JEOMORFOLOJİK İNDİSLER Morfometri : Yeryüzü şeklinin kantitatif olarak ölçülmesi bilimidir. Bir yüzeyin morfometrisi (kantitatif olarak ölçülmesi) o bölgenin büyüklüğünün yüksekliğinin (max, min, ort.) ve eğiminin bilinmesine ve bu sayede başka alanlarla karşılaştırılarak o bölgeye özel karakteristik özelliklerin belirlenmesine yardımcı olur. (örn : tektonik etkinlik seviyesi ) Aktif tektonizmada kullanılan jeomorfolojik indisler şunlardır: 1. Hipsometrik integral ( hypsometric integral ) 2. Drenaj havzası asimetrisi ( drainage basin asymmetry ) 3. Akarsu uzunluk-eğim indeksi ( stream length-gradient index ) 4. Dağ önü kıvrımlılığı ( mountain front sinuosity, Smf indeksi) 5. Vadi tabanı uzunluğunun vadi yüksekliğine oranı (ratio of valley-floor width to valley height) Buradan elde edilen bilgiler, yükselme oranı (uplift rate) gibi bilgilerle kombine edilerek kullanılabilir. Sonuç ürün bir bölgenin bağıl tektonik aktivitesini belirlemek olan tektonik etkinlik sınıfı ortaya koymaya yardımcı olur. 1. Hipsometrik Eğri ve Hipsometrik İntegral Hipsometrik eğri bir alandaki yükseklik dağılımının tüm geride kalan yüzeye göre değerlendirilmesini esas alan kavramdır. Şekil 1. Hipsometrik eğri elde edilirken kullanılan parametreler. Elde edilen grafikte dışbükey bir eğri ortaya çıkmışsa bu durum; bölgedeki akarsuların halen tektonizma etkisi altında olduklarını gösterir. Ortaya çıkan eğri; bir doğru ya da içbükey bir eğri şeklinde ise bu durum; bölgedeki akarsuların aşınma etkisinde olduğunu, tektonizmanın etkin olmadığını gösterir. 1
Şekil 2. A-hızlı yükselme (tektonik olarak aktif) olan bir bölgede derine doğru kazımanın yüksek olduğu durum, B-yükselme ve aşınma miktarının eşit olduğu ve/veya durağan olduğu durum, C-Tektonizmanın olmadığı, aşınma süreçlerinin egemen olduğu durum. Hipsometrik integral ise bir drenaj havzasının hipsometrik eğrisinin sunduğu şeklin daha basit bir şekilde ifade edilmesidir. Daha açığı hipsometrik eğri altında kalan alandır. Şu şekilde verilir: Ortalama yükseklik- minimum yükseklik Maksimum yükseklik- minimum yükseklik Burada kolaylık bu üç verinin de direkt olarak topoğrafik harita üzerinden elde edilmesidir. Ortalama bulunurken incelenen alan içinden en az 50 adet yükseklik verisi okunmalı (farklı yerlerden) ya da daha kolay olarak DEM (dijital elevation model ) üzerinden otomatik olarak hesaplanmalıdır. Yüksek hipsometrik integral değerleri derine doğru kazılmış vadileri olan çoğunlukla düz alanları temsil ederken, orta ve düşük hipsometrik integral değerleri daha dengeli deşilmiş drenaj havzalarını işaret eder. 2
2. Drenaj Havzası asimetrisi Bir akarsu ağının geometrisi hem kalitatif hem de kantitatif olarak tanımlanabilir. Eğer bir bölgede aktif tektonizma varsa, akarsu ağı sıklıkla belirgin bir doku ve geometri sunar. Bunu tanımlamak ve bölgede tektonizmaya bağlı eğimlenme (tilting) varlığını tespit etmek için Asimetri Faktörü (Asymmetry Factor) terimi geliştirilmiştir. Şekil 3. Bir drenaj havzasında, akarsu ağının zemine bağlı tiltlenmesi, havzanın doğusunda ya da batısında tiltlenmeyi sağlayan bir aktif fay bulunmalıdır. Bu faktör şu formülle ifade edilir: AF = 100 ( Ar At ) Bu formülde Ar uzun drenaja sahip olan alandır. At ise drenaj havzasının toplam alanıdır. Drenaj sistemini etkileyen herhangi bir tektonizma yoksa AF değeri 50 civarında olacaktır. Ancak tiltlenme varsa bu değer 50 den fazla ya da az çıkacaktır. Bu jeomorfik indis havza tabanının aynı tür litolojiden oluşması durumunda en iyi şekilde çalışır. Ek olarak tabaka eğimlenmesinin etkilemediği (genelde yatay tabakalanma veya 45/90 derecelik tabakaların olması durumu) ve/veya havzanın farklı noktalarında farklı bitki anamolisinden kaynaklanan iklimsel yamaç eğimi farklılıklarının olmadığı durumlarda etkilidir. Şekil 4. Normal faylanmaya bağlı olarak taban bloğun tiltlenmesi, akarsu yan kollarındaki asimetriye dikkat ediniz. 3
Bir diğer kantitatif ölçüm ise Çaprazlama Topoğrafik Simetri Faktörü dür (Transverse Topographic Symmetry Factor). Şu formülle ifade edilir: T=Da / Dd Bu formülde drenaj havzasının ortasından geçen eksen ile havzasındaki ana drenaj arasındaki mesafe D a, eksen ile havza kenarı arasındaki mesafe ise D d olarak tanımlanır. Asimetri arttıkça T değeri yükselir ve 1 e yaklaşır. Burada drenajın temelini oluşturan kayaç eğilimlerinin drenaj yönlenmesine etkisinin olmaması gerekir. Bu durumda T bir vektör olarak gözlenebilir ve hangi yöne doğru göç ettiği ve 0-1 aralığında değişen büyüklüğü vurgulanabilir. Bu yöntemde farklı kesit hatları boyunca T değeri hesaplanarak akarsuyun tercihli yönelimi hat boyunca bulunabilir. Bu yöntem en güzel dendritik (dallı budaklı) drenaj sisteminde çalışır. Ana vadi ve yan kolları daha geniş bir T aralığı sunarak yorumu kolaylaştırır. Bu yöntem AF ile birlikte değerlendirildiğinde tiltlenmenin varlığını hızlıca ortaya koymamızı sağlar. Şekil 5. Çaprazlama topoğrafik simetri faktörünün uygulanması 4
3. Akarsu Uzunluk Eğim İndeksi Bu indeks şu formülle tanımlanır: SL=(DH/DL)XL Bu Formülde SL akarsu uzunluk-eğim indeksini, DH/DL akarsu eğimi ya da zirveye olan eğimi (DH zirveyle olan yükseklik farkını ve DL zirveye olan yatay mesafeyi) temsil eder, L ise akarsu kanalının ilgilenilen noktasından kanalın en üst seviyesine kadarki kanal uzunluğunu ifade eder. SL indeksi akarsuyun gücüyle ilişkilidir. Çünkü zirve noktasında nehrin ulaşabildiği güç önemli bir hidrolojik değişkendir ve doğrudan yatağını aşındırması ve sediman taşıması özelliklerini belirler. Bu enerji yüzeyin (aktığı yüzey) eğimine bağlıdır. SL indeksi kanal eğimin değişmesine çok duyarlıdır. Kanal eğimi ise olası tektonik etkinlik, kayaçların dayanımı ve topoğrafya ile ilişkilidir. İndeks sert kayaların üzerinden geçerken artar, seyl-silttaşı-bazı kumtaşları ve karbonat kayaçlardan geçerken düşer. Bu indeksin aktif tektonizmadaki kullanımı ise şu şekildedir. Düşük SL değerine sahip kayaçların içinden geçerken aniden yüksek SL değerlerine sahip bir bölgenin varlığını yakalamak olası bir fayı işaret edebilir. Ayrıca çok düşük değerlerde (özellikle çizgisel bir hat boyunca) benzer şekilde yorumlanabilir. Özellikle çizgisel uzanım gösteren doğrultulu atılımlı faylar boyunca kayaçlar bir hat halinde kırılıp parçalanacağından bu hat boyunca düşük SL değerleri yakalanabilir. Şekil 6. SL değerlerinin ani düşüşü ya litoloji değişimine ya da faylanmaya bağlıdır. 5
Bu indeks nasıl uygulanır? 1- İlgilenilen alanın tercihen 1/250.000 ölçekli topoğrafik haritası alınır ve aydınger kağıdına bu haritadaki tüm drenaj ağı çizilir. Bu çizim sırasında vadilerin V-lerinin kalmadığı noktaya kadar drenaj çizilir. 2- Bir kontur aralığı belirlenir (1/250.000 ölçek için mesela 100 m gibi). Bu konturların akarsuyu kestikleri yerler ve değerleri aydınger kağıdı üzerine işlenir. 3- Nehirler üzerinde eşit yüksekliğe sahip değerler birleştirilir. Bu haritada nehrin hangi seviyeleri aşındırdığını ortaya koyacaktır. Bu haritaya subenvelope haritası denir. 4- Her bir nehir boyunca DL değeri ölçekten çevrilir. Bunu yaparken aynı yükseklik değerlerinden başlamalı ve aynı değerde bitirmeliyiz. Bu sayede DH yükseklik farkı sabit kalır. Her küçük akarsu segmenti için SL indeksini formülden hesaplayın ve bu değerleri konturların arasına yerleştirin. 5- Son olarak SL değerlerini (aynı değerlerini) kullanarak SL-indeks haritasını yapın. Yüksek indis değerlerinin yer aldığı konturlar daha dayanımlı birimleri gösteriyor olabileceği gibi aktif bir fay kuşağını da işaret ediyor olabilir. Şekil 7. SL indeksinin uygulanması 4. Dağ Önü Kıvrımlılığı (Mountain-Front Sinuosity) Dağ önü kıvrımlılığı şu formülle ifade edilir: Smf = Lmf / Ls Bu formülde L mf olağan düzlüğe ulaştığı noktadaki uzunluğu, L s ise bu boyun düz bir hat halindeki uzunluğudur. Bu indis dağı yarmaya çalışan erozyonal kuvvetler ile dağın ön tarafını düz bir hat şeklinde tutmaya çalışan tektonizma arasındaki dengeyi ifade eder. Tektonizmanın yoğun olduğu bölgelerde Smf değerleri daha düşük çıkar. Yükselme oranı ve/veya tektonizmanın azalmasıyla erozyon baskın hale geçer ve S mf değerleri yükselir. 6
Şekil 8. Dağ önü kıvrımlılığı indeksinin uygulanması Şekil 9. Çizgisel vadi boyunca Smf değerlerinin düşük olacağına dikkat ediniz. 7
5. Vadi Tabanı Genişliğinin Vadi Yüksekliğine Oranı Bu oran şu formülle ifade edilir: Vf = 2Vfw / [ (Eld Esc) + (Erd-Esc) ] Burada V f aradığımız oran, V fw vadi tabanı genişliği, E ld ve E sc vadinin sağ ve sol yamacının (su bölüm çizgilerinin) yüksekliğini, E sc ise vadi tabanının yüksekliğini ifade etmektedir. Bu indeks U- şekilli geniş tabanlı vadilerde olduğu gibi yüksek V f değerleri ile V-şekilli vadilerdeki gibi düşük V f değerleri arasında değişmektedir. Burada yüksek V f değerleri yükselme oranının az olduğunu dolayısıyla tektonizmanın etkili olmadığını, düşük V f değerleri ise aktif tektonizma ve derine kazılmayı bize işaret eder. Kalıntı Dağ Önleri Bazı durumlarda tektonizma dağ önünde çizgisel hattı oluşturduktan sonra tektonizma havza içine doğru ilerler. Bu durumda dağ önünde ikinci bir sıra kat farkı gelişir, Bu durum dağın zirvesinden düzlüğe inilirken iki farklı kat değişimi ortaya çıkar. Bu durumda eski hat üzerinde gelişmiş ve kısmen deşilmiş alüvyal yelpazeler oluşacaktır. Aktif olanda ise yelpaze gelişimi devam edecektir. Şekil 10. Vf indeksinin uygulanması 8