Doğu Pontid'lerin jura-eosen zaman aralığında tektonik gelişiminin paleomanyetik çalışmalar ile incelenmesi
Examination of the tectonic development of the Eastern Pontides during the jurassic-eocene time interval through paleomagnetic studies
Yazar: BAHADIRHAN SEFA ALGUR
Danışman: PROF. DR. TURGAY İŞSEVEN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeofizik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering

Özet:
Doğu Pontidler, Karadeniz'in güneydoğu sahil boyunca uzanan 500 km uzunluğunda ve 100 km genişliğinde bir dağ zinciridir, Doğu Pontid Orojenik Kuşağı olarak da bilinen bu alan, yoğun jeofiziksel ve jeolojik incelemelere konu olmuştur. Bu alandaki araştırmalara rağmen, kuşağın gelişimi için önerilen paleocoğrafik ve paleotektonik modeller üzerinde bir fikir birliğine varılamamıştır. Doğu Pontidler'deki yitim yönü konusunda çeşitli çalışmalar, Paleozoik'ten Eosen'e kadar kuzeyden güneye, Paleozoik'ten Eosen'e kadar kuzeyden güneye ve Paleozoik'ten Orta Jura'ya kadar güneyden kuzeye, ardından Geç Kretase'den Eosen sonuna kadar kuzeyden güneye yitim önermektedir. Bir modele göre, Paleo-Tetis Okyanusu, Pontidler'in kuzeyinde yer almakta ve Paleozoik'ten Dogger'a kadar güneye doğru yitilmiş, ardından Neotetis okyanus kabuğunun Dogger'dan itibaren Pontid kıtasının altına kuzeye doğru yitimi gerçekleşmiştir. Bu modelin kritik bir unsuru, Pontid yayının güneyindeki ultramafik kayaçların ya Paleo-Tetis ya da Neotetis okyanus kabuğunun kalıntıları olarak tanımlanmasıdır. Yaygın olarak kabul edilen görüş, okyanusal litosferin kuzeye doğru yitiminin, Mezozoik'in sonu veya Senozoik'in başlangıcında Pontid ve Taurid blokları arasındaki çarpışmayla sonlandığını ve Senozoik magmatizmasının bir çarpışma ve/veya çarpışma sonrası ortamda meydana geldiğini öne sürmektedir. Başka bir perspektif, Geç Mezozoik-Erken Senozoik dönemde Doğu Pontid Orojenik Kuşağı'nın altında güneye eğimli bir yitim zonunun varlığını ve Paleozoik'ten Eosen sonuna kadar sürekli bir güneye doğru yitimi savunmaktadır. Bu modele göre, Doğu Pontidlerdeki tüm kaya birimlerinden elde edilen jeokimyasal, izotopik ve jeokronolojik verilere dayanarak, Paleo-Tetis okyanus kabuğunun güneye doğru ilk yitim safhası Malm-Erken Kretase döneminde, bölgesel manto çökmesi nedeniyle geri çekilme ve ayrılma ile sonuçlanmıştır. Ancak, kalan okyanus kabuğu güneye doğru yitimine devam etmiş, Turoniyen'de kuzeyde Toleyitik volkanizma ve Erken Kampaniyen'de güneyde yüksek potasyumlu (şoşonitik ve ultrapotassik) volkanizmaya yol açmıştır. Bu model, modern Karadeniz ve Hazar Denizi'nin Paleo-Tetis Okyanusu'nun kalıntıları olduğunu ve Pontidler'in Gondwana kıtasının bir parçası olarak konumlandırıldığını önermektedir. Pontid kuşağının jeodinamik evrimi, dahil olduğu yitim polaritesi, çarpışmaların zamanlaması ve yeri, orojenik kuşakta açığa çıkan magmatik kayaçlardan sistematik jeolojik, jeokimyasal, jeofiziksel ve jeokronolojik verilerin eksikliği nedeniyle tartışmalı kalmaktadır. Bu probleme çözüm sunmak için, Trabzon, Gümüşhane, Erzincan, Giresun ve Bayburt bölgelerinde toplam 62 lokasyondan sistematik olarak paleomanyetik çekirdek örnekleri toplanmış ve hem volkanik hem de sedimentar kayaçlardan toplam 508 paleomanyetik karot numunesi toplanmıştır. Bu örneklerin hazırlığı, Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve İstanbul Teknik Üniversitesi KANTEK Paleomanyetizma Laboratuvarı'nda yapılmış, ölçümler ve veri işlemi İstanbul Üniversitesi Yılmaz İspir Paleomağnetizma Laboratuvarı'nda gerçekleştirilmiştir. Araştırmanın bulguları şu şekilde özetlenebilir: 
Eş Isıl Kalıcı Mıknatıslanma (EIKM) eğrilerinin analiziyle, manyetizmadan sorumlu manyetik mineral tanımlanmıştır. Bölgeden alınan toplam 57 örnek, EIKM çalışmalarında kullanılmış ve örneklerin %75'i (43 örnek) manyetik doygunluğa ulaştığı gözlemlenmiş, manyetitin sorumlu mineral olduğunu belirlenmiştir. Örneklerin %12'sinde (7 örnek), manyetit kaynaklı başlangıçtaki hızlı artışı takiben, daha yavaş, hematit ile ilişkili bir yükseliş gözlemlenmiş, bu örneklerin doygunluğa ulaşmadığını ve hem manyetit hem de hematitin sorumlu mineral olduğunu belirlenmiştir.
Yüksek sıcaklık süseptibilite ölçümleri, 23 pilot mevkide yapılmış ve ısınma eğrilerinin genellikle soğuma eğrilerinin üzerinde olduğu, oksidasyon sürecinin belirli mineral türlerinin baskınlığına yol açtığı belirlenmiştir. Ayrıca, Ti-Manyetit açısından zengin çok domenli manyetik yapılar ve mineral faz dönüşümleri gözlemlenmiştir.
Mıknatıslanmanın orijinalliğini değerlendirmek amacıyla yürütülen Konglomera testinin sonuçlarına da yer verilmiştir. Test, stereonet üzerinde dağınık veri noktalarının gözlemlenmesiyle her bir klastın orijinal manyetikliğini koruduğunu ve Geç Kretase'ye tarihlenen konglomeranın, eş yaşı ve stratigrafik olarak üzerinde bulunan birimlerin manyetikliğinin orijinal olduğunu ortaya koymuştur. 
Doğu Pontidler bölgesinde yapılan çalışmada, Eosen'den Geç Kretase'ye uzanan dönemlere ait kayaçlardan toplam 61 paleomanyetik numune toplanmıştır. Bu numunelerden 15'i mıknatıslanma açısından istikrarlı sonuçlar vermediğinden analize dahil edilmemiştir. Kalan numuneler incelendiğinde, yüksek istatistiksel değerlere sahip olarak, verilerin güvenilir olduğu sonucuna varılmış, bu sonuçlar, çalışmada değerlendirilmiştir.
Paleomanyetik verilerin incelenmesi sonucunda, bölgenin, Jura döneminde inklinasyon açısı I=51.1° olarak elde edilmiş, paleoenlem değeri λ=31.8°'e karşılık gelmiştir. Geç Kretase döneminin elde edilen inklinasyon açısına, I=48.5° karşılık, paleoenlem değeri, λ=29.5° göz önüne alındığında, Jura döneminden Geç Kretase dönemine bölgenin kuzeyden güneye enlemsel hareket yaptığı yorumunu yapılmıştır.
Eosen döneminin elde edilen inklinasyon açısına, I=49° karşılık, paleoenlem değeri, λ=~30° ve Geç Kretase paleoenlem değeri, λ=29.5° göz alındığında, bölgenin Kretese-Eosen dönemi arasında kuzeye doğru hareket ettiği yorumunu yapılmış, bunun sonucunda Jura-Geç Kretase döneminde olan hareketin tersi yönünde bir hareket izlediği yorumu yapılmıştır.
Eosen döneminde, λ=~30° enleminde konumlandığını, günümüzde ise ortalama 40.5° enlemine ulaştığı, göz önünde nulunarak, bölgenin Eosen'den günümüze kuzeye doğru hareket ettiği ortaya sonucuna ulaşılmaktır. 
Doğu Pontidlerin, Jura'da 31.8°, Geç Kretase'de 29.5° ve Eosen'de 30°, enlemlerinde konumlandığı ve bu paleoenlem aralıklarının daha önce 28 ile 42° arasında rapor edilen çalışmalarla uyumlu olduğu gözlemlenmiştir; bu veriler, söz konusu zaman dilimlerinde bölgenin Avrasya kıtasının bir parçası olduğunu göstermektedir.

Abstract:
The Eastern Pontides, a mountain chain extending along the southeastern coast of the Black Sea over a distance of 500 km and a width of 100 km, Also referred to as the Eastern Pontide Orogenic Belt, this area has been the subject of extensive geophysical and geological investigation. Despite significant research efforts, consensus on the proposed paleogeographic and paleotectonic models for the belt's development has not been reached. Discrepancies exist regarding the direction of subduction in the Eastern Pontides, with various studies suggesting northward subduction from the Paleozoic to the Eocene, north to south subduction from the Paleozoic to the Eocene, and southward subduction from the Paleozoic to the Middle Jurassic, then northward from the Late Cretaceous to the end of the Eocene. According to one model, the Paleo-Tethys Ocean was located north of the Pontides, undergoing southward subduction from the Paleozoic to the Dogger, followed by the northward subduction of the matured Neotethys oceanic crust beneath the Pontide continent from the Dogger onwards. A crucial element of this model is the identification of ultramafic rocks south of the Pontid arc as remnants of either the Paleo-Tethys or Neotethys oceanic crust.The widely accepted view posits that the northward subduction of oceanic lithosphere ended with the collision between the Pontid and Taurid blocks at the end of the Mesozoic or the beginning of the Cenozoic, with Cenozoic magmatism occurring in a collisional and/or post-collisional setting. Another perspective indicates the existence of a south-dipping subduction zone beneath the Eastern Pontide Orogenic Belt during the late Mesozoic-early Cenozoic, arguing for continuous southward subduction from the Paleozoic to the end of the Eocene. According to this model, based on geochemical, isotopic, and geochronological data from all rock units in the Eastern Pontides, the first phase of southward subduction of the Paleo-Tethys oceanic crust concluded during the Malm-Early Cretaceous, characterized by rollback and break-off due to regional mantle sinking. However, the remaining oceanic crust continued to subduct southward, leading to Tholeiitic volcanism in the north during the Turonian and high potassium (shoshonitic and ultrapotassic) volcanism in the south during the Early Campanian. This model suggests that the modern Black Sea and Caspian Sea are remnants of the Paleo-Tethys Ocean, with the Pontides positioned as part of the Gondwana continent.The geodynamic evolution of the Pontid belt, including subduction polarity, timing, and location of collisions, remains debated due to the lack of systematic geological, geochemical, geophysical, and geochronological data from magmatic rocks exposed in the orogenic belt. Consequently, paleomagnetic core samples were systematically collected from a total of 62 locations within the regions of Trabzon, Gümüşhane, Erzincan, Giresun, and Bayburt, resulting in the acquisition of 508 core samples from both volcanic and sedimentary rock types. Analysis determined that among these sampled locations, 17 correspond to the Eocene epoch, 35 to the Late Cretaceous, and 10 to the Jurassic period.
The preparation of these samples was conducted at the KANTEK Paleomagnetism Laboratory, a joint facility of Boğaziçi University's Kandilli Observatory and Istanbul Technical University, while measurements and data processing were carried out at the Yılmaz İspir Paleomagnetism Laboratory at the Department of Geophysics, Istanbul University. The findings of the research can be summarized as follows:
The inherent property of rocks to acquire a fixed magnetization upon exposure to the local magnetic field during their formation, and to maintain this magnetization to the present day, is fundamental. The reliability of the rocks' permanent magnetization is attributed to the magnetic minerals they contain. In rock magnetism studies, characteristics of these minerals, including domain structure, potential alteration states, coercivity levels, directions of magnetic anisotropy, and magnetic susceptibility, are examined.
Through the analysis of magnetic field acquisition curves, the magnetic mineral responsible for magnetization has been identified. A total of 57 samples from the region were used in Equal-Area Remanent Magnetization studies, revealing that 75% of the samples (43 samples) reached magnetic saturation, indicating that magnetite is the responsible mineral. In 12% of the samples (7 samples), an initial rapid increase due to magnetite followed by a slower, hematite-related rise was observed, suggesting these samples did not reach saturation and implying the influence of both magnetite and hematite.
High-temperature susceptibility measurements were conducted in 23 pilot locations, showing that heating curves were generally above the cooling curves, with the oxidation process during heating leading to the dominance of certain mineral types during cooling. Additionally, multi-domain magnetic structures rich in 'Ti-Magnetite' and mineral phase transformations were observed.
The Conglomerate Test was conducted to assess the originality of magnetization. The test results, showing scattered data points on a stereonet, indicated that each clast retained its original magnetism and confirmed that the magnetization of the Late Cretaceous conglomerate, as well as the stratigraphically overlying units, was original.
In the study of the Eastern Pontides, a detailed examination of volcanic and sedimentary rocks dating from the Eocene to the Late Cretaceous period led to the collection of 61 paleomagnetic samples from the region. However, due to unstable results in permanent magnetization, 15 of these samples were excluded from the analysis. The remaining locations were thoroughly analyzed, revealing that only in 6 instances did the 'k' value drop below 20, indicating a lower reliability. Despite this, the majority of locations displayed high statistical values, asserting the reliability of the collected paleomagnetic data for tectonic movement analysis.
The analysis of paleomagnetic data reveals that during the Jurassic period, the region had an inclination angle of I=51.1°, corresponding to a paleolatitude of λ=31.8°. For the Late Cretaceous period, the inclination angle was calculated at I=48.5°, which matches a paleolatitude of λ=29.5°, suggesting a north-to-south movement of the region from the Jurassic to the Late Cretaceous.
In the Eocene period, the inclination angle was found to be I=49°, with a paleolatitude approximately at λ=30°. Given the Late Cretaceous paleolatitude of λ=29.5°, this indicates that the region moved northward between the Cretaceous and Eocene periods, reversing the previous trend observed from the Jurassic to the Late Cretaceous.
It has been noted that the region was positioned at around λ=30° in the Eocene and has reached an average latitude of 40.5° today. This demonstrates a northward movement from the Eocene to the present. 
The East Pontides' positioning at latitudes of 31.8° during the Jurassic, 29.5° in the Late Cretaceous, and 30° in the Eocene aligns with previous reports suggesting latitudes between 28 and 42°. These findings confirm the region's status as part of the Eurasian continent throughout these periods.