Le Pichon ve arkadaşları İstanbul'u tehdit eden olası bir depremin, Marmara'yı tek parça halinde kıracağı şeklindeki varsayımlarını bu yazıda temellendiriyor ve deprem senaryosunun ve önlemlerinin buna göre hazırlanmasını diliyorlar.

Xavier Le Pichon, Chaîre de Géodynamique, College de France, Paris
Tuncay Taymaz, İTÜ Maden Fakültesi Jeofizik Bölümü, İstanbul
A. M. C. Şengör, İTÜ Maden Fakültesi, Jeoloji Bölümü, İstanbul

Bu yazının amacı okuyucuya, 17 Ağustos 1999 Kocaeli depreminden sonra Kuzey Anadolu Fay sistemi boyunca daha batıda meydana gelecek büyük depremin boyu, yeri ve tabiatı hakkında fikir edinmek maksadıyla İTÜ Maden Fakültesi Jeoloji ve Jeofizik bölümlerinde , Collège de France'da ve Türkiye Jeolojik ve Jeofizik Deniz Araştırmaları çerçevesinde yapılan çalışmaların bazı sonuçlarını sunmaktan ibarettir. Bu sonuçların İstanbul şehrinin ve genelde Tekirdağ'dan Gebze'ye kadar olan kuzey Marmara sahil şeridinde bulunan yerleşmeler, sanayi tesisleri ve yol, muhtelif boru hatları ve enerji iletim hatları için hayati önemi vardır. Onun için bu bölgelerde yaşayan veya mal sahibi olanları bilgilendirmeği çalışmaların bu ilk safhasında dahî görevimiz addetmekteyiz. Bu aynı zamanda son günlerde gazetelerde çıkan "iki Marmara senaryosu" gibi haberlerin halkta ve muhtemelen bazı yöneticilerde yarattığı kararsızlığın ortadan kaldırılmasına da katkıda bulunacaktır.

Burada sunulan sonuçlar deprem büyüklüğü ve deprem momenti kavramlarının açıklıkla anlaşılmasını gerekli kılmaktadır. Aralarında bu dergide yayın yapmış bazı meslektaşlarımız da bulunan halkımızın ekseriyetine bu kavramlar yabancıdır. Bunların anlaşılamaması medyada yanıltıcı ve dolayısıyla halkın emniyeti açısından zararlı bazı spekülâsyonlara neden olmuştur. Tektonik (yani jeolojinin dünya kabuğunun mimarisi ve bunun gelişmesiyle uğraşan dalı) ve sismoloji (deprembilim) uzmanı olmayan ve bu konularda bilgisiz oldukları görülen akademik unvan sahibi kişilerce yapılan bu spekülâsyonlar Marmara Denizi'nin tabanının yapısının anlaşılmasında karışıklık yaratmakta, bilhassa kavranması zaten son derece güç olan yapısal jeolojik problemlerin halk ve idareciler tarafından hiç anlaşılamamasına neden olmaktadır. Bu nedenle aşağıda önce şiddet, magnitüd (=büyüklük) ve moment kavramlarını açıklayacağız.

Depremler üzerine gözlem yapan bir bilimcinin ilk yapması gereken şeylerden biri yerin nasıl sarsıldığını tespit etmektir ki bunun ardından "nasıl bir nedenle?" sorusu sorulabilsin. Bunun en ilkel yollarından biri "çok mu sarsıldı, az mı sarsıldı?" sorusuna cevap vermektir. İlk defa İtalya'da Domenico Pignataro 1783 yılında beş kademeli bir sallanı şiddeti ölçeği geliştirmiş, bunu hafif, mutedil, güçlü, çok güçlü ve âfet olarak ayırarak Calabria'da 1783-1786 yılları arasında olan deprem serisini buna göre sınıflamıştır. 1828'de Hollanda'da P. N. C. Egen bu ölçeği altı basamağa çıkarmıştır. Sismolojinin kurucularından Kont Montessus de Ballore klasik sismoloji kitabında bu tür ölçeklerin tarihini detaylı olarak anlatmış ve Cancani tarafından yapılan ölçek karşılaştırmasını ve buradan türeyen "mutlak ölçeği" anlatmıştır (1) .

Bir sonraki adım eşit şiddette sarsılan bölgeleri belirlemek olmuştur ki bu ilk defa Ren Nehri boyunda 29 Temmuz 1846'da meydana gelen deprem için Johann Noggerath tarafından 1847 yılında yapılmıştır. Şekil 1'de verilen harita Noggerath'ın haritasının baştan çizilmiş şeklidir. Burada Coblenz ve St. Goar civarından en şiddetli sarsılma rapor edilmiş, daha dıştaki bölgeler daha az sarsılmıştır 2 . Değişik şiddette sarsılan bölgeleri ayıran çizgilere isoseist (=eşit sarsılma) çizgileri denir. Kont Montessus de Ballore , yer içinde depremin oluşma noktasına odak , veya derin merkez (hiposantr) bunun yeryüzündeki düşey izdüşümüne de üst merkez (episantr) demiştir. En şiddetli sarsılan bölge episantrı içerir, ama bunu öznel gözlemlere dayanarak tespit edebildiğimiz için her zaman gözlenen episantr ile gerçek episantr çakışmaz. Mesela, 17 Ağustos depreminin en şiddetli vurduğu yer Gölcük'tü, ama gerçek episantr muhtemelen bunun doğusundaydı.

Yer sarsıntısının şiddetinin tespiti bir yerde de bir depremin bir diğer depreme nazaran büyüklüğünün de bir göstergesi olarak kullanılmağa başlandı. Tabiî muhtelif insan yapısı binaların yamulmasını kıstas alan bu yöntemin yapıdan yapıya değişen özellikler nedeniyle önemli bir zayıflığı vardır. Fakat hemen hemen 100 küsur yıl boyunca yer sarsıntısı şiddeti depremin de büyüklüğü hakkında fikir edinmek için tek yol olarak kaldı. Tablo I günümüzde bilhassa deprem
mühendisleri tarafından hasarın dağılımı hakkında fikir edinmek için kullanılan ve Giuseppe Mercalli tarafından İtalya'da ondokuzuncu yüzyıl sonuna doğru geliştirilerek Alman Sieberg ve diğerleri tarafından zamanın inşaat tekniğine göre yirminci yüzyıl içinde tâdil edilen ölçektir.

Şiddet ölçeklerinin en faydalı yanlarından biri de aletli deprembilimin gelişmesinden önce meydana gelmiş depremlerin incelenmesindeki yararlarıdır. Örneğin, 1680 yılında güney İspanya'da Malaga'da meydana gelen deprem, gözlemcilerin raporlarından derlenen bilginin arazinin fay haritasıyla birleştirilmesi sonucu hem episantrın yeri, hem hiposantrın derinliği (50 km), hem de olasılı büyüklük aralığı (M 6,4-7,1) tahmin edilebilmiştir. Bu tür çalışmaların en güzel
örneklerini Prof. Nicholas N. Ambraseys'in Ortadoğu tarihsel depremleri üzerine ülkemizi de içeren çalışmaları verir. Türkiye'nin genç tektoniğini ve hele depremselliğini anlamak isteyen herkes bu tür tarihsel depremsellik çalışmalarının yöntem ve sonuçlarını öğrenmek zorundadır. Marmara Denizi'nin tektoniği hakkında 17 Ağustos'tan sonra dile getirilen ve yayımlanan pek çok fahiş hatanın altında tarihsel depremselliğin nasıl değerlendirileceğinin bilinememesi, bu işin
her önüne gelen eğitimsiz kişice de yapılabileceği kanısı yatmaktadır .

Nesnel bir deprem büyüklük ölçeğinin geliştirilebilmesi, depremi insan gözleminden bağımsız kaydedebilecek depremölçerlerin (sismograf) gelişmesine bağlıydı. İlk kullanılabilir sismograflar ondokuzuncu yüzyılın son çeyreği içinde Filippo Cecchi , James Ewing ve Thomas Gray gibi sismologlarca geliştirildi. Bunlar yerin sarsıntısını objektif olarak ölçebiliyorlardı. Bu aletlerin gösterdiği, daha önceki şiddet dağılımı çalışmalarından elde edilen sonuçların aynısıydı. Yani depremin odağından uzaklaştıkça yerin sarsılma şiddeti azalıyordu (Şekil 2) . Bu şiddet, Şekil2'de görüldüğü gibi sismograflarca dalga genliği olarak kaydediliyordu. Tabiî ki bu genliğin değişmesine neden olan sırf uzaklık değildi. Deprem merkezinden yayılan enerjinin miktarı ve sismografın büyütme oranı d etkiliydi. Ancak 30'lu yıllarda Kaliforniya'da kurulmuş olan sismograf ağı birbrinin tıpkısı olan sismograflardan oluşuyordu. Bu büyütme sorununu ortadan
kaldırıyordu. California Institute of Technology sismologlarından Charles Richter bu avantajı kullanarak yalnızca uzaklığın genlik üzerindeki etkisini incelemeğe koyuldu.

Richter'in bu soruna yaklaşımı, ordinatı genlik, absisi uzaklık olan grafikler çizmek oldu (Şekil 3). Richter amplitüdün uzaklıkla azaldığını biliyordu, ama kendisini hayrete düşüren, değişik büyüklükteki iki depremde bu azalmanın benzer olmasıydı (Şekil 3) . Bir diğer ifade ile, amplitüd azalmasını temsil eden eğrilerin hepsi birbirine Şekil 3'de görüldüğü gibi kabaca paraleldi. Demek ki herhangi iki depremin amplitüd farkı uzaklıktan bağımsızdı, çünkü iki amplitüdün birbirine
oranı hep sabit olacaktı. Şimdi iş meydana gelen depremlerin amplitüdlerinin kendisiyle karşılaştırılacağı bir sıfır düzeyi (yani başvuru standardı) bulmağa kalıyordu. Richter bunu elindeki sismografların hassasiyetine göre yaptı ve 100 km'lik bir uzaklık için 1 mm'nin binde biri büyüklüğünde bir genliği sıfır düzeyi kabul etti. Bunu yaparken Richter'in amacı öyle bir sıfır düzeyi seçmekti ki, olacak her depremin büyüklüğü pozitif çıksın. Ancak geçen zaman içinde sismograflar o denli hassaslaştılar ki, negatif büyüklükler de artık elde edilebiliyor. Örneğin, bir sismograf alıcısının yayında bir balyoz vuran bir insan - 4 büyüklüğünde bir deprem üretebilir.

Richter geliştirdiği ölçeğe astronomide kullanılan yıldız parlaklık ölçeğinde kullanılan büyüklük (=magnitude, ki bu dilimize artık manyitüd olarak da geçmiştir) terimini taktı. Kaliforniya'daki depremlerin büyüklüklerini ölçmek için kullandığı amplitüd S dalgalarının (yani makaslama dalgalarının) kaydıydı. Buna mahalli büyüklük (=local magnitude: M L denir). Ancak yüzey dalgalarının S dalgalarından çok daha fazla enerji taşıdıklarının anlaşılması ve deprem büyüklüğünün aynı zamanda üretilen enerjinin de bir yansıması olmasının arzu edilmesi neticesinde Charles Richter ve büyük Alman sismologu Beno Gutenberg tarafından yüzey dalgalarını kullanarak Ms (=surface wave magnitude) denilen yeni bir büyüklük geliştirildi.

Odakları yüzlerce kilometre derinde olan derin depremler büyüklük tespitinde yeni bir sorunu ortaya çıkardı. Bunlar sığ şoklar gibi aynı periyodda ve yüksek genlikli yüzey dalgaları üretmiyorlardı. Onun için odak derinliğinden etkilenmeyen P (veya basınç) dalgalarını kullanan yeni bir büyüklük daha türetildi. Kütle dalgalarını kullandığı için buna Mb adı verildi (body-wave magnitude) .

Büyüklük, değişik dalgaların ortalaması alınarak hesaplandığı için, değişik istasyonlardan elde edilen bir ortalamadır. İstasyonlar ne kadar fazla olursa, büyüklük hesabı o denli güvenilir olur, zira sismograf üzerinde kaydedilen amplitüdler dalganın yayılma yönüne, yol boyunca karşılaşılan fiziki şartlara ve her kayıt istasyonundaki zemin şartlarına bağlıdır. Bu nedenlerden ötürü yerleri ve enstrümanları değişik olan değişik gruplar tarafından büyüklük hesapları da değişiklik
gösterebilir. Bu nedenle gerek 17 Ağustos depreminde, gerekse de 12 Kasım depreminde Kandilli grubuna medya tarafından rastgele yöneltilen eleştiriler yalnızca medya mensuplarının cehaletinden kaynaklanmaktadır.

Çok büyük depremlerin (Ms>=7,3 ve üstü) yüzey dalgaları yoluyla büyüklüklerinin hesaplanmasında sorun çıkmaktadır, zira büyük fay kırılmalarında hareket eden kayaç kütlelerinin ürettikleri enerji yüzey dalgaları hesabına girmez. Bu sorunu bertaraf etmek için tüm depremlerin büyüklüklerini hesap edebilecek bir yöntem geliştirilmiştir ki buna da moment büyüklüğü (Mw) denir. Bu büyüklük ve bilhassa moment kavramı Marmara Denizi altında bulunabilecek olasılı bir
fayın boyutlarının tarihsel depremsellik verilerinden hareketle tahmin edilmesi açısından bizler için büyük önemi haizdir.

Sismik moment, deprem üreten kaynağın büyüklüğünün bir ölçüsüdür ve şu şekilde tanımlanır: Mo=mAu

Burada m kayaçların makaslama gerilmesine gösterdikleri direnç, A fay düzeyinin kırılan (yani kayan) kesimi, u da fay boyunca meydana gelen ortalama ötelenme, yani kaymadır. Burada çok önemli bir husus, u ile fay uzunluğu arasında bir ilişki olmasıdır. u ne kadar çoksa, fay da o denli uzun olmalıdır. Gözlemler göstermiştir ki, büyüklüğü 7'nin üzerinde olan depremler 100 kilometreden daha uzun fay parçalarını kırmaktadırlar. Şimdi, Mw=8 olan bir depremin ne
büyüklükte bir alanı kırması gerektiğini düşünün.

Momentten hareketle moment büyüklük şu formülle hesaplanır: Mw=2/3log 10 Mo-6,0

Mw de sismik momentten hesaplanan enerji kullanılarak hesaplanan bir büyüklük türüdür ki kuşkusuz en "gerçekçi" büyüklük budur. Ancak bunun da momente bağlı olması gözlemsel olarak en nesnel büyüklüğün Mw olduğunu göstermeketir. Büyük büyüklüklerde Mw ile Ms arasında önemli farklar görülür. Örneğin 1960 Şili depremi Ms olarak 8,3 iken Mw 9,5'tu. Şekil 4 , Mw ile diğer M ölçeklerinin karşılaştırılmasını sunmaktadır.Şekil 5'de de muhtelif doğal ve
insan yapısı olayların açığa çıkarttıkları enerji ve bunun moment büyüklük açısından ifadesi görülmektedir. Bu grafik okuyucuya büyük depremin ürettiği enerjinin büyüklüğü hakkında bir fikir verebilir.

Şekil 6, Aykut Barka ve arkadaşlarının çeşitli yerlerde yayımladıkları Marmara tabanı fay geometrisini göstermektedir. Armutlu yarımadası batısındaki fayların hiçbirisi 100 km uzunlukta değildir. Yani bunların hiçbirisi 7'nin üzerinde deprem üretemez. Halbuki 10 Eylül 1509'da meydana gelen ve Küçük Kıyametadı verilen büyük deprem büyük bir olasılıkla Mw>=8'di. Bizi bu kanıya götüren gözlemler şunlardır (3) :

1. İstanbul'da 1000 ev yıkılmış, 5000 can kaybı olmuştur. Şehri kuşatan duvarlarda büyük hasar olmuş, 49 kule yıkılmıştır. Eğrikapı ile Yedikule arasındaki tüm duvarlar, Edirnekapı ve Silivri Kapısı yıkılmıştır. Deniz surlarında İshak Paşa Kapısına kadar büyük hasar olmuş, Topkapı Sarayı tarafında Dilsiz Kapısı ile Kayıklar Kapısı arası çökmüştür. Galata Kulesi parçalanmış, Galata'nın müdafaa duvarları yıkılmıştır. Ayasofya'nın bir minaresi yıkılmış, Fatih Camiinde çok
daha ciddi hasar olmuştur. Hem İstanbul tarafında hem de Beyoğlu'nda yer yarılarak kum fışkırmış, sahil yer yer büyük derinliklere kadar çökmüştür. 109 cami hasar görmüştür. Anadolu Hisarı ve Anadolu Kavağındaki Yoros kalesi zarar görmüştür. Kızkulesi feci şekilde yıkılmış, Haliç boyunda Fener duvarları ciddi tamire ihtiyaç göstermiştir.

2. İstanbul dışında Çekmece köprüleri zarar görmüş, Silivri kalesi yıkılmıştır. Çorlu'da halk o derece korkmuştur ki iki ay evlerine girememiştir.

3. Dimetoka'da bulunan saray zarar görmüş, şehirde başka zarar da olmuştur.

4. Gelibolu'da zarar görmeyen tek bir ev kalmamıştır.

5. Bursa'dan zarar rapor edilmiştir.

6. İznik tahrip olmuştur.

7. İzmit'te tüm camiler ve kaleler tamamen tahrip olmuştur. Bu şehirde başka zarar da vardır. Gebze'de 300 süvari depremde telef olmuştur.

8. Bolu'da kuleler ve minareler çökmüştür.

9. Deprem Kahire'de, Kırım'da, Yunanistan'da ve Besarabya'da hissedilmiştir.

Bu korkunç deprem son beş yüzyılda tüm Doğu Akdeniz bölgesinden bilinen en büyük afettir. Hiç kuşkusuz Gelibolu'dan Bolu'ya kadar olan bir alandaki Kuzey Anadolu Fayı'nı -tek bir fay halinde olmasa bile- tek parça olarak kırmıştır. Bir başka deyişle hareket eden fayların birbirlerine bağlanarak tek bir moment üretebilecek kadar sürekli geometrileri olduğunu varsaymak zorundayız. Tablo-I'de verilen değiştirilmiş Mercalli ölçeğini bir kılavuz olarak alırsak bu
depremin moment büyüklüğünün 8 veya üzerinde olması gerektiği kanısına varırız. Okay ve diğerlerinin 4 depremin burada sayılan tesirlerini Marmara dışında bir odağa bağlamak istemeleri eldeki bilgilerle çelişmektedir. Ambraseys ve Finkel'in de tahmin ettikleri gbi bu depremin olasılı odak noktası İstanbul'un 10-20 km güneyinde olmalıdır.

Ancak o noktada bu denli büyük bir depremi yapacak uzunlukta bir fay eldeki haritalarda görünmemektedir.Şekil 7'de görülen haritadaki tek ve uzun fay işte bu tutarsızlığı çözümlemek için Xavier Le Pichon tarafından ortaya atılan tek ve uzun bir fay fikrinin Le Pichon, Şengör ve Taymaz tarafından geliştirilmiş şeklidir (Yayın Le Pichon ve diğerleri tarafından hazırlık aşamasındadır). Fikrin geliştirilmesi esnasında MTA Sismik-1 gemisi tarafından Türkiye Ulusal Jeoloji
ve Jeofizik Deniz Araştırmaları çerçevesinde toplanmış veriler kullanılmıştır. Bu fikir şimdi, başkanlığını Naci Görür'ün yaptığı yeni bir proje çerçevesinde gene Sismik-1'in toplayacağı verilerle kontrol edilmektedir. Ayrıca Naci Görür, Xavier Le Pichon, A. M. C. Şengör ve Tuncay Taymaz'ın oluşturduğu ve başvurusu yapılmış bir başka proje Fransız finans desteği beklemektedir.

Büyüklük-Moment-Fay Uzunluğu ilişkilerinden hareketle, Marmara Denizi'nin altında, mevcut hiçbir haritada görülmeyen kabaca doğu-batı uzanımlı ve kuzeye doğru hafifçe konveks büyük bir fayın uzandığı tahmin edilmektedir. İlk veriler bu yorumu destekler niteliktedir. Yorum doğru ise büyük bir afet olan 10 Eylül 1509 depreminin izahı kolaylaşmaktdır. Bu yorum ayrıca İstanbul'u bekleyen büyük depremin bazılarınca ifade edildiği atımın gibi birkaç faya dağılarak küçük
depremlere bölüneceği tezinin doğru olamayacağını göstermektedir.

Tersine tek, uzun bir fay burada 1509'da ve 1766'da olduğu gibi gene 7'den büyük bir deprem yaratabilecektir. Kanımız Erdik'in modeline temel alınan 7,4 büyüklüğün fazla iyimser bir tahmin olduğu istikametindedir. İstanbul'u vuracak depremin senaryoları 8 büyüklüğü hedeflerlerse en emniyetli sınırlar içinde çalışılmış olacaktır.

Yazarlar Türkiye Jeoloji ve Jeofizik Deniz Araştırmaları Genel Koordinatörü Prof. Dr. Naci Görür'e kendilerine tüm veri kaynaklarını - bazı meslektaşlarımızın anlaşılması çok güç bir tavır içinde karşı koymasına rağmen- açtığı için müteşekkirdirler. Prof. Görür'ün cansiperane çalışması olmasaydı ne bu veriler toplanabilir, ne işlenebilir, ne de biz onlara ulaşabilirdik.

1) Montessus de Ballore, [F. J. B. M. B.] (Kont) , 1907, La Science Séismologique¯Les Tremblements de Terre : Armand Colin, Paris, özellikle ss. 45-62 ve
orada verilen referanslar.

2) Brumbaugh, D. S. , 1999, Earthquakes¯Science and Society : Prentice Hall, New Jersey, ss. 18-19.

3) Ambraseys, N. N. ve Melville, C. P. , 1982, A History of Persian Earthquakes : Cambridge University Press, Cambridge, xvii+219 ss; Ambraseys, N. N. and Finkel, C. F. , 1987, Seismicity of Turkey and neighbouring regions, 1899-1915: Annales Geophysicae , c. 5B, ss. 701-726; Ambraseys, N. N., Melville, C. P. ve R. D. Adams , 1994, The Seismicity of Egypt, Arabia and the Red Sea¯A Historical Review : Cambridge University Press, Cambridge, xix+181 ss;
Ambraseys, N. N. and Finkel, C. F. , 1995, The Seismicity of Turkey and Adjacent Areas: A Historical Review, 1500-1800 : Eren, İstanbul, 240 ss; bilhassa Milne konferansının genişletilmiş metni olan şu çok öğretici esere bkz. Ambraseys, N. N. , 1988, Engineeering seismology: Earthquake Engineering and
Structural Dynamics , c. 17, ss. 1-105

4) Ambraseys ve Finkel , 1995, a.g.e., ss. 37 ve sonrası

5) Okay A. Görür N, Emirbaş, E, Boztepe- Güney, A. Kaşlılar-Özcan, A., Okay. N ve Kuçcu, i. 1999, Marmara Denizi'nde birden fazla aktif fay var: Cumhuriyet Bilim Teknik, sayı 653(25 Eylül 1999) ss. 14-16

6) TÜBİTAK Bilim ve Teknik , sayı 382 (eylül 1999), katlanır ekte.