The formation of the holocene sapropels in the gulf of Kusadasi (Aegean Sea): Evidence of multi-proxy data obtained from the sediment cores

Abstract

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.