Sediment and water geochemistry records of volcanic rock alteration under glacial melt conditions in admiralty bay, antarctica
Sediman ve su jeokimyası verileri ile buzul erimesi etkisindeki volkanik kayaçların alterasyon profillerinin incelenmesi; admıralty körfezi, antarktika örneği
- Tez No: 647380
- Danışmanlar: PROF. DR. NURGUL ÇELİK BALCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeoloji Mühendisliği, Geological Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son 50 yılda gerçekleştirilen uzay misyonlarının hedefinde, Mars başta olmak üzere Güneş sistemimizin diğer gezegenlerinin yaşama elverişliliği hakkında daha fazla bilgi edinmek bulunuyor. Bugün, Mars'ın geçmişinde akan suya sahip olduğu yaygın olarak kabul edilmekle birlikte olası su kütlelerinin yüzeyde ve yüzeyin altında bulunma süreleri, kimyasal bileşimi, fiziksel özellikleri ve bölgesel / küresel etkisi hala tartışma konusudur. Çeşitli iklim koşulları altında su-kaya etkileşiminin olduğu ortamlarda meydana gelen yüzey olayları, suyun varlığında hangi nihai ürünlerin bulunması beklendiğini kavramak için önem taşımaktadır. Başka bir deyişle, bu bölgelerin kimyasal ve mineralojik özellikleri, bölgenin geçmiş koşulları hakkında ipuçları verebilir. Bu yaklaşım, özellikle Dünya benzeri karasal gezegenlerin jeolojik devirlerinde nasıl koşulların hâkim olduğunu anlama konusunda ipuçları sunar. Mars'ın günümüzdeki yüzeyinin oluşumunda geçmişte daha geniş bir alana yayılmış şekilde var olduğu düşünülen buzulların rolüne ilişkin çalışmalar son yıllarda popülarite kazanmıştır. Bu nedenle, Mars yüzeyinin büyük bir kısmını kapladığı bilinen mafik kayaçların, buzul eriyikleri ile etkileşimi altında gösterdikleri değişim süreçleri ve bu etkileşim sonucu meydana gelen değişimlerin incelenmesi önem arz etmeye başlamıştır. Dünya üzerindeki çeşitli bölgelerde Mars ortamı ile benzerlikler sunan çalışma alanları yer almaktadır. Birebir Mars özelliklerini yansıtan bölgelerin sahada çalışılamamasından ötürü, her çalışma kendi amacı doğrultusunda iklim, morfoloji, jeoloji vb. çeşitli benzerliklere odaklanılarak yapılmaktadır. Bu çalışma özelinde; (1) buzul etkisi, (2) geniş alana yayılmış ve büyük jeokimyasal değişiklikler göstermeyen ana jeolojik birimlerin bölgeye hâkim olması, (3) bu birimlerin yüzey volkanizması ürünü olmaları, (4) bölgenin beşerî faaliyetlerden ve bitkisellikten göreceli olarak daha az etkilenmiş olması gibi benzerlikler ön planda tutularak Admiralty Körfezi, King George Adası, Antarktika'nın batı kıyısı analog bölge olarak kullanılmıştır. Antarktik yarımada ve Güney Amerika kıtası arasında bulunan Güney Shedland Adaları'nın en büyüğü olma özelliğine sahip olan King George Adası, ana karaya kıyasla daha ılıman bir iklime sahiptir ve kısa periyodlarla gerçekleşen donma-çözülme döngüleri ayrışmayı iç bölgelere göre hızlandırır. Saha çalışması Mart-Nisan 2018 döneminde gerçekleştirilen bu çalışmada, buzul eriyikleri ile kayaçların ve yüzey sedimanlarının etkileşimi sonucu bölgede görülen jeokimyasal ve hidrojeokimyasal özellikler araştırılmıştır. Ana hedefler, Admiralty Körfezi, Kral George Adası'nın güncel jeokimyasal ve hidrojeokimyasal özelliklerini ortaya çıkarmak, ana yüzey süreçlerini ve ayrışma ürünlerini sunmak ve bu bulguları Mars'ın erken jeolojik tarihini anlamak amacı ile gezegen jeoloji perspektifinden yorumlamaktır. Jeokimyasal çalışmaların yanı sıra, Deception Island, Antarktika'dan alınan geç Kuvarterner yaşlı (>100 ka) kaya örneği ile deney seti hazırlanarak, düşük silika volkanik kayaların çözünmesi üzerindeki mikrobiyal etkiyi anlamak amaçlanmıştır. 2018'in Antarktik yaz dönemi sonunda gerçekleştirilen saha çalışması boyunca Arctowski Polonya Antarktik İstasyonu'nun olanaklarından faydalanıldı. Arazi çalışmalarında yüzey suyu, yüzey sedimanı ve kayaç örneklemeleri yapıldı. Bütün yüzey suyu örneklemesi yapılan noktalardan yüzey sedimanı örneği de alındı ve suyun pH, EC ve TDS değerleri yerinde ölçüldü. Buzul kaynaklı olmayan; kar eriyikleri, yağmur ve permafrost çözünmesinden beslenen 1,62 km uzunluğundaki Petrified Forest Deresi (PFC), kaynağından döküldüğü gölete doğru 7 yerinden örneklendi. İstasyonun güneyinde yer alan Demay bölgesinde bulunan buzul beslenimli iki göl, Mud Göl (ML) (n=5) ve Upper Göl (UL) (n=6) de çalışma kapsamında incelendi. Göllerden akan dereler (Mud Dere ve Upper Dere) kaynaktan körfeze doğru aralıklarla örneklendi. Bahsedilen üç ana birim dışında Ekoloji Buzulu Deresi, Italia Vadisi Deresi, Tower Buzulu Deresi ve Vanishing Dere de aynı şekilde örneklendi. Sediman ve su örneklemelerinin dışında bölgede gerekli görülen mostralardan hem taze yüzey hem de ayrışmaya uğramış taş örnekleri alındı. Su numunelerinin pH değerleri 7.9 ile 9.0, iletkenlik değerleri 110 ile 260 mS/cm arasında değişkenlik göstermektedir. Sulardaki katyonların konsantrasyonları ICP-MS cihazı ile ACME Bureau Veritas Laboratuvarlarında analiz edildi. SO4 ve Cl iyonları ile suların alkalinite değerleri ise İTÜ Jeomikrobiyoloji-Biyojeokimya Laboratuvarında uygun laboratuvar teknikleri kullanılarak analiz edildi (alkalinite: titrasyon, SO4 ve Cl spektrofotometre) İyon konsantrasyonları, Piper diyagramında gösterildi ve suların ağırlıklı olarak Ca, Na katyonları ve Cl, HCO3 anyonları içeriğince zengin olduğu tayin edildi. Çalışma alanı çevresindeki olası ağır metal zenginleştirmelerini tespit etmek için Ficklin diyagramı kullanıldı ve bölgedeki ağır metal içeriği, doğal sularda olması beklendiği kadar olup yüksek konsantrasyonlar görülmedi. İyonların birbirleriyle ilişkisini anlamak ve kaynak analizi yapabilmek amacı ile değerler korelasyon grafiklerinde gösterildi. Bölgenin etrafındaki karbonat minerallerinin azlığına rağmen Ca'nın zenginleşmesi ve yüksek alkalinite, silikat çözünmesinin bir sonucu olduğu sonucuna varılırken, Na zenginleşmesinin hem ana kayanın aşınması hem de denizden karaya esen rüzgarlar sonucunda taşınan aeresoller nedeniyle olduğu düşünülmektedir. Su örneklerinin silika içeriğinin küresel ortalamanın altında olması, buzul ayrışması ortamlarında görülen Si konsantrayonu ile uyum göstermektedir. Daha yüksek enerjiye sahip alanlar (PFC, Vanishing Dere) nispeten daha yüksek silika bileşimine sahipken, Ekoloji Buzulu Deresi örnek noktaları arasında en düşük Si değerine sahip olduğu görülmüştür. Buzulla beslenen göllerde (ML ve UL), -Ekoloji Buzulu Deresi hariç-derelere kıyasla daha az miktarda çözünmüş Si bulunmaktadır. ICP-MS yoluyla analiz edilen sediman örneklerinin metal konsantrasyonu trendi Al> Fe>Ca>Na≥Mg>K şeklinde olup örneklenen farklı lokasyonlar için farklılık göstermemektedir. Si, yapılan analize dahil edilmemiştir, ancak ampirik hesaplamalarda, toplanan sediman örneklerinde SiO2 değerlerinin %52'nin üzerinde olduğu görülmüştür. Sediman örneklerinin mineralojisi XRD analizi ile tespit edilmiştir. PFC'de yüksek oranda plajioklas minerali ve az miktarda zeolit (stilbit, laumontit, gonardit, natrolit) ile kil mineralleri (smektit grubu killer ve vermikülit) bulunmaktadır. Bunların yanısıra kuvars, manyetit ve karbon da analizde tayin edilmiştir. ML anortitçe zengin olup içesinde manyetit, kuvars, stilbit, vermicülit ve bazı örneklerinde kalsit içermektedir. UL mineralojisi ML ile büyük benzerlikler gösterir, farklı olarak laumontit ve fajusit tayin edilmiş olup kalsit mineraline rastlanmamıştır. Toplanan yüzey sedimanları elek analizine tabi tutulduğunda, örneklerin çoğunda %80'in üzerinde oranla kaba tane parçacıklarının baskınlığı olarak ortaya çıkmıştır. İnce taneli parçacıklar, beklendiği gibi göl sedimanlarında dere örneklerine göre daha büyük miktarda görülmüştür ancak silt-kil boyutundaki malzemenin oranı örneklerde %5 i geçmemiştir. Elenerek elde edilen 2 mm tane boyu altındaki taneler MasterSizer 3000 cihazı ile analiz edilmiş ve <4, 4-8, 8-16, 16-31, 31-63, >63 mikron olmak üzere boyutlarına göre sınıflandırılmıştır. Göllerdeki ince tane boyutlu malzemenin derelere oranla yüksek miktarda bulunması 4 mikron altı malzemede daha büyük farkla gözlenmiştir. Kaynaktan körfeze alınan Petrified Forest deresi örneklerinde kaynaktan uzaklık ile malzeme boyutu arasında doğrudan bir ilişki tespit edilememiştir. 63 mikron altı taneler aynı zamanda jeokimyasal olarak ana analize tabi tutulmuş ve ağır metal içerikleri toplam ana malzeme ile kıyaslanmıştır. Genel olarak, <63 um parçacıklarda Ti, Pb, Zn, Ni, As ve Cr metal zenginleşmeleri daha belirgindir. Diğer yandan Co, Sr ve V daha ince taneli parçacıklarda ana malzemeye oranla daha düşük konsantrasyonlarda bulunmuştur. Göl numunelerindeki Al azalması PFC'ye göre daha azdır. PFC'de elementel dağılım kaynaktan körfeze incelenmiştir ve tane boyutu ile birlikte yorumlanmıştır. Buna göre Fe'in daha ince parçacıklarda zenginleştiği ve mesafe ile pozitif bir korelasyon verdiği görülürken, toplam ana malzemede Fe konsantrasyonu mesafe arasında ilişki gözlenmemiştir. Al, daha ince parçacıklarda azalırken kaynaktan uzaklık ile negatif bir korelasyon görülmektedir. Ana malzemede görülen Ti ve mesafe arasındaki negatif korelasyon 63 mikron altı partiküllerde mevcut değildir. Sediman örneklerinin karasal ayrışma eğilimleri A-CN-K üçgen diyagramı kullanılarak incelenmiştir. Ayrışma profili K yerine Ca ve Na'nın lehinedir. Bu model andezitler için tipik olmakla beraber %45,28-58,81 arasında değişen kimyasal ayrışma indisi (CIA) değerleri de buzul ayrışmasına işaret etmektedir. PFC örnekleri için en düşük CIA değerlerini gösterirken (%45,28-47.05) UL nispeten yüksek değerler göstermiştir (ortalama%54,20). En yüksek CIA değerlerini Mud Dere (%58,81) ve ardından Vanishing Dere C (%56.03) yansıtmaktadır. A-CNK-FM üçgen diyagramı, sediman örneklerinin kil mineral oluşumunun erken aşamasında olduğunu gösterir. Mafik mineral indeksine (MIA) göre, örnekler Mg içeriğinde zengin değildir ve ayrışma ürünlerinin oluşumunda mafik minerallerin etkisi azdır. Sediman örneklerindeki ayrışma ürünlerinin ana kaynağını tespit etmek için CIA, PIA (plajiyoklaz alterasyon indisi) ve CIW (kimyasal günlenme indisi) ile birlikte incelenmiştir. Çeşitli sediman örneklerinde organik materyalin varlığını ve korunma potansiyelini araştırmak için, yüzey sedimanlarının toplam organik karbon (TOC) değerleri Walkley-Black yöntemi ile analiz edildi. Tüm numunelerde %1'in altında veya biraz üzerinde TOC değerleri tayin edildi. Sonuçlar farklı bölgelere göre değişiklik göstermemekle birlikte, TOC ile fizikokimyasal veya jeokimyasal özellikler arasında bir ilişki bulunamadı. Hem taze hem de altere yüzeylerden kaya örneklerinin petrografik analizi polarizan mikroskop altında yapıldı. Taze örnekler tipik bazaltik andezit kayaçlarının özelliklerini yansıtırken altere numunelerde zeolitler, demir ile yıkanmış yüzeyler ve kalsit dolgular gözlemlendi. Kaya numunelerinin XRD sonuçlarında, baskın olarak plajiyoklaz (albit-andezin), piroksen (ojit) olarak görülmüştür. Altere numunelerde plajioklas ve piroksenlerin dışında zeolit mineralleri, killer ve kuvars tespit edildi. Hem taze hem altere örneklerde manyetite rastlandı. Hipabisal sokulumlardan alınan 3 numunede amorf faza işaret eden bombeli pik grafiği elde edildi. Besince (N ve P) zengin ortamda yaşayan ve aktif olarak metabolik faaliyetlerini gerçekleştiren aerobik heterotrofik bakterilerin (Virgibacillus marismortui), volkanik kayaçların çözünmelerine olan etkisi ve bu çözünmenin mekanizmasının anlaşılması için laboratuvar ortamında biyojenik ve abiotik deneyler kuruldu. Bakteri, optimum yaşama ortamında büyütüldükten sonra kısıtlanmış besin içeren besiyerine alınarak toz haline getirildi bazalt kayacı ile etkileşime sokuldu ve bu etkileşimin çözelti kimyasına etkisi 22 gün boyunca monitör edildi. Deney seti stabil ve sallantılı olacak şekilde iki farklı ortamda kuruldu. Her 4 günde bir sistemden çözelti örneği alınıp pH ölçümü gerçekleştirildi. Ölçümler sırasında alınan örnekler filtrelenip asit eklenerek metal analizleri için +4 derecede muhafaza edildi. Ortamda bakteri varlığı, kaya numunelerinin deney koşullarına bağlı olarak 1.5 ila 3 kat çözünmesini hızlandırdı. Abiyotik deneylerinden farklı olarak biyojenik deneylerde Si, Ca, Mg, Fe ve Al salımlarını hızlandı. Biyotik reaksiyona giren kaya parçacıklarının yüzeylerinde ikincil fazların (örn. Fe ve Al oksihidroksit) bulunmaması ve iki değerli Ca ve Mg iyonlarının hücre yüzeyleri ile etkileşimi, bakterinin ve organik ligandların metallerle reaksiyona girip yüzeyde kompleks yapılar oluşturmuş olabileceğini göstermektedir. Yapılan deneyler, silikat minerallerinden çözünerek çözeltiye geçen elementlerin biyoyararlanımını artırabileceğini ve artan hareketliliğin mikroorganizmalar için daha yaşanabilir bir ortam sağlayabileceğini düşündürmektedir. Ortamdaki iyon değişikliklerinin yanı sıra, bazalt tozlarının deney başı ve deney sonu mineralojisi ile elementel bileşimi de araştırıldı. Deneysel çalışmalar mikrobiyal aktivitenin bazaltik kayaçların abiyotik ortama göre daha fazla çözünmesine neden olduğunu ve bu nedenle daha yüksek element salınımına ve Al, Fe, Ca ve Mg açısından zengin çökelmeye neden olduğunu göstermiştir. Bu sonuçlar, bahsi geçen elementler açısından zengin çökel oluşumunun biyoiz potansiyeli taşıyabileceği konusunda umut vericidir, ancak bu işlemlerin buzul ortamlarındaki etkilerini daha iyi anlamak için düşük sıcaklık koşullarında daha fazla deney gereklidir. Bu çalışmanın sonucunda, yüzey suyu kimyası, petrografi ve jeokimya yönünden incelenen su-kaya-sediman etkileşimi, bu koşullar altında düşük silika volkanik kayaçların kimyasaldan ziyade daha fazla fiziksel değişime maruz kaldığını göstermektedir. Bu nedenle, kil minerallerinin oluşumuna bölgede yaygın olarak rastlanmamıştır. Bölge, kil oluşumunun erken aşamasındadır ve su kütlelerinin nötr ila bazik doğası nedeniyle, smektit grubu minerallerinin oluşması daha olasıdır. Az miktardaki mevcut kil minerallerinin, bölgesel yeraltı hidrotermal aktivitenin bir sonucu olduğu düşünülmektedir. Sürekli gerçekleşen donma-çözülme, hızlı ve yüksek miktarda eriyik suyu temini ve buzul çekilmesinin neden olduğu aşınma, mekanik ayrışmayı hızlandırır. Devamlı gerçekleşen mekanik ayrışma, su-kaya etkileşiminin süresini sınırlamıştır. Bu nedenle bölgede suların iyon bileşimi, litolojiden ziyade atmosferik koşullara daha bağımlı hale gelmiştir. Tüm su numuneleri, kaya ve sediman örneklerindeki yüksek Ca değerlerine rağmen, dominant olarak içeriklerinde Na iyonu bulundurmaktadırlar. Bu, bölgede ilave bir Na kaynağı olduğunu gösterir ve Na, muhtemelen deniz spreyi etkisi nedeniyle zenginleşmiştir. Yüksek alkalinite (ortalama 32,48 HCO3 ppm), tüm su örneklerinin bir başka yaygın kimyasal özelliğidir. Kayalarda ve sedimanlarda karbonat minerallerinin eksikliği, karbonat kayalarının çözünmesinin karbonik asit üretmek için itici güç olamayacağı anlamına gelir. Kar eriyiklerinin çalışma alanındaki bikarbonat oluşumu için gerekli olan ana karbonik asit kaynağı olması ve silikat çözünmesine neden olması, silikat çözünmesi sonucu ortaya çıkan bikarbonatın da sistemdeki zenginleşmeye katlı sağlaması oldukça olasıdır. Yapılan çalışmada, önçeki çalışmaları destekler şekilde, görülmüştür ki buzul ortamlarında kaya-su etkileşim bölgelerindeki fiziksel, kimyasal ve biyokimyasal ayrışma süreçleri, ikincil minerallerin oluşumunu destekleyen element hareketliliği üzerinde bir etkiye sahip olsa da kil minerallerinin oluşumu için yeterli değildir. Bu durum aynı zamanda, Mars'taki kil minerallerinin kökeni konusunda da tartışılan bir konu olmakla birlikte, killerin Mars'ın daha sıcak-yağışlı dönemlerinde (Noachyan'dan Geç Hesperian'a) oluştukları iklimin soğuk ve kurak olmasıyla kil oluşumunun sona erdiği konusunda çoğu araştırmacı fikir birliğine sahiptir. Mars yüzeyindeki silika miktarı, Dünya'daki mafik/ultramafik arazilere kıyasla oldukça yüksektir. Bu zenginleştirme, mafik minerallerin (ör. Olivin, piroksen, plajiyoklaz) çözünmeye karşı daha duyarlı olmaları nedeniyle olduğu düşünülmektedir. Bu çalışmada, buzul aşınmasının neden olduğu benzer işlemlerin sonucu olarak, çalışma alanının sediman örneklerinde ana kayaya göre yüksek miktarda Si olduğu sonucuna varılmıştır. Mafik arazilerde meydana gelen fiziksel ayrışma ve taşınmanın bir diğer önemi de yaşam için elverişli ortamların oluşmasına olan katkısıdır. Temel yaşam oluşturan elementlerin öneminin Mars regolitinde mevcut olduğu bilinmesine rağmen, bu minerallerin canlılar tarafından kullanılabilirliği tartışmalıdır. Fiziksel ayrışma, yüzey alanını artırarak kataliz olarak önemli bir rol oynamaktadır. Daha geniş etkileşim alanı, yaşamın meydana gelmesi ve sürdürülebilirliği için gerekli elementlerin iyonizasyonunu ve canlılar tarafından kullanılabilirliğini olumlu yönde etkilemektedir. Deneysel çalışmada da görülmüştür ki, silikat ayrıştırması (özellikle plajiyoklaz) yeterli miktarda mineral-mikroorganizma etkileşimi altında çözeltiye önemli miktarda Ca, Fe, Al, K, Mg salgılayabilmekte ve sistemde canlılık faaliyetlerinin sürdürülebilmesine olanak sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Over the last 50 years, space missions have been targeting to learn more about the habitability of other planets of our solar system with a special focus on Mars. Today, it is widely accepted that Mars had flowing water in its history but the availability, duration, composition, physical properties and the regional/global effect of the water are still debatable subjects. Surface processes occur in the water-rock interaction zones under various climate conditions hold keys to understand which end products are expected to be formed with the presence of water. In other words, the chemical and mineralogical properties of these zones can give clues about past conditions of the area. This approach becomes practical especially on the subject of understanding the early conditions of Earth-like terrestrial planets. The argument of the role of paleo glaciers on the formation of present-day Martian surface has been started to gain attention. Therefore, the alteration processes of mafic rocks under glacial melt conditions and the end product of these interactions should not be overlooked. In this study, the fieldwork in the Western shore of Admiralty Bay, King George Island, Antarctica was performed to elucidate sediment and water geochemistry records of rock alterations under glacial melt conditions. The mineralogy of the Martian surface has parallels with the studied region and the climate is milder compared to inland Antarctic regions which offer faster freeze-thaw cycles, therefore, speeds up the weathering. The main objectives are to reveal recent geochemical and hydrogeochemical properties of Admiralty Bay, King George Island, to deduce main surface processes and alteration products, and interpret these findings for the early geologic history of Mars. Besides geochemical studies, a batch experiment using a fresh rock sample from Deception Island, Antarctica is conducted to understand the microbial effect on the dissolution of low silica volcanic rocks and element cycling in the region. The field study was conducted at the end of the austral summer of 2018 and a series of water and surface sediment samples were collected. A nearby creek to the Arctowski Polish Antarctic Station, Petrified Forest Creek (PFC), is sampled from source to sink. Additionally, two lakes located further south, Mud Lake (ML) and Upper Lake (UL), were for the first time sampled along with their outflows named after the sources as Mud Creek (MC) and Upper Creek (UC). Besides these 3 main water bodies and, nearby creeks Ecology Glacier Creek (EG), Vanishing Creek (VC), Tower Creek (TC), and Italia Valley Creek (IV) were also subjected to sampling. The physicochemical properties of the water samples were measured in-situ. Besides the sediment and water samples from lakes and creeks, rock samples from nearby outcrops were also sampled to gain a better understanding of the geochemical processes of the study area. All water samples have basic characteristics with pH values changing from 7.9 to 9.0 and the conductivity values between 110 and 260 µS/cm. Water geochemical analysis were conducted either with ICP or IC depending on the elements. The results of the water chemistry were evaluated by plotting on the Piper and Ficklin diagram to track ions sources and possible heavy metal enrichments around the study area, respectively. The major ions (e.g. Ca, Na, Mg, SO4, HCO3) were plotted with respect to each other to further evaluate ion providing sources. Enrichment in Ca ion and high alkalinity, despite the presence of carbonate minerals in the area, was attributed to silicate dissolution while Na is originated from both the base rock and the sea spray around the Admiralty Bay. The silica content of the water samples was below the global average indicates the glacial weathering. The higher water energy sites such as PFC, VC have relatively higher silica composition while Ecology Glacier Creek is representing the lowest value among all sites. The glacier-fed lakes (ML, UL) have generally less amount of dissolved silica. Metal composition of the sediment samples changes in the decreasing order of Al>Fe>Ca>Na≥Mg>K for all samples collected from various sites. The bulk sediment samples were separated based on their grain sizes. Grain size distribution of the surface sediments is dominated by coarse grain particles comprising over 80% of all the samples. Compared to creek sediments fine-grained particles were more abundant in the lake sediments. Particles with <63-µm size were further subjected to grains size distribution to assess their association with heavy metal enrichment and depletion in the sediments. The mineralogical composition of the sediment samples was determined by XRD analysis. The majority of the mineral compositions comprised of plagioclase with the lesser amounts of zeolites and iron oxides. Clay minerals were also present in minor amounts in the sediments but the classification of clays was not able to completed due to the sample shortage. Alteration indices (CIA, CIW, PIA, MIA) calculated for the sediments revealed that plagioclase weathering is the main type of weathering representing the early stage of clay formation. Overall, the alteration trends carry signature of a typical andesite weathering in glacial environments. The organic material composition of all surface sediments was analyzed via the Walkley-Black method to detect organic carbon preservation potential of the samples. All samples presented TOC values under or slightly over 1%. The results showed a consistent and similar trend among the different sampling sites and no correlation with physicochemical or geochemical properties. The petrographic analysis of both fresh and altered rock surfaces revealed that the unaltered samples mostly reflect the characteristics of basaltic andesite rocks. Zeolites, iron washed surfaces, and calcite fillings along with clays are present in the altered samples. The unaltered rock samples comprise of mainly plagioclase (albite-andesine), pyroxene (augite) and iron oxides. Three rock samples from the hypabyssal intrusions showed amorphous phases. A variety of biotic and abiotic control experiments were performed in the presence of excess nutrients (N and P) and changes in solution chemistry were continuously monitored to characterize how free-living actively metabolizing aerobic heterotrophic bacteria (Virgibacillus marismortui) influence dissolution rates and mechanisms of the volcanic rocks. The presence of bacteria in the medium accelerated dissolution of the rock samples by a factor of 1.5 to 3 depending on the experimental conditions. Unlike the abiotic reference experiments biological experiments accelerated Si, Ca, Mg, Fe and Al releases. Absence of secondary phases (e.g. Fe and Al oxyhydroxide) on the surface of biotic reacted rock particles and association of divalent ions of Ca and Mg with the cell surfaces further imply the effect of the bacteria and associated organic ligands for metal-complexation reactions. Experiments conducted here suggest that dissolved elements from silicate minerals to the solution may enhance the bioavailability of these elements and increased mobility may provide a more habitable environment for microorganisms. Water-rock-sediment interactions inferred from surface water chemistry, petrography, and geochemistry indicate that the low silica volcanic rocks under these conditions are subjected to low chemical weathering rate but subjected to more physical changes as evidenced by rare formation of the clay minerals. Therefore, it is reasonable to conclude that the region experiences the early stage of clay formation and with the extend of weathering smectite group minerals are more likely to develop due to the neutral to basic nature of the water bodies. The existing clay minerals are likely resulted from regional subsurface hydrothermal activity. Compared to clay minerals, abundant zeolites in the altered rock samples refer the critical role of water chemistry and low energy lake environments during volcanic rock weathering.
Benzer Tezler
- Batı Siverek bölgesinin sismik yansıma ve araştırma kuyusu verileri ile tektonik yapısı ve petrol potansiyelinin değerlendirilmesi
Estimating of the tectonic structure and petroleum potantial of the Western Siverek's region with seismic reflection and research well data
ASAF TİMUR ATMANOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Jeofizik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜNAY BEYHAN
- Late quaternary paleoclimate and paleoenvironment changes in urmia lake, nw Iran
Urmiye gölü, kb iran geç kuvaterner paleoiklim ve paleoortam değişimleri
GÜLGÜN ERTUNÇ
Doktora
İngilizce
2025
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKatı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAHSİN ATTİLA ÇİNER
- Investigation of the changes in the phytoplankton production and pollution in the Marmara Sea by using sediment geochemistry
Marmara Denizi'ndeki fitoplankton üretimi ve kirliliğindeki değişikliklerin sediman jeokimyası kullanılarak incelenmesi
SILA BEDİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NAZLI OLĞUN KIYAK
- Küçükçekmece lagünü, Yeniçağa, Uludağ Buzul ve Bafa gölleri'nin (Batı Türkiye) geç holosen'deki iklim kayıtları: Avrupa ve Orta Doğu iklim kayıtları ile karşılaştırılması
Late holocene climatic records from Küçükçekmece Lagoon, Yeniçağa, Uludağ Glacial and Bafa lakes (Western Turkey): Comparison with records from Europe and Middle East
SENA AKÇER ÖN
Doktora
Türkçe
2011
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SAKINÇ
PROF. DR. NAMIK ÇAĞATAY
- Van Gölü'nde güncel flüvyal çökel girdisi ve gölsel sedimantasyon ilişkisi
Impact of recent fluvial clastic input in Lake Van and its relations to lacustrine archives
AYŞEGÜL FERAY MEYDAN
Doktora
Türkçe
2013
Jeoloji MühendisliğiYüzüncü Yıl ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEFER ÖRÇEN