Aladağlar ve Karanfil Dağı kuvaterner buzullaşması ve eski ikliminin kozmojenik izotoplar ve buzul modelleri ile belirlenmesi
Late pleistocene 36cl cosmogenic glacial chronology and pism modelling of aladağlar and karanfil mountains
Yazar: OĞUZHAN KÖSE
Danışman: PROF. DR. MEHMET AKİF SARIKAYA
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Katı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı / Jeodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Coğrafya = Geography

Özet:
Orta Toroslar'ın en büyük kütlesini oluşturan Aladağlar ve yaklaşık 10 km güneyinde bulunan Karanfil Dağı bu çalışmanın inceleme alanını oluşturmaktadır. Çalışma alanı temelde karbonatlı kayaçlardan oluştuğundan, bu bölgedeki akarsular mevsimlik akarsu özelliğine sahiptir. Bu durum buzul süreçleri sonrasında akarsuların gelişmesini engeleyerek Karanfil Dağı ve Aladağlar'da buzul vadilerinin ve morenlerin korunmasını sağlamıştır. Ayrıca, çalışma alanı jeolojik ve tektonik özelliklerinin yanı sıra buzul ve akarsu süreçleri ile karstik süreçler arasındaki etkileşimin anlaşılması için örnek bir topoğrafya sunmaktadır.
Jeomorfolojik çalışmalar kapsamında arazi çalışmaları ve uzaktan algılama yöntemleri kullanılarak çalışma alanının buzul jeomorfoloji haritası üretilmiştir. Bölgenin 1:50.000 ölçekli buzul jeomorfoloji haritası oluşturulmuş, buzul vadileri, sirkler, arêtler ve piramidal zirveler, döküntü ile örtülü buzullar, morenler ve sandur depoları belirlenmiştir. Kozmojenik 36Cl yüzey tarihlendirme yöntemiyle ana kaya ve morenler üzerinden toplam 121 adet örnek toplanarak Aladağlar ve Karanfil Dağı'nda geçmişte buzulların oluşturduğu yer şekilleri tarihlendirilmiştir. Karanfil Dağı SBM dönemi buzul koşullarını anlamak amacıyla üç boyutlu bir fiziksel buzul akış modeli (PISM) kullanılmıştır. Farklı sıcaklık ve yağış değerleri kullanılarak 21 farklı paleoiklim simülasyonu üretilmiştir. Bu paleoiklim simülasyonları arazi gözlemleriyle karşılaştırılmıştır.
Aladağlar'da 47 ve 38 bin yıl öncesine dayanan en yaşlı morenler, dağın batı-kuzeybatısında bulunan Körmenlik ve Maden vadilerine aittir. Körmenlik vadisinin çıkışında bulunan Sulucaova sanduru ise 79 bin yıl öncesine ait buzullaşmanın varlığını göstermektedir. Körmenlik ve Maden vadilerinden elde edilen kozmojenik tarihlendirme sonuçları SBM öncesini, MIS 3 sırasındaki buzul geri çekilmesinin kanıtlarını sunmaktadır.
Önceki çalışmalar kapsamında Yedigöller Platosu'nun kuzey sınırını çizen Akçay Sırtı'ndan elde edilen ana kaya yaşları tekrar hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar 3500 metre yükseklikte bulunan Akçay Sırtı'nın en az 55.2 ± 12.0 bin yıldan beri buzullarla kaplı olmadığını göstermektedir. Bu bulgu, Yedigöller Platosu'ndaki buz örtüsünün 3500 m yüksekliklere kadar ulaşmadığını açıkça ortaya koymaktadır. Ayrıca, Kemikli Vadisi'nin yukarı çığırında, 3200 metre yükseklikteki Akçay Platosu'ndan alınan ana kaya örnekleri de bölgenin 76.7 ± 23.8 bin yıldan beri buzullarla kaplı olmadığını göstermektedir. Aladağlar'ın doğusunda bulunan Hacer Vadisi ise en uzun buzulun geri çekildiği alan olup buzulun geri çekilme süreci 15 bin ile 12.5 bin yıl öncesine kadar devam etmiştir. Bu geri çekilme, Geç Buzul döneminden Genç Dryas dönemine kadar olan buzullaşmanın varlığını göstermektedir. Aladağlar'ın doğusunda bulunan Susuz ve Sineklikapız Vadileri'nden de Erken Holosene ait kozmojenik tarihlendirme
xxii
sonuçları elde edilmiştir. Aladağlar'da buzullar, 55 bin yıl önce en yüksek zirvelerden geri çekilmeye başlamış olup Holosen döneminin başlangıcına kadar iki takke buzulu aktif kalmıştır.
Karanfil Dağı'nın ilk buzul jeomorfoloji haritası ve Kozmojenik 36Cl buzul kronolojisi bu çalışmada sunulmuştur. Buzul yer şekilleri arasında sirkler ve morenler detaylı bir şekilde haritalanmıştır. Dağın kuzey yamacında bulunan 2000-2400 m yüksekliğe sahip ve 1-2 km uzunluğunda iyi korunmuş dört terminal ve yanal moren seti (M1, M2, M3 ve M4) detaylı bir şekilde haritalanmış ve tarihlendirilmiştir. M1 (17.3 ± 2.4 bin yıl), M2 (18.6 ± 1.6 bin yıl) ve M3 (20.0 ± 2.6 bin yıl) morenlerinin ortalama yaşları, Karanfil Dağı'ndaki buzulların SBM sırasında maksimum boyutlarına ulaştığını göstermektedir. M4 moreni, daha kuzeye bakan ve korunaklı bir sirke sahip olup, moren yaşı14.6 ± 2.4 bin yıl olarak ölçülmüştür. M4'ten elde edilen ortalama yer şekli yaşı, M4 buzulunun Geç Buzul dönemine kadar varlığını sürdürdüğünü (16-20 bin yıl arasında) göstermektedir. C1 sirk tabanındaki kalıntı kaya buzulunun yaşı ise (9.9 ± 0.9 bin yıl) Holosen başlangıcındaki permafrost koşullarının varlığını kanıtlamaktadır.
Karanfil Dağı'nda SBM buzullarını oluşturan iklim koşullarını anlamak için üç boyutlu fiziksel PISM buzul akış modeli çalıştırılmış ve 21 farklı simülasyon üretilmiştir. Karanfil Dağı için en uygun model sonuçları, SBM'deki buzulların günümüze benzer yağışlar altında oluşabilmesi için sıcaklık düşüşünün günümüzden 8.3 ± 0.5 °C daha fazla olduğu bir iklimi göstermektedir. SBM döneminin günümüze göre %20 daha nemli iklim koşullarına sahip olması durumunda, SBM buzullarının oluşabilmesi için gereken sıcaklık düşüşü 6.9 ± 0.4 °C olarak hesaplanırken, %20 daha kurak iklim koşullarında ise bu sıcaklık düşüşünün 10.4 ± 0.6 °C olması gerektiği hesaplanmıştır.

Abstract:
The Aladağlar and Mt. Karanfil, which is the largest mountain range located in the central Taurus Mountains (37°45′ N, 35°15′ E). Since the study area is characterized by predominantly carbonate rocks, it exhibits seasonal river features. This situation hindered post-glacial fluvial development and ensured the preservation of glacial valleys and moraines in Mt. Karanfil and the Aladağlar. Indeed, the study area provides an exemplary topography to understand the interaction between glacial, fluvial and karstic processes, as well as geological and tectonic features, offering valuable insights into landscape evolution.
Within the scope of geomorphological studies, we produced a comprehensive glacialgeomorphological map of the study area, by using field studies, GIS (Geographic Information Systems) and remote sensing methods. This study presents a 1:50,000-scale glacial geomorphological map the Aladağlar and Mt Karanfil, covering an area of ∼1200 km2. Glacial erosional and depositional landforms were divided into five different categories by using a unique topographic basemap (u-basemap). These landforms include glacial valleys, cirques, arêtes, horns, debris-covered glaciers, moraines and outwash fans.
Glacial valleys in the study area were mainly idendified by "u-basemap", Google Earth Pro and field observations. ArcGIS Pro 2 topographic profile tool also used in order to distinguish the transition from glacial to fluvial control on valley cross-section. Although many glaciated valleys in the Aladağlar have U-shape, they evolved into V-shape valleys towards to the north due to a decrease in glaciation.
The Hacer Valley is the deepest glacial valley in the eastern Aladağlar, was originated by the glaciers from Yedigöller Plateau (3300 m a.s.l.). The glacier tongue which fed by this plateau advanced along the Hacer Valley and descended to the east at an elevation of 1100 m a.s.l. reaching 17 km in length. Several terminal and lateral moraines were observed in the lower end of the valley. On the eastern flank of the Aladağlar to the north of Hacer Valley, glaciers have scoured all pre-glacial karstic landforms, and several of them were covered by moraines. For example, in Kemikli Valley, a series of dolines were covered by lateral moraines at 2200 m a.s.l. On the other hand, the valley walls in the eastern and western part of the study area are almost vertical due to the chemical weathering in the less resistant karstic bedrock. After deglaciation, snow and ice melt formed streams and rivers within parabolic-shaped valleys. As a result this, talus cones have been deposited at the bottom of the valley walls.
In total, 97 moraine polygons were identified, covering approximately 30 km2 in the Aladağlar (2.5%). Today, the Yedigöller Plateau still harbors debris-covered glaciers with a combined area of approximately 1.43 km2 in total. The glacial valleys in the
xxiv
area have typical parabolic-shaped valley profiles developed on limestone bedrock, some V-shaped valley profiles are also idendified on the north-eastern side. Furthermore, the presence of prominent glacial landforms today could be attributed to the highly permeable carbonate rocks. Overall, the distribution of moraines and glacial valleys suggests that several alpine-style glaciations during the Late Pleistocene in the region.
With the 36Cl terrestrial cosmogenic nuclides (TCN) method, a total of 121 samples were collected from bedrock and moraines in Aladağlar and Karanfil Mountain. The oldest moraines in Aladağlar belong to the Körmenlik and Maden valleys located to the west-northwest of the mountain, and dated to 47 and 38 ka. The Sulucaova outwash fan, located at the exit of the Körmenlik valley, shows the existence of glaciation 78 ka ago. Cosmogenic dating results from Körmenlik and Maden valleys provide evidence of glacial retreat during MIS 3, pre-LGM. The overall analysis of the 121 age results also indicates multiple episodes of deglaciation during the Late Pleistocene.
In this study, the previous bedrock ages obtained from the Akçay Ridge, which forms the northern boundary of the Yedigöller Plateau were recalculated. The findings reveal that the Akçay Ridge, situated at an altitude of 3500 meters, has been glacier free for a minimum of 55.2 ± 12.0 ka, indicating that the glaciers did not reach such elevations in the Yedigöller Plateau. Similarly, bedrock samples taken from the Akçay Plateau at 3200 meters in the upper part of the Kemikli Valley indicate a lack of glacial coverage for 76.7 ± 23.8 ka. On the other hand, The Hacer Valley, located east of Aladağlar, witnessed the longest glacier retreat, occurring between 15 ka to 12.5 ka ago, spanning from the Late Glacial to the Younger Dryas. Cosmogenic dating results in the Susuz and Sineklikapız Valleys to the east of Aladağlar also indicate early Holocene ages, revealing that the glaciers in Aladağlar began retreating from the highest peaks approximately 55 ka ago, with two ice caps remaining active until the onset of the Holocene.
This study also presents the first 36Cl Cosmogenic glacial chronology of Mt. Karanfil, along with a glacial geomorphology map. Detailed mapping of cirques and moraines was conducted, focusing on four well-preserved terminal and lateral moraine sets (M1, M2, M3, and M4) located on the northern flank of the mountain, at an altitude of 2000-2400 m and measuring 1-2 km in length. The best estimated mean ages of M1 (17.3 ± 2.4 ka), M2 (18.6 ± 1.6 ka), and M3 (20.0 ± 2.6 ka) moraines indicate the maximum extent of glaciers during the global Last Glacial Maximum (LGM). The M4 moraine, found in a more northerly and sheltered cirque, has an age of 14.6 ± 2.4 ka, suggesting glacier survival into the Late Glacial (between 16 and 20 ka). Furthermore, the age of a relict rock glacier at the C1 cirque (9.9 ± 0.9 ka) floor provides evidence for permafrost conditions at the onset of the Holocene. The timing of glaciation on Mt. Karanfil closely corresponds to the global LGM, supported by consistent terrestrial cosmogenic nuclide chronologies in other mountains across the eastern Mediterranean region.
A three-dimensional physical ice flow model, PISM (The Parallel Ice Sheet Model, https://pism-docs.org)) was utilized to reconstruct the glaciers and understand the glacial conditions during the LGM period in Mt. Karanfil. A non-transient (constant) climate inputs were used to achieve the maximum steady-state extent of the glacier in Mt. Karanfil. Seven stepwise temperature changes, with 0.5°C increments (ranging from 8°C to 11 °C) implemented for this study. Additionally, three precipitation multipliers were used as parameters for each temperature increments.Twenty-one
xxv
paleoclimate simulations in total were produced, varying temperature and precipitation values. Simulations were run as as a function of present temperature and precipitation to reach the steady-state glacier extents and compared field observations (moraine crests).
A "nominal palaeoclimate parameter (nPP, °C mm mm-1)" (nPP) was calculated as a product of temperature depression value (DT, °C) and precipitation multiplier (xP, mm mm-1) for each 21 simulations, then the values of the nPP and the horizontal mismatch (km) along the glacier boundaries were compared. The best-fit scenarios for Mt. Karanfil indicate a climate where the temperature during LGM is 8.3 ± 0.5 °C lower than present-day conditions, allowing for glacier formation with precipitation levels similar to today. Additionally, it was determined that if the LGM period experienced 20% higher humidity, the necessary temperature decrease for LGM glaciers would be 6.9 ± 0.4 °C, whereas a 20% drier climate would require a temperature decrease of 10.4 ± 0.6 °C.