The Eastern Anatolia Plateau Uplift in Response to Mantle Upwelling: Comparison of Geodynamıc Models and Observatıons.


Memiş C., GÖĞÜŞ O., KESKİN M.

Doğu Anadolu Jeoloji Sempozyumu, Van, Türkiye, 7 - 11 September 2015, ss.7-11

  • Basıldığı Şehir: Van
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.7-11

Özet

Doğu Anadolu platosu ortalama 2 km yüksekliğinde, güneyde Arap levhası kuzeyde ise Avrasya levhası ile sınırlanmış bir alan ile temsil edilir. Önceki çalışmalar, Doğu Anadolu litosferinin bu iki plaka arasında sıkışıp-kalınlaştığına bu sebeple de bölge topoğrafyasının izostatik olarak kalın bir litosfer ile desteklendiğine işaret etmekteydi. Ancak, sismolojik çalışmalar Doğu Anadolu’nun kalın bir litosfer yerine, aslında konveksiyon ile ısı ileten sıcak astenosfer tabakasıyla desteklenen normalden ince bir litosfer olabileceği yorumunu getirmiştir. Jeofizik çalışmalarına paralel olarak volkanik kayaç petrolojisi çalışmaları son 10 milyon yıllık kayaçlarda yer yer astenosfer kökenli volkanizma görüldüğüne dikkat çeker. Bunlar bir araya geldiğinde, dalan levha dikleşmesi ve takiben litosferden ayrılıp-kırılması hipotezi günümüz jeofizik anomalileri ve son 10 milyon yıldaki yükselmenin jeodinamik modeli olarak açıklanabilir. Bu kopan levha Neotetis okyanusunun kuzey koluna aittir ve kendisini üzerleyen yığışım prizması altından[MK1]  dikleşerek ayrılması söz konusudur.  Bu ayrılma Bird (1979) Kolorado platosu’nun yükselme mekanizmasına dayandırarak açıkladığı delaminasyon modeli şeklinde tezahür etmiş olabilir. Bu çalışmada iki boyutlu sayısal modelleme yardımıyla farklı fiziksel (kayaç reolojisi), boyutsal ve sınır koşullarının denendiği litosfer delaminasyonu ve kırılması modelleri test edilmiştir. Model sonuçları delaminasyonun düşey yer değiştirmede ani ve geçici yükselme ve alçalmaya neden olacağını göstermiş ve bu sonuçların çoklu parametrelerle değişiklik gösterebileceğine dikkat çekmiştir. Model sonuçları delaminasyon sonrası levha kırılmasının artan levha hızına bağlı olarak daha hızlı gerçekleşebileceğine (> 3 cm/year) bunun ise yüzeyde 4 km’den fazla bir topoğrafya yaratabileceğini göstermiştir. Plastik yenilme değeri düşük modellerde doğal olarak kırılma daha erken gerçekleşirken bu sonucun topoğrafyanın yükselmesinde çok etkili olmadığını göstermiştir. Artan levha hızı, delamine olan litosfer alanının açılmasına engel olarak topoğrafyada daha lokal değişimlere karşılık gelmektedir. Model sonuçları Doğu Anadolu’nun gözlenebilir verileriyle karşılaştırılacak, bu karşılaştırma diğer orojenik platoların (Tibet, And dağları) gelişmesinde rol oynadığı düşünülen delaminasyon hipotezi için bazı bulgular sağlayabilecektir.

ANAHTAR KELİMELER : Jeodinamik, Doğu Anadolu Platosu, Delaminasyon.

The Eastern Anatolia is represented by a plateau region (with an average elevation of 2 km) where it has bounded by the Arabian plate in the south and the Eurasian plate in the north. Previous studies address that the convergence between Arabia and Eurasia effectively shortened and thickened the east Anatolian lithosphere and this results in the uplift of the plateau in conjunction with Airy type isostatic compensation. However, seismological studies have led to the interpretations that the plateau is not compensated by thick lithosphere but by underlying hot-buoyant convective asthenospheric mantle. Paralleling the geophysical interpretations in support of the mantle upwelling under the eastern Anatolia, petrological studies suggest that the outpouring of the last ∼10 Myrs volcanics contain rocks from the deeper asthenospheric mantle. Gathering these interpretations in a geological and physical context, a slab steepening and break-off hypothesis has been proposed to account for the uplift and present day geophysical anomalies for the eastern Anatolia. This hypothesis assumes that the northward subducting Neotethyan ocean slab has reached sufficient density under the east Anatolia and then it peels away from the accreted terrane similar to the lithosphere delamination/decoupling process as in the manner defined by Bird (1979) for the Colorado Plateau. In this work, by using 2-D numerical modeling technique, we investigate various styles of lithospheric delamination process by changing boundary conditions, rheological properties and dimensional constraints in accordance with the geological history of eastern Anatolia during the last 13 Myrs. Our results suggest that during peel away (delamination) vertical displacement pulses in the crust is controlled by many physical factors but our tests for the plasticity (strength) of the underlying mantle lithosphere, the pace of the convergence velocity and changing the thickness of the crust would modify the amount of uplift/subsidence and the crustal deformation evolutionary pattern. Model predictions show that the slab break-off is promoted by higher plate convergence (> 3 cm/year) and this can cause crustal uplift up to 4 km elevation. Lessened plastictic yield stress of the mantle lithosphere naturally promote break-off but does not produce significant surface uplift.  Furthermore, with higher plate convergence, the delamination area does not widen enough and the uplift becomes more localized in central part of the crust. Model predictions are being reconciled against a range of observations in the eastern Anatolia and these comparisons will also show some geodynamic properties to explain the other orogenic plateaus (e.g Tibet, Andes) where delamination may have potentially occurred.

KEYWORDS : Geodynamics, Eastern Anatolia Plateau, Delamination.