HELLENİK VE KIBRIS YAYI DEPREMLERİNİN KAYNAK PARAMETRELERİ VE TARİHSEL DEPREMLERLE İLİŞKİLİ TSUNAMİ SİMÜLASYONLARI

6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 509 HELLENİK VE KIBRIS YAYI DEPREMLERİNİN KAYNAK PARAMETRELERİ VE TARİHSEL DEPREMLERLE İLİŞKİLİ TSUNAMİ SİMÜLASYONLARI S. Yolsal T. Taymaz A.C. Yalçıner İstanbul Teknik Üniversitesi İstanbul Teknik Üniversitesi Ortadoğu Teknik Üniversitesi Jeofizik Müh. Bölümü Jeofizik Müh. Bölümü İnşaat Müh. Bölümü Sismoloji Anabilim Dalı Sismoloji Anabilim Dalı Okyanus Müh.Araş. Merkezi yolsalse@itu.edu.tr taymaz@itu.edu.tr yalciner@metu.edu.tr ÖZET Doğu Akdeniz Bölgesi nin yapısal özeliklerinin ve tektonik hareketlerinin anlaşılabilmesi için, Kıbrıs ve Hellenik Yayları boyunca meydana gelmiş M>5.0 depremlerin kaynak mekanizması parametreleri ve fay düzlemi üzerinde gerçekleşen yırtılma/kayma dağılımları belirlenmiştir. Nábélek (1984) tarafından geliştirilen ters çözüm algoritması kullanılarak telesismik uzaklıklardaki (30-90 ) istasyonlarda kaydedilen uzun periyotlu ve geniş bantlı P- ve SH dalgaları kullanılarak, deprem kaynak parametreleri (fayın doğrultu, dalım ve kayma açısı, odak derinliği, sismik moment, kaynak zaman fonksiyonu) belirlenmiş ve ayrıca bulunan odak mekanizması çözümleri yakın alan istasyonlarda gözlenen P dalgası ilk hareket yönleri ile kontrol edilmiştir. Yagi ve Kikuchi (2000) in geliştirdiği ters çözüm algoritması ile depremlerin fay düzlemi üzerindeki kayma dağılımları saptanarak faylanma alanı (fay uzunluğu ve genişliği), fay düzlemi üzerindeki maksimum yerdeğiştirme, kırılma/yırtılma süresi, gerilme düşüşü belirlenmiştir. Daha sonra, lineer olmayan uzun dalga teorisine ve Okada (1985) modeline dayalı olarak geliştirilen TUNAMI N2, AVI-NAMI ve NAMI DANCE (Yalçıner ve diğ., 2003, 2004; Yalçıner ve Pelinovsky, 2007) programları ile 1000 m grid aralığına sahip batimetri dosyası (GEBCO-BODC) kullanılarak yapılan tsunami dalga simülasyonuna örnek çalışma olarak, Kıbrıs Yayı boyunca meydana gelmiş olan 11 Mayıs 1222 Kıbrıs (M~7.0-7.5) ve Girit in doğusunda oluştuğu rapor edilen 8 Ağustos 1303 Girit (M~8.0) depremi sonuçları gösterilmiştir (bkz. Guidoboni ve Comastri, 2005a). GİRİŞ Tarihsel dönem içerisinde Doğu Akdeniz kıyılarını etkileyen en önemli doğal olaylar yıkıcı büyük depremlerdir ve bunların çoğu çeşitli araştırmacılar tarafından incelenmiş ve kataloglanmıştır (Ambraseys, 1962; Ambraseys ve Melville, 1995; Guidoboni ve diğ., 1994; Guidoboni ve Comastri, 2005a,b; Sbeinati ve diğ., 2005; Fokaefs ve Papadopoulos, 2006). Afrika, Arabistan ve Avrasya levhaları arasındaki tektonik hareketlerden dolayı oldukça karmaşık bir tektonik yapıya sahip olan Doğu Akdeniz Bölgesi nde geçmişten günümüze kadar birçok sayıda kuvvetli depremin gözlendiği yoğun deprem aktivitesi meydana gelmektedir (Taymaz ve diğ., 2004, 2007). Akdeniz okyanusal litosferinin Ege Denizi içerisinde Hellenik Yayı boyunca dalma batmaya uğraması bölgede şiddetli deprem aktivitesinin ve deformasyonunun oluşmasına neden olmaktadır (Taymaz ve diğ., 1990, 1991). Son yıllarda, sığ sularda ve kara üzerindeki tsunami davranışlarını hesaplamak ve modelleyebilmek için çeşitli çalışmalar yapılmakta ve modelleme teknikleri geliştirilmektedir. Deprem kaynaklı olarak meydana gelen depreşim (tsunami) dalgalarının oluşumu için

510 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu genellikle kabul edilen varsayım, sismik kaynak ile tetiklenen deniz tabanında meydana gelen ani yerdeğiştirmelerdir. Tsunami dalga simülasyonlarının matematiksel modelleri için en önemli parametreler, deprem geometrisi (kaynak derinliği, doğrultu, dalım ve kayma açıları), odaktaki ve yüzeydeki yerdeğiştirme miktarı, faylanma alanı, sismik moment (enerji), depremin kıyıdan olan uzaklığı ve kıyı geometrisi (su derinliği ve kıyı eğimi) olarak verilebilir. Ayrıca, bölgenin batimetrik yapısı, tsunamilerin neden olacağı su baskınları veya taşma miktarlarının belirlenmesinde oldukça önemli rol oynarlar. Doğu Akdeniz kıyılarını etkileyen tsunami (depreşim) dalgalarını yaratan depremler, genellikle Hellenik ve Kıbrıs Yayları boyunca deniz içerisindeki sığ ve orta odaklı dalım atımlı faylanma mekanizmasıyla oluşmaktadırlar. Kıbrıs yayı boyunca gözlenen deprem aktivitesi çoğunlukla Kıbrıs adasının güneyi ve güneybatısı boyunca yoğunlaşmaktadır. Oluşan sığ ve orta odaklı depremlerin kaynak mekanizması parametreleri ve yırtılma dağılımları Yolsal ve Taymaz, (2004, 2005, 2007) tarafından incelenmiştir. Bu çalışmada, Kıbrıs ve Hellenik Yayları boyunca meydana gelen depremlerin belirlenmiş olan kaynak mekanizması ve yırtılma dağılımları parametreleri kullanılarak lineer olmayan uzun dalga teorisine ve Okada (1985) modeline dayalı olarak geliştirilen TUNAMI - N2, AVI-NAMI ve NAMI - DANCE (Yalçıner ve diğ., 1995, 2000 a-b; Yalçıner ve diğ., 2003, 2004; Yalçıner ve Pelinovsky, 2007) programları ile bölgedeki tarihsel depremlerin tsunami dalga simülasyonları yapılmıştır. Simülasyon sonucunda, kıyılarda etkili olan su seviyesi yükseklikleri seçilen ölçüm noktaları için belirlenmiştir. Örnek çalışma olarak, Kıbrıs Yayı boyunca meydana gelmiş olan 11 Mayıs 1222 Kıbrıs (M~7.0-7.5) ve Girit in doğusunda oluştuğu rapor edilen 8 Ağustos 1303 Girit (M~8.0) depremi sonuçları gösterilmiştir. TARİHSEL DEPREMLERLE İLİŞKİLİ TSUNAMİ SİMÜLASYONLARI 11 Mayıs 1222 depremi ve tsunamisi tarihsel dönem içerisindeki en önemli depremlerden birisidir. Kıbrıs Adasında Limasol, Paphos ve Nikosia kasabalarını oldukça fazla etkilemiş ve özellikle Paphos taki kalelerde çökmeler meydana getirerek birçok kişinin ölümüne yol açmıştır. Tsunami dalgalarını yaratan deprem kaynağının seçimi oldukça karmaşık bir problem olduğu için deprem kaynak mekanizmasının çok iyi bilinmesini gerektirir. Kıbrıs yayı boyunca gözlenen deprem aktivitesi çoğunlukla Kıbrıs adasının güneyi ve güneybatısı boyunca (Şekil 1a) yoğunlaşmaktadır ve bu deprem ile ilişkili parametreler, Kıbrıs Yayının bu kesiminde meydana gelen güncel depremlerin (M>5.0) P- ve SH- dalga şekillerinin kullanılmasıyla yapılan ters çözüm işlemi sonuçlarına dayalı olarak belirlenmiştir. Bu depreme ait fay düzleminin doğrultu, dalım ve kayma açıları sırasıyla, 305, 35, 110, odak derinliği ise 15 km olarak alınmıştır (Şekil 1a,b). Ters faylanma çözümü gösterdiği düşünülen bu deprem için büyüklük M~7.0 7.5 olarak alınmış, Wells ve Coppersmith (1994) bağıntıları kullanılarak ilgili dönüşüm hesaplamaları yapılmış ve fay uzunluğu ve genişliği yaklaşık olarak 50 km (uzunluk) 25 km (genişlik), yerdeğiştirme miktarı ise ~3 m olarak kabul edilmiştir (Şekil 1). Bölgeye ait batimetri verisi (1000 m grid aralığı) kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucunda elde edilen depreşim dalgalarının 100 dk lık süre içerisindeki yayılımı Şekil 2 de gösterilmiştir.

6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 511 Şekil 1 (a) Kıbrıs Yayı ve çevresinin deprem aktivitesi. Dikdörtgen kutu içerisindeki yıldız, 11 Mayıs 1222 Paphos depreminin (M ~ 7.0-7.5) yaklaşık konumunu göstermektedir. Sol alt köşede ise tsunami dalga simülasyonunda kullanılan fay düzlemi parametreleri verilmiştir. (b) Başlangıç dalgası ve alfabetik sıraya göre dizilmiş yapay su seviyesi ölçüm noktaları (Yolsal ve diğ., 2007a).

512 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Şekil 2 11 Mayıs 1222 depremi için öngörülen faylanma modelinde verilen parametrelere göre 100 dk lık süre için hesaplanan su yüzeyi yüksekliklerinin dağılımı (Yolsal ve diğ., 2007a).

6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 513 Çalışılan diğer deprem, Hellenik Yayı boyunca Girit adasının doğusunda meydana gelen 08 Ağustos 1303 depremidir (M~8.0). Bu deprem de tarihsel kataloglarda çok detaylı olarak verilen en büyük depremlerden birisidir. Depremin episantırının Girit adasının hemen yakınında olduğu ve Girit, Mora Yarımadası, Rodos, Antalya (GB Türkiye), Kıbrıs, İskenderiye-Nil Deltası (Mısır) da etkili olarak hissedildiği belirtilmektedir (Guidoboni ve Comastri, 1997; Guidoboni ve diğ., 1994). Hellenik Yayının bu kenarında meydana gelen güncel depremlerin kaynak mekanizması çözümleri (Taymaz ve diğ., 1990; Yolsal ve Taymaz, 2004, 2005) göz önünde bulundurularak 1303 depreminin doğrultu/dalım/kayma açıları 115 /45 /110, odak derinliği ~20 km, yerdeğiştirme miktarı da maksimum ~8 m olduğu varsayılmıştır (Şekil 3). Fay boyu ve genişliğinin ise sırasıyla yaklaşık 100 km ve 30 km olduğu düşünülmüştür. Şekil 3 (a) Hellenik Yayı ve çevresinin M> 5.0 deprem aktivitesi. Dikdörtgen kutu içerisindeki yıldız, 08 Ağustos 1303 Girit depreminin (M ~ 8.0) yaklaşık konumunu göstermektedir. Sol alt köşede ise tsunami dalga simülasyonunda kullanılan fay düzlemi parametreleri verilmiştir. (b) Başlangıç dalgası ve alfabetik sıraya göre dizilmiş yapay su seviyesi ölçüm noktaları (Yolsal ve diğ., 2007a).

514 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Şekil 4 08 Ağustos 1303 depremi için öngörülen faylanma modelinde verilen parametrelere göre 100 dk lık süre için hesaplanan su yüzeyi yüksekliklerinin dağılımı (Yolsal ve diğ., 2007a). SONUÇLAR 11 Mayıs 1222 depremi nedeniyle oluşan kırılma anındaki ilk su dalgasının yüksekliği 0.991 m olarak hesaplanmıştır. Tarihsel kataloglar, depremin İskenderiye (Mısır) de de etkili bir şekilde hissedildiğini göstermektedir. Simülasyon sonuçları, deprem nedeniyle oluşan tsunaminin Paphos ta ~2 m, Mısır da ise ~1m dalga yüksekliği meydana getirdiğini göstermektedir (Şekil 2; Yolsal ve diğ., 2007a,b). 08 Ağustos 1303 Girit depremi nedeniyle oluşan kırılma anındaki ilk su dalgasının yüksekliği ise 2.444 m olarak hesaplanmıştır. Yapılan tsunami dalga simülasyonu sonucunda, maksimum dalga yüksekliğinin Girit in doğusunda ~7 m, Afrika kıyılarında ~3 m ve İskenderiye-Nil kıyılarında ise ~1.15 m olduğu hesaplanmıştır (Şekil 3 ve 4; Yolsal ve diğ., 2007a,b).

6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 515 Doğu Akdeniz Bölgesi içerisinde kuvvetli tsunami (depreşim) dalgaları yaratan depremlerin oluşma aralığı yaklaşık 150-200 yıl arasındadır ve bu depremlerin büyük çoğunluğu Hellenik Yayı, Korinth Körfezi, orta Yunanistan, Marmara Denizi, GB Karadeniz, GB Kıbrıs, Ölü Deniz Fayı, Levant Havzası ve deniz içerisindeki aktif volkanlar (örn; Santorini, Columbos) ve deniz dağları (örn, Eratosthenes ve Anaksimander deniz dağları) ile ilişkilidirler. Tarihsel kayıtlar, yıkıcı depremler ile oluşan tsunami dalgalarının deprem kaynağından oldukça uzaktaki kıyılarda bile etkili bir şekilde hissedildiğini göstermektedirler. Bu nedenle, bölgenin tsunami risk çalışmalarının tamamlanması, deniz içi batimetrik yapısının ve özellikle kıtasal şelf alanının detaylı bir şekilde hazırlanması oldukça fazla önem taşımaktadır. TEŞEKKÜRLER Bu çalışmaya desteklerinden dolayı, İstanbul Teknik Üniversitesi Araştırma Fonu (ITU- BAP), Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK-ÇAYDAG) ve Türkiye Bilimler Akademisi Genç Bilimadamlarını Destekleme Programı (TT-TÜBA-GEBİP/2001-2-17) e teşekkür ederiz. Ayrıca, tüm haritaların hazırlanması için kullandığımız GMT yazılımını sağlamalarından ötürü P. Wessel ve W.H.F. Smith e (Wessel ve Smith, 1991, 1995) ve tsunami simülasyonlarının yapılması için TUNAMI N2, AVINAMI ve NAMI DANCE programlarını kullanmamıza izin veren Nobuo Shuto, Fumihiko Imamura, Efim Pelinovsky ve Andrey Kurkin e teşekkür ederiz. KAYNAKLAR Ambraseys, N.N., Data for the Investigation of the Seismic Sea-Waves in The Eastern Mediterranean, Bulletin Of The Seismological Society Of America, 1962, 52, 895-913 Ambraseys, N.N. ve Melville, C.P., Historical Evidence of Faulting in Eastern Anatolia and Northern Syria, Annales Geofisica, 1995, 38, 337-343. Fokaefs, A. ve Papadopoulos, G.A., Tsunami Hazard in The Eastern Mediterranean: Strong Earthquakes and Tsunamis in Cyprus and The Levantine Sea, Natural Hazard, 2006, doi:10.1007/s11069-006-9011-3. Guidoboni, E., Comastri, A., ve Triana, G., Catalogue of Ancient Earthquakes in the Mediterranean Area up to the 10 th century, Instituto Nazionale di Geofisica, ING-SGA, Bologna, 1994, Pp 504. Guidoboni, E. ve Comastri, A., Catalogue of Earthquakes and Tsunamis in the Mediterranean area from the 11 th to the 15 th Century, INGV-SGA, Bologna, 2005a, pp 1037. Guidoboni, E. ve Comastri, A., Two Thousand Years of Earthquakes and Tsunamis in the Aegean Area (from 5 th BC to 15 th Century), International Symposium on the Geodynamics of Eastern Mediterranean: Active Tectonics of the Aegean Region, 2005b, Abstract Book: P. 242, Kadir Has University, 15-18 June, 2005, İstanbul, Turkey. Nàbělek, J.L., Determination of earthquake source parameters from inversion of body waves, Ph.D. Thesis, 1984, M.I.T., U.S.A. Okada, Y., Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space, Bulletin of the Seismological Society of America, 75, 1985, 1135-1154. Sbeinati, M.R., Darawcheh, R., ve Mouty, M.,. The Historical Earthquakes of Syria: an Analysis of Large and Moderate Earthquakes from 1365 B.C. to 1900 A.D., Annals Of Geophysics, 48, 2005, 347-436. Taymaz, T., Jackson, J. ve Westaway, R., Earthquake mechanisms in the Hellenic Trench near Crete, Geophys. J. Int., 102, 1990, 695-731.

516 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Taymaz, T., Jackson, J.A. ve McKenzie, D., Active Tectonics of the North and Central Aegean Sea. Geophys. J. Int., 106, 1991, 433-490. Taymaz, T., Westaway, R. ve Reilinger, R., Active Faulting and Crustal Deformation in the Eastern Mediterranean Region, Special Issue of TECTONOPHYSICS, Vol: 391, Issues 1-4, pp. 375, October 29, 2004, Elsevier Publications, Amsterdam, The Netherlands (SCI Journal Special Issue Guest Editorship). Taymaz, T., Yolsal, S., Tok, H.E., Source Rupture Processes of Mw 6.7 Kytheria Earthquake of January 8, 2006 and Synthesis of International EGELADOS and COLUMBOS Projects: Active Tectonics of the Aegean Sea, EGU (European Geosciences Union) General Assembly 2007, 15-20 April 2007, Vienna-Austria. Wells D.L. ve Coppersmith, K.J., New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement, Bull. Seism. Soc. Am., 84, 1994, 974-1002. Wessel, P. ve Smith, W.H.F., Free software helps map and display data, Transactions of the American Geophysical Union, EOS, 72, 1991, 441, 445-446. Wessel, P. ve Smith, W.H.F., New Version of the Generic Mapping Tools Released, Transactions of the American Geophysical Union, EOS, 1995, 76, 329. Yagi, Y. ve Kikuchi, M., Source rupture process of the Kocaeli, Turkey, earthquake of August 17, 1999, obtained by joint inversion of near-field data and teleseismic data Geophysical Research Letters, v. 27, 2000, p. 1969-1972. Yalçıner, A.C., Pelinovsky, E., Okal, E., ve Synolakis, C.E., Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on underwater ground failures on tsunami generation, modeling, risk and mitigation, NATO Science Series, pp. 328, 2003, İstanbul-Turkey. Yalçıner, A.C., Pelinovsky, E.,Talipova, T., Kurkin, A., Kozelkov, A. ve Zaitsev, A., Tsunami in the Black Sea: comparison of the historical, instrumental and numerical data, Journal of Geophysical Research, 109, C12023, doi:10.1029/2003jc002113, 2004.. Yalçıner, A.C., ve Pelinovsky, E., A short cut numerical method for determination of periods of free oscillations for basins with irregular geometry and bathymetry, Ocean Engineering, doi:10.1016/j.oceaneng.2006.05.016 (in press), 2007. Yolsal, S. ve Taymaz, T., Seismotectonics of the Cyprus Arc and Dead-Sea Fault Zone: Eastern Mediterranean, Session T14: Convergent Plate Tectonics of the Mediterranean, EOS Transactions AGU, 85 (47), Fall Meeting Supplements, Abstract T52B-06, Moscone Convention Center, SanFransisco-California, USA, December 13 17, 2004. Yolsal, S. ve Taymaz, T., Potential source regions of earthquakes and tsunamis along the Hellenic and Cyprus arcs, eastern Mediterranean, International Symposium on the Geodynamics of Eastern Mediterranean: Active Tectonics of the Aegean Region, Abstract Book: p. 240, Kadir Has University, 15-18 June, 2005, İstanbul, Turkey. Yolsal, S. ve Taymaz, T., Source mechanism and rupture histories of the recent Gulf of Gökova and Sigacik Bay earthquakes, EGU (European Geosciences Union) General Assembly 2007, 15-20 April 2007, Vienna- Austria. Yolsal, S., Taymaz, T. ve Yalçıner, A.C., Understanding tsunamis, potential source regions and tsunami prone mechanisms in the Eastern Mediterranean, Special Publication, Geological Society of London, (in press), 2007a. Yolsal, S., Taymaz, T., ve Yalçiner, A.C., Source Characteristics of Earthquakes along the Hellenic and Cyprus Arcs and Simulation of Historical Tsunamis, EGU (European Geosciences Union) General Assembly 2007, 15-20 April 2007b, Vienna-Austria.