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: 116
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 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,
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
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
- 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
- Keban ve Karakaya Barajı arası Fırat Nehri sediment ve su jeokimyası incelemeleri
Fırat River sediment and water geochemistry
GAMZE AYTİMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Jeoloji MühendisliğiFırat ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEYLA KALENDER
- Murgul (Artvin) bakır madeninin çevresel etkileri
The environmental impacts of Murgul (Artvin) copper mine
EMİNE SELVA SAĞLAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Jeoloji MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİĞRAÇ AKÇAY
- Yukarımaden köyü (Artvin) çevresinde bulunan terk edilmiş madenlerin asit maden drenajı jeokimyası ve çevresel etkileri
Acid mine drainage geochemistry and environmental effects of abandoned mines around yukarimaden village (Artvin, Turkey)
YUSUF KARGINOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Jeoloji MühendisliğiFırat ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SAĞIROĞLU