Yeryüzü Şekilleri İnsan Faaliyetlerini Nasıl Etkiler? İnsan Yeryüzünü Nasıl Değiştirir?

Yeryüzü şekilleri ve beşeri faaliyetler arasındaki etkileşim, doğal zeminin eğim, yükselti ve su dengesiyle insan yaşamını sınırlandırdığı, insanın ise mühendislik müdahaleleriyle bu zemini yeniden biçimlendirdiği çift yönlü bir süreçtir. Örneğin evlerin kurulduğu düzlükler, çeltik ekilen tarlalar ve dağları aşan kara yolları doğrudan fiziksel zeminin kurallarına tabidir. Ancak insan toplulukları da yamaçları kazarak, akarsuların önüne barajlar inşa ederek yeryüzünün biçimini değiştirmektedir.

Dağlar, vadiler ve ovalar çoğu zaman insan ömrüne göre hiç değişmeyen sabit birer tiyatro sahnesi gibi algılanmaktadır. Oysa bu sahne insan yaşamını doğrudan biçimlendirmektedir. Dünya nüfusunun %14'üne karşılık gelen yaklaşık 1,1 milyar insan dağlık bölgelerde yaşamaktadır. Mısır'da ise nüfusun %95'i Nil taşkın ovasındaki kasaba ve kentlerde toplanmıştır. Ayrıca bir yamacın saniyeler içinde çökmesiyle gelişen heyelanlar da bu sahnenin hareketli olduğunu göstermektedir.

Yeryüzündeki zemin günlük yaşamı ve ekonomik kararları hangi fiziksel mekanizmalarla yönetmektedir? Bu soruyu yanıtlamak için adım adım ilerlemek gerekmektedir. Önce akarsuların ve yamaçların nasıl çalıştığı, ardından bu süreçlerin yerleşme, tarım ve ulaşım ağlarını nasıl yönlendirdiği, son olarak da insanın doğayı değiştirme gücü incelenmektedir.

Yeryüzü Şekillerinin Dinamik Yapısı

Gezegenin dış kabuğu, dümdüz bir küre yüzeyi olmaktan çok uzaktır ve her noktada farklı yükseklik ile eğim değerleri sergilemektedir. Bu nedenle bilim insanları bu fiziksel yapıyı tanımlamak için topoğrafya (İng: "topography") kavramını kullanmaktadır. Topoğrafya, yeryüzünün yükselti ve engebe özelliklerinin tamamını ifade eden temel bir yer bilimi terimidir.⁠^[1] Bir noktanın deniz seviyesine göre dikey konumuna yükselti (İng: "elevation") adı verilirken, bir bölgedeki yüksek kesimler ile alçak kesimler arasındaki yükselti değişimleri engebe (İng: "relief") olarak tanımlanmaktadır. Yeryüzünü oluşturan ve her biri kendine özgü topoğrafik özellikler taşıyan bu doğal yapıların her birine yeryüzü şekli (İng: "landform") denmektedir. Örneğin dağ sıraları, nehir vadileri, geniş ovalar ve deltalar birer yeryüzü şeklidir.

Yeryüzü şekillerini ve bu şekilleri oluşturan yüzey süreçlerini inceleyen bilim dalı jeomorfoloji (İng: "geomorphology") olarak adlandırılmaktadır. Jeomorfolojik bir inceleme yürütüldüğünde sadece doğanın kendi iç mekanizmalarına bakılmamaktadır. Bunun yanı sıra araştırmacılar, incelenen yeryüzü şeklinin insan faaliyetlerini etkileyip etkilemediğini ve insanlar tarafından değiştirilip değiştirilmediğini de doğrudan sorgulamaktadır. Bu sorgulama sırasında geleneksel basılı topoğrafya haritalarından coğrafi bilgi sistemleri (İng: "geographic information systems", kısaca CBS veya GIS) kullanılarak üretilen sayısal yükselti modellerine (İng: "digital elevation models") kadar pek çok farklı ölçüm aracından yararlanılmaktadır.

Haritalanan bu yeryüzü şekillerinin hiçbiri sonsuza dek aynı biçimde kalmamaktadır. Kayaçların fiziksel ve kimyasal yollarla parçalanmasını sağlayan ayrışma (İng: "weathering") süreci, yüzey malzemesini sürekli olarak gevşetmektedir. Ardından gevşeyen bu malzeme akarsular, rüzgar veya yer çekimi etkisiyle gerçekleşen aşınma (İng: "erosion") süreçleriyle yerinden koparılıp başka alanlara taşınmaktadır. Malzeme enerjinin düştüğü çukur veya düz alanlarda yığıldığında ise biriktirme (İng: "deposition") şekilleri ortaya çıkmaktadır. Bu süreçlerin hızı ise birbirinden çok farklıdır. Örneğin, bir dağ sırasının yükselip biçimlenmesi milyonlarca yıl sürerken, dik bir yamaçtaki kütle kopması saniyeler, dakikalar veya saatler içinde yeni bir yeryüzü şekli yaratabilmektedir.

Akarsu Yataklarının Biçimlenme Süreçleri

Karasal yüzeyleri şekillendiren süreçlerden biri, belirli bir yatak (İng: "river channel") boyunca yüksek kesimlerden alçak kesimlere doğru akan sulardır. Akarsuyun eğimi (İng: "slope"), yatak uzunluğu boyunca kaybedilen yükseltinin yatak uzunluğuna oranıdır. Örneğin dağlık bölgelerde yatağını aktif biçimde derine doğru aşındıran genç akarsular dik eğimlere ve dar, dik yamaçlı V biçimli vadilere sahip olabilmektedir. Eğim değeri, bir akarsuyun yatağı boyunca ne kadar hızlı yükselti kaybettiğini sayısal olarak göstermektedir.

Evrim Ağacı

Bir akarsuyun eğimi, harita üzerindeki iki nokta arasındaki yükselti değişiminin () akarsuyun bu iki nokta arasındaki uzunluğuna () bölünmesiyle hesaplanmaktadır:

Burada akarsuyun kilometre başına metre cinsinden eğimini, üst ve alt noktalar arasındaki yükselti değişimini, ise yatak uzunluğunu temsil etmektedir.

Çözümlü örnek 1: Priest Creek Akarsuyunun Eğimi Kaç m/km'dir?

Verilenler: Priest Creek akarsuyunun yükseltideki üst noktası, yükseltideki alt noktası ve bu iki nokta arasındaki 'lik yatak uzunluğu.⁠^[9]

İstenen: Akarsuyun bu kesimindeki eğimi, yani birim uzunluk başına düşen yükselti değişimi ().

1. adım: İlk olarak akarsuyun başladığı ve indiği noktalar arasındaki yükselti değişimi () hesaplanmaktadır:

2. adım: Ardından bulunan bu yükselti değişimi, akarsuyun iki nokta arasındaki yatak uzunluğuna () bölünerek eğim değerine ulaşılmaktadır:

Sonuç: Priest Creek akarsuyunun incelenen kesimindeki eğimi olarak bulunmaktadır.

Bir akarsu taşıyabileceğinden fazla çökele (İng: "sediment") sahip olduğunda örgülü yatak (İng: "braided stream") gelişebilmektedir. Buna karşılık geniş, düz ve az eğimli bir alanda akan akarsular çoğunlukla sadece kum boyu ve daha ince çökelleri taşımakta ve kıvrımlı bir menderes (İng: "meander") deseni geliştirmektedir. Menderesli bir yatağın dış kıyısında aşınma, iç kıyısında ise birikme gerçekleşmekte ve nokta barı (İng: "point bar") oluşmaktadır. Yani bir akarsuyun yatak biçimi, taşıdığı çökel miktarı ve içinden aktığı arazinin eğimi hakkında ipucu vermektedir.

Zaman ilerledikçe dış kıyısını aşındırıp iç kıyısında çökel biriktiren menderesli akarsu yatağı, taşkın ovası üzerinde yana doğru yer değiştirmektedir. Akarsu yatağının hemen iki yanında uzanan ve güncel akarsu süreçlerinden doğrudan etkilenen bu düzlük alana taşkın ovası (İng: "floodplain") denmektedir. Ancak bir taşkın ovasının her noktası aynı su baskını riskine sahip değildir. Örneğin, Congaree taşkın ovası modelinde incelenen terk edilmiş menderesler (İng: "abandoned meanders") ve art bataklıklar, çevredeki diğer yüzeylere göre topoğrafik açıdan daha alçakta kalmaktadır. Dolayısıyla bu çukur kesimler taşkın dönemlerinde çok daha sık ve daha derin su baskınlarına uğramaktadır.⁠^[1] Akarsu göl veya deniz gibi durgun bir su kütlesine girdiği yerde ise taşıdığı çökeller birikmekte ve delta (İng: "delta") oluşmaktadır.

Yamaç Dengesini Belirleyen Fiziksel Kuvvetler

Akarsular vadi tabanlarını oymaktadır. Vadilerin iki yanındaki eğimli yüzeyler olan yamaç (İng: "hillslope") kesimlerinde ise yer çekimi ile malzemenin dayanımı arasında bir denge bulunmaktadır. Bir yamacın olduğu yerde duraylı kalıp kalmayacağı temelde yamacın eğim açısına ve yamaç üzerindeki kaya veya toprak malzemesinin iç dayanımına bağlıdır. Bu noktada yer çekimi kuvveti, yamaç üzerindeki bir kütleye iki ayrı fiziksel bileşen halinde etki etmektedir. Kütleyi yamaç aşağı doğru çekmeye çalışan bileşene kesme kuvveti (İng: "shear force"), kütleyi yamacın içine doğru bastırarak yerinde tutmaya yardım eden bileşene ise normal kuvvet (İng: "normal force") adı verilmektedir.

Yamaç eğimi dikleştikçe kütleyi aşağı çeken kesme kuvveti büyümekte, kütleyi zemine bastıran normal kuvvet ise küçülmektedir. Eğer aşağı yönlü kesme kuvveti, malzemenin harekete karşı gösterdiği iç direnç olan kesme dayanımını aşarsa, yamaçtaki blok aşağı doğru hareket etmektedir. Ayrıca kayaçların iç yapısı bu dengeyi doğrudan değiştirebilmektedir. Örneğin kaya kütlesi içindeki tabakalanma (İng: "bedding"), başkalaşım yapraklanması veya çatlak düzlemleri zayıflık yüzeyleri oluşturmaktadır. Özellikle bu zayıflık düzlemlerinin yamaç eğimine paralel uzandığı durumlarda kaya kütlesinin dayanımı ciddi ölçüde azalmaktadır. Kopma da kolaylaşmaktadır.

Kayaç yapısının yanı sıra yamaç dengesini bozan en yaygın tetikleyici, malzeme içindeki su miktarının artmasıdır. Şiddetli yağışlar veya hızlı kar ve buz erimesi sonucunda zemine sızan su, çökeller arasındaki boşlukları doldurmaktadır. Suya doygun hale gelen çökellerde ise büyük miktardaki su taneleri birbirinden uzaklaştırmaktadır. Dahası, su kütlenin ağırlığını da artırmaktadır. Örneğin, %25 gözenekliliğe sahip kuru bir çökel kütlesi tamamen suya doyduğunda, kuru haline göre yaklaşık %13 daha ağır gelmektedir. Ağırlıktaki bu artışa bağlı olarak yer çekiminin yamaç aşağı kesme kuvveti de %13 oranında yükselmektedir.⁠^[10] Su böylece iki yoldan etki etmektedir. Bir yandan taneleri birbirinden uzaklaştırarak malzemeyi gevşetmekte, öte yandan kütleyi ağırlaştırarak yamaç aşağı kuvveti büyütmektedir.

Kesme kuvvetinin malzeme dayanımını aşmasıyla yamaç malzemesinin yer çekimi etkisi altında aşağı doğru inmesine kütle hareketi (İng: "mass wasting") adı verilmektedir. Kütle hareketlerinin biçimlerinden biri olan heyelan (İng: "landslide") ise kaya, toprak ve doldurma malzemelerinin aşağıya ve dışa doğru hareket ettiği çok çeşitli süreçleri kapsamaktadır. Yamaçtaki malzeme bu süreçte düşme (İng: "falling"), devrilme (İng: "toppling"), kayma (İng: "sliding"), yayılma (İng: "spreading") veya akma (İng: "flowing") biçiminde yer değiştirebilmektedir. Heyelanlar öncelikle dağlık bölgelerle ilişkilendirilmektedir. Ancak bu hareketler genel engebesi düşük alanlarda da görülebilmektedir.⁠^[2] Bu hareket biçimlerinin hepsinde yamaç malzemesi aşağıya ve dışa doğru yer değiştirmektedir.

Evrim Ağacı

Yerleşme Alanlarının Seçiminde Topoğrafik Etkenler

İnsan toplulukları tarih boyunca barınaklarını ve şehirlerini kuracakları yerleri seçerken topoğrafyanın sunduğu olanakları ve kısıtları gözetmek zorunda kalmıştır. Ancak günümüzde artan nüfus baskısı ve hızlı şehirleşme (İng: "urbanization"), yerleşmelerin hem verimli akarsu düzlüklerine hem de kırılgan dağ yamaçlarına doğru kontrolsüzce yayılmasına yol açmaktadır. Akarsu düzlükleri düz araziye ve suya yakınlık sunmaktadır. Ancak bu düzlükler taşkın tehlikesi de taşımaktadır. Dağ yamaçlarındaki yerleşmeler ise heyelan ve erozyon gibi farklı tehlikelerle karşı karşıya kalmaktadır.

Plansız şehirleşme, özellikle eğimli arazilerde doğal su döngüsünü değiştirebilmektedir. Doğal bitki örtüsü ve geçirgen toprak yüzeyler, yağmur ve eriyen kar sularının zemine sızmasını sağlayarak suyun akış hızını frenlemektedir. Fakat dik yamaçların kaplanmış yüzeylerle örtülmesi suyun toprağa sızmasını engellemektedir. Ayrıca inşaatlar sırasında doğal drenaj ağlarının değiştirilmesi yağış sularının yüzeyde hızla toplanmasına neden olmaktadır. Bunun sonucunda yer altı beslenmesi azalırken yüzey akışı şiddetlenmekte, yerleşim alanlarında ani taşkınlar ve şiddetli aşınma sorunları ortaya çıkmaktadır.⁠^[7]

Akarsu Boylarındaki Düzlük Yerleşmeleri

Taşkın ovaları yerleşme açısından önemli olabilmektedir. Örneğin NASA tarafından 2021 yılında yayımlanan yazıdaki gözleme göre Mısır nüfusunun %95'i Nil taşkın ovasındaki kasaba ve kentlerde toplanmıştır. Bu oran, bir ülke nüfusunun neredeyse tamamının tek bir akarsu düzlüğü boyunca dizilebildiğini göstermektedir. Ne var ki taşkın ovalarında su baskını tehlikesi her yerde aynı değildir. Congaree taşkın ovası modelinde görüldüğü üzere, akarsu boylarındaki terk edilmiş menderesler ve art bataklıklar gibi alçak kesimler su baskınlarına doğal olarak açıktır.

Delta düzlüklerindeki tehlike ise sadece nehir taşkınlarıyla sınırlı kalmamaktadır. Nil Deltası örneğinde doğal sıkışma (İng: "natural compaction") yanında yer altı suyu (İng: "groundwater") ve petrol çıkarımı da zeminde çökmeye (İng: "subsidence") katkıda bulunmaktadır.⁠^[8] Yani çökmenin bir bölümü doğal süreçlerden, bir bölümü ise yer altından su ve petrol çekilmesinden kaynaklanmaktadır. Bu durum, düzlük yerleşmelerinde topoğrafyanın insanı etkilediği kadar insanın da topoğrafyayı etkileyebildiğini göstermektedir.

Dağlık Bölgelerde Yaşam Koşulları

Nüfusun büyük nehir düzlüklerinde toplanması, yüksek ve engebeli arazilerin insansız olduğu anlamına gelmemektedir. Tam aksine, Birleşmiş Milletler Dünya Su Gelişimi Raporu'nun 2025 yılı verilerine göre, dünya nüfusunun %14'ünü oluşturan yaklaşık 1,1 milyar insan dağlık bölgelerde yaşamaktadır. Üstelik zorlu arazi koşullarına ve kırılgan ekosistemlere rağmen dağlık bölgelerdeki insan nüfusu düzenli biçimde artmaya devam etmektedir. Başka bir deyişle yeryüzündeki yaklaşık her yedi insandan biri dağlık bir bölgede yaşamaktadır.

Dağlık yerleşmelerde su hizmetlerinin götürülmesi güç olabilmektedir. Örneğin, Laos Demokratik Halk Cumhuriyeti'ndeki Xieng Ngeun bölgesinde olduğu gibi pek çok dağ yerleşmesinde dik yamaçlar, merkezlere uzaklık ve düşük nüfus yoğunluğu bu hizmetleri zorlaştırmaktadır. Ancak topoğrafik kısıtlar, doğru okunduğunda mühendislik açısından bir avantaja da dönüştürülebilmektedir. Nitekim Xieng Ngeun projesinde yerel topoğrafyanın eğiminden yararlanılarak yer çekimiyle çalışan borulu bir su sistemi (İng: "gravity-fed piped water system") kurulmuştur. Sistem suyu yer çekimiyle iletmiştir. Böylece yoğun enerji tüketen pompalama sistemlerine duyulan ihtiyaç ortadan kalkmıştır.⁠^[7]

Dağlık yerleşmelerde dik yamaçlar, değiştirilmiş doğal drenaj ve kaplanmış yüzeyler yüzey akışını artırarak ani taşkınlara ve erozyona katkıda bulunmaktadır. Toprak yönetimi ve yeniden ağaçlandırma çalışmaları ise yamaçları sağlamlaştırmayı ve eriyen kar ile yağmur sularının toprağa sızmasını (İng: "infiltration") artırmayı amaçlamaktadır.

Yerleşmelerde Heyelan Tehlikesini Azaltma Önlemleri

Yerleşmeler eğimli arazilere doğru büyüdüğünde, yapılaşmanın kendisi yamaç dengesini bozan doğrudan bir etken haline gelebilmektedir. Amerika Birleşik Devletleri Jeoloji Araştırmaları Kurumu (USGS), yamacın ya da yamaç eteğinin (İng: "toe of slope") kazılmasını ve yamacın ya da üst kesiminin (İng: "crest") yüklenmesini heyelanların insan kaynaklı (İng: "anthropogenic") nedenleri arasında saymaktadır. Yamaç eteğinde yapılan kazı, yamacı alttan tutan doğal desteği ortadan kaldırmaktadır. Yamacın üst kesimine yapılan yükleme, örneğin doldurma malzemesi yığılması, kütleyi aşağı çeken kesme kuvvetini artırmaktadır.

Evrim Ağacı

Eğimli arazilerde kurulan yerleşmeleri heyelan tehlikesinden korumak için hangi mühendislik önlemleri alınabilmektedir? Yerleşme planlamasında dik yamaçlarda ve mevcut heyelanlar üzerinde yapılaşmadan kaçınmak ya da yamaçları duraylı hale getirmek heyelan tehlikesini azaltabilmektedir. Eğer eğimli bir alanda mevcut yerleşmeler bulunuyorsa, bu kez yamacın duraylılığını artıracak yapısal ve hidrolojik müdahaleler devreye sokulmaktadır. Yamaç içindeki su miktarının artması, kütle hareketlerinin en yaygın tetikleyicisidir. Önlemlerin mantığı ise yamaç dengesini belirleyen kuvvetlerle doğrudan ilişkilidir.

Mühendisler bu nedenle yüzey sularını ve yer altı suyunu heyelan alanından uzaklaştırmaktadır. Bu önlemler, yamaç içinde suyun yükselmesini önlemeye yöneliktir. Ayrıca yamacın mekanik dengesini güçlendirmek için yamaç eteğine istinat duvarı gibi bir destek yapısı (İng: "retaining structure") veya kaya ve topraktan oluşan ağır bir destek seddi yerleştirilmektedir. Böylece etekteki bu ağırlık, kazıyla ortadan kalkan doğal desteğin yerini tutmaktadır. Son olarak yamacın üst kesiminden kütle kaldırılması da aşağı yönlü ağırlığı azaltarak yamaç duraylılığını artırmaktadır.⁠^[2]

Tarımsal Üretimde Arazi Uygunluğu Ölçütleri

Topoğrafik özellikler insanların sadece nerede barınacağını değil, yerleşmelerin çevresindeki topraklarda hangi yöntemlerle besin üretebileceğini de belirlemektedir. Ancak yeryüzündeki arazileri kullanım amacından ve yönetim biçiminden bağımsız olarak "en iyiden en kötüye" doğru tek bir listede sıralamak mümkün değildir, çünkü her tarımsal ürünün ve her üretim tekniğinin fiziksel çevreden beklediği gereksinimler birbirinden farklıdır. Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü (FAO) tarafından geliştirilen arazi uygunluğu değerlendirmesi (İng: "land suitability evaluation"), bu eşleşmeyi bilimsel ölçütlere bağlamaktadır.

Arazi uygunluğu değerlendirmesi temelde iki soruya yanıt aramaktadır. Birincisi belirli bir kullanım türü için hangi arazi parçalarının en uygun olduğu, ikincisi ise belirli bir arazi parçasının hangi kullanım türüne en iyi yanıt vereceğidir. Öncelikle bu sorulara yanıt bulmak için sahada iklim, eğim ve toprak gibi fiziksel özellikleri belirleyen incelemeler yapılmaktadır. Benzer özellikteki arazi birimleri de haritalanmaktadır. Ardından haritalanan her birimin fiziksel nitelikleri, hedeflenen tarımsal kullanımın gereksinimleriyle karşılaştırılmaktadır.

Bu karşılaştırma sonucunda araziler uygunluk sınıflarına ayrılmaktadır. Örneğin, FAO sınıflamasında S2 sınıfı orta derecede uygun arazileri ifade etmektedir. S2 sınıfındaki bir arazi açıkça uygundur. Fakat S1 arazisine kıyasla üretkenliği azaltan veya üretkenliği sürdürmek için gerekli girdileri artıran sınırlamalara sahiptir. Hangi sınıfta yer alırsa alsın, bir arazi kullanımının kabul edilebilir olması için sürdürülebilir (İng: "sustained") olması şarttır. Başka bir deyişle, seçilen tarımsal kullanım araziyi zaman içinde giderek bozmamalıdır.⁠^[4]

Tarla Eğiminin Erozyon Üzerindeki Etkisi

Tarla topoğrafyası ve eğim, tarımsal arazi uygunluğunu etkileyen fiziksel faktörler arasındadır. Eğimli bir araziyi işlemek düz bir araziyi işlemekten daha zordur. Dahası, eğimli araziler daha yüksek yüzey akışı ve erozyon (İng: "soil erosion") oranlarına maruz kalmaktadır. Erozyon organik madde bakımından zengin üst toprağı ve değerli bitki besin maddelerini uzaklaştırmaktadır. Genel olarak bir tarlanın yamaçları uzadıkça ve dikleştikçe erozyon potansiyeli artmaktadır. Tarla topoğrafyası, toprağın su yoluyla erozyona ne kadar duyarlı olduğunu da büyük ölçüde belirlemektedir.

FAO raporunda eğim sınıfları tanımlanırken ölçü birimi olarak yüzde eğim (İng: "percent slope") kullanılmaktadır. Bu birim, 100 metrelik mesafe boyunca gerçekleşen yükselti artışının metre cinsinden değerini ifade etmektedir. Ancak doğal arazilerde eğim tekdüze olmayıp çok küçük alanlar içinde bile yüksek değişkenlik gösterebilmektedir. FAO ve Uluslararası Uygulamalı Sistem Analizi Enstitüsü (IIASA) tarafından yürütülen Küresel Agro-Ekolojik Bölgeler (GAEZ) çalışmasında, tarımsal üretim potansiyelini etkileyen eğim kısıtları sulama yöntemine göre üç sınıfta ele alınmaktadır.⁠^[3]

• %0 ile %8 arası eğime sahip, yağışa dayalı kuru tarım arazileri, üretim potansiyeli açısından herhangi bir topoğrafik sınırlama taşımayan düz ve hafif eğimli alanlardır.
• %8 ile %16 arası eğime sahip kuru tarım arazileri, üretimi hafif düzeyde sınırlandıran arazilerdir.
• Teraslama yapılmamış ve suyun tarlaya yer çekimiyle salındığı sulamalı arazilerde %8 üzerindeki eğim ağır bir sınırlama yaratmaktadır.

Bir tarladaki erozyon tehlikesi değerlendirilirken sadece eğim açısına bakılması yeterli olmamaktadır. Bu yüzden uzmanlar eğim açısı ve yamaç uzunluğunun yanında yağışın ve rüzgarın aşındırıcılığını, toprağı koruyan bitki örtüsünü ve suyun zemine geçişini belirleyen toprak geçirgenliğini de hesaba katmaktadır. Toprak koruma planlamacıları ve ziraat mühendisleri, bir tarlanın uzun dönemli ortalama erozyon oranını tahmin etmek için Evrensel Toprak Kaybı Denklemi (USLE) veya bunun güncellenmiş sürümü olan RUSLE2 modelini sıklıkla kullanmaktadır. Fakat bu iki modelin önemli bir sınırı vardır. Bu denklemler sadece yamaç yüzeylerindeki tabaka ve parmak erozyonunu (İng: "sheet and rill erosion") tahmin etmekte, yoğunlaşmış akış yollarındaki oyuntu erozyonu (İng: "gully erosion") oranlarını hesaplamamaktadır. Dolayısıyla bu modellerle hesaplanan değer, tarladaki toprak kaybının tamamını değil, yamaç yüzeyindeki payını göstermektedir.

Evrim Ağacı

Modellerde kullanılacak tarla eğimini belirlemek için topoğrafya haritalarındaki eş yükselti eğrilerinden veya LiDAR gibi yüksek çözünürlüklü uzaktan algılama verilerinden yararlanılmaktadır. Harita üzerinde eş yükselti eğrileri birbirine yaklaştıkça, yani aralarındaki yatay mesafe kısaldıkça, tarla yamacı da dikleşmektedir. Yüzde eğim (), yamacın üst ve alt kesimi arasındaki yükselti değişiminin () yüzey akış yolunun uzunluğuna () bölünüp 100 ile çarpılmasıyla bulunmaktadır:

Burada metre cinsinden dikey yükselti değişimini, ise metre cinsinden akış yolu uzunluğunu göstermektedir.

Çözümlü örnek 2: LiDAR Verisiyle Ölçülen Bir Tarlanın Yüzde Eğimi Kaçtır?

Verilenler: Kaynaktaki LiDAR tabanlı bir tarlada yamaç üst kesiminin olan yükseltisi, alt kesiminin olan yükseltisi ve yüzey suyunun izlediği yaklaşık 'lik akış yolu uzunluğu.⁠^[5]

İstenen: Tarla yamacının yüzde cinsinden eğim değeri ().

1. adım: Öncelikle yamacın en üst ve en alt noktaları arasındaki dikey yükselti değişimi () bulunmaktadır:

2. adım: Sonrasında dikey yükselti değişimi akış yolunun uzunluğuna bölünüp yüz ile çarpılarak yüzde eğim hesaplanmaktadır:

Sonuç: İncelenen tarla yamacının eğimi yaklaşık düzeyindedir.

Ne var ki gerçek bir tarlada eğim ölçmek kağıt üzerindeki kadar basit değildir. Tarla topoğrafyası karmaşık olduğu için farklı gözlemciler eğim uzunluğu ve dikliği için farklı ölçümler elde edebilmektedir. Hesaplanan %1,7 değeri bu nedenle tarlanın tamamı için kesin bir ölçü değil, seçilen akış yolu boyunca geçerli yaklaşık bir değerdir. Eş yükselti eğrilerinin bir kesimde sıklaşıp başka bir kesimde seyrekleşmesi, aynı tarlada daha dik ve daha az eğimli yüzeylerin yan yana bulunabildiğini göstermektedir.

Dağlık Tarım Sistemleri ve Koruma Yöntemleri

Eğim kısıtlarına yükselti ve engebe eklendiğinde, tarımsal üretimin koşulları daha da sertleşmektedir. Tarım ve hayvancılık (İng: "pastoralism"), kırsal dağlık alanlarda yaşayan insanların temel geçim kaynakları arasındadır. Yükselti arttıkça dağ yamaçlarındaki topraklar sığlaşmaktadır. Bu topraklarda besin verimliliği de düşmektedir. Üstelik yüksek kesimlerdeki düşük sıcaklıklar topraktaki biyolojik etkinliği sınırlandırmaktadır. Örneğin FAO'nun Sri Lanka için hazırladığı çeltik uygunluğu değerlendirmesinde, sıcaklık verisi bulunmadığında enerji yeterliliğinin göstergesi olarak yükselti kullanılmaktadır. Ancak bu değerlendirmedeki yükselti eşikleri sadece Sri Lanka için geçerlidir.

Dağlık alanlarda ekim alanları küçüktür. Ayrıca yüzeydeki taşlar ile kaya yüzlekleri makine kullanımını sınırlandırmaktadır. Oysa aynı taşlı ve engebeli tarlalarda öküz gibi hayvan gücü veya el aletleri (İng: "hand implements") kullanıldığında, çiftçiler bu kaya engellerinin çevresinden dolaşarak toprağı işleyebilmektedir. Bu karşılaştırma, aynı arazinin uygunluğunun kullanılan tekniğe göre değişebildiğini göstermektedir.

Dağlık ve eğimli arazilerde erozyon tehlikesi nedeniyle uygunluk sınıfı düşen bir tarla, tamamen terk edilmek zorunda değildir. Böyle bir arazide eş yükselti eğrilerine paralel çit bitkileri (İng: "contour-aligned hedgerows") veya benzer toprak koruma önlemleri eklenerek yeni ve sürdürülebilir bir arazi kullanım biçimi tasarlanabilmektedir. Bir diğer yöntem, dağ yamaçlarının basamaklandırılmasıyla oluşturulan teras tarımıdır (İng: "terrace farming"). Teraslar, yamaç eğiminin üretim potansiyeli üzerinde yarattığı kısıtlamayı bir ölçüde hafifletmekte ve dağlık bölgelerdeki küçük üreticiler için hem besin hem de gelir kaynağı yaratmaktadır. Fakat teraslı tarlalarda setlerin (İng: "bunds") ve su yollarının korunması ek emek gerektirmektedir.⁠^[4]

Dağ toplulukları ürün yetiştirme, hayvancılık ve su hasadı (İng: "water harvesting") konusunda geleneksel bilgi ve teknikler geliştirmiştir. Bunun örneklerinden biri Hindistan'ın Ladakh bölgesinde görülmektedir. Buradaki buz depoları sonbahar ve kış suyunu dondurarak ilkbahara kadar tutmaktadır. Eriyen su ardından tarlalara akmaktadır.⁠^[6]

Nil Deltasında Tarım Alanı Kayıpları

Dağlık bölgelerde eğim ve sığ topraklarla mücadele edilirken, Nil Deltası'nda ise tarım toprakları şehirleşme ve tuzlanma baskısı altında daralmaktadır. Mısır örneğine dönüldüğünde, ülke yüzölçümünün sadece %4'ünün tarıma uygun olduğu görülmektedir. Üstelik NASA tarafından aktarılan uydu değerlendirmelerine göre, Mısır'ın şehirleşme nedeniyle ekilebilir arazisinin yaklaşık %2'sini her on yılda kaybettiği tahmin edilmektedir. Nitekim İskenderiye çevresini kapsayan Landsat uydu görüntülerinin analizinde, 1987 ile 2019 yılları arasında tarıma ayrılan alanın %11 azaldığı, buna karşılık yerleşim alanlarının %11 arttığı saptanmıştır. Tarıma uygun arazinin zaten sınırlı olduğu bir ülkede bu kayıp, üretim alanı üzerinde sürekli bir baskı oluşturmaktadır.

Öte yandan Nil Deltası'ndaki tarım arazilerini tehdit eden tek süreç binaların ve yolların yayılması değildir. Deltanın özellikle İskenderiye'nin güneybatısındaki kenar kesimlerinde tuzlu su girişi (İng: "saltwater intrusion") ve tarım topraklarının tuzlanması görülmektedir. FAO'nun mısır (İng: "maize") tarımı örneğinde vurgulandığı üzere, toprak çok tuzluysa düz arazi ve yeterli yağış tek başına verimli tarım sağlamamaktadır.

Delta içindeki verimli topraklar şehirleşme ve tuzlanmayla kaybedilmektedir. Buna karşılık uydu görüntülerinde çöl kenarlarında yer altı suyu pompalarıyla beslenen dairesel merkezi pivot sulama (İng: "center-pivot irrigation") ve damla sulama (İng: "drip irrigation") alanları görülmektedir. Yer altı suyundan yararlanarak çölde yeni tarım alanı açmak mümkündür. Ancak bu süreç zor, pahalı ve yoğun kaynak gerektirmektedir. Üstelik Landsat gözlemleri, çölde açılan yeni tarım arazilerinin önemli bir kısmının bir süre ekildikten sonra kullanım dışı kalıp yeniden çöle dönüştüğünü göstermiştir.⁠^[8]

Evrim Ağacı

Ulaşım Güzergahlarının Planlanmasında Eğim Engeli

Yerleşme noktalarını ve tarım alanlarını birbirine bağlayan kara ile demir yolu ağları inşa edilirken, topoğrafya bu kez çizgisel bir mühendislik engeli olarak ortaya çıkmaktadır. Düz ovalarda yollar iki nokta arasında neredeyse doğrusal uzanabilirken, engebeli arazilerde güzergah seçimi doğrudan yamaç eğimine ve zemin duraylılığına bağlıdır. Özellikle aşırı dik arazilerde yol yapımı son derece sorunludur. Yamaç eğimi dikleştikçe, yol platformunu açmak için kazılıp taşınması gereken kaya ve toprak kütlesinin miktarı da giderek artmaktadır. Taşınacak malzeme hacminin büyümesi inşaat maliyetlerini de yükseltmektedir. Çok dik yamaçlarda yol yapım maliyetleri ve kayma tehlikesi genellikle daha yüksektir. Bu nedenle ormancılık yolu planlamasında en dik yamaçlardan kaçınılması önerilmektedir.

Orman yolu planlamasında kayalık zeminde bile kayanın iç yapısı nedeniyle duraylılık sorunları tamamen dışlanamamaktadır. Kayanın iç yapısı, yamaç dengesini anlatan bölümde ele alınan tabakalanma ve çatlak düzlemleri gibi zayıflık yüzeylerini içerebilmektedir. Açılan yol yarmalarında ayrıca kaya kütlesinin içinde biriken su basıncı, tıpkı doğal yamaçlarda olduğu gibi kayanın dayanımını düşürmektedir. Mühendisler bu yüzden yol yarmalarındaki kayaya su basıncını gidermek için delikler açmaktadır.⁠^[10]

Dik Yamaçlarda Orman Yolu Tasarımı

Engebeli arazilerde ulaşım hattı tasarlamanın fiziksel kuralları, en yalın haliyle dağlık bölgelerdeki ormancılık yollarında görülmektedir. Örneğin Apalaş Dağları'ndaki (İng: "Appalachians") ormancılık yolları üzerinde yapılan bir araştırma, dik arazide keskin virajların ve geri dönen kıvrımların bazen kaçınılmaz olduğunu belirtmektedir. Böyle keskin dönüşler kullanıldığında kamyon geçişini kolaylaştırmak için yol eğiminin azaltılması önerilmekte, ancak dik arazide geri dönen kıvrımlar yapmak yüksek maliyet doğurabilmektedir. Yüzey akışı dik yollarda en hızlı hareket etmektedir. Akışın aşındırma gücü de hızla artmaktadır. Bu yüzden dik yol kesimleri kaçınılmaz olduğunda erozyona karşı çakıl kaplama ve ek menfez gibi önlemler gerekebilmektedir.

Dik yamaçlar bu kadar pahalı ve aşınmaya açıksa, yolları tamamen düz alanlardan geçirmek her zaman en doğru çözüm müdür? İlk bakışta vadi tabanlarındaki düz taban arazileri (İng: "bottomland") ve geniş sırt tepeleri (İng: "broad ridge tops"), düşük başlangıç inşaat maliyetleri nedeniyle çok cazip yol güzergahları gibi görünmektedir. Fakat bu tamamen düz alanlar ormancılık yolları için genellikle kötü yerlerdir, çünkü düz tabanlar ve geniş sırtlar çoğu zaman oluk biçimini almakta ve drene edilmesi güç olmaktadır.⁠^[11]

Yol inşaatının kendisi de içinden geçtiği orman zemininin su sızdırma yeteneğini bozmaktadır. Doğal bir ormanda ağaçların canlı kökleri toprağı birbirine bağlamaktadır. Bu kökler, yüzeydeki ayrışan ölü örtü (İng: "decaying litter") ile birlikte yağmur suyunun toprağa hızla geçmesini sağlayan kanallar oluşturmaktadır. Oysa yol yapımından kaynaklanan toprak sıkışması (İng: "soil compaction") ve koruyucu ölü örtünün kaybı, yağmurun düştüğü hızla toprağa sızmasını engellemektedir. Böylece yol ve çevresi, yağış sırasında suyu emen bir yüzey olmaktan çıkıp suyu yüzeyde akıtan bir yüzeye dönüşmektedir.

Alternatif Yol Güzergahlarının Karşılaştırılması

Avusturya'da 27 hektarlık bir orman alanını ulaşıma açmak için planlanan Haider-Hainzl ek yol projesinde iki güzergah seçeneği karşılaştırılmıştır. İlk olarak projede ormanda üretilecek kerestenin ekonomik değerini belirlemek için hasat giderlerinden arındırılmış net kereste geliri hesaplanmıştır. Karşılaştırmada güzergahların sadece uzunluğuna bakılmamıştır. Peyzajın korunması ve ormanın ulaşıma açılmasındaki etkinlik de değerlendirilmiştir.

Hasat giderleri çıkarıldıktan sonraki net kereste geliri (), brüt satış gelirinden () iki hasat gideri kaleminin ( ve ) düşülmesiyle bulunmaktadır:

Burada tüm parasal değerler dönemin Avusturya para birimi olan şilin () cinsinden ifade edilmektedir.

Çözümlü örnek 3: Orman Yolu Projesinde Hasat Giderleri Sonrası Net Kereste Geliri Ne Kadardır?

Verilenler: Bu projede (şilin) tutarında kereste geliri ile ve tutarındaki iki ayrı hasat gideri kalemi.⁠^[13]

İstenen: Hasat giderleri düşüldükten sonra kalan net kereste geliri ().

1. adım: İlk adımda iki ayrı hasat gideri kalemi toplanarak toplam hasat maliyeti () belirlenmektedir:

2. adım: Ardından toplam hasat maliyeti brüt satış gelirinden çıkarılarak net kereste gelirine ulaşılmaktadır:

Sonuç: Orman yolu projesinde hasat giderleri çıkarıldıktan sonra kalan net kereste geliri olmaktadır.

Bu ekonomik çerçevede birinci seçenek olan Haider güzergahının inşaat hattı yaklaşık uzunluğundayken, ikinci seçenek olan Uferer güzergahı uzunluğa sahiptir. İki güzergah arasındaki uzunluk farkı yaklaşık 345 metredir.

Evrim Ağacı

Değerlendirmede daha kısa olan Haider güzergahı 44 puan almıştır. Buna karşılık 'lik Uferer güzergahı 62 puana ulaşmıştır. Aradaki 18 puanlık farkla Uferer seçeneği, peyzajı daha iyi koruyan ve ormanı ulaşıma daha etkili açan güzergah olarak değerlendirilmiştir.⁠^[13]

Dağlık Engelleri Aşan Taban Tünelleri

Dağ sıraları ulaşım hatları için de engel oluşturmaktadır. Bu engel, örneğin İsviçre'de taban tünelleriyle aşılmaktadır. İsviçre'nin Alpler'i Boydan Boya Geçen Yeni Demir Yolu Bağlantısı (İng: "New Rail Link through the Alps", kısaca NRLA) projesinde üç taban tüneli, Alpler boyunca az eğimli bir demir yolu hattı (İng: "flat-track railway") oluşturmaktadır. Bu hat, yük taşımacılığında enerji, maliyet ve zaman tasarrufu sağlamaktadır. Başka bir deyişle hat, dağ sırasını aşmak için yükselmek yerine dağın altından geçmektedir.

Projenin merkezinde yer alan Gotthard Taban Tüneli (İng: "Gotthard Base Tunnel") uzunluğundadır. Üzerindeki kaya örtüsünün kalınlığı 'ye ulaşmaktadır. Aralık 2016'dan bu yana kullanımda olan tünel, İsviçre'nin Uri ile Ticino kantonları arasındaki dağlık demir yolu güzergahını yaklaşık kısaltmıştır. Tünelin proje maliyeti faiz ile katma değer vergisi dahil cari fiyatlarla 12,2 milyar İsviçre frangı () düzeyindedir.⁠^[12]

İnsan Kaynaklı Yeryüzü Şekli Değişimleri

Buraya kadar ağırlıklı olarak yeryüzü şekillerinin insan yerleşmelerini, tarımı ve ulaşımı nasıl yönlendirdiği incelenmiştir. Ancak jeomorfolojik etkileşimin ikinci yönünde insan, sadece topoğrafyaya uyum sağlayan pasif bir canlı değil, yeryüzünü doğrudan değiştiren güçlü bir jeomorfolojik etkendir. Düşünce tarihinden bir örnek, George P. Marsh'ın çalışmasıdır. Marsh, 1 Aralık 1863 tarihli önsözünü yazdığı ve 1867 yılında yayımlanan Man and Nature adlı eserinde, insan eylemlerinin gezegenin fiziksel koşullarında yarattığı değişikliklerin niteliğini ve yaklaşık boyutunu göstermeyi amaçlamıştır.⁠^[15] Yani insanın fiziksel çevreyi değiştirme gücü, 19. yüzyılda da bilimsel bir inceleme konusu olmuştur.

İnsanlar kaya ve toprak kazısı (İng: "excavation") ve doldurma yaparak yeryüzünü değiştirmektedir. Sanayi Devrimi'nin (İng: "Industrial Revolution") başlangıcı 18. yüzyıla yerleştirilmektedir. Yer altı madenciliği (İng: "subsurface mining") ve açık ocak madenciliği (İng: "opencast mining") insan kaynaklı yeryüzü şekli değişimlerine örnektir. İnsan faaliyetlerinin çökel hareketi üzerindeki etkileri, faaliyetlerin amaçlanmamış bir sonucu (İng: "unintentional consequence") da olabilmektedir.⁠^[16] Kazı yüzeyden kaya ve toprak kaldırmaktadır. Doldurma ise malzemeyi başka bir alanda yığarak yeni bir zemin oluşturmaktadır.

İnsanın doğal süreçlere müdahale ettiği bir diğer alan ise akarsu yataklarıdır. Akarsular üzerine inşa edilen barajlar örneğin sadece suyu biriktirmekle kalmamakta, nehrin doğal olarak taşıdığı çakıl, kum, silt ve kil boyundaki çökelleri de haznelerinde tutabilmektedir. Bir baraj kaldırıldığında akarsu yatağının biçimi, konumu ve taban malzemesinin dokusu (örneğin çakıl ya da çamur) hem yukarı hem de aşağı kesimlerde değişebilmektedir.

Nitekim Amerika Birleşik Devletleri'nin Maine eyaletindeki aşağı Penobscot Nehri üzerinde bulunan Great Works ve Veazie adlı iki büyük hidroelektrik barajı 2012 ve 2013 yıllarında kaldırılmıştır. Ancak baraj kaldırılması her yerde büyük yatak değişimi yaratmamaktadır. Örneğin az çökel tutan bir baraj aşınmaya dirençli bir yataktan kaldırıldığında değişim küçük olabilmektedir.⁠^[14] İnsanın yeryüzü şekillerini ve gezegenin jeolojik yapısını değiştirme süreçlerinin çok daha geniş ayrıntıları için 7848 numaralı Evrim Ağacı içeriğine ve 24093 numaralı Evrim Ağacı içeriğine göz atabilirsiniz.

Evrim Ağacı

Sonuç

Yeryüzü şekilleri ile insan faaliyetleri arasındaki etkileşim iki yönlüdür. Eğim, yükselti ve su-çökel dengesi yerleşmeyi, tarımı ve ulaşımı sınırlandırmaktadır. Taşkın ovaları nüfusu çekerken alçak kesimlerinde su baskını tehlikesi taşımaktadır. Dik yamaçlar ise heyelan, erozyon ve yüksek yol maliyeti anlamına gelmektedir. İnsan mühendisliği ise kazı, doldurma ve akarsu müdahaleleriyle bu zemini değiştirmektedir.⁠^[16]

Taban tünelleri, barajlar ve yamaç kazıları bu değişimin örnekleridir.⁠^{[11], [12]} Barajların kaldırılmasının etkisi akarsuya göre değişmektedir.⁠^[14] Teraslar, drenaj yapıları ve az eğimli tüneller ise topoğrafyanın doğurduğu sınırlamaları bir ölçüde hafifletebilmektedir.