Mağara çökellerinin iz element içeriğinden paleoiklim koşullarının belirlenmesi

Abstract

Mağara taşları, bollukları mağara içindeki ve dışındaki çevresel koşullarcadenetlenen iz elementler içermektedirler. Bu çalışmada Yelini Mağarası'na (Eskişehir,orta-batı Anadolu) ait 131.5 mm uzunluğunda bir dikit örneğinde iz elementiçeriğindeki değişim 266 nanometre dalga boylu lazer aşındırma sistemi içerenICPMS cihazı ile incelenmiştir. Taban ve orta bölümlerine ait U/Th yaşları, örneğinklim Optimumu ile Küçük Buz Çağı iklim dönemlerini içeren MS 1145 ile 1700 yıllarıarasında çökeldiğini göstermektedir. Beyaz ve krem renkli laminalarınardalanmasından oluşan örnekte beyaz laminaların krem renklilerden daha inceolduğu görülmüştür. Örneğin ortalama lamina kalınlığı 251 mikron olarakbelirlenmiştir. Çökelin bazı bölümleri buharlaşmayı gösteren gözenekler içermektedir.Örnekte çökelim dönemi boyunca, Mg, P, S, Mn, Sr, Ba, Na, Al, Si, Fe, Ni, Cu, Zn,Rb, Th, U ve Ca'u içeren 17 elemente ait 29 izotopun bolluk değişimi incelenmiştir.Çalışmada kullanılan kesitler 10 mikron/s hızla taranmıştır. Toplanan veriler Ca-43izotopuna göre standartlaştırılarak lazer absorbsiyon salınım etkisi giderilmiştir.Verilere uygulanan Pearson's korelasyon ve hiyerarşik öbekleme analizleri karbonatgrubu (Ca, Mg, Sr, Ba, U ve Rb), Al-Si grubu (Na, Al, S, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn ve Th) veorganik grubu (P and S) altında üç farklı element birlikteliğinin varlığını göstermiştir.Element sayımları ağaç halkalarına dayalı geçmiş yıllık yağışlar ve kuzey yarıküregeçmiş hava sıcaklıkları ile karşılaştırılmıştır. Mg ve diğer karbonat grubuelementlerin bollukları artan hava sıcaklığı ve beslenim suyu geçiş süresi ileartmaktadır. Al-Si grubu element bolluklarının yüzeydeki sellenme olayları ile ilgiliolduğu düşünülmektedir. P ve S bollukları ılıman-yağışlı dönemlerde artmaktadır. Pve Mg'un yıllık ve mevsimlik ölçekteki değişimi bu elementlerin geçmiş sıcaklık veyağış hakkında iyi birer gösterge olabileceklerine işaret etmektedir.Anahtar Kelimeler: LA-ICPMS, speleotem, mağara taşı, dikit, paleoiklim, Anadolu,Küçük Buz ÇağıDanışman: Prof.Dr. Serdar BAYARI, Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji MühendlsiğiBölümü, Hidrojeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı

Speleothems, formed in cave environment, contain trace elements whose spatialabundance variation is controlled by the temporal changes in environmentalconditions in and outside the cave environment. A 266 nanometer UV laser ablationsystem coupled with an ICPMS has been used in this study to investigate theelemental abundance variation in a 131.5 mm long stalagmite taken from Yelini Cave(Eskişehir, central-west Anatolia). Based on two U/Th dates from bottom and middlesections, the sample was found to have deposited between 1145 AD and 1700 AD, aperiod that extends in Medieval Climatic Optimum and Little Ice Age periods. Totalthickness of both laminae averages to 251 microns. Parts of speleothem include vugyzones as indicator of enhanced evaporation. Abundance of 29 isotopes of 17elements including Mg, P, S, Mn, Sr, Ba, Na, Al, Si, Fe, Ni, Cu, Zn, Rb, Th, U and Cahas been measured in order for determining the environmental conditionsthroughout the depositional period. The speed of 10 microns per second was usedfor profiling along evolution axis. Collected data were normalized to eliminate theeffect of laser absorption fluctuations that occurred due to varying color andcrystallinity. Pearson?s correlation and hierarchical cluster analyses revealed threeelemental associations, namely carbonate group (Ca, Mg, Sr, Ba, U and Rb), Al-Sigroup (Na, Al, S, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn and Th) and organic group (P and S).Comparison of elemental signal series with those of tree-ring based past annualprecipitations and with Northern hemisphere mean annual temperature revealed thefollowings. Mg and other members of carbonate group are positively correlated withincreasing temperature and residence time. Abundance of elements in Al-Si groupseems to be associated with flood recharge. P and S signals have increased duringmild and wet climatic periods. Analyses of annual to sub-annual variations of P andMg proved that these elements as remarkable proxies for short term variations ofpast temperature and precipitation.Keywords: LA-ICPMS, speleothem, paleoclimate, Anatolia, Little Ice AgeAdvisor: Prof.Dr. Serdar BAYARI, Hacettepe University, Department of GeologicalEngineering, Hydrogeological Engineering Section