KAZDAĞLARI KUZEY DOĞUSUNDA BULUNAN SOĞUK SU

Transkript

T.C.
ÇEVRE VE ORMAN BAKANLIĞI
DEVLET SU İŞLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ
Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı
III. HİDROLOJİDE İZOTOP
TEKNİKLERİ SEMPOZYUMU
13-17 EKİM 2008 İSTANBUL
III. HİDROLOJİDE İZOTOP
TEKNİKLERİ SEMPOZYUMU
13-17 EKİM 2008/İSTANBUL
DSİ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı
06100 Yücetepe/ANKARA
Tel: 0 312 399 27 96
Fax: 0 312 399 27 95
e-posta:
[email protected]
[email protected]
Copyright © Bu kitabın Türkiye’deki yayın hakları DSİ’ye aittir. Her hakkı saklıdır. Hiçbir bölümü ve paragrafı
kısmen veya tamamen özet halinde, fotokopi, fax veya başka herhangi bir şekilde çoğaltılamaz, dağıtılamaz. Normal
ölçüyü aşan iktibaslar yapılamaz. Normal veya kanuni iktibaslara kaynak gösterilmesi zorunludur.
Bu kitapta yayınlanan bildiriler bir kurum veya kuruluşun resmi görüşü olmayıp tamamıyla yazarların kendi
görüşleridir.
Dünyada herşey için, medeniyet için, hayat için,
başarı için, en hakiki mürşit bilimdir, fendir.
1924
HAKEMLER
Doç.Dr.Alper BABA
Çanakkale 18 Mart Üniversitesi
Prof.Dr.Serdar BAYARI
Hacettepe Üniversitesi
Prof.Dr.Zeki ÇAMUR
Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Prof.Dr.Mehmet ÇELİK
Ankara Üniversitesi
Prof.Dr.Mehmet EKMEKÇİ
Prof.Dr.Nilgün GÜLEÇ
Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Prof.Dr.İbrahim GÜRER
Gazi Üniversitesi
Prof.Dr.Ünsal GEMİCİ
Dokuz Eylül Üniversitesi
Doç.Dr.Türker KURTTAŞ
IAEA
Prof.Dr.Halim MUTLU
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi
Doç.Dr.Suzan PASVANOĞLU
Kocaeli Üniversitesi
Uğur SÜRAL
Devlet Su İşleri
Prof.Dr.Şakir ŞİMŞEK
Prof.Dr.Gültekin TARCAN
Dokuz Eylül Üniversitesi
Doç.Dr.Levent TEZCAN
DÜZENLEME KURULU:
Haydar KOÇAKER
DSİ Genel Müdür
Yusuf BALCI
DSİ Genel Md. Yrd.
Rahmi Sencer ÇELİK
DSİ TAKK Daire Bşk.
Vehbi ÖZAYDIN
DSİ TAKK Daire Bşk. Yrd.
Alime TEMEL DİLAVER
İzotop Lab.Şb.Md.
Sabahat ÖZCAN EYÜPOĞLU
İzotop Lab.
İclal KALEYCİ
İzotop Lab.
Nermin DOĞAN
İzotop Lab.
Hasan DENİZ
İzotop Lab.
Murat KASAP
İzotop Lab.
ÖNSÖZ
İzotop tekniklerinin hidrolojik ve hidrojeolojik amaçlı çalışmalarda kullanımı büyük önem
kazanmıştır. Ülkemizde gerek üniversiteler gerekse kamu kurum ve kuruluşları, araştırma ve proje
çalışmalarında izotop tekniklerini uygulamaya yönelmişlerdir.
DSİ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi (TAKK) İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü
1960’lı yılların başında faaliyete geçmiş ve UNESCO tarafından desteklenmiştir. 2002 yılında IHP
(UNESCO, Uluslararası Hidroloji Programı) organizasyonu içerisinde İzotop Hidrolojisi birimi
(JIIHP) kurulmuş ve DSİ TAKK Dairesi İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü Türkiye odak
noktası kabul edilmiştir
İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü DSİ’ nin dışında Kamu Kurum ve Kuruluşlarına,
Üniversitelere ve özel sektöre gerek eğitici anlamda gerek analiz bazında destek vererek ve
uygulamalı çalışmalara katkıda bulunmaktadır. Ülkemizde İzotop Hidrolojisi konusunda ilk seminer
Kasım 1987 yılında “Hidrolojide İzotoplar ve Nükleer Teknikler” adı altında Adana’da
yapılmıştır. Yine 2002 yılı 21-25 Ekim tarihleri arasında Adana’da “Hidrolojide İzotop
Tekniklerinin Kullanılması” Sempozyumu düzenlenmiştir. Sempozyumda konunun önemi
vurgulanmış ve uygulama alanlarına yönelik teorik ve uygulamalı çalışmalar ile yeni gelişmeleri de
kapsayacak şekilde sürekli olarak düzenlenmesi gerekliliği ortaya konmuştur. Bu doğrultuda,
uygulamaya yönelik teorik ve uygulamalı çalışmalarla hidroloji ve hidrojeoloji alanında izotop
tekniklerini kullanacak olan araştırmacıların bilgi düzeylerini arttırmak amacı ile 20-24 Ekim 2003
tarihleri arasında “Hidrolojide İzotop Tekniklerinin Kullanılması Semineri-I ve Çevresel
İzotop Uygulamaları” konulu bir seminer düzenlenmiştir.
2003 yılında kamu kurum ve kuruluşları ile üniversitelerin de davet edildiği İzotop Hidrolojisi
tematik grubu toplantısı yapılmıştır. Bu toplantıda kamu kurum ve kuruluşları ile üniversitelerin bir
araya gelerek yapılacak bilgi alışverişlerinde bulunabilmeleri amacıyla Hidrolojide İzotop
Teknikleri Sempozyumu’nun üç yılda bir yapılması kararı alınmıştır. Bu doğrultuda 26–30 Eylül
2005 tarihinde ‘’II. Ulusal Hidrolojide İzotop Teknikleri ’’Sempozyumu düzenlenmiştir.
Çeşitli kamu kurum ve kuruluşları ile üniversitelerin bir araya gelerek bilgi alışverişlerini
amaçlayan sempozyuma bildirileri ile katkıda bulunan katılımcılara, sempozyumun
düzenlenmesindeki katkılarından dolayı UNESCO‘nun IHP (Uluslararası Hidroloji
Programı)/Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) uluslararası organizasyonlarına, imkanlarını
sunan İstanbul XIV. Bölge Müdürlüğü’ne teşekkür ederim. Sempozyum esnasında sunulan
bildirileri içeren bu kitabın, izotop tekniklerinin hidroloji ve hidrojeoloji alanındaki uygulamaları
esnasında bir kaynak kitap olacağını umarım.
Rahmi Sencer ÇELİK
DSİ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol
Dairesi Başkanı
i
İÇİNDEKİLER
KAYNAKLARININ İZOTOPİK ÖZELLİKLERİ
Alper BABA, Ozan DENİZ , Deniz ŞANLIYÜKSEL
1
TARIMSAL HİDROLOJİ UYGULAMALARINDA NÜKLEER TEKNİKLERİN
KULLANIMI
Süer ANAÇ, Emrah ÖZÇAKAL, Yasemin S. KUKUL
13
DEVELİ KAPALI HAVZASI’NDA YERALTI SUYU VE YÜZEY SUYU
İLİŞKİSİNİN DOĞAL İZOTOPLARLA BELİRLENMESİ1
F.Ebru YILDIZ, Alime Temel DİLAVER, İbrahim GÜRER, Nail ÜNSAL, Serdar
BAYARI, Selami TÜRKİLERİ, Sedat ÇELENK
25
KÜTAHYA-TAVŞANLI-TUNÇBİLEK KÖMÜR SAHASININ ÇEVRESEL İZOTOP
ÖZELLİKLERİ
İ. Noyan GÜNER, Cahit ÖZGÜR, Barbaros ERDURAN, Dr. Nilgün DOĞDU, Levent
İLDEŞ, Tolga ÖZBİLGE, Osman GÖKMENOĞLU, H. İbrahim ERDOĞAN
37
BİRİM HİDROGRAF ÇIKARILMASINDA KARARLI İZOTOPLARIN
KULLANILMASI
Y.İnci TEKELİ
55
ULUDAĞ GÜNEYİNDEKİ YERALTISULARININ HİDROJEOKİMYASAL
DEĞİŞİMLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Füsun S. TUT HAKLIDIR
67
KONYA-CİHANBEYLİ SICAK VE MİNERALLİ SULARININ
HİDROJEOKİMYASAL VE İZOTOPİK ÖZELLİKLERİ
İsmail KARA, Mustafa DURDU, M. Fatih ÖZİÇLİ
77
ANKARA, KAZAN DOĞAL SODA (TRONA) SAHASI DERİN AKİFER
SİSTEMİNDEKİ PALEO SULAR VE PALEO İKLİM
Şebnem ARSLAN, Hasan YAZICIGİL, Martin STUTE, Peter SCHLOSSER,
95
BEYPAZARI GRANİTOYİDİ DOLAYINDAKİ (AYAŞ-BEYPAZARI)
JEOTERMAL KAYNAKLARIN OLUŞUMUNUN ÇEVRESEL İZOTOP VE
HİDROKİMYASAL YÖNTEMLERLE İNCELENMESİ
Oktay ÇELMEN, Mehmet ÇELİK
108
KONYA İLİ TATLI SU KAYNAKLARININ HİDROJEOKİMYASAL
İNCELEMESİ
Güler GÖÇMEZ , Bayram Kahveci , Nuri Güven
121
NEVŞEHİR (KOZAKLI) SICAK VE MİNERALLİ SULARININ KÖKENİNİN
İZOTOPLARLA İNCELENMESİ
Suzan PASVANOĞLU, Fatma GÜLTEKİN
133
HİDROLOJİDE İZOTOP TEKNİKLERİ UYGULAMALARINDA RADYASYON
GÜVENLİĞİ
Berna ATAKSOR, Cevdet ÖZÜAĞ, Eylem İ. KEKEÇ
151
ii
ZAMANTI REGÜLATÖRÜ VE DERİVASYON (GICIK) TÜNELİ YERALTISUYU
DURUMU VE İZOTOP HİDROLOJİSİ
Nurettin Pelen , Uğur Akdeniz, A. Uğur Süral, Nihal Başaran, Selami Türkileri
155
YERALTISUYU YAŞI NEDİR NASIL BELİRLENİR?
N. Nur ÖZYURT, C. Serdar BAYARI
165
YERALTISUYUNDA RADYOKARBON YAŞ TAYİNİ
C. Serdar BAYARI, N. Nur ÖZYURT
177
EDREMİT HAVZASI YERALTISULARININ İNCELENMESİ VE YÖNETİMİ
PROJE ÇALIŞMALARI
Zeynep AKTUNA, Tolga YALÇIN, Alime T. DİLAVER ,M. T. SAFA4, Cengiz
SAĞNAK5
191
KIRKGÖZE HAVZASI (YUKARI FIRAT, ERZURUM) YAĞIŞ - AKIŞ
DİNAMİĞİNİN KARARLI İZOTOPLAR KULLANILARAK İNCELENMESİ
Emrah PEKKAN, Serdar BAYARI, Aynur ŞENSOY, Arda ŞORMAN, Alparslan
ARIKAN
205
SALİHLİ (MANİSA) JEOTERMAL ALANLARININ HİDROJEOKİMYASAL
ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ
Tuğbanur ÖZEN, Gültekin TARCAN
215
BALIKESİR ILICABOĞAZI (KEPEKLER) KAPLICA SULARININ
İZOTOPLARLA (O-18,H2, ve H3 ) İNCELENMESI
Suzan PASVANOĞLU, İsmail ÖNEN, Serkan VURAL
229
İZOTOP ORANLAYICI KÜTLE SPEKTROMETRESİ (IRMS DUAL INLET)
KULLANILARAK SULARDA OKSİJEN-18 VE DÖTERYUM İZOTOPLARININ
BELİRLENMESİ
Hasan DENİZ, Nermin DOĞAN, Alime TEMEL DİLAVER
241
URGANLI (TURGUTLU) SICAK VE MİNERALLİ SULARININ İZOTOPLARLA
İNCELENMESİ
Serkan VURAL, Suzan PASVANOĞLU, Servet YILMAZER, Ali YAKABAĞ
255
KAYSERİ KENTİ İÇME SUYU HAVZASINDAKİ AKİFERLERİN
ÖZELLİKLERİNİN İZOTOP TEKNİKLERİ KULLANILARAK BELİRLENMESİ
Mustafa DEĞİRMENCİ, Mehmet EKMEKÇİ, Eyüp ATMACA, Ahmet ALTIN
271
TUZLUSU GİRİŞİMİ PROBLEMLERİNDE İZOTOP TEKNİKLERİNİN
KULLANILMASI
Mehmet Ekmekçi
285
BEŞİNCİ DÜNYA SU FORUMU“FARKLILIKLARIN SUDA YAKINLAŞMASI”
Hamza ÖZGÜLER
291
GÖKOVA (MUĞLA) KIYI KARST KAYNAKLARINDA DENİZ SUYU
KARIŞIMININ HİDROKİMYASAL VE DURAYLI ÇEVRESEL İZOTOP
YÖNTEMLERİYLE İNCELENMESİ
Mehmet EKMEKÇİ, Levent TEZCAN, Türker KURTTAŞ, Salim YÜZEREROĞLU,
Şükran AÇIKEL
295
iii
CONTENTS
ISOTOPIC PROPERTIES OF COLD WATER SOURCE IN SOUTH EAST OF
KAZDAĞLARI
Alper BABA, Ozan DENİZ , Deniz ŞANLIYÜKSEL
1
APPLICATION OF NUCLEAR TECHNIQUES IN HYDROLOGIC STUDIES
13
DETERMINATION OF GROUNWATER-SURFACE WATER RELATION IN
DEVELİ CLOSED BASIN BY USING ENVIRONMENTAL ISOTOPES
F.Ebru YILDIZ, Alime Temel DİLAVER, İbrahim GÜRER, Nail ÜNSAL, Serdar
BAYARI, Selami TÜRKİLERİ, Sedat ÇELENK
25
ENVIRONMENTAL ISOTOPIC INVESTIGATION OF TUNÇBILEK COAL MINE
AREA (TAVŞANLI-KÜTAHYA)
İ. Noyan GÜNER, Cahit ÖZGÜR, Barbaros ERDURAN, Dr. Nilgün DOĞDU, Levent
İLDEŞ, Tolga ÖZBİLGE, Osman GÖKMENOĞLU, H. İbrahim ERDOĞAN
37
THE USE OF STABLE ISOTOPE TO DERIVE UNIT HYDROGRAPH
Y.İnci TEKELİ
55
EVALUATION OF HYDROGEOCHEMICAL CHANGES OF GROUNWATERS IN
SOUTH ULUDAĞ
Füsun S. TUT HAKLIDIR
67
HYDROGEOCHEMICAL AND ISOTOPIC PROPERTIES OF HOT AND
MINERAL WATERS IN KONYA-CİHANBEYLİ
İsmail KARA, Mustafa DURDU, M. Fatih ÖZİÇLİ
77
PALEOWATERS IN THE DEEP AQUIFER SYSTEM OF KAZAN SODA-ASH
(TRONA) ORE FIELD AND LINKS TO PALEOCLIMATE
Şebnem ARSLAN, Hasan YAZICIGİL, Martin STUTE, Peter SCHLOSSER,
95
108
EVALUATION OF THE ORIGIN OF THE GEOTHERMAL WATERS AROUND
BEYPAZARI GRANITOIDS (AYAŞ-BEYPAZARI) BY HYDROCHEMISTRY AND
ENVIRONMENTAL ISOTOPES
Oktay ÇELMEN, Mehmet ÇELİK
HYDROGEOCHEMICAL INVESTIGATION OF FRESH WATERS IN KONYA
Güler GÖÇMEZ , Bayram Kahveci , Nuri Güven
121
EVALUATION OF ORIGIN OF THE NEVŞEHİR (KOZAKLI) THERMAL AND
MINERALIZED WATERS WITH ISOTOPES
Suzan PASVANOĞLU, Fatma GÜLTEKİN
133
RADIATION PROTECTION FOR ISOTOPE TECHNIQUE APPLICATIONS IN
HYDROLOGY
151
iv
GROUNDWATER DISCHARGE AND ISOTOPE HYDROLOGY OF ZAMANTI
DERIVATION TUNNEL
Nurettin Pelen , Uğur Akdeniz, A. Uğur Süral, Nihal Başaran, Selami Türkileri
155
WHAT IS THE GROUNDWATER AGE AND HOW IS IT DETERMINED?
N. Nur ÖZYURT, C. Serdar BAYARI
165
RADIOCARBON AGE-DATING OF GROUNDWATER
C. Serdar BAYARI, N. Nur ÖZYURT
177
GROUNDWATER INVESTIGATION AND MANAGEMENT PROJECT STUDIES
IN EDREMİT BASIN
191
Zeynep AKTUNA, Tolga YALÇIN, Alime T. DİLAVER ,M. T. SAFA4, Cengiz
SAĞNAK5
INVESTIGATION OF THE PRECIPITATION-DISCHARGE DYNAMICS OF
KIRKGOZE BASIN (UPPER EUPRATES, ERZURUM-TURKEY) BY USING
STABLE ISOTOPES
Emrah PEKKAN, Serdar BAYARI, Aynur ŞENSOY, Arda ŞORMAN, Alparslan
ARIKAN
205
HYDROGEOCHEMISTRY STUDIES OF THE SALİHLİ (MANİSA)
GEOTHERMAL FIELDS
215
EVALUATION OF THE BALIKESİR ILICABOĞAZI (KEPEKLER) SPA
WATERS WITH (O-18, H2 and H3 ) ISOTOPES
229
MEASURING OXYGEN-18 AND DEUTERIUM ISOTOPES IN WATERS BY
USING ISOTOPE RATIO MASS SPEKTROMETER DUAL INLET SYSTEM
Hasan DENİZ, Nermin DOĞAN, Alime TEMEL DİLAVER
241
ISOTOPIC EVALUATION OF THERMAL AND MINERALIZED WATERS OF
URGANLI(TURGUTLU) WITH ISOTOPS
Serkan VURAL, Suzan PASVANOĞLU, Servet YILMAZER, Ali YAKABAĞ
255
CHARACTERIZATION OF AQUIFERS OF KAYSERİ BASIN BY MEANS OF
ISOTOPE TECHNIQUES
Mustafa DEĞİRMENCİ, Mehmet EKMEKÇİ, Eyüp ATMACA, Ahmet ALTIN
271
USE OF ISOTOPE TECHNIQUES IN SEA WATER INTRUSION PROBLEMS
Mehmet EKMEKÇİ
285
5.th WORLD WATER FORUM
Hamza ÖZGÜLER
291
HYDROCHEMICAL AND ISOTOPIC ASSESMENT OF SEA WATER MIXING
IN GOKOVA (MUGLA) COASTAL KARSTIC SPRINGS
Mehmet EKMEKÇİ, Levent TEZCAN, Türker KURTTAŞ, Salim YÜZEREROĞLU,
Şükran AÇIKEL
295
v
KAYNAKLARININ İZOTOPİK ÖZELLİKLERİ
Doç.Dr.Alper BABA, Araş.Gör.Ozan DENİZ ve Araş.Gör.Deniz ŞANLIYÜKSEL
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi,
Jeoloji Mühendisliği Bölümü 17020-ÇANAKKALE
e-mail: [email protected]
Özet
Çevresel izotoplardan sudaki hidrojen ve oksijen izotopları, hidrolojik döngüde su ile birlikte
hareket ettiklerinden ve kimyasal süreçlerden çoğunlukla etkilenmediklerinden, ideal birer
izleyicidirler. Yeraltısuyunun kökeni, yaşı ve beslenme alanının belirlenmesi ile yüzey-yeraltısuyu
arasındaki ilişkiler gibi birçok hidrojeolojik problemin çözümünde izotoplardan yararlanılmaktadır.
Bu çalışma kapsamında yeraltısularının çevresel izotop içerikleri ve fiziksel özellikleri birlikte
değerlendirilerek Kazdağları kuzey doğusunda bulunan soğuk su kaynaklarının birbirleri ile
ilişkileri araştırılmıştır. Çevresel izotoplarla [trityum (T), oksijen–18 (18O), döteryum (D)] yapılan
analizler sonucu soğuk su kaynaklarının beslenme kotlarının ve yeraltında kalış sürelerinin farklı
olduğu ortaya konulmuştur.
Anahtar sözcükler: Çevresel izotoplar, Kazdağları, su kaynakları, yeraltısuyu
ISOTOPIC PROPERTIES OF COLD WATER SOURCE IN SOUTH EAST OF
KAZDAĞLARI
Abstract
Environmental isotopes such as hydrogen and oxygen in water is an ideal tracer because its move in
hydrological circle with water and generally not effected by chemical process. Isotopes uses for
determination of groundwater source age and recharge area. Also it can be used for determination of
many hydrogeological problems such as relation between surface and groundwater. In this study, it
was investigated the relationship among cold water resources in northeast of Kazdaglari using the
contents of environmental isotopes and physical properties of groundwater resources.
Environmental isotopes [Tritium (T), Oxygen 18 (18O), and Deuterium (D)] analysis results showed
that recharge codes of cold water resource and period of staying in underground were different.
.
Keywords: Environmental isotopes, Kazdağları, water resource, groundwater
1. Giriş
İnceleme alanı Kuzeybatı Anadolu’da yer alan Biga Yarımadası ve Edremit Körfezi ve ovası
arasında doğal bir sınır konumundaki Kazdağları’nı ve kuzeydoğusundaki alanı kapsar. Bu bölge
konumu, jeolojisi, morfolojik özellikleri, iklimi, bitki örtüsü ve biyolojik çeşitliliği ile tarih boyunca
ilgi odağı olmuştur. Tarih öncesi dönemlerden beri yerleşim yeri olarak kullanılması ve dünyaca
bilinen doğal güzelliğinin yanı sıra yeraltı ve yüzey su kaynaklarının zenginliği ile de ayrı bir
öneme sahiptir. En güzel tanımını Homeros’un İlyada’sında “Kaynağı bol İDA” olarak bulan
Kazdağları ülkemizin su zengini olan bir yöresidir (Yüzer, 2001; Baba, 2006), (Şekil 1).
1
2. Jeoloji
Kazdağları’nın çekirdeğinde ileri derecede metamorfik şist, gnays ve amfibolit türü kayaçlar ile
ofiyolit topluluğu kayaçları gözlenir. Metamorfik topluluğu kesen granitik plütonlar kontak
metamorfizma oluşturmuştur. Düşük dereceli metamorfizmaya uğramış Triyas yaşlı fillat-sleyt türü
iyi yapraklanmalı, ince taneli kayaçlar ofiyolit topluluğunu bir zarf halinde sararlar (Okay ve diğ.,
1990). İnceleme alanı çevresinde Kazdağı grubunun en üst birimini kumlu mermer, çört yumrulu
mermer ve dolomitik mermerlerden oluşur. Kazdağı grubu üzerine tektonik bir dokanakla Triyas
yaşlı metabazit, metatüf, rekristalize kireçtaşlarından oluşan Karakaya formasyonu (Bingöl ve
diğ.,1973) gelir.
Volkanik kayaçlar, Karakaya formasyonu birimlerini bazen keserek, bazen de örterek oldukça geniş
bir alana yayılmıştır. Volkanizmanın dayk ürünleri çoğunlukla andezit, seyrek olarak dasit, yüzey
ürünleri ise andezitik tüf, aglomera ve daha bazik lav akıntılarından meydana gelmiştir.
Volkanitlerin üst kesimlerinde ve yamaçlarda gri, kahverengi silisleşmiş volkanik seviyeler
gözlenmektedir. Silisleşmiş volkanitler genellikle bir şapka gibi volkanik kayaçların üzerinde yer
almaktadır. Tüf ve aglomeraların kısmen ya da tamamen silişleşmesi ile oluşmuşlardır. Yer yer
altere olmuş Çan volkanitleri ile iç içe olarak gözlenirler (Ercan ve diğ., 1995).
Bölgede nispeten dar bir alanda gözlenen Neojen yaşlı Çanakkale formasyonuna ait birimler
inceleme sahasının kuzeydoğusunda, Çan İlçesi ve çevresinde görülmektedir. Linyitli seviye içeren
bu formasyonda linyitli seviyenin alt kısmındaki taban konglomerasından itibaren üst aglomeralara
kadar genellikle ince kum, silt ve killi bir litoloji görülmektedir. Dere yataklarında gözlenen ve tüm
birimleri uyumsuzlukla örten Kuvaterner yaşlı alüvyon tüm zemin türlerinin gözlendiği kötü
boylanmış bileşenlerden oluşmuştur.
Şekil 1. İnceleme alanının konumu
2
3. Hidrojeoloji
Yılda ortalama 800–1000 mm yağış düşen, jeolojik birimler açısından çeşitlilik sergileyen ve
tektonizma etkisi ile kırıklı ve çatlaklı bir yapı kazanmış olan bölge yüzey suları bakımından zengin
olduğundan, birçok kesiminde yeraltısularının depolanması için uygun akiferler barındırmaktadır.
Bu alanda gözlenen Kazdağı grubuna ait metamorfik kayaçlar, Karakaya formasyonuna ait birimler,
volkanik kayaçlar, tortul kayaçlar ve alüvyonun hidrojeolojik özellikleri genel olarak aşağıda
verilmiştir.
Kazdağları’nda gözlenen etkili tektonizma sonucunda kıvrımlı ve kırıklı bir yapı kazanmış karstik
mermerlerde çok sayıda kaynak bulunmaktadır. Bu kaynakların debileri 1 l/sn ile 100 l/sn arasında
değişir. Erimeli-çatlaklı kayaç kaynakları olarak nitelendirilen bu kaynaklar özellikle inceleme
alanının güney ve güney doğu kesimlerinde topoğrafyanın yüksek olduğu Kazdağı (1774 m) ve
çevresinde görülmektedir.
Karakaya formasyonu kireçtaşları karstik boşluklu olup, düşük debili sular alınabilmektedir.
Formasyonun diğer birimlerinde ise kaynaklar sızıntılar şeklinde çok küçük debilidir (Q < 0.1 l/sn).
Genel olarak bloklu karstik kireçtaşları hariç diğer birimler akifer özelliği taşımamaktadır.
Silisleşmiş volkanitler çatlaklı akifer özelliği taşımaktadır. Bu birimdeki çatlakların eğimleri 70–
90 arasında değişmektedir. Çatlaklı akifer konumundaki bu birimlerin altında altere olmuş ve
geçirimsiz olan killer gözlenir. Bu birimler çatlaklı akiferlerin altında geçirimsiz bir bariyer görevi
yaparlar. Bölgedeki kaynakların çoğu çatlaklı akifer ile kil dokanağının bulunduğu alanda yüzeye
çıkar. Bu alandaki kaynakların debileri 0.01 ile 10 lt/sn arasında değişmektedir. Ancak Çan
volkanitleri içerisinde yer alan tüfler ve aglomeralarda fazla su alınamamaktadır. Çan Termik
Santrali’ne ait Çan volkanitlerinde açılmış 144 m derinliğindeki bir sondajdan 1 l/sn debide su
alınabilmiştir. Yine bu birim üzerinde Çan–Biga yolu üzerindeki bir mandıranın 104 metrelik
sondajından 1 lt/sn debide su alınmıştır. DSİ Genel Müdürlüğü tarafından Mallıköy Köyü’nün su
ihtiyacını karşılamak için açılan 120 metrelik kuyudan 7.75 l/sn’lik su alınabilmiştir.
Çanakkale formasyonuna ait tortullarda iletkenlik nispeten azdır. İnce taneli tortullardan oluşan
kesimlerinde bu formasyon akifer özelliği taşımamaktadır. Ancak daha gözenekli olan kumtaşı
düzeylerinde yer yer düşük debili sular alınabilir. Ancak bu formasyondaki kömür seviyesi geçirgen
özellikte değildir. Linyitli seviyenin üstündeki üst aglomera seviyesi gevşek bir çimento ile
bağlandığından dolayı bir miktar yeraltısuyu içermektedir. Kömürün faylı ve çatlaklı seviyeleri de
yer yer yeraltısuyu içermektedir.
Alüvyon verimli akifer özelliğini taşımaktadır. Çan Belediyesi’nin ve Çanakkale Seramik
fabrikalarının da şu anda kullandığı su alüvyon içerisinde açılmış bulunan sondajlardan
karşılanmaktadır. Bu sondajların derinliği 32–40 metre arasında olup debileri ise 8–40 lt/sn arasında
değişmektedir. Çan Ovası’nda tarla ve bahçe sulamak amacı ile açılan keson kuyuların derinliği 3–
12 metre arasında değişmekte olup bu kuyulardan farklı debilerde su alınabilmektedir. Alüvyon
akifer Kocaçay ve bağlantılı olan dereler tarafından beslenmektedir
4. İzotop Verilerinin Değerlendirilmesi
Kazdağları kuzey doğusunda bulunan soğuk su kaynaklarının hidrojeokimyasal özelliklerini
belirlemek amacıyla arazide fiziksel parametre ölçümleri yapılmış ve inceleme alanındaki su
kaynaklarının özelliklerini temsil edecek toplam 32 adet numune alınmıştır (Şekil 2). Su
örneklemesi Nisan ve Temmuz 2007 dönemlerinde yapılmıştır (Tablo 1 ve Tablo 2). Oksijen–18
3
(18O), Döteryum (2H) ve Trityum (3H) izotopları Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü Teknik
Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi İzotop Laboratuarları’nda yaptırılmıştır.
Suların yüzey sıcaklığı değerleri Nisan döneminde 9.6 ile 18.9 oC arasında, Temmuz döneminde
12.6 oC ile 28.5 oC arasında değişim göstermiştir. Sıcaklık değerlerindeki bu farklılık mevsimsel
değişimden kaynaklanmaktadır (Şekil 3). Suların pH değerleri genellikle asidik ve nötr karakter
sergilemekte ve mevsimsel olarak büyük farklılıklar gözlenmemektedir (Şekil 4). Keçiağılı
Köyü’ndeki 13 no’lu kaynak ve Söğütalan yolu üzerindeki 53 no’lu kaynağın elektriksel iletkenlik
(EC) değerleri diğer soğuk su kaynaklarının oldukça üzerindedir (Şekil 5).
Beslenme alanları aynı olan ya da aynı tür yağışlardan beslenen akifere ait örnekler oksijen-18döteryum grafiği üzerinde birbirine yakın konumda bulunurlar (Ünsal ve diğ., 1996). Nisan–2007
tarihli su örneklemesinde 13, 43, 50, 53, 55, 59, 69 no’lu örneklerin Dünya Meteorik Su Doğrusu
ile Eisenlohr (1997)’nin Armutlu Yarımadası civarında yaptığı çalışmada Marmara Bölgesi için
belirlediği meteorik su doğrusu olan Marmara Meteorik Su Doğrusu arasında yer aldıkları
gözlenmektedir (Şekil 6). Diğer su örnekleri Dünya Meteorik Su Doğrusu’nun sağ kısmında yer
almaktadır. Bu durum suların diğer örneklere göre daha çok yöredeki kayaçlar ile temas halinde
kaldıkları şeklinde açıklanabilir.
Şekil 2. Su örnekleme lokasyonları
4
30
25
Sıcaklık (oC)
20
15
10
Nis.07
5
Tem.07
0
8
13
18
19
23
28
34
43
50
53
55
56
57
59
61
66
67
68
69
70
84
Numune Adı
Şekil 3. Örnekleme dönemlerindeki sıcaklık değişimleri
Tablo 1. Su örneklerinin fiziksel parametre [T (oC), pH, EC (S/cm)] değerleri
Numunenin Adı
8
13
18
19
23
28
34
43
50
53
55
56
57
59
61
66
67
68
69
70
84
T (oC)
Nis.07 Tem.07
28.5
14.9
23.4
14.1
24.8
14
19.7
17.4
18.9
25.1
16.2
17
14.5
15.2
19.9
14.8
19
12.7
17
18.5
21.6
12.7
23
14.1
26.6
14.8
23.5
12.3
18.9
24.2
9.6
12.6
pH
Nis.07 Tem.07
7.12
4.43
3.97
7.79
8.09
7.09
7.72
7.21
7.26
5.7
8.05
7.21
7.09
3.32
3.31
7.13
7.2
5.77
4.29
6.07
3.91
6.96
7.47
7.81
7.95
6.18
6.84
6.69
7.72
7.78
8.7
4.1
5
EC (S/cm)
Nis.07 Tem.07
1065
2300
2780
649
628
876
709
767
655
602
690
688
870
834
813
1878
1820
154.6
116
197
315
614
683
483
499
560
520
682
286
296
215.5
105
10
9
8
pH
7
6
5
4
Nis.07
3
Tem.07
2
8
13
18
19
23
28
34
43
50
53
55
56
57
59
61
66
67
68
69
70
84
70
84
Num une Adı
Şekil 4. Örnekleme dönemlerindeki pH değişimleri
3000
2500
EC ( S/cm)
2000
1500
1000
500
Nis.07
Tem.07
0
8
13
18
19
23
28
34
43
50
53
55
56
57
59
61
66
67
68
69
Numune Adı
Şekil 5. Örnekleme dönemlerindeki elektriksel iletkenlik değişimleri
6
Tablo 2. Su örneklerinin izotop (18O, D, T) analiz sonuçları
Numunenin Adı
8
13
18
19
23
28
34
43
50
53
55
56
57
59
61
66
67
68
69
70
84
18 O
Nis.07
-7.29
-7.29
-7.84
-7.24
-7.16
-8.69
-7.36
-8.54
-9.03
-8.26
-7.63
-6.9
-6.1
-7.34
-7.57
-
Tem.07
-7.78
-7.43
-7.45
-7.91
-7.83
-8.31
-7.3
-7.46
-8.71
-9.27
-9.16
-8.67
-8.47
-7.69
-6.43
-7.63
-9.05
D
Nis.07
-49.1
-51.67
-55.37
-52.44
-51.75
-54.46
-49.34
-56.67
-58.88
-54.04
-54.63
-48.04
-42
-45.63
-55.52
-
T (TU)
Tem.07
-49.66
-47.05
-47.66
-49.07
-49.5
-50.88
-46.08
-47.3
-54.81
-59.77
-56
-53.13
-53.25
-51.21
-43.88
-47.04
-58.34
Nis.07
5.05
6.1
5.65
5.4
5.65
5.85
3
0.45
3.3
5.85
5.8
4.65
4.6
2.3
6.3
-
Tem.07
2.95
4.8
6.1
5.2
5.75
2.9
6.65
3.05
0.5
4.75
4
6.7
4.1
5.2
3.35
1.55
2.5
Şekil 6. Nisan–2007 dönemi örnekleme sonuçlarınca oluşturulan 18O-2H grafiği
7
Trityum (3H) hidrojen elementinin kısa-ömürlü radyoaktif izotopudur. Yarı ömrü 12,32 yıl olan ve
beta bozunması veren trityum, atmosferin üst tabakalarındaki azot atomlarıyla kozmik nötronların
etkileşmesinden doğal olarak oluştuğu gibi, termonükleer denemeler sonucunda da oluşmaktadır.
Radyoaktif olan trityum sürekli bozunmaya uğraması nedeniyle belirli bir bölgede yeraltısuyunu
besleyen yağışın trityum içeriğinin bilinmesi durumunda, yeraltısuyunun ağırlıklı ortalama yaşının
belirlenmesi ve/veya farklı yeraltısularının karışımına ilişkin öngörülerde bulunulması mümkün
olmaktadır (Tezcan, 1992). Nisan 2007 trityum izotopu analiz sonuçlarına göre 50, 53, 55 ve 69
no’lu örnekler diğer sulara oranla daha yaşlı ve daha derin dolaşımlıdır (Şekil 7).
Oksijen–18 (18O)-trityum ilişkisi, suların beslenme kotları ile akifer içersindeki kalış süreleri
arasındaki ilişkiyi yansıtmaktadır. 50, 53, 55 ve 69 no’lu örnekler diğer su örneklerine göre akifer
ile daha uzun süre temas eden, yaşlı sulardır (Şekil 8). Yaşlı sular beslenmenin zayıf, genç sular ise
güçlü olduğunun göstergesidir (Aksoy ve Filiz, 2001).
Hidrolojik şartlara bağlı olarak meteorik kökenli yeraltısuyu girdisi buharlaşmadan daha baskın
olduğundan Temmuz 2007 döneminde sular (61 ve 67 no’lu örnekler hariç) Dünya Meteorik Su
Doğrusu ile Marmara Meteorik Su Doğrusu arasında yer almaktadırlar (Şekil 9). Şekil 10 ve Şekil
11’e göre 8, 28, 50, 53, 69, 84 no’lu örnekler diğer su örneklerine göre daha yaşlı ve daha derin
dolaşıma sahiptir. 55 no’lu örneğin dönemsel olarak trityum değerlerinde artış gözlenmiştir.
İzotop hidrolojisi konusunda geçmişte yürütülen çalışmalar sonucunda oksijen–18 içeriğinin,
coğrafi konum, enlem vb. parametrelerin yanı sıra, esas olarak yükselti ile ters orantılı biçimde
azaldığı gösterilmiştir (Payne ve Dinçer, 1965). Her 100 m kot artışına karşılık 18O içeriğindeki
azalma ‰ 0.15 ile ‰ 0.50 arasındadır (Yurtsever ve Gat, 1981; Clark ve Fritz, 1997). Kot
yükseldikçe sıcaklığın ve buna bağlı olarak buharlaşmanın azalması, bu negatifleşme oranını
arttırmaktadır. Şekil 12’de yükseklik ile 18O değerleri arasında ters orantı gözlenmektedir. Azalan
δ18O’nin değerleri, yüksek kotlardan beslenmeyi ifade etmektedir.
13
18
7
19
6
23
34
T (TU)
5
43
4
50
53
3
55
2
59
61
1
66
0
68
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
D
0
69
70
Şekil 7. Nisan 2007 dönemine ait D-T (TU) grafiği
8
13
7
18
19
6
23
T (TU)
5
34
43
4
50
53
3
55
2
59
61
1
66
0
68
-10
-8
-6
-4
-2
0
18
 O
Şekil 8. Nisan 2007 dönemine ait 18O-T (TU) grafiği
Şekil 9. Temmuz 2007 dönemi örneklerine ait 18O-2H grafiği
9
69
70
8
8
13
7
18
19
23
6
28
T (TU)
5
34
50
4
53
55
3
56
2
57
59
1
61
0
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
67
69
0
D
84
Şekil 10. Temmuz 2007 dönemi örneklerine ait D-T (TU) grafiği
8
13
8
18
19
7
23
6
28
34
T (TU)
5
50
4
53
55
3
56
2
57
59
1
61
0
-10
-8
-6
-4
-2
0
18
 O
Şekil 11. Temmuz 2007 dönemi örneklerine ait 18O-T (TU) grafiği
10
67
69
84
0
-1
-2
-3
18
 O
-4
-5
-6
-7
y = -0.0025x - 7.0995
-8
-9
-10
0
100
200
300
400
500
600
700
Yükseklik (m)
Şekil 12. Ortalama 18O ile yükseklik (m) arasındaki ilişki
5- Sonuçlar
Suların sıcaklık değerleri mevsimsel olarak farklılık gösterirken, pH ve elektriksel iletkenlik
değerlerinde büyük farklılık gözlenmemiştir. İnceleme alanındaki tüm soğuk su kaynakları meteorik
kökenli yağışlarla beslenir. δ18O değerinde gözlenen sapmanın nedeni ise su kayaç etkileşimidir.
İzotop analizleri ile bölgede bulunan sular bölgesel yeraltısuyu sistemi de göz önüne alınarak sığ ve
derin dolaşım olarak ayırtlanmıştır. Sığ dolaşıma giren sular güncel sulardır. Buna göre 8, 28, 50,
53, 55, 69, 84 no’lu lokasyonlardaki sular derin dolaşıma giren sularıdır. Söğütalan yolu üzerindeki
53 no’lu kaynağı yüksek elektriksel iletkenlik (1820–1878 S/cm) değerleri ve düşük trityum
(0.45–0.5 TU) değerleri ile diğer soğuk su kaynaklarına göre daha yaşlı ve daha derin dolaşımlıdır.
Yükseklik arttıkça sıcaklığın ve buna bağlı olarak buharlaşmanın azalması nedeniyle sularda
genellikle yükseklik ile 18O değerleri arasında ters orantı gözlenmektedir.
Teşekkür
Bu calışma TÜBİTAK 106Y041 nolu proje kapsamında gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, katkılarından
dolayı TÜBA `ya da tessekkür ederiz.
Kaynaklar
Aksoy, N. ve Filiz, Ş., 2001. Balçova-Narlıdere Jeotermal Sahasının Çevresel İzotoplarla
İncelenmesi. 1. Çevre ve Jeoloji Sempozyumu. Yeraltısuları ve Çevre Sempozyumu, Bildiriler, say.
289–295, İzmir.
Baba, A., 2006. Kazdağları Soğuk ve Sıcak Su Kaynaklarının Hidrojeokimyasal Özellikleri.
Kazdağları 2. Ulusal Sempozyumu, say.48-50. Çanakkale.
Bingöl, E., Akyürek, B. ve Korkmazer, B., 1973. Biga Yarımadası’nın Jeolojisi ve Karakaya
Formasyonunun Bazı Özellikleri. Cumhuriyetin 50. Yılı Yerbilimleri Kongresi, Tebliğler, MTA,
say. 70–76, Ankara.
11
Clark, I.D. and Fritz, P., 1997. Environmental Isotopes in Hydrogeology. Lewis Publishers, New
York, 328p.
Eisenlohr, T., 1997. The Thermal Springs of The Armutlu Peninsula (NW Turkey) and Their
Relationship to Geology and Tectonics in Active tectonics of Northwestern Anatolia. The Marmara
Poly Project. Schindler C. and Pfister, M (eds.), vdf Hochschulverlag-AG an der ETH Zürich. p.
197–228.
Ercan, T., Satır, M., Steinitz, G., Dora, A., Sarıfakioğlu, E., Adis, C., Valter, H.J. ve Yıldırım, T.,
1995. Biga Yarımadası ile Gökçeada, Bozcaada ve Tavşan adalarındaki (KB Anadolu) Tersiyer
volkanizmasının özellikleri, MTA Dergisi, 117, 55-86.
Okay, A.İ., Siyako, M. ve Bürkan, K.A., 1990. Biga Yarımadası’nın Jeolojisi ve Tektonik Evrimi.
TPJD bülteni. Cilt:2/1, 83–121.
Payne, B. and Dinçer, T., 1965. Isotope Survey of Karst Region of Southern Turkey, Proc. of Sixth
Int. Conference of Radiocarbon and Tritium Dating, IAEA, Publ.
Tezcan, L., 1992, Karst Akifer Sistemlerinin Trityum İzotopu Yardımıyla Matematiksel
Modellemesi, Doktora tezi, H.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Beytepe, Ankara, 121 s.
Ünsal, N., Çelik, M. ve Afşin, M., 1996. Seyfe Kaynağı (Kırşehir) Dolayındaki Yeraltısularının
Kimyasal ve İzotopik Özellikleriyle Kökeninin Araştırılması. 30. Yıl Sempozyumu Bildirileri, say.
491–503, KTÜ-Trabzon.
Yurtsever, Y. and Gat, J.R., 1981. Stable Isotope Hydrology. Technical Report Series No:210,
IAEA, Vienna.
Yüzer, E., 2001. Kazdağları ve Su Kaynakları, Kazdağları 1.Ulusal Sempozyumu, say. 69-83.,
Edremit.
12
TARIMSAL HİDROLOJİ UYGULAMALARINDA NÜKLEER
TEKNİKLERİN KULLANIMI
E.Ü. Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü, 35100 Bornova, İzmir
[email protected]; [email protected]; [email protected]
ÖZET
Artan nüfus ve sanayi karşısında giderek kısıtlı hale gelen su kaynaklarının tarımda akılcı biçimde
kullanılması ve üretimde artış sağlanması amacıyla, uygulanan su miktarına karşılık alınan verimi
(su kullanım randımanını) artırmaya yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Kısıtlı su kaynakları ile
gerçekleştirilen sulama uygulamalarından yüksek sulama randımanlarının sağlanması, toprak nem
değişimi-su kullanım ölçümlerinin sağlam temellere dayalı bir yöntemle yapılmasına bağlıdır.
Tarımsal hidroloji çalışmalarında en çok kullanılan tekniklerden biri olan nötronmetre ile toprak
nemi çok duyarlı ve istenen sıklıkta ölçülebilmektedir. Nötronmetre ile belirli bir toprak derinliği
içinde tutulan su miktarı ölçülebilir; farklı zamanlarda nem ölçümleri yapılarak toprak nem değişimi
izlenebilir. Böylece zamana bağlı olarak toprakta tutulan su miktarında yağış veya sulama nedeniyle
meydana gelen artış, bitki su tüketimi (evapotranspirasyon) veya drenaj nedeniyle azalma miktarları
saptanabilir.
Nükleer teknikler hidroloji çalışmalarında sürdürülebilir bir çevre ve gıda güvenliği sağlamak
amacıyla toprak-su-bitki besin maddeleri yönetimi için uygun çözümler yaratmakta önemli rol
oynamaktadır. Bu çalışmada, toprak-su-bitki ilişkilerinin belirlenmesinde kullanılan nükleer
tekniklerden nötron ve nötron/gama metrelerin kullanım ilkeleri ve bazı uygulama örnekleri
sunulmuştur.
APPLICATION OF NUCLEAR TECHNIQUES IN HYDROLOGIC STUDIES
ABSTRACT
The increasing global demand for limited water resources calls for urgent measures to increase
water use efficiency in agriculture. In the application of irrigation water to agricultural crops,
determination of soil water content and movement by reliable and proper techniques is a
prerequisite for high water use efficiencies.
The determination of soil hydrodynamic characteristics, i.e. infiltration, drainage, hydraulic
conductivity in saturated and unsaturated soils, is one of the prime objectives of the studies in
agricultural hydrology. Nuclear techniques are also very important in water management for
sustainable environment and food security in the world.
Neutron gauges are particularly suitable for measurement of soil water under different conditions
since they can measure moisture changes repeatedly and precisely.
In this paper, the basic principles of neutron gauges and some examples of application on soilwater-crop management studies are presented.
13
1. GİRİŞ
Tarımsal hidroloji, bitkisel üretim yapılan alanlarda su kaynaklarının etkin yönetimini, ve çevre ve
gıda güvenliğini sağlamak amacıyla hidrolojik süreçleri inceleyen bir bilim dalıdır. Radyoaktif ve
kararlı izotopların kullanıldığı nükleer teknikler tarımsal hidroloji uygulamalarında verimliliğin
arttırılması, çevresel kirleticilerin tanınması, izlenmesi ve zararlarından korunma, ve kaynak
geliştirme çalışmalarında kullanılmaktadır. Tarımsal verimlilik için uygun bitki besin maddelerinin
ve bitki koruma önlemlerinin uygulanması yanında toprakta optimum düzeyde bir su dengesinin
sağlanması gerekir. Yeterli miktarlarda bitki besin maddesi bulunduran topraklarda bitkilerin
gelişmesi ve verim artışında en önemli etmen sudur. Toprakta suyun fazlalığı bitki gelişimi için
zararlı olmakta, yetersizliği ise verimde önemli azalmalara neden olmaktadır. Bu nedenle topraktaki
su miktarı ölçülerek izlenmelidir. Sulu tarımda toprağa verilecek su miktarı ile sulama zamanının
belirlenmesine dayanan uygun sulama programlarının uygulanması ve kuru tarımda ise toprakta
bulunan sudan en iyi şekilde yararlanılabilmesi, toprak suyunun sürekli olarak kontrol edilmesi ve
su miktarının doğru olarak belirlenmesi ile mümkündür.
Nükleer teknikler toprak nemi (18O, 2H, nötronmetre ile) ölçümü yanında tarımsal hidroloji ile
ilişkili diğer birçok alanda da kullanılmaktadır. Bu çalışmalar; gübre kullanım etkinliğinin
belirlenmesi (15N, 32P izotopları ile), biyolojik nitrojen fiksasyonu, bitki kalıntıları, fosfat kayaçları
gibi farklı kaynaklardan besin sağlanması, tarımsal kirleticilerin su kaynaklarına karışma yolları,
süreçlerinin belirlenmesi ve gerekli önlemlerin alınması (18O, 2H, 15N izotopları ile), pestisit
kalıntılarının analizi (14C izotopu ile), toprak erozyonunun belirlenmesi (137Cs, 210Pb, 7Be izotopları
ile), tuz ve kuraklığa dayanıklı bitkilerin seçilmesi (13C izotopu ile), bitki kalıntılarının toprak
stabilizasyonuna katılım etkisi ve verimliliğin arttırılması (13C ve 15N izotopları ile), iklim ve yağış
farklılık ve değişimlerinin belirlenmesi (18O ve 36Cl) ile ilgili çalışmalar olarak sıralanabilir (IAEA,
1976; Nguyen, 2006).
Tarımsal hidroloji çalışmaları kapsamında toprak-su-bitki ilişkilerinin belirlenmesinde yaygın
olarak kullanılan nükleer teknikler, nötron ve nötron/gama metrelerdir. Başlıca kullanım alanları
toprak su içeriğinin ölçülmesi, toprak-su karakteristik eğrilerinin çıkarılması, toprak hidrolik
iletkenliğin belirlenmesi, toprak su bütçesinin belirlenmesi, toprak su içeriğindeki mekansal
değişimlerin izlenmesi, toprak derinliği boyunca bitki köklerinin su alma durumunun incelenmesi,
sulama programlarının uygulanması ve kontrol edilmesi olarak sıralanabilir.
2. NÖTRON VE NÖTRON/GAMA METRENİN GENEL ÖZELLİKLERİ
Nötronmetre genel olarak hızlı nötron yayan radyoaktif kaynak, yavaş nötron detektörü ve
yavaşlamış nötronları sayan elektronik bir sayaçtan oluşmaktadır. Nötron kaynağı ve detektör tek
parça halindeki sonda içinde yeralmakta; toprak içerisinde ölçüm yapılacak derinliklere bir giriş
tüpü aracılığıyla iletilmektedir (Şekil 1). Nötron kaynağı olarak, alfa partikülleri yayıcı (örneğin
amerisyum ve radyum) ve ince berilyum tozları karışımı kullanılmaktadır. Alfa partikülleri
berilyumun atom çekirdekleri ile çarpıştığında yüksek enerjili hızlı nötronlar meydana gelir.
Ölçümler sırasında sonda, giriş tüpünde belirlenen derinliğe indirilir ve hızlı nötronlar toprak içinde
nötron kaynağı tarafından saçılırlar. Nötronlar, toprak suyundaki hidrojen atomları ile etkileşime
girer ve enerjilerini kaybederek yavaşlarlar. Yavaş nötron detektörü aracılığıyla belirlenen yavaş
nötron çarpmaları önce sonda içinde yükseltilir. Yükseltilmiş çarpmalar, elektronik sayıcı sisteme
gönderilir. Bir yavaş nötronun detektöre ulaşmasından gelen çarpma ile her bir sayım birbirine
eşittir ve mikro işlemciler ham sayım verilerini bir dakikadaki sayıma (cpm) veya bir saniyedeki
sayıma (cps) çevirirler. Sonda, giriş tüpü içerisine indirildiğinde, yavaş nötronların yaklaşık 30 cm
çaplı sabit küresel bir “bulutu” kaynak etrafında hızlıca gelişir. Bu yavaş nötron bulutu, “etki
küresi” olarak adlandırılır. Teorik çalışmalar, etki küresi çapının toprak su içeriğinin bir fonksiyonu
olduğunu göstermektedir. Saf su içerisinde etki küresinin çapı yaklaşık olarak 5-8 cm’dir. Çok kuru
topraklarda, bu değer 20 cm veya daha fazla olabilir. Bu nedenle, toprak nemi ölçümlerinde
14
sondanın yüzeyden itibaren yerleştirileceği ilk toprak derinliği, nötronların atmosfere kaçmalarını
önleyecek derinlikte olmalıdır.
Şekil 1. Çalışma durumunda nötronmetrenin görünüşü
Giriş tüpü materyali olarak alüminyum, nötronlar için geçirgen ve aşınmaya karşı dirençli
olduğundan çoğunlukla tercih edilmektedir. Çelik, demir, prinç, polietilen ve diğer plastikler gibi
materyallerin nötron etkileşimleri farklıdır. Çelik ve pirinç, demir ve bakır nötronların
absorbsiyonuna neden olduklarından, sonda hassasiyetini etkilemektedir. Polietilen ve diğer plastik
materyalden üretilen giriş tüpleri kullanıldığında, plastikteki hidrojen yüzünden sayım oranı artış
gösterir.
Toprak profili içinde istenilen derinlikte nem ölçümü için kullanılan nötronmetreden başka,
nötron/gama metreler toprak hacim ağırlığı ve su içeriğinin eş zamanlı ölçümüne olanak sağlarlar.
Nöron/gama metreler, yavaş nötron detektörlü (3He odası) hızlı bir nötron kaynağına (genellikle
241
Am + 9Be) ve Geiger-Mueller tipi detektörlü bir gama ışın kaynağına (genellikle 137Cs) sahiptir.
Derin ve yüzey sondaları bulunmaktadır. Yüzey sondada, nötron ve gama ışını kaynağı ile detektör
nötron/gama metre koruma kalkanı içinde sabittir. Derin sondalar, giriş tüpleri aracılığıyla toprak alt
katmanlarında ölçüm sağlarken, yüzey sondalar yüzey katmanının (0-15 cm) ortalama su içeriğini
ve sonda modeline bağlı olarak 2,5-30 cm kalınlıktaki değişik katmanların hacim ağırlığını ölçmek
için kullanılmaktadır. Hacim ağırlığı ölçümleri ile ilgili olarak, yüzey sondaları gama ışınlarının
geri saçılması ve zayıflaması ilkesine dayanırken, derin sondalar sadece gama ışınımının geri
saçılmasına dayanırlar (IAEA, 1983; IAEA, 2002).
Nötron/gama metre yüzey sondalarında gama ışını kaynağı Şekil 2a ve 2b’deki gibi iki çalışma
pozisyonunda kullanılmaktadır. Şekil 2a’da toprak yüzey katmanında sadece nötron ve gama ışını
geri saçılması ile nem ve hacim ağırlık ölçümü; Şekil 2b’de toprak yüzey katmanı için (0-15 cm)
nem ölçümü ve 0-30 cm toprak katmanında belirli bir derinlikte gama ışını geri saçılma ve
zayıflama ile hacim ağırlık ölçümü görülmektedir.
15
2a
2b
Şekil 2a. Toprak yüzey katmanında nem ve hacim ağırlık ölçümü
Şekil 2b. Toprak yüzey katmanı için nem ve belirli bir derinlik için hacim ağırlık ölçümü.
3. NÖTRON VE NÖTRON/GAMA METRELERİN KULLANIM ALANLARI
3.1. Toprak Su İçeriğinin ve Hacim Ağırlığının Ölçülmesi
Nötronmetreler ile topraktaki su miktarının güvenilir bir şekilde belirlenmesi, her şeyden önce, söz
konusu toprak için nötronmetrenin kalibre edilmesine bağlıdır. Kalibrasyon yöntemlerinden
özellikle tarla kalibrasyon yöntemi (yerinde kalibrasyon) kullanılmaktadır. Yerinde kalibrasyonda,
tarlada seçilen bir noktaya giriş tüpü çakılarak belirlenen derinliklerden hem nötronmetre sayım
değeri okunur hem de nötronmetrenin etki küresi içinden toprak örnekleri alınarak gravimetrik
yöntemle nem içeriği belirlenir (Ul, 1994).
Nötronmetre kalibrasyonu, nötronmetre sayımı (cpm) ile toprak su içeriği (θ) arasındaki ilişkinin
belirlenmesidir (Şekil 3). Ölçüm noktalarında mümkün olan en iyi veri seti elde edilerek (cpm, θ),
kalibrasyon eğrileri oluşturulur. Sondayı etkileyen sıcaklık ve diğer faktörlerden meydana gelen
elektronik sürüklenme etkisinden kaçınmak için, doğrudan toprakta ölçülen sayım değeri (cpm)
yerine sayım oranı (CR) kullanılır;
CR 
topraktaki sayım değeri
standart sayım değeri
(1)
Standart sayım değeri, hava-nötronmetre koruma kalkanı- içinde ya da su gibi standart materyalde
ölçülen sayım değeridir, (cpm).
Toprak nemi ile sayım oranı (CR) genellikle doğrusal ilişkilidir;
θ = a+b(CR)
(2)
θ, toprak nem içeriği (cm3.cm-3); a, CR sıfıra eşit iken θ değeri; b, kalibrasyon doğrusunun eğimidir.
Eşitlikte a ve b sabiteleri doğrusal regresyon analizi ile saptanmaktadır (IAEA, 1976; IAEA, 2002).
Nötron/gama metreler ile toprak su içeriği ölçümü ve kalibrasyonu nötronmetre ile aynıdır. Ancak,
yüzey sonda ile nötron kaynağı ve detektör cihaz üzerinde sabit olduğundan alt toprak
katmanlarında ölçüm yapılamaz. Hacim ağırlık ölçümü için kalibrasyonun karmaşıklığı nedeniyle,
çoğu nötron/gama metreler, işlemcilerinde depolanmış fabrika ayarlarına sahiptir. Kalibrasyon
farklı yoğunluklardaki özel materyallerin standartlaştırılmış bloklarının kullanımını gerektirir ve
matematiksel model parametrelerinin elde edilmesi zordur. Fabrika kalibrasyonları uzman kişiler
tarafından değiştirilebilir veya kullanıcı tarafından tekrar hesaplanabilir. Böyle bir kalibrasyon için,
16
en az üç farklı (düşük, orta, yüksek) yoğunluktaki ve iki farklı (düşük ve yüksek) eşdeğer su
içeriğine sahip bloklara gereksinim duyulmaktadır.
CR
1,51
1,51
1,47
1,37
1,29
1,26
1,22
1,19
1,11
1,08
0,95
 (Hacim %)
30,73
32,87
28,49
28,03
24,84
23,63
23,01
21,22
17,78
17,57
17,38
Şekil 3. 30-60 cm toprak derinliği için nötronmetre kalibrasyon eğrisi (Can, 2007).
Şekil 4. Hacim ağırlığı ölçümlerinden elde edilen kalibrasyon eğrileri (IAEA, 2002).
Şekil 2a’daki gibi gama kaynağının yüzeyde olduğu durumda, ortamın hacim ağırlığı (d’b) ve geri
saçılan ışınların sayım oranı (CR) arasındaki ilişki aşağıdaki modele göre oluşur.
 A 
d b  B ln 

 CR  C 
(3)
A, B ve C, yoğunluğu bilinen materyaller kullanılarak deneysel olarak belirlenen parametrelerdir.
Sayım oranı toprakta geri dönen ışınların sayım değerinin, standart yoğunluk sayım değerine
oranıdır. Toprak ortamı nemli ise geri saçılan gama ışınlarının bir kısmı sudan kaynaklanmaktadır.
Kuru toprak hacim ağırlığı db (g.cm-3), nemli toprak hacim ağırlığı ve toprak nem içeriğinden
saptanır; db = db - w. Burada, suyun özgül ağırlığı w = 1 g.cm-3 alınarak kuru toprak için hacim
ağırlık db = db -  olarak belirlenir.
Hacim ağırlık Şekil 2b’deki gibi ölçüldüğünde ise detektör hem belli bir toprak kalınlığını geçerek
zayıflayan hem de geri saçılan gama ışınları saymaktadır. Bu nedenle, toprak hacim ağırlığı BeerLambert zayıflama yasasına göre saptanmaktadır.
I  I 0 exp[ ( w    s d b )X]
(4)
17
I, X kalınlığındaki toprak örneğinden geçerek birim zamanda detektöre ulaşan ışınların sayısı; I0,
kaynak ve detektör arasındaki aynı X mesafesi için toprağın bulunmadığı koşulda birim zamanda
detektöre ulaşan ışınların sayısı; w ve s, sırasıyla su ve toprak ortamında gama ışınları zayıflama
katsayısı; db, toprak hacim ağırlığı; , toprak nem içeriğidir (cm3.cm-3) (Şekil 4).
3.2. Toprak-Su Karakteristik Eğrilerinin Çıkarılması
Toprak-su karakteristik eğrileri, aynı zaman ve derinlikte nötronmetre ile belirlenen toprak su
içeriği ve tansiyometre ile okunan matrik potansiyel (toprak su potansiyeli) değerlerinin
kombinasyonu ile oluşturulurlar (Şekil 5). Tansiyometreler, giriş tüplerine yakın ancak sondanın
etki küresinin biraz dışarısında kurulmalıdır. Eğer giriş tüpüne çok yakın kurulursa, tansiyometre
kabı içerisindeki su, sondanın işlevini önemli oranda engeller. Bunun için 20-30 cm’lik bir mesafe
yeterlidir (IAEA, 2002).
Şekil 5. Nötronmetreler ve tansiyometreler ile elde edilen ortalama bir toprak-su karakteristik eğrisi
(IAEA, 2002).
3.3. Toprak Hidrolik İletkenliğinin Belirlenmesi
Toprak hidrolik iletkenliği (K), toprağın suyu iletme yeteneğini gösteren bir parametredir. K,
toprağın su içeriğine (θ) bağlı olduğundan, her toprak için ayrı K(θ) fonksiyonu tanımlanır. K(θ)
fonksiyonunu deneysel olarak belirlemek için, nötronmetre giriş tüpleri ve tansiyometreler, tarla
deneme parselinde (9m2 - 100m2<) istenen derinliklere yerleştirilirler. İnfiltrasyon değeri yaklaşık
olarak kararlı bir değere ulaşıncaya kadar deneme parselinde su, toprak yüzeyinde sürekli olarak
göllendirilir. Bu durum, profil içinde her bir derinlik için zamana göre sabit olan ve maksimum
toprak nem içeriğine karşılık gelen nötronmetre okumaları ile tespit edilir. Saptanan infiltrasyon
kararlı değeri, infiltrasyon süresince üst toprak katmanının nem içeriğine (θ0) karşılık gelen, yani
doygun durumdaki toprakta hidrolik iletkenlik (K0) olarak kabul edilir. K(θ)’nın en yaygın
kullanılan fonksiyonu;
K()  K 0 exp[ (   0 )]
(5)
Burada; γ, toprakta bitki kökleri ve buharlaşmanın olmadığı koşulda infiltrasyondan sonra, suyun
yeni bir dağılım göstermesi ve drenaj sırasında alınan ölçümlerden belirlenir (cm.cm-3).
İnfiltrasyondan sonra, su uygulaması kesilerek buharlaşmayı önlemek için toprak yüzeyi plastik
örtüyle kaplanır. Toprak profilinde, belirlenen derinliklerde (z= 15, 45, 75, 105 cm), belli zaman
aralıklarıyla (t= 0 parselde suyun infiltre olduğu-göllenmediği zaman, 1gün, 3gün, 7 gün, 15gün
gibi) nötronmetre ve tansiyometreler ile sırasıyla toprak su içeriği (z, t) ve matrik potansiyeli (z, t)
ölçülür. İnfiltrasyonun sabit seviyede olduğu anda mm.gün-1 olarak belirlenen doygun hidrolik
iletkenlik (K0) değeri ve z,t ile z,t ölçümlerinden K(θ)’nın hesaplanmasında yaralanılmaktadır.
18
IAEA (2002)’ye göre, K(θ)’nın hesaplanması için, Richards ve ark. (1956), Libardi ve ark. (1980)
ve Sisson ve ark. (1980) tarafından belirtilen yöntemler yaygın olarak kullanılmaktadır.
Richards ve ark. (1956) tarafından ileri sürülen drenaj-akış yöntemi daha da geliştirilmiştir ve
günümüzde anlık-profil yöntemi olarak tanınmaktadır. Yöntem, drenajı iyi topraklarda hidrolik
iletkenliğin belirlenmesi için kullanılmaktadır. Bu yöntem, Darcy yasasına göre
evapotranspirasyonun olmadığı koşullarda 0 = z = L için bir toprak profilinde depolanan sudaki
azalma oranı, L (0-30, 0-60, 0-90, 0-120 cm) toprak derinliğindeki toprak suyunun akışına (qL)
eşittir varsayımına dayanmaktadır.
  
q L  K(L)  T 
 z  L
(6)
Toprakta depolanan su içeriğindeki değişim;
L (z, t )
S(L, t )  L
  (z, t )  dz 
 dz
0
t
t 0
t
(7)
Eşitlik (6) ve (7)’dan yararlanarak Richards yöntemi varsayımına göre hidrolik iletkenlik eşitliği;
K(L) 

L
0
(z, t )
S(L, t )
dz
t
t

T
T
z
z
(8)
Eşitlikte, Kθ(L), hidrolik iletkenlik (mm.gün-1); S(L,t)/t, toprakta depolanan su miktarındaki
değişim (mm.gün-1); T/z, hidrolik eğim (cm.cm-1)’dir.
Libardi ve ark. (1980) yöntemi, ek olarak toplam su potansiyeli eğiminin, ‘bir’ değerinden farklı
olmayacağı hipotezine dayanır: ψ T /z  1 . Bu nedenle, tansiyometre verilerine gereksinim
olmayacağından eşitlik (8) ile verilen hidrolik iletkenlik eşitliği basit hale gelir. Basitleştirilmiş
eşitlik (8) ve eşitlik (5) birleştirildiğinde;
1
1  γK 
θ θ 0   lnt   0 
γ
γ L 
(9)
Eşitlik (5)’deki K0 ve γ parametreleri, L toprak derinliği için oluşturulan lnt’ye karşılık (θ-θ0)
değerleri grafiklerinden hesaplanan doğrusal regresyon eşitliklerinden belirlenir. Regresyon eşitliği
parametrelerinin eşitlik (9)’da karşılıkları, b= γ-1 ve a= γ-1.ln(γ K0L-1)’ dir.
Sisson ve ark. (1980) yönteminde de, toplam toprak su potansiyeli eğiminin 1’den farklı olmayacağı
varsayımı nedeniyle, tansiyometre verileri gereksizdir. Eşitlik (5)’deki K0 ve γ değerleri, herhangi
bir L toprak derinliği için (θ-θ0)’a karşı ln(zt-1) grafiğinden elde edilir. Buna göre,
ln(zt 1 )  ln(γn 0 )  γ(θ  θ 0 )
(10)
Yapılan çalışmalarda, hidrolik eğim değeri için benzer hipotezi kullanan Libardi ve ark. (1980) ve
Sisson ve ark. (1980) yöntemleri ile benzer K0 ve γ tahminleri yapılırken, hidrolik eğimi toprak su
potansiyeli ölçümlerinden hesaplayan Richards yöntemiyle farklı tahminler elde edildiği
belirtilmektedir (IAEA, 1983; IAEA, 2002).
19
3.4. Su Bütçesi Çalışmaları
Su bütçesi, belirli bir toprak katmanı için ∆t zaman aralığı boyunca bir agro-ekosistemde kazanılan
veya kaybedilen suyun hesaplanmasıdır. Zaman aralığı [∆t: (tson-tilk)] ve toprak katmanının
kalınlığı-derinliği, L, (z toprak derinliğinde ölçüm yapılır) araştırmanın hedeflerine bağlıdır. ∆t için
günlük, haftalık, aylık, yıllık v.b. değerler kullanılmaktadır. L’nin değeri, bitki köklerinin
bulunduğu, genellikle kök sisteminin % 95-100’ünü içeren derinlik ile sınırlıdır. Belirlenen bir
bölge için, su bütçesi aşağıdaki eşitlikle verilmekte ve Şekil 6’da olduğu gibi gösterilmektedir.
P + I – ET – RO – QL = ∆SL
(11)
P, ∆t zamanı boyunca düşen yağış; I, ∆t zamanı boyunca yapılan sulama; ET, ∆t zamanı boyunca
gerçekleşen evapotranspirasyon; RO, ∆t zamanı boyunca akışa geçen su; Q L, ∆t zamanı boyunca L
derinliğindeki topraktan drene olan su; ∆SL, ∆t zamanı boyunca (0, L) toprak katmanında depolanan
su miktarında meydana gelen değişimdir. Değerlerin tümünde su miktarı derinlik (mm) cinsinden
tanımlanmaktadır. ∆SL>0, dengenin pozitif olduğunu ve toprak profilinde (0, L) depolanan suyun
arttığını; ∆SL<0 ise, negatif dengeyi ve buna bağlı olarak suyun azaldığını göstermektedir.
Normalde eşitliğin bileşenleri pozitif veya 0 değerini alırlar. Eğer su toprak yüzeyinden yüzey akış
nedeniyle uzaklaşıyorsa RO değeri negatiftir; QL değeri taban suyundan yukarı doğru su hareketi
varsa negatif, toprak profilinden drenaj söz konusu ise pozitiftir.
Şekil 6. Su bütçesi bileşenleri.
Su bütçesi bileşenlerinin ölçümü oldukça güçtür. Yağış (P, mm.gün-1), çeşitli ölçme aletleri
aracılığıyla ölçülerek ∆t zaman aralığı içinde düşen toplam yağış (mm) saptanır. Sulama ile
uygulanan su miktarının ölçülmesi (I) başlı başına güç bir konudur. I’nın belirlenmesi için
yağmurlama sulama yönteminde yağmurlama başlıklarından kaynaklanan su dağılımındaki
farklılıkların belirlenmesi gerekir; karık ve diğer yüzey sulama yöntemlerinde uygulanan toplam su
hacminin sulanan alana bölünerek basit olarak tahmin yoluna gidilirse, suyun mekansal dağılım
farklılığı dikkate alınmamış olur. Evapotranspirasyon (ET), su bütçesi eşitliğinde bir bilinmeyen
olarak ele alınır ve diğer bileşenlerden yararlanılarak hesaplanabilir. Ya da ET, Thornwaite, BlaneyCriddle ve Penman yöntemleri kullanılarak, atmosferik verilere dayanan teorik ve/veya deneysel
eşitliklerden tahmin edilebilir. ET, lizimetreler ile de tahmin edilebilir (FAO, 1992). Akışa geçen
suyun (RO) ölçülmesi zordur. Yaygın olarak, çeşitli toprak tipleri ve eğimlerinin standartlaştırılmış
parsellerinden alınan ölçümlerden tahmin edilir. Standartlaştırılmış parsellerden sağlanan
bilgilerden su bütçesi çalışmalarının yürütüldüğü diğer noktalar için tahminleme yapılır. Tarla veya
havzada belirli bir noktada, L derinliğindeki toprak profili altına drene olan su miktarı (QL),
genellikle (ti+1 – ti) zaman aralığı için aşağıdaki eşitlik yardımıyla belirlenmektedir.
i 1
Q L   q L.dt
(12)
i
20
qL; Darcy eşitliği [eşitlik (6)] ile verilen L derinliğinde drene olan sudur.
Toprakta depolanan su miktarındaki (∆SL) değişimin belirlenebilmesi için, öncelikle t zamanında ve
z1 ve z2 toprak derinlikleri arasında depolanan su miktarı (S) hesaplanır;
Z2
S Z2  Z1 ( t )   (z, t )dz
(13)
Z1
θ; eşitlik (2) ile belirlenen toprak su içeriğidir (cm3.cm-3) ve z; yüzeyden olan düşey konum
koordinatıdır (cm) (IAEA,2002).
Nötronmetre, su bütçesi çalışmaları için oldukça uygundur. Toprak profili içinde çeşitli
derinliklerde depolanan su miktarının (SL) ve değişiminin (∆SL) hesaplanmasını kolaylaştırırlar.
Toprağa zarar vermeden, belirlenen ölçüm noktasında çok sayıda ölçüm yapılabilir (IAEA, 1973;
IAEA, 1976; IAEA, 1983; Anaç ve ark., 1999).
Can (2007) tarafından yapılan bir çalışma sonuçlarından yararlanılarak bitki su tüketimi ve toprak
nem değişimine ilişin bir örnek Tablo 1’de sunulmuştur.
Tablo 1. Nötronmetre ile bitki su tüketimi ve toprak nem değişiminin belirlenmesi.
Derinlikler ve
Kalibrasyon Eğrileri
(0-30 cm)
y = 24,272x -11,782
R2** = 0,9655
(30-60 cm)
y = 28,565x -12,111
R2** = 0,9413
(60-90 cm)
y = 15,784x -1,8292
R2** = 0,8942
(90-120 cm)
y = 20,929x -5,8308
R2** = 0,9484
0-120 cm için toplam
05.07.2005
Sulama Sonrası
CR = 1,49
θ (%) = 24,44
73,3 mm
CR = 1,48
θ (%) = 30,17
90,5 mm
CR = 1,05
θ (%) = 18,52
55,5 mm
CR = 1,16
θ (%) = 18,52
55,5 mm
274,8 mm
07.07.2005
Sulama Öncesi
CR = 1,42
θ (%) = 22,73
68,1 mm
CR = 1,41
θ (%) = 28,17
84,5 mm
CR = 1,00
θ (%) = 17,67
53,0 mm
CR = 1,12
θ (%) = 17,78
53,3 mm
258,9 mm
ET (mm/3 gün)
5,2
6,0
2,5
2,2
15,9 mm/3 gün
Çalışmada, 4.7.2005 tarihinde damla sulama sistemiyle 15,96 mm sulama suyu uygulanmıştır.
Toprak nemi sulama sonrasında ve bir sonraki sulamadan hemen önce belirlenmiştir. Bu iki okuma
arasında 0,3 mm yağış düştüğü, yüzey akış ve derine sızım yoluyla kayıpların meydana gelmediği
bilinmektedir. Bitki su tüketimi (Eşitlik 13) ve toprak nem içeriğindeki değişimi (Eşitlik 11), 0-120
cm toprak derinliği için hesapladığımızda;
ET = 274,8 - 258,9 = 15,9 mm/3 gün
∆SL = 0,3 + 15,96 – 15,9 – 0
∆SL = 0,36 mm olarak bulunur.
3.5. Toprak Su İçeriğinin Mekansal Değişkenliğinin Belirlenmesi
Tarla veya havza bazında su içeriğinin dağılımı ve mekansal değişkenliğinin analizinde
nötronmetreler oldukça uygundur. Yüksek sayıda örnekleme noktası kullanarak ve bölgesel
değişkenler teorisi ile mekansal ve zamansal varyans analizleri yaparak, toprak suyunun hareketiyle
ilgili süreçlerin daha iyi anlaşılması sağlanabilir. Nötronmetre ölçümleri, belirli büyüklükte arazi
21
parçaları (grid) içinde eşit veya tesadüfi olarak belirlenen aralıklardaki örnekleme noktalarında
yapılabilir (Şekil 7) (IAEA, 2002).
Şekil 7. Üç farklı tarihte 125 m mesafede 5’er m arayla ölçülen toprak su içeriği.
3.6. Bitki Köklerince Su Alımının Belirlenmesi
Nötronmetreler ile bitki köklerinin topraktan su alma deseni duyarlı olarak belirlenebilmektedir.
Şekil 8 ve 9’da, bir kauçuk ağacı kök sistemi tarafından alınan suyun saptanması için Mendes ve
ark. (1992) tarafından yapılan çalışmadan elde edilen sonuçlar görülmektedir (IAEA, 2002). Farklı
noktalardaki nötronmetre ve tansiyometre ölçümleriyle sırasıyla, toprak su içeriği (θ) ve toplam su
potansiyeli (ψT) belirlenmiştir. θ ve ψT eşdeğer eğrileri oluşturularak toprak su durumu
haritalanmıştır. Toplam su potansiyeline dik olan su akım çizgilerinden, su akışının toplam su
potansiyelinin azalan değerlerine doğru olduğu gözlenmektedir. Bu tür akışların ölçümü güç
olmakla birlikte, ağaç kökleri ile su alımının karakteristiği ve sezonluk değişiminin izlenmesi bu tip
haritalama yöntemleri ile sağlanmaktadır (IAEA, 2002).
Şekil 8. Kauçuk ağacı kök bölgesi toprak su içeriği eşdeğer eğrileri.
Şekil 9. Kauçuk ağacı kök bölgesi toplam toprak su potansiyeli eşdeğer eğrileri ve
akım yönü çizgileri.
22
4. SONUÇ
Tarımsal hidroloji çalışmalarında toprak-su-bitki ilişkilerinin belirlenmesine yönelik olarak en çok
kullanılan nükleer teknik nötronmetredir. Diğer toprak nemi ölçüm tekniklerine kıyasla nötronmetre
ile toprak nemi belirlemenin sağladığı temel avantaj, daha geniş bir toprak hacmi içindeki nemin
belirli ve sabit bir ölçüm noktasında toprak yapısı bozulmadan istenen sıklıkta ve hızlı olarak
ölçülebilmesidir. Toprak örnekleri alınarak nem belirlemesi yapıldığında toprak örneklerinin nem
içeriğinde mekansal farklılıklardan kaynaklanan ölçüm hataları, nötronmetre ile büyük oranda
azaltılmaktadır. Ayrıca, yöntem tuzluluğa duyarlı olmadığı için gübre uygulamaları ve tuzluluk
farklılıklarından kaynaklanan ölçüm hatası söz konusu olmamaktadır (IAEA, 1975).
Nötronmetre ile toprak su içeriği ölçülerek; belirli bir toprak derinliğinde depolanan su miktarı
tahmin edilmekte ve derine sızım miktarına ilişkin çıkarımlarda bulunulabilmektedir. Periyodik
toprak nem ölçümlerinden yaralanarak toprak-su karakteristik eğrileri, toprak hidrolik iletkenliği,
toprak su bütçesi belirlenmektedir. Bunlara ek olarak, nötronmetre toprak su içeriğindeki mekansal
değişimlerin, toprak derinliği boyunca bitki köklerinin su alma durumunun izlenmesi, sulama
programlarının uygulanması ve kontrol edilmesi, sulama yöntemiyle elde edilen sulama randımanın
ve su dağıtım yeknesaklığının saptanması çalışmalarında da kullanılmaktadır.
Su kaynaklarının kısıtlılığı, tarımsal sulama uygulamalarında sudan en etkin biçimde yararlanmayı
ve kullanılan birim su miktarına karşılık elde edilen verimde artış sağlanmasını zorunlu kılmaktadır.
Bu amaçla yürütülen tarımsal sulama çalışmalarında kullanılan nükleer teknikler, su tüketimi, su
kullanım randımanı, verim tepki faktörü, gübre kullanım etkinliği gibi parametrelerin ve su bütçesi
hesaplamalarının daha kısa süre ve az işgücü ile duyarlı olarak belirlenmesine olanak sağlamaktadır
(Anaç ve ark., 1999; Anaç ve Kukul, 2005).
5. KAYNAKLAR
Anaç, S., M.A. Ul, İ.H. Tüzel, D. Anaç, B. Okur, H. Hakerlerler, 1999. Optimum Irrigation
Schedules for Cotton under Deficit Irrigation Conditions. In: Crop Yield Response to Deficit
Irrigation. Kluwer Academic Publ., Developments in Plant and Soil Sciences, V. 84.
Anaç, S., Kukul, Y.S., 2005. Su ve Gübre Kullanım Etkinliği Çalışmalarında Nükleer Tekniklerin
Uygulanması. II. Ulusal Hidrolojide İzotop Teknikleri Sempozyumu Bildiriler Kitabı. Devlet Su
İşleri Genel Müdürlüğü, Ankara, s 25-30.
Can, O., 2007. Tuzlu Koşullarda Satsuma Mandarini Bitki Su Tüketiminin Belirlenmesi Üzerine
Bir Araştırma. Yüksek Lisans Tezi, E.Ü. Fen Bilimleri Enst., Bornova-İzmir. 80 s.
IAEA, 1973. Soil-Moisture and Irrigaiton Studies II. Proc. of a Panel on the Use of Nuclear
Techniques in the Soil Physics and Irrigation Studies International Atomic Energy Agency, Vienna.
189 p.
IAEA, 1975. Radiation Techniques for Water-Use Efficiency Studies. Technical Report Series No.
168, International Atomic Energy Agency, Vienna. 127 p.
IAEA, 1976. Tracer Manual on Crops and Soils. Technical Report Series No. 171, International
Atomic Energy Agency, Vienna. 277 p.
IAEA, 1983. Isotope and Radiation Techniques in Soil Physics and Irrigaiton Studies. Proc. of Int.
Sym. on Isotope and Radiation Techniques in Soil Physics and Irrigation Studies. International
Atomic Energy Agency, Vienna. 597 p.
IAEA, 2002. Neutron and Gamma Probes: Their Use in Agronomy. Training Course Series No. 16,
International Atomic Energy Agency, Vienna. 73 p.
Nguyen, L., 2006. Integrated Soil-Water-Plant-Nutrient Management. Presentation Notes,
Workshop on The Use of Nuclear and Related Techniques in Soil-Plant-Water Relations, 27-30
November, 2006, Ankara-Turkey.
Ul, M.A., 1994. Nötronmetreler ve Sulama Uygulamalarında Kullanım Olanakları. Ege Üniversitesi
Ziraat Fakültesi Dergisi, Cilt 31, No: 1, s. 143-150.
23
DEVELİ KAPALI HAVZASI’NDA YERALTI SUYU VE YÜZEY SUYU
İLİŞKİSİNİN DOĞAL İZOTOPLARLA BELİRLENMESİ(*)2
F.Ebru YILDIZ1, Alime Temel DİLAVER2, İbrahim GÜRER3, Nail ÜNSAL4, Serdar BAYARI5,
Selami TÜRKİLERİ6, Sedat ÇELENK7
1
Dr.İnş.Y.Müh. İller Bankası Gn.Md.Etüd Plan ve Yol Dai.Bşk., [email protected]
2
Fiz.Y.Müh.,Şube Müd. DSİ TAKK Dairesi, [email protected]
3
Prof.Dr.Gazi Üniversitesi Müh.Mim.Fak.İnş.Müh.Böl., [email protected]
4
Prof.Dr.Gazi Üniversitesi Müh.Mim.Fak.İnş.Müh.Böl., nü[email protected]
5
Prof.Dr. Hacettepe Ün.Hidrojeoloji Müh. Bölümü, [email protected]
6
Jeo.Müh.DSI XII.Bölge Müd.Kayseri, [email protected]
7
Jeo.Y.Müh.,Şube Müd. DSI XII.Bölge Müd.Kayseri, [email protected]
ÖZET
Sultansazlığı Sulak Alanı Kayseri ili sınırları içerisinde olup Türkiye’nin en önemli kuş
cennetlerinden birisidir ve 1994 yılından beri uluslararası Ramsar Sözleşmesi ile koruma altına
alınmıştır. Develi Kapalı Havzası’nda bulunan Sultansazlığı Sulak Alanı’da su sıkıntısı ve su
kirliliği sorunları mevcuttur. Bu çalışma kapsamında Sultansazlığı’ndaki su sıkıntısının sebepleri
araştırılmış ve doğal izotoplar (Oksijen 18, Döteryum ve trityum) kullanılarak Sultansazlığı’ndaki
yüzey suyunun Develi Kapalı Havzası’nda mevcut olan akifer ile bir ilişkisinin olup olmadığı
araştırılmıştır. İzotop analiz sonuçlarına göre yeraltı suyu ile Sultansazlığı’nın yüzey suyu arasında
direkt bir ilişki olmadığı ancak çok uzun zaman içinde yeraltı suyunun Sultansazlığı’nın yüzey
suyunu besleyebileceği belirlenmiştir. Buna göre Develi Kapalı Havzası’nda kuyulardan çekilen
yeraltı suyunun Sultansazlığı’nın su sıkıntısı üzerinde bir etkisi yoktur.
Anahtar Kelimeler: Çevresel izotop, Sultansazlığı, yeraltı – yüzey suyu ilişkisi
DETERMINATION OF GROUNWATER-SURFACE WATER RELATION IN DEVELİ
CLOSED BASIN BY USING ENVIRONMENTAL ISOTOPES
ABSTRACT
Sultansazlığı Wetland which is one of the most important bird paradises of Turkey is located at
Kayseri City and it is being protected by International Ramsar Agreement. There are water scarcity
and water pollution problems Sultansazlığı Wetland which is placed at Develi Closed Basin. Water
scarcity reasons are investigated at Sultansazlığı and environmental isotopes (Oxygen 18, deuterium
and tritium) are used in order to determine the relationship between the surface water of
Sultansazlığı and groundwater. According to the isotope analysis; it is determined that there is no
direct relationship between the groundwater and surface water of Sultansazlığı according to the
isotope analysis but groundwater can feed Sultansazlığı in the very long time. So groundwater
abstraction from the wells at Develi Closed Basin doesn’t affect the water scarcity of Sultansazlığı.
Keywords: Environmental isotopes, Sultansazlığı, groundwater-surface water relationship
(*) Bu çalışma Dr.F.Ebru YILDIZ’ın doktora tezinin bir bölümünü kapsamaktadır.
25
GİRİŞ
Sultansazlığı Sulak Alanı, 15 no’lu Kızılırmak Havzası’nın alt havzası olan ve Kayseri ili sınırları
içinde bulunan Develi Kapalı Havzası’nda, Yahyalı, Yeşilhisar ve Develi ilçelerinin oluşturduğu
üçgenin içerisinde yer almaktadır. Sultansazlığı Türkiye’nin önemli kuş cennetlerinden birisi olması
sebebiyle 1994 tarihinde Uluslararası RAMSAR Sözleşmesi’nin “A Sınıfı Sulak Alanlar” listesine
alınarak koruma altına alınmıştır. Sultansazlığı Sulak Alanı çok tuzlu sığ bir göl olan Çöl
Gölü’nden, yarı tuzlu sığ bir göl olan Yay Gölü’nden ve tatlı su içeren Kuzey ve Güney
Sazlıkları’ndan oluşmaktadır.
Develi Kapalı Havzası’nda 400*106 sulama suyuna ihtiyaç vardır (Gürer ve ark., 2005; Yıldız,
2007), yüzey suyu kaynaklarının yeterli olmamasından dolayı Develi Kapalı Havzası’nda aşırı
yeraltı suyu çekimi yapılmaktadır. Develi Kapalı Havzası’nda DSI tarafından açılmış olan derin
sondaj kuyularının yeraltı suyu seviyeleri incelendiğinde Yeşilhisar tarafında yeraltı suyunun her
sene 55-60 cm düştüğü belirlenmiştir (Yıldız, 2007). Sultansazlığı Sulak Alanı’nda özellikle son
yıllarda su sıkıntısı mevcuttur. Bu çalışma kapsamında; Develi Kapalı Havzası’nda mevcut olan çok
sayıdaki derin kuyudan çekilen yeraltı suyunun Sultansazlığı’nın kurumasına bir etkisinin olup
olmadığının belirlenmesine çalışılmıştır. Bu amaçla doğal izotoplar kullanılarak Sultansazlığı’nın
yüzey suyunun yeraltı suyu ile bir ilişkisinin olup olmadığı araştırılmıştır. Bu araştırma kapsamında
Oksijen 18, Döteryum ve Trityum izotop analizleri yapılmıştır. Sultansazlığı Sulak Alanı Şekil 1’de
gösterilmiştir.
Şekil 1. Sultansazlığı Sulak Alanı (Milli Parklar, 2002’den uyarlanmıştır).
DEVELİ KAPALI HAVZASI’NIN JEOLOJİSİ ve HİDROJEOLOJİSİ
Develi Kapalı Havzası’nın kuzeyinde ve kuzey batısında, Erciyes Dağı’nın volkanik
faaliyetlerinden kaynaklanan bazalt, andezit ve tüf, havzanın orta kesiminde, sulak alana doğru
26
yaklaştıkça dane çapı incelen alüvyon, güneyde ise gri, masif, kalın tabakalı kireçtaşları mevcuttur.
Tortul kayaçlardan oluşan formasyonlar Develi Kapalı Havzasında doğu-batı yönünde uzanmakta
olup, mağmatik kayaçlar ise kuzey- güney doğrultusunda dar bir şerit şeklinde uzanmaktadır (DSİ,
1995).
Develi Kapalı Havzası’nda Paleozoyik’den başlamak üzere Kuvaterner’e kadar değişik jeolojik
zamanlara ait formasyonlar bulunmaktadır. Develi Tüfü, Tahar İgnimbrit Üyesi, Susuzdağ
Volkaniti, Salur Kireçtaşı, Dündarlı Formasyonu, Sarıca Formasyonu ve Yeşilhisar Formasyonu
Develi Kapalı Havzası’nda görülen başlıca formasyonlardır (Yıldız, 2007). Develi Kapalı
Havzası’nın güneyinde Aladağ kireçtaşları ile bunlar arasında yer alan ofiyolitik melanj içeren bir
jeolojik yapı görülmektedir. Batıda, kuzey ve doğuda ise Kapadokya volkanik bölgesine ait
volkanik ve volkano-tortul birimler yaygındır. Develi Kapalı Havzası’nın batı ve doğu kesimlerinde
ignimbiritler daha yaygındırlar. Kuzeyde Erciyes ve batıda Deveci Dağı’nda volkanik kayaçlar
yaygın olarak gözlenmektedir. Sultansazlığı Sulak Alanı’nın da bulunduğu Develi Ovası, çek-ayır
tipi tektonik çöküntü havzasıdır. Develi Ovası bu yapıya bağlı olarak Pliyo-kuvaterner boyunca
civar yükseltilerden türeyen kırıntılı malzeme ile dolmuştur. Develi Kapalı Havzası’na ait genel
jeoloji haritası Şekil 2’de görülmektedir.
N
Volkanik
Kayaçlar
Çöl
Gölü
Volkanik
Kayaçlar
Çakıl,
kum, kil
Volkanik
Kayaçlar
DEVELİ
YEŞİLHİSAR
Kumtaşı,
çakıltaşı
Yay
KuvaternerGölü
yaşlı çökeller
Çakıl,
kum, kil
0
4
8
Kireçtaşı
Kuvars,
şist YAHYALI
12 km
Şekil 2. Develi Kapalı Havzası’nın jeoloji haritası (MTA, 2005’den alınarak değiştirilmiştir).
Develi Kapalı Havzası’nın güneybatısında 100 -150 m kalınlığında olan tek bir akifer mevcuttur.
Kuyu logları incelendiğinde Kovalı Köyü vadisinde 20-25 m kalınlığında siltli, kumlu çakıllı, killi
bir birimin mevcut olduğu görülmektedir. Bu birimin altında fliş bulunmaktadır, Güney Sazlığı
kenarında bulunan Ovaçiftlik Köyü’ne yaklaşıldıkça bu akiferin malzemesinin dane çapı incelerek
kile dönüşmektedir. Kuzeyde bulunan mağmatik kayaçlar kireçtaşlarına oranla daha az su
27
taşımaktadırlar. Develi Kapalı Havzası’nın batısında ise Yeşilhisar çevresinde bulunan flişler, su
taşıyan birimlerdir (ENCON, 1999).
DEVELİ KAPALI HAVZASI’NDA YAPILAN DOĞAL İZOTOP ÇALIŞMALARI
Gazi Üniversitesi, DSI TAKK Dairesi, DSİ 12.Bölge Müdürlüğü ve Hacettepe Üniversitesi
tarafından 2004-2007 yılları arasında yürütülen ortak araştırma projesi kapsamında; Develi Kapalı
Havzası’nda yeraltı suları ile Sultansazlığı Sulak Alanı’nın yüzey suyu arasında bir ilişkinin olup
olmadığının belirlenmesi amacıyla Oksijen 18, Döteryum ve Trityum izotopları izleyici olarak
kullanılmıştır. Bu amaçla 4-5 Kasım 2004, 19-20-21 Nisan 2005, 9-10 Haziran 2005 ve 14 Kasım
2005 tarihlerinde Develi Kapalı Havzası’nda 21 adet derin sondaj kuyusundan ve 15 adet kaynaktan
su örnekleri toplanmış ve bu su örneklerinin izotop analizleri DSI TAKK Dairesi İzotop Şubesi’nde
yapılmıştır. Bu su örneklerinin izotop analiz sonuçları Milli Parklar Genel Müdürlüğü ile Gazi
Üniversitesi tarafından imzalanan protokolle ortak olarak yürütülmüş olan GEF II Projesi
kapsamında 2003 yılında Sultansazlığı’nın yüzey suyunu temsilen Güney Sazlığı’nda bulunan Eğri
Göl ve Sap Göl’den alınmış olan yüzeysel sazlık suyu örneklerinin izotop analiz sonuçları ile
karşılaştırılmıştır. (4-5 Kasım 2004, 19-20-21 Nisan 2005, 9-10 Haziran 2005 ve 14 Kasım 2005
tarihlerinde ulaşımda yaşanan sıkıntılar nedeniyle Sultansazlığı’nın yüzey suyundan su örnekleri
alınamadığı için 2003 yılına ait yüzeysel sazlık suyu örneklerinin izotop analizlerinden
yararlanılmıştır). Şekil 3’de Develi Kapalı Havzası’nda yüzey suyu, kuyu suyu ve kaynak suyu
örneklerinin alındığı bazı yerler görülmektedir. Develi Kapalı Havzası’ndan 2004 ve 2005 yılları
arasında toplanan su örneklerinin yerleri ise Şekil 4’de verilmiştir.
a)
b)
c)
d)
Şekil 3. Develi Kapalı Havzası’nda su örneklerinin alındığı yerler: a)Zamantı Kaynağı,
b) Soysallı Kaynağı, c) Başköy Kaynağı, d) DSI tarafından açılmış derin sondaj kuyusu
28
KAYSERİ
Çalbalma Pompa
istasyonu
K-13
SK-23
Başköy Ka.
K4
K2
K-14
Ilıpınar
SK-4
K15
K-17
Çayırözü Kaynağı
Kurpak Kaynağı
DEVELİ
YEŞİLHİSAR
SK-24
Camız Pompa
İstasyonu
SK-8
Y3
Sap Göl
Y4
Eğri Göl
SK-22
SK-25
Dündalı Ka.
Karaboğa Ka.
K-18
Yüzey suyu
YAHYALI
Karayolu
Gözbaşı pınarı
Yerleşim yeri
Derebağ Şelalesi
0
Pompa
istasyonu
3
6
9 km
Şekil 4. Develi Kapalı Havzası’ndan 2004 ve 2005 yılları arasında toplanan su örneklerinin
yerleri (Yıldız ve ark., 2005 ; Çelenk ve ark., 2005)
Develi Kapalı Havzası’ndan toplanmış olan su örneklerinin döteryum ve oksijen 18 izotop içerikleri
Global Meteorik Su Doğrusu üzerinde Şekil 5’de gösterilmiştir.
29
SK 6
SK 2
SK
25
Şekil 5. Su örneklerinin Döteryum ve Oksijen 18 izotop içeriklerinin küresel meteorik su doğrusu
üzerinde gösterimi
(Yıldız, 2007).
30
Şekil 5 incelendiğinde derin sondaj kuyusundan ve kaynak sularından alınan su örneklerinin
döteryum ve oksijen 18 izotop içeriklerinin Sultansazlığı’nın yüzey suyunu temsil eden Eğri ve Sap
Göllere ait yüzey suyu örneklerinin döteryum ve oksijen 18 izotop içeriklerinden farklı oldukları
görülmektedir. Küresel meteorik su doğrusuna ait olan denklem ile Sap Göl ve Eğri Göl’den alınan
su örneklerinin izotop içeriklerinin üzerinde bulunduğu buharlaşma doğrusunun denklemi birbirine
eşitlenerek bu iki doğrunun çakışma noktasında bulunan “İlksel Su Noktası”nın koordinatları: D
=‰ -71,82 ve O18 = ‰ -10,23 olarak tespit edilmiştir. Şekil 5 incelendiğinde SK 2, SK 6 ve SK 7,
SK 8, SK23 ve SK25 no’lu su örneklerinin Oksijen 18 ve Döteryum izotop içeriklerinin Küresel
Meteorik Su Doğrusu üzerinde ve “İlksel Su Noktası” çevresinde bulunduğu görülmektedir. Buna
göre bu kuyulardan alınmış olan su örneklerinin Oksijen 18 ve Döteryum izotop içerikleri Eğri Göl
ve Sap Göl’ün buharlaşmaya uğramadan önceki Oksijen 18 ve Döteryum izotop içeriğine yakındır.
2004-2005 yılları arasında Develi Kapalı Havzası’na yapılmış olan arazi etüdlerine göre SK 2 ve
SK 23 no’lu su örneklerinin alındığı şahıs kuyuları Çalbalma Pompa İstasyonu’na yakındır (bkz.
Şekil 4). Çalbalma Pompa İstasyonu’nun bulunduğu zeminin geçirimli yapısından dolayı bu pompa
istasyonu önünde biriken drenaj suyu düden oluşturarak zeminde kaybolmaktadır [DSİ, 1995].
Çalbalma Pompa İstasyonu’nda bulunan birikinti su aşırı buharlaşmış drenaj suyudur, bu suyun
yeraltına sızarak SK 2 ve SK 23 no’lu su örneklerinin alındığı şahıs kuyularını kirlettiği, bu yüzden
her iki su örneğinin Eğri Göl ve Sap Göl’e ait İlksel Su Noktası’na yakın izotopik içeriğe sahip
oldukları düşünülmektedir. Buna göre SK 2 ve SK 23 no’lu su örneklerinin alınmış olduğu şahıs
kuyularının Sultansazlığı’nın yüzey suyu ile bir ilişkisinin olmadığı düşünülmektedir(Yıldız, 2007).
Arazi etütlerine göre Yenihayat Köyü’nde açılmış olan şahsa ait sığ kuyu Güney Sazlığı’na yakındır
(bkz. Şekil 4). SK 25 no’lu su örneklerinin Oksijen 18 ve Döteryum izotop içerikleri Şekil 5’de
görüldüğü gibi İlksel Su Noktasına yakın değerler almıştır. Diğer taraftan bu su örneklerinin trityum
izotopu içerikleri 2,30±1,90 TU, 1,60±2,05 TU ve 1,1±1,85 TU olup bu değerlere göre bu su
örnekleri yaşlı ile modern suyun karışımından oluşmaktadır. (Genel olarak trityum içeriği 6 TU
veya 6 TU’dan büyük olan sular “Güncel Yağış suyu”, 1,5-2 ile 6 TU arasında olan sular güncel
yağış suyu ve yaşlı su karışımı, 0,5 ile 1,5-2 TU arasında olan sular orta yaşlı sular, 0,5-0 TU arası
sular çok yaşlı sular olarak sınıflandırılabilir). Ek olarak bu sığ kuyudan alınmış olan su örneğine
yapılan su kimyası analizinde su örneğinin EC değeri 8240 microohms/cm, klorür değeri ise 54,3
meq/lt bulunmuştur. SK 25 no’lu su örneğinin klorür ve EC değerlerinin yüksek olması bu sığ
kuyunun Güney Sazlığının suyu ile beslenebileceğini düşündürmektedir (Yıldız, 2007).
SK6, SK 7 ve SK 8 no’lu örneklerin alındığı kuyuların Sultansazlığı’nın yüzey suyunu temsil eden
Eğri Göl ve Sap Göl ile ilişkilerinin olup olmadığının belirlenmesi için bu kuyulardan alınmış olan
su örneklerinin izotop ve su kimyası içerikleri Eğri Göl ve Sap Göl’den alınmış olan su örneklerinin
izotop ve su kimyası içerikleri ile karşılaştırılmıştır.
2003 yılında Develi Kapalı Havzasında Eğri Göl ve Sap Göl’den izotop analizi için su örnekleri
toplanmış ancak bu sulara su kimyası analizi yaptırılamamıştır. Ancak DSI ‘nin geçmiş yıllarda
Eğri Göl ve Sap Göl’den almış olduğu su örneklerine yapmış olduğu su kimyası analizleri
mevcuttur. Haziran 2000’de Sap Göl’den DSI tarafından alınmış olan su örneğinde EC değeri 1752
microohms/cm, klorür değeri ise 6,99 meq/lt olarak ölçülmüştür. Haziran 2003’de Eğri Göl’den
DSI tarafından alınmış olan su örneğinde EC değeri 2898 microohms/cm, klorür değeri ise 10,28
meq/lt olarak ölçülmüştür. Eğri Göl ve Sap Göl’ün, Camız Pompa İstasyonu’ndan (bkz. Şekil 4)
Camız Gölü’ne boşaltılan tuzlu drenaj sularıyla kirletildikleri düşünülürse 2004 ve 2005 yıllarında
Eğri Göl ve Sap Göl sularının 2000 ve 2003 yılı ölçümlerinden daha büyük değerde EC ve klorür
değerlerine sahip olacakları düşünülebilir.
SK 6 no’lu su örneklerinin Oksijen 18 ve Döteryum izotop içerikleri Şekil 5’de görüldüğü gibi
İlksel Su Noktasının Oksijen 18 ve Döteryum izotop içeriklerine yakın değerler almıştır. Ayrıca bu
su örneklerinin trityum içeriklerine (13,50±2,35 TU ve 7,85±1,90 TU) göre bu kuyunun suyunun 6
31
TU ‘dan yüksek trityum içeriğine sahip modern su olduğu görülmektedir. Diğer taraftan SK 6 no’lu
su örneklerinin klorür ve EC değerlerinin Eğri Göl ve Sap Göl’ün sularının klorür değerlerinden
düşük olması bu kuyunun sürekli olarak yağış sularıyla beslendiğini düşündürmektedir. SK 6 su
örnekleri yağış suyu ile beslendiği için Oksijen 18 ve Döteryum içeriklerinin İlksel Su Noktasının
Oksijen 18 ve Döteryum izotop içeriklerine yakın değerler aldığı tahmin edilmektedir (Yıldız,
2007).
SK7 no’lu su örneklerinin Oksijen 18 ve Döteryum izotop içerikleri Şekil 3.14’de görüldüğü gibi
İlksel Su Noktasının Oksijen 18 ve Döteryum izotop içeriklerine yakın değerler almıştır ayrıca bu
su örneklerinin trityum içerikleri incelendiğinde (1,4±2,05 TU, 0,25±1,50 TU, 0±1,05 TU,
2,45±2,00 TU ve 2,70±1,80 TU) bu su örneklerinin 6 TU ‘dan daha düşük trityum içeriğine sahip
yaşlı ve modern su karışımı olduğu görülmektedir. SK 7 no’lu su örnekleriin klorür ve EC değerleri
Eğri Göl ile Sap Göl’ün sularının klorür ve EC değerlerinden düşük değerlerdedir. Sonuç olarak SK
7 su örneklerinin izotop içeriklerine göre bu su örneklerinin alındığı kuyunun sularının alçak
kotlardan beslenen modern ve yaşlı su karışımı olduğu tahmin edilmektedir (Yıldız, 2007).
SK 8 no’lu su örneklerinin trityum içerikleri incelendiğinde (0±1,80 TU ve 1±2,0 TU) bu örneklerin
6 TU ‘dan çok daha düşük trityum içeriğine sahip yaşlı su olduğu belirlenmiştir. Ancak SK 8 no’lu
su örneklerinin Oksijen 18 ve Döteryum izotop içerikleri İlksel Su Noktasının Oksijen 18 ve
Döteryum izotop içeriklerine yakın olduğu için SK 8 no’lu su örneklerinin düşük kotlara yağan
yağış suyu ile beslenmiş yaşlı su olduğu söylenebilir. SK 8 ve SK 7 no’lu su örneklerinin Oksijen
18 ve Döteryum değerleri birbirine yakın değerler almıştır, buna göre bu iki kuyunun suyunun
beslenim kotlarının birbirlerine yakın olduğu tahmin edilmektedir. Ayrıca SK 8 no’lu su
örneklerinin klorür ve EC değerleri Eğri Göl ve Sap Göl’ün sularının klorür ve EC değerlerinden
düşük değerlerdedir. 19 Nisan 2004’de alınan SK 8 no’lu su örneklerinde klorür değerinin SK 6 ve
SK 7 no’lu su örneklerinin klorür değerlerinden daha yüksek değerde olması su örneklerinin derin
dolaşım suyu olduğunu düşündürmektedir. SK 8 no’lu su örneklerinin Trityum, klorür ve EC
analizlerine göre bu su örneklerinin alındığı derin kuyunun, Yay Gölü’nün tuzlu suyu ile beslenme
ihtimalinin oldukça zayıf olduğu tahmin edilmektedir. SK 6, SK7 ve SK 8 no’lu su örneklerinin
alındığı derin sondaj kuyularının beslenimi ile ilgili kavramsal model Şekil 6’da verilmiştir.
Beslenim kotu
Yağış
13,50±2,35 TU
7,85±1,90 TU
SK6 (Modern Su)
1112 m
Yüzeysel
akış
1,40±2,05 TU
0,25±1,50 TU
0,00±1,05 TU
2,45±2,00 TU
2,70±1,80 TU
0,00±1,80 TU
(Modern + yaşlı su)1,00±2,00 TU
SK7
(Yaşlı su)
SK 8
1090 m
1085 m
kil
kil
1070
m
-- Kil
Uzun
(Ölçeksizdir
)
zaman
içinde
Kum
Çakıl
Yay Gölü
7 km
3,1 km
oluşan
dolaşım
8 km
derin
Şekil 6. SK 6, SK 7 ve SK 8 no’lu su örneklerinin alındığı kuyuların beslenimi ile
ilgili kavramsal model (Yıldız, 2007).
32
kil
Sultansazlığı Sulak Alanı’na en yakın noktalarda bulunan kuyu ve kaynak sularından su örnekleri:
Güneybatı yönünde Ovaçitlik’te bulunan şahıs kuyusundan alınmış olan su örnekleri (SK21),
Doğuda yönünde Develi Sindelhöyük’te bulunan 46538 no’lu kuyudan alınmış olan su örnekleri
(SK15), Güneydoğu yönünde Kopçu Köyü’nde bulunan 58253 no’lu kuyudan alınmış olan su
örneği (SK 22), batı yönünde Halil Çinitaş Obası’nda açılmış olan şahıs kuyusundan alınmış su
örnekleri (SK8) ve Kuzey yönünde ise Çayırözü Kaynağı’ndan alınmış olan su örnekleridir (K17)
(bkz. Şekil 4).
SK 8, SK 15, SK 21, SK 22 ve K 17 no’lu su örneklerinin trityum sonuçları Tablo 1’de verilmiştir.
Tablo 1 incelendiğinde bu su örneklerinin yaşlı derin dolaşım suları olduğu belirlenmiştir. Buna
göre bu su örneklerinin Sultansazlığı’nın yüzey suyu ile direkt bir ilişkilerinin olmadığı
düşünülmektedir.
Tablo 1. SK 8, SK 15, SK 21, SK 22 ve K 17 no’lu su örneklerinin trityum içerikleri
Numune
Kodu,
Suyun Alındığı Yer
T (TU)
T (TU)
T (TU)
SK22 Kopçu Köyü,
Kuyu no:58253
0,65 ±1,0
-
-
SK21 Ovaçiftlik’de
şahıs kuyusu
0,90±2,05
0±2,00
0,25±0,20
SK-15 Sindelhöyük
Kuyu no=46538
0,00±2,00
0,12±0,24
0,00±2,00
SK-8 Yeşilhisar Halil
ÇinitaşObası’nda
kuyu
0,00±1,80
1,00±2,00
-
K17 Çayırözü
Kaynağı
0,00±1,70
0,00±2,00
-
SONUÇLAR
Develi Kapalı Havzası’ndan toplanmış olan kuyu ve kaynak suyu örneklerinin büyük bir kısmının
Oksijen 18 ve Döteryum içeriklerinin Sultansazlığı’nın yüzey suyunu temsil eden Sap Göl ve Eğri
Göl’ün buharlaşmadan önceki Oksijen 18 ve Döteryum içeriklerini gösteren İlksel Su Noktasından
farklı olduğu görülmektedir. İlksel Su Noktasının Oksijen 18 ve Döteryum içeriklerine yakın izotop
içeriğine sahip su örneklerinin (SK2, SK6, SK7, SK8 ve SK23) alındığı kuyuların logları ve
konumları incelendiğinde bu kuyuların aşırı buharlaşmış drenaj sularıyla kirlendiği ve/veya modern
yağış sularıyla beslendikleri için İlksel Su Noktasının Oksijen 18 ve Döteryum içeriklerine yakın
izotop içeriklerine sahip oldukları belirlenmiştir. Buna göre bu su örneklerinin Sultansazlığı’nın
yüzey suyu ile direkt bir ilişkilerinin olmadığı söylenebilir. Ayrıca İlksel Su Noktasının Oksijen 18
ve Döteryum içeriklerine yakın izotop içerikleine sahip SK 25 no’lu su örneği Yenihayat’ta açılmış
olan sığ kuyudan alınmıştır ve bu sığ kuyunun Güney Sazlığı’nın suyu ile beslendiği tahmin
edilmektedir
Trityum analizleri sonucunda, Sultansazlığı’na en yakın noktalardan alınmış olan kuyu ve kaynak
suyu örneklerinin yaşlı derin dolaşım suyu olduğu ve bu suların Sultansazlığı’nın yüzey suyu ile
beslenmediği belirlenmiştir. Genel olarak Develi Kapalı Havzası’ndan toplanmış olan su
örneklerinin trityum içeriklerine göre genellikle kaynak sularının güncel yağışlarla beslenmiş
modern sular olduğu ve bazı kuyu ile kaynak sularının ise güncel yağışlarla beslenmiş derin dolaşım
suları oldukları (modern ve yaşlı su karışımı) belirlenmiştir.
Su kimyası analizleri kapsamında Sultansazlığı’na yakın konumda açılmış olan derin kuyuların
kimyasal özelliklerinin Sultansazlığı’nın yüzey suyunun kimyasal özelliklerinden farklı olduğu
33
belirlenmiştir. Buna göre bu kuyuların Sultansazlığı’nın yüzey suyu ile beslenmediği
Sonuç olarak kısa vadede Sultansazlığı’nın yüzey suyu ile yeraltı suyu arasında doğrudan bir ilişki
olmadığı belirlenmiştir. Ancak yeraltı suyunun Sultansazlığı’nın tabanında bulunan kil tabakasına
sızarak uzun dönem içinde dolaylı olarak Sultansazlığı’nı besleyebileceği düşünülmektedir.
Sultansazlığı yüzeysel su kaynakları ile yeteri kadar beslenemediği için kurumaktadır ve derin
kuyulardan çekilen yeraltı suyunun Sultansazlığı’nın kurumasında direkt olarak bir etkisinin
olmadığı düşünülmektedir. Develi Kapalı Havzasındaki su akışını modelleyen kavramsal model
Şekil 7’de verilmiştir.
Bulut
P
P
Yeşilhisar
Kuyu
ET
E
P
kaynak
Sulak alan
Çakıl
Develi
ET
Kuyu
Tüf
R
Çakıl
YAS
Kum
Killi kum
Yüzey suyu akışı
Yeraltı suyu
Kaynak
suyu
Yan havzadan
akım
YAS:Yeraltı suyu
P: Yağış
terleme
Kum
Kil
, R: Akış,
gelen
E:Buharlaşma
Ana kaya
Buharlaşan
yüzey
Çok
suyu
uzun zaman içinde sulak alanı
besleyen sızıntı yeraltı suyu
Kil içine sızan sazlık suyu
Rüzgar Yönü
Buharlaşma-terleme
ET:Buharlaşma-
(Ölçeksizdir
)
Şekil 7. Develi Kapalı Havzasındaki su akışını modelleyen kavramsal model (Yıldız, 2007).
KAYNAKLAR
Çelenk, S., Darama, Y., Dilaver, A.T., Gürer, İ., Kırmızıtaş, H., Sayın, M., Türkileri, S., Ünsal, N.,
Yıldız, F.E., (Soyadı sırasına göre), “Kayseri İli Develi-Yeşilhisar-Yahyalı Kapalı Havzasında
Çevresel İzotoplar İle Yeraltı Suyu – Yüzey Suyu İlişkisinin Belirlenmesi”DSI-Gazi Üniversitesi
Ortak Araştırma Projesi 1.Ara Rapor, s:22 (2005).
DSİ, “Kayseri Develi-Yeşilhisar Ovası Revize Hidrojeolojik Etüd Raporu”, DSİ XII.Bölge
Müdürlüğü, Kayseri, s: 1-19 (1995).
ENCON, “Uluslararası Önemi Olan Sulak Alanların Biyolojik ve Ekolojik Yönden Araştırılması
Projesi, Alt Proje II.Nihai Rapor”, Ankara, Çevre Bakanlığı, s: 7-23 (1999).
Gürer, İ., Yıldız, F.E., Ünsal, N., “Kayseri – Develi Ovasının Klasik Su Bütçesi Hesabı”, II.Ulusal
Su Mühendisliği Sempozyumu, İzmir- Gümüldür, s: 95-105 (2005).
Milli Parklar, “Biyolojik Çeşitlilik ve Doğal Kaynak Yönetimi Projesi (GEF II) Broşürü”, Milli
Parklar Kayseri GEF II Proje Koordinatörlüğü, Kayseri, s: 1-5 (2002).
MTA, “Kayseri L-34 Paftası genel jeoloji haritası”, MTA Yayınları, Ankara (2005).
34
Yıldız, F.E., “Kayseri- Sultansazlığı Sulak Alanı’nda Yeraltı Ve Yerüstü Suları İlişkisinin
Belirlenmesi”, Doktora tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, s: 121-159 (2007).
Yıldız, F.E., Dilaver , A.T., Sayın, M., Bayarı, S., Gürer, İ., Kırmızıtaş, H., Türkileri, S., Ünsal, N.,
Çelenk, S., Darama,Y., “Kayseri İli Develi-Yeşilhisar-Yahyalı Kapalı Havzasında Çevresel
İzotoplar İle Yeraltı Suyu – Yüzey Suyu İlişkisinin Belirlenmesi”, II Ulusal Hidrolojide İzotop
Teknikleri Sempozyumu, İzmir-Gümüldür, s: 257-268 (2005).
35
KÜTAHYA-TAVŞANLI-TUNÇBİLEK KÖMÜR SAHASININ
ÇEVRESEL İZOTOP ÖZELLİKLERİ
İ. Noyan GÜNER, Cahit ÖZGÜR, Barbaros ERDURAN, Dr. Nilgün DOĞDU, Levent İLDEŞ,
Tolga ÖZBİLGE, Osman GÖKMENOĞLU, H. İbrahim ERDOĞAN
Maden Tetkik Arama Genel Müdürlüğü
e-mail: [email protected]
[email protected]
ÖZET
Bu çalışma, Garp Linyitleri İşletmesi Müdürlüğü (GLİ) tarafından işletilen Tunçbilek Kömür
Sahası’nın, Ömerler kapalı işletmesindeki yeraltısuyu sorununun çözümüne yönelik olarak yapılan
hidrojeolojik etüt çalışmasının bir bölümünü kapsamaktadır. Söz konusu çalışma Maden Tetkik
Arama Genel Müdürlüğü (MTA) tarafından Türkiye Kömür İşletmeleri (TKİ) adına yapılmıştır.
İnceleme alanında Paleozoyik’ten Kuvaterner’e kadar farklı litolojik birimler yüzeylenmektedir.
Paleozoyik yaşlı kayaçlar metamorfik, Üst Kretase yaşlı kayaçlar ise ultramafik kayaçlar ve
melanjdan oluşmuştur. Tersiyer yaşlı birimler ise granit, bazalt, kireçtaşı, kil, marn, silt, kumtaşı,
konglomera ve kömür ile temsil edilmektedir. Paleozoyik yaşlı mermerler ile Paleosen yaşlı
granitler geçirimli özelliktedir. Tersiyer yaşlı çökeller içindeki kumtaşı, konglomera ve kireçtaşı
seviyeleri ile alüvyon geçirimlidir. Kömürlü Miyosen yaşlı çökeller içindeki marnlar yarı
geçirimlidir.
Çalışma sahasındaki kömür galerisi, kaynak, göl ve yağış sularından δ2H, δ18O, 3H, kömür galerisi
ve göl sularından δ34S-SO4 ve δ18O-SO4 izotop analizleri yaptırılmıştır. Analiz sonuçlarına göre
bölgesel meteorik doğru denklemi δ2H=8*δ18O+15.8 olarak hesaplanmıştır. Drenaj alanında
bulunan sularda, büyük oranda buharlaşma etkisi görülmektedir. Kömür galerilerindeki sular,
günümüzden daha soğuk iklim koşullarının hüküm sürdüğü yağışlar sonucunda oluşan jeotermal
sular ile eski dekapaj göletlerinden yeraltına sızan suların karışması sonucu oluşmuştur.
Anahtar Kelimeler: Tunçbilek kömürleri, çevresel izotop, paleosu
37
ENVIRONMENTAL ISOTOPIC INVESTIGATION OF TUNÇBILEK COAL MINE AREA
(TAVŞANLI-KÜTAHYA)
ABSTRACT
This study is as a part of hydrogeological investigation to drain groundwater into the Ömerler
underground coal mine which is operated by Western Lignite Corp. (GLİ). The hydrogeological
investigation was performed for General Directorate of Mineral Research and Exploration in the
name of Turkish Coal Corp. between 2004 to 2006.
Different lithologic units from Paleozoic to Quaternary age are cropped out in the study area. The
Paleozoic is represented by metamorphic rocks and Upper Cretaceous units are characterized by
ultramafic rocks and mélange. Tertiary units are granite, basalt, limestone, marl, silt, sandstone,
conglomerate and coal. Sandstone, conglomerate and limestone layers in Tertiary rocks are
permeable, marls between coal layers are semi-permeable.
δ2H, δ18O and 3H isotope analyses were performed on samples collected from springs, monthly
basis precipitation, stripped lakes and underground coal mine and only δ34S-SO4 and δ18O-SO4
samples were collected high sulfate content underground coal mine, springs and stripped lakes.
Local meteoric line was determined to have an equation of δ2H=8*δ18O+15.8. Most of the
groundwater samples indicate that evaporation process has a dominant effect on the fresh
groundwater in the basin. The groundwater emerging during the excavation in the underground coal
mine was formed with mixture between the recent precipitation and thermal waters which were
infiltrated under climate conditions colder than today.
Key Words: Tunçbilek coals, environmental isotope, paleowater.
1. GİRİŞ
İnceleme alanı, kuzeyde Gürgenyayla tepe ve Eğridere tepe, batıda Sarıot ve Bozbelen, güneyde
Hamitabat köyü, doğuda ise Domaniçkozluca ve Domaniçkaraköy köyleri ile sınırlanmaktadır.
Çalışma alanı yaklaşık 280 km2‘dir. Tunçbilek, Kütahya’ya 60 km, Tavşanlı’ya ise 10 km
uzaklıktadır (Şekil 1).
Türkiye Kömür İşletmeleri Genel Müdürlüğü’ne bağlı Garp Linyitleri İşletme Müdürlüğü
Tunçbilek kömür sahasında yeraltı işletmeciliği yapılmaktadır. İşletme bölgesi içinde, Ömerler A
38
sahasında 30.361.000 ton, derin sahalarda 90.978.000 ton, Ömerler B sahasında 37.167.000 ton,
İğdekuzu sahasında ise 84.45.000 ton işletilebilir kömür rezervi bulunmaktadır.
Şekil 1. Çalışma alanına ait yer bulduru haritası.
Bu çalışma, TKİ Genel Müdürlüğü’nün MTA Genel Müdürlüğü’ne başvurusu üzerine, Tunçbilek
Kömür Sahası’nın yeraltı işletmesi yapılan Ömerler bölümündeki yeraltısuyu sorununun çözümüne
yönelik olarak yapılmıştır.
2. JEOLOJİ
İnceleme alanında farklı kişi ve kurumlar tarafından jeolojik çalışmalar yapılmıştır. Stratigrafik
isimlendirmede Baş, (1983) ile Çetin vd., (1985) çalışmaları esas alınmış ve çalışma alanına ait
hidrojeoloji haritası oluşturulmuştur (Şekil 2).
İnceleme alanında en yaşlı birim Paleozoyik yaşlı şist ve kristalize kireçtaşlarıdır. Şistler kuzeyde
Gürgenyayla tepe dolayında görülmektedirler. Genellikle kuvars-albit-muskovit-serizit şist ve
kalkşist karakterindedirler. Yeşilimsi gri, kahverengimsi gri renktedirler (Çetin vd., 1985).
Kristalize kireçtaşları ve mermerler sahanın kuzeyinde, Firanlar-Sarıot arasında ve Ortaca köyü
kuzeyinde vadi boyunca yüzeylemektedirler.
39
Çalışma sahasının GD, KB ve B bölümlerinde yüzeylenen Üst Kretase yaşlı ultrabazik kayaçlar
harzburjit ve dünitlerden meydana gelmişlerdir. Serpantinleşme oldukça yaygındır. Kırık ve çatlak
zonları manyezit damarlarlıdır. Grimsi, yeşilimsi ve siyah renktedirler.
Senozoyik, Paleosen yaşlı granit sokulumu ile başlamaktadır. Miyosen yaşlı (Beke ve Tunçbilek
Formasyonları) ve Pliyosen yaşlı (Saruhanlar, Karaköy, Çokköy ve Emet Formasyonları) gölsel
çökeller ve Kuvaterner yaşlı alüvyon ile temsil edilmiştir. Magmatik kayaçlar inceleme alanının
kuzeyinde Gürgenyayla tepe dolayında görülmektedir. Bunlar granodiyorit karakterli olup Uludağ
granitleri ile ilişkilidirler.
Beke Formasyonu (Tb) kumtaşı ve konglomeralardan oluşmuştur. Orta derecede boylanmış olup
çakılları yuvarlak, yarı yuvarlak ve köşelidir. Tunçbilek formasyonu üç değişik seviyeden
oluşmuştur. Alt seviyeler (Ttd) marn, killi marn, siltli marn, silttaşı ve kiltaşı ardalanmalıdır.
Kahvemsi-grimsi krem renkli ince-orta tabakalanmalıdır. Bu birimin alt seviyelerine yakın
bölümünde toplam kalınlığı 3-10 metre arasında değişen kömür damarları tespit edilmiştir. Orta
seviyeler (Ttg) kireçtaşı ve silisifiye kireçtaşından oluşmuştur. Genellikle beyazımsı-sarımsı krem,
silisifiye kısımları pembemsi krem renklidir. Tabakalanmalı ve bol kırıklı olup kırıklarda ikincil
silika dolgu görülmektedir. Üst seviyeler (Tty) gevşek, yer yer sıkı tutturulmuş kumtaşıkonglomera ve kil ara katkılarından oluşmuştur. Yer yer 3-5 metre kalınlığında marn-kireçtaşı ile
birkaç santimetre kalınlığında linyit ara katkıları gözlenmektedir.
Saruhanlar Formasyonu (Ts) tüflerden oluşmaktadır. Genellikle açık beyazımsı gri renkli olup bol
biyotitlidir. Yer yer çakıllı tüfit ve aglomera karakterindedir. İçinde ara katkılı olarak, kireçtaşı
seviyeleri mevcuttur. Saruhanlar Formasyonu üzerindeki Karaköy Formasyonu (Tkv) bazaltik
özellikteki volkaniklerden oluşmuştur. Çokköy Formasyonu (Tç), marn, kil, kumtaşı, konglomera
ve tüflü seviyelerden meydana gelmiştir. Kireçtaşı ve çört arabantları seviyelerine de
rastlanmaktadır. Emet Formasyonu (Te) genellikle beyazımsı-krem, silikalı olan kısımlarda ise açık
kahve-krem renkli kireçtaşından, temele yakın kesimlerde ise kumlu ve çakıllıdır.
40
Şekil 2. Çalışma alanının hidrojeoloji haritası (Özgür vd., 2006).
41
3. HİDROJEOLOJİ
İnceleme alanında bulunan litolojik birimler, arazide yapılan gözlemler ve su boşalımları dikkate
alınarak geçirimli, yarı geçirimli ve geçirimsiz birimler olarak üç ana grup altında
sınıflandırılmıştır.
Paleozoyik yaşlı metamorfitler, Kretase yaşlı serpantinler, dunit ve harzburjitler ile Tersiyer yaşlı
çökeller içerisindeki killi ve siltli seviyeler geçirimsiz özelliktedir. Kretase yaşlı melanj içindeki
kireçtaşları alttan ve üstten geçirimsiz birimlerle sınırlı olmaları nedeniyle, pratik açıdan geçirimli
sayılamazlar.
Paleozoyik yaşlı kireçtaşları ile Paleosen yaşlı granitler geçirimli özelliktedir. Tersiyer yaşlı
çökeller içindeki kumtaşı, konglomera ve kireçtaşı seviyeleri ile Kuvaterner yaşlı alüvyon
geçirimlidir.
Hidrolojik havza sınırının güneyinden kuzeydeki Kocasu çayına kadar olan alan (doğuda
Domaniçkaraköy batıda Saruhanlar eşelleri arasında kalan alan) genelde açık ve kapalı işletme
sahasında yapılan patlatmalardan dolayı oluşan deformasyon nedeniyle, Miyosen yaşlı çökeller
içinde yaklaşık 200 metre kalınlık gösteren orta sert-sert özellik gösteren marnlar yarı geçirimli
özelliktedir.
Hidrojeolojik etüt kapsamında havzaya giren ve havzadan çıkan dereler üzerine Hamitabat
(Qort=3.48 m3/s), Kırık (Qort=0.83 m3/s), Domaniçkaraköy (Qort=2.91 m3/s), Böçen (Qort=8.42 m3/s)
ve Saruhanlar (Qort=0.04 m3/s) eşelleri kurulmuştur (Özgür vd., 2006).
Somaklı Tepe’ye kurulan ve proje süresince ölçüm yapan meteoroloji istasyonuna ait yağış değeri
yıllık toplam 504.4 mm, sıcaklık değeri ise 11.6°C’dir. Çalışma sahasındaki akiferlerin hidrolik
özelliklerinin belirlenmesi için kömür seviyesinin üzerine 1 adet (KÜP), altında ise 3 adet (KAP1,
KAP2 ve KAP3) pompaj kuyu grubu açılmıştır.
Yeraltısuyunun akım hızını ve yönünü belirlemek için ayrıca boya deneyleri yapılmıştır. İki farklı
noktadan eosin ve rodamin-B verilmiştir. Galeri ve kuyulardan alınan örneklerde boyaya
rastlanmıştır (Özgür vd., 2006).
42
4. HİDROJEOKİMYA
Hidrojeokimyasal çalışmalar kapsamında, inceleme alanında bulunan su noktalarından, beş dönem
örnekleme yapılmıştır. Hidrojeokimya çalışmaları sırasında yüzeyden ve yeraltından 71 noktadan
toplam 163 adet su örneklenmiş ve bunların kimyasal analizi yapılmış ve yerinde ölçümler
gerçekleştirilmiştir. İki dönem analiz MTA Genel Müdürlüğü laboratuarlarında, diğer dönemlerde
alınan örnekler ise H.Ü. Jeoloji Mühendisliği Bölümü Su kimyası Laboratuarındaki İyon Analizörü
(ORION Model 407A) kullanılarak yapılmıştır.
4.1. Piper Grafiği Değerlendirmesi
Çalışma alanı ve çevresinden alınan su örneklerine ait Piper diyagramı Şekil 3’de verilmiştir.
Çalışma alanında 9 farklı hidrokimyasal tipte yeraltısuyu yer almaktadır.
Şekil 3. Çalışma alanı ve çevresinde yer alan sulara ait Piper diyagramı.
Havzadaki karakteristik su tipleri, akifer matriksi ile kimyasal olarak etkileşime girerek iyon
değişimi sonucu oluşmuş Mg-SO4’lı kömür galerisi ve dekapaj gölet suları, Ca-HCO3’lı kireçtaşı
suları ve Na-HCO3 tipinde, granitlerden sondaj yolu ile elde edilen termal akışkandır. Diğer sular
ise bu 3 değişik tipte suyun karışımından meydana gelmişlerdir. Şekil 3’deki grafikte kömür galeri
43
suları ile dekapaj göl suları birlikte yer almıştır. Bu durum dekapaj göletlerinden galerilere doğru
bir yeraltısuyu akımının olduğunu işaret etmektedir (Özgür vd., 2006).
5. ÇEVRESEL İZOTOPLAR
5.1. δ18O-δ2H
İnceleme alanındaki su noktalarından ve proje kapsamında açık işletme sahasındaki Somaklı
Tepe’de kurulan meteoroloji istasyonundan toplanan yağış örneklerine ait δ18O-δ2H grafiği Şekil
4’de izotop analiz sonuçları ise Tablo 2’de verilmiştir.
Yüksek kot kaynakları ve yağış örnekleri kullanılarak bulunan yerel meteorik su doğrusunun
denklemi δ2H=8*δ18O+15.8 olarak hesaplanmıştır. Bu hesaplamada buharlaşma etkisi altında kalan
örnekler göz önüne alınmamıştır (Özgür vd., 2006).
Oylat kaynağına ait δ18O ve δ2H değerleri bu kaynakların yerel güncel yağışlardan beslendiğine
işaret etmektedir. Bu durum 3H değerleri ile de desteklenmektedir. Diğer termal sulardan Yoncalı,
Göbel ve KAP1 suları ise δ2H fazlası +11.5 ‰, Hamitabat termal suları ise δ2H fazlası +8.5 ‰ olan
bir meteorik doğru üzerinde bulunmaktadırlar. Bu durum yüksek sıcaklık koşullarında meydana
gelen “izotopik değişim”i işaret etmektedir. Ancak bu sürecin gerçekleşme olasılığı, su kimyası
değerleride dikkate alındığında, oldukça düşüktür.
Ancak; bölgede Yoncalı, Göbel ve KAP1 termal suları için ısıtıcı kayaç olabilecek formasyon
aktivitesini kaybeden ve soğuyan Paleosen granitleri, Üst Kretase yaşlı ofiyolitik seriden boşalan
düşük mineral içerikli Hamitabat termal kaynakları için ise ısıtıcı olabilecek kayaç Pliyosen
bazaltlardır. Trityum içerikleri göz önüne alındığında, bu suların özellikle de Hamitabat kaynağının,
günümüzdeki ılıman iklim koşullarının oluşturduğu güncel yağışlardan değil, yakın jeolojik
geçmişteki soğuk iklim koşullarının hüküm sürdüğü yağışlardan beslendiği söylenebilir (örneğin,
Pliyo-Kuvaterner dönemindeki soğuk iklim rejimi). Düşük 3H içeriğine sahip klasik panolardan
toplanan suların grafik üzerinde bu kaynaklarla birlikte bulunması, bu suların termal kaynaklarla
aynı dönemde rezervuara girdiğini, yüksek sıcaklık koşullarında meydana gelen izotopik değişimin
olmadığı sonucunu vermektedir. Klasik panolarda su probleminin çok az olması da bunu destekler
niteliktedir.
KAP 2 suları ise, KAP 1 ve mekanize kömür galerisi sularının karışımından meydana gelmiştir.
Ancak bu karışımda soğuk suların etkisi mekanize galeri sularına göre daha fazladır.
44
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
Yağışlar
18O (‰ VSMOW)
20
Doğu Akdeniz Meteorik Doğrusu (Gat ve Carmi, 1970) D = 8 *  O + 22
18
Yerel Meteorik Doğru
Yüksek kot
Karışım Suları
2H = 8 * 18O + 15.8
Klasik Pano
0
Mekanize
Dünya Meteorik Doğrusu (Craig, 1961) D = 8 * 18O + 10
Gölet
2H (‰ VSMOW)
Mesozoyik (K)
-20
Mesozoyik (Y)
Böcen-B.belen
-40
Ply kçt (K)
Ply kçt (Y)
Yerel Buharlaşma Doğrusu (YBD)
Tülce T
D = 18O * 4.57 - 22.4
-60
Ebeana
Sıcaksu
Termal Sular
-80
-12
-11
-10
-9
18O (‰ VSMOW)
-8
-7
-50
DAMD
YMD
5K
5K
DMD
35Y
2K
3K
-60
13Y
2H (‰ VSMOW)
6K
6Y
2Y
KAP2 Y
KAP2 K
Göbel
Yoncalı K
Yoncalı Y
Oylat Y
12Y
YBD
5Y
H.abat Y
12K
Oylat K
-70
H.abat K
KAP1 K
14K
-80
Yağışlar
Yüksek kot
Karışım Suları
Klasik Pano
Mekanize
Gölet
Mesozoyik (K)
Mesozoyik (Y)
Böcen-B.belen
Ply kçt
Tülce T
Ebeana
Sıcaksu
Termal Sular
Şekil 4. Çalışma alanı ve çevresinde yer alan sulara ait δ18O-δ2H diyagramı (Özgür vd., 2006).
Mesozoyik kireçtaşlarından boşalan yüksek kot kaynaklarının buharlaşma etkisinde olduğu
görülmektedir. Ayrıca eski açık işletme sahalarındaki dekapaj alanlarında oluşan göllerden alınan
örneklerin de aynı etki altında kaldıkları belirlenmiştir. Bu örneklerin oksijen-hidrojen izotop
45
bileşimleri kullanılarak yerel buharlaşma doğrusu oluşturulmuştur (Şekil 4). Mekanize kömür
panolarından alınan örneklerin söz konusu buharlaşma doğrusu etrafında yada biraz üzerinde yer
aldıkları görülmektedir. Bu da mekanize kömür panolarından gelen suların buharlaşmaya uğradığını
göstermektedir. Sonuç olarak, mekanize kömür galerilerindeki sular, eski dekapaj sahalarından
yeraltına süzülen sular ile yakından ilişkilidir (Özgür vd., 2006).
Yüzeye fay hattı boyunca yükselen sıcak suyun izotop bileşimi ise; KAP1 suları, soğuk sular ve
gölet sularının karışımını yansıtmaktadır. Şekillerde “karışım suları” olarak adlandırılan 2, 3, 5, 6 ve
35 no’lu örneklerde de maden sularının etkisi görülmektedir.
Kocaçay deresinin kuzeyinde bulunan Pliyosen kireçtaşlarından boşalan 9, 10, 11 ve 28 no’lu
örnekler Küresel Meteorik Doğrusu üzerinde yer almıştır. Ancak drenaj alanının orta kesimlerindeki
bu kaynaklar, gerek yağış örneklerinin izotop içerikleri, gerekse yerel buharlaşma doğrusu göz
önüne alındığında, buharlaşma etkisinde kaldığı ortaya çıkmaktadır. Genel olarak, 1300 m kotunun
altındaki bütün kaynak sularının hem kurak hem de yağışlı dönem örnekleri yüksek derecede
buharlaşma etkisi göstermektedirler (Özgür vd., 2006).
5.2. 3H-SO4 İlişkisi
Somaklı tepede kurulan meteoroloji istasyonunda aylık olarak toplanan yağış örneklerinden trityum
analizleri yaptırılmıştır. Yağışlardaki 3H değerleri 3-10 TU, dekapaj gölet sularının içeriği 3.5-8 TU,
yüksek kot kaynaklarının trityum içeriği ise 6.5-8 TU arasında değişmektedir. Trityum aralıklarının
birbirine yakın olması, çalışma alanındaki akifer suyunun atmosferden beslendiğine işaret
etmektedir (Özgür vd., 2006).
Mekanize panolardaki sular ile klasik panolardan tulumba örneğine ait suların trityum içerikleri 4-5
TU arasındadır. Mekanize panolardaki sular ile gölet suları arasında bir etkileşim olduğu
görülmektedir. Klasik pano sularından 13 numaralı olan tulumba örneği hariç diğerlerinin trityum
içeriği 1 TU’nun altındadır. Bu panolardaki sular 1952 yılı öncesi beslenimi göstermektedir (Şekil
5).
46
140
120
Sıcaksu
SO4 (mek/l)
100
Sıcaksu
80
B pano tulumba MTA Kuyusu
60
MTA Kuyusu
40
KAP2
20
KAP2
0
0
2
Mekanize Panolar
Sıcaksu
4
Klasik Panolar
Böcen-Bozbelen
6
8
Trityum (TU)
Karışım Suları
Göletler
Termal sular
Yağış
10
12
14
Mesozoyik Kçt.
Şekil 5. Çalışma alanı içinde kömür madeni, termal, dekapaj göleti ve karışım suları ile yağışlara ait
3
H-SO4 grafiği (Özgür vd., 2006).
5.2. Çözünmüş SO4 İçindeki δ34S ve δ18O İzotopları
Çalışma alanında göl ve galeri sularındaki yüksek SO4 iyonunun kökenini tespit etmek için
çözünmüş SO4 iyonuna yönelik kükürt ve oksijen izotop analizleri yapılmıştır. Şekil 6’da,
çözünmüş SO4-δ34S grafiği verilmiştir.
Örneklerin çoğunun δ34S değerleri dar bir aralık içinde yer alırken SO4 değerleri geniş bir aralıkta
değişmektedir (Şekil 6). Bu durum, farklı seviyelerdeki yeraltısuyunun farklı miktarlarda SO4
iyonunu bünyesine almasından kaynaklanmış olmalıdır. Çalışma alanındaki çoğu kömür galerisi,
karışım suları ve gölet sularının bünyesindeki kükürdün benzer kökene sahiptir (Şekil 6). Ancak
klasik panolardan alınan 1B pano giriş örneklerine ait δ34S değerleri, diğer örneklere göre daha
yüksektir (Özgür vd., 2006).
47
140
120
Sıcaksu
SO4 (mek/l)
100
Sıcaksu
80
MTA Kuyusu
60
MTA Kuyusu
40
20
1B pano girişi
0
0
2
Karışım Suları
4
6
Mekanize Panolar
8
δ34S (‰ VCDT)
10
Klasik Panolar
12
Göletler
14
16
Sıcaksu
Şekil 6. Çalışma alanı içinde kömür madeni, dekapaj göleti ve karışım sularına ait δ34S-SO4 grafiği
(Özgür vd., 2006).
Şekil 7. Çalışma alanı içinde kömür madeni, dekapaj göleti ve karışım sularına ait çözünmüş SO4
içindeki δ34S-δ18O grafiği (Özgür vd., 2006).
48
Şekil 7’de değişik zamanlarda çökelmiş evaporitlere ait δ34S ve δ18O değerleri gösterilmektedir
(Clark ve Fritz, 1997). Bu grafikte karasal evaporitler, atmosferik SO4 ve Devoniyen-Alt Triyas
evaporitlerinin geniş bir değer aralığına sahip olduğu görülmektedir.
Grafikte, birbirleri ile etkileşimde bulunan galeri ve göl sularındaki SO4 iyonunun kaynağı karasal
evaporitler olarak görülmektedir. Kömürün oluştuğu göl ortamındaki evaporitlerin ince tabakalı
olması nedeni ile aşınması veya eski açık işletme sahasının hemen hemen her yerinin harman
döküm sahası olarak kullanılmasından dolayı mostraların örtülmüş olması nedeniyle önceki
çalışmalarda evaporitler ile ilgili herhangi bir bilgi bulunmamaktadır. İstifteki kumtaşı, kiltaşı veya
marnların bünyesindeki SO4 içeren minerallerin katkısı da muhtemeldir. Fakat kömürdeki toplam S
oranının %1.5-2 arasında değişmektedir (Destanoğlu vd., 2000). Buna göre SO4 iyonu kömür
içindeki S’ün oksidayonu sonucu ortaya çıkmaktadır.
Klasik panolardan alınan 13 numaralı 1-B pano girişi örnekleri diğer örneklere oranla daha yüksek
δ34S ve δ18O değerine sahiptir. Bu noktalar grafik üzerinde, Devoniyen-Alt Triyas grubu ile Alt
Paleozoyik grubuna doğru bir uzanım göstermektedir. Bozbelen ve Eski Beke arasında Paleozoyik
yaşlı mermerler yüzeylenmiştir. 13 numaralı 1 B pano girişi örneklerinin bu formasyon içindeki
sülfatlı mineraller nedeni ile diğer örneklerden ayrıldığı ve Devoniyen-Alt Triyas ile Alt Paleozoyik
gruplarına doğru uzanım gösterdiği düşünülmektedir (Özgür vd., 2006).
Hem atmosferik hem de sudaki oksitlenme süreci içinde yer aldığından. SO4 içindeki δ18O
izotopunun oluşumu oldukça karmaşıktır. SO4 içindeki δ18O içeriği bu iki farklı kaynağın
karışımına bağlı olduğu gibi, herhangi bir izotopik farklılaşmanın etkisi ile de oluşabilir.
Şekil 8’de kömür madeni, dekapaj göleti ve karışım sularına ait δ18O-H2O/δ34S-SO4 grafiği
verilmiştir. (Van Everdingen ve Krouse, 1985) tarafından ortaya konulan matematiksel yaklaşım
kullanılarak suyun içinde yeni oluşan SO4 iyonundaki δ18O izotop içeriğini etkileyen O2 ve H2O
katılım oranları hesaplanmış ve bu oranlar Tablo 1’de sunulmuştur. Şekil 8’deki diyagramda gölet
örnekleri ile sıcak su kaynağı karışım doğrularının dışında kalmaktadır. Bu da muhtemelen gölet
örnekleri ile bunlarla ilişkide olan sıcak su kaynağının aşırı buharlaşma etkisinde kalmış olmasından
kaynaklanmaktadır.
49
18OSO4 (‰ VSMOW)
20
10
H2O = % 0
% 25
0
% 50
-10
% 75
-20
% 100
-30
-30
Karışım Suları
-2018
-10
 OH2O (‰ VSMOW)
Mekanize Panolar
Klasik Panolar
0
Göletler
Sıcaksu
Şekil 8. Çalışma alanı içinde kömür madeni, dekapaj göleti ve karışım sularına ait δ18OH2O/δ34SSO4 grafiği.
Tablo 1. Galeri suları ile karışım sularının oksidasyon yüzdeleri.
No
Adı
%
No
Adı
Oksidasyon
%
Oksidasyon
1
Tahta köprü çeşmesi
93.0
8
M5 ayak girişi
90.4
2
Çamaşırlık
91.3
12
1B pano girişi
53.0
2
Çamaşırlık
97.7
12
1B pano girişi
49.4
3
İnkaya artezyeni
83.0
13
1B tulumba
74.9
3
İnkaya artezyeni
87.8
14
1B pano taban
73.2
5
MTA kuyusu
98.9
16
Girişten 80. m
74.6
6
GLİ kuyusu
85.0
16
Girişten 80. m
79.0
7
Mekanize 3. bant
89.8
35
KAG 7
84.7
96.6
43
M4 kuyruk yolu
99.5
550 m
7
Mekanize 3. bant
girişi
550 m
50
6. SONUÇLAR
Hidrokimyasal çalışmalar sonucunda toplam 9 değişik su tipi belirlenmiştir. Havzadaki başlıca su
tipleri, Mg-SO4’lı kömür galerisi ve dekapaj gölet suları, Ca-HCO3’lı kireçtaşı suları ve Na-HCO3
tipinde, granitlerden sondaj yolu ile elde edilen termal akışkandır.
Yerel meteorik doğru denklemi δ2H=8*δ18O+15.8 olarak hesaplanmıştır. Mekanize kömür
galerilerindeki sular, günümüzden daha soğuk iklim koşullarının hüküm sürdüğü yağışlarla oluşan
jeotermal sular ile eski dekapaj göletlerinden yeraltına sızan suların karışması sonucu oluşmuştur.
Drenaj alanında içinde bulunan yeraltısularında büyük oranda buharlaşma etkisi görülmektedir.
Yağışların ve yüksek kot kaynaklarının 3H içerikleri, dekapaj göllerinin ve mekanize kömür
galerilerindeki yeraltısularının 3H içeriği ile aynıdır. Dolayısı ile karışım sürecine giren güncel
sular, ağırlıklı olarak dekapaj gölet sularıdır.
Kömür galerilerindeki yeraltısularının içinde çözünmüş olarak bulunan SO4 iyonunun kökeni,
kömür içinde bulunan kükürdün oksidasyonu ile kömür damarlarının çevre kayaçları içinde SO4
içeren minerallerdir.
8. KAYNAKÇA
Baş, H., 1983, Domaniç-Tavşanlı-Gediz-Kütahya Tersiyer Jeolojisi ve Volkaniklerinin Petrolojisi,
Derleme No: 7293, MTA, Ankara
Clark, I.D. And Fritz, P., (1999), Environmental isotopes in hydrogeology, 2nd Edition, 328 pp,
Lewis Publishers.
Çetin, A., Bayraktar, C., Altınay, A., 1985, Karamanlar-Ömerler-Çamlıca (Kütahya, Domaniç)
Kömür yatağı Jeoloji Raporu, Derleme No: 7872, MTA, Ankara
Destanoğlu, N., Taşkın, F.B., Taştepe, M., Öğretmen, S., 2000, GLİ Tunçbilek-Ömerler Yeraltı
Mekanizasyon Uygulaması, 211 s., TKİ, Ankara
Özgür, C., Erduran B., Doğdu N., Güner İ.N., İldeş L., Özbilge T., 2006, Kütahya-TavşanlıTunçbilek Kömür Sahası Hidrojeoloji Etüdü Raporu, MTA, Ankara
Van Everdingen, R.O and Krouse, H.R., 1985, “Isotope composition of sulphates generated by
bacterial and abiological oxidation”, Nature, 315, 395-396.
51
Tablo 2. Çalışma alanı ve çevresinden alınan su örneklerine ait izotop analiz sonuçları. δ 18O, δ2H, δ34S-SO4 ve δ18OSO4 analizleri Reno Üni. İzotop Lab. (Nevada-ABD), 3H analizleri ise Hacettepe Üni. Jeoloji Müh. Böl. Trityum
Lab.’nda yaptırılmıştır.
No
1
2
2
3
3
4
4
5
5
5
6
6
7
7
7
8
9
9
10
10
11
11
12
12
13
14
16
16
16
17
18
18
19
19
20
20
21
21
22
22
23
23
24
24
25
25
26
26
27
27
28
28
29
30
30
31
31
32
32
33
33
Adı
Tarih
δ18O(H2O)
δ2H(H2O)
δ34S
δ18O(SO4)
3
(± 1σ) Kot (m)
Ömerler tahta köprü
Çamaşırlık
Çamaşırlık
İnkaya artezyeni
İnkaya artezyeni
Gölet (2. grup sondaj)
Gölet (2. grup sondaj)
MTA kuyusu
MTA kuyusu
MTA kuyusu
GLİ kuyusu
GLİ kuyusu
Mekanize 3. bant 550 m levhası
M5 ayak girişi
Ada tepe
Ada tepe
Işıkoğlu
Işıkoğlu
İncez
İncez
1B pano girişi
1B pano girişi
1B tulumba
403 ayak kuyruk
Girişten 80. m
Girişten 80. m
Girişten 80. m
Ebeana
Gölet (açık işletme)
Gölet (açık işletme)
Sıcaksu
Sıcaksu
Bozbelen yolu
Bozbelen yolu
Böcen
Böcen
Kanolduk
Kanolduk
A.g.yayla
A.g.yayla
Tayyelesi
Tayyelesi
Ahlatlıgedik 1
Ahlatlıgedik 1
Asarloru
Asarloru
Ahlatlıgedik 2
Ahlatlıgedik 2
Çinili çeşme
Çinili çeşme
Sıcaksu göleti
Marion gölet
Marion gölet
Çarşamba d. kyn
Çarşamba d. kyn
Dikencik tepe
Dikencik tepe
Kütüklükuyu
Kütüklükuyu
Eylül-2004
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Ekim-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Ekim-2005
Eylül-2004
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Eylül-2004
Ekim-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
Eylül-2004
Nisan-2005
-7.89
-8.76
-8.76
-8.46
-8.49
-7.37
-7.52
-7.63
-8.04
-7.63
-9
-9.14
-8.32
-8.22
-8.34
-8.8
-8.73
-8.84
-8.44
-8.48
-8.44
-8.64
-9.61
-9.68
-8.5
-10.31
-8.46
-8.39
-8.64
-8.57
-4.77
-5.78
-8.29
-8.54
-8.63
-8.9
-7.6
-7.82
-8.26
-8.44
-10.92
-11.38
-10.55
-11.22
-10.67
-10.8
-10.6
-11.05
-10.46
-10.62
-7.78
-7.88
-6.67
-2.76
-5.88
-10.74
-10.92
-10.88
-11.2
-11.29
-11.63
-57.2
-61.2
-62.7
-60.4
-59.8
-56
-56.9
-58
-59.1
-56.8
-62.5
-62.3
-59.7
-61.1
-59.9
-63.7
-60.8
-61.2
-60.4
-61.2
-61.8
-60.1
-68.4
-68.2
-60.8
-76
-60
-59.7
-60.5
-59.7
-44.3
-48.6
-62.3
-63.6
-60.1
-60.7
-56
-56.4
-58.5
-60.3
-70.7
-74.3
-70.2
-73.1
-71.2
-71.2
-71.2
-73
-70.3
-70.7
-56.4
-57.5
-55
-35.2
-51.4
-69.6
-70.9
-70.3
-71.6
-72.9
-76.9
8.39
11.68
11.57
10.15
9.98
8.6
9
8.97
8.66
8.34
6.95
7.1
8.43
15.1
14.72
5.89
6.58
5.95
6.27
7.21
7.14
6.4
6.49
6.86
7.07
7.19
-
-2.78
-3.35
-4.32
-1.83
-2.58
-3.76
-4.9
-3.38
-4.74
-2.73
-2.72
-3.62
-3.24
4.9
5.04
5.53
6
6.97
3.81
5.58
4.92
4.78
4.8
4.99
4.69
4.87
2.42
6.6
5.79
7.18
7.91
7.41
7.39
0.19
0.96
4.87
0.25
5
4.27
8.39
5.35
5
3.35
2.47
5.31
4.45
11.26
11.84
7.27
7.25
6.97
6.57
6.25
7.17
6.09
6.56
7.28
6.46
6.25
6.35
5.59
4.76
3.78
4.73
3.77
8.05
7.12
6.6
6.74
6.18
6.9
0.21
0.23
0.31
0.22
0.34
0.26
0.3
0.28
0.3
0.22
0.3
0.26
0.32
0.24
0.23
0.34
0.24
0.36
0.24
0.36
0.21
0.26
0.27
0.21
0.27
0.31
0.38
0.28
0.33
0.28
0.28
0.3
0.32
0.29
0.4
0.25
0.33
0.32
0.31
0.32
0.34
0.31
0.32
0.33
0.32
0.31
0.32
0.31
0.29
0.28
0.29
0.28
0.37
0.33
0.35
0.33
0.35
0.33
52
2.51
1.9
-0.67
-1.8
-0.53
-1.39
-2.42
-3.88
-4.89
-5.24
-4.54
-4.57
-5.61
-
H
750
720
710
650
650
655
980
920
805
755
835
970
915
915
655
880
1635
1050
975
940
950
850
970
810
1270
1625
1480
Tablo 2. Devam ediyor
No
34
35
36
38
40
41
42
43
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
60
61
62
62
63
63
64
64
65
66
66
67
67
Yağış
Yağış
Yağış
Yağış
Yağış
Yağış
Yağış
Yağış
Yağış
Yağış
Yağış
Adı
Tülce tepe çeşme
KAG 7
Bozbelen
Gölet (18 no. doğusu)
Gölet (Kışlatepe)
Gölet (ağaçlandırma)
M5 kuyruk 1. sondaj
M4 kuyruk yolu girişi
M4 kuyruk yolu girişi
Terzitarla tepe kuzeyi
Karanlıkdere
Arapdede
Arapdede KB'sı
Kumluk T.
Omcalık T. Kuzeyi1
Omcalık T. Kuzeyi2
Asar sırtı
Çardakyayla
Yirce d.
Ekilce T.
Koyunpınarı
Bozkulakyayla
Sarıpınar sırıtı
M5 ayak içi (santrifüj)
Girişten 230. Metre
Oylat kaplıcası
Oylat kaplıcası
Hamitabat
Hamitabat
Göbel
Göbel
KAP-1
KAP-2
KAP-2
Yoncalı
Yoncalı
Kasım-2004
Aralık-2004
Ocak-2005
Şubat-2005
Nisan-2005
Mart-2005
Temmuz-2005
Ekim-2005
Aralık-2005
Mart-2006
Eylül-2005
Tarih
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Ekim-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Ekim-2005
Ekim-2005
Ekim-2005
Nisan-2006
Ekim-2005
Nisan-2006
Ekim-2005
Nisan-2006
Ekim-2005
Ekim-2005
Nisan-2006
Ekim-2005
Nisan-2006
Eylül-2004
Eylül-2004
Eylül-2004
Eylül-2004
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
Nisan-2005
δ18O(H2O)
-8.54
-8.7
-8.51
-6.4
-5.08
-3.4
-8.29
-8.16
-8.33
-11.24
-11.11
-10.69
-10.87
-11.66
-11.1
-11
-9.94
-11.23
-10.17
-10.22
-11.55
-12.17
-11.79
-8.43
-8.52
-10.85
-10.85
-9.87
-9.54
-9.88
-9.86
-10.82
-9.38
-9.02
-10.02
-10.03
-10.06
-10.73
-10.34
-12.18
-10.55
-9.4
-5.55
-10.2
-9.31
-9.79
-6.67
δ2H(H2O)
-58.5
-59.4
-59.4
-55.5
-44.8
-34.4
-60.3
-59.5
-59.8
-73.1
-73
-71.1
-70.7
-77.3
-72.8
-73.1
-66.8
-68.7
-69.2
-67.5
-74.7
-79.3
-76.2
-60.8
-59.8
-69.4
-68.2
-70.4
-68
-66.4
-66.4
-74.3
-65.8
-62.7
-67.9
-68.5
-64.9
-70.3
-70.5
-80.9
-74.7
-61.8
-37.5
-66
-59.6
-64.6
-43.4
53
δ34S
9.28
8.23
5.69
6.19
8.93
7.33
-
δ18O(SO4)
-2.3
-3.38
-0.48
3.11
-4.52
-3.99
-
3
H
4.3
4.85
8.8
4.3
7.82
7.96
4.24
4.67
6.86
6.98
6
6.52
6.83
7.01
6.79
6.47
8.11
5.4
6.09
8.06
7.17
4.64
4.41
5.1
0.13
1.86
1.28
2.27
0
2.85
4.18
0.43
0.67
4.82
3.2
3.11
4.59
10.8
-
(± 1σ)
0.28
0.3
0.36
0.29
0.35
0.36
0.3
0.29
0.33
0.32
0.32
0.32
0.32
0.33
0.32
0.32
0.34
0.31
0.32
0.34
0.34
0.29
0.31
0.31
0.22
0.26
0.25
0.26
0.22
0.28
0.27
0.23
0.2
0.21
0.18
0.18
0.31
0.38
-
Kot (m)
680
725
1020
840
1025
910
1140
1410
1355
1405
1430
1205
1165
1025
1070
1030
1170
1880
1790
1780
710
720
939.42
724.91
BİRİM HİDROGRAF ÇIKARILMASINDA KARARLI İZOTOPLARIN
KULLANILMASI
Y.İnci TEKELİ
Toprak Gübre ve Su Kaynakları Merkez Araştırma Enstitüsü
[email protected]
ÖZET
Bu çalışmada; alanı 16.125 km2 olan Ankara-Güvenç Havzasında yağış, akım, kaynak (yüzeyaltı
suları) ve kuyu (yeraltı suları) dan alınan su örnekleri ile kararlı izotop çalışması yapılmış ve havza
için yağış-akış ilişkisi araştırılmıştır. Bireysel olaylardan iki adet tek pikli akım hidrografları hem
izotop hem de grafik (klasik) yöntemle bileşenlerine ayrılmış ve birim hidrografları çıkartılarak
hidrograf pik değerleri karşılaştırılmıştır. Havzanın izotop yöntemi ile bulunan 10 dakika ve 20
dakikalık birim hidrograf pik değerleri Qp= 1322 1/s ve Qp= 1327 1/s, grafik yöntem ile bulunan
değerleri ise sırası ile Qp= 1656 1/s ve Qp= 1250 1/s olmuştur.
Anahtar Kelimeler: Hidrograf ayrımı, kararlı izotoplar, grafik metot, birim hidrograf
THE USE OF STABLE ISOTOPE TO DERIVE UNIT HYDROGRAPH
ABSTRACT
In this research, a stable environmental isotope study was carried out from analysis of water
samples collected from rainfall, runoff (total discharge), springs (subsurface flows), and wells
(ground waters) in Ankara-Güvenç basin having a drainage area of about 16.125 km2. From
individual samples, unit hydrographs from two one-peak storm hydrographs were derived using
both isotope and graphical methods, and the derived unit hydrographs values including peaks were
compared. Peak values of 10 and 20 minutes unit hydrographs of the basin derived by using
isotope method (Qp= 1322 1/s and Qp= 1327 l/s) are compared with those of graphical method (Qp=
1656 1/s, and Qp= 1250 1/s) using Barnes semi-log approach.
Keywords: Hydrograph separation, stable isotopes, graphical method, unit hydrograph.
GİRİŞ
Bir havzadan gelebilecek akım miktarlarının tahmin edilmesinde değişik yöntemler
kullanılmaktadır. Bunlardan en yaygın olanı amprik modellerdir. Ancak bu modeller havzaların
üniform (homojen) olmaması durumunda büyük yanılgılara yol açabilmektedir. Bu nedenle akım
karakteristiklerinin belirlenmesinde klasik metotlara alternatif olarak özel tekniklerin uygulanmaya
başlanılmıştır. Bunlardan birisi de kararlı izotop analiz teknikleridir. Bir havzada akarsuyun kararlı
izotop değerleri havzaya düşen yağışların izotop değerleri ile yakından ilişkilidir. Küçük havzalarda
yüzey akımın δ 18O değeri bölgesel yağışın δ 18O değeri ile aynıdır. Büyük ölçekli havzalarda ise
su çok uzun yol kat ettiği için ortalama yağış ile akarsuyun izotop değeri arasında önemli
farklılıklar olabilmektedir ( IHP, 2001). Bu çalışmada Güvenç havzasında yağış- akım ilişkileri ve
birim hidrograflar kararlı izotop yöntemleri ile çalışılmış ve sonuçlar klasik hidrograf bileşenlerine
ayırma yöntemi (Barnes - Yarı Logaritmik Grafik Yöntem) ile karşılaştırılmıştır.
55
MATERYAL
Araştırma Alanı
Güvenç Havzası Ankara-Yenimahalle-Güvenç Köyünde Kayaönü Deresi üzerinde yapılan Güvenç
Göleti su toplama havzasıdır. Havza Ankara-İstanbul karayolunun 35. Km’sinden 6.5 km. doğuda,
gölet de köyün 2.5 km. kuzeydoğusunda yer almaktadır. Kuzeybatıda Dedeçam Tepesi (1198 m),
kuzeyde Sarıkaya Tepesi, doğuda Çayırınkafa Tepesi ve Karatepe, güneyde Tabyabayır ve Akpınar
Tepeleri, güneybatıda Karyağdı Tepesi (1459 m), batıda Dikbayır sırtları ve Kartalkaya Tepesiyle
çevrilmiş olan Güvenç Havzası içerisinde Sarıbeyler (Lezgi) köyü yer almaktadır. Araştırma
Havzası içerisinde doğan sular, Kayaönü deresinde toplanarak Ova Çayına dökülür. Ova Çayı da
Sakarya Nehrinin bir kolu olan Ankara Çayına kavuşmaktadır. Havza yağış alanı 16.125 km2’dir.
Havza çıkış yerinin deniz seviyesine göre yükseltisi 1053 metre, enlemi 400 08’ 00’’ N, boylamı 320
45’ 15’’ E’dur.
Ölçüm Ağı ve Yağış-Akım İlişkileri
Havzada yağış ve akım ölçümleri için beş adet yağış istasyonu ve üçgen akım savağı yer almaktadır.
Akım ve yağış ölçümleri 1984 yılından günümüze kadar sürekli olarak ölçülerek kaydedilmektedir
(Şekil 1).
Araştırma havzası yazları sıcak ve kurak, kışları soğuk ve yağışlı olan İç Anadolu iklim özelliği
göstermektedir. Yağış ve akım ölçümlerine 1987 yılında başlanılmış ve 1987-2001 döneminde
ortalama 496.4 mm lik yağışa karşılık 119.32 mm değerleri gözlenmiştir. Yağışların mevsimlere
göre dağılımında en yüksek % 33.3 ile ilkbahar mevsimi olmuş ve ikinci sırada , % 28.5 kış, %
23.4 ile sonbahar ve % 14.8 ile yaz izlemiştir. Ortalama olarak en çok yağış 62.2 mm ile Nisan
ayında görülmüştür. Ölçüm süresince en yağışlı yıllar 474.3 mm ile 1984 ve 1998 yılları, en az ise
289.5 mm ile 2001 yılı olmuştur ( Tekeli ve Babayiğit, 2001).
Toprak ve Jeolojik Özellikleri
Araştırma alanında yer alan toprakların rutubet rejimleri Xeric ve sıcaklık rejimleri ise Mesictir.
Toprakların oluşum süreci sonrası oluşan bazı yüzey üstü ve yüzey altı tanı horizonları saptanmış ve
bunlar Entisol, Inceptisol, ve Vertisol ordolarına yerleştirilmiştir. Bu ordolar içerisinde % 59,9 ile
Entisoller en fazla alan kaplarken bunu sırasıyla % 34,2 ile Inceptisol ve % 1,7 ile Vertisol
izlemiştir. Yukarıda da belirtildiği gibi havzanın % 12.6'sı (2.031 km2) orta meyilde, orta erozyonlu;
% 36.2'si (5.837 km2) dik meyilde, şiddetli erozyonlu; % 4.5'i (0.731 km2) çok dik meyilde, şiddetli
erozyonlu; % 46.7'si’de (7.526 km2) sarp meyilde, çok şiddetli erozyonludur. Havza topraklarının
% 8.9'u orta derin, % 44.4'ü sığ ve % 46.7'si de çok sığdır.
Havza alanının büyük bir kısmını (Batı ve Orta kesimde) Paleosen yaşlı kil ve kireçtaşı ara
katmanları ile az geçirimli olarak Sarıbeyler formasyonu kaplamaktadır (9.01 km2). Bu birimlerin
yeraltısuyu verimlilik dereceleri zayıftır. Havzanın memba (yukarı su toplama alanları) kısımlarında
ise kireçtaşları ile ortalanmış, yeraltısuyu verimliliği bakımından oldukça zayıf marn tabakaları
bulunmaktadır . Havzanın güney batısı ile kuzey doğusunda bulunan Orhaniye formasyonu orta
derecede yeraltısuyu verimliliğine sahip olup Sarıbeyler formasyonu üzerinde yer almaktadır. Her
iki formasyonun dokanak halinde bulunduğu bölgelerde kaynaklar bulunmaktadır. Güney doğuda
bulunan ve siltli kumtaşı ile zayıf akifer olma özelliği gösteren Dikmendere formasyonu da yer yer
yüzeylenmektedir. Dikmendere formasyonunun Sarıbeyler formasyonu ile dokanak halinde
bulunduğu bölgelerde de yer yer kaynaklar bulunmaktadır. Havzada yüzeyaltı suyunun, toplam
akımlarda etkili olduğu, kuyu verdileri ile de belirlenmiştir (DSİ, 1968).
56
Arazi Kullanma ve Bitki Örtüsü
Araştırma havzasında Landsat uydu görüntüsü ile detaylı bitki örtüsü ve arazi kullanım analizi
yapılmıştır. Çalışma alanının % 43,42 ünde kuru tarım yapıldığı, % 2,8 bağ-bahçe, % 47,3 mera
alanı, % 4.1 orman - fundalık ve % 2,4 terkedilmiş alan ile kaplı olduğu belirlenmiştir (Tekeli ve
ark, 2007).
Şekil 1. Güvenç Havzası Ölçüm Ağı Haritası
METOT
Su Örneklerinin Toplanması
Kararlı izotopların (Oksijen-18, Döteryum) analizleri için su örnekleri yağmur, çeşme, kuyu
suyu ve dereden toplanmıştır. Akımları oluşturan yağışların kararlı izotop konsantrasyonlarının
belirlenmesi amacı ile akım savağı yakınında bulunan R-24 yağış istasyonundan yağmur
örnekleri toplanmıştır (Şekil 1). Çeşme ve kuyu suyundan (Şekil 2) ayda bir defa, yağmur
suyundan anlık bireysel olaylarda yağışı temsil etmek üzere bir defa, dereden ise olaylar
sırasında hidrografın yükselmesi ve çekilmesine rastlaması sağlanmaya çalışılarak (30 ar dakika
aralıkla) su örnekleri alınmıştır. Polietilen şişelere alınan ve hava almayacak şekilde sıkıca
57
tıpalanıp etiketlenen örneklerin analizleri D.S.İ. Ankara Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol
Dairesi Başkanlığı (TAKK) İzotop Analiz Laboratuvarında yapılmıştır.
Şekil 2. Kuyudan Su Örneklemesi
İzotop Yöntemi
Amaca uygun olarak alınan su örneklerinin kararlı izotop Oksijen-18 ve Döteryum miktarları
D.S.İ. İzotop Laboratuvarlarında Kütle Spektrometre cihazı kullanılarak ölçülmüştür. Cihaz gaz
haline dönüştürülmüş su numunelerinin bir referansa (SMOW) göre izotopik oranlarını (D/H),
O18/O10 gibi) ölçecek şekilde tasarlanmıştır (DSİ, 1987).
Elde edilen sonuçlar izotopların gerçek değerini değil fakat bir referansa göre olan oranlarını
belirlemektedir. Sonuçlar  notasyonu kullanılarak gösterilmekte ve
 
Rörnek  Rreferans
Rreferans
x1000
(1)
eşitliği ile ifade edilmektedir. Yöntemde kullanılan referans okyanus suyunun ortalama izotopik
kompozisyonu temsil eden standard ortalama okyanus suyu (SMOW) dur. Ölçümlerde hassasiyet
Oksijen 18 (18O) için % 0.1 ve Döteryum (D) için % 1’dir (DSİ, 1987).
Yüzeye ulaşan yağmur havzanın özelliklerine bağlı olarak yüzey ve yüzeyaltı akışlarını
oluşturmaktadır. Bu iki bileşen ve havzanın yeraltı suyu katkısı ile havza çıkışında akımlar
toplam debi olarak ölçülmektedir. Toplam debinin zamana bağlı olarak değişimini veren akım
hidrografını yüzey akış (Qy), yüzeyaltı (Qya) ve yeraltı akışı (Qye) oluşturmaktadır. Bu durumda
toplam akım;
Qt= Qy + Qya + Qye
(2)
bağıntısı ile gösterilebilir. Bu eşitlikte Qy, Qya ve Qye bilinmeyen değerlerdir. İzotopların sakınımı
prensibinden
Qt.Ct = Qy . Cy +QyaCya + Qye.Cye
(3)
şeklinde formüle edilirler. Burada C su kütlelerinin izotop konsantrasyonları olup, Oksijen-18 ve
Döteryum için yukarıda 1 nolu eşitlikte C (R) verilmektedir.
Döteryum ve Oksijen-18 konsantrasyonları sırası ile D ve O ile gösterilerek 3 nolu denklem
yerine
Qt. Dt = Qy. Dy + Qya.Dya + Qye. Dye
58
(4)
Qt.Ot = Qy.Oy + Qya .Oya + Qye . Oye
(5)
Denklemlerden görüldüğü gibi 3 bilinmeyenli 2 denklem ile çözüm arandığı için yüzeyaltı ve
yeraltı suyu birlikte taban suyu olarak ele alınmış ve denklem 2 bilinmeyenli iki denkleme
indirgenmiştir.
Qt = Qy + Qta
(6)
Kararlı izotoplardan Döteryum kullanılarak bağıntı 6’ya ek olarak aşağıdaki denklemler
yazılarak taban akım (yüzeyalt+yeraltı) ve (Qta) yüzey akım (Qy) hesaplamaları yapılmış ve
sonuçlar Oksijen-18 ile tekrarlanarak doğrulanmıştır.
Qt.Dt = Qy.Dy + QtaDta
(7)
Qta = Qt (Dt – Dy) : (Dta – Dy)
(8)
Qy = Qt (1 – (Dt – Dy) : (Dta – Dy)
(9)
veya
Toplam hidrografın üç ayrı bileşenci olarak ayrıldığı bireysel olaylarda ise çözüm için denemeyanılma metodu uygulanmıştır. Oksijen 18 değerleri uygulanıp deneme yanılma ile bulunan
akım bileşeni miktarlarının Döteryum ile sağlaması yapılmıştır.
Barnes Yöntemi (Y.Logaritmik grafik yöntem)
Akım hidrografının bileşenlerine ayrılmasında kullanılan yöntemlerden bir diğeri grafik ayırım
yöntemidir. Bu yöntem bir takım kabullere dayanmaktadır. Grafik yönteminde her bileşen akım
için;
Qi = Qo . Kt
(10)
bağıntı verilmektedir. Burada Qo debinin görüldüğü an, Qi ise t zaman kadar sonra görülen
debiyi göstermektedir. K çekilme katsayısıdır ve 1 den küçük olmak üzere her bileşen için farklı
değerler almaktadır (Usul, 2001).
Birim Hidrograf Yöntemi
Havzada ölçülen yağış ve akım değerleri ile hem izotop hem de grafik yöntem ile belirlenen
hidrograf bileşenleri (yüzey akım ve ana akım) kullanılarak iki bireysel olayın birim hidrograf
değerleri hesaplanmıştır ( Özer, 1991). Elde edilen sonuçlar havzanın uzun yıllık verilerden
çıkarılan ortalama birim hidrograf değerleri ile de karşılaştırılmıştır.
BULGULAR ve TARTIŞMA
Çalışma havzasından toplam 159 adet su örneği toplanılmış ve analizler yapılmıştır. İzotop
Laboratuvarından alınan örneklerin Oksijen-18 (18O) ve Döteryum (D) analiz sonuçları
Ankara-Güvenç Havzasında Akım Hidrograflarının Bileşenlere Ayırımında İzotop Tekniklerinin
Kullanımı isimli araştırma raporunda verilmiştir (Tekeli ve Şorman, 2001). Toplanan yağış,
toplam akım, yüzeyaltı ve yeraltı sularının Oksijen-18 ve Döteryum sonuçları kuzey yarım küresi
yağış ortalamasını veren doğruya göre konumlandırılmış ve grafiksel olarak incelenmiştir. R24
istasyonundan toplanılan yağış örneklerinin tarih, miktar, şiddet, süre değerleri Çizelge 1’ de
verilmiştir. Seçilen beş adet tek pikli bireysel olayın iki adetinde birim hidrograf çalışması
yapılmıştır. Bireysel olaylardan üç adedinde hidrograf bileşenlerinin analizi yapılmış ve Şekil 3’
de verilmiştir. Beş adet bireysel olayın grafik ve izotop yöntemi ile belirlenmiş akım
bileşenlerinin yüzde miktarları ve dereden alınan su örneklerinin grafik yöntemi ile
karşılaştırılmış izotop yöntemi akım bileşenleri sonuçları ise Çizelge 2’ de verilmiştir.
59
İzotop yöntemi ve akım bileşenlerinin hesaplanmasında yüzeyaltı akımın özellikle (fast
subsurface flow) hızlı yüzey altı akım olarak adlandırılan önemli bir miktarının o günkü yağıştan
geldiği gerçeğinden hareketle direkt yüzey akışla birlikte toplam akışa katkısı olduğu
düşünülmüştür. Yeraltısuyu (Qye) ile önceki bireysel olaylardan gelen gecikmeli yüzeyaltı akış
(slow subsurface flow Oya) ise toplam akıma etki eden ikinci kısım akım olarak hesaplanmıştır.
Araştırma havzasında yüzeyaltı sularının bireysel olaylara olan katkılarını daha ayrıntılı
belirlemek amacı ile tek pikli olayların çekilme eğrileri ayrı ayrı analize tabi tutulmuşlardır.
Belirlenen çekilme eğrilerinden eğim (m) ve debi (q) değerleri hesaplanmış bulunan q
değerlerinden havzaya ait depolama miktarları Çizelge 3.’de verilmiştir. İzotop yöntemi ile
hesaplanan akım bileşenlerinden birim hidrografları çıkarılmış ve bu hidrograflar grafik yöntem
ile karşılaştırılmıştır (Çizelge 4 ve 5). İzotop analizi yapılan yağmur örneğinin yağış miktarları
9.5 mm ile 22.3 mm arasında değişmektedir (Çizelge 1). Havzada uzun süreli ölçümler sonucu
yağış-akım verilerinden çıkarılan havza yüzey akış sınır eğrisine göre araştırma alanında; iki
yağış arasındaki süre ve şiddetleri ne olursa olsun 19 mm’nin üzerindeki tüm yağışlar yüzey akış
oluşturmakta, 2.4  10.0 mm arasındaki yağışların yüzey akışı verebilmeleri ise şiddetlerine ve
önceki yağışla arasındaki zamana bağlı olmaktadır. 19.5.1998 tarihli olay 9.5 mm değer ile
yağış en düşük görülmüştür. Ancak bu tarihte düşen toplam yağış incelendiğinde örnek toplama
anında toprağın nem bakımından doygun durumda olduğu belirlenmiştir. Dolayısı ile 9.5 mm’lik
bir yağış havzada yüzey akımına neden olmuştur.
Çizelge 1. Bireysel olayların yağış, şiddet ve süre değerleri
Toplam Yağış
Miktarı (mm)
Tarih
Şiddet
Süre
Toplam süre
(mm/h)
(dak)
(dak)
19.05.1998
9.5
7.1
20
420
27.05.1998
21.0
64.8
10
50
13.04.2000
11.7
6.6
10
240
24.05.2000
22.3
53.9
10
235
02.06.2000
10.1
27.4
10
200
Çizelge 2.Bireysel olaylarda akım bileşenlerinin grafik ve izotop yöntemi ile karşılaştırılması
Tarih
Akım
19.5.1998
27.5.1998
13.4.2000
24.5.2000
2.6.2000
Grafik
İzotop
Grafik
İzotop
Grafik
İzotop
Grafik
İzotop
Grafik
İzotop
0.112
0.098
0.654
1.055
0.122
0.096
0.238
0.547
0.066
0.184
1.076
1.09
1.338
0.918
1.577
1.603
0.599
0.290
0.510
0.392
1.188
1.188
1.992
1.992
1.699
1.699
0.837
0.837
0.576
0.576
9.4
8.2
32
53
7.2
5.7
28
65
11
32
Bileşenleri
Qy
(mm)
Qya+Qye
(mm)
Qtop
(mm)
Qy/Top.
(%)
60
61
Çizelge 3. Bireysel akımların çekilme eğrisi analizleri
Tarih
qp
mc
q1
m1
q2
m2
q3
m3
q4
m4
q5
(l/s)
(sa)
(l/s)
(sa)
(l/s)
(sa)
(l/s)
(sa)
(l/s)
(sa)
(l/s)
19.5.1998
580
111
353
30.5*
320
-
-
-
-
-
-
27.5.1998
6337
0.6
1320
1.5
952
3.6
620
8.6
520
41.5
459
334
-
-
-
-
13.4.2000
707
7.2
436
32.1
24.5.2000
2170
1.0
530
2.6.2000
1241
0.8
678
*
*
373
53.4
1.9
316
3.4
204
8.0
141
-
-
1.3
316
2.7
184
10.6
115
-
-
Çizelge 4. 19.05.1998 tarihli bireysel olayın grafik ve izotop yöntemleri ile hesaplanmış
birim hidrograf değerleri
Zaman
Toplam
Akım
(1/s)
Yeraltı Akım
Yüzeyaltı
Yüzey Akım
BH20
(l/s)
(l/s)
(l/s)
(l/s)
Grafik
İzotop
Grafik
İzotop
Grafik
İzotop
Grafik
İzotop
14
50
320
320
0
0
0
0
0
0
0
15
10
338
320
330
2
1.5
13
3.5
116
36
1530
365
320
340
4
4
41
21
366
214
50
410
320
345
8
4.5
82
60.5
732
617
1610
445
320
350
15
9
110
86
982
878
30
480
320
360
40
16
120
104
1071
1061
1650
500
320
370
55
22
125
108
1116
1102
10
550
320
375
95
55
135
120
1205
1224
1730
580
320
380
120
70
140
130
1250
1327
17
50
570
320
375
115
75
135
120
1205
1224
18
10
540
320
370
110
70
120
100
1071
1020
1830
520
320
365
100
65
100
90
893
918
50
500
320
360
98
62
82
78
732
796
1910
480
320
355
90
58
70
67
643
637
30
460
320
350
85
55
55
55
491
561
1950
450
320
345
80
52
50
53
446
541
20
10
430
320
342
72
47
38
41
339
418
20
30
415
320
340
65
45
30
30
268
306
2050
400
320
338
58
42
22
20
196
204
10
390
320
336
52
39
18
15
161
153
2130
380
320
332
48
37
12
11
107
112
50
375
320
330
42
35
8
10
71
102
2210
360
320
328
40
32
0
0
0
0
15
16
17
18
19
21
21
62
Çizelge 5. 13.04.2000 tarihli bireysel olayın grafik ve izotop yöntemleri ile hesaplanmış birim
hidrograf değerleri
Zaman
Toplam
Akım
(lt/sn)
Yeraltı
Akım
Yüzeyaltı +
Yüzey Akım
Grafik
Grafik
Yüzeyaltı +
Yeraltı
Akım
Yüzey Akım (l/s)
BH10 (l/s)
İzotop
Grafik
İzotop
Grafik
İzotop
16oo
233
233
0
233
0
0
0
0
16
30
260
240
20
240
5
20
41
208
17
00
298
252
46
270
24
28
197
292
1730
330
270
60
300
27
30
221
313
oo
374
280
94
330
47
44
385
458
1830
460
300
160
350
90
40
738
1146
oo
881
320
261
450
151
121
1238
1260
1930
707
345
362
580
202
127
1656
1322
oo
680
345
335
560
185
120
1516
1250
2030
620
345
280
520
140
100
1148
1042
21
oo
581
345
241
500
111
81
910
844
21
30
520
345
180
480
60
40
496
416
22oo
490
345
150
460
35
30
286
313
30
460
345
120
450
15
10
123
104
23oo
437
345
97
437
0
0
0
0
18
19
20
22
Akım bileşenlerinin hesaplanmasında toplam hidrograf yüzey akım ve taban akım olmak üzere iki
bileşenli olarak ele alınabilir. Toplam hidrografın üç ayrı bileşenli olarak ayrıldığı bireysel
olaylarda ise çözüm için deneme yanılma metodu uygulanmıştır. Deneme-yanılma ile bulunan
bileşenlerin miktarlarına Döteryum denklemleri ile sağlaması yapılmıştır. 19.5.98 tarihli akımda
toplam akımın tüm bileşenleri ayrı ayrı diğer dört adedinde (27.5.98, 13.4.00, 24.5.00, 2.6.00) ise
yüzey ve yüzeyaltı-yeraltısuyu birleştirilerek iki bileşenli olarak hesaplanmıştır. Bu olaylardan
sadece ikisinde (19.5.98, 13.4.00) izotop yöntemi ile grafik yönteminde yüzeyaltı katmanlarından
gelen su ayrımı çakışmış diğer üçünde (27.5.98, 24.5.00, 2.6.00) ise çakışmadığı gözlenmiştir. Bu
üç olayda kaynaktan (çeşmeden) alınan su örnekleri araştırma havzasında sadece en alt jeolojik
katmandan gelen ve toplam akıma katkısı olan yüzeyaltı suyu hakkında bilgi vermiştir. Beş adet
bireysel olayın çekilme eğrileri çizilmiş ve yüzeyaltı katmanlarına ait m ve q değerleri
hesaplanmıştır (Çizelge .3). Buna göre yukarıda bahsedilen üç olayda izotop analizleri ile bulunan
yüzeyaltı su miktarı sadece q3 veya q4 katmanlarından gelen su miktarını gösterdiği belirlenmiştir.
Dolayısı ile diğer (q1, q2) katmanlarından gelen yüzeyaltı su miktarları izotop yöntemi ile
belirlenememiştir. Sonuçta izotop yöntemi ile bulunan yüzey akım miktarı grafik yöntemi ile
bulunan yüzey akım miktarından fazla olmuştur. Bunun nedeni de izotop yönteminde ki yüzey akım
yüzde değerleri içersinde yöntem sırasında ayrılamayan ve q1, q2 katmanlarından gelen yüzeyaltı
akımın da bulunmasıdır. Bu sonuçlar Güvenç havzasında akım hidrograflarının çekilme eğrisi
analizinde hidrograf pikinden sonra bir ve ikinci kırılma noktalarındaki hızlı yüzeyaltı akım olarak
adlandırılan (rapid subsurface flow) suyun bitki kök bölgesi derinliğinde hareket edip daha sonra
yine yüzeye çıkan akım olarak düşünülebileceğini de ortaya koymaktadır.
Yeraltı suyu üzerinde sadece tek bir katmanın olduğu ve böylece her iki yöntemde de yüzeyaltı
ayrımlarının birbiri ile uygunluk gösterdiği iki adet bireysel olayda (19.5.98, 13.4.00) grafik ve
izotop yöntemlerindeki yüzey akım miktarlarının (yüzde olarak) az bir farkla birbirine yakın olduğu
63
belirlenmiştir. Dolayısı ile izotop yöntemi, grafik yöntemi ile yapılan hidrograf akım bileşenlerine
ayırım olayını çok yakın değerler ile doğrulamıştır.
Her iki yöntemde (Grafik ve İzotop yöntemi) de yüzeyaltı katmanları aynı olduğu belirlenen iki
olayın BH10 ve BH20 hidrografları hem Barnes Grafik Yöntemi hem de İzotop Yöntemi sonuçları ile
ayrı ayrı çıkarılmıştır. 1998 tarihli olayın 20 dakikalık birim hidrograf piki (BH 20) grafik yöntemde
1250 l/s, izotop yönteminde ise 1327 l/s bulunmuştur (Çizelge 4). İkinci olaydaki birim hidrograf
(BH10) piki grafik yöntemde 1656 l/s, izotop yönteminde ise 1322 1/s olmuştur (Çizelge 5).
Görüldüğü gibi her iki yöntemde de ulaşılan pik değerlerde çok önemli bir farklılık olmadığı, buna
karşılık havzada uzun yıllık araştırma sonuçlarından (1987-2001) çıkarılan ortalama birim hidrograf
değeri (BH10, Qp= 7121.3 1/s) ile karşılaştırıldığında ise önemli farklılıklar olduğu gözlenmiştir.
Grafik yöntemi ile yapılan hidrograf ayrımlarında genelde toplam akımdan taban akım çıkarılmış ve
taban akımda çoğu zaman yüzey altı akımı dikkate alınmadan sadece yeraltı suyu olarak ele
alınmıştır. Halbuki özellikle araştırmanın yapıldığı Güvenç havzası örneğinde olduğu gibi bir kaç
tane katmanlı jeolojik formasyon gösteren havzalarda yeraltı suyunun üzerindeki katmanlar
gecikmeli yüzeyaltı suyu denilen (slow subsurface flow) ve taban yeraltı su akımına ilave edilmesi
gereken depolama alanları olarak düşünülmesi gerekir. Hidrografın en üst noktasındaki ilk kırık ise
hızlı yüzeyaltı akım olarak kabul edilip (rapid subsurface flow) yüzey akıma ilave edilebilir.
SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Güvenç araştırma havzasında akım hidrograflarının bileşenleri grafik metot ve izotop metodu ile
detaylı olarak olay bazında incelenmiştir.
Beş adet bireysel olayın hidrograf ayırımları izotop yöntemi ile yapılmış ve grafik yöntemi ile
karşılaştırılmıştır. Bireysel hidrograflardan ikisi akım bileşenlerine ayrım bakımından grafik
yöntemi ile yakın sonuçlar vermiştir. Diğer üç adet olayda ise yüzeyaltı akım bileşenlerine ayırımı
bakımından izotop yöntemi ile grafik yöntemi arasında farklılıklar gözlenmiştir. Bunun yanında
izotop yöntemi ile elde edilen birim hidrograflar, havzada uzun yıllar grafik yöntemle bulunan birim
hidrograflar ile karşılaştırıldığında toplam akımın bileşenlerine ayırımında özellikle yüzeyaltı
akımlar için değişik jeolojik katmanların önemli olduğunu göstermiştir.
Toplam akıma yüzey akım katkısı daha çok ilkbahar dönemlerinde sağnak yağışlar ile olmuştur.
Diğer dönemlerde yeraltı suyu ve özellikle yüzeyaltı suyu katkısı önemli bulunmuştur.
Yağış izotop değerleri anlık olaylarda alınan tek bir yağış örneği ile temsil edilmiştir. Toplam
akımda yağışın katkısının daha sağlıklı hesaplanması için yağıştan olay sırasında birden fazla örnek
alınması gerektiği bu çalışma ile ortaya çıkmıştır. Araştırma alanında daha detaylı bir yüzeyaltı ve
yeraltı akımının toplam alandan ayrılmasına yönelik çalışmaları için gelecekte bu alanda
belirlenecek noktalarda açılacak logları ile hidrograflardaki hangi katmanlardan ne miktar suyun
geldiği ile ilgili detaylı bir çalışma kuvvetle önerilmektedir.
KAYNAKLAR
Devlet Su İşleri (DSİ), 1987. Hidrolojide izotoplar ve nükleer teknikler. D.S.İ. Genel Müdürlüğü
Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı, Adana.
Devlet Su İşleri, 1968. Türkiye Hidroloji Haritası. DSİ Yeraltısuları Daire Başkanlığı Yayınları.
Ankara
IHP. (2001). Environmental isotopes in the hydrological cycle. Vol.III. Surface Water. Technical
Documants in Hydrology .No:39. Vienna.
64
Tekeli, İ., ve Şorman, Ü., Gürleşen, N. 2001. Ankara-Güvenç havzasında akım hidrografının
bileşenlerine ayırımında izotop tekniklerinin kullanımı. Toplu Sonuç Raporu. 2000-Köy Hizmetleri
Araştırma Enstitüsü, Ankara.
Tekeli, İ., Babayiğit, G. , 2001. Güvenç Havzası Yağış ve Akım Karakteristikleri (Ara Rapor- 19842007). Topraksu Araştırma Yıllığı. Ankara
Tekeli, İ., Akgül, S., Dengiz, O. Başkan, O. 2007. Taşkın Debilerinin Hesaplanmasında Kullanılan
Yüzey Akış eğri Numarası Parametrelerinin Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemi ile
Belirlenmesi. Genel Yayın No: 240, Rapor Seri No: R-152. Ankara
Usul, N. 2001. Engineering Hydrology. METU Pres. Ankara
Özer. Z. 1991. Su Yapıları Projelendirilmesinde Hidrolojik ve Hidrolik Esaslar.(Teknik Rehber).
Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü Yayınları.
65
ULUDAĞ GÜNEYİNDEKİ YERALTISULARININ HİDROJEOKİMYASAL
DEĞİŞİMLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Dr. Füsun S. TUT HAKLIDIR
Dokuz Eylül Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Buca -İzmir
e-posta:[email protected]
Özet
Uludağ Batı Anadolu’daki en önemli yükselti olup, Kuzey Anadolu Fayı ve Ege Açılma Sisteminin
sınırı olarak ta değerlendirilebilen, tektonik açıdan hareketli bir alanda yer almaktadır.
Bulunduğu tektonik aktivitenin de etkisiyle Uludağ’ın kuzey eteklerinde çok sayıda sıcak su çıkışı
bulunmaktadır. Bölgedeki sıcak su çıkışlarının yanı sıra Bursa Ovasından Uludağ zirvesine dek
farklı yüksekliklerde soğuk su kaynakları bulunmaktadır. Uludağ’ın güneyinde ise soğuk su
çıkışları ve Nilüfer çayına paralel bir vadi boyunca ise yaklaşık 3.5 km boyunca maden suyu
çıkışları gözlenmektedir. Maden suyu çıkışları oldukça lokal bir bölgede yüzeye ulaşmakta olup,
farklı maden suyu firmalarınca değerlendirilmektedir. Doğal maden suyu çıkışları açılan sondajlarla
beslenerek, maden suyu firmalarının kapasiteleri arttırılmaktadır. Ancak yapılan ölçüm, analizler
sonucunda bu sondajların birbirlerini etkilediği ve farklı derinliklerden gelen suların
fiziksel/kimyasal ve izotopik karakterlerinin de birbirlerinden farklı olabildiği, bölgenin oldukça
hassas bir dengeye sahip olduğu gözlenmiştir.
Farklı yüksekliklerden alınan su örneklerinin δ 18O - δ D izotop değerleri incelenmiş olup, Uludağ
bölgesinin güneyindeki soğuk su, maden sularına ait izotop değerlerinin birbirlerinden oldukça
farklı değerler verdiği ortaya konulmuştur. Maden suyu ile sıcak su çıkışları arasındaki ilişki
irdelenmiştir. Buna göre Uludağ’ın kuzeyinde gözlenen sıcak su çıkışlarının güneyde de sığ
sondajlarla elde edilebileceği gözlenmiştir.
EVALUATION OF HYDROGEOCHEMICAL CHANGES OF GROUNWATERS IN
SOUTH ULUDAĞ
Abstract
Uludağ, the highest mountain of Western Anatolia which can be evaluated as the border between
the North Anatolian Fault Zone and the Aegean Extension System and has developed by tectonic
uplift.
Cold waters are generally located in the higher land from plain to Mount Uludağ, whereas thermal
water discharges are observed in low lands , especially near the city center. Mineral waters are
located along a 3.5 km long valley near the Nilufer river in south of Uludağ. Mineral water
companies have been drilling new wells to increase their capacities in the region. However results
of water analyses, revealed that the wells influence each other and there is a sensitive balance
between mineral water springs and drillings.
Isotopic compositions of water samples, which are taken from different altitudes in the region, also
have been evaluated and the result has shown that thermal, mineral and cold water isotopic
compositions are very different from each other. Mineral and thermal water has a relationship in
this region which may suggest thermal water can be abstracted by drilling shallow boreholes at the
southern area such as the north part of Bursa city.
67
1. Giriş
Bursa ili jeotermal potansiyelinin değerlendirilmesine yönelik TÜBİTAK-JULICH tarafından
desteklenen 102Y156 nolu proje kapsamında, bölgenin merkezinde yüzeye çıkan jeotermal
kaynakların yanı sıra yüzey suları, yeraltı suları ve kar örnekleri ile birlikte Uludağ çevresindeki
farklı karakterli sular ve Uludağ güneyindeki bazı maden suları incelenmiştir. Bu çalışmada ise
çalışma alanının güney kısmında Uludağ’ın güneyinde gözlenen maden suları ve yeraltısuları
hidrojeokimyasal olarak değerlendirilmiş ve bölgedeki su-su ve su-kaya etkileşimi ortaya
konulmaya çalışılmıştır.
2. Çalışma Yöntemleri
Çalışma alanında bulunan soğuk su ve maden suyu kaynaklarından kış ve yaz dönemleri örnekleme
yapılmıştır.. Proje kapsamında Bursa bölgesinin jeotermal kapasitesinin değerlendirilmesi amacıyla
belirlenen ve uzun süreli gözlem yapılan su lokasyonlarından maden suyu kaynaklarından günlük
(Cl-, SO4-2), / haftalık ( δ18O, δD izotopları) /aylık anyon/katyon (Ca+2, Mg+2, Na+, K+, Cl-, SO4-2),
izotop örnekleri alınmış olup, Uludağ çevresindeki soğuk su kaynaklarından ise farklı periyotlarda
izotop örneklemeleri yapılmıştır. Anyon/katyon analizlerinde DX 100 İyon Kromotografi, izotop
analizlerinde Finnigan IRMS yöntem ve cihazları kullanılmıştır. Analizler Berlin Freie Üniversitesi
Hidrojeoloji Laboratuvarı, Potsdam Alfred Wegener Enstitüsü Okyanus ve Kutup Araştırmaları
Merkezi İzotop Laboratuvarı ile TÜBİTAK Bursa Test Teknik - Çevre ile Laboratuvarlarında
gerçekleştirilmiştir. Bu kimyasal ve izotop analizleri yanı sıra arazide lokasyonlarda pH, sıcaklık
(T), elektriksel iletkenlik (EC), suda çözünmüş madde (TDS), suda çözünmüş oksijen, bikarbonat
(HCO3) analizleri yapılarak bölge için kapsamlı bir veri bankası oluşturulmuştur.
3. Uludağ ve Çevresinin Jeolojisi
Marmara Bölgesinin en yüksek dağı olan Uludağ (2543 m), Bursa Ovasının güneyinde yer alan
asidik bir plütonun yerleşimidir ve tektonik yükselme ile gelişmiştir. Zirvenin kuzeye bakan
yamacında skarn tabakaları (Van der Kaaden 1958) içinde volfram içeren damarlar bulunmakta ve
volfram madeni çıkarılmaktadır (İnan,1980).
Uludağ temelde Paleozoyik yaşlı metamorfik kayalardan oluşmaktadır (Şekil 1) (Ketin, 1947).
Dağın merkezinde yer alan yüksek dereceli bölgesel metamorfizma kayaları, tektonik sınırlarla
düşük dereceli metamorfik kayalardan ayrılır. Oligosen yaşlı, açık renkli granitik ürünler, yüksek
dereceli metamorfizma birimiyle Uludağ platosu içinde yer almaktadır (Bingöl ve diğ. 1982). Bursa
Ovasının doğusunda kristalin temel üzerinde Paleozoyik yaşlı sedimanter örtü gözlenmektedir.
Burada kırılgan, deforme olmuş bazaltlar, kumtaşları, marn ve Erken Permiyen yaşlı, fusilina içeren
kireçtaşları yer almaktadır. Uludağ batısında, sıcak su kaynaklarına yakın bölgede Orta ve Geç
Miyosen yaşlı volkanik kayalar ve Neojen sedimantler, düşük dereceli metamorfik kayalar üzerinde
yer alırlar (Imbach, 1997).
Büyük bir tektonik yükselme zonu olan Uludağ’da fay düzlükleri boyunca yapraklanmalı Neojen
sedimentlerin varlığı, Miyosen sonrası süreçte de tektonik yükselmenin devam etmiş olabileceğini
düşündürmektedir. Uludağ üzerindeki ana fayların yönelimleri KD-GB açılma ve KB-GD sıkışma
olarak değerlendirilmektedir (Imbach, 1992). Eskişehir Fayı’nın uzantısı görünümündeki KB yönlü
faya paralel derin vadiler açılmış olup, Nilüfer Çayı da böyle bir doğrultuda yerini almıştır. Bu
durumda KB yönlü uzanımlar Batı Anadolu’daki esas genleşmenin uzantısı olarak da düşünülebilir
(Doglioni ve diğ. 2002). Nitekim maden suları da, Nilüfer Çayı kenarında ve KB yönlü bir dizilim
gösterirler (Şekil 2) (Tut Haklıdır ve Savaşçın, 2007).
68
Şekil 1. Uludağ-Bursa bölgesinin jeolojisi ve örnekleme yapılan farklı su kaynaklarının lokasyon
haritası (Tut Haklıdır ve Savaşçın, 2007)
K
Şekil 2.Uludağ’ın güneybatısında bir vadi boyunca çıkışları gözlenen maden sularının dizilimleri
(Şekilde Uludağ Maden Suları kaynakları, incelemesi yapılan TR317 nolu kaynak ve TR319 nolu
sondaj ile temsil edilmektedir)
4. Hidrojeokimyasal Değerlendirmeler
Bursa ili yeraltısuyu yanı sıra sıcak ve mineralli su bakımından da oldukça zengin bir bölgede
bulunmaktadır. Bölgede soğuk sular yüksek kotlarda (420-1800 m) yoğun olarak bulunurken, sıcak
ve mineralli kaynaklar şehir merkezinde, düşük kotlarda (115-120m), maden suları olarak
değerlendirilen kaynaklar Şekil 2’de görüldüğü gibi (TR317, TR318, TR319) güney batı uzanımlı
derin bir tektonik vadi içinde yer almaktadırlar. Ancak bu coğrafi kopukluk termal sular ile maden
sularının farklı sistemleri yansıttıkları anlamında değerlendirilemez.
Bu çalışmanın kapsamında Uludağ’ın güneyindeki su kaynakları incelenmekte olduğundan (Şekil
1), şehir merkezindeki ve Uludağ’ın kuzeyindeki sıcak ve soğuk sular sadece su kaynaklarının
ilişkilendirilmesinde kullanılacaktır.
69
Çizelge 1. Uludağ Güneybatısındaki Maden Sularının Analizleri
Maden Suyu/
(mg/l)
TR317a
(Eski kaynak)
TR318c
(Yeni kaynak)
TR319a Sondaj
Sırmab
Özkaynakb
Çınar c
Maden Suyu/
(meq/l)
TR317a
(Eski kaynak)
TR318c
(Yeni kaynak)
TR319a Sondaj
Sırmab
Özkaynakb
Çınar c
Ca+2
Mg+2
K+
Na+
SiO2
Fe+2
NH4+
Cl-
HCO3-
NO3
NO2-
SO4-2
pH
EC
(µS/cm)
168
74
21
178
29,9
0,085
0.2
79
1154
0,0025
B
7,9
6,26
1479
150
98
22
152
38,7
2
B
83
1204
B
B
22
5,9
1916
420
304
96
204
95
106
87
106
75
40
8,21
41
557
407
51
302
32,1
36
35
24
0,2
0,02
0,10
0,03
B
B
0,12
B
300
202
21
67
2964
2196
834
1879
B
1,947
B
2
0,005
B
B
B
4
16
9,25
14,7
6,4
4460
6,5
6
2580
Ca+2
Mg+2
K+
Na+
Cl-
HCO3-
SO4-2
6,12
5,18
0,42
4,04
1,03
14,16
0,64
7,47
22,52
15,16
4,78
10,17
8,06
8,96
8,72
8,72
7,15
0,56
2,1
1,07
0,21
1,04
6,61
28,97
17,7
2,21
13,14
2,34
7,75
5,69
0,59
1,89
19,73
48,58
35,99
13,67
30,79
0,45
0,09
0,33
0,19
0,30
(Kimyasal analizler aTut Haklıdır, 2007, bİzmir Hıfzısıhha 2006,
B:belirlenmedi)
70
c
δ18O δD
-8,38 -66,7
-8,33
-63.1
-6,82
-66,7
-7,83
-
-64,8
-
Özgül, 2005, izotop analizleri Tut Haklıdır, 2007
Şekil 1’de çalışma alanında maden suları ve soğuk sular göze çarpmaktadır. Bu alanda maden suyu
fabrikaları bulunmakta ve vadi boyunca çıkan maden suları şişelenerek piyasaya sürülmektedir.
Çalışma kapsamında Uludağ Maden Suyu bölgesi ön plana çıkarılmıştır. Sürekli izleme yapılan
eski kaynak olarak bilinen maden suyu kaynağı (TR317), acı su olarak tanımlanan sondajdan gelen
su (TR319) ve sürekli izlenmemesine karşın dönemsel olarak incelenen yeni kaynak olarak
adlandırılan (TR318) maden suyu çıkışı bu çalışma konusu içinde yer almaktadır. Bölgede Uludağ
maden suları dışında yer alan Çınar ve Sırma maden sularından da farklı dönemlerde örnekleme ve
analizler yapılmış olup, bu maden suları dışında bölgede Özkaynak ile yeni kurulan Sodaş maden
suları da bulunmaktadır (Tut Haklıdır ve Savaşçın, 2007).
Maden suyu çıkışları bölgede KB-GD doğrultuda yaklaşık 3.5 km boyunca gözlenmektedir. Bu su
kaynaklarından alınan örneklerin analizleri Çizelge 2’de verilmiştir. Şekil 3a ve Şekil 3b’den
görüldüğü gibi, bu sular aynı akiferden beslenen benzer tipte sulardır.. Şekil 4’te bölgedeki suların
ham yani su-kaya etkileşiminde dengeye ulaşmamış sular oldukları anlaşılmaktadır (Tut Haklıdır ve
Savaşçın, 2007).
Şekil 3a İnceleme alanı ve yakın çevresindeki diğer maden sularının Schoeller diyagramıyla
değerlendirilmesi (Tut Haklıdır, 2007)
Şekil 3b. İnceleme alanı ve yakın çevresindeki diğer maden sularının Piper diyagramıyla
değerlendirilmesi (Tut Haklıdır, 2007)
71
Şekil 4. İnceleme alanındaki maden sularının Gigenbach diyagramıyla bölgedeki diğer karakterdeki
sularla karşılaştırılmalı olarak değerlendirilmesi (Tut Haklıdır ve Savaşçın, 2007)
Uludağ Maden Suyunun çıktığı bölgedeki değişik kaynak ve sondajlar bulunmaktadır. Bu dar
alandaki sondaj ve kaynaklar birbirleriyle etkileşim halindedirler. Bu etkileşimi 8 numaralı kuyunun
açılmasının ardından TR 318 kaynaktaki debinin azalması ile arazide gözlenmiştir. Çizelge 2’de
sayısal olarak konumları verilen bu kaynak ve sondajların sıcaklık değerleri ile sondaj derinlikleri
belirtilmektedir.
Çizelge 2. Uludağ Maden Suları Bölgesindeki Su Çıkışları ve Sıcaklıkları
Sondaj/ Doğu
Kuzey
Yükseklik Sıcaklık Elektriksel
Kaynak (WGS
(WGS
(m)
(ºC)*
İletkenlik
ID
84)
84)
(μS/cm)
TR317
564
17.7
1479
29.07858 40.03988
TR318
556
20
2100
29.07930 40.03976
TR319 29.08083 40.03983 565
34.7
4460
TR3
29.07830 40.03983 543
22.7
TR4
29.07818 40.04008 543
17
TR5
29.07793 40.04018 560
18
TR7
29.07922 40.04030 580
19
TR8
29.08080 40.04002 582
18
2260
Derinlik
(m)
Doğal
çıkış
Doğal
çıkış
64
48
34
32
28
28
*Sıcaklık değerleri Mart 2006 tarihine aittir.
TR317 ve TR318 numaralı örnekler eski ve yeni kaynak olarak tanımlanan doğal çıkışlardır. Maden
suları değişik boyutlardaki konglomeratik bir dizi çakıllı ve bloklardan oluşan bir katmandan
süzülmekte ve yüzeye tümü ile ulaşamadıklarından zemine inşa edilmiş hijyenik depolarda
toplanmaktadır. Bu birim Bursa-Keles yolu üzerinde yer yer yüzlenmekte olup, eski bir nehir
yatağını yansıtmaktadır. Nilüfer Çayı’nın, tektonik yükselmeler ve bugünkü vadinin derinleşmesi
ile daha alt kotlardan aktığı günümüzde, söz konusu birim paleo-nehir yatağının kalıntılarına işaret
etmektedir (Tut Haklıdır ve Savaşçın, 2007).
Bu kaynaklardan eski kaynak (TR317); işletmenin devreye girmesinden önceki mevcut maden suyu
olup, paleo-nehir yatağı konglomeralarından süzülerek boşalmaktadır.
Yeni kaynak (TR318); İşletmenin uzun süre kullandığı ve TR317 ile aynı konumdaki kaynaktır.
72
Acı Su (TR319); İşletme tarafından yapılmış olan bir sondajdan artezyen yükselme ile yüzeye çıkan
ve daha sonra kapatılan 64 m derinliğindeki bu sondaj, derinlerdeki hidrojeolojik-dinamik yapıyı
yansıtması açısından ilginç bir örnektir. Zira bu koyunun yakınındaki diğer sondajlardan farklı
olarak sıcak su alınması ve kimyasal bileşiminin bölgede kimyasal analizleri yapılan sulardan
farklılık göstermesi (yüksek klorür ve bikarbonat içeriği ve sodyum içeriği gibi) dikkat çekicidir.
Kimyasal analizleri yapılan TR317 nolu kaynak ve TR319 nolu sondaj kuyusu suyu, birbirlerine
çok yakın yerde bulunmalarına karşın oldukça farklı iyon değişimleri gözlenmektedir. Özellikle Clve HCO3- ‘da gözlenen farklılıkların (TR 319 nolu sondajda gözlenen Cl- ve HCO3- değerlerinin,
yakın mesafedeki TR317 nolu kaynağa oranla oldukça yüksek olması sondaj derinliğine bağlı
olarak geliştiğini düşündürtmektedir. TR319 numaralı sondaj suyunun kimyasına ilişkin gözlenen
yüksek Na+ ve HCO3- değerleri, granitik-metamorfik akiferlerde gerçekleşen sodik plajiyoklas
çözünmesi reaksiyonuna bağlanarak (Albu ve diğ. 1997), bölgedeki Uludağ batoliti ile
açıklanmaktadır.
Şekil 5 Uludağ maden suyu bölgesindeki sondajların ve mineralli suların konumu (Tut Haklıdır
2007)
Şekil 5’de gözlenen Uludağ Maden Suları bölgesindeki kaynak ve sondajlar, bölgede birbirlerine
çok yakın derinliklerde fiziksel parametreleri birbirinden farklı suları göstermektedir (Çizelge 2).Bu
suların birbirleriyle etkileşimleri ile su-gaz etkileşimi maden sularının oluşumunda belirli ölçüde
rol oynamaktadır.
Kimyasal analizlerden TR317, TR318 nolu maden suyunun Ca-Mg-Na-HCO3 su tipinde, TR 319
sondaj suyunun ise Na-Ca-HCO3 tipinde olduğu belirlenmiştir. Bu sular karşılaştırıldığında TR319
sondajındaki Na+ ve HCO3- iyonlarının baskınlığı göze çarpmaktadır. Bölgede yer alan Çınar, Sırma
ve Özkaynak firmalarına ait maden sularının da aynı akiferden geldiği gözlenmektedir.
Bölgedeki suların izotop analiz sonuçları değerlendirildiğinde; bu çalışmayı da kapsayan söz
konusu uluslararası proje çerçevesinde; termal suların 1000–2000 m yüksekliklerdeki faylardan
yeraltına girerek, fazla δ18O değişimine uğramadığını ve çok derin dolaşımlı bir ısınma
yaşadıklarını göstermektedir (Tut Haklıdır 2007). Maden sularının ise belirgin bir su-kaya
etkileşimini yansıttığı Şekil 6’ta da göze çarpmaktadır.
73
d18O
-13
-11
-9
-7
-50
AMSD (δ D=8δ18 O+ 22)
-55
TR318
TR319
-65
Sırma
dD
-60
TR317
KMSD: Küresel
Meteorik Su Doğrusu
AMSD: Akdeniz
Sıcak su
Soğuk su
Maden suyu
++ Acı su
-70
-75
KMSD (δ D=8δ18 O+ 10)
-80
Şekil 6 Geniş bir bölgede incelenmiş olan değişik karakterde suların
δ18O – δ D ilişkisi (Tut Haklıdır ve Savaşçın 2007)
Sonuçlar
Uludağ Maden Suyu ve çevresinde farklı kaynak ve sondajlardan elde edilen değişik özelliklerdeki
suların birbirlerine çok yakın kotlarda, neredeyse bir arada varlıklarını sürdürdüklerini ve bu değişik
suların bir oluşum ilişkisi içinde bulunmaktadırlar. Bu çok dar ve sığ alanda, birbirlerine çok yakın
kotlarda, üç ayrı tür su söz konusudur. Bunlar;
Acı Su : Su-kaya etkileşimi ile (büyük olasılıkla sülfatlı cevherleşmeler veya skarn) derinlerde
gelişmiş ve daha sonraki buharlaşmalarla yoğunlaşmış olup sürekli gaz çıkışını sağlayan en
derindeki sudur. KB ‘daki jeotermal sulardan farklı izotopik ve jeokimyasal değerler vermesi daha
etkin bir tektonik bölgede yer almasının ve farklı su kaya etkileşiminin sonucu olmalıdır (Tut
Haklıdır ve Savaşçın, 2007).
Maden Suları: Uludağ Maden Suyu kaynaklarının jeokimyasal verileri çevredeki diğer maden suları
ile yakın benzerlik göstermesi (Çizelge 1) beklenen bir olgudur. Bu kaynaklar birbirlerine oldukça
yakın mesafelerde yeryüzüne çıkmakta ve akışkan aynı kayalarla etkileşimde bulunmaktadır.
Diğerlerinden farklı olarak Uludağ maden suları bölgesinde yer alan TR 319 numaralı sondaj ile
daha derinden gelen acı suyun da incelenebilmesi gerçekleşebilmiştir.
Normal Yeraltı Suları: Doğal olarak bölgede en üst kotlarda yer almaktadırlar ve su kaya etkileşimi
ve diğer kimyasal işlevler neticesinde acı suyu oluşturdukları düşünülmektedir.
Bölgede maden suları ve sıcak suların etkileşimi ve sondaj verileri dikkate alınarak (Çizelge 2’de
gözlenen TR319 nolu sondaj verileri) Uludağ’ın güneyinde de kuzeyinde olduğu gibi jeotermal bir
potansiyel bulunabileceğine işaret edilmek istenmektedir.
Özellikle Uludağ Maden Suları bölgesinde yoğunlaşılan çalışmada gözlenildiği üzere yeni
sondajların açılmasıyla değişen kaynak debileri, birbirlerine yakın mesafede dar alanda açılan
kaynaklar
74
Kaynakça
ALBU, M., Banks, D., Nash, H., 1997. Mineral and Thermal Groundwater Resources. Chapman &
Hall Press. London, 447.
BİNGÖL E., Delaloye, M., Ataman, G., 1982. Granitic intrusions in Western Anatolia:A
contribution of the geodynamic study of this area, Eclogae Geol. Helv., 75, 437-446.
DOGLIONI, C., Agostini, S., Crespi, M., Innocenti, F., Manetti, P., Riguzzi, F., Savaşçın, M.Y.,
2002. On the Extension in Western Anatolia and the Aegean Sea. Journal Virtual Explorer,117131.
IMBACH, T., 1992. Thermalwasser von Bursa. Geologische und
Untersuchungen am Berg Uludağ (NW-Türkei). Ph.D. thesis, ETC Zurich, 178.
hydrogeologische
IMBACH, T., 1997. Deep Groundwater Circulation in the Tectonically Active Area of Bursa,
Northwest Anatolia, Turkey. Geothermics, 26, 251-278.
İNAN, K.,1980. Uludağ Skarn Kuşağının Petrojenez ve Jeokimyası. Teknik Rapor. İTÜ Maden
Fakültesi. 131.
KETİN, İ., 1947. Uludağ Masifinin Tektoniği Hakkında (Über die Tektonik des Uludag-Massivs).
Bull. Geol. Soc. Turk, 1, 61-88.
TUT HAKLIDIR F.S., 2007. Bursa ve Çevresi Termal, Maden ve Yeraltısularının Jeokimyasal
İncelenmesi. Doktora Tezi, DEÜ, İzmir, 320 S.
TUT HAKLIDIR F.S., Savaşçın, M.Y., 2007. Uludağ (Bursa) Güneyindeki Maden Sularının
Oluşumuna İlişkin Bir Yaklaşım. Geosound, 50-51; 27-45.
VAN DER KAADEN, G. 1958. Bursa Uludağ Volfram Madeninin Jönez ve Mineralizasyonu
Hakkında, MTA Dergisi, 50, 36-47.
75
KONYA-CİHANBEYLİ SICAK VE MİNERALLİ SULARININ
HİDROJEOKİMYASAL VE İZOTOPİK ÖZELLİKLERİ
İsmail KARA*, Mustafa DURDU**, M. Fatih ÖZİÇLİ*
* MTA Genel Müdürlüğü, Enerji Hammadde Etüt ve Arama Dairesi, Ankara,
e-mail:[email protected]
** MTA Genel Müdürlüğü, Orta Anadolu II. Bölge Müdürlüğü, Konya,
ÖZ
İç Anadolu Bölgesi sıcak ve mineralli su kaynakları açısından önemli bölgelerimizdendir. Konya ve
çevresinde de önemli jeotermal sahalar vardır. Konya’nın kuzeyinde Cihanbeyli (49 0C), doğusunda
İsmil-Karapınar-Ereğli (25-43 0C), batısında ise Beyşehir-Seydişehir (35-43 0C) ile Ilgın (41.6 0C)
ve Tuzlukçu (46.5 0C), sahaları Konya’yı kuşatır şekildedir.
İnceleme alanında temelde, değişik boyutlarda bloklar içeren Üst Kretase yaşlı Koçyaka
Formasyonu yer almaktadır. Temel birimin üzerine ise uyumsuz olarak Orta-Üst Eosen yaşlı Çayraz
Formasyonu gelmektedir. Bu Formasyonun üzerinde ise yine uyumsuz olarak Üst MiyosenPliyosen yaşlı İnsuyu Formasyonu ile Çataltepe Andezitleri bulunmaktadır. Tüm birimleri PliyoKuvaterner yaşlı Cihanbeyli ve Tuz gölü Formasyonları ile Travertenler uyumsuz olarak
örtmektedir.
Cihanbeyli Jeotermal sahasında, Bolluk Gölü, Bozdağ ve çevresindeki toplam 105 adet kuyu ile 3
adet kaynaktan ölçümler yapılmıştır. Kuyuların derinlikleri 30-220 m arasında olup sıcaklıkları
13.7-47.7 °C dir. Sahada birbirinden farklı kimyasal özellikler gösteren soğuk, sıcak ve mineralli
suların toplam mineralizasyonları 901.5 mg/l ile 4788.1 mg/l arasında değişmektedir. Cihanbeyli
sahasındaki sıcak sular, Ca-Mg-Na, SO4-HCO3-Cl lu sular sınıfındadır.
Cihanbeyli jeotermal sahasında yapılan etüt çalışmaları ile sahanın tektonik yapısı aydınlatılmış,
jeotermal akışkan içerebilecek Formasyonların derinlikleri ve jeotermal anomali sınırları
belirlenmiştir.
Konya-Cihanbeyli sahasındaki sıcak ve mineralli sular, δ18O, δ2H, δ3H izotop verilerine göre genel
olarak meteorik kökenli olup, derin dolaşımlı ve yeraltında uzun kalış süresine sahiptirler.
Anahtar Kelimeler: Cihanbeyli, izotop, sıcak su, mineralli su, hidrojeokimya.
HYDROGEOCHEMICAL AND ISOTOPIC PROPERTIES OF HOT AND MINERAL
WATERS IN KONYA-CİHANBEYLİ
ABSTRACT
Central Anatolia is one of the important hot and mineral water region in Turkey. There are
important geothermal fields in Konya and surroundings. Cihanbeyli (49 oC) at the north, İsmilKarapınar-Ereğli at the south (25-43 oC), Beyşehir-Seydişehir (35-43 oC), Ilgın (41.6 oC) and
Tuzlukçu (46.5 oC) fields enclose Konya.
In the study area, Upper Cretaceous ophiolitic melange, Koçyaka Formation, containing blocks of
different size, forms the basement. Middle-Upper Eocene Çayraz Formation unconformably
overlies the basement. İnsuyu Formation and Çataltepe Andesites of Upper Miocene-Pliocene,
unconformably overlies the Çayraz Formation. Plio-Quaternary Cihanbeyli and Tuzgölü formations
and travertines cover all of these units.
77
In Bolluk Lake, Bozdağ and its surroundings, measurements have been taken from 105 wells and 3
springs. Depths of the wells varies in between 30-220 m and temperatures 13.7-47.7 oC. Hot and
mineral waters showing different chemical charecters have TDS of 901.5-4788.1 mg/l. Character of
hot waters in Cihanbeyli field is Ca-Mg-Na, SO4-HCO3-Cl .
With the studies that have been performed in Cihanbeyli field, tectonic structures, the depths of
formations possibly containing geothermal fluids and boundaries of anomalies have been
determined.
According to the δ18O, δ2H and δ3H isotope data, the hot and mineral waters in Cihanbeyli are
meteoric origin. These are deep circulating waters and have long circulation time in underground.
Key Words: Cihanbeyli, isotope, hot water, mineral water, hydrochemistry.
1. GİRİŞ
İnceleme alanı olan Konya-Cihanbeyli jeotermal sahası Konya ilinin 90 km kuzeyinde yer
almaktadır (Şekil 1). Sahanın uydu görünümü ise Şekil 2 dedir. Bölge ile ilgili yapılan çalışmalar;
Çemen ve diğ., (1999), Tuzgölü'nün batı kenarının Yeniceoba ve Cihanbeyli fay zonları ile
sınırlandığını, Yeniceoba fay zonunun muhtemelen Sultanhanı fay zonu ile birleştiğini ileri
sürmüşlerdir. Canik (1987), Yapalı çevresindeki sıcak ve mineralli sular ile Bolluk Gölü
çevresindeki traverten konilerini incelemiştir. Dirik ve Erol (2000), Cihanbeyli'den geçen fayı
Eskişehir-Sultanhanı fay sistemi içinde değerlendirmişler ve KB-GD doğrultulu bu fayın yüksek
açılı normal fay bileşenli sağ-yanal doğrultu atımlı faylardan oluştuğunu ileri sürmüşlerdir. Koçyiğit
(2000), Orta Anadolu'nun genel neotektonik özelliklerini ve depremselliğini inceleyerek Orta
Anadolu'yu iki alt neotektonik bölgeye ayırmıştır. İnönü-Eskişehir Fay Zonu'nun doğu kesimini
oluşturan, Cihanbeyli'den geçen KB gidişli fayı, önemli sağ yanal doğrultu atım bileşeni olan verev
atımlı normal bir fay zonu olarak değerlendirmiştir. Aydemir ve Ateş (2005), Bölgedeki manyetik
anomaliyi inceleyerek, KB-GD doğrultulu anomaliyi Sülüklü-Cihanbeyli-Gölören anomalisi olarak
isimlendirmişlerdir. Gündoğan (1994), Bolluk Gölü ve çevresini jeolojik, mineralojik ve
jeokimyasal açıdan incelemiştir. Yazar, Bolluk Gölü suyunun SO4 açısından zengin olduğunu,
Bolluk Gölü'nden Tersakan ve Tuz Gölü'ne doğru gidildikçe göl suları ve diğer sülfatlı kaynakların
SO4 değerinde belirgin bir azalma olduğunu, buna karşılık her üç göldeki ve kaynak sularındaki
Na+/Cl- değerinin yaklaşık 0.60 gibi bir değerde sabitleştiğini, Bolluk Gölü çevresindeki
volkanizmanın halen aktif olduğunu ve yeraltısuyuna SO4 iyonları verdiğini belirtmiştir. Ulu ve
diğ. (1994), Cihanbeyli çevresinde yüzeyleyen temel kayalarını 'Bolkardağ Birliği' içerisine alarak
değerlendirmişlerdir. Righi ve Cortesini (1959), Tuz Gölü havzasının stratigrafisi ve yapısal
konumunu ayrıntılı olarak değerlendirmişlerdir. Erol (1969), Tuz Gölü havzasının 1/100.000
ölçekte jeomorfoloji haritasını hazırlamıştır.
Bu çalışma da, Cihanbeyli jeotermal sahasının geliştirilmesi ve potansiyelinin belirlenmesine
yönelik çalışmalar yapılması amaçlanmıştır. Bu nedenle sahada 2006 ve 2007 yılları içersinde,
detay jeotermal jeoloji etüt, hidrojeokimyasal incelemeler ve izotop çalışmaları yapılmıştır. Tüm
çalışmaların sonucunda da sahada bir adet jeotermal araştırma sondajı yapılmıştır.
2. YÖNTEM
İnceleme alanının ayrıntılı jeolojik haritası yapılmış, sıcak ve soğuk su kaynak ve kuyularından
izotop ve su kimyası numuneleri alınmıştır. Sıcaklık ve EC değerleri çıkış yerlerinde ölçülmüştür.
Kimyasal analizler, MTA genel Müdürlüğü laboratuarlarında, izotop analizleri ise DSİ Teknik
Araştırma ve Kalite Kontrol dairesi İzotop laboratuarlarında yapılmıştır.
78
Hidrokimyasal analiz sonuçları çeşitli diyagramlar ile değerlendirilmiş olup sular köken ve
rezervuar sıcaklıkları açısından yorumlanmıştır. Doğal (çevresel) izotoplardan trityum (δ3H) ile
yeraltısuyunun akiferde dolaşım süreleri, oksijen-18 (δ18O) ve döteryum (δ2H) arasındaki ilişki ile
kaynak sularının meteorik su çizgisine uyumlulukları, yüzey ve yeraltındaki buharlaşma durumları
araştırılmıştır.
3. İNCELEME ALANININ JEOLOJİSİ VE HİDROJEOLOJİSİ
İnceleme alanında jeolojik olarak Mesozoyik ve Senozoyik yaşlı birimler bulunmaktadır. Temelde
değişik boyutlarda bloklar içeren Üst Kretase yaşlı Koçyaka Formasyonu yer almaktadır. Temel
birimin üzerine uyumsuz olarak Üst Miyosen-Pliyosen yaşlı İnsuyu Formasyonu ile Çataltepe
Andezitleri bulunmaktadır. Tüm birimleri Pliyo-Kuvaterner yaşlı Cihanbeyli ve Tuz gölü
Formasyonları ile Travertenler uyumsuz olarak örterler (Şekil 3, 4). Sahada jeolojik olarak 600 km2
detay jeotermal etüt çalışması yapılmıştır.
Şekil 1. İnceleme alanının yer bulduru haritaları.
79
Şekil 2. İnceleme alanının uydu görünümü
3.1. MESOZOYİK
3.1.1. Koçyaka Formasyonu (Krük)
Çeşitli tür ve boyutta bloklar içeren ofiyolitik birime Ulu ve diğ. (1994), Koçyaka Formasyonu ismi
vermişlerdir. Birim, Kızılağıl Tepe (K29-c3) çevresinde yüzeyler. Çeşitli tür ve büyüklükte
kuvarsit, serpantinit, çört, dunit, diyabaz, ince taneli gabro ve kireçtaşı blokları içerir. Blokların
boyutu birkaç metreden birkaç kilometreye kadar değişir. Bloklar arasında matriks olabilecek bir
seviye gözlenememektedir. Kızılağıl Tepe'nin yaklaşık 1 km KD'sundaki 1058 rakımlı tepede,
kahverengi, kırmızımsı renklerdeki kuvarsit blokları, sert dişler oluşturacak şekilde oldukça
belirgindir. Bu tepenin hemen güney yamacındaki serpantinit, diyabaz-gabro, radyolarit ve kireçtaşı
bloklarının boyutları fazla değildir. Diyabaz-gabrolar, yeşil, yeşilimsi siyah, siyah; radyolaritler
kırmızı; kireçtaşları ise beyaz, bej ve açık gri renklidir. Yer yer çok küçük alanlarda opalleşmeler
gözlenir. Buradaki bir kireçtaşı bloğu içinde beyaz renkli kuvars çatlak dolgusu vardır. Bu dolgu
yaklaşık olarak K60B doğrultuludur. Birim içerisindeki ayırtlanabilen bloklar, haritada
gösterilmiştir ve Formasyon isimleri daha önceki isimler korunarak alınmıştır.
Ulu ve diğ. (1994) görünür kalınlığını 500-1000 m olarak verdikleri birimin yaşını, önceki
çalışmaları da değerlendirerek, Maestrihtiyen olarak belirtmişlerdir. Koçyaka Formasyonu, Özcan
ve diğ.(1990)'nin Hatip Formasyonu ve Koçyaka Metamorfik ofiyolitli Karmaşığı, Droop ve diğ.
(2005)'nin Altınekin Metamorfik Kompleksi ile deneştirilebilir.
3.1.1.1. Ballıktepe Bloğu (TRJb)
İlk kez Ulu ve diğ., (1994), Mesozoyik yaşlı kireçtaşı, mermer, dolomitik kireçtaşından oluşan bu
birime Ballıktepe Formasyonu ismini vermişlerdir. Cihanbeyli'nin güneyindeki Bozdağ (K29-c3) ile
Boluk Gölü'nün doğu kenarındaki Tütün ve Küçüktütün Tepelerde (K29-c3) yüzeylemektedir.
Birim genel olarak beyaz, bej, açık gri renkli kireçtaşı, mermer ve koyu gri renkli dolomitik
kireçtaşlarından oluşmaktadır. Bozdağ'ın kuzey eteklerinde pembe renkli kireçtaşlarında güzel
klivajlar oluşturur. Bu tepe, ofiyolit içerisindeki büyük bir karbonat bloğu olarak
değerlendirilmektedir. Birim Neojen yaşlı çökel kayalarla örtülür. Ulu ve diğ., (1994) Formasyonun
kalınlığını 800 m olarak vermiştir. Özcan ve diğ. (1990), Ballıktepe Bloğu'nun metamorfik olmayan
eşdeğeri Loras Formasyonu içinden derledikleri örneklerde Alt Anisiyen-Üst Jura (Malm) yaş
80
aralığını veren fosiller bulmuşlardır. Ulu ve diğ. (1994)'de birimin yaşını Orta Triyas-Üst Jura
olarak kabul etmişlerdir. Ballıktepe Formasyonu Özcan ve diğ. (1990)'nin 'Loras Kireçtaşı' ile, Eren
(2000)'nin Nuras fomasyonu ile deneştirilebilir.
3.1.1.2. Andıklıktepe Kireçtaşı Bloğu (Ka)
İlk olarak Ulu ve diğ., (1994) bu ismi kullanmışlardır. Cihanbeyli ilçesinin güneyindeki Bozdağ'ın
(K29-c3) eteklerinde, Bozdağ'ın batısındaki Kızılağıl Tepe'den başlayarak batıya doğru devam
eden tepelerde yüzeylemektedir.
Birim, kırmızı-pembe renkli pelajik rekristalize kireçtaşı, yeşilimsi renkli şeyl, meta silttaşı, çört
yumrulu ve arabantlı kireçtaşları ile sarı-şarabi renkli pelajik kristalize kireçtaşlarından meydana
gelmektedir.
Bozdağ'ın kuzey yamaçlarında, en altta gri renkli kireçtaşı, dolomitik kireçtaşı, onun üzerinde çört
yumruları içeren, pembe-kırmızı renkli mikritik kireçtaşı ve en üstte de sarı, kırmızı renkli
kalkşistlerden oluşmuştur. Alttaki çörtler beyaz renklidir. Kırmızı renkli kireçtaşları içerisinde, çok
sınırlı bir alanda, Ballıktepe Bloğu’na ait, beyaz, bej renkli çakıllar gözlenmektedir. Bu seviyeler
pembe renkli çört yumruları da içerir. Kalkşistlerin ise yanal olarak devamlılığı yoktur. Batıya
doğru incelerek kaybolur. Kalkşistlerin olmadığı yerlerde kırmızı renkli kireçtaşının üzerine
Ballıktepe Bloğu'na ait birimler gelir. Tabaka eğimleri güneye doğru olduğundan, Ballıktepe
Bloğu’nun altındaymış gibi görünür. Birim orta-kalın-çok kalın tabakalı olup görünür kalınlığı 3040 m civarlarındadır.
Ulu ve diğ.,(1994)'nin 200 metre kalınlıkta olduğunu belirttiği birimin, altındaki Ballıktepe ve
üstündeki Koçyaka Formasyonu ile geçişli olduğunu belirtir. Ancak bu çalışmada, Formasyonun
ofiyolit içerisindeki büyük bloklar olduğu gösterilmiştir.Üzeri Neojen yaşlı çökel kayalarla örtülür.
Özcan ve diğ., (1990), bu Formasyonun metamorfik olmayan eşdeğeri olan Midostepe Formasyonu'
içinde buldukları fosillere göre birimin yaşı Berriasiyen'den Üst Kampaniyen-Alt Meastrihtiyen'e
kadar devam etmektedir. Ulu ve diğ., (1994) de birimin yaşını Berriasiyen-Alt Maestrihtiyen olarak
vermişlerdir. Andıklıktepe Formasyonu, Özcan ve diğ., (1990)'nin Midostepe Formasyonu ve Eren
(2000)'nin Karasivri Formasyonu ile deneştirilebilir.
81
Şekil 3. İnceleme alanının jeoloji haritası
82
Şekil 4. İnceleme alanının stratigrafik dikme kesiti
3.2. Senozoyik
3.2.1. Çayraz Formasyonu (Teç)
Birim, inceleme alanı dışında Kırkışla köyünün yaklaşık 7 km GB'sında (L29-b1), 3 km2 lik bir
alanda yüzeylemektedir. Formasyon, genel olarak kireçtaşı, kil ve karbonatlı killerden oluşur.
Kireçtaşı sarımsı, pembemsi, beyaz, açık gri renkli, yer yer çörtlü, bolca nummulit fosillidir. Büyük
lamelli parçaları da vardır. Bazen orta-kalın tabakalı, bazen de masif görünümlüdür. Karbonatlı
killer ise, yeşilimsi renkli olup, kolayca dağılır. Elle kolaylıkla ufalanabilir. Bu kesimlerde yüzeyde
bol miktarda nummulit dağılmış halde görülür.
Çalışma alanı içerisinde tabanı görülmeyan birim, temel kayalar üzerine uyumsuzlukla oturur (Ulu
ve diğ., 1994). Formasyon, İnsuyu Formasyonu tarafından uyumsuzlukla örtülür. Birimin yaşı Ulu
ve diğ. (1994) tarafından Orta-Üst Lütesiyen (Eosen) olarak verilmiştir.
3.2.2. İnsuyu Formasyonu (Tmi)
İlk olarak Ulu ve diğ.(1994), İnsuyu Deresi'ne atfen bu ismi kullanmışlardır. İnsuyu deresi
çevresinde, Boluk Gölü'nün etrafında ve Karadağ'ın güney kesimlerinde, yaklaşık olarak 60 km2 lik
bir alanda yüzeyler. Birim, taban kesimlerinde, kahverengi, kırmızı renkli alüvyal çökellerle başlar,
üste doğru gölsel kırıntılı çökeller ve kireçtaşları ile devam eder. Bu birimler yanal ve düşey yönde
83
geçişlidir. Kireçtaşları, beyaz, bej, krem renkli, orta kalın tabakalı, erime boşluklu ve mikritik olup
erime boşlukları yer yer kalsit dolguludur. Zaman zaman da gastropod fosillerine rastlanır.
Tabakalar, yatay veya yataya yakındır. İnsuyu Dere'si çevresinde kırmızı renkli kırıntılılar
hakimdir. Bunların üzerine ise karbonatlar gelir. Daha güneyde Boluk Gölü'nün doğu ve batı
kenarında ise yeşilimsi beyaz renkli jipsli killer yer alır. Bunlar oldukça yumuşak olup bazen el ile
dağılabilir. Bu seviyenin üzerinde ise kireçtaşı, kumlu kireçtaşı seviyeleri bulunur. İnsuyu
Formasyonu, altındaki Çayraz Formasyonu ve daha yaşlı birimler üzerine uyumsuzlukla gelmekte
olup Cihanbeyli Formasyonu tarafından uyumsuzlukla örtülür.
Ulu ve diğ. (1994), birimin yaşını Orta Miyosen sonu-Alt Pliyosen olarak kabul etmiştir.
Formasyon, değişik araştırmacılar tarafından farklı isimler altında incelenmiştir. İnsuyu
Formasyonu, Özcan ve diğ. (1990)'nin Dilekçi Formasyonu ile deneştirilebilir.
3.2.3. Çataltepe Andeziti (Tplç)
Çalışma alanı içerisinde Karadağ (K29-c3), Çatal Tepe (L30-a1) ve Sivri Tepe'de (L30-a1),
yaklaşık 1 km2 lik bir alanda yüzeyleyen birim, Ulu ve diğ. (1994) tarafından bu isimle
adlandırılmıştır. Andezitler, kahverengi, kırmızımsı kahverengi olup, porfirik doku özelliği gösterir.
Hamur içerisinde plajiyoklas kristalleri fenokristaller olarak bulunur. Çalışma alanı içerisinde
volkanik dom şeklinde görülürler.
İnsuyu Formasyonu'nu kesen bu volkanitler, Tuz Gölü Formasyonu tarafından uyumsuzlukla
örtülmüşlerdir. Ulu ve diğ. (1994) birime, Üst Miyosen-Pliyosen yaşını vermiştir.
3.3. Pliyo-Kuvaterner
3.3.1. Cihanbeyli Formasyonu (Pl-Qc)
Kahverengi kırıntılılar ile çakıltaşı ve çakıllı kireçtaşından oluşan birim Ulu ve diğ. (1994)
tarafından Cihanbeyli Formasyonu adı altında incelenmiştir. Genelde çalışma alanının batı
kesimlerinde olmak üzere, yaklaşık olarak 100 km2 lik bir alanda yüzeyler.
Çakıllar polijenetik kökenli olup matriks kumtaşı ve karbonatdan oluşur. Yer yer tane destekli
görünüm sunar.
Taneler iyi yuvarlaklaşmış olup mermer, kireçtaşı, ofiyolit ve İnsuyu
Formasyonu’na aittir. Çakıl boyutu nadiren 10 cm’yi aşar. Birim, yatay veya yataya yakın, ortakalın tabakalıdır. Çapraz tabakalanmalar da gözlenir. Çakıltaşları, yanal ve dikey olarak kumtaşına
geçer. Kumtaşları içeririnde de çakıl boyutlu malzemeler yer alabilir. Genelde boz renkli olan
kumtaşları, İnsuyu Deresi çevresinde kahverenklidir. İnsuyu Deresi ve Cihanbeyli ilçesinin hemen
batısındaki alanda çok gevşek tutturulmuş olup elle dağılabilir. Birimin üst seviyelerini, çakıllı
kireçtaşı oluşturur. İçerisindeki çakıllar polijenetik kökenli olup, ofiyolitik çakıllar, matrikse göre
daha dayanıklı olduğundan, küçük çıkıntılar yaparlar.
Cihanbeyli Formasyonu, altındaki İnsuyu Formasyonu üzerine uyumsuzlukla gelir. Birim yanal ve
düşey olarak Kuvaterner yaşlı Tuzgölü Formasyonuna geçer. Birim, çalışma alanının güney
kesimlerinde ince iken, kuzey kesimlerinde ise daha kalındır.Ulu ve diğ. (1994), birimin yaşını
Pliyo-Kuvaterner olarak vermişlerdir.
3.3.2. Tuzgölü Formasyonu (Qtu)
Ulu ve diğ. (1994), İnceleme sahası içindeki Kuvaterner birimlerini Tuzgölü Formasyonu adı
altında incelemişlerdir. Birim, çalışma alanının genellikle doğu kesimlerinde, geniş bir alanda
yüzeyler.
Birim,çakıl, kum, silt, CO3'lı kum ve siltler, CO3 seviyeleri ile jipsli killerden oluşur. Jipsler beyaz
ve sarı renklerde merceksi yaygılar olarak görülür. Birim, İnsuyu Formasyonu ve diğer yaşlı
birimler üzerinde uyumsuz olarak yer alır. Tuzgölü Formasyonu, Cihanbeyli Formasyonu ile yanal
84
ve düşey yönde geçişlidir. Birim içinden yaş verecek herhangi bir fosil bulunamamış olup, yaşı
Pliyo-Kuvaterner olarak kabul edilebilir (Ulu ve diğ., 1994).
3.3.3. Travertenler (Qtr)
Çalışma alanında, Bolluk Gölü'nün doğu ve kuzey kesimlerinde koni şeklinde gözlenir. Traverten
konilerinin doğu kenarındakilerin doğrultusu göle paralel olup birkaç tanesi de göl içerisinde
bulunmaktadır. Üst tarafları dairesel veya elipsoidal kesik koni şeklindedir. Bu traverten konilerinin
içi çoğunlukla toprakla, çok az bir kısmı ise suyla doludur. Boyutları birkaç metreden, birkaç yüz
metreye kadar değişir. Daha önceki araştırmacılar tarafından sayılarının 60 kadar olduğu belirtilen
(Gündoğan, 1994) konilerden yaklaşık olarak kırk kadarının yeri (Şekil 5) tarafımızdan belirlenip
haritalanmıştır. Traverten konileri Kuvaterner-Güncel yaşlıdır.
3.2. Tektonik
Neotektonik dönemde bölgede değişik karakterlerde tektonik yapılar gelişmiştir. Bunlar, normal ve
doğrultu atımlı faylar şeklindedir.
Çalışma alanı ve çevresinde jeotermal açıdan en önemli fay kabaca KB-GD doğrultulu Bollukgölü
fayıdır. Bu fay Bozdağ’ın kuzey etekleri, Bolluk Gölü, Küçüktütün Tepe ve Karadağ’ın kuzey
kenarı boyunca uzanmakta olup eğim atımlı normal fay karakterindedir. Bollukgölü fayının KD
bloğu, diğer bloğa göre düşmüştür. Bölgedeki sıcak suların çoğunluğu ile Bolluk Gölü kuzey
kenarında gözlenen traverten konilerinin oluşumunun bu fayla ilişkili olduğu düşünülmektedir.
Sahada ayrıca Bolluk Gölü’nün doğu ve batı kenarında da yaklaşık KKD-GGB doğrultulu eğim
atımlı normal faylar bulunmaktadır. Bolluk Gölü, bu fayların oluşturduğu graben içerisinde
gelişmiştir. Özellikle doğu kenarındaki sıcak sular ve traverten konilerinin oluşumu, Gölün
doğusunu sınırlayan fayla ilişkilidir.
Yine Karadağ çevresinde K-G ve KD-GB doğrultulu muhtemel faylar bulunmaktadır. Bunlar da
eğim atımlı normal fay karakterinde olup, doğudaki bloklar düşmüştür. Karadağ güneyi ve
batısındaki sondajlardan çıkan sıcak suların da bu faylarla ilişkili olduğunu söyleyebiliriz.
Bunların dışında sıcak suların gelişiminde fazla etkisi olmayan ancak bölgenin önemli yapısal
unsurları olduğu için, jeolojik gelişimini etkileyen üç önemli fay daha vardır. Bunlar, İnsuyu fayı,
Karatepeyayla fayı ve Tersakangölü fayıdır. Adını, çalışma alanı dışındaki İnsuyu Köyü’nden alan
İnsuyu fayı KBB-GDD doğrultulu olup, güney bloğu düşen, eğim atımlı normal fay karakterindedir.
İnsuyu deresi boyunca Cihanbeyli ilçesinin içine kadar uzanan ve burada Karatepeyayla fayı ile
kuzeye doğru atılan fayın Tersakangölü fayı olarak devam ettiği düşünülmektedir. Karatepeyayla
fayı Cihanbeyli ilçesinden başlayarak KD yönünde devam eder ve sol yönlü doğrultu atımlı fay
özelliğindedir. Tersakangölü fayı, Tersakangölü’nün D-KD kenarını sınırlayan ve KB-GD
doğrultusu boyunca uzanan bir faydır. Eğim atımlı normal fay özelliğinde olup, batı bloğu
düşmüştür.
4. KAYAÇLARIN HİDROJEOLOJİK ÖZELLİKLERİ
Çalışma sahası ve çevresinde yer alan birimlerden Koçyaka Formasyonuna ait serpantinitler
geçirimsiz, Ballıktepe ve Andıklıtepe Bloğu’na ait kireçtaşı seviyeleri ile kuvarsitler çatlaklı ve
kırıklı yapılarından dolayı geçirimlidirler. Temel birimlerin üzerine uyumsuzlukla gelen Eosen yaşlı
Çayraz Formasyonu, Miyosen-Pliyosen yaşlı İnsuyu Formasyonu’na ait birimlerden gevşek
tutturulmuş çakıltaşı, kumtaşı ve killi kireçtaşı seviyeleri geçirimli, siltli seviyeler yarı geçirimli,
killi seviyeleri ise geçirimsizdir. Çataltepe Andezitleri de kırıklı yapılarından dolayı geçirimlidirler.
Pliyo-Kuvaterner yaşlı Cihanbeyli Formasyonunu ile Tuzgölü Formasyonunun kireçtaşı ve çakıllıkumlu seviyeleri geçirimli, siltli ve killi seviyeleri ise geçirimsizdir. Kuvaterner yaşlı yamaç
85
molozu, alüvyonlar ve travertenler de geçirimli olup alüvyonlar, soğuk sular için akifer
özelliğindedir.
5. HİDROJEOKİMYASAL DEĞERLENDİRME
Cihanbeyli Jeotermal sahasında, Bolluk Gölü, Bozdağ ve çevresinde tespit edilebilen sıcaklıkları
13.7-47.7 °C arasında değişen toplam 105 adet kuyu, sıcaklıkları 21-47.7 °C arasında değişen
toplam 55 adet kuyu (Şekil 6) ile 3 adet kaynak vardır. Kuyuların derinlikleri 30-220 m arasındadır.
Kuyuların çoğunluğu yöre halkı tarafından pancar sulama amaçlı açılmıştır. Alkim A.Ş. ye ait 8
adet kuyu artezyen olup diğer kuyuların tümü pompayla üretim yapmaktadır.
İnceleme alanındaki sıcak su, kaynak ve kuyuların yerleri ve fiziksel parametreleri (Sıcaklık, EC,
debi) kuyu ve kaynak başında tespit edilmiş olup analizler için gerekli numuneler (su kimyası,
izotop, petrografik) alınmıştır. Kimyasal analiz sonuçları Tablo 1’ de verilmiştir.
Cihanbeyli jeotermal alanında bulunan sulardan; sığ derinlikli(30m) soğuk su kuyusunun (G-1K)
toplam mineralizasyon değeri 1117.9 mg/l olup, Ca-Mg, HCO3-SO4 lı sular sınıfındadır. Derin olan
(170m) soğuk su kuyusunun (CB-7K) toplam mineralizasyon değeri ise 901.5 mg/l olup, Ca-Mg,
Cl-HCO3-SO4 lı sular sınıfındadır. Sıcak su kuyularının toplam mineralizasyon değerleri 31364496.4 mg/l arasında olup, Ca-Mg-Na, SO4-HCO3-Cl lu sular sınıfındadırlar. Mineralli su
kaynaklarının ise toplam mineralizasyon değerleri 4550.1-4788.1 mg/l arasında olup, Ca-Mg-Na,
SO4-Cl-HCO3 lı sular sınıfındadırlar.
Tablo 1. Cihanbeyli sahasından alınan numunelerin kimyasal analiz sonuçları.
RUMUZ
AD
CK-1K
S.Sarı
CY-1K
K+ Na+ NH4+ Ca2+ Mg2+
B
Li+ SiO2 HCO3-
CO32-
SO42-
Cl- F- Br- pH
EC
(µS/cm)
T.Sertlik
(oA)
20.7 201 >0.1
433
217
1.0
0.3
22
692
<10
1267 279 2.5 0.5 6.8
4010
109.5
H.Bayhan
28.7 310
0.2
656
213
1.9
0.4
27
804
<10
1816 438 2.7 0.7 6.0
5440
140.7
CB-1K
M.Karaca
24.4 255
0.3
490
228
1.6
0.3
25
677
<10
1631 371 2.5 0.9 6.3
4680
121.1
G-1K
A.Kaya
6.43 42.2 <0.1
141
70.0
0.5
0.1
20
613
<10
163 60.9 0.7 0.1 6.7
1404
36.0
K.Temizkan 28.0 290 <0.1
483
223
1.4 0.32 24
730
<10
1551 388 3.3 0.6 6.5
4210
119
32.0 346 <0.1
578
229
1.5 0.37 26
677
<10
1812 503 4.0 0.8 6.7
4770
134
CY-2K H.M.Bozdağ 30.0 129 <0.1
660
222
1.7 0.38 26
802
<10
1794 468 2.4 0.6 6.4
4750
143
32.0 346 <0.1
656
227
1.7 0.39 24
807
<10
1848 496 2.3 0.7 6.5
4900
144
R.Korkusuz 30.0 322 <0.1
606
216
1.8 0.39 26
813
<10
1812 470 2.5 0.7 6.8
4760
134
B-2K
CB-3K
CY-3K
CY-4K
N.Kılıç
H.Yıldırım
CY-5K
S.Koçyiğit
40.0 203 0.33
619
231
1.5 0.72 53
576
<10
2038 278 1.5 0.5 6.6
4190
140
CY-6K
M.Abay
31.5 324 <0.1
672
222
2.0
0.4 27.7
813
<10
1889 482 2.3 0.6 6.7
4430
145
CY-7K
İ.Altuntaş
36.6 210 <0.1
634
231
1.7
0.6 58.9
641
<10
2010 287 1.6 0.5 6.7
3790
142
CY-8K
H.Yapalı
33.2 327 <0.1
664
228
1.8
0.4 28.0
813
<10
1924 474 2.3 0.7 6.6
4420
145
CY-9K
K.Eraslan
71.6 185
0.3
407
234
2.0
0.7 78.5
564
<10
1666 164 0.7 0.3 7.2
3240
111
CB-4K
Alkim
30.4 303 <0.1
647
228
1.6
0.4 31.0
784
<10
1775 424 2.6 0.6 6.7
4180
143
CB-5K
Kaynak
35.3 378 <0.1
712
254
2.0
0.5 50.8
902
<10
1884 567 2.0 0.5 6.6
4780
158
CB-6K
Traverten
konisi
34.8 350 0.48
693
243
1.9
0.4 47.7
754
<10
1880 542 2.2 0.6 7.4
4560
153
CB-7K
M.Güzel
8.35 169 0.12
59.2
45.0
0.7 <0.1 22.9
178
<10
162
1340
18.6
86
255 0.6 0.6 8.0
Karatas T.
4280000
Karatas T.
4280000
CIHANBEYLI
CIHANBEYLI
Sigircik
Sigircik
4275000
4275000
106
90
81
103
60
Ziyaret T.
Kizilagil T.
Ziyaret T.
Kizilagil T.
83
82
91
17
29
48
1 59
56
92
57
86
108
62 89
49
5
30
Bozdag
4270000
93
84
44
45
Bozdag
4270000
41
80
78
79
70
47
107
Yapali
75
4265000
Yapali
4265000
Karadag
Kirkisla
12
6
105
11 13
10
9
7
8
Kirkisla
Günyuzu
19 21
2518 85
43
4260000
Günyuzu
32
Karadag
9552
68
27
28
35
69
4
46
24
39 64
20
36
54
676534
96
42
97
23
51
37
101
53
15 14
58
4260000
16
31
94
3
2
66
102
98 55
99
104
38
22
63
61
71
50
Topkale T.
Hüyükkuyu
4255000
Topkale T.
Hüyükkuyu
4255000
36485000
72
87
73
88
100
77
40
76
33
26
36490000
36495000
36500000
36485000
Şekil 5. İnceleme alanındaki traverten koni yerleri
36490000
36495000
36500000
Şekil 6. İnceleme alanındaki kuyu yerleri
Cihanbeyli jeotermal alanında bulunan suların kalsiyum denge diyagramı değerlendirmesine göre,
sığ soğuk su kuyusu hariç hemen hemen tüm sular kabuklaştırıcı özelliğindedir.
Cihanbeyli jeotermal sahasındaki sıcak ve soğuk suların kimyasal özelliklerinin belirlenmesi
amacıyla Schoeller diyagramıyla değerlendirmeler yapılmıştır. Yarı logaritmik Schoeller
diyagramına göre (Şekil 7), Cihanbeyli sahasındaki sıcak suların iyon dizilimi katyonlarda rCa >
rMg >r(Na + K)> ; anyonlarda rSO4>r(HCO3+CO3)>rCl dur.
Soğuk su kuyularının iyon dizilimi ise, sığ kuyuda katyonlarda rCa > rMg >r(Na + K); anyonlarda
r(HCO3+CO3)> rSO4>rCl dur. Derin kuyuda ise r(Na + K)> rMg> rCa ; anyonlarda rCl>
rSO4>r(HCO3+CO3) dır. Derin soğuk su kuyusunda bulunan yüksek değerdeki Cl iyonu muhtemel
sahadaki evaporitik ortamla ilişkilidir. Mineralli su kaynaklarının iyon dizilimi katyonlarda rCa >
rMg >r(Na + K)> ; anyonlarda rSO4> rCl >r(HCO3+CO3) dır.
Yine yarı logaritmik Schoeller diyagramına göre, Cihanbeyli sahasında bulunan sulardan soğuk su
kuyuları dışındaki sular aynı kimyasal karekterleri göstermekte olup ayni kökenlidir. Soğuk sular
ise derinliklerine bağlı olarak farklı kimyasal özellik göstermektedir.
Klorür izokontur haritasına göre (Şekil 8), alanda bulunan yeraltı sularının akış yönü kuzey ve
güney-batıdan doğuya doğru olmakta, klorür ve toplam mineralizasyonca büyük ölçüde
zenginleşmektedir. Bu saptama sahanın besleme bölgesinin kuzey ve güney batı olduğunu ortaya
koymaktadır. Yine sahadaki suların sıcaklık değerlerindeki artışına bağlı olarak EC ve SiO2
değerlerinde de artış olduğu EC ve SiO2 dağılım haritalarından (Şekil 9) görülmektedir. Şekiller
incelendiğinde sahada sıcaklık değerlerinin yüksek olduğu yerlerde, Cl, EC ve SiO2 değerlerinin de
yüksek olduğu görülmektedir.
Cihanbeyli sahasındaki suların jeotermometre kullanımına uygunlukları Na-K-Mg üçgen
diyagramında incelenmiş (Giggenbach, 1991) ve olgun olmayan sular grubunda yer aldıkları
belirlenmiştir. Jeotermometrelerden kuvars jeotermometreleri uygun rezervuar sıcaklıkları
vermiştir. Buna göre yapılan hesaplamalarda rezervuar sıcaklığı 60-70 oC arasında bulunmuştur
(Şekil 10).
87
100
meq/l
H.BAYHAN
M.KARACA
A.KAYA
S.SARI
K.TEMİZKAN
N.KILIÇ
H.M.BOZDAĞ
H.YILDIRIM
R.KORKUSUZ
S.KOÇYİĞİT
M.ABAY
İ.ALTUNTAŞ
H.YAPALI
K.ERASLAN
Alkim
Kaynak
Traverten konisi
M.GÜZEL
KC-1
10
HCO3+CO3
Cl
SO4
Na+K
Ca
Mg
1
Şekil 7. Sahadaki suların Yarı-Logaritmik Schoeller Diyagramı.
4274000
4272000
Kizilagil T.
4270000
Bozdag
4268000
4266000
4264000
Karadag
4262000
580
560
540
520
500
480
460
440
420
400
380
360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
4260000
36492000
36494000
36496000
36498000
Şekil 8. Sahadaki suların Klorür(Cl) dağılım haritası(Değerler mg/l cinsindendir).
88
4274000
4274000
4274000
4272000
4272000
4272000
2400
Ziyaret T.
2300
4270000
2200
2100
20004268000
1900
1800
17004266000
1600
1500
14004264000
Kirkisla
1300
Kizilagil T.
Ziyaret T.
4270000
Bozdag
4268000
4266000
Yapali
Bozdag
Yapali
Karadag
1200
11004262000
1000
900
4260000
800
700
600 4258000
500
400
4256000
4264000
Karadag
Kirkisla
Kizilagil T.
4262000
4260000
Topkale T.
48
Kizilagil T.
46
44
424270000
40
38
36
344268000
32
30
28
264266000
24
22
20
184264000
16
14
12
104262000
8
6
80
76
72
Bozdag
68
64
60
56
52
48
44
40
Karadag
36
32
28
24
20
4260000
4254000
4258000
36486000
36486000 36488000 36490000 36492000 36494000 36496000 36498000 36500000
36490000
(a)
36494000
36498000
36502000
36492000 36494000 36496000 36498000
(b)
(c)
Şekil 9. Sahadaki suların EC (a), Sıcaklık (b) ve SiO2 (c) dağılım haritalarının karşılaştırılması
140
120
100
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
1
2
3
4
5
1- Amorf silika, Fournier, 1977
2- Alfa Kristobalit, Fournier, 1977.
3- Beta Kristobalit, Fournier, 1977.
4- Kalsedon, Fournier, 1977.
5- Kuvars, Fournier, 1977.
6- Kuvars buhar kaybı, Fournier, 1977.
Şekil 10. Sahadaki suların jeotermometre grafiği
89
6
ALKİM
H.BAYHAN
H.M.BOZDAĞ
H.YAPALI
H.YILDIRIM
İ.ALTUNTAŞ
K.ERASLAN
K.TEMİZKAN
KAYNAK SUYU
M.ABAY
M.KARACA
N.KILIÇ
R.KORKUSUZ
S.KOÇYİĞİT
S.SARI
5.1. İzotop Verilerinin Değerlendirilmesi
Cihanbeyli sahasında bulunan sıcak suların kökeninin lokal meteorik çizgiye olan konumlarının
ortaya konulması ve geçirdiği proseslerin saptanması amacıyla alanda izotop örneklemeleri
yapılmıştır. İzotop analizi yaptırılan kaynaklar koordinatları ile birlikte Tablo 2’de görülmektedir.
Tablo 2. Seçilen su noktalarına ait izotop değerleri.
Yukarı
(X)
Kot
(Z)
K29-c3
EC
δ 18O
Döteryum Trityum
(µS/ (‰,SMOW) (‰,SMOW) (T.U.)
cm)
3691524 4272026 1000 1573
-10.45
-75.39
1.1±0.7
K29-c3
3696200 4268065
945
933
-9.42
-68.45
0.6 ±0.75
3690081 4233221 1129
623
-11.4
-84.50
8.1 ±1
K29-c3
3693234 4270424
980
1079
-10.35
-74.25
0 ±0.7
CKT-1
K29-c3
3693624 4268295
958
1165
-10.22
-73.74
1.55 ±0.8
15.09.2006
CA-1
K29-c3
3694511 4264339
943
1311
-10.26
-72.54
0 ±0.7
15.09.2006
CMA-1
K29-c3
3695946 4261438
973
1353
-10.18
-75.73
2.2 ±0.8
15.09.2006
CHB-1
K29-c3
3697641 4260729
981
1484
-10.23
-76.80
0 ±0.85
16.09.2006
CHY-1
K29-c3
3697811 4264967
965
1436
-10.18
-77.83
1.85 ±0.8
19.09.2006
CMG-1
K29-c3
3690659 4274501 1010
680
-11.63
-89.84
0 ±0.7
Örnekleme
Tarihi
Örnek
Adı
Pafta
07.09.2006
CNK-1
13.09.2006
CT-1
14.09.2006
AKÇ-1
15.09.2006
CMK-1
15.09.2006
Sağa
(Y)
Cihanbeyli sahasındaki suların δ18O-δD diyagramı üzerindeki dünya meteorik su doğrusu ile Doğu
Akdeniz meteorik su doğrusuna göre konumları, meteorik kökenli olduklarını göstermektedir (Şekil
11). Ayrıca suların duraylı izotoplarından Oksijen-18 bakımından zenginleşme görülmemektedir.
40
C NK -1
20
2
δ D (% o S MOW)
C T-1
0
A K Ç -1
C MA -1
-20
C HB -1
C K T-1
-40
C MK -1
-60
C A -1
C HY -1
-80
C MG -1
-100
G MW L
DA MW L
-120
-16
-14
-12
-10
-8
-6
18
δ O (% o S MOW)
Şekil 11. Sahadaki suların δ18O-δD diyagramı
90
-4
-2
0
Cihanbeyli sahasındaki suların beslenme yükseltileri ve akifer içinde kalış süreleri arasındaki
ilişkiyi yansıtan δ18O-3H diyagramına göre (Şekil 12) ise, sahadaki soğuksu ve sıcaksu kuyuları ile
mineralli kaynakların Trityum değerleri aralıklarının 0-2.2 TU arasında olması bu suların genel
olarak derin dolaşımlı ve yeraltında uzun kalış süresine sahip olduklarını gösterir. Bu da bize sıcak
ve soğuk mineralli suların nükleer denemeler öncesi (1952 öncesi) yağışlardan beslenen sular ve 50
yıldan daha yaşlı olduğunu göstermektedir. AKÇ-1 nolu çeşme kaynağı ise, trityum değerinin 8.1
TU. olması nedeniyle diğer sulara göre sığ dolaşımlı ve yeraltında kalış süreleri kısa olan sular olup
genç yağış sularından oluşan 5-10 yıllık güncel sulardır.
Yeraltısuyu dolaşım derinliği
Kalış süresi
Beslenme alanı yükseltisi
δ18O (%o SMOW)
Şekil 12. Sahadaki suların δ18O-δ3H diyagramı
6. JEOTERMAL KAYNAKLARIN OLUŞUM MODELİ
Cihanbeyli Jeotermal sahasında, Bolluk Gölü, Bozdağ ve çevrelerinde tespit edilebilen toplam 105
adet kuyu ile 3 adet kaynak vardır. Kuyuların derinlikleri 30-220 m arasında olup sıcaklıkları 13.747.7 oC dir. Kuyuların çoğunluğu yöre halkı tarafından sulama amaçlı açılmıştır. Alkim A.Ş. ye ait
8 adet kuyu artezyen olup diğer kuyuların tümü pompayla üretim yapmaktadır.
Sahada yapılan jeoloji, hidrojeokimya ve jeofizik çalışmaların sonucunda olumlu jeotermal veriler
elde edilmiştir. Cihanbeyli jeotermal sahasında 2007 yılı içersinde de potansiyeli belirlemeye
yönelik bir adet araştırma sondajı yapılmıştır.
Cihanbeyli jeotermal sahasında ortaya çıkarılan jeotermal bulgular, sahada jeotermal sistemin ısı
kaynağı olduğu düşünülen Üst Miyosen-Pliyosen yaşlı volkanizmanın (Karadağ andezit
volkanizması) (ana baca ve tali bacaları olan, yayılım alanı yaklaşık 12 km çapında olan küçük
ölçekli polijenetik bir asidik volkanizma) magma köklerinin veya magma odalarının sıcaklığını
koruduğunu göstermektedir.
Sistemin ana rezervuarını Koçyaka Formasyonu içersindeki fay zonu oluşturmaktadır. Ayrıca
Koçyaka Formasyonu’na ait erime boşluklu kireçtaşı blokları, kuvarsitlerin çatlaklı seviyeleri,
İnsuyu Formasyonuna ait kireçtaşları ile volkanitler de rezervuar kaya özelliğindedir. Jeotermal
91
sistemin örtü kayasını ise İnsuyu, Cihanbeyli ve Tuzgölü Formasyonunun killi seviyeleri
oluşturmaktadır (Şekil 13). Sahanın beslenme yönü ise bölgenin G ve KB kesimlerinden olduğu
Şekil 13. Cihanbeyli jeotermal sahası şematik jeotermal modeli.
7. SONUÇLAR
Cihanbeyli jeotermal sahasında, jeolojik çalışma olarak 600 km2 detay jeotermal etüt çalışması
yapılmıştır.
Cihanbeyli jeotermal sahasında yapılan etütlerin yanı sıra hidrojeokimyasal numuneler alınarak
jeokimyasal değerlendirmeler yapılmıştır.
Jeoloji çalışmalarında, sahanın genel litostratigrafik istifi çıkarılmış, tektonik özellikleri belirlenmiş
ve jeotermal oluşum modeli ortaya konmuştur.
Cihanbeyli Jeotermal sahasında birbirinden farklı kimyasal özellikler gösteren soğuk, sıcak ve
mineralli suların toplam mineralizasyonları 901.5 mg/l ile 4788.1 mg/l arasında değişmektedir.
Sahadaki sıcak sular, Ca-Mg-Na, SO4-HCO3-Cl lu sular sınıfındadır.
92
Alınan numunelerin analiz sonuçlarına göre yapılan jeotermometre hesapları, rezervuar sıcaklığının
60-70 °C arasında olabileceğini göstermektedir. Sahada yapılan sondajda da bu sıcaklık değerlerine
yakın sıcaklık elde edilmiştir.
Cihanbeyli jeotermal sahasındaki sular izotop sonuçlarına göre meteorik kökenli olup sıcak ve
mineralli sular genel olarak derin dolaşımlı ve yeraltında uzun kalış süresine sahiptirler. Soğuk
çeşme kaynağı ise diğer sulara göre sığ dolaşımlı ve yeraltında kalış süreleri kısa olan güncel
sulardır.
Sahada yapılan çalışmalar sonucunda belirlenen noktada 2007 yılında Cihanbeyli KC-1 jeotermal
araştırma sondajı yapılmıştır. KC-1 kuyusunun derinliği 425 m dir. Kuyuda kompresörle 12 saat
süreyle yapılan üretim testi sonucunda 49°C sıcaklığında ve 38 l/s debide sıcak akışkan elde
edilmiştir. Pompa testi yapılması durumunda kuyuda sıcaklık ve debinin artması mümkündür.
Cihanbeyli KC-1 kuyusundan 2.23 MWt enerji elde edilmiştir.
Konya-Cihanbeyli jeotermal sahasında, yapılacak yatırımlara bağlı olarak sahanın geliştirilmesi ve
potansiyelin belirlenmesine yönelik yeni sondaj lokasyon noktaları da belirlenmiştir.
KATKI BELİRTME
Bu çalışma, MTA Genel Müdürlüğü-Enerji Hammadde Etüt ve Arama Dairesinin 2006-2007 yılı iş
programında yer alan jeotermal enerji aramaları projeleri kapsamında yapılmıştır. Yazarlar, arazi ve
laboratuvar çalışmaları ile projenin yürütülmesinde emeği geçen tüm arkadaşlara teşekkür ederler.
93
8. DEĞİNİLEN BELGELER
Aydemir, A. ve Ateş, A., 2005. Preliminary evolution of Central Anatolian basins in Turkey by
using gravity and magnetic data. Journal of Balkan geophysical society vol. 8, no.1, 719.
Canik, B., 1987. Bozdağ-Yapalı Toprakkale dolayındaki (Cihanbeyli) sıcak ve mineralli sular ve
oluşumları. 111-123.
Çemen, İ., Göncüoğlu, M. C., ve Dirik, K., 1999, Structural evolution of the Tuzgölü Basin in
Central Anatolia, Turkey. The Journal of Geology, 107, 693-706.
Dirik, K. ve Erol, O., 2000, Tuzgölü ve civarının tektonomorfolojik evrimi Orta Anadolu-Türkiye.
Haymana-Tuzgölü-Ulukışla Basenleri Uygulamalı Çalışma (Workshop). Editörler:
Derman, S. ve Tekin, T. Türkiye Petrol Jeologları Derneği Özel Sayı 5, 27-45.
Droop, G. T.R., Karakaya M. Ç., Eren, Y. ve Karakaya, N., 2005, Metamorphic evolution of
blueschists of the Altınekin Complex Konya area, south central Turkey. Geological
Journal, 40, 127-153.
Eren, Y., 2000. Tuzgölü Havzası Güneybatısındaki (Altınekin-Konya) temel kayaçlarının jeolojisi.
Haymana-Tuzgölü-Ulukışla Basenleri Uygulamalı Çalışma (Workshop). Editörler:
Derman, S. ve Tekin, T. Türkiye Petrol Jeologları Derneği Özel Sayı 5, 113-126.
Erol, O., 1969. Tuzgölü Havzasının Jeolojisi ve Jeomorfolojisi. MTA Rap. No:4220
(yayınlanmamış).
Fournier, R. O., 1977. Chemical geothermometers and mixing models for geothermal systems.
Geothermics, 5, 41-50.
Gündoğan, İ., 1994. Geology, mineralogy, geochemistry and economic potential of the Bolluk Lake
and the adjacent area, Cihanbeyli-Konya. Master tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir.
Koçyiğit, A., 2000. Orta Anadolu'nun Genel Neotektonik Özellikleri ve Depremselliği. HaymanaTuzgölü-Ulukışla Basenleri Uygulamalı Çalışma (Workshop). Editörler: Derman, S. ve
Tekin, T. Türkiye Petrol Jeologları Derneği Özel Sayı 5, 1-26.
Özcan, A., Göncüoğlu, M.C., Turhan, N., Şentürk, K., Uysal, Ş. ve Işık, A., 1990. KonyaKadınhanı-Ilgın Dolayının Temel Jeolojisi. MTA Der. Rap. No:9535.
Rigo De Righi, M. ve Cortesini, A., 1959. Regional studies of the Central Anatolian basin. Progress
report 1, Pet. İşl. Gn. Md. arşivi (yayınlanmamış).
Ulu, Ü., Bulduk, A., Saçlı, L., Ekmekçi, E., Taşkıran, M. A., Karakaş, M., Adır, M., Öcal, H.,
Sözeri, Ş., Arbas, A.ve Karabıyıkoğlu, M., 1994. İnlice-Akkise ve Cihanbeyli-Karapınar
Alanının Jeolojisi. MTA Der. Rap. No:9720 (yayınlanmamış).
94
ANKARA, KAZAN DOĞAL SODA (TRONA) SAHASI DERİN AKİFER
SİSTEMİNDEKİ PALEO SULAR VE PALEO İKLİM
Dr. Şebnem ARSLAN, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, 06531
Ankara, Türkiye. e-mail: [email protected]
Prof. Dr. Hasan YAZICIGİL, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü,
06531 Ankara, Türkiye. e-mail: [email protected]
Prof. Dr. Martin STUTE, Barnard College, Environmental Science Department, 3009 Broadway,
New York, NY 10027, USA, e-mail: [email protected]
Prof. Dr. Peter SCHLOSSER, Columbia University, Department of Earth and Environmental
Science, Lamont-Doherty Earth Observatory, 61 Route 9W Palisades, NY 10964, USA. e-mail:
[email protected]
ÖZET
Bu çalışmanın amacı Kazan Havzasında bulunan doğal soda (trona) rezervi üzerinde oluşmuş derin
ve çatlaklı bir akifer sistemindeki paleo suların oksijen, hidrojen ve karbon elementlerinin çevresel
izotopları ve asal gazlar (Neon, Ksenon) kullanılarak belirlenmesidir.
Derin akifer sistemindeki yeraltısuyu kalış süresini belirlemek amacıyla farklı derinliklerden
toplanmış örnekler birçok parametre için analiz edilmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde ortaya
çıkan sonuçlar, akifer sistemi içinde paleo suların varlığına işaret etmektedir. Oksijen-18 ve
döteryum sonuçları sistemde serbest ve basınçlı bölgeler arasında bir izotopik zıtlık olduğunu ortaya
koymuştur. Ortalama izotopik fakirleşme oksijen-18 için -2.5 ‰, döteryum için -20 ‰ civarındadır.
Çalışma alanı için oksijen-18 ve yükseklik ilişkisi göz önüne alındığında, sistemde oksijen-18
açısından oldukça fakir olan bazı bölgelerde, bu fakirleşmenin alandaki mevcut yükseklik hesaba
katıldığında, yükseklik etkisi ile açıklanamayacağı görülmüştür. Suda ölçülmüş Ksenon ve Neon
konsantrasyonlarıyla oluşturulan asal gaz termometresinden iki farklı örnek için hesaplanan
beslenim sıcaklıkları günümüz ortalama yıllık hava sıcaklıklarından 4 °C daha düşüktür. Bu durum
sisteme günümüz koşullarından daha düşük sıcaklıklarda beslenim olma olasılığına işaret
etmektedir. Bu sonuç, çok düşük olan radyokarbon aktiviteleriyle de desteklenmektedir. Suda
çözünmüş inorganik karbon içindeki karbon-13 sonuçları ortamda su-kayaç etkileşimi olduğunu ve
radyokarbon aktivitelerinin bu etkileşimden fazlasıyla etkilendiğini göstermektedir. Dolayısıyla,
ölçülmüş radyokarbon aktiviteleri karbon-13 ile düzeltilmiş ve suların radyokarbon yaşı
belirlenmeye çalışılmıştır. Bu sonuçlara göre alandaki suların akifere girmelerinin günümüzden
10000 yıl ile 35000 yıl önce gerçekleştiği görülmektedir.
Derin akifer sisteminden alınmış örneklerde yürütülmüş analizler sistemde günümüz koşullarından
farklı iklim koşullarında, hava sıcaklığının daha düşük olduğu bir ortamda, muhtemelen geç
Pleistosen’de beslenim olduğunu göstermektedir.
Anahtar Sözcükler: Kazan Havzası, kompleks akifer sistemi, paleo su, çevresel izotoplar, asal
gazlar.
95
PALEOWATERS IN THE DEEP AQUIFER SYSTEM OF KAZAN SODA-ASH (TRONA)
ORE FIELD AND LINKS TO PALEOCLIMATE
ABSTRACT
The aim of this study is to identify the paleowaters in an intensely fractured deep aquifer system
located above the trona deposit in the Kazan trona ore field using the environmental isotopes of
oxygen, hydrogen and carbon and the noble gas (Xe and Ne) concentrations dissolved in
groundwater.
In order to determine the groundwater residence times in this deep aquifer system, the samples
collected from different depths were analyzed for a wide set of parameters. Oxygen-18 and
deuterium results showed that there is a strong isotopic contrast between the confined and
unconfined parts of the deep aquifer. The average isotopic depletion is about -2.5 ‰ in oxygen-18
values and – 20 ‰ in deuterium values. When the relationship between oxygen-18 and elevation is
considered for the study area, it is impossible to explain this depletion with the elevation effect. The
noble gas temperatures calculated for two different samples from the system were about 4 °C lower
than today’s mean annual air temperatures indicating recharge during colder climate conditions.
This finding is also supported by the radiocarbon activities being close to the detection limits in
these two samples. Carbon-13 and extremely high dissolved inorganic carbon content data showed
that there is extensive water-rock interaction in the deep aquifer. Carbon-13 data were utilized to
correct the radiocarbon ages affected by this interaction. The adjusted ages were calculated to be
between 10000 - 35000 years BP in this system.
The results of various analyses carried out in the samples from the deep aquifer system point out the
existence of paleowaters in this system. Recharge to the deep aquifer system likely occurred under
colder climate conditions during the late Pleistocene.
Keywords: Kazan Basin, complex aquifer system, paleowater, environmental isotopes, noble gases.
1. GİRİŞ
Çevresel izotop teknikleri geleneksel metodlar kullanılarak çözülemeyen hidrojeolojik problemleri
çözmek amacıyla özellikle son 30 yıldır dünyada ve Türkiye’de oldukça yaygın olarak
kullanılmaktadır (Özyurt ve Bayarı (1998), Plummer ve diğ. (2001), Özyurt (2005)). Clark ve Fritz
(1997) tarafından belirtildiği ve yapılan bir çok uygulama ile kanıtlandığı üzere çevresel izotoplar
yeraltısuyunun kökeni, yenilenebilirliği ve yeraltısuyunun kalitesini etkileyen süreçler hakkında
yapılan araştırmalara katkı sağlamaktadırlar. Çevresel izotoplara ek olarak, yeraltısuyu içerisindeki
asal gaz konsantrasyonları yeraltısuyu geçiş zamanı ile ilgili bilgi verdiği gibi, geçmiş hava
sıcaklıklarının belirlenmesi için de kullanılmaktadırlar (Stute ve Schlosser (1993)).
Bu çalışmada Kazan Havzasında bulunan trona rezervi üzerinde oluşmuş Eosen yaşlı, derin ve
çatlaklı bir akifer sistemindeki paleo suların oksijen, hidrojen ve karbon elementlerinin çevresel
izotopları ve asal gazlar (Neon, Ksenon) kullanılarak belirlenmesi amaçlanmıştır. Trona doğada az
rastlanan bir mineral olduğu halde Türkiye’de keşfedilmiş iki farklı cevher alanı bulunmaktadır.
Bunlar Beypazarı ve Kazan’dadır.
Maden sahasında yeraltı suları ile ilgili, Çevresel Etki Değerlendirme (ÇED) çalışmaları
kapsamında, 2000 yılından bu yana hidrojeolojik karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu
bağlamda madencilik faaliyetlerinin su kaynakları üzerinde olabilecek etkileri de detaylı bir şekilde
araştırılmıştır (Yazıcıgil ve diğ. (2001), SRK (2001, 2004). Bu detaylı çalışmalara ek olarak alanda
izotop tekniklerinin uygulanmasıyla sistemdeki suların yeraltısuyu kalış sürelerinin belirlenmesi
mümkün olmuştur.
96
2. İNCELEME ALANI
İnceleme alanı Ankara’nın 35 km kuzeybatısında yer almaktadır (Şekil 1). Alanın içinde bulunduğu
İç Anadolu Bölgesinde yarı-kurak karasal iklim hakimdir. Yazları sıcak ve kurak, kışlar yağışlı ve
soğuktur. Ankara Meteoroloji İstasyonunda Devlet Meteoroloji İşleri tarafından 1930 yılından bu
yana günümüze kadar ölçülmüş sıcaklıklara göre aylık ortalama sıcaklık 11.8 °C olmakla beraber
Ocak ayında 0.1 °C Temmuz ayında 23.3 °C arasında değişir.
İnceleme alanında dağlık ve ovalık iki morfolojik birim bulunmaktadır. Ovanın kotu 950 metre ile
800 metre arasında değişirken dağlık kesimlerde artmakta ve 1408 metreye ulaşmaktadır. Ova çayı
bu havzada sürekli akan en önemli yüzey sularından biri olup, kuzeydoğu-güneybatı yönünde
akmaktadır.
Şekil 1. Çalışma alanına ait yer bulduru haritası
3. JEOLOJİ VE HİDROJEOLOJİ
Kazan Havzasının batı kısmında yer alan çalışma alanının detaylı jeolojik araştırması Toprak ve
Rojay tarafından 2000 ve 2001 yıllarında ve Rojay tarafından 2002 yılında gerçekleştirilmiştir.
Çalışma alanında başlıca dört kayaç serisi bulunmaktadır. Bunlar, aşağıdan yukarıya doğru
Paleozoik yaşlı metamorfikler, Eosen yaşlı dizilim (Mülk formasyonu ve Akpınar kireçtaşı), Neojen
birimleri ve Plio-Kuvaterner çökellerdir. Alandaki stratigrafik dizilim Şekil 2’de verilen
genelleştirilmiş dikme kesitde gösterilmiştir. Bunun yanı sıra, Şekil 3’te alandaki birimlerin
yüzeysel dağılımını gösteren jeolojik harita verilmiştir.
Şekil 2’de görülebileceği üzere alanda mevcut su içeren birimler sığ (alüvyon), orta (Neojen) ve
derin (Eosen) yeraltısuyu sistemleri olarak gruplanmıştır. Orta ve derin sistemler arasında bulunan
Akpınar formasyonu akitard özelliği taşımaktadır (SRK, 2004). Derin yeraltısuyu sistemi Fethiye,
97
Asmalıdere ve İncirlik üyelerinin çatlaklı kısımlarında bulunmaktadır. Bu sistemin kalınlığı depozit
alanının batısında 400 metreye ulaşmakta ve doğuya doğru azalarak 100- 150 metreye inmektedir
(SRK, 2004). Sistemin içinde bulunduğu İncirlik üyesi koyu kahverengi, ince katmanlı marnlardan,
sarımsı kahverengi, ince katmanlı killi kireçtaşları ve marnlardan ve siyah, karbonatlı, organik
açıdan zengin dolomitli kil taşı yataklarından oluşmaktadır (Toprak ve Rojay, 2000). Asmalıdere
üyesi altta sarı, sarımsı kahverengi, gri, ortayla kalın arası katmanlı, oldukça geçirgen kumtaşıkonglomera- kil taşı ardalanması ve ince katmanlı marnlardan oluşur. Bu üye, üstte açık kahverengi,
ince katmanlı marnlardan ve kil taşlarından oluşmuştur. Fethiye üyesi yeşil marnlardan ve az
miktarda pembemsi killi kireçtaşı yataklarından meydana gelmiştir (Toprak ve Rojay, 2000).
Alandaki hidrojeolojik ortamın karakterizasyonu amacıyla derinlikleri 7 ile 850 metre arasında
değişen 58 adet gözlem kuyusu açılmış ve su içeren birimlerin hidrolik iletkenliği ve depolama
özelliklerini belirleyebilmek için akifer testleri yapılmıştır (Yazıcıgil ve diğ., 2001, SRK, 2004).
Derin yeraltısuyu sisteminde açılan 22 adet gözlem kuyusu mostra alanındaki bazı kuyular dışında
Şekil 2. Alandaki stratigrafik dizilimi gösteren genelleştirilmiş dikme kesiti.
98
99
Şekil 3. Alandaki birimlerin yüzeysel dağılımını gösteren jeolojik harita.
sistemin basınçlı olduğunu göstermiştir. Akiferin yüzeylendiği bölgede yer alan kuyuların su
seviyeleri, yağışlara tepki göstermiş ve bu durum SRK (2004) tarafından belirtildiği üzere bu
bölgelerde yağışlardan beslenime işaret etmiştir. SRK (2004) tarafından hazırlanmış eş su seviye
haritası Şekil 4’te verilmiştir. Bu haritada görülen trona depozit alanının kuzey tarafında yeraltısuyu
seviyelerinde tümsek şeklinde uzanan bir yükselti bulunur. Yeraltısuyu akım yönü bu yükseltiden
kuzeydoğu ve güneydoğu yönündedir. Aynı lokasyonda farklı akifer birimlerinde filtrelenmiş
kuyuların su seviye hidrografları derin sistem ile onu örten birimler arasında yukarı doğru, dikey
yönde bir hidrolik gradyan olduğunu göstermektedir (SRK, 2004). Bu sistemdeki kuyuların çoğu
farklı debilerde serbest akış sergilerler.
Şekil 4. Derin akifer sistemi yeraltısuyu seviye haritası (SRK, 2004)
Yazıcıgil ve diğ. (2001) tarafından yapılan paker, sabit düşüm-değişken debi ve yükselim testi
sonuçlarına göre hidrolik iletkenlik katsayısının matriks kayada 2x10-10 m/s ile çok kırıklı zonlarda
3x10-4 m/s arasında değiştiğini göstermektedir. Yine Yazıcıgil ve diğ. (2001) tarafından hesaplanan
depolama katsayılarının çok düşük olması (10-6 ile 10-9 arasında) derin sistemin çok basınçlı bir
yapıya sahip olduğuna işaret eder.
Bu sistemde yeraltısuyu kalitesinin belirlenmesi için alınan örneklerin analiz sonuçları
konsantrasyonlarda önemli mevsimsel değişimlerin olmadığını göstermiştir (SRK, 2004). SRK
(2004) bu sistemde yeraltısuyu kalitesinin jeolojik yapılar, beslenim alanlarına uzaklık ve soda
mineralleri tarafından doldurulan damarların (tuzlu zon) varlığına göre değişmekte olduğunu
belirtmiştir. Derin akifer sistemi yeraltısuyunda belirlenen Toplam Çözünmüş Katı Miktarı
(TÇKM) dağılımı su seviyelerinde yükseltinin bulunduğu bölgede düşük olduğu halde (500-800
mg/l) yükselti dışında kalan bölgelerde TÇKM miktarının akış yönünde arttığı ve 15000 mg/l’ye
kadar çıktığı gözlenmiştir (SRK, 2004). Trona sahasında mevcut olan tuzlu zonun tavanının trona
sahası güneyinde derin akifer sistemi içine uzanarak yeraltısuyu kalitesini etkilediği ve serlisit,
northupit ve şortit gibi minerallerin çözünmesinin yeraltısuyundaki bor, sodyum, klorür ve
bikarbonat iyonlarının konsantrasyonlarını arttırdığı belirlenmiştir (SRK, 2004). Buna göre derin
sistem için SRK (2004) tarafından hazırlanan üçgen diyagramında 3 farklı tip su ortaya çıkmıştır.
100
Akiferin yüzeylendiği bölgede sular karışık-bikarbonat tipindedir. Doğuya doğru sodyumbikarbonat tipi, mansapta yer alan kuyularda ise sodyum klorür tipine dönüşmektedir.
SRK (2004) tarafından sahadaki akiferlerin beslenim ve boşalım miktarlarıyla yeraltısuyu bütçesini
belirlemek üzere 3 boyutlu sayısal bir yeraltısuyu akım modeli kurulmuştur. Bu modelden elde
edilen sonuçlara göre derin akifer sistemi yağıştan ve içe akışla beslenir. Boşalımın %80’i üst ve
orta akifer sistemlerine, kalanı kuyularla, yüzeysel akış olarak mostra alanındaki dere yataklarına,
ayrıca alt ve üst akitard birimlerine olmaktadır (Yazıcıgil ve diğ., 2008). İnceleme alanının SRK
(2004) tarafından oluşturulmuş kavramsal modeli Şekil 5’te görülmektedir.
Şekil 5. İnceleme alanının kavramsal akım modeli (SRK, 2004).
4. BULGULAR
4.1. Oksijen-18 ve Döteryum
Derin akifer sistemindeki paleo suların belirlenebilmesi için gerekli oksijen-18, döteryum, karbon13 ve karbon-14 ölçümleri TÜBİTAK desteğiyle ÇAYDAĞ 106Y310 No.lu proje kapsamında
yaptırılmıştır. Asal gaz ölçümleri Columbia Üniversitesi Lamont-Doherty Earth Observatory
Laboratuarlarında gerçekleştirilmiştir. Çalışma alanındaki farklı akiferler ve kaynaklar için
toplanmış örneklerde oksijen-18 ve döteryum arasındaki ilişkiyi anlamak için tüm sonuçlar Global
Meteorik Su Doğrusu ve Ankara Lokal Meteorik Su Doğrusu ile birlikte Şekil 6’da sunulmuştur. Bu
şekile göre δ2H ve δ18O sonuçları bütün sistem için geniş bir aralığa yayılmıştır. Ayrıca sığ ve derin
akifer sistemleri için bir izotopik zıtlık olduğu görülmektedir. Bu tezat aynı akifer içerisinde serbest
ve basınçlı kısımlarda da görülmektedir. Orta ve derin akifer sisteminden alınan örneklerde δ18O
değerleri -9 ile -13 per mil arasındaki bölgede, δ2H değerleri -65 ile -95 per mil arasında, hafif
izotoplarca zengin değerlere doğru olan bölgede bulunurlar (Arslan, 2008). Clark ve Fritz (1997)
tarafından belirtildiği üzere bölgesel yağışlarla beslenen yeraltısuları modern beslenimin izotopik
imzasını taşırlar. Çalışma alanı için derin yeraltısuları, sığ yeraltısuları ile karşılaştırıldığında δ18O
değerleri açısından 3 per mil, δ2H değerleri açısından 25 per mil daha fakirdir (Arslan, 2008). Bu
fakirleşme derin akifer sisteminin beslenim yüksekliğinin sığ akifer sisteme oranla daha yüksek
101
olmasından kaynaklanmış olabilirler. Bu konuyu aydınlatmak için bölgedeki yağışlarda oksijen-18
ve yükseklik ilişkisinin çıkartılması gerekmektedir.
-13.5
-12.5
-11.5
-10.5
-9.5
-8.5
-7.5
-55
-60
Döteryum (‰, VSMOW)
-65
-70
-75
Akpınar Akitard
Derin Akifer Sistemi
Orta Akifer Sistemi
Sığ Akifer Sistemi
Kaynak
İncirlik Akitard
Global Meteorik Su Doğrusu
Ankara Meteorik Su Doğrusu
-80
-85
-90
-95
-100
-105
Oksijen-18 (‰, VSMOW)
Şekil 6. Çalışma alanında kaynaklar ve gözlem kuyuları için Döteryum ve Oksijen-18 ilişkisini
gösteren grafik (Global Meteorik Su Doğrusu denklemi 2H=8*18O+10 (Craig, 1961b), Ankara
Lokal Meteorik Su Doğrusu denklemi (2H=8*18O+11.42) IAEA/ WMO (2004) verileriyle
oluşturulmuştur) (Arslan, 2008).
Çalışma alanı göz önüne alındığında yağışı temsil eden ve değişik yüksekliklerden alınmış herhangi
bir veri bulunmamaktadır. Normalde farklı yüksekliklerden çıkan ve debilerinde mevsimsel
değişiklikler (yazın kuru, kışın debi artışı) gösteren kaynaklar da oksijen-18 ve yükseklik ilişkisini
belirlemede kullanılabilirler. Fakat çalışma alanı için Şekil 6’da görüldüğü üzere kaynaklardan
alınmış örnekler global meteorik su doğrusundan sapma göstermektedir. Bu sapma buharlaşma
etkisine işaret ettiğinden dolayı oksijen-18 ve yükseklik ilişkisini ortaya çıkarmak için kullanmak
doğru olmayacaktır. Bu nedenle sözü geçen ilişkinin belirlenmesi için başka bir çalışmadan
yararlanılmıştır. Çalışma alanının 50 km batısında bulunan Beypazarı trona sahasında Apaydın
(2004) tarafından yapılan çalışmaya göre δ18O’de azalma 100 metrede -0.44 per mildir ve 2000
yılının Mayıs ayı için oksijen-18 ile yükseklik ilişkisi Denklem 1’te verildiği gibidir.
δ18O = -0.0044* (Yükseklik) – 4.811
(1)
Denklem 1 kullanılarak orta ve derin akifer sistemlerinden alınan örneklerin beslenim yükseklikleri
hesaplanmıştır (Şekil 7). Çalışma alanında günümüz topografyasına göre maksimum topografik
yükseklik 1408 metredir. Buna göre beslenim yüksekliği en fazla 1400 m olabilir. Fakat beslenim
yükseklikleri orta ve derin sistemler için 800 m ile 1842 m arasında hesaplanmıştır (Arslan, 2008).
Bu hesaba göre hafif izotoplarca zengin değerlerin yükseklik etkisiyle hesaplanmasının mümkün
olmadığı görülmektedir. Derin akifer sistemindeki çoğu örnek için bu durum günümüz
koşullarından çok daha farklı koşullarda beslenime işaret edebilir. Fakat bir sonuca varmadan önce
diğer veriler de değerlendirilmelidir.
4.2. Asal Gaz Verisiyle Beslenim Sıcaklıklarının Belirlenmesi
Asal gazların suda çözünmeleri sıcaklık ve tuzluluk oranının bir fonksiyonudur ve asal gaz
çözünürlüğü atom ağırlığı arttıkça artar ve sıcaklıkla azalır (Stute ve Schlosser, 2000). Ağırlıkla
beraber sıcaklığa olan duyarlılık da artmaktadır (Benson ve Krause, 1976).
102
2000
Beslenim Yüksekliği (m) .
1800
Akpınar Akitard
Derin Akifer Sistemi
Orta Akifer Sistemi
İncirlik Akitard
1600
1400
1200
1000
800
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
Oksijen-18 (‰ ,V-SMOW)
Şekil 7. Orta ve derin akifer sistemleri için beslenim yüksekliği (m) ile oksijen-18 (‰, V-SMOW)
grafiği (Beslenim yükseklikleri δ18O = -0.0044* (Yükseklik) – 4.811 (Apaydın, 2004). denklemi
kullanılarak hesaplanmıştır) (Arslan, 2008).
Birçok beslenim alanı için, yeraltısuyunda çözünen asal gazların beslenim anında yüzey sıcaklığını
yansıttığı kabul edilebilir (Herzberg ve Mazor, 1979; Phillips, 1981; Stute ve Schlosser, 1993). Asal
gas termometresi basit bir fiziksel prensibe dayanmaktadır: asal gazların suda çözünmelerindeki
sıcaklık ilişkileri. Beslenim sıcaklıklarını asal gazlardan temin etmek için değişik yöntemler
kullanılabilir (Stute ve Schlosser, 2000). Bu teknikler, grafik metodu, tekrarlamalı metod (iterative
schemes) ve ters modelleme (inverse modeling) metodlarıdır. Bu çalışmada, Heaton ve Vogel
(1981) tarafından önerilen grafik metodu kullanılmıştır. Bu teknikte, fazla havanın bölünmediği ve
sıcaklığın belirlenebildiği farz edilerek veri noktaları denge çizgisine göre hesaplanmaktadır.
Tablo 1’de grafik metoduyla hesaplanmış beslenim yükseklikleri ölçülmüş neon ve ksenon
konsantrasyonları ile birlikte verilmiştir (Arslan, 2008). Gerçekte, derin akifer sistemindeki bazı
kuyular için doğru beslenim yüksekliği hesaplanması mümkün değildir. Bu nedenle Tablo 1’de
görülebileceği üzere farklı beslenim yükseklikleri için farklı sıcaklıklar hesaplanmıştır. Tablo 1’de
belirtilen asal gaz sıcaklıkları incelendiğinde sığ su kuyusu S-16 için asal gaz sıcaklıklığının
Ankara’nın ortalama yıllık hava sıcaklığı olan 11.8 ºC olduğu görülür. Derin akifer sisteminden
alınmış örnekler (D-8 ve D-47) için hesaplanan düşük sıcaklıklar bu örnekleri besleyen
yeraltısuyunun akifer sistemine daha soğuk bir ortamda girdiğinin göstergesi olabilir.
4.3. Radyokarbon Metoduyla Yeraltı Sularının Yaşlarının Belirlenmesi
Derin yeraltısuyu sistemindeki suların yeraltında kalış süreleri hakkında bilgi sahibi olabilmek için
günümüzden 40000 yıl öncesine kadar yaşlandırma yapmayı mümkün kılan standart bir metod
kullanılmıştır. Bu metod yeraltısuyunda çözünmüş inorganik karbonda (ÇİK) (ÇİK =CO2(aq)+HCO3+ CO3-2) karbonun radyoaktif izotopu olan karbon-14’ün azalma miktarının ölçümü esasına dayanır.
Atmosferde bulunan 14C yeraltısu seviyesine ulaşana kadar çözülür ve yeraltısuyu sisteminde
nitrojene dönüşür. Bu metodun uygulanabilmesi ilk aktivitenin, A0, bilinmesine bağlıdır.
A  A0 e t denkleminde A örneğin ölçülen aktivitesini, λ bozulma katsayısını ve t beslenimden
sonra geçen zamanı ifade etmektedir. Bununla birlikte ÇİK havuzuna karbon ekleyen, havuzdan
karbon çıkmasına neden olan her işlem karbon-13 konsantrasyonlarını etkiler ve bir alanda
yeraltısularında ÇİK’un değişimi karbon-14 konsantrasyonlarını ölü karbon katkısıyla ne derece
etkilediğini gösterebilir (Clark ve Fritz, 1997). Karbon-14 konsantrasyonlarını etkileyen faktörlerin
103
Tablo 1. Ölçülmüş Ksenon ve Neon konsantrasyonları, beslenim yükseklikleri (m), ve grafik
metoduyla hesaplanmış beslenim sıcaklıkları (°C) (Arslan, 2008).
Örnek
adı
Neon
[ccSTP/g]
Ksenon
[ccSTP/g]
D-8
3.06E-07
1.41E-08
D-47
2.84E-07
1.80E-08
S-16
2.08E-07
1.12E-08
Beslenim
Yüksekliği (m)
Grafik Metoduyla Beslenim
Sıcaklığı (°C)
1800
1600
1400
1300
1800
1600
1400
1300
1152
5
5.3
5.5
5.8
8
8.2
8.4
8.5
12
yaş hesaplamalarında yanlış sonuçlara yol açmaması için Denklem 2’de verilen seyrelme faktörü
(q) olarak hesaplanabilecek bir sayı kullanılır (Pearson ve Hanshaw, 1970).
 13CÇİİ   13Ckarb
q  13
 C toprak 13Ccarb
(2)
Bu çalışmada derin yealtısuyu sisteminde farklı derinliklerdeki üç örnekten alınmış karbon-13
örneklerinin ölçüm sonuçlarına göre ÇİK miktarının artmasıyla çok büyük boyutta δ13CÇİK değişimi
olmaktadır. Şekil 8’de bu değişim açık olarak görülmekte ve alanda ölçülmüş radyokarbon
konsantrasyonlarıyla hesaplanacak yeraltısuyu yaşlarında çok büyük düzeltmelere ihtiyaç
duyulduğunu ortaya koymaktadır. Bu düzeltmeler için kullanılabilecek denklem 2’de verilmiştir. Bu
denklemde δ13CÇİK suda çözünmüş inorganik karbondan ölçülmüş 13C; δ13Ctoprak topraktaki CO2’in
δ13C’i (bitki örtüsüne bağlıdır, C3 bitkileri -27‰, C4 bitkileri yaklaşık -12.5‰); ve δ13Ckarb
çözünmüş kalsitin δ13C’dür (genellikle 0 ‰’e çok yakın, denizel karbonatlar için 2 ‰). Yukarıda
verilmiş q değerini hesaplayabilmek için gerekli olan δ13Ckarb değerleriyle ilgili alanda hiç bir bilgi
yoktur. Bu nedenle Konya Kapalı Havzasında Bayarı ve diğ. (2005) tarafından yapılmış çalışmada
Mezozoik yaşta denizel dolomitik kireçtaşı için +4.21 ‰ olarak ölçülen δ13Ckarb değeri göz önüne
alınarak alandaki karbonatlar için bu değerin +4 ‰ olarak varsayılması bu değerde belirsizlik
olduğu ihtimali göz önüne alınmak suretiyle mümkündür. Böylelikle, Şekil 8’de görülebileceği gibi
bir örnekte ölçülmüş pozitif δ13Ckarb değeri (+3.5 ‰) açıklanabilir.
Denklem 2’de kullanılacak olan δ13Ctoprak değerinin belirlenebilmesi için alandaki bitki örtüsü
hakkında geniş bilgi sahibi olunması gereklidir. Gerek çalışma alanı çevresinde arazi çalışmaları
sırasında, gerekse Ankara çevresinde yapılmış çalışmalara göre (Çetin ve diğ., 2002, Elçi ve diğ.,
2005) günümüz bitki türleri fotosentez yaparken baskın olarak C3 döngüsünü izlemektedirler. Bu
nedenle günümüz için δ13Ctoprak değeri -27‰ civarında olmalıdır. Bu değer geçmişten günümüze
kadar sabit kalmamıştır ve 50,000 yıl öncesinden günümüze kadar alandaki bitki örtüsünün ne
olduğunu tahmin etmek oldukça güçtür. Radyokarbon aktivitelerinin düşük olması nedeniyle
beslenim alanında bitki örtüsü sadece bugün için değil geçmiş için de düşünülmelidir. Bu durum
birden fazla δ13Ctoprak değeri kullanılarak farklı yaşlar hesaplanmasının gerekliliğini göstermektedir.
Tahmini karbon-14 yaşları hesabı için a014C değeriyle ilgili de bilgi sahibi olmak gerekmektedir. Bu
değerin belirlenebilmesi için modern olduğu ispatlanmış bir örnekten ölçülmüş radyokarbon
verisine ihtiyaç vardır. Alanda modern suyu temsil edilen bir kaynakta Yazıcıgil ve diğ. (2001)
tarafından ölçülmüş karbon-14 aktivitesi 68 pmc olarak bulunmuş ve bu değer mevcut çalışmada
a014C değeri olarak kabul edilmiştir. Yukarıda açıklanan değerlerle hesaplanmış karbon-14
yaşlarının oksijen-18 ile ilişkisi Şekil 9’da verilmiştir. Bu şekilde verilmiş değerler (15000 ile
35000 yıl arası) azımsanmayacak miktarda belirsizlik içermektedir ve bu nedenle bu yaşlar mutlak
yaş olarak algılanmamalıdır. Mevcut belirsizlikler de göz önüne alınarak elde edilen tüm sonuçlar
104
bir bütün olarak değerlendirildiğinde derin akifer sisteminde paleo suların olabileceğine işaret
ederler.
5
Karbon-13 (‰, VPDB)
3
1
-1
-3
ÇİK DEĞİŞİMİ
-5
-7
-9
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
1/ÇİK (1/mmol/l)
Şekil 8. Karbon-13 ile Çözünmüş İnorganik Karbon (ÇİK) ilişkisini ve alandaki yeraltısularında
ÇİK değişimini gösteren grafik (Arslan, 2008).
-9
Modern Yağış
Oksijen-18 (‰, VSMOW)
-9.5
Düzeltilmemiş Yaş
-10
Düzeltilmiş Yaş (δ13Ctoprak=-27‰)
Düzeltilmiş Yaş (δ13Ctoprak=-20‰)
-10.5
-11
-11.5
-12
-12.5
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
Radyokarbon yaşı (yıl)
Şekil 9. İnceleme alanındaki derin akifer sisteminde oksijen-18 ile radyokarbon yaşları ilişkisi ve
modern yağışın oksijen-18 içeriği (δ18O=-9.65 ‰) (Arslan, 2008).
Katkı Belirtme
Bu çalışma ‘Çoklu Akifer Sistemlerinde Beslenim ve Boşalım Mekanizmalarının Çevresel
İzotoplar ve Asal Gazlar Kullanılarak Araştırılması’ adlı TÜBİTAK ÇAYDAĞ 106Y310 kod
nolu Hızlı Destek Projesi tarafından desteklenmiştir. Arazi çalışmalarındaki yardımlarından dolayı
Faruk Suluki, Ömer Kahraman, Uğur Öztürk ve Lütfü Şimşek’e teşekkür ederiz. Saha ile ilgili
hidrojeolojik ve hidrokimyasal verilerin projede kullanılmasına olanak sağladıkları için Riotur
Madencilik A.Ş.’ne teşekkürü bir borç biliriz.
Değinilen Belgeler
Apaydın, A., Çakıloba- Karadoruk Akifer Sisteminin (Beypazarı Batısı- Ankara) Beslenme
Koşullarının Araştırılması, (Doktora Tezi), Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü (2004).
Arslan, Ş., Investigation of the Recharge and Discharge Mechanisms of a Complex Aquifer System
by Using Environmental Isotopes and Noble Gases, (Doktora Tezi), Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, (2008).
105
Bayarı, C.S., Özyurt, N.N., Kilani, S., Konya Kapalı Havzası Yeraltısularında Karbon-14 Yaş
Dağılımı, II. Ulusal Hidrolojide İzotop Teknikleri Sempozyumu Bildiri Kitabı, İzmir, .147-164
(2005).
Benson B.B., ve Krause D., Jr., Empirical Laws for Dilute Aqueous Solutions of Nonpolar Gases,
Journal of Chemical Physics, 64, 689- 709, (1976).
Clark, I., and Fritz, P., Environmental Isotopes in Hydrogeology, Lewis Publishers, CRC Press,
Florida, p 328, (1997).
Çetin B., Unç, E., Uyar, G., The Moss Flora of Ankara- Kızılcahamam- Çamkoru and Çamlıdere
Districts, Turkish Journal of Botany, 26, 91- 101, (2002).
Elçi B, Erik, S: Flora of Kirmir Valley (Güdül, Ankara), Turkish Journal of Botany, 29, 435- 461,
(2005).
Heaton T.H.E., ve Vogel, J.C., Excess Air’ in Groundwater, Journal of Hydrology, 50, 201- 216,
(1981).
Herzberg, O. ve Mazor, E., Hydrological Applications of Noble Gases and Temperatures
Measurements in Underground Water Systems: Examples from Israel, Journal of Hydrology, 41,
217- 231, (1979).
IAEA/WMO, Global Network of Isotopes in Precipitation, The GNIP Database (Online),
http://isohis.iaea.org (2004).
Özyurt, N.N., Aladağ (Kayseri- Adana) Karstik Akiferinde Yeraltısuyu Geçiş Zamanı Dağılımının
İncelenmesi, (Doktora Tezi) Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2005).
Özyurt, N.N., ve Bayarı, C.S., Kloroflorokarbonlar ile Yeraltısuyu Yaşının Belirlenmesi: 2Aladağlar Karstik Akiferi Kaynakları, Yerbilimleri, Hacettepe Üniversitesi, Yerbilimleri Uygulama
ve Araştırma Merkezi Yayını, 20, 139-154, (1998).
Pearson , F.J., and Hanshaw, B.B., Sources of Dissolved Carbonate Species in Groundwater and
Their Effects on Carbon-14 Dating, Isotope Hydrology 1970, IAEA Symposium 129, Vienna, 271286, (1970).
Phillips, F.M., Noble Gases in Ground Water as Palaeoclimatic Indicators, (Doktora Tezi)
University of Arizona, (1981).
Plummer, L.N., Busenberg, E., Bohlke, J.K., Nelms, D.L., Michel, R.L., ve Schlosser, P.,
Groundwater Residence Times in Shenandoah National Park, Blue Ridge Mountains, Virginia,
USA: A Multi-Tracer Approach. Chemical Geology, 179, 93-111, (2001).
Rojay, B., Toprak, V., ve Bozkurt, E., Core Sample Analysis in Kazan soda project area, Ankara,
Turkey, Middle East Technical University (2002).
SRK, Hydrogeology, Conceptual Understanding, Kazan Trona Project Ankara, Turkey, (2001).
SRK, Hydrogeological Modeling Kazan Trona Project, Ankara, Turkey, (2004).
Stute, M., ve Schlosser, P., Principles and Applications of the Noble Gas Paleothermometer, AGU
Monograph on Climate Change in Continental Isotopic Records, Geophysical Monograph, 78, 89100, (1993).
Stute, M and Schlosser, P., Atmospheric Noble Gases, In Environmental Tracers in Subsurface
Hydrology, Ed: Cook, P.G., and Herczeg A., Kluwer Academic Publishers, Boston, 349-377,
(2000).
Toprak, V., ve Rojay, B., Geology Baseline Study for the Kazan Soda Project Area, Ankara,
Turkey, Middle East Technical University (2000).
Toprak, V., ve Rojay, B., Geological Investigation in Kazan Soda Project Area, Ankara, Turkey,
Middle East Technical University (2001).
Yazıcıgil, H., Doyuran, V., Çamur, M.Z., Duru, U., Şakıyan, J., Yılmaz, K.K., Toprak, F.Ö.,
Pusatlı, T., Hydrogeology-Hydrogeochemistry Baseline Study of the Kazan Trona Project Area,
Ankara, Turkey, Middle East Technical University, Project No: 00-0309-02-00-08, (2001), p 355.
Yazıcıgil, H., Er, C., Sakiyan Ates, J., Camur, M.Z., Effects of Solution Mining on Groundwater
Quality in the Kazan Trona Field, Ankara-Turkey: Model Predictions, Environmental Geology, In
Press, 2008.
106
BEYPAZARI GRANİTOYİDİ DOLAYINDAKİ (AYAŞ-BEYPAZARI)
JEOTERMAL KAYNAKLARIN OLUŞUMUNUN ÇEVRESEL İZOTOP VE
HİDROKİMYASAL YÖNTEMLERLE İNCELENMESİ
Oktay ÇELMEN*, Mehmet ÇELİK**
*
Dr.; MTA Genel Müdürlüğü, Enerji Hammaddeleri Etüd ve Arama Dairesi Başkanlığı, 06520
Ankara, [email protected]
**
Prof. Dr.; Ankara Üniversitesi, Müh. Fak. Jeoloji Müh. Bölümü, 06100 Tandoğan, Ankara,
[email protected]
ÖZET
İnceleme alanı Ankara’nın yaklaşık 90 km batısında yer alan Ayaş ve Beypazarı yerleşim
merkezleri dolayı ve özellikle de güneyini kapsamaktadır. Bu alan içinde Kirmir ve Sakarya
nehirleri Beypazarı granitoyidlerini çevreleyerek batıda Sarıyar Baraj Gölü’ne ulaşmaktadırlar.
Alanda 8 adet sıcak su kaynağı, 12 adet de soğuk su kaynağı belirlenmiştir.
Temelde Permiyen-Triyas yaşlı Gökçekaya metamorfikleri, üzerinde Bilecik kireçtaşları yer
almaktadır. Bilecik kireçtaşları alanın sadece doğusunda yüzeylenirken, temeldeki şistler doğuda,
batıda ve kısmen kuzeyde yüzeylenmiştir. Beypazarı granitoyidleri Kirmir çayının güneyinde ve
Sakarya nehrinin daha çok kuzeyinde yüzeylemekte olup Üst Kretase’de temel birimleri kesmiştir.
Granitoyidlerin üzerinde Alt Eosen-Üst Miyosen sedimanter birimleri yer almaktadır. MiyosenPliyosen aralığında Tekke volkanikleri, İncedoruk ve Kirmir Formasyonları yer almaktadır.
Kuvaterner’de ise traverten ve alüvyon gözlenmiştir.
Dutlu kaplıcası (BT-1), Ayaş İçmeceleri (BT-2), Çobanhamamı kuyusu (BT-3) , Kapullu kaplıcası
(BT-5) ve Çağlayık hamamı (BT-7) sularının Na+-SO42--Cl-, Ilıcakoy sıcak su kaynağının Mg-CaHCO3 (BT-4) , Ayaş-Karakaya kaplıcası sularının (AK-1) ve Beypazarı Karakoca Maden suyunun
(BT-6) Na-HCO3- fasiyesinde, soğuk su kaynaklarının ise genellikle Ca2+-SO42-; Ca2+-HCO3- ve
Mg2+-HCO3- fasiyesinde oldukları belirlenmiştir. Suların oksijen-18, döteryum ve trityum
içeriklerinden; sıcak ve/veya mineralli suların derin dolaşımlı olduğu belirlenmiş, BT-1, BT-2, BT3 ve BT-5 nolu sıcak ve mineralli su kaynaklarının beslenme yüksekliklerinin 950-1150 metre
dolayında olduğu hesaplanmıştır. Kükürt izotopu verilerine göre, BT-1, BT-2; BT-3 ile BS-5
kaynaklarındaki sülfatın birincil kökeninin Kirmir Formasyonu jipsleri olduğu belirlenmiştir. Sıcak
ve mineralli sulara uygulanan silis jeotermometresine gore rezervuar sıcaklıkları en fazla 114oC,
SO4-H2O jeotermometresine göre ise en fazla 73oC bulunmuştur.
Anahtar Kelimeler: Sıcak ve mineralli su kaynağı, Beypazarı granitoyidi, hidrokimya, çevresel
izotop, jeotermometre, Ayaş-Beypazarı, Ankara
107
EVALUATION OF THE ORIGIN OF THE GEOTHERMAL WATERS AROUND
BEYPAZARI GRANITOIDS (AYAŞ-BEYPAZARI) BY HYDROCHEMISTRY AND
ENVIRONMENTAL ISOTOPES
ABSTRACT
Study area is located in the vicinity (particularly at the south) of Beypazarı and Ayaş residential
areas, at a distance of about 90 km to the west of Ankara. Kirmir River and Sakarya River surround
Beypazarı granitoids and reach Sarıyar Dam Lake at the west of the study area. 8 hot springs and 12
cold water springs are detected in the study area.
The basement in the study area is comprised by Permian-Triassic aged Gokcekaya metamorphics
which are overlain by Bilecik limestone. The outcrops of the Bilecik limestone are confined to the
east, while those of metamorphic rocks are seen in the west, east and north of the study area.
Beypazarı granitoids are exposed in the south of the Kirmir and north of the Sakarya rivers and
intrude the basement rocks. Lower Eocene-Upper Miocene sedimentary rocks overlie the
Beypazarı granitoids and are overlain by Tekke volcanics, İncedoruk and Kirmir formations of
Miocene-Pliocene age. Quaternary travertine and alluvium are the youngest units in the study area.
Dutlu bath (BT-1), Ayaş bath (BT-2), Çobanhamamı well (BT-3), Kapullu bath (BT-5) and
Çağlayık hamamı waters are of Na+-SO42--Cl- type, Ilıcakoy hot springs (BT-4) have Mg-Ca-HCO3
character, Ayaş-Karakaya hot spring waters (AK-1) and Beypazarı Karakoca mineral waters (BT-6)
are Na-HCO3- type in nature. Cold waters are Ca2+-SO42-; Ca2+-HCO3- and Mg2+-HCO3- type.
According to the oxygen-18, deuterium and tritium isotopic determinations, hot and/or mineralized
springs are found to be deeply circulating waters and the recharge area of BT-1, BT-2, BT-3 and
BT-5 springs have 950-1150 meter elevation. Sulphur isotope analyses reveal that the SO-24 at BT1, BT-2, BT-3 and BT-5 springs are originated from the gypsum layers of the Kirmir formation.
According to silica geothermometer 114oC temperature and to SO4-H2O geothermometer, 73oC
maximum reservoir temperatures have been calculated.
Key words: Hot and mineralized springs, Beypazarı granitoids, hydrochemistry, environmental
isotopes, geothermometer, Ayaş-Beypazarı, Ankara
GİRİŞ
Bilindiği üzere jeotermal enerji, fosil yakıtların göreceli bir dönemde tükenme tehlikesi ile karşı
karşıya olduğundan yenilenebilir ulusal enerji kaynaklarından biri olarak gittikçe önem taşımaya
başlamıştır. Bu nedenle jeotermal kaynakların oluşumlarının, korunmasının ve geliştirilmesinin
bilimsel yöntemlerle ortaya konmasının önemi gittikçe artmaktadır. Bu kapsamda Ankara’nın
yaklaşık 90 km batısında yer alan Ayaş-Beypazarı ve civarında yer alan 8 adet sıcak su kaynağı ve
12 adet soğuk su kaynağının hidrokimyasal ve izotopik özellikleri ve oluşumları, çevresel izotop ve
hidrokimyasal yöntemlerle ortaya konmuş ve çeşitli jeotermometrelerle rezervuar sıcaklıkları
hesaplanmıştır.
Bu sıcak su kaynakları, BT-1 (Dutlu kaplıcası), BT-2 (Ayaş İçmeceleri), BT-3 (Çobanhamamı
kaynağı), BT-4 (Ilıcaköy sıcak su kaynağı), BT-5 (Kapullu hamamı), BT-6 (Beypazarı Karakoca
Maden suyu) ve BT-7 (Çağlayık hamamı) ve AK-1 (Ayaş Karakaya Kaplıcası) dir. Kuzeyde İlhan,
Kirmir, Sızma ve Uğur çayları önemli akarsuları oluşturmakla birlikte, güneyinde, Ovaçay, Ankara
Çayı ve Sakarya Nehri bulumaktadır (Şekil 1).
108
Şekil 1. İnceleme alanı yer bulduru haritaları
Bu çalışmadan once, bölgede yer alan Kapullu hamamı (Diker vd. 2006), Dutlu kaplıcası (Özbek,
1984), Çoban hamamı (Canik, 1970), Ilıcaköy sıcak su kaynağı (Şahinci, 1970) ve Ayaş
İçmecelerinde (Canik, 1970) münferit çalışmalar yer almıştır. Bu çalışmalarda suların
hidrokimyasal özellikleri ile kısmen izotopik özellikleri çalışılmıştır. Bu çalışmada ise bölge bir
bütün olarak ele alınmış, daha once belirlenmemiş olan beslenme yükseklikleri gibi parametreler
belirlenmiştir. Bu çalışma ile kaynakların birbiriyle kıyaslanması da yapılmıştır.
JEOLOJİ VE HİDROJEOLOJİ
İnceleme alanında, Permiyen-Triyas metamorfik temel, Üst Kretase granitik kayaçlar, Jura
kireçtaşları, Miyosen ve Neojen volkanik fasiyes ile Miyosen-Pliyosen evaporitik örtü birimleri yer
almaktadır (Şekil 2).
Bu bölgede Paleozoyik yaşlı metamorfik temel (PTRg) üzerine bindirme ile gelen Jura yaşlı
kireçtaşları Ayaş ve güneyinde görülür. Daha batıya gidildikçe Beypazarı Granitoyidi (KBg) olarak
isimlendirilmiş olan intrüzif kayaçlar, Miyosen-Pliyosen yaşlı volkanik fasiyes (Tt) ve İncedoruk
(TPi) ile Kirmir Formasyon’larından (TKi) oluşan evaporitik örtü birimleri gözlenir.
Metamorfik şistler (PTRg): Temelde görülen ve önceki çalışmalarda Gökçekaya metamorfitleri
olarak isimlendirilmiş olan bu kayaçlar genellikle killeşmiş olduklarından geçirimsizdirler. Killi
şistlerin içlerinde mercek halinde gözlenen kireçtaşı bloklarının formasyona yerel olarak kısmen
geçirimlilik sağladığı, ancak bu merceksi yerleşimlerin yeraltındaki suların iletilmesinde etkili
olmayacağı ve bir kaynak ya da kuyuyu besleyemeyeceği düşünülmektedir. Ancak metamorfik
temel birimlerin faylarla kesilmesi özellikle jeotermal kaynakların oluşumu üzerinde etkili
olabilecektir. Dutlu kaplıcası kaynağının, granitoyid-metamorfik temel arasındaki Dutlu fayından
çıkması, temeli kesen fayların da derin suların sirkülasyonunda etkili olabileceğini göstermektedir.
109
Şekil 2. İnceleme alanının yer bulduru ve jeoloji haritaları
Bilecik kireçtaşları (JKb): Ayaş mevkiinde mostra veren Bilecik kireçtaşları, Ayaş Karakaya
kaplıcasının akifer kayacı durumundadır (Çetin, 2006). Birimin arazi çalışmaları sırasında, Çaltepe
ve Kuşkonmaz tepe mevkiinde gözlenen karstik yapılar nedeniyle karstlaşmaya uğradığı
görülmektedir. Bu özelliklerinden dolayı Bilecik kireçtaşının geçirimli olduğu söylenebilir.
Beypazarı Granitoyidi (KBg): Beypazarı granitoyidi Beypazarı-Ayaş bölgesinde yer alan Dutlu
kaplıcası, Ayaş İçmeceleri, Çobanhamamı, Kapullu hamamı ve Çağlayık hamamının oluşumunda
birincil etkili olduğu düşünülen kayaçlardır. Granitoyidlerde yapılan süreksizlik ölçümlerinde 5
farklı çatlak sistemi tesbit edilmiştir (Diker, 2005).
Ayrıca Kapullu hamamından geçen K55o-72oD doğrultusunda ve ortalama 78oC eğiminde Kapullu
Fayı belirlenmiştir (Diker vd. 2006). Ayaş İçmecelerinin KD-GB doğrultusundaki süreksizlik
düzleminden çıktığı ifade edilmiştir (Canik, 1970). Dutlu kaplıcası ise Dutlu fayından
boşalmaktadır (Özbek, 1984).
İnceleme alanının Beypazarı-Ayaş bölgesinde açılan sondaj kuyularında, Çobanhamamı mevkii ve
Çağlayık Hamamı mevkiinde örtü birimlerden sonra granitik kayaçlara girilmiş olup Çağlayık’da
15 l/s debide sıcak yeraltı suyu alınmıştır. Sakarya Nehri dolayında, özellikle Kapullu köyü
dolayında granitik kayaçların granit kumu ve çuval yapıları oluşturacak şekilde bozuşmaya uğradığı
görülmüştür. Bu alanlarda düşük debili bir çok soğuk su kaynağı (BS-7, BS-8, BS-11, BS-12)
oluşmuştur. Granitik kayaçlar üst zonlarda, bozuşmuş kuşakta geçirimlilik kazanarak soğuk su
kaynaklarını beslemektedir. Soğuk su kaynaklarının hidrokimyasal özellikleri derin dolaşımlı sıcak
su kaynaklarının su tipinin oluşumunda etkin olmuşlardır.
Granitik kayaçlar, birincil dokuları gözönüne alındığında geçirimsizdirler. Ancak alandaki granitik
kayaçların çok çatlaklı ve yer yer de faylı olması nedeniyle süzülen sular bu süreksizlik düzlemleri
110
boyunca kendilerine hareket yolu bulmuş ve fay kuşakları boyunca jeotermal kaynakları
beslemişlerdir.
Formasyon genel olarak geçirimli olmamasına rağmen, ikincil geçirimlilikle fay kuşaklarında
rezervuar (akifer) oluşturdukları düşünülmektedir.
İncedoruk ve Kirmir Formasyonları (TPi, TKi) :
İncedoruk Formasyonu inceleme alanının önemli bir kısmında örtü kayacı olarak yer almaktadır.
Birim konglomera, marn, tüf, kireçtaşı, kiltaşı, jips ve kumtaşlarından oluşmaktadır ve birbirleriyle
yanal geçişlidir. Marn ve kiltaşı seviyeleri ise geçirimsizdir.
Kuru ve çatlaklı olan kalın marn tabakalarının çatlakları jips çökelleriyle ikincil olarak
doldurulmuştur. Bu durum, marnlar içerisine üstteki örtü birimlerinden süzülme sonucunda
geçirimsizliklerin giderek bir kat daha arttığını göstermektedir.
Formasyonun taban seviyelere yakın olarak görülen konglomera seviyelerindeki jips dolguları da,
üst seviyelerdeki marn tabakalarındaki rekristalize olarak oluşmuş jipsler nedeniyledir. Çakıltaşları
ise geçirimlidir. Çobanhamamı mevkiindeki BS-2 kaynağı da bu formasyonun çakıltaşlarından
boşalmaktadır. Genel olarak formasyon az geçirimli olarak tanımlanabilir.
Kirmir Formasyonu, örtü birimlerin en üst seviyesinde görülmekte olup Canik (1970) tarafından
Üst Pliyosen yaşı verilmiştir. Formasyon en üst seviyelerde jips kornişleri ile başlar ve çamurtaşı
ara bantları ile kiltaşı ve marnlı seviyeye geçiş yapar. Bu formasyon bölgedeki sıcak su kaynakları
ile bazı acı su kaynaklarının beslenmesinde önemli bir rol oynamaktadır.
Bölgede BS-5, BS-9 ve BS-10 no’lu soğuk su kaynakları bulunmaktadır Bu su kaynaklarındaki
yüksek sülfat içeriği de birimin geçirimliliği konusundaki görüşü doğrulamaktadır.
Marn ve kiltaşı geçirimsiz, jips kornişleri ve çamurtaşları ise az geçirimli olarak kaynakları
beslemektedirler. Formasyon bu genel özellikleriyle az geçirimli olarak tanımlanmıştır.
Kuvaterner yaşlı traverten, alüvyon ve taraçalar genel özellikleri itibariyle geçirimli olup, yeraltı
suyu için önemli bir potansiyele sahip olmadıkları düşünülmektedir.
HİDROKİMYA ÇALIŞMALARI
İnceleme alanında belirlenen sıcak ve soğuk su kaynaklarında ana anyon ve katyon analizleri
yapılmıştır. Elde edilen analiz sonuçlarına göre inceleme alanındaki su kaynakları için toplam 4 su
tipi gruplandırılmıştır (Tablo 1). Burada sıcak ve mineralli su kaynaklarından BT-1, BT-2, BT-3,
BT-5 ve BT-7, Na-SO4-Cl su tipinde, BT-4 sıcak su kaynağı Mg-Ca-HCO3, BT-6 sıcak su kaynağı
Na-HCO3 su tipindedir. Sıcak su kaynağı olan AK-1 ise Na-HCO3 su tipindedir. İnceleme
alanındaki soğuk sulardan acı suları oluşturan BS-2, BS-5, BS-6, BS-9 ve BS-10 soğuk su
kaynaklarından, BS-2, BS-5 ve BS-6 CaSO4 su tipinde olup, BS-9 ve BS-10 sırasıyla Mg-Ca-SO4
ve Mg-Na-SO4 su tipindedir. İnceleme alanındaki tatlı soğuk su kaynaklarından BS-1 soğuk su
kaynağının Ca-Mg-HCO3, BS-3 soğuk su kaynağının Na-HCO3, BS-4, BS-7 ve BS-8 soğuk su
kaynaklarının ise Ca-HCO3 su tipinde olduğu belirlenmiştir. İnceleme alanındaki suların Piper
(1944) diyagramı ise Şekil 3’de görülmektedir.
111
Tablo 1. İnceleme alanındaki kaynakların su tipleri
Su kaynakları
Sıcak ve mineralli
sular
BT-1, BT-2, BT-3,
BT-5, BT-7
BT-6
Sıcak sular
AK-1
BT-4
Soğuk acı sular
BS-2, BS-5, BS-6
BS-9
BS-10
Soğuk tatlı sular
BS-1
BS-3
BS-4, BS-7, BS-8,
BS-11
Katyonlar
Anyonlar
Formasyon
Su tipi
Fasiyes
numarası
(Na++K+)>Ca+2>Mg+2
SO4-2 > Cl-> HCO3-
Na-SO4-Cl
IV
(Na++K+)> Mg+2> Ca+2
HCO3-> SO4-2>Cl-
KBg, TKi,
TPi
TPi
Na-HCO3
III
(Na++K+)>Ca+2>Mg+2>
Mg+2> Ca+2>(Na++K+)
HCO3->SO4-2> ClHCO3-> SO4-2> Cl-
JKb, TPi
JKb(?), Tt,
TPi
Na-HCO3
Mg-CaHCO3
III
I
Ca+2>Mg+2>(Na++K+)
Mg+2> Ca+2>(Na++K+)
Mg+2>(Na++K+) >Ca
SO4-2 > HCO3- >ClSO4-2 > HCO3- >ClSO4-2 > Cl-> HCO3-
TKi
TKi
TKi
Ca-SO4
Mg-Ca-SO4
Mg-Na-SO4
II
II
II
Ca+2>Mg>(Na+K)
(Na++K+)>Mg+2> Ca+2
Ca+2>Mg+2>(Na++K+)
HCO3-> SO4-2> ClHCO3-> SO4-2>ClHCO3-> SO4-2>Cl-
TPi
Tt, TPi
KBg
Ca-Mg-HCO3
Na-HCO3
Ca-HCO3
I
III
I
Şekil 3. İnceleme alanındaki suların Piper (1944) diyagramı
Sıcak su kaynaklarından Na-SO4-Cl su tipinde (IV) olan BT-1, BT-2, BT-3, BT-5 ve BT-7 sıcak ve
mineralli su kaynakları Beypazarı granitoyidi (KBg) ve İncedoruk ile Kirmir formasyonlarından
beslenmektedir (TPi, TKi). Na-HCO3 su tipinde (III) olan BT-6 sıcak ve mineralli su kaynağının
beslenme alanı inceleme alanı dışında bulunmakta olup Mg-Ca-HCO3 su tipinde (I) olan BT-4 sıcak
su kaynağı Tekke volkanitlerinden (Tt), İncedoruk Formasyonu’ndan (TPi) ve muhtemelen Bilecik
kireçtaşlarından (JKb) beslenmektedir. İnceleme alanındaki bir diğer sıcak su kaynağı olan, NaHCO3 su tipindeki (III) AK-1 kaynağı ise İncedoruk formasyonu (TPi) ve Bilecik kireçtaşlarından
(JKb) beslenmektedir. İnceleme alanındaki acı soğuk su kaynaklarından Ca-SO4 su tipinde (II) olan
BS-2, BS-5 ve BS-6 su kaynakları ile Mg-Ca-SO4, Mg-Na-SO4 su tipinde olan (II) BS-9 ve BS-10
112
soğuk su kaynakları Kirmir formasyonunun (TKi) evaporitik seviyelerinden beslenmektedir. Tatlı
soğuk su kaynaklarından Ca-Mg-HCO3 su tipinde (I) olan BS-1 soğuk su kaynağı İncedoruk
formasyonundan (TPi), Ca-HCO3 su tipinde (I) olan BS-4, BS-7, BS-8 ve BS-11 su kaynakları
Beypazarı granitoyidinin (KBg) kırıklı çatlaklı ve bozuşmuş üst kuşaklarından beslenmektedir. NaHCO3 su tipindeki (III) BS-3 soğuk su kaynağı ise İncedoruk formasyonundan (TPi) ve Tekke
volkanitlerinden (Tt) beslenmektedir.
İZOTOP ÇALIŞMALARI
İnceleme alanındaki tüm su noktalarından seçilen örneklerin izotopik özelliklerini saptamak
amacıyla, yağışlı (Haziran-2006) ve kurak dönemlerde (Aralık-2006) alınan numunelerin analizleri
yaptırılmıştır. İzotop analizleri D.S.İ. Teknik Araştırma Kalite Kontrol (T.A.K.K) dairesinde
yapılmış olup, analiz sonuçları çeşitli diyagramlarla değerlendirilmiştir.
Oksijen-18-Döteryum İlişkisi
Suların kurak ve yağışlı dönem olmak üzere oksijen-18-döteryum ilişkisi Şekil 4’de görülmektedir.
Şekil 4. İnceleme alanındaki su kaynaklarının Oksijen-18-Döteryum grafiği
Beypazarı bölgesi sıcak ve mineralli suları (BT-1, 2, 3 ve 5) meteorik su doğrusunun en altında
çıkmaktadır. Bu noktaların, meteorik su doğrusunun altında ve üzerinde dağılım göstermesi
örnekleme şartlarıyla ilişkilendirilebilir.
Beypazarı bölgesi sularından BT-4 numaralı örnek, buharlaşma doğrusu üzerinde, en fazla
buharlaşmaya maruz kalan sıcak su olarak görülmektedir. Bu kaynağın örnekleme döneminde,
kaynak doğrudan havuza boşalmaktaydı. Bu kaynakta PO4 değeri yapılan kirlilik analizi
araştırmasında ortaya konduğundan hem buharlaşma hem de yüzey sularından kirlenmeye maruz
kaldığı tesbit edilmiştir. BT-6 kaynağı da az miktarda buharlaşmaya maruz kalmış olup, BT-1, 2, 3
ve 5’e göre daha sığ dolaşımlıdır. AK-1 kuyu suları da BT-6 gibi sıcak sular içinde daha sığ
dolaşımlıdır. İzotop çalışmalarından elde edilen buharlaşma doğrusu incelendiğinde, özellikle vadoz
kuşaktan beslenen ve buharlaşmaya maruz kalmış sığ soğuk su kaynakları görülmektedir.
113
Beypazarı bölgesindeki granitik kayaçların bozuşmuş üst kuşaklarından beslenen soğuk su
kaynakları (BS-8, BS-11 ve BS-12) buharlaşma doğrusunun en üst seviyesinde görülmektedir. BS-2
acı su kaynağı ise İncedoruk Formasyonu’nun jipsli birimlerinden etkilenmekte ve buharlaşma
etkisi ile tuzluluğu artmıştır.
Oksijen-18 / Sıcaklık İlişkisi
İnceleme alanındaki sıcak ve soğuk su noktalarından Oksijen-18-sıcaklık ilişkisi Şekil 3’de
görülmektedir. Şekilde, suların oksijen-18 izotop içeriği ile sıcaklık ilişkisinin kıyaslanması ile sığ
ve derin dolaşımlı iki grup ayırt edilebilmektedir.
Şekil 3. Oksijen-18/sıcaklık ilişkisi
Trityum – Klorür İlişkisi
Suların derin-sığ dolaşım ilişkisini gösteren diyagramlardan biri olan trityum – klorür ilişkisini
araştırmak için, suların mg/l cinsinden klorür değerleri ve trityum içerikleri baz alınmış ve grafiğe
aktarılmıştır (Şekil 5).
Şekil 5. Trityum-Cl ilişkisi
114
Topoğrafik Kot-Oksijen-18 İlişkisi
Kaynakların beslenme alanlarının kotlarının ortaya konması, kaynakların korunma alanlarının
belirlenmesinde son derece önemlidir. Ayrıca, kaynakların oluşum mekanizması ve hidrolojik
sistemin aydınlatılması bakımından da önemlidir. Sıcak su kaynaklarının yağışlardan beslenme
alanlarının belirlenmesinde yağışların oksijen-18 izotopları kullanılmaktadır (Mazor, 1991).
İnceleme alanında, yağışın oksijen-18 içeriği bilinmediğinden, yağışların kısa süreli süzülmesi
sonucu oluşan soğuk su kaynaklarının, oksijen-18 verileri de kullanılabilmektedir. Bu çalışmada
inceleme alanındaki soğuk su kaynaklarının oksijen-18 verileri bu bölgenin sıcak su kaynaklarının
beslenme alanı yükseltilerinin hesaplanmasında kullanılmıştır.
İnceleme alanı için üç adet soğuk su kaynağı kullanılmıştır. Bu su noktaları BS-3 (Ilıcakpınar
kaynağı), BS-4 (Dikmen kaynağı) ve BS-5 (Tahirler acı su) kaynağıdır. Buna göre, BT-1, 2, 3 ve 5
nolu sıcak su kaynaklarının 950-1150 m arasında bir beslenim alanı yüksekliğine sahip olduğu
belirlenmiştir (Şekil 6). Bu yükseklikler bölgede Kirmir Formasyonu ile Beypazarı granitoidlerinin
yüzeylendiği alanlara karşılık gelmektedir.
Şekil 6 İnceleme alanı sıcak su kaynakları için Oksijen18-kot grafiği
Kükürt izotopu
Şekil 7. Oksijen-18 (SO4) - Kükürt-34 (SO4) diagramı (Clark and Fritz, 1997)
115
Bölgedeki su kaynakları ile jips mineralleri ve Sakarya Nehri (SR) numunelerinde yapılan izotop
analiz sonuçlarına göre oksijen-18 (SO4) ve kükürt-34 (SO4) içeriği esas alınarak kaynaklardaki
sülfatın kökeni de araştırılmıştır (Şekil 7 ve 8)
Şekil 8 Kükürt-34 (SO4) - Oksijen-18 (SO4) diyagramı
Şekillerden görüleceği gibi, Beypazarı bölgesinde BS-3 ve BS-5 soğuk su kaynaklarının δ34S (SO4)
izotop içerikleri jips mineralleri ile aynı aralıkta olup, bu soğuk suların SO4’ının aynı bölgedeki BT1, BT-2 ve BT-3 kaynaklarının sülfatının kökenini oluşturduğu görülmektedir.
Bununla birlikte, izotopik özelliklerden yola çıkarak, inceleme alanında Kirmir Formasyonundan
alınan jipsler ile, öceki çalışmalarda alınan jips numunelerinin izotopik özellikleri aynı bölgeye
düşmüştür.
BS-5 suları jips mineraline doygun acı sulardır. Şekil 7’de bu acı su kaynakları ile sıcak su
kaynaklarının SO4 izotopu verileri, SO4’ın kökeni olarak Tersiyer bölgesini vermektedir. Bu bölge
yukarıda değinildiği üzere bölgedeki Kirmir ve İncedoruk Formasyonu jipslerine karşılık
gelmektedir. Bunun yanında, Kapullu kaynağı (BT-5) sülfat içeriğinin ise bir karışım sunduğu
görülmektedir.
JEOTERMOMETRE UYGULAMALARI
Bilindiği üzere jeotermometreler, akifer içerisindeki akışkan sıcaklığının tahmin edilmesi amacıyla
kaynak veya kuyu başından alınan numunelerde yapılan kimyasal veya izotopik verilerle
hesaplanan denklemlere verilen isimdir. İnceleme alanındaki sıcak su kaynakları Giggenbach
(1988) diyagramına göre, kısmen olgun ve olgun olmayan sular bölgesinde yer almaktadır (Şekil 9).
Bu nedenle sıcak su kaynaklarına silis jeotermometreleri ve kükürt jeotermometreleri uygulanmış
olup elde edilen sonuçlar Tablo 2’de verilmiştir.
116
Şekil 9. İnceleme alanındaki sıcak su kaynaklarının Giggenbach (1988) diyagramı
Tablo 2. İnceleme alanındaki sıcak su kaynaklarında silis ve kükürt jeotermometre uygulamaları
Num.
No
Kaynak
Sıc.
(oC)
I
Kuvars
II
Kuvars
(buhar
kaybı
yok)
III
IV
Kuvars
Kalsedon
(100oC de
(buhar
mak.
kaybı yok)
buhar
kaybı)
98
66
V
Kalsedon
(buhar kaybı
yok)
VI
kalsedon
(100oC de
mak. buhar
kaybı)
VII
VIII
SO4-H2O
SO4H2 O
47
93
96
91
72
54
42
BT-2
52
102
105
105
75
96
80
58
47
BT-3
53
105
111
111
82
100
86
63
52
BT-4
20
73
75
79
43
52
51
-
-
BT-5
41
110
114
113
85
102
88
73
62
BT-7
38
110
114
113
85
102
88
-
-
AK-1
30
54
54
61
-
-
33.6
-
-
BT-1
I. Fournier and Potter (1982), II., III. ve IV. Fournier (1977), V. ve VI. Arnorsson et al. (1983), VII. Lloyd (1968),
VIII. Mizutani and Rafter (1969).
Tablo 2’den görüleceği üzere, silis jeotermometreleri bölgedeki sıcak su kaynakları için 43o-114oC
arasında rezervuar sıcaklıkları vermektedir. δ18O (SO4-H2O) jeotermometresi ise oksijen izotop
değişimi reaksiyonuna göre sonuç vermektedir. Buradaki eşitliklerden inceleme alanındaki sıcak
suların 42oC-73oC aralığında sıcaklık verdikleri görülmektedir. Mizutani ve Rafter (1969)
eşitliğinden elde edilen üç sonuç kuyu veya kaynak sıcaklığından düşük olduğundan uygun değildir.
Ancak, Lloyd (1968) eşitlikleri bölgedeki sıcak suların rezervuar sıcaklığının 54oC-73oC arasında
olduğunu göstermektedir. Kapullu kaplıcası kaynağı (BT-5), diğer sıcak su kaynaklarına (BT-1,2,3)
göre düşük kaynak sıcaklığına sahip olmasına rağmen daha yüksek jeotermometre sonucu
vermektedir. Kapullu kaplıcasının Sakarya Nehri’ne olan yakınlığı nedeniyle nehrin soğutucu etki
yapabileceği ve bu nedenle rezervuar sıcaklığının daha yüksek olabileceği düşünülebilir. İnceleme
alanındaki sıcak su kaynaklarının SO4 içeriği Kirmir formasyonu ve İncedoruk formasyonundaki
jipslerden gelmektedir. SO4’ın kaynağının birincil derecede jipsler olduğu sıcak su kaynaklarında
117
kükürt jeotermometresinin bölgede açılmış olan kuyulardan elde edilen sıcaklık verileri baz
alındığında daha iyi sonuç verdiği gözlenmiştir. .
SONUÇLAR
Yapılan bu çalışmadan elde edilen sonuçlar aşağıda verilmiştir:
İnceleme alanının temelini oluşturan metamorfik şistlerin Beypazarı granitoyidleri ile kesilmiş
olması bir çok fayın oluşmasına ve özellikle sıcak ve mineralli suların dolaşımına uygun ortamların,
akiferin oluşmasına neden olmuştur. Soğuk su kaynakları düşük debili ve sığ dolaşımlıdır.
Dutlu kaplıcası (BT-1), Ayaş İçmeceleri (BT-2), Çobanhamamı kuyusu (BT-3) ve Kapullu kaplıcası
(BT-5) sularının Na+-SO42--Cl-, Ilıcakoy sıcak su kaynağının (BT-4) Mg-Ca-HCO3, Ayaş-Karakaya
kaplıcası sularının (AK-1) ve Beypazarı Karakoca Maden suyunun (BT-6) Na-HCO3-, soğuk su
kaynaklarının ise genellikle Ca2+-SO42-; Ca2+-HCO3- ve Mg2+-HCO3- tipinde oldukları
belirlenmiştir.
Suların oksijen-18, döteryum ve trityum içeriklerinden; sıcak ve/veya mineralli suların derin
dolaşımlı oldukları belirlenmiştir. BT-4 ve BT-6 kaynaklarında buharlaşma etkisi gözlenmiş, BT4’de aynı zamanda yüzey sularından kirlenme de tespit edilmiştir.
BT-1, BT-2, BT-3 ve BT-5 nolu sıcak ve mineralli su kaynaklarının beslenme yüksekliklerinin 9501150 metre dolayında olduğu, bu yüksekliklerin Kirmir Formasyonu ve granitik kayaçların
yüzeylendiği alanlara karşılık geldiği belirlenmiştir.
Kükürt izotopu verilerine göre, BT-1, BT-2; BT-3 ile BS-5 kaynaklarındaki sülfatın birincil
kökeninin Kirmir Formasyonu jipsleri olduğu ortaya konulmuştur.
Sıcak ve mineralli sulara uygulanan silis jeotermometresine gore rezervuar sıcaklıkları en fazla
114oC, SO4-H2O jeotermometresine göre ise en fazla 73oC bulunmuştur. SO4-H2O
jeotermometresinin ise bölgede rezervuara inerek açılmış olan kuyulardan elde edilen sıcaklık
rakamları gözönüne alındığında gerçeğe daha yakın değerler verdiği sonucuna varılmıştır.
KAYNAKLAR
Arnorsson S, Gunnlaugsson E and Svavarsson H (1983) The chemistry of geothermal waters in
Iceland III, Chemical Geothermometry in geothermal investigations, Geochim. Cosmochim.
Acta, 47: 567-577.
Canik B (1970) Ayaş İçmeceleri ve Kaplıcası Hidrojeoloji Etrüdü..MTA Dergisi No:.80, Ankara
Clark I and Fritz P (1997) Environmental isotopes in hydrogeology. Lewis Publishers, 328pp.
Çetin A (2006) Ayaş karakaya ve Ilıcaköy sıcak sularının hidrojeolojisi Fen Bilimleri Enst., Yüksek
Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Ankara.
Diker S (2005) Kapullu hamamı ve dolayının hidrojeolojisi, Fen Bilimleri Enst. Yüksek Lisans tezi.
Ankara Üniversitesi, , 147s, Ankara
Diker S, Çelik M, Kadıoğlu Y K (2006) Fingerprints of the formation of geothermal springs on the
granitoids: Beypazarı-Ankara, Turkey. Environmental Geology, 51(3): 365-376.
Fournier R O and Potter R W (1982) A revised and expanded silica (quartz) geothermometer.
Geoth. Res. Council Bull., 11-10, 3-12.
Giggenbach W F (1988) Geothermal solute equilibria, derivation of Na-K-Mg-Ca geoindicators.
Geochim.. Cosmochim. Acta, 52: 2749-2765.
Lloyd, R.M. (1968). Oxygen isotope behavior in the sulfate-water system. Journal of Geohhysical
Research, 73 (18), 6099-6110.
118
Mazor E (1991) Applied chemical and isotopic groundwater hydrology, First Published,
Edmundsbury Press, 264pp, Buckingham.
Mizutani, Y. and Rafter, T A, (1969). Oxygen isotopic composition of sulfates-3. oxygen isotopic
fractionation in the bisulfate ion-water system. New Zeeland Journal of Science, 12 54-59.
Orti F, Gündoğan İ, Helvacı C (2002) Sodium sulphate deposits of Neogene age: the Kirmir
Formation, Beypazarı Basin, Turkey. Sedimentary Geology, Elsevier, 146, 305-333.
Özbek, T. (1984) Dutlu-Tahtalı kaplıcası ve dolayının hidrojeoloji etüdü. A.Ü. Fen Bilimleri Enst.
Doktora Tezi. 150 s.Ankara.
Palmer M R, Helvacı C, Fallick A E (2004) Sulphur, sulphate oxygen and strontium isotope
composition of Cenozoic Turkish evaporites. Chemical Geology, Elsevier, 209, 341-356.
Piper, A.M (1944) A graphic procedure in geochemical interpretation of water analyses. Trans.
Am.Gephys. Union 25:914-923
Şahinci, A. (1970). Karakaya (Ayaş) Kaplıcası ve Ilıcaköy sıcak sularının Hidrojeoloji Etüdü. MTA
Derleme Rapor No : 4369, 60s.
119
KONYA İLİ TATLI SU KAYNAKLARININ HİDROJEOKİMYASAL
İNCELEMESİ
Güler GÖÇMEZ *
Bayram Kahveci **
Nuri Güven**
* S.Ü.Müh–Mim. Fak. Jeoloji Müh. Böl.42090 Selçuklu/KONYA
[email protected]
**KOSKİ Genel Müd. Su Tesisleri Daire Başkanlığı 42100 Selçuklu/KONYA
[email protected]
ÖZET
Tatlı su kaynakları Konya şehir merkezinin batı-güneybatısında olup önemli bir su potansiyeline
sahiptir. Kaynaklar dolayında yaşlıdan gence doğru Üst Permiyen - Üst Triyas yaşlı Kızılören
formasyonu, Üst Triyas - Üst Kretase yaşlı Lorasdağı formasyonu, Üst Kretase yaşlı Midostepe
formasyonu gelmektedir.
Kretase yaşlı Hatip Ofiyolitli Karışığı ve içerisindeki İkisivritepe
olistolitleri tektonik dokanakla bu birimleri üzerlemiştir. Bu birimlerin üzerine açılı diskordansla
Üst Miyosen Pliyosen yaşlı Sille, Ulumuhsine, Küçükmuhsine formasyonu gelmektedir. En üstte
ise Üst Pliyosen – Kuvaterner yaşlı Topraklı formasyonu ve güncel alüvyonlar yer alır.
Beypınarı kaynağı, Mukbil kaynağı ve Çayırbağı kaynakları Çayırbağı ofiyolitleri içinden Dutlukırı
kaynağı ise Hatip ofiyolit karışığı içindeki kireçtaşlarından boşalmaktadır. Kaynak sıcaklıkları 1516 oC, debileri 1,5 - 45 l/s arasındadır. Sular AIH’ a HCO3’lı, Ca’lu, Mg’lu sular sınıfındadır.
Kaynakların akiferlerini oluşturan kireçtaşlarında karstlaşma oldukça gelişmiştir. Kaynaklar çevresi
olumsuz özellikte sahalar grubuna girmektedir.
Sularının kökenini araştırmada izotop analizlerinden yararlanılmıştır. Oksijen-18 ve döteryum
analiz sonuçlarına göre kaynakların oluştuğu akiferlerin alçak kotlu alanlardan beslendiği ve kaynak
sularının meteorik kökenli sular olduğu belirlenmiştir.
Anahtar kelimeler: Hidrojeokimya, Trityum, Tatlı su kaynağı
HYDROGEOCHEMICAL INVESTIGATION OF FRESH WATERS IN KONYA
SUMMARY
Fresh waters are in the west-southwest of Konya town center and have considerable water potential.
Older to younger Upper Permian – Upper Trias aged Kızılören formation, Upper Trias – Upper
Cretase aged Lorasdağı formation, Upper Cretase aged Midostepe formation are present around of
the sources. Cretase aged Hatip Ofiolitic Complex and İkisivritepe Olistolits in it unconformably
overlie these formations . Upper Miocene – Pliocene aged Sille, Ulumuhsine and Küçükmuhsine
formations overlie the previous formations with angular unconformity . Upper Pliocene –
Quaternary aged Topraklı formation and alluviums are the youngest units in the area.
Beypınarı spring, Mukbil spring and Çayırbağı spring are discharged from Çayırbağı ofiolits,
Dutlukırı spring is discharged from limestones in Hatip ofiolitic complex. These spring
temperatures are 15-16 oC, discharges are 1,5 - 45 l/s. According to the AIH, waters are HCO3, Ca
and Mg types. Limestones which are aquifers of the springs exhibit well developed karstic futures .
Vicinity of the springs is open to adverse external effects.
121
In the investigation of the origin of waters isotope analyses were evaluated. According to Oxygen –
18 and tritium analyses results, aquifers are fed from lower altitude areas and spring waters are in
meteoric origin.
Keywords: Hydrogeochemistry, Tritium, Fresh spring
1.GİRİŞ
Tatlı su kaynakları Konya ilinin 7 km batısında olup yaklaşık 50 km 2 lik bir alanda 5 ayrı noktadan
boşalmaktadır. Alandaki yükseltiler doğu- batı yönünde uzanmakta ve batı- kuzeybatı yönünde
yoğunluk göstermektedir. Konya meteoroloji İstasyonu 2007 yılı verilerine göre ortalama sıcaklık
12,6 o C, yıllık toplam yağış ise 261,7 mm dir. 2007 yılına ait deneştirmeli nem bilançosunda yağış
169,9 mm, gerçek buharlaşma-terleme 214 mm dir. Buharlaşma-terleme yağışın % 125’ine karşılık
gelmektedir (P=125 mm Etpc). Alanın iklim formülü Thorthwaite (1948)’e göre D B2 d a’ dır.
Harflerin belirlediği iklim tipi yarı kurak (D), mezotermal (B2), su fazlası olmayan veya çok az olan
(d) ve oseanik (a’) iklim tipini göstermektedir. Konya Meteoroloji İstasyonu'nun 20 yıllık ortalama
sıcaklık ve yağış değerlerine göre hazırlanan klimogramda Haziran, Temmuz, Ağustos, Eylül, Ekim
ayları kurak ayları diğer ayların ise yağışlı geçiş ayları olarak belirlenmiştir. Bölgede Üst PermiyenKuaterner yaş aralığın da kayaçlar yüzeylemektedir. Tatlı su kaynakları Çayırbağı ofiyolitleri ve
Hatip ofiyolitli karışığı içinden boşalmaktadır. Kaynakların sıcaklıkları 14-16 oC, debileri 0,75-49
l/s arasında değişmektedir.
2. JEOLOJİ
İnceleme alanında yaşlıdan gence doğru, Üst Permiyen-Üst Triyas yaşlı karbonat kayaçlardan yapılı
Kızılören formasyonu, Üst Triyas-Üst Kretase yaşlı, sığ ve duraylı bir karbonat platformunda
çökelmiş olan Lorasdağı formasyonu ve Üst Kretase yaşlı radyolarit ve çört aratabakalı
kireçtaşlarından oluşan Midostepe formasyonu ile başlamaktadır. Tüm bu birimler Üst Kretase yaşlı
Hatip ofıyolitli karışığı ve içerisinde haritalanabilir İkisivritepe olistolitleri tarafından tektonik
olarak üzerlenmiştir. Bunun üzerinde üst manto ürünü Çayırbağı ofiyolit karmaşığı tektonik bir
dokanakla yer almaktadır (Aydın 2002). Bu birimleri açılı bir diskordans ile örten Geç MiyosenPliyosen zaman aralığında birbirleriyle yanal ve düşey geçişli olarak gelişmiş karasal kırıntılılar
şeklindeki Sille formasyonu, gölsel kireçtaşı ve kırıntılılardan yapılı Ulumuhsine formasyonu ve
Konya Neojen volkanizmasının ürünü volkano-klastiklerden oluşmuş Küçükmuhsine formasyonu
ile devam eder. Alttaki tüm birimlerden malzeme almış ve dolayısıyla hepsini açılı uyumsuz olarak
örten alüvyal yelpaze ve karasal karbonat yığışımları şeklindeki Üst Pliyosen-Kuvaterner yaşlı
Topraklı formasyonu ve Güncel alüvyonlar en üstte bulunmaktadır (Şekil 1).
122
Şekil 1. İnceleme alanının jeoloji - hidrojeoloji haritası (Göçmez,2008).
3. HİDROJEOLOJİ
İnceleme alanında Kızılören formasyonunu oluşturan dolomitik kireçtaşlarının karstik, çatlaklı ve
kırıklı kesimleri ile Lorasdağı formasyonunun bol kırıklı çatlaklı ve karstik kireçtaşları akifer kaya
özelliğindedir. Bununla birlikte Midostepe formasyonunun çakıltaşı, kumtaşı seviyeleri ve Hatip
ofiyolit karışığı'nın kireçtaşı olistolitleri su bulunduran ve geçirimliliği yüksek birimler arasındadır.
Çayırbağı ofîyolitlerinde çatlaklı seviyeler ve ağsal manyezit damarları su taşımaktadır. Beypınarı
ve Mukbil kaynak çıkışları da bunun kanıtıdır. Bu tür su çıkışlarına fayların da hidrolik oluk
oluşturarak yardımcı olmasının yanı sıra masif ve geçirimsiz kayaçlardaki ikincil tektonik
oluşumlar kaynak sularını beslemektedir. Sille formasyonunun çamurtaşı seviyeleri ile Ulumuhsine
formasyonu'nun marn ve çamurtaşı sevileri ve bu formasyonlarla yanal/düşey geçişlilik arz eden
Küçükmuhsine formasyonunun tüf ve tüfitten oluşan birimleri bu formasyonlara geçirimsiz özellik
kazandırırken çakıltaşı ve kumtaşı seviyeleri geçirimlilik ve su bulundurma özellikleri bakımından
oldukça iyidir. Yakın dolaşımlı süzülme sularına yataklık eden güncel oluşuklardan Topraklı
formasyonu ve alüvyon su bulundurma ve geçirimlilik açısından oldukça iyi özelliğe sahiptir.
İnceleme alanında gözlenen ofiyolitler ve ince kırıntılı sedimanter kayaçlar geçirimsiz özelliktedir.
Buna karşılık; çalışma sahasındaki kireçtaşlarının, ikincil gözeneklilik ile birlikte geçirimlilik
özelliği artmaktadır. Ayrıca Çayırbağı ofiyolit karmaşığının manyezit damarlı düzeyleri su
bulundurma ve iletme özelliği açısından olumlu özellik taşımaktadır
İnceleme alanında bulunan sondaj kuyularında elektrikli seviye ölçü aleti ile su seviyesi ölçümleri
yapılmış ve eş derinlik haritası işlenmiştir. Buna göre ölçüm yapılan kuyularda yeraltısu seviyesi
123
yüzeyden itibaren 14–25 m arasında değişmektedir. Surfer bilgisayar programı yardımıyla ve
kriking yöntemi kullanılarak yeraltısuyu eş derinlik eğrileri çizilmiştir (Şekil 1). Bu eğrilerden de
anlaşılacağı gibi yeraltısuyu akım yönü inceleme alanının kuzeyinde kuzeybatıdan güneydoğuya
doğru, batısında batıdan doğuya doğru, güneyinde ise güneyden kuzeye doğrudur. Tüm alan
değerlendirildiğinde yeraltısuyu akım yönleri Krom Magnezit, Dutlukırı mevkiine doğru
odaklanmaktadır.
4. TATLI SU KAYNAKLARI
Beypınarı Kaynağı
Beypınar deresinin batı yamacında, Mesozoyik yaşlı Çayırbağı ofiyolitleri içinden boşalmaktadır.
Birim bol kırıklı çatlaklıdır. Çatlaklar yer yer manyezit damarlı olup lisfenitleşmiştir. Çayırbağı
ofiyolitleri içine açılan galeriler ile kaynak suyunun debisi artırılmıştır.
Kaynak suyunun sıcaklığı 14 oC, ortalama debisi 0,75 l/s dir. 2002–2008 yılları arasındaki kaynağın
debisi periyodik olarak ölçülmüştür. Bu dönmede kaynağın minimum debisi 0,65 l/s maksimum
debisi 17,68 l/s’dir. Kaynağın debisi mevsimlik yağışlara bağlı olarak değişmektedir.
Mukbil Kaynağı
Mukbil kaynağı Beypınarı deresinin batısında Meram çayı güneyinde Çayırbağı ofiyolitleri içinden
boşalmaktadır. Kaynak çevresinde alttan üste doğru Mesozoyik yaşlı Çayırbağı ofiyoliti ve
Kuvaterner yaşlı alüvyonlar yüzeylemektedir. Çayırbağı ofiyolitleri çok az manyezit damarları
içermektedir. Birim tektonik hareketler nedeniyle kırıklı, çatlaklı bir yapı kazanmıştır. Kırık ve
çatlaklar yer yer lifsi serpantinle doldurulmuştur. Kaynak suyu Çayırbağı ofiyolitleri içerisine açılan
galeri ile alınmaktadır
Mukbil kaynak suyunun sıcaklığı 14 °C, ortalama debisi 6 l/s’dir. . 2001-2008 yılları arasındaki
kaynağın debisi periyodik olarak ölçülmüştür. Bu dönmede kaynağın minimum debisi 5 l/s
maksimum debisi 10,66 l/s dir. Kaynağın debisi mevsimlik yağışlara bağlı olarak değişmektedir.
Çayırbağı Kaynağı
Çayırbağı kaynağı, incelenen alanın güneybatısında, Çayırbağı yerleşim merkezinin batısındaki
dere yatağı içinde, serpantinlerden boşalmaktadır Kaynak sıcaklığı 15o C, kaynağın ortalama debisi
ise 12 l/s dir. 2001-2008 yılları arasındaki kaynağın debisi peryodik olarak ölçülmüştür. Bu
dönmede kaynağın minimum debisi 11,70 l/s maksimum debisi 35,50 l/s dir. Kaynağın debisi
mevsimlik yağışlara bağlı olarak değişmektedir.
Dutlukırı Kaynağı
Dutlu kaynağı Hatip ofiyolitli karışığı içindeki karstik kireçtaşlarından boşalmaktadır. Kaynağın
suyu kireç ocağı doğusundaki dere yatağı içinde yapılan kaptajla alınmaktadır
Kaynağın sıcaklığı 15 C, ortalama debisi 49 l/s dir. 2001-2008 yılları arasındaki kaynağın debisi
peryodik olarak ölçülmüştür. Bu dönmede kaynağın minimum debisi 36,0 l/s maksimum debisi
69,30 l/s dir. Kaynağın debisi mevsimlik yağışlara bağlı olarak değişmektedir.
Hatip Kaynağı
Hatip kaynağı, Hatip ofiyolitli karışığına ait iki sivri tepe olistolitlerinden boşalmaktadır Kaynak
sıcaklığı 16 C, ortalama debisi 20 l/s dir. 2001-2008 yılları arasındaki kaynağın debisi periyodik
olarak ölçülmüştür. Bu dönmede kaynağın minimum debisi 10 l/s maksimum debisi 28 l/s dir.
Kaynağın debisi mevsimlik yağışlara bağlı olarak değişmektedir.
124
6. HİDROJEOKİMYA
İnceleme alanındaki tatlı su kaynaklarının sıcaklıkları 14 – 160C, ortalama debileri 0,75 - 49 l/s,
pH’ları 7,8 – 8,1, Fransız sertlikleri 18 – 30 Fs arasındadır. Tatlı su kaynaklarının elektriksel
iletkenlik değerleri oldukça düşük olup 281 – 511 µS/cm’dir. Sularda Ca, Mg ve HCO3 iyonları
hakimdir. Hatip kaynağının suyunun sertliği 23–32 arasında olduğundan “Sert su” sınıfındadır.
Diğer kaynakların suları ise11–22 arasında olduğundan “Tatlı su” sınıfında yer almaktadır. Sular
IAH’a göre sınıflandırıldığında; Beypınarı kaynağı, HCO3’lı, Mg'lu, Ca'lu soğuk su, Mukbil
kaynağı, HCO3’lı, Ca'lu soğuk su Dutlu kaynağı, HCO3’lı, Mg'lu, Ca'lu soğuk su, Hatip kaynağı,
HCO3’lı, Mg'lu soğuk su, Çayırbağı kaynağı, HCO3’lı, Mg'lu soğuk su olarak belirlenmiştir.
Kaynakların birbirleri arasındaki kökensel ilişkileri Schoeller diyagramı (Şekil 2a) ile
incelendiğinde iyonları birleştiren doğrular birbirine yaklaşık paralel geçmekte olup, aynı
kökenlidir. Kaynakların kimyasal bileşimindeki benzerlik, benzer akifer litolojilerine sahip
olduklarını göstermektedir (Tablo 1). Piper diyagramına göre sular 5. bölgede gruplanmakta olup
CaCO3 ve MgCO3’lı sular grubuna girmektedir. Wilcox diyagramına göre çok iyi – iyi, ABD
Tuzluluk Laboratuarı diyagramına göre ise C2 - S1 sular sınıfındadırlar (Şekil 2a, 2b, 2c, 2d).
Kaynak sularından bakteriyolojik analizler için özel örnekler alınarak İl Sağlık Müdürlüğü
laboratuarlarında analizleri yaptırılmıştır. Buna göre sadece Haziran–2001 döneminde Beypınarı.
Dutlu ve Çayırbağı kaynaklarında. Temmuz–2001 döneminde ise Beypınarı kaynağında bakteriye
rastlanmıştır. Bu kaynaklarda bakterilerin ortaya çıkması kaynak çevrelerinde gerçekleştirilen
besicilik faaliyetleri ve ağılların aktif olmasına bağlanabilir. 2002 – 2008 yılları arasında yapılan
analizlerde herhangi bir bakteri görülmemiştir.
125
126
Tablo 1. İnceleme alanındaki suların fiziko-kimyasal analiz sonuçları
2007 Ekim
Parametreler
Beypınarı
Mukbil
Dutlukırı
Ca
mg/l
19
15
37
Mg
mg/l
36
47
25
Na
mg/l
3,9
2,9
6,1
K
mg/l
2,4
2,9
3,9
Cl
mg/l
8,5
11
15
SO4
mg/l
5,2
6,1
4,9
HCO3
mg/l
196
171
206
NO2
mg/l
0
0
0
NO3
mg/l
4,3
4,1
5,1
NH3
mg/l
0
0
0
Zn
mg/l
Fe
mg/l
0
0
0
EC
μmho/cm
281
290
355
pH
8,1
7,9
7,9
Bulanıklılık
NTU
0,7
0,67
0,79
Bakteri
100 ml’de
Yok
Yok
Yok
koloni
Sertlik
Fr
18
18
20
Debi(ort)
l/s
0,75
6
49
0
Sıcaklık
C
14
14
15
Hatip
51
41
12,2
7,9
15,6
5,5
299
0
3,7
0
0
511
7,8
0,56
Yok
Çayırbağı
19
41
4,2
3,4
9
7,7
191
0
3,9
0
0
303
8,1
0,7
Yok
30
20
16
21
12
15
7. İZOTOP HİDROLOJİSİ
İnceleme alanında yer alan tatlı su kaynaklarının çevresel izotop içerikleri incelenerek akiferlerin
kökenleri, beslenme alanları, su – kayaç etkileşim süreleri aydınlatılmaya çalışılmıştır. İzotop
analizleri DSİ TAK dairesinde yaptırılmıştır (Tablo 2).
Tablo 2. Kaynaklara ait izotop analiz sonuçları
Sıra
Numune Adı
Alınma Tarihi
1
Dutlu
2
18
03.09.2002
2
0
H
-10.32 -73,62
H
7.70 ±2.20
Mukbil
03.09.2002
-10.33 -73,96
11.10 ±2.40
Çayırbağı
03.09.2002
-9.99
5,20 ±2.20
4
Çayırbağı
03.09.2002
-10.06 -72,97
5,90 ±2.20
5
Beypınarı
03.09.2002
-10,82 -76,75
2.30+2.10
6
Hatip
03.09.2002
-9.59
3.35±2.10
-76.7
-73.44
18
3
O – Döteryum ilişkisi
İnceleme alanı için yerel meteorik su doğrusu (YMSD +16) baz alınmıştır. Şekil 3’te verilen 18O –
Döteryum grafiğinde tatlı su kaynaklarına ait noktaların yerel meteorik su doğrusunun yakınında
yer almaları bölgedeki tatlı su kaynaklarının akiferlerinin meteorik kökenli yağışlardan beslendiğini
ve yağışların buharlaşma etkisine girmeden akiferi beslediğini göstermektedir (Şekil 3).
127
Cl – Trityum ilişkisi
Cl – Trityum grafiğine göre (Şekil 4) bölgede üç ayrı dolaşım sistemi bulunmaktadır. Tatlı su
kaynakları yüksek trityum ve düşük Cl içerikleri bakımından bölgedeki ara yeraltısuyu sistemini
yansıtmaktadırlar. Düşük trityum içeriği kaynağın temsil ettiği akiferin göreceli olarak uzun süreli
geçiş zamanına sahip yeraltı suları ile beslendiğini göstermektedir. Mukbil kaynak suyu düşük Cl,
yüksek trityum içeriği bakımından diyagramda genç sular grubuna düşmektedir. Dutlukırı kaynağı
doğrusal karışım çizgisi üzerinde yer almaktadır. Diğer sular düşük Cl, yüksek trityum içerikleri
bakımından bölgedeki ara yerltısu sistemini yansıtmaktadırlar.
18
O – Trityum ilişkisi
Trityum hidrojeninin yarılanma ömrü kısa ve 12,43 yıl olan radyoaktif bir izotoptur (Clark and
Fritz, 1997). Kozmik radyasyonla hem doğal hem de yapay olarak üretilen trityum hidrolik sisteme
yağış ile girer. Suyun molekül yapısında yer alan hidrojenin radyoaktif bir izotopu olduğu için
yeraltısuyu geçiş süresinin belirlenmesinde doğrudan kullanılmaktadır (Şimşek, 2005). 18O –
Trityum grafiğinde görüleceği gibi Mukbil kaynak suyu alçak kotlardan güncel yağış sularıyla
beslenmiştir. Diğer kaynak suları ise alçak kotlardan beslenmiş derin dolaşımlı sulardır (Şekil 5).
Dutlukırı, Çayırbağı, Beypınarı ve Hatip kaynaklarının Trityum içerikleri yaklaşık 5 TU civarında
değişmektedir. Bu değerler kaynakların, yeni yağışlar ile nükleer denemeler öncesi (1952 yılı
öncesi) yağışların belirli oranlarda ki karışımı ile beslendiğini göstermektedir.
Döteryum – Trityum ilişkisi
Trityum izotopu radyoaktif olduğu için yer altı suyunun akiferde kalış süresine bağlı olarak
radyoaktif bozunmaya uğramaktadır. Yeraltısularının bağıl yaşının belirlenmesinde önemli bir
parametredir. Kökeni meteorik olan suların yeraltında dolaşım yolu uzadıkça trityum izotopunun
radyoaktif bozunmaya uğraması nedeniyle trityum değeri düşmektedir. Dolaşım süresi az olan
sudan çok olan suya doğru kaynakları sıralarsak; Mukbil, Dutlukırı, Çayırbağı, Beypınarı, Hatip
kaynağı şeklindedir. Mukbil ve Dutlukırı kaynağının dışındakilerin dolaşım süresi daha uzundur
(Şekil 6).
Eİ – Trityum ilişkisi
Yüksek trityum düşük Eİ geçiş süresinin kısa, düşük trityum yüksek Eİ geçiş süresinin uzun
olmasına işaret eder. Akiferle temas süresi arttıkça kayaç-su arasındaki etkileşimle iyon açığa çıkar.
Ttiryum verilerine göre Mukbil ve Dutlukırı kaynağının suları akifer ile daha kısa süre temas etmiş,
diğer kaynak sularının akiferle temas süreleri daha uzundur (Şekil 7).
128
Şekil 3. 18 O - Döteryum grafiği
Şekil 4. Klor -Trityum grafiği
Dola m Süresi
Beslenme alan yüksekli i
Şekil 5. 18 O -Trityum grafiği
Şekil 6. Döteryum -Trityum grafiği
Şekil 7. Eİ- Trityum grafiği
129
8. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
-20 yıllık ortalama sıcaklık ve yağış değerlerine göre hazırlanan klimogramda Haziran, Temmuz,
Ağustos. Eylül, Ekim ayları kurak ayları diğer ayların ise yağışlı geçiş ayları olarak belirlenmiştir.
-Beypınarı kaynağının sıcaklığı 14 °C, debisi 0.75 l/s, mukbil kaynağının sıcaklığı 14°C, debisi 7,06
l/s, Çayırbağı kaynağının sıcaklığı , 15°C, debisi 15.50 l/s ,dutlu kırı kaynağının sıcaklığı 15 °C
debisi 49 I/s ,hatip kaynağının sıcaklığı 16 °C, debisi 20 l/s. dir. Tatlı su kaynaklarında yapılan
periyodik debi ölçümlerinde kaynak debilerinin mevsimlik yağışlara bağlı olarak arttığı tespit
edilmiştir
-İnceleme alanında gözlenen ofiyolitler (Çayırbağı Ofiyoliti. Hatip Ofiyolit Karışığı) ve ince
kırıntılı sedimanter kayaçlar (Midostepe ve Ulumuhsine formasyonu) geçirimsiz nitelikli, buna
karşılık; çalışma sahasındaki kireçtaşlarının (Kızılören ve Lorasdağı formasyonu), ikincil
gözeneklilik ile birlikte geçirimlilik özelliği artmaktadır. Ayrıca Çayırbağı ofiyolit karmaşığının
manyezit damarlı düzeyleri su bulundurma ve iletme özelliği açısından olumlu özellik taşımaktadır.
Ayrıca Topraklı formasyonu ve alüvyonlarında iyi derecede su bulundurma ve iletme özelliğine
sahip oldukları söylenebilir. Lorasdağı kireçtaşları Hatip ofiyolitli karışığına ait kireçtaşlarında su
taşımakta olup bu birimler içine açılacak sondajlardan su temin etmek mümkündür.
-Birimlerin hidrojeolojik özelliklerinin ve mostra alanlarının değerlendirilmesi ile yüzeyleyen
formasyon alanlarının % 34' ünün geçirimli özellikte, % 66’ sının ise geçirimsiz nitelikte olduğu
anlaşılmaktadır.
-Tatlı su kaynaklarının akiferlerini oluşturan kireçtaşlarındaki kırık , çatlak ve karstik boşluklardan
kolayca süzülen yağmur suları , boşluklarda depolanarak kaynakların akiferlerini
oluşturmaktadırlar. Bu nedenle, kireçtaşlarının işletilmemesi, koruma altına alınması gereklidir.
-Beypınarı ve Mukbil tatlı su kaynaklarının akiferlerini Çayırbağı ofiyolitleri , Hatip, ve Dutlukırı
kaynaklarının akiferlerini ise hatip ofiyolitli karışığı içindeki kireçtaşları oluşturmaktadır.
- Schoeller diyagramına göre suların aynı kökenli olduğu ve benzer akifer litolojilerine sahip
oldukları belirlenmiştir. Piper diyagramına göre sular 5. bölgede gruplanmakta olup CaCO 3 ve
MgCO3’lı sular grubuna girmektedir. Wilcox diyagramına göre çok iyi – iyi, ABD Tuzluluk
Laboratuarı diyagramına göre ise C2 - S1 sular sınıfındadırlar
-18
O – Döteryum grafiğine göre tatlı su kaynaklarının akiferlerinin meteorik kökenli yağışlardan
beslendiğini ve yağışların buharlaşma etkisine girmeden akiferi beslediği belirlenmiştir.
-18
O – Trityum grafiğine göre Mukbil kaynak suyu alçak kotlardan güncel yağış sularıyla
beslenmiştir. Diğer kaynak suları ise alçak kotlardan beslenmiş derin dolaşımlı sulardır . Dutlukırı,
Çayırbağı, Beypınarı ve Hatip kaynaklarının Trityum içerikleri yaklaşık 5 TU civarında
değişmektedir. Bu değerler kaynakların, yeni yağışlar ile nükleer denemeler öncesi (1952 yılı
öncesi) yağışların belirli oranlarda ki karışımı ile beslendiği söylenebilir.
-Cl – Trityum grafiğine göre Mukbil kaynak suyu düşük Cl, yüksek trityum içeriği bakımından
diyagramda genç sular grubuna düşmektedir. Dutlukırı kaynağı doğrusal karışım çizgisi üzerinde
yer almaktadır. Diğer sular düşük Cl, yüksek trityum içerikleri bakımından bölgedeki ara
yeraltısuyu sistemini yansıtmaktadır.
- pH – EC değerlerine göre kaynak suları derin dolaşımlı eski sulardır
130
-Döteryum-Trityum grafiğine göre dolaşım süresi az olan sudan çok olan suya doğru kaynakları
sıralarsak; Mukbil, Dutlukırı, Çayırbağı, Beypınarı, Hatip kaynağı şeklindedir. Mukbil ve Dutlukırı
kaynağının dışındakilerin dolaşım süresi daha uzundur.
- EC – Trityum grafiğine göre Mukbil ve Dutlukırı kaynağının suları akifer ile daha kısa süre temas
etmiş, diğer kaynak sularının akiferle temas süreleri daha uzundur.
-Tatlı su kaynaklarının çevresindeki birimlerin geçirimliliklerinin yüksek olması akifer tabakanın
üzerinde örtü tabakasının bulunmaması nedeniyle kaynaklar çevresinde oluşacak her türlü kirletici
unsur kaynak sularını doğrudan etkileyecek ve kirlenmesine neden olacaktır.
-İnceleme alanındaki tüm su çıkışlarının kaptajı çok iyi yapılarak, suların boşa akması önlenmelidir.
-Lorasdağı eteklerinde bulunan debileri 0.5 - 2 l/s arasında olan ve şu anda boşa akan kaynak suları
kapte edilerek kullanılabilir.
9. KAYNAKLAR
Ardel, A., Kurter, A., Dönmez, Y.,1969, Klimatoloji tatbikatı. İ.Ü.Edebiyat Fak. Coğrafya Ens.
Yayın. No:40.İstanbul
Aydın, Y., 2002, Çayırbağı – Dutlukırı – Mukbil – Beypınarı ve Hatip Tatlı Su Kaynakları
Çevresinin Jeoloji İncelemesi Raporu, Müh. Mim. Fak. Döner Sermaye İşl. 2002. Konya
Bögli, A., 1980, Karst Hydrology and physical speleology springer, verlag.New York.
Clark, I.D and Fritz, p. 1997, Environmental Isotopes in Hydrogeology, Lewis Public. 328 p., New
York
DemireI, Z., 1988, Koruma alanlarının belirlenmesinde hidrojeoloji kriterleri. Ulusal I. Hidrojeoloji
Sempozyumu, 257,267. Ankara.
Faure, G., 1986, Principles of isotope geoiogy; John Wiley &Sons. Second Edition, NewYork, 589
pp.
Folk, R.L., 1980, Petrology of Sedimentary Rocks, Hemphil! Publishing Company, Austin. 184 p.
Ford,D.C., Williams P,W.,1989, Karst Geomophology and Hydrology.Unvvın Hyman,London.
Freeze,R,A., and Cheerry, J. A., 1979, Groundwater, s.553, Prentice Hail. Englevvood Cliff, .Ne\v
Jersey.
Göçmez, G., 2008, Tatlı Su Kaynakları Ve Çevresinin Jeoloji –Hidrojeoloji-Koruma Alanları
Raporu. s: 102, Konya.
Göğer, E. Ve Kıral, K., 1969, Kızılören Dolayının Jeolojisi; MTA Derleme Rap. No: 5204, Ankara.
Göğer, E- Ve Kıral, K., 1973, Kızılören Dolayının Genel Stratigrafisi; MTA Derleme Rap. No:
27818, Ankara.
Görmüş, M., 1984, Kızılören Çevresi Jeolojisi İncelemesi; S.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek
Lisans Tesi, 67 s., Konya.
Güzel, A., Göçmez G., 1989, Çayırbağı, Hatip, Beybes, Kozağaç (Konya) Yöresinin Hidrojeoloji
İncelemesi.Ahmet Acar Jeoloji Sempozyumu, s. 125-134. Adana.
Herak, M., Strıngfield, V.T., 1976, Karst, ımportant Karst Regions of the Northern Hemishere.
Elsevier.
IAH (International Association of Hydrogeologists) 1979., Map of Mineral and Thermal Water of
Europe. Scale 1:500000. International Association of Hydrogeologists, United Kingdom
Karakuş, H., Şimşek, Ş., İnan, S., Efteni (Düzce) Sıcak ve Mineralli Su Kaynaklarının
Hidrojeokimyasal ve İzotopik İncelemesi, II. Ulusal Hidrojeolojide İzotop Teknikleri Sempozyumu,
s. 45-58
Mazor, E., 1991, Applied chemical and isotopic groundwater hydrology; Burns& Smith Ltd.,
Buckingham, 274 pp.
Okay A., II, 1986, High - Pressure Low Temparature Metamorfic Rocks Of Turkey, İnbiesuschists
And Eclogites, The Geal Sos. Men, 164, 338-348.
131
Özcan, A., Göncüoğlu, M.C., Turhan, N., Uysal, Ş., Şentürk, K. Ve Işık, A., 1988, Late Paleozoic
Evoluation of The Hütahya Bolkardağı Belt, METU Journal of Püre and Appl, Sci., 21 1/3, 211220.
Özgül, N., 1976, Torosların Bazı Temel Jeolojik Özellikleri, TJK Bült., 19, 65-78 s.
Roberts, N., 1982, Age Paleoenvironments And Climatic Sigrificance Of Late Pleistocene Konya
Lake, Turkey, Quaternary Research. 19. p. 154-171.
Schoeller, H., 1962, Les eaux souterraines masson et cie Paris (Çeviren,Karadağ, K.,1973)
Yeraltısulan matbaası) istanbul.
Sılar, J., 1972, General Protection of mineral waters. (AIH) International Svmposium of propertion
of mineral water Karlow Vary (Carlsbad), 13-21.
Şahinci, A. 1991, Karst. Reform matbaası, İzmir.
Thorntwaite , C.W. 1944., Report Of The Committee On Transpiration And Evaporation. 1943-44.
Transactions, American Geophysical Union 25: 687
132
NEVŞEHİR (KOZAKLI) SICAK VE MİNERALLİ SULARININ KÖKENİNİN
Suzan PASVANOĞLU1 ve Fatma GÜLTEKİN2
1
2
Kocaeli Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü,Kocaeli
Karadeniz Teknik Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Trabzon
[email protected]
ÖZET
Kırşehir doğusunda ve 75 km uzaklıkta yer alan, Kozaklı-Nevşehir jeotermal alanı, Kozaklı
ilçe merkezinin güney doğusunda KB-GD uzanımlı bir hat boyunca uzanmaktadır. Alan fazla
engebeli olmayıp ortalama yükseklik 1000 m dolayındadır. Yaklaşık 1.5 km uzunlukta ve 200
m genişliğindeki Nevşehir Kozaklı kaplıca alanında bir vadi boyunca sıcak su kaynakları
yüzeye çıkmaktadır. Suların bir kısmı açıktan boşa akmakta, MTA tarafından açılmış sondaj
kuyularından sıcak su sağlanmakta, ayrıca Özel idare, Belediye ve şahıslara ait çok sayıda
hamam, otel ve moteller de sıcak suyu kullanmaktadır. Kozaklı sularının sıcaklıkları;
kaynaklarda 43–50C, sondajlarda ise 80-98C arasında değişmektedir. Sıcak sular bataklık ve
sazlık görünümü sunan oldukça geniş bir kaynak alanında, muhtemelen gömülü faylar boyunca
yükselen küçük kaynaklar şeklinde çıkmaktadır.
Kozaklı dolayında Kırşehir masifini daha kalın olarak Oligosen yaşlı tuzlu ve jipsli evaporitik
kayaçlar örtmektedir. Bu nedenle sular daha çok Na, Ca, Cl, SO4, SiO2 li veya Na, Cl, SO4,
SiO2 lidir. Çevresel izotop (18O, 2H, 3H) sonuçlarına göre sıcak sular meteorik veya magmatik
sokulum olan bir kupolden yayılan sıcaklık ile ısınan meteorik kökenlidir. Meteorik sular,
yerin altına çatlak, kırık ve faylar boyunca süzülmekte ve bu süreçte jeotermal gradyanla da
ısınarak kendisine hidrotermal kanal ödevi gören fay veya etkili çatlaklar boyunca yükselerek
yeryüzüne döndüğü anlaşılmıştır. İnceleme alanında ölçülen sulardaki 13CDIC değerleri
incelendiğinde, Kozaklı soğuk sularında 13CDIC değerleri topraktaki veya yeraltındaki
gözeneklerde birikmiş olan CO2 tarafından kontrol edilmektedir. Sıcaklıkları yüksek olan
sulardaki karbonun denizel karbonatların çözünmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir.
Buna karşın, düşük sıcaklıktaki sulardaki karbon ise organik bir köken sunmaktadır. Kozaklı
jeotermal sahasında bulunan sıcak suların 34S izotop içeriği 23,9 ile 12 arasında değişmektedir
Soğuk sularda ise 34S hiç bulunmamıştır. Burada termal suların kükürt izotop kompoziyonları
karasal evaporitlerle kireçtaşlarına karşılık gelmektedir. Ancak 2 nolu Kozaklı sazlık
çamurundan alınan sıcak su kaynağının 34S izotop içeriği alanda bulunan diğer sıcak sulara
nazaran azalmış olarak görülmektedir. Çalışma sahası Neojen’de faaliyete başlayan Erciyes
volkanizmasının etkisi altında kalmıştır. Bu araştırma Tübitak tarafından 104Y167 nolu proje
kapsamında desteklenmiştir.
Anahtar kelimeler: Kozaklı, sıcak ve mineralli su, izotop
EVALUATION OF ORIGIN OF THE NEVŞEHİR (KOZAKLI) THERMAL AND
MINERALIZED WATERS WITH ISOTOPES
ABSTRACT
The Kozaklı-Nevşehir geothermal area 75 km east of Kırşehir city extends along NW-SE structural
line at the east of Kozaklı center. The area is not rugged and average elevation is 1000 m. In the
Kozaklı thermal resort area with a length of 1.5 km and 200 m width, thermal waters are
manifested along a valley. Some hot waters are discharged with no use and thermal waters used in
133
the resort are from wells drilled by MTA. In addition, these waters are also utilized by hotels, baths
and motels belonging to City Private Management, Municipality and private sector. Temperature
of Kozaklı waters is measured as 43–50C in springs and 80-98C in wells. Waters are issued in a
wide swampy area as a small group of springs through buried faults. Around Kozaklı, the Kırşehir
massive is overlain by thick salty and gypsiferous evaporitic rocks of Oligocene age. In this
respect, waters are mostly of Na-Ca-Cl-SO4- SiO2 or Na-Cl-SO4-SiO2 type waters. The study area
is affected from the Erciyes volcanism which was started in the Miocene and ceased in Pliocene.
According to results of environmental isotopes (18O, 2H, 3H), thermal waters are of meteoric origin
and heated by an intrusive-cupola or some of rainwater is infiltrated downward through fractures
and fault systems and heated with the geothermic gradient and rise to the surface along fault and
effective fractures that act as hydrothermal conduits. 13CDIC values indicate that carbon in the
Kozaklı cold waters are controlled by CO2 accumulated in soil or pores in the underground. Carbon
in thermal waters is believed to originate from dissolution of marine carbonate rocks. However,
carbon in low-temperature waters is derived from an organic source. 34S ratios in thermal waters
range from 12 to 23.9‰. 34S ratio of cold waters could not be determined. Sulfur isotope contents
of thermal waters correspond to those of terrestrial evaporates and limestones. 34S ratio of sample
2 that is collected from swampy mud is depleted in comparison to other thermal waters. . The
Erciyes volcanism which was started in the Neogene time was very effective in formation thermal
and mineral waters in the study area. This study comprises a part of project founded by the Turkish
National Scientific Council (TUBITAK) under grant no 104Y167.
Key words: Kozaklı, thermal and mineralized water, isotope.
1. GİRİŞ
Kozaklı-Nevşehir jeotermal alanı, Kozaklı ilçe merkezinin güney doğusunda KB-GD uzanımlı bir
hat boyunca uzanmaktadır (Şekil 1). Alan fazla engebeli olmayıp ortalama yükseklik 1000 m
dolayındadır. Alanın kuzey doğusundan Kozanözü Çayı geçmektedir. Yaklaşık 1.5 km uzunlukta ve
200 m genişliğindeki Nevşehir Kozaklı kaplıca alanında bir vadi boyunca sıcak su kaynakları
yüzeye çıkmaktadır. Suların bir kısmı açıktan boşa akmakta, MTA tarafından açılmış sondaj
kuyularından sıcak su sağlanmakta, ayrıca Özel idare, Belediye ve şahıslara ait çok sayıda hamam,
otel ve moteller de sıcak suyu kullanmaktadır. Kozaklı sularının sıcaklıkları; kaynaklarda 43–50C,
sondajlarda ise 80-98C arasında değişmektedir. Sıcak sular bataklık ve sazlık görünümü sunan
oldukça geniş bir kaynak alanında, küçük kaynaklar şeklinde çıkmaktadır.
Şekil 1. İnceleme alanının yer belirleme haritası
134
2. ÖRNEKLEME VE ANALİZ YÖNTEMLERİ
Kozaklı alanında üretim yapan kuyular genellikle Kozaklı ve kuzeyinde yer alır. Bu alanda kaplıca
ve ısıtma amaçlı olarak MTA ve özel şahıslara ait 20 den fazla sıcak su sondajı bulunmaktadır.
Örnekleme bu kuyuların halen ısıtmada ve kaplıca amaçlı olarak kullanılanlarında yapılmıştır. Bu
yöreden 2 sıcak su kaynağından, bölgedeki yeraltı suyunu karakterize edeceği düşünülen 1 soğuk su
kaynağından ve 7 adet sıcak su sondajından olmak üzere toplam 10 adet örnek alınmıştır. Kimyasal
ve ağır metal analizleri Hacettepe Üniversitesi Su Kimyası Laboratuarında yaptırılmıştır. İzotop
analizleri için Kozaklı yöresinde kimyasal analizler için örnekleme yapılan noktalardan aynı tarihte
Oksijen–18 (18O), Döteryum (2H), Trityum (3H), Karbon- 13 (13C) ve Kükürt–34 (34S) analizleri
için de örnekleme yapılmıştır. Trityum izotop analizleri Hacettepe Üniversitesi Su Kimyası
Laboratuarında, Oksijen–18 (18O), Döteryum (2H), Karbon- 13 (13C) ve Kükürt–34 (34S) analizleri
ise Canada Ottawa Üniversitesi G.G. Hatch Stable ISOTOPE laboratuarında yaptırılmıştır. Analiz
hassasiyetleri oksijen-18 (18O) için  0,15 permil, Döteryum(2H)için  2 permil, karbon–13 (13C)
için  0,2 ve Kükürt–34 (34S) için de 0,2 permil dir.
3. JEOLOJİ
Kozaklı jeotermal sahası birçok araştırmacıya konu olmuştur (Serruya, 1963; Tezcan, 1963; Niehof,
1965; Şamilgil, 1965; Erişen, 1967; Domingo, 1967; Hamut ve diğ., 1992; Erişen ve diğ. ,1993;
Göçtü ve diğ, 1995; Koçak, 1997; Kara 1997; Özgür ve diğ., 1997; Erişen ve diğ., 1999). İnceleme
alanın jeolojisi daha önce yapılan çalışmaların arazide revize edilmesi sonucu hazırlanmıştır (Şekil
2). Bölgede temeli oluşturan metamorfik şistler Kozaklı kaplıca alanı ve çevresinde
yüzeylenmemekle birlikte, topografik olarak bölgenin en yüksek kotlarında yüzeylenme
vermektedir. Çalışma sahasında yüzeylenen en eski birimler Oligosen-Miyosen yaşlıdır. Komşu
bölgelerde görülen Lütesiyen ve daha yaşlı formasyonların üzerine oturmuş olan ve Neojen
kireçtaşı örtüsünün tamamıyla aşınıp taşındığı yerlerde yüzeylenen Oligosen-Miyosen yaşlı birim,
sahanın K-KB bölümünü kapsamaktadır. Ayrıca Bağlıca Deresinde, Bozoğlan Sırtı batısında da
yüzeylenme vermektedir. Oligosen- Miyosen yaşlı formasyonlarının kalınlığı 500–600 m olup
(Şamilgil, 1965) alt seviyelerinde kırmızı renkli kiltaşı, çakıltaşı ve kumtaşları, üst seviyelerinde
türlü renkli killer ve marnlarla jips ve tuzlu oluşuklar yer almaktadır. Bu birimin üzerine uyumsuz
olarak Miyosen yaşlı tüfit, mikro konglomera, kumlu marn, üstte stratigrafik dizilime göre yaşı
Pliyosen olarak kabul edilen kireçtaşı ve gölsel kireçtaşı marn, tüfit ve killi kireçtaşından oluşan
birim gelmektedir. Tabakalar değişik yönlere 10- 30° eğimlidirler. Kalınlığı 80 ile 115 m olan bu
göl formasyonu içinde bol miktarda Gastropoda fosilleri bulunur (Şamilgil,1965). En üstte
Kuvaterner yaşlı alüvyon ve travertenler yer almaktadır. Kaplıcanın güneyinden başlayan
alüvyonların kalınlığı 18 m olup Bağlıca ve Eşe dereleri vadilerini takiben kuzeye doğru
uzanmaktadır. Kaplıca dolayında, Taşlıbayır sırtını tamamiyle örten sıcak ve mineralli kaynakların
oluşturduğu travertenler, oldukça sert olup bölgede yapı taşı olarak kullanılmaktadır. Oluşumları
halen devam eden travertenler bej, kırmızı ve açık kahve renkli olup kalınlıkları 50 – 60 m
dolayındadır. Kaplıca yakın çevresinde Pliyosen yaşlı birimleri de etkileyen KB-GD, KD-GB
uzanımlı çekim fayları ve bu faylara bağlı olarak tali fay sistemleri gelişmiştir. Çalışma sahasında
Neojen’de faaliyete başlayan Erciyes volkanizması etkili olmuştur. Volkanizma muhtemelen
Miyosen sonlarında başlayıp Pliyosen’de de devam etmiştir (Şengör ve Yılmaz, 1983).
4. HİDROJEOLOJİ
Kozaklı kaplıca çevresinde yüzeylenen Paleozoik yaşlı metamorfitler içindeki mermerler ve
üzerlerindeki Eosen yaşlı kireçtaşları kırık ve çatlakların sağladığı ikincil gözeneklilik nedeniyle
akifer özelliğindedir (Canik ve Pasvanoğlu,1993). Kireçtaşları aynı zamanda Kozaklı sıcak su
kaynaklarının rezervuarını oluşturmaktadır. Oligosen yaşlı killi marnlı seviyelerin permeabilite
değerleri düşüktür. Bu seviyeler serbest akım yeteneğine sahip olmadıklarından iyi bir akifer
135
özelliğinde olmayıp örtü kaya niteliğindedir. Pliyosen yaşlı çakıltaşı ve kireçtaşı seviyeleri ikincil
gözenekliliğe bağlı olarak akifer özelliğindedir.
Taşlıbayır sırtı ile Bozoğlan sırtı arasındaki bir vadi boyunca yüzeye çıkan Kozaklı sıcak su
kaynakları bir kaynak grubu şeklindedir. Sıcak suların yüzeye çıkışını Eşe Deresi ile Bağlıca Dere
vadilerinden geçen Pliyosen yaşlı birimleri de etkileyen KB-GD, KD-GB uzanımlı çekim fayları ve
bu faylara bağlı olarak gelişen tali fay sistemleri sağlamaktadır (Şekil 2). Kozaklı kaplıca alanında
bugüne kadar MTA, kamu ve özel kuruluşlarca 20 den fazla sondaj yapılmış olup, bunların
derinlikleri 50- 205 m arasında değişmektedir(Özkan ve Koçak, 2006). Bu kuyulardan çoğu fışkıran
artezyen suyu özelliğindedir. İşletmenin yoğun olduğu yaz döneminde kuyulardan pompa ile su
çekilmektedir. Kuyuların debisi 2-40 l/s arasında değişirken, suların sıcaklıkları ise 80–98C
arasında değişmektedir.
136
137
5. SU KİMYASI
Kozaklı jeotermal alanındaki suların kimyasal özelliklerini belirlemek amacıyla, rezervuarı temsilen
sondaj kuyularından (1,3,5,6,7,8 ve 10), sıcak kaynaklardan (9), sazlık çamurundan (2) ve Kozaklı
altın su içme suyundan (4) olmak üzere üç ayrı su grubundan örnekleme yapılmıştır. Haziran 2006
tarihinde yapılan örneklemelere ait kimyasal analiz sonuçları tablo 1’de verilmiştir. Sıcak kaynak ve
sondaj sularının elektriksel iletkenlik değerleri 3197- 3595 S/cm, pH değerleri ise 6.72- 7.36
arasında değişmektedir. Kozaklı soğuk suyunun elektriksel iletkenlik değeri 450 S/cm, pH değeri
ise 7.56 dır.
Sıcak sularının hepsinde katyon olarak Na+, anyon olarak Cl- ve SO4 iyonları en yüksek değere
sahiptir. Kozaklı soğuk suyunda katyon olarak Ca+2, anyon olarak HCO3- iyonları en yüksek
değerlerdedir. Kimyasal analiz sonuçlarından inceleme alanındaki suların hidrokimyasal fasiyesleri
belirlenmiştir. Hidrokimyasal fasiyes kavramı ilk olarak suların üçgen diyagramlardaki izdüşüm
yerine göre Back (1966) tarafından geliştirilmiştir. Suda çözünen başlıca iyonlardan anyonlar ve
katyonlar ayrı ayrı olmak üzere litrede eşdeğer gram cinsinden toplam çözünmüşlerin %50’sinden
fazla olan iyonlar hidrokimyasal fasiyes tipini belirtmektedir. İyonların hiçbirisi miktar olarak %
50’yi geçmiyorsa karışık su tipini belirtmektedir. Uluslararası Hidrojeologlar Birliği (IAH) Sıcak ve
Mineralli Sular Komisyonu Çalışma Raporu’nda belirtilen sınıflamada ise; suda çözünmüş başlıca
iyonlar, anyon ve katyonlar ayrı ayrı olmak üzere yine litrede eşdeğer gram olarak %20’sinden fazla
çözünmüş bulunan iyonlara göre (önce katyonlar sonra anyonlar sırasıyla yazılarak) su tipi
belirlenmektedir (Başkan ve Canik, 1983). Bu çalışmada, yüzey ve sıcak yeraltı sularını sınıflamak
ve hidrojeokimyasal işlevlerini tanımlamak için Chadha Diyagramı (1999) kullanılmıştır (Şekil 3).
Bu diyagram, Piper Diyagramının (1944) değiştirilmiş ve Durov Diyagramının (1948) ise
genişletilmiş halidir. Farkı ise, iki eşkenar üçgenin çıkarılmış olmasıdır. Chadha Diyagramına göre
Kozaklı yöresi sıcak suları genellikle Na-Cl/Na-SO4 su tipindedir.10 nolu Şehir hamamı dağ
kaynağı Na-HCO3, soğuk kaynak suyu ise (4 nolu) Ca-Mg-HCO3 tipinde özellik sunmaktadır. Bu
su sedimenter kayaçlar içinde dolaşan yer altı suyunu karakterize etmektedir. (Şekil 3).Bu nedenle
diyagramda yer alan Kozaklı su örneklerinin Alkalı CL-SO4 türü suların Ca-HCO3 türü yeraltı suları
ile karışım yönünü göstermektedir. Kozaklı suların oldukça Yüksek SO4 içeriklerine rağmen pH
değerleri asit karakterli suları temsil etmemektedir. Jeotermal akışkan içersindeki yüksek HCO3,
derinlerdeki rezervuardan gelen uçucu buharların oluşturduğu H2S gazının ya yeraltı suyunda ya da
derinlerden yükselmekte olan sıcak ve mineralli sular içerisinde oksitlenmesiyle oluşan veya
yeraltına süzülen ve ısınan yer altı suyunun, sülfid içeren sıcak kayalarla teması sonucu oluşan SO4’
karşı tampon rolu oynamaktadır ( Koçak, 1997).
Buna ilave olarak Kozaklı sıcak ve mineralli suları besleyen meteorik kökenli yağış suları, sığ
derinlikte toprak alkalı karakterinde olup, derinlere süzüldükçe sıcaklık artışına bağlı olarak Ca ve
Mg ‘un Na ve K’ la, HCO3’ ise Cl ve SO4 ile baz değişimine uğradığını göstermektedir.
Kozaklı suların mineral doygunluk indekslerine bağlı olarak 6 nolu Hastane sondaj suyu dışındaki
tüm sıcak ve mineralli sular kalsit, Flourit, kuvars, kısmende dolomit, anhidrit ve Microklin
minerali ile dengede veya denge durumuna oldukça yakın olarak bulunmuştur. Ancak jips, silis, ve
dolomite doygun durumda değildir. Anlaşıldığı gibi Ca iyonu taşıyan minerallerin ağırlıkta oluşu bu
suların veya akışkanın derine inmemiş, ya da sıcaklığa bağımlı minerallerle dengeye ulaşacak
yeterli süreyi bulamamış olduğu düşüncesini doğurmaktadır. Bu durum, akışkanın rezervuarda
çatlaklar arasından hızlı bir akımla dolaştığını da gösterebilmektedir. Kozaklı jeotermal sahasındaki
bu sular kabuklaşma sorunu yaratabileceği dikkatte alınmalıdır(Şimşek ve Demir; 1991). Kozaklı da
yer alan 14 nolu soğuk su kaynağı ise kalsite Flourit, ve kuvars doygun olup, ancak Dolomit ve
Jipse doygun durumda değildir.
138
(CO3+HCO3)-(Cl+SO4) mek/l
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Ca-Mg-HCO3
Na-HCO3
10
Na-Cl
Na-SO4
Na-Cl
Na-SO4
(Ca+Mg)-(Na+K) mek/l
Şekil 3. İnceleme alanındaki sulara ait Chadha Diyagramı
Su yapısının bileşimini tanımlayan işlevler ve mekanizmalar; Gibbs Diyagramı gibi iyonik oranların
kullanıldığı diyagramlar ile bulunabilinir. Gibbs Diyagramında, Kozaklı sıcak sularının tamamı
“Evaporasyon-Kristalizasyon Baskın” bölgesine düşmektedir (Şekil 4). Bu sular, genellikle
jeotermal kökenli sulardır ve çözünmüş toplam iyon miktarları da yüksek değerlere ulaşmaktadır.
Soğuk su ise “Kayaç Baskın” bölgesine düşmektedir. Bu da, su kimyasını kontrol eden ana
mekanizmanın, kayaç yapıcı minerallerin kimyasal ayrışması olduğunu göstermektedir.
100000
Evaporasyon-Kristalizasyon
Baskýn
Toplam Ýyon (mg/l)
10000
1000
Kayaç Baskýn
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
100
10
Yaðýþ Baskýn
1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Na/(Na+Ca)
Şekil 4. İnceleme alanındaki sulara ait Gibbs Diyagramı
Ayrıca gerek sıcak sularda gerekse soğuk su kaynağında F değeri normal sulara oranla biraz
yüksektir. Doğal sularda florun kaynağı; florit, apatit, mika ve amfibol gibi minerallerdir. Genellikle
anyon değişimi sonucunda kaolinitlerin adsorbsiyonu ile oluşur. Alkalin sular genel olarak yüksek F
içerir. Deniz sularının F içeriği <1 mg/l’dir (Hem, 1992). Hounslow ve Back, (1985)’e göre
139
kaolinitten adsorbsiyon sonucunda bazı alkali suların F içeriği >1 mg/l’dir. Jeotermal
akışkanlardaki F içeriği, genellikle 10 mg/l’den düşüktür. F- kayaç-su etkileşimi sonucu farklı
mineral fazlarında (iz olarak mikaların yapısında) bulunabilir. CO2 basıncı yüksek ise kalsiyum,
ortamda bulunan F ile bileşik oluşturur (Nicholson, 1993). Ender olarak yüksek F değerleri
meteorik sular içinde volkanik gazların (HF-) yoğunlaşması ile üretilebilir. Bu durumda F çok
yüksek Cl ve SO4 değerleri ile birlikte oluşur (Nicholson, 1993). Yüksek F konsantrasyonları,
sedimanter kayaçlara göre, riyolit, pomza, ve obsidiyen gibi volkanik kayaçların su-kayaç
etkileşimindeki önemini gösterir (Mahon,1964).
As, B, Ba, Cs, Cu, Fe, Li, Mn, Pb, Rb, Sb, Sr, Zn, gibi normal sularda az bulunan elementler sıcak
- mineralli ve mineralli sularda daha fazla miktarlarda bulunabilirler. İncelenen sulardaki ağır metal
ve iz elementler tablo 1’de verilmiştir. Sularda nadir alkaliler olarak adlandırılan Li, Rb, Cs
elementleri sıcak sularda soğuk su kaynağına göre daha yüksek değerdedir. Li, Rb, Cs elementleri
yüzeyde artan hareket (migration) ve yanal akış ile azalır. Tipik konsantrasyon seviyeleri Li<20
mg/l, Rb<2 mg/l Cs<2 mg/l’ dir. (Nicholson, 1993). Bazı piroksen ve mika gibi Li içeren
minerallerde lityum, magnezyumun yerine geçebilir. Li bazı tuzlu sularda ve evaporitlerde
oluşabilir (Hounslow, 1995). Jeotermal sularda sıcaklık artışı ile Li oranıda artar. Benzer koşullar
altında Li varlığında Mg azalır. Bu nedenle Li/Mg kimyasal jeotermometre olarak kullanılır
(Kharaka ve Mariner, 1987).
Jeotermal sularda önemli olan B, incelenen sıcak su kaynaklarında yüksek değerlere
ulaşmamaktadır. Sıcak sulardaki B, 178.6- 240.1 ppb gibi düşük değerlerdedir. Jeotermal
sistemlerde B ve Cl genellikle suların kökenini ve sistemler içinde farklı rezervuarlar arasındaki
karışımı belirlemek amacıyla kullanılır (Truesdell, 1975; 1991; Arnorssón, 1985; Arnorssón ve
Andrésdóttir, 1995). Her iki elementinde mutlak ve göreli oranları çok değişkenlik sunar. Bu
nedenle farklı rezervuarlar, karakteristik Cl/B oranlarına sahiptir. Deniz suları, yüksek Cl/B;
magmatik uçucular, düşük Cl/B; bazaltların yıkanması (leaching) ile oluşan sular ortaç Cl/B ve
yüzey suları değişken ancak genellikle yüksek Cl/B olarak tanımlanır (Aggarwal vd., 2000).
Sıcak sulardaki Fe konsantrasyonu 7.45- 64.13 ppb arasında değişir. En yüksek Fe değeri (8) nolu
sondaj suyunda gözlenir. Kalkofil elementlerden As konsantrasyonu 93.98 ppb değeri ile kozaklı
sazlık çamurunda en yüksek değerdedir. Cu konsantrasyonu sıcak sularda 6.51-8.2 ppb arasında
değişirken soğuk su kaynağında 21.54 ppb dir. Sb değeri 10.14 ppb ile en yüksek değerini sazlık
çamurunda alırken sıcak sularda 1.384- 4.28 ppb arasında değişim gösterir. Düşük pH değerine
sahip 6 nolu hastane sondaj suyunda Zn 21.52 ppb ile en yüksek değerdedir. Sıcak sulardaki Sr
konsantrasyonu 743.5-868.1 ppb arasında değişirken, soğuk suda 2845 ppb gibi daha yüksek bir
değerdedir. Pb konsantrasyonu tüm sularda 0.1 ppb den daha küçük değerdedir NO3 ve PO4 gibi
kirlilik belirten parametreler açısından incelendiğinde sıcak sularda herhangi bir kirlenme
gözlenmezken soğuk su kaynağı NO3 açısından kirlenmiştir.
140
Tablo 1. Kozaklı Jeotermal alanındaki suların kimyasal analiz sonuçları (07 Haziran 2006)
Örnek No
EC
(S/cm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
MTA
sondajı
Sazlık
çamuru
kaynağı
Yapısel
sondajı
Soğuk
Su
GüneçTermal
sondajı
Hastane
sondajı
H-Açık
sondaj
Nevşehirliler
Sondajı
Şehir
Hamamı
Dağ Kay
Şehir
Hamamı
Sondaj
3276
3594
3197
450
3438
3211
3595
3145
3200
pH
Ca (mg/l)
Mg
Na
K
Cl
SO4
HCO3
SiO2
F
NO3
PO4
6.89
237,43
26,76
436,79
22,90
696,18
538,66
327,80
17.05
4,27
11,05
7.36
236,64
30,67
443,81
21,14
699,58
652,14
222,33
16.97
3,62
0,92
7.11
221,58
25,52
383,73
16,85
609,10
512,35
324,95
16.96
2,86
0,34
7.56
57,87
12,30
16,97
2,01
8,62
12,39
176,72
167.35
4,64
69,06
7.27
241,51
27,60
447,10
22,82
740,54
547,0
313,55
16.97
3,01
4,63
6.78
218,54
25,36
408,29
21,82
635,60
499,76
353,45
7.09
2,89
0,78
7.12
230,75
28,10
466,41
19,97
731,18
512,05
370,56
15.73
3,15
3,77
7.23
219,93
25,40
380,38
17,76
586,64
499,64
324,95
16.64
2,89
0,87
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
As (ppb)
B
45.23
226.8
93.98
240.1
48.52
211.9
36.78
739.5
40.24
206.6
40.73
207.9
37.31
198.1
42.55
193.8
29.29
178.6
Ba
16.55
20.12
17.34
725.7
16.8
17.98
16.36
18.13
10.06
Cs
Cu
Fe
Li
Mn
Pb
Rb
Sb
Sr
Zn
3.768
7.95
56.4
0,1408
4.095
<0. 1
16.92
2.663
777
<0. 1
4.89
8.06
23.02
0,0664
40.53
<0. 1
19.03
10.14
868.1
<0. 1
3.98
6.51
18.16
0,1415
2.585
<0. 1
16.52
1.384
749.2
<0. 1
2.95
21.54
52.16
4.01
7.08
48.17
0,0944
4.482
<0. 1
16.96
4.287
798.7
0.39
3.81
7.97
54.61
0,0684
4.054
<0. 1
17.02
1.514
769.9
21.52
3.87
7.07
53.22
0,1605
4.93
<0. 1
16.78
1.907
758
<0. 1
3.74
8.20
64.13
0,1321
2.757
<0. 1
15.73
2.179
743.5
<0. 1
2.68
6.95
7.45
0.1355
14.19
<0. 1
13.93
1.989
782.1
<0. 1
0,001
0.209
<0. 1
10.17
0.001
2845
<0. 1
141
251,78
27,55
390,39
18,76
624,75
512,14
384,81
6.72
247,769
25,658
463,55
20,574
494,4
411,20
775,60
14.75
2,51
1,09
0,015
0,015
6. ÇEVRESEL İZOTOP HİDROLOJİSİ
Son yıllarda hidrolojik ve hidrojeolojik araştırmalarda sudaki doğal izotoplar kullanılmaktadır. Bu
çalışmalarda genellikle radyoizotop olarak trityum (3H) ve karbon–14 (14C), kararlı (duraylı) izotop
olarak da oksijen–18 (18O) ve döteryum (2H) izotoplarından yararlanılmaktadır. Trityum ve karbon–
14 yeraltı suyunun yaşının belirlenmesinde kullanılırken, oksijen–18 ve döteryum ise yeraltı
suyunun beslenme alanını belirlemede ve yüzey su kütlelerinde buharlaşma göstergesi olarak
kullanılmaktadır. Oksijen ve hidrojen su molekülünü oluşturan iki element olduklarından dolayı
oksijen–18, döteryum ve trityum izotopları hidrolojik çevrimin çeşitli kesimlerindeki su
hareketlerinin incelenmesi için izleyici olarak kullanılırlar. Bu doğal izotoplar, hidrolojik
sistemlerle ilgili statik ve dinamik parametrelerin belirlenmesini sağlar. Duraylı izotoplardan
oksijen–18 ve döteryumdan suların olası beslenme yükseltilerinin hesaplanmasında, trityumdan ise
bağıl yaş ve geçiş sürelerinin belirlenmesi amacıyla yararlanılmıştır. Karbon–13 ve kükürt–34
izotopları ise su kalitesini ve kirleticilerin kaynağını belirlemek, sulardaki karbonun ve kükürtün
orijinini araştırmak için kullanılmıştır.
Tablo 2. İnceleme alanındaki su örneklerine ait izotop değerleri (Haziran 2006)
N
34S Scdt
o Örnek Adı
TU - Hata
2H
18O
13Cvpdb
17.3
1 MTA Sondajı Kozaklı
-65.3 -10.12
2.29
0.240.2
12
2 Kozaklı Sazlık Çamuru
-59.2 -9.97
-2.27
0.140.22
18.6
3 Kozaklı Yap-Sel
0.40.21
-70.1 -10.26
1.83
0
4 Kozaklı Soğuk Su
-68.9 -8.91
-10.43
8.870.37
17.5
5 Güneç Termal
-69.7 -10.16
2.05
0.490.23
23.9
6 Hastane Sondajı
0.560.23
-69.1 -10.34
2.62
-10.37
19.6
7 Kozaklı H-Açık Sondaj
-74
2.26
0.30.23
21.1
8 Nevşehirliler Sondaj
-62.5 -10.21
1.75
0.350.22
20.2
9 Şehir Hamamı Dağ Kay
0.620.2
-61.6 -10.13
10 Şehir Hamamı Sondaj
2.75
19.3
İnceleme alanındaki δ18O değerleri sıcak sularda -10.37 ile -9.97 arasında değişmekte, soğuk suda
ise -8.91’dir. δ2H değerleri sıcak sularda -74 ile -59.2 arasında, soğuk suda ise - 68.9’dur. Sulara ait
δ18O – δ2H grafiği incelendiğinde sıcak sular, dünya meteorik yağış doğrusu olarak bilinen
δ2H=8xδ18O+ 10 (Craig,1961) doğru üzerinde yer almaktadır (Şekil 5). Bu sonuca göre sıcak sular
meteorik kökenli olup, yağış sularının yerin altına çatlak, kırık ve faylar boyunca süzülerek ve bu
süreçte ısınarak kendisine hidrotermal kanal ödevi gören fay veya etkili çatlaklar boyunca
yükselerek yeryüzüne ulaşmışlardır( Pasvanoğlu ve Gültekin, 2007).
142
10
40
Trityum (TU)
0
GM
W
L
2H (‰SMOW)
8
-40
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-80
6
4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2
0
-15
-10
-5
0
5
10
-12
18O (‰SMOW)
-10
-9
-8
18O (‰SMOW)
10
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
8
Trityum (TU)
8
Trityum (TU)
-11
4
2
6
4
2
0
0
0
1000
2000
3000
4000
0
EC (S/cm)
200
400
600
800
Cl (mg/l)
Şekil 5. Kozaklı jeotermal alanındaki sularda δ18O – δ2H; δ18O-TU; EC-TU ve Cl-TU ilişkileri
Kozaklı jeotermal sahasındaki suların trityum konsantrasyonları çok düşüktür. Bu durumda sıcak su
kaynaklarını besleyen suların 1950 li yıllardan daha önce yer yüzüne düşmüş olduğunu söylemek
mümkündür (Şekil 5). Ayrıca bu sular yüksek EC ve CL değerleri ile derin dolaşımlı ve yer altında
uzun süre kalan sıcak ve mineralli sular olarak nitelendirilebilir.
143
İnceleme alanındaki sularda ölçülen δ13CVPDB değerleri sıcak sularda 1,75 ile 2,75 arasında
değişmekte, soğuk suda -10,43, sazlık çamurunda ise -2,27’dir. Yeraltına süzülen su topraktaki CO2
yi çözerken HCO3 ve CO3 türlerine ayrışır Çözünmüş İnorganik Karbon Türleri (DIC)’nin dağılımı
pH’a bağlı olarak değişir. pH değerine bağlı olarak DIC ve 13CVPDB’ nin değişimi de farklıdır
(Clark and Fritz, 1997). Yeraltı suyundaki DIC ve 13CVPDB akiferlerde ayrışma reaksiyonları
sırasında yüksek değerlere ulaşır. Kapalı ya da açık sistem şartlarına ve akifer malzemesinin silikat
veya karbonat oluşuna bağlı olarak reaksiyonlar gelişir. Tamamen silikatlı akiferlerde DIC
gelişmez, ancak karbonatlı akiferlerde kalsit veya dolomit çözünerek DIC gelişir. Bu tür karbonatlar
genellikle 13C bakımından zengindir ve 13CVPDB ın gelişiminde etkilidir (Clark and Fritz, 1997).
Yeraltı sularında çözünmüş inorganik karbon CDIC ve 13CVPDB akiferdeki veya topraktaki ayrışma
reaksiyonları sonucu gelişir. Farklı ortamlardaki 13CVPDB değerinin değişimi şekil 6’da verilmiştir.
Atmosferik CO2
CAM
Bitkiler C3
Soðuk su
Sazlýk çamuru
Sýcak sular
C4
Zemin CO2
Yeraltýsuyu çöz.
Ýnorganik karbon
Tatlýsu Karbonatlarý
Okyanusal DIC
Denizel Kireçtaþlarý
Manto CO2
Metamorfik CO2
Kömür
Petrol
Atmosferik CH4
-80‰
Biyojenik CH4
Termojenik CH4
-50
-40
-30
-10
-20
13C‰ VPDB
0
10
20
Şekil 6. Farklı ortamlardaki 13CVPDB değerinin değişimi ve Kozaklı yöresi sularının konumları
Kozaklı jeotermal alanında sıcak sulardaki 13C nin kökeni soğuk sulardan farklıdır (Şekil6). Sıcak
sularda denizel karbonatlar ve bir miktar metamorfik köken gözlenirken, soğuk suda tatlı su
karbonatları ve yer altı suyunda çözünen inorganik karbon etkilidir (Pasvanoğlu ve Gültekin, 2007).
İnceleme alanındaki sularda HCO3 -13Cvpdb ilişkisi incelenmiştir (Şekil 7). Şekil 7’den de
görüldüğü gibi soğuk su düşük HCO3 konsantrasyonuna karşılık düşük 13Cvpdb değeri sergiler.
Sıcak sulardaki HCO3 konsantrasyonu arttıkça 13Cvpdb değeri de artmaktadır.
144
800
800
1
2
3
4
5
6
7
8
10
600
SO4 (mg/l)
HCO3 (mg/l)
600
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
400
400
200
200
0
0
-12
-8
-4
0
13CVPDB
0
4
5
10
15
34SCDT
20
25
Şekil 7. İnceleme alandaki sularda 13Cvpdb-HCO3 ve 34SCDT-SO4 ilişkileri
-40
-20
0
20
40
S o ðu k su
S a z l ýk ç a m u r u
S ýc a k s u l a r
M e te o r it ( D e m ir )
M a g m a tik K a y a ç la r
SO2
S O 4-2
V o lk a n ik s ü lf ü r
P e tr o l v e k ö m ü r
D e n iz s u y u (S O 4 2 -)
T e rsiy e r C a S O 4
S e n e z o y i k C a S O 4S O 4
E rk e n P a le o z o y ik C a S O 4
D e v o n iy e n -P e rm iy e n C a
B i y o je n i k p i r i t
Þ ey l
K i r e ç t a þý
-50
-40
C aSO 4
S ü lf i t
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
S‰ C D T
Şekil 8. Farklı ortamlardaki 34SCDT değerleri (Krouse, 1980) ve Kozaklı yöresi sularının konumları
İnceleme alanında δ34SCDT değerleri sıcak sularda 17.3 ile 23.9 arasında değişmekte, soğuk suda 0,
sazlık çamurunda ise 12’dir (Şekil 8). Burada termal suların kükürt izotop kompoziyonları karasal
evaporitler ve kireçtaşlarına karşılık gelirken, soğuk sudaki karbon farklı kökenlerden gelmektedir
(Şekil 8). İncelenen sulara ait SO4 -34SCDT grafiği incelendiğinde bütün sıcak sularda bulunan
çözünmüş sülfat (SO4) iyonunun kökenlerinin aynı olduğu görülmektedir (Şekil 7). Ancak 2 nolu
145
Kozaklı sazlık çamurundan (bataklık ortamından) alınan sıcak su kaynağının 34S değeri alanda
bulunan diğer sıcak sulara nazaran azalmış olarak görülmektedir (Şekil 7). Bu ortamlarda çürüyen
bitkilerin oluşturduğu organik karbon türü maddeler bulunmaktadır (Yıldırım vd, 2002). Bu
maddeler ile birlikte “Desulfovibribrio desulfuricans” türü gibi çeşitli bakteriler ortamdaki SO4
iyonunu kullanarak HCO3 iyonunu ve çözünmüş H2S gazını oluşturur (Clark and Fritz, 1997).
2CH2O + SO4-2  2 HCO3 - + H2S (Karbonun oksidasyonu)
veya,
CH4 + SO4-2  HCO3 - + HS- + H2O (Azalmış Karbonun oksidasyonu)
Yukardaki reaksiyonlar sırasında 32S izotopunun tepkimeye girmesi 34S izotopundan daha hızlı ve
daha kolay olacaktır. Nedeni 34S –O arasındaki bağın kırılması 32S –O bağından daha kolaydır.
Reaksiyonun ilerlemesi devam ettikçe SO4 iyonun bünyesinde 34S birikecektir. Bu arada çözünmüş
H2S gazında bulunan döteryum izotopu nedeniyle su molekülünde bulunan döteryum izotopunda bir
zenginleşme meydana gelmiştir (Clark and Fritz, 1997)
7. SONUÇLAR
Kozaklı jeotermal alanı, çalışmaların 1963 yılından beri devam ettiği ülkemizdeki önemli
alanlardan biridir. Düşük sıcaklıklı olduğu tespit edilen alanda, jeotermal akışkan konut ısıtmacılığı,
sera ısıtmacılığı ve termal turizm amaçlı kullanılmaktadır.
Kozaklı kaplıca çevresinde yüzeylenen Paleozoik yaşlı metamorfitler içindeki mermerler ve
üzerlerindeki Eosen yaşlı kireçtaşları Kozaklı sıcak su kaynaklarının rezervuarını oluşturmaktadır.
Pliyosen yaşlı birimleri de etkileyen KB-GD, KD-GB uzanımlı çekim fayları ve bu faylara bağlı
olarak gelişen tali fay sistemleri sıcak su kaynaklarının oluşumunu sağlamıştır.
Kozaklı jeotermal alanındaki sıcak kaynak ve sondaj sularının elektriksel iletkenlik değerleri 31973595 S/cm, pH değerleri ise 6.72- 7.36 arasında değişmektedir. Kozaklı soğuk suyunun elektriksel
iletkenlik değeri 450 S/cm, pH değeri ise 7.56’dır. Kozaklı yöresi sıcak suları genellikle NaCl/Na-SO4, Şehir hamamı dağ kaynağı (9) Na-HCO3, soğuk kaynak suyu ise (4) Ca-Mg-HCO3
tipinde özellik sunmaktadır. Sıcak sular çözünmüş toplam iyon miktarları da yüksek olan meteorik
kökenli sulardır. Soğuk suyun kimyasını kontrol eden ana mekanizma kayaç yapıcı minerallerin
kimyasal ayrışmasıdır. Gerek sıcak sularda gerekse soğuk su kaynağında F değeri normal sulara
oranla biraz yüksektir. Jeotermal sularda önemli olan B, incelenen sıcak su kaynaklarında 178.6240.1 ppb gibi düşük değerlerdedir. Sıcak sulardaki Fe konsantrasyonu 7.45- 64.13 ppb arasında
değişir. As konsantrasyonu 93.98 ppb, Sb değeri 10.14 ppb değeri ile Kozaklı Sazlık çamurunda en
yüksek değerdedir. Cu konsantrasyonu sıcak sularda 6.51-8.2 ppb arasında değişirken soğuk su
kaynağında 21.54 ppb dir. Düşük pH değerine sahip 6 nolu hastane sondaj suyunda Zn 21.52 ppb
ile en yüksek değerdedir. Sıcak sulardaki Sr konsantrasyonu 743.5-868.1 ppb arasında değişirken,
soğuk suda 2845 ppb gibi daha yüksek bir değerdedir. Pb konsantrasyonu tüm sularda 0.1 ppb den
daha küçük değerdedir.
Sıcak kaynaklar yağış sularının yeraltında ısınarak tekrar fay veya etkili çatlaklar boyunca
yükselerek yeryüzüne ulaşmasıyla oluşmuştur. Kozaklı jeotermal sahasındaki sıcak suların çok
düşük trityum değerleri ve yüksek EC ve CL değerleri derin dolaşımlı sıcak ve mineralli sular
olduğunu göstermektedir. Sularda ölçülen δ13CVPDB değerleri sıcak sularda 1,75 ile 2,75 arasında
değişmekte, soğuk suda -10,43, sazlık çamurunda ise -2,27’dir. Bu değerlere göre Kozaklı jeotermal
alanında sıcak sulardaki 13C nin kökeni soğuk sulardan farklıdır. Sıcak sularda denizel karbonatlar
ve bir miktar metamorfik köken gözlenirken, soğuk suda tatlı su karbonatları ve yer altı suyunda
çözünen inorganik karbon etkilidir. Kozaklı jeotermal alanında δ34SCDT değerleri sıcak sularda 17.3
ile 23.9 arasında değişmekte, soğuk suda 0, sazlık çamurunda ise 12’dir. Burada sıcak suların
kükürt izotop kompoziyonları karasal evaporitler ve kireçtaşlarına karşılık gelirken, soğuk sudaki
146
karbon farklı kökenlerden gelmektedir. SO4 -34SCDT ilişkisine göre bütün sıcak sularda bulunan
çözünmüş sülfat iyonunun kökenlerinin aynı olduğu ancak 2 nolu Kozaklı sazlık çamurundan
(bataklık ortamından) alınan sıcak su kaynağının 34S değerinin alanda bulunan diğer sıcak sulara
nazaran azalmış olarak görülmektedir. Bu durum çürüyen bitkilerin oluşturduğu organik karbon
türü maddelerin bulunmasından kaynaklanmaktadır.
KATKI BELİRTME
Bu çalışma, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TUBİTAK) tarafından desteklenen
104Y167 nolu proje bulguları çerçevesinde hazırlanmıştır. Yazarlar Hacettepe Üniversitesinde
görevli olan Sayın Profesör Dr. Serdar Bayarı’ya ve Sayın Dr. Nur Özyurt’a kimyasal analizlerin
yapılmasında katkılarından dolayı çok teşekkür eder.
KAYNAKLAR
Aggarwal, J,K., Palmer, M,R., Bullen, T.D., Arnorssón, S., Ragnarsdóttir, K,V.,2000. The boron
isotope systematics of Icelandic geothermal waters: 1. Meteoric water charged systems, Geochim.
Cosmochim. Acta, 64 (4), 579- 585.
Arnorssón, S., 1985. The use of mixing models and chemical geothermometers for estimating
underground temperatures in geothermal systems. J. Volcanol. Geotherm. Res., 23, 299-335.
Arnorssón, S., Andrésdóttir, A., 1995. Processes controlling the distribution of boron and chlorine
in natural waters in Iceland, Geochim. Cosmochim. Acta, 20(59), 4125-4146.
Back, W. (1966). Hydrochemical facies and groundwater flow patterns in northern part of atlantic
coastal plain. U.S. Geol.Survey Proffessional paper, 498-A, 42p.
Başkan, M. E. & Canik, B. (1983). IAH map of mineral and thermal waters of Turkey Aegean
Region: MTA No. 189, Ankara, 80 p.
Clark, I.D.and Fritz, 1997, P.,Environmental isotopes in hydrogeology.Lewis Publ.,Boca Raton,
328pp.
Chadha, D.K., 1999, A Proposed New Diagram For Geochemical Classification of Natural Waters
and Interpretation of Chemical Data, Hydrogeology Journal 7, 431–439.
Craig, H., 1961, Isotopic variations in meteoric waters. Science 133, 1702-1703
Canik, B., Pasvanoğlu, S., 1993, Hydrogeological Investigation of the mineralized and thermal
water of the karstic aquifers arround and the possibility of utilization in thermal spas, International
symposium on water resources in karst with special emphasis on arid and semiarid zones. ShirazIran.
Dominco, 1967, Kozaklı prospeksiyonu jeokimyasal arazi incelemesi, MTA Rap.,
Durov, S.A., 1948, Natural Waters and Graphic Representation of Their Compositions, Akademiya
Nauk SSSR Doklady 59, 87–90.
Erişen,B., Akkuş, İ., Uygur, N., Koçak, A., 1996, Türkiye Jeotermal Envanteri. MTA, Ankara
Hamut, N. Ve diğ., 1992, Nevşehir-Kozaklı ssk-1 sondajı kuyu bitirme rap. Ankara.
Hem, J.D., 1992. Study and interpretation of the chemical characteristics of natural water. U. S.
Geol Surv. Water-Supply, 2254.
147
Hounslow, A.W., Back, D.B., 1985. Evaluation of Chemical Data from Water Supplies in
Southwestern Oklahoma. Final report to the Oklahoma Water Resources Board, 125-130.
IAH (International Association of Hydrogeologists) 1979, Map of Mineral and Thermal Water of
Europe Scale: 1:500,000, IAH, United Kingdom.
Kharaka, Y.K., Mariner, R.H., 1987. Chemical geothermometers and their application to formation
waters from sedimentary basins. In: Thermal History of Sedimentary Basins (Naeser, D., McCulloh,
T.H., -eds), 75-102, New York.
Koçak, A., 2002,. Kozaklı jeotermal alanı su kimyası ve rezervuar sıcaklığının incelenmesi. Orta
Anadoluda jeotermal enerji ve çevre semposyumu, Niğde Üniversitesi, Aksaray Mühendislik
fakültesi jeoloji ve çevre Mühendisliği bölümleri , 8-11 Ekim 2002 Aksaray, s.79-86.
Koçak, A. 1997. Kozaklı( Nevşehir) Jeotermal alanının su Kimyası ve Reervuar sıcaklığının
İncelenmesi Doktora Tezi, Hacettepe Universitesi , Fen Bilimleri Enstitüsü(Yayınlanmamış)
Mahon, W.J.A., 1964. Flourine in the natural thermal waters of New Zeland, N.Z.J. Sci., 7, 3-28.
Nicholson, K., 1993. Geothermal Fluids, Chemistry and Exploration Techniques. Springer-Verlag,
Berlin, 263p.
Niehoff.W., 1965, Kozaklı-Nevşehir ılıcaları bölgesinde yapılan jeolojik etüdler, MTA R.No. 3608,
Mutlu, H., Constraints on the origin of the Balıkesir Thermal Waters (Turkey) from Stable Isotope
(18O, D, 13C, 34S) and Major-Trace Element Compositions,Turkish Journal of Earth Sciences,
V.16, pp.13-32., (2007
Özbek.T., 1975, Nevşehir-Kozaklı kaplıcası hidrojeoloji etüt raporu. MTA rap. No. 5451, Ankara,
Özkan, H., Koçak, A., (2006) “Nevşehir ili jeotermal kaynakların değerlendirme raporu”, MTA,
Ankara.
Pasvanoğlu, S., Gültekin, F., (2007), Hydrogeochemical and Isotopic Evaluation of Thermal and
Mineralized waters of Terme-(Kırşehir) and Kozaklı (Nevşehir), Areas, Turkey. International
Symposium on Advances in Isotope Hydrology and its role in Sutainable Water Resources
management (HIS-2007), Vienna, Austria, 21-25 may 2007 IAEA-CN-151/120 Vienna.
Piper, A.M., 1944, A Graphic Procedure in Geochemical Interpretation of Water Analyses,
American Geophysical Union Transactions 25,914–923.
Serruya.S.,1963, Kozaklı ılıcaları MTA Rap. No. 3207 Ankara.
Şamilgil, E., (1965) “Kozaklı civarının hidrojeoloji jeotermik imkanları”.
Şengör ve Yılmaz, (1983) “Türkiye’de Tetis’in Evrimi: Levha tektoniği açısından bir yaklaşım”,
Türkiye jeoloji kurumu, No:1.
Şimşek, Ş., Demir, A., 1991. Rezervoir and cap rocks characteristics of some geothermal fields in
Turkey and encountered proplems based on litology. Journal of geothermal reserch sociaty of
Japan vol. 13 No.3(1991), P.191-204.
Tezcan. K., 1963, Nevşehir-Kozaklı jeotermik enerji araştırmaları gravite, rezistivite ve jeotermal
gradyent etüdleri MTA Rap. No. 3841 Ankara
148
Truesdell A.H., 1975. Summary of Section III Geochemical Tech-niques in Exploration. In:
Proceedings of the Second United Nations Symposium on the Development and Use of Geothermal
Resources, 25-50, San Francisco.
Yıldırım, N., ve Güner, I.N, 2002, Büyük menderes grabeninin doğusunda yeralan jeotermal
sahalarda bulunan suların izotopik ve hidrojeokimyasal özellikleri. Hidrojeolojide izotop
tekniklerinin kullanılması sempozyumu, 21-25 Ekim, s.79-95, Adana.
149
HİDROLOJİDE İZOTOP TEKNİKLERİ UYGULAMALARINDA
RADYASYON GÜVENLİĞİ
Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi İstanbul-TURKİYE
[email protected]
ÖZET
Türkiye’de nükleer uygulamalarda tıpta teşhis ve tedavi, endüstride tahribatsız muayene, seviye ve
kalınlık ölçme, kalibrasyon, radyoizotop izleme teknikleri, sterilizasyon amacıyla radyoaktif
maddelerden oldukça yaygın olarak yararlanılmaktadır. Ülkemizde hidroloji çalışmalarında
çevresel izotop yöntemleri, su kaynaklarının değerlendirilmesi, geliştirilmesi ve yönetiminde
karşılaşılan geniş spektrumlu hidrolojik problemlerin rutin uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu
tip çalışmalarda radyoizotopların kullanılması söz konusu olduğundan insan ve çevre sağlığı
açısından radyasyon güvenliği sistemine uyulması gerekmektedir. Bu bildiri ile çalışanların
radyasyon güvenliği konusunda bilgilendirilmesi amaçlanmaktadır. Bu bağlamda hidrolojide izotop
uygulamaları sırasında alınması gerekli radyasyon güvenliği önlemleri ve radyasyon korunması
anlatılması hedeflenmektedir.
Anahtar Sözcük: İzotop teknikleri, hidroloji, radyasyondan korunma, radyasyon güvenliği
RADIATION PROTECTION FOR ISOTOPE TECHNIQUE APPLICATIONS IN
HYDROLOGY
ABSTRACT
Radioactive materials are used in many fields including medical diagnosis and treatment, industrial
nondestructive T, calibration, sterilization, thickness and intensity measurements. Another usage of
radiology is radioisotope tracking in hydrology. This technique is widely used for assessment of
water resources, their management and development. While its value is undeniable, protection has
to be prioritized like other applications that include radio nuclides. The research staff and workers
must be well-informed about its risks. This article aims to give basic instructions for radiation
protection and safety precautions in Isotope technique applications in Hydrology.
Keywords: Isotope techniques, hydrology, radiation protection, radiation safety
1. GİRİŞ
Son yıllarda giderek artan sulama suyu, içme suyu ve enerji gereksinimi, su kaynaklarının
geliştirilmesi ve en verimli şekilde kullanılması ile ilgili çalışmaların önemini arttırmaktadır. Su
kaynaklarının geliştirilmesi ve planlanması konusundaki çalışmalarda pek çok teknik kullanılmakla
birlikte izotop teknikleri de büyük önem kazanmıştır. Hidrolojide izotop teknikleri, genellikle suyun
yapısında bulunan izotoplardan yararlanmak, su veya izlenecek malzemeyi bir radyoizotop ile
etiketlemek esasına dayanmaktadır. İzotop hidrolojisi teknikleri yardımıyla yapılan uygulamalarda,
klasik yöntemlerle sonuç alınması zor hatta olası olmayan durumlarda oldukça iyi çözümler
alınabilmektedir.
151
Hidroloji çalışmalarında izleyici olarak, doğal radyoizotoplar kadar yapay izotoplar da
kullanılabilmektedir. Yapay izotoplar, hidrojen, brom, iyot, krom, kobalt, altın gibi bazı kimyasal
elementlerin izotoplarıdır. Hidroloji alanındaki uygulamalarda radyoaktif izleyicilerin
hazırlanmasında kullanılan bazı radyoizotopların özellikleri Tablo 1. ‘de verilmektedir (1).
İzotop
Yarı-ömrü
Bozunum Sabiti
(yıl-1)
(gün-1)
(yıl)
(gün)
Rubidyum (87Rb)
1.46 x 10-11
4.00 x 10-14
4.75 x 1010
1.73 x 1013
Uranyum (238U)
1.55 x 10-10
4.24 x 10-13
4.468 x 109
1.63 x 1012
Iyot (129I)
4.41 x 10-8
1.21 x 10-10
1.57 x 107
5.73 x 109
Klor (36Cl)
2.3 x 10-6
6.30 x 10-9
3.01 x 105
1.10 x 108
Kripton (81Kr)
3.03 x 10-6
9.03 x 10-9
2.29 x 105
8.36 x 107
Karbon (14C)
1.21 x 10-4
3.31 x 10-7
5730
2.09 x 106
Radyum (226Ra)
4.33 x 10-4
1.19 x 10-6
1600
5.84 x 105
Argon (39Ar)
2.58 x 10-3
7.06 x 10-6
269
9.83 x 104
Silikon (32Si)
4.95 x 10-3
1.36 x 10-5
140
5.11 x 104
Stronsiyum (90Sr)
0.0241
6.65 x 10-5
28.78
1.05 x 104
Hidrojen (3H)
0.0558
1.53 x 10-4
12.43
4540
Kripton (83Kr)
0.0644
1.77 x 10-4
10.756
3929
Radyum (228Ra)
0.121
3.31 x 10-4
5.75
2100
Sülfür (35S)
2.89
7.92 x 10-3
0.240
87.51
Argon (37Ar)
7.23
1.98 x 10-2
0.0959
35.04
Radon (222Rn)
66.0
0.181
0.0105
3.8235
Tablo 1. Hidroloji alanındaki uygulamalarda kullanılan bazı radyoizotoplar ve özellikleri
Hidroloji uygulamalarında çalışmanın amacına göre radyoizotopun;
- yarı ömrü,
- yayımlanan radyasyonun tür ve enerjisi,
- su ortamındaki kararlılık durumu,
- absorplanma durumu,
- spesifik aktivitesi,
- radyasyondan korunma
gibi özellikleri dikkate alınır.
Radyoaktif izleyicinin miktar ve aktivitesinin, çevre sağlığı ve radyasyondan korunma açısından en
az seviyede, uygulama açısından da uygulama süresince izlenebilecek, ölçümlenebilecek seviyede
tutulması gerekmektedir. Bu amaçla, araştırmalar yapılarak çalışmalarda en az aktivite ve izleyici
miktarı belirlemek için formüller geliştirilmektedir.
152
2. TÜRKİYE'DE YASAL DÜZENLEMELER
İyonlayıcı radyasyonlarla ve radyoaktif maddelerle çalışmalarda uyulması gereken kurallar,
alınması gereken önlemler uluslar arası kuruluşlar tarafından belirlenmekte ve ülkelere uygulanması
yönünde öneriler yapılmaktadır. Ülkeler bu öneriler kapsamında oluşturdukları ulusal kanun, tüzük
ve yönetmeliklerini hazırlayarak çalışmalarını düzenlemektedir.
Ülkemizde, iyonlaştırıcı radyasyon ışınlamalarına karşı kişilerin ve çevrenin radyasyon güvenliğini
sağlamaya yönelik mevzuat düzenlemeleri, 2690 sayılı TAEK Kanunu (RG: 13/07/1982),
Radyasyon Güvenliği Tüzüğü (RG: 07/09/1985) ve Radyasyon Güvenliği Yönetmeliği (RG.
24/03/2000) ile belirlenmiştir. Bu konudaki en detaylı hükümleri içeren Yönetmelik, radyasyon
güvenliğinin sağlanmasını gerektiren her türlü tesis ve radyasyon kaynağının zararlı etkilerinden
kişileri ve çevreyi korumak için alınması gereken her türlü tedbiri ve yapılması gereken faaliyetlerle
ilgili hususları kapsar (3).
Radyasyon Güvenliği Yönetmeliği Ek- I ’de belirtilen Radyoaktivite ve Radyoaktivite
Konsantrasyonuna göre “Radyoizotoplar İçin Muafiyet Sınırları” ‘nda verilen miktarları aşan
radyoaktif maddelerle çalışılabilmesi ve her türlü amaçla bulundurulması ve kullanılması için
Türkiye Atom Enerjisi Kurumu’ndan (TAEK) lisans alınması gerekmektedir (3).
3. HİDROLOJİDE İZOTOP TEKNİKLERİ UYGULAMALARINDA RADYASYON
KORUNMASI
Radyoaktif maddelerin ve radyasyonun tehlikeli olma olasılığı vardır. İnsanlar iyonlaştırıcı radyasyonlar
ve/veya radyoaktif maddelere, dış veya iç ışınlamalar sonucu maruz kalabilirler. Dış ışınlamalar,
radyasyon alanı içinde bulunulan sürece bütün vücudun veya bazı bölgelerin dıştan ışınlanması, iç
ışınlanmalar ise radyoaktif maddelerin solunum, sindirim ve deri yolu ile vücut içine alınması ile
gerçekleşir.
Radyasyon tehlikesini önlemek veya kontrol altına almak için uyulması gerekli prensipler, kurallar ve
standartlar bulunmaktadır. Bunlar;
- Radyasyondan korunma prensipleri
- Uluslararası ve ulusal radyasyon korunması standartları
- Düzenleyici ve denetleyici kontroller
Radyasyonun etkilerinin eşik doz seviyesine bağlı olmadığı, genel olarak iyonize edici radyasyonun
çok küçük doz seviyelerinde bile zararlı olabileceğini kabul eden “NLD” hipotezi göz önüne alınarak
radyasyon korunma tedbir ve kuralları belirlenir. Bu nedenle tüm radyasyon doz seviyelerine karşı
çalışanları ve halkı radyasyondan korumak gerekmektedir (5).
Hidrolojide radyoizotop uygulamalarında, her radyoizotop için çevre ve insan sağlığını korumak
amacıyla müsaade edilen radyoaktivite seviyeleri belirlenmiş olup bu seviyelerin aşılmaması
gerekmektedir (1) (5).
Radyasyon güvenlik kültürünün oluşturulmasında önemli bir aşama, radyasyon kaynaklarıyla yapılan
çalışmaların sağlık yönünden neden olacağı tehlikenin türü ve büyüklüğünü belirlemektir. Radyasyon
uygulamalarında böyle bir değerlendirme dikkate alınarak uygun planlama yapmak ve yapılan
çalışmaların radyasyon doz seviyeleri ile radyoizotopların hava ve su ortamlarındaki
konsantrasyonlarının mümkün olduğunca düşük olması ve hiçbir durumda maksimum müsaade
edilebilir değerleri aşmayacak şekilde ayarlanması gerekmektedir.
153
KAYNAKLAR
1. Guidebook on Nuclear Techniques in Hydrology, IAEA, Vienna, 1983.
2. G.V. Evans, Geophysical Tracers Group, Nuclear Physics Division, Atomic Energy
Research Establishment, Harwell, Didcot, Oxon, OX11 0RA, U.K.
3. Radyasyon Güvenliği Yönetmeliği, Resmi Gazete Tarih/Sayı: 24.03.2000 / 23999
4. Radyasyonların Biyolojik Etkileri ve Radyasyon Korunması, Dr. Selahattin A. Göksel,
İstanbul, 1973.
5. International Basic Safety Standarts for Protection against Ionizing Radiation and for the
Safety of Radiation Sources, IAEA, Vienna, 1996.
154
ZAMANTI REGÜLATÖRÜ VE DERİVASYON (GICIK) TÜNELİ
YERALTISUYU DURUMU VE İZOTOP HİDROLOJİSİ
Dr. Nurettin Pelen1 , Uğur Akdeniz2, A. Uğur Süral3, Nihal Başaran4, Selami Türkileri5
1
DSİ Jeoteknik Hizmetler ve YAS Dairesi Başkan Yardımcısı, 2,3,4, DSİ Jeoteknik Hizmetler ve
YAS Dairesi Karst Araştırma Şube Müdürlüğü, 5 DSİ 12. Bölge Müdürlüğü Kayseri,
ÖZ
Kayseri Develi II. Merhale Sulama Projesi kapsamında açılan Zamantı (Gıcık) Tünelinin uzunluğu
10700 m olup, bu tünel ile yılda 130 hm3 su Zamantı Çayından Develi -Yeşilhisar Ovasına derive
edilecektir. Zamantı Tüneli jeolojik birim olarak aglomera-bazalt birimi içerinde açılmış ve tünel
açımı esnasında geçilen tektonik hatlar boyunca tünele yeraltısuyu boşalımları olmuştur. İlk yeraltı
suyu boşalımları tünel giriş ağzında 35 l/s debi ile başlamış ve tünel açımının tamamlandığı 2007
yılı sonuna kadar tünel giriş ve çıkış ağızlarından tünele gelen yer altı suyunun miktarı artarak
toplam 700 l/s debiye erişmiştir. Zamantı tünelinde 540 l/s debi ile yeraltı suyu gelişi halen devam
etmektedir. Tünele boşalan yeraltı suyunun beslenme sahasının ve kökeninin belirlenmesi amacıyla,
tünelin farklı noktalarından 9 adet su noktasından su örnekleri alınarak, oksijen-18 döteryum ve
trityum analizleri yaptırılmıştır. İzotop verileri, hidrojeolojik etüt çalışmaları kapsamında
değerlendirildiğinde, Zamantı Tüneline boşalan yeraltısularının, tünel güzergâhı drenaj alanına
göre daha farklı bir yağış sistemi ve beslenim alanı ile ilişkili olduğu sonucuna varılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Zamantı Tüneli, izotop
GROUNDWATER DISCHARGE AND ISOTOPE HYDROLOGY OF ZAMANTI
DERIVATION TUNNEL
ABSTRACT
Zamantı Tunnel, which has a length of 10700 meters, is still under construction. It derives 130 hm3
water from Zamantı River to the Develi-Yeşilhisar Plain. Geologically, tunnel bored aglomerata and
basalts units and during the construction of tunnel boring excessive amount of groundwater came
out of the tunnel along the techtonic lines. At the beginning, the discharge of groundwater to the
tunnel was 35 l/sec, however it reached up to 700 l/sec. To determine the recharge area and the
origin of groundwater discharging at the tunnel, water samples collected from 9 different points of
the tunnel and those had been analysed for oxygen-18 deuterium and tritium contents. Interpretation
of isotope data together with the hydrogeolgical studies showed that groundwater discharging to
Zamantı Tunnel has a different recharge area and precipitation regime regarding to its own drainage
area.
Key Words: Zamantı Tunnel, Isotope
1. GİRİŞ
DSİ XII. Bölge Müdürlüğü tarafından Kayseri-Develi Kapalı havzasında Develi ovasının yüzey
suyundan sulanmasına yönelik iki aşamalı proje gerçekleştirilmektedir. Develi ovası I.Merhale
kapsamında 18 416 ha alan sulamaya açılmıştır. II.Merhalede ise 34 305 ha alanın sulanması
amaçlanmaktadır. Bu alanın sulanması için Develi kapalı havzasına ovanın kendi su kaynaklarından
karşılanamayan ortalama 113,96 milyon m3 su Zamantı Irmağından bir regülatör, bir tünel ve iletim
kanalları ile derive edilecektir. Projenin üniteleri ihalesi yapılmış ve inşaatı devam eden “Zamantı
155
Regülatörü ve Derivasyon Tüneli” ile henüz yatırım programında yer almayan ve başlanmamış olan
Develi II.Merhale sulamalarıdır.
Zamantı ırmağının suyunu Develi Kapalı havzasına aktaracak derivasyon tünelinin karakteristikleri
aşağıda verilmiştir
Su alma yapısı
Tünel uzunluğu
Tünel iç çapı
Tünel giriş taban kotu
Tünel çıkış taban kotu
Tünel eğimi
Tünel proje debisi
: Zamantı regülatörü
: 10700 metre
: 3,5 m (betonarme at nalı kesit)
:1264,00 m
:1252,60 m
:0,001
:12,5 m3/s
Zamantı tüneli inşaatına başlanılmasını takiben, belli bir ilerleme süresinden sonra tünele
yeraltısuyu boşalımları olmuştur. Tünel açımı süresince de yeraltısuyu boşalımları devam etmiştir.
2. JEOLOJİ
Develi Kapalı Havzasının jeolojisinde genel olarak, kristalize kireçtaşları (mermer, kalkşist), şist ve
gnays gibi metamorfik kayaçlar yaygındır. Kuzeyinde; volkanik bir dağ olan Erciyes dağı ve
çevresinde ise, andezit, bazalt litolojisinde volkanik kayaçlar yer almaktadır. Doğu ve Batıda ise;
sedimanter formasyonlar vardır. Mağmatik kayaçlar da; havzanın Kuzey-Güney doğrultusunda dar
bir şerit olarak uzanmaktadır.
Pliyosen yaşlı kaya birimleri ise, Alt Pliyosen yaşlı tüf-tüfit, bazalt+ aglomera, aglomera ve bazalt
ile Üst Pliyosen yaşlı kiltaşı-kumtaşı-çakıltaşı-kireçtaşı birimlerinden oluşmuştur. Tüf-tüfitler;
ayrışmalı, yumuşak, yer yer serttirler. Bazalt + aglomeralar; genel olarak birbirleriyle ardalanmalı
olup, çatlaklı, parçalı, gözenekli ve orta-kalın tabakalıdır. Aglomeralar; eklemli, boşluklu,
ayrışmalı, sert, kara-kahve renkli, orta-kalın tabakalıdır. Bazaltlar ise; çatlaklı, eklemli, ayrışmalı,
sert, kara-mor renklidir. Kiltaşı-kumtaşı-çakıltaşı-kireçtaşı birimlerinden oluşan göl ortamı çökelleri
ise; ince-orta tabakalı, yumuşak ve ayrışmalıdır. Pliyosen yaşlı birimlerin üzerine uyumsuz olarak
gelen Kuvaterner yaşlı birimler ise; kil, silt, kum, çakıl içeren ve yer yer kireçli olan yüzlek
birikintileri ile volkanik elemanlı (bazalt-aglomera) kum, çakıl, blokları içeren birikinti konisi ve
kil, silt, kum, çakıldan ibaret alüvyondan oluşmuştur.
3. TÜNELDEKİ YERALTISUYU DURUMU
Mart 1991 yılında hazırlanan “ Kayseri-Develi Projesi Zamantı Tüneli Mühendislik Jeolojisi Proje
Raporu “ nda adı geçen Zamantı (Gıcık) tüneli güzergahı boyunca açılmış temel sondaj
kuyularındaki yeraltısuyu seviye ölçümlerine bağlı olarak, tünele gelebilecek yeraltısuyu ile ilgili
tahmini hesaplamalar yapılmıştır.
Bahsi geçen rapora göre, tünelin giriş ağzından itibaren 0+000-0+450 km arasında tünel taban
kotunun, yeraltısuyu seviyesi altında olduğu ve yaklaşık 1-2 l/s debili yeraltısuyu ile
karşılaşılabilineceği ve 0+450-4+150 km arasında yeraltısuyunun tünel taban kotunun altında
olduğu, km 4+150- km 11+400 (Zamantı Tüneli Mühendislik Jeolojisi Raporundaki güzergah
uzunluğu ) arasında ise, yeraltısuyu boşalımı ile karşılaşılacağı belirtilmekte olup, yeraltısuyu
napının yüksekliğinin, tünel tabanından yaklaşık 100 m, genişliğinin 1000 m olduğu kabul edilerek,
120 × 106 m3 bir kütle hacmi hesaplanmış ve bu hacmin de % 10 unda su depolanabileceği
156
varsayılarak, bu bölgedeki akiferde 12 × 106 m3 yeraltısuyunun bulunabileceği ifade edilmiştir
(Göğer, E.).
Buna göre, tünele intikal edebilecek suyun 380 l/s kadar olabileceği belirtilerek, yıllık yağıştan
beslenim miktarı olan 20-40 l/s su da dahil edildiğinde toplam olarak tünele gelebilecek suyun 400420 l/s arasında olabileceği tahmin edilmiştir. Tünel açıldığında hesaplanan bu yeraltısuyu geldiği
takdirde, yukarıda ifade edilen toplam yeraltısuyu rezerv miktarı 12 × 106 m3 olarak
bulunduğundan, bu miktardaki yeraltısuyunun yaklaşık 1 yıllık zaman sürecinde tünele boşalım
yapabileceği yapılan hesaplamalardan anlaşılabilmektedir
Zamantı derivasyon tüneli inşaatına 1997 yılında çıkış ağzından başlanmıştır. İlk kez yeraltısuyu ile,
tünel çıkış ağzından itibaren 370 metresinde karşılaşılmıştır. Tünel çıkış ağzında yeraltısuyu gelişi
olan 1998 yılından 2003 yılı sonuna kadar 5 yıl boyunca yani, 24.12.2003 yılına kadar geçen sürede
tünel çıkış ağzından gelen yeraltısuyu miktarı, ortalama 35 l/s debi ile devam etmiş ve bu yıllar
boyunca tünel çıkış ağzından toplam yeraltısuyu boşalımı, 5.5 × 106 m3 olmuştur. 24.12.2003
tarihine kadar tünel çıkış ağzından gelen yeraltısuyu miktarı, ortalama 35 l/s civarında iken, bu
tarihten sonra çıkış ağzındaki tünel aynası, 4127,60 m ye eriştiğinde, tünele boşalan yeraltısuyu
miktarı, aniden 214 l/s ye ulaşmıştır. Bundan sonra, tünel çıkış ağzındaki kazı çalışması geçici
olarak durdurulmuş olup, yeraltısuyu boşalımıyla ilgili debi ölçümü rasatına başlanmıştır. Tünel
giriş ağzında ise, 06.10.2004 tarihinde, 7 l/s ile başlayan boşalımlar olmuş ve ilerleme devam ettiği
süreçte su gelişlerinde artışlar olmaya başlamıştır. Tünel güzergahının giriş ve çıkış ağızlarında ilk
su gelişlerinin görüldüğü tarihten itibaren, 30.09.2007 tarihine kadar olan periyotta, tünele gelen
toplam su miktarları aşağıda tablo halinde verilmiştir:
45 hm3
25 hm3
70 hm3
Tünel çıkış ağzı
Tünel giriş ağzı
Toplam boşalım miktarı
Bu durumda, 30.04.2008 tarihine kadar boşalan 70 hm3 lük toplam yeraltısuyu miktarı, KayseriDeveli Projesi Zamantı Tüneli Mühendislik Jeolojisi Proje Raporu (Mart 1991)’nda yeraltısuyu
rezerv olarak öngörülen 12 hm3 suyun yaklaşık 5,8 katı civarındadır.
Tünelin açıldığı jeolojik birim olan bazalt + aglomera akiferindeki yeraltısuyu dolaşımı; eklem,
çatlak, kırık ve fay hatları boyunca yoğunlaşan yersel akım tipine yaklaşan türde olmaktadır. Tünel
güzergahında yeraltısuyu seviyesi ölçen rasat kuyuları bulunmadığından, doğal şartlardaki
yeraltısuyu seviyesi bilinmemektedir. Ayrıca, tünel açımı esnasında, rasat kuyuları da devrede
olmadığından, tüneldeki su gelişine bağlı olarak oluşan yeraltısuyu seviye değişimleri
ölçülememiştir.
4. İZOTOP HİDROLOJİSİ
25.07.2007-27.07.2007 tarihleri arasında Zamantı tüneli güzergahının (topoğrafik kotu 1264,00 m122,60 m) içindeki değişik yeraltısuyu boşalım noktalarından ve tünel güzergahı üzerinde bulunan
Kozluca köyündeki yaklaşık 1600 m kotunda yeralan Kozluca kaynağından olmak üzere 9 adet su
noktasından su örneği alınarak, izotop analizleri yaptırılmış ve sonuçları aşağıdaki tabloda
verilmiştir.
157
Su Noktaları
Alınma
Tarihi
O-18
%o
D
%o
Trityum ± Hata (TU)
1- Km 4+951 tünel girişi
26.07.2007
-12,17
-72,71
0,45 ± 0,65
26.07.2007
-12,25
-80,47
0,20 ± 0,60
26.07.2007
-11,81
-75,34
0,40 ± 0,65
26.07.2007
-11,71
-78,00
0,35 ± 0,65
5- Km 3+472 (Büyük fay zonu) tünel girişi
26.07.2007
-11,86
-78,48
0,45 ± 0,65
6-Aynadan itibaren 3+600 (Bulanık boru
suyu) tünel girişi
26.07.2007
-11,71
-80,20
0,30 ± 0,70
7- Kozluca kaynağı
26.07.2007
-10,29
-71,96
6,75 ± 0,85
8- 4+260 tünel çıkışı
26.07.2007
-11,76
-77,40
0,10 ± 0,70
9- 1+850 tünel çıkışı
26.07.2007
-10,99
-77,28
1,45 ± 0,75
Oksijen-18 , Döteryum
Analiz sonuçlarına göre su noktalarının, oksijen-18 değerleri -10.29 ile -12.25 %o, döteryum
değerleri ise -71.96 ile -80.49 %o arasında değişmekte ve Kozluca kaynağı dışında tünelden alınan
bütün sular izotopik açıdan benzer özellik göstermektedir. Oksijen-18 ve döteryum değerlerinin
Global Meteorik Su doğrusu ile olan ilişkisi Grafik-1’de verilmiş olup, sular genel olarak Akdeniz
Su Doğrusu ile Global Meteorik Su doğrusu arasında yer almaktadır.
Grafik 1 incelendiğinde, tünel güzergahı üzerinde yaklaşık 1600 m kotunda bulunan Kozluca
kaynağı ile tünel çıkışı km 1+850 ‘den alınan su örneği (tünel tavanından sızıntı şeklinde ) Global
Meteorik Su Doğrusu üzerine düşerken, tünel içerisinden alınan diğer sular izotopik açıdan Akdeniz
Su Doğrusuna doğru kaymakta ve tünel girişi km 4+951 ‘ den alınan su örneği ise Akdeniz tipi
yağışı karakterize etmektedir.
Kozluca kaynağı, tünel giriş ve çıkış ağzından toplanan diğer sulardan oksijen-18 ve döteryum
içeriği bakımından da farklılık göstermektedir. Bu kaynak küçük debili ve mevsimsel akış gösteren
bir kaynak olduğundan, izotop değerleri (O-18: -10.29%o, D: -71.16 %o) çıkış kotu civarındaki
yağış izotop içeriğini de yansıtmaktadır. Tünelden alınan diğer suların oksijen -18 ve döteryum
değerlerinin Kozluca kaynağına göre daha negatif olması nedeniyle, tünele boşalan suların 1600 m’
ye göre daha üst kotlardan beslendiği tahmin edilmektedir.
158
Zamantı Tüneli Oksijen-18 Döteryum Grafiği
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
20
0
Akdeniz Su Doğrusu
Döteryum (%o)
-20
-40
-60
-80
-100
Oksijen-18 (%o)
Grafik-1 : Zamantı Tüneli Su Noktaları Oksijen-18 Döteryum Grafiği
Trityum
Tünel içerisinden alınan su örneklerinin trityum değerleri 0 TU (Trityum Unit) civarında olup
Kozluca kaynağının trityum değeri ise 6.75 TU ‘dur. Bu trityum değerlerine göre Kozluca kaynağı
güncel yağışları, 0 ile 0.5 TU arasında değer veren tünelden boşalan sular ise yaşlı suları (50 yıl ve
daha üzeri ) göstermektedir.
DSİ, Gazi Üniversitesi ve Hacettepe Üniversitesi ortak projesi olan “ Kayseri İli Develi-YeşilhisarYahyalı Kapalı Havzasında Çevresel İzotoplar ile Yerlatısuyu-Yüzey Suyu İlişkisinin Belirlenmesi”
çalışması kapsamında 2004-2005 yıllarında tünel çıkış ağzından alınan su örneklerinin trityum
analizlerinde de trityum içerikleri 0-1.5 TU ölçülmüştür. Yine aynı çalışma kapsamında tünel yakın
civarında ve kuzeyinde yer alan Tombak ve Sindelhöyük köylerindeki yeraltısuyu işletme
kuyularından alınan su örneklerinde de 0 TU civarında değerler ölçülmüştür. Bu durum, tünel
civarında yaşlı sular içeren bir yeraltısuyu (50 yıl ve daha üzeri) sisteminin bulunduğunu ve tünele
gelen yeraltısuyunun bu sistem ile ilişkili olduğunu göstermektedir.
5.SU KİMYASI
Zamantı tüneline ait 1) Km 4 + 951 (tünel girişi), 2) Km 4 + 430 (tünel girişi), 3) Km 4 + 325 (tünel
girişi), 4) Km 4 + 113 (tünel girişi), 5) Km 3 + 472 (tünel girişi), 6) Km 3 + 600 (tünel girişi), 7)
Kozluca kaynağı, 8) Km 4 + 260 (tünel çıkışı), 9) Km 1+ 850 (tünel çıkışı) su noktalarından,
26.07.2007 tarihinde alınmış su numunelerinin kimyasal analizlerine göre; 9 adet su noktasının da,
bazalt akiferinden beslendiği görülmektedir.
Kimyasal analiz sonuçları (Tablo-2 ) ve bu sonuçlara göre çizilen schoeller diyagramı (Grafik-2)
incelendiğinde; 1-8 numara aralığındaki su noktalarının aynı kökenli sular olmasına karşın, 9
numaralı Km 1 + 850 (tünel çıkışı) su noktası farklılık göstermektedir. Bu durum 9 numaralı
noktadaki suyun temas ettiği bazaltların, 1-8 numara aralığındaki numunelerin temsil ettiği
bazaltlardan farklı olarak, asit kayaçlara doğru (Dasit ile Andezit arası) geçiş gösteren ve alkalilerce
159
zengin (Na, K) volkanik kayaçlar olduğunu işaret etmektedir. Andezit kökenli sular nötr bileşimli
(PH =7) olup, asit kayaçlarla bazikler arasındaki geçişi simgelemektedir.
9 numaralı su noktasında; Ca ve Mg değerlerinin düşük, Na değerinin yüksek olması bu suyu RSC
(Artıksal sodyum karbonat), EC (Elektriki kondüktivite), % Na (Sodyum yüzdesi) ve SAR
(Sodyum absorpsiyon oranı) parametreleri bakımından da diğer su noktalarından ayırmaktadır.
ZAMANTI TÜNELİ SU NOKTALARI
SCHOELLER DİYAGRAMI
10
Sim ge
Su Noktası
Ec
Km 4+951
124
Km 4+430
152
Km 4+325
207
Km 4+113
163
Km 3+472
171
Km 3+600
202
Değerler (Meq/l)
1
0.1
0.01
Kozluca kay .
0.001
Ca++
Mg++
Na + K
Cl-
SO=4
130
Km 4+260
136
Km 1+850
250
CO=3 +
HCO-3
Anyon ve Katyonlar
Grafik-2 : Zamantı Tüneli Su Noktaları Schoeller Diyagramı
6. SONUÇLAR
1- Zamantı tünelinde, tünel açımındaki ilerlemeye bağlı gelen yeraltısuyu miktarını belirlemek için
yapılan debi ölçümlerinden 30.04.2008 tarihine kadar tünele yaklaşık 70 hm3 yeraltısuyunun
boşaldığı hesaplanmıştır. Bu miktar “Kayseri - Develi, Zamantı Tüneli Mühendislik Jeolojisi
Projesi Raporu (Mart-1991 ) “ nda tünele gelmesi ön görülen 12 hm3 yeraltısuyu miktarının
yaklaşık 5,8 katı civarındadır.
2- Tünel giriş ve çıkış ağzında yapılan debi ölçümlerinde tünel çıkışında 2006 yılı, tünel girişinde
2007 yılı itibari ile debi değerlerinin zamana bağlı olarak önemli bir değişim göstermediği ve girişçıkış ağızlarında tünele gelen yeraltısuyunun yaklaşık 350 şer l/s den toplam 700 l/s civarında
olduğu görülmektedir. Tünel açımı tamamlandıktan sonra toplam boşalan yeraltısuyu miktarı 500
l/s civarında gerçekleşmektedir.
3- Alınan su numunelerinin izotop analiz sonuçlarına göre tünel içerisine gelen yeraltısuları
Karasal tip ile Akdeniz tipi yağışlardan etkilenen bir akifer sistemini temsil etmektedir. Tünel
içerisinden alınan yeraltısuyu numuneleri ile tünel güzergahı üzerinde 1600 m kotunda bulunan
160
Kozluca köyündeki kaynak suyundan alınan su numunesinin oksijen-18 ve döteryum değerleri
farklılık göstermektedir. Tünel içerisinden alınan suların oksijen-18 değerleri -11.71 ile -12.25 %o
arasında iken, Kozluca kaynağının oksijen -18 değeri -10.29 %o dir. Tünelden alınan su
numunelerinin oksijen -18 değeri Kozluca kaynağına göre daha negatifdir. Bu durum, Kozluca
kaynağının 1600 m kotuna düşen yağışı temsil etmesi nedeniyle tünele gelen suların 1600 m ‘ye
göre daha üst topoğrafik kotlara düşen yağışlardan beslendiğini göstermektedir. Tünel güzergahı
boyunca topoğrafik drenaj alanında, 1600 m kotu üzerinde tünele gelen yeraltısuyu miktarını
karşılayacak bir beslenim sahası bulunmamaktadır.
4- Trityum analiz sonuçlarına göre tünel içerisinden alınan sular 0 TU civarında
olduğundan
50 yıl ve daha üzeri yaşlı suları temsil ederken, Kozluca kaynağı 6.75 TU ile güncel yağışları temsil
etmektedir. DSİ, Hacettepe ve Gazi Üniversitelerinin ortaklaşa yürüttüğü izotop çalışmasında da
2004-2005 yıllarında tünel çıkış ağzından alınan su örneklerinin trityum değerleri 0 TU
civarındadır. 2004 yılından bu yana tünelden yaklaşık 70 hm3 lük bir yeraltısuyu boşalımı olmasına
rağmen, tünele gelen yeraltısularında trityum içerikleri bakımından güncel yağışların etkisi
görülmemiştir.
5- Zamantı tüneli Kozluca kaynağında izotop su numunesi örnekleri ile birlikte alınan su kimyası
analiz sonuçlarına göre, sular benzer özellikte olup, volkanik kayaç kökenli (bazalt, andezitaglomera ) kırıklı-çatlaklı sistemde dolaşım gösteren yeraltısuyu akiferini temsil etmektedir.
6- Tünelin açıldığı jeolojik birim olan bazalt, aglomera akiferindeki yeraltısuyu dolaşımı eklem,
çatlak, kırık ve büyük fay hatları boyunca yoğunlaşan yersel akım tipinde ve türbülanslı rejimde
olmaktadır. Tünele gelen yeraltısuyunun boşalımını sağlayan ve yeraltısuyunun dolaşımını kontrol
eden fay hatlarının uzanımları tünel güzergahının topoğrafik drenaj alanını aşmaktadır. Bu nedenle
tünel güzargahı drenaj alanına düşen yağışın tamamı yeraltına süzülse bile tünele boşalan
yeraltısuyu miktarını karşılamamaktadır.
7-Zamantı tünelinde, hidrojeoloji ve izotop çalışmaları değerlendirildiğinde, tünele boşalan
yeraltısularının, tünel güzergâhı drenaj alanına göre daha farklı bir yağış sistemi, beslenim alanı ve
akifer sistemi ile ilişkili olduğunu göstermiştir.
161
% Sodyum
SAR
Suyun Sınıfı
Sertlik FS0
Nitrit (mg/l)
Amonyak (mg/l)
Nitrat (mg/l)
Bor (mg/l)
Org. Mad. O2 mg/l
1
Km 4+951
tünel girişi
26/07/2007
0.14
7.53
124
0.32
0.043
0.68
0.48
0.00
1.30
0.04
0.19
1.531
21.16
0.42
C1S1
5.8
-
-
-
0.0082
-
2
Km 4+430
tünel girişi
26/07/2007
0.07
7.40
152
0.38
0.082
0.75
0.60
0.00
1.42
0.04
0.60
1.815
20.87
0.46
C1S1
6.8
-
-
-
0.0032
-
3
Km 4+325
tünel girişi
26/07/2007
-0.02
7.25
207
0.46
0.094
1.08
0.93
0.00
1.99
0.07
0.50
2.567
18.05
0.46
C1S1
10.1
-
-
-
0.0075
-
4
Km 4+113
tünel girişi
26/07/2007
0.27
7.51
163
0.41
0.063
0.86
0.66
0.00
1.79
0.05
0.16
2.001
20.73
0.48
C1S1
7.6
-
-
-
0.0086
-
5
Km 3+472
tünel girişi
26/07/2007
0.33
7.63
171
0.44
0.065
0.92
0.69
0.00
1.94
0.06
0.12
2.120
20.98
0.50
C1S1
8.0
-
-
-
0.0114
-
6
Km 3+600
tünel girişi
26/07/2007
0.05
7.59
202
0.47
0.084
1.19
0.74
0.00
1.99
0.08
0.42
2.493
18.99
0.48
C1S1
9.7
-
-
-
0.0083
-
7
Kozluca
kaynağı
26/07/2007
0.07
6.51
130
0.27
0.066
0.85
0.41
0.00
1.34
0.08
0.18
1.598
16.66
0.33
C1S1
6.3
-
-
-
0.0192
-
8
Km 4+260
tünel çıkışı
26/07/2007
0.23
7.46
136
0.31
0.074
0.74
0.58
0.00
1.54
0.06
0.10
1.698
18.26
0.38
C1S1
6.6
-
-
-
0.0096
-
9
Km 1+850
tünel çıkışı
26/07/2007
2.53
6.31
250
2.59
0.097
0.05
0.01
0.00
2.59
0.06
0.08
2.744
94.45
15.61
C1S1
0.3
-
-
-
0.0219
-
No
Su Noktası
Alındığı
Tarih
RSC
PH
EC*106 (250 C)
micromho/cm
Toplam
Tablo-2 : Zamantı Tüneline Ait Su Noktalarının Kimyasal Analiz Sonuçları
KATYONLAR ( Mek/l )
ANYONLAR ( Mek/l )
Na+
K+
Ca++
Mg++
CO=3
HCO-3
162
Cl-
SO=4
KAYNAKLAR:
Akdeniz,U.,Süral, A.U., Başaran, N., Zamantı Regülatörü ve Derivasyon Tüneli Yeraltısuyu
Durumu Raporu, DSİ Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi Başkanlığı Karst Araştırma Şube
Müdürlüğü, 23.10.2007 Ankara
Göger, E. 1991 Kayseri-Develi Projesi Zamantı Tüneli Mühendislik Jeolojisi Proje Raporu, DSİ
Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi Başkanlığı Arşivi, Ankara
Bayarı, S.,Çelenk, S. , Dilaver, A. ,Gürer, İ., Sayın, M. , Türkileri, S. , Ünsal, N. , Yıldız, E. ,
Kayseri İli DevelYeşilhisar-Yahyalı Kapalı Havzasında Çevresel İzotoplar ile YeraltısuyuYüzeysuyu İlişkisinin Belirlenmesi, DSİ TAKK Dairesi Başkanlığı-Gazi Üniversitesi- Hacettepe
Üniversitesi Ortak Projesi 2. Ara Rapor
Hidrolojide İzotoplar Ve Nükleer Teknikler, DSİ, 1987
163
YERALTISUYU YAŞI NEDİR, NASIL BELİRLENİR?
1
N. Nur ÖZYURT1, C. Serdar BAYARI1
Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Müh. Böl., Hidrojeoloji Müh. ABD Beytepe 06800 Ankara
([email protected], [email protected])
ÖZ:
Yeraltısuyu yaşı pek çok hidrojeolojik problemin çözümünde etkin olarak kullanılan kritik bir
parametredir. Bu çalışmada yeraltısuyu yaşı kavramı yeraltısuyunu oluşturan su molekülleri
topluluğu ile insanlardan oluşan bir topluluk arasında eşlenik unsurlar temel alınarak açıklanmıştır.
Çalışmada ayrıca yeraltısuyu yaş belirleme çalışmalarında kullanılan yaklaşımlar, teknikler ve
izleyiciler özetlenmektedir. Çalışmanın son bölümünde ülkemizde yürütülen yeraltısuyu yaş tayin
çalışmalarından örnekler verilmektedir.
Anahtar Kelimeler: Yeraltısuyu, yaş, çevresel izleyici
WHAT IS THE GROUNDWATER AGE AND HOW IS IT DETERMINED?
ABSTRACT
Groundwater age is a critical parameter that can be used in various hydrogeological problems. In
this study, the groundwater age concept is explained on the basis of anology between populations
of water molucules and human beings. Approaches, techniques and tracers used in groundwater
age-dating stuides are also presented. Examples from groundwater age-dating studies carried out in
Turkey are presented at the end.
Keywords: Groundwater, age, environmental tracer
1. Giriş:
İklimin zaman içindeki değişimi ile birlikte yağış rejiminde oluşan olumsuz değişimler yüzeysuyu
kaynaklarının güvenilirliğini sınırlamaktadır. Yüzeysuyu sistemlerinin depolama kapasitelerinin
sınırlı oluşu yağışlı yıllardaki fazla suyun depolanmasını engellemekte sonuçta, ardışık kurak
yıllarda yüzeysuyu kaynaklarının kullanılabilir su rezervi hızla tükenmektedir. Öte yandan,
yüzeysularının kirlenmeye daha açık olması da bu su kaynaklarının kullanımını önemli düzeyde
sınırlandırmaktadır. Bu durum, diğer su kaynaklarının yanı sıra yeraltısuyunun önemini stratejik
düzeye ykseltmektedir. Yeraltısuyu rezervlerinin oluşumu ve dinamik yapısı konusundaki bilgi
birikimi ve toplumsal bilinç eksikliği bu kaynağın ve sürdürülebilir kullanımı üzerinde büyük baskı
oluşturmaktadır.
Yeraltısuyu kaynaklarının bilinçli kullanımına yönelik planlamalar için en önemli parameterelerden
birisisi de yeraltısuyu yaşıdır. Geçtiğimiz birkaç on yıl içinde dünya genelinde yeraltısuyu yaşının
belirlenmesine ve yeraltısuyu yaşı kullanılarak hidrojeolojik problemlere çözüm üretilmesine
yönelik çok sayıda araştırma yapılmuştıra (örğ. Cook et al., 2003; Katz, 2004, Manning et al., 2005;
Plummer and Sprinkle, 2001). Yeraltısuyu yaşının yaygın kullanımı ve önemi 2006 yılında sadece
bu konuya ayrılmış bir kitabın basılması ile açıkça ortaya konulmuştur (Kazemi et al, 2006).
Yeraltısuyu yaşı kavramı kişiye ilk bakışta çok kolay anlaşılır bir özellikten bahsedildiği izlenimini
vermektedir. Oysa yeraltısuyu yaşı hakkında ileri düzeyde değerlendirmelerde bulunabilmek için
“yaş kavramının” doğru tanımlanması ve anlaşılması gerekmektedir. Yeraltısuyu yaş kavramını
anlaşılmasını ve bu konuda konuşan iki kişinin yeraltısuyunun aynı özelliğinden bahsettiklerini
bilebilmelerinin tek yolu yaş kavramı ve bu kavram ile eş ve/veya yakın anlamlı olarak kullanılan
çok sayıdaki terimin anlamlarınının bilinmesi ile mümkündür. Terimler konusunda sağlıklı bilgiye
sahip olmayan kişiler üzerinde çalıştıkları yeraltısuyu akım sistemi hakkında hazırladıkları yayınlar
ile okuyucuyu istemeden de olsa yanlış yönlendirebilmektedirler.
165
Yeraltısuyu yaş kavramı konusunda terim ve temel kavramların doğru anlaşılmasının önemi nedeni
ile ilerleyen bölümlerde önce bu konu irdelenmektedir. Bu irdeleme sırasında yeraltısuyu yaş
kavramı kişilerin yaşları ve toplumun yaş dağılımı gibi algılanması kolay benzetmeler ile
açıklanmaktadır. Temel kavramların ardından yeraltısuyu yaş belirleme yöntemleri ve yeraltısuyu
yaş belirteci olarak kullanılan izleyicilerden bahsedilmektedir. Daha sonra, yeraltısuyu yaş bilgisi
ile çözüm üretilecek yeraltısuyu problemlerine değinilmektedir. En son bölümde ise yurdumuz da
yapılmış yeraltısuyu çalışmalarında kullanılan yöntemler ve elde edilen sonuçlarından oluşan
örnekler sunulmaktadır.
2. Temel Kavramlar
Yeraltısuyu yaşı ve ilgili kavramların tanımlanmasında canlı toplulukları ile yeraltısuyu sistemleri
arasındaki benzerlikten yararlanılabilir. Bu yaklaşım ile yeraltısuyu yaşı kavramının açıklanmasına
ilişkin güzel bir örnek Nir (1986)’da sunulmaktadır. Bu benzeşimde, bir canlı topluluğu olarak
herhangi bir toplum ile akiferdeki yeraltısuyu, bir birey ile bir yeraltısuyu molekülü benzer
unsurlardır. Tıpkı canlı toplumlarında olduğu gibi yeraltısuyu da farklı yaştaki bireylerden (su
moleküllerinden) oluşan bir topluluktur. Bu açıdan bir yeraltısuyu toplumu olarak akiferlerde tek bir
yaş değerinden çok, ortalama yaştan ve diğer yaşların bu ortalama çevresindeki dağılımından
bahsetmek daha uygun bir yaklaşımdır.
Yaş, ömür ve zaman kavramları:
Bir canlının yaşı, canlının ortaya çıkışı (doğum) ile daha sonra seçilen bir zaman (gözlem anı)
arasında geçen süredir. Yeraltısuyu için yaş ise, su molekülünün hidrojeolojik sisteme girmesi ile
seçilen zaman arasında geçen süredir. Bir canlının ömrü, doğumu ile ölümü arasında geçen süre
olup, yeraltısuyunun ömrü ise molekülün hidrojeolojik sisteme girişi ve çıkışı arasında geçen
süredir. Tıpkı canlılarda olduğu gibi bireyin ölümü doğal ya da doğal-olmayan nedenlere bağlı
olabilir. Günlük deyişle, eceliyle ölüm ya da öldürülme doğal ve doğal olmayan ölümlere örnektir.
Benzer şekilde, yeraltısuyu molekülü de akiferi bir kaynak aracılığıyla doğal olarak ya da pompaj
sonucu doğal-olmayan nedenlerle terk edebilir.
Bir toplum, farklı zamanlarda doğan ve farklı ömüre sahip bireylerin karışımından oluşur. Benzer
şekilde yeraltısuyu da geçmişte farklı zamanlarda akifere giren moleküllerin bir karışımıdır. Çizelge
1’de yeraltısuyu çalışmalarında yaygın olarak kullanılan ortalama yaş, ortalama geçiş süresi (OGS)
ve yenilenme süresi kavramlarının tanımları ve canlı toplulukları için eşlenikleri (analogları)
verilmiştir.
Çizelge 1. Ortalama yaş, ortalama geçiş süresi ve yenilenme süresi kavramları.
Ortalama Yaş
(Mean age)
Ortalama Geçiş
Süresi
(Mean transit time)
Yenilenme Süresi
(Turn over time)
Hidrojeolojik Sistem
Toplumsal Eşlenik
Yeraltısuyu moleküllerinin akiferde
geçirdikleri ortalama süredir.
Yeraltısuyu moleküllerinin
beslenimden sonra akiferi terk
etmek için harcadıkları ortalama
süredir.
Akifede bulunan izleyicinin
akiferden ayrılan izlyici miktarına
oranıdır.
Toplumun herhangi bir
zamanda ki ortalama yaşıdır.
166
Toplumu oluşturan
bireylerin ortalama ömür
uzunluğudur.
Toplumdaki toplam birey
sayısının yıllık doğum ya da
ölüm hızına oranıdır.
Dengeli ve dengesiz nüfus ve akifer sistemleri:
Bir canlı toplumunda nüfusun sabit ya da değişken olması durumları için dengeli ya da dengesiz
nüfus sistemi kavramları kullanılabilir. Benzer şekilde, toplam hacmin sabit ya da değişken olduğu
akiferlerde dengeli ve dengesiz akım sistemi kavramlarına karşılık gelirler. Burada “sistem”
ilgilenilen olaya etkiyen tüm süreçler ve etkenleri kapsayan bir bütünü tanımlamaktadır. Dengeli
sistemlerde belirli bir zaman aralığında giren ve çıkan birey sayısı aynı, dengesiz sistemlerde ise
farklıdır. Burada söz konusu değerlendirmenin yapıldığı seçilen zaman aralığı önemlidir. Örneğin,
seçilen 10 yıllık bir dönem içinde dengeli olan bir nüfus sistemi, zaman aralığının 20 yıla
arttırılması durumunda dengesiz bir sisteme dönüşebilir. Sistemin dengeli konumdan dengesiz
konuma geçişi doğal ya da doğal-olmayan nedenlere bağlı olabilir. İkinci 10 yıllık dönemde doğum
oranının değişmemesi buna karşın, salgın hastalık ya da savaş sonucu ölümlerin artması halinde
sistem dengeli konumdan dengesiz konuma geçecektir. Bu durum, ilk 10 yıllık dönemde doğal
koşullarda beslenim-boşalım denegesine sahip bir akiferden ikinci 10 yıllık dönemde pompajla aşırı
su çekimine benzetilebilir. Söz konusu değişimler zamana bağlı olduğundan sistemlerin de
zamanda-sabit (değişmeyen, time-invariant) ve zamanda-değişken (time-variant) davranış
gösterebileceği dikkate alınmalıdır. Diğer bir deyişle, bir sistem belirli bir süre zamanda-sabit, daha
sonra zamanda-değişken davranış gösterebilir.
Diğer yandan, bir canlı topluluğunda nüfusun sabit olması yaş dağılımının değişmediği anlamına
gelmez! Örneğin, gelişmiş ülkelerde nüfusun kabaca sabit olmasına karşın, doğum oranının
azalmasından dolayı nüfus dağılımı içinde yaşlı bireylerin genç bireylere oranının arttığı
bilinmektedir. Bu tür, “yaşlanmakta olan” nüfus sistemleri beslenim miktarının azaldığı, bunun
yanısıra boşalım miktarında daha büyük azalmanın oluştuğu akifer sistemlerine benzetilebilirler.
Yukarıdaki değerlendirmelerden bir sistemdeki “kütle dengesi” ile “yaş dağılım dengesi”
kavramlarının farklı olguları tanımladıkları anlaşılmaktadır. Kütle dengesinin korunması her zaman
yaş dağılım dengesinin de korunduğu anlamına gelmemektedir. Doğum-ölüm ya da beslenimboşalım miktarlarının aynı (zamanda-sabit) olması durumunda kütle dengesi ile birlikte yaş dağılım
dengesi de korunacaktır. Diğer yandan, doğum-ölüm ya da beslenim-boşalım miktarlarının aynı
oranda azaltılması durumunda ise sistemde yeni bir kütle dengesi oluşacak buna karşın yaş dağılım
dengesi daha büyük yaş değerlerine doğru değişecektir. Konuyla ilgili bir diğer durum ise
akiferlerde yapay beslenime karşılık gelen nüfus sistemlerindeki göçmen alımıdır. Alınan
göçmenlerin (ya da yapay beslemede kullanılan suyun) yaş dağılımı sistemin yaş dağılımını
etkileyecektir.
Canlı topluluklarında ve akiferlerde yaş tayini:
Canlı topluluklarında ortalama yaş ve bireysel yaşların ortalama etrafındaki dağılımının
belirlenmesi için ya tam sayımdan ya da istatistiksel tahmin tekniklerinden yararlanılır. Tam sayım
her bir bireyin yaşının tek tek belirlenmesidir. Bilindiği üzere bu oldukça güç ve masraflı bir iştir.
Bu nedenle, bazı durumlarda toplumun genelini temsil eden belirli bir kesiminde tam sayım
yapılmakta ve bulgular belirli istatistiksel teknikler ile toplum geneline yansıtılmaktadır. Örneğin,
seçim sonuçlarını belirlemeye dönük kamuoyu araştırmaları bu türden çalışmalardır. Diğer yandan,
yeraltısuyu sistemlerinde tam sayım yoluyla yaş dağılımının belirlenmesi teknik ve pratik
nedenlerle mümkün değildir. Bu yüzden yeraltısuyu yaşının nitel (yaşlı, genç gibi sözel) ya da nicel
(10, 20 yıl gibi sayısal) tanımlanmasına yönelik teknikler kullanılır.
2.4 Yaş belirteçleri ile nitel ve bağıl yaş tayini:
Yaş belirteçleri yeraltısuyu yaşının nitel veya bağıl olarak belirlenmesinde kullanılan hızlı, pratik ve
düşük maliyetli araçlardır. Buna karşın, bu yolla sayısal yaş değerlerinin elde edilmesi mümkün
olmaz.
Tüm fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar belirli bir hıza sahiptirler. Dolayısıyla reaksiyonun
gerçekleşme miktarı reaksiyonun başlangıcından itibaren geçen sürenin bir göstergesidir. Ocak
üstünde ısıtılan suyun sıcaklığı diğer etkenlerin yanısıra uygulanan ısının büyüklüğüne ve ısıtılma
167
süresine bağlıdır. Benzer şekilde, yeraltısuyunun sıcaklığı ve içerdiği çözünmüş madde miktarı
suyun yeraltında kalış süresi ile orantılı olarak artmaktadır. Pratik olarak yeraltısuyunun beslenim
ve boşalım alanları arasındaki uzaklık arttıkca, dolaşım derinliği de artmakta ve su daha yüksek
jeotermal ısı akısı etkisi altında daha çok ısınmaktadır. Uzun süre akiferle temas eden (yeraltında
kalan) su daha çok mineral çözme fırsatını bulmakta, buna bağlı olarak çözünmüş madde içeriğide
zamanla artmakta ve iyon bolluk oranları ise bu süre ile bağlantılı olarak değişmektedir. Örneğin
sığ (kısa süreli) dolaşım sistemlerinde Ca>Na, HCO3>Cl şeklindeki iyon bolluk dağılımının derin
(uzun süreli) dolaşım sistemlerinde Na>Ca, Cl>HCO3 şeklini aldığı bilinmektedir. Özetle, bir
akifer sisteminde yüksek sıcaklık ve iyon içeriğine sahip suların, düşük sıcaklık ve iyon içeriğine
sahip sulardan daha uzun süre yeraltında kaldıkları söylenebilir. Bununla birlikte, bu değerlendirme
aynı ya da benzer koşullardaki akifer sistemleri için geçerlidir. Örneğin, 20 oC güney
sahillerimizdeki sığ ve genç yeraltısuyunun göstergesi iken bu değer Orta Anadolu’da bağıl olarak
daha derin dolaşıma sahip derin ve yaşlı yeraltısuyunun göstergesi olabilir.
Yeraltısuyunda nitel ve bağıl yaşın göstergesi olarak çevresel (environmental) ya da yerel (local)
izleyici derişimleri de kullanılabilir. Örneğin yeraltısuyunun trityum izotopu içermesi bu izotopun
çevreye salındığı 1950’li yıllar ve sonrasına ait beslenim içerdiğini gösterir. Benzer şekilde, suda
saptanan DDT bu kimyasalın kullanıldığı 1950’li yıllardan sonraki beslenim bileşeninin varlığının
göstergesidir.
2.5 Yeraltısuyu yaşının nicel tayini
Nicel yeraltısuyu yaşının nicel olarak belirlenmesi için genellikle ve ilgilenilen yaş aralığına bağlı
olarak trityum (3H), radyokarbon (14C) ve 3H/3He* (trityum ve tritiyojenik helyum-3) gibi
izotopik ya da CFC ve SF6 gazları gibi kimyasal kökenli çevresel izleyicilerden yararlanılmaktadır.
Söz konusu izleyici verilerinden itibaren nicel yaş değerlerinin üretilebilmesi için sayısal
yeraltısuyu akım-taşınım modellerinden ya da sistemi tek bir bütün olarak ele alan tümsel
modellerden yararlanılmaktadır. Diğer yandan, bir yeraltısuyu sisteminde örneklenen su
moleküllerine ait akım hızının ve bu moleküllerin izlediği yol uzunluğunun bilenmesi durumunda,
çevresel izleyici kullanımına gerek kalmaksızın yeraltısuyu yaşının belirlenmesi de mümkündür.
Konuyla ilgili ayrıntılar aşağıda sunulmultur.
2.6. Sayısal akım modelleri ve kinematik yaş:
Sayısal yeraltısuyu akım modeli yaklaşımı ile yeraltısuyu yaşının belirlenmesinde hız = yol / zaman
eşitliğinden yararlanılır. Burada zaman su molekülünün beslenim anından itibaren akifer içinde
geçirdiği süre olup, molekülün örneklendiği andaki yeraltısuyu akım hızının ve beslenim anından
itibaren izlediği akım çizgisi uzunluğunun bilinmesi durumunda zaman (yaş) da kolaylıkla
hesaplanabilmektedir. Bu yolla belirlenen yeraltısuyu yaşı kinematik yaş (kinematic age) olarak
adlandırılır (Goode, 1998). Sayısal akım modellerinde yeraltısuyu akım hızı basit doğrusal bir
fonksiyon olan Darcy eşitliği kullanılarak belirlenir. Hidrolik iletkenlik katsayısı K (L/T) ve
hidrolik gradyan i (L/L) ile gösterilmek üzere Darcy akım hızı q (L/T) aşağıdaki eşitlikle belirlenir.
Gerçek yeraltısuyu akım hızının belirlenmesi için sistemin etkin gözenekliliğinin de dikkate
alınması gerekecektir.
q  K *i
(1)
Sayısal modeller ile akifer içinde hız dağılımının yüksek hassasiyet ile belirlenebilmesi ilgili eşitlik
parametrelerinin akifer içindeki dağılımı ve büyüklüklerinin gerçekci biçimde belirlenmesi ile
mümkündür. Bu değerler genellikle az sayıdaki gözlemden itibaren, çoğunlukla istatistik modellere
dayalı çeşitli teknikler ile akiferin diğer bölümleri için tahmin edilmektedirler. Sayısal modeller ile
kinematik yaşın belirlenmesinde gereksinilen diğer parametre olan akım çizgisi uzunluğu ise
tanecik izleme (Stamos et.al. 2001) tekniği ile belirlenir. Hidrojeoloji camiasında genel kabul gören
sayısal modellerden MODFLOW (McDonald and Harbaugh, 1996) ile hız dağılımı, MODPATH
(Pollock, 1989) ile de akım çizgisi uzunluğu belirlenerek bir akiferin her noktası için yeraltısuyu
yaşını hesaplamak mümkündür.
168
Herhangi bir sayısal yeraltısuyu akım modelinin başarısı öncelikle akiferin Darcy hızına etkiyen
parametrelerinin güvenilir biçimde tahmin edilmesine bağlıdır ki bu güç ve her zaman ulaşılması
mümkün olmayan bir hedeftir. Diğer yandan, karstik akiferler gibi yeraltısuyu akımının her zaman
ve her yerde laminer olmadığı (ya da aynı noktada bazen laminar bazen türbülanslı olduğu)
durumlarda Darcy eşitliğine dayalı sayısal modellerin kontrollü biçimde kullanılması pratik olarak
mümkün değildir. Dolayısıyla karmaşık yapılı akifer sistemlerinde, sistem yaklaşımına dayanan
modeller akiferdeki ortalama yeraltısuyu yaşının ya da geçiş süresi dağılımının belirlenmesi sayısal
modeller karşısında uygulanabilir ve hızlı alternatif oluşturmaktadır. Aynı akifer sistemlerinde her
iki modelleme yaklaşımının benzer sonuçlar ürettiği gösterilmiştir (Maloszewski and Seiler,1999;
Scanlon,et.al, 2003).
2.7 Sistem Yaklaşımı, Tümsel Modeller ve İzleyici Yaşı:
Doğrusal Sistem Teorisi (Lineer System Theory) kimyasal/nükleer reaktör mühendisliği, tıp,
biyoloji, elektronik gibi çeşitli bilim alanlarında yaygın olarak 1960’lı yıllardan bu yana
kullanılmaktadır. Bu yaklaşımda sistemin tepki fonksiyonu (STF), girdiyi çıkış tepkisine
dönüştüren bir dönüştürücü (transformer) olarak davranmaktadır (Şekil 1). STF genellikle sisteme
su ve izleyici girdisinin zamansal değişiminin temsil eden iki ayrı fonksiyonun birbiri ile örüldüğü
bir integral (convolution integral) formuna sahiptir. İntegrasyon işlemine ayrıca bir ağırlık
fonksiyonu (AF) da eklenmekte, bu yolla farklı yıllardaki izleyici ve su kütlesinin belirli bir yıldaki
su boşalımı üzerindeki ağırlığı (katkısı) kontrol edilebilmektedir. Akifer sistemine özgü AF
bilinmediğinden tümsel modellemede genellikle yaygın olarak kullanılan istatistiksel dağılım
fonksiyonlarından (örğ. Normal dağılım, Gumbel dağılımı) yararlanılmaktadır. Söz konusu
AF’larının zamansal izleyici girdi serisine uygulanması ve AF parametre değerlerinin belirli aralıkta
değiştirilmesi ile istenilen sayıda kuramsal izleyici çıktı serisi oluşturulmaktadır. Kuramsal çıktı
serileri ile akifere ait gözlenen izleyici içeriklerinin karşılaştırılması sonucunda en uygun çakışmayı
sağlayan tümsel modelin örnekleme noktasına ait yeraltısuyu geçiş süresini ürettiği
Şekil 1. Tümsel model yaklaşımı bileşenleri.
Bu yaklaşım ile yeraltısuyu yaşının belirlenmesi için farklı sistem tepki fonksiyonları için çözüm
üreten çeşitli modeller bulunmaktadır. En yaygın olarak kullanılan model FlowPc (Maloszewski,
1996) olarak adlandırılan modeldir. Dengeli akım koşullarında çalışan bu modellin farklı şekillerde
geliştirilmesi ile Tracer (Bayari, 2002), BoxModel ve LUMPED (Ozyurt and Bayari, 2003)
hazırlanmış ve kullanıcılara sunulmuştur. Bu modellerin dışında dengesiz akım koşullarında çözüm
üretebilen LUMPEDUS (Ozyurt and Bayari, 2005) halen bu konuda geliştirilmiş en son yazılımdır.
3. Çevresel İzleyiciler ve Yeraltısuyu Yaşlandırmasında Kullanımı
Yeraltısuyu yaşının belirlenmesinde kullanılan çevresel izleyiciler atmosferde doğal olarak bulunan
ya da antropojenik olarak salınmış izotopik ya da kimyasal bileşiklerdir. İzleyiciler; radyoaktif,
duraylı, gaz, sıvı, katı formda olabilirler. Herhangi bir bileşiğin izleyici olarak kullanılabilmesi için
atmosferik bolluğunun bilinmesi gerekir ve yeraltısuyu ile taşınması sırasında reaksiyona (çözünme,
çökelme, bozunma, tutulma vb) girmemesi istenir, yada girdiği reaksiyonların öngörülebilir olması
beklenir. Hidrojen ve oksijen izotopları suyun yapısında bulundukları için doğrudan su ile birlikte
169
hareket eden en ideal izleyicilerdir. Yeraltısuyunun yaşının, izleyicinin (özellikle antropojenik
kökenli izleyiciler) atmosferde ve dolayısıyla beslenim suyunda gözlenmeye başladığı tarihden daha
yaşlı olması durumunda çevresel izleyiciler kullanılarak yeraltısuyu yaşının belirlenmesi mümkün
değildir. Bu neden ile yeraltısuları uygulanabilir çevresel izleyicerin sıralanması için genç (50-60),
yaşlı (60-50,000) ve çok yaşlı (50,000-100,000) sular olarak gruplandırılmaktadır. Genç, yaşlı ve
çok yaşlı yeraltısuları için kullanılabilecek izleyiciler Kazemi (2006)’dan alınarak Çizelge 1’de
sunulmuştur. Çevresel izleyicilerinin tümünün genel özelliklerinin ve yeraltısuyu yaşının
belirlenmesi için kullanımınlarının anlatıması mümkün olmadığında sadece izleyicilerin üstün
(avantajlı) ve zayıf (dezantajlı) yönleri sıralanmıştır. Çizelge incelendiğinde yeraltısuyu yaşının
belirlenmesi açısından farklı izleyicilerinin farklı üstünlük ve zayıflıklara sahip oldukları. Bu neden
ile araştırılan yeraltısuyu sistemlerinde birden fazla izleyicinin birlikte kullanılması önerilmektedir.
Çok sayıda izleyicinin birlikte kullanılması ile akifer sistemi hakkında üretilen bilgi kontrollü olarak
artmaktadır. Kullanılacak izleyicinin seçiminde dikkat edilemesi geren bir diğer önemli nokta ise
yeraltısuyunu barındıran akiferin hidrojeolojik özellikleri dikkate alınarak olası yaş aralığı için
uygun yöntemin belirlenmesidir. İzleyiciler kullanılarak hesaplanan yeraltısuyu yaşları, izotopik
yaş, radyometrik yaş, yarılanma yaşı olarak adlandırılmaktadır. Bunların yanısıra çeşitli nedenler ile
belirli büyüklükte bir hata içerdiği düşünülen yaşlar “görünür yaş” olarak adlandırılmaktadır. Belirli
izleyicilere dayalı gerçek ya da görünür yaşlar aynı zamanda izleyicinin adıyla da (örğ. CFC model
yaşı) anılmaktadır. Çevresel izleyiciler ile yürütülen yeraltısuyu çalışmalarında çoğu zaman tek
zaman adımında yapılan gözlem sonuca ulaşmak için yetersiz kalmaktadır. Bu neden ile çevresel
izleyici gözlemlerinin akiferin hidrodinamik yapısına bağlı olarak farklı zaman adımlarında
tekrarlanması gerekmektedir. Beslenimin ve boşalımın hızlı olduğu, akifer içindeki depolamanın
göreceli olarak daha sınırlı olduğu akiferlerde yıl içindeki değişimin izlenebilmesi için aylık sıklıkta
gözlem yapılması gerekebilir. Depolama kabiliyeti yüksek ve/veya hidrolik iletkenliği düşük
yeraltısuyu sistemlerinde ise yıllık sıklıktaki gözlemeler yeterli olabilir. Aynı akiferin seçilen
boşalımlarının çevresel izleyiciler açısında uzun yıllara boyunca izlenmesi hem akiferdeki doğal
yeraltısuyu akım mekanizmasının açıklanması hemde zaman içinde yeraltısuyu üretiminden
kaynaklanan değişimlerin takip edilmesi açısında oldukça önemlidir. Yurdumuzda çevresel
izleyicilerinin kullanımı mevcut analitik kabiliyetler ile sınırlıdır.
170
Çizelge 1. Yeraltısuyu yaş tayininde kullanılan çevresel izleyicilerin güçlü ve zayıf yanları.
Avantajları
3H
-
3H/3He
-
4He
-
85Kr
-
CFC
-
SF6
-
36Cl/Cl
-
18O—2H
-
Silikon-32
-
Dezavantajları
Genç yeraltusularında yaş tayini
Yaygın olarak oturmuş bir yöntemdir
- Yöntem kullanım süresinin
Diğer izleyiciler ile birlikle kontrol
sınırındadır (atmosferik bolluk limit
amacıyla kullanılabilir.
değere ulaştığından)
- Beslenim suyu trityum içeriğininin
belirlenmesi güçtür
Başlangış (beslenim) derişiminin
- Örnekleme ve analiz pahalıdır.
belirlenmesi gerekli değildir.
- Analiz yapan laboratuvar sayısı
Yüksek hassasiyetli yeraltısuyu yaşları
azdır.
hesaplanabilir.
- Helyum-3’ün kökenlere göre
Yöntemin kullanım süresi sınırsızdır.
ayrılması güçtür.
Derlenen veriler başka yaş belirleme
- Doygun olmayan zondaki akış elde
yaklaşımları içinde kullanılabilir (3H,
edilen yaşa dahil değildir.
4He)
Diğer yönetemler için destekleyici bir
Uygulanabilirliği
konusunda
yaş belirtecidir.
tartışmalar devem etmektedir.
Analiz sırasında atmosferik olarak
- Örnekleme ve analizi pahalıdır.
kirlenmez
- Teknik alt yapıya sahip laboratuvar
yeraltında kirlenmesi olasılığı zayıftır.
sayısı sınırlıdır.
Yöntemin uzun yıllara boyunca daha
- Uranyumca zengin kayaçlardan
kullanılabilir.
itibaren yeraltında oluşmaktadır.
Analizi basit ve ucuzdur.
- Yöntemin kullanılabilirliği
Tutulma ve bozunmanın omadığı
azalmaktadır (atmosferik bolluğunun
koşullarda sağlıklı sonuçlara üretir.
azalması nedeni ile)
1945 sonrası sulara için iyi bir
- CFCler oksijensiz ortamda
göstergedir.
bozunmaktadır.
- Çok sayıda CFC kirlilik kaynağı
vardır.
- Örnekleme ve analiz süreci
atmosferik kirliliğe açıktır.
Gelecekte kullanımı devam edecektir.
- Kullanımı yaygın değildir
Atmosferik bolluğu iyi bilinmektedir.
- Yerel olarak SF6 üretilen bölgelerde
Dar bir aralık için ancak yüksek
kullanılamaz.
hassasiyetli yaş verisi üretmektedir.
- Yaş aralığı dardır.
- Şehir merkezi ve yakın çevresinde
kullanımı güçtür.
bomba sonrası sular için iyi bir
- yeteri sayıda uygulama literetürde
belirteçtir.
bulunmaktadır.
Yakın gelecekte kullanımının sonlanması - Doğal olarak nitel bir yaklaşımdır
beklenmemektedir.
örnekleme analizi kolaydır, rutin olarak - kalibrasyonu için diğer yöntem ile
uygulanabilir.
belirlenmiş yaş değeri gereklidir.
Diğer yöntemler ile birlikte kullanılabilir. - Çok sayıda veri ve yoğun hesaplama
gerektirir.
Yaşlı yeraltısularının yaşlandırılması
yaş boşluğu (age gap) olarak adlandırılan - karmaşık bir jeokimyası vardır
60-200 yıl aralığını kapsamaktadır.
- Dünya genelinde analiz kabiliyetine
Diğer izleyiciler için kontrol aracı olarak
sahip laboratuvar sayısı sınırlıdır.
kullanılabilir.
- Doygun olmayan bölgedeki akış
Atmosferik bolluğu oldukça iyi
sırasında kayıp büyüktür
bilinmektedir.
- Yöntem artık pek
kullanılmamaktadır.
171
Argon-39
-
Carbon-14
-
18O- 2H
Asal ve aktif elementler
-
Kripton-81
-
Klorür-36
-
Helyum-4
-
Argon-40
-
129I
Uranyum
serisi
-
yaş boşluğu olarak adlandırılan 60-200
yıl aralığını kapsamaktadır.
Başlangıç derğeri oldukça iyi
bilinmektedir.
Magmatik kayaçlar dışında yeraltındaki
üretimi sınırlıdır.
85Kr ve 222Rn’un yeraltındaki
üretimleri hakkında bilgi verir
yöntem iyi bilinmektedir ve
kanıtlanmıştır
analiz kabiliyetine sahip çok sayıda
laboratuvar vardır.
Yaş aralığı oldukça geniştir.
Yaşlı yeraltısularının yaşlandırılması için
en iyi bilinen yöntemdir.
-
örnekleme ve analizi güçtür.
Büyük hacimde örnek gerektirir.
Analiz yapılabilen laboratuvar sayısı
sınırlıdır.
Yeraltında magmatik kayaçlarda
üretilmesi
Başlangıç değerinin belirlenmesi
güçtür
- Jeokimyasal değerlendirme oldukça
karmaşıktır
- Yöntem doğal olarak yarıkantıtatiftir
- Farklı hesaplama modelleri ile
hesaplanan yaşlar arasında büyük
farklılıklara gözlenebilmektedir.
Analizler yaygın olarak yapılmaktadır
- az bilinmektedir.
Geniş yaş aralığını kapsamaktadır.
- Kaba ve yarı kantitatif yaş verileri
Diğer yaşlandırma yöntemlerinin
üretmektedir
kontrolü için kullanılabilmektedir
- Özel koşularada kullanılabilmektedir
Veriler başka amaçlara içinde
- Çok sayıda veriye ihtiyaç
kullanılabilir.
duyulmaktadır
Çok yaşlı yeraltısularının yaşlandırılması
Yeraltında doğal ve antropojenik kaynağı - analiz yapabilen laboratuvar sayısı
yoktur
azdır
Yeraldığı jeokimyasla reaksiyonlar
- yöntemin ayrıntıları henüz ayrıntılı
sınırlıdır.
olarak sunulmamıştır.
Çok yaşlı yeraltısularının kantitatif
olarak yaşlandırılabildiği tek yöntemdir.
Göreceli olarak analiz yapan çok sayıda - yeraltında 36Cl kaynakları vardır.
laboratuvar bulunmaktadır.
- Giriş/beslenim değeri problemi
İyi bilinen uygulamaları vardır.
vardır.
Veriler başka bilimsel çalışmalarda da
- Yöntem tuzlu su sistemlerinde
kullanılabilir.
kullanılamaz.
yöntem çok sayıda akiferde ve petrol
- 4He birikiminin hesaplanması
kuyu bölgelerinde uygulanmıştır.
oldukça güçtür.
Bin-milyon yıl aralığında geniş yaş
- 4H’ün çok sayıda kaynağı vardır.
aralığında uygulanabilir.
- Uzun ve özen gerektiren örnek
Yaş bilgisi dışında farklı bilimsel
hazırlama prosedürü vardır.
problemler içinde kullnılabilir.
4He yöntemi için tamamlayıcıdır.
- yaygın olarak kullanılmakatdır ve
40Ar verileri 4He yönteminde
henüz güvenilirliği onaylanmamıştır.
kullanılabilir.
- yeraltındaki kaynaklarının
büyüklüklerinin belirlenmesi oldukça
güçtür.
Tamamlayıcı bir yöntemdir.
- eski bir yöntem olarak
Üretilen veriler yaşandırma dışında da
düşünülmekle birlikte analitik
kullanılabilir
kabilyetlerin artması ile tekrar
canlanmaktadır.
172
-
4. Yeraltısuyu Yaş Bilgisi ile Çözüm Üretilen Hidrojeolojik Problemler:
Yeraltısuyu yaş bilgisi ile çözüm üretilen hidrojeolojik problemlerin genel bir listesi Kazemi (2006)
tarafından uluslararası hidrojeoloji literatürü taranarak derlenmiş ve uygulama konularına göre
listelenmiştir (Çizelge 2).
Çizelge 2. Yeraltısuyu yaş bilgisi kullanılarak çözüm üretilen problemler (Kazemi et al., 2006)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Yeraltısuyu kaynaklarının yenilenebilirliği
Bilim adamları ile yöneticiler arasında etkili bir iletişim aracıdır
Aşırı çekim ve kirliliği önlemek için sürekli yeraltısuyu yaş gözlemi yapılması
Beslenim hızı tahmini
Yeraltısuyu akım hızı hesaplaması
Yeraltısuyu akım yollarının belirlenmesi
Akitardlarda yeraltısuyu ve kirletici taşınım hızının belirlenmesi
Yeraltısuyu akım ve taşınım model parametrelerinin hesaplanması
Farklı uç bileşenlerden karışımın belirlenmesi
Holosen iklimi çalışmaları
Yeraltısuyu kirliliğinin değerlendirilmesi/evrimi
Yeraltısuyu cephesinin ilgilenilen noktaya olan varış süresinin hesaplanması
Sığ akiferlerde kirlenebilirlik haritalarının oluşturulması
Radyoaktif atık depolamasına uygun sahaları seçimi
Deniz suyu seviye değişimlerinin belirlenmesi
Deniz suyu girişimi için süre öngörüsünde bulunmak
Derin-tuzlu yeraltısuyu sistemlerinin atık imha deposu olarak kullanımı
Kurak alanların tuzlanma açısından yönetimi
Hidrograf ayrımı
5. Türkiye’de Yeraltısuyu Yaş Belirleme Çalışmaları: Uygulamadan örnekler
5.1 Karstik Akiferlerde Gerçekleştirilen Uygulamalar
Yurdumuzda önemli yeraltısuyu rezervuarları oluşturan karstik akiferler uzun yıllardır
araştırmacılar tarafından yoğun olarak incelenmektedir. Bu çalışmalardan bir tanesinde AntalyaKırkgöz kaynağında ortalama yeraltısuyu geçiş süresinin belirlenmesi amaçlanmıştır (Özyurt,
2008). Akifere ait uzun yıllar boyunca gözlenen 3H izotop verilerinin tümsel modelleme yaklaşımı
ile değerlendirilmesi sonucunda kaynaktan boşalan yeraltısuyunun kabaca 100 yıl dolayında geçiş
süresine sahip olduğu belirlenmiştir (Şekli 2). Söz konusu çalışmada 3H modellemesi ile
hesaplanan ortalama geçiş süresi değeri bağımsız bir diğer teknik olan 3H/3He* yaklaşımı ile de
doğrulanmıştır. Karstik bir akiferde belirlenen bu tür büyük bir yeraltısuyu yaşı akiferin güncel
kirletici girişinden hemen etkilenmeyeceğini göstermektedir. Buna karşın, olası bir kirlenmenin
tehdit edici sınırlara ulaşması durumunda, akifere olan kirletici girişi kesilse bile akiferdeki mevcut
kirliliğin doğal beslenim süreçleri ile giderilmesi uzun yıllar alacaktır.
Şekil 2 Antalya Kırkgöz kaynağı 3H model sonuç grafiği.
173
Aladağ karstik akifer sistemi de (Kayseri-Adana) uzun yıllaradır çeşitli çevresel izleyiciler
kullanılarak araştırılan bölgelerden birisi olup, sistemin boşalımlarında 1980’li yıllardan başlayarak
3H, 18O, 2H gözlemleri yapılmaktadır (Özyurt, 2005). Bölgedeki kaynaklarda 1990’lı yılların
sonlarında CFC gazları, 3H/3He* ve 4He gözlemleri de yapılmıştır. Ayrıca, karstik akiferin
doğasından kaynaklanan hızlı akım bileşenlerinin varlığı nedeni ile kaynaklar bir yıl süresince aylık
sıklıkta çevresel izleyiciler açısından gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar akiferin farklı boşalım
noktalarının yılın dönemlerine bağlı olarak değişen beslenim-boşalım mekanizmalarına sahip
olduğunu göstermiştir. Aladağ karstik akiferinden boşalan kaynaklar için 3H, 3He* ve CFC gibi
farklı izleyiciler kullanılarak hesaplanan ortalama yeraltısuyu yaşı 20 yıl dolayındadır. Şekil 3’te
2000 yılına ait söz konusu ortalama yaş değeri üzerinde geçmiş yıllara ait beslenimlerin ağırlığı
bağıl olarak gösterilmektedir. Grafikten, gözlenen boşalımın % 80’ine yakın bölümünün son 5-6
yıllık döneme ait beslenimden oluştuğu anlaşılmaktadır.
Şekil 3 Aladağ karstik akifer sistemi boşalımında farklı yıllardaki beslenimlerin ağırlıkları.
5.2 Yaşlı yeraltısuyu akım sistemlerinin araştırılması
Orta Anadolu’da yeralan Konya Kapalı Havzası’nda mevcut tatlısu akiferi ağırlıklı olarak Neojen
yaşlı karstik karbonatlı kayalardan oluşmaktadır. Akifer sisteminde yaş dağılımı Toros Dağlarından
Tuz Gölü’ne doğru olan bölgesel yeraltısuyu akım yolu boyunca farklı konumlardaki kuyulardan
elde edilen 14C, 3H, 18O/2H gözlemleri ile incelenmiştir (Bayari et al., 2005). Çalışma sonuçlarına
göre yeraltısuyunun yaşı, ana beslenme alanı olan Torosların eteğinde güncel değerlerden ana
boşalım alanı olan Tuz Gölü dolayında 40,000 yıl dolayına değin artmaktadır. Ayrıca, akım yolu
boyunca yaş artışının beslenme alanından uzaklıkla doğrusal bir değişim gösterdiği belirlenmiştir.
Günümüzde kontrolsüz biçimde tüketilmekte olan yeraltısuyunun güncel beslenimle ilgisi olmayan
bir “paleowater” olduğu anlaşılmaktadır.
5.3 Yeraltısuyu tüketiminin akifer üzerindeki etkisi
Konya Havzası gibi yoğun tarımsal faaliyete bağlı olarak yeraltısuyu tüketiminin yoğun olduğu
Niğde Misli Ovası’nda yeraltısuyunun trityum içeriği geçmişte farklı dönemlerde incelenmiştir.
Uzun süreli 3H gözlemlerinin değerlendirilmesi sonucunda yoğun yeraltısuyu çekiminin akiferdeki
trityum dağılımını belirgin biçimde değiştirdiği anlaşılmıştır (Özbilge, 2008). Misli Ovasında 1971
yılında gözlenen en yüksek 3H içeriği 250TU iken 2007 yılında bu değer yaklaşık 10TU’ya kadar
düşmüştür. Ölçülen maksimum 3H içeriğinin zaman içindeki azalışı atmosferik 3H bolluğundaki
azalışı izlemektedir. Şekil 4’de 3H içeriğinin özellikle düşük 3H değerlerinin dağılımının yer
değiştirmesi havza içindeki yoğun sulama için aşırı çekimden kaynaklanmaktadır.
174
Şekil 4 Misli Ovası yeraltısuyu 3H içeriğinin değişimi (1971-2007).
6. Sonuçlar ve Öneriler
Yeraltısuyu yaşı, akifere ait bir çok bilgiyi içinde barındıran önemli bir özelliktir. Bir akifer
sitemine ait ortalama yeraltısuyu yaş değerinin ve bu değer üzerinde geçmişteki farklı yılların hangi
ağırlığa sahip olduğunun bilinmesi pek çok hidrojeolojik problemin aydınlatılmasını
kolaylaştırmaktadır. Örneğin, yaşlı su içeren bir akiferin yoğun tüketimi, tüketilen suyun kolaylıkla
doğal yollardan yerine konamayacağını gösterir. Benzer biçimde, genç su içeren bir akifer ise
yüzeysel kökenli kirlenmeden daha hızlı ve daha büyük oranda etkilenecektir. Yeraltısuyu yaş
parametresinin hidrojeolojide geniş bir kullanım alanı bulunmakla birlikte, ülkemizde yeraltısuyu
yaşının belirlenmesine dönük çalışmaların sayısı olması gerekenden azdır. Bu durum olasılıkla
yeraltısuyu yaşı kavramının tam olarak anlaşılmamasından ve bu parametre ile hidrojeolojik
sorunların nasıl aydınlatılacağının tam olarak bilinmemesinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle,
konuyla ilgili bilgi birikiminin eğitim programlarımız içinde hızla toplumumuza aktarılmasının
faydalı olacağı düşünülmektedir.
Referanslar
Bayarı, C.S., 2002, TRACER: An EXCEL workbook to calculate mean residence time in
groundwater by use of tracers CFC-11, CFC-12 and tritium. Computer & Geosciences 28 (5), 621630.
Bayari, S., Ozyurt, N.N., Hatipoglu, Z. and Kilani, S., “Groundwater age: a vital information in
protecting the groundwater dependent ecosystem”, Groundwater And Ecosystems, NATOAdvanced Research Workshop, Çanakkale Onsekiz Mart University, 5-7 September 2005, NATO
Science Series, Earth and Environmental Sciences vol. 70, 33-46, 2005.
Cook, P.G., Favreau, G., Dighton, J.C., anad Tickell, S., 2003, Determining natural groundwater
influx to a tropical river using radon, chlorofluorocarbons and ionic environmental tracers, Jornal of
hydrology, 277:74-88.
Goode, D.J., 1998, Ground-Water Age And Atmospheric Tracers: Simulation Studies and Analysis
Of Field Data From The Mirror Lake Site, New Hampshire, Princeton University, Department Of
Civil Engineering And Operations Research Program In Environmental Engineering And Water
Resources, PhD. Thesis, 193 p.
Katz, B.G., 2004, Sources of nitrate contamination and age of water in large karstic springs of
Florida, Environmental Geology, 46:689-706.
Kazemi, G.A., Jay, H.L, and Perrochet, P., 2006, Groundwater Age, Wiley, USA, 325p.
Maloszewski, P., 1996. LP models for the interpretation of environmental tracer data. In: Manual
On Mathematical Models In Isotope Hydrology, IAEA-TECDOC-910. Vienna, Austria, pp.9-58.
175
Maloszewski, P. and Seiler, K.P., 1999, Modelling of flow dynamics in layered groundwater
systems-Comparative evaluation of black box and numerical approaches, Isotope Techniques in
Water Resources Development and Management, IAEA, Vienna, 10-14 May 1999.
Manning A.H., Solomon, d.K., Thirosl, S.A., 2005, 3h/3He age data in assesing the susceptibility of
wells to contamination, Ground Water, 43: 353-367.
McDonald, M.G., Harbaugh, A.W., 1996. A modular three-dimensional finite-difference groundwater flow model. U.S. Geological Survey Open-File Report, Washington.
Nir, A., 1986. Role of tracer methods in hydrology as a source of physical information. Basic
concepts and definitions. Time relationship in dynamic systems. International Atomic Energy
Agency (IAEA)-TECDOC-381. Vienna, Austria, pp.7-44.
Plummer, L.N., and Sprinkle, C.L., 2001, Radiocarbon dating of dissolved inorganic carbon in
groundwater from confned parts of the Upper Floridan aquifer, Florida, USA, Hydrogeology
Journal, 9: 127-150.
Pollock, D.W., 1989, Documentation of computer programs to compute and display pathlines using
results from the US Geological Survey modular three-dimensional finite-difference ground-water
flow model, US Geological Survey Open-File Report 89-381.
Scanlon, B.R., Mace, R.E., Barrett, M.E., Smith, B., 2003, Can we simulate regional groundwater
flow in a karst system using equivalent porous media models? Case study, Barton Springs Edwards
aquifer, USA, Journal of Hydrology, 276, 137-158.
Stamos, C.L., Martin, P., Nishikawa, T. and Cox, B.F., 2001, Simulation of ground-water flow in
the Mojave River basin, CaliforniaUSGS Wat.-Resour. Invest. Rep. 01-4002 129 p
Özbilge T., 2008, Misli Ovası (Niğde) Yeraltısuyunun Hidrojeokimyasal Ve Çevresel İzotopik
Bileşiminin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Ankara, 92 s.
Özyurt N.N., 2008, Residence time distribution in the Kirkgoz karst springs (Antalya- Turkey) as a
tool for contamination vulnerability assessment” Environmental Geology, 53 (7), 1571-1583
Özyurt N.N., 2005, Aladağ (Kayseri-adana) Karstik Akiferinde Yeraltısuyu Geçiş Zamanı
Dağılımının İncelenmesi, Doktora Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Ankara, 274
s.
Özyurt, N.N. and Bayarı, C.S., 2005. LUMPED UNSTEADY: a Visual Basic® code of unsteadystate lumped-parameter models for mean residence time analyses of groundwater systems,
Computers & Geosciences, 31(3), 329-341.
Özyurt, N.N. and Bayarı, C.S., 2003. LUMPED: A Visual Basic code of LP models for mean
residence time analysis in groundwater systems, Computers & Geosciences 29(1), 79-90.
176
YERALTISUYUNDA RADYOKARBON YAŞ TAYİNİ
1
C. Serdar BAYARI1, N. Nur ÖZYURT1
Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Müh. Böl., Hidrojeoloji Müh. ABD Beytepe 06532 Ankara
ÖZ
Günümüzden pratik olarak 50.000 bin yıl öncesine değin beslenmiş yeraltısularında yaş tayini
amacıyla kullanılabilecek başlıca araç radyokarbon tekniğidir. Bununla birlikte, ölçülen
radyokarbon aktivite değerinin mutlak yaş değerlerine dönüştürülmesi, çok sayıda fiziksel, kimyasal
ve izotopik parametrenin yerinde ve/veya laboratuvarda ölçülmesini ve uygun jeokimyasal modeller
aracılığı ile değerlendirilmesini gerektirmektedir. Bu çalışmada, örnekleme aşamasından
“radyokarbon model yaşlarının” hesaplanmasına kadar uzanan bu karmaşık sürecin ayrıntıları
uygulama açısından kritik parametre ve değişkenler dikkate alınarak açıklanmıştır. Çalışmada
Konya Kapalı Havzasında gerçekleştirilen bir uygulamaya ilişkin bir örnek de verilmektedir.
Anahtar sözcükler: yeraltısuyu, yaş, radyokarbon, jeokimyasal model
RADIOCARBON AGE-DATING OF GROUNDWATER
ABSTRACT
Radiocarbon technique is the most common tool for age-dating groundwaters that have been fed
during the last 50,000 years. However, conversion of measured radiocarbon activities to
groundwater ages requires in-situ and laboratory measurement of numerous physical, chemical and
isotopic data and their evaluation by means of complicated geochemical models. Based on critical
parameters and variables, details of this complicated process, starting from sampling and
terminating with the calculation of “radiocarbon model ages” is presented in this study. A
radiocarbon age-dating application carried out in the Konya Closed Basin is also presented briefly.
Keywords: groundwater, age, radiocarbon, geochemical model
1. GİRİŞ
Yeraltısuyu yaşı pek çok hidrojeolojik araştırmada, akım sisteminin tanınması açısından önemli
ipuçları sunan kritik bir parametredir. Yeraltısuyunun yaşı doğrudan ve dolaylı teknikler ile
belirlenebilmektedir. Doğrudan yaş belirleme tekniği örneklenen yeraltısuyunun akım hızının (V)
ve -beslenim alanı ile örnekleme noktası arasında- takip ettiği yolun (akım çizgisi) uzunluğunun (L)
belirlenmesine dayanır. Katedilen yol uzunluğunun belirlenen hıza olan oranı (L/V = T) suyun
beslenim ve örnekleme anları arasında geçen süreyi, yani yeraltısuyunun yaşını verir. Darcy
yasasına dayalı bu yaklaşım sonucu belirlenen yaş Darcy ya da kinematik yeraltısuyu yaşı olarak
adlandırılır. Basit bir kuramsal temele dayanmakla birlikte bu yaklaşımın başarılı biçimde
uygulanması yeraltısuyu hızının akım yolu boyunca aldığı ortalama değer ile yeraltısuyunun
izlediği ortalama yol uzunluğunun kesin bir biçimde bilinmesine bağlıdır. Bu amaçla
kullanılabilecek en uygun araç sayısal yeraltısuyu akım modeli olmakla birlikte, bir akifer
sisteminde yeraltısuyu hız ve yön dağılımının yer ve zaman içindeki değişiminin kesin bir biçimde
belirlenmesi doğru girdi değerlerine gereksinim duyar. Bu kapsamda, akifer sisteminin güvenilir bir
kavramsal modeli temelinde sınır koşullarının, hidrolik yük dağılımının, hidrolik iletkenlik
katsayısının ve etkin gözenekliliğin -yeraltısuyu yaşına bağlı zaman ölçeğinde- yer ve/veya zaman
içindeki değişiminin bilinmesi gereklidir. Söz konusu parametre ve değişkenlerin akım sistemi
içindeki dağılımının hassas biçimde belirlenmesi –bağıl olarak basit yapılı akiferler dışındagenellikle mümkün olmadığından, kinematik yaş belirleme tekniğinin -özellikle yeraltısuyu yaşının
büyük olduğu ve zamanla farklı beslenme/boşalım rejimleri etkisi altında kalmış- akifer
sistemlerinde uygulanabilirliği oldukça sınırlıdır.
177
Yeraltısuyu yaşının dolaylı olarak belirlenmesi yaklaşımı su ile birlikte hareket ettiği varsayılan
izleyicilerin kullanımına dayanmaktadır. Akiferdeki suyun beklenen yaş aralığına bağlı olarak
izleyiciler tek başlarına ya da birlikte kullanılabilmektedir. Çevresel ya da yerel izleyicilerin
güvenilir bir akım modeline dayanan taşınım modeller içinde kullanılması yoluyla da yeraltısuyu
yaşının belirlenmesi mümkündür. Buna karşın, akım ve taşınım modellerinin oluşturulmasındaki
güçlükler nedeniyle çevresel ya da yerel izleyicilere dayalı yaş belirleme çalışmalarında –akım ve
taşınım süreçlerinin tek bir eşitlik ile ifade edildiği- tümsel modellerden de daha geniş biçimde
yararlanılmaktadır. Uygulanan teknik ne olursa olsun, izleyicilere dayalı dolaylı yaş belirleme
çalışmalarındaki önemli güçlüklerden birisi de izleyici derişiminin akifer içindeki taşınımı sırasında
değişimine neden olan tutulma ve bozunma gibi süreçlerin güvenilir olarak tanımlanamayışıdır.
Diğer yandan, kullanılan izleyicinin yeraltısuyunun beklenen yaş büyüklüğünce belirlenen zaman
ölçeğinde kullanılabilirliği de önemli bir kısıtlayıcı etkendir. Trityum, oksijen-18/döteryum gibi
izotopik ya da atmosferik CFC, SF6 gazları gibi kimyasal izleyiciler ancak ortalama yeraltısuyu yaş
değerinin 50-100 yıl arasında değiştiği akım sistemlerinde kullanılabilmektedir. Ortalama yaşın,
binlerce yıl dolayınca olduğu büyük ve/veya düşük akım hızlı sistemlerde kullanılan başlıca
çevresel izleyici ise radyokarbondur. Bu izotop ile arkeolojik örneklerde 70,000 yıla, hidrojeolojik
uygulamalarda ise –ilgili parmetrelerdeki belirsizliklerden dolayı- 50,000 yıla ulaşan yaş
değerlerinin belirlenmesi mümkündür.
Yeraltısuyunun radyokarbon yaş tayini radyokarbon akitivitesine etkiyen tüm faktörlerin doğru bir
biçimde belirlenmesini ve tanımlanmasını gerektiren oldukça karmaşık bir süreçtir. Bu çalışmada,
söz konusu sürecin örneklemeden başlayıp, hidrojeokimyasal modellemeye uzanan tüm aşamalarına
ilişkin uygulamalar sunulmaktadir.
2. RADYOKARBON YAŞ TAYİNİ, İLKE VE VARSAYIMLAR
Radyokarbon (14C, 6p, 8n; p: proton, n: nötron) karbon elementinin 14 kütle numaralı izotopudur.
Zayıf enerjili beta (negatron) ışıması ile azot-14 (14N, 7p+7n) izotopuna bozunan bu izotopun
günümüzde kabul gören yarılanma ömrü (Cambridge half-life, T1/2) 5730 (+/- 40) yıldır.
Radyokarbon yaş tayin uygulamasının başladığı 1950’li yıllarda saptanan yarılanma ömrü ise
(Libby half-life) 5568 (+/-30) yıl) olup, günümüzde kullanılmamaktadır. Radyokarbon izotopunun
başlıca kaynağı 14N’ün stratosferde kozmik nötronlarca bombardımanı sonucu oluşan 14C’ü içeren
atmosferik CO2 (karbon dioksit) gazıdır. Atmosferik CO2, C elementinin tüm izotoplarını (başlıca
12
C, 13C ve 14C) içerir ve fotosentez süreci ile (kabaca: CO2_atmosferik + ışık enerjisi > karbonhidrat)
bitkilerin yapısına taşınır. Yaşam süresince karbon izotoplarının bitki bünyesindeki bolluk dağılımı
ile atmosferik CO2 içindeki bolluk dağılımı arasında sabit bir denge durumu (secular equilibrium)
söz konusudur. Radyokarbonun atmosferik CO2 içindeki bolluğu 1950 yılı itibariyle %100 (100
pmc, percent modern carbon) olarak tanımlanmış olup, bu değer jeolojik geçmişte dikkate değer
salınımlar (örğ. 130 pmc dolayına artış) göstermiştir.
Bitki bünyesinde içerilen 14CO2’in bir bölümü kök terlemesi (respiration) yoluyla toprak zonu
atmosferine geçmekte buradan da hidroliz yoluyla karbonik aside dönüşerek yeraltısuyu beslenim
sürecinde akifere taşınmaktadır. Bitki örtüsü içermeyen ortamlarda da beslenim zonundaki
atmosferik kökenli 14CO2 yeraltısuyu beslenimi ile akifere taşınmaktadır.
14
CO2 + H2O <-> H214CO3
(1)
Gerek bitki kök terlemesi ve gerekse atmosferik gazların toprak zonuna difüzyonu (ya da bunların
karışımı) ile oluşan beslenim zonu atmosferindeki CO2 gazının hidrolizi ile oluşan karbonik asidin
14
C aktivitesi (A0) 100 pmc’dir. Beslenim suyunun toprak zonu atmsoferinden uzaklaşması ile
birlikte 14CO2 kaynağı kesildiğinden, su tarafından içerilen 14CO2 radyoaktif bozunma ile azalmaya
başlar. Bu azalma, birinci dereceden reaksiyon kinetiği ile ifade edilen radyoaktif bozunma yasasına
uyar ve başlangıçtan (t = 0) belirli bir süre sonra (t = T) suda bulunan 14C içeriği (AT),
178
At  A0 exp (  LT )
L  Ln (2) / T1 / 2
eşitlikleri ile belirlenir.
(2)
(3)
Beslenim zonundaki 14C (A0) ve sudaki 14C (AT) değerlerinin bilinmesi durumunda yukarıdaki
eşitliğin aşağıdaki biçimi kullanılarak aktivitenin A0’dan AT değerine azalması için geçmesi
gereken zaman (T, yaş) belirlenir.
 AT 
Ln 

A0 

(4)
T
L
Genellikle arkeolojik örneklere uygulanan Eşitlik 4 ile belirlenen yaş atmosferik 14CO2 içeriğinde
geçmişte oluşan salınımların etkisini içermez. Belirlenen yaş değerinin bu etkiyi dikkate alan
biçimde düzeltilmesi durumunda elde edilen yaşa “kalibre edilmiş radyokarbon yaşı, calibrated 14C
age” denilmektedir.
Hidrojeolojik uygulamalarda genellikle söz konusu değerin 100 pmc dolayında sabit kaldığı
varsayılır ve akım sistemine ait diğer fiziksel ve kimyasal süreçlerdeki belirsizliklerin etkisi dikkate
alındığında, anılan değerdeki salınımların yeraltısuyu radyokarbon yaşları üzerindeki etkisi
önemsizdir.
Eşitlik 4’te kullanılan AT değeri üzerinde akifer içindeki diğer fiziksel ve kimyasal süreçlerin
etkiinden dolayı yeraltısuyu radyokarbon yaş tayini uygulamaları yukarıda belirtilenden çok daha
karmaşıktır. Yeraltısuyu radyokarbon yaşının gerçekci bir biçimde belirlenebilmesi için AT
değerinin, değere etkiyen tüm süreçler açısından düzeltilmesi gerekir. Söz konusu düzeltmeye
ilişkin ayrıntılar aşağıda sunulmuştur.
3. RADYOKARBONUN YERALTISUYUNDAKİ EVRİMİ
Yeraltısuyunun radyokarbon yaşının belirlenmesi konusunda başarılı bir uygulama yapabilmek için
öncelikle suyun bünyesinde değişik türler halinde taşınan karbon elementinin beslenme anından
itibaren akifer içinde geçirdiği evrimin iyi bilinmesi gerekmektedir. Bu çalışmada ele alınan şekli
ile yeraltısuyu radyokarbon yaş tayini karbon elementini içeren inorganik türlerin akım yolu
boyunca evrimini dikkate almaktadır. Bu kapsamda yeraltısuyuna inorganik karbon sağlayan
başlıca süreçler doymamış zon atmosferindeki CO2 ve kayaçlardan türeyen C elementidir. Yukarıda
da belirtildiği gibi doymamış zon atmosferindeki CO2 bitki kök terlemesi ve/veya atmosferden
beslenme zonuna difüze olan CO2’i içermektedir. Kayaçlardan türeyen C elementinin başlıca
kaynağını ise kayaç oluşturan birincil karbonat mineralleri, kayaçların kırık ve çatlaklarında kayaç
oluşumunu takip eden süreçler sonrasında çökelen ikincil karbonat mineralleri (örğ. kalsit, CaCO3)
ve magmatik/metamorfik kökenli (yani, jeojenik) CO2 gazı ile biyojenik ve termojenik kökenli
metan (CH4) gazı oluşturmaktadır. Birincil karbonat mineralleri karbonatlı kayaç (örğ. kireçtaşı,
dolomit) akiferlerinde yaygın olarak gözlenmekte, buna karşın ikincil karbonat mineralleri (örğ.
kalsit) akla gelen her tür kayaç tipini içeren akiferlerde kırık ve çatlaklar boyunca
bulunabilmektedir. Jeojenik CO2 volkanik ve tektonik aktif bölgelerde, biyojenik CH4 gömülü
organik maddenin çürüdüğü eski ve sığ bataklık ortamı kayaçlarında, termojenik CH4 ise genellikle
hidrokarbon içeren derine gömülü ve jeotermal gradyanın geçmişte ya da günümüzde yüksek
olduğu kayaç ortamlarında bulunmaktadırlar.
Son birkaç yüzbin yıl içinde oluşan ikincil karbonat mineralleri dışında kayaç oluşturan karbonat
mineralleri –kayaç oluşumundan sonra geçen uzun zaman içinde- içerdikleri ilksel 14C izotopunun
tamamını radyoaktif bozunma sonucu kaybetmiş durumdadırlar. Dolayısıyla beslenim suyunun
içerdiği karbonik asit tarafından karbonatlı mineralin çözünmesi sonucu kayaçtan yeraltısuyuna
geçen C elementi 14C izotopu içermez. Bu yolla yeraltısuyuna geçen C elementi 14C içermeyen
179
anlamında “ölü karbon” olarak adlandırılır. Benzer biçimde, jeojenik CO2 ve termojenik CH4’dan
yeraltısuyuna geçen C elementi de “ölü karbon” niteliğindedir. Yakın jeolojik geçmişte akifer
ortamına gömülen organik maddenin indirgenmesi ile oluşan biyojenik CH4 ise gömülme
zamanından itibaren geçen sürenin uzunluğuna bağlı olarak yeraltısuyuna 14C sağlar ya da
sağlamaz. Tüm bu kaynaklardan sağlanan C elementi yeraltısuyunda ortamın kimyasal denge
koşullarına bağlı olarak çözünmüş karbon dioksit (CO2), karbonik asit (H2CO3), bikarbonat (HCO3-)
ya da karbonat (CO3=) türlerine dağılmış olarak bulunur. Bu kimyasal türlerce içerilen C
elementinin toplamı Toplam Çözünmüş İnorganik Karbon (TÇİK) olarak adlandırılır.
Basit bir yaklaşımla, doygun zonun üst bölümlerindeki “güncel” yeraltısuyunun radyokarbon
aktivitesi 50 pmc dolayına iner. Bu durumun nedeni, beslenim suyunun içerdiği 100 pmc
dolayındaki 14C içerikli CO2 gazınca oluşturulan karbonik asitin “ölü karbon” içeren mineralleri
çözmesidir. Sonuçta yeraltısuyunca içerilen C elementinin kabaca yarısı yüzeysel (atmosfer ve kök
zonu) diğer yarısı ise “ölü karbon” içeren mineral kökenli olmaktadır. Bu durum ilksel olarak 100
pmc dolayındaki ilksel radyokarbon aktivitesinin 50 pmc düzeyine inmesine neden olur. Söz
konusu jeokimyasal sürecin dikkate alınmaması durumunda, bir kaç yıl/on yıl içinde akifere katılan
suyun radyokarbon yaşı Eşitlik 4’ün kullanımı ile 5730 yıl olarak belirlenecektir.
Diğer yandan, akım yolu boyunca yeraltısuyuna beslenme zonu dışındaki kaynaklardan katılan (örğ.
jeojenik, biyojenik ya da termojenik) CO2 ve CH4 girdisi de 14C içermediğinden bu gibi katkılar
TÇİK’in 14C içeriğinde ayrıca seyrelmeye neden olurlar. Yukarıdaki örnekte olduğu gibi bu gibi
“seyreltici” kaynak ve batak (source and sink) süreçlerinin dikkate alınmaması, hesaplanan
radyokarbon yaşlarının gerçektekinden daha büyük olmasına neden olurlar.
Seyrelme yoluyla yeraltısuyu radyokarbon aktivitesinin azalmasına neden olan bir diğer süreç de
yeraltısuyu ile karbonatlı akifer mineralleri arasındaki izotopik değişimdir (isotopic exchange).
Radyokarbon yaşları üzerinde bu etkinin düzeltilmesi oldukça güçtür. Termodinamiğin ikinci yasası
uyarınca tüm sistemler kendi içlerindeki enerji düzeyi farklılıklarını ortadan kaldıracak biçimde
davranırlar. Örneğin, yeraltısuyu yüksek potansiyel enerji düzeyinden alçak potansiyel enerji
düzeyine doğru hareket eder; amaç enerji düzeyi farklılığının ortadan kaldırılmasıdır. Benzer
biçimde, farklı C izotop içeriklerine sahip TÇİK ile C içeren akifer mineralleri de bu farklılığı
ortadan kaldırmak üzere aralarında C izotoplarını değiştirme (takas etme) eğilimindedirler (isotope
exchange). İzotopik takas işlemi oldukça yavaş bir süreç olmakla birlikte radyokarbon yaş tayinine
konu olan uzun zaman ölçeğinde dikkate değer boyutlara ulaşabilir. TÇİK ve karbonatlı mineral
arasındaki izotopik takas, TÇİK 14C içeriğinde seyrelmeye neden olacağından yeraltısuyu
radyokarbon yaşı gerçektekinden daha büyük olacaktır. Günümüzdeki bilimsel bilgi birikimi
izotopik takas etkisinin güvenilir biçimde dikkate alınmasını sağlayacak düzeyde değildir.
Yukarıda belirtilen süreçlerin hemen tamamı radyokarbon yaş tayinine konu akifer sistemlerinde az
ya da çok etkilidir. Tüm bu etkilerin dikkate alınması ve radyokarbon içeriğinde bu süreçlere bağlı
düzeltmelerin yapılması oldukça karmaşık ve yoğun hesaplamalar gerektirir. Bu hesaplamaların elle
gerçekleştirilmesindeki zorluktan dolayı genellikle NETPATH (Plummer et al., 1991) ve
PHREEQC (Parkhurst and Appelo, 1999) gibi jeokimyasal modelleme araçlarından yararlanılır. Bu
yazılımlardan NETPATH “geriye doğru”, PHREEQC ise “ileriye doğru” modelleme tekniklerini
kullanmaktadır. Bu kapsamda, NETPATH akım yolu üzerindeki akışyukarı ve akışaşağı konumlu
iki ayrı su noktasına ait fiziksel, kimyasal ve izotopik verileri kullanarak, bu noktalar arasında
kimyasal ve izotopik evrime ait olası reaksiyon senaryolarını oluşturur. Uygulayıcı, bu senaryolar
arasından “en uygun” olanını akifer mineralojisi ve kavramsal hidrojeolojik model yapısını da
dikkate alarak, kuramsal bilgi birikimi temelinde seçer. Seçilen senaryo tarafından üretilmiş olan
yeraltısuyu radyokarbon yaşı, yaş değerine etkiyen tüm süreçlerin etkilerinin dikkate alındığı
bilimsel olarak savunulabilir bir değer oluşturur. Bu aşamada seçilen model senaryosu
girdilerindeki belirsizlikler dikkate alınmalı; girdi değerlerindeki olası değişimlerin hesaplanan yaş
180
değeri üzerindeki etkisi değerledirilmelidir. Bilimsel olarak kabul edilebilir bir radyokabon yaş
değerinin girdi belirsizliklerinden önemli düzeyde etkilenmemesi gerekmektedir.
Yeraltısuyu radyokarbon yaş değerinin belirlenmesinde kullanılan bir diğer jeokimyasal model aracı
olan PHREEQC ise akışyukarı suya ait fiziksel, kimyasal ve izotopik verileri kullanmakta, akım
yolu boyunca gerçekleşmesi beklenen kimyasal ve izotopik süreçler (reaksiyonlar) kullanıcı
tarafından modele uygulatılmaktadır. Bu uygulamada hedef, model tarafından üretilen teorik
sonuçların akışaşağı örnekleme noktasına ait gözlenen veriler ile uyumlu olmasını sağlamaktır. Bu
modelin kullanımı kimyasal ve izotopik süreçler hakkında derin bir kuramsal bilgi birikimi
gerektirmektedir. Bu nedenle, bu modelleme aracı genellikle kullanıcının her iki su noktası arasında
gerçekleşen kimyasal ve izotopik süreçler hakkında kesin bilgilere sahip olması durumunda
kullanılmaktadır.
Her iki modelleme aracı da su noktaları arasındaki etkili kimyasal süreçlerin belirlenmesi amacıyla
13
C izotopundan yararlanmaktadır. Bu kapsamda, karbon izotopunun akım sistemindeki evrimi
üzerinde etkili olduğu düşünülen tüm bileşenlerinin (örğ. beslenim suyu, akışyukarı su, jeojenik
akışkan (sıvı ve gaz) getirimi gibi akım sistemine katılan diğer su ve gazlar, akım yolu boyunca
karbonat minerali çözünmesi ve çökelmesi, su ve mineraller arasındaki izotopik değişim vb) 13C
içerikleri girdi olarak kullanılmaktadır. Kabul edilebilir bir modelin ürettiği akışaşağı suya ait 13C
değerinin bu örnekleme noktasında gözlenen 13C değeri ile uyumlu olması gerekir. Öte yandan, tüm
bu hesaplamalarda temel varsayım akış sistemindeki izotopik dengenin oluştuğu şeklindedir ki
büyük ve/veya yavaş akım hızına sahip yeraltısuyu sistemlerinde bu şart çoğunlukla
sağlanmaktadır.
Öte yandan, hangi modelleme aracı kullanılırsa kullanılsın, hesaplanan radyokarbon yaşlarının
güvenilirliği bağımsız başka yaklaşımlar ile kontrol edilmelidir. Örneğin, radyokarbon yaşlarından
elde edilen akım hızlarının olası kinematik akım hızı ile ne denli örtüştüğünün incelenmesi faydalı
bir yaklaşımdır.
4. RADYOKARBON AKTİVİTE ÖLÇÜMÜ
Günümüzde yeraltısuyu TÇİK içeriğinde radyokarbon aktivitesinin belirlenmesi amacıyla yaygın
olarak iki farklı ölçüm tekniği kullanılmaktadır. Radyokarbon uygulamalarının başlangıcından beri
uygulanan Sıvı Parıldama Sayım (SPS, Liquid Scintillation Counting) tekniği (conventional 14C
counting), örnekteki 14C izotopundan salınan beta (negatron ya da elektron) partiküllerinin organik
nitelikli bir molekül ile çarpıştırılması ve bu çarpışma sonucu oluşan ışık parıldamalarının sayısının
belirlenmesine dayanmaktadır. Bu amaçla örnek ve -kokteyl olarak adlandırılan- organik madde
genellikle 20 mL hacimli bir kap içinde karıştırılmakta ve oluşan parıldamalar genellikle ölçüm
standart sapmasının minimum düzeye ulaştığı en az 400 dakikalık bir süre boyunca sayılmaktadır.
Bu ölçümlerde 14C aktivitesi sıfır olan ölü karbonlu kör örnek (blank) ve 14C aktivitesi bilinen ve
uluslararası kabul gören bir standard (örğ. NIST-SRM 4990B) örnek aktivitesinin belirlenmesi
amacıyla kullanılmaktadır. SPS tekniğine dayalı ölçümlerde genellikle 10 mL civarında örnek
kullanılabilmekte olup, bu hacimdeki yeraltısuyunun içerdiği TÇİK 14C aktivitesi SPS cihazlarının
ölçüm hassaslığı açısından gerekli parıldamayı üretememektedir. Bu nedenle, örneklenen
yeraltısuyuna ait TÇİK (CO3) önce karbon dioksite (CO2), daha sonra asetilene (C2H2), daha sonra
da benzene (C6H6) dönüştürülmektedir. Bu yolla, başlangıçta oldukça büyük hacme sahip olan
TÇİK daha küçük hacme dönüştürülmektedir. Söz konusu dönüştürme işlemi “benzen sentezi”
olarak adlandırılmaktadır. Bu yolla, kabaca 1 pmc dolayındaki 14C aktivitesi ölçülebilmekte olup;
50,000 yıla ulaşan yaş tayinlerinin yapılması mümkündür. SPS tekniği ile güvenilir radyokarbon
aktivite ölçümlerinin yapılabilmesi için en az 3 gram dolayında C elementine gereksinim
duyulmaktadır. Bu amaçla, örneklenecek suyun C içeriğine bağlı olarak- 100 L ile 300 L arası
hacimli yeraltısuyu örneğinin yerinde örnekleme işleminden geçirilmesi gerekmektedir. SPS tekniği
için gerekli örnekleme yaklaşımının ayrıntıları ileriki bölümde sunulmuştur.
181
Radyokarbon aktivitesinin ölçümünde kullanılan diğer teknik ise Hızlandırıcılı Kütle
Spektrometresi (HKS, Accelerator Mass Spectrometer, AMS) tekniğidir. Son yirmi yıldır
uygulanmakta olan bu teknik yakın zamanda ilgili teknik altyapı unsurlarının fiyatlarındaki
azalmaya bağlı olarak dünya genelinde yaygınlaşmıştır. HKS tekniği ile güvenilir radyokarbon
aktivite ölçümü için bir kaç mili gram C elementi yeterli olup, bu miktar kabaca 1 L’lik su örneğine
karşılık gelmektedir.
HKS tekniğinin sınırlı hacimli örneğe gereksinim duyması sahadaki örnekleme işlemini
kolaylaştırmakla birlikte, bu tekniğe dayalı analiz ücreti daha pahalıdır (örğ. 600 USD). Diğer
yandan, sahada daha uzun örnekleme zamanı gerektiren SPS tekniğinin ise analiz maliyeti daha
düşüktür (örğ. 300 USD). Gerek SPS ve gerekse HKS tekniğine dayalı radyokarbon aktivite
ölçümleri –bir kısmı ticari- pek çok yurtdışı laboratuvar tarafından gerçekleştirilmekte olup, ilgili
web sayfalarına internet üzerinden (örg. www.geochronlabs.com) ulaşmak mümkündür.
5. YERALTISUYUNDA RADYOKARBON ÖRNEKLEMESİ
Yeraltısuyunda TÇİK radyokarbon aktivitesinin belirlenmesine yönelik olarak uygulanacak
örnekleme yöntemi tercih edilen analiz tekniğine bağlıdır. HKS analiz tekniği için genellikle 1 L’lik
su örneği yeterlidir. Bu amaçla –tercihen tıpalı ve- vidalı kapaklı plastik bir şişe kullanılmalıdır.
Saha çalışması öncesinde şişeler % 10’luk HCl ya da HNO3 ve saf su karışımında oluşan çözelti ile
doldurularak bir gün bekletilmeli, bu yolla olası karbonat çökellerinden arındırılmalıdır. Daha sonra
saf su ile bir kaç kez durulanan şişe ve tıpalar kurutularak örnekleme işlemine hazırlanmalıdır.
Örnekleme noktasında şişenin örneklenecek su ile birkaç kez çalkalanarak iç yüzeyinin tamamen
ıslanması sağlanır. Şişe örneklenecek su içine –gerekirse bir kova kullanılarak- daldırılarak
doldurulmalıdır. Bu işlem şişe içinde atmosferik hava kabarcığı kalmasını engelleyecektir. Benzer
biçimde tıpanın ve vidalı kapağın da su altında takılması gereklidir. Daha sonra vidalı kapak
elektrik izolasyon bandı ile sarılarak şişeye sabitlenmelidir. Örnekleme noktasına ait kod etiket
kullanılmaksızın doğrudan şişenin boynuna ve kapak üstüne asetat kalemi ile yazılmalıdır. Birden
fazla noktaya kod yazılması nakil sırasında sürtünmeye bağlı silinmeye karşı faydalı bir önlem
olacaktır. Kod yazma işlemi şişe ıslatılmadan önce yapılmalıdır. Yukarıda belirtilen yolla alınan su
örneği içinde zamanla hava kabarcıkları oluşabilir. Bu durum, genellikle örnek sıcaklığının artması
ve/veya ortam basıncının azalması nedeniyle suda çözünen gazların serbest kalmasından
kaynaklanan doğal bir süreçtir. HKS tekniği için alınan su örneğinin mikrobiyolojik unsurlar (örğ.
bakteri) içermesi TÇİK radyokarbon içeriğinin değişmesine neden olabilir. Bu olasılığı engellemek
için örnekleme öncesinde suya HgCl gibi bir bakteri öldürücünün (bakterisid) eklenmesi
gerekecektir. Uygun bakterisid türü için analiz yapılacak laboratuvara danışılması uygun olacaktır.
SPS ölçüm tekniğine dayalı örnekleme 3 gram kadar C elementinin genellikle BaCO3 formunda
çöktürme yoluyla elde edilmesini gerektirir. Öncelikle örneklenecek suyun TÇİK içeriğinin
bilinmesi gerekmektedir. Bu amaçla sahada alkalinite ölçümü yapılabileceği gibi –mevcut iseörneklenecek suyun kimyasal bileşiminden de yararlanılabilir. Örneğin, 1 mek/L düzeyinde HCO3
(61 miligram/L) ve/veya CO3 (60 miligram/L) içeren yeraltısuyunun 1 L’sinde 12 miligram C
bulunmaktadır. Bu durumda, söz konusu yeraltısuyunun (3 gram / 0.012 gram/L = 250 L) 250 L’lik
bölümünden 3 gram C elementi çöktürülebileceği anlaşılmaktadır. Analiz hatası ve örnekleme
performansındaki olası düşüklük dikkate alınarak, belirlenen su hacminin 1.5 katı kadar örnekte
çöktürme yapılması akılcı bir yaklaşımdır.
Çöktürme işlemi için genellikle konik tabanlı, dar ağızlı, yaklaşık 100 L hacimli metal ya da plastik
kaplar kullanılır (Şekil 1).
182
Şekil 1: Plastik çöktürme tankı ile radyokarbon analizi amaçlı TÇİK örneklemesi.
Yeraltısuyunun kuyudan örneklenmesi durumunda kuyuda beklemiş statik suyun öncelikle atılması,
akifer koşullarını temsil eden yeraltısuyunun kuyudan boşalması beklenir. Bu amaçla genel olarak
kuyu hacminin 3 katı kadar suyun boşaltılması gerekecektir. Pompajın başlamasıyla birlikte sıcaklık
ve özgül elektriksel iletkenliğin sürekli olarak ölçülmesi temsil edici su gelişinin belirlenmesi
açısından faydalı bir yaklaşımdır. Sıcaklık ve özgül elektriksel iletkenliğin sabit değerlere ulaşması
akiferi temsil eden yeraltısuyunun boşalmakta olduğunun göstergesidir. Çöktürme öncesinde,
çöktürme kabı örneklenecek su ile bir kaç kez çalkalanmalıdır. Daha önce çöktürme işleminde
kullanılan kabın duvarlarındaki karbonat çökellerinin mevcut olması durumunda çalkalama
işleminde kullanılan suyun içine % 10’luk derişim sağlanacak biçimde asit eklenmesi yerinde
olacaktır. Kap içine önce su daha sonra asit eklenmelidir. Asit üzerine su eklenmesi şiddetli
tepkimelere neden olur. Çalkalama işlemi sonrasında çöktürme kabı tabanına çökel+su karışımının
toplanacağı –tercihen plastik- bir şişe bağlanır ve çöktürme kabı örneklenecek su ile tamamen
doldurulur. Kabın tamamen doldurulması, üst kesiminde hava içermemesi önemlidir. Daha sonra
kap içine derişik (doygunluğa ulaşmış) NaOH çözeltisi dökülür. Aşırı bazik olan NaOH çözeltisinin
atmosferik CO2’i bünyesinde çökelterek hatalı radyokarbon aktivite değerlerine neden olmaması
için, laboratuvarda yeni üretilmiş sıcak damıtık sudan itibaren hazırlanması ve 100 mL’lik, hava
içermeyen, tıpalı ve vidalı kapaklı plastik şişeler içinde araziye nakledilmesi uygun olacaktır.
Çöktürme kabına derişik NaOH eklenmesinden sonra kap içindeki sıvı metal bir çubuk ile birkaç
dakika karıştırılarak homojenizasyon sağlanır. NaOH yoğun bir çözelti olduğundan, dökme işlemi
ile birlikte hızla dibe çökerek çöktürme kabını terk edip, örnekleme şişesine ulaşabilir. Bu
istenmeyen bir durum olduğundan, karıştırma işlemine NaOH çözeltisi eklenirken başlanmalıdır.
Bu aşamada, pH test kağıdı ya da pH ölçer ile çözeltinin pH değeri ölçülmelidir. Etkili bir çöktürme
için pH yaklaşık 10-12 aralığında olmalıdır. Gerekirse örneğe yeniden NaOH çözeltisi eklenmeli ve
yukarıdaki işlemler yinelenmelidir. Bu aşamada C elementi CO3 formunda çökme eğiliminde olup,
bu sürecin gerçekleşmesi için çözeltideki her bir mol CO3 için bir mol uygun bir katyonun (Ba ya
da Sr) bulunması gereklidir. Bu amaca ulaşmak için çözeltiye bazik ortamda çözünürlüğü yüksek ve
C elementi içermeyen bir kimyasalın eklenmesi gerekir. Söz konusu amaçla genellikle BaCl 2
kullanılmaktadır. Çözeltiye eklenecek BaCl2 miktarının belirlenmesi için suyun tahmini HCO3
ve/veya CO3 içeriğinden yararlanılır. Örneğin, 1 mek/L HCO3 (60 miligram/L derişimli 100 L’lik
çöktürme tankında 100 mek (=100 milimol) HCO3 bulunmaktadır. Bu miktardaki HCO3’ün BaCO3
183
şeklinde çökelmesi için çözeltiye en az 100 milimol BaCl2 eklenmesi gerekir. Uygulamada güvenli
tarafta kalmak açısından eklenen BaCl2 miktarının hesaplanan değerin % 50 üzerinde tutulması
faydalı olacaktır. Çözeltiye BaCl2 eklenmesi ile birlikte metal çubukla çözelti karıştırılmalı ve etkin
çözünme sağlanmalıdır. BaCl2 çözünürlüğü yüksek bir bileşik olup, toz formdaki BaCl2’ün
eklenmesi ile birlikte 10 dakikalık bir karıştırma işlemi tam çözünme için yeterlidir. BaCl 2’ün
çözünmesi ile birlikte BaCO3 çökelme işlemi başlar. Bu aşamada başlangıçta berrak olan örnek,
oluşan BaCO3 kristallerinden dolayı bulanık bir görünüm alır. BaCO3 kritstallerinin mikroskopik
kütlesine uygulanan yerçekim kuvvetinin suyun sürtünme direncini yenememesi nedeniyle çökelim
yavaş bir süreçtir. Bu süreci hızlandırmak için çözeltiye mikrokristallerin birleşerek iri kütleli
topaklar oluşturmalarını sağlayacak bir topaklaştırıcı (flocculant) kimyasal eklenir. Bu amaçla
genellikle derişik Praestol çözeltisi kullanılmaktadır. Kabaca 100 L’lik bir kaptaki topaklaştırma
işlemi için 100 mL kadar derişik Praestol çözeltisi yeterlidir. Oldukça viskoz olan bu çözelti kaba
yavaşça, örnek sürekli biçimde karıştırılırken eklenir. Praestol çözeltisinin eklenmesinden sonra
örnek bir kaç dakikalık aralıklar ile sürekli olarak karıştırılır. Bu aşamada, oldukça hızlı gerçekleşir
ve çöktürme kabı tabanındaki toplama şişesi içinde BaCO3 topakları birikmeye başlar. Çözeltideki
tüm TÇİK’un BaCO3 formunda çökelmesi için genellikle 30 dakikalık bir karıştırma işlemi
yeterlidir. Örnek çözeltisindeki berraklaşma mevcut BaCO3’ın tamamına yakın bölümünün
çökeldiğinin göstergesidir. Bu aşamada, toplama kabı dolarsa, çöktürme kabı ile bağlantı bölümü
metal çubuk ucundaki bir plastik tıpanın bu bölüme sabitlenmesinden sonra düzenekten ayrılır ve
yeni toplama kabı takılarak yukarıdaki işleme devam edilir. Daha fazla çökelimin olmaması
durumunda toplama kabı benzer biçimde düzenekten ayrılır. Yukarıdaki işlem yeterli miktarda
BaCO3 çökeltisi elde edilene değin tekrarlanır. Toplama şişeleri vidalı kapakla kapatılır; kapak
izolasyon bantı ile şişeye sabitlenir; şişe üzerine örnek kodu yazılır.
Saha çalışması dönüşünde toplama şişeleri birkaç gün hareketsiz konumda bekletilir. Bu süre içinde
katı faz şişe tabanında sıvı faz ise şişenin üst bölümünde yoğunlaşır. Bu aşamada, şişe sıvı-katı faz
sınırından bıçakla kesilerek, “çamur” formundaki katı faz bölümü +50 °C’deki etüve aktarılır. Bu
işlemin amacı, BaCO3 çökeli içindeki suyun ortamdan uzaklaştırılmasıdır. Tam kuruma sağlanınca
plastik bir spatül kullanılarak çökel naylon torba ya da başka bir plastik şişeye alınır. Kurutma ve
yeniden paketleme işlemleri sırasında deri-saç-kağıt vb organik maddelerin örneğe karışmasından
kaçınılmalı, örnek aktarımı ile ilgili tüm aşamalarda steril eldiven kullanılmalıdır. Elde edilen
örneğin analiz için gereksinilen miktardan fazlasının ayrı bir kapta yedeklenmesi olası analiz
sorunlarına karşı faydalı bir önlemdir.
6. GEREKSİNİLEN DİĞER VERİLER
Yeraltısuyunda radyokarbon yaş tayini amaçlı çalışmalarda uygulanan örnekleme ve analiz tekniği
ne olursa olsun radyokarbon aktivitesi dışında başka verilere de gereksinim duyulmaktadır. Bu
verilerin bir kısmı sahada gerçekleştirilen yerinde ölçümler ile diğer bir kısmı ise kimyasal ve
izotopik laboratuvar analizleri sonucunda üretilirler. Öncelikle üretilmesi gereken veriler arasında,
sahada örnekleme noktası başında yapılacak, sıcaklık, özgül elektriksel iletkenlik, pH, çözünmüş
oksijen, redoks potansiyeli ölçümleri gelmektedir. Ayrıca, majör iyon bileşiminin (yani, Ca, Mg,
Na, K, CO3, HCO3, SO4, Cl, NO2, NO3) belirlenmesi amacıyla örnekleme yapılmalıdır. Diğer
yandan yeraltısuyuna volkanojenik sıvı/gaz girişinin göstergesi olan Li, Br, Si ve B gibi
elementlerin derişimi de ölçülmelidir. Bu gibi örnekler, önceden temizlenmiş plastik şişelere
alınabilirler. Şişelerin su içinde doldurulması atmosferik hava kabarcığı içermelerini
engelleyecektir. Bunların yanısıra, yeraltısuyunun çözünmüş gaz içeriğinin (özellikle, CO 2, CH4 ve
H2S) belirlenmesi için cam şişelere su ve/veya gaz örneklemesi yapılması da uygun olacaktır. Tüm
bu veriler yeraltısuyu sisteminde etkili olan karışım (örğ. volkanojenik sıvı/gaz katkısı) ve redoks
düzeyi (örğ. oksik, post-oksik, sülfidik, metanojenik) hakkında güvenilir kararların verilmesine
yardımcı olmaktadır.
Diğer yandan, radyokarbon amaçlı örnekleme sırasında suyun trityum ve duraylı izotop içeriğinin
belirlenmesine yönelik örnekleme de yapılmalıdır. Duraylı izotop verileri farklı su noktalarının
184
beslenim alanı yükseltisi ve/veya sıcaklığındaki değişimin saptanması açısından vazgeçilmez
niteliktedir. Diğer yandan, trityum içeriği de örneğin radyokarbon aktivitesi ile birlikte
kullanıldığında, yeraltısuyu sistemindeki genç ve yaşlı su katkı oranları hakkında değerli bilgiler
sunmaktadır.
Radyokarbon yaş tayininde gereksinilen diğer izotopik veriler arasında örneklenen suyun TÇİK
içeriğine ait 13C değeri önemli bir yere sahiptir. Ayrıca –varsa- akiferi oluşturan ve/veya akiferin
çatlak dolgularında mevcut karbonat minerallerinin de 13C içeriği belirlenmelidir. Bu veriler, akım
sistemi içinde C elementinin geçirdiği evrimin jeokimyasal modeller aracılığı ile belirlenmesinde
büyük önem taşımaktadırlar. Yeraltısuyuna ait çözünmüş gaz örneğinde mevcut CO 2 ve CH4 gibi
gazların 13C içeriklerinin saptanması da faydalı bir yaklaşımdır. Benzer biçimde, -varsa- akiferdeki
jips ve pirit mineralleri ile H2S gazının sülfür izotop bileşiminin belirlenmesi de hassas bir
jeokimyasal modelleme için gereklidir.
Son olarak, beklenen radyokarbon yaş değerine karşılık gelen geçmiş zaman süreci boyunca
akiferin beslenme alanındaki ortam koşulları hakkında toplanan bilgiler de değerlendirme sürecinde
oldukça yardımcıdır. Bu kapsamda, geçmiş bitki örtüsünün niteliği de belirlenmelidir. Bitki örtüsü
içinde C3, C4 ve CAM tipi fotosentez yapan bitkilerin yoğunluğunun bilinmesi beslenme zonu CO2
gazına atfedilecek 13C değerinin seçiminde yol gösterici olacaktır. Ayrıca, akiferi oluşturan kaya
tipleri ve bunların mineral bileşimine ilişkin bilgilerin de üretilmesi/derlenmesi nitelikli bir
jeokimyasal modelleme için gereklidir. Önemli bir mineral türünün modele eklenmemesi ya da
akiferde mevcut olmayan bir mineralin modele dahil edilmesi hatalı model sonuçlarının
üretilmesine neden olacaktır.
7. ÖRNEKLEME NOKTALARININ SEÇİMİ
Yeraltısuyu radyokarbon yaş tayini amaçlı örneklerin bölgesel akım yolunun beslenim alanı ile
boşalım alanı/noktası arasında uzanan farklı bölümlerinden toplanması uygun olacaktır. Bu amaçla,
akiferin doğal koşullardaki eş-hidrolik yük eğrileri oluşturulmalı, bunlara dik uzanacak biçimde
olası akım çizgileri oluşturulmalıdır. Örnekleme noktalarının olabildiğince aynı akım çizgisi
üzerinde olacak biçimde seçilmesi jeokimyasal modelin bu varsayıma dayanması nedeniyle önem
taşımaktadır. Ayrıca, örnekleme noktalarının seçiminde akiferin jeolojik yapısının ve kavramsal
hidrojeolojik modelin de dikkate alınması gerekmektedir. Örneğin, akım yolu boyunca akifere derin
kökenli termal çözelti getiriminin olması akım yolu boyunca C elementinin yeraltısuyundaki
evrimini önemli düzeyde etkileyecektir. Sisteme jeojenik CO2 girişinin gerçekleşmesi radyokarbon
içeriğinde seyrelmeye neden olacağından, bu durumun dikkate alınmaması, hesaplanan
radyokarbon yaşlarının gerçektekinden daha büyük olmasına neden olacaktır.
8. KONYA KAPALI HAVZASI ÖRNEK UYGULAMASI
Yukarıda değinilen tüm süreç ve değişkenlerin radyokarbon yaşı üzerindeki etkisinin dikkate
alındığı bir çalışma Konya Kapalı Havzası’nda (KKH) gerçekleştirilmiştir. Söz konusu çalışmaya
ilişkin ayrıntılar çeşitli yayınlarda verilmiş olup (Bayarı vd., 2004, 2005, 2008), aşağıda kısa bir
özet sunulmuştur.
KKH güneyde Toros Dağları ile kuzeyde Tuz Gölü kuzeyine değin uzanan, yaklaşık 55,000 km 2
büyüklüğünde, Türkiye’nin önemli yeraltısuyu havzalarından birisidir. Ana beslenim alanını Toros
Dağlarının oluşturduğu bu sistemde yeraltısuyu akımı kuzey-güney doğrultusunda yaklaşık 150
km’lik bir hat boyunca uzanan Neojen akiferi içinde gerçekleşir. Akım yolu boyunca bu tatlısu
akiferine derinden yükselen termal-tuzlu yeraltısuyu Paleojen yaşlı akitard boyunca kütlece sınırlı,
kimyasal ve izotopik açıdan kısmen etkili bir katkı sağlamaktadır. Akım sisteminin nihai boşalım
noktası Tuz Gölü’dür. Yıllık 2.6 milyar m3 düzeyinde yeraltısuyu çekimi yapıldığı tahmin edilen bu
sistemin büyük oranda günümüzdekinden farklı paleoiklim koşullarında beslendiği
düşünülmektedir. Bu varsayımın kontrol edilmesi amacıyla Toros Dağlarından Tuz Gölü’ne uzanan
ve sistemin bakir koşullardaki yük dağılımına dik doğrultuda uzanan bölgesel akım yolu üzerinde
bulunan 8 kuyuda yeraltısuyunun radyokarbon yaş dağılımı belirlenmiştir. Çalışma ile ilgili
185
ayrıntılar Bayarı vd’nde (2008, 2005 ve 2004) sunulmuştur. KKH radyokarbon yaş tayini çalışması
kapsamında yukarıdaki bölümlerde değinilen verilerin önemli bir bölümü saha ve laboratuvar
çalışmaları ile üretilmiştir. Çalışmada TÇİK çöktürme yöntemi ile örneklenmiş, radyokarbon
akitivitesi SPS tekniği ile belirlenmiştir.
20
1600
19
1400
18
1200
17
1000
16
800
15
600
14
400
0
20
40
60
80
100
ÖEİ (microS/cm)
Sıcaklık (oC)
Bölgesel akım yolu boyunca özgül elektriksel iletkenlik (ÖEİ) ve sıcaklık değişimi beslenim
alanından uzaklaşıldıkça sıcaklıkta ve ÖEİ’te havza ortasına değin bir artış olduğunu
göstermektedir (Şekil 2). Bu durum, akım sisteminin Toros Dağlarının etekleri ile havza ortasındaki
Bozdağ yükselimi dolayında serbest, diğer yerlerde basınçlı akifer niteliğinde olmasından
kaynaklanmaktadır. Bozdağ dolayındaki ara beslenim nedeniyle akım sisteminin akışaşağı
bölümünde yeraltısuyu sıcaklığı ve çözünmüş madde içeriğinde (ÖEİ) bir azalma gözlenmektedir.
Diğer yandan akım yolu boyunca pH ve logPCO2 değişimi basınçlı akifer koşullarının egemen
olduğu, ana beslenim alanının hemen ötesinden itibaren sisteme sürekli derin kökenli jeojenik CO2
girişinden kaynaklanmaktadır.
7.6
7.5
7.4
7.3
7.2
pH 7.1
7.0
6.9
6.8
6.7
6.6
6.5
0.0
Log
-0.5 PC
O2
-1.0 (at
m)
-1.5
-2.0
-2.5
0
120
20
40
80
100
120
Toroslardan Uzaklık (km)
Sıcaklık
60
ÖEİ
pH
logPCO2
Şekil 2: Bölgesel akım yolu boyunca, sıcaklık, ÖEİ, pH ve Log_PCO2 değişimi (Bayarı vd,
2005’ten)
Akım yolu boyunca majör iyon derişimindeki değişim, yeraltısuyunun ana beslenme alanının
hemen akışaşağısında karbonat minerallerince (özellikle kalsit, yer yer dolomit) doygunluğa
ulaştığını göstermektedir (Şekil 3). Bu durum, sisteme sürekli jeojenik CO 2 girişinin bir sonucudur.
Gerek iyon derişimleri ve gerekse doygunluk indisleri hakim akifer kayacının Neojen yaşlı
karbonatlı birimler olduğunu göstermektedir.
0
10
20
40
60
80
100
120
0.5
8
0.0
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
120
Doygunluk İndisi (Dİ)
Derişim (meq/l)
12
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
-3.0
Na
K
Ca
Cl
SO4
Alkalinite
Mg
L_PCO2
Kalsit
Dolomit
Jips
Anhidrit
Florit
Şekil 3: Bölgesel akım yolu boyunca majör iyon ve mineral doygunluk indislerinin değişimi (Bayarı
vd, 2005’ten)
Bölgesel akım yolu boyunca TÇİK’un 13C, 18O ve 14C izotopik bileşimindeki değişim kısmen
beslenim suyu izotopik bileşiminden, kısmen su-mineral reaksiyonlarından ve kısmen de jeojenik
CO2 girişinden kaynaklanmaktadır (Şekil 4). Beslenim suyu ve akifer kayaçlarının olası tüm 13C
izotopik bileşimlerinin dikkate alındığı jeokimyasal model hesaplamaları TÇİK’un yeraltısuyunda
186
gözlenen değerlerinin elde edilebilmesi için akım sistemine derin kökenli jeojenik CO2 girdisinin
olması gerektiğini göstermektedir. Akım yolu boyunca örneklerin trityum ve radyokarbon içerikleri
yeraltısuyu besleniminin esas olarak Toros Dağları eteklerinde ve kısmen de Bozdağ yükseltisi
dolayında gerçekleştiğine işaret etmektedir. Bu durum hidrojeolojik kavramsal model ile
uyumludur. Neojen akifer içinde ölçülebilir trityum içeriği ile karşılaşılmaması geçtiğimiz 50-100
yıl içindeki beslenimin bu kesimlere ulaşmadığını göstermektedir.
60
60
6
-2
50
50
5
-4
40
40
40
60
80
100
120
-6
30
-8
14C (pmc)
20
14C (pmc)
13C ve 18O (%o V-PDB)
0
4
3
30
2
20
1
20
10
-10
10
-12
0
0
0
13C_TÇİK
18O_TÇİK
-1
0
3H (TU)
0
20
40
60
80
100
120
14C_TÇİK
14C
3H
Şekil 4: Bölgesel akım yolu boyunca TÇİK’un 13C, 18O ve 14C içeriği ile 3H_yas içeriğinin değişimi
(Bayarı vd, 2005’ten)
Üretilen verilerden itibaren NETPATH jeokimyasal modeli ile radyokarbon yaşlarının
belirlenmesinde Çizelge 1’de gösterilen uç bileşenler ile jeojenik CO2 girdisi kullanılmıştır.
Jeokimyasal modeller dedolomitizasyonun (dolomit çözünmesi - kalsit çökelimi) akım sistemi
boyunca hakim jeokimyasal reaksiyon olduğunu göstermektedir (Şekil 5). Hesaplamalar gözlenen
ve hesaplanan 13C_TÇİK yakınsaması sağlanacak biçimde gerçekleştirilmiştir.
Girdi değerlerindeki olası salınımların sonuçlar üzerindeki etkisinin kontrol edildiği jeokimyasal
model hesaplamaları KKH’nda yeraltısuyu radyokarbon yaşlarının ana beslenim alanını oluşturan
Toros Dağları eteklerinden ana boşalım alanını oluşturan Tuz Gölü’ne doğru, güncelden 40,000 yıl
dolayına kadar arttığını göstermektedir (Şekil 6). Radyokarbon yaşlarının beslenim alanından
uzaklıkla değişimi bakir koşullardaki yük dağılımı ile uyumlu görünmektedir. Radyokarbon
yaşlarının beslenim alanından uzakla değişimi dikkate alındığında ortalama bölgesel yeraltısuyu
akım hızının 3 m/yıl dolayında olması gerektiği anlaşılmaktadır. Kinematik yaş hesaplamaları
karstik Neojen akiferi içindeki akım hızının olasılıkla Tuz Gölü dip tortullarının hidrolik
iletkinliğince kontrol edildiğine işaret etmektedir.
Çizelge 1: NETPATH modellerinde kullanılan başlangıç ve sonuç sular (Bayarı vd, 2005’ten)
Model
Yağış-Ambar
Yağış Yenisu
Yağış-Karapınar
Yağış-İslik
Yağış-Acısu
Çıralı
Eskil
Taşpınar
Başlangıç Suyu-1
Yağış
Yağış
Yağış
Yağış
Yağış
Acıkuyu
Çıralı
Çıralı
Başlangıç Suyu-2
Yok
Yok
Yok
Yok
Yok
Bozdağ Ara Beslenim
187
Sonuç Suyu
Ambar
Yenisu
Karapınar
İslik
Acısu
Çıralı
Eskil
Taşpınar
0
-1
13C (%o V-PDB)
CO2_gaz (mmol/kgH2O)
Taşpınar
Eskil
Çıralı
Kuyu
Acıkuyu
Karapınar
İslik
Yenisu
Ambar
Diğerleri (mmol/kgH2O)
Taşpınar
-2
Eskil
0
Çıralı Kuyu
2
Acıkuyu
4
İslik
6
Karapınar
8
Yenisu
10
Ambar
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
-2
-3
-4
-5
-6
Kalsit
Dolomit
Jips
-7
Halit
Silvit
Katyon Takas
-8
Org. Madde
CO2_gaz
13C_Hesaplanan
13C_gözlenen
Şekil 5: Bölgesel akım yolu boyunca yeraltısuyu mineral kütle transferi ve
ve 13C_TÇİK_gözlenen değişimi (Bayarı vd, 2005’ten).
13
C_TÇİK_hesaplanan
45000
Radyokarbon Yaşı (yıl)
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Örnekleme Noktası
Şekil 6: Bölgesel akım yolu boyunca yeraltısuyu radyokarbon yaşının değişimi (Bayarı vd,
2005’ten).
9. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Yeraltısuyu radyokarbon yaş tayini yaşlı suların akifer sistemlerindeki yayılımının belirlenmesi
açısından büyük önem taşımaktadır. Buna karşın, ölçülen aktivite değerlerinin güvenilir
radyokarbon yaş değerlerine dönüştürülmesi işlemi yeraltısuyu sistemi hakkında kapsamlı fiziksel,
kimyasal ve izotopik verilere gereksinim duyan oldukça yoğun bir hesaplama ve değerlendirme
sürecini gerekli kılmaktadır. Yaş değerlerinin üretilmesinde gereksinilecek tüm veriler akiferin
kavramsal hidrojeolojik modeli temelinde, önceden dikkatle belirlenmelidir. Değerlendirme
sürecinde kritik öneme sahip olan bir verinin üretilmemiş olması, eldeki diğer verilerin
kullanılabilirliğini önemli düzeyde engelleyebilir.
Bu nedenle, yeraltısuyunda radyokarbon yaş tayini öncelikle ayrıntıları iyi düşünülmüş bir planlama
ile mümkündür. Uygulayıcı ayrıca değerlendirme sürecinin önemli bir bölümünü oluşturan
hidrojeokimyasal modelleme konusunda yeterli bilgi birikimine sahip olmalıdır.
188
KAYNAKLAR
Bayari, CS, Ozyurt, NN, Kilani, S, 2008, Radiocarbon ages of groundwater in the Konya Closed
Basin, central Anatolia, Turkey. Hydrogeology Journal (in print).
Bayarı, CS, Özyurt NN, Kilani S, 2005, Konya kapalı havzası yeraltısuyunda karbon-14 yaş
dağılımı, Bildiriler Kitabı, 2’nci Hidrolojide İzotop Teknikleri Sempozyumu, 26-30 Eylül
2005, Gümüldür-İzmir, DSİ TAKK Dairesi Yayını, s.147-168.
Bayarı, CS, Özyurt NN ve Kilani S, 2004, Konya Gölü’nden Konya Çölü’ne: Karbon-14 yaşları
ışığında Konya Kapalı Havzası yeraltısuyu rezervinin geleceği, 1nci Yeraltı Suları Ulusal
Sempozyumu, 23-24 Aralık 2004 Selçuk Üniversitesi Konya, Bildiriler Kitabı KHZ Genel
Müdürlüğü Ankara, s. 19-28.
Parkhurst, D.L., and Appelo, C.A.J., 1999, User's guide to PHREEQC (Version 2)--a computer
program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse
geochemical calculations: U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report
99-4259, 312 p.
Plummer, N.L., Prestemon, E.C., and Parkhurst, D.L., 1991, An Interactive Code (Netpath) For
Modeling Net Geochemical Reactions Along A Flow Path, USGS WRI Report 91-4078,
USGS, Virginia, 227p.
189
EDREMİT HAVZASI YERALTISULARININ İNCELENMESİ VE
YÖNETİMİ PROJE ÇALIŞMALARI
Zeynep AKTUNA1, Tolga YALÇIN2, Alime TEMEL DİLAVER3 ,M. Turgut SAFA4,
Cengiz SAĞNAK5
1
Ar. Gör Jeo. Yük. Müh..,İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Fakültesi,Uygulamalı Jeoloji ABD,
34469, İstanbul, e-mail: [email protected]
2
Yrd. Doç.Dr.İstanbul Teknik Üniversitesi, Maden Fakültesi,Uygulamalı Jeoloji ABD, 34469,
İstanbul,e-mail: [email protected]
3
DSİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı, e-mail:
[email protected]
4
DSİ XXV. BÖLGE MÜDÜRLÜĞÜ Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi, e-mail:
[email protected]
5
DSİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi Başkanlığı, e-mail:
[email protected]
ÖZET
Edremit Havzası, Balıkesir il sınırları içerisinde, Edremit-Havran-Burhaniye İlçeleri içerisinde
kalan bir yeraltısuyu havzasıdır. Havza içerisinde üç kooperatife bağlı toplam 131 derin su
kuyusundan, 80 milyon m3/yıl civarında su çekilmektedir. Ayrıca kooperatiflere bağlı olmayan
birçok kuyudan soğuk ve sıcak su çekilmektedir. Havzada özellikle yaz aylarında aşırı çekime bağlı
olarak su seviyelerinin aşırı düşümü ve kıyılarda tuzlu su kamasının ilerlemesi tehlikesi ortaya
çıkmaktadır. 200 km2 alan kapsayan Edremit Havzası (Ovası) içerisinde nüfusu 50000 olan üç
ilçede ağırlıklı geçim kaynağı tarıma dayanmaktadır. Bu yüzden, bu ovada yeraltı suyu işletme
modeli, sıcak sularla soğuk suların karışım modeli ve tatlı su-tuzlu su girişiminin ayrıntılı bir
şekilde oluşturulması, optimum çekilecek su miktarının belirlenmesi gerekmektedir. Edremit
Ovası’nda, yeraltı suyu taşıyan en önemli litoloji alüvyondur. Alüvyonlar özellikle çevredeki
formasyonlardan gelen irili ufaklı değişik malzemelerden meydana gelmektedir. Özellikle
Kızılkeçili, Zeytinli, Edremit ve Havran Çayları’nın ovaya girişlerinde geniş birikinti konileri
oluşmaktadır. Genellikle iri moloz ve çakıl içerirler. Edremit Havzası içerisinde yer alan en önemli
sıcak su kaynakları ise Güre ve Derman’dır. Bölgede yağışlı ve kurak dönemlerde yer altı su
seviyesi, su kimyası, izotop çalışmaları, amaca yönelik jeolojik ve hidrojeolojik haritalama ile
toplanacak veriler Coğrafi Bilgi Sistemine aktarılacak, yer altı suyu modellemesi GMS 6.0
programı ile yapılacaktır.
GROUNDWATER INVESTIGATION AND MANAGEMENT PROJECT STUDIES IN
EDREMİT BASIN
ABSTRACT
Groundwater basin of Edremit is situated in Balıkesir City within the Edremit-Burhaniye-Havran
towns. 80 million m3/year of water were extracted from 131 deep wells which belong to 3
cooperatives in the basin. Moreover, hot and cold water were extracted from other wells which are
not affiliated with these cooperaitves. During the summer, due to the over pumping, there is a
problem of drawdown and fresh-sea water intrusion risk. The population of three villages situated
in Edremit Plain (200 km2) is 50000. Their commom livelihood method is agriculture. As a result,
investigation of a groundwater model, thermal-cold water and fresh-sea water relationship have to
be observed in detail. The most important lithology of Edremit Plain which transmits the
groundwater is alluvium. Alluvium consists of different type of materils with various dimension.
191
Especially Kızılkeçili, Zeytinli, Edremit and Havran Rivers construct alluvial cones when they meet
the plain. Alluvial cones generally comprise debris and pebbles. The most important thermal water
springs are Güre and Derman. The data of groundwater level, water chemistry for wet and dry
seasons, geologic and hydrogeologic mapping will be transferred to Geographical Information
System; furthermore, groundwater modelling of the plain will be brought out by the program of
GMS 6.0 (Groundwater Modelling System 6.0).
1. GİRİŞ
200 km2’lik alanı kapsayan Edremit Havzası’nın en önemli geçim kaynağı tarımdır. Bu sebeple,
ovada sürdürülebilir bir yeraltısuyu işletme modeli, sıcak sularla soğuk suların karışım durumu ve
tatlı su-tuzlu su girişiminin ayrıntılı bir şekilde incelenmesi gereği ortaya çıkmıştır. Revize
hidrojeolojik etüdler kapsamında, Mayıs 2007 yılında başlayan, Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü
ve İstanbul Teknik Üniversitesi Maden Fakültesi tarafından yürütülen “Edremit Havzası
Yeraltısularının İncelenmesi ve Yönetimi Projesi” kapsamında, Edremit Havza alanı ve civarında
jeolojik ve hidrojeolojik haritalama, su noktaları envanter çalışması, yeraltı suyu seviye ölçümleri,
suların kimyasal ve izotopik özelliklerinin saptanması, veri tabanı oluşturulması ve verilerin
bilgisayar ortamında modellenmesi ve işletim modelinin ortaya konması hedeflenmiştir. 2007 yılı
yaz döneminde başlayan saha çalışmalarında, sırasıyla; Edremit ovası yeraltısuyu akiferinin
beslenme sahaları, oranları ve beslenme olanaklarını belirlemeye yönelik, su seviyesi tespiti diğer
bir yandan da ovanın drenaj sınırları içerisinde kalan bölgeden de beslenim yeri ve yüksekliğinin
saptanabilmesi amacıyla izotop analizleri için 12 farklı lokasyondan, soğuk ve sıcak kaynağı olmak
üzere örnekler toplanmıştır. Çalışma sahasının yer bulduru haritası şekil 1’de ve ovada tespit edilen
su noktaları lokasyon haritası şekil 2’de verilmiştir.
Şekil 1. Yer bulduru haritası
192
K 2_1
K 1 _ 1 0K 1 _ 9
Edremit
K 1_3
K 1_12
25151
K 2_2
K 1_4 K 1_2
K 2_4
K 3 _ 4K 3 _ 1 K 1 _ 1 1
K 1_1
K 3_8
K
1
_8 K 1_7
K 1_15
K 2_6
K 1_5
KD
37
_0
2
K 1_14
K 3_7
K 1_13
K 3_10 K 3_9
6 9 8 9EA
H_
5B
K 3_6
K 1_6
HH
10
6
K 3_5
HH
87
K 3_12
K 3_13
H 42
A
H 13
6 8 0 8D
A8_
K1B
3_3
K 3_14
H9
H 12
H 15
K 3_19
K 3_16
59002
4380000
25155
K 3_11
K 3_15
4378000
H 3598 9 9 6
H 36
H 31
H 37
K 3_18
K 3_17
H 32
H 38
H 35
K 4_8 K 4_4
K 4_10
59001
4376000
K 4_7
D 117
K 4_5
B 23
B 16
58997
B 21
K 4_2
K 4_9
Havran
H4
H3334
H
6990
H 40
H 18
H 2 0 H 2 1H 1 6
H 28
H 2H52 2
H 29
H 26
H 24
H 27
B _K 1
B _K 2
H 23
B _K 3
B _K 4
BB
_K
_ K8 5
B _K 7
B _K 6
B 17 B 18
B 20 B 19
16763
H1
H 1 9H 1 7
H3
Küçükdere
Mevkii
B 22
K 4_3
K 4_6
D 129
H 14
H 30
K 4_1
B4
58999
B 1B
0 24
4374000
B7
B6
B 12
Burhaniy
e
B5
B8
59000
4372000
B2
B8181A -B
70
B1
B 13 B 14
B9
B3
D 46
B15
58998
496000
498000
500000
502000
504000
506000
Şekil 2. Su noktaları lokasyon haritası
2. GENEL JEOLOJİ
2.1. Karakaya Karmaşığı (K-TrK)
Metamorfik, mermer, metagrovak, feldspatik kumtaşı ve iri Permiyen kireçtaşı blokları içeren,
tektonik açıdan birbirleriyle olan ilişkileri büyük oranda bozulmuş olan birimler, Karakaya tepesi ve
civarında ilk defa çalışılmış olup, Karakaya formasyonu olarak adlandırılmıştır (Bingöl vd., 1973).
Okay vd (1990; 1991; 1996) Karakaya Formasyonu adı altında anılan bu birimleri, Biga
yarımadasında tektonik üyeler bazında inceleyerek Karakaya Kompleksi adı altında
değerlendirmişlerdir.
Karakaya Kompleksini oluşturan birimlerden, stratigrafik olarak en altta bulunanlar, Çamlık
metagranodiyoriti üzerinde uyumsuz olarak bulunan Fazlıca, metagrovak ve kumtaşından oluşan
Kınar birimleridir (Yaltırak, 2003). Bu birimleri uyumlu olarak, siyah mermer mercekleri ve
fillatlarla başlayan, siyah renkli fillat ve kahverengi şistlerden oluşan metabazalt mercekli Kalabak
Birimi izler (Yaltırak, 2003). Doğuda Kalabak Birimi dike yakın bir bindirmeyle Nilüfer Birimi
üzerine itilmiştir (Yaltırak, 2003). Nilüfer Birimi spilit ağırlıklı mermer blokları içermektedir.
Nilüfer Birimi üzerinde, Zeytinli deresi batı yamaçlarında dereceli geçişle Hodul Birimi
bulunmaktadır. Bu birim arkozik kumtaşı, çört arakatkılı kumtaşından meydana gelmektedir
(Yaltırak, 2003). Havran’ın kuzeyinde Hodul Birimi’ne benzeyen hakim olarak feslik fillatlardan
oluşan Tepeoba Birimi bulunur (Yaltırak, 2003). Hodul ve Nilüfer Birimleri üzerinde Çal Birimi
bulunur (Yaltırak, 2003).
2.2. Çamlık Formasyonu (Trç)
Çamlık Formasyonu, Havran’ın kuzeybatısında Çamlık- İnönü Köyü arasında yer almaktadır.
Tabanda kalın tabakalı, kirli sarı, iyi yuvarlanmış 5-20 cm arası kuvars, metagranodiyorit, beyaz
mermer; kötü yuvarlanmış 1-10 cm arası fillat, şist ve siyah mermemr çakılları içeren,
konglomeratik, köşeli taneli, silisifiye feldspatik kumtaşları ile başlar (Yaltırak, 2003). Üst
kesimlere doğru seyrek koyu gri-yeşil renkli seyrek şeyl arakatkıları bulunan orta tabakalı
193
kumtaşları hakimdir (Yaltırak, 2003). Gümüş (1964), Aslaner (1965) ve Krushensky vd. (1980)
göre, Çamlık Formasyonu’nun yaşı Üst Triyas’tır.
2.3. Çakaltepe Formasyonu (Trça)
Çakaltepe formasyonu, İnönü batısında, Sarnıçköy ve Hallılar Köyü boyunca, Çakal Tepe üzerinde
ve doğusunda yer alan Çamlık ve Hallılar köyü arasındaki vadide gözlenmektedir (Yaltırak, 2003).
Çalışma alanında litoloji açısından tavan ve taban birimlerinden kolayca ayırt edilmektedir. Birim
siyah şeylerin egemenliğindedir (Yaltırak, 2003). İstifin geneli şeyl hakimiyetindedir. Zaman zaman
görülen kumtaşlarında üste doğru karbonat çimento oranında artış izlenmektedir (Yaltırak, 2003).
Bu seviyelerde şeylerin rengi grimsidir ve kumtaşları ince tanelidir (Yaltırak, 2003).
2.4. Sakarkaya Formasyonu (Tr-Js)
Sakarya Formasyonu, Sarnıçköy ve İnönü Köyü arasında mostra vermektedir. Orta tabakalı, ince
taneli, gri renkli karbonatlı kumtaşlarıyla ardışımlı gri renkli karbonatlı şeylerle başlar. Karbonatlı
şeylerin arasında 10-40cm arasında kumlu kireçtaşı seviyeleri gözlenmektedir (Yaltırak, 2003).
2.5. Bayırköy Formasyonu (Jb)
Edremit’in batısında, genellikle kırmızı renkli çamurtaşı, konglomeratik kumtaşı ve konglomera
seviyeleri şeklinde gözlenmektedir. Edremit’in kuzeyinde ise seviye çakıllı konglomera ile başlayıp
üste kesimlere doğru yeşil renkli çamurtaşı ara seviyeli, tabakalanmalı kumtaşları ile son
bulmaktadır. Edremit ovası güneydoğusu, Büyükdere Köyü civarında istif kalın tabakalı kumtaşı ve
şeyl ardalanmasından oluşmakta olup tabaka kalınlıkları yer yer 15m.ye ulaşmaktadır.
2.6. Bilecik Formasyonu (JKb)
Edremit’in kuzeyi ve kuzeybatısında Durdağı, Kuzgun Tepe civarında, İnönü Köyü doğusunda
Koca Çal Tepesi civarında, Büyükdere Köyü’nün güneyinde mostra verir (Yaltırak, 2003). Birim
Krushensky vd. (1980) tarafından Kocaçal Kireçtaşı, Okay vd. (1991) tarafından Bilecik Kireçtaşı
olarak adlandırılmıştır. Birim tabanda kalınlığı 7,5m.yi bulan kireçtaşı seviyesi ile başlamaktadır
(Yaltırak, 2003). Bu seviye tabandaki marn seviyesi ile geçişlidir. Üste doğru benzer bir seviye de
2,5m. kalınlığında olup çört yumruları içermektedir (Yaltırak, 2003).
2.7. Eybek Granodiyoriti (Ole):
Eybek Dağı ve güneyinde geniş yayılım gösteren birim, Yaşyer Köyü, Hacıhasanlar Köyü ve Yayla
Tepe kuzeyinde gözlenmiştir (Yaltırak, 2003). Ayrıca Edremit kuzeyi ve kuzeydoğusunda, Eybek
Çayı civarında yüzlekler de vermektedir. Bu yüzleklerin üzerinde riyolit ve riyodasitlerden oluşan
volkanik bir istif yer almaktadır (Yaltırak, 2003). Eybek Granadiyoriti’nin ayrıntılı yaş tayini
Krushensky vd. (1980) tarafından yapılmıştır. Oligo-Miyosen olarak belirlenmiştir.
2.8. Kızılkıran Formasyonu (Mk):
Kızılkıran Mevkii’nde farklı fasiyeslerden oluşan asidik volkanik birimler, Kızılkıran Formasyonu
olarak adlandırılmıştır (Yaltırak, 2003). Andezit, riyolikt, riyodasit, feslik tüfler, kül akmasından
oluşan Kızılkıran Formasyonu; çalışma sahasında Kızılcabük Deresi, Kasdağ güney cephesi, Çatak
Deresi boyunca mostralar vermektedir. Kızılkıran Formasyonu, Kızılkıran Mevkii’nde ayrışma
rengi, kırmızı, oksit kırmızı, kirli sarı; taze yüzeylerde beyaz riyodasit ve tüflerden oluşmuştur.
Kızılcabük Deresi, Küçükdere Köyünde traki-andezitik lavlar ve tüflerin arasında silisifiye zonlarda
kalkopirit, magnetit ve hematit zonları bulunur (Yaltırak, 2003). Edremit Körfezi’nin güneyinde de
mostra veren Kızılkıran Formasyonu içinde gözlenen riyodasitlerde; plajioklas, ojit, biotit
mineralleri ince taneli hamuru oluşturur (Yaltırak, 2003). Kızılkıran Formasyonu’nun yaşı
konusunda iki veri bulunmaktadır. Krushensky vd. (1980) Kızıkıran Formasyonu’nun taban
194
kesimlerinde K/Ar yöntemiyle 23.6 0.6, çalışma sahası güneyinde kalan tüflerin hakim olduğu üst
kesimler için 20.30.6, 20.8 0.7 my yaşlarını vermiştir.
2.9. İnönü Formasyonu (Mi):
İnönü Köyü’nün güneyinde, Havran Çayı’nın kolları boyunca gözlenmektedir. Karakaya
Karmaşığı, Çamlık, Çakaltepe, Sakarkaya, Bilecik ve Kızılkıran Formasyonları üzerine uyumsuz
olarak gelir. Güncel alüvyonlar uyumsuz olarak İnönü Formasyonu’nu örtmektedir. Tabanda açık
renkli kum ve çakıllarla başlayan bu birim yer yer konglomeratik karbonatlı kumtaşı özelliğindedir
(Yaltırak, 2003). İstifin üst kesimlerinde karbonatlı kumtaşları, beyaz marnlara geçiş gösterir
(Yaltırak, 2003).
2.10. Alüvyon (Qa):
Çalışma sahasında geniş yayılım gösterirler. Akçay ve Burhaniye yerleşim birimleri arasında,
Eybek ve Havran Çayları doğrultusunda uzanırlar. Edremit Ovası alüvyon kalınlığı 150m.ye kadar
ulaşmaktadır. DSİ sondaj verirline göre tabanda çakıl ve bloklu akarsu çökelleri ile başlar (Özhan
vd., 1977), üst kesimlere doğru kil ve silt hakimiyeti artar. En kalın olduğu kesim ovanın orta
kesimidir.
3. EDREMİT OVASINDA YERALAN SU NOKTALARI
Proje kapsamında saptaması yapılan ve Şekil 2’de gösterilen su noktaları DSİ kuyuları; Muhtarlık,
termal su ve içme suyu kuyuları; Burhaniye kooperatif kuyuları; Edremit kooperatif kuyuları;
Havran kooperatif kuyuları olmak üzere gruplandırılabilir.
Edremit Ova alanı içerisinde yer alan DSİ gözlem kuyuları 14 adettir. Muhtarlık ve belediye içme
suyu kuyuları 5 adettir. Bölgede tespit edilen özel işletmelere ait termal su kuyuları 2 adettir.
Burhaniye kooperatif sahası dahilinde 24 adet kuyu bulunmaktadır. Bu kuyuların derinlikleri 100 m
ile 152 m. arasında değişmektedir. Edremit Kooperatifi kendi içerisinde 4 kısımdan oluşmaktadır.
Toplamda kooperatife ait 48 adet kuyu bulunmaktadır. Bu kuyuların derinlikleri 80 m’den 121 m’ye
değişmektedir. Havran Kooperatifi’ne ait kuyu sayısı 47’dir. Kuyu derinlikleri 58-132 m.
aralığındadır.
4. EDREMİT OVASINDA YERALTISUYU SEVİYESİNİN MEVSİMSEL DEĞİŞİMİ
Edremit ovasında 2006 ve 2007 yıllarında Ekim ve Nisan aylarında yeraltısuyu seviyesi ölçümleri
yapılmıştır. Ölçülmüş seviye değerleri kullanılarak çizilen eş yeraltısuyu seviye haritaları Şekil 36’da verilmiştir.
Şekil 3 ve Şekil 4’deki Eş Yeraltı Su Seviyesi verileri kullanılarak EKİM 2006’dan NİSAN
2006’ya kadar olan rezerv değişimi 400 milyon m3 x depolama katsayısı (Depolama katsayısı %15
olduğu kabul edilirse) kabaca 60 milyon m3 olarak hesaplanmıştır. Buradan yine kabaca Edremit
Ovası’nın yıllık beslenmesinin 120 milyon m3 civarında olabileceği kestirilebilir.
195
K1_9
K1_12
K1_11
4381000
K3_8
K1_2
K2_4
K1_7
K1_8
K1_15
K2_2
K1_3
K1_4
K2_6
K1_5
K3_2
K1_14
K3_7
H14
H7
H30
H5
4380000
K1_6
H6H8
K3_5
H4
K3_12
K3_13
K3_3
4379000
H34
H33
H42
K3_14
H15
K3_19
K3_11
H20
H28
H21
H22
H25
H39
H36
K3_10
4378000
H40
H9
H12
K3_18
H29
H31
H37
K3_17
4377000
H23
H26
H24
H27
H35
K4_4
B17 B18
B20
B19
K4_7
4376000
K4_2
B22
K4_3
K4_6
4375000
B4
B7
B5
4373000
B9
B8
B12
499000
B2
B10
4374000
500000
501000
502000
503000
504000
505000
506000
507000
Şekil 3. Ekim 2006 eş yeraltı su seviyesi haritası ve yeraltısuyu akım yönlerini
K1_9
K1_12
K1_11
4381000
K1_8
K1_15
K2_2
K1_3
K1_4
K1_2
K2_4
K1_1
K1_7
K2_6
K1_5
K3_2
K1_14
H14
H7
H30
H5
4380000
K1_6
H6H8
K3_5
H4
K3_12
K3_13
K3_3
4379000
H15
K3_19
K3_11
H9
H12
K3_18
H37
H26
H24
H35
B17 B18
B20
B19
B23
K4_2
B21
B22
K4_3
K4_6
4375000
H40
H27
K4_4
4376000
H16
H29
H31
K3_17
4377000
H34
H33
H20
H28
H21
H22
H25
H39
H36
K3_10
4378000
H1
H42
K4_1
B4
B10
4374000
B7
B5
4373000
B12
499000
B2
500000
B9
B8
501000
502000
503000
504000
505000
506000
507000
Şekil 4. Nisan 2006 eş yeraltı su seviyesi haritası ve yeraltısuyu akım yönleri (Kırmızı oklar Şekil
3’deki Ekim 2006 yeraltısuyu akım yönlerini, siyah oklar Nisan 2006 yeraltısuyu akım yönlerini
göstermektedir.)
196
1 /9
2 /2
1/ 2
1 /1 1
3/ 4
4381000
2 /4
1 /8
1 /1 5
2 /6
3/ 7
H7
H 30
6989A
4380000
1 /6
3 /5
16763
H8
3 /1 3
25155
6990
H 42
B
6808A
4379000
3 /1 4
H 40
H 15
3 /1 9
3 /1 1
58996
H 36
3 /1 0
4378000
3 /1 8
H 23
H 26
H 37
3 /1 7
H 35
4377000
4376000
58997
4/ 2
4/ 6
4375000
4374000
7088A
4373000
B9
B8
498000
499000
500000
501000
502000
503000
504000
505000
506000
507000
Şekil 5. Ekim 2007 eş yeraltı su seviyesi haritası ve yeraltısuyu akım yönleri
K1_9
K1_12
K1_3
K1_2
K1_4
K1_11
4381000
K1_7
K2_4
K1_1
K1_15
K2_6
K1_5
K1_14
H 14
H7
H 30
H5
4380000
K1_6
H 6H 8
K3_5
H4
K3_12
H3334
H
K3_13
K3_3
4379000
H 42
H 13
H9
H 12
H 15
K3_19
K3_11
H 20
H 22
H 16
H 40
H 21
H 39
K3_10
4378000
H 28
H 29
K3_18
H 31
H 37
K3_17
H 23
H 26
H 24
H 27
H 32
4377000
H 35
K4_4
K4_7
4376000
B23
K4_2
B17 B18
B20
B19
B21
B22
K4_3
K4_6
B16
4375000
B4
B10
4374000
B7
B5
B3
4373000
B8
B9
B12
498000
499000
500000
501000
502000
503000
504000
505000
506000
507000
Şekil 6. Nisan 2007 eş yeraltı su seviyesi haritası ve yeraltısuyu akım yönleri (Kırmızı oklar Şekil
5’deki Ekim 2007 yeraltısuyu akım yönlerini, siyah oklar Nisan 2007 yeraltısuyu akım yönlerini
göstermektedir.)
197
5. ÇALIŞMA ALANI ÖRNEKLEME VE ÖLÇÜM SONUÇLARI
Edremit Havzası’ndaki yeraltısuları, kullanıma yönelik “Ulusal ve Uluslararası” kalite
standartlarına göre değerlendirilecektir. Su kalitesi, bunu etkileyen doğal ve yapay oluşumların ve
ilgili proseslerin belirlenebilmesi mevcut su noktalarından bazıları proje kapsamında kurak ve
yağışlı dönemde numuneler alınmak üzere belirlenmiştir. Kimyasal parametreleri belirlemek için
numune alınan kuyular şekil 7’de gösterilmiştir. Ayrıca izotop analizleri içinde kooperatifler
dahilinde belli hatlar boyunca belirlenen su noktalarından izotop çalışmaları için numuneler
alınmıştır. Bu su noktaları Şekil 8’de sunulmuştur. Ayrıca bu kimyasal ve izotopik ölçümlere ek
olarak arazide de belirlenen kuyularda ölçümler (sıcaklık, EC, pH, alkalinite, asidite) yapılmıştır.
Bu veriler Şekil 9’da belirtilmiştir.
25151
59002
4380000
4378000
4376000
K 2_1
K 1_10
K 1_9K 1_3 K 2_2
K 1_12
K 1_4K 1_2
K 3_1 K 1_11
K 3_4
K 1_7K 1_1 K 2_4
K 3_8
K 1_15 K 1_8
C am d ib i K Icm e su yu
K 2_6
K 1_5
H 14
E d r.BKld3_2
. K u yuKsu
1_14
K 3_7
H 30
K 1_13
K 3_10 K 3_9
6989A
E n tu
H _B
5r
K 3_6
K 1_6
HH
10H
6H87
16763
K 3_5
H4
H1
K 3_12
H3
H 34
H 19H 17 6990 H 33
K 3_13
H 42
A d ram
H 13is H 9
6808A
3_3e S u yu
C ikrikciko
yK_B
Icm
K 3_14
H 18 H 16H 40
H 12
H 28H 22H 20H 21
H 15
K 3_19
H 25
K 3_16
25155
K 3_11
H 39
58996
B _K 1
H
29
H 23
H 36
K 3_15
K 3_18
B _K 2
H
31
H 26
H 37
H 24
K 3_17
B _K 3
H 27
H 32
H 38
B _K 4
H 35
BB_K
K 4_8 K 4_4
_K8 5
K 4_10
B _K 7
B
_K
6
B 17 B 18
59001
K 4_7
C o ru k K ..u Icm eK su
B 23 B 16 B 20 B 19
4_5yu
58997
K 4_2
B 21
K 4_9
B 22
K 4_6 K 4_3
H avran B araj M .
K 4_1
B 24B 2
B 10
B 11 -B
B7088A
1
B4
58999
4374000
B7
B6
59000
B 12
B5
B8
B 13 B 14
B3
K izikliko
y M uh k
B9
B 15
4372000
58998
496000
498000
500000
502000
504000
506000
508000
510000
512000
514000
Şekil 7. Kimyasal analiz için örnek alınan noktalar
K 2_1
K 1_10 K 1_9
K 1_12
K 1_2
K 1_4
K 3_4 K 3_1
K 3_8
59002
K 1_11
K 1_8
K 1_15
K 2_4
K 1_1
K 1_7
C a m d ib i K Ic m e s u y u
H 14
H30
K 2_6
K 1_5
K 3_2
E d r.B ld . K u y u s u
K 1_14
K 3_7
K 3_10
K 3_9
4380000
K 2_2
K 1_3
25151
K 1_13
6 9E8n9tu
AH_
r5B
K 3_6
K 1_6
H1
H06 H 7
H8
K 3_5
H3
H 42
A d ra m is
H 13
K 3_14
K 3_19
25155
H 15
K 3_16
K 3_11
H9
K 3_15
H 12
H 29
H 36
K 3_18
H 31
H37
K 3_17
B _K 8
B _K 5
K 4_10
B18
B 20
B 19
B 16
B _K 4
B _K 7
B _K 6
B17
B 23
58997
B21
K 4_2
K 4_9
B22
K 4_3
K 4_6
B _K 3
H 27
H 35
K 4_4
K 4_7
C o ru k K ..u Ic m e s uK
y4
u_ 5
H 23
H 26
H 24
H32
H 38
K 4_8
4376000
K 4_1
4374000
B4
58999
B 1 0B 2 4
B1
B7
B2
B 11
7 0 8 8 A -B
B5
B6
B3
K iz ik lik o y M u h k
B9
B8
B 12
59000
B 13
B 15
B 14
4372000
58998
496000
498000
H3334
H
6990
H 18 H 16
H20
H 28
H 21
H 2H
5 22
H 39
58996
4378000
59001
16763
H1
H 19 H 17
H4
K 3_12
K 3_13
6 8c0ik
8o
Ay_ B
K3
C ik rik
Ic
m_e3 S u y u
500000
502000
504000
Şekil 8. İzotop analizleri için örnek alınan noktalar
198
506000
H 40
B _K 1
B _K 2
K 2_1
K 1_10 K 1_9
K 1_12
25151
K 1_2
K 1_4
K 3_4 K 3_1
K 3_8
59002
K 1_11
K 1_8
K 1_15
K 2_4
K 1_1
K 1_7
H 14
H30
K 2_6
K 1_5
K 3_2
K 1_14
K 3_7
K 3_10
K 3_9
4380000
K 2_2
K 1_3
K 1_13
6 9E8n9tu
AH_r5B
K 3_6
K 1_6
H 1H06 H 7
H8
K 3_5
H3
K 3_13
6 8c0ik8o
Ay_ B
K 3m_e3 S u y u
C ik rik
Ic
H 42
A d ra m is
H 13
K 3_14
K 3_19
25155
H 15
K 3_16
K 3_11
H9
K 3_15
H 18 H 16
H20
H 28
H 21
H 2H
5 22
H 12
H 29
H 36
K 3_18
H 31
H37
K 3_17
B _K 8
B _K 5
K 4_10
B18
B 20
B 19
B 16
58997
B21
K 4_2
K 4_9
B 22
K 4_3
K 4_6
B _K 3
B _K 4
B _K 7
B _K 6
B17
B 23
B _K 1
B _K 2
H 26
H 24
H 27
H 35
K 4_4
K 4_7
y4
u_ 5
H 23
H 40
H32
H 38
K 4_8
4376000
HH3334
6990
H 3 95 8 9 9 6
4378000
59001
16763
H1
H 19 H 17
H4
K 3_12
K 4_1
4374000
B4
58999
B 1 0B 2 4
B1
B7
B2
B 11
7 0 8 8 A -B
B5
B6
B3
K izik lik o y M u h k
B9
B8
B 12
59000
B 13
B 15
B 14
4372000
58998
496000
498000
500000
502000
504000
506000
Şekil 9. Arazide Yerinde Ölçüm Yapılan Su Noktaları
Havza genelinde tespit edilen belirli kooperatif kuyularından toplanan numunelerin arazide yerinde
ölçümleri yapılmıştır. Numunelerin pH, EC, sıcaklık ölçümleri yapılıp, alkalinite ve asidite
testlerine tabii tutulmuştur. Bu ölçümler sonucunda muhtarlık içme suyu kuyularının sıcaklıkları
16,1- 20,8  C, EC değerleri 607- 1360 µS/cm, pH değerleri 6,6 ile 7,9 arasındadır. Alkalinite
değerleri 3,8- 5,5 mmol/l, asidite değerleri ise 1,0-2,2 mmol/l arasında değişmektedir. Termal su
kuyularının sıcaklıkları 38,1 ve 55  C, EC değerleri 1300 ve 1650 µS/cm, pH değerleri 7,9 ve
8,3’tür. Alkalinite değerleri 2,1 ve 2,5 mmol/l, asidite değerleri ise 0,3- 0,6 mmol/l arasında
değişmektedir.
Havran kooperatif kuyularının sıcaklık değerleri 14,5- 39,6  C, EC değerleri 480- 1540 µS/cm, pH
değerleri 6,9 ile 7,5 arasındadır. Alkalinite değerleri 3,2- 5,7 mmol/l, asidite değerleri ise 0,7- 1,7
mmol/l arasında değişmektedir. Edremit kooperatifine ait kuyularda yapılan yerinde ölçümlerde
elde edilen sonuçlar sıcaklık için 14,7- 38,5  C, EC değerleri 330- 1210 µS/cm, pH değerleri 7,0 ve
8,2 arasında değişmektedir. Alkalinite değerleri 0,4- 5,9 mmol/l, asidite değerleri ise 0,4- 1,6
mmol/l arasındadır. Burhaniye kooperatif kuyularında sıcaklık değerleri 16,3- 20,6 C, EC değerleri
610- 1260 µS/cm, pH değerleri 6,9- 8,1 arasında değişmektedir. Alkalinite değerleri 4,5- 8,8
mmol/l, asidite değerleri ise 1,0- 2,1 mmol/l arasındadır.
199
6. DSİ TAKK TARAFINDAN YAPILAN İZOTOPİK VE KİMYASAL ANALİZ
SONUÇLARI
Çizelge 1. İzotop analiz verileri
KUYU ADI
X
Koordinatı
504988
503718
505832
502479
501177
500582
500485
502379
503394
501681
503694
502827
H4
H6
B_K 3
K 1_3
K 1_15
K 4_4
B8
B1
B 19
B 21
Entur Tesisleri
Adramis Otel
Y
Koordinatı
4379435
4379532
4377268
4381574
4380703
4376785
4372706
4373455
4375942
4375539
4379925
4378970
δ18O(‰)
δD(‰)
-7,06
-7,71
-7,34
-6,85
-7,06
-6,99
-5,82
-6,13
-7,08
-6,99
-8,09
-7,79
-49,05
-52,99
-51,67
-36,14
-43,94
-47,68
-43,92
-43,96
-48,91
-49,02
-48,18
-51,66
Trityum(TU
)
2,95
0,35
4,00
4,35
5,80
3,00
3,65
0,75
4,05
2,65
1,00
1,00
K 2_1
Edremit
K 1_10 K 1_9
K 1_12
25151
K 1_2
K 1_4
K 3_4 K 3_1
K 3_8
59002
K 1_11
K 1_8
K 1_15
K 2_4
K 1_1
K 1_7
Havran
H 14
H30
K 2_6
K 1_5
K 3_2
K 1_14
K 3_7
K 3_10
K 3_9
4380000
K 2_2
K 1_3
K 1_13
6 9E8n9tu
AH_
r5B
K 3_6
K 1_6
H1
H06 H 7
H8
K 3_5
H3
H 42
A d ra m is
H 13
K 3_14
K 3_19
25155
H 15
K 3_16
K 3_11
H9
H20
H 28
H 2H
5 22
H 12
K 3_15
H 29
H 36
K 3_18
H 31
H37
K 3_17
H 18 H 16
H 21
B _K 8
B _K 5
K 4_10
B 23
Küçükdere Mevkii
58997
B21
K 4_2
K 4_9
B22
K 4_3
K 4_6
B18
B 20
B 19
B 16
B _K 4
B _K 7
B _K 6
B17
K 4_1
4374000
B4
58999
B 1 0B 2 4
B1
B7
B2
B 11
7 0 8 8 A -B
B5
B6
Burhaniye
B3
K iz ik lik o y M u h k
B9
B8
B 12
59000
B 13
İzotop
analizleri
için örnek alınan
noktalar
B 15
B 14
4372000
58998
496000
498000
500000
502000
504000
Şekil 10. Su noktaları lokasyon haritası
200
506000
H 40
B _K 1
B _K 2
B _K 3
H 27
H 35
K 4_7
y4
u_ 5
H 23
H 26
H 24
H32
H 38
K 4_4
K 4_8
4376000
H3334
H
6990
H 39
58996
4378000
59001
16763
H1
H 19 H 17
H4
K 3_12
K 3_13
6 8c0ik
8o
Ay_ B
K3
C ik rik
Ic
m_e3 S u y u

-8
-9
-10
18
O (% o )
-7
-5
-6
-4
-30
ri
S ıc ak S u lar
S o ğ u k S u larr
M
ar
ma
o
e te
M K1 -1 5
a
r
rL
a te
W
c K 1 -3
lo
G
K 4 -4
M
l
ba
e te
ic
or
W
r
ate
ne
Li
-40
B -8
2 H(%o)
Sim geler
in e
B-1
B-19
T-1 (En tu r)
B-21
H BD-KD-3
T-2 (Ad ra m is)
-50
H-4
H-6
-60
Şekil 11. Örneklerin δ180 - δ2H grafiği
Arazideki içme suyu kuyularının ve de sıcak su kuyularının ana anyon-katyon ilişkileri şekil 12’de
verilmiştir.
100,00
10,00
1,00
------ Sıcak sular
-----Edremit Bölgesi içme
suyu kuyuları
-----Havran Bölgesi içme
suyu kuyusu
0,10
0,01
+
Na
HCO3
+
K
+2
+2
Ca
Mg
-
Cl
-2
SO4
Şekil 12. İçme suyu kuyuları ve sıcak su kuyuları ana anyon-katyon ilişkisi
Arazide seçilmiş kooperatif kuyularından alınan numunelerin kimyasal analiz sonuçları kooperatif
bazında gruplandırılmış olup ana anyon ve katyon ilişkileri şekil 13’te sunulmuştur.
201
10
1
0,1
------Burhaniye Koop.
Kuyuları
------- Edremit Koop. Kuyuları
------- Havran Koop. Kuyuları
0,01
+
Na
HCO3
+
K
+2
Ca
Mg
+2
-
Cl
-2
B12
B8
B1
B11
B10
B24
B19
B21
K1_3
K1_4
K1_15
K3_2
K3_6
K3_5
K2_2
K3_16
K3_17
K3_18
K4_4
K4_7
K4_1
K4_9
H16
H40
H34
H4
H30
H9
H42
H12
H6
B_K 3
B_K 4
B_K 7
H36
H38
SO4
Şekil 13. Kooperatif kuyuları ana anyon-katyon ilişkisi
7. EDREMİT HAVZASI MODELLEME ÇALIŞMALARI.
Edremit Havzası’nda yeraltısuyu işletim sistemini oluşturmak ve geleceğe yönelik olarak optimum
verimin hesaplanabilmesi için bir modelleme çalışması yapılmasının gerekliliği ortaya çıkmıştır. Bu
kapsamda, bölgedeki evsel veya sanayi atıkları ile jeotermal kaynaklardan dolayı oluşabilecek
muhtemel kirliliğinin varlığı araştırılacak, riskli bölgeler haritalanacaktır. Haritalama aşamalarında
ise çeşitli bilgisayar programlarından (ArcGIS, GMS 6.0, Surfer vb.) yararlanılacaktır.
Yeraltısuyunun kullanımı açısından emniyetli verimi hesaplamaya yönelik bir modelleme yapılması
planlanmıştır.
8. SONUÇLAR
1. Edremit Ovası’nda analizi yapılan sularda, pH değerleri 6,6 ile 8,3 aralığında, EC ise 330- 1650
µS/cm aralığındadır. Kimyasal açıdan, soğuk sular Ca - HCO3, sıcak sular ise Na - SO4 tipindedir.
2. Sular sertlik açısından genellikle Edremit ve Havran bölgesinde sert-çok sert iken Burhaniye
bölgesinde çok sert-çok fazla sert karakter sergilemektedirler.
3. İzotop analizi sonuçlarına göre Burhaniye, Havran kuyuları küresel meteorik su hattının altında
yer almaktadır. Edremit kuyuları ve termal sular ise Marmara meteorik su hattı ile küresel meteorik
su hattı arasında yer almaktadır.
4. Küresel meteorik su hattının altında kalan sular, sertlik sınıflaması yapıldığında çok yüksek
sertliğe sahip sular kategorisinde yer almaktadır.
202
5. Ovada yer alan suların kimyasal ve izotopik açıdan mevsimsel değişiklikleri devam eden
analizlerin değerlendirilmesi ile incelenecektir.
KAYNAKLAR
Aslaner, M., 1965. Etude Géologique et Petrographique de le Région d’Edremit-Havran (Turquie).
MTA Yayını, Ankara.
Bingöl, E., Akyürek, B. ve Korkmazer, B., 1973. Biga Yarımadası’nın Jeolojisi ve Karakaya
Formasyonu’nun Bazı Özellikleri. Cumhuriyetin 50. Yılı Yerbilimleri Kongresi, Tebliğler Kitabı,
MTA, Ankara, 70-75.
Gümüş, A., 1964. Contribution a L’étude Géologique du Sectur Septentrional de Kalabak KöyEymir Köy (région d’Edremit) Turquie. MTA Yayını, 117, Ankara.
Krushensky, R.D., Akçay, Y. And Karaeğe, E., 1980. Geology of the Karalar-Yeşiller Area,
Northwest Anatolia,Turkey.Geological Survey Bull., California.
Okay,A.I., Siyako,M. ve Bürkan, K.A., 1990. Biga Yarımadası’nın jeolojisi ve tektonik
evrimi.TPJD Bült., 2, 1, 83-121.
Okay,A.I., Siyako,M. ve Bürkan, K.A., 1991. Geology and Tectonic Evolution of the Biga
Peninsula, Northwestern Turkey. İTÜ Bült., 44, 191-256.
Okay, A.I., Satır, M., Maluski, H., Siyako, M., Metzger, R. and Akyüz, S., 1996. Paleo and NeoTethyan events in Northwest Turkey: Geological and Geochronological constrains. The tectonic
evolution of Asia, p. 420-441. Eds. Yin, A., Harisson, T.M., Cambridge Univ. Pres, Cambridge.
Özhan, N., Keleş, N., Atalay, E., Atuk, N., Kuran, H.,Dumlu, O., Tuzcu, G., Günay, G., Korkmaz,
N., Bilginer, Ö., ve Çuhadar, G., 1977. Edremit ve Armutova (Gömeç) Ovaları, DSİ Hidrojeolojik
Etüt Raporu, Ankara.
Yaltırak,C., 2003. Edremit Körfezi ve Güneyinin Jeodinamik Evrimi, Doktora Tezi, İstanbul Teknik
Üniversitesi Avrasya Yerbilimleri Enstitüsü,İstanbul.
203
KIRKGÖZE HAVZASI (YUKARI FIRAT, ERZURUM) YAĞIŞ - AKIŞ
DİNAMİĞİNİN KARARLI İZOTOPLAR KULLANILARAK İNCELENMESİ
Araş.Gör. Emrah PEKKAN1, Prof. Dr. Serdar BAYARI2, Yard. Doç. Dr. Aynur ŞENSOY1,
Yard. Doç. Dr. Arda ŞORMAN1, Prof. Dr. Alparslan ARIKAN2
1
Anadolu Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi İnşaat Müh. Böl. İki Eylül Kampüsü,
26470 Eskişehir ([email protected], [email protected], [email protected] )
2
Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Müh. Böl. Hidrojeoloji Mühendisliği ABD, Beytepe 06532 Ankara
Özet
Doğu Anadolu’nun yüksek kesimlerine uzanan Yukarı Fırat Havzası akış aşağısındaki barajların
beslenimi açısından büyük öneme sahiptir. Yılın yaklaşık beş ayı boyunca karla kaplı olan bu
bölgeden akış aşağıya sağlanan yüzeysuyu akışı büyük oranda kar erimesine bağlı olarak
gerçekleşmektedir. Bu nedenle Yukarı Fırat Havzası’nda kar erime dinamiğinin anlaşılmasına
yönelik araştırmalara son yıllarda büyük ağırlık verilmiştir. Alansal ve zamansal kar örtüsü yayılımı
ile erime dinamiğinin birlikte değerlendirildiği hidrolojik modelleme çalışmalarında, kar erimesinin
akarsu akımına yüzeysel akış, yüzeyaltı akış ve yeraltıakışı olarak katılan bileşenlerinin
ayırtlanması büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, kar erimesi yoluyla akarsuyu besleyen farklı
akım bileşenlerinin beslenime katkı oranlarındaki zamansal değişimin kararlı izotop ve su kimyası
verileri aracılığı ile belirlenmesi amaçlanmaktadır. Çalışma kapsamında ana akarsu ve kolları
üzerinde seçilen kesitler ile farklı yükseltilerdeki yağmur ve kar şeklindeki yağıştan alınan
periyodik örnekler üzerinde kimyasal ve izotopik analizler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen ön
kimyasal veriler akarsuya yeraltısuyu katkısının belirlenmesinde önemli ipuçları sunmaktadır.
Ayrıca, gözlenen kararlı izotop verilerinin kütle dengesi eşitliğine uygulanması ile havzanın
beslenme, depolama ve boşalım karakteristikleri hakkında dikkate değer bilgiler edinileceği
anlaşılmaktadır. Farklı su örneklerine ait kararlı izotop içerikleri D  8 *18 O  15 eşitliği ile temsil
edilen yerel meteorik su doğrusuna uyum göstermekte olup, buharlaşmanın izotopik bileşim
üzerinde bir etkisi olmadığı saptanmıştır.
Anahtar kelimeler: Kar erimesi, Kararlı İzotoplar, Yukarı Fırat Havzası.
INVESTIGATION OF THE PRECIPITATION-DISCHARGE DYNAMICS OF
KIRKGOZE BASIN (UPPER EUPRATES, ERZURUM-TURKEY) BY USING
STABLE ISOTOPES
Abstract
Upper Euphrates Basin (EUB), located on the high elevation zone of Eastern Anatolia, possesses a
remarkable contribution on the recharge of large dams located to the downstream. Surface runoff
generated in the EUB occurs mostly due to snowmelt, as it is covered by snow for about five
months in a year. Recently, considerable efforts are spent to better understand the spatio-temporal
dynamics of snowmelt in the EUD by means of hydrologic models that account for the volumetric
separation of the surface water, subsurface water and groundwater components in river flow. The
aim of this study which is carried out in the Kirkgöze sub-basin of the EUB is to find out the
volumetric spatio-temporal contribution rates of different components of the river flow, on the basis
of chemical and stable isotopic data. For this purpose, temporal isotopic and chemical data
representing precipitation at different altitudes and streamflow at various river sections have been
used. Chemical data were found to be helpful in delineating the groundwater contribution rate in the
stream flow. Application of mass balance equation on stable isotope composition of stream water
205
provides valuable information on the recharge, storage and discharge characteristics of the basin.
Stable isotopic content of different stream water samples are consistent with the local meteoric
water line which is represented by the equation D  8 *18 O  15 . None of the components forming
the streamflow was found to have affected by evaporation.
Keywords: Snowmelt, Stable Isotopes, Upper Euprates Basin.
Giriş
Yukarı Fırat Havzası’nda kar erime dinamiğinin anlaşılmasına yönelik araştırmalara son yıllarda
büyük ağırlık verilmiştir. Alansal ve zamansal kar örtüsü yayılımı ile erime dinamiğinin birlikte
değerlendirildiği hidrolojik modellerde kar erimesinin akarsu akımına yüzeysel akış, yüzeyaltı akış
ve yeraltı akışı olarak katılan bileşenlerinin ayırtlanması büyük önem taşımaktadır. Yukarı Fırat
Havzası’nın Kırkgöze alt havzasında gerçekleştirilmekte olan bu çalışmada, kar erimesi yoluyla
akarsuyu besleyen farklı akım bileşenlerinin beslenime katkı ağırlıklarındaki zamansal değişimin
kararlı izotop ve su kimyası verileri aracılığı ile belirlenmesi amaçlanmaktadır.
Suyun kararlı izotopları akım hidrografının farklı bileşenlerinin ayırtlanmasında genellikle oldukça
başarılı sonuçlar vermektedir. Konuyla ilgili öncül çalışmalarda Fritz ve diğ. (1976) kararlı
izotopların bir havzadaki hidrograf bileşenlerinin ayırtlanmasında etkili bir yöntem olduğunu
göstermiştir. Bu yöntem Kanada’nın birçok coğrafi bölgesinde başarılı biçimde uygulanmıştır.
(Wels ve diğ., 1991a,b; Waddington ve diğ., 1993; Allan ve Roulet, 1994; Hinton ve diğ., 1994;
Buttle ve diğ., 1995; Maclean ve diğ., 1995; Peters ve diğ., 1995). Son araştırmalar kar erimesinin
izotopik ayrışma üzerindeki etkisine yoğunlaşmıştır (Feng ve diğ., 2002; Taylor ve diğ., 2002).
Unnikrisha ve diğ, (2002) kar erimesine bağlı izotopik oran değişimi süreçlerini tanımlamıştır.
Laudon ve diğ. (2002) hidrograf ayrımı için basit bir yöntem geliştirerek, erime döneminde
meydana gelen hidrograf bileşenlerinin havza içerisindeki karın alansal ve zamansal olarak
değişimiyle ilişkili olduğunu ortaya koymuştur. Konuyla ilgili olarak Türkiye’de yürütülen ilksel
çalışmalardan birisi ise çalışma alanında DSİ (1996) tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma
kapsamında Kırkgöze havzasında akarsu akımına katılan bileşenlerin ayırtlanması amacıyla
yürütülen hidrokimyasal ve izotopik gözlem faaliyetlerine ilişkin ön bulgular sunulmaktadır.
Çalışma Alanının Tanıtımı
Yukarı Karasu Havzasının kuzeydoğusunda bulunan, yaklaşık 250 km2 lik drenaj alanına sahip
Kırkgöze Havzası, bu tebliğe konu araştırma için pilot havza olarak secilmiştir (Şekil 1). Bölge
yılda yaklaşık 150 gün karla kaplı olup, yağışların önemli kısmı kar şeklinde düşmektedir.
Araştırmanın yürütüldüğü alanda Güvercin ve Kandilli Dağlarından gelen Köşk, Büyükçay ve
Yeşildere dereleri birleşerek Karasu adını almakta ve Yukarı Karasu Havzasının drenajını
gerçekleştirmektedir. Çalışma alanında, Çıpak DSİ-21.01, Büyükçay DSİ-21.161, Köşk DSİ-21.152
ve Yeşildere EİE-2168 olmak üzere dört adet akım gözlem istasyonu bulunmakta ve bu
istasyonlarda düzenli olarak hidrometrik ölçümler yapılmaktadır (Şekil 1).
206
Şekil 1. Kırkgöze havzasının yayılımı ve mevcut akım gözlem istasyonları
Çıpak ve kolları Köşk, Büyükçay, Yeşildere’nin 1977’den 1993 yılına kadar akım değişimi ve
pikleri yıllar bazında incelenmiştir. Yıllık akım hidrograflarından hiçbiri 16 yıllık ortalama akım
hidrografından önemli miktarda bir değişim göstermemektedir. Ortalama yıllık akım
hidrograflarından da görüldüğü gibi, akımın önemli bir kısmı kar erimesine bağlı olarak Nisan,
Mayıs ve Haziran aylarında gerçekleşmektedir (Şekil 2).
Ortalama Akımlar (1977-1992)
10
9
8
Çıpak
Köşk
Büyükçay
Yeşildere
Q (m^3/s)
7
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Aylar
Şekil 2. Ortalama yıllık akım hidrografları
Bölgesel Jeoloji ve Hidrojeoloji
Çalışma alanının üst kotları birkaç farklı volkanizmanın ürünü olan bazaltlar ile kaplı olup,
karmaşık bir yapı göstermektedir. Bu birimler yeraltısuyunu zayıf mevsimsel kaynaklar halinde
boşaltmakta yada tüf ve aglomeradan oluşan komşu birimlere aktarmaktadırlar (Şekil 3). Bölgede
bazaltların altında yaygın halde tüf ve aglomeralar görülmektedir. Aglomeralar, bazalt, andezit ve
tüf türü, köşeli ve çeşitli boydaki çakıl ve blokların ince taneli volkaniklerle çimentolanması sonucu
oluşmuşlardır. Çeşitli yönde faylı ve çatlaklı olan aglomeralar, çatlak zonlarında az miktarda
yeraltısuyu taşımaktadır. Bölgede aglomeraların altında uyumsuzlukla gelen tüf ve aglomera katkılı
207
kiltaşı ve marn tabakası yer almaktadır. Üstündeki formasyonlara göre daha geçirimsiz bir yapı
sunan kil ve marn tabakası sınırında küçük mevsimsel kaynaklar gözlenmektedir. Havzada Geç
Miyosen boyunca gerçekleşen volkanizma, tektonik hareketlenmeler ve sedimantasyon olayları
Kuvaterner döneminde de devam etmiştir. Bölgede Pliyosen yaşlı birimler gözlenmemektedir (Şekil
3).
Şekil 3. Bölgenin jeoloji haritası, A-A’ jeolojik kesiti ve öngörülen kavramsal yüzey-yeraltısuyu
akım modeli
Ölçüm Noktaları
Karasu Nehri üzerinde DSİ-21.10 Çıpak, DSİ-21.161 Karagöbek, DSİ-Köşk 21.152 ve EİEYeşildere 2168 akım gözlem istasyonlarında düzenli olarak hidrometrik ölçümler yapılmaktadır.
İzotopik kütle dengesi açısından δ2O ve 2H değerlerinin akım miktarıyla birlikte değerlendirilmesi
208
gerektiğinden, nehir boyunca örnekleme yapılacak noktalar akım gözlem istasyonları temel alınarak
seçilmiştir. Akım gözlem istasyonları Karasu Nehrine karışan herbir nehir kolunun üzerinde
bulunmakta olup, alınan her bir örnek Karasu Nehrine karışan her bir kolun izotopik içeriğini temsil
etmektedir. Bu araştırma kapsamında özellikle akım gözlem istasyonlarının bulunduğu 7 noktada
kararlı izotop ve kimyasal örnekleme yapılmasına ve bu örneklemenin 15 günlük periyotlarda
tekrarlanmasına özen gösterilmiştir. Ayrıca DSİ-21.01 istasyonunda akarsuyun özgül elektriksel
iletkenliğini (Eİ) ve sıcaklığını sürekli izleyecek sonda sistemi kurulmuştur. Periyodik örnekleme
yapılan noktalar Şekil 4’de gösterilmiş olup, bunların dışında nehir kollarının çeşitli noktaları ile
bölgede bulunan sığ kaynaklardan da saha çalışmaları sırasında örnekler alınmıştır. Araştırmanın
mevcut aşamasına değin çeşitli örnekleme noktalarına ait 70 adet örneğin kimyasal ve izotopik
bileşimleri belirlenmiştir.
Şekil 4. Periyodik örnekleme noktaları ve ilgili akım gözlem istasyonları
Alansal ve zamansal ölçümler
Akarsu akımında kar, yağmur ve yeraltısuyu katkılarının belirlenebilmesi için söz konusu
bileşenlere ait temsil edici izotop içeriklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu kapsamda, havzanın
farklı bölümlerindeki yeraltısuyunun kararlı izotop değerlerinin belirlenmesi amacıyla bölgedeki sığ
kaynaklardan örnekler alınmaktadır. Diğer yandan, yöresel yağışın kararlı izotop içeriğinin
belirlenmesi için DMİ Erzurum ve Tortum meteoroloji istasyonlarında toplanan günlük yağışlar her
ay biriktirilmektedir. Kar şeklindeki yağışın izotopik içeriğinin belirlenmesi amacıyla çeşitli
bölgelerden saha çalışmaları kapsamında kompozit kar örnekleri toplanmaktadır. Toplanan
örneklerin kimyasal analizleri, Hacettepe Üniversitesi Su kimyası Laboratuvarında, kararlı izotop
analizleri ise Utah Üniversitesi, kararlı izotop analiz laboratuvarında yapılmaktadır. Bugüne kadar
70 adet örnekte söz konusu analizler tamalanmış olup, örnek toplama va analiz işlemerine halen de
devam edilmektedir.
Kimyasal Verilerin Ön Değerlendirmesi
Akarsu kesitlerinde kimyasal bileşimin zamanla değimine tipik bir örnek Şekil 5’de gösterilmiştir.
Grafikte sunulan değerler akarsu örneklerinin Ca-HCO3 karakterinde olduğunu göstermektedir. Yaz
aylarına doğru söz konusu kimyasal karakter korunmakla birlikte, iyonik kompozisyonda, artan
yeraltısuyu katkısına bağlı bir zenginleşme görülmektedir.
209
Şekil 5. Kimyasal örneklerinin Schoeller diagramında gösterimi
Benzer bir durum akarsu klorür derişimlerinde de izlenmekte olup, havzanın akış yukarısından (1
nolu istasyon) akış aşağısına doğru (havza çıkışı 7 nolu istasyon) artan yeraltısuyu katkısına bağlı
olarak klorür derişimlerinde sistemli bir artış izlenmektedir (Şekil 6). Genel olarak klorür derişimi
kar erimesi döneminde, düşük klorür içerikli yüzeysel akış katkısının yeraltısuyu katkısına göre
daha baskın olması nedeniyle en düşük düzeydedir. Kar erime dönemi sonrasında –Haziran ayından
itibaren- artan yeraltısuyu katkısına bağlı olarak klorür derişimi yer ve zaman içinde düzenli bir
artış göstermektedir. Havza çıkış istasyonunda gözlenen debinin zamansal değişimi ile farklı
istasyonlarda gözlenen klorür derişiminin zamansal değişimi arasında belirgin bir parallellik
izlenmektedir. Yağışlı dönem sonrasında akarsu debizindeki azalmaya paralel olarak gözlenen
klorür derişimlerindeki artış akarsuya klorürce zengin yeraltısuyu katkısından kaynaklanmaktadır.
Yaz aylarında (örğ. Ağustos) akaru debisinde artışa neden olan yağışlar klorürce fakir yüzeysel
akışın akarsu akımı içindeki ağırlığını arttırmakta, buna bağlı olarak da akarsu klorür derişimlerinde
bir azalma gözlenmektedir. Tüm bu gözlemler klorürün akarsu akımına katkıda bulunan bileşenlerin
ayırtlanmasında etkin biçimde kullanılabileceğine işaret etmektedir.
Şekil 6. Periyodik örnekleme noktalarında Cl’ün zamansal değişimi
210
Kararlı İzotop Verilerinin Ön Değerlendirmesi:
İnceleme alanından bu araştırma kapsamında günümüze değin toplanan örneklerin duraylı izotop
(δ18O ve /δ2H) içerikleri Erzurum-Şenyurt meteorloji istasyonu için daha önce belirlenen (Sayın ve
Eyüpoğlu,2005) yerel meteorik su doğrusu (YMSD) ile uyumlu bir dağılım sergilemektedir (Şekil
7). İncelenen örneklerin YMSD’ndan önemli bir sapma göstermemesi buharlaşma sürecinin
izotopik bileşim üzerinde belirgin biretkisi olmadığına işaret etmektedir. Örneklerin δ18
δ2H
doğrusu üzerindeki dağılımından, kar tipindeki yağışların oldukça negatif izotop içeriğine sahip
olduğu, akarsu ve yeraltısuyu tipi örneklerin δ18O ve /δ2H değerlerinin -12 (‰, V-SMOW) ile -80
(‰, V-SMOW) dolayında olduğu izlenmektedir. Genellikle ılık aylarda gerçekleşen yağmur tipi
yağışlar ise daha pozitif duraylı izotop içeriğine sahiptir (Şekil 8). Günümüze değin elde edilen
duraylı izotop verileri akarsu ve yeratısuyu örneklerinin kar ve yağmur tipi yağışlar arasında bir
duraylı izotop bileşimine sahip olduğunu göstermektedir. Bu durum, kaba bir yaklaşım ile akarsu ve
yeraltısuyu üzerinde kar erimesine bağlı katkının yağmur şeklindeki beslenim katkısından daha
etkili olduğunu göstermektedir. Kar erimesine bağlı beslenim katkısı yeraltısuyu örneklerinde
akarsu örneklerine göre daha baskındır. Bu durumun, kar erimesi kaynaklı beslenimin yeraltısuyu
üzerinde daha etkili olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Benzer biçimde, kar erimesine
göre daha hızlı akışa geçen yağmur şeklindeki yağış, akarsuyun duraylı izotop derişimi üzerinde
daha belirleyici olmaktadır.
Şekil 7. Tüm örneklerin duraylı izotop içeriğinin YMSD ve GMSD üzerindeki dağılımı
211
Şekil 8. Suların kökenlerine göre dağılımı
Günümüze değin toplanan farklı tipteki (örğ. kar, yeraltısuyu, yağmur, akarsu) örneklerin ortalama
duraylı izotop içeriklerinin gösterildiği Şekil 9’dan gerek yeraltısuyu ve gerekse akarsu izotopik
bileşimi üzerinde kar tipindeki yağışın, yağmur tipindeki yağışa göre daha belirgin bir etkiye sahip
olduğu anlaşılmaktadır. Bu yıllık yağışın önemli bir bölümünün kar tipindeki yağışca oluşturulduğu
inceleme alanı için beklenen bir durumdur.
Şekil 9. Farklı uç bileşenlerin karakteristik duraylı izotop içerikleri
212
Sonuçlar
Bu araştırma kapsamında içinde bulunulan aşamaya değin elde edilen veriler, gerek kimyasal ve
gerekse izotopik verilerin akarsu akımına katkıda bulunan kar, yeraltısuyu ve yağmur şeklindeki
bileşenlerin ayırt edilmesi amacıyla kullanılabileceğini göstermektedir. Halen toplanmakta olan
örneklerden elde edilecek veriler ile genişletilecek olan çalışma ileride kimyasal ve izotopik kütle
dengesini içerecek değerlendirme yaklaşımlarını kapsayacaktır.
Teşekkür
Yazarlar bu araştırma kapsamındaki özverili katkılarından dolayı DMİ Erzurum Bölge Müdürlüğü,
DSİ Genel Müdürlüğü ve DSİ Erzurum VIII. Bölge Müdürlüğü personeline içtenlikle teşekkür
ederler.
Kaynaklar
Allan C, Roulet NT. 1994. Runoff generation in zero order Precambrian Shield catchments: the
storm flow response of a heterogeneous landscape. Hydrological Processes 8: 369–388.
Buttle JM, Vonk AM, Taylor CH. 1995. Applicability of isotopic hydrograph separation in a
suburban basin during snowmelt. Hydrological Processes 9: 197–211.
DSİ, 1996, İstatistik Metodlarla Kar Su Eşdeğerinin Belirlenmesinde ve İzotoplar Kullanılarak
Mevsimsel Akım Tahmininde Yeni Yöntemler, İZ-892
Feng Z, Taylor S, Renshaw CE. 2002. Isotopic evolution of snowmelt 1. A physically based onedimensional model. Water Resources Research DOI: 10.1029/2001WR000814.
Fritz P, Cherry JA, Weyer KU, Sklash MG. 1976. Storm runoff analyses using environmental
isotopes and major ions. In Interpretation of Environmental Isotope and Hydrochemical Data in
Groundwater Hydrology. International Atomic Energy Agency: Vienna; 111–130.
Hinton MJ, Schiff SL, English MC. 1994. Examining the contributions of glacial till water to storm
runoff using two- and three-component hydrograph separations. Water Resources Research 30:
983–993.
Laudon H, Hemon HF, Krouse HR, Bishop KH. 2002. Oxygen 18 fractionation during snowmelt:
implications for spring flood hydrograph separation. Water Resources Research 38: 1258. DOI:
10Ğ1029/2002WR001510.
Maclean RA, English MC, Schiff SL. 1995. Hydrological and hydrochemical response of a small
Canadian Shield catchment to late winter rain-on-snow events. Hydrological Processes 9: 845–863
Peters DL, Buttle JM, Taylor CH, LaZerte BD. 1995. Runoff production in a forested, shallow soil,
Canadian Shield basin. Water Resources Research 31: 1291–1304.
Sayın, M., Eyüpoğlu, S.,Ö., Türkiyedeki yağışların kararlı izotop içeriklerini kullanarak yerel
meteorik doğruların belirlenmesi, 2. Ulusal Hidrolojide İzotop Teknikleri Sempozyumu, Eylül
2005.
Taylor S, Feng Z, Renshaw CE. 2002. Isotopic evolution of snowmelt 2. Verification and
parameterization of a one-dimensional model using laboratory experiments. Water Resources
Research DOI 10.1029/2001WR000815.
Unnikrisha PV, McDonnell JJ, Kendall C. 2002. Isotopic variations in a Sierra Nevada snowpack
and their relation to melt-water. Journal of Hydrology 260: 38–57.
Waddington JM, Roulet NT, Hill AR. 1993. Runoff mechanisms in a forested groundwater
discharge wetland. Journal of Hydrology 147: 37–60.
Wels C, Cornett RJ, LaZerte BD. 1991a. Hydrograph separation: a comparison of geochemical and
isotopic tracers. Journal of Hydrology 122: 253–274.
Wels C, Cornett RJ, LaZerte BD. 1991b. Streamflow generation in a headwater basin on the
Precambrian Shield. Hydrological Processes 5: 185–199.
213
SALİHLİ (MANİSA) JEOTERMAL ALANLARININ HİDROJEOKİMYASAL
ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ
Dokuz Eylül Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği, Tınaztepe Yerleşkesi Buca-İzmir
[email protected]
[email protected]
Özet
Salihli jeotermal alanları Manisa İl merkezine yaklaşık 72 km uzaklıkta, Gediz Grabeni’nin
güneyinde yer almaktadır. Çalışma alanı, Kurşunlu Kaplıcası, Sart Çamur, Üfürük ve Caferbey
jeotermal alanları olmak üzere dört grupta incelenebilir. Bu çalışmada söz konusu sahalardaki
termal kaynaklara ait kimyasal ve izotopik veriler karşılaştırılarak, sıcak suların hidrojeokimyasal
özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışma alanının temelini Prekambriyen yaşlı Menderes
Masifi metamorfikleri oluşturur. Menderes Masifi metamorfiklerine ait karbonatlı kayaçlar karstik
ve çok çatlaklı olmalarından dolayı geçirimliliği yüksek olup, sıcak ve soğuk su kaynakları için
akifer oluştururlar. Bunları örten Neojen tortul birimler bölgede farklı fasiyeslerden oluşmakta ve
Acıdere, Göbekli ve Asartepe formasyonları olarak adlandırılmaktadır. Geçirimsiz veya az geçirimli
olmaları nedeniyle jeotermal sistemlerin örtü kayacını oluşturmaktadırlar. Bölgede geniş bir yayılım
sunan Kuvaterner alüvyon soğuk sular için akifer özelliğinde olması açısından önemlidir. Sıcak
akışkanın taşınımı yeraltındaki fay ve kırık hatları ile sağlanmaktadır.
İnceleme alanındaki sıcak suların kaynak çıkış sıcaklıkları 30–55°C arasındadır. Bununla birlikte
kuyulardan elde edilen akifer sıcaklıkları 51°C ile 155°C arasında, debileri ise 2 ile 80 L/s arasında
değişmektedir. Salihli jeotermal alanındaki sıcak sular δ18O ve döteryum(δ2H) içeriklerine göre
meteorik kökenli sulardır. Genel olarak yağış sularının kırık ve çatlaklardan yeraltına süzülerek
derinlerde ısınması ve tektonik hatları izleyerek sıcak su olarak yüzeye çıkması şeklinde
açıklanabilen devirli sistem özelliğindedirler. Kurşunlu Kaplıcası sıcak suları genel olarak düşük
trityum (H3) yüksek Cl ve EC değerlerine sahiptir. Bundan dolayı sıcak sular derin dolaşımlı ve
yeraltında kalış sürelerinin uzun olabileceğini göstermektedir. Sart-Çamur Kaplıcası sıcak suları ise
yüksek trityum ve düşük Cl içeriğine sahip olup karışık su tipini yansıtmaktadır. Elde edilen yeni
izotopik veriler, alanda var olan önceki verilerle uyuşmaktadır.
İnceleme alanı içerisindeki suların Uluslararası Hidrojeologlar Birliği’ne (AIH) göre
sınıflanmasında; Kurşunlu, Caferbey, Sart Çamur ve Üfürük sıcak suları sırasıyla Na-HCO3, CaMg-HCO3, Ca-Na-HCO3 ve Ca-Mg-SO4 su tipini göstermektedirler. Bölgedeki soğuk sular ise sıcak
sulardan farklı fasiyes özelliklerine sahip olup, Na+2, Ca+2, HCO3ˉ ve SO4–2 iyonlarının egemen
olduğu sulardır. Sıcak suların çeşitli kimyasal jeotermometrelere göre hesaplanan akifer sıcaklıkları
50°C ile 270ºC arasında değişmektedir.
Anahtar Kelimeler: Salihli, hidrojeokimya, hidrojeoloji, izotop jeokimyası.
215
HYDROGEOCHEMISTRY STUDIES OF THE SALİHLİ (MANİSA)
GEOTHERMAL FIELDS
Abstract
The study area is approximately 72 km far from the Manisa City center and is located in southern
rim of the Gediz Graben. Salihli geothermal fields can be geographically divided into four groups;
(1) Kursunlu spa, (2) Caferbey, (3) Ufuruk and (4) Sart Camur spa geothermal fields. The aim of
this study is examined hydrochemical properties of aforementioned geothermal fields by using old
and new chemical and isotopic data. The basement in the geothermal fields consists of Precambrian
to Paleocene Menderes Massif rocks are highly fractured and karstified and act as an aquifer for
both cold ground waters and thermal waters. These units are overlain by Neogene terrestrial
sediments which called as Acidere, Gobekli and Asartepe formations have very low permeability as
a whole and may locally act as cap rocks for the geothermal systems. Quaternary alluvium that
extends wide in the region is the most important unit for cold ground water aquifer. Circulation of
thermal fluid in subsurface is along fault and fracture zones.
In the study area, the thermal waters have outlet temperatures between 30-55°C in springs and from
51oC to 155°C in wells. However, their discharges are between 2-80 L/s from springs or wells.
Results of environmental isotope and chemical analysis show that thermal waters are of meteoric
origin. Thermal waters are qualified as cyclic system can be explained that the meteoric waters
penetrate through the faults and fractures, are heated in reservoir rocks, and move up to the surface
along the tectonic lines. Kurşunlu Spa thermal waters have high Cl and EC values and have hardly
any tritium. So, they have long circulation velocity in depth and their minimum ages of penetration
to the ground are at least 50 years. However, Sart Camur show mixed water type because of having
high tritium and low Cl contents.
According to International Association of Hydrogeologists (AIH), chemical classifications, waters
in the study area reflect the water types of Na-HCO3, Ca-Mg-HCO3, Ca-Na-HCO3 and Ca-Mg-SO4
in Kurşunlu, Caferbey, Sart Camur and Üfürük, respectively. Cold waters are mainly dominated by
the HCO3ˉ and SO4–2 ions, with Na+2, Ca+2and cations. According to several geothermometers
calculated reservoir temperatures are changed between 50oC to 270ºC. New isotopic results agree
with previous isotopic data.
Key words: Salihli, hydrogeochemistry, hydrogeology, isotope geochemistry.
1. Giriş
Çalışma alanı Gediz grabeni güneyinde Manisa İli Salihli İlçesi sınırları içerisinde İzmir L20-a1 ve
a2 paftaları içinde 8900-9400 boylamları ile 54000-61000 enlemleri arasında yer almaktadır.
Çalışma alanının kuzeyini Salihli ovası oluşturmaktadır. Ovadan güneye doğru gidildikçe
topografya birden yükselmekte, derin vadiler ve sırtlar görülmektedir. Güneydeki dik topografyanın
düzlüğe açıldığı alanlarda yaygın alüvyon yelpazeleri ve taşkın alanları gelişmiştir. Çalışma
alanının iklimi, yaz mevsimi sıcak ve kurak kış mevsimi ılık ve yağışlı Akdeniz iklim özelliğinde
olup yıllık ortalama yağış 500mm ve ortalama sıcaklık 17°C’dir. İnceleme alanındaki sıcak suların
kaynak çıkış sıcaklıkları 30–55°C arasındadır. Bununla birlikte kuyulardan elde edilen akifer
sıcaklıkları 51°C ile 155°C arasında, debileri ise 2 ile 80 L/s arasında değişmektedir. Sıcak sular
konut ve sera ısıtmacılığı başta olmak üzere balneolojik amaçlar için kullanılmaktadır.
Bölgedeki çalışmalar jeolojik, hidrojeolojik, hidrojeokimyasal, jeofizik ve sondaj çalışmaları olarak
uzun yıllardan beri devam etmektedir. Jeotermal amaçlı jeolojik, hidrojeolojik, hidrojeokimyasal ve
sondaj çalışmaları ise Maden Tetkik Arama Enstitüsü (MTA) tarafından 1965 yılında başlamıştır
(Ürgün, 1966; Özçiçek 1969; Gülay 1970; Karamanderesi 1972; Yılmazer 1988). Bu çalışmalar
216
günümüze kadar MTA ve diğer araştırıcılar tarafından sürdürülmüştür (Filiz ve diğ., 1993; Yılmazer ve
Karamanderesi 1994; Tarcan 1995; Tarcan ve diğ., 2000).
Bu çalışmada önceki çalışmalar dikkate alınarak elde edilen yeni veriler ışığında bölgedeki sıcak ve
soğuk suların hidrojeolojik ve hidrojeokimyasal açıdan özellikleri yeni jeokimyasal ve izotopik
verilerle değerlendirilmiş ve önceki çalışmalar ile karşılaştırılmıştır.
2. Materyal ve Metod
Çalışma alanı içerisindeki yüzey suları, yeraltı suları ve sıcak sular, kurak ve yağışlı mevsimde
örneklenmiştir. Suların pH, iletkenlik (EC) ve sıcaklık ölçümleri arazide yapılmıştır. Ayrıca sıcak
suların toplam alkalinite değerleri konsantrasyon değişimi olacağı için arazide yerinde titrasyon
metodu kullanılarak ölçülmüştür. Kimyasal analiz ve izotop analizi (O18, H2 ve H3) için sular
50ml’lik polietilen şişelere 0.2µ geçirgenlikteki filitre kağıdından süzülerek örneklenmiştir. Örnek
şişelerine (50 ml), suların pH’ını 2’ye indirgemek için 0.2ml derişik HNO3 asit ilave edilmiştir.
Toplanan su örneklerinin ACME Analitik Laboratuarında (Kanada) ayrıntılı kimyasal analizleri
yaptırılmıştır. Suların O18 ve H2 analizleri TÜBİTAK-MAM, Yer ve Deniz Bilimleri Enstitüsünde,
H3 analizleri ise Hacettepe Üniversitesi Hidrojeloji Mühendisliği Bölümü, Kütle Analiz
Laboratuarında yapılmıştır. Kimyasal analiz sonuçları Watch 2.1 (Arnorsson vd., 1982 ve
Bjarnason, 1994) ve AquaChem 5.1 (Calmbach, 1997) kimyasal türleştirme programlarında
değerlendirilmiştir.
3. Jeoloji ve Hidrojeoloji
Çalışma alanı Gediz grabeni’nin güney kısmında yer almaktadır. İnceleme alanında yüzeyleyen
kayalar temel ve örtü kayalar olmak üzere iki gruba ayrılabilir. Temeli gnays, mikaşist, fillit,
kuvars şist, mermerlerden yapılı Menderes metamorfikleri oluşturur. Menderes metamorfiklerinin
yaşı Pre-Kambriyen olarak belirlenmiştir (Dora ve diğ., 1995). Örtü kayalar ise kalınlığı 2000m’yi
bulan Neojen kırıntılı tortullardır. Neojen sedimanter birimler bölgede farklı fasiyeslerden
oluşmakta ve Acıdere, Göbekli ve Asartepe formasyonları olarak adlandırılmaktadır. Acıdere
formasyonu genellikle örtülü akarsu ortamında oluşmuş kırıntılı tortullar (çakıltaşı, çakıllı kum ve
kiltaşı-çamurtaşı) şeklindedir. Göbekli formasyonu çakıltaşı, kumtaşı ve kireçtaşından oluşur.
Asartepe formasyonu kumtaşı ardalanmalı çakıltaşlarından oluşmaktadır. Bu birimler Menderes
metamorfiklerini düşük açılı bir normal fay ile örter. Bu normal fay “ayrılma fayı” olarak
tanımlanmıştır. Pekleşmemiş kırıntılı tortullardan oluşmuş Kuvaterner alüvyon bölgedeki en geç
birimdir (Şekil 1).
İnceleme alanın içerisindeki Menderes Masifi’ne ait karbonatlı kayaçlar (mermer ve dolomitik
mermer) karstik ve çok çatlaklı olmalarından dolayı geçirimliliği yüksek olup, sıcak ve soğuk su
kaynakları için akifer oluştururlar. Bazı yerlerde Menderes metamorfiklerinin gnays ve kuvarsmikaşistleri de ayrışmış özelliklerinden dolayı yer yer jeotermal sistemlerin akiferidir. Örtülü akarsu
ortamında oluşmuş kötü çimentolanmış kil düzeyleri içeren Neojen tortul kayaçlar ise hidrojeolojik
açıdan geçirimsiz veya az geçirimli olmaları nedeniyle jeotermal sistemlerin örtü kayacını
oluşturmaktadırlar. Bölgede geniş bir yayılım sunan alüvyon soğuk sular için akifer özelliğinde
olması açısından önemlidir. Sıcak akışkanın taşınımı yeraltındaki fay ve kırık hatları ile
sağlanmaktadır (Tarcan ve diğ., 2000).
217
Şekil 1. İnceleme alanının jeoloji haritası ( Emre 1996’dan değiştirilerek).
Salihli jeotermal alanları Kurşunlu Kaplıcası, Sart Çamur, Üfürük ve Caferbey jeotermal alanları
olmak üzere dört grupta incelenebilir. İnceleme alanındaki sıcak suların kaynak çıkış sıcaklıkları
30–55°C arasındadır. Bununla birlikte kuyulardan elde edilen akifer sıcaklıkları 51°C ile 155°C
arasında, debileri ise 2 ile 80 L/s arasında değişmektedir. Kurşunlu Jeotermal Alanı’ndaki sıcak
suların kaynak çıkış sıcaklıkları 42°C ile 55°C arasında olup mevcut kuyularda 51°C ile 114°C
arasında değişen akifer sıcaklıkları ve 40 ile 80 L/s arasında değişen debide akışkanlar
bulunmaktadır. Termal kaynaklar geçmişten günümüze yöre halkı tarafından kaplıca amaçlı
kullanılmaktadır. Kurşunlu sahası jeotermal sistemler açısından grabenin en önemli bölgesidir. 1967
yılından beri Salihli Belediyesi’nce kaplıca amaçlı işletilmeye devam edilmektedir. Ayrıca Aralık
2001 yılından bu yana Salihli İlçesi’nde konut ısıtılmaya yönelik uygulamalar gelişmeye devam
etmektedir. Bölgede kuyu ve kaynaklardan elde edilen termal sular konut ısıtmacılığı başta olmak
üzere sera ısıtmacılığı, banyo ve tedavi amaçlı kullanılmaktadır.
4. Duraylı İzotop Jeokimyası
İnceleme alanı içerisindeki suların O18, H2 ve H3 izotop analiz sonuçları Çizelge 1’de görülmektedir.
Suların δ18O-δD diyagramı üzerindeki dünya meteorik su doğrusu ile Akdeniz meteorik su
doğrusuna göre konumları, meteorik kökenli olduklarını göstermektedir (Şekil 2).
218
Şekil 2. İnceleme alanındaki termal suların δ18O – δD diyagramındaki görünümü.
MMWL (δD=8 δ18O + 15) Akdeniz meteorik su doğrusu (Gatt ve Carmi, 1970),
GMWL (δD=8 δ18O + 10) ise Dünya meteorik su doğrusu (Craig, 1961).
Kurşunlu Kaplıcası sıcak suları genel olarak düşük T ve yüksek Cl içeriği ile derin dolaşımlı
sulardır. Sart-Çamur Kaplıcası sıcak suları ise yüksek T ve düşük Cl içeriğine sahip olup karışık su
tipini yansıtmaktadır (Şekil. 3a)
Suların EC-Trityum grafiğinde görüldüğü gibi Kurşunlu Kaplıcası sıcak sularının yüksek EC
değerine karşılık düşük trityum içerikleri, bunların yeraltında kalış sürelerinin uzun olabileceğini
göstermektedir. Sart-Çamur Kaplıcası sıcak suyunun ise karışık su tipini yansıttığı düşünülmektedir
(Şekil. 3b).
100
Cl
75
50
Kurşunlu
Sart-Çamur
Bahçecik
25
Allahdiyen
Üfürük
0
-1
0
1
2
219
T (TU)
3
4
5
(a)
4000
3500
EC(µS/cm)
3000
Kurşunlu
Sart-Çamur
2500
Bahçecik
2000
Allahdiyen
Üfürük
1500
1000
500
0
0
1
2
3
T(TU)
4
5
6
(b)
Şekil 3. a) Sıcak suların T-Cl grafiği.
b) Sıcak suların T-EC grafiği.
5. Hidrojeokimya
Bu çalışmada inceleme alanındaki sulardan alınan 18 adet su örneğinin kimyasal analiz sonuçları
Watch 2.1 (Arnorsson vd., 1982 ve Bjarnason, 1994) ve AquaChem 5.1 (Calmbach, 1997)
türleştirme programlarında değerlendirilerek her bir su noktasının akifer kimyası, mineral
doygunlukları, hazne kaya sıcaklıkları ayrı ayı değerlendirilmiştir.
Bu çalışmada suları adlandırmak, birbiri ile karşılaştırmak, etkileşimlerini araştırmak ve kökeni ile
ilgili yorum yapabilmek amacıyla suların tipinin belirlenmesine yönelik yöntemlerden biri olan
Uluslararası Hidrojeologlar Birliği (IAH) sınıflaması kullanılmıştır. Buna göre suda çözünmüş
başlıca anyon ve katyonlardan ayrı ayrı olmak üzere mek/l olarak % 20’ den fazla çözünmüş
bulunan iyonlar su tipini belirlemektedir (IAH, 1979; Başkan ve Canik, 1984). Bu sınıflandırmaya
göre inceleme alanındaki sıcak sular genel olarak Na-Ca-HCO3 tipindedir. Soğuk sular ise genel
olarak Na, Ca, Mg ve HCO3 iyonlarının egemen olduğu suları yansıtmaktadırlar (Çizelge 1).
Kurşunlu Kaplıcası, Caferbey ve MTA kuyusu sıcak suları Piper Üçgen Diyagramı’nda 8 No’lu
(karbonat alkalileri %50’den fazla olan suların bulunduğu) alana düşmektedirler. Sart Çamur
Kaplıcası sıcak suyu ise 5 No’lu (karbonat sertliği %50’den fazla olan sular) alanına düşmektedir.
Üfürük mineral kaynağı Ca ve SO4’ce zengin olup Piper üçgen Diyagramı’nda 6 No’lu alana
(Karbonat olmayan sertliği %50’den fazla olan sular) düştüğü görülmektedir. Seçilen soğuk su
örnekleri ise pek fazla baskın iyon içermeyen karışık su tipindedirler.
220
Şekil 4. İnceleme alanındaki suların Piper üçgen diyagramındaki dağılımı (Örnek numaraları
Çizelge 1 ile aynıdır).
5.1. Jeotermometre Uygulamaları
Jeotermal sistemlerde akifer sıcaklığının tahmin edilmesi sıcak suların uygun şekilde
kullanılabilirliği açısından önemlidir. Jeotermal sistemlerde akifer sıcaklıklarının doğrudan
ölçülmesi masraf ve zaman gerektirdiğinden her zaman mümkün olmamaktadır. Buna bağlı olarak
gerek ekonomikliği, gerekse de kullanımdaki kolaylığı nedeniyle akifer sıcaklığının saptanması için
geliştirilmiş birçok yöntem bulunmaktadır. Jeotermal kaynakların araştırılmasında jeokimyanın en
önemli uygulamalarından birisi kimyasal jeotermometreler ile akışkanın yeraltındaki sıcaklığının
tahmin edilmesidir. Kimyasal jeotermometreler sıcaklığa bağlı su-kayaç dengesine dayalıdır ve su
kayaç ilişkisindeki son denge sıcaklığını verir. Her bir jeotermometre için denge sıcaklığı farklıdır.
Bu jeotermometreler çözünürlüğe ve iyon değişimine dayalı olarak geliştirilmişlerdir (Şahinci,
1991).
221
222
Örnekleme
Yeri
Bahcecik
Bahcecik
Bahcecik
Kirkoluk
Allahdiyen
Ufuruk
Kursunlu
Caferbey
Caferbey
Caferbey
Kursunlu
Kursunlu
Kursunlu
Kursunlu
Kursunlu
Kursunlu
Sart-camur
*Caferbey, MTA
kuyu
pH Li
mg/l
8.0 2.2
8.0 0.0
6.4 0.0
6.7 0.0
7.1 0.0
5.7 0.0
7.9 5.1
7.0 0.0
6.7 0.1
6.4 0.1
6.9 2.7
7.3 2.4
6.5 1.9
6.4 0.9
6.5 4.5
7.7 4.5
6.6 1.0
7.8 -
K
mg/l
1.7
1.7
3.8
0.7
1.6
22.2
84.4
4.6
5.4
6.8
51.1
49.7
38.6
18.7
82.1
91.5
21.1
70.0
Na
mg/l
5.5
5.1
10.2
3.6
8.4
57.9
660.2
36.0
53.0
41.5
408.9
407.3
306.5
167.1
639.9
658.6
164.0
680.0
Ca
Mg
mg/l mg/l
32.6
4.9
32.5
4.3
63.4 14.1
31.5
4.9
64.3
6.1
808.5 251.1
46.8 13.9
119.2 45.0
132.5 62.5
98.8 41.0
82.8 18.6
83.2 16.5
84.3 17.2
182.2 35.1
31.3
7.9
62.4 10.6
183.8 24.6
42.0
0.1
B
mg/l
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.5
60.4
0.5
0.5
1.3
41.3
43.8
29.9
15.7
61.4
62.3
14.0
67.0
Cl
SO4
mg/l mg/l
4.0
38.9
5.0
27.0
11.0
92.9
5.0
24.0
7.0
50.9
62.0 2387.8
125.0
68.9
30.0 164.8
0.1
86.9
20.0
92.9
77.0
77.9
77.0
80.9
64.0
68.9
38.0 182.8
130.0
27.0
129.0
68.9
32.0
65.9
115.0
34.0
HCO3
mg/l
112.3
97.6
85.4
101.3
108.6
219.7
1339.9
411.9
602.8
533.9
1305.7
1403.4
1451.0
1310.6
1684.0
1706.0
793.2
1983.0
SiO2
mg/l
17.5
15.2
21.3
11.3
17.3
33.3
322.1
28.4
32.1
34.5
217.4
231.1
205.8
99.7
396.1
381.5
108.0
213.9
SiO2 SiO2
(Q.) (chal.)
a2
b
196
216
86
83
212
237
212
237
170
183
133
137
210
234
207
231
136
142
136
142
SiO2 SiO2 SiO2 SiO2
(Q.) (Q.) (chal.) (chal.)
b
c
d1
d2
164 193
190
178
62
70
54
59
179 211
211
195
179 211
211
195
139 163
155
149
106 122
109
109
177 209
208
193
174 206
204
190
109 126
113
113
109 126
113
113
SiO2
(chal.)
d3
195
48
218
218
156
106
215
211
111
111
SiO2
(Q.)
d4
213
70
236
236
177
128
232
229
133
133
SiO2 Na/K
(Q.)
d5
e
196
216
84
190
212
529
212
210
169
214
132
200
210
461
207
226
135
217
135
191
f
249
228
465
244
247
236
424
257
249
229
Na/K
g
225
197
569
219
223
208
492
236
225
198
d
221
197
503
216
220
207
444
231
222
198
h
225
205
428
221
224
213
389
233
226
206
i
253
234
436
249
251
241
402
260
253
235
g
728
181
244
494
431
279
410
673
276
762
g
424
188
347
345
323
246
443
417
253
409
d
227
201
530
222
225
212
465
237
228
203
j
215
186
581
208
213
197
497
226
215
187
Na/K Na/K Na/K Na/K Na-Ca K-Ca Na/K* Na/K
k
262
239
503
258
261
249
456
271
263
240
Na/K
i
119
36
100
101
94
67
127
126
74
203
K-Mg
a1) SiO2 kuvars buhar kaybı yok ve a2) SiO2 kuvars maksimum buhar kaybı, Fournier 1977; b) Fournier ve Potter, 1982; c) Arnorsson ve diğ., 1989; d) Arnorsson ve diğ., 1983, d1) SiO2
(amorf silis), d2) SiO2 (kalsedon, 100oC adiyabatik buhar kaybı), d3) SiO2 (kalsedon, buhar kaybı), d4) SiO2 (kalsedon, buhar kaybı) ve d5) SiO2 (kuvars, 100oC adiyabatik buhar kaybı),
e) Truesdell, 1976; f) Fournier 1979; g) Tonani, 1980; h) Nieva ve Nieva, 1987; i) Giggenbach ve diğ..,1988; j) Fournier & Truesdell, 1973; k) Fournier & Potter 79; l) Giggenbach ve diğ.,
1983.
Örnek Ölçülmüş Akifer
SiO2
No
sıcaklık sýcaklýðý (Q.)
°C
°C
a1
7
44.5
94
215
9
27.4
82
11
46
98
235
12
39
90
235
13
27.9
83
182
14
34
137
15
38.6
114
232
16
43.6
112
229
17
40.7
52
142
18
90
155
142
Çizelge 2. Inceleme alanındaki sıcak suların çeşitli jeotermometrelerle hesaplanan akifer sıcaklıkları (Örnek numaraları Çizelge 1 ile aynıdır).
Su Tipi
T EC
°C uS/cm
15.03.2007 Ca-HCO3-SO4
13.1 235
16.03.2007 Ca-HCO3-SO4
13.2 198
17.03.2007 Ca-Mg-SO4-HCO3 14 422
16.11.2006 Ca-HCO3-SO4
10.9 190
16.11.2006 Ca-HCO3-SO4
13.2 406
16.11.2006 Ca-Mg-SO4
8.2 3650
16.11.2006 Na-HCO3
44.5 2630
15.03.2007 Ca-Mg-HCO3-SO4 19.7 928
15.03.2007 Ca-Mg-HCO3
27.4 1220
15.03.2007 Ca-Mg-HCO3
22.4 835
16.11.2006 Na-HCO3
46 2220
16.11.2006 Na-HCO3
39 2230
16.11.2006 Na-HCO3
27.9 1909
16.11.2006 Ca-Na-HCO3
34 1705
16.11.2006 Na-HCO3
38.6 2610
16.11.2006 Na-HCO3
43.6 2730
16.11.2006 Ca-Na-HCO3
40.7 1575
20.09.1990 Na-HCO3
90 2700
Tarih
* Tarcan, 2005'den alınmıştır.
Örnek
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Çizelge 1. İnceleme alanındaki suların kimyasal analiz sonuçları (Örnek numaraları Şekil 1 ile aynıdır.
İnceleme alanındaki jeotermal alanlardaki sıcak ve mineralli suların jeotermometre uygulama
sonuçları Çizelge 2’de belirtilmiştir. Sıcak suların çeşitli kimyasal jeotermometrelere göre
hesaplanan akifer sıcaklıkları 50°C ile 400ºC arasında değişmektedir.
Sıcak suların akifer (hazne kaya) sıcaklıklarının saptanması ve suların ilişkide olduğu kayaçlarla
olan denge durumlarının belirlenmesi için kullanılan bir diğer yöntem ise Giggenbach (1988),
tarafından geliştirilmiş olan Na-K-Mg birleştirilmiş jeotermometresidir. Bu üçgen diyagram ile hem
sıcak suların hazne sıcaklığı hızlı olarak yorumlanabilmekte, hem de daha önce belirtilen katyon
jeotermometre uygulamalarının geçerliliği sınanmaktadır. Fournier (1990,) bu diyagram üzerinde
bazı yenilemeler yaparak, en güvenilir sonuçların bu üçgen diyagramdan oluşan jeotermometre
uygulaması ile alınabileceğini öne sürmektedir. Diyagram kısaca, su kayaç ilişkisinin dengede
olduğu, su kayaç ilişkisinin dengede olmadığı (ham sular), su kayaç ilişkisinin kısmen dengede
olduğu sular olmak üzere üç bölümden oluşmaktadır. Diyagramda kısmen olgunlaşmış sularla,
olgunlaşmamış suları birbirinden ayıran eğri olgunlaşma indeksinin (MI=maturity index), MI=2,0
olduğu eş kimyasal özellikteki noktaların bileşimiyle oluşmuştur. İnceleme alanındaki sıcak suların
Na-K-Mg üçgen diyagramındaki konumları bu jeotermal alanlar içerisindeki sıcak suların
çoğunlukla ham sular sınıfında yer aldığını göstermektedir (Şekil 5). Sıcak sular genel olarak 260
ºC sıcaklık eğrisi üzerinde sıralanmıştır. Giggenbach (1988), ham sular bölümüne düşen suların
katyon jeotermometre sonuçlarına şüpheyle bakılması gerektiğini belirtmektedir.
Şekil 5. İnceleme alanındaki sıcak suların Na-K-Mg üçgen diyagramındaki yeri .
Tüm jeotermometre sonuçları alanda açılan kuyulardan elde edilen akifer sıcaklıkları (Kurşunlu
Kaplıcası 50-114°C; Caferbey 155 °C ) ile karşılaştırıldığında, bazı silis jeotermometrelerinin daha
güvenilir sonuçlar verdiğini göstermektedir.
223
5.2. Suların Mineral Doygunluk Özellikleri
Sıcak suların analiz sonuçları Watch 2.1 (Arnorsson vd., 1982 ve Bjarnason, 1994) programına
aktarılmış ve sıcak suların sekiz farklı sıcaklıkta mineral doygunlukları hesaplanmıştır. Bu
verilerden mineral doygunluk–sıcaklık grafikleri elde edilmiştir.
Kurşunlu sıcak sularında genel olarak anhidrit ve vollastonit minerallerini çözündürücü özelliktedir.
Kalsit mineralince ise aşırı doygundur. Diğer mineraller düşük sıcaklıklarda su ile doygun özellik
göstermektedir. Sart-Çamur sıcak suları genel olarak vollastonit ve silis amorf minerallerini
çözündürücü, kalsit mineralini çökeltici özelliktedir (Şekil 6). Caferbey sıcak suları da genellikle
kalsit mineralince aşırı doygun, anhidrit, amorf silis, vollastonit ve götit minerallerini çözündürücü
özelliktedirler (Şekil 11). SI=0 denge doğrusunda birden fazla mineralin kesişme noktaları dikkate
alındığında Kurşunlu ve Sart-Çamur sıcak sularının 110°C ve Caferbey sıcak sularının 150°C hazne
kaya sıcaklığına sahip olabilecekleri gözlenmiştir.
6. Sonuçlar
Kurşunlu, Caferbey, Sart Çamur ve Üfürük sıcak suları sırasıyla Na-HCO3, Ca-Mg-SO4, Ca-NaHCO3 ve Ca-Mg-SO4 su tipini göstermektedirler. Bölgedeki soğuk sular ise sıcak sulardan farklı
fasiyes özelliklerine sahip olup, Na+2, Ca+2, HCO3ˉ ve SO4–2 iyonlarının egemen olduğu sulardır.
Kurşunlu Kaplıcası sıcak suları genel olarak düşük T ve yüksek Cl içeriği ile derin dolaşımlı
sulardır. Sart-Çamur Kaplıcası sıcak suları ise yüksek T ve düşük Cl içeriğine sahip olup karışık su
tipini yansıtmaktadır. Suların EC-trityum grafiğine bakıldığında, Kurşunlu Kaplıcası sıcak sularının
yüksek EC değerine karşılık düşük trityum içerikleri, bunların yeraltında kalış sürelerinin uzun
olabileceğini göstermektedir. Sart-Çamur Kaplıcası sıcak suyu ise karışık su tipini yansıtmaktadır.
Kurşunlu Kaplıcası, Caferbey ve MTA kuyusu sıcak suları Piper Üçgen Diyagramı’nda 8 No’lu
(karbonat alkalileri %50’den fazla olan suların bulunduğu) alana düşmektedirler. Sart Çamur
Kaplıcası sıcak suyu ise 5 No’lu (karbonat sertliği %50’den fazla olan sular) alanına düşmektedir.
Üfürük mineral kaynağı Ca ve SO4’ce zengin olup Piper üçgen Diyagramı’nda 6 No’lu alana
(Karbonat olmayan sertliği %50’den fazla olan sular) düştüğü görülmektedir. Seçilen soğuk su
örnekleri ise pek fazla baskın iyon içermeyen karışık su tipindedirler.
İnceleme alanındaki sıcak suların Na-K-Mg üçgen diyagramındaki konumları bu jeotermal alanlar
içerisindeki sıcak suların çoğunlukla ham sular sınıfında yer aldığını göstermektedir. Sıcak sular
genel olarak 260 ºC sıcaklık eğrisi üzerinde yer almaktadırlar. Giggenbach (1988), ham sular
bölümüne düşen suların katyon jeotermometre sonuçlarına şüpheyle bakılması gerektiğini
belirtmektedir.
İnceleme alanındaki sıcak sular genel olarak kalsit mineralince doygun olup anhidrit ve vollastonit
minerallerini çözündürücü özelliktedir. SI=0 denge doğrusunda birden fazla mineralin kesişme
noktaları dikkate alındığında Kurşunlu ve Sart-Çamur sıcak sularının 110 °C ve Caferbey sıcak
sularının 150 °C hazne kaya sıcaklığına sahip olabilecekleri gözlenmiştir.
224
5.000
Adularia
Anhydrite
Wairakite
Albite, low
Calcite
Wollastonite
Sil. amorph.
Analcime
Chalcedo
Goethite
Prehnite
Quartz
Zoisite
SI(logQ/logK)
Kurşunlu
0
-5.000
25
50
75
100 o 125
T( C)
150
175
200
2.500
SI (logQ/logK)
Caferbey derin kuyu
0
-2.500
Anhidrit
Vollastonit
Kalsedon
Kalsit
Sil. Amorf
Kuvars
-5.000
25
50
75
100 o 125
T( C)
150
175
5.000
200
Adularia
Sart-Çamur Kaplıcası
Anhydrite
S I(logQ/logK)
Wairakite
Albite, low
Calcite
0
Microcline
Wollastonite
Sil. amorph.
Analcime
Chalcedo
-5.000
Quartz
25
50
75
100 o 125
T( C)
150
175
200
Şekil 6. İnceleme alanındaki sıcak suların SI-Sıcaklık grafikleri.
Katkı Belirtme
Bu çalışma, Dokuz Eylül Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projelerinden KB.FEN.016 No’lu “Salihli
Jeotermal Alanları’nın Hidrojeolojik İncelenmesi” konulu proje kapsamında hazırlanmıştır.
225
Kaynaklar
Arnórsson S., Gunnlaugsson E., and Svavarsson H., 1983. The chemistry of geothermal waters in
Iceland. III. Chemical geothermometry in geothermal investigations. Geochimica et
Cosmoschimica Acta, 47, 567-577.
Arnorsson, S., Arnorsson, E., 1989. Deposition of calcium carbonate minerals from geothermal
waters. Theoretical considerations, Geothermics 18, pp. 33–39
Başkan, M.E., Canik, B., 1983. IAH Map of mineral and thermal waters of Turkey Aegean Region.
MTA No. 189, Ankara, Pp:80.
Bjarnason, J.O., 1994. The Speciation Program WATCH, version 2.1. Orkustofnun, Reykjavik,
Iceland (7 pp.).
Craig, H., 1961. Isotopic variations in meteoric waters. Science 133, 1702-B.
Calmbach, L., 1997. AquaChem Computer Code-Version 3.7.42, waterloo hydrogeologic.
Waterloo, Ontario, Canada, N2L 3L3.
Dora, O.O., Candan, O., Durr, S., Oberhanslı, R., 1997. New evidence on the geotectonic evolution
of the Menderes Massif. In: Piskin O, Ergiin M, Savaccm MY, Tarcan G (eds) Proc
International Earth Sciences Colloquium on the Aegean Region, izmir-Gulluk, Turkey, pp 5372
Filiz, Ş., 1995. Ege Bölgesindeki önemli jeotermal alanların O-18, H-2, H-3, C-13 izotoplarıyla
incelenmesi. Doçentlik Tezi, E.Ü.Y.B.F., İzmir, Pp: 95.
Filiz S, Gokgoz A, Tarcan G (1993) Hy-drogeologic comparisons of geothermal fields in the Gediz
and Buytik Menderes Grabens. Congress of the World Hydro thermal Organisation, 13-18 May
1992, Istanbul-Pamukkale, Turkey, pp 129-153
Irmak, U.,1994. High boron contents in aquifer systems of Salihli: Alasehir plains. MSc Thesis,
DEU, Izmir. 129-153,
Karamanderesi I.H., 1972. Detail geology and geothermal energy feasibility of the Urganlı
Kaplıcaları (Manisa-Turgutlu) and surrounding area (In Turkish). MTA report, MTA, Ankara
Fourneir, R.O., (1990)., The interpretation of Na-K-Mg relation in geothermal waters. Geoth. Res.
Counc. Trans., 14, 1421-1425.
Fournier, R.O., 1977. A Review of chemical and isotopic geothermometers for geothermal
systems. In : Proceedings of the Symp. on Geoth. Energy, Cento Scientific Programme, Ankara,
pp: 133-143.
Fournier, R.O., Potter, R.W., 1979. Magnesium Correction to the Na-K-Ca Chemical
Geothermometer. Geochimica et Cosmochimica Acta, 43, 1543-1550 .
Fournier, R.O., Truesdell, A.H., 1973. An Empirical Na-K-Ca Geothermometer for Natural Waters.
Geochimica et Cosmochimica Acta 37, 1255-1275.
Fourneir, R. O. and Potter R.W. (1982). A Revised and Expandad Silica (Quartz) Geothermometer.
Geothermal Research Council Bull. V.11. pp. 9.
Gatt, J.R., Carmi, I., 1970. Evolution of the isotopic composition of atmospheric waters in the
Mediterranean Sea. J. Geophys. Res. 75, 3032-3048.
Giggenbach WF (1988) Geothermal solute equilibria: derivation of Na-K-Mg-Ca geoindicators.
Geochim Cosmochim Acta 52:2749-2765
Gıggenbach, W.F., Gonfiantini, R., Jangi, B.L., Truesdell, A.H.,1983. Isotopic and Chemical
Composition of Parbati Valley Geothermal Discharges, NW Himalaya, Indiana. Geothermics, 5,
51-62.
Gülay, A., 1970, Manisa-Salihli - Caferbey-Köseali-Trablı-Kurşunlu-Allahdiyen Gökköy-Çamur
banyoları-Üçtepeler rezistivite raporu: MTA Rap., 4853 (yayımlanmamış), Ankara.
IAH, Map of mineral and thermal water of Europe. Scale 1:500.000. International Association of
Hydrogeologists, (1979) United Kingdom.
Karamanderesi, I .H., (1972). Urganlı Kaplıcaları (Manisa-Turgutlu) civarının detay
jeolojisi ve jeotermal alan olanakları hakkında rapor. MTA Raporu:5462, Ankara.
226
Nieva,D. & Nieva, R.,(1987),Development in Geothermal Energy in Mexico, par 12-A Cationic
Composition Geothermometer for Prospection of Geothermal Resaurces.Heat Recovery Systems
and CHP, 7, 243-258.
Parkhurst, D.L., Appelo, C.A.J., 1999. User's guide to PHREEQC (version 2) A computer program
for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations:
U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report. 99-4259, pp:312.
Özçiçek, B., 1969. Manisa-Turgutlu-Salihli jeotermik enerji araştırmaları. Kendirlik ve Allahdiyen
yöreleri rezistivite etüdleri. MTA Raporu: 4029, Ankara.
Şahinci, A.,1991. Doğal Suların Jeokimyası. D.E.Ü. Müh. Mim. Fak. Yayınları, İzmir, 175-244.
Tarcan, G., 2005. Mineral saturation and scaling tendencies of waters discharged from wells
(>150oC) in geothermal areas of Turkey. Journal of Volcanology and Geothermal Research,
142/3-4, 263-283.
Tarcan, G., 1995. Hydrogeological study of the Turgutlu Hot Springs. PhD Thesis, Dokuz Eyliil
University Graduate School of Natural and Applied Sciences, Izmir, 214 pp
Tarcan, G., Filiz Ş., Gemici, Ü., (2000). Geology and Geochemistry of the Salihli Geothermal
Fields, Turkey. WGC-2000 World Geothermal Congress 28 May-10 June, 2000 Congress
Kyushu-Tohoku, Japan, Books of Proceedings, R-922, 6: 1829-1834.
Tonanni, F.,1980. Some remarks of the application of geochemical techniques in geothermal
exploratin. Proceedings, Adv. Eur. Geoth. Res. Second Symp., Strasbourg, 428-443.
Truesdell, A.H., 1976. Summary of section III geochemical techniques in exploration. Proceedings,
Second United Nations Symposium on the Development and Use of Geothermal Resources. San
Francisco, 1975, Vol.1, Washington D.C., U. S. Government Printing Office, pp: ıiii-ıxxxix.
Ürgün, S., 1966. Manisa-Turgutlu-Urganlı kaplıcası jeotermik enerji aramaları jeoloji, hidrojeoloji
raporu: MTA Rap., 4679 (yayımlanmamış), Ankara.
Yılmazer, S., 1984. İzmir-Balçova jeotermal sahasında ısı üretimine yönelik değerlendirme raporu:
MTA Rap., 7504 (yayımlanmamış), Ankara.
Yılmazer S (1988) Kursunlu-Sart sıcak su kaynaklarının (Salihli) hidrojeoloji ve jeokimyasal
ozellikleri. Isparta Miihendislik Fakiiltesi Dergisi 5:242-266
Yılmazer S, Karamanderesi IH (1994) Kursunlu jeotermal alanının (Salihli-Manisa) jeolojisi ve
jeotermal potansiteli. In: Diinya Enerji Konseyi Tiirkiye 6. Enerji Kongresi Turk Milli Komitesi,
17-22 Ekim 1994, Izmir, Teknik Oturum Tebligleri I, pp 68-181
227
BALIKESİR ILICABOĞAZI (KEPEKLER) KAPLICA SULARININ
İZOTOPLARLA (O-18, H2, ve H3 ) İNCELENMESI
Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Jeoloji Müh. Bölümü, IZMIT
[email protected]; [email protected]; [email protected]
Özet
KAF zonunun batı uzanımında yer alan inceleme alanı, Susurluk ilçesinin 20 km kuzeyinde ve Yeni
Ilıcaboğazı Köyünde yer almaktadır. Bölgede temeli oluşturan Fazlıkonağı Formasyonu Ilıcaboğazı
kaplıca dolayında yüzeylenmemekle birlikte, alanda yapılan sondajda kesilen ve yaşının Paleozoik
olduğu tahmin edilen bu birim kuvars-serisit-kalkşistlerle temsil edilir. Bu birimin üzerine açısal
uyumsuzlukla ve kalınlığı 250 m olan Tersiyer yaşlı çakıltaşı, kumtaşı, marn killi kireçtaşı, tüf,
aglomera ve andezitik lavlardan oluşan volkanosedimenter seri gelmektedir. En üstte ise Kuvaterner
yaşlı alüvyon yer alır.
Yöredeki sıcak ve mineralli sular Kepekler Ilıca vadisi boyunca yer almakta, bu suların yüzeye
çıkışını KD-GB uzanımlı fay sistemleri ve bu faylara bağlı ikincil fay ve çatlaklar sağlamaktadır.
Sıcak su taşıyan faylar alüvyon altında gömülüdür. Bu faylar, halen sıcaksu çıkışlarında aktif rol
oynamaktadır. Kaplıcadan su ve çamur banyosu olarak yararlanılmaktadır. Suların sıcaklıkları
kaynaklarda, 30-56°C arasında olup, toplam debileri 6 lt/s dır. Ayrıca sıcak sular, bataklık ve sazlık
görünümü sunan oldukça geniş bir alanda, küçük kaynaklar şeklinde de çıkmaktadır. Yine Sıcak su
kaynaklarının bulunduğu vadiden alüvyon içersinde akan Mürüvetler deresinin içinde, çeşitli
yerlerde ve yakın mesafelerde sıcaklıkları 30- 50°C arasında değişen kaynaklar da tespit edilmiştir.
Bölgede 1985’yılında MTA ya ait derinliği 390 m, sıcaklığı 64°C, ve debisi 15 l/s olan bir sıcak su
sondajı bulunmaktadır. Bu sular AIH sınıflamasına göre”“ Na, Ca , Cl, HCO3, B, SiO2 li, ve CO2 li
sicak ve mineralli Sulardir. Bu çalışmada Kepekler Ilıcaboğazı sıcak ve mineralli su kaynaklarının
oluşumu, beslenme ve fiziko – kimyasal nitelikleri aydınlatılmaya çalışılmıştır. Suların kökenini
araştırmada izotop analizlerinden yararlanılmıştır. Sıcak ve mineralli sulardaki iyonların kökenleri
araştırılmıştır. Katyonların iyonik formülü rNa+rKrCarMg iken, anyonların iyonik formülü
rClHCO3rSO4 tarzında dizilim sunar. Bunların yapılan izotop analizinde değerler birbirine
yakındır. Yalnız 7 nolu sondaj kuyusunun oksejen-18 ve doteryum değerleri, belki de örnekleme
hatasından sıcak sulardan farklı bir değer almaktadır. 18O- 3H ilişkisine göre Kepekler sıcak ve
mineralli suları yüksek iletkenliğe sahip, 18O bakımından negatif değerler alan, yüksek kotlardan
beslenen derin dolaşımlı sulardır.
Anahtar kelime: Kepeklerı, Oksijen-18, Döteryum, Trityum izotopları.
EVALUATION OF THE BALIKESIR ILICABOĞAZI (KEPEKLER) SPA WATERS WITH
(O-18, H2 and H3 ) ISOTOPES
Abstract
The studied area, where is in the west elongation of the NAF (North Anatolian Fault) zone, takes
place in 20 km north of Susurluk county and in Yeni Ilıcaboğazı village. Paleozoic aged
Fazlıkonağı Formation, the basement of the region, which is composed of quartz-sericite-calc schist
does not crap out around Ilıcaboğazı thermal water. Tertiary aged and 250m in thickness volcanosedimenter unit which is composed of argillaceous limestone, tuffs, agglomerate and andesitic lavas
settle down as angular unconformity over Fazlıkonağı Formation. The youngest formation of the
229
region is Quaternary aged alluvion. The hot and mineral bearing waters of the area take place along
Kepekler Ilıca Valley. These waters are controlled to surface by NE-SW direction fault systems and
related secondary fault and fissures. The faults which transport hot water are burried under the
alluvion. These faults still have an active role to surface hot waters. The temperatures of the waters
are among 30 and 56 °C and total flow is about 6 lt/s. Besides, the thermal waters are also observed
in a large source area which is bog and rush bed. Again, Some hot water sources whose temperature
is among 30- 50°C are observed in stream Mürüvvetler in the valley which thermal waters are
present and near distance. In the studied area, A well which is 390 m. in depth and 64°C in
temperature and 15 lt/s in flow was observed by MTA in 1985. In
These waters are Na, Ca , Cl, HCO3, B, SiO2, CO2 bearing according to AIH classification. The aim
of this study is to examine the origin, recharge and physico-chemical characteristics of the Kepekler
Ilıcaboğazı. Isotopes techniques were used for determination origin of thermal and mineral waters.
Origin of the ions in the thermal and mineral waters were investigated. According to chemical
analyses of thermal and mineral water, cations were lined in the way rNa+rK > rCa > rMg and
anions rCl > rHCO3 > rSO4 . In these waters isotopic datas are closed to each other. 18O and D
are different in drilling well 7. This difference may be water sampling method. According to the
relation of 18O- 3H Kepekler thermal and mineral waters are high conductive. In addition these
waters have nagative values for 18O. Thermal and mineral waters have deeper circulation based on
deuterium and tritium values.
Key words: Kepekler, Oxygen-18, Deuterium, Tritium isotopes
Giriş
İnceleme alanı Balıkesir ili, Susurluk ilçesi Kepekler-Ilıcaboğazı köyüdür. Çalışma alanı 1/25000
ölçekli Bandırma- H20-d3,d4 paftalarında yer almaktadır (Şekil 1). Tepelerin yüksekliği 15 m ile
100 m arasında değişmektedir. Bölgede tipik Akdeniz iklimi hakim olup, yazları sıcak ve kurak,
kışları ılık ve yağışlıdır. Çalışma alanında bulan önemli akarsular Mürvetler ve kara dereleridir.
GB’dan KD akış yönü ile gelen ve uzunluğu 12 km olan Mürvetler deresi Ilıcaboğazı köyünün batı
sınırını oluşturmaktadır. Manyas Gölün’den kaynağını alan Kara dere ise 17 km uzunluğunda olup,
debisi 120 l/s dır. Alandaki yerleşim alanları Kepekler, Ilıcaboğazı, Okçugöl, ve Beylik köyleridir
(Şekil 2).
Balıkesir bölgesi Ege açılma tektoniği içinde yer alan orta-yüksek sıcaklık potansiyeline sahip
jeotermal bölgelerden biridir. Bölgedeki kabuk açılma tektoniği nedeniyle incelmiş ve buna bağlı
olarak jeotermal gradyan oldukça yüksektir (Fytikas, 1976). Batı Anadolu’daki jeotermal sistemler,
esas olarak Neotektonik dönem boyunca şekillenmiştir (Ercan vd, 1990). Önceki çalışmaların
ışığında Kepekler kaplıca sahasındaki kaynak ve sondaj suların hidrojeokimyasal ve izotopik
tekniklerle kökenleri, beslenmeleri ve yer altı suları ile olan ilişkileri incelenmiştir.
.
230
Şekil 1: Yer belirleme
Materyal ve Yöntem
Çalışma, arazi, örnekleme ve analiz olmak üzere üç aşamada gerçekleştirilmiştir. Arazi
çalışmalarında sıcak su çevrelerinin jeoloji haritaları hazırlanmış ve önceki çalışmalar dikkate
alınarak isim ve yaş verilmiştir. Çalışma alanındaki sıcak su kaynaklarının hidrokimyasal ve izotop
özelliklerini belirlemek amacıyla Temmuz 2007 tarihinde örnekleme yapılmıştır. Kimyasal ve
izotop analizleri için Kepekler yöresinden 6 adet sıcak su kaynağından ve 1 adet yeraltı suyunu
temsil edeceği düşünülerek soğuk su kaynağından olmak üzere toplam 7 adet örnek alınmıştır.
Kimyasal analizler Hacettepe Üniversitesi Su Kimyası Laboratuarında, Canada Acme Analiz
laboratuarında, İzotop analizlerinden Trityum analizleri Hacettepe Üniversitesi su Kimyası
Laboratuarında, Oksijen-18 (18O), Döteryum (2H) analizleri ise Amerika Utah Üniversitesi
laboratuarında yaptırılmıştır (Tablo 1 ve 2). Sıcaklık, arazide kaynak başında ve pH, EC ölçümleri
örnek alım noktalarında ve doğal koşullar altında ölçülmüştür. Kaynak başlarında yapılan
ölçümlerde YSI marka 63 model portatif pH/iletkenlik/ sıcaklık metre aleti kullanılmıştır. Elde
edilen bu veriler çeşitli hesaplamalar ve diyagramların kullanımıyla değerlendirilmiştir.
Jeoloji
Bölgede temeli oluşturan Fazlıkonağı Formasyonu Ilıcaboğazı kaplıca dolayında yüzeylenmemekle
birlikte, alanda MTA tarafından yapılan (BK–1) sondajda kesilen ve yaşının Paleozoik olduğu
tahmin edilen bu birim kuvars-serisit-kalk şistlerle temsil edilir (Özçelik ve Özbayrak, 1985). Bu
birimin üzerine açısal uyumsuzlukla ve kalınlığı 250 m olan Tersiyer yaşlı çakıltaşı, kumtaşı, marn,
siltaşı, killi kireçtaşı, tüf, aglomera ve andezitik lavlardan oluşan volkanosedimenter seri
gelmektedir (Ergül vd.,1986). En üstte ise Kuvaterner yaşlı çakıl, kum,ve kilden oluşan alüvyon ve
yamaç molozu yer alı r(Şekil 2). Kepekler kaplıca sahasında bir horst graben yapısı vardır. Bu
yapıyı oluşturan ana faylara bağlı olarak örtülü ikincil faylar ve çatlaklar da gelişmiş olabilir (Öktü,
1985)
231
Hidrojeoloji
Kepekler kaplıca sularının akifer kayacı, kaplıca dolayında görülmemekle beraber, yakın çevrede
mostra veren metamorfik kayaçlar kırıklı, çatlaklı ve yer yer boşluklı oluşları nedeniyle akifer
özelliğindedir. Bunun yanında çatlak sistemi gelişmiş olan ve geçirimli oldukları düşünülen
andezitlerdir. Silttaşı ve killi kireçtaşı tabakaları ise geçirimsiz olup örtü kaya niteliğindedir.
Yöredeki sıcak ve mineralli sular Kepekler Ilıca vadisi boyunca yer almakta, bu suların yüzeye
çıkışını KD-GB uzanımlı fay sistemleri ve bu faylara bağlı ikincil fay ve çatlaklar sağlamaktadır
(Şekil 2). Sıcak su taşıyan faylar alüvyon altında gömülüdür. Bu faylar, halen sıcak su çıkışlarında
aktif rol oynamaktadır. Akifer kayaçlara süzülen atmosferik sular burada andezitleri oluşturan
mağma cebi tarafından ısınarak horst graben yapısını oluşturan ana fay ve ikincil fay ve çatlaklar
yardımıyla yeryüzüne çıkarlar. Neojen yaşlı çökellerdeki geçirimsiz birimler sisteme basınçlı akifer
özelliği kazandırmaktadır.
Suların sıcaklıkları kaynaklarda, 30-56°C arasında olup, toplam debileri 6 lt/s’dir. Ayrıca sıcak
sular, bataklık ve sazlık görünümü sunan geniş bir alanda, küçük kaynaklar şeklinde de çıkmaktadır.
Yine Sıcak su kaynaklarının bulunduğu vadiden alüvyon içersinde akan Mürüvetler deresi içinde,
çeşitli yerlerde ve yakın mesafelerde sıcaklıkları 30- 50°C arasında ve debileri sıfıra yaklaşan ve
değişen kaynaklar da tespit edilmiştir (Şekil 2). Ayrıca Taşagil mevkisinde sıcak sular, bataklık ve
sazlık görünümü sunan geniş bir alanda, düşük debili (0,2 l/s) küçük kaynaklar şeklinde de
çıkmaktadır. Ancak bu alandaki kaynakların bazen kurudukları da bilinmektedir. Bölgede
1985’yılında MTA‚ ya ait derinliği 390 m, sıcaklığı 64°C, ve debisi 15 l/s olan bir sıcak su sondajı
bulunmaktadır (Özçelik ve Özbayarak, 1985). Ancak sondajın kapalı olması nedeniyle ölçümler
yapılarak doğrulanmamıştır.
Çalışma konusunu oluşturan Kepekler Kaplıcası sıcak ve mineralli su kaynaklarından dolayı turistik
öneme sahiptir. Kaplıcadan su ve çamur banyosu şeklinde istifade edilmektedir. Bölgede
Selçuklulardan kalma tarihi bir hamam da bulunmaktadır
232
Hidrojeokimyasal Değerlendirme
Kepekler sıcak ve mineralli sularında toplam çözünmüş madde miktarı 2727 ile 3628 mg/l arasında
değişmektedir. Sıcak sular kokusuz olup CO2 gazı içermektedir. Bu suların Sıcaklık, pH ve EC
değerleri sırasıyla 30,03–55,8°C, 6,35–7,90 ve 4262–5670 µS/cm arasında değişmektedir. Soğuk
suyun toplam çözünmüş madde miktarı 327 mg/l olup, pH ve EC değeri sırasıyla 6,88, 507 µS dır.
Analiz sonuçlarına göre Kepekler sıcak ve mineralli su kaynakları ve sondaj suyu benzer kökenli
olup, bu sular yerel yağışlardan beslenip aynı kimyasal bileşime sahip akiferden veya kayaçlardan
geldiği anlaşılmaktadır.
Sıcak ve mineralli suların mineralizasyonu soğuk sulara göre oldukça fazladır (Tablo 1). Sıcak su
derinlerde dolaşarak mineral yönünden zengin duruma geçer ve ısınarak yükselir. Soğuk su ise çok
derine inmeden çatlaklar boyunca hareket ederek ve içinde dolaştığı kayaçlarla kimyasal tepkimeye
girecek zamanı bulamadan kısa sürede yeryüzüne dönmektedir.
233
Sıcak ve mineralli sularda en cok bulunan iyonlar Sodyum ve bikarbonattir. Sodyum, iyonlarin
toplam milliekvalenlarin %10,58– 85,46 sini, klorür %27,55 – 76,15 unu olusturmaktadir. Sodyum
inceleme alanindaki sodyumlu plajioklazlarin bozusmasi ile yeralti suyuna gecmis olabilir. Ayrica
kil mineralleri Ca ile Na un yer degistirmesini saglarlar. Bikarbonat, kirectaşi ve mermerlerin CO2 li
sularla etkilesimi sonucu yeralti suyuna gecmektedir. Klorurun kokeni yagmur sulari ve alınan su
örneklerine rezervuar kaya birimlerinin çözünmesi ya da uzun süren sirkülasyon neticesinde
katılması ile açıklanabilir.
Suların tahlil sonuclari diyagramlarla işlenerek bunlarin birbiyle karsilastirilimasi ve kimi kimyasal
özelliklerinin belirlenmesi saglanmistir. Bu amacla çizilen yarilogaritmik schoeller diagramiında
tüm sıcak kaynak ve sondaj suları ayni olup iyonlari birlestirilen dogrular birbirne paralel yaklaşık
paraleldir (Sekil 3). Kimyasal tahlillere göre sıcak ve mineralli sularda katyonlar rNa+rK > rCa >
rMg ve anyonlar r Cl > rHCO3 > rSO4 tarzında sıralanmıştır.
Kepekler sicak ve mineralli kaynak ve sondaj sularinin kimyasal tahlillerindeki iyonlarin birbirine
yakin degerleri, bu sularin esit kokenli oldugunu belirtmektedir. Sıcak ve mineralli sulari
Uluslararasi Hidrojeologlar Birligine ( AIH) gore “ Na, Ca , Cl, HCO3, B, SiO2 li, ve CO2 li sicak
ve mineralli Sulardir. İnceleme alanındaki sular Piper diyagramına göre Na+ +K+ >Ca+2 + Mg+2,ve
Cl- + SO4-2 > HCO3- +CO3-2 iyon dizilimli tuzlu ve sodalı sulardır. Karbonat olmayan alkalinite
değerleri%50’den fazla olan bu sular NaCl, Na2SO4 ve KCl’ lüdür. Ilıcaboğazı soğuk su kaynağı ise
Ca+2 + Mg+2> Na+ +K+, ve HCO3- +CO3-2 > Cl- + SO4-2 iyon dizilimli karbonat sertliği%50’ den
fazla CaCO3 ve MgCO3 lü sulardır (Şekil 4).
İnceleme alanındaki sıcak ve mineralli sularla soğuk suların olası karışımları Cl’ a karşı çizilen iyon
değişim diyagramları ile incelenmiştir (Şekil 5, 6). Grafikler değerlendirildiğinde Kepekler de sıcak
ve mineralli sular ile soğuk sular arasında bir karışım olduğu söylenebilir. Ancak doğrusallıktan
doğan bazı sapmalar genellikle çökme süreciyle ilgilidir. Cl ile diğer major iyonlar arasındaki ilişki
çoğu pozitiftir (Tablo 1). Ancak Ca-Cl bileşimleri arasında negatif bir korelasyon söz konusudur
(Tablo 1). Bu süreksizlik yada sapma kalsit ve dolomit minerallerinin çökelmesi veya çözünmesi ile
açıklanabilir ( Mutlu, 2007).
234
Tablo 1 : Ilıcaboğazı – Kepekler kaplıca sahasında bulun suların Kimyasal analiz sonuçları(mg/l)
Örnek No T (°C)
pH
EC
µS/cm
Ca
Mg
Na
K
Cl
SO4
HCO3
SiO2
1
55,8
6,47
5670
83,49
25,89
500,83
17,22
890
92,21
553,4
2
48,8
6,81
4710
100,16
24,85
558,88
15,08
764
81,08
3
4
5
6
7
32,5
7,3
30,03
15
50
6,4
6,88
6,35
36,3
7,9
4262
4800
507
5220
4576
78,67
85
27,06
26,65
106,92
83,4
38,42
Örnek Adı
No
Kubbeli hamam
17,63
26,85
27,82
620,95
616,3
18,65
562,15
639,94
21,16
19,47
1,81
16,92
19,59
EC
(μS/cm)
1040
986
108,97
84,82
72
8,06
907
80,67
1083
18
O
(‰)
100,2
8,91
556,54
59,994
63,934
565,98
47,918
10
606,85
48,85
10,17
314,43
37,132
0,08
600,56
77,057
8,66
455,92
57,697
10,58
D
( ‰)
3
T
(°C)
1
25.07.2007
55.88
5670
-9.7
-62
0.24
±0.24
Ö.A.Kaya Sondajı
2
25.07.2007
48.8
4710
-9.6
-60
1.15
±0.23
Erkekler Havuzu
3
25.07.2007
32.5
4362
-7.3
-52
0.35
±0.21
Kadınlar havuzu
4
25.07.2007
30.0
4800
-7.9
-55
0.39
±0.21
Ilıcaboğazı Soğuk su kaynağı
5
25.07.2007
15
507
-7.1
-49
2
±0.22
Mürvetler dere içi sıcak su kaynağı
6
25.07.2007
50
5220
-8.1
-53
1
±0.21
Münip Çöker çiftliği kaynağı
7
25.07.2007
36.3
4576
-3.4
-34
0.62
±0.22
Tablo 2. Ilıcaboğazı-Kepekler kaplıca sularının izotop analiz sonuçları
H
(T.U)
±Hata
Tarih
235
B
8,06
Şekil 3 : Schoeller diagramı
Şekil 4: Piper diyagramı
Şekil 4: Piper diyagramı
236
12.00
800
600
B(mg/l)
Na (mg/l)
8.00
400
4.00
200
0.00
0
0
400
800
1200
0
Cl(mg/l)
Şekil 5: Cl- B diyagramı
400
800
1200
Cl (mg/l)
Şekil 6: Cl- Na diyagramı
İzotop Verilerinin Değerlendirmesi
İnceleme alanında hidrodinamik yapının aydınlatılması amacıyla alanda bulunan soğuk su kaynağı
ile sıcak ve mineralli su kaynak ve sondajlardan alınan su örneklerinde, Trityum (T), Oksijen-18
(O18) ve Döteryum (D) analizleri yapılmıştır (Tablo 2). Şekil 7 de görüldüğü gibi tüm sular doğu
Akdeniz yağışlarına ait doğru ; δD=8δ18O +22 (Dansgaard, 1964) ile Dünya meteorik doğrusu;
δD=8δ18O +10(Craig, 961) arasında yer almaktadır. Bu sular meteorik kökenlidir. Bunlar, derinlere
fay, çatlak vb boyunca süzülüp ısınarak; uygun geçirimli kuşaklar boyunca tekrar yeryüzüne dönen
sulardır.
Sıcak suların izotop değerleri soğuk sulardan daha negatiftir. Bu da sıcak suların yüksek kotlara
düşen kıtasal yağışlarla Beslendiğini gösterir. Kepekler soğuk suyun metorik doğrunun altında
bulunmaları, bu suların buharlaşmaya uğrayan sular olduğunu gösterir. Alanda geçirimsiz Kayalar
düşük kotlarda geniş alanlar kaplarlar. Ayrıca bölge daha sıcak olup, süzülmeden önce
buharlaşmanın olması doğaldır.
Sıcak suların O–18 değerleri birbirine çok yakındır. Bunlar aynı beslenme alanına sahip yüksek
kotlardan beslenen sulardır. Erkekler havuzu ve kadınlar havuzu kaynağı ile Mürvetler dere içi
sıcak su kaynakları daha negetif O–18 değeri aldığı ve meteorik doğrunun altında yer aldıkları
görülmektedir. Bu, soğuk sularla karışımı, akiferin farklı kaya tipinden oluşması ve sıcak suların
yüksekte farklı beslenme kotuna sahip olmalarından kaynaklanabilir (Clark and Fritz (1997). 7 nolu
Münip Çöker sondajında belki örnekleme hatasından, belkide analiz hatasından O-18(-3.4‰) ve
döteryum (-34‰) gibi bir değer almaktadır. Ancak trityum içeriği bakımından sıcak sulardaki
trityum değerleri ile uyumludur.
Öte yandan Trityum içeriği yağışın katıldığı dolaşımı ifade edecektir. Şekil 8’de görüldüğü gibi
Kepekler soğuk su kaynağı Trityum içeriği yönünden sıcak ve mineralli sulardan farklıdır. Bunlar
üst akifer sisteminin ve dolayısıyla yeni yağışların etkisinde oluşan kaynaklardır. Diğer sıcak su
kaynak ve sondajların ise Trityum yönünden farklı olması, eski yağışların etkisinde olan yeraltı
suyu boşalımından dolayı olmalıdır. Kaynak sularının oksijen–18 / EC ve Trityum/ Ec ilişkisi Şekil
9’da verilmiştir. Tüm sıcak su kaynak ve sondaj suları (7 nolu Münip Çöker sondajı hariç) yüksek
elektriksel iletkenliğe sahip olması, Oksijen -18 bakımından zengin olan yüksek kotlardan beslenen
237
akiferle uzun süre temas eden derin dolaşımlı sular olmasındandır. Kepekler soğuk su kaynağı ise
oksijen–18 ve EC bakımından fakir sıcak sulara nazaran daha düşük kotlardan beslenen, yüksek
Trityumlu, geçiş sürelerinin kısa, ve akiferle kısa süre temas eden daha sığ dolaşımlı sulardır. O-18
– Cl grafiğinde yüksek kotlardan beslenen O-18 değerleri düşük suların klorür değerleri, boşalıma
kadar çok daha uzun yol kat etmelerinden dolayı yüksektir(Şekil 10).
2.00
0.00
No 1
No 2
Dogu Akdeniz meteorik
dogrusu
No 3
1.60
-20.00
No 4
Dünya meteorik dogrusu
No 6
-40.00
Kubbeli hamam
-60.00
1.20
Trityum(TU)
Döteryum(o% SMOW)
No 5
No 7
0.80
Ö.A. Kaya Sondaji
Erkekler havuzu
Kadinlar havuzu
-80.00
0.40
Ilicabogazi soguk su kay.
Mürvetler dere ici kay.
Münip çöker çiftligi
-100.00
-12.00
-8.00
-4.00
Oksijen-18 (o%SMOW)
0.00
-10
0.00
-8
-6
-4
-2
Oksijen-18(%o SMOW)
Şekil 7: O-18 – Döteryum ilişkisi
Şekil 8: O-18- Trityum ilişkisi
2.00
-2
No 1
No 2
No 3
1.60
No 4
Oksijen-18(o%SMOW)
Trityum(TU)
-4
1.20
0.80
No 5
No 6
No 7
-6
-8
0.40
-10
0.00
0
2000
4000
6000
EC(mg/l)
Şekil 9: Trityum-EC diagramı
0
400
800
1200
Cl (mg/l)
Şekil 10: O-18-Cl diyagramı
Bu çalışmada suların izotop içerikleri sınırlı olmasından dolayı, yer altı sularının doğal dolaşım
sistemlerini tam olarak söylemek zordur.Buna göre alanda bulunan tüm suların geçiş
süreleri,örnekler arasındaki dolaşım sistemleri ve beslenme alanı yükseltisine bağlı olarak üç farklı
dolaşım sistemi ayırt edildi. Kepekler soğuk suyu Sığ dolaşımlı, düşük kotlardan Güncel yağışla
beslenen, geçiş süreleri kısa sulardır. Biraz daha yüksek kotlardan kıtasal Yağışlarla beslenen, yer
altı geçiş süreleri Kubbeli hamam sıcak su kaynağı, Erkekler havuzu ve Kadınlar havuzu sıcak ve
mineralli sulara göre kısa olan suları A. Öner sondajı ile Mürvetler dere içi sıcak kaynak suları
temsil etmektedir.. Kubbeli hamam sıcak su kaynağı, Erkekler havuzu ve Kadınlar havuzu sıcak ve
238
mineralli kaynakları Trityum değerleri düşük, O–18 değerleri bakımından yüksek, yüksek kotlardan
beslenen geçiş süreleri uzun, derin dolaşımlı ve daha yaşlı suları temsil ederler.
Sonuç
Ilıcaboğazı-Kepekler sıcak ve mineralli sular Kepekler Ilıca vadisi boyunca yer almakta, bu suların
yüzeye çıkışını KD-GB uzanımlı fay sistemleri ve bu faylara bağlı ikincil fay ve çatlaklar
sağlamaktadır. Kepekler kaplıca sularının akifer kayacı, metamorfik kayaçlar ve çatlak sistemi
gelişmiş olduğu için geçirimlilik kazanan andezitlerdir. Silttaşı ve killi kireçtaşı tabakaları ise
geçirimsiz olup örtü kaya niteliğindedir. Sıcak ve mineralli sular Uluslararasi Hidrojeologlar
Birligine gore “ Na, Ca , Cl, HCO3, B, SiO2 li, ve CO2 li sıcak ve mineralli Sulardır.
Sıcak ve mineralli suların izotop içeriklerine göre meteorik kökenli olup, yağışın bir kısmı, yerin
altına çatlak, kırık ve faylar boyunca süzülmekte ve bu süreçte ısıtıcı kayaç olduğu düşünülen
andezitler tarafından ısınırlar ve horst-graben yapısını oluşturan fay veya etkili çatlaklar yardımıyla
yükselerek yeryüzüne çıkarlar. Bu sular yüksek kotlara düşen yağışla beslenen, geçiş süreleri uzun,
derin dolaşımlı sulardır. Ayrıca Kepekler yöresinde sıcak su ile ilgili tesislerin geliştirilip
yaygınlaştırılması, şüphesiz kaplıcalar dolayında daha pek çok ve daha derin sondajların yapılarak
sıcak su miktarının birkaç misli daha artırılmasına bağlıdır. İnceleme alanında böyle bir potansiyel
mevcut olup, önerilen yatırımlara plan- proje dahilinde bir an önce başlanması gerekmektedir
Kaynaklar
[1].Arnorsson, S., Sıgurdsson, S. and Svarsson, H., (1982). The chemistry of geothermal waters in
Iceland Calculation of aqueous speciation from 0C to 370C. Geochim. Cosmochim. Acta,
[2]Arnorsson, S., (1985). The use of mixing models and chemical geothermometers for estimating
underground temperature in geothermal systems. J.Volc. Geotherm. Res., 23,299-335.
[3] Clark I. D. and Fritz, P. (1997). Environmental isotopes in hydrogeology.Lewis Publ., Boca
Raton, 328
[4] Dansgaard, W., (1964). Stable isotopes in precipitation, Tellus, 16,436-468.
[5] Ergül, E., Öztürk, Z., Akçagören , F. , Gözler, M.Z. (1980); Balikesir ili , Marmara Denizli
arasının jeolojisi , MTA Rapor No:6760 Ankara
[6] Ercan,T., Ergül,E., Akçören, F., Çetin, A., Granit, S. ve Asutay, J., (1990). Balıkesir-Bandırma
arasının jeolojisi, Tersiyer volkanizmasının petrolojisi ve bölgesel yayılımı, MTA dergisi 110, 113130, Ankara.
[7] Fytikas, M., Giuliani,O, Innocenti, F.,Marinelli,G. Ve Mazzuoli,R.,(1976). Geochronological
data on recent magmatismof the Aegean sea: tectonophysics,31, T29-T34.
[8] IAH.(1979). Map of mineral and thermal water of Europe. Scale 1: 500,000, International
Association of Hydrogeologists, United Kingdom.
[9] Öktü, G., (1985). Balıkesir – Susurluk- Kepekler korunma alanları incelemesi, bölge arşiv.
No:526
[10] Ölmez , E. (1978) ; Balıkesir-Susurluk –Kepekler (Çamur ılıcası) prospeksiyonu.
[11] Ölmez , E., Erzenoğlu , Z. (1994) ; Balıkesir-Susurluk –Kepekler (Çamur ılıcası) Kaplıcası
Jeolojik – Hidrojeolojik etüdü. MTA Rapor No:126 (Özel)
239
[12] Özçelik, Ş. ,Özbayrak , İ.H. (1985) ; Balıkesir Ilıcaboğazı (Kepekler) Sıcaksu kuyusu (BK-1)
Bitirme Raporu . MTA Raporu Der. No: 8352 Ankara
[14] Craig, H., 1961: Isotopic variations in meteoric waters. Science 133, 1702- 1703.
[15] Mutlu, H., (2007). Constraints on the origin of the Balıkesir Thermal Waters (Turkey) from
Stable Isotope (18O, D, 13C, 34S) and Major-Trace Element Compositions ,Turkish Journal of
Earth Sciences ,V.16, pp.13-32.,
Teşekkür
Yazarlar Trityum izotopu ve kimyasal analizlerin yapılmasında, Hacettepe Üniversitesinde görevli
olan Sayın Prof. Dr. Serdar Bayarı ve Dr. Nur Özyurt ‘a destek ve yardımlarından dolayı çok
teşekkür eder.
240
İZOTOP ORANLAYICI KÜTLE SPEKTROMETRESİ (IRMS DUAL INLET)
KULLANILARAK SULARDA OKSİJEN-18 VE DÖTERYUM
İZOTOPLARININ BELİRLENMESİ
Hasan DENİZ1, Nermin DOĞAN1, Alime TEMEL DİLAVER1
1
DSİ Genel Müd. TAKK Dai. Bşk İzotop Lab..
[email protected] [email protected]. [email protected]
ÖZET
Sularda bulunan çevresel izotoplar hidrolojik ve hidrojeolojik çalışmalarda 60’lı yıllardan
başlayarak günümüze kadar etkin olarak kullanılmaktadır. Bu alanlarda faaliyet gösteren DSİ,
yaptığı çalışmaları deneysel olarak destekleyebilmek amacıyla 1979’ da hidrolojik ve
hidrolojeolojik alanda uluslar arası çalışmalar da yapan IAEA (Uluslararası atom Enerji Ajansı )
ile işbirliğine giderek İzotop Laboratuarı Şube Müdürlüğü bünyesinde Kararlı İzotop Laboratuarını
kurmuştur. Bu işbirliği kapsamında alınan İzotop Oranlayıcı Kütle Spektrometresi kullanılarak
gerek DSİ bünyesinde yürütülen projeler; gerekse kamu kurumları, üniversiteler ve şahısların
yürüttüğü projeler kapsamında pek çok çalışma yapılmıştır. 2005 yılında DSİ, bu alandaki
çalışmalarını çağın gereklerine uygun seviyeye getirmek amacıyla modern bir kütle
spektrometresini İzotop Laboratuarına dahil etmiştir. Sularda yapılan kararlı izotop analizinde
DUAL INLET tipindeki IRMS (Isotope Ratio Mass Spectrometer/İzotop Oranlayıcı Kütle
Spektrometresi) kullanılarak, IAEA’nın belirlediği ve dağıtımını yaptığı standart’a (VSMOW) göre
yapılan δ2H ve δ18O ölçüm tekniği bu yazının konusudur.
Anahtar Kelimeler: İzotop analizi, çevresel izotoplar, izotop metodolojisi, IRMS
MEASURING OXYGEN-18 AND DEUTERIUM ISOTOPES IN WATERS BY USING
ISOTOPE RATIO MASS SPEKTROMETER DUAL INLET SYSTEM
ABSTRACT
Environmental isotopes in waters have contributed to studies in hydrology and hydrogeology. DSİ
has established Stable Isotope Laboratory cooperating with IAEA to get experimental support for
own studies in 1979. Through this cooperation, an IRMS (Isotope Ratio Mass Spectrometer) has
been added to Stable Isotope Laboratory. Many hydrological hydrogeological studies belonging to
DSİ, universities and individuals has been performed. In 2005 DSİ bought a modern IRMS to
improve Stable Isotope Laboratory. δ2H and δ18O measurement techniques versus VSMOW is the
topic of this paper as using DUAL INLET IRMS.
Key Words: Isotope analysis, environmental isotopes, isotope methodology, IRMS
1.GİRİŞ
Sularda doğal olarak bulunan hidrojen ve oksijen izotopları suyun bünyesini oluşturduğundan
hidrolojik çalışmalarda ideal izleyicilerdir. Bu izotopların hidrolojik çevrim içerisindeki değişimleri
bu alanda karşılaşılan bir çok problemin çözümünde büyük yarar sağlamaktadır. Hidrolojik çevrim
sürecinde, suyu oluşturan hidrojen ve oksijenin kararlı izotoplarının izotopik içeriklerinde başta
sıcaklık olmak üzere yersel ve zamansal faktörlere bağlı olarak birtakım değişiklikler oluşur.
Hidrolojik çevrim sürecinde, suyun içeriğindeki kararlı izotopların konsantrasyonlarında meydana
gelen değişimler su kütlelerinin hareketlerinin izlenmesini ve değerlendirilmesini mümkün kılar.
241
İzotop, proton sayısı aynı nötron sayısı farklı olan elementlerdir. Bir elementin izotopları periyodik
tabloda aynı yerdedirler ancak çekirdek özellikleri farklı olup kararlı ve kararsız olmak üzere ikiye
ayrılırlar. Kararsız izotoplar radyoaktif özelliklere sahip olup zamanla parçalanarak başka
elementlere dönüşürler. Kararlı izotoplar güneş sisteminin varoluşundan beri mevcut olup,
geçtikleri fiziksel ve kimyasal süreçlerde yalnızca konsantrasyonları değişir.
Çizelge 1: İzotop hidrolojisinde çoğunlukla kullanılan hidrojen ve oksijen elementlerinin kararlı
izotopları
Hidrojen
Oksijen
Proton
Nötron
Atom
Ağırlığı
Doğada
Bulunma
Oranı (%)
Sembol
1
0
1
99,985
1
1
1
2
0,015
2
H
H
8
8
16
99,759
16
8
9
17
0,037
17
8
10
18
0,204
18
O
O
O
Çizelge 1’de görüldüğü gibi hidrojen elementinin kütle numarası 1 olan 1H-hidrojen izotopu
%99,985 ile doğada en fazla bulunma oranına sahiptir. Hidrojen elementinin kütle numarası 2 olan
ağır izotopu 2H-döteryum ise daha az bulunmaktadır. Hidrojenin üç izotopundan ikisi kararlı (1H
,2H ) biri radyoaktiftir (3H). Oksijenin üç adet kararlı izotopunun (16O, 17O, 18O) yanısıra saniyelerle
ölçülebilen yarı ömürlere sahip 4 adet radyoaktif izotopu vardır (14O, 15O, 19O, 20O).
2.İZOTOP METODOLOJİSİ
Sularda bulunan kararlı izotopların ölçümleri birimsiz değerlerdir. Ölçüm sonucu delta değeri
olarak ifade edilirse, az bulunan bir izotopun (2H, 18O) bol bulunan bir izotopa oranının (1H, 16O)
bir standarda göre binde olarak sapmasıdır.
R
 RS tan dart
  Örnek
x1000 ‰
RS tan dart
R
(A) İZOTOP
( H ) İZOTOP
R
2
H
1
H
R
18
O
O
16
(A): Ağır
(H): Hafif
Sulardaki izotop oranları yaygın olarak IAEA’nın belirlediği bir standarttan (VSMOW) sapma
olarak hesaplanır. VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water) farklı okyanuslardan su
örnekleri alınarak hazırlanmış, sularda hidrojen ve oksijen izotopları ölçümünde kullanılan
referans kaynaktır. Okyanusların hidrolojik çevrimin başlangıç ve sonu olmaları, su kaynaklarının
% 97’sini oluşturmaları, izotopik açıdan düzgün bir dağılım göstermeleri nedenleriyle sulardaki
izotop değerlerinin okyanuslardan elde edilen bir standarda göre belirlenmesi ideal bir tercihtir.
IAEA’ nın belirlediği VSMOW’un 2H ve 18O için izotop oranları aşağıdaki gibidir (W. G. Mook,
2000).
2
RSmow 2H/1H = 155.75 10-6 ±0.05
18
RSmow 18 O/ 16 O= 2005.20 10-6 ±0.45
İzotopik içerikleri analiz sonucu olarak verilirken 2H/1H ve 18O/16O değerleri için ²δ , 18δ veya δ2H ,
δ18O şeklinde gösterilebilir. Bu değerler hidrolojik çevrimde -450‰< δ2H <+100‰ ve -50‰<
242
δ18O<+50‰ arasında değişir. Ölçüm sonuçları döteryum analizi için  ( 2 )  1 ‰ (0.3 en iyi) ve
oksijen-18 analizi için ise  (18 )  0.1 ‰ (0.03 en iyi) aralıklarında değerlendirilmelidir.
Sembolik bir ölçümü matematiksel olarak gösterecek olursak;
18
18
O
O
RÖRNEK  16  0.0019811
RSMOW  16  0.0020052
O
O
0
.
0019811

0
.
0020052
18
 SMOW 
x1000  12 ‰
0.0020052
Ölçüm sonucunun negatif olması örnek suyun VSMOW’dan izotopik açıdan daha küçük olduğunu
gösterir.
İzotopların bir standarttan binde olarak sapma şeklinde rapor edilmesinin nedenleri olarak;
 Elde edilen izotop oranlarının çok küçük sayılar olmaları (10-6 mertebesinde sayılar),
 Uluslar arası bir karşılaştırma yapabilmek için bir standarda ihtiyaç duyulması,
 Fazlar ve moleküller arasındaki geçişler sırasında oranların değişiminin, mutlak oranlardan
daha faydalı olması,
 Yüksek
hassasiyette ölçüm yapabilen kütle spektrometrelerinin mutlak oranların
ölçümünden çok, oranlardaki değişimler konusunda daha uygun olmaları sayılabilir (Mook,
W.G., 2000).
2.1. İzotop Ayrışması (Isotope Fractionation)
İzotop ayrışması, belirli bir bileşikteki bir elementin fiziksel bir durumdan bir diğerine geçişi ya da
bir bileşikten diğerine kimyasal olarak geçişi sırasında izotopik kompozisyonunun değişmesi olarak
adlandırılabilir. Bir elementin tüm izotoplarının aynı kimyasal özelliklere sahip olduğu kabul
edilse de, modern kütle spektrometrelerinde yapılan ölçümler izotopların kimyasal ve fiziksel
davranışlarında çok küçük de olsa farklar olduğunu ortaya koymuştur. İzotopik bileşiklerin fiziksel
ve kimyasal özelliklerindeki farklılıklara kütle farkları neden olmaktadır.
mv 2
burada; k Boltzman sabiti, T sıcaklık, m moleküler
2
kütle, v ortalama moleküler hız) sıcaklığa bağlı olup, daha ağır izotopik bileşikler daha az
hareketlidirler. Aynı sıcaklık ortamında bulunan moleküller izotopik içeriklerinden bağımsız olarak
aynı enerjiye sahiptirler. Bunun anlamı daha ağır olan moleküller daha küçük hızlara sahiptirler.
Bir molekülün kinetik enerjisi ( kT 
1
vA
m
 45  2
 ( B ) 2     1.011
vB
mA
 44 
1
1
1
m A v A2  mB v B2
2
2
Bunun sonuçları olarak;
 Ağır moleküller düşük difuzyon hızlarına sahiptir.
 Ağır moleküllerin çarpışma frekansları düşük olup daha yavaş reaksiyona girerler.
Ağır moleküller daha yüksek bağlanma enerjisine sahiptirler. İki molekül ya da iki atom arasındaki
kimyasal bağ itme ve çekme kuvvetlerinin dengesi ile oluşması nedeniyle itme kuvveti iki parçacık
arasındaki mesafe azaldıkça hızla artar. Çekme kuvveti mesafe azaldıkça itme kuvvetine göre daha
az artar. Sonuçta iki parçacık belirli bir mesafede yerleşirler. Parçacığın bir tanesinin ayrılabilmesi
çekme kuvvetini yenebilecek kinetik enerjiye sahip olması ile mümkündür. Bu enerji parçacığın
bağlanma enerjisi olarak adlandırılır ve kütlesiyle ilişkili olup, ağır parçacığın bağlanma enerjisi
243
hafif parçacığın bağlanma enerjisinden büyüktür. Dolayısıyla hafif parçacık daha kolay bağını
koparabilir. Bunun sonuçları olarak;
1
18
1 2 16
1
16
 H2 O ve H H O molekülleri H2 O molekülünden daha düşük buhar basıncına sahip
olması nedeniyle 1H216O molekülü daha kolay buharlaşır.
 Pek çok kimyasal reaksiyonda hafif olan izotoplar ağır olanlara göre daha hızlı reaksiyona
girerler.
Hidrolojik çevrimde izotop kompozisyonunda meydana gelen değişiklikler kütle bağımlı olarak
başlıca üç süreçle açıklanabilir.
Denge izotop ayrışması, biraradaki moleküllerde ya da denge halinde olan fazlarda gerçekleşen
izotop değiş-tokuşu olarak tanımlanabilir. Bu olay tersinir bir reaksiyondur. Bu durumda fazlardan
ya da bileşiklerden bir tanesinin ağır izotop içeriğinin net olarak zenginleştiği ya da fakirleştiği
söylenemez. Ancak genellikle yoğun olan faz (sıvı, buhardan yoğundur) ya da ağır olan molekül
(CaCO3 ,CO2‘den ağırdır) daha fazla ağır izotop içerir. Denge izotop ayrışması sıcaklıkla ilişkilidir
ve sıcaklık arttıkça izotopik farklılıklar azalır.
H 2 16O  C 18O16O  H 2 C 18O16O  H 2 18O  C 16O
H 2 16O( BUHAR)  H 2 18O(SIVI )  H 2 18O( BUHAR)  H 2 16O(SIVI )
Kinetik izotop ayrışması, tek yönlü kimyasal ve biyokimyasal reaksiyonlardır. Kinetik ayrışmada
orijinal fazın ya da bileşiğin ağır izotopik içeriği fakirleşir.
Transport izotop ayrışmasında, kinetik ve denge ayrışmalarından farklı olarak moleküllerin
oynadığı rol sözkonusudur. Suyun izotopik türleri ( 1H216O, 1H2H16O, 1H218O) farklı hareket
kabiliyetlerine sahiptir. Ağır izotopların davranışları ağır moleküllerde daha da belirgin hale gelir.
3.KARARLI İZOTOP ÖLÇÜMÜ
Su, hidrolojik çevrimde farklı bileşikler ya da süreçler (process) içinde hareket ederken izotop
oranlarının değişmesine bağlı olarak çeşitli bileşikler ve süreçlerdeki farklı izotopik işaretler/
parmak izleri suyun hidrolojik çevrimdeki hareketinde ve orjininin izlenmesinde bilgi sağlar. Farklı
bileşikler ya da süreçler birbirlerine çok yakın hatta aynı izotopik kompozisyonlara sahip olabilirler
ve ayrıca izotopik oranların son derece küçük değerler olmaları, Kütle spektrometrelerinin
kompleks yapıları bu bilginin sağlanmasında örnek toplanmasından sonuçların hesaplanmasına
kadar geçen süreçte özen gösterilmesini gerekli kılmaktadır.
Su örneği içerisindeki izotopik oranlardaki (2H/1H veya 18O/16O) değişimler ancak kütle
spektrometreleriyle saptanabilir. Kütle Spektrometresi, basit olarak iyonları kütlelerine göre
ayırarak bolluklarıyla ilişkili ölçer. Kaynak (source), uçuş tüpü (flight tube) ve kolektörden
(collector) oluşur. Gaz molekülleri kaynakta iyonize edilip, elektrik alanda bir demet halinde
hızlandırılarak, uçuş tüpüne ulaşıp buradaki manyetik alan etkisiyle dairesel bir yol izleyerek
kütleleriyle ilişkili yarıçaplarla saparlar. Böylece farklı kütleli iyonlar farklı kolektörlere ulaşırlar.
Kolektörlere ulaşan iyonlar elektrik yüklerini kaybederler ve küçük bir akıma neden olup bu akımın
şiddeti kolektöre çarpan iyon sayısı ile orantılıdır.
244
Şekil 1. Kütle Spektrumu
Şekil 2. Kütle Spektrometresi
DSİ İzotop Laboratuarı Şube Müdürlüğünde gerçekleştirilen δ2H ve δ18O deneyleri 2005 yılından
itibaren DUAL INLET IsoPrime Kütle Spektrometresi kullanılarak (Şekil 2) IAEA’nın belirlediği
dengeleme yöntemiyle yapılmaktadır. Bu deneyler, TS EN ISO/IEC 17025 standardı kapsamında
Türk Akreditasyon (TÜRKAK) Kurumu tarafından akredite edilmiştir.
3.1.Araziden Örnek Alınması
Örneğin araziden uygun bir şekilde alınması ölçüm sonucunun sağlıklı olması açısından çok
önemlidir. Alınan örneğin kaynağı temsil ettiği varsayılır.
245
1 litrelik çift kapaklı bir plastik şişe uygundur. Şişe, örnek su ile çalkalandıktan sonra üzerinde
hava boşluğu kalmayacak şekilde tam olarak doldurulmalıdır. Kapaklar sıkı bir şekilde
kapanmalıdır. Örnekler laboratuara ulaştırılana kadar serin bir yerde korunmalı, buharlaşma
olmaması için özen gösterilmelidir.
Şişenin üzerine
 Örneğin alınma tarihi
 Proje adı ve örnek adı
 Örnek alınan yerin adı
 Lokasyonun koordinatları
yazılmalıdır.
Yerüstü Sularından Örnek Alınması: Akarsudan alınacak örnek için akışın olduğu ve
buharlaşmanın olmadığı bir yer seçilmelidir. Akarsuyun kıyısından ve göllenme olan bir yerden
alınmamalıdır. Gölden örnek almak için örnek alma aleti ile derinden alınmalıdır. Derinlik ve
alınan yer kayıt edilmelidir.
Yeraltı Sularından Örnek Alınması: Pompalı kuyularda pompa bir müddet çalıştırılıp borudaki
suyun akması sağlandıktan sonra örnek alınmalıdır. Pompasız araştırma ve sondaj kuyularından
derinden örnek alma aleti kullanılarak örnek alınmalıdır. Yüzeyden hava ile temas etmiş örnek
alınmamalıdır. Kaynaktan alınacak suyun gözeden çıkıyor olması gerekir. Göllenmiş, buharlaşmaya
maruz kalmış sudan örnek alınmamalıdır.
Yağış Örneğinin Alınması: Yağış örneği toplamak için pluviyometre kullanılır. Pluviyometre
yağış dışında farklı bir su ile temas etmemelidir. Ayın ilk gününden itibaren her gün pluviyometre
gözlenmeli ve toplanan yağış ağzı sıkıca kapanabilen bir damacanada biriktirilmelidir. Ayın son
günü damacana iyice çalkalanarak homojen bir karışım olması sağlanmalıdır. 1 litrelik plastik şişe
mümkünse tam olarak doldurulmalı. Şişenin üzerine yağış istasyonunun adı, yağışın ait olduğu ay
yazılmalıdır.
3.2.Su Örneklerinin Analiz İçin Hazırlanması ve Ölçülmesi
Gelen su örneklerinin δ2H ve δ18O değerlerini belirlemek için, örnekler ve standartlardan oluşan bir
set oluşturulur. Standartlar, örneklerin gerçek değerlerinin hesaplanması ve sistemin kararlılığının
izlenmesi için sete konur. Kullanılan standartlar IAEA’nın dağıtımını yaptığı sertifikalı uluslar arası
SLAP, GISP, VSMOW(Standart Light Antarctic Precipitation, Greenland Icesheet Precipitation,
Vienna Standart Mean Ocean Water) ve bu standartların dışında laboratuar tarafından belirlenen
lokal standartlar ATW, HLW dir (Ankara Tap Water, Hard Lake Water) (Çizelge 2). Kullanılan
standartlar ölçülen numunelerin ölçüm aralığını kapsamalıdır. Örneğin Türkiye’deki suların
 18O değerleri yaklaşık olarak +3 ile -20 arasında olduğu yaklaşımıyla değerlendirirsek, en az bir
standart -20 yada daha düşük, bir standart +3 yada daha yüksek , bir standardın da bunların
ortalaması olması idealdir.
Çizelge 2: Kararlı İzotop Laboratuarında kullanılan standartlar
Standart
VSMOW
SLAP
GISP
ATW
HLW
δ2H
0,00
-428,00
-189,50
-67,02
-32,65
246
δ18O
0,00
-55,50
-24,80
-10,02
-2,73

DSİ Kararlı İzotop Laboratuarında örnekleri ölçüme hazırlarken, aynı set içerisinde, lokal
standartlardan ATW ve HLW, uluslararası standartlardan GISP, SLAP, SMOW’dan
herhangi ikisi olmak üzere en az 4 standart kullanılır. Laboratuara gelen örnekler ve
kullanılan standartlardan, 200 µl alınarak maksimum 60 numunelik ölçüm seti aşağıdaki
adımlara göre hazırlanır (Şekil 3).

Tekrarlanabilirliği görmek çok önemli olduğundan her bir örnek en az üç kez aynı sete
konur .Cihazdan kaynaklanabilecek hatalar, örnek hazırlamadan gelebilecek hatalar
nedeniyle aynı örneğin ölçüm sonuçları arasında farklar olabilir. Tekrarlanabilirlik aralığı
δ2H için
, δ18O için
olarak kabul edilir ( Mook, W.G., 2000).
 Aynı örnek başa, ortaya, sona olacak şekilde üç kez ölçülecek şekilde sete yerleştirilir.
Böylece zamanla (bir setin ölçüm süresi: yaklaşık 30 saat) ortaya çıkabilecek hatalar
maskelenmemiş olur (M. Gröning, 2008).
 60 örnek kapasiteli bir sette mesela 2 GISP, 2 SLAP, 3 ATW, 3 HLW gibi en az 10 tane
standart kullanılır. Setin içindeki standartlar başa ya da sona toplu halde konmaz, setin içine
dağıtılarak örnekler gibi ölçülmesi sağlanır.
 δ2H ölçümü için örnekler hazırlanırken katalizör kullanılır. Her vialin içine su örneği ile
birlikte bir katalizör konur. Viallerin kapakları su örnekleri konduktan sonra sızdırmazlık
sağlayacak biçimde sıkıca kapatılır.
 Bu şekilde hazırlanan set analiz için sistemdeki örnek hücresi birimi olan MULTIPREP’e
yerleştirilir (Şekil 3).
Şekil 3. Kararlı İzotop Laboratuarında Örnek Hazırlama
247
Örnekler hücrelere konduktan hemen sonra viallerin içindeki hava vakumlanır ve viallere δ2H için
hidrojen gazı, δ18O için CO2 gazı doldurulur. Gaz ve su arasındaki dengelenme reaksiyonu için,
örnek hücre tablası 40 °C sabit sıcaklıkta olup aşağıdaki dengeleme reaksiyonları gerçekleşir (Şekil
4). Bu sıcaklıkta δ2H analizi için 4 saat, δ18O analizi için 8 saat beklenir. Böylece örnek hazırlama
süreci tamamlanmıştır.
H218O(sıvı) + C16O2 (gaz) H216O(sıvı) + C18O16O (gaz)
2 1
H HO(sıvı) + 1H2(gaz) 1H2O(sıvı) + 2H1H(sıvı)
Şekil 4. Viallerde gerçekleşen gaz –su dengelenme reaksiyonu
Su ile gaz arasında dengelenme gerçekleştiğinde her ikisinin de izotop oranları aynı olmaktadır.
Ancak gaz ve suyun denk olan bu değeri suyun izotopik değeri değildir. Bu dengelenme sırasında
su bir miktar buharlaşmıştır çünkü dengeleme sıcaklığı 40 °C’dir ve suda olan izotoplar gazda da
vardır. Aslında ayrışma (fractination ) gerçekleştiğinden, bu durumu düzeltmek için gaz ve buhar
karışımı vialden alınıp -90 °C’lik bir tuzakta bekletilerek gaz buhardan ayrıştırılır. Bu gaz DUAL
INLET’deki örnek körüğüne, dengelemede kullanılan referans gaz da DUAL INLET’teki referans
körüğüne alınır. Körüklerde tutulan gaz sıkıştırılarak yada genleştirilerek ölçüm için uygun sinyal
elde edilir. Kütle Spektrometrelerinde suyun doğrudan ölçümü çeşitli problemlere yol açmaktadır.
Bu problemlerden en başta geleni suyun metale yapışması (adhesion) nedeniyle hafıza etkisi
(memory effect) oluşmasıdır. Yani su örneğinin sistemden temizlenememesi nedeniyle bir sonraki
su örneğinin sonucuna katkı yapmaktadır . Bu nedenle DUAL INLET’te olduğu gibi su ile izotopik
olarak dengelenmiş gaz kullanmak daha uygundur.
Örnek ve referans gazları sırasıyla Dual İnlet sisteminin temel birimi olan, taşınan gazın iyonize
edildiği ve kolektörlerde ölçüldüğü çok düşük basınçlı (10 -8 mbar ) bir ortam olan ISOPRIME a
gönderilir. Gazlar, basınç etkisiyle Dual İnlet ten ISOPRIME’daki iyon kaynağına ulaşırlar. Bu gaz
molekülleri bir filamentten yayılan elektronlarla iyonize edilirler (e- + M  M+ + 2e-). İyonlar
1
kaynaktan elektrik alanların etkisiyle ayrılarak ( qV  mv 2 ) manyetik alana girerler ve kütleleri
2
ile ilişkili olarak saparlar. Farklı kütleli iyonlar farklı kolektörlerde toplanırlar (Şekil 5). Kolektöre
ulaşan iyonların miktarı ile ilişkili olarak meydana gelen akım izotopik oranların elde edilmesini
sağlar.
248
Şekil 5. Gaz moleküllerinin kolektörlere dağılımı
3.3 Deney Sonuçlarının Hesaplanmasına Örnek:
Sistemin verdiği sonuçlar ham veri (raw data) olarak değerlendirilir. Sette ölçülen standartlar
kullanılarak bir regresyon denklemi elde edilir. Bu regresyon denklemi ham verilere uygulanır
(Çizelge 3). Böylece örneklerin δ2H veya δ18O sonuçlarına ulaşılmış olur
249
Çizelge 3: Ham Veri Dosyası
Stable Isotope Analysis
Batch results sheet
Current
Batch start
Batch end
Date
27.7.08 21:56
14.2.08 18:08
15.2.08 11:59
Sheet: #NAME?
Filename: #NAME?
Path: #NAME?
Analysis results
Index
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
Acquisition date
15.2.08 2:08
15.2.08 2:31
15.2.08 2:44
15.2.08 2:57
15.2.08 3:11
15.2.08 3:24
15.2.08 3:40
15.2.08 3:54
15.2.08 4:07
15.2.08 4:20
15.2.08 4:37
15.2.08 4:50
15.2.08 5:04
15.2.08 5:18
15.2.08 5:31
15.2.08 5:44
15.2.08 5:58
15.2.08 6:12
15.2.08 6:25
15.2.08 6:40
15.2.08 6:53
15.2.08 7:06
15.2.08 7:20
15.2.08 7:34
15.2.08 7:49
15.2.08 8:03
15.2.08 8:16
15.2.08 8:29
15.2.08 8:43
15.2.08 8:59
15.2.08 9:13
15.2.08 9:27
15.2.08 9:40
15.2.08 9:54
15.2.08 10:07
15.2.08 10:21
15.2.08 10:36
15.2.08 10:49
15.2.08 11:03
15.2.08 11:17
15.2.08 11:32
15.2.08 11:46
delta 45
0,725
1,088
0,763
1,070
0,748
1,150
0,703
0,740
0,806
0,700
1,188
0,794
0,885
0,741
0,715
0,731
0,710
0,771
0,803
0,706
0,278
0,269
-0,778
-0,786
1,224
0,780
0,919
0,749
0,714
0,743
0,719
0,785
0,801
0,717
1,241
0,807
0,874
0,751
0,716
0,737
0,781
1,160
std error
0,003
0,003
0,004
0,004
0,003
0,002
0,003
0,003
0,001
0,003
0,004
0,005
0,005
0,005
0,004
0,005
0,004
0,004
0,003
0,005
0,002
0,004
0,005
0,003
0,003
0,003
0,002
0,004
0,003
0,003
0,003
0,003
0,003
0,005
0,004
0,002
0,003
0,003
0,005
0,004
0,002
0,004
delta 45
0,732
0,396
std error
0,003
n=
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
delta 46
21,716
28,648
21,834
28,561
21,819
28,708
20,654
21,079
23,135
20,241
23,654
21,681
21,637
21,659
20,726
20,546
20,422
21,315
22,928
19,929
7,704
7,777
-21,904
-21,970
23,552
21,502
21,735
21,559
20,451
20,594
20,511
21,273
22,717
20,308
23,632
21,503
21,615
21,704
20,527
20,729
22,032
28,831
std error
0,006
0,005
0,006
0,006
0,005
0,007
0,012
0,006
0,012
0,005
0,005
0,008
0,008
0,006
0,004
0,007
0,007
0,006
0,011
0,012
0,005
0,006
0,009
0,006
0,005
0,009
0,007
0,007
0,005
0,006
0,008
0,006
0,009
0,009
0,003
0,010
0,009
0,009
0,006
0,007
0,009
0,010
delta 46
19,459
10,143
std error
0,007
n=
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
9
10
10
10
10
10
10
10
10
10
9
10
10
10
10
10
10
10
13C
0,034
0,185
0,071
0,169
0,056
0,250
0,047
0,072
0,072
0,057
0,462
0,108
0,208
0,053
0,057
0,080
0,062
0,097
0,076
0,075
0,035
0,022
-0,084
-0,091
0,504
0,100
0,240
0,065
0,065
0,091
0,069
0,113
0,081
0,073
0,520
0,129
0,196
0,062
0,065
0,080
0,083
0,256
18O
-8,833
-2,120
-8,719
-2,204
-8,734
-2,062
-9,862
-9,451
-7,459
-10,262
-6,957
-8,867
-8,910
-8,889
-9,792
-9,967
-10,086
-9,222
-7,659
-10,564
-22,404
-22,334
-51,081
-51,145
-7,056
-9,041
-8,815
-8,985
-10,058
-9,920
-10,000
-9,263
-7,864
-10,197
-6,979
-9,040
-8,931
-8,845
-9,985
-9,789
-8,527
-1,943
13C
0,118
0,128
18O
-11,019
9,823
Yield
169,6
127,0
108,4
148,0
128,3
98,4
140,6
116,0
105,8
138,0
116,6
109,2
111,4
113,9
110,9
106,9
106,6
106,3
118,7
112,1
114,8
122,7
110,5
103,1
103,7
111,0
104,5
102,7
96,2
109,5
108,4
100,9
111,5
101,6
104,0
89,8
109,2
106,2
109,0
101,3
102,9
106,4
Type
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Bellows open
Name
atw 80043
hlw 80044
atw 80045
hlw 80046
atw 80047
hlw 80048
e75 80049
e76 80050
e77 80051
e78 80052
e79 80053
e80 80054
skk 80055
ys 80056
gs 80057
tmb 80058
e75 80059
e76 80060
e77 80061
e78 80062
gisp 80063
gisp 80064
slap 80065
slap 80066
e79 80067
e80 80068
skk 80069
ys 80070
gs 80071
tmb 80072
e75 80073
e76 80074
e77 80075
e78 80076
e79 80077
e80 80078
skk 80079
ys 80080
gs 80081
tmb 80082
atw 80083
hlw 80084
Batch totals
Average
sd
Regresyon Analizi ve Korelasyon Katsayısı
İki değişken arasındaki korelasyonun matematiksel ifadesini tespit etmek için yapılan analizdir. Bu
matematiksel ifadeye regresyon denklemi denir.
Regresyon denklemi genel ifadesi: Y = a + Bx
X
: seçilen bağımsız değişkenin değeri
Y
: seçilmiş X değeri için tahmin edilen değer
a
: doğrunun Y eksenini kestiği noktanın değeri
b
: doğrunun eğimi
a ve b: regresyon katsayıları
Deney sonuçlarının kalibrasyonunda:
X: kullanılan standardın ölçülen değeri
Y: kullanılan standardın gerçek değeri
250
Çizelge 4. Deney sonucu elde edilen standartların ham verileri
ATW
-8,988
-8,961
-8,928
-8,858
GISP
-22,596
-22,499
SLAP HLW
-48,615 -2,658
-48,550 -2,619
-2,566
-2,279
AVERAGE -8,934
STD DEV 0,030
-22,547
0,069
-48,583 -2,530
0,047
0,046
1
2
3
4
5
6
7
8
Çizelge 5. Deney sonucu elde edilen standartların ölçülen ve gerçek değerleri
ATW
HLW
GISP
SLAP
ÖLÇÜLEN
-8,93
-2,53
-22,55
-48,58
GERÇEK
-9,59
-2,15
-24,80
-55,50
Çizelge 6. Regresyon katsayıları
ölçülen
gerçek
(X)
(Y)
ATW
-8,93
-9,59
HLW
-2,53
-2,15
GISP
-22,55
-24,80
SLAP
-48,58
-55,50
TOPLAM -82,59
-92,04
X²
79,7449
6,4009
508,5025
2360,0164
2954,6647
XY
85,6387
5,4395
559,24
2696,19
3346,508
251
Y²
91,9681
4,6225
615,04
3080,25
3791,881
Şekil 6. Regresyon doğrusu ve denklemi
Çizelge 7. Denklemin setteki standartlara uygulanması
atw 70083
atw 70084
hlw 70085
hlw 70086
gisp 70101
gisp 70102
slap 70103
slap 70104
atw 70119
atw 70120
hlw 70121
ham data
-8,988
-8,961
-2,658
-2,619
-22,596
-22,499
-48,615
-48,550
-8,928
-8,858
-2,566
doğ. data
-9,51
-9,48
-2,19
-2,14
-25,26
-25,15
-55,38
-55,30
-9,44
-9,36
-2,08
5.SONUÇ
Deneysel sonuçlar bir teorinin ya da bir modelin doğrulanmasında ve desteklenmesinde ikna edici
bir rol oynarlar. Ülkemizde hidrolojik ve hidrojeolojik çalışmalarda izotop analizlerinin
kullanılmasının sürekli arttığı günümüzde, izotop hidrolojisindeki gelişmelerin takip edilmesi
gerekliliği, buna bağlı olarak, laboratuvar çalışmalarının geliştirilmesi önem kazanmıştır.
Dünyadaki örneklerinde olduğu gibi deneysel sonuçların bu çalışmalarda yer alması DSİ’nin
arzuladığı bir sonuç olup bu kapsamda DSİ İzotop laboratuarı kendi çalışmalarının yanı sıra kamu
kurumların, üniversitelerin ve şahısların çalışmalarına da laboratuar imkanları çerçevesinde destek
vermektedir.
Bu yazıda,
 İzotop metodolojisi ile çevresel izotopların hidrolojide nasıl değerlendirildiği ve su
örneklerinin IAEA’nın belirlediği ve dağıtımını yaptığı bir standarda göre ölçümü,
 Hidrolojik çevrimde suyun izlenmesini olanaklı kılan izotop ayrışmasının kütle bağımlı
nedenleri,
252
 Sonuçlardaki belirsizliğin IAEA’nın belirlediği aralıklarda olması için laboratuar
çalışmalarında gösterilmesi gereken hassasiyet,
 Su örneğinin araziden alınmasından sonuçların hesaplanmasına kadar geçen sürecin
anlatılmasıyla, bu analizler için yapılan laboratuar çalışması da genel hatlarıyla açıklandı.
6.KAYNAKLAR
1. Mook, W.G., 2000, Environmental isotopes in the hydrological cycle, v.I, 31-45, 167-177.
2. Mook, W. G., Gat, J. R., Meijer, A. J., 2001, Environmental isotopes in the hydrological cycle,
v.II, 7-40.
3. Tanweer, A., Gröning, M. ,Van Duren, M., Jaklitsch, M., Pöltenstein, L.,2008. Stable Isotope
Internal Laboratory Water Standarts: Preparation, Calibration and Storage, IAEA.
4. Guillermo, Q.,2007 Applications of Isotope Techniques in Modelling Hydrologic Processes,
Department of Civil Engineering and National Hydraulic Research Center University of the
Philippines, Diliman, Quezon City.
253
URGANLI (TURGUTLU) SICAK VE MİNERALLİ SULARININ
Serkan VURAL1, Suzan PASVANOĞLU2, Servet YILMAZER3, Ali YAKABAĞ4
1,2
Kocaeli Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Böl. İzmit/Kocaeli
3,4
Gayzer Yer Bilimleri Ltd. Şti., İzmir/Bornova
[email protected], [email protected], [email protected]
Özet
Urganlı jeotermal alanı Manisa ili Turgutlu ilçesine bağlı Urganlı beldesinin yaklaşık 5 km.
kuzeyinde yer alır. Alanın yakın çevresinde temeli Paleozoyik yaşlı metamorfik kayaçlar oluşturur.
Menderes masifi örtü şistleri olarak ta adlandırılan bu temel kayalar üzerine yine Paleozoyik yaşlı
mermerler gelmektedir. Urganlı Jeotermal alanı kuzeybatısında Mesozoyik yaşlı kireçtaşları,
dolomitik kireçtaşları ve ofiyolitik kayaçlar mostra vermektedir. Paleozoyik ve Mesozoyik yaşlı
birimler üzerinde açısal uyumsuzlukla Pliyosen yaşlı çökeller yer alır. Urganlı jeotermal alanında
Kuvaterner yaşlı travertenler dikkat çekicidir. Sıcak suların bıraktığı çökeltilerin oluşturduğu bu
travertenler, daha ziyade yatay olarak yayılım gösteren eski travertenler ile bu travertenleri dikine
kesen çatlaklardan suların oluşturduğu yeni travertenler olarak göze çarpmakladır. Yine Kuvaterner
yaşlı oluşuklardan alüvyonlar Gediz ovasında geniş yayılım gösterirler. Kaplıca çevresinde
yüzeylenen Paleozoik yaşlı metamorfikler içindeki mermerlerin olduğu belirlenmiştir. Mermerlerin
çatlaklı, karstik olması ve de kuvarsitlerdeki tektonizmanın etkisi ile kazanmış olduğu ikincil
porozite ve permeabilite özelliklerinden dolayı bölgedeki en önemli akifer kayacını
oluşturmaktadır. Kireçtaşları aynı zamanda Urganlı sıcak su kaynaklarının rezervuarını
oluşturmaktadır. Neojen yaşlı killi marnlı seviyelerin Permeabilite değerleri düşük olduğundan bu
kayalar örtü kaya niteliğindedir. İnceleme alanında tektonik etkinlikler oldukça fazladır. Gediz
grabenini kuzeyden sınırlayan ve Kargın köyünden Akköy’e doğru uzanan yaklaşık D-B uzanımlı
Cambazlı fayı bölgenin en önemli fayı olup, sıcak ve mineralli su kaynakları bu fay boyunca
çıkmaktadır. Urganlı sıcak ve mineralli sularının sıcaklıkları; kaynaklarda 50-75°C olup,
sondajlarda ise 62-83 oC arasındadır.
Açılan kuyuların derinlikleri 280-605 metre arasında,
debileri ise 15-40 lt/s olarak ölçülmüştür. Turgutlu sıcak ve mineralli suların 18O, 2H, 3H ve 13C
izotopik içeriklerinden, suların meteorik kökenli olduğu anlaşılmıştır. Yağış sularından bir kısmı
hazne özelliği taşıyan kayaçların çatlak, kırık ve fayları boyunca süzülerek yerin derinliklerinde
bulunan hazne kaya içerisinde yataklanmaktadır. Bu dolaşım sürecinde yeraltına süzülen sular
kondüksiyon veya konveksiyon akımlarla ısınarak sıcaksu rezervuarlarını oluşturmaktadır. δ13C
DIC izotop değerleri sera soğuk su kaynağında -6.4 iken sıcak su kaynak ve sondajlarda -2 ile -2,9
arasında değişmektedir. Buradan da sıcak sulardaki CO2’in kökeni daha çok denizel kökenli
karbonatlardan ya da metamorfik CO2’den kaynaklandığı anlaşılmaktadır.
Anahtar kelime: Urganlı, Oksijen-18, Döteryum, Trityum ve Karbon-13 izotopları.
ISOTOPIC EVALUATION OF THERMAL AND MINERALIZED WATERS OF
URGANLI(TURGUTLU) WITH ISOTOPS
Abstract
Urganli geothermal field is located approximately 5 km North of Urganli Town in the district of
Turgutlu, province of Manisa. Paleozoic aged metamorphic rocks forms the basement of the nearby
area. Paleozaoic aged marbles comes on the top of the base rocks that are also called as Menderes
massive covering schists Mesozoic aged limestones, dolomitic limestones and ophiolitic rocks
shows exposure in the north west of Urganli geothermal field. Pliocene aged deposits with angular
255
unconformity takes place on the top of Paleozoic and Mesozoic aged units. Quaterner aged
Travertines are noticeable in Urganli geotehrmal area. These travertines that are formed from the
precipitation of thermal waters, are noticeable as new travertines that are cutting vertically the old
travertines which shows a horizontal distribution in the area. These new travertine formation still
continue to form around some of thermal waters exits. Again Alluviums that are Quaterner aged
formations shows a wide distribution in Gediz plane. It is observed that, there exist marbles inside
the Paleozoic aged metamorphics that are seen at the surface. Marbles, which have cracked and
carstic structures, also together with quarsites, that have porosity and permeability features gained
by the effect of tectonism; make up the most important aquifers in that region. Limestones also
form the reservoir of Urganli thermal spring . Neogen aged surfaces with marn, have the properties
of cap rock, since they have low permeability. At the research area, there is a great tectonic
movement. Cambazlı fault, bordering Gediz Graben from North and having the East-West
elongation from Kargın Village to Akköy, is the most important fault in the zone. Thermal and
mineral water springs are located along this fault. The temperatures of Urganlı thermal and mineral
waters are in the range of 50-75°C in natural resources and 62-83°C in drilling wells. Depths of the
drilling wells are in the range of 280-605 metres and flow rates are measured as around 15-40 lt/s. It
is concluded that, Turgutlu thermal and mineral waters have a meteoric orign, since they have the
18
O, 2H, 3H ve 13C isotopic content. Some amount of rain water flows through the faults and cracks
of the rocks and then deposited in the reservoir rocks. During this cycle, water which is deposited
underground and heated by means of conduction and convection, forms the thermal reservoirs.
δ13C DIC isotope has the value of -6.4 in the cold water resource, but it ranges between the values
of -2 to -2.9 in the thermal spings and wells. Thus it is concluded that, the origin of the CO 2 is
more likely to come from marine carbonate or metamorphic rocks.
Key words: Urganlı, Oxygen-18, Doteryum, Trityum, Carbon-13.
1. GİRİŞ
Manisa İl’i Turgutlu ilçesi sınırlarında kalan Urganlı jeotermal alanında M.T.A. tarafından yapılan
ilk etüt ve araştırma sondaj çalışmalarından sonra uzun süre kapsamlı bir çalışma yapılmamıştır
(Ürgün, 1966, Karamanderesi, 1972). Dünyada ve ülkemizde enerji fiyatlarının artması üzerine
yerli ve yenilenebilir enerji kaynaklarına bir yöneliş olmuştur. Urganlı bölgesinde jeotermal enerji
araştırmalarına yönelik ilk çalışmalar, derinliği 440 m. olan U-1 nolu sondaj kuyusu ile 2001 yılında
M.T.A. tarafından gerçekleştirilmiştir Artezyenik üretimi ortalama 35 lt/s., sıcaklığı 62 oC olan U-1
kuyusu yine bu bölgede ilk kez kurulan Göncüoğlu seralarının ısıtılmasında kullanılmaktadır.
Urganlı jeotermal alanında geniş kapsamlı etüt ve sondaj çalışmalarına 2005 yılında başlanılmıştır
(Gayzer Yer Bilimleri, 2005). Bu alanda 2005-2008 döneminde 9 adet kuyu açılmıştır.
2. JEOLOJİ
Urganlı Jeotermal alanı ve yakın çevresinde Paleozoyik, Mesozoyik ve Senozoyik yaşlı birimler
bulunmaktadır. Burada temeli Paleozoyik yaşlı metamorfik kayalar oluşturur (Şekil-1). Menderes
masifi örtü şistleri olarak nitelendirilen bu kayalar; kalk şist, kuvars-muskovitşist, kuvars-muskovitbiyotit şist, muskovit-biyotit-albit şist ve granatlı biyotit şist gibi değişik şistlerden meydana
gelmiştir (Karamanderesi, 1972). Jeotermal alanın hemen kuzeyinde yüzlek verip doğuya,
haritalama alanının dışında kalan Kargın köyüne doğru yayılım gösteren bu metamorfitlerin üzerine
Paleozoyik yaşlı mermerler gelmektedir (Şekil-1). Alt seviyeleri koyu gri, üste doğru daha açık gri
renklenme sunan bu mermerler yer yer dolomitik olup, orta-iri kristallidir. Ayrıca Jeotermal alanın
kuzeyinde Sarnıç tepe ile Kule tepe arasında ve Sarnıç tepe'nin doğu kesiminde, yukarıda sözü
edilen muhtelif şistler arasında bej, kahverengimsi renkte mermer düzeylerine de rastlanmaktadır.
Paleozoyik yaşlı temel kayalar üzerinde allokton olarak yer alan Mesozoyik yaşlı kireçtaşları,
dolomitik kireçtaşları ve ofiyolitik kayaçlar Urganlı Jeotermal alanın (haritalama alanı dışında)
kuzey batısında yüzlek verirler. Kireçtaşlarının alt seviyeleri genellikle dolomitiktir. İkincil kalsit
256
dolgular içeren ve tabakalanması pek belirgin olmayan dolomitler üste doğru kireçtaşlarına geçiş
gösterirler. Çeşitli volkanik ve sedimanter kayalardan oluşan ofiyolitik karmaşa veya ofiyolitik
melanj adı verilen birim Çaldağ ve yakın çevresinde yaygındır. Serpantinit ve peridotitler ofiyolitik
melanj bünyesindeki sedimanter kayalar üzerinde veya içinde bloklar halinde bulunurlar (Akdeniz,
1986, Karamanderesi, 1972). Senozoyik yaşlı kayaçlar Paleozoyik ve Mesozoyik yaşlı birimler
üzerinde açısal uyumsuzlukla yer alan Pliyosen yaşlı çökeller ile Kuvaterner yaşlı traverten, yamaç
molozu ve alüvyonlardan oluşmaktadır (Şekil-1). Pliyosen’i; tabanda çakıltaşı, kumtaşı, silttaşı ve
kiltaşları (Pl1) ile bunların üzerine uyumlu olarak gelen killi kireçtaşları ve kiltaşları (Pl2)
oluşturmaktadır(Yanık). Çakıltaşı, kumtaşı, silttaşı ve kiltaşı gibi detritik çökeller jeotermal alan
çevresinde oldukça yaygındır. Çakıllar genellikle orta-iyi derecede yuvarlaklaşmış, karbonat veya
kil çimentoyla gevşek tutturulmuştur. Kumtaşlarında genel olarak gri, yeşilimsi gri renklenmeler
hakimdir. Bunlar yer yer ince tabakalanmalı kiltaşı ve silttaşlarıyla ardalanmalıdır. Yine Pliyosen'in
üst düzeylerine ait killi kireçtaşları ve kireçtaşları jeotermal alanın kuzeydoğusundaki Aktepe ile
batıdaki Abdal tepe ve güneyinde yayılım gösterir (Şekil-1). Bu birim kirli beyaz, sarımsı beyaz,
grimsi beyaz ve krem renklerde olup, yatay ve yataya yakın eğimlidir. Urganlı Jeotermal alanındaki
en genç oluşuklar Kuvaterner yaşlı traverten ve alüvyonlardır. Sıcaksuların bıraktığı çökeltilerin
oluşturduğu travertenler konumları ve yayılımları yönünden oldukça dikkat çekicidir. Travertenlerin
büyük bölümü yatay konumludur. Kirli beyaz, sarımsı kirli beyaz veya gri renkli ve düşük
sertlikteki bu oluşumlar eski travertenlerdir. Daha sonraki aşamada oluşan genç travertenler daha
rijit bir morfoloji oluşturmuşlardır. Bu genç travertenler jeotermal alanda duvarsı görünümlerdedir.
Bazı sıcaksu çıkışları çevresinde yeni traverten oluşumları halen devam etmektedir. Kuvaterner
yaşlı genç oluşuklardan yamaç molozları etüt alanının kuzey batısında mostra vermektedir.
Kendisinden daha yaşlı birimlere ait elemanlardan oluşan alüvyon örtü inceleme alanının güneyinde
Gediz ovasında geniş yayılım gösterir. Urganlı Jeotermal alanındaki en önemli süreksizlik Cambazlı
fayıdır. Eğim atımlı normal bir fay olan Cambazlı fayı inceleme alanını yaklaşık D-B yönde kat
eder (Şekil-1). Batı yönünde, inceleme alanı dışında Akköy’e doğru uzanır. Doğu yönündeki
uzanımı da yine araştırma alanı dışında Bintepeler bölgesinin güneyine doğru devam eder. Yukarıda
belirtildiği gibi yaklaşık D-B uzanımlı olan bu tektonik hat, Urganlı jeotermal alanına batıdan girer
ve yeni Cambazlı köyünün hemen kuzeyinden geçerek doğuya Kargın köyüne doğru mikaşisttraverten dokanağını oluşturur. Cambazlı fayının yükselen kuzey bloğu Paleozoyik yaşlı muhtelif
şist ve mermerlerin yüzeylenmesini sağlamıştır. Burada, D-B uzanımlı bir horst oluşturan bu temel
kayaçların yükselimine Cambazlı fayı etken olmuştur. Aynı yükselimi kuzeyden yine yaklaşık D-B
veya B-KB/D-GD uzanımlı bir tektonik hat sınırlamaktadır. Bu kuzey fayı da eğim atımlı normal
bir fay olup “Çamlı fayı” olarak adlandırılmıştır (Yılmazer vd., 2008). İnceleme alanına doğu
yönünden Aktepe güneyinden girer, Sarnıç Tepe, Kule Tepe ve Çamlı Tepe’nin hemen kuzeyinden
batıya doğru devam eder. Cambazlı fayı ile kuzeyindeki Çamlı fayının oluşturduğu; genişliği 7501000 m. arasında değişen ve D-B uzanımı yaklaşık 5 km. olan bu yükselim “Sarnıç horstu” olarak
isimlendirilmiştir (Yılmazer vd., 2008, Şekil-1). İnceleme alanındaki diğer bir tektonik hat ise daha
güneyden geçen yaklaşık D-B uzanımlı, eğim atımlı normal bir fay olan Urganlı fayıdır. Burada
güney blok düşmüş kuzey blok yükselmiştir. Diğer faylara göre daha gençtir. Cambazlı fayından
itibaren güneye doğru bir basamaklanma söz konusudur. İnceleme alanının kuzeybatısındaki Akköy
fayı da çevredeki önemli tektonik hatlardan biridir. Akköy kuzeyinden başlayan bu fay, KD
istikametine doğru yaklaşık 3-3,5 km. uzanımlıdır. İnceleme alanındaki Paleozoyik yaşlı kayaçlarda
eklem ve çatlak sistemleri iyi gelişmiş olup, tektonik etkilerle değişik yönlerde kıvrımlanmalar
oluşmuştur. Pliyosen yaşlı tortullar yatay ve yataya yakın konumludur. Aynı şekilde eski
travertenler de yataya yakın tabakalanmalıdır. Daha sonra oluşan genç travertenler ise eski
travertenler üzerinde adeta duvar gibi dikey konumludurlar.
257
Şekil 1. Çalışma alanının jeoloji haritası ve jeolojik kesiti ( Yılmazer vd., 2008).
258
3. HİDROJEOKİMYASAL ÇALIŞMALAR
Urganlı jeotermal alanında biri M.T.A. diğer sekizi özel sektör tarafından yapılmış toplam 10 adet
sıcaksu kuyusu bulunmaktadır (Tablo-1). Kuyuların derinlikleri 280-605 m. arasında değişmektedir.
Burada en yüksek debi EU-7 kuyusunda 40 lt/s. olarak ölçülmüştür. Kuyular artezyenik olup, kuyu
başı üretim sıcaklıkları 62-83 oC arasındadır. Sondajlar jeotermal üretime uygun olacak şekilde
dizayn edilmiştir. Neojen tortullar EU-8 nolu kuyunun bulunduğu kuzey noktasından güneye doğru
giderek kalınlaşmaktadır. Burada işaret edilen EU seri numaralı kuyular Eskihisar Tarım A.Ş. adına
yapılmış olup, bu kuyulardan EU-4,5,6,7,8 nolu kuyular Eskihisar seralarının ısıtılmasında
kullanılmaktadır. Geri kalan kuyulardan EU-3 nolu kuyu kaplıcalarda kullanılmakta, EU-1,2 nolu
kuyularda su çok az olduğu için şimdilik kullanım dışıdır. EU-4,5,6, nolu kuyuların toplam debisi
50 lt/s., toplam ortalama sıcaklık değeri 80 oC’dir. EU-7,8 nolu kuyuların toplam debisi ve sıcaklığı
sırasıyla 77 lt/s. ve 86 oC olup, kuyu sıcaklık değerleri güneyden kuzeye sıcaksu getirimini sağlayan
Cambazlı fayına doğru artış göstermektedir (Şekil-2).
Tablo 1. İnceleme alanında yapılan sıcaksu sondaj kuyularına ait bilgiler.
Kuyu
No
U-1
EU-1
EU-2
EU-3
EU-4
EU-5
EU-6
EU-7
EU-8
Derinlik
(m)
440
450
605
280
500
540
586
388
600
Debi
(lt/sn)
35
10
1.5-2
15
35
15
23
40
25
Sıcaklık
(oC)
62
64
65
77
75
65
77
82
83
Üretim Şekli
Artezyen
Kuyu içi Pompası
Artezyen
Artezyen
Artezyen
Artezyen
Artezyen
Artezyen
Artezyen
259
Açılış
Yılı
2001
2005
2005
2006
2006
2006
2006
2007
2007
Kullanım Yerleri
Göncüoğlu serası
Kullanılmıyor
Kullanılmıyor
Kaplıca
Eskihisar Tarım
Eskihisar Tarım
Eskihisar Tarım
Eskihisar Tarım
Eskihisar Tarım
Şekil 2. Urganlı bölgesindeki sıcaksu kuyuları taşıma hatları şematik görünümü.
3.1. Yöntem
İnceleme alanında yer alan birimlerin dokanakları ve bölgenin genel tektonik özellikleri 1/25000
ölçekli topografik harita üzerine aktarılmış ve önceki çalışmalar dikkate alınarak isim ve yaş
verilmiştir. Bu çalışmada bölgede yüzeylenen kayaçlar daha çok hidrojeoloji özellikleri açısından
incelenmiştir. Çalışma alanındaki kaynak ve kuyu sularından toplam 6 adet örnek alınmıştır.
Kimyasal analizler, Hacettepe Üniversitesi Su Kimyası Laboratuarında ve Canada Acme
laboratuarında, Trityum (δ3H) analizleri, Hacettepe Üniversitesi Su Kimyası Laboratuarında,
Oksijen-18 (δ18O), Döteryum (δ2H) ve Karbon-13 (δ13C) analizleri ise Utah Üniversitesi Stable
Isotop laboratuarında yaptırılmıştır. Sıcaklık, arazide kaynak başında, pH, EC ölçümleri ise hem
kaynak başında hem laboratuarda ölçülmüştür. Kaynak başlarında yapılan ölçümlerde sıcaklık için
termometre, EC ve pH için metre kullanılmıştır. Yine inceleme alanından toplanan su örneklerinin
IAEA tarafından belirlenen örnekleme kuralları dikkate alınmıştır. Oksijen-18 ve Döteryum analizi
için 100 ml’lik polietilen şişelerle örneklemeler yapılmıştır. Polietilen şişeler ve kapakları her
örnekleme sırasında örneğin alındığı su ile en az üç kez çalkalanmış ve üzerinde hava kalmayacak
şekilde tamamen doldurulmuştur. Şişelerin tıpası ve kapağı sıkıca kapatılarak, güneş görmeyen
serin bir yerde analize gidene kadar saklanmıştır.
Analiz hassasiyetleri δ18O izotopu için ±0,2 permil, δ2H için ±2 permil, δ13C izotopu için ±0,2
permil’dir. Elde edilen bu veriler çeşitli hesaplamalar ve diyagramların kullanımıyla
260
3.2. Analiz Sonuçlarının Değerlendirilmesi
İnceleme alanında bulunan suların örneklemesi, doğal sıcak su kaynaklarından, sondajlardan ve
soğuk su kaynaklarından yapılmıştır. Alınan örneklerin kimyasal analiz sonuçları Tablo-2’de,
İzotop analiz sonuçları ise Tablo-3’te verilmiştir. Bu analizlerle ilgili değerlendirmeler ve grafik
yorumları aşağıda verilmiştir.
3.2.1. Su Kimyası Verilerinin Değerlendirilmesi
Kaynak ve kuyulardan alınan su örneklerinin kimyasal analiz sonuçları (Tablo-2) Schoeller ve
Piper’e göre yorumlanmıştır. Schoeller’e göre; Turgutlu sıcak ve mineralli su kaynakları ile tüm
sondaj suları benzer kökenli olup, bu sular yerel yağışlardan beslenip aynı kimyasal bileşime sahip
akiferden veya kayaçlardan geldiği anlaşılmaktadır (Şekil-3). Bunlar, Uluslararası Hidrojeologlar
Birliğinin sınıflamasına göre: “Na, HCO3, B ve CO2 gazı içeren sıcak ve mineralli sulardır”
(AIH,1979).
Piper diyagramı anyon ve katyonların % milliekivalen cinsinden ayrı ayrı gösterildiği iki ayrı
üçgenden ve tüm iyonların ortaklaşa gösterildiği bir eşkenar dörtgenden oluşmaktadır. Üçgen
diyagramlar, suların hidrojeokimyasal fasiyes tiplerinin görülmesinde, dörtgen ise suların
sınıflamasında ve karşılaştırılmasında kolaylık sağlamaktadır (Back,1961). Piper üçgen
diyagramına göre inceleme alanındaki sıcak suların Na-HCO3 su tipini yansıtmaktadır (Şekil-4).
Piper sınıflamasında NaHCO3’lı sular, karbonat alkalinitesi %50’den fazla olan suları
oluşturmaktadır.
Sıcak suların HCO3 içeriği 1563 ile 1499 mg/l arasında olup, Na içeriği 406-455 mg/l arasındadır.
Na-HCO3 tipli su, yüksek hidrolik iletkenliğe sahip akiferlerdeki yavaş dolaşımdan dolayı
kayaçlarla temas süresinin uzaması sonucu iyon miktarında artmış yer altı sularının göstergesidir.
Soğuk sular ise, Ca ve Na-HCO3’lı sular tipinde olup, sığ kuşaklarda hızlı dolaşan, düşük iyon
konsantrasyonlu yer altı sularına işaret edebilir. Baskın iyon sıralanmasında meydana gelen
değişikliğin nedeni, öncelikle analiz yöntemi ve sürelerindeki farklılığa ve deneysel hata oranına
bağlanabilir. Sıcak sulardaki Na iyonunun artışı tersine Ca iyonun azalışı çok hızlı CaCO3 çökelişi
ve iyon değişimi ile açıklanabilir. Şistlerdeki ya da Neojen yaşlı tortulların killerindeki Na
iyonunun, sudaki CaCO3 çözünürlüğü nedeniyle artan Ca iyonu ile yer değiştirmesi sonucu oluşan
doğal yumuşatma reaksiyonu oldukça olasılı görünmektedir (Tarcan, 1998). Bikarbonat, kireçtaşı
ve mermerlerin CO2’li sularla etkileşimi sonucu yeraltı suyuna geçmektedir. Sıcak ve mineralli
sular renksiz olup hafif kokulu ve CO2 gazı çıkışlıdır. Yüksek HCO3 ve çözünmüş CO2 kapsayan
jeotermal akışkanlar, yüksek sıcaklıklı jeotermal alanların kenarlarında veya bu sistemlerin
yükselmeleri sırasında yüksek kotlarda soğuk su ile karıştıkları yerler olan sistemin üst, yani
yeryüzüne yakın kısımlarında, kaynama sıcaklıklarının çok altındaki sıcaklıklarda bulunurlar.
Kalsit, çökelttikleri ana materyaldir (Browne, 1991). Kabuklaşma özelliği gösteren bu sular
üretilirken mutlaka inhibitörler kullanılmalıdır. Mevcut kuyularda inhibitörler kullanılmadığından
kuyulara nasıl zarar verdiği bilinmediği gibi kuyu başlarında (Foto-1) ve eşanjörlerde kabuklaşmaya
neden olmaktadır. Bunun sonucu olarak eşanjörlerden gerektiği gibi ısı transferi sağlanamamakta ve
üretilen termal sudan yeterli ısı enerjisi alınamadığından büyük maddi kayıplar olmaktadır.
261
Foto 1. U-1 (M.T.A.) kuyusundaki karbonat kabuklaşması
Şekil 3. Schoeller diyagramı
262
Şekil 4. Piper Diyagramı
3.2.2. İzotop Verilerinin Değerlendirilmesi
Çevresel izotopların hidrojeolojide kullanılmasına yönelik çalışmalar yaklaşık 25–30 yıl önce
başlamıştır. Yeraltı sularının izotopik bileşimi, öncelikle bu suları besleyen yağışların izotopik,
yerel iklim ve topografya şartlarına bağlıdır (Dinçer ve Payne, 1965). İnceleme alanında
kaynaklardan boşalan sıcak ve soğuk suların yağıştan itibaren süzülme kotları ve koşulları ile
yeraltında dolaşım süreci ve derinlerde sıcaklıktan etkileşimleri hakkında bilgi toplamak için
çevresel izotop tekniklerinin kullanılması günümüzde daha da yaygınlaşmıştır. İnceleme alanındaki
sıcak ve mineralli suların araştırılmasında en çok 18O, 2H ve 3H gibi izotoplardan yararlanılmıştır.
Radyoaktif izotoplardan yarılanma ömrü 1232 yıl olan 3H, bu özelliğinden dolayı yeraltı suyunun
bağıl yaşının, böylece de akiferde bekleme ve kaynaktan boşalma sürelerinin belirlenmesinde
yararlı olmuştur. Suyun yeryüzündeki devimine bağlı olarak gelişen buharlaşma, yağış erime yüzey
akış olayının her biri oksijen ve Hidrojen izotoplarının oranlarını etkiler. Hidrolojik deviminin
karmaşıklığına karşın δ18O ve δ2H değerleri arasındaki ilişki: δ2H= 8xδ18O+10 bağıntısıyla
gösterilmiştir (Craig; 1961). Craig’in çizgisi birçok bölgedeki bölgesel yağışların bir ortalamasıdır.
Bu nedenle yöresel yağış çizgilerinden farklılık sunar. Yöresel yağış çizgileri gerek eğim gerekse de
döteryum fazlası değeri yönünden farklılık sunabilir. Ancak (Craig 1963) incelediği jeotermal
263
suların 2H içeriklerinin yöresel meteorik sularla benzer olduklarını göstermiştir. İnceleme alanında
yer alan sıcak ve mineralli sularla soğuk sulara ait Oksijen-18 (δ18O), döteryum (δ2H) ve trityum
(δ3H) izotop değerleri Tablo-3’te verilmiştir. Su noktalarının Döteryum (‰ SMOW) değerleri -54
ile -45 ve δ18O (‰ SMOW) değerleri ise -7.7 ile -6.7 arasındadır.
Şekil 5. Suların δ2H-δ18O grafiği.
Sunulan δ18O-δ2H grafiği incelendiğinde (Şekil-5) sıcak sular, dünya yağış doğrusu altında ve
sağında yer almaktadır. Bu sonuca göre, Turgutlu sıcak ve mineralli suları meteorik kökenli olup,
yağıştan bir kısmı, yerin altına çatlak, kırık ve faylar boyunca süzülmekte ve bu süreçte ısıtıcılarla
ısınarak kendisine hidrotermal kanal görevi gören fay veya etkili çatlaklar boyunca yeryüzüne
çıkmaktadır. Filiz 1982 yılında hazırlamış olduğu doçentlik tezinde, benzer şekilde Turgutlu–
Alaşehir yöresindeki tüm suların meteorik kökenli olduğunu vurgulamıştır. Turgutlu sıcak ve
mineralli suları diğer soğuk su kaynağına göre daha negatif değerler almaktadır. Bu da sıcak suların
yüksek kotlara düşen kıtasal yağışlardan etkilendiğini göstermektedir.
Ayrıca, karbonatlı kayaçlardaki CO2 içeriğinde bulunan oksijenin sıcak sulardaki oksijen
molekülleri arasındaki iyon alış verişi sonucunda 18O izotop içeriğinin daha negatif değerler
almasından dolayı da olabilmektedir (Clark, 1997). Ayrıca Soğuk sularla da karışım bu duruma
sebep olabilir. Sıcak suların δ18O değerleri kendi aralarında birbirine yakın oluşu bunların ortak ve
geniş bir beslenme bölgesinden yüksek kotlardan sürekli beslenmeye sahip olduklarını gösterir.
Ayrıca soğuk su kaynağı 18O bakımından doğrudan genç yağışın etkisi altındaki genç sulardır.
Soğuk kaynaktaki yüksek δ18O, sıcak sulara nazaran nispeten yüksek trityum ve düşük klorür ve
düşük EC değerleri düşük kotlardaki yağıştan beslenmeyi ve kısa sürede kaynak olarak yeryüzüne
döndüklerini belirlemektedir. Sıcak sular ise yüksek EC ve düşük trityum değerlerine sahiptir.
Kökeni meteorik olan suların yeraltında dolaşım yolu uzadıkça trityum izotopunun radyoaktif
bozunmaya uğraması nedeniyle Trityum değerleri düşmektedir. Bu nedenle, Turgutlu soğuk suları
genç, sıcak ve mineralli sular ise derin dolaşımlı ve yaşlı yeraltı sularıdır (Şekil-6 ve Şekil-7).
264
Trityum değerlerindeki sıfıra doğru azalması da suyun akifer içinde kalış süresinin arttığını
belirtmektedir.
Şekil 6. Suların Cl-Oksijen 18 (δ18O) grafiği
Karbon, iki duyarlı (13C ve 12C ) ve bir radyoaktif (14C) izotopa sahip olup, izotop ölçüm
çalışmalarında 13C/12C oranı saptanmış ve δ13C(‰) şeklinde ifade edilmiştir. Karbon izotop
ölçümleri sırasında standart olarak PDB (Amerika, Güney Karolina, Peedee Formasyonunun
Belemniti) alınmıştır (Şekil-8). Karbonun izotopik oransallığı, gazların kökenini belirlemede
yardımcı olmaktadır. Bu oransallık ilksel bileşimdeki meteorik karbonatlarda ‰10’dan fazladır
(Gökçe, 1993). Sedimanter organik materyallerde bu oran, petrol ve kömürde ‰-40 ile -20 arasında
organizmalarda ‰-30 ile -10 arasında; karbonatitler ve elmasta ‰-10 ile -5 arasındadır. Güncel
denizel kireçtaşlarında ‰-1 ile +2 arasında, jeotermal alanlarda ‰-5 ile -3 arasında değişir (Hoefs,
1987).
Şekil 7. Suların EC (µS/cm)-Trityum (δ3H) grafiği
265
Şekil 8. Farklı doğal ortamlardaki δ13C değerinin değişim aralığı
(Clark and Fritz, 1997).
Son yıllarda δ13C değerleri bölgesel sistemler, beslenme bölgesi-köken, jeokimyasal reaksiyon
modelleri ve yeraltı suyunun yaşının belirlenmesi gibi problemlerin çözümünde kullanılmaktadır.
Yeraltına süzülen su topraktaki CO2’yi çözerken HCO3 ve CO3 türlerine ayrışır. Çözünmüş
İnorganik Karbon Türleri (DIC)’nin dağılımı pH’a bağlı olarak değişir. pH değerine bağlı olarak
DIC ve δ13C PDB’nin değişimi de farklıdır (Clark and Fritz, 1997). Yeraltı suyundaki DIC ve
δ13CDIC akiferlerde ayrışma reaksiyonları sırasında yüksek değerlere ulaşır. Kapalı ya da açık sistem
şartlarına ve akifer malzemesinin silikat veya karbonat oluşuna bağlı olarak reaksiyonlar gelişir.
Tamamen silikatlı akiferlerde DIC gelişmez, ancak karbonatlı akiferlerde kalsit veya dolomit
çözünerek DIC gelişir. Bu tür karbonatlar genellikle 13C bakımından zengindir ve δ13CDIC’ın
gelişiminde etkilidir (Clark and Fritz, 1997). Yer altı sularında çözünmüş inorganik karbon CDIC ve
δ13CDIC akiferdeki veya topraktaki ayrışma reaksiyonları sonucu gelişir. Bu çalışma ile inceleme
alanında ölçülen sulardaki δ13CDIC değerleri incelendiğinde (Tablo-3) Sera soğuk su kaynağı -6.4
değerine sahiptir. Sıcak su kaynak ve sondajlarında -2 ile -2,9 arasında değişmektedir.
Sıcak sulardaki CO2’in kökeni daha çok denizel kökenli karbonatlardan ya da metamorfik CO2’den
kaynaklanmaktadır. Fakat sıcak sulara manto kökenli CO2 gazı da etkili olmuştur. Soğuk sulardaki
CO2’in kökeni ise gölsel karbonatlardan geldiği anlaşmıştır. Ancak sıcak su kaynağına soğuk su
karışımı da olmuştur.
266
Şekil 9. Turgutlu yöresine ait sularda HCO3 - δ13CDIC ilişkisi
Urganlı sularında HCO3- δ13CDIC ilişkisi incelenmiştir (Şekil-9). Şekilden de görüldüğü gibi soğuk
suyun HCO3 konsantrasyonu azaldıkça δ13CDIC değerleri de azalmaktadır. Halbuki sıcak sularda bu
durumun tam tersi görülmektedir. Yani sıcak sulardaki HCO3 konsantrasyonu artıkça δ13CDIC değeri
de artmaktadır. Ayrıca İnceleme alanındaki tüm sıcak ve soğuk su noktaların δ13CDIC değerleri
suların EC değerleri ile artmaktadır.
4. SONUÇ VE ÖNERİLER
Manisa-Turgutlu, Urganlı jeotermal sahasında yapılan çalışmalardan elde edilen sonuç ve
öneriler aşağıda özetlenmiştir:
1. Urganlı Kaplıcası dolayının 1/25000 ölçekli jeoloji ve hidrojeoloji haritası yapılmış, farklı
oluşuklar ve istiflenmeleri aydınlatılmıştır. Ayrıca sıcak ve mineralli su kaynaklarının
özellikleri hidrojeokimyasal yönden irdelenmiştir.
2. İnceleme alanında toplam 10 adet sondaj verisinden akışkanın Cambazlı fayından çıktığı,
kuzeyden güneye doğru aktığı ve bu akışta bir miktar soğuduğu anlaşılmıştır.
3. Hazne kaya ikincil porozite ve permabilitesi iyi gelişmiş kalkşistler ve mermerlerdir.
4. Turgutlu sıcak suları AIH’ya göre: “Na, HCO3, B ve CO2’li sıcak ve mineralli su “ dur.
5. Turgutlu jeotermal sahasındaki sıcak ve mineralli sular, izotop içeriklerine göre, meteorik
kökenli olup, yağıştan bir kısmı, yerin altına çatlak, kırık ve faylar boyunca süzülmekte ve
bu süreçte ısıtıcılarla ısınarak kendisine hidrotermal kanal görevi gören fay veya etkili
çatlaklar boyunca yeryüzüne yükselmesi ile oluşmuştur.
6. Sıcak sulardaki düşük trityum değerleri, yüksek EC ve Cl değerleri ile derin dolaşımlı
yüksek kotlardan beslenen, sera soğuk su sondajı ise sığ dolaşımlı, düşük EC ve Cl değerine
sahip, düşük kotlardan beslenen sulardır.
7. δ13CDIC izotop değerleri sera soğuk su sondajında -6.4 değerine sahiptir. Sıcak su, kaynak ve
sondajlarda δ13CDIC izotop içeriği -2 ile -2,9 arasında değişmektedir. Sıcak sulardaki CO2’in
kökeni daha çok denizel kökenli karbonatlardan ya da metamorfik CO2’den
267
kaynaklanmaktadır. Fakat sıcak sulara manto kökenli CO2 gazı da etkili olmuştur. Soğuk
sulardaki CO2’in kökeni ise gölsel karbonatlardan geldiği anlaşmıştır. Ancak sıcak su
kaynağına soğuk su karışımı da olmuştur.
5. KANAKLAR
1. Akdeniz, N., vd., Mayıs 1986. İzmir-Manisa Dolayının Jeolojisi, M.T.A. Jeoloji Dairesi,
ANKARA.
2. Back, W., 1961. Technique for mapping of hydrochemical facies. US. Geol. Surv. Prof.
Paper 424-D, pp. 380 – 382.
3. Browne, P.R. L. 1991. Minerological guides to iterpreting the shallow paleohydrlogy of
epitermal mineral depositing environments. Proc 13 th NZ. Geothermal Workshop,
Auckland pp 263-270 NZ.
4. Craig, H., 1961. Isotopic variations in meteoric waters. Science 133, 1702- 1703.
5. Clark, I.D.and Fritz,P. 1997. Environmental Isotopes in Hydrogeology,Lewis Publi.328
p.,New York.
6. Filiz, Ş., 1982. Ege Bölgesindeki Önemli Jeotermal Alanların 18O, 2H, 3H, 12C İzotoplarıyla
İncelenmesi, Doçentlik Tezi, Ege Üniversitesi, Yerbilimleri Fakültesi, Bornova, İzmir.
7. Gayzer Yer Bilimleri Ltd. Şti., Nisan 2006. Urganlı-Turgutlu (Manisa) Sıcaksu Araştırma
Raporu, Bornova, İzmir.
8. Gökçe, A., 1993. Hidrotermal maden yataklarının köken ve oluşum koşullarının
araştırılmasında kararlı izotoplar jeokimyası incelemeleri ve Türkiyeden örnekler. Jeoloji
mühendisliği Dergi., 42, 89-101.
9. Hoefs, J., 1987. Stable isotope geochemistry:(Third edition) springer Verlag, 241 p.
10. IAH (International Association of Hydrogeologists) 1979. Map of mineral and thermal water
of Europe. Scale 1:500,000. International Association of Hydrogeologists, United Kingdom.
11. Karamanderesi, İ.H., 1972 Urganlı Kaplıcaları (Manisa-Turgutlu) Civarının Detay Jeolojisi
ve Jeotermal Olanakları Hakkında Rapor, M.T.A. Derleme rapor no: 5462.
12. Payne, B., and Dinçer, T., 1965, Isotop survey of Karst region of southern Turkey, Proc. Of
sixth ınt. Conference of radiocarbon and trityum dating IAEA, Publ.
13. Ürgün, S., 1966, Urganlı Kaplıcaları (Manisa-Turgutlu) Civarının Detay Jeolojisi ve Termal
Suların Hidrojeolojik Etüdü, M.T.A. Derleme rapor no: 4679.
14. Schoeller, H., 1962. Les eaux souterraines Masson et Cie, Paris .
15. Tarcan, G., Filiz, Ş., Mayıs 1998, Turgutlu (Manisa) Kaplıcaları Sıcak ve Mineralli
Sularındaki Sodyum Bikarbonat zenginleşmesi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Jeoloji
Mühendisliği Bölümü, 3510e, Bornova, İzmir
16. Yılmazer, S., Pasvanoğlu, S., Yakabağ, A., Vural, S., 2008, Urganlı Jeotermal Alanının
(Turgutlu-Manisa) Jeolojisi ve Sondaj Verileri Işığında Yeniden Değerlendirilmesi, Termal
ve Maden Suları Konferansı, Afyon.
Katkı Belirtme
Bu çalışma, Kocaeli Üniversitesinde yapılan Yüksek Lisans tezinin bir bölümüdür. Hacettepe
Üniversitesinde görevli olan Sayın Prof. Dr. Serdar Bayarı’ya ve Sayın Dr. Nur Özyurt’a kimyasal
analizlerin
yapılmasında
katkılarından
dolayı
çok
teşekkür
ederiz
268
Tablo 2. İnceleme alanına ait suların kimyasal analiz sonuçları (mg/l)
Numune
Adı
EU–1
EU–8
Tarih
pH
17.01.08
17.01.08
T(
o
C)
61.7
72.1
EU–7
EU–6
Kaynak
Sera
Sondaj
Gediz
nehri
Ca
Mg
Na
K
Cl
SO4
HCO3
B
F
6.54
6.89
EC
(µS)
4268
4981
102.69
83.21
24.17
21.40
406.32
438.04
41.18
41.45
52.69
56.50
3.45
2.85
1563.11
1550.41
9.96
10.67
3.682
3.858
Sertlik
(Fr)
35.56
29.56
17.01.08
17.01.08
17.01.08
17.01.08
74.4
71.3
52.0
15.8
6.57
6.52
6.23
7.67
4901
4886
3876
828
64.90
57.12
76.26
84.79
22.90
22.47
22.32
36.68
439.70
442.68
455.23
76.65
39.72
43.42
42.71
4.319
56.24
54.20
55.87
20.59
2.19
1.30
15.86
40.71
1509.1
1499.57
1556.76
597.28
10.78
11.12
10.85
0.83
3.874
4.547
3.803
0.163
25.61
23.49
28.21
36.24
17.01.08
10.1
7.77
899
77.17
38.47
120.44
12.34
69.38
166.92
505.15
1.65
0.222
35.08
TDS
(mg/lt)
2732
3188
3137
3127
2481
530
575
Tablo 3. İnceleme alanına ait suların izotop sonuçları
NUMUNE ADI
EU–1
EU–8
EU–7
EU–6
Kaynak
Sera Soğuk
Tarih
17.01.08
17.01.08
17.01.08
17.01.08
17.01.08
17.01.08
T ( oC)
61.7
72.1
74.4
71.3
52.0
15.8
δ 2H (SMOW-‰)
-53
-51
-52
-51
-54
-45
δ 18O (SMOW-‰)
-7.7
-6.7
-7.3
-7.3
-7.5
-7.2
269
Trityum (TU)
0.41±0.23
0.22±0.24
0.21±0.24
0.10±0.24
0.35±0.24
0.57±0.25
13
C (13C/12C per mil)
-2.5
-2.9
-2.0
-2.6
-1.9
-6.4
KAYSERİ KENTİ İÇME SUYU HAVZASINDAKİ AKİFERLERİN
ÖZELLİKLERİNİN İZOTOP TEKNİKLERİ KULLANILARAK
BELİRLENMESİ
Mustafa DEĞİRMENCİ, C.Ü. Müh.Fak.Çevre Müh. Böl. Sivas, [email protected]
Mehmet EKMEKÇİ, H.Ü. Hidrojeoloji Müh. Programı. Ankara, [email protected]
Eyüp ATMACA, C.Ü. Müh.Fak.Çevre Müh. Böl. Sivas,
[email protected]
Ahmet ALTIN, K.Ü.Müh.Fak.Çevre Müh. Böl. Zonguldak
,[email protected]
ÖZET
Kayseri kenti, içme-kullanma suyunu, önemli oranda Erciyes Dağından beslenen ve volkanik
kayaçların oluşturduğu akifer sisteminden sağlamaktadır. Yüksek verimliliğe sahip olan akifer
sisteminin gelecekte de, suyun iyi kalitesi korunarak kullanılabilmesi amacıyla, yeraltısuyu
beslenim-boşalım ilişkilerinin aydınlatılmasına gerek duyulmaktadır. Bu amaçla gerçekleştirilen
hidrojeoloji çalışmaları kapsamında, izotop hidrolojisi yöntemlerinden de yararlanılmıştır. Sunulan
bildiri, kapsamlı hidrojeoloji çalışmaları sırasında gerçekleştirilen izotop hidrolojisi çalışmalarının
sonuçlarının değerlendirilmesini içermektedir.
Bu kapsamda, Kayseri kentine içme-kullanma suyu sağlayan kaynak ve kuyulardan alınan örnekler
üzerinde çevresel izotop analizleri yapılmıştır. Okisjen-18 ve döteryum izotop içerikleri, akifer
sisteminde depolanan suların gruplandırılarak beslenme alanlarının belirlenmesine olanak sağlamış,
trityum analizleri ise suların geçiş sürelerine ilişkin önemli, bilgiler sağlamıştır.
CHARACTERIZATION OF AQUIFERS OF KAYSERİ BASIN BY MEANS OF
ISOTOPE TECHNIQUES
ABSTRACT
Water for the Kayseri city is supplied from a volcanic rock aquifer system whose major recharge
area extends over the Erciyes mountain. Understanding the recharge-discharge mechanism is of
great importance form the standpoint of sustainable use of the groundwater stored within this high
yield aquifer system. Isotope hydrology has been also utilized as an effective tool within the
framework of the hydrogeological studies performed to achive an effective management of the
aquifer system. This paper presents the results obtained from the isotope hydrology studies giving
emphasis on the recharge-discharge dynamics.
Wells and springs supplying water to the Kayseri water supply network were sampled for
environmental isotope analyses. Evaluation of the stable isotopes (oxygen-18 and deuterium)
allowed to classify the waters atpping different aquifers of different layers of the same aquifer
system. Information of the transit time was estimated using the tritium content of waters, which
consequently interpreted in terms of the hydrodynamics of recharge-discharge relations.
271
GİRİŞ
Kayseri, Türkiye'de içme sularının tamamının yeraltısuyundan (kaynak ve kuyu olarak) karşılandığı
kentlerden birisidir. Kayseri kenti mevcut durumdaki 850.000’in üzerindeki nüfusu ile içmekullanma suyu şebekesinden ev ve işyerlerine sertlikleri 5-16 oFr arasında değişen, memba suyu
kalitesinde su dağıtımı yapılmaktadır. Kentin yakın çevresinde çok geniş bir yayılıma sahip olan
volkanik kökenli, zirve kotu 4000 metreye ulaşan Erciyes Dağı üzerindeki kar örtüsünün varlığı
bölgedeki yeraltısuyu potansiyelini ve kalitesini belirleyen faktörlerin başında bulunmaktadır.
Kentin içme ve kullanma suyu Erciyes dağının ovaya yakın eteğinden tek noktadan çıkan, 350 L/sn
debili bir kaynak suyu ile yine Erciyes Dağından beslenen ve kentin üzerinde kurulmuş olduğu ova
akiferinde açılmış yaklaşık 50 sondaj kuyusundan alınan sulardan sağlanmaktadır.
Kayseri kentinin içme ve kullanma suları ile ilgili çalışmalara 2000 yılında DPT projesi olarak
başlanmıştır. 2006 yılında tamamlanan bu projenin devamı niteliğindeki çalışmalara ise 2008
yılında başlanmış, elde edilen bulgular ışığında, yeraltısuyu sisteminin tanımlanarak koruma
stratejilerinin geliştirilmesi amacıyla hazırlanan üç yıl süreli bir TÜBİTAK projesi şeklinde
yürütülmektedir. Anılan bu çalışmaların ortak amacı; 850000’in üzerinde nüfusu ve aynı zamanda
çok gelişmiş ve gelişmekte olan bir sanayisi bulunan Kayseri kentinin yegane içme ve kullanma
suyu kaynağı olan bölgedeki akifer veya akiferlerin özelliklerini ve beslenim-boşalım
mekanizmasını sağlıklı bir şekilde ortaya koymak, böylelikle artan nüfusa bağlı olarak oluşacak ek
su taleplerinin en ekonomik bir şekilde sağlanabilme imkanını elde etmek ve daha da önemlisi,
mevcut akifer veya akiferlerin kirlenmelere karşı korunması amacıyla yapılacak çalışmalarda
gerekli olacak temel bilgi ve verileri toplamaktır. Zira akifer sistemlerinin kirlenmelere karşı etkin
bir şekilde korunabilmesi için ilgili akiferlerin özellikleri (basınçlı veya serbest) ve beslenimboşalım mekanizmasının sağlıklı bir şekilde ortaya konulması gerekmektedir.
Söz konusu amaca yönelik olarak; bölgede içme ve kullanma suyu temini ve benzeri amaçlarla
açılmış sondaj kuyularına ait kuyu logları ve pompaj deneyi sonuçları derlenip değerlendirilmiş;
çalışma alanı içindeki su noktalarından yağışlı ve kurak dönemlerde ayrı ayrı olmak üzere su
örnekleri alınıp farklı parametreler açısından analizler yapılmıştır. Bu kapsamda, arazide yerinde
ölçümü yapılan sıcaklık, pH, çözünmüş oksijen, EC, ve TDS parametreleri; majör dört anyon ve
dört katyon analizleri, kirlilik unsuru parametreler (NO2, NO3, NH3, PO4, organik madde ve toplam
koliform bakterisi) ile yine bu amaçla ağır metal (Sr, Ni, Fe, Cu, Pb, Cr, Co, Mn, Rb, Li, Zn)
analizleri yapılmış ve değerlendirilmiştir. Ayrıca, havza genelindeki mevcut akiferlerin beslenimboşalım ilişkisi ve akiferlerin birbirleriyle olan hidrolik ilişkilerinin belirlenmesi ve “kaynak
koruma alanlarının belirlenmesi”ne yönelik çalışmalarda kullanılmak amacıyla, bölgedeki mevcut
içme suyu kuyuları ve olası beslenim alanlarındaki farklı kotlardan çıkan “kaynak suları”ndan
olmak üzere toplam 22 adet su örneği üzerinde izotop analizleri (Oksijen – 18, Döteryum ve
Trityum) yapılmış ve değerlendirilmiştir. Bunlara ek olarak, içme suyu amacıyla kullanılmakta olan
bölgedeki 350 L/s kapasiteli Beştepeler Kaynağı’nın beslenim-boşalım mekanizmasının
açıklanması ve mevcut debisinin arttırılması amaçlı “kaynak geliştirme” çalışmaları kapsamında
jeofizik ölçümler yapılmış ve dört adet toplam 250 m derinliğinde araştırma sondaj kuyusu açılmış
ve elde edilen veriler amaca yönelik olarak değerlendirilmiştir. 2008 yılında başlayan ve DPT
projesinin devamı niteliğindeki TÜBİTAK projesi kapsamında ise bölgede “yeraltısuyu
işletmeciliği ve kirlenmelere karşı korunması”na yönelik “Modelleme” çalışmaları planlanmıştır.
Bu çalışmada, yukarıda sözü edilen çalışmalardan “izotop tekniklerinden yararlanmak üzere yapılan
değerlendirmeler” ile ilgili olan çalışmalar özetlenmiştir.
272
ÇALIŞMA ALANI
Çalışma alanı, İç Anadolu Bölgesinin en önemli kent merkezlerinden olan Kayseri ili ve yakın
çevresini kapsamaktadır. Çalışma, Kayseri kent merkezinin içme ve kullanma sularının temin
edilmekte olduğu kaynak ve kuyu suları ile ilişkili olduğu için, anılan su kaynaklarının içerisinde
yeraldığı Kayseri kentinin bulunduğu bölge ile bu su kaynaklarının beslenim alanlarını
kapsamaktadır (Şekil 1).
Şekil 1. Kayseri kenti içme suyu havzası çalışma alanı
Kayseri’de step iklimi görülür, yazlar sıcak ve kurak, kışlar soğuk ve kar yağışlıdır. Ancak il iklimi
yükseltiye göre farklılıklar gösterir. Buna bağlı olarak ilde iklim, çukurda kalan bölgelerde daha
yumuşakken, yaylarlardan dağlık kesimlere doğru gidildikçe sertleşir. En sıcak günler Temmuz ve
Ağustos aylarında olup bazen 38 °C’a kadar yükselir. Bu ayların ortalama sıcaklığı ise yaklaşık, 23
°C’dir. En soğuk günler ise Aralık, Ocak ve Şubat aylarında olup, sıcaklığın bazen -36 °C’a kadar
düştüğü görülmektedir. Kış ortalaması ise –2 °C ile –6 °C arasındadır. Son altmış yıllık gözlemlere
göre merkezde ortalama sıcaklık 10.4 °C’dir. 2000 yılında ise bu değer 10.3 °C olarak
gerçekleşmiştir.
Kayseri kent merkezinde 24 yıllık rasat süresi içerisinde, yıllık ortalama buharlaşma miktarı 1013.9
mm olup, en fazla buharlaşmanın olduğu ay Temmuz ayı olup, 1994 yılı Temmuz ayında 294.7 mm
olarak ölçülmüştür.
Kayseri'nin merkez ilçede yıllık yağış ortalaması, 376.98 mm.'dir. Kayseri en çok Mart, Nisan ve
Mayıs aylarında yağış almaktadır. Yağışın en az olduğu aylar ise Haziran, Temmuz ve Ağustos'tur.
273
Özellikle Nisan ayının ortalarında başlayıp Mayıs ortalarına kadar devam eden ''Kırk ikindi''
yağmurları, tarım için oldukça önemlidir. Kent merkezinde kar ile örtülü gün sayısı toplam 40
gündür. Kayserinin kar ile örtülü gün sayısı en fazla olan ilçesi 99 gün ile Sarız ilçesidir.
GENEL JEOLOJİ
Şekil 2’de çalışma alanı ve yakın çevresinin 1/500 000 ölçekli jeoloji haritası verilmiştir. Şekilden
de görüleceği üzere çalışma alanı ve yakın çevresinde, Permo-Karbonifer (pk), Mesozoik (ofiyolitli
seriler, Mof), Senozoyik (Oligo-Miyosen yaşlı jipsli birimler (olmj), Eosen filişi (ef), ve Neojende
başlayarak Kuvaterner’de de devam eden Erciyes volkanizmasına ait bazalt, andezit ve bunların
breş, tüf ve aglomeralarından oluşan birimler ile Kuvaterner yaşlı alüvyonlar (Q) gözlenmektedir.
Çalışma alanında (içme suyu amaçlı kaynak ve kuyuların bulunduğu bölge ile bunların beslenim
alanlarında) söz konusu bu birimlerden sadece alüvyonlar ile Erciyes dağının volkaniazma ürünü
bazalt, andezit ve bunların tüf ve aglomeraları gözlenmektedir. Söz konusu bölgenin yeraltı jeolojisi
ve dolayısıyla akifer özelliğindeki litolojik birimlerin yayılım, derilik ve kalınlıkları ise bölgede
sayıları ellinin üzerindeki sondaj kuyularına ait “kuyu logları”ndan yaralanılarak belirlenmiştir.
LİTOLOJİK BİRİMLERİN HİDROJEOLOJİK ÖZELLİKLERİ VE AKİFERLER
Kayseri Belediyesi Su ve Kanalizasyon İdaresine (KASKİ) ait ait içme suyu kuyularının bulunduğu
bölgede yüzeyde ve özellikle yeraltında gözlenen bazalt, andezit ve bunların breş, tüf ve
aglomeraları bölgedeki akifer sistemini oluşturan litolojik birimlerdir. Bölgede genel anlamda bir
“basınçlı akifer sistemi” mevcuttur. Bu sistemdeki ana akiferi “volkanik curuf” olarak adlandırılan
birim ve/veya benzer özellik taşıyan bazalt ve andezitlerin tüf ve aglomeraları oluştururken, kırık
ve çatlaklı akifer olma özelliklerinin yanı sıra “masif” özellik de sunan bazalt veya andezitler ise
anılan basınçlı akiferin üst geçirimsiz veya yarı geçirimli örtü tabakasını oluşturmaktadır.
Anılan bu üst örtü tabakası işlevindeki masıf bazalt veya andezitlerin bölgesel ölçekteki
devamlılıklarını her yerde görebilmek mümkün değildir. Bu örtü kaya birimlerinin mevcut olduğu
bölgelerde anılan “Basınçlı Akifer Sistemi”nin örnekleri gözlenirken, bu birimin bulunmadığı
bölgelerde bu önemli faktör ortadan kalkmaktadır. Söz konusu bu faktör özellikle, kirlenme riski
yüksek olan üst akiferlerden ve/veya çeşitli nedenlerle (çöp sızıntı suları, fosseptikler ve benzeri her
türlü kirlilik unsuru atıklardan olan sızmalar) oluşan kirli sızıntı sularının ana akifer sistemini
kirlenmeden koruması açısından büyük önem taşımaktadır. Bölgede “kırık ve çatlaklı kaya
akiferleri” olarak tanımlanabilecek özellikteki bazalt ve andezitler, bünyelerinde bol miktarda su
taşıyor gibi görülseler de, asıl ana akifer sistemi söz konusu bazalt ve andezitlerin altında yeralan
“volkanik curuf” ve benzer özellik sunan aglomeralardır.
274
Şekil 2. Kayseri kenti içme suyu havzası ve dolayının 1/500 000 ölçekli
jeoloji haritası (MTA, 2002)
İZOTOP HİDROLOJİSİ
Kentin içme ve kullanma suyunun tamamı kent yerleşim birimi içerisinde yer alan 50 adet kuyudan
ve bir kaynak suyundan karşılanmaktadır (Şekil 3). Mevcut kaynak ve kuyu sularının birbirleriyle
olan kökensel ilişkilerini ve bölgedeki akiferlerin beslenim-boşalım mekanizmasının ortaya
konulması/açıklanması amacıyla, mevcut kaynak ve kuyulardan (50 adet kuyunun tamamını temsil
edecek şekilde yeterli örnekleme yapılmıştır..) ve akiferlerin beslenim alanını oluşturan bölgenin
farklı yükseltilerinden su örnekleri alınarak Oksijen-18, Döteryum ve Trityum analizleri yapılmıştır.
Şekil 4’te örnekleme noktaları, Çizelge 1’de ise analiz sonuçları verilmiştir. Bilindiği üzere,
Trityum analiz sonuçları suların yeraltına intikalinden itibaren yeraltısuyu sisteminde kalış
sürelerini (yeraltısuyunun yaşı), Oksijen-18 ve Döteryum analiz sonuçları ise suların kökensel
ilişkileri ve beslenim bölgesi hakkında bilgiler vermektedir.
Şekil 5’te inceleme alanındaki sulara ait Trityum ve Oksijen -18 değerleri arasındaki ilişki
verilmiştir. Trityum değerinin daha küçük olduğu suların yeraltısuyu akım sistemindeki kalış
süresinin (yeraltısuyu yaşının) daha uzun olduğu, Oksijen-18 değerinin negatif olarak daha yüksek
275
olan suların ise göreli olarak daha yüksek kotlardan beslenen sular olduğu dikkate alındığında, Şekil
5’ten, bölgedeki suların yeraltında kalış süreleri (sığ veya derin dolaşım) ve beslenim alanı
yükseltileri açısından benzerlikleri ve/veya farklılıklarını ortaya koymak mümkündür. Şekil 5’ten
sağ üst köşeden-sol alt köşeye doğru gidildikçe, göreli olarak daha yüksek kotlardan (Erciyes
dağının yüksek bölgelerinden) beslenerek daha uzun yol kateden sulara rastlandığını söylemek
mümkündür. Bölgede göreli olarak en yüksek kotlardan beslenip, derin dolaşımla en uzun süre
yeraltısuyu akım sisteminde kalan suyun Dokuzpınarlar kaynak suyu olduğu görülmektedir (Şekil
5).
Sudaki toplam çözünmüş iyon miktarının bir göstergesi olan EC değeri, ilgili suyun yeraltısuyu
akım sisteminde kalış süresine ve akım yolu boyunca deyinim halinde bulunduğu litolojik birimlere
bağlı olarak artmaktadır. Çalışma alanındaki söz konusu suların tümünün beslenim ve boşalım
alanları ile yeraltında kat ettikleri yol boyunca deyinim halinde bulundukları litolojik birimler aynı
özellikte olup, bölgenin tamamı Erciyes Dağı volkanizması ürünü andezit, bazalt ve bunların tüf ve
aglomeralarından oluşmaktadır. Bu değerlendirme temel alınarak hazırlanmış olan bölgedeki sulara
ait EC-Trityum grafiğinden de görüleceği üzere (Şekil 6), bölgedeki sular, yukarıda verilmiş olan
bilgilerle uyumlu dört ayrı grup oluşturmaktadır.
Örneğin 1 nolu gupta yeralan Kergahbağları Kuyu suyunun Trityum değeri 1.45 TU, EC’si 170
µS/cm, bu kuyu suyun 9 km kadar akış aşağısında (Şekil 4) yeralan Karpuzatan Kuyu suyunun
Trityum değeri 0.80 TU, EC’si ise 358 µS/cm dir. Söz konusu yeraltısuyu Kergahbağları
bölgesinden Karpuzatan bölgesine yeraltından gidişi sırasında Trityum değeri “radyoaktif bozunma
sonucu” 1.45 den 0.80’ e kadar düşerken, EC değeri katedilen bu 10 kilometrelik yol boyunca,
suyun temasta bulunduğu litolojik birimleri çözmesi
nedeniyle 170 den 358’e kadar
yükselmektedir. Benzer örnekleri Şekil 5’teki diğer gruplar içerisindeki sularda da görmek
mümkündür.
Şekil 3. Kayseri kenti içme suyu havzasında yeralan kuyu, kaynak, bulduru haritası.
276
Çizelge 1. Kayseri kent içme suyu havzasından alınan sulara ait izotop analiz
sonuçları (Örnekleme Tarihi:10.02.2002)
KOT
(m)
EC
(µS/cm)
δ 18 O
(%o)
δD
(%o)
T
(TU)
KERGAH BAĞLARI, Yeni Kuyu
1128
170
-12,19
-88,81
1,45
EĞRİBUCAK, 1 nolu Kuyu
1122
113
-12,79
-87,7
3,9
TAŞLIBURUN Kuyusu
1070
198
-12,01
-89,14
5,45
BEŞTEPELER KAYNAĞI
1044
213
-12,8
-81,25
4,85
MAHRUMLAR, 2 nolu Kuyu
1053
306
-11,91
-87,01
3,45
KEYKUBAT, 7 nolu Kuyu
1044
255
-13,8
-87,89
5,85
KARPUZATAN, 2 nolu Kuyu
1044
358
-12,51
-86,44
0,8
ARGINCIK, Kule altı kuyusu
1084
278
-11,75
-87,53
11,65
KUMARLI Kuyusu
1060
460
-12,18
-87,83
6,15
BEYAZŞEHİR Kuyusu
1100
728
-12,65
-85,7
5,25
GÜLTEPE, 2 nolu Kuyu
1063
525
-11,83
-85,58
11,55
GERMİRALTI, 3 nolu Kuyu
1093
205
-12,59
-85,19
3,6
BÜYÜKKENT Kuyusu
1100
467
-12,18
-82,25
2,35
KONAKLAR, 2 nolu Kuyu
1101
196
-11,42
-80,88
7,95
TEKİR YAYLASI (Kaynak)
2220
142
-10,43
-70,24
10,8
ŞELALE (Kaynak)
2350
66,6
-11
-69,88
12,35
LİFOS ALTI (Kaynak)
1740
128
-11,61
-86,99
10,75
ANNELER PARKI (Kuyu)
1066
260
-12,16
-86,89
2,85
MERKEZ ÇELİK SAN. (Kuyu)
1060
550
-12,24
-91,54
2,45
ORGANİZE SANAYİ CAMI
(Musluk Suyu-Kuyudan)
1070
330
-11,35
-82,45
5,85
DOKUZ PINARLAR (Kaynak)
1075
302
-13,16
-84,88
0,65
ÖRNEK ADI
277
Şekil 4. Kayseri kenti içme suyu havzası izotop örnekleri bulduru haritası
Şekil 5. Kayseri kenti içme suyu havzası kaynak ve kuyu sularına ait Oksijen-18 - Trityum ilişkisi
278
Bu gruplar, gruplar içerisinde yeralan suların söz konusu özellikleri, beslenim alanına (Erciyes
dağının zirvlerine) olan uzaklıkları ve ayrıca beslenim alanı yükseltisi ile ilişkili olan suların
Oksijen-18 değerleri dikkate alınarak Şekil 7’deki bölgenin şematik “beslenim-boşalım modeli”
oluşturulmuştur.
Çizelge 1. Kayseri kent içme suyu havzasından alınan sulara ait izotop analiz
sonuçları (Örnekleme Tarihi:10.02.2002)
ÖRNEK ADI
KERGAH BAĞLARI, Yeni
Kuyu
EĞRİBUCAK, 1 nolu Kuyu
TAŞLIBURUN Kuyusu
BEŞTEPELER KAYNAĞI
MAHRUMLAR, 2 nolu Kuyu
KEYKUBAT, 7 nolu Kuyu
KARPUZATAN, 2 nolu Kuyu
ARGINCIK, Kule altı kuyusu
KUMARLI Kuyusu
BEYAZŞEHİR Kuyusu
GÜLTEPE, 2 nolu Kuyu
GERMİRALTI, 3 nolu Kuyu
BÜYÜKKENT Kuyusu
KONAKLAR, 2 nolu Kuyu
TEKİR YAYLASI (Kaynak)
ŞELALE (Kaynak)
LİFOS ALTI (Kaynak)
ANNELER PARKI (Kuyu)
MERKEZ ÇELİK SAN. (Kuyu)
ORGANİZE SANAYİ CAMI
(Musluk Suyu-Kuyudan)
DOKUZ PINARLAR (Kaynak)
KOT
(m)
EC
(µS/cm)
δ 18 O
(%o)
δD
(%o)
T
(TU)
1128
1122
1070
1044
1053
1044
1044
1084
1060
1100
1063
1093
1100
1101
2220
2350
1740
1066
1060
170
113
198
213
306
255
358
278
460
728
525
205
467
196
142
66,6
128
260
550
-12,19
-12,79
-12,01
-12,8
-11,91
-13,8
-12,51
-11,75
-12,18
-12,65
-11,83
-12,59
-12,18
-11,42
-10,43
-11
-11,61
-12,16
-12,24
-88,81
-87,7
-89,14
-81,25
-87,01
-87,89
-86,44
-87,53
-87,83
-85,7
-85,58
-85,19
-82,25
-80,88
-70,24
-69,88
-86,99
-86,89
-91,54
1,45
3,9
5,45
4,85
3,45
5,85
0,8
11,65
6,15
5,25
11,55
3,6
2,35
7,95
10,8
12,35
10,75
2,85
2,45
1070
1075
330
302
-11,35
-13,16
-82,45
-84,88
5,85
0,65
279
800
700
Beyazşehir
(3)
EC (µS/cm)
600
Merkez Çel.
(4)
Büyükkent
400
300
Gültepe
Kumarlı
500
Karpuzatan
Mahrumlar
Dokuzpınar
Aanneler
parkı
200
Kergahbağl.
Germiraltı
Keykubat
Argıncık
BEŞTEPELER
Taşlıburun
Konaklar
Tekir yaylası
(1)
100
Lifos altı
(2) Eğribucak
Şelale
0
0
2
4
6
8
10
12
TRİTYUM (TU)
Şekil 6. Kayseri Kenti içme suyu havzası kaynak ve kuyu sularına ait EC-Trityum ilişkisi.
280
14
Şekil 7. Kayseri kenti, içme suyu havzası kaynak ve kuyu sularına ait şematik
“beslenim-boşalım modeli”
281
Şekil 7 ile ilgili açıklamalar:
- Suların gruplandırılmasında Şekil 5’te verilmiş olduğu gibi Trityum değerleri baz alınmıştır.
1 nolu (kırmızı) grupta yeralan sular, göreli olarak en yaşlı, en yüksekten beslenip (oksijen 18 değerleri de genel olarak en düşük) en uzun yolu derin dolaşımla katederek kuyu
bölgesine ulaşan sulardır. Bu grubu benzer özellikler itibariyle, göreli olarak 2. grup (yeşil)
sular, 3. grup (mavi) ve 4. grup (siyah) sular izlemektedir.
Grupların beslenim alanı yükseklikleri ile ilgili olarak; mevcut su noktalarından çıkış kotu en
yüksek (2350 m) olan su noktası Şelale kaynağıdır. Bu kaynağın çıkış bölgesi itibariyle (topografik
olarak) beslenim alanı yükseltisinin 2500 metrenin üzerinde olması mümkün değildir. Şelale
Kaynağının Oksijen -18 değeri -11.00 dir. Tekir yaylası dışında bölgedeki diğer tüm suların
Oksijen-18 değeri bu değerden daha düşüktür. Yani daha yüksek kotlardan beslenmektedirler. Bu
durumda mevcut tüm suların (Trityum değerleri 7.90’un üzerinde, besleniminde güncel yağış
sularının etkisi olan Gültepe, Argıncık ve Konaklar kuyuları dışında..) beslenim alanı yükseltileri
2400-2500 metrelerin üzerinde olmalıdır. Bu değerlendirme ve suların Oksijen-18 değerleri baz
alınarak 1., 2. ve 3. grup sulara 2500, 3000 ve 3500 gibi göreceli olarak farklı beslenim alanı
yükseltileri öngörülüp Şekil 6 oluşturulmuştur.
-
Kuyuların Şekil 6 deki dizilişi, arazideki gerçek konumlarına göre (beslenim alanına olan
uzaklıklarına göre) yapılmıştır. Aynı grup içerisinde yer alan kuyulardan Kergahbağları
beslanim alanına en yakın konumda, Karpuzatan ise en uzaktadır.
-
Kuyuları şematik olarak gösteren çubukların uzunlukları kuyu derinlikleri ile ilişkili değildir
(kuyu derinlikleri ilgili kuyu çubuğunun alt ucuna ayrıca yazılmıştır). Aynı grup içerisinde
Oksijen -18 değeri en düşük olan su, göreli olarak daha yüksek kottan beslenip daha derin
bir dolaşım yolu izleyeceği düşünülerek, en uzun çubuk olarak çizilmiştir. 1. grupta
(kırmızı) Oksijen -18 değeri en düşük (-13.16) olan su Dokuzpınarlar olduğu için ilgili
grubun en alt kısmına kadar uzatılan (en uzun) çubuk bu suya ait olan çubuktur.
-
Şekil üzerinde ilgili sulara ait Trityum, Oksijen-18 ve EC değerleri de ayrıca verilmiştir. EC
değerleri açısından, her grup ayrı olarak değerlendirildiğinde, beslenim bölgesinden
uzaklaştıkça, bazı istisnalar hariç, EC değerlerindeki artışı görebilmek mümkündür.
-
Aynı grupta yeralan suların Trityum değerleri kullanılarak, bölgesel ölçekte yeraltısuyu hızı
hakkında bilgi edinilmeye çalışılmıştır. Bu kapsamda, sulara ait Trityum değerleri arasındaki
farktan yararlanılmıştır. Örneğin 1. grupta beslenim alanına en yakın olan Kergahbağları
Kuyu suyunun Trityum değeri 1.45, bu kuyudan yeraltısuyu akış yolu doğrultusunda 9900
metre akış aşağısında yeralan Karpuzatan Kuyu suyunun Trityum değeri ise 0.80 dir.
Trityum değerindeki bu azalmanın, söz konusu suyun anılan yolu katettiği zaman süresince
oluşan radyoaktif bozunma (Nt=No*e-λt ) nedeniyle oluşacağı düşüncesiyle aşağıdaki
hesaplamalar yapılmış ve sonuçları tablo halinde sunulmuştur (Çizelge 2).
N = No x e -λ t
Bu eşitlikte;
N, akış aşağısında yeralan su örneğine ait Trityum konsantrasyonu,
No, aynı grupta yeralan akış yukarısındaki suya ait Trityum konsantrasyonu,
λ , radyoaktif bozunma sabiti, t ise suyun yaşı (anılan suyun, akış aşağısındaki sözkonusu
noktaya ulaşıncaya kadar geçen zaman).
Trityumun radyoaktif bozunma sabiti (λ) aşağıdaki eşitlik kullanılarak hesaplanmaktadır,
282
(t1/2 = 0.69 / λ) burada t1/2 yarılanma ömrü olup Trityum için bu değer 12.26 yıldır. Buradan (λ)
değeri 0.05628 olarak hesaplanır.
I.Grupta yeralan Kergahbağları ve Karpuzatan sularına ait hesaplama örneği aşağıda verilmişrtir
0.8 = 1.45 * e-0.05628*t
Log 0.8 = Log 1.45 – 0.05628 * t * Loge
t = 10.57 yıl,
İki su noktası arasındaki uzaklık 9900 metredir (su noktaları arasındaki mesafe; beslenimin ve
dolayısıyla yeraltısuyu akım yönünün, Erciyes dağının zirve bölgesinden itibaren yaklaşık güneykuzey yönünde olduğu gerçeğinden hareketle, iki nokta arasının söz konusu doğrultudaki
mesafesi alınarak belirlenmiştir).
Yukarıdaki hesaplamaların sonucunda iki su noktası arasındaki yeraltısuyu hızının 2.56 m/gün
olduğu belirlenmiştir.
Çizelge 2 Kayseri Kent içme Suyu Havzasındaki Kuyu Sularına Ait Trityum
Değerleri Kullanılarak hesaplanan Yeraltısuyu Hızı Değerleri
Su Noktaları
Adı
Grup
No:
1.
GRUP
2.
GRUP
3.
GRUP
Kergahbağları
Karpuzatan
Eğribucak
Mahrumlar
Germiraltı
Anneler Parkı
Germiraltı
Mahrumlar
Mahrumlar
Anneler Parkı
Taşlıburun
Beştepeler
Trityum
konsantrasyonları
(TU)
1.45
0.80
3.90
3.45
3.60
2.85
3.60
3.45
3.45
2.85
5.45
4.85
Yeraltısuyu
akımı
doğrultusunda
noktalar arası
mesafe (m)
İlgili
mesafenin
alınması için
geçen süre
(Yıl)
Yeraltısuy
u
Hızı
(m/gün)
9900
10.57
2.56
4600
2.18
5.79
1000
4.15
0.66
200
0.75
0.72
800
3.39
0.65
900
2.08
1.19
SONUÇLAR
KASKİ’nin içme suyu amaçlı kullanmakta olduğu kuyu sularından Gültepe-2 ve Argıncık Kuyu
suları dışındaki diğer tüm kuyu ve kaynak suları, Kayseri kentinin de üzerinde yer aldığı ovaya
düşen yağışlarla değil, Erciyes dağının 2500 m kotunun üzerinden, özellikle kar erimeleri
şeklinde oluşan sularla beslenen, derin hidrolojik dolaşımlı-uzun geçiş süreli sulardır (Şekil 6).
Kayseri kenti Yeraltısuyu İşletme Kuyuları’na ait suların, Şekil 6’da açıklanan hidrojeolojik
model şeklindeki bir beslenim-boşalım ilişkisinin varlığı, hem su miktarı (Erciyes’in 2500
metrenin üzerindeki bölgesinde yılın uzun bir döneminde (zirvedeki buz yalaklarında yaz
dönemi boyunca sürekli) mevcut olan kar sularıyla beslenmesi) ve hem de kirlenme riski
açısından (sular yüksek kotlardan beslenip, derin dolaşımla kuyu bölgelerine geldiği için, hem
283
basınçlı bir sistem kazanmasına vesile olmuştur ve hem de bu basınçlı sistemin doğal sonucu
olarak da yüzeyden olabilecek sızıntı suları açısından kirlenme riski azalmıştır.) çok önemlidir.
Söz konusu basınçlı sistemin en iyi örneği, Beştepeler kaynak bölgesinde, Beştepeler Kaynağının
“Kaynak Geliştirme Çalışmaları” kapsamında, tarafımızca yapılan çalışmalarla saptanmıştır.
Anılan çalışmalar sonucunda; Beştepeler Kaynağı bölgesinde, yüzeyden itibaren 50-55’ inci
metrelerde başlayan ve kırıklı - çatlaklı andezitik cüruftan oluşan bir basınçlı akifer sisteminin
mevcut olduğu, Beştepeler Kaynağının ise, kaynak çıkış noktasında düşey yönde gelişmiş bir
kırık-çatlak sisteminin, yüzeyden itibaren 50–55 metre kadar derinde yeralan basınçlı akifer
sistemini kesmesi sonucu yüzeye çıkan bir kaynak olduğu belirlenmiştir. Söz konusu basınçlı
akifer sisteminin üst örtü tabakasını masif yapılı veya az kırık-çatlaklı bazalt ve/veya andezitlerin
oluşturduğu belirlenmiştir. Jeofizik çalışmalar ve özellikle bölgede yapılmış olan dört adet
araştırma sondaj kuyusu verileri kullanılarak kesinleşmiş olan basınçlı akifer sisteminin varlığı,
izotop çalışmaları ile de desteklenmiştir (izotop verileri, kaynağın beslenim alanı yükseltisinin
2500 metrenin üzerinde olduğunu göstermiştir).
KAYNAKLAR
Değirmenci, M., Ekmekçi, M., Altın, A., Atmaca, A., 2006, Kayseri Kent İçme Suyu Havzasında
Yeralan Eski Çöp Deponi Alanları Sızıntı Sularının Kent İçme Suyu Akiferlerine Olan
Etkilerinin Ve Havza Koruma Alanlarının Belirlenmesi, 2001.K.120340 numaralı DPT
Projesi, 245s, Sivas.
284
TUZLUSU GİRİŞİMİ PROBLEMLERİNDE İZOTOP TEKNİKLERİNİN
KULLANILMASI
Mehmet EKMEKÇİ
Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi (UKAM)
Hacettepe Üniveristesi, Beytepe Ankara. [email protected]
ÖZET
Kıyı akiferlerinde tuzlusu girişimi nedeniyle, kullanılabilir nitelikte olan yeraltısuları günden
güne tükenmektedir. Deniz suyu girişiminin en düşük düzeyde tutulabilmesi için en uygun
yönetim programının gerçekleştirilebilmesi, kıyı akiferlerinin bağlı olduğu bölgesel
hidrojeolojik sistemin bir bileşeni olarak denizin de dikkate alınması gerekmektedir. Akifer
ile deniz arasındaki sınırlarda gelişen hidrodinamik yapı, tuzlusu/tatlısu arayüzetindeki
fiziksel ve kimyasal süreçlerin yanı sıra akiferin hidrolik özellikleri ile de ilgilidir. Özellikle
karstik kıyı akiferlerinde, beslenme rejiminin tarihçesi, tuzlusu girişimi mekanizmasının
anlaşılması açısından büyük önem taşımaktadır. Tuzlusu girişiminin mekanizmasının
aydınlatılmasının yanı sıra tuzlanmanın kökeni ile ilgili sorunların çözülmesinde
hidrokimyasal bileşenlerle birlikte izotopların kullanılması, kıyı akiferlerinde oluşan
hidrodinamik yapıya ilişkin kavramsal modellerin geliştirilmesinde önemli araçlar haline
gelmişlerdir.
Sunulan bildiride, duraylı izotopların tuzlusu girişiminde kullanılabilirliği ile ilgili temel
bilgiler verilmiştir.
USE OF ISOTOPE TECHNIQUES IN SEA WATER INTRUSION PROBLEMS
ABSTRACT
Fresh groundwater has been depleted due to sea water intrusion into coastal aquifers.
Effective management of coastal groundwater systems, keeping saline water intrusion at a
minimum level, requires a thorough knowledge of the hydrodynamic behaviour of the
regional hydrogeological system including the sea as a component. Hydrodynamics is
controlled by several physical and chamical processes taking place at the salt water-fresh
water interface as well as by the hydraulic properties of the aquifer. Moreover, the variation of
the recharge regime in the geological time span is of great importance in understanding the
present status of the salt water intrusion, particularly in coastal karstic aquifers. Use of isotope
techniques, combined with hydrochemical constituents, provide a very useful tool to test the
conceptual hydrogeological models and select the best one to enlighten the sea water intrusion
mechanism.
This paper, presents a summary of the isotope tehcniques used in salt water intruison studies.
GİRİŞ
Kıyı bölgelerinde bulunan akiferlerin büyük bir çoğunluğu denizsuyu girişimi nedeniyle
tuzlanma tehlikesi altındadır. Kıyı bölgesindeki hidrojeolojik koşullara bağlı olarak tuzlusu
kamasının kilometrelerce kara içine doğru ilerlediği görülmektedir. Özellikle turizm
nedeniyle, iç bölgelere göre içme-kullanma suyu ihtiyacının yüksek olduğu bu kesimlerde
tatlı su kaynaklarının doğru bir şekilde yönetilmesi, akiferlerin sürekli kullanılabilirliği
285
açısından büyük önem taşımaktadır. Çünkü, tuzlanan bir akiferin yeniden temizlenmesi, doğal
hidrolojik çevrim koşullarında yüzyıllar sürebilirken, yıkama yöntemiyle temizlenme ise çok
büyük maliyetler gerektirmektedir. Bu nedenle, tuzlusu girişimi tehlikesi altında olan
akiferlerin hidrojeolojik çalışmalarda tuzluluğun kökeni ve tuzlusu girişimi dinamiğinin
anlaşılması, yeraltısuyu kaynaklarının sürdürülebilir yönetimi açısından büyük bir önem
taşımaktadır. Öte yandan, tuzlusu kamasının geometrisi ve zamana göre değişimi, akifer
türüne, hidrolik ve hidrolojik özelliklerine ve akiferin yönetim şekline bağlı olup karmaşık bir
hidrojeolojik problem olarak ortaya çıkmaktadır.
Özellikle, Türkiye’nin güney kıyılarında yaygın olarak gözlenen karstik akiferlerde tuzlusu
kamasının geometrisi paleoiklimsel koşullara bağlı olarak değişen deniz seviyesindeki
oynamalara bağlı olarak düzensiz olup taneli akiferler için geliştirilen eşitliklerle kestirilmesi
çoğu kez güçtür. Bu nedenle, bu tür ortamlarda, klasik hidrojeoloji yöntem ve tekniklerinin
aynı sıra izotop hidrolojisi yöntemlerinden de yararlanılmaktadır. Genelde kullanılan
hidrojeolojik yaklaşımlar, hidrojeolojik sistemin davranışını açıklayabilecek birden fazla
kavramsal model oluşturacak veriler üretebilmektedirler. Hangi modelin sistemi temsil ettiği,
izotop teknikleri ile belirlenebilir.
İzotop yöntemleri, ayrıca, hidrokimyasal yöntemlerin yetersiz kaldığı, yeraltısuyunda
karşılaşılan tuzluluğun kökeninin belirlenmesinde de önemli bilgiler sağlamaktadır. Bununla
birlikte, izotop tekniklerinin, yeraltısuyu akım ve kütle taşınım modelleri ve hidrokimyasal
yöntemlerle birlikte kullanılması büyük yararlar sağlamaktadır.
KIYI AKİFERLERİNDE TUZLANMA İLE İLGİLİ HİDROJEOLOJİK SORUNLAR
VE İZOTOPLARIN KULLANIMI
Yeraltısularında tuzlanma genel olarak
1- Dolaşım sırasında litolojik birimlerde bulunan minerallerin çözünmesi,
2- Sulama sırasında buharlaşma sonucu mineral içeriği artan suların süzülmesi,
3- Gübrelerin yıkayarak mineral içeriği açısından zenginleşen suların süzülmesi
4- Sanayi veya evsel atıkların karışması
5- Göl, bataklık gibi buharlaşmaya açık yüzey sularından beslenme,
6- Jeotermal akışkan ve/veya atıklardan karışım
gibi nedenlerden dolayı görülebilmektedir.
Çevresel izleyiciler yardımıyla, deniz suyu girişiminin tuzlanmasının tek kaynağı olup
olmadığı; kıyı akiferlerinde gözlenen tuzlu akışkanların kökeni ne yaşının ne olduğu; deniz
suyu girişiminin yeraltısuyu kalitesine ve akiferin hidrolik özelliklerine etkileri; tuzlanmış
yeraltısuyunun sistemden temizlenip temizlenemeyeceği, ve tuzlanmış suyun temizlenmesi
için gereken sürenin ne olacağı gibi sorulara yanıt vermek amacıyla kullanılabilir.
Kıyı akiferlerinde tuzlanma probleminin aydınlatılması amacıyla ilk olarak duraylı izotop
analizleri için örnekleme yapılması çoğu durumda yeterli olmaktadır. Bununla birlikte,
duraylı izotop içeriğinde, değerlendirme yapılabilecek derecede farklılık gözlenmezse, bu
durumda radyoaktif izotoplardan da yararlanmak gerekmektedir. Çeşitli tuzlanma problemine
ilişkin olarak çevresel izotopların kullanılabilirliğine birkaç örnek IAEA (1968) tarafından
aşağıdaki şekilde tanımlanmıştır:
1- Jeolojik dönemlerden kalma deniz suyunun, dolaşım sırasında litolojik tuzların çözünmesi
sonucunda tuzlanan yağış kökenli sulardan ayırt edilmesi;
Duraylı izotop analizi genellikle yeterli olmaktadır. Yağış kökenli sular izotop açısından daha
fakir, deniz suyu, özellikle 2H açısından daha zengindir.
286
2- Deniz suyunun derin salamura çözeltisinden ayırt edilmesi;
Salamura çözeltilerinde, genellikle 18O izotopu, su-kayaç etkileşimi nedeniyle, 2H izotopuna
göre daha fazla zenginleşmiş durumda görülmektedir.
3- Buharlaşma sonucu tuzluluğu artan kıta içi suların, deniz suyu kökenli sulardan ayırt
edilmesi;
Buharlaşma etkisi altında kalan tatlı sular, genellikle 18O ve 2H izotopları açısından
zenginleşirken, buharlaşma sırasında oluşan kinetik (dengede olmayan) ayrımlanma
(fraksinasyon) olayı nedeniyle, deniz suyuna göre 18O açısından daha zengin bir duruma
gelirler.
4- Güncel deniz suyunun, jeolojik dönemlerden kalma deniz suyundan ayırt edilmesi;
Kolay çözümü olmayan bu sorunda, duraylı izotopların yanı sıra radyoaktif izotopların
kullanımı büyük bir yarar sağlar. Bununla birlikte, güncel ve geçmiş iklim koşullarının farklı
olması beklentisine bağlı olarak, güncel deniz suyu ile jeolojik dönemlerden kalma deniz
suyunun duraylı izotop içerikleri arasında belirli bir farkın görülmesi beklenebilir.
OKSİJEN-18 (18O), DÖTERYUM (2H) VE TRİTYUM (T)
Yağıştan itibaren oluşan ve fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçlerden uzun süreli ve büyük
oranda etkilenmemiş olan doğal sular “normal” sular olarak nitelendirilerek; derin dolaşım
nedeniyle sıcaklık kazanmış, su-kayaç etkileşimi sonucunda fiziksel ve kimyasal özellikleri
değişime uğramış jeotermal ve mineralli sular; jeolojik dönemler boyunca litolojik birimlerin
boşluklarında hapsolmuş sular; denizlerde olduğu gibi buharlaşma etkisi altında kalan
sulardan ayrılırlar. Fiziksel ve kimyasal özelliklerinin yanı sıra, tuzlu suların izotop içerikleri
de normal sulardan farklı olup, farkın niteliği ve büyüklüğü tuzluluğun kökeni ile yakından
ilişkilidir. Bu nedenle, bu tür farkların “parmak izi” olarak kullanılması olanaklı
olabilmektedir. Su molekülünü oluşturan izotopların, hidrolojik problemlerin çözümünde
kullanılmasına yönelik çalışmaların başladığı yıllarda, çevresel izotopların, yeraltısuyunda
tuzluluk problemelerinde önemli bir araç olarak kullanılabileceği anlaşılmıştır. Bu kapsamda,
öncelikle duraylı izotoplardan Oksijen-18 (18O) ve döteryum (2H) kullanılmıştır.
Tuzlanma sorunuyla ilgili hidrojeolojik problemlerin önemli bir bölümünde, tuzlu suların
izotop içeriklerinin, çevredeki normal sulardan önemli oranda farklı olduğu görülmektedir.
Deniz suyu karışımı nedeniyle tuzlanmış suların duraylı izotop içerikleri, meteorik kökenli
normal suların izotop içeriklerinden kolaylıkla ayrılabilecek şekilde farklıdır. Buharlaşma
sonucunda zenginleşen göl sularının da benzer şekilde, yağış kökenli sulardan ve deniz
suyundan ayrılması olanaklı olabilmektedir. Jeolojik dönemlerden kalma, salamura gibi aşırı
tuzlu sularda, 18O izotopu, su-kayaç etkileşiminden etkilenmekte, bu nedenle deniz suyundan
daha farklı izotop özellikleri gösterebilmektedir.
Trityum (3H) ve Karbon-14 (14C) gibi radyoaktif izotoplar ise suların güncelliğinin bir
göstergesi olarak kullanılabildiğinden, tuzlu suların kökenleri yapılacak değerlendirmelerde
önemli bilgiler sağlamaktadırlar. Jeolojik dönemlerden kalan tuzlu suların güncel deniz suları
ile karışım sonucunda tuzlanmış sulardan ayırmanın ilk ve doğrudan yolu, radyoaktif
izotopların analizidir. Jeolojik dönemlerden kalma sularda trityum içeriği bulunmazken,
tarihleme 14C izotopu ile olanaklı olabilmektedir.
STRONSİYUM-87 (87SR) İZOTOPU
Stronsiyum aragonit, kalsit, florit, jips, anhidrit, barit gibi minerallerin kristal yapılarına
girebilen bir elementtir. Stronsiyum elementinin dört duraylı izotopu bulunmaktadır. En
yaygın olarak bulunan izotop 88Sr, toplam element bolluğunun % 82.74’ünü; 87Sr, %
6.96’sını; 86Sr, % 9.75’ini ve 84Sr, % 0.55’ini oluşturmaktadır. 87Sr/86Sr oranı deniz sularında
jeolojik devirler boyunca değişiklikler göstermiştir. Günümüzde, 87Sr/86Sr oranının jeolojik
287
devirler boyunca olan değişimi konusunda önemli bilgiler elde edilmiştir. Güncel deniz
suyunda bu oran 0.7091 olarak saptanmıştır (Banner, 1995; Emblanch et al., 2005).
Stronsiyum izotoplarının ayrımlanma oranının saptanamayacak derecede düşüktür. Bu
nedenle, doğal sularda ölçülen stronsiyum, suyun temasta olduğu litolojinin stronsiyum izotop
oranını göstermektedir. Bu özelliği nedeniyle stronsiyum izotop oranları, suların temasta
olduğu kayaçların tanımlanmasında önemli bir araç olarak kullanılabilmektedir.
Yeraltısuyunun geçiş süresi uzadıkça, suyun temasta olduğu kayaçları oluşturan minerallerle
dengeye gelme olasılığı artmaktadır. Geçiş süreleri eşit olan sularda farklı stronsiyum izotop
oranları, suların farklı yaşlara sahip kayaçlarla temas halinde olduklarının bir göstergesi
olarak değerlendirilir. Bununla birlikte, kil minerallerinin yüzeylerinde tutulan Ca ve
dolayısıyla Sr’un baz değişimi tepkimeleri sonucunda deniz suyunun Sr izotop bileşiminde
değişiklikler beklenebilir. Benzer şekilde, karbonatlı kayaçların oluşturduğu ortamlarda,
dolomitleşme ve yeniden kristallenme süreçleri de, tuzlu suyun 87Sr/86Sr oranının düşmesine
neden olabilmektedir. Dolayısıyla, Sr ve 87Sr/86Sr oranının değişimlerinin birlikte izlenmesi,
tuzlanmayı denetleyen su-kayaç etkileşim süreçleriyle, yeraltısuyunun temasta olduğu
karbonatlı kayacın yaşının belirlenmesine de olanak sağlamaktadır. Şekil 1’de, Sr elementi ve
izotopları kullanılarak, tuzlanmanın kökeni ve karışıma ilişkin değerlendirme yapılabilecek
diyagram gösterilmiştir.
Şekil 1. Sr+2 ve 87Sr/86Sr kullanılarak hazırlanan diyagram (Barbieri vd., 1999).
BOR-11 (11B) İZOTOPU
Sulu çözeltilerde yüksek çözünürlüğe sahip olan Bor elementinin doğadaki bolluğu,
buharlaşma süreçlerinden ve yükseltgenme-indirgenme tepkimelerinden etkilenmemesi
288
nedeniyle yeraltısuyu çalışmalarında izleyici olarak kullanılabilecek niteliklere sahiptir.
Kirletilmemiş yeraltısularında Bor elementinin derişimi genellikle 0.05 mg/l’den daha
düşüktür. Bor elementinin yeraltısularında artışıi kirlenme ve/veya karışımın göstergesi olarak
değerlendirilir. Deniz suyunda bor 4.5 mg/l dolayında; evsel atık sularda 1 mg/l; uçucu kül
suyunda 14 mg/l dolayında görülebilmektedir (Emblanch et al., 2005).
İzotop ölçüm teknolojisinin gelişmesine bağlı olarak son yıllarda, 11B izotopu, tuzlu suların
kökenlerinin araştırılmasında yaygınlaşarak kullanılmaya başlamıştır. Özellikle kıyı
bölgelerinde deniz suyu girişimi nedeniyle tuzlanmış sular, jeotermal alanlarda jeotermal
akışkanlarla karışım sonucunda tuzlanan sular ile özellikle kalsiyum ve sodyum borat türü
gübre kullanımı sonucunda kirlenen sular Bor elementi ve içeriği ve 11B izotopu içeriği
analizleri yardımıyla ayrıt edilebilmektedir. Bor elementinin doğada iki duraylı izotopu, 11B
ve 10B, sırasıyla % 81.02 ve % 18.98 oranında bulunur. Bu da, 11B/10B oranının doğada
yaklaşık 4 dolayında olduğu anlamına gelmektedir. Bor izotopları arasındaki ayrımlanma,
doğada bor kaynaklarının izotop bileşimlerinin çok geniş aralıkta olmasını sağlamaktadır. Bu
özelliğinden dolayı bor elementinin izotopları, yeraltısularında tuzluluğun kökenine ilişkin
önemli bilgiler elde etme olanağı vermektedir.
11
B izotopu, standart borik asite (SRM-NBS 951) göre δ notasyonu ile ifade edilmektedir. δ
B, tuzlanma etkisine karşı yüksek duyarlılığa sahiptir. Bu nedenle, 11B izotopu kullanılarak,
tuzlanmanın kökenine ilişkin değerlendirmeler yapılabilmektedir.
11
Deniz suyu ve deniz suyu kökenli salamura çözeltilerinde δ11B izotopu yaklaşık 39 ve B/Cl
oranı denizel oranla aynı; deniz suyu dışında bir kökene sahip ve güncel su karışmamış
sularda δ11B izotopu yaklaşık 0 ve B/Cl oranı deniz suyundaki B/Cl oranından büyük; tatlı su
akiferleri ile hidrolojik ilişkide olan hidrotermal akışkanlarda 11B izotopu yaklaşık 0 ve B/Cl
oranı denizel orandan çok daha yüksek; insan kaynaklı kirleticilerle (evsel atık, gübre,
tarımsal ilaç, katı atık) kirletilmiş sularda δ 11B izotopu 0 ile 10 arasında değişirken B/Cl oranı
denizel orandan daha büyük; Ca-borat kökenli kirleticilerle kirletilmiş sularda δ 11B çok düşük
(-13 dolayında) ve B/Cl oranı denizel orandan yüksektir.
KLOR-37 (37CL) İZOTOPU
Hidrosferde oldukça hareketli olan klor elementinin iki duraylı izotopu (37Cl ve 37Cl),
difüzyonla taşınımın baskın olduğu durumlarda ayrımlanmaktadır. δ 37Cl değerinin %0 0
değerinden daha küçük değerler alması, taşınım mekanizmasının difüzyon olduğunun
göstergesi olarak değerlendirilmektedir.
Doğada klor izotopu içeriğinin geniş aralıkta bulunması, izotopların yanı sıra diğer
jeokimyasal parametrelerin de kullanımını gerektirmektedir. Bu şekilde, güncel deniz
suyundan farklı tuzluluğa sahip formasyon sıvılarının kökenine ilişkin bilgilerin elde edilmesi
olanaklı olabilmektedir. δ 37Cl değerleri, karışım mekanizmasının aydınlatılmasında da yararlı
bilgiler sunmaktadır. Bununla birlikte 37Cl izotopunun zenginleşmesine neden olan süreçler
henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Bu konuyla ilgili çalışmalar sürmektedir.
KÜKÜRT-34 (34S) İZOTOPU
Doğal sistemlerde, yükseltgen ortamlarda sülfat iyonu (SO4-2), indirgen ortamlarda ise sülfid
(HS-) olarak bulunan kükürt elementinin en yaygın duraylı izotopu 32S (%95) ve 34S (%4.22)
olup, bu izotoplar, bakteriler aracılığıyla sülfatın indirgenmesi veya sülfidin yükseltgenmesi
sonucunda ileri derecede ayrımlanmaya uğrarlar. Bu iki izotopun birbirine oranı δ34S
notasyonu ile ifade edilmektedir. Güncel deniz suyunda sülfat iyonundaki kükürt izotopu δ
289
34
S, %o 20 değerine sahiptir. Hidrojeoloji çalışmalarında
değerlendirilerek, sülfatın kökeni ayırt edilebilmektedir.
δ
34
S ile
δ
18
O birlikte
KAYNAKLAR
Banner, J. L., 1995, Application of the trace element and isotope geochemistry of stronsium
to studies of carbonate diagenesis. Sedimentology, 42.
Barbieri, Mr., Barbieri, Mz., Fidelibus, MD., Morotti, M., Sappa, G., Tulipano., L., 1998,
First results of isotopic ratio 87Sr/86Sr in characterization of sea water intrusion in
coastal karstic aquifer of Murgia (Southern Italy), in Proc., 15th SWIM, Ghent,
Natuurwet, 79.
Emblanch, C., Fidelbus, MD., Futo, I., Hertelendi, E., Lambrakis, N., Vengosh, A., Zojer, H.,
Zuppi, G.M., 2005, Environmental tracing methods, in Groundwater management of
coastal karstic aquifers (ed.L. Tulipano, MD Fidelibus and A. Panagopoulos). COST
Action 621, EUR2136
290
BEŞİNCİ DÜNYA SU FORUMU
“FARKLILIKLARIN SUDA YAKINLAŞMASI”
Hamza ÖZGÜLER
Forum Program Komitesi
Özet
Beşinci Dünya Su Forumu, herkese açık olan ve tüm paydaşları kapsayan şeffaf bir platformdur.
Forum, birçok bileşeni olan bir topyekün vir süreçtir. Bu süreçler, Tematik Süreç, Bölgesel Süreç,
Siyasi Süreç ve Bakanlar Konferansı, Yerel İdareler Sürecidir.
5. Forum programı için “FARKLILIKLARIN SUDA YAKINLAŞMASI” hedefine yönelik piramit
şeklinde bir program yapısı belirlenmiştir. Tematik süreç, “piramit” yaklaşımı ile
açıklanabilmektedir: bütün temalar, konu başlıkları ve oturumlar, bu alandaki aktörler, sektörler,
bugünün ve geleceğin yeni tecrübelere, tavsiyelere ve taahhütlere neden olacak bir dizi oluşumun
gerçekleşmesini sağlayacaktır.
Su Forumunun tematik yapısında, tüm su konularını kapsayan 6 ana tema ve bunların altında 24 ana
başlık vardır. Bu konular:






Küresel Değişimler & Risk Yönetimi
İnsani Kalkınma ve Binyıl Kalkınma Hedefleri
İnsani ve Çevresel İhtiyaçlar Dikkate Alınarak Su Kaynaklarının Korunması ve Yönetimi
İdare ve Yönetim
Finans
Eğitim, Bilgi ve Kapasite Geliştirme
Dünyanın suyla ilgili en büyük etkinliği olan Dünya Su Forumu, Dünya Su Konseyi ve ev sahibi
ülke hükümetinin ortak girişimi olarak üç yılda bir düzenlenir. Fas (1997), Hollanda (2000),
Japonya (2003) ve Meksika’da (2006) düzenlenen önceki forumların ardından, 5. Dünya Su Forumu
İstanbul’da, Mart 2009’da gerçekleştirilecektir. Forum, iki yılı aşkın bir süreye yayılmış hazırlık
faaliyetlerinin ürünü olan, açık, herkesi kapsayan, çok paydaşlı bir sürecin sonucudur. Dünya Su
Forumu yalnızca bir haftalık bir etkinlik değil, su sorunlarına verilen önemi, konuyla ilgili
bilinçlenmeyi ve anlayışı artırma ve küresel sorunlara yönelik somut çözümler getirme amacı güden
bir süreçtir.
Ana Tema “Farklılıkların Suda Yakınlaşması”
“Farklılıkların Suda Yakınlaşması”, 5. Dünya Su Forumu’nun ana temasıdır. İstanbul,
sorunlarımıza ortak çözümler bulmak üzere bölgeleri ve insanları bir araya getiren bir köprü
oluşturmayı arzulamaktadır. 5. Dünya Su Forumu, ülkeler arasında sürdürülebilir su kullanımıyla
ilgili zorlukların üstesinden gelinmesini sağlayacak işbirliğini güçlendirmek için mükemmel bir
fırsat sunmaktadır.
“Farklılıkların Suda Yakınlaşması”, paydaşları, sektörleri ve bölgeleri birbirine yakınlaştırmak
anlamına gelmektedir. Bu oluşumda suyu kullananlar, karar vericiler, kamu ve özel sektör
temsilcileri, uzmanlar ve yerel, ulusal, bölgesel ve küresel düzeyde su alanında görev yapan
uygulayıcılar yer almaktadır. Su alanında faaliyet gösterenler sağlık, tarım veya enerji gibi diğer
alanlardaki paydaşlarla daha çok işbirliği yapmalı ve böylece Binyıl Kalkınma Hedeflerine
ulaşılması için suyun sahip olduğu önemin altı çizilmelidir. Bu oluşum farklı kültürleri, zengin ile
291
fakiri, dünyanın gelişmiş ve gelişmekte olan bölgelerini, özellikle de gelecek kuşaklarla şimdiki
nesli bir araya getirmeyi hedeflemektedir.
“Farklılıkların suda yakınlaşması” teması, Avrupa ile Asya, Ortadoğu ile Afrika, Güney ve Kuzey
arasındaki coğrafi kavşak noktalarının altını çizmesinin yanında dünyanın zengin ve fakir, gelişmiş
ve gelişmekte olan bölgeleri gibi çeşitli su kültürleri arasındaki kavramsal ayrılıklara da gönderme
yapmaktadır. “Farklılıkların suda yakınlaşması” kavramı aynı zamanda yerel, ulusal, bölgesel ve
küresel çapta su kullanıcıları, karar-alıcılar, su uzmanları ve çalışanları arasında ileri seviyede bir
bilgi alışverişi ve gelişkin bir anlayış oluşturma hedefini de ifade etmektedir.
Forum’un tematik Süreci
5. Dünya Su Forumu’nun tematik süreci bir “piramit” yaklaşımından oluşmaktadır: Bütün konular,
temalar, başlıklar ve oturumlar, farklılıkların birleştirilmesi ana hedefine yönelik olacaktır.
Program çerçevesi program komitesi tarafından geliştirilmektedir ve amacı, temaları ve konu
başlıklarını belirlemektedir. 5. Forum için 6 tema belirlenmiştir:
Amaçlar:
Küresel Değişimler ve Risk Yönetimi
İnsani Kalkınma ve Binyıl Kalkınma Hedeflerinin Geliştirilmesi
İnsani ve çevresel ihtiyaçlar dikkate alınarak su kaynaklarının korunması ve yönetimi
Araçlar:
İdare ve Yönetim
Finans
Eğitim, Bilgi ve Kapasite Geliştirme
Her tema için bir koordinatör görevlendirilmiştir. Görevleri; sektörler, bölgeler ve etmenler arasında
bağlar kurarak çalışmaları ve deneyimleri paylaşabilmek ve tanımlayabilmek adına, ilgili oldukları
konuları, başlıkları ve oturumları tematik konsorsiyumlar içerisinde geliştirmektir.
5. Dünya Su Forumu’nun tematik, bölgesel, politik ve temel grup süreçlerinin hazırlıkları ve
Forum’la ilgili oturumlar ile daha birçok bileşenin oluşum sürecini kolaylaştıracak olan Sanal
Buluşma Alanı (SBA), http://portal.worldwaterforum5.org/), geniş kitlelerden daha fazla katılım
sağlanmasına ve diyaloğa yönelik bir yaklaşımla sizlerin de katkılarınızı sunmanıza imkân
tanımaktadır. Böylece, Forum hazırlık sürecinde iletişim, bilgi alış verişi ve işbirliği imkanları
geliştirilmektedir. Ayrıca, Binyıl Kalkınma Hedeflerine ulaşılmasına yönelik uygulanabilir
çözümler ve anlamlı sonuçlar alınmasına katkıda bulunacaktır.
Yaklaşık 20000 kişiye hizmet verecek SBA’ya üye olanların sasyısı hızla artmaktadır. SBA
kullanım kılavuzuna: http://portal.worldwaterforum5.org adresinde ana sayfada bulunan “Document
Library”den ulaşabilabilmektedir.
Suyla ilgili konularda çalışan siz sayın ilgililer, SBA ile;

İlgilendiğiniz konu ve Forumla ilgili son gelişmelere ulaşabilir, ilgilendiğiniz konulara ve
başlıklara yönelik e-posta bilgi mesajları alabilirsiniz. Forum kapsamında verilecek ödüller
hakkında bilgi alabilirsiniz. Su ile ilgili çeşitli ihtisas konularında mevcut bu ödüllere aday
olabilirsiniz.

Fikir alışverişinde bulunabilir ve işbirliğine girebilirsiniz.
292

Oturumlar, Bölgesel Süreçler ve Temel Gruplar da dâhil Forumun çeşitli bileşenlerine
katkılar sunabilir, bir çalışma grubuna dahil olunabilir. Çerçeveleri Başlık Koordinatörleri
tarafından belirlenmekte olan oturumlara katkı tekliflerinin Sanal Buluşma Alanı
(SBA)’ndan gönderilmesi esastır. Oturum sorularının cevaplandırılmasında, ilgililerin
uzmanlık bilgileri ve deneyimlerine ihtiyaç vardır.
SBA ile ulaşabileceğiniz diğer özellikler:

Kişisel
bilgilerinizi
etkinlikleriniz,
programlarınız
ve
raporlarınız
güncelleyebilirsiniz, “Kim Kimdir? kısmında diğer kullanıcılarla paylaşabilirsiniz.

“Uluslararası Su ve Film Etkinliği”ne bir film veya doküman teklifi sunabilirsiniz.

“Gençler Su Forumu”na katılabilirsiniz.

“Küresel Su Eğitim Köyü” etkinliklerine katkıda bulunabilirsiniz.

Forum’un Siyasi bileşenleri hakkında görüşleri dile getirebilirsiniz.

Forum haftası için kayıt olabilir, İstanbul için planınızı düzenleyebilirsiniz. Otel
rezervasyonlarınızı, havaalanı ulaşımlarınızı planlayabilirsiniz.
yoluyla
Tematik ve bölgesel sürece olabilecek katılımlarla ilgili görüş, öneri ve sorular için, Forum
Sekreteryası ([email protected]) veya Forum Program Komitesi Türk Tarafı adına
tematik çalışmaların ve bölgesel toplantıların eşgüdümünü sağlayan, Uluslararası Hidrolojik
Faaliyetler Şube Müdürlüğü ([email protected]) ile irtibata geçilmesi önem arz
etmektedir.
293
GÖKOVA (MUĞLA) KIYI KARST KAYNAKLARINDA DENİZ SUYU
KARIŞIMININ HİDROKİMYASAL VE DURAYLI ÇEVRESEL
İZOTOP YÖNTEMLERİYLE İNCELENMESİ
Mehmet Ekmekçi1, Levent Tezcan1, Türker Kurttaş2, Salim Yüzereroğlu3, Şükran Açıkel1
Hacettepe Üniversitesi, Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi
Beytepe/ Ankara
2
International Atomic Energu Agency (IAEA), Isotope Hydrology Section, Vienna Austria
3
Devlet Su İşleri, 21. Bölge Müdürlüğü, Jeoteknik Hiz. ve Yeraltısuları Şb. Md., Aydın
1
ÖZET
Özellikle kıyı akiferlerinde, yeraltısuyu kaynaklarında tuzlanmanın kökeni ve tuzlanma
mekanizaması, karmaşık hidrojeolojik sorunlar arasındadır. Hidrojeolojik sistemin kavramsal
modelinin oluşturularak, tuzluluğun kökeni hakkında önemli bilgiler, hidrokimyasal
yöntemler ve izotop hidrolojisi teknikleri yardımıyla elde edilebilmektedir. Sunulan
çalışmada, Muğla’ya bağlı Gökova karst kaynaklarında görülen tuzluluğun kökeni,
hidrokimyasal ve izotop teknikleri yardımıyla aydınlatılmaya çalışılmıştır. Özellikle oksijen
18 izotopu ile bor, sülfat ve klorür iyonlarının birlikte kullanımı, sistemin tanımlanması
açısından önemli bilgiler sağlamıştır. Aynı bileşenlerin zamansal değişimlerinin göstergesi
olarak değişim katsayılarının kullanımının da değerelndirmelerde önemli katkılar verdiği
görülmüştür
HYDROCHEMICAL AND ISOTOPIC ASSESMENT OF SEA WATER MIXING IN
GOKOVA (MUGLA) COASTAL KARSTIC SPRINGS
ABSTRACT
In coastal aquifers, salinisation appears to be a complex hydrogeological problem, because the
origin of salinisation might be other than sea water intrusion. The combined use of
hydrochemical methods and isotope hydrology techniques provide a versatile tool in
developing a conceptual model of the hydrological system which essential for further
modeling studies. In this study, the authors, present a case study in the Gokova coastal karstic
springs where they demonstrated the use of the hydrochemical and asotope techniques
together. They emphasized the use, as a tool, of the oxygen-18, boron, chloride and sulfate in
understanding the behaviour of the hydrogeological system in terms of the origin of the salt
water and the mechanism of salinisation. They also demonstrated that the coefficient of
variation of these components may contribute much to this efforts when systematic analyses
are perfomed along at least one water year.
GİRİŞ
Son on yıl öncesine kadar nüfus artışı baskısı altında olan yeraltısuyu kaynaklarının, yakın
gelecekte küresel ısınmaya bağlı olarak gelişen iklim değişimlerinden de etkileneceği
anlaşılmaktadır. Yapılan değerlendirmelere göre, be nedenlerle, doğrudan kullanılabilir su
kaynakları azalacak, ve bunun sonucunda da belirli bir işlemden geçirildikten sonra
kullanılabilecek su kaynaklarına yönelme söz konusu olacaktır. Kıyı bölgelerinde, deniz suyu
girişimi nedeniyle tuzlanmış yeraltısuyu kaynakları, yeniden değerlendirilebilecek
kaynakların başında gelmektedir.
Tuzlu su kaynaklarının en düşük maliyetle ve sürekli kullanımı sunulabilmesi, tuzlanma
oranının kullanım süresinde olabildiğince denetim altına alınabilmesi ile olanaklıdır.
Tuzlanmanın denetim altında tutulabilmesi, su kaynağındaki tuzlanmanın kökeni ve
mekanizmasının gerektirmektedir. Yeraltısuyu kaynaklarında tuzluluğun kökenlerine ilişkin
bilgi, bu bildiriler kitabında basılan Ekmekçi (2008)’de verilmiştir.
294
Sunulan bildiride, tuzluluğun kökeni ve tuzlanma mekanizması ile ilgili hidrojeolojik
araştırmalarda önemli bilgiler sağlayan hidrokimyasal ve izotop yöntemleri, Gökova (Muğla)
kıyı kaynaklarında bir örnekle irdelenmiştir. Çalışmada, hidrokimyasal bileşenlerin yanı sıra
çevresel izotoplardan oksijen-18 izotopu üzerinde durulmuştur.
ÇALIŞMA ALANI
Azmak kaynakları veya Kadın Azmağı olarak da bilinen Gökova kıyı karst kaynakları, bir
graben niteliğinde olan Gökova körfezinin kuzey kenarının en doğu ucunda, Akyaka
Beldesinin sınırları içerisinde yer almaktadır (Şekil 1). Toplam olarak, ortalama debinin 10
m3
tedir. Kaynaklar bir akarsu yatağı (Azmak) oluşturarak
denize doğru boşalmaktadır. Denize boşalmadan önce, kaynakların toplam akımlarının
özelliği ile, Azmak kaynaklarının düşük maliyetlerle kullanıma sunulması olanaklı
görülmektedir.
AKYAK
A
Şekil 1. Çalışma alanının coğrafik konumu
JEOLOJİ VE HİDROJEOLOJİ
Genel olarak bölgenin kuzeyinde otokton birimler (Menderes metamorfitleri) bulunmaktadır.
Bu otoktonların üzerine bindirmeyle alloktonlar (Elmalı napları) gelmiş, onların da üstüne
melanj bindirmiştir. Menderes Metamorfitleri'ne ait birimlerden oluşan otokton birimler
Kambriyen'den Alt Eosen sonuna kadar devam eden bir istif içerir. Bindirme zonu boyunca
alttan üste doğru Bodrum Serisine ait Gökbel Formasyonu, Karaova Formasyonu, Gereme
Formasyonu, Kışladağ Formasyonu ve Karabörtlen Formasyonu yeralır. Bodrum serisinin
üstünde ise Kretase sonunda bölgeye yerleşen Sandras Tektonik dilimine ait Kertmeç Melanjı
ve Fethiye Peridotitleri allokton istifi tamamlar. Drenaj alanı içinde Gökova Körfezi’nin
kuzeyinde geniş bir alanda, Ören civarında ve drenaj alanı dışında geniş bir alanda yayılım
gösteren Neootokton Birimler, allokton karbonatlı kayaçları uyumsuz olarak örtmektedirler
295
(Kurttaş, 1997). Çalışma alanının da içinde bulunduğu hidrojeolojik sistemde ileri derecede
karstlaşmalı birimler geniş alanlar kaplamakta ve ana yeraltısuyu sistemini oluşturmaktadır.
Yerel jeolojiye bakıldığında alüvyonun kuzeyinde karstik birimler, doğu ve güneydoğusunda
geçirimsizler, güneyinde ise yine kireçtaşları bulunmaktadır (Şekil 2). Gökova grabeni
Neotektonik dönemde K-G yönlü genişlemeli rejime bağlı olarak gelişen D-B uzanımlı bir
çöküntü yapısıdır. Şekil 3’te bölgesel hidrojeolojik yapıya bağlı olarak Gökova körfezindeki
olası hidrojeolojik siste gösterilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi, körfezin kuzey kenarını
oluşturan ve doğu-batı doğrultusunda kara içine uzanan ana fay sistemi, hidrojeolojik yapıyı,
dolayısıyla da kıyı karst kaynaklarının oluşumunu denetleyen ana yapılardandır.
Şekil 2. Çalışma alanının yerel jeoloji haritası (Kurttaş, 1997 ve DSİ, 1992’den uyarlanmıştır)
Körfezde, geniş bir alanda yayılan kıyı olüvyon ovası, hidrojeolojik sistemin önemli diğer bir
bileşenini oluşturmaktadır. Alüvyon ovada açılan kuyuların deniz kıyısına doğru artezyen
özellikte olması, bu kesimlere doğru alüvyon akiferin basınçlı olduğunu göstermektedir.
İleriki bölümlerde de irdelendiği gibi, Bu kuyulardan alınan örnekler üzerinde gerçekleştirilen
analizler, denize 10 m uzaklıkta dahi yeraltısuyunun deniz suyu girişiminden etkilenmediğini
göstermiştir. Alüvyon akiferinin genel yapısı, Şekil 4’te kesit üzerinde gösterilmiştir.
296
Şekil 3. Gökova körfezinde genel hidrojeolojik yapı
Çalışma alanında bulunan kuyularda yapılan yeraltısuyu seviyesi ölçümleri kullanılarak
hazırlanan yeraltısuyu seviyesi haritası, alüvyon ovada akımın, denize doğru olmadığını,
azmak kaynaklarına doğru olduğunu göstermektedir (Şekil 5).
Şekil 4. Gökova kıyı alüvyon ovasında genel hidrojeolojik yapı
HİDROKİMYASAL VE İZOTOP AMAÇLI ÖRNEKLEME
Gökova karst kaynaklarının hidrojeolojisi ve tuzlu su karışımının incelenmesi amacıyla
yürütülen çalışmalar kapsamında 2006 yılı Ekim ayından 2008 yılı Eylül ayına kadar aylık
aralıkta ölçüm ve örneklemeler gerçekleştirilmiştir. Avrupa Birliği 6. Çerçeve Programı
tarafından desteklenen MEDITATE projesi kapsamında gerçekleştirilen ölçüm ve örnekleme
ağı, DSİ 21. Bölge Müdürlüğü, Yeraltısuları ve Jeoteknik Hizmetler Şube Müdürlüğü
tarafından işletilmiştir. Bu kapsamda, Azmak kaynaklarının toplam akımlar; karst akiferinde
açılmış iki ve alüvyon akiferde açılmış iki kuyuda sürekli seviye ölçümleri yapabilen
otomatik limnigraflar yerleştirilmiştir. Aylık aralıklarla hidrokimyasal ve izotop amaçlı
örneklemeler yapılmıştır.
297
Şekil 5. Gökova kıyı ovası akiferinde yeraltısuyu seviyesinin dağılımı
Alınan örnekler üzerinde aylık aralıklarda majör iyon, eser element ve çevresel izotoplardan
Oksijen-18, Döteryum, Trityum izotopları analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, sunulan
bildiri kapsamında tutulan kükürt, sülfat oksijen-18’i, azot, nitrat oksijen-18’i, bor ve klor
izotopları analizleri için örnekler alınmıştır.
GENEL HİDROKİMYASAL ÖZELLİKLER
Örneklenen su noktalarında gerçekleştirilen su kimyası analizleri sonucunda elde edilen
veriler, dairesel diyagramlar, üçgen diyagramlar ve Schoeller diyagramları yardımıyla, suların
genel hidrokimyasal nitelikleri açısından değerlendirilmiştir. Şekil 6’da, çalışmaya konu olan
örnek noktalarının konumu ve dairesel diyagramlar yarıdımıyla genel hidrokimyasal
özelliklerin alansal dağılımı gösterilmiştir. Toplam çözünmüş iyon miktarı ile orantılı olan
daire çapları incelendiğinde, karstik yeraltısuyu, alüvyon akiferi ve tuzlanmış sular ilk anda
ayrılabilmektedirler. Benzer ayrım, Şekil 7’de verilen ve suların hidrokimyasal fasiyeslerinin
tanımlandığı Piper diyagramında da görülebilmektedir.
298
Şekil 6. Çalışma alanında örneklenen su noktaları ve analiz sonuçlarına göre genel
hidrokimyasal özellikleri
Şekil 7. Çalışma alanında örneklenen su noktalarının hidrokimyasal fasiyesleri
GENEL İZOTOPİK ÖZELLİKLER
Kurttaş (1997) tarafından bölgesel ölçekte gerçekleştirilen çalışma kapsamında, bölgesel
hidrojeolojik sistemi temsil eden su noktalarının izotop içerikleri, hidrodinamik koşulları
yansıtacak şekilde dizilim göstermektedirler. Şekil 8’de verilen O18-D grafiği üzerinde, su
noktalarının meteorik doğrulara göre konumları, su noktalarının temsil ettikleri hidrojeolojik
sistem açısından değerlendirilmiştir. Yüksek kotlarda boşalan plato kaynakları ve kış
yağışlarından beslenen kaynaklar duraylı izotop içerikleri açısından fakir; daha düşük
kotlardan beslenen sahil kaynakları duraylı izotop içeriği açısından daha zengin; ve deniz
suyu karışımı etkisi altında olan kaynaklar ise buharlaşma doğrusu üzerinde
konumlanmışlardır.
299
Şekil 8. Çalışma alanında örneklenen su noktaları için Oksijen-18-Döteryum grafiği (Kurrtaş,
1997).
Söz konusu grafik, suların temsil ettikleri hidrojeolojik sisteme göre sınıflama olanağını
vermekte ancak, tuzluluğun kökeni ve dolayısıyla tuzlanma mekanizmasına ilişkin bilgi
vermemektedir. Tuzluluğun kökenine ilişkin değerlendirmeler, hidrokimyasal özellikler ve
izotop içeriklerinin birlikte kullanımını gerektirmektedir. Sunulan bildiriye konu olan su
noktalarından alınan örneklerde duraylı izotop içerikleri, alanda en genel anlamda iki farklı
suyun bulunduğunu göstermektedir. Şekil 9 ve Şekil 10’da gösterilen ve sırasıyla oksijen 18
ve döteryumun frekansına ilişkin histogramlar, en az iki ortalamalı dağılım fonksiyonu
göstermektedir. Bu histogramlar incelendiğinde, karst akiferini temsil eden kaynaklarının
önemli bir bölümünün yüksek kotlardan beslendiğini, alüvyon akiferin ise serbest ve basınçlı
kesimlerinin, sırasıyla yerel ve yüksek kot yağışlarının etkisi altında olduğu şeklinde
değerlendirilebilir.
35.00
30.00
25.00
N
20.00
15.00
10.00
5.00
-7.96
-7.76
-7.56
-7.36
-7.16
-6.96
-6.76
-6.56
-6.36
-6.16
-5.96
-5.76
-5.56
-5.36
-5.16
-4.96
-4.76
-4.56
-4.36
-4.16
-3.96
-3.76
-3.56
-3.36
-3.16
-2.96
More
0.00
Sınıf aralığı
Şekil 9. Çalışma alanından toplanan örneklerde O-18 izotopunun görülme sıklığı
300
Döteryum
12
10
N
8
6
4
2
0
D Aralığı
Şekil 10. Çalışma alanından toplanan örneklerde D izotopunun görülme sıklığı
DENİZ SUYU KARIŞIMI VE TUZLULUĞUN KÖKENİ
Kıyı akiferlerinde tuzluluğun ana kaynağının deniz suyu girişimi olmasına karşın, tarım veya
insan kaynaklı diğer faaliyetlerden kaynaklanan atıklar da tuzluluğun köekni
olabilmektedirler. Çalışma alanı açısından değerlendirildiğinde, karstik çöküntülerden
doğrudan beslenebilme potansiyelinin varlığı; deniz kıyısında boşalımları nedeniyle,
günümüzdeki ve jeolojik geçmişte meydana gelen deniz seviyesi değişimlerine bağlı olarak;
veya Gökova körfezinin oluşumuna ve kıyı kaynaklarının boşalımına neden olana ana fay
hattının deniz ile bağlantılı olması; alüvyon akifer üzerinde yoğun tarımsal faaliyetlerin
bulunması su kaynaklarındaki tuzlanmaya neden olabilecek kaynaklardır. Birden fazla
kaynağın varlığı durumunda, köken araştırmalarında, her kaynağın göstergesi sayılabilecek
bir izleyiciye gerek duyulmaktadır. Hidrokimyasal bileşen ve/veya izotopik bileşen olabilen
bu izleyicilerin hidrojeolojik yapı da dikkate alınarak değerlendirildiğinde önemli sonuçlara
varılabilmektedir. Çalışma alanında tuzluluğa neden olabilecek kaynaklardan deniz suyunun
göstergesi olarak oksijen 18 izotopunun yanı sıra, bor (B), stronsiyum (Sr) elementleri ile
klorür (Cl), sülfat (SO4), magnezyum (Mg), kalsiyum (Ca) ve bunların birbirlerine oranları
İlk aşamada yapılan değerlendirmede, okisjen-18 ile klorür arasındaki ilişki incelenmiştir.
Şekil 12’da deniz suyuna doğru bir dizilimin yanı sıra, bazı su noktalarının deniz suyundan
farklı bir yönde dizildikleri görülmüştür. Grafikte, deniz suyu karışımı olabilecek suların
klorür zenginleşmesi ile birlikte O-18 zenginleşmesi gösterirken, deniz suyu karışımından
etkilenmeyen örneklerde klorürün düşük düzeylerde kaldığı, ancak beslenme yükseltisine
bağlı olarak O-18 değerlerinde değişiklikler oluştuğu görülmektedir. Bununla birlikte, Muğla
polyesinde göllenen suların buharlaşma etkisi altında kalması; aynı anda tarımsal alan olarak
kullanılan karstik çöküntü alanından kullanılan tarımsal ilaçlar ve gübrelerle kentsel
atıklarından kaynaklanan kirlilik kökenli klorür zenginleşmesi de Şekil 11’deki grafikte deniz
suyu girişimi şeklinde değerlendirilebilir. Bu nedenle, Cl-O18 grafiği bu açıdan yararlı
olmakla birlikte yeterli olmamaktadır. Klorür iyonunda değişimin en düşük olduğu, buna
karşın oksijen-18 izotopundaki zenginleşme, akifer sisteminin basınçlı veya serbest olması ile
ilişkilendirilmiştir. Basınçlı akifer, daha yüksek kotlardan beslenirken, serbest akifer yerel
yağışlardan da beslenebilmektedir.
301
80
70
50
40
Cl (meq/l)
60
30
20
Karışım
Karst suyu
Basınçlı
-6.7
-6.6
10
Alüvyon akifer
-6.5
Serbest
-6.4
-6.3
-6.2
0
-6.1
-6
-5.9
-5.8
O-18
Şekil 11. Çalışma alanındaki sularda O-18 ile klorür iyonu ilişkisi
Deniz suyunun göstergesi olarak kullanılabilecek diğer bir element olan bor içeriğinin O-18
ile olan ilişkisi, Şekil 12’degösterilmiştir. Su noktalarının dağılımlarının daha ayrıntılı bir
görüntüsünü veren Şekil 12 incelendiğinde, deniz suyu karışımı etkisinde olan karst
kaynakları ile kirilik etkisi altında kalan suların ayrıt edilmesi olanaklı olmaktadır. Kirli
sularda B içeriğindeki değişim, deniz suyu girişimi nedniyle olan artıştan çok daha düşük
düzeyde gerçekleşmektedir. Şekil 11’de verilen grafiğe benzer şekilde bu grafiklerde de
serbest akifer niteliğindeki alüvyon ovasının bu kesimleri yerel yağıştan beslenmektedir.
Tuzlanmanın kökenine ilişkin çalışmalarda yararlı bilgiler sağlayabilecek diğer bir
değerlendirme, iyon oranlarının kullanılmasıdır. Özellikle, tuzlanmanın farklı kaynaklarının
göstergesi olabilecek bileşenlerin oransal değişimleri, duraylı izotoplarla birlikte
değerlendirildiğinde tuzlanmaya ilişkin yararlı bilgiler elde edilebilmektedir.
Şekil 13’te stronsiyum/bor (Sr/B) oranı ile birlikte O-18 içeriği ilişkilendirilmiştir. Bor
içeriğinin ana kaynağının deniz suyu, stronsiyumun ise karasal kökenli olduğu dikkate
alınarak, oranın azalması deniz suyu karışımının bir göstergesi olarak değerlendirilmiştir.
Grafikte, tatlı sular ile tuzlanma etkisi altında kalan sular daha belirgin bir şekilde
ayrılabilmiştir. Tatlı sular, Sr/B oranı açısından daha yüksek değerlere; O-18 açısından ise
daha fakir bir içeriğe sahiptir.
302
700
600
500
B (ppb)
400
300
200
Alüvyon-Yerel Yağış
100
0
-7
-6.5
-6
-5.5
-5
O-18
Şekil 12. Çalışma alanındaki sular için O-18 ile B ilişkisi (deniz suyuna göre konumlanma)
60
Karst
50
30
Alüvyon
Tatlı su
Deniz suyu
karışımlı karst
Sr/B
40
20
10
Tuzlu su
0
-7
-6.5
-6
O-18
-5.5
-5
Şekil 13. Çalışma alanındaki sularda Sr/B ile O-18 ilişkisi
Kirlilikten kaynaklanan sülfat iyonunun, deniz suyundan olduğu kadar kirlilikten de
kaynaklanan klorür iyonuna oranı ile deniz suyunun göstergesi olan bor ilişkisi kirlilik
kaynaklarının ortaya konmasında kullanılmıştır (Şekil 14).
Dağılımın su noktalarına göre incelenmesi, karst akiferini temsil eden kuyulardan birinin
(42346), Muğla polyesindeki düdenlerden beslendiğini ortaya koymaktadır. Özellikle yağışlı
aylarda, düdene aktif su girişi olması sonucunda, /kuyu suyundaki yüksek kirlilik, tuzlanmaya
neden olmaktadır. Sadece klorür iyonunun kullanılması durumunda kuyunun deniz suyu
girişimi etkisi altında olduğu şeklinde değerlendirilebilmektedir.
303
14
12
SO4/Cl
10
8
6
4
Azmak karst kaynakları/Deniz suyu karışımı
2
0
0
100
200
300
400
500
600
700
B
Şekil 14. Çalışma alanıdaki sular için SO4/Cl ile B ilişkisi
Çalışma alanında ölçüm ve örneklemeler aylık aralıklarla düzenli olarak gerçekleştirilmiştir. Su
kaynaklarında, gerek hidrokimyasal gerekse izotopik bileşimlerin zamana göre değişimi, deniz suyu
girişimi etkisi açısından değerlendirilebilmektedir. Sürekli olarak deniz suyu veya kirlilik etkisi
altında kalan sularda bileşenlerin zamansal değişimi minimum, etkilerin zaman zaman görüldüğü
noktalarda ise değişim yüksek olacaktır. Değişimin ölçüsü, değişim katsayısı (Cv), farklı bileşenler
için farklı olacağından, değişim katsayıları, tuzluluğun kökeni ve mekanizması açısından
yorumlanabilmektedir. Şekil 16 ve Şekil 17’de, sırasıyla klorür ve O-18 izotopuna ait değişim
katsayıları; ve bor ile O-18 izotopu değişim katsayıları ilişkilendirilmiştir.
Dk-Cl
0
100
200
300
400
0
-1
Dk-O18
-2
Karst-kuyu 1
-3
-4
-5
-6
Azmak-kaynak
Alüvyon
kuyu
Alüvyon-kuyu
-7
-8
Karst-kuyu 2
Şekil 15. O18 ve klorür iyonuna ait değişim katsayıları arasındaki ilişki
Şekil 15’te görüldüğü gibi, Karst kuyu-2 noktasında her iki bileşenin de değişim katsayıları
yüksektir. Yüzeysuyu girdisinden hızlı bir şekilde etkilenen karstik sistemi temsil ettiği
anlaşılan bu örnek noktasının deniz suyu ve/veya kirlilik etkisi altında olup olmadığı, Şekil
16’da verilen grafikten elde edilmeye çalışılmıştır.
304
Şekil 16’dan da görüldüğü gibi B değişkenliği, görece daha düşük olduğundan, bu kuyunun,
polyedeki düdenden gelen kirli suların etkisi altında olabileceği, deniz suyu karışımının bu
noktada, alüvyondaki kuyulardan birinden daha düşük olduğu ortaya konmuştur. Buna göre,
deniz suyu karışımı etkisi altında kalan Azmak kaynakları ile karst kuyusunun hidrolojik
açıdan farklı davranış gösterirken, alüvyon akiferde bulunan ve fay hattına yakın olan
kuyunun Azmak kaynakları ile ilişkili olduğu görülmektedir. Bu değerlendirme, oksijen-18
izotopunun zamansal değişiminin verildiği Şekil 17’de belirgin bir şekilde görülmektedir.
0
Dk-B
100
50
150
200
250
0
-1
Karst-kuyu 1
-2
Dk-O18
-3
-4
Alüvyon
kuyu
Azmak-kaynak
-5
Alüvyon-kuyu
-6
-7
Karst-kuyu 2
-8
Şekil 16. Şekil 16. O18 ve bor iyonuna ait değişim katsayıları arasındaki ilişki
Aylar (2006-2008)
10
11
12
1
2
3
4
6
7
9
10
11
12
1
3
4
-4
-4.5
O-18
-5
-5.5
-6
-6.5
Karst-Kuyu
Azmak Kaynak
Alüvyon
Şekil 17. Çalışma alanındaki farklı sistemleri temsile eden su noktalarında O-18 izotopunun
zamansal değişimi
305
SONUÇLAR
Yeraltısuyu kaynaklarında tuzlanmanın kökeni ve mekanizması ile ilgili sorunlara çözüm
olanakları arasında, hidrokimyasal özelliklerle izotop içeriklerinin birlikte kullanımı,
hidrojeolojik sistem hakkında da önemli bilgiler sağlamaktadır. Gökova kıyı karst
kaynaklarında görülen tuzluluğun kökeninin araştırlması kapsamında izelnen yöntem, karst
akiferinin bir kısmının kirlilik kaynaklı tuzlanma gösterdiğinin, kıyı kaynaklarının karst
akiferinin yanı sıra, ovayı oluşturan alüvyon akiferle de hidrolojik ilişki içinde olduğunu
ortaya koymuştur.
Yarı sayısal bir nitelikte olan bu tür değerlendirmelerin hidrojeolojik ve hidrojeokimyasal
modeller yardımıyla sayısal bir niteliğe kavuşturulması gerekmektedir. Bu çalışma kapsamı
dışında bırakılan model çalışmaları, kütle taşınımı, kimyasal tepkimeler ve yeraltısuyu
akımının birlikte değerlendirildiği olanaklar sunmaktadır.
Bununla birlikte, modellenecek sistemin kavramsal modelinin anlaşılması konusunda önemli
bilgiler, bu çalışmada sunulan yarı-sayısal yöntemlerin kullanımını gerektirmektedir,
Hidrojeolojik sistemin doğru bir şekilde kavramsallaştırılması aşamasında, hidrokimyasal
bileşenlerle izotop içeriğinin birlikte değerlendirilmesi büyük yararlar sağlamaktadır.
KAYNAKLAR
DSİ, 1992, Muğla Gökova ve İskele Kaynakları Geliştirilmesi Karst Hidrojeolojik Etüt
Raporu, DSİ, Jeoteknik Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi, Ankara.
Kurttaş, T., 1997, Gökova (Muğla) Karst Kaynaklarının Çevresel İzotop İncelemesi, Doktora
Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara (Yayınlanmamış)
306

KAZDAĞLARI KUZEY DOĞUSUNDA BULUNAN SOĞUK SU

Transkript

Benzer belgeler

Fizik-1 Uygulama-5

GOT-It 2.0.1 ile Elektromanyetik Sistemlerin

(burdur) mağarası`nda güncel sualtı ve suüstü bulguları

LDAP Administrator ile Active Directory Yonetimi Active Directory

Kalebodur, Elhamra ile geçmişin izlerini seramiğe yansıtıyor

Araştırma derinliği Yüzeyden verilen akımın nüfüz derinliği tamamen

kendi cd`ni kendin yap - Müzik Eğitimcileri Sitesi

Sistem Analizi Ders Notları – Bölüm 2