Καρστικοποίηση
Η Κεφαλονιά είναι το μεγαλύτερο νησί του Ιονίου πελάγους και παρουσιάζει ποικίλες γεωμορφές οι οποίες είναι άμεσα συνδεδεμένες με τα λιθολογικά και τεκτονικά χαρακτηριστικά της. Το μεγαλύτερο μέρος του νησιού απαρτίζεται από πετρώματα της Προ-Απούλιας ζώνης, και τμήμα του από πετρώματα της εξωτερικής Ιόνιας ζώνης. Αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από ασβεστόλιθους, ιδιαίτερα η περιοχή της Σάμης η οποία και αποτελείται κυρίως από ασβεστόλιθους που αποτέθηκαν κατά τη διάρκεια του Μεσοζωικού (251-65 εκατ. έτη).
Οι ασβεστόλιθοι, είναι ιζηµατογενή πετρώµατα τα οποία καλύπτουν πάνω από το 1/4 της γήινης επιφάνειας και έχουν κύριο συστατικό το ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3) το οποίο διαλύεται ελάχιστα στο καθαρό νερό. Είναι κυρίως θαλάσσιο ίζημα που δημιουργήθηκε σε παλαιότερες γεωλογικές εποχές από συνεχή αργή και σταθερή καθίζηση κελυφών ανθρακικού ασβεστίου (CaCO3) διαφόρων οργανισμών που ζούσαν την εποχή εκείνη κατά προτίμηση όχι σε μεγάλα βάθη. Αυτά τα ιζήματα εμπλουτίστηκαν και με ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3) που περιέχεται στα νερά των θαλασσών και καθώς αυτά τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο, δημιουργούν στρώματα διαφορετικού πάχους αναλόγως των συνθηκών που επικρατούν σε κάθε περιοχή. Εξαιτίας μιας σειράς φυσικο-χημικών φαινομένων γνωστών με το όνομα διαγένεση, αυτό το θαλάσσιο ίζημα σιγά σιγά στερεοποιείται και τελικά μετατρέπεται σε συμπαγή ασβεστόλιθο.
Από τη γεωλογία γνωρίζουμε ότι ορισμένα ρεύματα από το εσωτερικό της γης, γίνονται η αιτία της μετακίνησης των διαφόρων πλάκων στις οποίες είναι χωρισμένος ο φλοιός της γης (τεκτονισμός). Η κίνηση αυτή προκαλεί πολλές φορές και την ορογένεση έτσι ώστε οι ασβεστόλιθοι που κάποτε δημιουργήθηκαν στους πυθμένες των θαλασσών να σχηματίζουν ολόκληρα βουνά και να αποτελούν μεγάλο ποσοστό της χέρσου. Το αρχικό ίζημα το οποίο έχει πλέον συμπαγοποιηθεί δέχεται δυνάμεις μεγάλης ισχύος με αποτέλεσμα να σπάει και να δημιουργεί ρωγμές. Εξαιτίας αυτών των ρωγμών που παρουσιάζουν (οι ρωγμές αυτές μπορεί να είναι διακλάσεις και ρήγματα που δημιουργούνται, ανάλογα με τις δυνάμεις που εξασκούνται), επιτρέπεται η διέλευση του νερού, με αποτέλεσμα να ξεκινούν και να εξελίσσονται τα καρστικά φαινόμενα (το όνομα καρστ προέρχεται από την περιοχή Carso της Σλοβενίας ανατολικά της Τεργέστης όπου για πρώτη φορά παρατηρήθηκε και μελετήθηκε το φαινόμενο) τα οποία τελικά δημιουργούν τα περισσότερα σπήλαια. Ο όρος καρστ σήμαινε αρχικά πεδίο λίθων, σήμερα όμως έχει επεκταθεί εννοιολογικά σε κάθε μορφολογικό στοιχείο, είτε επιφανειακό είτε υπόγειο, που οφείλεται στη διαλυτική ικανότητα του νερού σε ευδιάλυτα πετρώματα. Χαρακτηριστικό των περιοχών αυτών, είναι η υπόγεια αποστράγγιση, όπου ακόμα και περιοχές οι οποίες δέχονται πλούσιες βροχοπτώσεις παρουσιάζονται απογυμνωμένες από φυτική κάλυψη, λόγω της διείσδυσης του νερού στο εσωτερικό των πετρωμάτων (κατείσδυση).
Η αναλογία καθαρού νερού προς ανθρακικό ασβέστιο πρέπει να είναι 75.000:1 για να πραγματοποιηθεί διάλυση. Το νερό όμως της βροχής πέφτει στο έδαφος εμπλουτίζεται με το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) το οποίο προέρχεται είτε από την ατμόσφαιρα είτε από την αποσύνθεση και αναπνοή των φυτών. Το αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης είναι η δημιουργία ασθενούς ανθρακικού οξέος (H2CO3) CO2+Η2Ο ↔ Η2CO3, το οποίοδιαλύει τα ανθρακικά πετρώματα με τα οποία έρχεται σε επαφή (καρστική διάβρωση). Έτσι στο νερό εμπεριέχεται ανθρακικό οξύ και κατά την αντίδραση: Η2CO3 + CaCO3 ↔Ca(HCO3)2 ο ασβεστόλιθος (ανθρακικό ασβέστιο) μετατρέπεται σε όξινο δισανθρακικό ασβέστιο. Η αντίδραση μετατοπίζεται, σε περίπτωση περίσσειας CO2 προς τα προϊόντα ή όταν υπάρχει έλλειψη, προς τα αντιδρώντα, οπότε έχουμε διάλυση ή καθίζηση CaCO3 ανάλογα με την περίπτωση.
Έτσι µε την πάροδο του χρόνου το νερό διεισδύει στις ρωγμές (διακλάσεις και ρήγματα) του πετρώματος τις διευρύνει και σχηματίζεται ένα ιδιόμορφο τοπίο στην επιφάνεια και ένα πολύπλοκο δαιδαλώδες σύστημα υπόγειων αγωγών, μέσα στη μάζα του ασβεστόλιθου, που χαρακτηρίζονται µε τον όρο καρστ. Για συνεχιζόμενη διάλυση είναι απαραίτητο να ανανεώνεται το νερό. Η ταχύτητα των αντιδράσεων αυτών εξαρτάται από την ποσότητα και την ποιότητα νερού (συγκέντρωση αλάτων, συνολικό ποσόδιαλυμένου διοξειδίου του άνθρακα και pH) , τη θερμοκρασία, την πίεση, και τέλος την καθαρότητα του ασβεστολίθου. Οι πιο γνωστές υπόγειες καρστικές µορφές είναι κοιλότητες με ανώμαλη διάταξη όπως έγκοιλα και σπήλαια και το φαινόμενο λέγεται καρστικοποίηση.
Ιδιαίτερα στην περιοχή της Σάμης εμφανίζονται πολυάριθμα καρστικά φαινόμενα ως αποτέλεσμα της συνδυασμένης επίδρασης της λιθολογίας (ασβεστόλιθοι), της τεκτονικής δραστηριότητας (διακλάσεις και ρήγματα), των κλιματικών συνθηκών καθώς και των διεργασιών διάβρωσης και απόθεσης. Έχουν καταγραφεί περίπου 17 τοποθεσίες σπηλαίων και καρστικώνλιμνών, τα οποία σχηματίστηκαν στους ασβεστόλιθους της ζώνης Παξών, που αποτέθηκαν κατά τη διάρκεια του Μεσοζωικού Αιώνα (251-65 εκατ. έτη).
Η διαδικασία της καρστικοποίησης στο νησί της Κεφαλονιάς
Οι γεωλογικές συνθήκες που επικρατούν στο νησί ευνόησαν το σχηματισμό μεγάλης ποικιλίας υπογείων και επίγειων καρστικών σχηματισμών και ιδιαίτερα στην περιοχή της Σάμης καθώς βρίσκεται στην ανατολική παράκτια ζώνη του νησιού. Συγκεκριμένα βρίσκεταικοντά στην επώθηση της ζώνης της Ιονίου κατά το Κατώτερο Πλειόκαινο (5.33-3,5 εκατ.έτη) επί της αυτόχθονης ζώνης της Προαπούλιας η οποία και αποτελεί το σημαντικότερο τεκτονικό γεγονός στο νησί της Κεφαλονιάς .
Συνεπώς ο μεγάλος βαθμός καρστικότητας που παρατηρείται στην περιοχή οφείλεται στο γεγονός ότι οι ασβεστόλιθοι εμφανίζονται έντονα τεκτονισμένοι εξαιτίας της θέσης τους, όπου σε συνδυασμό με το νερό της βροχής το οποίο περνά μέσα από τις ρωγμές (διακλάσεις και ρήγματα) και το διαλελυμένο σ’αυτό CO2 διευκολύνει τη διάλυση του ανθρακικού ασβεστίου με αποτέλεσμα να δημιουργούνται καρστικοί σχηματισμοί όπως σπήλαια (Δρογγαράτη), δολίνες (Αγ. Θεόδωροι, Χιριδόνι, Ζερβάτη), σπηλαιοβάραθρα (Αγ. Ελεούσα, Αγγαλάκι), σπηλαιολίμνες (Μελισάνη, Φιτίδι, Άγιοι Πάντες, Βρούσπα, Αγγαλάκι) Ξερογρούσπα, Τρύπα του Λιαρού, Τρύπα του Αγγελέτου, Τρύπα του Παπά, Λακουδίτσα) υπόγεια ποτάμια και καρστικές λίμνες (Μελισσάνη, Καραβόμυλος).
Το φαινόμενο που έχει απασχολήσει πολλούς ερευνητές είναι το γεγονός ότι οι παραπάνω καρστικοί σχηματισμοί πουαναπτύσσονται στην περιοχή της Σάμης λίγο πάνω ή λίγο κάτω από το επίπεδο της θάλασσας, επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω ενός συστήματος αγωγών ρεόντων υδάτων, (καρστοϋδρολογικό δίκτυο) όπου τα υφάλμυρα νερά των χαμηλότερων τμημάτων τους ρέουν από το εσωτερικό προς την παραλιακή ζώνη του Καραβόμυλου. Το πιο εντυπωσιακό γεγονός είναι όμως η σύνδεση του καρστοϋδρολογικού άξονα Αργοστολίου-Σάμη (Καταβόθρες Αργοστολίου- περιοχή Καραβόμυλου).
Συγκεκριμένα στις Καταβόθρες του Αργοστολίου εισρέει θαλασσινό νερό το οποίο συναντά υπόγειους αγωγούς ρεόντων υδάτων και αναμιγνύεται με το γλυκό νερό, το οποίο προέρχεται από υψηλότερα στρώματα και συγκεκριμένα από ασβεστόλιθους της ορεινής μάζας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το γλυκό νερό να παρασύρει με το ρου του το θαλασσινό και να αναβλύζει πια σαν πηγές υφάλμυρου νερού σε ψηλότερα υψόμετρα από τη στάθμη της θάλασσας, 15 Km ανατολικά, στην ευρύτερη περιοχή της παραλιακής ζώνης του Καραβόμυλου.
Τρεις είναι οι πιθανοί παράγοντες, οι οποίοι δρουν συγχρόνως και εξηγούν το φαινόμενο. Πρώτος παράγοντα είναι η ενέργεια του θαλάσσιου ρεύματος Αιγαίου-Αδριατικής που έχει ως συνέπεια τη δημιουργία υψηλότερης στάθμης της επιφάνειας της θάλασσας στις Καταβόθρες του Αργοστολίου, κατά 2-30 cm, σε σχέση με την περιοχή του Καραβόμυλου. Δεύτερος παράγοντας και σημαντικός είναι η διαφορά πυκνότητας μεταξύ του θαλασσινού νερού που εισρέει στην καταβόθρα (1,258 kg/dm3στους 25οC) και του υφάλμυρου που εκρέει από τις πηγές (1,0002 kg/dm3στους 15οC) και τρίτος η ύπαρξη βαθιών καρστικών αγωγών, τύπου σιφωνίων, που λειτουργούν υποθαλάσσια, συμβάλλοντας στη δημιουργία του φαινομένου συμπληρωματικά σε σχέση με τη δράση του θαλάσσιου ρεύματος Αιγαίου-Αδριατικής.
Παρόμοια καρστικά φαινόμενα συναντώνται και σε άλλα μέρη της γης , πουθενά όμως στον κόσμο δεν έχουν παρατηρηθεί τα ακόλουθα δεδομένα που κάνουν κατά γενική ομολογία το φαινόμενο του καρστικού συστήματος καταβοθρών της Κεφαλονιάς ένα από τα πιο θεαματικά και ενδιαφέροντα υδρογεωλογικά φαινόμενα του κόσμου, το οποίο αποτέλεσε αντικείμενο μελέτης πολλών επιστημόνων εδώ και περίπου 150 χρόνια, και είναι τα εξής: 1)η συνεχής είσοδος του θαλασσινού νερού από τις καταβόθρες, το οποίο μάλιστα διασχίζει, μέσω του υδροφόρου ορίζοντα ολόκληρο το νησί, και η έξοδος υφάλμυρου νερού από την περιοχή της Σάμης, 2) η σημαντική ταχύτητα ροής του θαλασσινού νερού προς τις καταβόθρες έως και 3m/sec και 3) η διακύμανση της ταχύτητας αναρρόφησης , ανάλογα με την ποσότητα των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων.
Τα πρώτα συμπεράσματα για το καρστικό σύμπλεγμα καταβοθρών Αργοστολιού - περιοχής Σάμης βγήκαν το 1963 από τους Αυστριακούς Zötl και Maurin, όταν μετά τη ρήψη χρωστικής ουσίας (160Kgr ουρανίνης, χημικός ανιχνευτής) στις καταβόθρες Αργοστολιού διαπίστωσαν την επικοινωνία τους με τις πηγές της περιοχής Σάμης μετά από δεκαπέντε ημέρες. Η απόσταση μεταξύ των Καταβοθρών και των πηγών σε ευθεία γραμμή είναι 15Km.
Πολλές υποθέσεις είχαν γίνει για την εξήγηση του φαινομένου αυτού μέσω διαφόρων μηχανισμών. Ο πιο κοινός από τους οποίους είναι η θεωρία των ωκεάνιων παλιρροιών και των ισχυρών ανέμων που έχουν αξιοποιηθεί για την εξήγηση παρόμοιων φαινομένων που όμως αδυνατούν να εφαρμοστούν στο νησί λόγω της αδιάλειπτης εισροής νερού. Δεν είναι συνεπώς δυνατό να αναζητηθεί η αιτία του φαινομένου στις περιοδικές πλημμυρίδες ή τους ανέμους, αφού δεν έχουν σταθερή δύναμη και διεύθυνση.
Σύμφωνα με μελέτες που έχουν πραγματοποιηθεί στο φαινόμενο συμβάλουν οι εξής παράγοντες:
- Tο θαλάσσιο επίπεδο στην πλευρά των καταβοθρών είναι ψηλότερο από ότι των πηγών εκφόρτισης στην περιοχή της Σάμηςγ εγονός που οφείλεταιστην ενέργεια του ρεύματος Αιγαίου- Αδριατικήςκαι αποτελεί την αρχική αιτία εκκίνησης του φαινομένου. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το φαινόμενο της υψομετρικής διαφοράς της στάθμης της θάλασσας δεν ισχύει πάντα, αλλά διακόπτεται για μερικές ώρες της ημέρας. Έτσι, ενώ η υδραυλική κλίση που περιγράφηκε είναι ένα αίτιο του φαινομένου ροής, παρόλα αυτά δεν είναι ο μόνος λόγος, αφού η ροή συνεχίζεται ακόμη και όταν η υψομετρική διαφορά μηδενίζεται. Παρατηρήθηκε επίσης ότι το επίπεδο του υπόγειου νερού στις Καταβόθρες είναι στα –1.70 μ σε σχέση με το επίπεδο της στάθμης της θάλασσας ενώ στην αντίθετη πλευρά κοντά στις πηγές του Καραβόμυλου της περιοχής της Σάμης το επίπεδο του νερού καταγράφηκε στα -0.73 μ. Βρίσκεται δηλαδή ψηλότερα (ύπαρξη πιεζομετρικής κλίσης αντίθετης στη ροή του υπόγειου νερού).
- Συνεπώς η κίνηση του νερού από τις Καταβόθρες προς τις πηγές της περιοχής της Σάμης θα ήταν εντελώς παράδοξο αν το υπόγειο νερό δεν ποίκιλε ως προς την πυκνότητα. Και έτσι συμβαίνει καθώςτο θαλασσινό νερό (μεγαλύτερη πυκνότητα) εισέρχεται μέσω των Καταβοθρών συναντά και αναμιγνύεται με το γλυκό νερό που προέρχεται από την κατείσδυση των όμβριων υδάτων τα οποία διηθούνται μέσα από τα καρστικά ανοίγματα των ασβεστολιθικών πετρωμάτων του ορεινού όγκου του Αίνου και στη συνέχεια αναβλύζει σαν υφάλμυρο νερό στην ευρύτερη περιοχή της παραλιακής ζώνης του Καραβόμυλου στην περιοχή της Σάμης. Η ροή του υπόγειου νερού σχηματικά μπορεί να προσομοιαστεί με αυτή σε συγκοινωνούντα δοχεία που περιέχουν νερό με δύο διαφορετικές πυκνότητες καθώς η υδροστατική ισορροπία επιβάλλει κίνηση του νερού προς την πλευρά με τη μικρότερη πυκνότητα.
- Επίσης στην ύπαρξη υπόγειου καρστικού δικτύου αγωγών. Η υπόγεια ροή πραγματοποιείται μέσω διαπερατών, καρστικών αγωγών και κυρίως μέσω ενός μεγάλου αγωγού που ενώνει τη Δυτική πλευρά του νησιού (περιοχή Αργοστολίου), με την Ανατολική (περιοχή Σάμης). Οι υδρογραφήσεις που έχουν πραγματοποιηθεί σε όλα τα σπήλαια της Σάμης έδωσαν κύριους άξονες με κατεύθυνση Β-Ν, που πλησιάζει πολύ την κατεύθυνση των καταβοθρών που είναι ΒΑ-ΝΔ. Από αυτόν όμως τον αγωγό, μόνο τμήματά του σώζονται. Τα πολλά ρήγματα που υπάρχουν στο νησί με κατευθύνσεις κυρίως Β-Ν έγιναν η αιτία της καταστροφής αυτού του καρστικού αγωγού γεγονός που εξηγεί τη δεκαπενθήμερη καθυστέρηση της χρωστικής από το Αργοστόλι έως τη Σάμη καθώς και την μικρή αρνητική υψομετρική διαφορά των καταβοθρών έναντι των πηγών. Η δημιουργία αυτού του καρστικού αγωγού, προήλθε αρχικά από την ταπείνωση της θαλάσσιας στάθμης κατά το Μεσσήνιο (7 εκατομμύρια έτη πριν), η οποία και επέτρεψε την ανάπτυξη του παράκτιου καρστικού δικτύου αγωγών στην περιοχή του Αργοστολίου. Κατόπιν, ακολούθησε μία άνοδο της στάθμης, το δίκτυο αυτό, έγινε υποθαλάσσιο, και στη συνέχεια μία νέα απόσυρση κατά την παγετώδη περίοδο, η οποία επικράτησε πριν από 18.000 χρόνια.
Τέλος εξαιτίας αυτού του αγωγού τα όμβρια ύδατα από την περιοχή του Αργοστολίου μεταφέρονταν ανατολικά. «Σήμερα που ολόκληρος ο αγωγός, ή τμήματα του, βρίσκονται κάτω από την στάθμη της θάλασσας , η υδροστατική πίεση, έχει εξισωθεί, οπότε η ροή θα έπρεπε να έχει σταματήσει.» Παρόλο αυτά η ανατολική πλευρά του νησιού συνεχίζει να τροφοδοτείται μέσω του ανατολικού καρστικού δικτύου μέσω και ενός επιπλέον αγωγού (ή αγωγών) ο οποίος δημιουργήθηκε, λόγω της διείσδυσης των όμβριων υδάτων στην περιοχή του Αίνου. Συνεπώς εξαιτίας της συνάντησης και επικοινωνίας των δύο αυτών αγωγών η ταχύτητα ροής μεγαλώνει κατά τα χρονικά διαστήματα έντονων βροχοπτώσεων με αποτέλεσμα να προκαλείται το φαινόμενο της αναρρόφησης το οποίο και ενεργοποιεί την εισρόφηση θαλασσινού νερού στο Αργοστόλι με μεγάλες ταχύτητες εισροής της θάλασσας στις Καταβόθρες (Θεωρία Bernoulli).