Sismik Tehlike Değerlendirmesi İçin Sıradışı Bir Araç Olarak Jeoakışkanlar

Yer kabuğundaki sismik hareketlerin ve faylanma mekanizmalarının anlaşılması, sismik tehlike değerlendirmelerinin (PSHA ve NDSHA) doğruluğunu artırmak açısından kritik öneme sahiptir. Geleneksel yaklaşımlar büyük oranda tarihsel deprem kataloglarına bağımlı olup, bu kataloglardaki eksiklikler tehlike seviyesinin olduğundan düşük tahmin edilmesine yol açabilmektedir. Bu sorunu aşmak amacıyla, kabuk içerisindeki gerilme-deformasyon süreçlerinin dolaylı göstergesi olarak jeoakışkanların sismisite ile ilişkisi ele alınmaktadır. Tektanik aktiviteyle doğrudan bağlantılı olan termal suların yüzeye çıkışı ve derin kökenli gaz salınımları, yer kabuğunun geçirgenlik yapısındaki anomalileri yansıtarak geleneksel yöntemleri tamamlayıcı sıradışı bir sismotektonik araç sunmaktadır.

Bu çalışmada, küresel ölçekte derlenen jeoakışkan verileri (termal kaynaklar, helyum izotop bileşimleri, karbondioksit emisyonları) ile sismolojik ve jeofiziksel parametreler (deprem kayıtları, karasal ısı akısı, S-dalgası hızı dağılımları) coğrafi bilgi sistemleri (QGIS) ortamında bir araya getirilmiştir. Araştırma kapsamında, volkanik etkileri dışarıda tutmak amacıyla aktif volkanik merkezlerin 30 kilometre uzağındaki gaz emisyonları filtrelenerek sadece tektonik kökenli derin deşarjlara odaklanılmıştır. Güncel helyum ve termal kaynak katalogları genişletilerek, helyum izotop oranlarının (3He/4He) manto ve kabuk kökenli katkıları belirlenmiş ve bu veriler üst manto sismik tomografi modelleri ile karşılaştırılmıştır.

Analiz bulguları, termal kaynakların yaklaşık %60'ının 30-70 derece sıcaklık aralığında olduğunu ve bunun kabukta 2-3 kilometrelik rezervuar derinliklerine işaret ettiğini göstermektedir. Sismik faylanmaların dikey geçirgenliği artırmasıyla oluşan bu termal kaynaklar, genellikle büyüklüğü 4 ve üzerinde olan depremlerin yarattığı kırık sistemleriyle ilişkilidir. Helyum izotop analizleri ise manto kökenli helyum katkısını gösteren 1.22 Ra eşik değerinin üzerindeki anomalilerin, düşük S-dalgası hızları ve yüksek ısı akısı bölgeleriyle örtüştüğünü ortaya koymaktadır. Buna karşılık, sismik kataloglarda düşük aktivite gösteren bazı alanlarda da aktif tektonik gerilmelerin açık derin fay hatlarını koruduğu ve manto helyumunun yüzeye sızmasına izin verdiği tespit edilmiştir.

Bu sonuçlar, jeoakışkanların sismik tehlike değerlendirmelerinde ve neo-deterministik tehlike haritalamalarında (NDSHA) morfo-yapısal düğüm noktalarının sismotektonik doğrulanması için kullanılabileceğini kanıtlamaktadır. Deprem kataloglarındaki eksiklikler gidermede jeoakışkan anomalilerinin haritalanması, uzun tekrarlanma periyoduna sahip büyük sismik kaynakların yerini belirlemede kritik bir tamamlayıcı rol oynamaktadır. Araştırmacılar için bu çalışma, jeokimyasal parametrelerin jeofiziksel tomografi verileriyle entegrasyonu açısından özgün bir metodolojik çerçeve sunmakta ve gelecekteki çok disiplinli tehlike analizlerine zemin hazırlamaktadır.

Elde edilen bulgular, termal su kaynaklarının ve yüksek helyum-3 izotop çıkışlarının küresel ölçekte rastgele dağılmadığını, aksine sismik olarak aktif olan gerilme alanlarıyla ve derin fay kırıklarıyla mekânsal olarak son derece uyumlu bir örtüşme sergilediğini açıkça ortaya koymaktadır. Özellikle 30 ila 70 santigrat derece sıcaklığa sahip hidrotermal akışkanlar, yer kabuğunun üst sığ tabakalarındaki aktif kırık ağlarının ve hidrotermal sirkülasyon süreçlerinin doğrudan birer yansıması olarak işlev görmektedir.

Yazarlar bu mekânsal korelasyonu, tektonik deformasyonların yerel kabuk geçirgenliğini dinamik olarak değiştirmesi esasıyla açıklamaktadır. Sismik kırılmalar ve kabuk deformasyon süreçleri, başlangıçta geçirgenliği oldukça düşük olan kayaç bloklarında dikey akış yolları açmakta ve bu durum basınç gradyanlarının etkisiyle derin akışkanların yüzeye doğru kalıcı olarak yükselmesini tetiklemektedir. Dolayısıyla, yüzeydeki anomaliler doğrudan derin sismotektonik süreçlerin birer göstergesidir.

Tartışma ve sonuç bölümlerinde, sismik aktivite ile akışkan çıkışları arasındaki bu dinamik etkileşim, literatürdeki sismotektonik modeller ve özellikle Tamburello ve diğerlerinin küresel termal su dağılım çalışmalarıyla ilişkilendirilerek tartışılmıştır. Yazarlar, geçmişte sismik katalogların eksikliğinden dolayı gözden kaçan veya sismisite sıklığı düşük görünen bölgelerde saptanan manto kökenli helyum emisyonlarının, geçmişte yaşanmış veya gelecekte yaşanabilecek 6.5 ve üzeri büyüklükteki depremlerin yarattığı kalıcı derin kırıklarla doğrudan ilişkili olduğunu savunmaktadır.

Bu doğrultuda çalışma, sismik tehlike analizlerinde yalnızca tarihsel deprem kataloglarına ve olasılıksal sismik tehlike değerlendirmesi (PSHA) yöntemlerine bağımlı kalmanın getirdiği sınırlılıkları aşmak adına, jeoakışkan verilerinin deterministik ve neo-deterministik sismik tehlike analizlerine (NDSHA) entegre edilmesini önermektedir. Bu yaklaşım, yer bilimleri literatüründe sismik tehlike değerlendirmelerine çok disiplinli ve sıradışı bir perspektif kazandırarak, tehlike haritalarının güvenilirliğini artırma potansiyeline sahiptir.

Yazarlar, termal su kaynaklarının küresel ölçekteki dağılımının genişlemeli fay sistemleri ve deprem yoğunluğu ile olan ilişkisini Tamburello ve diğerlerinin (2022) çalışmasıyla karşılaştırarak, sismik aktivitenin kabuk geçirgenliğini ve hidrotermal sistem beslenmesini dinamik olarak nasıl sürdürdüğünü açıklamaktadır (Martinelli et al., 2023).

S-dalgası hız anomalileri ve manto derinliği arasındaki ilişkiler Debayle ve diğerlerinin (2016) üst manto tomografisi modeli temel alınarak tartışılmış, düşük sismik hız alanlarının jeoakışkanların dikey hareket yollarını belirlemedeki rolü vurgulanmıştır (Martinelli et al., 2023).

Küresel helyum veri tabanının oluşturulmasında Abedini ve diğerlerinin (2006) derlediği NoGaDat veri seti referans alınmış, bu veri setine 2022 yılına kadar yayınlanmış güncel jeoakışkan helyum izotop ölçümleri eklenerek veri tabanı genişletilmiş ve sismik risk taşıyan alanları saptamak üzere yeniden değerlendirilmiştir (Martinelli et al., 2023).

Bu çalışma sismotektonik ve sismoloji literatüründe geleneksel olarak kabul gören sismisite katalogları ve geodezik verilere dayalı tehlike analizlerine jeoakifkanlar parametresini ekleyerek çok disiplinli bir köprü kurmaktar. Literatürde sismik tehlike değerlendirmeleri sıklıkla Probabilistik (PSHA) veya Deterministik (DSHA) yaklaşımlarla sınırlı kalırken bu araştırma yer altı derin akifkanlarinin (termal sular ve helyum izotoplari) kabuk deformasyonu ve gerilme alanlarındaki değişimlerin hassas birer göstergesi olduğunu ortaya koymaktadır. Jeoakifkanlarin bölgesel ve küresel ölçekteki dağılımlarını sismik tomografi (S-dalgası hızı anomalileri) ve ısı akışı verileriyle entegre ederek deprem kataloglarındaki eksikliklerin giderilmesinde ve gizli kalmış aktif tektonik kiriklarin tespit edilmesinde kullanılabilir alternatif bir metodolojik çerçeve sunmaktadır.

Araştırma Gelfand ve diğerleri tarafından geliştirilen Depreme Eğilimli Alanların Belirlenmesi (REPA) yöntemi ile Panza ve diğerlerinin Neo-deterministik Sismik Tehlike Değerlendirmesi (NDSHA) yaklaşımlarının üzerine inşa edilmiştir. Önceki çalışmalarda morfo-yapısal imarlandirma (MSZ) ve topografik yükseklik değişimleri gibi jeomorfolojik veriler sismotektonik süreksizliklerin belirlenmesinde kullanılırken bu çalışma ilk kez küresel ölçekte helyum izotop oranlarını (3He/4He) ve termal kaynak verilerini sismisite analizlerine dahil ederek bu çerçeveyi genişletmektedir. Tamburello ve diğerlerinin tektonik gaz emisyonları üzerine yaptığı çalışmalardan yararlanılarak yer kabuğunun dikey sismik geçirgenliğinin jeokimyasal kanıtlarla nasıl haritalanabileceği gösterilmiş ve böylece sismoloji ile jeokimya arasındaki kavramsal boşluk doldurulmuştur.

Çalışmanın literatür taraması düzeyindeki temel katkısı sismik tehlike değerlendirme haritalarının doğruluğunu sörgülayan eleştirel yaklaşımlara somut ampirik ve jeokimyasal bir doğrulama katmanı sunmasıdır. Geleneksel olarak deprem kataloglarının eksikliğinden kaynaklanan tehlikeyi eksik tahmin etme riskine karşı kabuk derinliklerindeki gerilme alanlarını yansıtan helyum-3 emisyon anomalilerinin sismik gerilim izleme süreçlerinde nasıl bir erken uyarı veya bölgesel risk parametresi olabileceğini sistematik olarak açıklamaktadır. Sismotektonik araştırmalarda yer altı akifkan dinamiklerinin sadece hidrolojik bir fenomen değil doğrudan litosferik ölçekli gerilme-deformasyon süreçlerinin birer yüzey projeksiyonu olduğunu kanıtlayarak bütüncül bir metodolojik perspektif kazandırmaktadır.