Pamukkale termal kaynağının (Denizli) kimyasal ve izotop bileşiminin mevsimsel incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada Pamukkale termal kaynaklarının debileri ile kimyasal ve izotop kompozisyonundaki zamansal değişimlerin ve bu değişimleri etkileyen proseslerin araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla Pamukkale sahasından 5 adet termal su, 4 adet soğuk su ve 1 adet yağmur suyu, Karahayıt sahasından 1 adet termal su örneklenmiştir. Su numunelerinin kimyasal ve izotopik (delta oksijen-18, delta döteryum, trityum ve delta karbon-13) analizlerinden yararlanarak suların kimyasal kompozisyonu, kökeni, yeraltındaki sirkülasyon zamanı, mineral doygunlukları ve rezervuar sıcaklığı belirlenmeye çalışılmıştır. İnceleme alanı termal sularının rezervuar kayaçları Neojen ve Mesozoyik yaşlı kireçtaşları ile Paleozoyik Menderes Masifi metamorfikleridir. Neojen yaşlı birimlerinin geçirimsiz litolojileri örtü kayayı oluşturur. Termal kaynaklar yağış sularının derinlere süzülmesi, yüksek jeotermal gradyan ile ısıtılması ve faylar yoluyla yüzeye yükselmesi sonucu oluşmuştur. Termal kaynakların sıcaklıkları, elektriksel iletkenlikleri ve pH değerleri sırasıyla 27,7–60,6 santigrad derece, 1950–3140 mikrosiemens/cm ve 5,82–7,00 arasında değişmektedir. Termal sular genellikle kalsiyum-magnezyum-bikarbonat-sülfat tipindedir. Çevresel izotop içerikleri termal suların meteorik kökenli olduğunu, yüksek sıcaklıklı suların 1952 yılı öncesi beslenmeye sahip olduklarını ve düşük sıcaklıklı suların ise 1952 yılı öncesi ve güncel beslenmenin bir karışımını yansıttığını göstermektedir. Soğuk suların duraylı izotop içerikleri ve kotları arasındaki ilişkiden termal suların beslenme alanı yüksekliklerinin 1190-1325 m arasında olduğu belirlenmiştir. Delta karbon-13 değerlerine göre termal sulardaki karbondioksidin kaynağı başlıca karbonat kayaların dekompozisyonudur. Pamukkale termal kaynaklarının debisi anlık ya da mevsimsel yağışlardan çok yıllık toplam yağış ortalamasından eklenik sapma ile kontrol edilmektedir. Ancak 2015 yılından beri debideki dikkate değer azalma olasılıkla doğal ve insan kaynaklı faktörlerden kaynaklanmaktadır.

This study aims to investigate the temporal variations in the discharge, chemical, and isotopic composition of Pamukkale thermal springs and the processes affecting these changes. For this purpose, 5 thermal water samples, 4 cold water samples and 1 rainwater sample from the Pamukkale site, and 1 thermal water sample from the Karahayıt site were collected. Chemical and isotopic analyses (delta oxygen-18, delta deuterium, tritium, and delta carbon-13) of the water samples were used to determine the chemical composition, origin, underground circulation time, mineral saturation, and reservoir temperature of the waters. The thermal spring reservoirs in the study area are composed of Neogene and Mesozoic limestones and Paleozoic Menderes Massif metamorphics. The impermeable Neogene units form the cover rock. Thermal springs have formed as a result of rainfall infiltration to deeper levels, heating by high geothermal gradient, and ascent to the surface via faults. The temperatures, electrical conductivities, and pH values of the thermal springs range from 27.7–60.6 degrees Celcius, 1950–3140 microsiemens/cm, and 5.82–7.00, respectively. The thermal waters are mostly of the calcium-magnesium-bicarbonate-sulfate type. Isotopic composition indicate that the thermal waters are of meteoric origin, with high-temperature waters having a recharge that predates 1952, and low-temperature waters reflecting a mixture of pre-1952 and recent recharge. The relationship between stable isotopic composition and elevations of cold waters suggests that the elevation of the thermal waters' recharge area ranges from 1190 to 1325 meters. According to delta carbon-13 values, the source of carbon dioxide in the thermal waters is primarily decomposition of the carbonate rocks. The discharge of Pamukkale thermal springs is controlled more by the deviation from the annual average precipitation than by instantaneous or seasonal rainfall. However, since 2015, the notable decrease in discharge is likely due to both natural and anthropogenic factors.