27GEOLOGIJOS PAÞANGAJonas Ðeèkus, Geologijos ir geografijos institutasPIETRYTINÉS BALTIJOS JÚROS RELJEFOKAITOS MODELIAVIMASAnotacijaÐeèkus J. Pietrytinës baltijos jûros reljefo kaitos mode-liavimas // Geologijos akiraèiai. ISSN 1392�0006. 2007,Nr. 3, p. 27-33.Pirmà kartà Lietuvoje, atkuriant Baltijos jûros holo-ceno paleogeografines sàlygas, buvo panaudoti kompiu-terinio modeliavimo metodai. Pagal skirtingø autoriø duo-menis (jûriniø kolonëliø bei græþiniø, seismoakustiniø,santykinio vandens lygio svyravimo kreives) buvo atkurtavisø Baltijos jûros vystymosi faziø (Joldijos jûros, Ancy-liaus eþero, Litorinos bei Postlitorinos jûrø) reljefo raida.Remiantis naujausiais pasaulinio vandenyno vandens ly-gio kilimo bei regiono tektonikos duomenimis buvo su-kurti trys ateities reljefo raidos scenarijai.

AbstractÐeèkus J. Modelling of South-Eastern Baltic Sea Topog-raphy Changes // Geologijos akiraèiai. ISSN 1392�0006.2007, No. 3, p. 27�33.Computer modelling method has been applied for thefirst time in Lithuania to restore the palaeogeographic con-ditions of the Baltic Sea Holocene. Data of various au-thors (sea sediment core, drilling and seismoacoustic data,as well as water level fluctuation curves) enabled to restorethe topography development history for all phases of theBaltic Sea (Yoldia, Ancylus, Litorina and Postlitorina). Thelatest data about the World Ocean level rise and regionaltectonics were used to construct three scenarios of the to-pography development in the future.Keywords: Baltic Sea, Holocene, palaeogeography, modelling.Received 12 July 2007, accepted 16 August 2007Institute of Geology and Geography, T.Ðevèenkos 13, LT�03223. Vilnius.Tel. +370 65026449; e-mail: jonas.seckus@geo.ltÁvadasHoloceno paleogeografiniai tyrimai Lietuvospajûryje bei Baltijos jûroje vykdomi jau daugiaunei ðimtà metø. Skirtingi autoriai paleogeogra-fines schemas sudarinëjo remdamiesi jûriniøkolonëliø, sausumoje iðgræþtø græþiniø ir geofi-ziniø tyrimø duomenimis, taikydami ávairiausiustyrimø metodus � paleobotaninius, palinologi-nius, geomorfologinius, seismoakustinius, se-dimentologinius, radioaktyviosios anglies, OSLdatavimus ir kt. Per paskutiniuosius deðimt me-tø, tobulëjant kompiuterinei bei programineiárangai, regiono paleogeografijai tirti buvo pra-dëti taikyti geografiniø informaciniø sistemø beikompiuterinio modeliavimo metodai.Sedimentaciniai procesai ir geodinaminëssàlygos pietrytinëje Baltijos jûros dalyje yra þi-nomos, taèiau labai maþai tyrinëtos taikant ðiuo-laikinius kompiuterinio modeliavimo metodus,kad bûtø tiksliau ávertinti jø formavimosi ypatu-mai. Praëjusá deðimtmetá, vykdant ávairius projek-tus (geologinis kartografavimas 1:50 000 mas-teliu; Lietuvos-Ðvedijos geologiniai geofiziniai ty-rimai 1993-1995 m.; EU INCO-COPERNICUSprojektas 1996-1999 m.; EU Baltic Sea Study(BASYS) 1996-2000 m. ir kt.), buvo sukaupta

nemaþai naujos faktinës medþiagos. Naudojan-tis ðiais duomenimis, buvo sukurtas Baltijos jû-ros pietrytinës dalies holoceno laikotarpio 4Dkompiuterinis geologinis modelis, leidþiantisefektyviai pavaizduoti senøjø holoceno baseinøtransgresyvius-regresyvius kranto linijø pokyèiusbei jø deformacijas, atkurti reljefo raidà tirtameregione (1 pav.). Naujausi duomenys apie nuo-sëdø dinamikà bei sedimentacijø greièius, van-dens lygio kilimà (Bindoff et al. 2007) bei neotek-toninius judesius (Rosentau et al. 2007) leidþiaatkurti ne tik kranto linijos raidà praeityje, bet irsudaryti prognozinius ateities scenarijus. Taiypaè aktualu rajonams, kur kranto linijos kaitaglaudþiai susijusi su þmogaus veikla. Norint su-kurti ilgalaikius pakrantës planavimo projektus,bûtø pravartu þinoti krantø bei reljefo vystymosiprognozinius scenarijus, kurie padëtø numatytisocialinæ bei ekonominæ rajono raidà.Duomenys bei tyrimø metodikaKuriant Baltijos jûros pietrytinës dalies rai-dos modelá, buvo naudojami anksèiau atliktøgeologiniø bei geofiziniø tyrimø rezultatai (Biti-nas et al. 2001, 2002, 2004; Gelumbauskaitë2002, Gelumbauskaitë et al. 2005). Duomenø

28 GEOLOGIJOS PAÞANGA

interpoliacijai buvo pasirinkta daugiau nei 600taðkø, ið kuriø didþiàjà dalá sudarë græþiniai, ið-græþti geologinio kartografavimo 1:50 000 mas-teliu Kretingos ir Ðilutës plotuose, jûrinës kolonë-lës, surinktos vykdant ávairias geologinio kartog-rafavimo programas, interpretuoti seismoakusti-niai profiliai Klaipëdos (Gelumbauskaitë et al.2005a) bei Nidos platumose (þr. 1 pav.). Visuosetaðkuose pagal Baltijos raidos vystymosi fazes ið-skirti sluoksniai buvo pririðti prie E. Andren 1999m. sudarytos geochronologinës skalës.Reljefo raidos geologiná modelá (2 pav.) su-daro trys pagrindinës dalys (Meyer 2003, Mey-er et al. 2005): struktûrinis modelis, nusakantisðiuolaikinæ Baltijos jûros dubens batimetrijà,kranto linijos padëtá bei pajûrio hipsometrijà; jû-ros lygio svyravimo eustatiniai (jiems átakos tu-ri pasaulinio vandenyno vandens lygio kilimas)ir izostatiniai (jiems átakos turi tektoniniai jude-siai) komponentai bei nuosëdø geodinamika,apibûdinanti sedimentacijos/erozijos procesàtiek jûroje, tiek krante.

1 pav. Tyrimø plotas. Taðkai: sausumoje � græþiniai, jûro-je � kolonëlës.

2 pav. Geologinio modeliavimo schema (pagal M. Meyer).

Fig. 1. Investigation area. Points show onland boreholesand cores in the sea.

Fig. 2. Geological modelling scheme (after M. Meyer).

29GEOLOGIJOS PAÞANGAModelis buvo sukurtas naudojant minimumcurvature interpoliacijos metodà, iðgaunant 200m horizontalià bei 0,1-0,5 m vertikalià skiriamàjàgebà (rezoliucijà).PaleoreljefasAtkuriant holoceno reljefà, regioninës san-tykinio vandens lygio svyravimo kreivës beigeologiniai sluoksniai buvo geochronologiðkaisuskaidyti á trumpas laiko atkarpas naudojantprogramà �Diagrammer 2�, kurià sukûrë Balti-jos jûros tyrimø instituto (Varnemiundë, Vokieti-ja) geologas dr. M. Meyer. Ði programa leidþiasuskaidyti nubraiþytas santykinio vandens lygiosvyravimo kreives á matricas, kuriose gautos reikð-mës atspindi, kokiame absoliuèiame aukðtyje, ly-ginant su dabartiniu, buvo tuometinis vandens ly-gio pavirðius. Kuo regioniniø kreiviø daugiau, tuotiksliau atspindimas to laikmeèio vaizdas. Norint

atskirti eustatinius komponentus nuo izostatiniø,programa �Diagrammer 2� buvo áskaitmenintaeustatinë vandens lygio svyravimo kreivë Balti-jos jûroje (Mörner, 1980) bei gauti duomenys at-imti ið pradiniø, áskaitmeninus regionines santy-kinio vandens lygio svyravimø kreives.Kuriant modelá buvo panaudota 12 kreiviøið skirtingø regionø � Suomijos (1), Rusijos (1),Estijos (4), Lietuvos (2), Lenkijos (1), Vokietijos(1), Ðvedijos (2) (3 pav., 1 lentelë). Ðios kreivësbuvo pasirinktos neatsitiktinai, nes norëjome re-konstruoti kuo ilgesnio laikotarpio reljefà. Ka-dangi Baltijos ledyninio eþero fazës tektoninëraida rekonstruota nepakankamai tiksliai, josbuvo nutarta atsisakyti, apsiribojant tik holoce-no reljefo rekonstrukcija. Tokiu bûdu buvo su-kurtas izostatinio komponento modelis, apiman-tis pastarøjø 10 500 metø laikotarpá, t.y. atspin-dintis Joldijos jûros, Ancyliaus eþero, Litorinosbei Postlitorinos vystymosi stadijas.Rekonstruojant paleoreljefà, reikëjo atsi-þvelgti ir á sedimentacijos/erozijos procesus. Jiebuvo modeliuojami naudojant græþiniø ir jûriniøkolonëliø bei seismoakustiniø profiliø duome-nis. Kiekvienai Baltijos jûros vystymosi stadijaibuvo sukurti nuosëdø storiø bei kiekvienos fa-zës pavirðiaus modeliai. Nustaèius vidurkiná se-dimentacijos greitá ir duomenis perinterpretavuskartu su izostatiniu bei eustatiniu komponentais,buvo gauti paleoreljefo modeliai laiko atkar-poms kas 10 metø (4 pav.).Reljefo ateities vystymosi scenarijaiReljefo raida ateityje modeliuojama atsiþvel-giant tiek á pasaulinio vandenyno vandens ly-gio kilimà, tiek á neotektoninius judesius. Ðieduomenys gauti naudojant Pasaulinës klimatokaitos tyrimø grupës rezultatus, paskelbtus2007 m. (Bindoff et al. 2007),bei tektoniná modelá, kuris bu-vo sukurtas bendradarbiau-jant Baltijos jûros tyrimø ins-tituto (IOW, Vokietija) bei Tar-tu universiteto specialistams(Rosentau et al. 2007).Mes sukûrëme tris pietry-tinës Baltijos jûros dalies rel-jefo vystymosi ateityje mode-lius, remdamiesi �optimistið-kiausiu�, �pesimistiðkiausiu�bei �vidurkiniu� vandens ly-gio kilimo scenarijais. �Opti-mistiðkiausiame� scenarijuje

3 pav. Santykinio vandens lygio svyravimø kreiviø, nau-dotø kuriant paleoreljefo modelá, iðsidëstymas (kreiviø nu-merius þr. tekste, lentelëje).Fig. 3. Distribution of relative water level oscillation curvesused to model the palaeorelief (for curve numbers seetext and tables).Santykinio Baltijos jûros vandens lygiø svyravimø matavimo taðkøvietos ir numeriai

30 GEOLOGIJOS PAÞANGA

4 pav. Holoceno laikotarpio paleoreljeforekonstrukcija: A � prieð 100 metø (Baltijosjûra); B � prieð 2000 metø (Postlitorinos jû-ra); C � prieð 6 000 metø (Litorinos jûra); D �prieð 9 000 metø (Ancyliaus eþeras); E � prieð10 000 metø (Joldijos jûra) (hipsometrinëskreivës iðvestos kas 5 m, raudona linija þy-mi dabartinæ kranto linijà).

Fig. 4. Holocene palaeorelief reconstruction:A � 100 years ago (Baltic Sea); B � 2000 BP(Postlitorina Sea); C � 6000 BP (Litorina Sea);D � 9000 BP (Ancylus Lake); and E � 10.000BP (Yoldia Sea) (hypsometric curves drawnat every 5 m; the red line shows the present-day shoreline).

A

C

E

B

D

z, m

31GEOLOGIJOS PAÞANGA

5 pav. Prognozinë reljefo raida: A � �pesimisti-nis� scenarijus (pasaulinio vandenyno vandenslygis po 100 metø pakils 0,98 m); B � �optimis-tinis� scenarijus (pasaulinio vandenyno van-dens lygis po 100 metø pakils 0,1 m; C � �vi-durkinis�scenarijus (vandenyno vandens lygispo 100 metø pakils 0,5 m) (hipsometrinës krei-vës iðvestos kas 5 m, raudona linija þymi da-bartinæ kranto linijà).

pasaulinio vandenyno vandens lygis pakyla 10cm, toks vandens lygio kilimas bûtø pasiektasradikaliai sumaþinus iðmetamø CO2 dujø kiekáir jei bûtø laikomasi Kijoto protokolo reikalavi-mø. �Pesimistiðkiausias� scenarijus sukurtasmanant, kad Kijoto protokolo nebus laikoma-si � CO2 kiekis ne tik nebus sumaþintas, bet irpadidës dël didþiøjø pasaulio valstybiø (Kini-jos ar Indijos) ekonomikos vystymosi. Vandenslygis, tirpstant ðiaurinio Þemës pusrutulio le-dynams, kils ir po ðimto metø sieks 0,98 m.�Vidurkinis� scenarijus sudarytas remiantisprielaidomis, kad Kijoto protokolo laikysis ðiuometu já pasiraðiusios ðalys, iðmetamo CO2 kie-kis bus sumaþintas, ne taip sparèiai tirps le-dynai ir pasaulinio vandenyno vandens lygispakils apie 0,5 m. Mûsø nuomone, realiausiasyra �vidurkinis� scenarijus. Todël planuojant

teritorijø panaudojimà tikslingiausia bûtø atsi-þvelgti á ðio reljefo raidos scenarijaus rezulta-tus. Visi ateities reljefo modeliai sukurti ðimtuimetø (5 pav.).DiskusijaTyrimai, reikalingi reljefui rekonstruoti Lie-tuvoje tik pradedami. Mûsø modelis sukurtasnaudojant tyrimø, atliktø dar nesinaudojant vi-suotine padëties nustatymo sistema (GPS),duomenimis, sukauptais skirtingu metu (tarpduomenø jûroje ir sausumoje yra apie 20 me-tø skirtumai), netaikant ðiuolaikiniø tyrimø me-todø (absoliutaus amþiaus nustatymo, sunkiø-jø mineralø analizës ir kt.). Dël ðiø prieþasèiømodelis nëra tikslus, taèiau tai yra pirmasisþingsnis atkuriant paleoreljefà.

Fig. 5. Forecasted relief development: A � pes-simistic scenario (in 100 years World Oceanlevel will rise by 0.98 m); B � optimistic sce-nario (in 100 years World Ocean level will riseby 0.1 m); C � average scenario (in 100 yearsWorld Ocean level will rise 0.5 m) (hypsomet-ric curves drawn at every 5 m; the red lineshows the present-day shoreline).

z, m

A B

C

32 GEOLOGIJOS PAÞANGA

LiteratûraBerglund, M. Holocene shore displacement and chronology in Ångermanland, eastern Sweden, the Scandi-navian glacio-isostatic uplift center // Boreas, 33. � 2004. � P. 48-60.Berglund, B.E, Sandgren, P., Barnekow, L., Hannon, G., Jiang, H., Skog, G., Yu, S.Y. Early Holocene history ofthe Baltic Sea, as reflected in coastal sediments in Blekinge, southeastern Sweden // Quaternary Interna-tional, 145-130. � 2005. � P. 111-139.Bindoff, N., Willebrand, J. Observations: Oceanic climate change and sea level. � 2007. � Internete: http://ipcc-wg1.ucar.edu/wg1/Report/AR4WG1_Pub_Ch05.pdf.Bitinas, A., Damuðytë, A., Hütt, G., Jaek, I., Kabailienë, M. Application of the OSL dating for stratigraphiccorrelation of Late Weichselian and Holocene sediments in the Lithuanian Maritime Region // QuaternaryScience Reviews, 20. � 2001. � P. 767-772.Bitinas, A., Damuðytë, A., Stanèikaitë, M., Aleksa, P. Geological development of the Nemunas River Delta andadjacent areas, West Lithuania // Geological Quarterly, 46(4). � 2002. � P. 375-389.Bitinas A., Damuðytë, A. The Litorina Sea at the Lithuanian Maritime region // Polish Geological Institute Spe-cial Papers, 11. � 2004. � P. 37-46.Dolukhanov, P., M. The Quaternary history of the Baltic. Leningrad och Soviet Carelia // The Quaternary historyof the Baltic / eds. V. Gudelis, Konigsson, L.-K. -Uppsala., 1979. � P. 115-125.Eronen, M., Glückert, G., Hatakka, L., van de Plassche, O., van der Plicht, J., Rantala, P. Rates of Holoceneisostatic uplift and relative sea-level lowering of the Baltic in SW Finland based on studies of isolationcontacts // Boreas, 30. � 2001. � P. 17-30.Gelumbauskaitë L.-Þ. Holocene history on the northern part of the Kurðiø Marios (Curonian) Lagoon // Baltica,15. � 2002. � P. 3-12.Gelumbauskaitë, L.-Þ. On the morphogenesis and morphodynamics of the shallow zone of the Kurðiø Nerija(Curonian Spit) // Baltica, 16. � 2003, � P. 37-42.Gelumbauskaitë, L.-Þ., Ðeèkus, J. Late Quaternary Shore Formations of the Baltic Basins in the LithuanianSector // Geologija, 52. � 2005. � P. 34-45.Gelumbauskaitë, L. Þ., Ðeèkus, J. Late-Glacial � Holocene history in Curonian Lagoon (Lithuanian sector) //Baltica, 18, No. 2. � 2005b � P. 77-82.Heinsalu, A., Veski, S., Vassiljev, J. Palaeoenvironment and shoreline displacement on Suursaari island, theGulf of Finland // Bulletin of the Geological Society of Finland, 72. � 2000. � P. 21-46.Kabailienë, M. Lietuvos holocenas // Mokslas. � 1990. � P. 175.Kabailienë, M. Gamtinës aplinkos raida Lietuvoje per 14000 metø // Vilniaus Universiteto leidykla. � 2007. �P. 471.Kessel, H., Raukas, A. The Quaternary history of the Baltic. Estonia // The Quaternary history of the Baltic / eds.V. Gudelis, Konigsson, L.-K. � Uppsala, 1979. � P. 127-146.Kliewe, H. The Quaternary history of the Baltic. The German Democratic Republic // The Quaternary history ofthe Baltic / eds. V. Gudelis, Konigsson, L.-K. � Uppsala, 1979. � P. 185-193.Meyer, M. Modelling Prognostic Coastline Scenarios for the Southern Baltic Sea // Baltica, 16. � 2003. � P. 21-30.Meyer, M., Harff, J. Modelling Palaeo Coastline Changes of the Baltic Sea // Journal of Coastal Research,21(3). � 2005. � P. 598-609.Mörner N.-A. 1980. Late Quaternary sea-level changes in the north-western Europe: a synthesis // GeologiskaFöreningens i Stockholm Förhandlingar, 100. � 1980. � P. 381-400.Rosentau, A., Meyer, M., Harff, J., Dietrich, R., Richter, A. Relative Sea Level Change in the Baltic Sea since theLittorina Transgression. (in press). � 2007. � 20 p.

Norint gauti atkurto reljefo nepriekaiðtingusrezultatus, bûtini tikslingi tyrimai, apimantys vi-sà kompleksà ámanomø metodø: palinologi-nius-paleobotaninius, absoliutaus datavimo, se-dimentologinius, geofizinius, mineraloginius,geodezinius, archeologinius, hirdrologinius ir kt.Tik kryptingai dirbant bei bendradarbiaujant ávai-riø srièiø specialistams ámanoma gana tiksli rel-jefà ir jo raidà atkurianti prognozë.Tokie tyrimai padëtø spræsti ne tik fundamen-talius geologinius uþdavinius, bet ir bûtø naudin-gi priimant praktinius sprendimus. Kaip tik ðiuometu Lietuvoje itin aktualus smëlio paëmimo ið

jûros Lietuvos pliaþams papildyti klausimas, ta-èiau tiksli poveikio aplinkai analizë nëra pada-ryta. Tokià analizæ bûtø labai paprasta atlikti su-kûrus nuosëdø transporto, reljefo vystymosi beiteritorijos planavimo modelius. Mûsø nuomone,priekrantës reljefo bei sedimentø srauto moni-toringà reikëtø atlikti bent kas 5 metus. Ðiuolai-kinës GIS technologijos bei kompiuterinis mo-deliavimas bûtø puikus árankis ðiems klausi-mams spræsti, tuo labiau, kad tokio modeliavi-mo rezultatai suprantami ne tik specialistams,bet ir þmonëms, kurie þemëlapius regëjo tik mo-kyklos suole.

33GEOLOGIJOS PAÞANGA

SummaryModelling of South-Eastern BalticSea Topography Changes

Saarnisto, M., Grönlund, T. Shoreline displacement of Lake Ladoga � new data from Kilpolansaari // Hydrobio-logia 322(1-3).Veski, S., Heinsalu, A., Klassen, V., Kriiska, A., Lougas, L., Poska, A., Saluäär, U. Early Holocene coastalsettlements and palaeoenvironment on the shore of the Baltic Sea at Pärnu, southwestern Estonia // Qua-ternary International, 130. � 2005. � P. 75-85.Uúcinowicz, S. A relative sea-level curve for the Polish Southern Baltic Sea // Quaternary International, 145-146. � 2006. � P. 86-105.

This paper describes the application of themethodological tools, which had never beenused for scientific interpretation of the geologi-cal processes in the south-eastern Baltic. Nu-merous authors have been studied geologicalevolution of the south-eastern Baltic more than100 years. Therefore, the newest data havebeen obtained on this area during the last de-cade when several national, bilateral and inter-national projects were performed. All this datahad never been compiled using recent model-ling methods.Modelling of the coastal evolution in thesouth-eastern part of the Baltic Sea has a spe-cial interest in the last years. New data occurredafter interpretation of geoseismic profiles inKlaipëda�Drëverna and latitude of Nida (south-ern Curonian Lagoon) areas. These data al-lowed reconstructing the relative sea levelchanges in Late Pleistocene�Holocene time(Gelumbauskaitë et al. 2005).Regional relative sea level curves, geophysi-cal data and cores (offshore and onshore) wereused as background for the reconstruction ofthe palaeorelief in Holocene time. Twelve curvesof the relative sea level changes were digitisedand tables with two variables T (time) and el-evation (Z) were obtained. All these data usingminimum curvature method in Surfer programwere interpolated and the grids of eustatic/iso-static compensation from nowadays were cre-ated for every 10 years.Compilation of the three main components(eustatic/isostatic, sedimentation and digital el-evation model) allowed us to reconstruct 4-D(space/time) palaeorelief model for the south-eastern part of the Baltic Sea (Gdansk Deep,Klaipëda Bank, Curonian Lagoon, LithuanianMainland). Data set of more than 600 pointswas used for the modelling processing.Timescale from 10,500 years to the recent days

was taken for modelling of the development ofthe south-eastern Baltic Sea. The reason wasthat the most of the curves compiled for differ-ent regions were adjusted for the above-men-tioned time interval. The model describes 4 dif-ferent phases of the Baltic Sea: the Yoldia Sea,the Ancylus Lake, the Litorina Sea and thePostlitorina Sea.Not only palaeoreconstructions but also thefuture scenarios of the Baltic Sea developmentwere taken into account of our project. Thenewest tendencies of climate changes and itsinfluence on the sea level rise (Bindoff et al.2007) and neotectonic movements were mod-elled and the influence on the relief of the south-eastern Baltic Sea was shown. Three modelsof the future development were created basedon the �optimistic�, �pessimistic� and �average�sea level rise scenarios created by IPCC. The�optimistic� scenario shows the relief develop-ment when the sea level rise will grow 10 cm in100 years. This value of the sea level rise wouldbe reached if CO2 emission into the atmospherewould be radically decreased, and require-ments of the Kyoto protocol would be stronglyfollowed. The �pessimistic� scenario is createdbased on the opinion that requirements of theKyoto protocol will be ignored, the CO2 emis-sion to the atmosphere will be increased be-cause of the economical growing of the biggestcountries (such as India, China etc.) and thesea level will rise because of melting of the IceShield in the Northern hemisphere and willreach 0.98 cm in 100 years. The �average� sce-nario is created based on the theory that therequirements of Kyoto protocol will be followedby the countries which have signed it by now,CO2 emission to the atmosphere will be de-creased, but the Ice Shield in the NorthernHemisphere will melt anyway, because of iner-tia of the natural processes, but not so inten-sive as it is in the �pessimistic� scenario. Theglobal water level will rise 0.5 cm in 100 years.In our opinion, the �average� scenarioseems to be most realistic, and it would be mostuseful for the coastal planning works.