Onder water met mariene wetenschappers: hoe karteren we het Belgisch continentaal plat? Gent. Contact:

Transcriptie

1 Onder water met mariene wetenschappers: hoe karteren we het Belgisch continentaal plat? Els Verfaillie 1, Isabelle Du Four 1, Mieke Mathys 1, Cecile Baeteman 2, Marc De Batist 1, Jean- Pierre Henriet 1 en Vera Van Lancker 1 1 Universiteit Gent, Renard Centre of Marine Geology (RCMG), Krijgslaan 281 S8, 9000 Gent. Contact: Els.Verfaillie@UGent.be 2 Belgische Geologische Dienst, Jennerstraat 13, 1000 Brussel 1. Introductie Het Belgisch deel van de Noordzee (BDNZ) heeft een oppervlakte van 3600 km², vergelijkbaar met de oppervlakte van een Belgische provincie (Figuur 1). Het BDNZ is in zijn geheel vrij ondiep. De diepte van de zeebodem ligt tussen 0 en -46 m (gemiddelde laagste laagwaterstand bij springtij of GLLWS). In de kustzone (tot km buiten de kust) varieert de diepte tussen 0 en -15 m, verder weg ligt een centrale zone met een diepte tussen -15 en - 35 m en in het noordelijke deel van het BDNZ variëren de dieptes tussen -35 en -46 m. De zeebodem wordt gekenmerkt door een sterk variabele topografie, met een reeks banken en geulen. Verschillende grote zandbanken komen voor in parallelle groepen: de Kust- en de Zeelandbanken liggen quasi parallel aan de kustlijn, terwijl de Vlaamse en de Hinderbanken meer noordoost-zuidwest georiënteerd zijn. Zandbanken spelen een belangrijke rol in de natuurlijke kustverdediging, de oppervlaktesedimenten worden lokaal ontgonnen en ze zijn voorkeurslocaties voor het inplanten van windmolenparken (voor een overzicht, zie Van Lancker et al., in press a). Met het toenemen van menselijke activiteiten, neemt ook de vraag naar zeebodemkartering toe, evenals naar het inschatten van de impact van deze activiteiten op het milieu. De hedendaagse technologie laat toe de zeebodem in detail te karteren met zowel aandacht voor de morfologische en sedimentologische kenmerken, de habitats, alsook de structuren en gelaagdheden van de ondiepe ondergrond. Hiertoe worden veelal akoestische technieken ingezet, in combinatie met staalname en video-observaties. Uitgaande van deze datasets worden multi-parameter modellen gegeneneerd die vervolgens kunnen gebruikt worden in andere gebieden. 2. Kartering van het oppervlakkige sediment Cruciaal voor de kartering van de oppervlakkige zeebodem zijn akoestische opnametechnieken zoals bv. singlebeam en multibeam echolood en side-scan sonar. Singlebeam en multibeam echolood-opnamen laten toe om aan de hand van een geluidssignaal en de geluidssnelheid doorheen het water de diepte te berekenen, respectievelijk voor 1 punt (singlebeam) en voor een waaier van punten (multibeam) onder het schip. Singlebeam-opnamen worden voornamelijk gebruikt voor de kartering van grote gebieden waar minder detail vereist is (bv. volledig BDNZ, zie Figuur 1), terwijl multibeamopnamen eerder worden gebruikt voor kleinere studiegebieden waar een grote mate van detail noodzakelijk is. Toch is het vrij waarschijnlijk dat in de toekomst het volledige BDNZ in multibeam zal zijn opgenomen. Een side-scan sonar wordt in het algemeen gemonteerd op een vis die aan een kabel achter het schip gesleept wordt op een zekere hoogte boven de zeebodem. Op basis van opnamen met zowel side-scan sonar, singlebeam en multibeam echolood is het mogelijk om aan de hand van de sterkte van het teruggekaatste signaal, de aard van de zeebodem af te leiden. Dit signaal verschilt naargelang de samenstelling van de

2 zeebodem en laat ondermeer toe om verschillende soorten sediment in kaart te brengen (bv. onderscheid tussen zand en slib). Terreinverificatie blijft echter cruciaal voor de validering van de akoestische datasets (bv. validatie of geclassificeerd fijn zand werkelijk overeenkomt met fijn zand) en voor het aanmaken van nieuwe kaarten die gebaseerd zijn op interpolaties (bv. kaarten van de korrelgrootte van het zandig sediment). Bovendien laten deze datasets toe om relaties op te stellen tussen de akoestische parameters en diverse terreinparameters wat vervolgens leidt tot de ontwikkeling van voorspellende modellen aanwendbaar in gebieden waar geen akoestische of staalnamegegevens beschikbaar zijn. In het kader van het Federaal Wetenschapsbeleid strategisch onderzoeksproject <Marebasse> ( Management, REsearch and Budgeting of Aggregates in Shelf Seas related to End-users ) ( ) (Van Lancker et al. 2007) werden, op schaal van het BDNZ, nieuwe thematische kaarten en datagrids aangemaakt met een resolutie van 250 m. Deze omvatten informatie van de bathymetrie, morfologie, sedimentologie (mediane korrelgrootte (Verfaillie et al. 2006), silt-klei percentage en potentieel voorkomen van grind en grof zand) evenals van de belangrijkste hydrodynamische en sedimenttransport-kenmerken. Gebruikmakende van multibeamgegevens werd gedetailleerd kaartmateriaal (resolutie 2 m) geproduceerd voor geselecteerde sites: (1) de belangrijkste stortplaats van gebaggerd materiaal Br&W S1 (Du Four en Van Lancker, in press); (2) de oude stortplaats Br&W Oostende; (3) het navigatiekanaal Pas van het Zand nabij de haven van Zeebrugge; (4) het centrale gedeelte van de Kwinte Bank, representatief voor een gebied onderhevig aan aggregaatextractie (Van Lancker et al., in press b); en (5) een grindrijk gebied met relevantie tot de aggregaatexploratiezone van de Hinder Banken. Alle data zijn opgenomen in een Geografisch Informatiesysteem (GIS) GIS@SEA. Bijkomend zijn de data gevalideerd en verfijnd in de context van mariene habitatkartering waarbij de relatie tussen het abiotische en biotische milieu centraal staat (InterregIIIb project MESH ( Mapping European Seabed Habitats ) ( )). De GIS@SEA datalagen werden, met behulp van geavanceerde statistische technieken, verwerkt tot mariene landschapskaarten en habitatkaarten ter voorspelling van het voorkomen van biologische soorten en gemeenschappen (voor een overzicht, Verfaillie, ingediend). De kaarten worden vrijgegeven op DVD, via het Belgische Marien Datacentrum (BMDC) ( en het MESH webgis ( Metadata zijn aangemaakt volgens Europese standaarden en het kaartmateriaal is voorzien van confidentielabels. De geïntegreerde ruimtelijke analyse van de datasets heeft geleid tot verschillende toepassingen in de context van een meer duurzaam beheer van de zeebodem: - Habitatkartering en ecologische waardering (bv. in het kader van Europese Richtlijnen, zoals de Marine Strategy Directive, waar gestreefd wordt naar een good environmental status van het mariene milieu tegen 2021); - Opmaak van baseline studies voor de inschatting van toekomstige impacten van antropogene activiteiten (bv. windmolenparken); en - Mariene ruimtelijke planning (bv. afbakening van aggregaatextractiezones)

3 Figuur 1: Bathymetrische kaart van het Belgisch deel van de Noordzee. Dieptegegevens zijn gebaseerd op singlebeamgegevens van de Vlaamse Overheid, Agentschap voor Maritieme Dienstverlening en kust, Afdeling Kust. 3. Kartering van de ondergrond Voor de kartering van de ondergrond, is seismiek de meest gebruikte techniek. Dit is tevens een akoestische techniek, die, aan de hand van geluidsignalen die de bodem indringen en weer terugkaatsen, de gelaagdheid en structuren van de ondergrond kan weergeven. Wat betreft Quartaire afzettingen, was het BDNZ één van de laatste ongekarteerde en ongekende gebieden van België. Door de afwezigheid van een duidelijke shelf break en het

4 ontbreken van enige vorm van subsidentie, wordt het BDNZ gekenmerkt door zeer weinig accommodatieruimte om Quartaire afzettingen te laten ophopen en te bewaren. Het Quartair op het BDNZ is dan ook heel fragmentarisch en onregelmatig van vorm. Het heeft een maximale dikte van slechts 45 m. In een tijd waarin enkel analoge seismische data beschikbaar waren, was het dan ook moeilijk om van deze onsamenhangende afzettingen een coherente reconstructie te maken van de Quartair geologische evolutie. Verschillende zandbanken op het BDNZ werden in het verleden reeds bestudeerd, maar elke bank kreeg zijn eigen interpretatie en onderverdeling, zonder dat deze met elkaar gelinkt konden worden. Nu, twintig jaar later, werden meer dan km aan bestaande hoge-resolutie seismische profielen ingescand en geconverteerd naar een digitaal formaat (Mathys in prep., Mathys et al. 2007). Deze digitalisering liet toe alle beschikbare gegevens in één gegevensbestand te integreren en te visualiseren in 3D, waardoor de onderlinge relaties tussen de banken duidelijk werden. Op die manier kon voor de eerste keer een samenhangend Quartair evolutieverhaal van het BDNZ gereconstrueerd worden. De seismische data toonden dat de Quartaire bedekking op het BDNZ is opgebouwd uit zeven seismo-stratigrafische eenheden, die na correlatie met meer dan 500 boorkernen ook een lithologische betekenis kregen (Mathys in prep., Mathys et al. 2007). Een paleo-vallei, ingesneden tijdens de voorlaatste ijstijd, werd opgevuld met drie eenheden die opeenvolgende fases vertegenwoordigen in een transgressieve estuariene opvulling tijdens het Eem, de vorige interglaciale periode. Een vierde seismische eenheid weerspiegelt een Holocene getijdengebiedafzetting achter een kustbarrière, een vijfde eenheid bestaat uit kustnabije, storm-gedomineeerde zandbanken, de zesde eenheid is een kustnabije afzetting bestaande uit herwerkt materiaal van een vroeger getijdengebied, en de zevende eenheid stelt de recente getijdenzandbanken voor. Wat dus uitgekarteerd werd zijn seismo-stratigrafische eenheden die een bepaald afzettingsmilieu vertegenwoordigen in een bepaalde periode, gescheiden door erosieoppervlakken die belangrijke fases weerspiegelen in de Quartaire zeespiegel-evolutie. De seismische eenheden kunnen intern lithologisch sterk heterogeen zijn, maar geven dankzij hun interpretatie naar afzettingsomstandigheden een goede indicatie van wat er in de ondergrond verwacht kan worden. Nu het BDNZ steeds vaker terugkomt in de actualiteit, o.m. met thema s als de inplanting van windmolenparken, aanvragen tot uitbreiding van de ontginning van zand en grind, is een degelijke kennis van de aard en samenstelling van de ondiepe ondergrond van het BDNZ onontbeerlijk. Referenties Du Four, I. en Van Lancker, V., in press. Changes of sedimentological patterns and morphological features due to the disposal of dredge spoil and the regeneration after cessation of the disposal activities. Marine Geology Mathys, M., in prep. Study of the geological evolution of the Belgian Continental Shelf (southern North Sea) during the Quaternary. Ph.D. Thesis, Ghent University, Belgium, unpublished. Mathys, M., Baeteman, C. en De Batist, M From the Pleistocene incision of a palaeovalley until the Holocene formation of sandbanks: the Quaternary evolution of a shelf with low accommodation potential (Belgian Continental Shelf, southern North Sea). INQUA 2007 abstracts. Quaternary International , Suppl. S., p.273

5 MESH project: Van Lancker, V., Du Four, I., Verfaillie, E., Deleu, S., Schelfaut, K., Fettweis, M., Van den Eynde, D., Francken, F., Monbaliu, J., Giardino, A., Portilla, J., Lanckneus, J., Moerkerke, G. and Degraer, S., Management, research and budgetting of aggregates in shelf seas related to end-users (Marebasse). Brussel (B), Belgian Science Policy (D/2007/1191/49). 139 pp. + DVD GIS@SEA + Habitat Signature Catalogue. Van Lancker, V., Bonne, W., Velegrakis, A. en Collins, M.B., in press a. Aggregate extraction from tidal sandbanks: is dredging with nature an option? Introduction. Journal of Coastal Research. Van Lancker, V.R.M., Bonne, W., Bellec, V., Degrendele, K., Garel, E., Brière, C., Van den Eynde, D., Collins, M.B. en Velegrakis, A.F., in press b. Recommendations for the sustainable exploitation of tidal sandbanks. Journal of Coastal Research. Verfaillie, E., Van Meirvenne, M. en Van Lancker, V., Multivariate geostatistics for the predictive modelling of the surficial sand distribution in shelf seas, Continental Shelf Research, 26(19): Verfaillie, E., ingediend. Development and validation of spatial distribution models of marine habitats, in support of the ecological valuation of the seabed. Ph.D. Thesis, Ghent University, Belgium, unpublished.