Defining denudation rates in carbonate rocks using cosmogenic 36Cl
Karbonatlı kayaçların denüdasyon hızının kozmojenik 36Cl kullanılarak belirlenmesi
- Tez No: 859536
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET AKİF SARIKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Coğrafya, Jeoloji Mühendisliği, Geography, Geological Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- 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: 150
Özet
Denüdasyon, kimyasal ayrışma ve fiziksel erozyon nedeniyle oluşan toplam kütle kaybı olarak tanımlanır. Farklı iklim ve tektonik özellikleri olan ortamlarda denüdasyon hızını ve türünü ölçmek, jeolojik olayları anlamak için önemlidir. Karbonat kayaçlar, yüksek çözünme eğilimleri nedeniyle iklimsel ve tektonik süreçlere diğer kaya türlerine göre daha farklı tepki verebilir. Ancak karbonat kayaçlar dünya kıta yüzeyinin önemli bir kısmını kapsamasına rağmen onların uzun süreli aşınma hızları ve farklı ortamlarda bunu kontrol eden faktörler hakkında çok az bilgi bulunmaktadır. Dünya çapında ve çoğunlukla Akdeniz bölgesinde yapılan önceki çalışmalar karbonatlı kayaçlarda aşınma hızının farklı iklimsel ve topografik faktörler ile etkilediğini göstermektedir. Bu etkenler yağış, sıcaklık, yükseklik, topografik eğim, tepe eğriliği, ana kayaç özellikleri, toprak örtüsü ve CO2 bulunması ve likenlerin varlığı gibi faktörler olabilir. Önceki çalışmaların çoğu, düşük tektonik aktiviteye sahip bölgelerde daha çok iklimin karbonat denüdasyonu üzerinde etkisine odaklanmıştır. Bu nedenle, orojenik plato kenarları gibi tektonik açıdan aktif olan ve hızlıca yükselen bölgelerde karbonatların denüdasyonu ve tektonik yükselmenin ve iklimin ona etkisi hakkında bilgi eksikliği vardır. Diğer yandan, her ne kadar Orta Anadolu Platosu'nun güney kenarı yükselme oranlarına yönelik çeşitli çalışmaların odak noktası olsa da tektonik, iklim ve erozyon süreçleri arasındaki etkileşimler bu bölgede yeterince anlaşılmamıştır. Özellikle plato kenarını geniş ölçüde kaplayan karbonatlı arazilerin aşınmasına ilişkin araştırma eksikliği bulunmaktadır. Bu çalışma, ilk kez Orta Anadolu Platosu'nun güneyindeki karbonatlı kayaçlarda uzun süreli aşınma hızları, türü ve aşınmayı kontrol eden fiziksel ve çevresel faktörler hakkında detaylı bilgiler sunmaktadır. Bu tezin temel amacı Akdeniz-karasal-kurak iklim bölgeleri arasında ve aktif olarak yükselen orojenik plato kenarında karbonatlı arazilerin aşınma hızındaki mekânsal değişimleri ve aşınmanın türü üzerine etki eden potansiyel faktörleri incelemektir. Bu çalışmada karbonatlı kayaçlarda denüdasyon hızını ölçmek için 13 adet kaya örneğinde in-situ kozmojenik 36Cl değerleri ölçülmüştür. Denüdasyon hızını belirlemek için sabit durum erozyon modeli kullanıldı. Bu model kozmojenik nüklid konsantrasyonunun sabit durumda olması için yeterli sürenin geçtiğini varsayıyor, buda üretilen kozmojenik nüklid ile bozulma ve erozyon yoluyla kayb olan nüklid sayısının dengeye ulaştığı anlamına gelmektedir. 36Cl örnekleri Akdeniz kıyısından İç Anadolu bölgesine kadar farklı iklimlere sahip üç coğrafi bölgeden alınmıştır. Bu bölgeler güneyden kuzeye doğru Akdeniz kıyı bölgesi, karasal Orta Toroslar ve kurak İç Anadolu bölgelerini kapsıyor. Ayrıca bu örnekler litostratigrafik açıdan üç farklı karbonatlı kayaçtan alınmıştır. Alınan örneklerin kimyasal hazırlığı ve klor ayrıştırılması İTÜ/Kozmo Lab laboratuvarında yapılmıştır. 36Cl'den türetilen denüdasyon hızlarını hesaplamak için CRONUScalc 2.1 MATLAB kodu kullanıldı. Örnek lokasyonlarına ait ortalama yıllık yağış ve sıcaklık değerleri WorldClim 2.1 veri tabanından, yükseklik ve kıyıya mesafe değerleri ise 1/25,000 basılı topografik haritalar ve 30 metre DEM verilerinden elde edilmiştir. Örnek lokasyonlarında ortalama yıllık yağış değerleri 400 ile 770 mm arasında, ortalama yıllık sıcaklık değerleri 6 ile 16 derece arasında, yükseklik 670 ile 2200 m arasında ve kıyıya mesafe ise 6 ile 195 m arasında değişmektedir. Ek olarak örnek alınan karbonatlı kayaçlarda mekanik sertlik, yoğunluk, gözeneklik ve ağırlığa göre su emme oranı gibi fiziksel özellikler de ölçülmüştür. 36Cl'den türetilen aşınma hızları 1.92 ± 0.31 ile 45.77 ± 3.91 mm/ka arasında değişmektedir. Ortalama denüdasyon hızı tüm örnekler için 14.40 ± 0.47 mm/ka ve yalnız Orta Torosların örnekleri için 13.29 ± 0.50 mm/ka elde edilmiştir. Medyan değeri ise tüm örnekler için 12.42 ± 1.31 mm/ka ve yalnız Orta Toroslar'ın örnekleri için 12.45 ± 0.91 mm/ka elde edilmiştir. Plato üzerinde aşınma hızları bölgedeki yağış değerleriyle güçlü bir şekilde ilişkilidir. Buharlaşmanın olmadığı varsayımıyla tahmin edilen teorik maksimum çözünme hızlarından daha düşük değerlere sahip aşınma hızları, bölgede iklimin ve özellikle yağışın karbonat denüdasyonu üzerinde ana kontrolü sağladığını göstermektedir. Bu sonuçlar bir yandan ve karbonatlı kayaçların mekanik sertliği ile denüdasyon hızları arasındaki zayıf korelasyonun olması diğer yandan, bölgede kimyasal ayrışmanın başlıca aşınma tarzı olduğunu belirtir. Aşınma modeli, iklim bölgeleriyle tutarlı olarak GB'dan KD'ye doğru azalan bir eğilimle mekânsal değişkenlik göstermektedir. Orta Toroslar'ın karasal ikliminde yüksek ve orta dereceli aşınma hızları meydana gelirken, en düşük aşınma hızı kurak plato içinde meydana gelmektedir. Akdeniz kıyı bölgesinde ölçülen aşınma oranları, tahmin edilen maksimum çözünme hızlarından daha yüksektir. Bu durum örnek alınan lokasyonlarda üstteki kaya veya toprak örtüsünün mekanik olarak kalkmış olabileceğini göstermektedir. Platonun iç kısmındaki düşük aşınma oranları, uzun süreli kurak iklime sahip, yavaş gelişen bir ortama işaret etmektedir. Yapılan kaya sertliği, gözeneklik ve ağırlığa göre su emme oranı analizleri kayaçların fiziksel özelliklerinin karbonat aşınımı üzerinde pek fazla etkili olmadığını göstermektedir. Plato kenarında asimetrik yağış modeli asimetrik aşınma modeline sebebiyet veriyor. Bu aşınma modeli aynı anda asimetrik yükselme modeli ile de uyumludur ve aşınmanın, yağışın ve tektonik yükselmenin birbiriyle bağlantılı ve etkileşimde olduğunu göstermektedir. Diğer yandan yükselme oranlarının aşınma hızlarından kaç kat daha yüksek olması hala dengeye ulaşmayan bir ortamı göstermektedir. Orta Toroslar'da yüzey sularının önemli ölçüde derine sızması, bölgede güçlü bir karstlaşmanın olduğunu göstermektedir. Bu süreç zamanla kıtasal yükselme ve aşınma arasında yükselme yanlısı bir dengesizliğe neden olmakta ve Toroslarda yüksek rakımlı topoğrafyanın korunmasına yol açmaktadır. Bu nedenle, aktif olarak yükselen plato kenarlarında, tektonik özelliklerin karbonat aşınması üzerindeki etkisi, yağış ve karstlaşmanın müdahalesiyle kesintiye uğramıştır. Bu çalışmada Orta Anadolu Platosu'nun güneyinde ölçülen karbonatlı kayaçların uzun süre aşınma hızları daha önce Doğu Akdeniz'de bildirilen aşınma hızlarıyla tutarlı olup, dünya çapındaki kayıtların alt seviyelerinde yer alıyor. Dahası, bu çalışma önceki çalışmalarla tutarlı olarak iklimin ve özellikle yağışın karbonatlı kayaçların aşınmasında en önemli etken olduğunun altını çiziyor. Ayrıca bu tez kapsamında kısa süreli ve ani aşınma olaylarından bir örnek Orta Toroslar'da incelenmiştir. Kaya çığı, kayması veya düşmesi gibi hızlı kütle hareketleri, ortamı değiştiren ana erozyon süreçleridir. Dağlık alanlarda, buzul nedeniyle dikleşen yamaçlar, buzul ortadan kalktıktan hemen sonra veya birkaç bin yıl içinde kırılmaya oldukça yatkınlar. Bu şiddetli ve düşük frekanslı olayların yaşını belirlemek, onların oluşmasına sebebiyet veren tektonik ve iklimsel olayları anlamamıza yardımcı olur. Dünya çapında ve özellikle Alpler'de birçok eski kaya çığı 36Cl veya 10Be gibi kozmojenik nüklidler kullanılarak tarihlendirilmiştir. Bu çalışmalar kaya çığlarının genellikle şiddetli hava olayları veya bir sismik aktiviteyle tetiklendiğini göstermektedir. Orta Toroslar'da buzul çökellerinin yüzey yaşlandırması geniş bir biçimde yapılsada, kaya çığları gibi diğer paraglasyal yer şekilleri daha az dikkat çekmiştir. Bu yüzden Türkiye'nin eski buzul alanlarında paraglasyal kaya çığlarının jeomorfolojik haritalanması ve tarihlendirilmesi konusunda bilgi eksikliği mevcuttur. Bu çalışmada hızlı kütle hareketlerinden bir örnek olarak Namaras kaya çığının (NRA) jeomorfolojisi incelendi ve kozmojenik 36Cl yüzey tarihlendirmesi yapılarak NRA'ın yaşı, olay sayısı ve bunların geometrik özellikleri ortaya çıkarıldı. Jeomorfolojik inceleme amaçlı kaya çığı jeomorfoloji haritası, eğim haritası, blok büyüklüğü haritası, blok dağılım haritası ve üç adet uzunlamasına profil hazırlandı. Ayrıca, kaya çığının birikim alanındaki 6 adet blokun yüzeyinden kozmojenik 36Cl ölçmek için örnek alındı. Buna ek olarak 2 adet örnekte kaya çığı birikim alanı ile kısmen kaplanan yan morendeki bloklardan alındı. NRA, Orta Toroslar'da buzullaşma geçirmiş karstik bir alan olan Geyikdağı'nın kuzey yamacında Jura-Kratese neritik kireçtaşı kayaçlarında gelişmiştir. Kaya çığı birikim alanı yaklaşık ~0.430 km2'lik bir alana yayılmış ve ortalama 10 m'lik bir kalınlıkla, kabaca 4.3 milyon m3 hacme karşılık gelmektedir. Yelpaze şeklindeki birikim alanı ana vadiye doğru Geç Kuvaterner yaşlı yan ve tümsekli morenlerin üzerinde depolanmış. Birikim alanındaki blokların boyutları 1 m'den az ve 15 m'den çok aralığında değişmekte ve bazen çapı 22 m'ye ulaşan ev büyüklüğünde devasa bloklara rastlanılmaktadır. NRA'ın birikim alanındaki bloklar 600-640 m yükseklik kaybı ve ~1550-1700 m arasında maksimum yatay mesafe kat ederek, ~20-21° arasında ilerleme açısına ulaşmıştır. 36Cl yüzey yaşlandırma sonuçları NRA'ın birbirini takip eden Orta-Geç Holosen yaşlı iki yenilmeden oluştuğunu göstermektedir. Birinci ana ve büyük yenilme 4.59 ± 0.25 bin yıl önce meydana gelmiş ve ardından ikinci ve küçük olay 3.77 ± 0.20 bin yıl önce oluşmuştur. Kaya çığı birikim alanıyla kaplı olan yan morenin yaşı ise yaklaşık 12.30 ± 1.20 bin yıla denk gelmektedir. Kaya çığları için önkoşulları oluşturan faktörler, hazırlık rolü olan faktörler ve en son tetikleyen faktörleri incelenmek ve belirlemek oldukça önemlidir. Bu çalışmada ana kaya çığının koptuğu buzul sirkindeki çatlaklı ve tabakalı kireçtaşları, NRA'ın yenilmesi için gerekli önkoşulları sağladığı düşünülmektedir. Geyikdağı'ında buzulların erimesi ile NRA'ın oluşumu arasında uzun bir gecikmenin yaşanması (~7.7 ve 8.5 bin yıl), buzul yükünün ortadan kalkmasının kaya çığı için başlıca hazırlık faktörü olduğunu göstermektedir. Ayrıca, buzul erozyonu ve kireçtaşının karstlaşmasıda bu kaya çığı için diğer hazırlık faktörleri olabilir. Orta Toroslar'daki düşük sismik aktivite ve kaya çığının Orta-Geç Holosen iklim geçişleriyle eşzamanlılığı, iklim faktörlerinin NRA oluşmasını tetiklemiş olabileceğini göstermektedir. Daha yaşlı olan ana yenilme, Toroslar'daki kuvvetli ani yağışlarla ilişkilendirilen Holosen ortasındaki sıcak kuraklık dönemiyle örtüşürken, daha genç olan olayın yaşı, Holosen sonundaki uzun ve nemli dönemle ilişkili olabilir. Dolayısıyla, NRA'ın ana olayı yüksek sıcaklık, yoğun ve ani yağışların etkisiyle tetiklenmiş olabilecekken, ikinci olay daha uzun süreli sağanak yağışların etkisiyle tetiklenmiş olabilir. NRA'ın bu iki olayı, aynı zamanda Alpler'de 5-3 bin yıl öncesine tarihlendirilmiş kaya yenilmeleriyle de eş zamanlıdır. Genel olarak bu tez çalışmasında, Akdeniz'in kuzeydoğusunda karbonatlı kayaçların uzun süreli denüdasyon hızları ve ani aşınması incelenmiştir. Yapılan jeolojik ve kronolojik analizler, bu bölgedeki erozyon süreçlerinde iklimin en etkin faktör olduğunu göstermektedir. Çözünme denüdasyonu (kimyasal ayrışma), karbonatların uzun süreli aşınma hızının baskın mekanizması iken, fiziksel mekanizma episodik ve hızlı kütle hareketlerinden sorumludur. İleride yapılacak çalışmalar, denüdasyonun türünün bölgesel farklılıklarına, fiziksel ve kimyasal ayrışmanın derecesine odaklanabilir. Dahası, gelecekteki araştırmalar burada olduğu gibi noktasal ölçekli çalışmalardan, yamaç aşınmasına ve havza genelindeki denüdasyon hızlarını araştırmaya odaklanabilir. Ayrıca Orta Toroslarda buzullaşma geçirmiş diğer bölgelerde meydana gelen paraglasyal kaya yenilmelerinin tarihlendirilmesi de yapılarak, bu çalışma ile karşılaştırılabilir ve eski kaya çığlarının mekânsal ve zamansal dağılımı ve bunlara etki eden faktörler incelenebilir.
Özet (Çeviri)
Quantifying the rate and type of erosional processes under different climate and tectonic settings are fundamental to understanding landscape evolution. Carbonate rocks may respond differently to climate and tectonic forcings from other rock types because of their tendency to dissolve congruently. Yet, there is little information on the long-term denudation rate of carbonate rocks and their controlling factors in different settings. This study presents the first detail information on the long-term denudation rate of carbonate rocks and their denudation style in the south of the Central Anatolian Plateau (CAP). The outcrop denudation rates were quantified using in-situ cosmogenic 36Cl measured in 13 rock samples to evaluate spatial variations and potential controls on the style and rate of denudation. 36Cl-derived denudation rates range from 1.92 ± 0.31 to 45.77 ± 3.91 mm/ka. On the plateau, denudation rates are strongly correlated with precipitation values in the area. The denudation rates are lower than the theoretical maximum dissolution rates predicted assuming zero evaporation, implying that climate exerts the major control on carbonate denudation. These results indicate that chemical weathering is the prevalent denudation style in the region. The denudation pattern of the study area shows spatial variability with a decreasing trend from SW to NE consistent with climate zones. High-to-moderate denudation rates occur in the continental climate of Central Taurides, while the lowest denudation rates occur in the arid CAP interior. In the Mediterranean coastal region, measured denudation rates are higher than the predicted maximum dissolution rates, reflecting a possible mechanical removal of overlying rock or soil in sampling locations. The low denudation rates in the plateau interior indicate a slowly evolving landscape with prolonged arid climate. The overall physical properties of sampled rocks, such as rock hardness, porosity and water absorption by weight, showed the weakest control on carbonate denudation. In the Central Taurides, significant infiltration of surface runoff resulted in strong subsurface karstification at the expense of surface drainage. This process caused disequilibrium between uplift and denudation and resulted in the preservation of high-elevation topography. Therefore, in the actively uplifting plateau margin, the influence of tectonics on carbonate denudation has been interfered with the impact of precipitation and subsurface karstification. This thesis also investigated an example of instantaneous (i.e., short-term or episodic) denudation of carbonate rocks in the Central Taurides. The geomorphology and timing of an example of a rapid mass movement, the Namaras rock avalanche (NRA), were studied using cosmogenic 36Cl. The NRA originated from the northern flank of the glaciokarstic Geyikdağ Mountain in the Central Taurides. The rock avalanche deposit has an area of ~0.430 km2 and an estimated average thickness of 10 m, corresponding to 4.3 million m3 volume. The fan-shaped deposit consists of Jurassic-Cretaceous neritic limestone boulders with 15 m diameter which sometimes reach house-sized boulders (~22 m) that overlie Late Quaternary aged lateral and hummocky moraines down into the valley. The geomorphological mapping and 36Cl surface exposure dating were used to obtain the ages of six boulder samples that unraveled the age of NRA, the number of failure events and their geometric features. The results indicate that the NRA consists of two successive mid-to-late Holocene events. The first high magnitude main event was occurred 4.59 ± 0.25 ka ago followed by a second low magnitude event at 3.77 ± 0.20 ka ago. The bedded limestone with cross-joints in the glacial cirque preconditioned the NRA slope failure. The significant lag time between deglaciation and the rock avalanche indicates that the glacial erosion and debuttressing acted as preparatory factors. The low seismic activity in the Central Taurides and the synchronicity of the rock avalanche with mid-to-late Holocene climatic transitions suggest that climatic factors may have triggered the NRA failure. The age of the older, main event coincides with the warm drought period of the mid-Holocene associated with torrential rainfalls in the Taurides, while the age of the younger event correlates with the long-wet period in the late Holocene. Thus, the main NRA event may have been triggered by the influence of warm temperatures and intense rainfall, while the second event may have been triggered by prolonged period of high precipitation. The two events of the NRA are coeval with the enhanced rock slope failures dating back to 5–3 ka in the Alps. Overall, this thesis investigated the long-term denudation rate and the episodic erosion of carbonate rocks in the northeastern Mediterranean. The conducted geologic and chronologic analysis underlines the dominance of climate control on the erosional processes in this region. While the dissolution denudation (chemical weathering) is the dominant mechanism of the long-term denudation rate of carbonates, the physical mechanism is responsible for episodic rapid mass movements. Further studies can focus on denudation partitioning and quantifying physical erosion and chemical weathering. Moreover, future research can explore the basin-wide denudation rates and establish the timing of more paraglacial rock slope failures in the glaciated ranges of the Central Taurides.
Benzer Tezler
- Üniversite öğrencilerinin öğrenilmiş güçlülük düzeyleri ben durumları ve sosyo-ekonomik düzeyleri aralarındaki ilişkiler
Of the university students the relations among the variations level of learned resourcefuilness criterion ego stuation and level of socio-economic
SAFİYE SARICI
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Eğitim ve ÖğretimAtatürk ÜniversitesiEğitim Bilimleri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FİKRİ KÖKSAL
- Mimarlık - iletişim - dil bağlamında mimarın işine bir yaklaşım
An Approach to architects work in the context of architecture communication-language
RECAİ ERSİN AYNAN
- Mimarlıkta anlam analizine ilişkin bir çalışma
A Study for meaning analysis in architecture
SONGÜL ÜNLÜ
- Anayasa yargısında yargısal sınırlılık doktrini
The doctrine of judicial self-restraint in Constitutional adjudication
ENDER TÜRK
Doktora
Türkçe
2022
HukukGalatasaray ÜniversitesiKamu Hukuku Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞULE ÖZSOY BOYUNSUZ
- Kuzey Kıbrıs Türk Cumhuriyeti'nde ilköğretim 4. ve 5. sınıflarının sosyal bilgiler dersi öğretim programı içeriğinin belirlenmesi
Defining social studies program content which is being applied to 4 th and 5 th classes of primary schools in T.R.N.C.
MUSTAFA BARDAK
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Eğitim ve ÖğretimAnkara ÜniversitesiEğitim Programları ve Öğretimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEYSEL SÖNMEZ