Study of the geomorphological and environmental evolution of the coastal zone of Central Cyclades

Ο στόχος αυτής της διατριβής ήταν η συλλογή και μελέτη γεωμορφολογικών, ιζηματολογικών και αρχαιολογικών δεδομένων προκειμένου να εκτιμηθεί η εξέλιξη της θαλάσσιας στάθμης στις κεντρικές Κυκλάδες κατά το Αν. Ολόκαινο και η συμβολή σε αυτήν της τεκτονικής. O απώτερος στόχος ήταν η ανασύνθεση των παλαιο-ακτών στις Κεντρικές Κυκλάδες, οι επιπτώσεις των μεταβολών της θαλάσσιας στάθμης στην παλαιοπεριβαλλοντική εξέλιξη και η παλαιογεωγραφική τους αναπαράσταση κατά το Αν. Ολόκαινο. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση πολλών τύπων δεδομένων (multiproxy analysis) μέσω της μελέτης βυθισμένων ακτόλιθων, πυρήνων σε παράκτιες λιμνοθάλασσες και αρχαιολογικών δεδομένων προκειμένου να επιτευχθούν οι παραπάνω στόχοι. Πραγματοποιήθηκαν αναλυτικές υποβρύχιες έρευνες στους ακτόλιθους της Πάρου και της Νάξου, οι οποίοι εντοπίστηκαν σε βάθη έως -6 m. Για την χρονολόγηση των ακτόλιθων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της οπτικά διεγερμένης φωταύγειας, με τη χρήση τόσο χαλαζία όσο και άστριου. Επιπλέον πραγματοποιήθηκε πετρογραφική ανάλυση του συγκολλητικού υλικού των ακτόλιθων ώστε να χαρακτηριστεί ο τύπος του συγκολλητικού υλικού όπως και να καθοριστεί η χωρική σχέση μεταξύ της παλαιο-ακτής και της ζώνης δημιουργίας των ακτόλιθων. Όλα τα δείγματα ακτόλιθων που συσχετίστηκαν με την μεσοπαλιρροιακή ζώνη μετατράπηκαν σε σημεία-δείκτες στάθμης θάλασσας (RSL index point). Μελετήθηκαν επίσης ιζηματολογικά και παλαιοντολογικά δεδομένα από γεωτρήσεις που πραγματοποιήθηκαν σε παράκτια λιμνοθαλάσσια περιβάλλοντα και επιλεγμένα δείγματα χρονολογήθηκαν με ραδιοχρονολογήσεις. Παράλληλα επανεξετάστηκαν και αξιολογήθηκαν αρχαιολογικά ευρήματα προκειμένου να κατανοηθεί η σημασία τους στην εξέλιξη της παράκτιας ζώνης και των δύο νησιών. Οι δυτικές ακτές της Νάξου χαρακτηρίζονται από την παρουσία πολλαπλών ακτόλιθων, ενώ στην Πάρο εντοπίστηκαν μόνο δυο θέσεις. Οι ακτόλιθοι φτάνουν σε μέγιστο βάθος -6,3 μ. Οι ακτόλιθοι στη Νάξο είναι σαφώς πιο εκτεταμένοι σε σύγκριση με την Πάρο. Αξίζει να σημειωθεί ότι, και στα δύο νησιά, το πάχος των ακτόλιθων κυμαίνεται μεταξύ 0,25-1 μ. Η μικροσκοπική εξέταση των δειγμάτων έδειξε ότι έχουν συγκολληθεί στην μεσοπαλιρροιακή ζώνη. Τα ρηχότερα δείγματα (<2 μ.) υποδηλώνουν άνοδο της θαλάσσιας στάθμης κατά ~2 m τα τελευταία 2000 χρόνια. Ωστόσο, στην περίπτωση των βαθύτερων δειγμάτων (-4 και -5.7 μ.), σημειώθηκαν ορισμένες ανακολουθίες σε ότι αφορά στις αναμενόμενες ηλικίες σε σχέση με το τεκτονικό καθεστώς της περιοχής μελέτης. Συνολικά, μέσω της μορφολογίας των βυθισμένων ακτόλιθων και της χρονολόγησης με την μέθοδο της οπτικά διεγερμένης φωταύγειας, διαπιστώθηκαν σημαντικές παλαιογεωγραφικές αλλαγές για μια σειρά παράκτιων περιοχών στα δυο νησιά. Η ανάλυση παράκτιων πυρήνων από επιλεγμένες θέσεις στην Πάρο έδωσε την δυνατότητα να ανακατασκευαστεί η εξέλιξη του παράκτιου περιβάλλοντος και παράλληλα συλλέχθηκαν σημαντικά δεδομένα σχετικά με τις διακυμάνσεις της θαλάσσιας στάθμης. Τα νέα δεδομένα από δύο παράκτιες γεωτρήσεις στο δυτικό τμήμα της Πάρου επέτρεψαν την ανακατασκευή της παλαιογεωγραφικής εξέλιξης στα Λιβάδια Παροικιάς για τα τελευταία ~4500-4864 cal BP και στην Πούντα για τα τελευταία ~721-986 cal BP. Οι ιζηματολογικές και παλαιοντολογικές παρατηρήσεις έδειξαν ότι μια ημίκλειστη λιμνοθάλασσα υπήρχε τουλάχιστον μέχρι ~780-436 π.Χ. (2385-2729 cal BP) στα Λιβάδια (Κόλπος Παροικιάς), η οποία επηρεαζόταν από τα ρέματα της περιοχής. Η λιμνοθάλασσα στην συνέχεια έκλεισε, πιθανώς λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, ωστόσο είναι δύσκολο να καθοριστεί ο χρόνος,. Αντιθέτως, η Πούντα έχει επηρεαστεί κυρίως από παράκτιες-θαλάσσιες διεργασίες και η εξέλιξη του παράκτιου τοπίου είναι πιο πρόσφατη. Όλα τα δεδομένα που προέκυψαν από αυτή τη διατριβή συγκεντρώθηκαν με σκοπό να παραχθούν σημεία-δείκτες της θαλάσσιας στάθμης (RSL index points) και να ανακατασκευαστούν οι σχετικές μεταβολές της θαλάσσιας στάθμης. Τα δεδομένα που πρόεκυψαν συγκρίθηκαν με ανακατασκευές και από άλλα διαθέσιμα δεδομένα στις κεντρικές Κυκλάδες. Η ανάλυση έδειξε ότι η σχετική θαλάσσια στάθμη αυξήθηκε κατά ~2 μ. τα τελευταία 2000 χρόνια, με μέσο ρυθμό ~1,2 χιλιοστά / έτος. Επιπλέον, τα νέα σημεία-δείκτες (RSL index points) δείχνουν ότι η σχετική θαλάσσια στάθμη αυξήθηκε τουλάχιστον κατά ~3,9 μ. τα τελευταία ~4.500 χρόνια. Μια σχετική καμπύλη στάθμης της θάλασσας προτάθηκε με βάση το σύνολο των δεδομένων. Συνολικά, τα δεδομένα έδειξαν μια μικρή υποεκτίμηση της θέσης της θαλάσσιας στάθμης στην Πάρο και τη Νάξο, η οποία μπορεί να υποδεικνύει υψηλότερους ρυθμούς βύθισης για το Αν. Ολόκαινο. Αυτή η παρατηρούμενη βύθιση μπορεί να είναι το συνδυαστικό αποτέλεσμα της ευστατικής ανόδου της θαλάσσιας στάθμης και της τεκτονικής βύθισης. Η παρουσία βυθισμένων παλιρροιακών εγκοπών δείχνει ότι τουλάχιστον ένα μέρος της βύθισης οφείλεται σε συν-σεισμικά γεγονότα που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια των τελευταίων ~ 2.800 χρόνων. Συνολικά, αυτή η διατριβή συνέβαλε στην καλύτερη κατανόηση των σχετικών μεταβολών της θαλάσσιας στάθμης στην Πάρο και τη Νάξο και βελτίωσε το χρονολογικό πλαίσιο για το Αν. Ολόκαινο. Έδειξε ακόμα τη σημασία της χρήσης πολλών τύπων δεδομένων (multiproxy analysis) για την καλύτερη αξιολόγηση της εξέλιξης της στάθμης της θάλασσας. Επιπλέον, ανέδειξε τη μεγάλη δυνατότητα που παρέχουν οι ακτόλιθοι ως εργαλεία αφενός μεν της παρακολούθησης σημαντικών μεταβολών της ακτογραμμής, αφετέρου δε της εκτίμησης της παλαιογεωγραφικής εξέλιξης της παράκτιας ζώνης, ιδιαίτερα στην ανατολική Μεσόγειο.The purpose of this thesis was to collect and study geomorphological, sedimentological and archaeological data in order to evaluate the evolution of sea level in Central Cyclades during the Late Holocene and assess the contribution of local tectonics. The ultimate goal was to trace the palaeoshorelines in central Cyclades, the effects of sea level changes in palaeoenvironmental evolution and to propose a reliable palaeogeographical reconstruction during the Late Holocene. A multiproxy analysis took place through the study of submerged beachrocks, sediment corings in coastal lagoons and archaeological remains in order to accomplish the aforementioned goals. Detailed underwater surveys of Paros and Naxos beachrocks, found down to about -6 m depth, took place along with luminescence dating. The selected beachrock samples were dated by using both OSL dating of quartz and infrared stimulated luminescence (IRSL) of feldspars. Petrographic and microstratigraphic analysis of beachrock cements was accomplished in order to identify the type of cement and determine the spatial relationship between the past shoreline and beachrock formation zone. Each beachrock dated sample, showing clear intertidal formation was transformed to a relative sea level (RSL) index point. Sedimentological and paleontological data of Late Holocene coastal deposits derived from lagoonal environments of Paros Island were studied along with radiocarbon dating. Archaeological remains were revisited and evaluated in order to understand their significance in the evolution of the coastal zone of both Islands. The west sandy beaches of Naxos are dominated by the presence of multiple submerged beachrock slabs, while for Paros only two sites were identified. Ιn both Islands they reach a maximum depth of -6.3 m. The beachrocks in Naxos are markedly more extensive in relation to the beachrocks of Paros. Notably, in both islands the beachrock thickness ranges between 0.25-1 m. Cement examination of the dated samples has shown that bounding material between grains was mostly early intertidal cement. Shallower beachrock samples (<2 m) suggested a RSL rise of ~2 m for the last 2.0 ka. However, in the case of deeper samples (between -4 and -5.7 m), some inconsistencies were noted with expected ages and with the tectonic regime of the study area. Overall, some major palaeogeographical changes were spatially and chronologically constrained for a number of coastal sectors of the two islands, based on the morphology of submerged beachrock slabs and luminescence dating. The multiproxy analysis of coastal cores from Paros Island allowed to reconstruct the coastal landscape evolution of selected sites and further provided a significant collection of data for the reconstruction of relative sea-level fluctuations in Paros. New data derived from two coastal drillings in the western part of Paros allowed reconstructing the palaeogeographic evolution of Livadia for the last ~4500-4864 cal BP and of Pounta for the last ~721-986 cal BP. Sedimentological and paleontological observations have shown that a semi-enclosed lagoon existed until at least ~780-436 BC (2385-2729 cal BP) in Livadia bay that was later slowly infilled probably due to human activities. Conversely, Pounta has been primarily influenced by coastal-marine processes and the evolution of the coastal landscape is more recent. All the data produced in this work were compiled in order to produce RSL index points and reconstruct the relative sea level changes in the study area. The resultant RSL index points were compared with RSL reconstructions from previously available data in central Cyclades. Data suggest a RSL that rose by ~2 m in the last 2000 years at an average rate of ~1.2 mm/yr. Furthermore, the new index points indicate that RSL rose at least by ~3.9 m in the last ~4500 years. A relative sea level curve has been suggested based on the compilation of data. Overall, the data indicated a slight underestimation of the RSL position in Paros and Naxos, which may reflect higher subsidence rates for the Late Holocene. This observed subsidence may be the combinatory result of eustatic sea level rise along with land subsidence. Reported submerged tidal notches suggest that subsidence is at least partly owed to coseismic events that have taken place during the last ~2800 years. Overall, this work has contributed to the better understanding of the RSL changes in Paros and Naxos Islands and improved the chronological framework for the Late Holocene and has further shown the significance of using multiproxy investigations to better assess sea-level evolution. This study has further shown the great potential of beachrocks as a tool to track major changes in shoreline positions and to precisely assess the palaeogeographical evolution of the coastal zone, especially in the eastern Mediterranean

Flash Flood Susceptibility Evaluation in Human-Affected Areas Using Geomorphological Methods—The Case of 9 August 2020, Euboea, Greece. A GIS-Based Approach.

Flash floods occur almost exclusively in small basins, and they are common in small Mediterranean catchments. They pose one of the most common natural disasters, as well as one of the most devastating. Such was the case of the recent flood in Euboea island, in Greece, in August 2020. A field survey was accomplished after the 2020 flash floods in order to record the main impacts of the event and identify the geomorphological and man-made causes. The flash flood susceptibility in the urbanized alluvial fans was further assessed using a Geographic Information System (GIS)-based approach. Our findings suggest that a large portion of the alluvial fans of Politika, Poros and Mantania streams are mainly characterized by high and very high hazard. In fact, ~27% of the alluvial fans of Politika and Poros streams are characterized with very high susceptibility, and ~54% of Psachna area. GIS results have been confirmed by field observations after the 2020 flash flood, with significant damages noted, such as debris flows and infrastructure damages, in buildings, bridges and the road networks. In addition, even though the adopted approach may be more time-consuming in comparison to purely computational methods, it has the potential of being more accurate as it combines field observations and the effect of past flooding events

Multifaceted Impacts of Sustainable Land Management in Drylands : A Review

Peer reviewe

Μελέτη της γεωμορφολογικής και περιβαλλοντικής εξέλιξης της παράκτιας ζώνης των κεντρικών Κυκλάδων

The purpose of this thesis was to collect and study geomorphological, sedimentological and archaeological data in order to evaluate the evolution of sea level in Central Cyclades during the Late Holocene and assess the contribution of local tectonics. The ultimate goal was to trace the palaeoshorelines in central Cyclades, the effects of sea level changes in palaeoenvironmental evolution and to propose a reliable palaeogeographical reconstruction during the Late Holocene.A multiproxy analysis took place through the study of submerged beachrocks, sediment corings in coastal lagoons and archaeological remains in order to accomplish the aforementioned goals. Detailed underwater surveys of Paros and Naxos beachrocks, found down to about -6 m depth, took place along with luminescence dating. The selected beachrock samples were dated by using both OSL dating of quartz and infrared stimulated luminescence (IRSL) of feldspars. Petrographic and microstratigraphic analysis of beachrock cements was accomplished in order to identify the type of cement and determine the spatial relationship between the past shoreline and beachrock formation zone. Sedimentological and paleontological data of Late Holocene coastal deposits derived from lagoonal environments of Paros Island were studied along with radiocarbon dating. Archaeological remains were evaluated in order to understand their significance in the evolution of the coastal zone of both Islands. All the data produced in this work were compiled in order to produce RSL index points and reconstruct the relative sea level changes in the study area. Data suggest a RSL that rose by ~2 m in the last 2000 years at an average rate of ~1.2 mm/yr. Furthermore, the new index points indicate that RSL rose at least by ~3.9 m in the last ~4500 years. A relative sea level curve has been suggested based on the compilation of data. Overall, the data indicated a slight underestimation of the RSL position in Paros and Naxos, which may reflect higher subsidence rates for the Late Holocene. This observed subsidence may be the combinatory result of eustatic sea level rise along with land subsidence. Reported submerged tidal notches suggest that subsidence is at least partly owed to coseismic events that have taken place during the last ~2800 years.Ο στόχος της διατριβής ήταν η συλλογή και μελέτη γεωμορφολογικών, ιζηματολογικών και αρχαιολογικών δεδομένων προκειμένου να εκτιμηθεί η εξέλιξη της θαλάσσιας στάθμης στις κεντρικές Κυκλάδες κατά το Αν. Ολόκαινο και η συμβολή σε αυτήν της τεκτονικής. O απώτερος στόχος ήταν η ανασύνθεση των παλαιο-ακτών στις Κεντρικές Κυκλάδες, οι επιπτώσεις των μεταβολών της θαλάσσιας στάθμης στην παλαιοπεριβαλλοντική εξέλιξη και η παλαιογεωγραφική τους αναπαράσταση κατά το Αν. Ολόκαινο. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση πολλών τύπων δεδομένων (multiproxy analysis) μέσω της μελέτης βυθισμένων ακτόλιθων, πυρήνων σε παράκτιες λιμνοθάλασσες και αρχαιολογικών δεδομένων προκειμένου να επιτευχθούν οι παραπάνω στόχοι. Πραγματοποιήθηκαν αναλυτικές υποβρύχιες έρευνες στους ακτόλιθους της Πάρου και της Νάξου, οι οποίοι εντοπίστηκαν σε βάθη έως -6 m. Για την χρονολόγηση των ακτόλιθων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της οπτικά διεγερμένης φωταύγειας, με τη χρήση τόσο χαλαζία όσο και άστριου. Επιπλέον πραγματοποιήθηκε πετρογραφική ανάλυση του συγκολλητικού υλικού των ακτόλιθων ώστε να χαρακτηριστεί ο τύπος του συγκολλητικού υλικού όπως και να καθοριστεί η χωρική σχέση μεταξύ της παλαιο-ακτής και της ζώνης δημιουργίας των ακτόλιθων. Όλα τα δείγματα ακτόλιθων που συσχετίστηκαν με την μεσοπαλιρροιακή ζώνη μετατράπηκαν σε σημεία-δείκτες στάθμης θάλασσας (RSL index point). Μελετήθηκαν επίσης ιζηματολογικά και παλαιοντολογικά δεδομένα από γεωτρήσεις που πραγματοποιήθηκαν σε παράκτια λιμνοθαλάσσια περιβάλλοντα της Πάρου και επιλεγμένα δείγματα χρονολογήθηκαν με ραδιοχρονολογήσεις. Παράλληλα αξιολογήθηκαν αρχαιολογικά ευρήματα προκειμένου να κατανοηθεί η σημασία τους στην εξέλιξη της παράκτιας ζώνης και των δύο νησιών.Όλα τα δεδομένα που προέκυψαν από αυτή τη διατριβή συγκεντρώθηκαν με σκοπό να παραχθούν σημεία-δείκτες της θαλάσσιας στάθμης (RSL index points) και να ανακατασκευαστούν οι σχετικές μεταβολές της θαλάσσιας στάθμης. Τα δεδομένα που πρόεκυψαν συγκρίθηκαν με ανακατασκευές και από άλλα διαθέσιμα δεδομένα στις κεντρικές Κυκλάδες. Η ανάλυση έδειξε ότι η σχετική θαλάσσια στάθμη αυξήθηκε κατά ~2 μ. τα τελευταία 2000 χρόνια, με μέσο ρυθμό ~1,2 χιλιοστά / έτος. Επιπλέον, τα νέα σημεία-δείκτες δείχνουν ότι η σχετική θαλάσσια στάθμη αυξήθηκε τουλάχιστον κατά ~3,9 μ. τα τελευταία ~4.500 χρόνια. Μια σχετική καμπύλη στάθμης της θάλασσας προτάθηκε με βάση το σύνολο των δεδομένων. Συνολικά, τα δεδομένα έδειξαν μια μικρή υποεκτίμηση της θέσης της θαλάσσιας στάθμης στην Πάρο και τη Νάξο, η οποία μπορεί να υποδεικνύει υψηλότερους ρυθμούς βύθισης για το Αν. Ολόκαινο. Αυτή η παρατηρούμενη βύθιση μπορεί να είναι το συνδυαστικό αποτέλεσμα της ευστατικής ανόδου της θαλάσσιας στάθμης και της τεκτονικής βύθισης. Η παρουσία βυθισμένων παλιρροιακών εγκοπών δείχνει ότι τουλάχιστον ένα μέρος της βύθισης οφείλεται σε συν-σεισμικά γεγονότα που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια των τελευταίων ~ 2.800 χρόνων

Tectonics and Sea-Level Fluctuations

Global sea level has fluctuated significantly over geologic time as a result of changes in the volume of available water in the oceans and changes in the shape and volume of the ocean basins [...

Evidence of Coastal Changes in the West Coast of Naxos Island, Cyclades, Greece

Coastal lagoons and dunes are of great ecological importance, not only for providing habitats for rare flora and fauna, but also for protecting coastal areas from rising sea levels and storms, etc. Even though these features are unique for sustainable development and are extremely important to the natural environment and economy, they are one of the most vulnerable and threatened ecosystems due to their small size. The western coasts of Naxos (central Aegean Sea) represent an example of such phenomena, with various wetlands bordered by low-lying sand dunes. The aim of our study is to assess the vulnerability and pressures of the western coasts of Naxos Isl. by taking into consideration both natural and anthropogenic factors. We used a variety of approaches for the environmental and geomorphological study of the coastal zone to achieve this goal, including: (a) study of aerial photography from 1960 until today, (b) systematic seasonal aerial monitoring by drone, since 2015, (c) use of DGPS for the mapping of the coastal zone and for obtaining detailed topographic sections, and (d) dune mapping. Our findings reveal the vulnerability of the western coasts of Naxos due to sea level rise, tectonic subsidence, and a variety of anthropogenic pressures, such as uncontrolled parking, vegetation uprooting, sand extractions, and heavy touristic traffic. Therefore, the protection of the sand dunes, their restoration where they have been eroded, the definition of a zone of control, and restriction of human activities must be a key priority

Ancient quarries as indicators of the palaeogeographic evolution of Western Naxos (Cyclades)

This paper examines the remains of ancient quarries located in the western coastal zone of Naxos and presents the evidence they provide for the changing paleogeography of the area for the last 1500 years. On Manto island of Laguna, an aeolianite quarry was located on the coastal zone of the island reaching down to a depth of 2 m. In the area of Plaka, quarrying traces were found on beachrocks at 2 m depth. Based on the geoarchaeological evidence, the sea level 1500 years ago was 2 m lower than today and the shoreline of that time may be traced from the beachrocks protecting both the Laguna and Plaka. Taking into consideration the relative chronology provided by available geological evidence the exploitation of the beachrock quarries at both sites should be linked to the flourishing economy of Naxos during the late antiquity (4th-6th centuries AD) and through the Middle Byzantine period (7th-9th centuries AD)

Evidence of Coastal Changes in the West Coast of Naxos Island, Cyclades, Greece

Coastal lagoons and dunes are of great ecological importance, not only for providing habitats for rare flora and fauna, but also for protecting coastal areas from rising sea levels and storms, etc. Even though these features are unique for sustainable development and are extremely important to the natural environment and economy, they are one of the most vulnerable and threatened ecosystems due to their small size. The western coasts of Naxos (central Aegean Sea) represent an example of such phenomena, with various wetlands bordered by low-lying sand dunes. The aim of our study is to assess the vulnerability and pressures of the western coasts of Naxos Isl. by taking into consideration both natural and anthropogenic factors. We used a variety of approaches for the environmental and geomorphological study of the coastal zone to achieve this goal, including: (a) study of aerial photography from 1960 until today, (b) systematic seasonal aerial monitoring by drone, since 2015, (c) use of DGPS for the mapping of the coastal zone and for obtaining detailed topographic sections, and (d) dune mapping. Our findings reveal the vulnerability of the western coasts of Naxos due to sea level rise, tectonic subsidence, and a variety of anthropogenic pressures, such as uncontrolled parking, vegetation uprooting, sand extractions, and heavy touristic traffic. Therefore, the protection of the sand dunes, their restoration where they have been eroded, the definition of a zone of control, and restriction of human activities must be a key priority