PAMUKKALE YÖRESİ (DENİZLİ) TERMAL KAYNAKLARININ HİDROKİMYASAL VE İZOTOPİK İNCELENMESİ

Niğde Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 3 Sayı 1, (1999), 35-47 PAMUKKALE YÖRESİ (DENİZLİ) TERMAL KAYNAKLARININ HİDROKİMYASAL VE İZOTOPİK İNCELENMESİ İsmail Noyan GÜNER*, Hatim ELHATİP** * Maden Tetkik Arama Genel Müdürlüğü, Jeoloji Etüleri Dairesi Karst ve Mağara Araştırma Birimi Eskişehir Yolu 7. km Söğütözü, ANKARA ** Niğde Üniversitesi Aksaray Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, 68100 AKSARAY ÖZET Ege Bölgesi nin geniş dağılımılı olan aktif tektonizması, büyük ölçekte horst ve graben yapıları ile temsil edilmektedir. Aktif tektonizmanın sonucu olarak bir çok termal kaynak meydana gelmiştir. Bunlardan, ortalama yıllık sıcaklığı 35-36 o C olan Pamukkale Termal kaynakları karbeyazı rengi ile görsel açıdan önemli bir değere sahip olan, dünyanın en büyük traverten alanlarından birini oluşturmaktadır. Ortalama debisi 381.8 l/s, Ca ++ iyonu değeri 23 meq/l olan Pamukkale Termal kaynaklarının 400 mg/l gibi yüksek miktarda çözünmüş CO 2 gazı içerdiği saptanmıştır. Aynı yörede diğer önemli kaynak Karahayıt termal kaynağı ise 57 o C sıcaklığa sahip olup, Pamukkale Kaynağına göre nisbeten O 18 izotopu açısından zenginleşme göstermektedir. İzotop örneklemelerinin analiz sonuçları kullanılarak, δ 18 O -yükseklik ilişkisi değişimi, her 100 m için 0.31 olarak bulunmuştur. Hidrojeolojik İncelemeler, çalışma alanındaki yeraltısuyu dolaşımı kavramsal olarak üç değişik sistem oluşturduğu göstermiştir. Bunlar; (1) güncel ve kısa süreli geçiş zamanına sahip nisbeten sığ dolaşımlı soğuksular; (2) daha uzun geçiş süresine sahip Pamukkale Termal suları, ve (3) en derin dolaşıma sahip en uzun geçiş süreli Karahayıt termal sularıdır. Anahtar Kelimeler : Pamukkale, Traverten çökelimi, Hidrokimyasal analizleri, İzotop. ABSTRACT Series of horst and graben features represent the wide spread tectonic activity of Aegean region. As the result, many thermal springs are existed at this area. Pamukkale thermal springs with an average annual temperature of 35-36 o C formed the largest white-snow travertine area which represents the most important nature beauty in the world. Pamukkale thermal springs discharge with an average of 381.8 l/s, Ca content of 23meq/l and dissolved CO 2 of 400 mg/l. Karahayit spring which represents an other thermal water outlet in this region, discharge with an average temperature of 57 o C. Karahayit thermal waters have higher O 18 isotope content than Pamukkale springs. As the results of isotopic analyses, the relationship between δ 18 O and elevation showed that the δ 18 O rich has value of 0.31 for each 100m. Hydrogeological investigations showed that the groundwater have three different flow systems in the. These systems are: (1) shallow cold water flow with short residence time; (2) Pamukkale thermal waters with longer residence time; and (3) Karahayit thermal waters with deeper flow path and longer travel time. Key Words : Pamukkale, Travertine pericipitation, Hydrochemical analyses, Isotope. GİRİŞ Pamukkale termal kaynakları, oluşturduğu karbeyazı renkteki traverten alanı ile dünyanın önde gelen doğal güzelliklerinden biridir. Yaklaşık olarak 20 km 2 yüzey alanına ve 100 m kalınlığa sahip olan bu travertenler, Pamukkale kaynaklarından boşalan suların bünyelerinde çözünmüş olarak bulundurduğu karbondioksitin, CaCO 3 olarak çökelmesi sonucunda oluşmuştur. Pamukkale termal kaynakları, Denizli şehrinin 15 km kuzeyinde yeralan

İsmail N. GÜNER ve Hatim ELHATİP Çürüksu Graben nini oluşturan fay hattı boyunca meydana gelen kırık zonlarından Jandarma Kaynak Grubu (PJ1, PJ2, PJ3 ve PJ4), Gelin Hamamı, Pamukkale Motel (PM1), İnciraltı ve Beltes Kaynağı (PB1) adı altında toplam 8 adet noktadan boşalmaktadır (Şekil 1 ve 2). Pamukkale termal kaynaklarından yaklaşık olarak 200 m daha düşük kotta Soğukgöz, Kocagöz ve Gözpınarı kaynakları (Ova Kaynakları) yeralmaktadır. Bu çalışmada, T.C. Kültür Bakanlığı Kültür ve Tabiat Kanunlarını Koruma Genel Müdürlüğü talebi ile Hacettepe Üniversitesi Uluslararası Karst Su Kaynakları Araştırma ve Uygulama Merkezi (UKAM) arasında, Pamukkale Koruma Amaçlı İmar Planında Öngörülen Travertenlerin Korunması ve Geliştirilmesi ile İlgili Bilimsel-Teknik Araştırmalar ve Müşavirlik Hizmetleri Projesi kapsamında, UKAM [23, 24, ve 25] tarafından yıllarında hazırlanan raporlarda ve Önhon vd. [19] de yeralan veriler kullanılmıştır. Şekil 1. Çalışma alanının bulduru haritası [23]. 36

Pamukkale Yöresi (Denizli) Termal Kaynaklarının İncelenmesi Önceki Çalışmalar Blavoux vd. [5], Pamukkale termal kaynaklarının CO 2 gazında bulunan δ 13 C izotop değerlerine göre, CO 2 gazının kökenin karbonatlı kayaçların metamorfizması olabileceğini belirtmiştir. Şimşek [20], Denizli-Kızıldere dolayında yüzeylenen ve Pamukkale çevresinde de izlenen Pliyosen yaşlı formasyonları ayırtlamıştır. Kolonkaya formasyonu ve Tosunlar formasyonu olarak adlandırdığı bu birimlerde yer yer jipsli seviyelerin olduğunu belirtmiştir. Önhon v.d. [19], Yukarı Çürüksu Havzası nda izotop hidrolojisine yönelik araştırma yapmışlardır. Bu çalışmada lokal meteorik doğruyu δd=δ 18 O+14.6 olarak tesbit etmişlerdir. Büyük Menderes Nehrinden ova içinde yeralan büyük karstik kaynaklara bir katkının olmadığını tesbit etmişlerdir. Tamgaç vd. [21], Gölemezli ve çevresindeki sıcaksuların derinlerde Kızıldere de bulunan NaHCO 3 özelliğinde olduğunu, yüzeye doğru yükselimi sırasında yöresel sığ yeraltı suları ile değişik oranlarda karıştığını belirtmektedir. Pamukkale yöresinde ise sondaj ile elde edilecek suyun sıcaklığının yüzeye çıkan suyun sıcaklığından fazla olmayacağını belirtmişlerdir. UKAM [23, 24, ve 25], Pamukkkale termal kaynakları ile ilgili yaptıkları hidrojeoloji çalışmalarında Şimşek [20], tarafından hazırlanan jeolojiyi baz alınmıştır. Ancak bu çalışmalarda Pliyosen yaşlı formasyonlar içinde bulunan jipsli seviyelerden bahsedilmemiştir. UKAM [25], Pamukkale termal kaynaklarının beslenme yüksekliklerinin 1793-2282 m. arasında olduğunu ve δ 18 O -yükseklik ilişkisi değişiminin, her 100 m için 0.56 olduğunu belirtmiştir. Altunel [2], travertenleri oluşumlarına ve morfolojilerine göre sınıflandırmış ve bölgede 5 ayrı traverten çeşidinin varlığını tesbit etmiş, travertenlerin yaşını ise 230 Th/ 234 U yöntemine göre 400.000 yıl olarak belirlemiştir. 37

İsmail N. GÜNER ve Hatim ELHATİP JEOLOJİK İNCELEMELER İnceleme alanında Menderes Masifi ne ait metamorfik kayaçlar ile Mesozoyik, Pliyosen ve Kuvaterner e ait kayaçlar yüzeylenmektedir (Şekil 3). Bu çalışmada Tamgaç vd. [21] tarafından yapılan çalışmaya ait jeoloji esas alınmıştır. Çalışma alanı ve çevresinde görülen en yaşlı birimler Menderes Masifine ait metamorfik kayaçlardır. Gnays, kuvarsit, kalkşist, klorit, biyotit, muskovitşist, ve mermerlerden oluşan metamorfitler almandin-amfibolit ve yeşil şist fasiyeslerinde metamorfizma geçirmişlerdir (Palezoyik). Mesozoyik yaşlı kayaçlar inceleme alanında Denizli doğusu ile Pamukkale harabeleri kuzeyinde küçük alanlarda gözlenmektedir. Mesozoyik kayaçları kalker ve şistli hornstayn fasiyesleri ile tanımlanmıştır. Karbonatlı kayaçlar, açık gri-beyaz masif beyaz renklerde olup şistli hornştayn fasiyesi killi şist ve hornştaynlardan oluşmaktadır. Bu formasyon içinde yer yer serpantinlerde görülür. Çalışma alanı ve civarında Pliyosen yaşlı çökeller daha önce yapılan araştırmalarda litolojik olarak birçok katlara ayrılmış ancak Tamgaç vd. [21] bu çökelleri daha basit ve yalın olarak 4 de ayırmıştır. Pliyosen, eski topğrafyanın çukurluklarını dolduran iri köşeli, az taşınmış, kırmızı renkli Paleozoyik çakıllarından oluşan, Mesozyik üzerine uyumsuz olarak gelen taban konglomerası ve içinde yer yer jipsli seviyeler içeren (pl 1 ), kalın tabakalı kumlu ve marnlı seviyeler içeren bej renkli kireçtaşları (pl 2 ), kumtaşı marn kiltaşı ardalanması (pl 3 ), çoğunlukla kumtaşı, konglomera ve kısmen kil arabantlarından oluşan (pl 4 ) ile temsil edilmektedir. İnceleme alanında yeralan alüvyon ve traverten büyük alanlar kaplamaktadır (kuvaterner). Alüvyon inceleme alanında yeralan Çürüksu çayına bağlı olarak oluşmuştur ve kalınlığı 100 m. den fazladır. Traverten ise, Pamukkale termal kaynaklarına bağlı olarak oluşmuştur. 38

Pamukkale Yöresi (Denizli) Termal Kaynaklarının İncelenmesi HİDROJEOLOJİ İnceleme alanında hidrojeolojik açıdan geçirimli birim olarak Paleozoyik mermer, Mesozoyik kireçtaşı, Pliyosen kieçtaşları, alüvyon ve traverten yüzeylenmektedir. Paleozoyik mermer Pamukkale-Karahayit arasında ve Pamukkale termal kaynaklarının kuzeydoğusunda, Mesozoyik kireçtaşı Pamukkale Termal kaynaklarının hemen kuzeyinde yeralan tepelerde, Pliyosen çökeller Pamukkkale kaynakları civarında ve Yenice Horstu nun üst kotlarında Pamukkale-Karahayit arasında gözlenmektedir. Debi ölçümlerine göre, yağışların kaynak akımına etkisi uzun süreli olmaktadır. Her üç araştırmaya göre yıllık olarak kaynakların değişim yüzdesi % 5 den fazla değildir [23, 24, ve 25]. Çürüksu Grabenini oluşturan fay hattı boyunca yeralan Jandarma Kaynak Grubu (PJ1, PJ2, PJ3 ve PJ4), Gelin Hamamı, Pamukkale Motel, İnciraltı ve Beltes Kaynağı adı altında toplam 8 adet noktadan boşalan Pamukkale Termal kaynakları ile bu kaynaklarından yaklaşık olarak 200 m daha düşük kotta yeralan ova içinde yeralan Kocagöz, Soğukgöz ve Gözpınarı kaynakları (Ova kaynakları) Pamukkale kaynakları benzer izotopik ve hidrokimyasal özelliklere sahiptir. Arazide yapılan izleme deneylerinden elde edilen sonuca göre, akım yönü güneykuzey doğrultusunda Beltes Kaynağı-Pamukkale Motel Kaynağı-Jandarma Kaynakları (PJ1, PJ2 ve PJ3) hattını izlemekte ancak daha sonra takip edilememektedir. Boya deneyi sırasında PJ3 noktasından enjekte edilen boya PJ1 ve PJ2 çıkışlarından gözlemiş ancak PJ4 noktasından gözlenememiştir [24 ve 26]. Ayrıca PJ4 noktasında 1995 yılında gerçekleştirilen pompa deneyi sırasında 85 lt/s sabit debi ile 24 saat çekim yapılmıştır ve 5 cm düşüm meydana gelmiştir ancak PJ1, PJ2 ve PJ3 boşalım noktaları ile bu boşalım noktalarına en yakın olan Pamukkale Motel Kaynağında bir düşüm gözlenmemiştir [24]. PJ1, PJ2 ve PJ3 hattı ile PJ4 kaynağında yüzeylenen yeraltısularının, Pamukkale ve Develi köyleri arasında bulunan doğu-batı doğrultulu bir fay ile doğu yönünde ovaya doğru akışa geçip Gözpınarı, Soğukgöz ve Kocagöz kaynaklarından boşalıma geçtiği düşünülmektedir. HİDROKİMYA Toplam olarak 17 değişik noktadan su kimyası analizleri için örnekleme yapılmıştır. Su örneklerinden majör iyonlar (kalsiyum-ca ++, mağnezyum-mg ++, sodyum-na +, potasyum-k +, bikarbonat-hco - 3, karbonat-co = 3, sülfat- SO = 4 ve klor-cl - ), ağır metaller (bakır-cu, demir-fe, krom-cr, nikel-ni, kurşun-pb, mangan-mn, çinko-zn ve bor- B) APHA v.d. e göre analiz edilmiştir. Sıcaklık, ph, çözünmüş karbondioksit, çözünmüş oksijen, ve elektriksel iletkenlik değerleri arazide yerinde ölçülmüştür [3]. Çalışma alanı ve civarındaki kaynakların su kimyası değerlendirilmesinde Charlton vd. [6] tarafından geliştirilen PHEERQCI Interactive 1.03 bilgisayar programı kulanılmıştır. Değerlendirmelerde kullanılan fiziksel ve kimyasal veriler ve bunlara ait doygunluk analizi sonuçları Çizelge 1 de verilmiştir. Piper Diagramı na göre çalışma alanındaki sular 4 ayrı grup oluşturmaktadır (Şekil 4). Bunlardan (1) numara ile gösterilen bölge Canpınar, Karasu, Ören, Ortapınar ve Uzunpınar, Gürpınar ve Gümüşsuyu kaynakları ile temsil edilen soğuksuları temsil etmektedir. Sıcaklıkları 10-17 o C, elektriksel iletkenlik değeri ise 350-500 mikrosimens/cm arasında değişen bu kaynaklar tipik kireçtaşı kaynağı özelliğinde olup Ca(HCO 3 ) 2 tipindeki sulardır. Topoğrafik olarak 1000 m kotunun üzerinde yeralan bu kaynakların Cl - iyonu içerikleri ise 0.2-0.6 meq/l arasında değişmekte olup, hidrokimyasal verilere ait bilgiler Çizelge 1 de verilmiştir. Şekil 4 de (2) no lu bölgede ise Jandarma Kaynak Grubu (PJ1, PJ2, PJ3 ve PJ4), Gelin Hamamı, Pamukkale Motel, İnciraltı ve Beltes Kaynakarından oluşan Pamukkale termal suları yer almaktadır. Fiziksel ve kimyasal özellikleri hemen hemen aynı olan Pamukkale kaynakları, değişik örnekleme zamanlarına - bağlı olarak Karahayıt Grubu kaynaklar ile grafik üzerinde çakışmaktadır. Pamukkale kaynakları, yüksek HCO 3 iyonu ve çözünmüş CO 2 gazı içeriğinden dolayı traverten oluşumuna neden olmaktadır. Karahayıt Grubu sular ise Şekil 4 de (3) no lu alan ile gösterilmiştir. Bunlar sıcaklıkları 55-57 o C arasında Karahayıt kaynağı, Çukurbağ kaynağı ve La Fontene Moteli sondaj kuyusudur. Karahayıt kaynağı ve LaFontene Moteli sondaj kuyusu, Karahayıt köyü içinde yeralmaktadır. Pamukkale travertenlerinin alüvyon ile kontağında yeralan Çukurbağ Kaynağı, kuzeygüney doğrultulu bir fay hattı üzerinde yeralmaktadır. Her üç su noktasından boşalan suların fiziksel ve kimyasal özellikleri ile izotopik özellikleri hemen hemen birbirine benzer olup, aynı dolaşım sisteminin sularıdır. Pamukkale Termal Kaynak grubundan daha fazla çözünmüş iyon içeren Karahayıt Grubu suları, yüzeye çıktıkları noktalarda, siyah, kırmızı, sarı, yeşil v.b değişik renklerde traverten çökelttikleri gözlenmektedir. 39

İsmail N. GÜNER ve Hatim ELHATİP Şekil 4 de (4) no lu bölgede ise Pamukkale köyünün 1 km kadar batısında ova içinde yeralan Soğukgöz, Kocagöz ve Gözpınarı kaynakları yeralmaktadır. Köken olarak Pamukkale Kaynak grubu suları ile aynı özelliğe sahip olan bu sular, kimyasal açıdan, Pamukkale sularına oranla daha az miktarda iyon içermektedirler. Pamukkale suları, ortalama olarak 22 meq/l Ca ++ iyonu, 19 meq/l (HCO 3 ) - iyonu içerirken, ova da yeralan kaynaklar ortalama 18 meq/l Ca ++ iyonun, 13 meq/l (HCO 3 ) - iyonu içermektedir. Pamukkale termal kaynakları ortalama 35 o C, ova içinde yeralan kaynaklar ise 28 o C sıcaklığa sahiptir. Bu durum, yüzeysularının katkısı ile kaynak sularının seyrelmesi ile açıklanmaktadır. Yüksek kotlardan yeraltına sızan yağışların büyük bir kısmı mevsimsel olarak debileri değişen soğuk suları oluştururlar. Yeraltına süzülme hareketine devam eden yeraltısuyu Pamukkale termal kaynak grubunu oluştururken, nisbeten daha uzun dolaşıma sahip olan yeraltısuyu Karahayıt sularını oluşturmaktadır. Ova içerisinde yeralan kaynaklar ise Pamukkale termal kaynaklarından kırıklar ve çatlaklar aracılığı ile kaçan sulardan oluşmaktadır. Kısmi karbondioksit basıncı, karbonat minerallerinin çözünme ve çökelme süreçlerini başından sonuna kadar kontrol eden bir parametredir. Yeraltısuyuna CO 2 katılımı, atmosferik CO 2 in ve toprak zonundaki CO 2 in su da çüzünmesi, kayaçlardaki organik kalıntıların oksitlenmesi, karbonatlı kayaçların metamorfizması ve mantodan kaynaklanan gaz çıkışı petrol sahalarında kısa zincirli alifatiklerin dekarboksilizasyonu sonucu oluşmaktadır. Sürekli olarak CO 2 katılımı, ortamı asidik hale getirir. Bunun sonucunda çözünmede artış meydana gelir [17]. Bir sıcak su kaynağının yada jeotermal sistemin oluşabilmesi için ısıtıcı ve rezervuar kayaç birbirine yakın konumda bulunmalıdır. Bir kayacın ısıtıcı kayaç özelliğinde olabilmesi için aktif volkanizmanın yada en fazla Üst Miyosen yaşında asidik volkanizmanın olması gerekmektedir. İnceleme alanı ve çevresinde yüksek sıcaklığa sahip termal kaynaklar ve jeotermal sahalar bulunmasına karşılık çevrede yukarıda bahsedilen özellikte volkanizma gözlenmemektedir. Buna rağmen, Denizli ve Aydın dolayında sıcaklıkları 65-250 o C arasında değişen termal kaynaklar ve jeotermal enerji üretim sondajları bulunmaktadır. İnceleme alanına yaklaşık 30 km uzaklıkta yeralan ve 250 o C rezervuar sıcaklığına sahip Kızıldere jeotermal sahasında yeralan kuyularda ise kuyu taban basıncı 15 atmosferdir. Blavoux vd. [5], Pamukkale termal kaynaklarında ve Denizli-Kızıldere jeotermal sahasında bulunan CO 2 gazının kökenini belirlemek için δ 13 C CO2 izotopu analizi yapmışlar, Pamukkale termal kaynaklarında bu değer 4 PDB, Kızıldere jeotermal sahasında ise 0.5 PDB olarak bulmuşlardır. Truesdell ve Hulston a göre bu değerler denizel karbonatlı kayaçları göstermektedir [22]. Ancak yüksek sıcaklıklarda CaCO 3 minerali ve CO 2 gazı arasında meydana gelen izotop değişimi sonucunda, CO 2 gazında δ 13 C izotopu açısından bir zenginleşme meydana gelmektedir. Bu durum her iki sahada da mevcuttur. Dolayısı ile bu alanlarda CO 2 gazının kökenin manto kaynaklı olması söz konusudur. MTA Genel Müdürlüğü Jeofizik Dairesi tarafından yapılan Türkiyenin Havadan Rejyonal Manyetik Haritası Projesi kapsamında, Büyük Menderes Grabeni ne ait manyetik verileri incelenmiştir. Aeromanyetik harilarda Negatif Curie sıcaklığı, yüzeye yakın noktalarda mantonun varlığını yada magmatik bir sokulumu işaret etmektedir. Büyük Menderes içinde de yer yer negatif Curie sıcaklığı veren anomaliler tesbit edilmiştir. Sonuç olarak; açılma tektoniği ile oluşan bu graben üzerinde yeralan sıcaksuların içinde çözünmüş olarak bulunan CO 2 gazının manto kökenli olması kuvvetlendirmektedir [16]. Yeraltısularının kayaç içindeki dolaşımı sırasında formasyondan bünyesine çözerek aldığı minerale göre bir denge meydana gelmektedir. Bu denge durumu doygunluk indisi olarak tanımlanmaktadır. Yeraltısuyunun bünyesine çözerek aldığı mineral ile olan dengesi, kimyasal olarak söz konusu minerale göre doygun (SI x =0), aşırı doygun (SI x >0) yada saldırgan (SI x <0) olarak ifade edilmektedir. Yeraltısuyunun bir minerale göre doygunluk durumu, söz konusu mineralin çözünürlüğüne ve yeraltısuyunun kayaç içindeki dolaşım süresine bağlı olmaktadır. Kaynaklara ait doygunluk indisi hesaplamalarında Charlton vd. tarafından geliştirilen PHEERQCI Interactive 1.03 bilgisayar programı kulanılmıştır [6]. Şekil 5 de kaynakların kalsit, dolomit ve jips minerallerine göre hesaplanan doygunluk indisi (SI k, SI d, SI j ) değerlerine karşılık kısmi karbondioksit basıcı (log(pco 2 )) diyagramları verilmiştir. Genel olarak termal kaynaklar bütün örnekleme dönemlerinde jips mineraline doygundur ve tek bir grup olarak görülmektedir. Ancak Karahayıt termal kaynağından Haziran-1994 tarihinde alınan örnek bu grubun dışında yer almaktadır. Bunu arazide örnekleme sırasında yada laboratuvarda analiz esnasında yapılan bir hatadan kaynaklandığı düşünülmektedir. Termodinamik olarak, incelenen üç mineralin 25 o C için çözünürlük katsayısı (logk 25 ) büyükten küçüğe doğru logk j >logk k >logk d şeklindedir. Buna göre, saf su her üç mineralin de bulunduğu ortamda çözmek için ilk öne jips mineralini, daha sonra 40

41 Pamukkale Yöresi (Denizli) Termal Kaynaklarının İncelenmesi

İsmail N. GÜNER ve Hatim ELHATİP Şekil 5a, b, c. İnceleme alanında yeralan kaynaklara ait log(co2)-si, ve SI grafikleri 42

Pamukkale Yöresi (Denizli) Termal Kaynaklarının İncelenmesi kalsit mineralini son olarak ise dolomit mineralini tercih edecektir. Majör iyonlar incelendiğinde, toplam çözünmüş madde miktarı göz önüne alarak, bütün termal kaynakların içerdiği (SO 4 ) = iyonu konsantrasyonu ve (HCO 3 ) - iyonu konsantrasyonu arasında çok az fark vardır ancak Ca ++ iyonu her iki iyondan daha fazla bulunmaktadır. Sonuç olarak Pliyosen çökelleri içerisinde yeralan jipslerden yeraltısularına bir katkı söz konusudur. Termal kaynakların SI k ve SI d değerleri ise diyagramda üç ayrı grup olarak bulunmaktadırlar. Bütün örnekleme dönemlerinde hemen hemen SI k 0 ve SI d 0 olarak bulunmasına rağmen değişik değerler almaktadırlar. Birbirlerine göre yeraltında uzun dolaşıma sahip olan kaynaklar sırasıyla Kahayıt grubu, Pamukkale grubu ve Ova kaynaklarıdır. Soğuksu kaynaklarında bütün örnekleme dönemlerinde SI k değerleri hemen hemen doygun olmasına karşılık SI d 0 olarak görülmektedir. Canpınar ve Uzunpınar kaynakları örnekleme dönemine bağlı olarak soğuksular içerisinde ayrı bir küme oluşturmaktadır. Gümüşsuyu kaynağı her üç mineral açısından termal kaynaklar ile soğuk sular arasında kalmıştır. Ancak bu kaynakta bir dönem hidrokimya örneklemesi yapılmıştır. Diğer soğuksu kaynakları ise genel olarak bir küme oluşturmaktadır. Bütün soğuksu kaynakları Ca(HCO 3 ) tipindeki sulardır. İZOTOP HİDROLOJİSİ Pamukkale ve çevresinde daha önce izotop çalışmaları, Blavoux [5], Önhon vd. [6] ve UKAM [23 ve 25] tarafından yapılmıştır (Çizelge 1). Çevresel izotop örneklerinin analiz sonuçları, Doğu Akdeniz yağışları δd=δ 18 O+22 [13], Dünya Meteorik Doğrusu δd =δ 18 O+10 [7], ve Lokal Meteorik Doğru δd=δ 18 O+14.6 ile birlikte değerlendirilmiştir (Şekil 6). Diyagrama göre, proje alanı ve çevresinde yeralan su noktalarına ait çevresel izotop sonuçları bütün su noktalarının meteorik kökenlidir. Soğuksu kaynaklarından Gürpınar ve Uzunpınar kaynaklarında döteryum fazlası değerleri yüksektir. Gat ve Carmi, Doğu Akdeniz yağışlarındaki döteryum fazlası değerinin yüksek olmasını, buradaki düşük nisbi nem koşullarından ve su yüzeyinde meydana gelen hızlı buharlaşmadan kaynaklandığını belirtmişlerdir [13]. İnceler, Ortapınar, Karasu ve Ören kaynaklarında ise döteryum fazlası değerleri +10 dolayında olup karasal yağışları işaret etmektedir [8]. Pamukkale grubu termal sular ilk olarak Beltes (PB1) ve İnciraltı termal kaynaklarından boşalıma geçmektedirler. Daha sonra kuzey-güney doğrultulu kırık sistemleri boyunca yeraltındaki akışlarını yüzeye yakın olarak devam ettiren bu sular Pamukkale Motel termal kaynağı (PM1), Jandarma termal kaynakları (PJ1, PJ3, PJ4), Ova Kaynakları ndan (Kocagöz ve Gözpınarı termal kaynakları) yüzeye çıkmaktadırlar. Bu nedenle δ 18 O izotopu açısından Pamukkale Motel termal kaynağında %o 0.26-0.30, Jandarma termal kaynaklarında %o 0.04-0.30, Ova kaynaklarında %o 0.54-0.6 değerleri arasında buharlaşmaya bağlı olarak zenginleşme görülmektedir (Şekil 6). Yeraltında yüksek sıcaklığa sahip olan sularda δ 18 O izotopu açısından bir zenginleşme meydana gelmektedir. Bu olay kayaç içinde bulunan δ 18 O izotopunun suya geçmesi ile oluşmaktadır. Karahayıt grubu termal kaynaklarda yüzeydeki su sıcaklığı nisbeten yüksek olduğu için (57 o C) δ 18 O izotopu açısından zenginleşme söz konusudur (Şekil 6). Karahayıt termal kaynağında %o 0.43-85, Çukurbağ termal kaynağı %o 0.36-0.65, La Fontene Motel sondaj kuyusunda %o 0.77 zenginleşme meydana gelmiştir. Çevresel izotoplardan δ 18 O yüksekliğe bağlı olarak değişim miktarı kullanılarak suların beslenim yükseklikleri belirlenir. Günümüzde izotop hidrolojisi çalışmalarında oldukça sık kullanılan bu yöntemde, yeraltısularının yeraltında ısınmasından yada atmosfere açık su kütlelerinde oluşan buharlaşmadan kaynaklanan δ 18 O izotopu içeriğinde zenginleşme olmamasına dikkat edilmelidir. Değişik kotlarda yağış suyu örneklemesinin yapılamadığı durumlarda rezervuarı yıllık yağışlardan etkilenerek yenilenen ve buharlaşma etkisinin gözlenmediği kaynakların özellikle karstik kaynakların δ 18 O izotopu değeri kullanılarak δ 18 O izotopunun yükseklik ile değişim miktarı hesaplanabilir. Günümüze kadar yapılmış çalışmalarda, çeşitli coğrafi alanlar için δ 18 O içeriğinin genel olarak her 100 m lik artışa %o 0.15-0.5 arasında değiştiğini göstermiştir. Türkiye de değişik yörelerde yapılan araştırmalarda δ 18 O - Yükseklik değişimi, Yurtsever [27] tarafından Antalya dolayı için %o 0.35, Bayarı [4] tarafından Aşağı Zamantı Havzasında %o 0.25, Elhatip ve Günay [9] Kaş- Kalkan Havzası için %o 0.32, Güven [15] Yukarı Sakarya Havzası için %o 0.29, Güner [14] Köyceğiz Gölü Havzası için %o 0.35 olarak bulunmuştur. İnceleme alanı ve yakın çevresinde yeralan yüksek kot kaynaklarının δ 18 O izotop değerleri, Önhon vd. [19], UKAM [23 ve 25] çalışmalarından derlenmiştir. Yüksek kotlarda yeralan kireçtaşlarından otojenik olarak beslenen bu kaynaklara ait δ 18 O izotopu değerleri kulanılarak Yukarı Çürüksu Havzası için δ 18 O izotopu değeri her 100 m. için %o 0.31 oranında değişmektedir (Şekil 7). 43

İsmail N. GÜNER ve Hatim ELHATİP 44

Pamukkale Yöresi (Denizli) Termal Kaynaklarının İncelenmesi Pamukkale Termal Kaynakları için beslenme yükseklikleri UKAM [25] tarafından 1793-2282 m. yükseklikleri arasında beslendiğini belirtmiştir. Ancak bu yükseklikler, kaynakların yeraldığı Yenice Horstunda topoğrafik olarak yeralmamaktadır. Bu çalışmada ise Pamukkale kaynakları için hesaplanan beslenme alanı yüksekliği 1100-1300 m. arasında değişmektedir. Hesaplanan beslenme yüksekliği jeolojik haritada Pliyosen yaşlı kireçtaşlarına karşılık gelmektedir. Kaynakların radyoaktif trityum izotopu kullanılarak geçiş süreleri Antalya Y.G.İ na ait trityum değerleri kullanılarak hesaplanmıştır. Ekponansiyel akım modeli kullanılarak yapılan hesaplamalarda geçiş süresi Pamukkale kaynakları için 3-5 yıl olarak hesaplanırken, bu süre Karahayıt grubu sular için 50 yıl dan fazladır. Pamukkale kaynağı için 3-5 yıllık bir dolaşım süresi mümkün görülmemektedir. Çünkü atmosferik trityum içeriği 1963 yılında nükleer testlerin sona ermesinden sonra azalmaya başlamış ve günümüzde hemen hemen sabitlenmiştir. Düşük trityum içeren yeraltısularında örnekleme, taban akımına, yağış suyu ve/veya sığ yeraltısuyu karışımının olmadığı yada en az olduğu dönemde yapılması [18]. Dolayısyla trityum örneklerinin yağışlı dönemlerde alınması, yağış suyunun kaynak suyunu boşalım noktası ve dolayında seyreltmesine neden olabilmektedir. UKAM [25] eksponansiyel akım modeline göre dolaşım sürelerini, Pamukkale kaynakları için 15 yıl, Karahayıt grubu sular için ise 25 yıl olarak tesbit etmiştir. Ancak deniz seviyesindeki Antalya yağışlarının, 1000 m. den daha yüksek bir beslenme alanına sahip ve Antalya dan 100 km. uzaklıkta bulunan Pamukkale ve Karahayıt termal kaynaklarının dolaşım süresi hesaplamalarında kullanılması hatalı sonuçlara yol açabilir. Daha çok meteoroloji istasyonlarından izotopik analiz örneklemelerin uzun zaman dilimi boyunca alınması maddi imkanların yetersizliği yüzünden zor olması bu ve Antalya bölgesine yakın çalışma alanlarındaki değerlendirmelerde, uzun dönem gözlemlerin yapıldığı Antalya Y.G.İ'na ait izotop verilerinin kullanılmasını zorunlu kılmaktadır. Dolayısıyla hesaplamalar sonucunda yapılan yorumlarda daha dikkatli olmak ve yanılgılara düşmemek için kot-yağış-trityum arasındaki ilişkiler dikkate alınmalıdır. SONUÇLAR Çalışma alanı içinde yeralan termal kaynaklar Pliyosen ve sonrasında oluşan genç ve derinlere inen bir faylar jeotermal sistemin oluşmasına neden olmuşlardır. Hidrokimyasal çalışmalar, bölgede iki ayrı yeraltısuyu akımının varlığı göstermiştir. Yüksek kotlardan yeraltına sızan soğuk sulardan daha sığ dolaşıma sahip olanı Pamukkale termal kaynak grubunu oluştururken, nisbeten daha uzun dolaşıma sahip olan yeraltısuyu akımı Karahayıt sularını oluşturmaktadır. Bunun yanısıra, Pamukkale Termal kaynaklarında, CO 2 gazı manto kökenli olup, inceleme alanında ve çevresinde yeralan termal kaynaklarda CO 2 gazı içindeki δ 13 C izotopu, yüksek sıcaklıkta meydana gelen CO 2 gazı ile CaCO 3 minerali arasındaki izotopik değişimden dolayı zenginleşme göstermektedir. Pamukkale Termal Kaynaklarından Jandarma ve Pamukkale Motel Kaynakları ile Ova Kaynakları nda δ 18 O izotopu açısından buharlaşma sonucu zenginleşme gözlenmektedir. Karahayıt kaynağındaki δ 18 O izotopu zenginleşmesi ise yüksek sıcaklıkta meydana gelen su-kayaç arasındaki etkileşimden kaynaklanmaktadır. Pamukkale kaynakların hesaplanan beslenme alanının yüksekliği 1100-1300 m olarak belirlenmiştir. Hesaplanan bu beslenme yüksekliği, jeolojik haritada Pliyosen yaşlı kireçtaşlarına karşılık gelmektedir. Kaynakların radyoaktif trityum izotopu kullanılarak geçiş süreleri Antalya Y.G.İ na ait trityum değerleri kullanılarak hesaplanmıştır. Ancak bu değerlerin geçerliliği kesin ve net değildir. KAYNAKLAR 1. AKAN, B.S., Pamukkale-Karahayit Jeotermal Alanında Yer Alan Kaynaklardan Çıkan Gazların İncelenmesi, 52. TJK Bildiriler Kitabı, 79-86 s., Ankara, 1999. 2. ALTUNEL, E., Pamukkale Travertenlerinin Morfolojik Özellikleri, Yaşları ve Neotektonik Önemleri, MTA Dergisi, Vol. 118, 47-64, 1997. 3. APHA, AWWA and WPCF, Standart Methods For The Examinaiton Of Water And Waste Water. Apha Publication, Washington DC., P. 2005, 1989. 45

İsmail N. GÜNER ve Hatim ELHATİP 4. BAYARI, C.S., Aşağı Zamantı Havzası Karst Hidrojeolojisi İncelemesi, Doktora Tezi, 233 sayfa, H.U. Fen Bilimleri Ens., Beytepe, Ankara, 1991. 5. BLAVOUX, B., DAZY, J., and REYNAULD, S., Information about the origin of thermomineral waters and gas by means of environmental isotopes in Eastern Azerbijen, Iran and Southeast France, Journal of Hydrology, 56, p. 23-38, 1982. 6. CHARLTON, S.R., MACKLIN, C.L., and PARKHURST, D.L., PHREEQCI A Graphical User Interface For The Geochemical Computer Program PHREEQC, U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 9, Lakewood, CO, 1997. 7. CRAIG, H., Standart For Reporting Concentrations of δ 2 H And δ 18 O In Natural Water, Science, 133, 1833-1834, 1961. 8. DİNÇER, T., and PAYNE, B.R., An Environmental Isotope Study of The South-Western Karst Region of Turkey, Journal of Hydrology, 14, 233-258, 1971. 9. ELHATİP, H., and GÜNAY, G., Karst Hydrogeology of the Kaş-Kalkan Area, "International Journal of Geosciences Environmental Geology", Springer Verlag, International Publish., SICI Publication, NewYork, USA, Vol. 36, No: 1/2, p.150-158, 1998. 10. ERCAN, T., ve ÖLMEZ, E., Kuzey ve Batı Anadolu da Sıcak ve Mineralize Sular ile İçerdikleri Gazların Kimyasal ve İzotopik Özellikleri: TJK Enerji Bülteni, 1-2 s, 1994. 11. FİLİZ, Ş., Ege Bölgesindeki Jeotermal Alanların O 18, H 2, H 3, C 13 İzotoplarıyla İnmcelenmesi. Doçentlik Tezi, EÜ. Yer Bilimleri Fakültesai, 95 s, İzmir, 1982. 12. FİLİZ, Ş., ve GÖKGÖZ, A., Gölmezli (Denizli) Sıcak Su Kaynakjlarının Hidrojeokimyasal İncelenmesi. Jeotermnal Uygulamalar Sempozyumu, 172-186 s.p.ü. Denizli, 1994. 13. GAT, R. J., Comments on Stable Isotope Method In Regional Groundwater Investigations, Water Resources Research, 7, 980-993, 1971. 14. GÜNER, İ.N., Köyceğiz Gölü Havzası Hidrojeoloji İncelemesi, Yüksek Lisans Tezi, 91 sayfa., H.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, 1997. 15. GÜVEN, F., Sakaryabaşı Kaynakları İzotop Hidrolojisi İncelemesi, Yüksek Lisans Tezi, 127 sayfa., H.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, 1996. 16. KARAT, H.İ., ve METİN, O., Türkiyenin Havadan Rejyonal Manyetik Haritalarının Hazırlanması Hakkında Genel Bilgi MTA Derleme No: 9402, 1992. 17. MATTHESS, G., The Properties of Groundwater, 406 pp., John Wiley & Sons, New York, 1982. 18. NATİV, R., GÜNAY, G., HÖTZL, H., REİCHERT, B., SOLOMON, D. K., and TEZCAN, L., Seperation of Groundwater-Flow Components in A Karstified Aquifer Using Environmental Tracers, Applied Geochemistry, 14, 1001-1014, 1999. 19. ÖNHON, E., ERTAN I., GÜLER, S., NAZİK, M., and KAPLAN, A., Research on the Origin of The Karst Waters In Yukarı Curuksu Plain Using Isotope Studies, General Directorate of State Hydraulics Wors Geotechnical Department and Technical Research and Quality Controle Department, Yucetepe, Ankara, 1988. 20. ŞİMŞEK, Ş., Denizli-Kızıldere-Tekkehamam-Tosunlar-Buldan-Yenice Alanının Jeolojisi ve Jeotermal Enerji Olanakları, MTA, Ankara, 1984. 21. TAMGAÇ, Ö.F., YILDIRIM, N., ve ÇETİNER, L., Denizli-Karahayit-Pamukkale ve Çevresi Sıcaksu Kaynaklarının Korunmnası ve Geliştirilmesine Ait Hidrojeoloji Etüt Raporu, MTA Derleme No:9942, 1995. 22. TRUESDELL, A.H., and HULSTON, J.R., Isotopic evidence on environments of geothermal systems, in Handbook of Environmental Isotopes The Terrestial Environment, A., Fritz & Fontes ed., Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 545 p., 1980. 23. UKAM (GÜNAY, G., ŞİMŞEK, Ş., KELOĞLU, N., EKMEKÇİ, M., ELHATİP, H., YEŞERTENER, C., BEKTAŞ., D., ÖNCEL, E., DİLSİZ, C., ERENBİLGE, T., ve ÇETİNER, Z.), Pamukkale Koruma Amaçlı İmar Planında Öngörülen Travertenlerin Korunması ve Geliştirilmesi İle İlgili Bilimsel-Teknik Araştırmalar ve Müşavirlik Hizmetleri (I),132 s, Beytepe-Ankara, 1994. 24. UKAM (GÜNAY, G., ŞİMŞEK, Ş., KELOĞLU, N., EKMEKÇİ, M., ELHATİP, H., YEŞERTENER, C., DİLSİZ, C., BEKTAŞ., D., ve ÖNCEL, E.), Pamukkale Koruma Amaçlı İmar Planında Öngörülen Travertenlerin Korunması ve Geliştirilmesi İle İlgili Bilimsel-Teknik Araştırmalar ve Müşavirlik Hizmetleri (II), 83 s, Beytepe-Ankara, 1995. 46

Pamukkale Yöresi (Denizli) Termal Kaynaklarının İncelenmesi 25. UKAM (GÜNAY, G., ŞİMŞEK, Ş., KELOĞLU, N., EKMEKÇİ, M., ELHATİP, H., YEŞERTENER, C., ŞİŞMAN, M., DİLSİZ, C., GÜNER, İ.N. ve ÖNCEL, E.), Pamukkale Koruma Amaçlı İmar Planında Öngörülen Travertenlerin Korunması ve Geliştirilmesi İle İlgili Bilimsel-Teknik Araştırmalar ve Müşavirlik Hizmetleri (III), 104 s, Beytepe-Ankara, 1996. 26. YEŞERTENER, C., and ELHATİP, H., Evaluation of Groundwater Flow by Means of Dye Tracing Techniques, Pamukkale Thermal Springs, Western Turkey, "Hydrogeology Journal", IAH Publish., Verlag, Heinz Heise Hannover, Germany, Vol. 5, No. 4, p. 51-59, 1997. 27. YURTSEVER, Y., Tabii-İzotopların Hidrojeolojide Kullanılması Esasları ve Antalya Cıvarı Karstik Bölgede Terüstü-Yeraltısuyu İlişkilerinin Tabii-İzotoplarla Araştırılması Sonuçları, EIE Bülteni, Ankara, Sayı: 75-76, s.51-64, 1978. 47