Paleoiklim çalışmalarında istatistiksel uygulamalar: Hazar ve Van Gölü verilerinde bağımsız bileşen analizi, ve gö 4.2 ka olayına bayesçi bir test

Kuaterner geçmiş iklim çalışmaları, özellikle istatistiksel ve sayısal yöntemler açısından birçok probleme sahiptir. Ben bu tez kapsamında varolan iki paleoiklim problemine üç farklı çalışma ile çözüm önermekteyim. Kuaterner çalışmalarında, sahadan alınan karot boyunca ölçülen jeokimyasal verilerin, özellikle XRF ölçümleri sonucunda elde edilen element profillerinin, birçok farklı süreç tarafından kontrol edildiği bilinmektedir. Bu sebepten ötürü, verilerdeki farklı süreçlere bağımlılık durumunu bertaraf etmek amacıyla birçok çalışmada bu veriler birbirleriyle normalize edilerek kullanmaktadır. Bazı çalışmalarda ise ikinci dereceden istatistiksel yöntemlere dayalı boyut küçültme teknikleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlerden en yaygın kullanılanı temel bileşenler analizidir (PCA). PCA'nın temel amacı varyansı maksimize eden ekseni bulup, diğer eksenleri de bu eksene ve birbirlerine ortogonal ve sıralı bir şekilde varyansı en büyükten küçüğe doğru sıralamaktır. Bu yöntem, eğer maksimal varyansı ifade eden eksene dair bir hipotez varsa veya verideki gürültüden kurtulmak isteniyorsa kullanışlıdır. Kullanırken de yöntemin dayattığı, verilerin normal dağılımlı olması gerekliliği ve/veya veriler arasındaki yüksek lineer korelasyonun sonuçları taraflı vereceği gibi kısıtlamalara dikkat etmek gerekir. İlk iki çalışmada Hazar Gölü ve Van Gölü jeokimya verilerine uyguladığımız bağımsız bileşen analizi (ICA) yöntemini boyut küçültme yöntemlerine alternatif olarak önermekteyiz. Üçüncü çalışmada ise, günümüzden 4.2 ka önce gerçekleştiği iddia edilen ani iklim değişikliğini destekleyen veriler üzerinde Bayesçi test uygulanmıştır. Bu çalışmanın önemi, 2018 yılı içinde Orta/Üst Holosen için stratigrafik sınır olarak kabul edilmiş iklim değişimine dair nicel bir test olmasıdır. Hazar Gölü, güneydoğu Anadolu'da, deniz seviyesinden 1255 m yüksekte yer alan tektonik bir göldür. Bölge karasal Akdeniz iklim özellikleri göstermektedir. Yıllık yağışın önemli bir bölümü ilkbahar ve kış aylarında gözlemlenmektedir. Hazar Gölü'nden, 2009 yılında 3.8 m uzunluğunda alınan karotta (Hz11-P03) μ-XRF, duraylı izotop (δ 18 O ve δ 13 C) ve manyetik duyarlılık ölçümleri yapılmıştır (Chapter 2). Karotta belirlenen altı farklı noktadan radyokarbon ölçümleri alınmıştır. Gözle görülen bir hiatusun da varlığı dikkate alınarak Bayesçi yöntemlerle elde edilen yaş-derinlik modeline göre karot günümüzden önce son 17.3 ka yılı kapsamaktadır. Bölgenin geçmiş iklim parametrelerini ortaya çıkarabilmek adına μ-XRF verileri üzerine (Ca, Fe, K, Mn, Sr ve Ti sayımları) ICA uygulanmıştır (Chapter 2). ICA, PCA sonuçlarından farklı olarak, sıralı sonuçlar vermemektedir. Bu sebepten ötürü, ICA sonuçlarından elde edilen altı bağımsız bileşenden yağış ve sıcaklık eğrilerini elde edebilmek için iyi tanımlı iklim verileri, NGRIP δ 18 O ve Sofular δ 13 C, ile bağımsız bileşenler arasındaki uzaklık korelasyonların ölçüsüne bakılmıştır. Uzaklık korelasyonunun lineer korelasyon ölçülerine göre farkı, aykırı değerlerle baş edebilmesi ve lineer olmayan ilişkileri de yakalayabilmesidir. Elde edilen uzaklık korelasyonu sonuçlarına göre, iki bağımsız bileşenin bölgenin sıcaklığını (Hz-ic5) ve yağışını (Hz-ic4) temsil ettiği düşünülmektedir. Buna göre bölge 17.3 ka BP ve 14.8 ka BP arasında yağışlı ve soğuk, ancak Bølling-Allerød döneminde yağışlı ve sıcaktır. Younger Dryas karotta bir hiatus ile temsil edilmektedir. Bu dönemde göl seviyesinin düştüğü ve bölgenin kurak olması gerektiği söylenebilir. Holosen başında sıcaklıklar kademeli olarak artış göstermiş ve bunun neticesinde yaklaşık 8 ka BP civarında Holosen "normallerine" ulaşmıştır. Ancak, Erken Holosen'de bölge yağışlıdır. 8 ka BP ve 5 ka BP arasında bölge ılık ancak kuraktır. 5 ka BP ve 3.5 ka BP arasında bölge ılık ve yağışlı özellikler göstermektedir. Bundan sonraki dönemde üç tane kısa süreli soğuk ve kurak dönem gözlenmektedir. Bunlar yaklaşık 3.5 ka BP, 2.8 ka BP ve 1.8 ka BP dönemlerine denk gelmektedir. MS ve δ 13 C sonuçları yağış sonuçlarını destekler niteliktedir ancak δ 18 O sonuçları birden fazla sürece bağlı olduğundan bu çalışmada yorumlanamamıştır. Van Gölü, Doğu Anadolu'da deniz seviyesinden 1650 m yükseklikte yer alan, dünyanın en büyük sodalı gölüdür. Bölgenin iklimi Hazar Gölü ve çevresine benzemektedir. Karasal Akdeniz iklimi ile karasal iklimin sınırında olduğu iddia edilmiştir. Tektonik bir çöküntü olan havzadan ICDP projesi kapsamında bölgenin geçmiş ortam değişimlerinin araştırılması amacıyla, sondajla çökel istifi çıkarılmıştır. Bu çökellerden elde edilen vekil verilerle halihazırda geçmiş iklim rekonstrüksiyonları yapılmıştır. Bunun yanında, Van Gölü çevresinde gözlemlenen taraçalar ve bunların yaşları gölün seviyesinin Son Buzul Maksimum'da bugüne göre yaklaşık 80 m daha yukarıda olması gerektiğini göstermiştir. Ancak ICDP projesi kapsamında yapılan bazı rekonstrüksiyonlar, gerek oluşturdukları veri tabanlı modellere göre, gerekse de kullanılan bazı dinamik iklim modellerine göre bölgenin bu dönem kurak olması gerektiğini ve su seviyesinin bugüne göre belki de 200 m kadar aşağıda olması gerektiğini öne sürmüşlerdir. Bu ikileme çözüm önermek adına (Chapter 3) Van Gölü, Ahlat Sırtından sondajla alınmış çökel istifi verilerine, bu veriler, XRF'ten elde edilmiş Ca, Fe, K, Mn, Si sayımları, toplam organik karbon ve CaCO 3 ölçümleri ve B* (renk yansıması) değerleridir, ICA uyguladık. Bu veriler günümüzden önce 250 ka temsil etmektedirler. Ancak, Hazar Gölü çalışmasından farklı olarak bu çalışmada ICA uygulamadan önce, ölçüm hatasaından kaynaklanabilen, "en aykırı" değerleri veriden temizledik. Bunun ardından, ICA bileşenleri başlangıçta rastgele seçilen birim vektöre göre küçük farklılıklar gösterebildiğinden, başlangıç vektörünü 250 kere değiştirerek kısmen farklı sonuçlar elde ettik. Bu sonuçları birbirlerine olan uzaklıklarına göre kümeleyip olası bağımsız bileşen sayısını tespit ettik. Buna göre, anlamlı sekiz bağımsız bileşen belirledik, ve her bir küme içerisinde toplam benzerliği en yüksek olan bileşen kullanılmak üzere seçildi. Bu sekiz bileşenin karşılıklı bilgi benzerlik ölçüsüyle NGRIP δ 18 O ve analize girilen verilerle benzerliklerini kontrol ettikten sonra bu bileşenlerden bir tanesinin (Van-IC8) bölgenin geçmiş sıcaklık değişkenliğine, bir diğerinin ise (Van-IC7) bölgenin geçmiş yağış değişkenliğine karşılık geldiğini iddia etmekteyiz. Elde edilen sonuçlara göre, bölgenin sıcaklığı kuzey yarımküre için sıcaklık eğrisi denebilecek NGRIP δ 18 O eğrisine benzemektedir, buzul dönemleri soğuk ve buzularası dönemler ılık geçmektedir. Buzul dönemler içindeki ani ısınma ve kademeli soğuma olayları (Dansgaard/Oeschger döngüleri) sıcaklık eğrisinde gözlemlenmektedir. Yağış eğrisi ise, daha önce ortaya koyulan modellerden farklı nitelikler göstermektedir. Buzullaşmanın maksimum olduğu dönemlerde bölge yağışlıdır. Buzularası dönemlerin başında yağışlı ancak devamlarında ise kurak bir dönem göstermektedir. Yağış eğrisi bölgedeki Son Buzul Maksimum'da oluşmuş taraçalara da cevap vermektedir. Akad İmparatorluğunun (Yukarı Mezopotamya) günümüzden 4.2 ka önce ani bir iklim değişikliği ile çöktüğü iddia edilmektedir. Bu hipotez ortaya atıldıktan sonra dünyanın farklı yerlerinde bu hipotezi destekleyen deliller gözlemlenmiştir. Yakın zamanda bu olay jeolojik zaman çizelgesinde Orta Holosen ve Geç Holosen için bir sınır olarak kabul edilmiştir. Bu ani iklim değişikliğini temsil ettiğini iddia eden deliller genelde paleoortam vekili olan zaman serileridir. Ancak bu zaman serilerinin varolduğu iddia edilen iklim değişikliğine gösterdikleri tepkiler ve bu tepkilerin geometrileri birbirlerinden oldukça farklıdır. Ani iklim değişikliği hipotezini destekleyen verilerden başka, bu değişikliği desteklemeyen veriler de mevcuttur. Biz bu çalışma kapsamında Doğu Akdeniz'de ve Arap Yarımadası etrafında ani değişimi gösterdiğini iddia eden zaman serilerini, ani iklim değişikliği göstermeyen zaman serileri ile günümüzden önce 4.4 ka yılına kadar sentetik olarak yeniden oluşturup, sentetik veriyi geleceğe ekstrapole ettik (Chapter 4). Verileri sentetik olarak oluştururken Bayesyen Yapısal Zaman Serileri yöntemini kullandık. Günümüzden önce 4.4 ka ve 3.9 ka arasında, sentetik olarak oluşturulmuş zaman serisi ile gerçek zaman serisi arasındaki farka tek taraflı Bayesçi hipotez testi uygulayıp zaman serisindeki etkinin anlamlılığını test ettik. Buna göre, test edilen verilerden hipotezi desteklediğini iddia eden bazı zaman serileri anlamlı bir etki göstermektedir. Bir kısmı ise iddia edilen etkiyi göstermemektedir. Üçüncü grup veri kümesinde ise, etki gözlemlenmesine rağmen etkiden sonra zaman serilerinde seviye kayması gözlemlenmiştir. Bunun sebebi, ya aslında zaman serisi üzerinde düşünüldüğü gibi bir etki yoktur, ya da iddia edilen etki vekil veri üzerinde kalıcı bir etki bırakmıştır.