Fiziksel jeoloji Buzullar Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Buzllar, Kadir Dirik, 2006 1 BÖLÜM 15 BUZULLAR VE İŞLEVLER İ 15.1. G İR İŞ Bu bölümde, yeryüzünün % 10 kadar bir alanını kaplayan buzulların a şındırma ve ta şıma i şlemlerindeki rolü incelenecektir. 15.2. KAYAÇ OLARAK BUZ Buzullarla ilgilenen yerbilimciler için buz da bir kayaç çe şidi olup; buz mineralinden olu şan ve kristalli tanelerden meydana gelen bir kayaç olarak tanımlanır ( Şekil 15.1). Di ğer kayaçlara göre yo ğunlu ğu daha dü şüktür. Katıla şmı ş bir akı şkan olarak magmatik kayaçlara, yeryüzünde tabakalar şeklinde çökelerek büyük kalınlıklara ula şabilen bir kayaç olarak tortul kayaçlara; ve basınç altında tekrar kristallenerek (recrystallization) olu şan bir formasyon olarak ba şkala şım kayaçlarına benzerlik gösterir. Buz mineralinin di ğer e şde ğerlerinden bir farkı da çok dü şük sıcaklıklarda erimesidir, di ğerleri yüzlerce derece daha yüksek sıcaklıklarda erimektedirler. Şekil 15.1. Bir buzul buzuna ait tipik kristal mozayi ği 15.2.1. Buzul nedir ? Bir buz kütlesi, di ğer herhangi bir zemin veya kaya kütlesi gibi yamaç a şa ğıya hareket edebilir. Bu, hareket eden veya eskiden etmi ş oldu ğu anla şılan buz kütlelerine buzul denir. Bu kütleler iki ba şlıkta incelenir: kıtasal buzullar (continental glaciers) ve vadi buzulları (valley glaciers). Kıtasal buzullar Kıtasal buzullar, vadi buzullarına göre çok daha geni ş alanlar kaplarlar. Bunlar çok yava ş hareket eden ve çok kalın buz tabakalarıdır. En geni şleri, Grönland ve Antarktika'da bulunanlarıdır ( Şekil 15.2). Bunlar bu kıtasal alanların hemen hemen tümünü örterler. Vadi buzulları Kayak yapanlarla da ğcılar, vadi buzullarını - alpin buzullar da denir - tanırlar. Bu tür buzullar, da ğlık kesimlerde ya ğan ve biriken karların, vadiler içinde ve a şa ğıya do ğru yaptıkları hareketlerle olu şurlar ( Şekil 15.3). Buzullar genellikle vadilerin enini tamamen kaplarlar ve vadi tabanındaki kayaçları yüzlerce metre örterler. Sıcak ve dü şük enlemdeki bölgelerde, vadi buzulları vadilerin ancak ba şlarında, da ğların yüksek kesimlerinde bulunabilirler. Daha so ğuk ve yüksek enlemdeki bölgelerde ise, buzullar çok daha geni ş alanlar kaplarlar. Bazen denize kadar uzanırlar ve buz parçaları kırılarak denize dü şebilir ve denizde yerde ği ştirirler (icebergs, buzda ğları, Titanik !). 15.2.2. Buzullar nasıl olu şurlar ? Bir buzulun ba şlangıcında çok miktarda ya ğan ve yazın erimeyen kar vardır. Kar yava ş yava ş buza dönü şerek hareket etmeye ba şlar ve bir buzul olu şur. İlk ko şul: dü şük sıcaklıklar Buzulların olu şabilmesi için, karın yıl boyunca yerde kalabilmesi, bunun için de dü şük sıcaklıklar gerekmektedir. Bu da ya yüksek enlemde yerlerde, ya da topo ğrafik olarak yüksek kesimlerde gerçekle şebilir. Şekil 15.4'te, yeryüzünde enleme ve yüksekli ğe ba ğlı olarak buzulların olu şabildikleri alanlar belirtilmi ştir. Görüldü ğü gibi, kutup bölgelerinde deniz seviyesinde buzulların olu şabilmesi veya kalabilmesine kar şın, Orta Afrika'da bu seviye, Kilimanjaro da ğlarında 5500 metreye ula şmaktadır. Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Buzllar, Kadir Dirik, 2006 2 Şekil 15.2. Grönland ve Antarktikada üzerindeki kıtasal buzullar (Press & Siever 1998) Şekil 15.4. Enlem-yükselti-buzul olu şumu (Press & Siever 1998). Şekil 15.3. Alaskadaki bir vadi buzulunun görünümü (Monroe & Wicander 2005). Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Buzllar, Kadir Dirik, 2006 3 İkinci ko şul: nem Kar ve buzul olu şumu, nem ve so ğuk gereksinmektedir. Buzullar, da ğlık alanlarda nemli rüzgarların ya ğı ş bıraktıkları k ısımda geli şebilirler fakat ya ğı ş gölgesinin oldu ğu di ğer da ğ yamacı kuru ve buzulsuz olacaktır (bakınız ya ğı ş gölgesi). Güney Amerika'nın And dağlarında hakim rüzgarlar do ğudan estikleri için, bu da ğların do ğu kısımları buzullu, batı kısımları ise karsız ve buzulsuzdur Buzul büyümesi: birikme Taze bir kar ya ğı şı, toz gibi gev şek kar tanelerinden olu şur. Bu tür kar yerde kaldıkça a şa ğıya do ğru çöker, sıkı şır ve daha yo ğun, taneli bir yapı kazanır. Bu karın üzerine gelen her yeni kar kütlesi, alttakini sıkı ştırararak daha yo ğun hale getirir ( Şekil 15.5). Bu şekilde kar kütlesi gitgide sıkı şan, yo ğunla şan ve taneleri eriyerek tekrar çimentolanan bir kayaç gibi peki şir. Genellikle 10 ila 20 sene arasında zaman alan bu buzul olu şturma olayına birikme (accumulation) denir. Buzullar içinde hem mamut gibi hayvan, hem de eski insanlara ait az bozulmu ş kalıntılara rastlanmı ştır. Ayrıca, kalın buzulların kimayasal analizleri bize buzulun olu ştu ğu zamanlara ait atmosferin kimyasal özelliklerini - örne ğin CO 2 miktarı - vermektedir. Şekil 15.5. Karın buza dönü şmesi (Press & Siever 1998). Şekil 15.6. Buzlarda beslenme ve erime (Press & Siever 1998). Buzulun küçülmesi: yüzden erime (ablation) Bir buzulun bir yılda kaybetti ği toplam buz miktarına yüzeyden erime (ablation) denir ( Şekil 15.6). Nedenleri şunlardır: • erime: buz eridi ğinde - örne ğin buzulun hareketleri sonucu daha sıcak kesimlere gelmesi ile - buzul malzeme kaybeder; • buzda ğları olu şumu ile: bir buzul kıyıya geldi ğinde, buz parçaları kırılarak denize dü şerler; • süblimasyon : so ğuk kesimlerde buz, do ğrudan katı halden gaz haline geçebilir; • rüzgar a şındırması: kuvvetli rüzgarlar, buzu eriterek ve süblimasyonla a şındırabilir. Buzul bilançosu: birikme ile yüzeyden erimenin farkı Birikme ile yüzeyden erimenin farkı buzul bilançosunu verir. Bu fark uzunca bir süre için sıfırsa buzul harekette olsa bile hacmi de ği şmez. Böyle bir buzulda, üst kesimlerde karla birikme, alt kesimlerde ise yüzeyden erime ile buz kaybı olur. Antarktika buzullarının bir kesiminde yapılan bir ara ştırma, 1936-1992 arasında özellikle 1966'dan sonra buzul kütlesinin önemli miktarda azaldı ğını göstermektedir ( Şekil 15.7). Bu, küresel ısınmanın oldu ğunu gösteren bir delil sayılabilir. Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Buzllar, Kadir Dirik, 2006 4 Şekil 15.7. Antarktika buzullarının azaldı ğını gösteren haritalar (Press & Siever 1998). 15.3. BUZULLAR NASIL HAREKET EDER ? Buz, kendini yerinde tutan direnç - sürtünme - kuvvetlerini yerçekimi etkisi ile yenecek kadar kalınla şınca - metrelerce kalınlık gerekir - hareket etmeye ba şlar. İlk bakı şta sa ğlam görünen buzdan olu şmu ş bir buzul kütlesi neden ve niçin hareket eder ? 15.3.1. Buzul hareketinin nedenleri Bu hareket iki türlü olur: buzulun (kendi) içinde ve buzulun altında. Buzulun içinde olan plastik bir akı ştır ve buzulun içinden mikroskopik ölçeklerde kaymasıdır. Buzulun dibinden kaymasına temelden kayma denir ve buzulun temelinden itibaren üstünde bulundu ğu ortam üzerinde kaymasını ifade eder. Kuru buzullarda hareket: plastik akı ş Bir buzulun içinde hüküm süren büyük basınçlara maruz kalan buz kristalleri kısa zamanlarda çok küçük hareketler (milimetrenin on milyonda biri kadar) yaparlar ( Şekil 15.8). Buna plastik akı ş (plastic flow) denir. Bu tür bireysel hareketlerin çok büyük sayıda kristal tarafından yapıldı ğı dü şünüldü ğünde, toplam hareketin önemli hızlara ula şabilece ği ortaya çıkar ( Şekil 15.9). Bu tür hareket buzulların çok so ğuk iklim ko şullarında olmaları durumunda egemendir. Tüm buzul, erime sıcaklı ğının çok altında bir sıcaklıktadır ve altındaki zemine donarak yapı şmı ştır. Plastik akı şla, buzulun hareketleri zemindeki toprak veya kayaçları deforme ederek koparır ve buzulla beraber ta şır. Şekil 15. 8. Buz kristallerinin plastik akı şı. Şekil 15.9. Buzul ölçe ğinde plastik akı ş (Press & Siever 1998). Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Buzllar, Kadir Dirik, 2006 5 Nemli (sulu) buzullarda hareket: temelden kayma (basal slip) Temelden kayma, temel ile buzul arasındakı k ısmın sıcaklı ğına ba ğlıdır. Buzulların alt kesimlerinde temele uyguladıkları basınç, buz kütlesinin yüksekli ği nedeni ile çok büyüktür. Basınç arttıkça erimenin de artması ile, buzulun alt kesimlerinde buz eriyebilir ve bir ya ğ gibi kaydırıcı etkisi olan bir su tabakası olu şabilir ( Şekil 15.10). Bu suyun olu şumu, donma noktasının altında sıcaklıklarda dahi olabilir - buz pateninde, patenin altındaki ince çelik sırtın buzda yaptı ğı büyük basınçla buzu eritmesi ve kayma olması gibi. Kristallerin plastik akı ş sırasında da sürtünme dolayısı ile çok az da olsa bir miktar buz eriyerek suya dönü şür. Bu su miktarları, buzulun içinde su filmleri yaratarak ya ğlayıcı etki ile kaymaların olu şmasına neden olurlar. Şekil 15. 10. Buzul tabanındaki erimi ş suyun neden oldu ğu Şekil 15.11. Vadi buzullarındaki hareket (Press & Siever temelden kayma (Press & Siever 1998). 1998). Akı ş şekilleri ve hızları Vadi buzulları, hızları buzulun derinli ği ve vadi yamaçlarına olan uzaklıklarına ba ğlı olarak hareket ederler. Buzulun temelde ve vadi yamaçlarında kayaçlarla olan dokanaklarında kuvvetli sürtünmeler mevcuttur. Buzullarda yürütülen ölçme çalı şmaları, buzulun en hızlı k ısmının ortasında oldu ğunu göstermi ştir (yılda 75 metre olabilir). Ayrıca buzulun içine açılan dü şey deliklerdeki deformasyonların incelenmesinden, buzulun temelinin - altının – ortasına göre daha yava ş hareket etti ğini ortaya çıkarmı ştır ( Şekil 15.11). Kıtasal buzullarda ise hareket buzulun en kalın oldu ğu orta kesimden dı şarıya do ğrudur ( Şekil 15.12). Günümüzde buzul hızları uydu ve uçak radarları ile tespit edilebilmektedir. Şekil 15.12. Kıtasal buzullarda hareket en kalın kısımdan dı şarıya do ğrudur (Press & Siever 1998). Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Buzllar, Kadir Dirik, 2006 6 15.4. BUZULLARIN OLU ŞTURDUKLARI YER ŞEK İLLER İ Buzullara ba ğlı olarak geli şen yer şekilleri ancak buzullar çekildikten sonra anla şılabilir. 15.4.1. Buzul a şındırması ve a şındırma şekilleri Buzulların a şındırma gücü dikkat çekicidir. Birkaç yüz metre yüksekli ğindeki bir buzul, bir yılda milyonlarca ton kayaç koparmakta ve ö ğütmektedir - bunu ta şımak için 300 büyük i ş kamyonu 365 gün çalı şmak zorunda kalır. Buzulların a şındırma büyüklü ğü, su ve rüzgarla kar şıla ştırıldı ğında çok büyüktür. Kenarlarınde ve temelinde bir buzul, kayaçları parçalar ve bunları altındaki kayacı ö ğütür. Böylece ev boyunda kaya blokları ile kil boyuna - buna kaya unu (rock flour) denir – kadar de ği şik boyutta malzeme ö ğütülür. Buzul üzerinden geçti ği kayaçları çizer ( Şekil 15.13). Bugün gözlemlenen bu tür çizikler (striations) hem bir buzul hareketinin oldu ğunu hem de bu buzulun ne tarafa do ğru hareket etti ğini gösterirler. Burada da kaya engellerine rastlayan buzullar, kayanın çarptıkları kısmını zımparalarlar, di ğer kısım ise, kumullarda oldu ğu gibi, parçalanan tanelerin birikti ği bir yer olur ( Şekil 15.14). Bu birikim kısmı, fransızcadan gelen ve "koyunun arkası, gerisi" - roche moutonnée: koyunsu kaya, koyunun kuyruk kısmına olan benzerlik dolayısı ile - anlamına gelen bir deyimle anılır ve buzulun hareket yönünü saptamada kullanılır. Bu şekilde, eskiden buzulların nasıl hareket etmi ş oldukları anla şılabilir. Şekil 15. 13. Buzulların çizdi ği kayaç üzerindeki izler (Press & Siever 1998). Şekil 15.14. Koyunsu kayanın olu şumu (a), koyunsu kayaya bir örnek (alttaki resim) (Monroe & Wicander 2005). Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Buzllar, Kadir Dirik, 2006 7 Bir buzul vadisinin en üst olu şum kesimlerinde, a şındırma ile "amfiteatr" şeklinde ve sirk (cirque) denen bir şekil geli şir ( Şekil 15.15). Sirklerden itibaren a şa ğı kesimlere do ğru vadileri kullanarak inen buzullar, vadilerin yamaçlarını a şındırarak şekillendirirler. U harfine benzemesi nedeni ile, bu vadi türlerine U şeklinde vadiler denir. Bunlar, da ğlık kesimlerde akarsuların olu şturdukları V şeklindeki vadilerden farklıdırlar. Buzul ve akarsular sadece vadi şekilleri ile de ğil aynı zamanda kolları ile olan eklemleri ile de farklılıklar gösterirler. Buzullar erimeden bu eklemler birbirlerine benzerler fakat bu durum buzullar eridi ğinde de ği şebilir. Buzul erimesi ile ortaya daha derin bir ana vadi ve ona kavu şan fakat daha sı ğ ve erime sonrasında asılı kalan vadiler (hanging valley) olu şabilirler ( Şekil 15.16). Bu tür eklemlerde kollardan gelen su, şelalelerle (waterfall) ana kola kavu şur. Yine akarsulardan farklı olarak, buzul vadileri denizel kesimlerde a şındırmasına devam etmi ş olabilir. Buzul çekildi ğinde ortaya çıkan, denize do ğru ilerleyen U şekilli uzun vadilerdir. Bunlara fiyord (fjord) ismi verilir. Şekil 15.15. Buzullarla olu şan sirkler. Şekil 15.16. a) Morenler ve olu şumları. b) Buzullar eridikten sonra ortaya çıkan şelaleler ve asılı vadiler (Press & Siever 1998). 15.4.2. Buzullara ba ğlı çökelme ve olu şan yer şekilleri Buzullar önlerine kattıkları her boyuttan malzemeyi sürükleyerek hareket ederler. Buzulun eridi ği kesimlerde bu sürüklenen malzeme çökelir. Bu çok de ği şik boyutlarda tane içeren, kötü boylanmı ş, tabakasız, karmakarı şık bir yapıdadır ( Şekil 15.17) ve "sürükleme, til" (drift, till) denir. Buzulun erimesi ile olu şan su, di ğer akarsu çökellerinde oldu ğu gibi ve sürüklemelere göre daha düzenli, daha iyi boylanmı ş ve tabakalı yapıda bir tortul kayaç bırakır (outwash). Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Buzllar, Kadir Dirik, 2006 8 Buzullara ba ğlı çökeller Bir buzul tarafından ta şınan veya sürükleme olarak çökeltilen bloklu, kumlu ve killi malzemeye genelde moren (moraine) adı verilir. Buzulun ne tarafında olu şmu şsa morene o tarafla ilgili isimler verilir ( Şekil 15.18). Boyut ve görünüm açısından en göze çarpanı, buzulun ucunda olu şan uç morenidir (end moraine). Biti ş moreni (terminal moraine) ise bir buzulun ula şabildi ği en uzak noktada çökelen ve dolayısı ile bu noktayı simgeleyen bir morendir. Yanal morenler (lateral moraine), buzulun vadi yamacında parçaladı ğı ve bıraktı ğı sürüklemelerdir. İki kom şu ve birle şen vadiye ait yanal morenler ise, vadilerin birle şme noktasından a şa ğıya do ğru orta moreni (medial moraine) olu ştururlar. Yer moreni ise, buzulun tabanında yaptı ğı a şındırma i şlemi ile ta şıdı ğı ve biriktirdi ği morendir. Şekil 15.17. Tipik bir til’in görünümü yapısı (ortadaki insana dikkat). Şekil 15.18. Yan morenlerin görünümü Şekil 15.19. De ği şik morenlerin olu şumu Buzul suyuna ba ğlı çökeller Buzullardan eriyerek akan ve tortul ta şıyan ve çökelten sularla de ği şik şekillerde çökelme olabilir. Bunlardan eskerler (esker), buzullardan çıkan ve genellikle düz olmayan, fakat ortalama olarak buzul hareket do ğrultusunda akan suların bıraktıkları dar, uzun, kum ve çakıldan olu şan çökellerdir ( Şekil 15.20). Kanala benzeyen uzanımda ve yılankavi (sinuous) olmaları, iyi boylanmı ş ve suyla ta şınmı ş oldu ğunu dü şündüren tortul yapıları eskerlerin akarsularla ta şınmı ş olduklarına i şaret etmektedir. Eskerler, bir göle kavu şmaları durumunda bir delta şeklinde çökelme ortamı yaratabilirler. Bunlara kama (kames) denir. Bu kamalarda, yazın erimi ş sularla kaplı göllerde olan kaba siltli çökelmeler yerini kı şın gölün donarak göl suyunun hareketsiz olması nedeni ile çökelen killi seviyeler alır. Böylece kı şları yazın birikmi ş olan siltli malzemenin üzerine daha ince killi kısımlar çökelirler. İlginç bir di ğer olu şum ise, outwash ovasında yeralan ve kenarları e ğimli, içi bazen suyla dolu olan bo şluklardır. Bu bo şluklara kazan (kettle) adı verilir ( Şekil 15. 20). Varlıkları, güncel buzullarda da gözlenen bir olguyla açıklanmaktadır. Buzullardan kopan ve bireysel olarak outwash ovasında kayarak duran bir buz kütlesinin erimesi için bir süre geçecektir (1 kilometre çapında bir buzul en azından 30 senede erir). Bu sırada buzul, etrafında hareket eden kum ve çakıl parçaları ile kısmen sıvanır. Blo ğun erimesine kadar geçen sürede ana buzul outwash ovasını besleyemeyecek kadar geriye çekilebilir. Bu durumda, buzulun etrafını saran taneler, buzul eriyince bir bo şlu ğun ortaya çıkmasını sa ğlarlar. E ğer bu bo şluk alanı, yeraltı su tablasının altında ise burada bir göl olu şur. Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Buzllar, Kadir Dirik, 2006 9 drumlin Şekil 15.20. Esker, kama (kame), kazan (kettle), uç moren (end moren), yıkama ovasının (outwash plain) olu şumu (a) (b) Şekil 15.21. Akarsu a şındırmasına (a) ve bir buzul a şındırmasına (b ve c) ait morfolojik farklılıklar. Akarsu a şındırması ‘V’ şekilli vadiler, yuvarlak sırtlar ve tepeler ile karakterize olurken Buzul a şındırması ‘U’ şekilli vadiler, sivri sırt ve tepeler, asılı vadiler ile karakterize olur. (c) Fiziksel jeoloji II Ders Notları, Buzllar, Kadir Dirik, 2006 10 15.5. BUZUL ÇA ĞLARI: PLEY İSTOSEN BUZUL ÇA ĞI Buzul çökellerinin ula ştıkları alanları inceleyen jeologlar, bugün Grönland'da yeralan kıtasal buzulların bir zamanlar çok daha geni ş yer kapladıklarını – Kuzey Amerika'nın ortalarına kadar - gösterdiler. Daha sonra yapılan çe şitli ara ştırmalar, yerkürenin Dördüncü zaman (Kuvaterner) boyunca bir kaç buzul ça ğı geçirmi ş oldu ğunu ortaya çıkardı. Bu buzul ça ğları boyunca, okyanus suyunun buzullara dönü şmesi ile, bu sularda önemli alçalmalar oldu ğu anla şıldı. Buna göre, en önemli buzul ça ğlarından biri olan ve günümüzden 18 000 yıl önce olu şan buzul ça ğında, deniz suyunun yakla şık 130 metre kadar dü ştü ğü ve bugünkü buzul kütlesinin üç misli kadarının olu ştu ğu (yakla şık 70 milyar metre küp) dü şünülmektedir. Buzul ça ğlarının olu şmasını en iyi açıklayan kuram, güne şin etrafında dönen ve bu yıldızdan devamlı olarak ısı alarak dı ş dengesini olu şturan dünyanın eksenindeki kısa (10 000 yıllık), orta (20 000 yıllık) ve uzun (100 000 yıllık) vadeli de ği şikliklerdir. Bu de ği şiklikler ile, dünyanın aldı ğı ısı miktarı de ği şmekte ve azaldı ğında olu şan so ğumanın sonucu buzullar artmaktadır. Şekil 15.22. Yerküre’nin dönmesi ve yörüngesindeki küçük düzensizlikler iklim de ği şimlerini etkiliyebilir. (a) Yerküre’nin yörüngesi yakla şık bir daireden (sol) bir elipse (sa ğ) geçmekte ve yakla şık 100,000 yıl sonra bu olay tekrarlanmaktadır. (b) Yerküre’nin dönme ekseni yava ş hareket etmekte ve uzayda bir koni olu şturmaktadır. (c) Bugün Kuzey Yarıküre’nin kı ş geçirdi ği Ocak ayında Yerküre güne şe en yakın durumdadır. (d) 11,000 yıl sonra durum terslenecektir.