The formation of the holocene sapropels in the gulf of Kusadasi (Aegean Sea): Evidence of multi-proxy data obtained from the sediment cores
Kuşadası Körfezi (Ege Denizi) holosen sapropellerinin oluşumu: Sediment karotlarından elde edilen çoklu parametre verilerinden kanıtlar
- Tez No: 887620
- Danışmanlar: PROF. DR. KÜRŞAD KADİR ERİŞ, PROF. DR. EMİN ÇİFTÇİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeoloji Mühendisliği, Geological Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Türkiye'nin batı kıyısında yer alan Kuşadası Körfezi, Ege Denizi'nin bir parçasıdır. Kuşadası Körfezi KB-GD doğrultuludur ve batıya doğru genişler ve derinleşir. Coğrafi koordinatları yaklaşık olarak 37°52' Kuzey ve 27°15' Doğu'dur. Kuşadası Körfezi kuzey-güney yönünde yaklaşık 100 km, doğu-batı yönünde ise yaklaşık 35 km'lik bir alanı kapsamaktadır. Körfezde su derinliği yaklaşık 1200 m'ye kadar artmaktadır. Kuşadası Körfezi, güneyde Dilek Yarımadası ve Samos Adası ile kuzeyde Doğanbey Burnu arasında derin bir girinti oluşturur. Kuşadası Körfezi, Anadolu minör levhasının kaçış tektoniği adı verilen levha sınırı hareketleri sonucu oluşan genişlemeli graben sistemleri içerisinde yer almaktadır. Körfez, sıralı doğrultu atımlı fay serisinin oluşturduğu kademeli bir kıyı yapısıyla dikkat çekmektedir. Bu durumdan dolayı, Kuşadası körfezi çeşitli grupların tektonik ve paleosismolojik araştırma odağı olsa da paleoiklimsel ve paleoşinografik açıdan daha önce hiç incelenmemiştir. Ege Denizi'nin iklimsel ve oşinografik geçmişine dayalı birkaç çalışma bulunmasına rağmen Kuşadası Körfezi'nin bir iç deniz olan coğrafi konumundan dolayı körfezin iklimsel ve oşinografik evrimini anlamaya yetmemektedir. Dahası, Orta Ege Denizi'ndeki konumundan dolayı hem Kuzey Ege Denizi ve Karadeniz hem de Güney Ege Denizi ve Levanten Denizi etkileşimlerinin tam ortasında kalmaktadır. Bu durumdan dolayı, geçmişte tüm Ege Denizi bölgesinde benzer iklimsel koşullar hakim olabilecek olsa da Kuşadası körfezinde oluşabilecek farklı paleoşinografik durumlardan dolayı sapropel formasyonlarının oluşması diğer bölgelere göre farklılık göstermiş olabilir. Bununla birlikte, körfezde sediment karotlarına dayalı paleoiklim ve paleoşigrafi çalışmalarının olmamasından dolayı, bu bilimsel boşluğu doldurmak amacıyla 2021 ve 2022 yıllarında TÜBİTAK MAM R/V Marmara gemisiyle yapılan iki ayrı sefer ile farklı su derinliklerinden sediment karotları almak için denizel araştırma gerçekleştirilmiştir. Bu tez kapsamında, 2021 ve 2022 yıllarında TÜBİTAK MAM R/V Marmara gemisiyle yapılan iki ayrı sefer ile alınan KK-03, KK-09 ve KK-10 olarak adlandırılan üç üç gravite sediment karotunda çoklu-parametre yöntemleri (çok sensörlü karot tarayıcısı analizi (MSCL), tane boyu analizi, μ-XRF karot tarayıcısı analizi (ITRAX), toplam organik karbon (TOK) ve toplam inorganik karbon analizi (TİK) ve AMS 14C analizi gibi) uygulanarak Kuşadası Körfezi'ndeki Holosen sapropel oluşumu sırasındaki temel iklim ve oşinografik koşullar araştırılmıştır. Deneyler ve gözlemler İstanbul Teknik Üniversitesi- EMCOL Uygulama ve Araştırma Merkezi'nde yapılmıştır. Litostratigrafi çalışmaları ile fasiyes özellikleri gibi gözleme dayalı ana litolojik özellikler tanımlanmıştır. Litolojik özelliklere göre kronostratigrafi oluşturmak için KK-09 karotunda kritik seviyeler işaretlenmiş ve radyokarbon yaşlandırma için örneklenmiştir. Çok sensörlü karot tarayıcısı yöntemi ile yoğunluk ve manyetitik duyarlılık ölçümü yapılarak sedimanın fiziksel özellikleri elde edilmiştir. Ani tane boyu değişimleri daha net gözlemlenebildiği için KK-09 karotunda tane boyu analizi yapılmıştır. Buna ek olarak, Kuşadası Körfezi'nde Holosen boyunca paleoşinografik evrimin sapropel formasyonlarının oluşması üzerindeki rolü belirlemek amacıyla karotlarda μ-XRF (X- ışını floresans) ve toplam organik karbon ve toplam inorganik karbon analizleri uygulanmıştır. Son olarak, bu tez çalışmasında sedimantolojik ve (biyo)jeokimyasal belirteç kayıtlar 14C analizleri ile oluşturulan sağlam bir karot kronolojisi ile ortaya çıkartılmıştır. KK-09 karotundan 3 adet radyokarbon yaş örnekleri TÜBİTAK-MAM bünyesinde bulunan laboratuvarlarda yaşlandırılmıştır. Yaşlar 13C düzenlenmesi yapıldıktan sonra günümüzden önce (G.Ö) 14C yılı olarak hesaplanmış ve hata payları ± 2σ olarak tespit edilmiştir. Radyokarbon yaşları CALIB v.7 programı ile Marmara Denizi için rezervuar yaşı veri tabanından yararlanılarak takvim yılına göre kalibre edilmiştir. Ayrıca, KK-09 çekirdeğinin jeokimyasal analizlerini kullanarak, üç radyokarbon analizinin yanı sıra, diğer karotlar ile arasında 11 yaş bağlantı noktası elde ettik. Üç farklı çökelti karotundan elde edilen çoklu belirteç kayıtlar benzerlikler ve yakın korelasyonlar gösterdiği için çekirdekteki her zaman dilimi körfezin paleo-oşinografik ve paleoklimatik evrimi için benzer kanıtlar içermektedir. Böylece, üç kartotta da Kuşadası Körfezi'nin sağlam bir kronoloji ile günümüzden önce (G.Ö.) son 16500 yılı kapasayan paleoşinografik ve paleoiklimsel evrimi daha iyi değerlendirilebilmektedir. Çalışılan karotlarda paleo-belirteç kayıtlarına dayanarak, Bølling-Allerød (B-A) döneminden önce (16500-14800 G.Ö), derin su koşullarının ağırlıklı olarak oksijenlidir ve bu da düşük bir oranda denizel organik madde çökelmesine yol açmıştır. Paleo-belirteç kayıtlarına göre, Bølling-Allerød (B-A) dönemi G.Ö 14800-12900 yılları arasında meydana geldi ve Genç Dryas (YD) ile karşılaştırıldığında nispeten yüksek organik üretkenlik ile karakterize edildi. Bu dönemde başlangıçta yüksek miktardaki denizel organik madde mevcut oksijeni azalttı. Ancak körfezdeki güçlü su sirkülasyonu nedeniyle derin su B-A'nın sonuna doğru suboksik/oksik bir hale geldi. Holosenin başlangıcı, artan dentritik girdi (K ve Ti) ile temsil edilirken, biyojenik kalsit (Ca ve Ca/Ti) üretimindeki kademeli artışlar, kısmen daha yüksek TOK içeriği ile birlikte, erken Holosen sapropelinin (S1) çökelmeye başlamasına kadar muhtemelen sıcak ve nemli iklim koşullarının yol açtığı deniz organik üretkenliğine işaret etmektedir. Paleo-belirteç kayıtlarına göre, S1a körfezde G.Ö 9.800 ile 8.200 yılları arasında çökelmiştir. Fe/Mn oranı bu dönemde derin su koşullarının anoksik hale geldiğini göstermektedir. Sapropel çökelme koşulları, Körfez'de G.Ö 9.800-8.200 yılları arasında sıcak bir iklimin hüküm sürdüğünü göstermektedir. Br/Ti oranı, sıcak iklim koşullarında fitoplankton seviyelerindeki ani artışın muhtemelen organik verimlilikte önemli bir artışa yol açtığını göstermektedir. Ca ve Ca/Ti değerlerinde eş zamanlı olarak aynı aralıkta görülen dalgalanmalar, organik verimliliğin kaynağının sadece fitoplanktonlar değil aynı zamanda biyojenik karbonatlar tarafından da desteklendiğini düşündürmektedir. Azalan Br/Ti, Fe/Mn ve TOK oranları, S1 dönemi kesintisinin ortasında geçici bir yeniden havalandırma olayının meydana geldiğini göstermiştir. Aktif yeniden havalandırma oksijenlenmeyi arttırdı ve organik açıdan zengin malzemenin çökelmesini önledi. Paleo-belirteç kayıtlara göre, S1b körfezde G.Ö 7.800 ila 6.100 yılları arasında çökelmiştir. Fe/Mn, Br/Ti ve TOK oranları S1b aralığı boyunca arttı, bu da anoksik derin su koşullarının geliştiğini göstermektedir. Körfezde G.Ö 7.800-6.100 yılları arasında hakim olan sıcak iklim, bu koşullarında fitoplankton seviyelerindeki ani artışla organik üretkenliğin artmasına muhtemelen katkıda bulunmuştur. Bu, artan TOK ve Fe/Mn değerlerinin eşlik ettiği S1b çökelimini desteklemektedir. Ca ve Ca/Ti değerlerindeki devamlı artışlar, Holosen sapropelinin (S1) sonuna doğru TOK değerinin %1 civarında korunması, biyojenik karbonatların organik verimliliğe katkısını düşündürmektedir. Orta Holosen'de (G.Ö 6.100-5.400) S1b ve SMH tabakaları arasındaki Fe/Mn oranının azalması, körfezin derin sularının yeniden oksijenlenme sürecine girdiğini düşündürmektedir. Ca ve Ca/Ti değerlerinde devam eden artış hem kuzey hem de güney bölgelerde artan sıcaklıklara bağlı olarak yeni bir sapropel çökelmesinin başlamasına yol açabilir ve biyojenik kalsit muhtemelen organik üretime katkıda bulunabilir. Bununla birlikte, bu tür bir çökelme, ancak anoksik/suboksik koşulların oluşmasını gerektirecektir. Paleo-belirteç kayıtlara göre, SMH sapropeli, körfezde G.Ö 5.400 ila 3.000 yılları arasında Çökelmiştir. SMH aralığında, anoksik derin su koşullarını gösteren G.Ö 4.200 yılındaki bir düşüşe kadar nispeten yüksek dalgalanan Fe/Mn, Ca/Ti ve TOK oranları gözlendi. Kuşadası Körfezi'nde kısa bir kesintinin ardından SMH aralığındaki organik madde yeniden çökeldi. Körfezde G.Ö 5.400-3.000 yılları arasında hüküm süren sıcak iklim muhtemelen sapropel çökelmesine katkıda bulunmuştur. SMH çökelinin G.Ö 5.400-4.200 aralığı sırasında, K ve Ti değerlerindeki artan dalgalanmalar, Kuşadası Körfezi'ne kırıntılı girdilerin arttığını göstermektedir. Yüksek sedimantasyon hızı ise organik maddenin daha iyi korunmasına yol açtığını göstermektedir. SMH çökelinin erken safhasındaki nispeten yüksek Fe/Mn değerleri, gelişmiş su kolonu tabakalaşmasına yanıt olarak havalandırmanın engellendiğini göstermektedir. Sıcak iklim nedeniyle körfezdeki yüzey suyunun ısınması muhtemelen yüzey yoğunluğunu azalttı, daha derin katmanın havalandırılmasını önledi ve organik maddenin korunmasını teşvik etti. Ca-Sr oranındaki keskin düşüş, erken SMH sapropelin bileşimindeki aragonit seviyesinin hemen hemen karbonata eşit olmasını göstermektedir. Bu, 4,2 bin yıl önce körfezde yüzey suyunun buharlaştığını, tuzluluğun arttığını ve iklimsel kuraklaşmaya kuraklaşmaya doğru bir eğilim olduğunu göstermektedir. SMH'nin ikinci yarısındaki Br/Ti oranına göre (G.Ö 4200-3000), körfezdeki fitoplankton seviyelerindeki artışın muhtemelen yine sıcak ve nemli iklim koşullarında meydana geldiği ve organik verimliliğin önemli ölçüde arttığını gösteriyor. Bu, artan TOK ve Fe/Mn değerleri ile birlikte SMH sapropelin devam eden çökelimini desteklemektedir. SMH'nin ikinci yarısında Ca ve Ca/Ti değerlerinde görülen artış, organik verimliliğin sadece fitoplanktonlar tarafından değil aynı zamanda biyojenik karbonatlar tarafından da desteklendiğini göstermektedir. Körfezde SMH sapropelin çökelmesi sonrasında nispeten düşük Fe/Mn oranı oksijenli derin su koşullarını düşündürmektedir. Sıcak iklim koşulları ve artan nem ile birlikte artan Ca ve Ca/Ti değerleri organik verimliliğin arttığına işaret etmektedir. Ancak bu koşullar denizdeki organik maddenin daha iyi korunmasına yol açmaz.
Özet (Çeviri)
The Gulf of Kuşadası (GoK) is part of the Aegean Sea and is located on the west coast of Turkey. The GoK covers an area of approximately 100 km in the north-south direction and approximately 35 km in the east-west direction. The water depth in the gulf is approximately 1200 m. The Gulf is located within the extensional graben systems formed as a result of plate boundary movements of the Anatolian minor plate, called escape tectonics. The Gulf draws attention with its gradual coastal structure formed by a series of sequential strike-slip faults. As a result, the GoK has been the focus of tectonic and paleoseismological research of various groups. Although there are several studies based on the climatic and oceanographic history of the Aegean Sea, they are not sufficient to understand the climatic and oceanographic evolution of the GoK due to its geographical location as an inland sea. Moreover, due to its location in the Central Aegean Sea, it is in the middle of the interactions of both the North Aegean Sea and the Black Sea in the north, the South Aegean Sea and the Levantine Sea in the south. Consequently, although similar climatic conditions may have prevailed in the entire Aegean Sea region in the past, the formations of sapropel may have differed from other regions due to different palaeoceanographic conditions in the GoK. However, there is a lack of paleoclimate and palaeoceanography studies based on sediment cores in the gulf. In order to fill this scientific gap, marine research was carried out in two separate expeditions with the TÜBİTAK MAM R/V Marmara ship in 2021 and 2022 to obtain sediment cores from different water depths. Within the scope of this thesis, three gravity sediment cores KK-03, KK-09 and KK-10, obtained from two separate expedations with the TÜBİTAK MAM R/V Marmara ship in 2021 and 2022, were applied as multi-proxy methods to analyze the data of the Holocene in GoK. The essential climate and oceanographic conditions during sapropel formation were investigated. Experiments and observations were made at Istanbul Technical University - EMCOL Application and Research Center. To establish chronostratigraphy according to lithological features, critical levels were marked in the KK-09 core and sampled for radiocarbon dating. The physical properties of the sediment were obtained by measuring density and magnetic susceptibility using the multi-sensor core scanner method. Since sudden grain size changes can be observed more clearly, grain size analysis was performed on the KK-09 core. In addition, μ-XRF (X-ray fluorescence) and total organic carbon and total inorganic carbon analyzes were applied to the cores to determine the role of palaeoceanographic evolution on the formation of sapropel formations during the Holocene in the GoK. Finally, in this thesis study, sedimentological and (bio)geochemical marker records were revealed with a solid core chronology created by 14C analyses. Three radiocarbon age samples from the KK-09 core were aged in laboratories within TÜBİTAK-MAM. The ages were calculated as 14C before present (BP). Radiocarbon ages were calibrated according to the calendar year using the reservoir age database for the Sea of Marmara with the CALIB v.7 program. Additionally, using geochemical properties of the KK-09 core, we obtained 11 age-tie point with other cores, as well as three radiocarbon analyses. Each time period in the core contains similar evidence for the paleo-oceanographic and paleoclimatic evolution of the gulf, as multi-proxy records from three different sediment cores show similarities and close correlations. Thus, in all three cores, the paleoceanographic and paleoclimatic evolution of GoK covering the last 16500 yr BP can be better evaluated with chronology. The beginning of the Holocene is represented by increased dendritic input (K and Ti), whereas gradual increases in biogenic calcite (Ca and Ca/Ti) production, together with partly higher TOC content, imply marine organic productivity likely driven by warm and humid climate conditions until the deposition of the early Holocene sapropel (S1). According to paleo-proxy records, the S1a sapropel was deposited in the gulf between 9,800 cal yr BP and 8,200 cal yr BP. The high Fe/Mn ratio indicates that deep-water conditions became anoxic during this period. The sapropel deposition conditions suggest that a warm climate prevailed in the gulf between 9,800-8,200 cal yr BP. The high Br/Ti ratio indicates that the sudden increase in phytoplankton levels under warm climate conditions likely led to a significant rise in organic productivity. Simultaneous fluctuations in Ca and Ca/Ti values within the same interval suggest that the source of organic productivity was not only phytoplankton but also supported by biogenic carbonates. Decreased Br/Ti, Fe/Mn, and TOC ratios indicate that a temporary re-ventilation event occurred during the middle of the S1 period interruption. Active re-ventilation improved oxygenation and prevented the sedimentation of organic-rich material. According to paleo-proxy records, the S1b sapropel was deposited in the gulf between 7,800 cal yr BP and 6,100 cal yr BP. The remarkably high Sr values suggest elevated salinity during S1b deposition, likely leading to increased marine organic productivity. Fe/Mn, Br/Ti, and TOC ratios increased during the S1b interval, indicating the development of anoxic deep-water conditions. The prevailing warm climate in the gulf between 7,800-6,100 cal yr BP likely contributed to increased organic productivity, supported by a sudden rise in phytoplankton levels under warm climate conditions. This supports the deposition of S1b sapropel, accompanied by increased TOC and Fe/Mn values. Continuous increases in Ca and Ca/Ti values suggest the contribution of biogenic carbonates to organic productivity, maintaining the TOC value around 1% towards the end of the Holocene-deposited sapropel (S1). According to paleo-proxy records, the SMH sapropel was deposited in the gulf between 5,400 cal yr BP and 3,000 cal yr BP. Relatively high Fe/Mn, Ca/Ti and TOC ratios in the SMH interval decrease at 4.2 cal ka BP. The decreased Fe/Mn ratio indicates that the deep-water condition has become suboxic/oxic. These deep-water conditions explain decreases in the rate of precipitated organic carbon. Moreover, the relatively high sedimentation rate in GoK may have enabled better preservation of organic matter despite oxygenated deep water conditions. The relatively higher Fe–Mn values in comparison to the later phase of the SMH deposition indicate prevented ventilation as a result of better water column stratification in the gulf. Warming of the surface water in the gulf due to warm climate during this earlier sapropel deposition would have induced an increase in surface density and, thus, prevented the ventilation of the deeper layer, promoting the preservation of organic matter in the sediment. The sharp decrease in the Ca-Sr ratio that the aragonite level in the composition of early SMH sapropel was almost equal to carbonate. This indicates surface water evaporation and increased salinity in the gulf at 4.2 ka BP. The termination of the humid phase during the early SMH deposition suggests a general trend to climatic aridification, which is indicated by the dry climate and the increased salinity in the GoK. The high Br/Ti ratio in the second half of the SMH, the increase in the phytoplankton level in the gulf was probably repeated under warm and humid climate conditions. The increase in Fe/Mn and TOC values in the second half of SMH indicate that stratification in the upper water column creates anoxic deep water conditions and SMH sapropel precipitation continues. Moreover, the increase in Ca and Ca/Ti values within the same period shows that the source of organic productivity is not only phytoplankton but also supported by biogenic carbonates.
Benzer Tezler
- Paleoceanographic and paleoclimate records in the gulf of Saros (Aegean sea) during the late pleistosene to holocene
Geç pleyistosen-holosen boyunca Saros Körfezi'ndeki (Ege Denizi) paleoşinografik ve paleoiklimsel kayıtlar
CERENNAZ BOZYİĞİT
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KÜRŞAD KADİR ERİŞ
DR. MARIE-ALEXANDRİNE SICRE
- Gemlik körfezi'nde geç pleistosen-holosen dönemi deniz seviyesi ve paleo-iklim değişimleri
Late pleistocene to holocene paleoceanographic and paleo-climatic changes in gulf of gemlik, sea of Marmara, Turkey
BETÜL FİLİKCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KÜRŞAD KADİR ERİŞ
- Ege Denizi holosen sedimentlerinin oluşumlarının kil ve silt mineralojisi ile irdelenmesi
The Formation of holocone sediments in the Aegean Sea examined by using clay and silt mineralogy
HÜLYA ATALAY
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Su ÜrünleriDokuz Eylül ÜniversitesiDeniz Jeolojisi ve Jeofiziği Ana Bilim Dalı
DR. DOĞAN YAŞAR
- Güney Karadeniz baseninin geç kuvaterner dönemi jeolojik evrimi
Başlık çevirisi yok
MUHAMMED DUMAN
Doktora
Türkçe
1992
Su ÜrünleriDokuz Eylül ÜniversitesiDeniz Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. Y. TOSUN KONUK