Badland systems in Turkey: A holistic approach to understand the formation, controlling factors and geomorphologic characteristics
Türkiye'deki kırgıbayır sistemleri: Oluşumlarını, kontrol eden faktörlerini ve jeomorfolojik karakterlerini anlamak üzerine bütünsel bir yaklaşım
- Tez No: 850818
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TOLGA GÖRÜM, DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMER YETEMEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Coğrafya, Geography
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Katı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Jeodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Kırgıbayırlar, kutup iklim bölgeleri dışında erozyona duyarlı pekleşmemiş anakayalar üzerinde görülebilen son derece engebeli, olağanüstü yeryüzü şekilleridir. Dikkat çekici ve sıra dışı görünüşleri ile ikonik bir arazi meydana getirmektedirler. Kırgıbayır arazilerinin dağılımında öncelikle gevşek ve pekleşmemiş kayaçların (marn, kumtaşı, çamurtaşı vb.) varlığı önemli rol oynamaktadır. Bu litolojik birimler, iklim, tektonizma, bitki örtüsü ve topoğrafya gibi çeşitli çevresel unsurlarla birlikte, kırgıbayır arazilerinin görünümünü ve dinamiklerini toplu olarak şekillendirmektedir. Kırgıbayırlar, sahip oldukları yüksek sediman akışı ve erozyon hızlarından dolayı, literatürde erozyonel sıcak noktalar olarak kabul edilir. Bu özelliklerine karşın, kırgıbayır arazilerinin morfolojik özellikleri, kökenleri, bölgesel özellikleri ve gelişim süreçleri iyi bilinmemektedir. Neredeyse tümü deneysel alan ve havza ölçeğinde yürütülen kırgıbayır arazileri üzerine olan çalışmalarda, kırgıbayırların mekansal dağılımı, özellikleri ve dinamiklerinin analizinde bölgesel ölçekli değerlendirme ihmal edilmiştir. Bu yüzden tezin ilk bölümü, Türkiye'deki kırgıbayır arazilerin mekansal dağılımını, özelliklerini ve bu dağılımı kontrol eden faktörleri geniş ve bölgesel ölçekte araştırarak kırgıbayır arazilerine bütünsel yeni bir bakış açısı sunmaktadır. Bu kapsamda Türkiye'deki kırgıbayırların, hava fotoğrafları kullanılarak mekansal envanteri çıkarılmış ve tektonizma, litoloji, topoğrafya, iklim ve bitki örtüsü gibi kırgıbayırların bölgesel dağılımını ve özelliklerini kontrol eden bir dizi jeo-çevresel faktör temelinde, gözetimsiz (ing: unsupervised) bir makine öğrenimi algoritması olan K-ortalamalar kümeleme yöntemi kullanılarak mekansal dağılım desenleri incelenmiştir. Burada, Türkiye genelinde eşit olmayan bir şekilde dağılmış ve büyük ölçüde Orta Anadolu Platosu'nda (OTP) kümelenmiş toplam 4494 km2 kırgıbayır arazisi tespit edilmiştir. Bölgesel analizlere göre, Yarı-kurak, Akdeniz ve Dağlık (nemli) olarak sınıflandırılan üç ana tip ile Yarı-kurak ve Dağlık Kırgıbayır bölgeleri arasında iki geçiş tipinden oluşan toplam beş adet kırgıbayır bölgesi belirlenmiştir. Sonuçlar, sıcaklık mevsimselliğinin, ortalama yıllık yağışın ve yağış mevsimselliğinin kırgıbayır arazilerinin bölgelerin belirlenmesinde daha fazla katkıya sahip olduklarını göstermektedir. Türkiye'deki kırgıbayırların gelişimi için en önemli ve kaçınılmaz faktör olarak, geniş bir jeolojik zaman ölçeğinde (Kretase'den Kuvaterner'e) ve çeşitli litolojik birimlerde (gölsel, volkaniklastikler ve karasal kırıntılılar) temsil edilen kırıntılı çökel kayaçlar ortaya çıkmaktadır. Neojen ve Paleojen karasal kırıntılı çökelleri (%77) kırgıbayır arazilerinde en yaygın litolojik birimleri oluşturmaktadır. Türkiye'nin aktif ve karmaşık tektonik geçmişi, kırgıbayır arazilerinin gelişiminde, birbirini izleyen taban seviyesi değişiklikleri ile kırgıbayır arazilerinin gelişimi için duyarlı bir ortam sağlayarak (kırıntılı çökel kayaçların depolanması), tanımlanan kırgıbayır bölgelerinin temel çerçevesini çizmiştir. Ayrıca, tektonik olarak düzenlenmiş (orojenik kuşakların oluşumu ve Anadolu platosunun yükselmesi) iklim dinamikleri, Türkiye'deki kırgıbayır arazilerin bölgesel özelliklerinin dağılım desenlerini ve farklılaşmasını ana hatlarıyla belirlemektedir. Genel olarak, kırgıbayır arazilerinin haritalanması ve bölgesel sentezine yönelik bölgesel ölçekli yaklaşım, yalnızca belirlenen kırgıbayır bölgelerinin tektonik ve iklimsel koşullarını deşifre etmekle kalmayıp, aynı zamanda benzer tespit edilmemiş bölgelerin çok geniş mekansal bağlamlarında erozyona duyarlı ve yüksek sediman akışlı alanların tespiti ve haritalanması için gelecekte etkili stratejilerin uygulanmasına da katkıda bulunabilir. Ayrışma ve erozyonel süreçler arasında her zaman var olan karmaşık bir ilişki, büyük ölçüde iklim farklılıkları tarafından kontrol edilmektedir. Doğal tehlikelere, yeryüzü şekillerinin evrimine ve sediman akışına zemin hazırlayan bir süreç olarak ayrışma, iklimin farklı ayrışma türlerini ve hızlarını nasıl kontrol ettiğine dair anlayışımızda önemli belirsizlikler barındırmaktadır. Burada, tezin ikinci bölümünde, kırgıbayır arazilerinde henüz iyi anlaşılmamış olan yağış ve sıcaklığın mevsimsel özelliklerinin ayrışma hızlarını kontrolü üzerine hipotezi test etmek adına bir yaklaşım gösterilmektir. Daha önceki çalışmalarda ya arazide ya da laboratuvarda yağış simülasyonu yaklaşımı benimsenmiştir, fakat bu yaklaşım, ayrışma dinamiklerinin anlaşılmasında önemli olmakla birlikte, yalnızca sabit iklim koşullarının izlenebilmesi açısından da sınırlayıcıdır. Bu bağlamda, bu bölümün amacına ulaşmak için laboratuvar ortamından yararlanılarak, ayrışma süreçlerinin bu hipoteze tepkisini anlamak için Türkiye'de daha önce kırgıbayır özellikleri bakımından tanımlanan dört farklı iklim ve sedimanter ortamdan toplanan örnekler, 3 yılı yansıtan on iki ardışık döngüde yağış ve sıcaklık koşullarına maruz bırakılarak, iklimin sıcaklık ve yağış parameterleri simüle edilmiştir. pH, elektriksel iletkenlik (EC), iyon ve yüzeysel değişiklikler, belirli ayrışma türlerine ve eğilimlerine atıfta bulunmak için sırasıyla kimyasal ve fiziksel ayrışma göstergeleri olarak kullanılmıştır. Sediman fizikokimyasal özelliklerinin (özellikle yüksek SAR değerleri) ayrışma süreçleri üzerindeki yadsınamaz etkisine dayanarak, bulgular, diğer iyonların önüne geçen Na+ katyonunun ilkbaharda en yüksek seviyeye ulaşan döngüsel eğilimlerin, kurak bölgedeki marnlı sedimanlarda eşzamanlı olarak azalan pH ile hızlandırılmış bir dağılma (ing: dispersivity) derecesine katkıda bulunduğunu ortaya koymaktadır. Buna ek olarak, özellikle kış mevsimlerinde tekrarlayan Ca2+ artış deseni, Akdeniz kumlu çamurtaşlarında sediman agregasyon hızının artışını işaret edebilir. Sonuç olarak, önceki çalışmalarla tutarlı olarak, ıslanma-kuruma döngüleri fiziksel ayrışma ve regolit davranışında çok önemlidir ve bu da örneklerin daha yüksek şişme kapasitesi nedeniyle ilkbahar ve yaz mevsimlerinde döngüsel derin kabuk oluşumlarıyla sonuçlanmıştır. Genel olarak bu çalışma, iklimdeki mevsimsel değişikliklerin kırgıbayır arazilerindeki kimyasal ve fiziksel ayrışma süreçlerinin hızını nasıl kontrol ettiğini göstermektedir. Ana kayanın ayrışması, iklimin mevsimselliği ve dünyanın dinamik sistemlerinin bir parçası olarak yamaç ve flüvyal erozyon süreçlerinin tartışmalı katkılarının birleşimi, öncelikle kırgıbayır arazilerini geliştiren olgudur. Her ne kadar çağdaş tanımlar kırgıbayır oluşumunun yüzeysel akışın hakim olduğu oluk erozyonu (gully), yerçekimi süreçlerinin hakim olduğu kütle hareketlerinin ve yeraltı süreçlerinin yönlendirdiği borulama erozyonunun bir fonksiyonu olduğunu açıkça ortaya koysa da, kırgıbayırların topoğrafik konumlarına ilişkin temel ilgili sorular hala ele alınmayı beklemektedir. Tezin üçüncü ve son bölümü, kırgıbayır arazilerin jeomorfometrik ve topoğrafik izlerini anlamak için Türkiye'deki ve dünyaca bilinen kırgıbayır arazilerini karşılaştırarak bu soruna odaklanmıştır. Sonuç olarak, alt havza ölçeğindeki kırgıbayır arazilerin topografik karakteri olarak, yamaç aşındırma sürecinden flüvyal aşındırma sürecine geçiş alanı için uygun bir örnek sağlayabileceği tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Badlands are extremely rugged, outstanding landscapes that can be seen in all ice-free climate regions over erosion-susceptible unconsolidated materials, and they have drawn attention with their spectacular and iconic. The distribution of badlands is primarily influenced by the occurrence of loose and unconsolidated rocks (such as marl, sandstone, mudstone, etc.). These lithological units, in conjunction with various environmental elements such as climate, tectonics, vegetation, and topography, collectively shape the appearance and dynamics of badland landscapes. Since badlands have the largest sediment flux and erosion rates, they are considered to be erosional hot spots. However, the morphological characteristics, origins, regional characteristics, and development processes of these badlands are not well known. Unlike nearly all badland studies conducted at the experimental site and watershed scale, the broader-scale evaluation has been neglected in the analysis of badland distribution, characteristics, and dynamics. The first part of the thesis provides an integrative new insight into badland landscapes by investigating the distribution, characteristics, and controlling factors of Turkish badlands on a broad, regional scale. Turkish badlands were inventoried using aerial imagery and studied their distribution using K-means clustering, an unsupervised machine learning algorithm, based on a set of major conditional geo-environmental factors that control the regional distribution and characteristics of badlands, including tectonics, lithology, topography, climate, and vegetation. Here, a total of 4494 km2 of badland areas were identified which are non-uniformly distributed across Turkey, substantially clustered in the Central Anatolian Plateau (CAP). According to regional analyses, a total of five badland regions have been determined comprising three major types classified as Semi-arid, Mediterranean, and Montane (humid), together with two transitional types in-between the Semi-arid and Montane badland regions. The results indicate that temperature seasonality, mean annual precipitation, and precipitation seasonality are predominantly assigned to the badlands clusters. The clastic rocks are revealed as the most crucial and inevitable factor for the development of Turkish badlands, which are represented in a wide geologic time-scale (Cretaceous to Quaternary) and diverse lithological units (i.e., lacustrine, volcaniclastics, and terrestrial). Neogene and Paleogene terrestrial clastics (77 %) constitute the majority of the lithologic settings of these badland landscapes. The active and complex tectonic history of Turkey has portrayed the fundamental frame of the identified badland regions, by providing a susceptible environment (i.e., development of sedimentary basins) and promoting badland development through successive base-level changes. Furthermore, tectonically-modulated (i.e., formation of orogenic belts, and uplifting of CAP) climate dynamics outline the distribution pattern and differentiation of the regional characteristics of badlands in Turkey. Overall, the regional-scale approach to badland mapping and regional synthesis may decipher not only the tectonic and climatic conditions of the identified badlands regions but may also contribute to the implementation of future effective strategies for the detection and mapping of erosion-susceptible and high sediment flux areas in very broad spatial contexts of similar unexplored territories. An ever-present intricate association between weathering and erosional processes is largely controlled by climate disparities. Weathering as a predisposing process for natural hazards, landform evolution, and sediment mobility hosts key uncertainties in our understanding of how climate controls differential weathering types and rates. Here, the second part of thesis shows an approach to test the hypothesis controlling of weathering trends with the influence of seasonal characteristics of precipitation and temperature, which has been not well understood in badland landscapes, yet. Previous studies have adopted a rainfall simulation approach either in the field or laboratory, which is essential but is also limiting in that only steady climate conditions can be monitored in understanding weathering dynamics. In this context, by taking advantage of the laboratory environment to accomplish the aim of this part, the climate settings were simulated by exposing samples collected from four different climates and sedimentary environments previously defined as characteristic badland landscapes in Turkey to the seasonal precipitation and temperature conditions in twelve sequential seasons mirroring 3-years in order to understand the weathering rebounds. The pH, electrical conductivity (EC), ion, and surficial changes have been used as chemical and physical proxies, respectively, in referring to certain types and trends of weathering. Based on the incontrovertible influence of sediment physicochemical properties (especially high SAR values) on weathering processes, the findings reveal that sinusoidal trends attaining their peak level in spring in Na+, which overcomes other ions, contribute to an accelerated dispersion degree with concurrently decreasing pH in marly sediments in the arid region. Additionally, the recurrent increase pattern of Ca2+, particularly in winter seasons, can enhance the extent of sediment aggregations in Mediterranean sandy mudstones. In conclusion, consistent with previous studies, wetting–drying cycles are crucial in physical weathering and regolith behavior, which resulted in cyclic deep crust formations in the spring and summer seasons due to the higher swelling capacity of samples. Overall, this study demonstrates how seasonal changes in climate regulate the degree of chemical and physical weathering processes in badland landscapes. The combination of bedrock weathering, climate seasonality, and the controversial contributions of hillslope and river erosion processes, as part of the earth's dynamic systems, is what primarily develop badland environments. Although modern definitions make it clear that gully channels dominated by overland flow, mass movements dominated by gravitational processes, and piping driven by subsurface processes are all necessary for badland initiation, the questions remain to be tackled regarding their topographic position in the landscape. The third and last part of thesis focused on this problem by comparing Turkish badlands and globally known badland sites in order to understand the geomorphometric and topographic imprints of badlands. As a result, the topographic character of badlands at the sub-catchment scale may provide an adequate example of a transitional domain from a diffusive erosional process to a fluvial erosion process.
Benzer Tezler
- Tortum çayı vadisinin (Uzundere-su kavuşumu arası) jeopark potansiyelinin belirlenmesi
Determination of geopark potential of Tortum streamvalley (Uzundere-water connection)
TUBA ORHAN
Doktora
İngilizce
2019
Peyzaj MimarlığıAtatürk ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FARİS KARAHAN
- Osmanlı kefalet sistemi ve 1792 tarihli bir kefalet defterine göre Boğaziçi
The system of Ottoman bailand the Bosphorus in 1792 according to a bail register
HÜSEYİN NEJDET ERTUĞ
- Bazı 6-benzoilmetil-3-aril-2-tiyokso-2,3-dihidrotiyazolo[4,5-d]pirimidin-7(6H)-on türevi bileşiklerin sentezi ve antimikrobiyal etkilerinin araştırılması
Synthesis of some 6-benzoylmethyl-3-aryl-2-thioxo-2,3-dihydrothiazolo[4,5-d]pyrimidin-7(6H)-on derivatives and investigation of their antimicrobial activities
BALAND SİRVAN OSMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Eczacılık ve FarmakolojiAnadolu ÜniversitesiFarmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ŞEREF DEMİRAYAK
- Kula peribacalarının oluşumunda etkili olan etmen ve süreçler
Effective factors and processes in the formation of Kula fairy chimneys
GÜLNİHAL UZ
- Türkiye'de peribacalarının (Badlands topoğrafyası) coğrafi dağılımı ve peribacalarının oluşum ve gelişimini etkileyen doğal faktörler
Geographical distrubution of fary chimneys in Turkey and natural factors influencing their formation and development
İLYAS TANRIKULU