatial planning

MSFD In-Depth Knowledge of the Marine Environment as the Stepping Stone to Perform Marine Spatial Planning in Greece

The multiple anthropogenic activities taking place in the marine environment increase and create a high demand for maritime space. The pressures generated thereof on coastal and marine resources require an integrated planning and management approach. The MSPD (2014/89/EU) forms the legislative framework to regulate maritime activities and ensure a sustainable use of the marine environment. Based on the MSFD (2008/56/EC), the present study provides an overview of the state of the marine environment in Greece and the existing pressures while examining the potential contribution of MSFD knowledge to the MSPD implementation, identifying possible knowledge gaps for the subsequent MSP process phases. It is supported that the MSFD constitutes the best available scientific knowledge about the ecosystem and its dynamics, and provides an open access database which should be optimally used in the MSP process. The MSFD data provided concerning Greece can support the implementation of the MSP process, as the MSFD qualitative descriptors of state and pressures feed MSP sectors with environmental data essential for the MSP application, and weigh the intensity of each descriptor contribution to this interrelationship. Considering MSPD requires the adoption of an ecosystem-based approach, it can only attain its goals based on MSFD input and aspirations

Searching for potential marine sand resources to mitigate beach erosion in island settings

This article presents the results of a marine geophysical and sedimentological study carried out around Lesvos Island (NE Aegean) to investigate the potential of exploitable marine aggregate (MA) deposits that could be used for beach replenishment purposes. Sub-bottom profiler data showed a good prospect for potential coarse-grained deposits in two of the three surveyed areas around Lesvos. Grain size and mineralogical analysis of the surficial sediments revealed sands that could properly feed nourishment schemes for eroded beaches or artificial beach development. Observed MA volumes are considered adequate for renourishment operations, when the threat of projected sea-level rise is introduced. Environmental constraints, as well as human activities, are considered for the suggestion and prioritization of specific areas for detailed surveying before future exploitation