Marmara Denizi nde nde Jeolojik Afet rmaları

Transkript

1 Marmara Denizi nde nde Jeolojik Afet Araştırmalar rmaları Namık Çağatayatay İTÜ İçerik: Ana başlıklar Marmara Denizi nin tektonik ve oşinografik konumu Marmara Denizi nde doğal afet riski ESONET-Marmara Denizi araştırmaları ve sonuçları Gelecekte yapılması planlanan araştırmalar Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir, 27 Şubat 2009

2 Önemli bir araştırma alanı olarak Marmara Denizi Tektonik konumu: KAF, havza oluşumu, Deprem, Denizaltı heyelanları, Tsunami riski, Hypoxia Oşinografik konumu açısından laboratuvar niteliğidedir

3 Bölgesel Tektonik Konum ve Deprem Riski Armijo et al (2005), G3, vol 6, No. 6

4 Batimetri ve Morfotektonik Aktif tektonik ve havza oluşumu, yüksek eğimli yamaçlar, denizaltı heyelanları, fay boyunca soğuk akışkan çıkışları 1912 Ms= Mw=7.4

5 Marmara Denizi nin oşinografik konumu ve su sirkülasyonu Yüzey suyu Tuzluluk: 22 Akıntı hızı: cm/s Yenlenme zamanı: 4-5 ay Haloklin -25m de m m Derin su Tuzluluk: 36 Akıntı hızı: birkaç cm/s Yenilenme zamanı: 6-7 yıl O 2 kons.: 1-4mg/L Beşiktepe v.d. (1994)

6 Marmara Denizi nde deformasyon hızı Yatay hızlar: a) GPS: 24 mm/yıl b) Jeolojik: 10 mm/yıl Düşey (çökme-yükselme) hızlar: 5-7 mm/yıl

7 Orta Çukurluk Çökme Hızı

8 Havzalarda yüksek tektonik çökme hızı 16 bin yıl homojenit (Beck v.d.., 2006) 100 m Çökme hızı = 6.4 m/kyr Son 16 bin yıl da ortalama çökelme hızı (homojenit kalınlığını hesaba katmadan) Derin havza = 2.8 m/bin yıl Havza kenarı = 1.05 m/bin yıl

9 Beck et al. (2006), Sed. Geol.

10 Deprem riski Sismisite, Sismik Risk ve Sismik Boşluk 1766 dan beri kırılmamış sismik boşluk TÜBİTAK (MRC)

11 Sismik Boşluk

12 Çınarcık Çukurluğu Doğusunda Denizaltı heyelanı Unit-1 G.Ö. 17 ka

13 MARMARA DENİZİ NDE TSUNAMİ RİSKİ Depreme bağlı olarak son 2 bin yılda yüksekliği 6 m ye varan 30 adet tarihsel tsunami olayı kaydedilmiştir (Altınok v.d., 2001, 2003; Yalçıner v.d., 2002). Bunların çoğunluğu büyük bir olasılıkla denizaltı heyelanları ile ilişkilidir. Bir kısmı Çınarcık Çukurluğu nun güneyindeki düşey bileşenli faylarla ilişkili olabilir.

14 Holosen çökel örtüsünün altında haritalanan yapısal ve morfolojik elemenlar -85 m kıyı çizgisi G.Ö.12 ka Temelin yükselimini sağlaya fay

15 Sismik hat: Pi78 Paleozyik temel Holosen -85 m taraça Faylar Faylar: İstanbul Zonu nun reaktive olmuş Hersiniyen yapıları

16 Marmara Denizi Kuzey şelfinde sismik ve karot stratigrafisi: Anokzik-subokzik olaylar

17

18 Foraminifer Dağılımları Sapropel çökelim dönemlerinde düşük oksijen veya oksijensiz Koşullar hakim.

19 Marmara Denizi nde deniz transgresyonlarının başlangıç dönemlerinde Sapropel çökelimi and anokzik-subokzik koşullar ka ka ka

20 ESONET Marmara-DM Projesi çalışmaları ve ön sonuçları Marnaut deniz çalışmaları (12 Mayıs-12 Haziran, 2007): denizaltı gözlemleri, örnekleme ve analizler OBS verileri: gaz çıkışı-sismisite ilişkileri Paleosismoloji (sismotürbidit) çalışmaları: çökellerde deprem kayıtları

21 Marnaut deniz seferi çalışmaları L Atalante gemisi ve araştırma denizaltısı Nautile kullanıldı Amaç: Fay boyunca akışkan çıkışlarıyla sismik etkinlik arasındaki ilişkinin araştırılması 1) Fay boyunca gaz ve sıvı çıkışlarının haritalanması, gözlenmesi ve örneklenmesi, 2) Fay boyunca çökellerin ve karbonat kabuklarının örneklenmesi 3) Gözenek suyu basıncı, osmometre-akışkanmetre ve OBS lerin Deniz tabanına yerleştirilmesi

22 Nautile araştırma denizaltısı

23 KAF zonu ile ilişkili gaz ve soğuk sıvı (cold seep) çıkışları EK60 sounder Marnaut (Mayıs 12 Haz ) Nautile Dalışları QuickTime et un Kırmızı : sont requis décompresseur soğuk pour visionner MPEG-4 akışkan cette vidéo çıkışları image. Beyaz akışkan çıkışlarının görülmediği yerler Marmara Denizi

24 : Gözlem Yeri Lokasyonları Kırmızı, yeşil ve beyaz noktalar: Nautile denizaltısı ile araştırılan lokasyonlar Yeşil: Marnautprojesi sırasında ekipman yerleştirilen lokasyonlar(3-12 ay) Mor: MARMESONET 2009 Mavi: Planlanmış Kandilli istasyonları Üç Önemli Gözlem Alanı a) Tekirdağ-Batı Sırtı b) Orta Sırt c) doğu Çınarcık 3He Tekirdağ Batı Sırtı Orta Sırt Sismik boşluk Marmara Denizi Çınarcık

25 Akışkan Bacaları (Tekirdağ Çukurluğu GD su ) Soğuk akışkan çıkışları, karbonat tepecikleri, bakteri örtüleri, ve benthic fauna Ölçek: Balık: 12 cm R/V Le Atalante cruise, Marmarascarps project, Armijo et al. (2003)

26 Yüksekliği 2 m olan karbonat tepeciği (Orta Çukurluk KD su)- Nautile dive 661, Haz Mineralojisi: aragonit, çok az kalsit Izotope bileşimi: δ 13 C PDB :-37,5; δ 18 O PDB :2,2

27 Fay Boyunca siyah sülfidli çökeller, KD Orta Çukuluk, Nautile Dalışı, Haziran 2007

28 KD Orta Çukurluk (Nautile Dalış No. 661) Fay aktivitesi ile parçalanmış karbonat örtüler, siyah sülfidli çökeller aradaki çatlakları doldurmakta. Siyah çökeller bivalve kolonileri tarafından istila edilmiş.

29 Lifimsi bakteri örtüleri ve tüp kurtları Ölçek: Fotoğraf genişliği: ~ 25 cm

30 Karbonat çimentolu çamur taşı Karbonat çimentolu zemine bağlanmış merca Aragonite Deep-water coral 2 cm Calcite 5 cm δ Marmara Deniz suyu için oksijen izotop değerleri (Rank v.d., 1999) Yüzey suyu (Mart 95) Derin su (>50 m; Mart 95) Derin su (>50m; Haziran 95) (-1.5 to +2.0)

31 Karbonat baca Mineraloji: aragonit Mineraloji: aragonit 5 cm

32 2 cm Orta Çukurluk KD 2m boyundaki karbonat tepeciğin üst kısmında Mineraloji: çoğunlukla aragonit, çok az kalsit

33 Karbonat kabukların karbon and oksijen izotop bileşimi Örnek No δ 13 C PDB δ 18 O PDB R1 (Batı Sırtı) -0,6 3,2 Orta Çukurluk KD su Termal metan kaynağına işaret ediyor R2-1-Alt kısım R2-2-Üst kısım -42,5-46,3 3,0 2,9 R3-B -29,8 1,8 R ,2 2,2 R ,6 1,8 R5-37,5 2,2 R6-43,9 3,8 Karbon izotop değerleri: biyojen metan için çok yüksek değerler

34 Fay Boyunca görülen Karbonatların ve Siyah Sülfidli Çökellerin Kökeni: Anaerobic metan oksidasyonu (AMO): CH 4 + SO 4 2- HCO HS - + H 2 O δ 13 C Bakteriyal <-55 Termal >-50 Karbonat kabuklar ve tepecikler Siyah sülfidli çökeller Bu süreci gösteren başlıca ipuçları: 1) Siyah sülfidli çökellerin ve karbonat kabukların birlikteliği 2) Karbonatların karbon izotop değerleri 3) Yüksek metan akısını gösteren yüzeye yakın veya yüzeydeki metan/süfat sınırı (gözenek suyu analizleri)

35 Batı sırtı (-660 m) HC sızıntıları Gaz çıkışı, damlalar halinde petrol sızıntısı, tuzlu çözeltiler ve gaz hidrat

36 MARMARA DENİZİ NDE GAZ HİYDRAT Batı Sırtı, 660 m su derinliğinde, deniztabanı sıcaklığı: 14.5 C

37 MARMARA DENİZİ GAZ HİDRAT BİLEŞİMİ Gaz bileşimi: Metan (C 1 ): % 82 Etan +propan+ bütan (C 2 -C 4 ): % 18 (C 1 /C 2 +C 3 ) = 4.6 İzotop bileşimi Hidrokarbon Metan Etan Propan Bütan, isobütan, pentan, isopentan δ 13 C δ 13 C (CO 2 ) = + 30 Termal kökenli hidrokarbon gazlar Analizler: TÜBİTAK-MAM

38 Manto 3 He Marmara Denizi HC gazlar, Orta ve Doğu sırtlarında gaz termal; Çınarcık Çukurluğu güneyinde bakteriyal kökenli Termal gazlar Kuzey Marmara sahası gazlarıyla (Gürgey v.d., 2005) önemli benzerlik gösteriyor; Kaynak kayaç: Hamitabat şeylleri

39 UV-Raman spektroskopi sonuçları Gaz hidratın (II) yapısında olduğunu ve metanın küçük ve büyük kafeslerde; etan, propan ve i-c 4 H 10 nın büyük kafes yapılarında kapanlandığını göstermekte. Bu sonuçlar; Batı Sırtı, Orta Sırt ve K-Marmara gazı ile yapılan modelleme çalışmalarının oluşturabileceği Gaz Hidrat yapısı ile uyum içerisindedir. Bourrya, C. ve diğ. (yayında) Free gas and gas hydrates from the Sea of Marmara, Turkey: Chemical and structural characterization. Chemical Geology.

40 Marmara da gaz bileşimlerine göre gaz hidrat duraylılığı Batı sırt Çınarcık Çukurluğu a) Batı Sırtı üzerindeki gaz hidratın duraylılık diyagramı (deniz tabanındaki sıcaklık 14.5 C ve basınç 6.69 MPa). Bu durumda gaz hidrat duraylılık alanı deniz tabanından itibaren 100 m kalınlıktadır. Alt duraylılık sınırı: 19 C ve 7.84 MPa). b) Çınarcık Havzasındaki gaz bileşimine ( PG-1659) göre gaz hidrat duraylılık diyagramı (14.5 C ve 12 MPa ). Bu koşullarda gaz hidrat sadece deniz tabanındaki çökellerin en üst bir-iki m si içerisinde duraylı olabilir. Ancak bu bölgede gaz hidrat oluşumu görülmemiştir.

41 Batı Marmara da OBS lerle yapılan sismik tomografi çalışması: gazların çıkış yollarının tesbiti Üç ay boyunca (Haziran-Eylül 2007) Tekirdağ Çukurluğu na konuşlandırılan OBS verileri

42 Marmara Denizi nde paleosismolojik çalışmalar XRF Karot Tarayıcı, Çok Sensörlü Fiziksel (MSCL) ve tane boyu analizleri Hersek Delta Deprem riski değerlendirmelerinde değişik fay segmentleri üzerindeki deprem tekrarlanma aralığı ve son depremin oluşum zamanın bilinmesi önemlidir.

43 İzmit Körfezi nden ara-yüzey karotu SW-113 Karotunun XRF Karot Tarayıcı Analizleri mm 1999 İzmit depremi Earthquake 270 (95±65 14 C y G.Ö)

44 Radyonükleid analizleri Sedimentasyon hızı: 3.6 m/ka Türbiditin altındaki 7 cm çökel erozyona uğramış Bu 7 cm çökel 21 yılı temsil etemkte.

45 IZ-115 Gravite karotunun XRF Karot Tarayıcı Analizleri 1515± İzmit- İstanbul, IX 1330± İzmit, IX, or 1323 İzmit, XIII

46 IZ-115 karotu alt bölümü analizleri M.S. 840 ±60 AD (M.S İstanbul, IX) M.S. 690 ±45 M.S. 350 ±130 AD M.S. 275±64 M.Ö. 400 ±147 ( İst, XIII ) ( İzmit, İst. IX Tsunami) M.S. 325 İstanbul IX (M.Ö. 427 K.Marmara) Son 2400 yılda 8 deprem; Ortalama tekrarlanma aralığı: ~ 300 yıl; aralıklar çok değişken

47 ESONET Marmara-DM Projesi kapsamnında 2009 yılı için planlanmış çalışmalar Deniz çalışmaları 1) Le Suroit (22 Ağustos- 15 Ekim 2009) 2) Urania (27 Eylül- 7 Ekim 2009) 3) Piri Reis (Eylül 2009) Amaçlar: 1) Akışkan çıkışlı alanlarının yüksek çözünürlü etüdü, ve 2) Gözlem-ölçüm ekipmanlarının konuşlandırılması (SN-4 istasyonu, piezometre, OBS, gaz kabacığı ölçme cihazı) ESONET Deniztabanı Gözlem İstasyonları eğitim kursu (18-19 Ağustos 2009: İTÜ)

48 KAF zonu ile ilişkili gaz ve soğuk sıvı (cold seep) çıkışları EK60 sounder Marnaut (Mayıs 12 Haz ) Nautile Dalışları QuickTime et un Kırmızı sont requis décompresseur : soğuk pour visionner MPEG-4 cette vidéo akışkan image. çıkışları Beyaz: akışkan çıkışlarının görülmediği yerler d d Marmara Denizi

49 Deniztabanında ölçülecek parameterler ve yerleştirilecek ekipmanlar Gözenek suyu basıncı (piezometreler) mikro-seismisite (OBS, SN-4) gaz kabarcığı izleme cihazı hidrokimyasal sensörler ( metan, oksijen, HS; SN-4) radon sensörü Kamera

50 Piezometre Piezometre: m uzunlukta 5 basınç sensörü içerien boru. Her biri üstteki hidrostatik basınçla gözenek suyu basıncı arasındaki farkı ölçer.

51 Akışkanmetre-Osmometre: Kimyasal ve sulu taşınım metre Tryon ve diğ. (2001)

52 SN-4 (Geostar) Gözlem istasyonu Çok sensörlü deniz tabanı gözlem sistemi: gerçek zamanlı veri sağlayabilecek özellikte geniş bantlı 3-bileşenli sismometre hidrofon üç eksenli, tek noktalı akıntı ölçer CTD sensörü CH 4 sensörü H 2 S O 2 sensörü

53

54 ESONET: European Seafloor Observatory Network AB 6. Ç.P. Mükemmelliyet Ağı Projesi ESONET Gözlem Alanları Başlıca Amaçları: Avrupa denizlerinde gözlem istasyonu ağı oluşturmak Dünyadaki benzer ağlarla bağlantılar kurmak Belirlenen gözlem noktalarında deneme gözlemleri yapmak

55 EMSO: European Multidisciplinary Seafloor Observation AB 7 Ç.P. Bilim Altyapı projesi Amaç: Avrupa Deniztabanı Gözlem Ağının yönetimsel, hukuksal ve finansal altyapısı için gerekli mevzuatı oluşturmak

56 Deniztabanı Gözlem İstasyonlarının Amaçları Doğal afetler (deprem, denizaltı heyelanları, tsunami) Küresel değişim (iklim, çevre) Bentik ekosistemler Akışkan (soğuk, hidrotermal) kontrollü sistemler ile ilgili gözlemler yapmak ve uzun süreli zaman serisi verileri elde etmek

57 ESONET VE EMSO PROJELERİNDE TÜRKİYE NİN TEMSİLİ ESONET Projesinin Türkiye ortakları: İTÜ-EMCOL (Doğu Akdeniz Oşinografi ve Limnoloji Araştırma Merkezi) DEU-DBTE (Deniz Bilimleri ve Teknolojisi Enstitüsü) BU-Kandilli Rasathanasi EMSO Projesinde Türkiye İTÜ-EMCOL tarafından temsil ediliyor.

58 Louis Géli, Pierre Henry, Luca Gasperini, Michael Tryon Naci Görür, Celal Şengör, Kadir Eriş, Sinan Özeren, Jean-Luc Charlou, Alina Polonia, Paulo Favali ye katkıları için teşekkürler Teşekkürler

59

60

61 Üç boyutlu, dimamik sonlu elemenlar yöntemi; ani kırılma Oglesby v.d. (2008)

62