Jeoloji Prof. Dr. Ceyhun GÖL Çankırı Karatekin Üniversitesi Orman Fakültesi Havza Yönetimi Anabilim Dalı
Ders Konuları Jeolojinin tanımı ve tarihçesi Mineraller Güneş sistemi Kayaçlar Dünyanın şekli ve hareketleri Yer yuvarının yapısı Jeolojik Zaman Levha tektoniği Dünyanın şekillendiren kuvvetler Depremler
YER KABUĞUNU OLUŞTURAN MADDELER ELEMENTLER MİNERALLER KAYAÇLAR
Maddenin temel birimi atomlar. Tek bir cins atomdan oluşmuş, kimyasal tekniklerle ayrıştırılamayan ya da farklı maddelere dönüştürülemeyen saf maddelere element adı veriliyor.
ELEMENTLER Elementler atom numaralarına sıralanır. Bir element, atomlarının çekirdeğindeki proton sayısıyla diğer elementlerden ayrılır. Protonların sayısı, o elementin atom numarasıdır. Protonlardan daha fazla elektron varsa negatif bir iyondur; protonlardan daha az elektron varsa, bu pozitif bir iyondur.
Doğada elementler 1 ile 92 arasında atom numaralarıyla bulunur. Evrendeki en bol element birinci hidrojenin atom numarası 1, ikinci element helyumun atom numarası 2 dir.
Elementlerin Özellikleri Saf ve homojendirler. Öz kütleleri sabittir. Erime ve kaynama noktaları sabittir. Atomlardan oluşurlar. Atom numaralarına (proton sayılarına) göre sıralanırlar. Periyodik tablo üzerinde gösterilirler. Fiziksel ve kimyasal yöntemlerle daha küçük yapılara ayrıştırılmazlar. Nükleer tepkimelerle ancak ayrıştırılabilirler. Elementler sembollerle gösterilir. Metal, ametal, yarı metal ve soygaz olarak dört gruba ayrılırlar. Oda koşullarında katı, sıvı ve gaz fazında bulunan elementler vardır.
Su element değil, bileşiktir. Hava ve toprak ise karışımdır. Karışımlar birden çok elementi içerirler. Ateş ise madde değil, sıcaklığın bir sonucudur.
MİNERAL Mineral, doğal olarak oluşan belirli bir kimyasal bileşimi ve düzenli bir kristal yapıya sahip katı inorganik bileşenlerdir. Mineral yunanca mineralis (MİNA= KUYU) kelimesinden türetilmiştir.
Yer kabuğundan çıkarılan madde anlamındadır. Mineraller katı yer kabuğuna ait bulunan, doğal yollardan oluşmuş, homojen ve anorganik maddelerdir ve kimyasal yapıları ile formüle edilirler.
Yer kabuğu (Litosfer) kayaçlardan meydana gelmektedir. Kayaçlar ise en çok 12-15 mineralden meydana gelmektedir. Litosferi oluşturan en önemli mineraller: Mineral % Miktarı O 46 Si 27 Al 8 Fe 5 Ca 3 Na 0,7 K 2 Mg 2 Ti 0,6 H 0,1 Toplam % 99,34
Bir yer yuvarı malzemesinin mineral olarak tanımlanabilmesi için; 1- Doğal olarak oluşması 2- İnorganik olması 3- Katı olması 4- Kristal yapıya sahip olması 5- Kimyasal bileşime sahip olması
Minerallerin büyük bir kısmı kristal yapıya sahiptir. Ancak bazı mineraller de kristal yapı tam gelişmemiştir. Bunlara amorf yapılı mineraller denir. Silis camı veya opal gibi
Mineraller diğer maddeler gibi elementlerden oluşmuştur. Bazı mineraller, örneğin altın ve kükürt tek bir elementten meydana gelmiştir. Su sıvı iken mineral sayılmazken donduğunda kristalleşir ve mineral özelliği kazanır. Cıva sıvı olmasına rağmen mineraldir.
Fakat minerallerin birçoğu iki veya daha fazla elementin birleşmesinden meydana gelmiştir. Örneğin kaya tuzu (NaCl), sodyum ve klor elementlerinden oluşmuştur. Mineralleri tanımak için öncelikle, minerallerin kristal şekilleri, kimyasal bileşimleri, fiziksel ve mikroskobik özelliklerinin çok iyi bilinmesi gerekir.
Minerallerin kristallerinin düzgün yüzeylerle çevrilmiş geometrik şekilleri ve muazzam-periyodik olarak sıralanmış düzenli atomik yapıları vardır. Kuvars, tuz, jips, kalsit en çok rastlanan kristal halde minerallerdir.
Canlı organizmadaki hücre gibi, cansız doğadaki minerallerde en küçük birimi oluştururlar.
Mineraller yan yana gelerek kayaçları, kayaçlar yan yana gelerek LİTOSFERİ oluştururlar.
Doğada 2000 çeşit mineral bilinmekte ve tanımlanmaktadır. Bunlardan 12-15 tanesi kayaçların yapısına katılmakta, bir o kadarı da ekonomik değer taşımaktadır. Geri kalanları ise yer kabuğu içerisinde az miktarda olarak dağılım göstermektedir
Mineral dışında bazı tanımlamalarda yapmak gerekmektedir. Metal: Levha haline gelebilen ve genişleme özelliği olan mineraldir. Maden: Bir mineralden metal çıkarmak ekonomik ise maden denir. Örneğin galenitten kurşun elde edilmesi Kayaç (SAHRE): Mineral topluluğudur, bir veya birkaç mineralin bir araya gelmesiyle oluşan kütleye denir.
KRİSTAL SİSTEMLERİ Minerallerde gözlenen kristal şekilleri, gerçekte kristalin birim hacminde mevcuttur. Bunların yüzeyleri arasında açısal ilişkiler ve simetrik özellikler göz önüne alındığında Mineraller 7 ayrı sistemde kristalleşir.
Kristal Sistemleri
MİNERALLERİN YAPISI Kristallerdeki kimyasal unsurlar (atom-iyon) küresel şekilli olup bunların düzenli ve belli aralıklarla sıralanmaları ile kristal yapılar oluşur. Düzenli kristal yapı Atom ve iyon yarıçapları Koordinasyon sayıları İyonik bağ Kovalent bağ Metalik bağ Van der Waals bağı
MİNERELLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ Minerallerin tanımlanmasında kristal şekilleri ve atomik yapılarının yanında fiziksel özelliklerinden de yararlanılır
Sertlik: Minerallerin aşınmaya ve çizilmeye karşı dayanıklılığının ölçüsüdür. Sertlik derecesi Mohs sertlik cetvelinde, minerallerin birbirleriyle karşılaştırılması yoluyla bulunur. Özgül ağırlık: Bir minerale ait kristalin, hacmine eşit damıtık sudan kaç defa ağır olduğunu gösteren sayıya, o mineralin özgül ağırlığı adı verilir. Birimi g/cm3 dür.
Mosh Sertlik Cetveli Mineraller Bileşimi Sertlik Derecesi Talk Mg 3 (OH) 2 Si 4 O 10 1 Jips CaSO 4 H 2 O 2 Kalsit CaCO 3 3 Flüorit CaF 2 4 Apatit Ca 5 (F, Cl, OH) (PO 4 ) 3 5 Feldspat KAlSi 3 O 8 6 Kuvars SiO 2 7 Topaz Al 2 (F, OH) 2 SiO 4 8 Korundon Al 2 O 3 9 Elmas C 10
Dilinim: Mineralin belirli yüzeyler boyunca kolaylıkla ayrılmaları veya bölünmeleri özelliğidir. Dilinim özellikle atomik dizilişi çok sık olan kristal düzlemleri arasında oluşur ve dilinim düzlemi kristalin belirli yüzeyine paralel olarak gelişir. Kırılma Yüzeyi: Dilinim özelliği olmayan minerallerin kırılmaları sonucu oluşan yüzeylerdir. Renk: Minerallerin tanınmasında renk önemli bir ayırt edici özelliktir. Örneğin; kükürt (S) sarı ve bir kuvars türü olan ametist mor renkleriyle diğer minerallerden kolaylıkla ayırt edilebilir.
Çizgi Rengi: Bu işlem için mineral porselen bir levha üzerine sürülür, porselen üzerinde kalan renk, mineralin çizgi rengidir. Parlaklık: Her mineralin renginden başka, ışığın yansımasından kaynaklanan bir parlaklığı vardır. Bir mineralin parlaklığını o mineralden yansıyan ışığın yoğunluğu belirler. İki türlü parlaklıktan bahsedilebilir metalik parlaklık (galenit ve çinkoblend), metalik olmayan parlaklık (jips)
Manyetik Özellik: Bu mineraller toplu iğneyi veya demir içeren metalleri çekerler. Örneğin; manyetit minerali doğal bir mıknatıs özelliği gösterir. Tat: Suda eriyebilen bazı minerallerin kendine özgü tatları vardır. Koku: Bazı mineraller ise kokuları ile ayırt edilebilir. Örneğin; kükürt tipik sarı renginin yanı sıra kokusuyla da kolaylıkla ayırt edilebilen bir mineraldir.
Mineral Grupları Yer kabuğu malzemelerinin çoğunun bileşenlerini oluşturan mineraller sınırlı sayıdadır. Bunlar, kayaç oluşturan mineraller olarak adlandırılırlar. Örneğin; olivin, piroksen, amfibol, muskovit, biyotit vb. gibi mineraller kayaç oluşturan mineraller olup oluşum ortamlarına göre az veya çok oranda kayaçların bünyelerinde yer alırlar. Bu mineraller kayacın esas (primer) mineralleridir. Zirkon, apatit, titanit vb. mineraller ise kayaçlar içerisinde çok az miktarda bulunurlar. Bu minerallere ise ikincil (tali) mineral adı verilir. Mineraller, kimyasal bileşimlerine göre silikatlar ve silikat dışı mineraller olarak ikiye ayrılırlar.
A. SİLİKAT DIŞI MİNERALLER: Doğal elementler, oksitler, hidroksitler, halitler (halojenürler), sülfitler, sülfatlar, karbonatlar ve fosfonatlar gibi gruplara ayrılırlar.
Doğal Elementler: Tek bir elementten meydana gelirler. Sayıları 20 kadardır. Bu elementlere nabit elementler de denir. Oksitler: Oksit grubu mineraller oksijenle bir veya birden fazla metalin birleşmesiyle türemiş bileşikleri içerirler. Bunlarda kendi aralarında basit oksitler, çoklu oksitler ve hidroksitler olmak üzere üç gruba ayrılır. Basit oksitler, oksijenle bir metalin birleşmesinden; Çoklu oksitler, birbirinin eş değeri olmayan iki metal ile oksijenin birleşmesinden
Hidroksitler ise çoklu oksitlerdeki iki metalden birinin yerini hidrojen alması ile oluşur. Halitler: Halojenler grubu klor, brom, flüor ve iyot iyonlarının oluşturduğu minerallerdir.
Sülfitler: Cevher minerallerinin büyük bir kısmını kapsayan önemli mineral sınıfı olup bünyelerinde metalik ve metalik olmayan elementleri bulundururlar. Sülfatlar: Anyon kökü (SO -2 4 ) ile bileşik yapan elementlerin oluşturdukları mineral grubudur. Susuz ve sulu sülfatlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. H2SO4
Karbonatlar: Anyon kökü (CO 3-2 ) ile bileşik yapan elementlerin oluşturdukları gruptur. CaCO3 (kireç) Fosfatlar: Anyon kökü(po 4-3 ) ile bileşik yapan elementlerin oluşturdukları minerallerdir. NaPO4
SİLİKATLAR: Silikatlar en önemli kayaç oluşturan minerallerdir. Silikat mineralleri bilinen minerallerin 1/3 ünü, yer kabuğu bileşiminin ise %90 ını meydana getirir. Silikatlar yer yuvarının ana malzemeleri olan minerallerin yapı taşlarıdır. Metal içermeyen, ancak ekonomik değer taşıyan silikat mineralleri, asbest, kil mineralleri ve feldspatlardır.
KAYA TUZU Kimyasal Bileşimi, NaCl Kristal Sistemi, Kübik Sertlik, 2 Renk ve Şeffaflık, Renksiz, beyaz, sarı, turuncu, kırmızımsı, mor, mavi; şeffaf-yarışeffaf Parlaklık, Camsı Ayırıcı Özellikleri, Suda kolay çözünmesi, şekli, tadı Bulunuşu, Halit, evaporit ortamlarda yaygın olarak oluşan bir mineraldir. Tuzlu suların evaporasyonu ile oluşan evaporit yataklarında bulunur. Güncel olarak playa ortamlarında oluşabilir. Silvin, jips ve anhidrit gibi minerallerle birlikte bulunur.
KALSİT Kimyasal Bileşimi, CaCO3 Sertlik, 3 Çizgi Rengi, Beyaz-gri Parlaklık, Camsı-mat Ayırıcı Özellikleri, HCl ile çok çabuk çözünebilmesi, dilinimi, şekli, rengi ve sertliği Bulunuşu, Kalsit, doğada bol bulunan minerallerin başında gelir. Karbonatlı sedimanter kayaların (kireçtaşları) ve metamorfik kayaların (mermerler) ana bileşenidir. Travertenlerin, sarkıt ve dikitlerin ana bileşeni olarak bulunur.
KUVARS Kimyasal Bileşimi, SiO2 Renk ve Şeffaflık, Genellikle renksiz, bazen beyaz; şeffafyarı şeffaf Parlaklık, Camsı Ayırıcı Özellikleri, Kristal şekli, camsı görünümü, sertliği, konkoidal kırılması Bulunuşu, Doğada yaygın olarak rastlanan minerallerin başında gelir. Magmatik, metamorfik, özellikle granit ve ganaysların, sedimanter kayaların olağan bileşenidir.
TALK Kimyasal Bileşimi, Mg3Si4O10(OH)2 Renk veşeffaflık, Beyaz, gri, donuk yeşil, gümüş beyazı; Yarı şeffaf Çizgi Rengi, Beyaz Parlaklık, İnci pırıltılı Ayırıcı Özellikleri, Yumuşaklığı, sabunsu olması, rengi Bulunuşu, Olivin, piroksen ve amfibol gurubu minerallerin alterasyonu ile ikincil olarak meydana gelir.
ALTIN Kimyasal Bileşimi, Au Kristal Sistemi, Kübik Renk ve Şeffaflık, Altın sarısı, opak Çizgi Rengi, Altın sarısı Parlaklık, Metalik parlaklık Ayırıcı Özellikleri, Renk, düşük sertlik, asitte çözünmezlik Bulunuşu, Hidrotermal kuvars damarlarında, plaserlerde ve epitermal yataklarda oluşur.
GÜMÜŞ Kimyasal Bileşimi, Ag Kristal Sistemi, Kübik Renk ve Şeffaflık, Gümüş beyaz, dış etkilerle siyahımsı, opak Çizgi Rengi, Gümüş beyazı Parlaklık, Metalik Ayırıcı Özellikleri, Renk, nitrik asitte kolay çözünürlük Bulunuşu, Birincil olarak hidrotermal damarlarda, ikincil olarak gümüş içeren cevher yataklarının oksidasyon zonlarında oluşur.
BAKIR Kimyasal Bileşimi, Cu Renk ve Şeffaflık, Soluk kırmızı, kahverengi, opak Çizgi Rengi, Metalik bakır kırmızısı Parlaklık, Metalik Ayırıcı Özellikleri, Renk ve kırılganlık, nitrik asitte kolay çözünürlük Bulunuşu, Bakır içeren sülfür yataklarının oksidasyon zonları yaygın oluşum ortamıdır.
DEMİR Kimyasal Bileşimi, Fe Çizgi Rengi, Siyah Renk ve Şeffaflık, Çelik grisi-siyah; opak Parlaklık, Metalik Ayırıcı Özellikleri, Kuvvetli manyetik, kolay ezilebilir. Bulunuşu, Saf demir oluşumlarına sıkça rastlanmaz, ancak volkanik kayaların kömür damarlarını kestiği yerlerde oluşabilir.
JİPS Kimyasal Bileşimi, CaSO4. 2H 2 O Renk ve Şeffaflık, Renksiz-beyaz, sarımsı, yeşilimsi, kırmızımsı; şeffaf-yarışeffaf Çizgi Rengi, Beyaz Parlaklık, Camsı Ayırıcı Özellikleri, Düşük sertliği ve dilinimi Bulunuşu, Deniz suyundaki çözünürlüğü halit ve anhidrit minerallerine göre daha zayıf olan ve evaporasyonda ilk çökelen mineraldir.
ELMAS Kimyasal Bileşimi, C Kristal Sistemi, Kübik Kristal Biçimi, Genellikle oktohedral, ayrıca kübik, tetrahedral kristaller halinde, yüzeyleri çoğunlukla bükülmüş şekilde; nadiren masif Sertlik, 10 Özgül Ağırlık, 3.51 Renk ve Şeffaflık, Renksiz, beyaz, mavibeyaz, gri, sarı, kahverengi, turuncu, pembe, kırmızı, lavanta mavisi, yeşil, siyah. Şeffaf, yarı şeffaf, nadiren opak Parlaklık, Parlak, elmas parıltılı Ayırıcı Özellikleri, Aşırı sertliği