Tekonik Yükselme 03.11.2014 SEDİMANTER KAYAÇLAR ÇÖKEL (TORTUL, SEDİMANTER) KAYAÇLAR Sedimanter kayaçlar yerkabuğunun % 75-80 nini oluştururlar. Kalan %25 ini ise magmatik ve metamorfik kayalar oluşturur. SEDİMANTER KAYAÇLAR Sedimenter kayaların oluşum prosesi SEDİMANTER KAYAÇLARIN OLUŞUM PROSESLERİ Ayrışma Aşınma-erozyon Taşınma Çökelme (sedimantasyon) - depolanma Diyajenez (Taşlaşma) Kayaçların ayrışması ve parçalanması Malzemelerin taşınması Uygun alanlarda çökelmesi ve birikmesi Farklı ortamlarda sıkışması ve taşlaşması: Diyajenez (Taşlaşma) KAYA DÖNGÜSÜ AYRIŞMA (TERMİNOLOJİ) Ayrışma-Yıpranma Yerinde Oluşmuş Topraklar Erozyon ve Depolanma Kıtasal Kabuk Tektonik Yükselme Magmatik Kayaçlar Sokulum ve Volkanizma Ayrışma (Weathering): Geçmiş jeolojik dönemlerde, yüzey ve yeraltında farklı sıcaklık ve basınç koşullarına maruz kalan kayaçlar, yüzeyde veya yüzeye yakın yerlerde farklı ortam koşullarının etkisi ile, bu yeni koşullara uyum sağlamak için değişim gösterirler (Fookes vd. 1971). Bu değişim sırasında, kayacı oluşturan birincil minerallerin bir kısmı; yeni ortam koşullarına uyum sağlayabilmeleri, yeterli sürenin geçmemesi veya zayıf etkili kimyasal maddeler dolayısıyla duraylı kalabilir. Bunun yanısıra diğer minerallerin bazı elementleri suda çözelti haline geçerken, bazıları da yeni ortam koşullarına uygun ikincil mineralleri geliştirirler. Çökeller (Alüvyon) Diyajenez Sedimanter Kayaçlar Metamorfizma Magma Erime Metamorfik Kayaçlar Ayrışma için birçok tanımlama yapılmıştır. Bu tanımlamalar arasındaki fark, çoğun toprak bilimcilerin, jeomorfologların ve jeologların bakış açılarından kaynaklanmaktadır. Weinert (1965) ve Fookes (1970), yüzey kayaçlarının mühendislik özelliklerini belirleyen en önemli etkenin kayacın oluşumundan sonraki ayrışma sürecinin olduğunu belirtmişler ve ayrışmayı, kayaçların hidrosfer ve atmosferin doğrudan etkisi altındaki değişme olayı olarak tanımlamışlardır. 1
AYRIŞMA (TERMİNOLOJİ) Ayrışma süreçleri; çok ağır gelişen, tamamlanmamış ve çoğunlukla da tersinir olmayan tepkimelerdir (Krauskoph, 1967). Genel anlamıyla ayrışma, kaya bünyesinde, ortam şartlarının etkisi ile çoğun yavaş gelişen, ilerleyici, mühendislik açısından önemli sonuçlar doğuran fiziksel mekanik olaylar serisidir. Ayrışmanın etkisiyle kayaçlar taze durumlarındaki bileşim ve özelliklerini yitirirler. Alterasyon ve ayrışma sözcükleri çoğu kez eş anlamlı tutulmaktadır (Gary vd. 1972). Caroll (1970) ve Valeton (1970), bu değişimi alterasyon olarak tanımlamışlar ve alterasyon ile bir kayacın mineralojik bileşiminde fiziksel veya kimyasal etkenlerle oluşan her tür değişimi ifade etmişlerdir. Yine aynı yazarlar, alterasyonun geniş anlamda hidrotermal alterasyonla birlikte ayrışma (günlenme) ve diyajenezi de kapsadığını belirtmişlerdir. Hidrotermal Alterasyon (Hydrothermal Alteration): İrfan (1981), yeraltında kabuk içindeki kayaçlarda meydana gelen değişimi hidrotermal alterasyon, yüzeyden derine doğru etki eden ve etkisi giderek azalan değişimi ise ayrışma olarak tanımlamıştır. Hidrotermal alterasyon, kabuk içinde gelişen bir iç olaydır. Bu değişimde su önemli rol oynar. Hidrotermal alterasyonun etkileri; silisleşme, killeşme ve diğer şekillerde ortaya çıkar. AYRIŞMA (TERMİNOLOJİ) Fiziksel Ayrışma (Disintegration, Mechanical Weathering, Breakdown): (Fiziksel Parçalanma, Mekanik Ayrışma, Mekanik Parçalanma, Dezegregasyon) Etkin olarak soğuk ve kurak iklimlerde gelişen kayacın çok az veya hiçbir şekilde kimyasal değişime maruz kalmadan parçalanıp ufalanmasıdır (Plummer ve McGeary, 1979). Kimyasal Ayrışma (Decomposition, Chemical Weathering): (Dekompozisyon) Toprak yüzeyine yakın yerlerde, karbondioksit, su oksijen ve mikroorganizmaların etkisiyle, kayacın kimyasal bileşiminde meydana gelen değişim sonucunda, kayacı oluşturan minerallerin başka minerallere dönüşmesi olayıdır. Yıpranma (Degaradation): Erozyon etkisiyle, üstteki örtü yükünün azalması ve bu süreçle üstten yük kalktığında alttaki malzemenin gevşemesi, kaya kütlesinin taşınarak sağlamlığını yitirmesi olarak tariflenir. Daha çok jeomorfolojide kullanılan bir terimdir. Renk Değiştirme (Discolouring): Ayrışma nedeniyle, kayaçta meydana gelen renk değişimi olarak tariflenmektedir. AYRIŞMA (TERMİNOLOJİ) Bozunma (Deterioration): Tarihi eser ve alanlarında kullanılan taşlarda kullanım süresince meydana gelen değişimleri tariflemektedir. Çekirdek Taşı (Core Stone): Ayrışma ürünü içinde bulunan daha az ayrımış yuvarlak ve sağlam blok Saprolit (Regolith): Tropikal iklim şartlarında; mağmatik, sedimanter ve metamorfik kayaçlarda, kimyasal ayrışmanın etkisiyle oluşmuş, kaya dokusunun korunduğu, genelde kahverengi ve kırmızımsı renklerde gözlenen ve çoğun bünyesinde kil içeren üründür. Arena (Grus): Daha çok granitik kayaçlarda gözlenen kuvarsların ayrışmaması sonucunda gelişen daneli malzemedir. Küresel Ayrışma (Exfoliation): Yüzeydeki kayacın dış kısmının soyulması, kayacın yüzeyinde meydana gelen kabuk şeklindeki ayrışmadır. AYRIŞMANIN MÜHENDİSLİKTEKİ ÖNEMİ 1) Zemin oluşumu 2) Yamaç ve şev stabilitesi 3) Tünelcilik 4) Doğal yapı taşları 5) Ziraat vd. Birçok mühendislik yapısının yüzeyde veya yüzeye yakın derinlikte, belirli bir derecede ayrışmış kaya üzerinde gerçekleştirilmesinden dolayı ayrışmamış ana kayadan çok farklı mühendislik parametrelerine sahip olan ayrışmış kayaç ve rezidüel zeminlerin, geoteknik mühendisliğindeki önemi büyüktür. AYRIŞMA TÜRLERİ FİZİKSEL / MEKANİK AYRIŞMA Üç çeşit ayrışma vardır. 1. Mekanik (Fiziksel ayrışma) 2. Kimyasal ayrışma 3. Biyolojik ayrışma Biyolojik ayrışma hem kimyasal hem de fiziksel ayrışmaya neden olduğundan bu iki ayrışma grubu içinde incelenir. Fiziksel ayrışma sonucu kaya küçük parçacıklara ayrılır. Her bir parça orijinal kayanın özelliklerini yansıtır. Sıcaklık ve gerilme değişimleri fiziksel parçalanmada önemli rol oynar. 2
Fiziksel parçalanmada, kayaç mekanik olarak parçalara ayrılmaktadır. Mekanik olarak kayaç, çatlakların açılması, yeni süreksizliklerin oluşması ve bunlara ilave olarak tane dokanakları ve taneler boyunca çatlamalarla parçalanır. Fiziksel ayrışma süreçlerinin kayalara uyguladıkları gerilmeler. ( OLLIER,1984; TUCKER ve POOR, 1978 den ) Oluşturan etkenler Fiziksel ayrışma Sonuçlar Yük kalkması (Erozyon vs.) Kütlesel gevşeme Hacim artışı Eklemlerin açılması Yüzey alanı Termal genleşme ve büzülme artışı Islanma-kuruma Süreksizlik artışı Dane boyu küçülmesi Donma-çözülme Fiziksel parçalanma Yabancı kristallerin oluşumu Ufalanma Bitki kökleri Güneş radyasyonu Rüzgar, dalga, akarsu aşındırması Katılaşan sokulumda soğumanın devam etmesiyle gelişen büzüşmeyle eklem takımları oluşmaktadır. YÜKSEK DERECEDE AYRIŞMIŞ BAZALT FİZİKSEL AYRIŞMA MEKANİZMALARI (disintegration, degradation) FİZİKSEL-MEKANİK 1 Basınç Azalması (Kütlesel Gevşeme) 2 Isıl Kökenli Gerilmeler 3 Islanma - Kuruma 4 Çatlaklarda buzlanma 5 Canlı Aktiviteleri 6 Rüzgar 7 Dalga 8 Akarsuların Aşındırması 9 Kristallenme 3
FİZİKSEL AYRIŞMA 1-Basınç Azalması (Kütlesel Gevşeme) Derinlerdeki kayaçların üzerindeki basıncın erozyondan dolayı azalmasına bağlı olarak kayaçları boydan boya kesen ve yaklaşık olarak topografik yüzeye paralel olan bir seri çatlaklanma yüzeyleri gelişir. Bunun sonucunda değişik boyutlarda partiküller oluşur Üstteki yükün aşındırılmasıyla oluşan genişleme (Kütlesel Gevşeme) Genellikle derinlerde oluşmuş magmatik kayaçlarda, üstteki yükün aşındırılarak kalkmasıyla bir hacim değişimi meydana gelir. Bu hacim değişimi topoğraya yüzeyine paralel ve konsantrik çatlaklar oluşturur. Yüzeye doğru bu çatlaklar daha sıklaşır.bu olaya kavlama (exfoliasyon) denir. Basınç serbestlemesi ve exfoliasyon (kavlama) Exfoliasyon yüzeyi Derin gömülme ile oluşan basıncın ortadan kalması Granit plütonu (Kütlesel Gevşeme) Fiziksel Ayrışma 2-Isıl Kökenli Gerilmeler Termal genleşme ve büzülme Çöl ortamlarında gece-gündüz sıcaklık farkının çok yüksek olması kayaçların çatlaklanmasına sebep olduğu görüşü benimsenmiştir. 4
Fiziksel Ayrışma 2-Isıl Kökenli Gerilmeler Termal genleşme ve büzülme Küresel ayrışma Sıcaklık değişimleri ve birbirini izleyen ısınma ve donmalar da kayaçların ufalanmalarını sağlar. Kayaçlar genellikle değişik minerallerden yapılıdır ve her mineralin genişleme ve büzülme katsayıları birbirinden farklıdır. Bu ayrışmanın sonucunda kayaçlarda kütle kavlaması (exfoliasyon) gelişir. Ayrışma sonucunda, yüzleklerde köşeli yüzeylerin kaybolarak soğan kabuğu şeklinde görünüme sahip bir yapı oluşabilmektedir. Küresel Ayrışma Fiziksel Ayrışma 3-Islanma-Kuruma Kayaçların periyodik olarak ıslanma ve kurumaları farklı özellikli minerallerden oluşan kayaçlarda ayrışmaya neden olur. Kayaç içerisindeki bazı mineraller bünyelerine su almalarıyla şişerler ve kayacın parçalanmasına sebep olurlar. Kil Minerallerin hacimsel olarak şişme % Ca-montmorillonit 45-185% Na-montmorillonit (bentonit ) 1400-1600% İllit 15-120% Kaolinit 5-60% Fiziksel Ayrışma 4- Çatlaklarda Buzlanma Fiziksel Ayrışma 4- Çatlaklarda Buzlanma Kayaçların boşluklarını dolduran su donarsa mevcut suyun hacminde %9 oranında bir artış olur. Bu hacim değişimi büyük bir basınç oluşturur. -22 C 0 de donan suyun meydana getirdiği basınç 1700 kg/cm 2 dir. Bu basınçta kayaçların ufalanmasını sağlar. 5
Fiziksel Ayrışma Buzlanma Donmayla ayrılma Jeolojik süreçlerle yüzeye ulaşan derinlik kayacındaki eklem takımları boyunca giren sular donma sonucunda çatlak aralıklarını genişleterek, blokları birbirinden ayırtarak hareketlendirip kaymalara, blok düşmelerine sebep olabilmektedirler. Yamaç molozu Fiziksel Ayrışma 5-Canlı Aktiviteleri (organic activity) Canlı organizmaların ayrıştırma aktiviteleri genelde kimyasal olmasına karşın fiziksel ayrışmaya da sebep olabilir. Bitki köklerinin veya gövdelerinin büyümesi kayacı parçalayabilir. Oyucu canlılar ise kayaçları oymakla hem kayacın dayanıklılığını azaltır hem de kimyasal ayrışmayı hızlandırır. Ayrışmada Organizmanın Etkisi Fiziksel Ayrışma 6-Rüzgar Fiziksel Ayrışma 7-Dalga 6
Fiziksel Ayrışma 8- Akarsuların Aşındırması Fiziksel Yıpranma 9- Kristallenme Kayacın içerisinde yada bünyesindeki kırık ve çatlaklarda yabancı kristallerin gelişmesi o kayacın fiziksel olarak parçalanmasına sebep olabilir. Akarsuyun aşındırma faaliyeti, taşımakta olduğu parçaların birbirine yada yatağı oluşturan kayaçlara çarpmasıyla gelişir. KİMYASAL AYRIŞMA KİMYASAL AYRIŞMAYA ETKİ EDEN FAKTÖRLER Kimyasal ayrışma ile yüzeydeki kayalar, ortam koşullarının etkisi altında kimyasal tepkimelere uğrayarak daha büyük hacimli, buna karşılık daha az yoğun bileşikler oluştururlar. Kimyasal ayrışma süreçleri başlangıçta basit görünmekle birlikte, sayısız birçok faktörün etkisiyle karmaşık bir hal alır. Bu tür ayrışma sıcaklığın yükselmesiyle artmakla birlikte, nemli ortamda ve alçak yükseltilerde daha hızlı gelişir. Mineralojik Bileşim Yüzey Alanı İklim ve su Yaşayan Organizmalar Zaman Aynı ağırlıkta ufalanmış kireçtaşı hidroklorik asit içine atıldığında ufalanmamış kireçtaşına oranla niye daha fazla gaz kabarcığı çıkarır? KİMYASAL AYRIŞMADA YÜZEY ALANI Hacim = 1 cm 3 Yüzey Alanı = 6 cm 2 Toplam Hacim = 1 cm3 Toplam Yüzey Alanı = 12 cm 2 Çünkü daha fazla yüzey alanı vardır. Dış dünya ile (hava, su) etkileşim alanı arttıkça kimyasal ayrışma hızı artar. Küçük parçacıların yüzey alanı daha büyük olur. Sonuçta küçük parçacıklar büyük parçalardan daha çabuk ayrışırlar. 7
KİMYASAL AYRIŞMA KİMYASAL AYRIŞMA KİMYASAL AYRIŞMA Oksidasyon: Oksijen oldukça aktif bir element olup diğer elementler ile serbest halde bileşikler oluşturur. Yarılma sonucunda kristal içine su molekülleri ile beraber oksijen de girerek özellikle demir minerallerini iki ve üç değerlikli demir oksitlerine dönüştürür. Bu reaksiyonda oksitlenen madde elektron kaybeder. Oluşturan etkenler Kimyasal ayrışma Sonuçlar İklim Oksidasyon Ayrışmamış mineraller Su (Yeraltı ve yerüstü suları) Redüksiyon Yeni minerallerin gelişimi Organik aktivite Hidratasyon Kimyasal çözeltiler Hidroliz Çözünme Özellikle biyotit, piroksen ve amfibol gibi demir bileşiklerinin bol bulunduğu minerallerde daha çok rastlanır. Örneğin demir oksijenle birleştiğinde paslanır ve demir oksit olan hematite dönüşür. 4Fe + 3O 2 2Fe 2 O 3 Demir Oksijen Demir Oksit (Hematit) OKSİDASYON Kayaçların oksit oluşturmak için havadaki ya da sudaki serbest oksijenle olan reaksiyonlardır. Serbest oksijen silikat mineralleri içerisindeki metalik elementlerle reaksiyona girerek bu minerallerin bozuşmasını dolayısıyla parçalanmasını sağlar. Oksidasyon sonucunda oluşan kırmızı renkli çökeller A B Piroksen FeSiO 2 Renk Kızıllaşır O 2 Si Fe 2+ H 2O Fe 2+ Hematit Fe 2O 3 KİMYASAL AYRIŞMA KİMYASAL AYRIŞMA Oksidasyon (yükseltgenme) tepkimelerinin oluşması için atmosferde bol miktarda oksijen bulunmalıdır. Yükseltgenme ortamda su olmazsa çoğunlukla yavaş işleyen bir süreçtir. Çoğu yükseltgenme olayı suda çözünmüş oksijenle gerçekleşir. Oksitlenme diğer kimyasal olaylarda olduğu gibi toprak oluşumunda oldukça önemli yer tutar. Birçok toprağın ve kayacın sarı, kahverengi ve kırmızı renkleri hematit ya da limonitin varlığından kaynaklanır. Redüksiyon: Oksidasyonun tersine elektron kazanma olayıdır. Redüksiyon yer kabuğunun alt kısımlarında yetersiz drenaj koşullarında sahip olan, suyun hava boşluklarını doldurduğu topraklarda yaygındır. Diğer bir deyişle, toprakta gerektiğinden fazla su bulunduğu zaman yeterli oksijen olmayacağından redüksiyon olayı gelişir. Ferridioksidin ferrookside dönüşmesi buna örnektir. 2FeO 3 (hematit) - O 2 4FeO (ferrooksit) 8
KİMYASAL AYRIŞMA KİMYASAL AYRIŞMA Hidratasyon: Suyun başka bir madde ile kimyasal kombinasyonu; yani, suyun bir minerale eklenmesi ile sulu bir faz oluşur. Bu işlem hacimsel genleşmeyi beraberinde getirmektedir. Örneğin anhidritin su alarak jipse dönüşmesi gibi CaSO 4 + 2H 2 O CaSO 4 2H 2 O Hidroliz: Hidroliz işlemi suyu oluşturan hidrojen ve oksijen elementlerinin birbirinden ayrılması ile sonuçlanan bir işlemdir. Hidroliz, su ile bir kimyasal bağın parçalanmasıdır. Suyun serbest H iyonları birçok bileşiklerdeki pozitif iyonlarla yeni bir bileşik meydana getirmek üzere yer değiştirme eğilimindedir. Hidrate olan mineraller bağlanan suyun etkisiyle yumuşarlar, parlaklık ve esnekliklerini kaybederler ve hacimlerini arttırırlar. Hidrasyon sonucu killer ve kaolin, talk ve götit gibi ekonomik öneme sahip mineraller oluşur. 2KALSi 3 O 8 + 3H 2 O H 4 Al 2 Si 2 O 9 + 2KOH+ 4SiO 2 Hidroliz yoluyla feldispat ve mikalar ayrışır. Bu yolla kil minerali ve kolloidal silis oluşur. KİMYASAL AYRIŞMA Karbonasyon: Karbonatların oluşumuna sebep olan kimyasal olaylara karbonasyon denir. Örneğin, karbondioksidin suda erimesiyle karbon asidi meydana gelir. H 2 O+ CO 2 H 2 CO 3 (Karbonikasit) Karbonikasitli sular kireçtaşlarına etki ederek kalsiyum bikarbonatı oluşturur. CaCO 3 + H 2 CO 3 Ca(HCO 3 ) 2 Karbonasyon KİMYASAL AYRIŞMA Kireçtaşlarının karbonik asit kapsayan sularla çözünmesi karbonasyonun en önemli örneklerinden biridir. Karbonik asidin etkisi ile meydana gelen kalsiyum bikarbonat sularda kirece oranla daha fazla çözünmektedir. Ca(HCO 3 ) 2 içeren yeraltısuları yüzeye çıktıkları zaman basınç serbestleşmesi gerçekleşir. Bu durumda karbondioksit havaya karışırken su akışına devam eder ve kalsiyumkarbonat çevredeki maddeler üzerinde birikmeye başlar. Bu maddeler ise suda eriyen maddeler olduğundan bulundukları yerden yıkanarak taşınırlar. Ca(HCO 3 ) CO 2 + H 2 O+ CaCO 3 Karbonasyon özellikle kireçtaşları için önemlidir. Kireçtaşları ve dolomitler içinde bulunan kil, demiroksit ve alüminyum oksitler karbonatların ortamdan uzaklaştırılmasıyla geride Terrarosa (kırmızı toprak) ve laterit adı verilen artıklar bırakırlar. 9
KİMYASAL AYRIŞMA Çözünme (Erime-Solution): Çözünme olayı yeraltısuyunun dolaşabildiği derinliklere kadar inebilmektedir. Taşların içinde veya serbest bulunan bazı mineraller suyla temas ettiklerinde çözünürler. Örn. Halit/kaya tuzu NaCl NaCl + H 2 O -> Na+, Cl-, H 2 O (suda çözünen iyonlar) Suya bazı inorganic veya organic asitler karışırsa etkisi daha fazla olur. KİMYASAL AYRIŞMA BİYOLOJİK AYRIŞMA Kimyasal Ayrışmayı Etkileyen Faktörler Tane Büyüklüğü; Yüzey alanı arttıkça ayrışma artar. Taneler küçüldükçe yüzey alanı artar. Ana Kaya; ilk oluşmuş mineraller yüzey koşullarında en az duraylıdır. İklim (T 0, Yağış); Kimyasal reaksiyonlar yüksek sıcaklıklarda daha hızlıdır. Kimyasal ayrışma tropikal bölgelerde daha etkilidir. Biyolojik Ayrışma: Biyolojik ayrışma yüzeyden belirli bir derinliğe kadar etkisini gösterir. Biyolojik ayrışma işlemleri, başlıca bakterilerin etkisi ile çürüyen organik maddelerden türeyen hümik asitle gelişir. Bitkilerin kimyasal etkilerinin yanısıra, fiziksel etkileri de vardır. Bitki kökleri, kayacın süreksizliklerinin daha da açılmasına sebep olmalarının dışında yeni süreksizlikleri de geliştirirler. BİYOLOJİK AYRIŞMA BİYOLOJİK AYRIŞMA BİYOLOJİK AYRIŞMA Oluşturan etkenler Biyolojik ayrışma Sonuçlar Bitki kökleri Köklerin kama etkisi Kimyasal ve fiziksel Topraktaki canlılar Topraktaki canlıların etkilerin birleşimi oyma işlemleri Organik asitlerin gelişimi 10
HİDROTERMAL ALTERASYON Hidrotermal alterasyon, kabuk içinde gelişen bir iç olaydır. Bu değişimde su önemli rol oynar. Hidrotermal alterasyonun etkileri; silisleşme, killeşme ve diğer şekillerde ortaya çıkar. Ayrışma Etkileri Ayrışmaya Etki Eden Faktörler Yıkanma-birikme, Sertlik-direnç kaybı, İçyapının değişimi, Doku-fabrik değişimi, Gözenekliliğin artışı, Boşluk suyu basıncının değişimi Ayrışmanın hızı ve derecesi; kayacın litolojisinin yanısıra, içerdiği süreksizlikler, yeraltı ve yerüstü suları, iklim, bitki örtüsü, topoğrafya ve zamana bağlı olarak değişim gösterir. Böylece ayrışma ( A ), sözü edilen faktörlerin fonksiyonu olarak; A = f ( L, S, Y, İ, B, T, Z ) şeklinde belirtilebilir. Burada; L: litoloji, S: süreksizlikler, Y: yeraltı ve yerüstü suları, İ: iklim, B: bitki örtüsü, T: topoğrafya ve Z: zamanı ifade etmektedir. Bu faktörlerin önem dereceleri, kısa mesafelerde değişen ortam şartlarına göre farklılıklar sunmaktadır. Ayrışmayı Denetleyen Faktörler Litolojik özellikler Mineraloji Doku, fabrik Kimyasal bileşim Jeolojik yapı Faylar Çatlaklar Yeraltı ve yerüstü suları iklim Bitki örtüsü Topografya Zaman Yerüstü suları Yeraltı ve Yerüstü Suları Donma - Çözünme Sızan suyun miktarı Erozyon Bitki örtüsünün türü Direnç azalması Fiziksel etkiler Boşluk suyu basıncı artması Direnç azalması Yeraltı suları Kimyasal etkiler Çimentolanma Direnç azalması Minerallerin çözünmesi Kayaç yapısının bozulması Boşlukların artması Direnç azalması 11
Tekonik Yükselme 03.11.2014 İklim Ayrışma Türleri Nemli iklim Küresel bloklar Nemli iklim Killi zemin Küresel ayrışma kabukları Çekirdek Taşı Grus Çatlaklar PELTIER (1982) diyagramı Nemli ve kurak iklimlerde gelişen küresel ayrışma modelleri (RAHN, 1986 dan) Hem kimyasal hem de mekanik ayrışma nedeniyle köşeli yüzeylerin kaybolarak soğan yapısının oluşumu Ayrışma ile Değişime Uğrayan Faktörler Petrografik özellikler Mineralojik bileşim Kimyasal bileşim Fiziksel özellikler Mekanik özellikler Derece I II Ayrışma Derecesi Ayrışmamış (taze kaya) Hafif ayrışmış Genel Özellikleri Mühendislik Özellikleri Basınç kalkması ya da patlatmadan dolayı Çatlak yüzeylerinde boyanma münferit bloklar olabilir. Tünel ve şaftlarda olabilir. destekleme gerekebilir. Ayrışma renk değişikliği Kazılar patlayıcı madde ile yapılır. Beton şeklinde kaya içine ilerlemiştir. baraj temelleri için uygundur. Kaya direnci taze kayaya yakındır. Açık çatlaklar boyunca çok geçirimlidir. Kaya oranı % 90'dan fazladır. Beton agregası için şüpheli görülür. KAYA DÖNGÜSÜ Kıtasal Kabuk Ayrışma-Yıpranma Tektonik Yükselme III Orta derecede ayrışmış Ayrışma kaya içine doğru önemli derecede ilerlemiştir. Büyük parçaların direnci fazladır. Elle kırılmayabilir. Kaya oranı % 50-90 arasında değişir. Patlayıcı madde kullanmadan kazılması zordur. Toprak ve ufak baraj temelleri için uygundur. Yarı geçirimli malzeme olarak kullanılabilir. Çatlaklara dikkat etmek koşulu ile duraylı şevler açılabilir. Yerinde Oluşmuş Topraklar Erozyon ve Depolanma Magmatik Kayaçlar Sokulum ve Volkanizma IV Yüksek derecede ayrışmış Ayrışma kayayı zayıflatmıştır. Patlayıcı madde kullanmadan kazılabilir. Büyük parçalar elle Toprak baraj temelleri için uygun olabilir. kırılabilir. Dikkatli çalışılırsa rotari Büyük yapı temelleri için sorun yaratabilir. sondajla karot alınabilir. Duraysız büyük bloklar görülebilir. Çökeller (Alüvyon) Magma V Tamamen ayrışmış Patlayıcı madde kullanmadan ve elle Ayrışma sonucu kaya tamamen kazılabilir. Büyük yapı temelleri için uygun parçalanmıştır. Kaya dokusu halen değildir. Dolgu baraj temeli ve malzemesi tanınabilir. Rotari sondajla olabilir. Dik açılı şevlerde duraysızdır. karot alınamaz. Erozyondan korunmalıdır. Diyajenez Sedimanter Kayaçlar Erime Metamorfik Kayaçlar VI Toprak Kayanın dokusu tanınmaz. Bitki kökü ve humus Temel ve şevler için duraysızdır. Metamorfizma içeren yüzey seviyesidir. Arazi gözlemlerine dayanılarak kayaların ayrışma derecelerine göre sınıflanması (Little, 1969). 12
Tekonik Yükselme 03.11.2014 Yerinde Oluşmuş Topraklar Yerinde Oluşmuş Topraklar Zemin horizonu, bir zemin profili içinde kimyasal ve fiziksel özellikleriyle farklılaşan bir tabakadır. ZAMAN TOPRAK/ZEMİN KALINLIĞININ İKLİME BAĞLI OLARAK DEĞİŞMESİ Toprak/Zemin kalınlığının litoloji (A) ve yamaç eğimi (B) tarafından kontrol edilmesi Sizce Hangisi En Direçlidir? KAYA DÖNGÜSÜ Kıtasal Kabuk Yerinde Oluşmuş Topraklar Ayrışma-Yıpranma Tektonik Yükselme Magmatik Kayaçlar Erozyon ve Depolanma Sokulum ve Volkanizma Direnci az olandan büyük olana doğru sıralayınız? D B C A D Çökeller (Alüvyon) Diyajenez Sedimanter Kayaçlar Metamorfizma Erime Magma Metamorfik Kayaçlar 13
SEDİMANLARIN TAŞINMASI 1-AKARSULARLA TAŞINMA Bozunma olayı sonucunda parçalanan ve değişik boyutlarda parçacıklara ayrılan kayaçlar Akarsu Rüzgar Buzul Yerçekimi (gravite) gibi taşıyıcı unsurlar tarafından taşınırlar NEHİR TİPİ ALÜVYON TÜRÜNÜ KONTROL EDER MENDERESLİ ÖRGÜLÜ 1-AKARSULARLA TAŞINMA Akarsuların başlıca iki faaliyeti vardır. Bunlar: taşıma ve aşındırma faaliyetleridir. Akarsuyun aşındırma faaliyeti, taşımakta olduğu parçaların birbirine yada yatağı oluşturan kayaçlara çarparak gelişir. Akarsuyun taşıma faaliyeti ise çözülü halde, süspansiyon halinde, sıçrama şeklinde ve kayma/yuvarlanma şeklinde olur. Akarsular, akarsuyun hızının azalması veya taşıdiği yükün artması gibi nedenlere bağlı olarak taşıdıkları yükü taşıyamaz hale gelir ve bu durumda birikme başlar. AKARSUYUN TAŞIMA FAALİYETİ EROZYON-TAŞINMA-ÇÖKELME Asılı (suspended) Yük: çözülü ve süspansiyon (asılı) yük olarak, Yatak Yükü: sıçrama, kayma veya yuvarlanma şeklinde taşınır İri daneli zeminlerin taşınması için yüksek hızlar gereklidir. Killerin çökelebilmesi için ise hemen hiç akım olmaması gerekir. Kumlar killere oranla daha düşük akım hızlarında erozyona uğrar, bunun sebebi killerde bulunan kohezyon (yapışma olarak algılayabiliriz) kuvvetinden ileri gelir. 14
2-RÜZGARLA TAŞINMA Bu taşınma şekli özellikle çöllerde görülür. Tane boyu küçük olan kum ve tozlar, sıçrama ve yüzeyde sürünme şeklinde taşınırlar. 2-RÜZGARLA TAŞINMA Rüzgarlar hareket halindeki hava kitleleridir. Bunlar küçümsenmeyecek bir taşıma gücüne sahiptirler. Gerek kendi kitleleri, gerekse taşıdıkları materyal ile temas ettikleri zemin üzerinde aşındırma ve parçalanma yaparlar. 2-RÜZGARLA TAŞINMA 2-RÜZGARLA TAŞINMA Barkhan kumulları (dunes), Death Valley, California Seif kumulları, Sossusvlei, Namibia 3- BUZULLARLA TAŞINMA 3-BUZULLARLA TAŞINMA Buzullar oluştukları yüksek yamaçlardan yerçekimi dolayısı ile aşağıya göç etme eğilimindedirler. Bu göç sırasında buzul tabanı ile kaya üst yüzeyi arasında kalan sedimanlar kopartılarak aşağı doğru buzulla birlikte sürüklenirler. Buzullar U şekilli vadiler oluştururlar. Sonuçta buzulların erimesiyle sıkışmamış (konsolide olmamış) ve düzgün boylanmamış, köşeli sedimanlar çökelir. 15
3-BUZULLARLA TAŞINMA BUZULLLAR-NEHİR GİBİ! BUZULLLAR-NEHİR GİBİ! TİLL-TİLLİT Buzullar tarafından depolanan malzemeye TILL taşlaşmış haline de TİLLİT denir. MORENLER BUZUL ÜRÜNÜ: U-KESİTLİ VADİ ŞEKLİ Akarsu Buzul V Tipi Vadi U Tipi Vadi Buzulların taşıdığı çakıllar (Morenler) taşınma esnasında çizilmiş ya da oyukludur. 16
U-KESİTLİ VADİ ŞEKLİ U-KESİTLİ VADİ ŞEKLİ Alaska, Ağustos 2004 YERÇEKİMİ Genelde bir dağ veya tepenin doruğunda şiddetli ayrışma ve parçalanma sonucunda meydana gelen değişik boy ve şekillerdeki parçacıkların eğim aşağı gravitenin etkisinde kalarak yuvarlanarak dağ yada tepe eteğinde birikmesiyle oluşur ACİL SATILIK! 17
Tekonik Yükselme 03.11.2014 KAYA DÖNGÜSÜ Kıtasal Kabuk Ayrışma-Yıpranma Tektonik Yükselme Yerinde Oluşmuş Topraklar Magmatik Kayaçlar ÇÖKELLER-DEPOLANMA (deposition) Çeşitli faktörlerle taşınan sedimenter taneler bu faktörlerin taşıma güçlerinin azaldığı ya da bittiği yerlerde taşıdıkları malzemeyi artık taşıyamazlar. Taşınamayan bu malzeme birikmeye başlar. Erozyon ve Depolanma Çökeller (Alüvyon) Diyajenez Sokulum ve Volkanizma Magma Erime Taşınan sedimenter materyalin herhangi bir sebepten dolayı belirli bir ortamda üst üste yığılmasına veya birikmesi depolanma ya da çökelme olarak tanımlanır. Sedimanter Kayaçlar Metamorfizma Metamorfik Kayaçlar Depolanmayı etkileyen ana faktörler tane boyutu, tane şekli, tanenin yoğunluğu ve taşıyıcı akışkanın hızı dır ÇÖKELME ORTAMLARI ÇÖKELME ORTAMLARI Kıyıda Çökelme (acısu, delta, haliç, kıyı) Denizlerde Çökelme (sığ, derin) Karalarda Çökelme (çöl, yamaç, batak, akarsu, göl) Kıyı ve denizlerde çökelmelerde: ortamın ph, organizmalar, tuzluluk derecesi ve sıcaklık önemli rol oynar. Karasal ortamlarda çökelmelerde: ortamdaki iklim koşulları, bitki türü ve topoğrafya önemli rol oynar. ÇÖKELLER Çökeller (alüvyon, sedimanlar) fiziksel/mekanik bozunma süresince serbest kalan kayaç parçacıklarını ve mineral tanelerini içeren ayrık kökenli olduğu gibi, kimyasal bozunma sırasında ana kayacın çözünmesi sonucunda oluşan mineralleri içeren kimyasal kökenli yada organik kökenli olabilirler. AYRIK ÇÖKLELLER (dentritik/klastik) Artan Dane Boyutu Kil Silt Kum Çakıl 18
Tekonik Yükselme Tekonik Yükselme 03.11.2014 DANE BOYUTLARI (TS1500/2000) KAYA DÖNGÜSÜ Kıtasal Kabuk Blok Çakıl Kum Silt Kil >60 mm 60-2.0 mm 2.0-0.076 mm 0.076-0.002 mm < 2 m Ayrışma-Yıpranma Yerinde Oluşmuş Topraklar Erozyon ve Depolanma Çökeller (Alüvyon) Diyajenez Tektonik Yükselme Magmatik Kayaçlar Sokulum ve Volkanizma Magma Erime Sedimanter Kayaçlar Metamorfik Kayaçlar Metamorfizma TAŞLAŞMA-DİYAJENEZ (diagenesis) Depolanma ortamlarında biriken sedimentlerin çeşitli işlevlerle kayaç haline dönüşmesi taşlaşma yada diyajenez olarak tanımlanır. KAYA DÖNGÜSÜ Kıtasal Kabuk Ayrışma-Yıpranma Tektonik Yükselme Yerinde Oluşmuş Topraklar Magmatik Kayaçlar Diyajenez bir sedimentin depolandıktan sonra metamorfizma öncesine kadarki zaman aralığında etkilendiği tüm fiziksel ve kimyasal değişmeler şeklinde tarif edilir. Diyajenez ile sedimentasyon ve diyajenez ile metamorfizma arasında kesin bir sınır yoktur. Erozyon ve Depolanma Çökeller (Alüvyon) Diyajenez Sedimanter Kayaçlar Metamorfizma Sokulum ve Volkanizma Magma Erime Metamorfik Kayaçlar ÇÖKEL (SEDİMENT) İLE TORTUL (ÇÖKEL, SEDİMANTER) KAYA İLİŞKİSİ SEDİMANTER (ÇÖKEL) KAYAÇ TÜRLERİ 19
KIRINTILI SEDİMANTER KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMASI EVAPORİTLER Buharlaşma ile eriyikler içinde konsantrasyonun artması ile yavaş oluşan mineralleşme sonucunda oluşan kimyasal kayaçlardır. Bunlar çeşitli tuzlar, karbonatlar ve boratlardır. Evaporit minerallerinin en yaygınları anhidrit ve jips olup daha sonra kaya tuzu (halit) gelir. Evaporitler karasal ve denizel kökenlidirler. Kayatuzu, jips, anhidrit ve çeşitli karbonatlar genelde gölsel ve denizel ortamlarda oluşmuşlardır. KİMYASAL VE BİYOKİMYASAL KÖKENLİ SEDİMANTER KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMASI % CaCO3 100 90 50 10 0 Kalker Mg li Kalker Dolomitli Kalker Kalkerli Dolomit Dolomit 0 10 50 90 100 % MgCO3 Kalker ve kumtaşı karışımlarının isimlendirilmesi Kumtaşı Kalkerli Kumtaşı Kumlu Kalker Kalker 0 10 50 90 100 Tortul Kayaçların Oluşumu ile İlgili Kavramlar a) Çökelme Ortamı: Depolanma ve çökelmenin olduğu ortam b) Fasiyes: Aynı zamanda fakat değişik coğrafik ortamlarda çökelen tortul kayaçların bileşim, yapı, doku bakımından farklı olmaları durumudur. Örneğin; deniz kenarından ortasına gidildikçe, kıyı çakılları kumlara, kumlar derin denizlere çökelen silt ve çamurlarına geçiş gösterir. 20
c) Ardalanma (Süksesyon): Çökellerin zaman sırasına bağlı olarak üst üste birikmesine denir. d) Süperpozisyon (üst üste birikme): Birbiri üzerine gelerek çökelen en eski tabakların en altta en yeni oluşanların ise en üstte bulunmasına denir. e) Korelasyon: Biyolojik, litolojik ve jeokronolojik özellikleri dikkate alınarak, tabakalar arasındaki ilişkilerin karşılıklı olarak bulunmasıdır. f) Transgresyon: Denizlerin karalar üzerine ilerlemesidir. Bu sırada oluşan tabaka serisi, en altta iri taneli (konglomera) tabakaları ile başlar ve yukarıya doğru tane boyutu dereceli olarak küçülür g) Regresyon: Denizin karalar üzerinden çekilmesidir. Bu sırada oluşan tabaka serisi, en altta (kireçli-killi) tabakalarla başlar ve yukarıya doğru tane boyutu büyüyerek devam eder. h) Tam seri: Doğada trasgresyon ve regresyon olayları sürekli olarak birbirini izler. Böylece her bir transgresyon serisinden sonra bir regresyon serisi gelir ve her iki seri birleşerek tam seri oluşur. ı) Konkordans (Uyumluluk): Tortul kayaç birimleri devamlı olarak, yani aralarında bir zaman boşluğu veya sedimantasyonda bir ara olmaksızın çökeliyorlarsa, birbirleriyle konkordandır. Bu şekilde oluşan tabaka serisine de konkordan yada uyumlu seri denir. i) Diskordans (Uyumsuzluk): Sedimantasyonda bir ara verme, eksiklik olduğu zaman, tabaka serisine diskordan veya uyumsuz denir. Tabakalar, diskordans ismi verilen yüzeyle iki kısma ayrılır. Discordans - Uyumsuzluk Konkordans (Uyumluluk) Disconformite Açısal diskordans Nonconformite 21
Angular Unconformity Konkordan ve diskordan tabaka serilerinin dikey kesiti (d=diakordans yüzeyi) Açısal uyumsuzluk Siccar Point, İskoçya Angular unconformity Tidal Channel Strata Tortul Kültelerin İnşaat ve Çevre Mühendisliğindeki Önemi Geçirimlilik, Yapı malzemesi (bloktaş, kırmataş, mıcır, agrega), Hammadde (kil, kireç, alçı, çimento), Erime (Karstlaşma) -kabarma. 22
Tekonik Yükselme 03.11.2014 Kıtasal Kabuk Ayrışma-Yıpranma Yerinde Oluşmuş Topraklar Erozyon ve Depolanma Çökeller (Alüvyon) KAYA DÖNGÜSÜ Tektonik Yükselme Magmatik Kayaçlar Sokulum ve Volkanizma Magma METAMORFİZMA VE METAMORFİK KAYAÇLAR (BAŞKALAŞIM KAYALARI) Diyajenez Sedimanter Kayaçlar Erime Metamorfik Kayaçlar Metamorfizma METAMORFİZMA METAMORFİZMA Metamorfizma (Meta-Morfoz = Şekil Değiştirme) Kayaçların yeni bir ortamda değişik fiziksel ve kimyasal şartlar altında uğradıkları katı haldeki mineralojik ve yapısal değişikliktir. Kayaçları oluşturan mineraller belirli bir sıcaklık, basınç ve kimyasal koşullar altında duraylı bir halde bulunurlar. Eğer bu sıcaklık, basınç ve kimyasal ortam değerlerinde bir değişme, artma olursa mineralde de değişme meydana gelir (rekristalizasyon). Metamorfizmaya uğrayan kayaçlar genellikle şistozite (yapraklanma) gösterirler. Dolayısıyla, 1. Etkiyen Faktörler Isı T (Yerkürenin iç ısısı) Basınç P (Örtü kayaçlarının ağırlığı) Gerilmeler (Kayaçları deforme eden yatay kuvvetler) Kimyasal (hidrotermal) 2. Türleri Değme (Termal) Dinamik Bölgesel METAMORFİK KAYALAR Metamorfizma Türleri METAMORFİZMA Metamorfizma Türlerini Karşılaştırma Kontak Sokulum çevresinde Yüzeysel: 0-6 Km Düşük basınç Lokal Bölgesel Geniş Alanlar 5-20 Km, Bazen 30+ Yüksek basınç Genellikle deformasyon oluşur 23
Kireçtaşı Şeyl 03.11.2014 Mermer Şist Types of Metamorphism METAMORFİK KAYALAR METAMORFİK KAYALAR METAMORFİK KAYALAR 24
METAMORFİK KAYALAR METAMORFİK KAYALAR Çeşitli Kayaçların metamorfizması ve metamorfik kayaçlar Kiltaşlarının metamorfizması Arduvaz ve fillit Kumtaşlarının metamorfizması Kuvarsit Kireçtaşlarının metamorfizması Mermer Derinlik kültelerinin metamorfizması Gnays 25