The radiolarian age and petrographic composition of a block of the Lower Jurassic volcaniclastic breccia and chert of the Mamonia Complex, SW Cyprus

An exceptional exposure of volcaniclastic breccia intercalated with radiolarian cherts and limestones was studied which constitutes a unique block within the Upper Cretaceous Mamonia Mélange in the Akamas Peninsula of southwestern Cyprus. This breccia, represents the lower part of the sedimentary cover of the Upper Triassic Phasoula Formation volcanics. The breccia mainly consists of clasts of metabasalts, diabases, metagabbros, hyaloclastites and quartz-albite-chlorite-epidote aggregates, which have been metamorphosed at greenschist facies, and subordinate siltstones. The thin-bedded cherts intercalated between breccia levels, yielded radiolarian assemblages, which indicate an Early Jurassic age (Sinemurian to Pliensbachian) for the sequence

Biostratigraphy and depositional environment of the pliocene - pleistocene formations of Cyprus

The main objectives of this study are the design of the biostratigraphic zonation, the assessment of the processes and the paleoclimatological-oceanografical conditions that prevailed in the area of Cyprus during the Pliocene-Pleistocene.The Essovouyes-Exovouyes section and the core borehole MP7 on either side of the Troodos mountain range were selected for this study. The sedimentary sequence of the section is about 90 meters thick and is consisting of massive marls, repeated rhythmic sedimentary cycles from homogeneous and laminated marls, sandy marls and marly sands rich in macrofossils and massive fine- to coarse-grained bioclastic calcarenites at the top. The borehole MP7 has penetrated Plio-Pleistocene sediments 130 m thick which consist of massive marls, thick homogeneous marls and medium- to coarse-grained bioclastic calcarenites at the top.One hundred and eleven (111) samples from the section and two hundred thirty five (235) samples from the core were collected for micropaleontological analysis. From the analysis approximately 50 different species of planktonic and 300 species of benthic foraminifera were identified, which contributed significantly to the determination of all the bio-events which led to the construction of the biostratigraphic-chronostratigraphic column and the assessment of the palaeo-environment, of the two study sedimentary sequences.For decoding the palaeofactors which affected both areas, we proceeded to statistical analysis in both planktonic (Principal Component Analysis) and benthic foraminifera (Cluster analysis Type R), the construction of climatic curve and sea surface productivity curve, oxygen (d18O) and carbon (d13C) stable isotope analysis and organic carbon analysis (Corg).Quantitative and qualitative analysis of planktonic foraminifera for the section Essovouyes-Exovouyes revealed thirteen bioevents: (1) the top of Sphaeroidinellopsis acme zone, (2) the first common occurrence of Globorotalia margaritae, (3) the first occurrence of Globorotalia puncticulata, (4) the last common occurrence of Globorotalia margaritae, (5) the last occurrence of Globorotalia margaritae, (6) the first occurrence of Globorotalia crassaformis, (7) the disappearance of Globorotalia puncticulata, (8) the reappearance of Globorotalia crassaformis, (9) the reappearance of Globorotalia puncticulata / Globorotalia bononiensis, (10) the last occurrence of Sphaeroidinellopsis, (11) the entry of Neogloboquadrina atlantica atlantica in the Mediterranean, (12) the last occurrence of Globorotalia bononiensis and (13) the first occurrence of Globorotalia inflata, which are indicating a time period from 5.21 to 2-1,8 Ma. For the borehole MP7 eighteen bioevents were identified: (1) an abundance of sinistrally coiled N. acostaensis, (2) the base and the top of Sphaeroidinellopsis acme zone, (3) the first common occurrence of Globorotalia margaritae (4) the first occurrence of Globorotalia puncticulata, (5) the last common occurrence of Globorotalia margaritae, (6) the last occurrence of Globorotalia margaritae, (7) the first occurrence of Globorotalia crassaformis, (8) the disappearance of Globorotalia puncticulata (9) the reappearance of Globorotalia crassaformis, (10) the reappearance of Globorotalia puncticulata / Globorotalia bononiensis, (11) the last occurrence of Sphaeroidinellopsis, (12) the entry of Neogloboquadrina atlantica atlantica in the Mediterranean, (13) the last occurrence of Globorotalia bononiensis, (14) the first occurrence of Globorotalia inflata, (15) the first occurrence of Globorotalia truncatulinoides, (16) the first common occurrence of sinistrally coiled Neogloboquadrina, (17) the base and the top of the paracme of sinistrally coiled Neogloboquadrina and (18) the first common occurrence of Globorotalia truncatulinoides excelsa, which are indicating the time period from 5,33 - 0,899 Ma.The statistical analysis of the benthic foraminifera of the section Essovouyes-Exovouyes has revealed six assemblages: Uvigerina peregrina-U. auberiana, Cibicidoides ungerianus, Cibicidoides kullenbergi, Brizalina spathulata, Bulimina elongata-B. exilis and Asterigerinata planorbis, which have shown from the lower to the upper stratigraphic horizons a decrease of the water depth, from the upper slope, 200-500 m, to the inner shelf between 50-100 m approximately.The statistical analysis of the benthic foraminifera of the borehole MP7 has revealed seven assemblages: Globocassidulina subglobosa, Siphonina reticulata, Bolivina pseudoplicata, Asterigerinata planorbis, Cibicidoides kullenbergi-pseudoungerianus, Cassidulina carinata and Brizalina spathulata, which have shown repeated changes of the water depth of the marine environment. Despite sea level fluctuations due to climatic changes, a gradual decrease of the water depth is observed, from the slope, approximately 300-700 m, to the shelf, at a water depth of at least 100 m, before the deposition of the calcarenites, thus indicating the gradual uplift of the area.The statistical analysis of planktonic foraminifera of the section and the borehole, with the method of "Principal Component Analysis", revealed three main factors PCA-1, PCA-2 and PCA-3, which showed that the surface primary productivity and surface water temperature respectively, were the most important factors affecting the marine environments of the two areas.The curve of oxygen isotope analysis and climatic curve from the Essovouyes-Exovouyes section recognized for the period between 3,92 - 2,75 Ma approximately, three warm periods between 3,92-3,64 Ma, 3,61- 3,38 Ma and 3,23-2,75 Ma, which are interrupted by two cold intervals around 3,63 Ma and 3,36-3,25 Ma approximately. The warm period between 3,23 - 2,75 Ma, fully coincides with the survey results from the Atlantic Ocean, which indicate a warm period between 3,3 and 3,0 Ma approximately (Dowsett et al., 2005; Williams et al., 2009; Fedorov et al., 2013).The curve of oxygen isotopes analysis of the borehole MP7 revealed thirteen warm and cold periods between 5,245 - 0,899 Ma. For the period between 4,218 - 3,19 Ma, a warm-temperate period prevailed in the area with a general trend of lower temperatures relative to the lower part of the sequence, which ends with a cold period at 3,158 Ma. Also, during this time the cold period which took place at 3,6 Ma is not clearly observed, and was identified in the Essovouyes-Exovouyes section. The Pliocene warm interval, which took place between 3,3 and 3,0 Ma (Dowsett et al., 2005; Williams et al., 2009; Fedorov et al., 2013) was identified at the core, between 3,143 - 3,03 Ma and has lesser duration than the section. The high peaks of the oxygen isotope analysis from Essovouyes-Exovouyes section are well correlated with the results of the total organic carbon (TOC), carbon isotope and micropaleontological analysis and climatic curve, indicating the presence of sedimentary cycles of brown laminated sapropelitic layers. During the formation of these layers the climate was characterized by warm and humid conditions, which correspond to periods of minimum precession of the equinoxes. These conditions contributed to the high eutrophication of marine waters, which resulted in increasing primary productivity and influx of large amounts of organic matter to the seafloor. This led to the formation of sapropelitic layers under anoxic conditions.The curve of the oxygen isotope analysis from the core-borehole MP7 for the period between 5,245 - 0,899 Ma reveal that the high peaks are not fully correlating with the climatic curve, indicating that the most important factor that affected the marine environment of the wider area was not only the water surface temperature but also the small variations in the amount and the type of nutrients.The absence of laminated layers and marly sands with fossiliferous horizons in the core is certainly due to the different conditions that prevailed in the wider area of the borehole compared to those of the section. The sediments from the borehole were deposited in a deep basin on the southern margins of the Troodos mountain range, which bounded from Troodos to the north and the seamount Eratosthenes to the south. Also, the region was affected both by the presence of large fault zones, which controlled the sedimentation from Oligocene and also by the action of strong marine currents, exactly as it happens today in the region of southwest Cyprus. The sea currents resulted in efficiently oxygenating the sea bottom, prevented the development of anoxic conditions and the deposition of sapropelitic layers.Unlike the core, the sediments of the Essovouyes-Exovouyes section were deposited in a small, narrow basin, the Mesaoria basin, bounded since Pliocene by two mountain ranges, the Troodos to the south and Pentadaktylos to the north and communicated with the open sea only eastwards and westwards. Because of its configuration the basin was rapidly responding to climatic changes, especially during periods of heavy rainfall. Unlike the section, the area of the borehole is in good communication with the open sea. Therefore, during periods of heavy rainfalls, in Middle Pliocene, when the Mesaoria basin was relatively deep, 200-500 m, were deposited rhythmically repeated sedimentary cycles with laminated layers, while from the Middle Pliocene to Lower Pleistocene, when the basin was shallower (50-100 m) very fossiliferous horizons were deposited, which represent thanatocoenosis of organisms, who died and were covered by younger sediments, due to the change of the sea water salinity.From the palaeogeographic analysis of the area of Cyprus for 5 Ma, 2 Ma and 0,9 Ma, it seems that the Plio-Pleistocene deposits of the Nicosia Formation were deposited in various sizes and depths, sea basins around the Troodos. The basins were created by the movement of major fault zones in the Miocene period and were much less tectonically influenced during the Plio-Pleistocene, as the sediments do not indicate deformation in any of the studied sections, such as Essovouyes, borehole MP7, Pissouri and Larnaca. This indicates that from the Lower Pliocene Cyprus has begun to behave like a single unit.Finally, from the lower to the higher stratigraphic units of the sedimentary sequences on either side of the Troodos Mountain, an increase in the sedimentation rate, the clastic material in the sediments, the percentage of benthic foraminifera and macrofossils, culminating in the fossilliferous-bearing horizons in the upper stratigraphic levels of the Nicosia Formation and a decrease of the percentage of planktonic foraminifera is observed. Additionally, the uplift rate of the sediments of the two study areas is higher during the Pleistocene than the Pliocene. This fully coincides with other studies, which indicate the active abrupt uplift of Cyprus during the Pleistocene (McCallum & Robertson, 1990; Harrison et al., 2013), due to the collision of the Eratosthenes seamount, with the southern margin of Cyprus in the Lower Pleistocene (Robertson, 2000). The above indicates the gradual uplift of Troodos and Pentadaktylos mountains during Plio-Pleistocene as a single unit, the gradual swallowing of the marine basins around them, in relation to the sea level changes and the gradual transition from the sedimentary facies of the upper continental slope of the Lower Pliocene to the coastal facies of Lower-Middle Pleistocene.The Plio-Pleistocene sediments of both sites clearly show the gradual uplift of Cyprus, from the upper slope to the infralittoral zone, into which calcarenites were deposited, for the period between 5.21 and 2-1,8 Ma for the Essovouyes-Exovouyes section and between 5,33 and 0,899 Ma for the borehole MP7.Κύριοι στόχοι της παρούσας μελέτης είναι ο σχεδιασμός των βιοστρωματογραφικών ζωνών και η εκτίμηση των παλαιοκλιματολογικών - παλαιοωκεανογραφικών συνθηκών, που επικρατούσαν στην περιοχή της Κύπρου κατά την περίοδο του Πλειοκαίνου-Πλειστοκαίνου, καθώς και των διεργασιών, που τις προκάλεσαν.Eπιλέχθηκαν η τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες και η πυρηνοληπτική γεώτρηση ΜΠ7 εκατέρωθεν της οροσειράς του Τροόδους. Τα ιζήματα της τομής, πάχους 90 μέτρων περίπου, αποτελούνται από συμπαγείς μάργες, επαναλαμβανόμενους ρυθμικούς ιζηματογενείς κύκλους από ομοιογενείς και ελασματοειδείς μάργες, αμμώδεις μάργες και μαργαϊκούς άμμους πλούσιους σε μακροαπολιθώματα και στην κορυφή συμπαγής λεπτόκοκκος έως χονδρόκοκκος βιοκλαστικός ασβεστιτικός ψαμμίτης. Ο πυρήνας ΜΠ7 έχει διατρυπήσει ιζήματα πάχους 130 m περίπου, που αποτελούνται από συμπαγείς μάργες, μεγάλου πάχους ομοιογενείς μάργες και μεσόκοκκο έως χονδρόκοκκο βιοκλαστικό ασβεστιτικό ψαμμίτη στην κορυφή.Για τη διεξαγωγή των μικροπαλαιοντολογικών αναλύσεων συλλέχθηκαν συνολικά 111 δείγματα από την τομή και 235 δείγματα από τον πυρήνα. Κατά την ανάλυση αναγνωρίστηκαν 50 περίπου διαφορετικά είδη πλαγκτονικών τρηματοφόρων και 300 είδη περίπου βενθονικών τρηματοφόρων, τα οποία μας βοήθησαν στην αναγνώριση μίας σειράς βιοσυμβάντων για τη βιοστρωματογραφική-χρονοστρωματογραφική διάρθρωση και στην εκτίμηση του παλαιοπεριβάλλοντος, των δύο υπό μελέτη ιζηματογενών ακολουθιών.Για την αποκωδικοποίηση των παλαιοπεριβαλλοντικών παραγόντων, που επηρέαζαν τις δύο περιοχές, προχωρήσαμε στη διεξαγωγή στατιστικών αναλύσεων τόσο στα πλαγκτονικά (Ανάλυσης Κυρίων Συνιστωσών) όσο και στα βενθονικά τρηματοφόρα (Ανάλυσης κατά Συστάδες Τύπου R), στην κατασκευή της κλιματικής καμπύλης και καμπύλης θαλάσσιας επιφανειακής παραγωγικότητας, σε αναλύσεις σταθερών ισοτόπων οξυγόνου (δ18Ο) και άνθρακα (δ13C) και αναλύσεις οργανικού άνθρακα (Corg).Η ποσοτική και ποιοτική ανάλυση των πλαγκτονικών τρηματοφόρων για την τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες καθόρισε δεκατρία βιοσυμβάντα: (1) η οροφή της ζώνης ακμής των Sphaeroidinellopsis (Sphaeroidinellopsis acme zone), (2) η πρώτη κοινή εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (3) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia puncticulata, (4) η τελευταία κοινή εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (5) η τελευταία εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (6) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia crassaformis, (7) η εξαφάνιση της Globorotalia puncticulata, (8) η επανεμφάνιση της Globorotalia crassaformis, (9) η επανεμφάνιση της Globorotalia puncticulata/Globorotalia bononiensis, (10) η τελευταία εμφάνιση των Sphaeroidinellopsis, (11) η είσοδος της Neogloboquadrina atlantica atlantica στη Μεσόγειο, (12) η τελευταία εμφάνιση της Globorotalia bononiensis και (13) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia inflata, τα οποία καλύπτουν το χρονικό διάστημα από τα 5,21 μέχρι 2-1,8 Ma. Στον πυρήνα ΜΠ7 αναγνωρίστηκαν δεκαοχτώ βιοσυμβάντα: (1) μία αφθονία των αριστερόστροφων περιελιγμένων μορφών της N. acostaensis, (2) η βάση και η οροφή της ζώνης ακμής των Sphaeroidinellopsis (Sphaeroidinellopsis acme zone), (3) η πρώτη κοινή εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (4) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia puncticulata, (5) η τελευταία κοινή εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (6) η τελευταία εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (7) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia crassaformis, (8) η εξαφάνιση της Globorotalia puncticulata, (9) η επανεμφάνιση της Globorotalia crassaformis, (10) η επανεμφάνιση της Globorotalia puncticulata/Globorotalia bononiensis, (11) η τελευταία εμφάνιση των Sphaeroidinellopsis, (12) η είσοδος της Neogloboquadrina atlantica atlantica στη Μεσόγειο, (13) η τελευταία εμφάνιση της Globorotalia bononiensis, (14) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia inflata, (15) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia truncatulinoides, (16) η πρώτη κοινή εμφάνιση των αριστερόστροφων Neogloboquadrina, (17) η βάση και η οροφή της παρακμής των αριστερόστροφων Neogloboquadrina και (18) η πρώτη κοινή εμφάνιση της Globorotalia truncatulinoides excelsa, τα οποία καλύπτουν το χρονικό διάστημα από τα 5,33 - 0,899 Ma.Η στατιστική επεξεργασία των βενθονικών τρηματοφόρων της τομής Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες έχει αναδείξει έξι συναθροίσεις: Uvigerina peregrina-U. auberiana, Cibicidoides ungerianus, Cibicidoides kullenbergi, Brizalina spathulata, Bulimina elongata-B. exilis και Asterigerinata planorbis, οι οποίες κατέδειξαν από τους κατώτερους προς τους ανώτερους στρωματογραφικούς ορίζοντες μείωση του βάθους του θαλάσσιου περιβάλλοντος από την ανώτερη κατωφέρεια, 200-500 m, στην εσωτερική κρηπίδα σε βάθος ύδατος μεταξύ 50-100 m περίπου. Η στατιστική επεξεργασία των βενθονικών τρηματοφόρων του πυρήνα ΜΠ7 ανάδειξε επτά συναθροίσεις βενθονικών τρηματοφόρων: Globocassidulina subglobosa, Siphonina reticulata, Bolivina pseudoplicata, Asterigerinata planorbis, Cibicidoides kullenbergi-pseudoungerianus, Cassidulina carinata και Brizalina spathulata, οι οποίες κατέδειξαν συνεχείς μεταβολές του βάθους του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Αναμφίβολα παρά τις συνεχείς μεταβολές της στάθμης της θάλασσας, λόγω των κλιματικών αλλαγών γενικά παρατηρείται και μία σταδιακή μείωση του βάθους της θάλασσας από την κατωφέρεια, 300-700 m περίπου,προς την κρηπίδα, μέχρι βάθος νερού τουλάχιστον 100 m, πριν την απόθεση του ασβεστιτικού ψαμμίτη, καταδεικνύοντας έτσι τη σταδιακή ανύψωση της περιοχής. Η στατιστική επεξεργασία των πλαγκτονικών τρηματοφόρων με τη μέθοδος της «Ανάλυσης Κυρίων Συνιστωσών», για την τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες και τον πυρήνα ΜΠ7, ανέδειξε τρεις κύριους παράγοντες τους PCA-1, PCA-2 και PCA-3, οι οποίοι κατέδειξαν, ότι η πρωτογενής επιφανειακή παραγωγικότητα και η επιφανειακή θαλάσσια θερμοκρασία αντίστοιχα, διαδραμάτιζαν τους σημαντικότερους παράγοντες, που επηρέαζαν το θαλάσσιο περιβάλλον. Στην τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες από την καμπύλη των ισοτόπων του οξυγόνου και την κλιματική καμπύλη, για το διάστημα μεταξύ 3, 92 - 2,75 Ma περίπου, έχουν αναγνωριστεί τρεις θερμές περίοδοι μεταξύ 3,92-3,64 Ma, 3,61-3,38 Ma και 3,23-2,75 Ma, οι οποίες διακόπτονται από δύο ψυχρά διαστήματα γύρω στα 3,63 Ma και 3,36-3,25 Ma περίπου. Η θερμή περίοδος μεταξύ 3,23 και 2,75 Ma της τομής ταυτίζεται πλήρως με τα αποτελέσματα ερευνών από τον Ατλαντικό Ωκεανό, που κατέδειξαν μία θερμή περίοδο μεταξύ 3,3 και 3,0 Ma περίπου (Dowsett et al., 2005; Williams et al., 2009; Fedorov et al., 2013).Από την καμπύλη των ισοτόπων του οξυγόνου της πυρηνοληπτικής γεώτρησης ΜΠ7 φαίνεται, ότι μεταξύ 5,245 – 0,899 Ma αναγνωρίστηκαν συνολικά δεκατρείς θερμές και δεκατρείς ψυχρές περίοδοι. Για το διάστημα μεταξύ 4,218 – 3,19 Ma, επικράτησε μία θερμή-εύκρατη περίοδος με μία γενική τάση χαμηλότερων θερμοκρασιών σε σχέση με το κατώτερο τμήμα του πυρήνα, η οποία καταλήγει σε μία ψυχρή περίοδο στα 3,158 Ma. Επίσης, στο διάστημα αυτό δεν είναι εμφανής η ψυχρή περίοδος, η οποία έλαβε χώρα στα 3,6 Ma και που εντοπίστηκε στην τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες. Η θερμή φάση του Πλειοκαίνου, που έλαβε χώρα γενικά μεταξύ 3,3 και 3,0 Ma περίπου (Dowsett et al., 2005; Williams et al., 2009; Fedorov et al., 2013) αναγνωρίστηκε στον πυρήνα, στο διάστημα μεταξύ 3,143 έως 3,03 Ma, η οποία είναι μικρότερης διάρκειας σε σχέση με την αντίστοιχη της τομής Εσσοβούγιες - Εξωβούγιες.Στην τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες οι υψηλές κορυφώσεις των ισοτόπων του οξυγόνου συσχετίζονται με τα αποτελέσματα του ολικού οργανικού άνθρακα (TOC),των ισοτόπων άνθρακα, καθώς και με την κλιματική καμπύλη και τις μικροπαλαιοντολογικές αναλύσεις, που καταδεικνύουν την παρουσία ιζηματογενών κύκλων με καστανόχρωμα ελασματοειδή σαπροπηλιτικά στρώματα. Το κλίμα την περίοδο σχηματισμού των σαπροπηλιτικών στρωμάτων χαρακτηρίζεται από ζεστές / εύκρατες και υγρές συνθήκες, που αντιστοιχούν σε περιόδους των ελαχίστων τιμών της μετάπτωσης των ισημεριών (precession). Οι συνθήκες αυτές συνέβαλαν στον ευτροφισμό των θαλάσσιων υδάτων, ο οποίος έφθανε σε πολύ υψηλά επίπεδα, με αποτέλεσμα την αύξηση της πρωτογενούς παραγωγικότητας και την εισροή μεγάλων ποσοτήτων οργανικής ύλης στον θαλάσσιο πυθμένα, που οδήγησαν στον σχηματισμό των σαπροπηλιτικών στρωμάτων κάτω από ανοξικές συνθήκες. Αντίθετα στον πυρήνα από την καμπύλη των ισοτόπων του οξυγόνου φαίνεται, ότι για το διάστημα μεταξύ 5,245 – 0,899 Ma οι υψηλές κορυφώσεις των ισοτόπων του οξυγόνου δε συσχετίζονται πλήρως με την κλιματική καμπύλη καταδεικνύοντας, ότι ο παράγοντας που επηρεάζει το θαλάσσιο περιβάλλον της ευρύτερης περιοχής του πυρήνα δεν είναι μόνο η θερμοκρασία. Η θερμοκρασία των θαλάσσιων υδάτων μαζί με μικρές διακυμάνσεις στην ποσότητα και το είδος των θρεπτικών συστατικών διαδραμάτιζαν τους σημαντικότερους παράγοντες, που επηρέαζαν το θαλάσσιο περιβάλλον του πυρήνα ΜΠ7.Η απουσία ελασματοειδών στρωμάτων και μαργαϊκών άμμων με απολιθωματοφόρους ορίζοντες στον πυρήνα σίγουρα οφείλεται στις διαφορετικές θαλάσσιες συνθήκες, που επικρατούσαν στην ευρύτερη περιοχή σε σχέση με εκείνες της τομής. Τα ιζήματα του πυρήνα αποτέθηκαν πάνω στα νοτιότερα κράσπεδα της οροσειράς του Τροόδους σε μία βαθιά λεκάνη, η οποία οροθετείτο από το Τρόοδος προς βορρά και το υποθαλάσσιο βουνό Ερατοσθένης προς νότο. Επίσης, η περιοχή επηρεάζεται τόσο από την παρουσία μεγάλων ρηξιγενών ζωνών, οι οποίες έλεγχαν την ιζηματογένεση από την Ολιγοκαινική Περίοδο όσο και από τη δράση θαλάσσιων ρευμάτων, όπως ακριβώς συμβαίνει και σήμερα στην περιοχή της νοτιοδυτικής Κύπρου. Η επίδραση των θαλάσσιων ρευμάτων, είχε ως αποτέλεσμα την επικράτηση καλά οξυγονωμένων θαλάσσιων συνθηκών, που δεν επέτρεψαν την ανάπτυξη ανοξικών συνθηκών και την απόθεση σαπροπηλιτικών στρωμάτων. Αντίθετα με τον πυρήνα, τα ιζήματα της τομής Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες αποτέθηκαν σε μία μικρή, στενή λεκάνη, της Μεσαορίας, η οποία οριοθετείται από το Πλειόκαινο ακόμη, από δύο ορεινούς όγκους, του Τροόδους προς νότο και του Πενταδακτύλου προς βορρά. Συνεπώς, η λεκάνη της Μεσαορίας επικοινωνούσε με την ανοιχτή θάλασσα μόνο από ανατολικά και δυτικά, με αποτέλεσμα να επηρεάζεται γρηγορότερα από τις κλιματικές μεταβολές, ιδιαίτερα σε περιόδους έντονων βροχοπτώσεων σε σχέση με την περιοχή του πυρήνα, που βρίσκεται σε καλή επικοινωνία με την ανοιχτή θάλασσα. Επομένως, σε περιόδους

Thermal and physical characteristics of soils in Cyprus for use in shallow geothermal energy applications

© 2019, The Joint Center on Global Change and Earth System Science of the University of Maryland and Beijing Normal University. Ground heat exchangers in conjunction with shallow geothermal energy system applications have received significant attention in the case of renewable energy. Soil thermal properties such as thermal conductivity and specific or volumetric heat capacity are important aspects for the design of such systems, affecting the performance. They can be obtained with the use of empirical prediction models, laboratory tests and/or in situ tests. Laboratory tests can be performed either under steady-state or under transient conditions and have the advantage of requiring small volumes of soil and producing fast results. There are many types of heat probes commercially available, with limited—though—comparative assessment available in the literature. The current paper deals with the assessment of ground characteristics of seven samples of soil and rock collected from a certain area in the Mediterranean island of Cyprus. Such properties are the thermal conductivity, the thermal diffusivity, the volumetric heat capacity, but there are some other physical properties also. The laboratory testing was done under transient conditions and included measurements taken by two needle probes and one surface probe from two different commercial apparatuses. Comparison of the obtained results for the thermal properties of the samples was made and was also supported by numerical simulations using the COMSOL Multiphysics software through a finite element analysis method on the convection–diffusion equation for heat transfer. Laboratory testing on physical properties of the samples such as moisture content, specific gravity, permeability and particle size distribution was also performed, yielding useful results related to the assessment of the thermal properties

Modeling and assessment of the efficiency of horizontal and vertical ground heat exchangers

This paper describes the mathematical modeling of vertical and horizontal GHEs (ground heat exchangers) and compares their efficiency. The model used calculates the heat flow in the fluid, tubes, grout and ground. The vertical U-tube GHE is represented by two 100 m lines, embedded in four different types of ground with an additional bottom base. The horizontal GHE consists of four 50 m tube lines embedded in three ground layers. The initial ground temperature for all cases examined matches real data acquired in June at a location in Cyprus and the simulation results for the vertical GHE are validated using measured data showing very good agreement. Further simulations with the vertical GHE show that when the initial ground temperature rises, the mean temperature of the GHE fluid increases proportionally. Comparisons between horizontal and vertical GHEs reveal that under the same operating conditions and center-to-center distances of the tubes, the vertical GHE keeps a much lower mean temperature. Simulations for a horizontal GHE, for a 50-h of continuous operation period and 24 °C initial ground temperature, show that the mean fluid temperature can remain lower than that of the vertical GHE if the center-to-center distance of the tubes increases to 1 m