Morphometric approach to the geomorphological development and long-term erosion processes of the Samanlı Mountains

Abstract

In the geological time scale, drainage basins record the interrelationship of the factors that
play a role in the formation of the earth. The interaction between analyzes of drainage basins
and geomorphological measurements provides an opportunity to evaluate the evolution
and processes of the land. The aim of this study is to estimate the long-term erosion rates of
the basins in the Samanlı Mountains and to try to evaluate the dominant difference in the
geomorphological appearance by using Geographic Information Systems (GIS) based, morphometric
and surface analysis. The swath profile, normalized river profile, minimum eroded
volume (Ebulk), hypsometric curve (Hc) and integral (Hi), drainage basin asymmetry (AF), surface
roughness and surface index were applied. Thus, it was tried to obtain information about
the recent evolution and the processes on the Samanlı Mountains. According to the results obtained,
the average river concavity factor of the central part of the Samanlı Mountains, which
shows the low plateau feature, is 51.11 and the average hypsometric integral values are 0.35.
In the western (Armutlu Peninsula) and eastern parts of the Samanlı Mountains, the river
concavity factor is 21.16 and 25.35 on average, respectively. The hypsometric integral values
are also represented by higher values than the central part, with an average of 0.48 and 0.49,
respectively. The normal faults extending East-West from the west of the Samanli Mountains
to the middle section, the Esenköy and Yalova fault and the effect of faults seen in the eastern
part, surface roughness, hypsometric integral and surface index values are seen along a
roughly East-West line. These surfaces, which are a sign of a high degree of incision, are also
notable for their high local relief values, knickpoint and long-term erosion rates. The Marmara
Sea, whose geological evolution has started with the settlement of the North Anatolian Fault
in the region since the Neogene, forms the base level for the streams on the mass. With the
development of the Marmara Sea, long-term erosion of the mass must have taken shape.

Keywords

• Samanlı Mountains
• Erosion
• Minimum eroded volume
• Geomorphological evolution

Samanlı Dağları’nın jeomorfolojik gelişimine ve uzun dönemli erozyon süreçlerine morfometrik yaklaşım

Abstract

Jeolojik zaman ölçeğinde drenaj havzaları, yeryüzünün şekillenmesinde rol oynayan etkenlerin
karşılıklı ilişkisini kaydeder. Drenaj havzalarına ait analizler ile jeomorfolojik ölçümler arasındaki
etkileşim, arazinin geçirdiği evrimi ve süreçleri değerlendirme imkânı sunar. Coğrafi Bilgi Sistemleri
(CBS) tabanlı morfometrik analizler ve yüzey analizleri kullanılarak, Marmara Bölgesi’nin
güneydoğusu’nda yer alan Samanlı Dağları’ndaki havzaların, uzun dönemli erozyon oranlarını
tahmin etmek ve jeomorfolojik görünümde baskın olan farklılığı değerlendirmeye çalışmak bu
çalışmanın amacını oluşturur. Bu doğrultuda nitel ve nicel analiz imkanı sunan, swath profil,
normalize edilmiş nehir profili, minimum erozyon hacmi, hipsometrik eğri ve integrali, drenaj
havza asimetrisi (AF), yüzey engebeliliği ile yüzey indeksi uygulanmış, Samanlı Dağları’nın yakın
zamandaki evrimi ve etkili olan süreçler hakkında bilgiler elde edilmeye çalışılmıştır. Elde
edilen sonuçlara göre, alçak plato özelliği gösteren Samanlı Dağları’nın orta bölümünde ortalama
nehir içbükeylilik faktörü 51,11 ve ortalama hipsometrik integral değerleri 0,35’dir. Samanlı
Dağları’nın batı (Armutlu Yarımadası) ve doğu bölümlerinde sırasıyla, nehir içbükeylilik faktörü
ortalama 21,16 ve 25,35 iken, hipsometrik integral değerleri ise ortalama 0,48 ve 0,49 ile orta
bölümden daha yüksek değerler ile temsil edilir. Samanlı Dağları’nın batısından itibaren orta bölüme
kadar uzanan, D-B uzantılı normal faylar, Esenköy ve Yalova fayı ve doğu bölümünde de yer
yer görülen fayların etkisi, yüzey engebeliliği, hipsometrik integral ve yüzey indeksi değerlerinde
kabaca D-B yönlü bir hat boyunca görülür. Yüksek derecede gömülmenin işareti olan bu yüzeyler,
yüksek lokal rölyef değerleri, eğim kırıkları ve uzun dönemli erozyon oranları bakımından da
dikkat çekicidir. Neojenden itibaren Kuzey Anadolu Fayı’nın bölgeye yerleşmesiyle, jeolojik evrimi
başlayan Marmara Denizi, kütle üzerindeki akarsular için taban seviyesini oluşturur. Marmara
Denizi’nin gelişimiyle, kütle üzerindeki uzun dönemli erozyon da şekillenmiş olmalıdır.

Keywords

• Samanlı Dağları
• Erozyon
• Minimum erozyon hacmi
• Jeomorfolojik gelişim

References

1. Andreani, L., Stanek, K. P., Gloaguen, R., Krentz, O., & Domínguez- González, L. (2014). DEM-based analysis of interactions between tectonics and landscapes in the Ore Mountains and Eger Rift (East Germany and NW Czech Republic). Remote Sensing, 6(9), 7971-8001. https://doi.org/10.3390/rs6097971
2. Azañón, J. M., Galve, J. P., Pérez-Peña, J. V., Giaconia, F., Carvajal, R., Booth-Rea, G., A. Jabaloy., M. Vázquez., A. Azor., & Roldán, F. J. (2015). Relief and drainage evolution during the exhumation of the Sierra Nevada (SE Spain): Is denudation keeping pace with uplift? Tectonophysics, 663, 19-32. https://10.0.3.248/j.tecto. 2015.06.015
3. Ardel, A., & İnandık, H. (1957). Marmara Denizi’nin teşekkül ve tekamülü. Türk Coğrafya Dergisi, (17), 1-19.
4. Bilgin, T. (1967). Samanlı Dağları: Coğrafi etüd. İstabul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Yayını
5. Bayrakdar, C. (2013). Akdağ Kütlesi’nin (Batı Toroslar) Jeomorfolojik Evrimine Morfometrik Yaklaşım.[Sempozyum] TÜCAUM VII. Coğrafya Sempozyumu, 48-56. Ankara, Türkiye. http://tucaum. ankara.edu.tr/tucaum-vii-cografya-sempozyumu/
6. Burbank, D. W. (1992). Causes of recent Himalayan uplift deduced from deposited patterns in the Ganges basin. Nature, 357(6380). 680-683. https://doi.org/10.1038/357680a0
7. Champagnac, J. D., Molnar, P., Sue, C., & Herman, F. (2012). Tectonics, climate, and mountain topography. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 117(B2). https://doi. org/10.1029/2011JB008348
8. Champagnac, J. D., Schlunegger, F., Norton, K., Von Blanckenburg, F., Abbühl, L. M., & Schwab, M. (2009). Erosion-driven uplift of the modern Central Alps. Tectonophysics, 474(1-2), 236-249. https:// doi.org/10.1016/j.tecto.2009.02.024

9. Cürebal, İ., & Erginal, A. E. (2007). Mıhlı Çayı Havzası’nın jeomorfolojik özelliklerinin jeomorfik indislerle analizi. Elektronik Sosyal Bilimler Dergisi, 6(19), 126-135. https://dergipark.org.tr/en/pub/ esosder/issue/6133/82245
10. Clift, P. D., Hodges, K. V., Heslop, D., Hannigan, R., Van Long, H., & Calves, G. (2008). Correlation of Himalayan exhumation rates and Asian monsoon intensity. Nature geoscience, 1(12), 875- 880. https://doi.org/10.1038/ngeo351
11. Dolu, E., Gökaşan, E., Meriç, E., Ergin, M., Görüm, T., Tur, H., Ecevitoğlu, B., Avşar, N., Görmüş, M., Batuk, F., Tok, B., & Çetin, O. (2007). Quaternary evolution of the Gulf of Izmit (NW Turkey): a sedimentary basin under control of the North Anatolian Fault Zone. Geo-Marine Letters, 27(6), 355-381. https://doi. org/10.1007/s00367-007-0057-3
12. Eriş, K. K., & Çağatay, M. N., (25 - 29 Nisan 2011). Marmara Denizi’nde geç pleyistosen holosen su geçişleri ve su seviyesi değişimleri sığ sismik ve karot çalışmalarından ipuçları [Bildiri özeti]. 64.Türkiye Jeoloji Kurultayı (ss.57). Ankara, Türkiye.
13. Erturaç, M. (2018). Sakarya’nın jeolojik özellikleri. İçinde İkiel, C. (Ed), Sakarya’nın fiziki, beşeri ve iktisadi coğrafya özellikleri, (ss.99- 125). Sakarya Üniversitesi.
14. Ertek,T.A., Yıldırım, C., Güneysu, A.C., Yaltırak, C., (2000). Marmara Denizi kıyı taraçaları korelasyonu. [Bildiri özetleri kitapçığı] 1.Ulusal Deniz Bilimleri Konferansı, (ss. 108-109) Kültür ve Kongre Merkezi ODTÜ, Ankara.
15. Grujic, D., Coutand, I., Bookhagen, B., Bonnet, S., Blythe, A., & Duncan, C. (2006). Climatic forcing of erosion, landscape, and tectonics in the Bhutan Himalayas. Geology, 34(10), 801-804. https://doi.org/10.1130/G22648.1
16. García-Delgado, H., Machuca, S., Velandia, F., & Audemard, F. (2020). Along-strike variations in recent tectonic activity in the Santander Massif: New insights on landscape evolution in the Northern Andes. Journal of South American Earth Sciences, 98, 102472. https://doi.org/10.1016/j.jsames.2019.102472
17. Göncüoglu, M. C., Erendil, M., Tekeli, O., Aksay, A., Kuscu, İ., & Ürgün, B. (1987). Geology of the Armutlu peninsula. IGCP project, 5, 12-18.
18. Gönençgil, B. (2009). Küresel degradasyon sürecinde dağlar ve dağ alanları yönetimi. Çantay Yayınları
19. Güney, Y. (2018). Çalıdere Havzası’nın (Armutlu Yarımadası, Yalova) morfotektoniğinin jeomorfometrik analizlerle değerlendirilmesi. Coğrafi Bilimler Dergisi, 16(2), 259-271. https://doi. org/10.1501/Cogbil_0000000201
20. Gürbüz, A., & Gürer, Ö. F. (2008). Tectonic geomorphology of the north anatolian fault zone in the Lake Sapanca basin (eastern Marmara Region, Turkey). Geosciences Journal, 12(3), 215-225. https://doi.org/10.1007/s12303-008-0022-9
21. Halis, O. (2020). Samanlı Dağları Kütlesi’nde uzun dönemli erozyonu kontrol eden faktörlerin havza tabanlı değerlendirilesi. (Yayın no: 644853) [Yüksek lisans tezi, İstanbul Üniversitesi) Yükseköğretim Kurulu Başkanlığı, Tez Merkezi.
22. Hayakawa, Y. S., & Oguchi, T. (2009). GIS analysis of fluvial knickzone distribution in Japanese mountain watersheds. Geomorphology, 111(1-2), 27-37. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2007.11.016 Keller, E. A., & Pinter, N. (2002). Active tectonics: Earthquakes, uplift, and landscape. Prentice Hall.
23. Kendir, O. (2010). Yalova il merkezinde alüvyon çökellerin mühendislik özellikleri (Yayın no: 282675) [Yüksek lisans tezi, İstanbul Üniversitesi) Yükseköğretim Kurulu Başkanlığı, Tez Merkezi. https:// tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp
24. Ketin, İ. (1969). Kuzey Anadolu fayi hakkinda. MTA Dergisi, 72, 1-27. https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/599633
25. Koral, H. (2007). Modes, rates and geomorphological consequences of active tectonics in the Marmara Region, NW Turkey—a critical overview based on seismotectonic field observations. Quaternary International, 167, 149-161. https://doi.org/10.1016/j. quaint.2007.02.023
26. Maden Tetik Arama Genel Müdürlüğü (2021). Yerbilimleri harita görüntüleyici. http://yerbilimleri.mta.gov.tr/
27. Maselli, V., & Trincardi, F. (2013). Large-scale single incised valley from a small catchment basin on the western Adriatic margin (central Mediterranean Sea). Global and Planetary Change, 100, 245-262. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2012.10.008
28. McHugh, C. M., Gurung, D., Giosan, L., Ryan, W. B., Mart, Y., Sancar, U., Burckle, L., & Cagatay, M. N. (2008). The last reconnection of the Marmara Sea (Turkey) to the World Ocean: A paleoceanographic and paleoclimatic perspective. Marine Geology, 255(1-2), 64-82. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2008.07.005
29. Menéndez, I., Silva, P. G., Martín-Betancor, M., Pérez-Torrado, F. J., Guillou, H., & Scaillet, S. (2008). Fluvial dissection, isostatic uplift, and geomorphological evolution of volcanic islands (Gran Canaria, Canary Islands, Spain). Geomorphology, 102(1), 189- 203. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2007.06.022
30. Meriç, E., Nazik, A., Avşar, N., Alpar B., Ünlü, S., & Gökaşan, E. (2012). Kuvaterner’de olası Marmara Denizi-İznik Gölü bağlantısının delilleri: İznik Gölü (Bursa-KB Türkiye) güncel sedimanlarındaki ostrakod ve foraminiferlerin değerlendirilmesi. İstanbul Yerbilimleri Dergisi, 22(1), 1-19. https://dergipark.org.tr/en/download/article- file/173659
31. Erol, O., & Şencan, A. (1996). Çınarcık ve çevresinin jeomorfolojik etüdü. Marmara Coğrafya Dergisi, (1), 57-62.
32. Okay, A. I., Zattin, M., Özcan, E., & Sunal, G. (2020). Uplift of Anatolia. Turkish Journal of Earth Sciences, 29(5). https://doi. org/10.3906/yer-2003-10
33. Okay, I. A., Mater, B., Artüz, O. B., Gürseler, G., Artüz, M. L., & Okay, N. (2007). Bilimsel açıdan Marmara Denizi. Türkiye Barolar Birliği Yayınları, 119.
34. Olen, S. M., Bookhagen, B., & Strecker, M. R. (2016). Role of climate and vegetation density in modulating denudation rates in the Himalaya. Earth and Planetary Science Letters, 445, 57-67. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2016.03.047
35. Özdemir, H. (2011). Havza morfometrisi ve taşkınlar. Fiziki Coğrafya Araştırmaları; Sistematik ve Bölgösel, Türk Coğrafya Kurumu yayınları, No 5, 457-474.
36. Pérez-Peña, J. V., Al-Awabdeh, M., Azañón, J. M., Galve, J. P., Booth- Rea, G., & Notti, D. (2017). SwathProfiler and NProfiler: Two new ArcGIS Add-ins for the automatic extraction of swath and normalized river profiles. Computers & Geosciences, 104, 135- 150. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2016.08.008
37. Pike, R. J., & Wilson, S. E. (1971). Elevation-relief ratio, hypsometric integral, and geomorphic area-altitude analysis. Geological Society of America Bulletin, 82(4), 1079-1084. https://doi. org/10.1130/0016-7606(1971)82[1079:ERHIAG]2.0.CO;2
38. Rosenkrantz, R., Spiegel, C., Schildgen, T., & Wittmann, H. (2018). Coupling denudation rate and topography in the rainiest place on Earth: Reconstructing the Shillong Plateau uplift history with in-situ cosmogenic 10 Be. Earth and Planetary Science Letters, 483, 39-51.
39. Schaller, M., Ehlers, T. A., Lang, K. A., Schmid, M., & Fuentes-Espoz, J. P. (2018). Addressing the contribution of climate and vegetation cover on hillslope denudation, Chilean Coastal Cordillera (26–38 S). Earth and Planetary Science Letters, 489, 111-122.
40. Strahler, A. N. (1952). Hypsometric (area-altitude) analysis of erosional topography. Geological society of America bulletin, 63(11), 1117-1142. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1952)63[1117:- HAAOET]2.0.CO;2
41. Sengör, A. M. C. (1979). The North Anatolian transform fault: its age, offset and tectonic significance. Journal of the Geological Society, 136(3), 269-282. https://doi.org/10.1144/gsjgs.136.3.0269
42. Şengör, A. M. C., Tüysüz, O., Imren, C., Sakınç, M., Eyidoğan, H., Görür, N., Pichon, L.P., & Rangin, C. (2005). The North Anatolian fault: A new look. Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 33, 37-112. https://doi. org/10.1146/annurev.earth.32.101802.120415
43. Şaroğlu, F., & Güler, B. (2020). Batı Anadolu tektonik kaması’nın güncel deformasyonu: Batıya doğru kaçıştan kaynaklanan blok hareketleri. Türkiye Jeoloji Bülteni, 63(2), 161-194. https://dergipark. org.tr/tr/download/article-file/1024176
44. Tarı, U., & Tüysüz, O. (2008). İzmit Körfezi ve çevresinin morfotektoniği. İTÜ Dergisi/d,1(7), 17-28. http://itudergi.itu.edu.tr/index. php/itudergisi_d/article/viewFile/383/329
45. Turoğlu, H. (2018). Kaya yüzeyi sertliği ile ayrışma ve kaya erozyonunun tahmin edilmesi: avşa adası granit formasyonları üzerine bir örnek çalışma. Jeomorfolojik araştırmalar dergisi, (1), 1-12. https://dergipark.org.tr/en/pub/jader/issue/43138/523009
46. Uzun, M. (2014). Lale Dere (Yalova) Havzası’nın jeomorfolojik özelliklerinin jeomorfometrik analizlerle incelenmesi. Route Educational and Social Science Journal, 1(3), 72-88.
47. Whipple, K. X., & Tucker, G. E. (1999). Dynamics of the stream‐power river incision model: Implications for height limits of mountain ranges, landscape response timescales, and research needs. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 104(B8), 17661- 17674. https://doi.org/10.1029/1999JB900120
48. Whittaker, A. C., Cowie, P. A., Attal, M., Tucker, G. E., & Roberts, G. P. (2007). Contrasting transient and steady‐state rivers crossing active normal faults: New field observations from the Central Apennines, Italy. Basin Research, 19(4), 529-556. https://doi. org/10.1111/j.1365-2117.2007.00337.x
49. Yaltırak, C. (2015). Marmara Denizi ve çevresinde tarihsel depremlerin yerleri ve anlamı. İTÜ Vakfı Dergisi, 67, 56-62.
50. Zattin, M., Cavazza, W., Okay, A. I., Federici, I., Fellin, M. G., Pignalosa, A., & Reiners, P. (2010). A precursor of the North Anatolian Fault in the Marmara Sea region. Journal of Asian Earth Sciences, 39(3), 97-108. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2010.02.014
51. Zeitler, P. K., Meltzer, A. S., Koons, P. O., Craw, D., Hallet, B., Chamberlain, C. P.,Kidd, W.S.F., Park, S.K., Seeber, L., Bishop, M., & Shroder, J. (2001). Erosion, Himalayan geodynamics, and the geomorphology of metamorphism. Gsa Today, 11(1), 4-9. https://www.geosociety.org/gsatoday/archive/11/1/pdf/i1052- 5173-11-1-4.pdf