In spite of decades of related research, stream channel initiation is still not well understood. Current theories of channel initiation are grounded in research conducted by Montgomery and Dietrich, largely in the transport limited, temperate, humid climate of the Pacific Northwest, USA. This field data driven work concluded that the drainage area required for channel initiation is directly correlated to the slope of the contributing area. However, there are a host of related variables that have yet to be examined in the field. This study revisits the slope-area relationship focusing on ephemeral overland flow in headwaters of both the Pacific Northwest and an environmentally contrasting island in Greece. By seeking greater understanding of the variables, such as soil properties, vegetation type, and lithology that may influence channel initiation, the study sought to find an equation for remote determination of where ephemeral flow concentrates. However, results indicated that a universal equation does not exist. Rather, the location of ephemeral flow concentration is linked to landscape type, transport versus weathering limited slopes, and corresponding overland flow type. As a result, there is potential for regional models to be developed. Two such models were found as part of this study. One indicates that in a weathering limited environment, Hortonian overland flow is the dominant ephemeral flow type and the driving force behind where it concentrates on the landscape. The other demonstrates that in a transport limited environment, ephemeral flow concentration is due saturated overland flow, with the key to location of concentration being the point of return flow.

Η περιοχή Κω – Νισύρου βρίσκεται στο ανατολικότερο άκρο του ενεργού ηφαιστειακού τόξου του νοτίου Αιγαίου, Τεταρτογενούς ηλικίας και περιλαμβάνει τα νησιά Κω και Νίσυρο και τις νησίδες του Γυαλιού, της Στρογγύλης, της Παχειάς και της Πυργούσας. Η ηφαιστειακή δραστηριότητα στη Κω χαρακτηρίζεται από Άνω – Μειοκαινικές ιγκνιμβριτικές (πυρομβριτικές) αποθέσεις και από Πλειοκαινικά – Πλειστοκαινικά ηφαιστειακά προϊόντα όπως τους ηφαιστειακούς δόμους, την πυροκλαστική ακολουθία της Κεφάλου, τους υδρομαγματικούς τόφφους και τον σε μεγάλη έκταση πυροκλαστικό σχηματισμό «τόφφο της Κω» (Kos Plateau Tuff) αποθέσεις του οποίου εντοπίζονται και στα νησιά της Καλύμνου, της Ψερίμου και της Τήλου. Η Νίσυρος είναι ένα στρωματοηφαίστειο δομημένο από Πλειοκαινικά ηφαιστειακά προϊόντα που αποτελούνται κυρίως από ανδεσίτες και βασαλτικούς ανδεσίτες πάνω στους οποίους αποτέθηκαν ασβεσταλκαλικά ηφαιστειακά προϊόντα δακιτικής – ρυοδακιτικής σύστασης με την μορφή πυροκλαστικών αποθέσεων, ροών λάβας και δόμων λάβας. Οι νησίδες του Γυαλιού, της Στρογγύλης, της Παχειάς και της Πυργούσας αποτελούνται από Πλειοκαινικούς δόμους ρυολιθικής (Γυαλί), ανδεσιτικής (Στρογγύλη) και δακιτικής σύστασης (Παχειά και Πυργούσα) οι οποίοι φιλοξενούν πυροκλαστικές αποθέσεις της ανώτερης κίσσηρης του Γυαλιού (Στρογγύλη) και ενότητες του τόφφου της Κω (ΚΡΤ) και της Παναγιάς Κυράς (Παχειά και Πυργούσα). Στη παρούσα διδακτορική διατριβή στόχος είναι η πετρογραφική, ορυκτοχημική και γεωχημική μελέτη των ηφαιστειακών προϊόντων της ευρύτερης περιοχής Κω-Νισύρου και η αποτύπωση ηφαιστειακών δομών και μορφολογικών στοιχείων. Σκοπός είναι η κατανόηση της ηφαιστειακής εξέλιξης με την εξαγωγή συμπερασμάτων που αφορούν τη συγγενετική σχέση των μαγματικών προϊόντων, φαινόμενα μίξης, τους μαγματικούς θαλάμους και την επιφανειακή έκφραση αυτών (καλδέρες). Για το σκοπό αυτό μελετήθηκε η γεωχημική συγγενετική σχέση του τόφφου της Κω (Kos Plateau Tuff) στην Κω – Κάλυμνο – Τήλο και η γεωχημική διαφοροποίηση των πιο βίαιων και εκρηκτικών μονάδων D και E του ιγκνιμβρίτη της Κω επιβεβαιώνοντας τη στρωματογραφική συσχέτιση των αποθέσεων αυτών όπως έχει παρουσιαστεί από δεδομένα κυρίως φυσικής ηφαιστειολογίας. Από την πετροχημική μελέτη της περιοχής Κω – Νισύρου ως ένα ενιαίο «ηφαιστειακό σύμπλεγμα» προκύπτει ότι η ηφαιστειότητα της περιοχής διαχωρίζεται σε Μειοκαινική με προϊόντα όπως ο μονζονίτης και οι Μειοκαινικοί ιγκνιμβρίτες της Κω και σε Πλειο – Πλειοστοκαινική με ηφαιστειακά προϊόντα όπως οι δόμοι και τα πυροκλαστικά από την Κω, το Γυαλί και την Νίσυρο όπου διαφαίνεται η συγγενετική μαγματική σχέση των πετρωμάτων αυτών. Από τη μέθοδο της Συμβολομετρίας «Nomarski» προκύπτει ότι φαινόμενα μαγματικής μίξης/ανάδευσης είναι αναμφισβήτητα και παρέχουν αποδείξεις ότι τα φαινόμενα αυτά ήταν ενεργά καθ’ όλη την διάρκεια της εξέλιξης του ηφαιστείου της Νισύρου. Με την χρήση υπαίθριων παρατηρήσεων και τηλεπισκοπικών μεθόδων εντοπίστηκαν μορφές καλδερών στην ευρύτερη περιοχή Κω – Νισύρου οι οποίες χαρακτηρίσθηκαν και ταξινομήθηκαν σύμφωνα με νέες αντιλήψεις επί της ηφαιστειακής εξέλιξης. Στη συνέχεια μελετήθηκαν οι ηφαιστειακές δομές του ηφαιστείου της Νισύρου με την χρήση της Τηλεπισκόπησης μέσω της φωτοερμηνείας από δορυφορικές εικόνες και ψηφιακά υψομετρικά μοντέλα εδάφους και με την χρήση της γεωμορφομετρικής ανάλυσης συνδυάζοντας γεωμορφο-τεκτονικά χαρακτηριστικά του ηφαιστείου της Νισύρου όπως αυτά παρουσιάζονται από άλλους ερευνητές και νέες αντιλήψεις επί της ηφαιστειακής ανάπτυξη. Επίσης, παρουσιάζεται ένα μοντέλο πρωτο-καλδερικής, καλδερικής και μετα-καλδερικής εξέλιξης του ηφαιστείου της Νισύρου με βάση νέες αντιλήψεις επί της ηφαιστειακής εξέλιξης και σε σχέση με την στρωματογραφική του εξέλιξη. Τέλος, μελετήθηκαν οι υποηφαιστειακοί μαγματικοί θάλαμοι της περιοχής Κω – Νισύρου και τα φαινόμενα μίξης στο ηφαίστειο της Νισύρου με τη μέθοδο της Συμβολομετρίας «Nomarski» και την κατανομή των κύριων στοιχείων, ιχνοστοιχείων και σπανίων γαιών παρουσιάζοντας τον συγγενετικό χαρακτήρα αυτών των κέντρων, ορίζοντας την ευρύτερη ηφαιστειακή περιοχή Κω – Νισύρου ως ένα κύριο ηφαιστειακό κέντρο το οποίο χαρακτηρίζεται από ένα σύνθετο καλδερικό σύστημα. Η αειφορική διαχείριση του ηφαιστείου της Νισύρου είναι το μέσο με το οποίο μπορεί νε συνδυαστεί η ηφαιστειολογική εξέλιξη με την περιβαλλοντική διατήρηση και προβολή της ευρύτερης περιοχής ως γεωτόπου. Από την διερεύνηση της υφιστάμενης κατάστασης του νησιού διαπιστώνεται ότι ενώ η Νίσυρος διαθέτει ένα υψηλό περιβαλλοντικό, ενεργειακό, κοινωνικό, πολιτιστικό και οικονομικό δυναμικό, αυτό παραμένει ανεκμετάλλευτο και αναξιοποίητο λόγω της έλλειψης ενός ολοκληρωμένου σχεδίου αειφορικής διαχείρισης βάση του οποίου θα λαμβάνονται οι αποφάσεις ισότιμα, ισοδύναμα, ταυτόχρονα και αρμονικά. Με βάση την μελέτη των υδατικών πόρων, την καταγραφή του ενεργειακού δυναμικού από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, την διαχείριση του φυσικού και δομημένου περιβάλλοντος του ηφαιστείου της Νισύρου, την μελέτη των επιπτώσεων, θετικών και αρνητικών, της ύπαρξης εξορυκτικής βιομηχανίας στην περιοχή προτάθηκε ένα ολοκληρωμένο σχέδιο αειφόρου ανάπτυξης, προσαρμοσμένο στις απόψεις και τοποθετήσεις, της άμεσα ενδιαφερόμενης, τοπικής κοινωνίας. Από αυτό το ολοκληρωμένο σχέδιο προκύπτουν προτάσεις για την ολοκληρωμένη διαχείριση του ηφαιστείου της Νισύρου οι οποίες ικανοποιούν ισότιμα, ισοδύναμα, ταυτόχρονα και αρμονικά τις αρχές της αειφόρου ανάπτυξης στοχεύοντας στον επαναπροσανατολισμό της τοπικής οικονομίας, την διαχείριση του φυσικού και δομημένου περιβάλλοντος και την κοινωνική ανάπτυξη. / The Kos - Nisyros study area is located at the easternmost edge of the active Quaternary volcanic arc of the southern Aegean Sea and includes the islands of Kos and Nisyros and the islets of Gyali, Strongyli, Pachia and Pyrgoussa. The volcanic activity of Kos island is characterized by Upper – Miocene ignimbrite deposits and Pliocene - Pleistocene volcanic products such as volcanic domes, the Kefalos pyroclastic sequence of hydromagmatic tuffs and the large-scale pyroclastic formation Kos Plateau Tuff (KPT) deposits which is also found on the Kalymnos, Pserimos and Tilos islands. Nisyros is a calcalkaline stratovolcano which consists of Pliocene volcanic products such as andesite and basaltic andesite lavas that are overlain by pyroclastic deposits, lava flows and lava domes of dacitic – rhyodacitic composition. The islets of Gyali, Strongyli, Pachia and Pyrgoussa represent Pliocene lava domes of rhyolitic (Gyali), andesitic (Strogyli) and dacitic composition (Pachia and Pyrgoussa) On these domes, pyroclastic deposits of the Upper Pumice unit of Gyali (in Strogyli) and pyroclastic deposits of the Kos Plateau Tuff (KPT) and Panayia Kyra formation (in Pachia and Pyrgoussa) have been identified. In this thesis, the volcanic products of the Kos-Nisyros area are examined using mineral chemistry, geochemical and petrographical methods, while volcanic structures and morphological features are identified and mapped using remote sensing techniques. The aim of this thesis is to understand the volcanic evolution of the study area, by drawing conclusions regarding the consanguineous relationship of the magmatic products, magma mixing phenomena and the magma chamber system of the area, as well as, the surface expression of this magma chamber system in the form of caldera structures. For this purpose, in this thesis, it is investigated the consanguineous relationship of the Kos Tuff (Kos Plateau Tuff) found on Kos, Tilos and Kalymnos islands, as well as, the geochemical differentiation of the most violent and explosive ignimbrite units D and E of the Kos Tuff, confirming the stratigraphic correlation of these deposits as it was previously presented by physical volcanology data. The petrochemical study of the Kos - Nisyros area as a single "volcanic complex" reveals that the volcanism of the study area is divided into a Miocene and a Pliocene – Pleistocene activity. The Miocene activity is characterized by magmatic and volcanic products such as the monzonite of Kos and the Miocene ignimbrites of Kos and the Pliocene – Pleistocene volcanic activity consists of volcanic products such as lava domes and pyroclastic deposits from Kos, Gyali and Nisyros volcanoes where it is revealed the consanguineous magmatic relationship of these Pliocene – Pleistocene products. Using “Nomarski” interferometry method it is revealed that magma mixing/mingling phenomena are unquestionable for the magma chamber system of Nisyros and provide evidence that these phenomena were active throughout the volcanic evolution of Nisyros volcano. Field observations and remote sensing methods revealed caldera structures in the Kos - Nisyros area which are identified and classified according to new perceptions regarding the volcanic evolution. The volcanic structures of Nisyros volcano are examined using remote sensing methods such as satellite image and digital elevation models interpretation, as well as, the geomorphometric analysis of the Nisyros terrain in combination with geomorphotectonic features of the volcano as presented by other researchers and new perceptions on the volcanic evolution. It is also presented a model of proto-caldera, caldera and post-caldera evolution of Nisyros volcano based on new perceptions on the volcanic evolution in relation to the stratigraphic evolution. Finally, it is studied the subvolcanic magma chamber system of the Kos - Nisyros area, as well as, mixing phenomena in the volcano of Nisyros using the “Nomarski” interferometry method and the distribution of major, trace and rare earth elements revealing the consanguineous nature of these volcanic centers by providing the widest volcanic area of Kos - Nisyros as a major volcanic center characterized by a complex caldera system. Sustainable development of Nisyros volcano represents a management tool which combines the volcanic evolution with the environmental preservation and can promote volcanic regions as geotopes. The investigation of the present conditions of the island reveals, despite the fact that Nisyros is characterized by a strong environmental, energy, social, cultural and economic potential, it remains undeveloped and unexploited due to lack of an integrated sustainable development management plan, based on which, decisions should be equal, equivalent simultaneously and in harmony. Based on the study of the Nisyros water resources, the energy potential from renewable energy sources, the management of natural and urban environment of the volcano of Nisyros and the study of the positive and/or negative effects of the mining industry in Gyali volcanic islet it is proposed an integrated sustainable development according to the views and the perspectives of the local community. From this intergraded plan are generated recommendations for an integrated management of the volcano of Nisyros which satisfy equal, equivalent, simultaneously and in harmony the principles of sustainable development aiming to refocus the local economy, the management of natural and urban environment and the social development.