03 yeryuvarinin kimyasalbilesimi

YERKABUĞU'NU OLUŞTURAN

MİNERALLER ve KAYAÇLAR

Çevre Jeolojisi Ders Notları

Bu sunu Prof.Dr. Ali Yılmaz’ın sunu örneğinden modifiye edilmiştir

GENEL BİLGİLER

Atom, sözcük olarak bölünemeyen anlamına gelmektedir. Atomlar, bir elementin özelliklerini taşıyan en küçük parçaları olup proton, nötron ve elektron gibi taneciklerden oluşurlar.

Element ise kimyasal analizle ayrıştırılamayan yada sentez yoluyla elde edilemeyen maddelerdir.

Molekül ise herhangi bir maddenin tüm kimyasal özellikleri değişmeksizin aynı kalacak biçimde bölünebileceği en küçük parçasıdır. Moleküller atomlardan oluşur. Herhangi bir elementin molekülü, O2, O3, H2 gibi aynı tür atomlardan oluşur. Oysa bir bileşiğin molekülünde iki yada daha çok elementin atomları bulunur. H2O, bir su molekülünü temsil eder.

Mineral, yer kabuğundaki katı ve çoğunlukla kristal yapılı bileşiklere yada kristal yapılı element ve molekül topluluklarına verilen addır. Minerallerden cıva ve su sıvı, silis camı ve opal gibi bazıları şekilsiz (amorf) olup, çoğunluğu ise kristallidir. Mineraller yan yana gelerek kayaçları (litolojiyi), kayaçlar da yan yana gelerek yerkabuğunu oluştururlar.

Elementlerin periyodik düzeni

YERİN BİLEŞİMİ

• Yer’in bileşiminde en yaygın elementler Fe, O, Si,

Mg, ve Ni’dir.

• Diğer elementler %1 dolayında yada çok daha az

miktarda bulunmaktadır.

• Kıtasal kabuğu oluşturan başlıca oksitler ise

SiO2, Al2O3, CaO, FeO, Fe2O3, Na2O, MgO ve

K2O’ dir.

Mantonun genel bileşimi Mg ve Fe’in oksit ve silikatları

ile Al, Ca, Na, K gibi elementlerin oksitlerinden

oluşmaktadır

Yerkabuğunda da aynı elementler yer alır ancak

oranları değişir.

Yerkabuğunda U, Ba, Rb, Sr mantoya oranla daha çok,

Mg, Ni ve S daha azdır

Yeryuvarının bileşimi: Elementler yönüyle % olarak

(Ketin, 1977).

• Fe:%34.6 O:29.5 Si:15.2 Mg:12.7 Ni:2.39 S:1.93

Ca:%1.13 Al:1.09 Na:0.57 Cr:0.26 Mn: 0.22 P:0.10

• Co:%0.13 K:0.07 Ti:0.05

Yerkabuğunun bileşimi: Elementler yönüyle % olarak

(Ketin, 1977).

Element %Ağırlık %Hacim

O 46,5 94,07

Si 28,9 0,88

Ti 0,5 0,04

Al 8,3 0,47

Fe 4,8 0,34

Mg 19 0,26

Ca 4,1 1,15

Na 2,3 1,07

K 2,4 1,71

Yerkabuğu kendi içinde kıtasal

kabuk ve okyanusal kabuk

şeklinde de kimyasal farklılık

gösterir.

Okyanusal kabuk, mantonun

kimyasal bileşimine daha

yakındır

Elementler yerkabuğunda

bir yığışım halinde değil

mineraller oluşturarak

bulunur

MİNERALLER

• Mineraller, doğada bulunan, belirli kimyasal bileşimi ve düzgün

atomik yapısı olan tekdüze (homojen) ve çoğunlukla katı olan

maddelerdir. Canlılarda hücreler, cansızlarda ise mineraller en

küçük temel birimi oluştururlar.

• Mineraller yan yana gelerek kayaçları, kayaçlar da dağları ve kıtaları

(yer kabuğunu) oluştururlar. Minerallerden su ve cıva sıvı halde, silis

camı ve opal amorf (şekilsiz) olup, diğer tüm mineraller belli bir

kristal yapısına sahiptirler.

• Kristal (billur), atomların devirli yada düzenli tekrarlanan iç

düzenlerinin bir anlatımı olan düzlemsel yüzeylerle sınırlı, düzenli ve

çok yüzlü bir şekildir. Kafes noktaları arasındaki uzaklık ancak

Angstrom (Ao)= 10-8 cm ile ifade edilebilir.

Doğada çok sayıda mineral

olmakla birlikte, kayaç oluşturan

mineraller 20-25 civarındadır

Az görünen minerallerin

yoğunlaştıkları (bol göründükleri)

alanlar maden yataklarını

oluştururlar veya kayaçlar içinde

saçılmış olarak bulunurlar

Normal koşullarda

çoğunlukla kristal halinde

bulunan minerallar, (atomların elektrik yüklerine ve atom yarıçaplarına göre)

belirli atom düzenlerine

sahiptirler

Kristal kafes yapısı

• Uzayda üç eksenli bir koordinat sistemine göre dizilen kafes noktaları, üç doğrultuda periyodik olarak sıralanmış çok sayıda birim hücreler meydana getirirler.

• Böyle bir birim hücrenin x,y,z doğrultularında a,b,c, gibi eksenleri ve bu eksenler arasında , , , gibi eksenler arası açılar bulunur. Her kristal, fiziksel koşullar değiştiğinde a,b ve c eksenleri boyunca değişime uğrar.

• Kristal yapısını oluşturan atom topluluklarına iyon, moleküllere nokta, bunların bir boyutlu sıralanışlarına, nokta dizisi, iki boyutlu sıralanışlarına nokta ağı (net), üç boyutlu sıralanışlarında kafes (lattice) adı verilmektedir

Birim hücrelerden oluşmuş kafes yapısı elemanları

Birim hücreler eksenlerinin konumu ve

eksen açılarının değerlerine göre 7 ayrı

geometrik şekil oluştururlar.

Buna bağlı olarak Kübik, Tetragonal,

Hekzagonal, Trigonal, Ortorombik,

Monoklinik, Triklinik olmak üzere 7

kristal sistemi vardır

Kristallerin kafes yapısını silikatlar oluşturur.

• Tüm silikatlar da silisyum atomları 4’lü koordinasyon ile oksijen atomlarına bağlı bulunurlar. Oksijenler hep düzgün ve eşit boyutlu tetraederlerin köşelerinde yer almakta olup tetraederin merkezinde bulunan silisyuma sımsıkı bağlıdırlar.

• Silisyum-Oksijen tetraederlerinin birbirleriyle olan ilişkileri yada bağlantı durumlarına göre çeşitli silikat yapıları meydana gelir.

• Ada yada Ortosilikatlar (SiO2)

• Çiftli yada Sorosilikatlar (Si2O7)

• Halkalı yada Siklosilikatlar (Si3O9)

• Zincir yada İnosilikatlar (SiO3)

• Tabakalı yada Fillosilikatlar (Si4O11)

• Çerçeveli yada Tektosilikatlar’dır

Ortosilikatlar (SiO2)

Bazı değerli taşlar bu grupta yer alırlar (Ametist, zirkon vb

Sorosilikatlar (Si2O7)

Genellikle az bulunurlar

Siklosilikatlar (Si3O9)

Beril gibi bazı değerli taşlar da bu gruptandır

İnosilikatlar (Zincir silikatlar) Kayaçlarda en yaygın bulunan kristal yapı sistemidir (Amfiboller, Piroksenler vb)

(SiO3) (Si4O11)

Fillosilikatlar Tabakalı silikatlar olup kil mineralleri, mika mineralleri bu gruptandır

Tektosilikatlar Silis tedraederleri 4 köşelerinden birbirlerine bağlıdır. En yaygın mineral türüdür

Silikatların başlıca yapı örnekleri

Minerallerin genel özellikleri

Sertlik

Dilinim

Renk

Parlaklık

Özgül Ağırlık

Radyoaktivite

Magnetik özellik

Elektriksel iletkenlik

Ergime Derecesi

Dalga iletkenliği

Ayrıca

Sertlik: Minerallerin çizilme ve aşınıma karşı

dayanımıdır

MOHS sertlik skalası

Mineral Sertlik

Talk 1

Jips 2 (CaSO4.2H2O

Kalsit 3 CaCO3

Florit 4 CaF2

Apatit 5

Feldispat 6

Kuvars 7 SiO2

Topaz 8 Al2(F,OH)2SO4

Korund 9 Al2O3

Elmas 10 C

Dilinim: Minerallerin belirli yüzeyler

boyunca kolaylıkla ayrılmaları veya

bölünmeleri özelliğidir.

İyi, Çok iyi, Orta, Kötü, Çok kötü

olarak tanımlanır

Kayaçlarda ve toprakta bulunan mineral grupları ve örnekleri

Yerkabuğunu oluşturan kayaçların bileşimlerinde değişik oranlarda çok değişik mineraller yer almakta olup, en yaygın görülen mineral grupları

Amfiboller

Piroksenler

Mikalar

Olivinler

Feldispatlar

Olarak ifade edilebilir

Amfiboller

Amfiboller, kalsiyum, magnezyum, sodyum, alüminyum

silikatlardır.

Bunlar, su içeren silikatlar olup yapılarında OH gruplarının

varlığı ile piroksenlerden ayrılırlar..

Bu grubun en önemli mineralleri, tremolit, hornblend,

aktinolittir.

Piroksenler

Piroksenler, kayaların yapısına giren önemli ve yaygın olan

mineral grubudur.

Piroksen grubu minerallerin en önemlileri, ojit, diopsit, enstatittir.

Bunlar arasında siyah opak bir mineral olan ojit, toprakta Ca, Mg

ve Fe’in ana kaynağını oluştururlar.

Mikalar

Mikalara yapraklı silikatlar da denilmektedir.

Bu mineraller, kayalarda geniş bir dağılım göstermektedir.

Mikaların temel yapı birimini, Si4O10 oluşturur. Yapılarında hidroksil

grubu da bulunur.

Mikalar, toprakta K, Mg, ve Fe’nin ana kaynağını oluşturur.

Bunlar ayrıştığı zaman, bitki beslenmesi bakımından son derece

önemli olan kaolinit, illit, vermikulit ve montmorillonit gibi kil

mineralleri oluşur.

Olivinler

Olivinin genel formülü (Mg, Fe)2SiO4)’tür.

Yapısında demir bulunmayan olivin mineraline (Mg2SiO4) forsterit

magnezyum bulunmayan tipine de (Fe2SiO4) fayalit

denilmektedir.

Feldispatlar

Sodyum, potasyum ve kalsiyumun yer aldığı alüminosilikatlara

feldispat denir.

KAYAÇLAR

• Kayaçlar, çeşitli minerallerin yada mineral ve taş

parçacıklarının bir araya gelmesinden veya da tek bir

mineralin çok sayıda birleşmesinden meydana gelirler.

• Kayaçtürü ise “litoloji” teriminin karşılığı olarak dilimize

girmiş ve çeşitli mineral topluluklarının birleşiminden

oluşmuştur. Litoloji, terim olarak, taşbilim, kayabilimi yada

kayaların mikroskopta irdelenmesi anlamına gelir.

• Ancak uygulamada kayaçtürü, kayaların el örneğinde

yada arazide çıplak gözle yapılabilen tanımına karşılık

olarak kullanılmaktadır.

KAYAÇTÜRÜ GRUPLARI

• Magmatik kayaçlar: Granit, diyabaz, bazalt, tüf,

aglomera ….

• Çökel (Sedimenter/Tortul) kayaçlar: Kireçtaşı,

kumtaşı, kiltaşı, jips, çört …

• Metamorfik kayaçlar: Gnays, şist, metavolkanit,

fillit, hornfels, mermer …

KAYAÇ ÇEVRİMİ

MAGMATİK KAYAÇLAR

• Magmanın soğuması ve katılaşması, derinlerde yavaş

geliştiği zaman, tam kristalli plütonik kayaçlar,

• Yeryüzüne yakın derinliklerde yada yeryüzünde hızlı ve

çabuk geliştiğinde sıra ile damar kayaçları

• Ve volkanik kayaçlar meydana gelmektedir.

Mağmatik kayaçlarının bazı mühendislik özellikleri

• Mağmatik kayaçların mühendislik özellikleri konusunda genellemeler yapmak doğru değildir.

• Her kayanın mühendislik özellikleri, yerli yerinde deneysel olarak belirlenmelidir. Ancak, yukarıda sunulan derinlik kayalarından granit, siyenit ve gabro gibi kayatürleri ayrışmamış ve kırıklı bir yapıda değilse güvenilir bir zemin olarak değerlendirilebilirler.

• Andezit ve bazalt ise sütunsu eklem yapısına sahipse, bu yapı geliştiği kaya çtürünün dayanımlılığını azaltır.

• Kimi volkanik kayaçlar ise gözenekli bir yapıdadır. Bu tür kayaçların yanı sıra, tüf ve aglomera gibi orta ve iri taneli piroklastik kayaçlar dayanımlı zeminleri temsil etmemekle beraber, bunların potansiyel bir akifer olma şansları vardır.

• Feldispatlar açısından zengin mağmatik kayaçlar ayrışarak killi birimlere dönüşürler. Killerin bazıları da su ile temasa geçtiğinde şişer ve duraysız ortam koşulları oluşur.

ÇÖKEL (SEDİMENTER) KAYAÇLAR

• Çökelim sonucu meydana gelen kayaçlar genellikle, katmanlı olup

fosil içerirler.

• Bunlar, yeryüzünü oluşturan tüm kayaçların fiziksel yada kimyasal

süreçlerle bozunması (alteration), parçalanması, dağılması, taşınması,

çökelmesi ve diyajenez denilen evrelerden geçerek oluşurlar.

• Çökel kayaçlar, kökenlerine ve oluşum ortamlarına göre kırıntılı

kayaçlar, organik ve kimyasal kayaçlar olmak üzere üç temel sınıfa

ayrılırlar.

Çökel kayaçların bazı mühendislik özellikleri

• Çakıltaşı ve kumtaşı gibi orta ve iri taneli çökel kayaçlardan karbonatik yada killi bir çimentoya sahip olanlar zayıf, silisli bir çimentoya sahip olanlar ise dayanımlı bir zemin oluşturmaktadır. İri taneli kırıntılı çökel kayalar bir akifer olma potansiyeline sahiptirler.

• Kireçtaşı ve jips gibi evaporitik kayaçlar, yağışlardan etkilenerek kimyasal olarak çözünüp ovala, polye yada dolin türü karstik yapılar ve yer altı mağaraları oluşabilir. Böyle durumlarda oto yol baraj gibi yapıların projelendirilmesi evresinde ayrıntılı arazi çalışması yapılmalıdır.

• İnce taneli kırıntılı çökel kayaçlar, özellikle kiltaşı, silttaşı, çamurtaşı ve şeyl zayıf kayaçlar olup, bu kayaçlar ön çalışmalarda çeşitli testlerle ayrıntılı incelenmelidir. Çökel kayaçlarda katmanlanma önemli bir süreksizlik olup, süreksizliğin de yamaçlarla olan ilişkileri özenle ele alınmalıdır.

METAMORFİK KAYAÇLAR

• Çökel yada magmatik kayaçların sıcaklık, basınç (gerilme

ve deformasyon) ve kimyasal etkinliği olan eriyiklerin

etkisi ile değişime ve başkalaşıma uğramaları sonucu

meydana gelirler.

• Genellikle kristallerden oluşmuş, yapraklanmalı

(folyasyonlu yada şistoziteli) kayaçlardır.

• Metamorfizma, yerkabuğunun derinliklerinde gelişen

fiziksel ve kimyasal koşulların etkisiyle kayalarda katı halde

oluşan mineral değişikliği yada mineral dönüşümü

(transformasyonu) olayıdır.

Basınç, sıcaklık ve derinlik koşullarına bağlı metamorfizma türleri

Metamorfik kayaçların mühendislik özellikleri

• Sleyt ve gnays dayanımlılığı yüksek olan kayatürleridir. Bunlar

inşaat sanayinde çeşitli amaçlarla kullanılmaktadır.

• Şist ise kolayca ayrışan minerallerden yapılı ise zayıf bir kaya olarak

kabul edilir. Özellikle şistin yapraklanması iyi gelişmişse ve

yapraklanma yamaç dışına doğru ise duraysız ortam koşulları oluşur.

• Mermer de kireçtaşı gibi yağışlardan etkilenir ve karstik yapılar

gelişir.

• Metamorfik kayaçların yapraklanma düzlemleri, önemli potansiyel

süreksizlikleri temsil eder. Bu süreksizliklerin yamaç içine mi yoksa

yamaç dışına mı yönelik oldukları mutlaka değerlendirilmelidir.

B İ T T İ