JEOKİMYASAL ÇEVRE Jeolojik ve jeokimyasal anlamda dünya, dinamik bir sistem olduğundan, onu oluşturan malzemeler bir yerden başka bir yere hareket eder ve ergime, kristallenme, erozyon, çözülme, çökelme ve radyoaktif bozunma gibi işlemlerin bir sonucu olarak şekil ve bileşimlerini de değiştirebilirler. Bu tür olayların gerçekleşmesi belirli kriterlerin karşılanmasına bağlıdır: sıcaklık, basınç, gereken bileşenleri varlığı ve bolluk derecesi. Jeokimyasal çevre, değişik jeolojik olayların gerçekleştiği verilen kriterler ile tanımlanan ortamlardır. İki türlü jeokimyasal çevre vardır: derin kökenli çevreler ve yüzeysel çevreler.
Derin kökenli çevreler, yüzeysel suların erişebileceği derinliklerden yeni kayaçların oluşabileceği derinliklere kadar iner. Magmatik ve metamorfik işlemlerin yoğun olarak gözlendiği bu zonda, sıcaklık ve basınç yüksek, serbest oksijen miktarı düşük ve sıvı hareketleri de son derece sınırlıdır. Hipojen, primer (birincil) ve endojenik terimleri derin kökenli jeokimyasal çevreleri ifade etmek için kullanılan diğer terimlerdir. Yüzeysel çevre ise ayrışma, erozyon ve tortullaşmanın geliştiği jeolojik ortamları ifade eder. Bu zonda sıcaklık düşük, basınç hemen hemen sabit; serbest oksijen, CO 2 ve su içeriği yüksek olup çözeltiler serbestçe hareket edebilirler. Süperjen, sekonder (ikincil) ve eksojen terimleri bu zonu ifade etmek için kullanılan eş anlamlı diğer terimlerdir. Yüzeysel ve derinsel jeokimyasal çevreler birbiriyle doğrudan ilişkili olup kapalı bir devre oluştururlar (Şekil 1). Böylece derinsel kökenli magmatik faaliyetlerle oluşan magmatik kayaçlar, yüzeysel ortamlarda aşınıp tortulaşma havzalarına taşınarak tortul kayaçları oluşturur. Veya bu magmatik kayaçlar içindeki yoğun mineraller aşınıp belirli bir miktar taşınarak plaser yatakları oluştururken, hareketliliği az olan elementler ayrışma ortamında yığışarak değişik özellikte kalıntı tip yatakları oluşturur.
Şekil 1. Yeryuvarındaki jeokimyasal çevrim.
JEOKİMYASAL DAĞILIM Yeryuvarında bulunan herhangi bir malzeme, jeokimyasal çevrimin belli aşamaları içerisine girdiğinde veya onlardan etkilendiğinde özelliklerini olduğu gibi muhafaza edemeyip yeniden düzenlenme, farklılaşma, ayrımlılaşma veya başka malzemelerle karışma gibi işlemlere maruz kalır. Böylece atomların veya parçacıkların yeni ortamlara, jeokimyasal çevrelere hareket etmesi ve taşınması işlemine jeokimyasal dağılım denir. Bir jeokimyasal ortamda duraylı olan kayaçlar ve mineraller ile bunlar içerisindeki taneler ve iyonlar kimyasal veya mekanik işlemlere bağlı olarak serbest hale geçer ve başka ortamlara taşınır (Şekil 2). Şekil 2. Jeokimyasal dağılımın şematik gösterimi.
Dağılım içerisinde geliştiği jeokimyasal ortama bağlı olarak ya derin kökenli veya yüzeysel; cevherleşmenin oluşumu esnasında veya daha sonra oluşmasına göre de birincil ve ikincil olabilir (Çizelge 1). Çizelge 1. Jeokimyasal dağılım çeşitlerinin jeokimyasal çevre ile ilişkisi. Durum Derin Kökenli Çevre Çevre Yüzeysel Çevre Birincil Madenlerin oluşumu esnasında metallerin veya diğer gerekli maddelerin yan kayaç içerisine girip yayılması Volkanojenik bir maden yatağı yakınında metalce zngin sıcak çözeltilerin deniz tabanına ulaşıp yayılması ve çökelmesi İkincil Metamorfizma veya tekrarlanan çözelti faaliyetleri sonucunda bir metal yığışım zonundan metallerin uzaklaşması Sülfürlü cevher kütlelerinin yüzeysel olarak bozunması veya bazı kayaçların bazı elementler bakımından göreceli olarak zenginleşmesi
Yeryuvarının derinliklerinde gelişen magmatizma veya hidrotermal etkileşim gibi birincil olaylara bağlı olarak, yan kayacın ilksel yapısında meydana gelen her türlü kimyasal değişiklik derin kökenli birincil bir jeokimyasal dağılımdır. Örneğin, yeryüzünün 1-2 km derinliğinde, bir kırık/fay boyunca veya katman düzlemleri boyunca bir sıcak çözeltinin hareketi sonucunda, bu ortamlarda meydana gelen metal yığışımları bu tür bir dağılıma örnektir. Fakat oluşmuş olan bu metal yığışımının, daha sonra gelişen başka olaylar sonucunda tekrar çözeltiye alınıp o ortamdan uzaklaştırılıp başka bir ortama taşınması ise derin kökenli ikincil dağılımı oluşturur.
Yüzeysel dağılım, tanım olarak yeryüzünde ve yeraltı suyunun üst kesimlerinde, yani oksijen basıncının yüksek olduğu ortamlarda gelişen dağılım türüdür. Daha çok ikincil olarak gelişir. Örneğin, oluşmuş bir cevher zonunun (damar tip, porfiri tip, vs.) yüzey sularının etkisinde kalarak hava ile temas etmesi ve cevher zonuiçinde bulunan sülfürlü minerallerin su, CO 2 ve O 2 ile reaksiyona girerek (limonit, götit gibi) sulu demir-oksitlere dönüşümü. Bu olay gerçekleşirken, reaksiyondan açığa çıkabilen (ve iyon halinde çözeltiye geçen Zn, Cu, Ag ve U gibi) iyonlar ilksel ortamlarından daha derin kesimlere çözelti içinde hareket eder ve yeraltı su tablası içinde veya altında yeni mineraller halinde çökelir. Bu olay maden yataklarında ikincil zenginleşme olarak bilinir ve ikincil dağılım, var olan bir malzemenin tümü veya bir kısmının yüzeysel şartlarda başka bir ortama taşınması demektir.
Birincil yüzeysel dağılım ise yüzeysel koşullarda, bir malzemenin ilksel olarak dağılımıdır. Buna örnek olarak deniz altı volkanizması esnasında deniz tabanına çıkan sıcak çözeltilerin bileşiminde bulunan (Pb, Zn ve CU gibi) bileşenlerin deniz tabanındaki çamur içinde zenginleşmesi verilebilir. Örneğin Kızıl Deniz tabanında bulunan metalce zengin çamurlar gibi.
JEOKİMYASAL HAREKETLİLİK Jeokimyasal hareketlilik (mobilite), elementlerin çevrelerindeki matrikse göre göreceli olarak hareket edebilme kolaylığıdır ve element dağılım işlemini kontrol eden ana etkendir. Yüzeysel şartlarda ve çevrelerde hareketlilik, sıvı çözeltiler halinde taşınma şeklinde gerçekleşir ve iyon yükünün iyon yarıçapına oranı olarak bilinen iyonik potansiyel ile belirlenir. Ca, Na gibi iyonik potansiyeli düşük olan elementler, basit katyonlar halinde çözülebilir ve çözelti içinde uzaklara taşınabilir. Çok yüksek iyonik potansiyele sahip elementler, oksijen iyonlarını bünyelerine çekerek kolaylıkla çözülebilen oksitler oluştururlar (PbO 4 3-, So 4 2-, MoO 4 2- ). İyonik potansiyel değeri orta derecede olan (Al, Tİ, Sn gibi) elementler düşük çözünürlükleri ve yüzeylere kolaylıkla absorbe olabilmeleri nedeniyle hareketsizdirler (immobildirler). Geçiş elementleri (Fe, Cu, Cr, Ag gibi) ile periyodik tablonun orta kesiminde yer alan elementler (Ti, Zr, Y, Nb gibi) kendileriyle benzer iyonik potansiyel değerine sahip elementlere göre daha zor çözünür ve yüzeylere (kil minerallerinin yüzeylerine) çok daha güçlü bir şekilde yapışırlar. Dolayısıyla hareketlilikleri de aynı oranda az olur. Haliyle hareketlilik ve ona bağlı gelişen elementlerin bir ortamdan başka bir ortama göçü, ortamın Eh ve ph ı ile çok yakından ilgilidir (Çizelge 2).
Çizelge 2. Bazı elementlerin değişik yüzeysel koşullarında hareketlilik dereceleri. Hareketlilik (K) Oksitleyici Ortam Oksitleyici Ortam İndirgen Ortam ph = 5-8 ph < 4 Yüksek (K > 10) Cl, Br, I, S, Rn, He, C, N, Mo, B Cl, Br, I, S, Rn, He, C, N, B Cl, Br, I, Rn, He Orta (K = 1-10) Ca, Na, Mg, Li, F, Zn, Ag, U, V, As (Sr Hg Sb?) Ca, Na, Mg, Sr, Li, F, Zn, Cd, Hg, Cu, Ag, Co, Ni, U, V, As, Mn, P Ca, Na, Mg, Li, Sr, Ba, Ra, F, Mn Az (K = 0.1-1) K, Rb, Ba, Mn, Si, Ge, P, Pb, Cu, Ni, Co (Cd, Be, Ra, In, W?) K, Rb, Ba, Si, Ge, Ra K, Rb, Si, P, Fe Hareketsiz (K < 0.1) Fe, Al, Ga, Sc, Ti, Zr, Hf, Th, Pa, Sn, N.T.E., Pt, Au Fe, Al, Ga, Sc, Ti, Zr, Hf, Th, Pa, Sn, N.T.E., Pt, Au Fe, Al, Ga, Sc, Ti, Zr, Hf, Th, Pa, Sn, N.T.E., Pt, Au, Cu, Ag, Pb, Zn, Cd, Hg, Ni, Co, As, Sb, Bi, U, V, Se, Te, Mo, In, Cr
Herhangi bir ortamda hareketliliğin sayısal olarak hesaplanması güçtür. Ancak, hareketli olup bir ortamdan taşınan ve hareketli olmayıp o ortamda yığışan fazların (element veya mineraller) karşılaştırılması sonucunda göreceli bir hareketlilik tahmini yapılabilir. Bunun için doğal suların bileşimi ile bu suların dokanak halinde (temasta) oldukları kayaç ve toprakların bileşimini dikkate almak gerekir. Buna göre hareketlilik, yeryüzü veya yeraltı suyu içinde bulunan çözünmüş bir katı maddenin bileşimindeki herhangi bir elementin konsantrasyonunun, o elementin suyun temasta bulunduğu kayaç içindeki konsantrasyonuna oranıdır. Yani: 100*M a*n Burada K hareketlilik katsayısı, M sıvı içerisindeki element konsantrasyonu (mg/l), ak sıvı = içerisindeki toplam mineral kalıntısının yüzdesi (%) ve N kayaç içerisindeki (%) element konsantrasyonudur.
BİRİNCİL JEOKİMYASAL DAĞILIM Metalik maden oluşukları çevresinde elementlerin yan kayaç içerisinde zenginleşmesi ile ortaya çıkan jeokimyasal dağılım birincil jeokimyasal dağılım olarak adlandırılır. Maden oluşuğunun yan kayaç içerisinde epijenetik olarak (ard oluşumlu olarak) ilk gelişimi esnasında yan kayaç bazı elementler bakımından bir azalma olabilir. Özellikle kayaçlar içindeki kırık, çatlak ve fay sistemleri, tortul kayaçlardaki katmanlanma yüzeyleri, her türlü kayaç içinde gelişebilen değişik porozite türleri (gaz boşlukları, erime boşlukları gibi) birincil jeokimyasal dağılımın gerçekleşmesine yol açan ana etkenlerdir. Ancak dağılımın oluşabilmesi için bir çözeltinin bu boşluklardan geçmesi gerekir. Bu çözeltiler çoğunlukla sıcak (yani hidrotermal) olup bünyelerinde çözünmüş birçok bileşen barındırırlar. Çözelti yan kayaç içinde hareket ederken onunla reaksiyon halindedir. Bu nedenle çözeltinin sıcaklığı zaman içinde azalırken, kimyasal bileşiminde de bazı değişiklikler olabilir.
Bütün bu olaylar sonucunda, yan kayaç içindeki boşluklarda hareket etmekte olan çözeltinin bünyesindeki bileşenler değişik mineraller halinde kristallenmeye başlar. Bazı bileşenler de yan kayaçta mevcut bazı minerallerin yapısına girebilir. Böylece birincil jeokimyasal dağılım gerçekleşir (Şekil 1). Şekil 1. Zerbanos Yayla Cu cevherleşmesi yakın çevresinde Cu ve Ba elementlerinin zenginleşmesi.
Birincil jeokimyasal dağılım iki yolla gelişir: 1) Çözeltinin yan kayaç içinde difüzyonu ile, 2) Çözeltinin yan kayaç içindeki kırık sistemleri boyunca hareketine bağlı olarak (sızma).
1. DİFÜZYON YOLUYLA BİRİNCİL JEOKİMYASAL DAĞILIM Difüzyon çözelti içindeki iyon ve diğer çözünmüş bileşenlerin, kayaç içindeki boşluklarda yüksek konsantrasyonlu bölgeden düşük konsantrasyonlu bölgeye doğru atomik olarak hareket etmesi olayıdır. Bu yolla element zenginleşmesi son derece yavaştır ve bu nedenle çok uzun zaman içinde gerçekleşir.
Difüzyon yoluyla jeokimyasal dağılımın gerçekleşmesi şu faktörlere bağlıdır: a) Yayılan (difüzyona uğrayan) elementin kaynaktaki konsantrasyonu: Bu değer ne kadar yüksek olursa yayılım zonunda element o derece uzağa taşınabilir. b) Difüzyon olayı ne kadar uzun zamanda gerçekleşirse, oluşan dağılım zonu o derece büyük olur. c) Yan kayacın cinsi: Yan kayaç iyonların çok kolaylıkla reaksiyon yapabileceği bir kayaç ise (kireçtaşı gibi), çok lokal zenginleşme olur. Buna karşın reaksiyona uygun olmayan (veya zayıf; volkanik) bir kayaç ise dağılım o derece geniş yayılımlı olur. d) Yüksek poroziteli ve permeabiliteli (boşlukları birbiriyle bağlantılı) kayaçlarda difüzyon daha kolay gerçekleşir ve geniş bir dağılım sunar. e) Küçük iyon yarıçaplı iyonlar daha kolay yayılabilir ve dolayısıyla daha geniş dağılım zonu oluşturur. Difüzyona bağlı birincil jeokimyasal dağılımda açık bir kanala dik yönde (yanal olarak) gelişen bir dağılım vardır. Genel olarak, dağılım zonunun genişliği <40 dir. Difüzyon ile dağılımda, oluşan zenginleşme zonunun genişliği (difüzyon katsayısındaki farklılıklardan ötürü) elementten elemente değişim gösterir.
2. SIZINTI YOLUYLA BİRİNCİL JEOKİMYASAL DAĞILIM Metalik maden yatakları etrafında hidrotermal çözeltilerin yan kayaç içindeki kırık sistemleri boyunca hareketi sonucunda meydana gelen element zenginleşmesine sızma yoluyla oluşan dağılım denir (Şekil 2). Çünkü burada, bir çözelti bir ortamdan başka bir ortama doğru hareket etmekte ve akmaktadır. Bu tür jeokimyasal dağılım türleri, özellikle bilinmeyen maden yataklarının ortaya çıkarılmasında son derece elverişli ipuçları sağlar. Sızma türü dağılımların yeri, gelişimi ve büyüklüğü şu faktörlere bağlıdır:
a) Çözeltinin hareket yolu veya kanalı. Çözelti hareketi kırık sistemleri boyunca çok daha hızlıdır. Buna karşın mineral sınırları ve diğer poroziteler boyunca akış çok daha sınırlıdır. Örneğin, granitik bir kayaç içinde 1 mm genişliğinde bir kırığın varlığı, bu kayaç içinde çözeltinin akış hızını 10 5-10 6 oranında arttırır. b) Çözelti hareket kanalının duruşu. Kırık sistemleri düşey veya düşeye yakın derecede eğimli ise, sızma türü anomalilerin düşey yönde yayılımı çok geniş, yanal yayılımı ise sınırlı olur. Bir çok maden yatağında bu mesafe 200 ile 800 m arasında değişmektedir. Ancak kırık sistemleri yataya yakın ise veya sızma anomalileri katman düzlemleri tarafından kontrol ediliyorsa, anomaliler yanal olarak çok geniş yayılımlı (>200 m) fakat düşey yönde sınırlı olur. c) Çözelti içindeki element konsantrasyonu ne derece fazla ise, dağılım zonunun genişliği de o derece fazla olur. Cevher oluşturucu bir çözelti içinde metal konsantrasyonu 1-1000 ppm arasında değişir. Bu değer yüzey sularında ise çok çok daha düşüktür. Mineral çökelimi son derece iyi gelişmiş olan bir sistemde mineral çökelimi tamamlandığında bile, çözelti içinde hala bazı elementler yüksek konsantrasyonlarda olabilir. Çünkü mineral çökelimi için gereken H 2 S tükenmiş olabilir. Dolayısıyla böylece bir çözelti, geçtiği yollar boyunca yan kayaçta kesinlikle bir element zenginleşmesine yol açacaktır.
DİFÜZYON VE SIZINTI TÜR BİRİNCİL DAĞILIMLARIN KARŞILAŞTIRILMASI Çözelti hareketi ile oluşan sızma türü dağılımlar, dağılım genişliği, element zenginleşmesinin zayıflama veya son bulma şekli ve dağılımı kontrol eden mekanizmalar (permeabilite zonları) bakımından difüzyon yoluyla oluşan dağılımlardan ayrılabilir. a) Sızma anomalileri cevherli kütleden itibaren birkaç yüz metre genişliğe ulaşabilirken, bu değer difüzyon anomalileri için genellikle <40 m dir. b) Difüzyon anomalilerinde damara göre örnek uzaklığıörneğin element konsantrasyonu grafiği oluşturulduğunda, bu grafik yukarı doğru konkav bir yapı sunar. Buna karşın, bu grafik sızma anomalilerinde ters S şekillidir (Şekil 2). Damara yakın konumda eğri aşağı doğru konkav iken, damardan uzaklaşıldığında yukarı doğru konkav bir hal alır. Ancak bu durum tamamen damarın etrafındaki yan kayacın geçirgenliğine bağlıdır.
BİRİNCİL JEOKİMYASAL DAĞILIMDA ZONLANMA Hidrotermal çözeltiler akış kanalları boyunca hareket ederken, yan kayaç ile sürekli reaksiyon halinde olur. Yan kayacın kimyasal ve fizikokimyasal özellikleri, içerisinde akmakta olan çözeltinin özelliklerinden farklıdır. Örneğin yan kayaç çözeltiye nazaran çok daha soğuktur. Bu özellik, çözeltinin taşıdığı bazı elementleri mineraller halinde çökeltmesinin en önemli nedenlerindendir. Çözeltinin Eh ve ph ında gelişebilecek olan değişiklikler de mineral çökelimine etki eden diğer faktörlerdir. Çözeltiden mineral çökelimi olurken, geride kalan çözeltinin kimyasal bileşimi sürekli değişmektedir. Bu olaylara ilave olarak, aynı zamanda yan kayacın içine doğru difüzyona bağlı bir iyon akışı da söz konusudur. Yan kayaçta organik çözelti bünyesinde bulunan bazı bileşenleri tutabilirler. Böylece akış kanalı zonlanma hem cevher içinde ve hem de cevherin çevresindeki yan kayaçta da gelişir. Böylece bazı elementlerin zenginleşip bazılarının fakirleşmesine bağlı olarak asıl cevherli kütlenin nerede bulunabileceğine ait büyük ipuçları sunar (Şekil 3).
Şekil 3. Piritli bir cevher kütlesi etrafında gelişen bir sızma zonlanması. Zonlanma gelişim yönüne göre isimlendirilir. Cevher oluşturucu çözeltinin akış yolu boyunca oluşan zonlanmaya aksiyal (boyuna) zonlanma, bu yöne dik olarak yana cevherin doğrultusuna dik olarak gelişen zonlanmaya da enine (transvers) zonlanma denir (Çizelge 1).
Çizelge 1. Bazı maden yataklarında gözlenen düşey ve yanal element elementler ana bileşenlerdir. zonlanması. Eğik Yatak türü Yanal (enine) zonlanma Düşey (aksiyal) zonlanma Hg yatakları Altınlı kuvars damarları Hg, As, Ba, Cu, Pb, Zn, Ni, Ag, Co Au, As, Bi, Ag, Pb, Sb, Cu, Be, Mo, Co, Zn Ba, Hg, Sb, As, Ag, Pb, Zn, Cu, Ni, Co Sb, As, Ag, Pb, Zn, Cu, Bi, Mo, Au, Co, Be Porfiri Cu yatakları Au, Cu, Mo, Ag, As, Sb Sb, As, Ag, Cu, Mo, Au Cu-Bi yatakları Cu, Bi, Pb, Ag, As, Ba, Zn, Co Ba, Ag, Pb, Zn, Cu, Bi, Co Asidik volkaniklerde damar tip Pb, Ba, Zn, Ag, Cu, As, Co As, Ba, Ag, Pb, Zn, Cu, Co Pb-Zn yatakları Alp tipi Pb-Zn yatakları Ag, Pb, Cu, As, BA, Co, Zn, Ni As, Ba, Ag, Cu, Pb, Zn, Co Skarn tip Pb-Zn yatakları Ba, Zn, Pb, As, Ag, Cu, Sb Sb, Cu, As, Ba, Ag, Pb, Zn, Cu U-Mo yatakları U, Mo, Pb, Cu, Zn, Ag Ag, Pb, Zn, Cu, Mo, U Sülfit-kasiterit yatakları Ag, Zn, Pb, Sn, Cu, Mo Ag, Pb, Zn, Cu, Mo, Sn
Değişik yöntemlerle varlığından şüphe edilen bir oluşuk üzerinde sondajlı arama yapıldığında, elde edilen sonuçlar derinliğe göre grafiğe koyulduğunda o bölgeye ait düşeysel zonlanma çıkarılır. Aranmakta olan maden yatağının genel özelliklerinden yola çıkarak, zonlanma verileri değerlendirilmeye tabi tutulur. Örneğin, bir epitermal altın yatağı için arama yapılıyorsa ve yapılan sondaj aşırı silisleşme gösteren bir zonda sadece bakırca zengin bir seviye kesiyorsa, muhtemelen altınca zengin zon topografik olarak daha üst zondadır. Böyle bir topografya söz konusu değilse, altınlı seviyenin erozyona uğrayıp aşınmış olma ihtimali son derece yüksektir.
BİRİNCİL DAĞILIMIN JEOKİMYADA KULLANILMASI Birincil jeokimyasal dağılım doğrudan maden yatağının oluşumuna yol açan olayların gelişimine bağlı olarak ortaya çıktığından, bu tür dağılımlar ikincil dağılım profillerine göre çok daha dar kapsamlıdır. Başka jeolojik, jeofiziksel ve jeokimyasal (dere kumu, toprak ve bitki örneklemesi gibi) yöntemlerle tespit edilmiş olan anomali sahalarının detaylı olarak araştırılmasında kullanılır. Ayrıca bir yöredeki magmatik kütlelerin herhangi bir element veya elementler için bir potansiyele sahip olup olmadığını test etmek için doğrudan başka hiçbir jeokimyasal yöntem kullanılmadan da (başlangıç aşaması olarak) gerçekleştirilebilir. Bu tür dağılımda, kayaç örnekleri kullanılır. Bu nedenle litojeokimyasal prospeksiyon olarak adlandırılır.
Litojeokimyasal prospeksiyonun en önemli avantajları şunlardır: a) Jeolojik, jeofiziksel ve jeokimyasal (dere kumu, toprak ve bitki örneklemesi gibi) yöntemlerle tespit edilmiş olan anomali sahalarının detaylı olarak araştırılmasında kullanılabilecek tek yöntemdir. b) Tespit edilen anomali sahaları içerisinde, çok daha dar yayılımı olan alt bölgeleri bulmaya yarar ve böylece yarma, galeri ve sondaj lokasyonlarını belirlemede yardımcı olur. c) Diğer yöntemlerle belirlenen anomalilerin hangi jeolojik, mineralojik ve kimyasal olaya bağlı olarak geliştiğini anlamaya yardım eder. d) Dorudan kayaç örneği üzerinde yapıldığından, elde edilecek sonuçlar diğer örnekleme yöntemlerine nazaran çok daha doğrudur. Çünkü kayaç örnekleri, jeokimyasal ve metalürjik kirlenmeden etkilenmezler veya çok az oranda etkilenir.
Litojeokimyasal prospeksiyon aşamasında takip edilecek olan işlemler sırasıyla; 1) Oryantasyon çalışması, 2) Örnekleme profillerinin belirlenmesi, 3) Örnek alımı, 4) Örneklerin analize hazırlanması, 5) Verilerin değerlendirilmesi, 6) Galeri, yarma veya sondaj lokasyonlarının belirlenmesidir.
KAYAÇ JEOKİMYASI İÇİN ORYANTASYON ÇALIŞMASI Planlanan litojeokimyasal prospeksiyonu gerçekleştirebilmek için gereken bilgilerin toplanabilmesi için yapılması gereken bir çalışmadır. Kayaç jeokimyası öncesinde yapılabilecek olan bir oryantasyon çalışmasında cevap aranması gereken sorular şunlardır: a) Aranmakta olan cevher türü için en uygun iz bulucu elementler, b) Gerek gösterge ve gerekse iz bulucu elementlerin cevhersiz bölgede ve cevherin yakınındaki (sızıntı veya difüzyon anomali alanlarındaki) konsantrasyonları (temel ve anomali değerleri) ve anomali kontrastı, c) Yüzeysel bozunma, kayaç birimleri, hidrotermal alterasyon ve diğer jeolojik olayların aranan elementlerin temel ve anomali değerleri ile anomali kontrastlarını ne şekilde etkilediği,
d) Cevherli kütle etrafında sızıntı ve difüzyon yoluyla gelişebilen birincil element dağılım zonlarının genişliği ve düşey uzanımı, e) Aranan elementin, (varsa) diğer iz bulucu elementlerin oluşturduğu element zonlanması içerisindeki yeri (yani nerede bulunduğu), f) Anomali bölgelerinden cevherli kütleye ulaşmak için seçilmesi gereken en uygun örnekleme aralığı ve profiller arası uzaklık, g) Önemli anomalileri kaçırmamak için gereken örnek miktarı, h) En uygun örnek hazırlama ve kimyasal analiz yönteminin ne olduğu, i) Analiz sonuçlarının değerlendirilmesi için en uygun yöntem.
ÖRNEKLEME ŞEKLİ Litojeokimyasal prospeksiyon aşamasında örnek alım şekli örneklenecek olan alanın büyüklüğüne göre değişir. Bütün litojeokimyasal örneklemelerde genel ilke, mevcut her anomalinin 3-6 arasında örnek ile temsil edilmesi gerektiğidir. Başlangıç amaçlı çalışmalarda örnekleme dağınık olarak yapılır. Yani örnek lokasyonu gelişigüzel seçilir. Sadece (lokal zenginleşmelerin olduğu kırık sistemleri gibi) belirli noktalardan örnek alımından şiddetle kaçınılmalıdır. Diğer jeolojik, jeofiziksel ve jeokimyasal yöntemlerle varlığı belirlenmiş bir veya birden fazla anomali sahasının araştırılmasına yönelik bir litojeokimyasal çalışma yapılacaksa (detay çalışma), örnekleme belirli profiller (hatlar) boyunca yapılır. Tetkik edilmekte olan anomali, düzgün bir geometrik şekle sahipse, örnekleme dikdörtgen bir grid oluşturularak yapılır. Örnekleme yapılacak hatlar, anomalinin genel doğrultusuna dik olarak yerleştirilir. Kayaç örneklemesinin en büyük dezavantajı, belirlenen her örnek noktasından mostra olmayabilmesidir. Böyle bir durumda örnek noktasının yakınından da örnek alınabilir. Eğer bir sonraki örnek noktasına kadar mostra yoksa, o örnek noktası boş bırakılır.
SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ Kayaç jeokimyasından elde edilen kimyasal analiz sonuçlarının değerlendirilmesi de örnekleme şekline bağlıdır. Belirli hatlar boyunca nokta şeklinde örnek alımı yapılması durumunda, her örnek noktasına karşılık gelen analiz sonucu yazılarak, her element için yoğunluk haritaları çizilir. Elde edilen anomalinin büyüklüğüne göre yarma, sondaj veya galeri çalışması için önerilerde bulunulur. Örnek alımı kanal şeklinde gerçekleştirilirse, elde edilen sonuçlara göre sondaj çalışmasına gerek olup olmadığına karar verilmelidir. Anomalilerin değerlendirilmesi esnasında en önemli olan nokta, anomalinin önemli mi yoksa önemsiz mi olduğuna karar vermektir.
İKİNCİL JEOKİMYASAL DAĞILIM İkincil jeokimyasal dağılım, yüzeysel olaylara bağlı olarak yüzey veya yüzeye çok yakın ortamlardaki malzemelerde (toprak, yüzey suyu, yeraltı suyu, bitkiler) bir veya birkaç elementin yüksek konsantrasyonlara erişmesidir. Bu element zenginleşmeleri, yine bu elementleri içeren bir ana kütlenin üzerinde ve yakınında gelişir. Bu nedenle yeni maden yataklarının aranması üzerine yapılan çalışmaların en önemli bölümlerinden biri olan jeokimyasal prospeksiyonun ayrılmaz bir parçasıdır. İkincil jeokimyasal dağılım toprak zonu, yeraltı ve yerüstü suları, bitkiler ve dere kumları içerisinde gelişir.
Oluşumu, yüzeysel şartlarda cevher kütlesinin parçalanması ile oluşan parçacıkların değişik etkenlerle yüzeysel çevrede dağılmasına ve gerek bu parçacıklardan ve gerekse ana cevherli kütleden çözeltiye geçen elementlerin sulu ortamda hareketine bağlıdır. Toprak ve bitkilerdeki dağılım çok daha yerel olur. Buna karşın dere kumu ve yeraltı/yerüstü suları içindeki dağılım çok daha geniş ölçekli olur. İkincil dağılımın gelişebilmesi için ana kayacın fiziksel olarak parçalanması gerekir. Bu işlem yüzeysel bozunma konusunu oluşturur.
YÜZEYSEL BOZUNMA Yüzeysel bozunma, yeryüzünde ve yüzeye yakın derinlikte bulunan kayaçların ve içlerindeki minerallerin parçalanması ve alterasyonu sonucunda atmosfer, hidrosfer ve biyosfer ile dengede olabilecek bir şekle ve bileşime dönüştürülmesidir. Diğer bir deyişle, yüzeysel bozunma kayaçların masif bir yapıdan parçalanmış bir duruma dönüşmesidir. Fiziksel, kimyasal biyolojik olaylara bağlı olarak gelişir. Sonuçta masif yapılı ana kayaç üzerinde regolit adı verilen ve tutturulmamış (bozunma ile oluşmuş) dirençli mineraller ile bozunma ortamında duraylı olan yeni minerallerden oluşan bir örtü gelişir. Bu olayın bir ileri aşaması toprak oluşumu, erozyonu, taşınması ve yeniden çökeltilmesi işlemleridir.
Fiziksel bozunma ana kayaç üzerindeki yükün bir şekilde kalkması ile başlar. Bir ortamın faylanma ile yükselmesi veya erozyonu ile örtü tabakasının kayaç üzerinden kalkması gibi olaylar ile kayaç içerisinde birikmiş olan stres açığa çıkarak kayaç içinde kırık ve çatlaklar oluşur. Bu kırık sistemlerine giren suyun gece ve gündüz arasındaki sıcaklık farkları nedeniyle genleşip büzülmesi ve hatta donması kırıkların daha da açılması ve yeni kırıkların oluşmasına yol açar.
Kimyasal ayrışma ise çözeltiler ile ana kayaç arasındaki kimyasal reaksiyonlara bağlı olarak gelişir. Bu etki o kadar büyük boyutludur ki, sonuçta son derece iri kristalli masif bir kayaçtan geriye sadece kil minerallerinden oluşan bir oluşuk kalabilir. Hatta kayaç tamamen çözülüp geride sadece Al ve Fe oksit ve hidroksitler kalabilir. Yüzey suları ve yeraltı suyu kimyasal bozunmanın ana bileşenleridir. Bitkiler kayaçların parçalanmasına doğrudan etki edebilir. Bitki kökleri kayaç kırıklarını genişleterek yeni kırıklara yol açarken, köklerden salgılanan asitler de kayacın daha kolaylıkla parçalanmasına yardımcı olur. Kayaçların ilksel bileşimlerinde bulunan minerallerin yüzeysel olaylara karşı direnci, kayacın dokusu, iklim şartları ve topografik şartlar bozunmanın ne dereceye kadar gelişeceğini denetleyen faktörlerdir.
Fiziksel, kimyasal ve biyolojik olaylar sonucunda, bu faktörlere bağlı olarak gelişen yüzeysel ayrışma (bozunma) ile ayrışmaya uğrayan kayaçta (killer, Fe ve Al oksithidroksitler gibi) yeni ikincil mineraller oluşurken, kayacın ilksel yapısında bulunan (kuvars, zirkon, turmalin gibi) dirençli mineraller de korunur. Böylece kayacın dokusal özellikleri de değişime uğrar, son derece kırıklı, çatlaklı, parçalanmış ve ayrışmış bir görüntü kazanır. Bu yapı derinlere doğru ayrışmamış kayaca doğru değişim gösterir.
İKİNCİL DAĞILIMI OLUŞTURAN ETKENLER 1. MEKANİK ETKENLER Fiziksel etkenler olarak da adlandırılan mekanik etkenler, erozyonun egemen olduğu taze kaya üzerindeki ayrık malzemenin oluşturduğu ayrışma zonu içerisinde gelişir. İkincil dağılıma etki eden mekanik etkenler daha çok ana kaya üzerindeki örtü zonunda gerçekleşen yerçekimine bağlı kayma hareketleri olup rüzgar ve hayvan işlevleri yardımcı rol oynarlar. 1.1. Yerçekimine Bağlı Gelişen Kayma Hareketleri Özellikle eğimli topografyalarda, ana kaya üzerindeki toprak ve örtü zonu duraylı olmayıp belirli etkenlere bağlı olarak yamaç aşağı yer değiştirebilir. Bu yer değiştirme olayı mühendislik jeolojisinin konuları arasındadır ve iki şekilde gelişebilir: 1. Yavaş kayma 2. Ani kayma (heyelan)
Yavaş kayma hareketi özellikle yağışlı ve nemli iklim kuşaklarında ve topografyanın eğimli olması durumunda gerçekleşir. Çok hassas (jeodezik) ölçüm aletleri araziye konuşlandırılarak belirli bir zaman dilimi içinde ölçülebilir. Çünkü yavaş kayma olayında, kayma hızı yılda birkaç cm yi geçmez. Toprak zonu içindeki nem yavaş kaymanın ana nedenidir. Bu nemin gece ve gündüz arasındaki sıcaklık farkından dolayı, gece donması ve gündüz ısınarak çözülmesi zaten tutturulmamış olan toprağın ve örtü malzemesinin ana kaya üzerinde hareket etmesine neden olabilir. Ayrıca kuru havalarda toprak örtüsünün neminin kuruması ve ani yağışlarla tekrar nemlenmesi de donma ve çözülmeye benzer etki yapar. Bu şartların sağlanması durumunda yavaş kayma hareketi gerçekleşir. Sonuçta, kayma ile hareketlenen parçalar kayma yönünde bükülür ve hareketlenme miktarı ana kaya yüzeyinden yüzeye doğru artar (Şekil 1). Bitki örtüsü yavaş kaymayı dengeleyici veya yavaşlatıcı rol oynar, ancak tamamen yok edemez. Sonuçta, ana kaya içinde bir cevherli kütle (damar) varsa, ona ait parçalar toprak zonu içinde yamaç aşağı kayarak ikincil dağılıma uğrar.
Şekil 1. Yavaş kayma olayı ile ana kaya içerisindeki bir anomalinin ikincil dağılıma uğraması.
Toprak zonu içindeki nem miktarının çok ani bir şekilde artması toprağın çamurlaşmasına yol açar. Buna ilave olarak, toprak zonu ile ana kaya dokanağının kayganlaştırılması sonucu bu örtü bir çamur akıntısı halinde kayma yapar (Şekil 2a). Ayrıca, aynı nedenlere bağlı olarak, çok eğimli topografyalarda, ana kayaya oturmuş örtünün oluşturduğu ağırlık, bu örtü içindeki iç mukavemeti aşarsa, bu durumda örtü malzemesi oturduğu yüzeyden ani olarak kayarak heyelana uğrar (Şekil 2b). Şekil 2. Ani kayma olayı sonucunda meydana gelen çamur akması (a) ve heyelan (b).
Gerek yavaş kayma gerekse ani kayma sonucunda yamaç boyunca hareket eden örtü tabakası, yamacın eğiminin azaldığı ortamlarda yığışım yaparak çok kalın toprak ve moloz yığıntısı oluşturur. Bu tür bölgeler jeokimyasal olarak son derece önemlidir. Çünkü yamacın üst kesimlerinde bulunan malzeme tümüyle bu bölgede temsil olunur. Yerçekimi sonucu oluşan bu kayma olaylarının en büyük dezavantajı ise kayan malzemenin yığışım yaptığı ortam bulunan birincil (yerli) örtü zonunun ve bu zon içinde mevcut ikincil dağılım ürünlerinin örtülmüş olmasıdır (Şekil 3). Bu şekilde hareket eden malzemenin bir kısmı vadilere kadar taşınıp bu ortamlardaki su akıntısı ile vadi boyunca çok daha uzak ortamlara taşınabilirler. Şekil 3. Yavaş ve ani akma hareketleri nedeniyle örtü malzemesinin kayması ve yamaç dibinde birikmesi sonucunda ilksel örtü ve içindeki ikincil dağılımın örtülmesi.
1.2. Yeraltı Sularının Etkisi Yağmur ve kar şeklinde yeryüzüne düşen nemin bir kısmı yüzeyden akar bie kısmı da yüzeydeki örtünün veya kayaçların kırık ve çatlakları içine girerek yeraltı suyu halinde akar. Yüzeyden akan su, kayaçların mekanik olarak aşındırarak parçalar ve bu kırıntıların başka nedenlerle oluşmuş yüzeydeki diğer kırıntılarla birlikte yamaç boyunca vadi ortamına doğru taşınmasını sağlar. Bu, yağmur suyunun ikincil jeokimyasal dağılıma etkisidir. Bir kısım su da toprak zonu içine girerek kayaçların kırık ve çatlakları boyunca yeraltına iner ve boşluklara yerleşir. Yağışın buharlaşmadan fazla olması durumunda bu su yeraltı suyuna karışır. Bu hareket esnasında, geçtiği yollar boyunca yan kayaçlardan ve örtü zonundan çözerek bünyesine aldığı bileşenleri de beraberinde taşır. Yeraltı suyu gerek yanal olarak ve gerekse daha düşük rakımlı bölgeye doğru hareket eder ve topografyayı kestiği noktada yüzeye çıkar. Bu şekilde yüzeye çıkan su aslında daha derin kesimlerden geliyor da olabilir (Şekil 4).
Şekil 4. Yüzey ve yeraltı suyunun ikincil jeokimyasal dağılıma katkısı. Su tablasının devamlı olarak yüzeye ulaştığı (kuru mevsim kaynağı) bölgesinde yarı bataklık bir zon oluşur. Sonuçta hem yüzeyden ve hem de yeraltı suyundan itibaren vadiye doğru bir taşınma gerçekleşir ki, bu tamamen mekanik olarak gerçekleşen bir olaydır ve ikincil jeokimyasal dağılımın önemli nedenlerinden biridir.
Yüzeyden derinlere doğru hareket etmekte olan su ve içerisinde çözünmüş olarak bulunan tuzlar kapillar kuvvetlerin etkisiyle yerçekimini yenip mineral yüzeyleri boyunca yukarı doğru hareket eder. Maksimum hareket miktarı kum gibi nispeten iri boyutlu malzeme içinde birkaç cm den kil gibi çok ince boyutlu malzeme içinde 10 mm ye kadar ulaşır. Böylece çözünmüş bileşenler yeraltı suyu ortamından yukarı doğru ikincil dağılıma uğramış olurlar. 1.3. Yüzey Sularının İkincil Dağılıma Etkisi Bu taşınma türü yüzeyden emilmeyerek akan su içerisinde, nehir suyu içerisinde ve bataklık gibi ortamlarda gelişir. Malzeme taşınması ya süspansiyon halinde veya parçacıkların yuvarlanması şeklindedir. İki tür taşınma da suyun akış hızı ve hacmine bağlı olarak gelişen türbülansla daha da artar. Türbülans malzeme taşınmasını doğrudan etkilediği gibi, suyun aktığı yüzeyin fiziksel olarak ayrıştırılmasına da katkı sağlar.
Su tarafından taşınan taşınan malzemenin depolanmadan önce taşınacak olduğu uzaklık: 1) Türbülansa, 2) Taşıyıcı suyun malzeme yüküne, 3) Süspansiyon halindeki malzemenin çökelme hızının suyun akış hızına oranına, 4) Suyun derinliğine, 5) Hareket ettirilen parçaların şekline (çünkü düz parçalar aynı büyüklükteki parçalara nazaran daha yavaş çökelir), 6) Taşınan parçalar içindeki minerallerin yoğunluklarına bağlıdır (çünkü yoğun mineraller fazla taşınmaya maruz kalmadan hemen çökeltilirken, hafif mineraller çok daha uzaklara taşınabilirler. Ancak suyun akış hızı bu yoğunluk etkisini bertaraf edip yoğun parçaların taşınmasını da sağlayabilir.).
Yağmur suyunun etkisi Yağmur suyuyla gelişen yüzey sularının kırıntı, parça veya başka tür malzemeleri taşıma gücü başlıca: 1) Topografyanın eğimine, 2) Toprak örtüsünün cinsine, 3) Yağmurun şiddeti ve miktarına, 4) Yağmurun toprak tarafından emilen miktarına bağlıdır. Bütün şartların elverişli olması durumunda, yağmur akıntısının sonunda önemli miktarda aşınma ve taşınma gerçekleşir. Ancak çoğu durumlarda yağmura bağlı yüzey akıntısıyla kil ve çok ince taneli Fe ve Al oksitler taşınır.
Nehir suyunun etkisi Nehir sularındaki malzeme: 1) Vadi yamaçlarının erozyonu, 2) Vadi tabanının aşınması, 3) Yağmur etkisiyle oluşan yüzey akıntısıyla sağlanan malzemeden oluşur. Ani olarak gelişen seller, vadilerde taşınan kırıntılı malzemenin ve büyük parçaların ana sebebidir. Bu tür zamanlarda, büyük bloklar birkaç saat içinde vadi boyunca birkaç km taşınabilirler. Seli takiben gelen sakin zamanlarda, vadi içi akıntılar sel sebebiyle oluşan yığınları yeniden hareket ettirirler ve yavaş yavaş derecelendirirler. Kuvars, ağır mineraller gibi taşınmaya dirençli birincil mineraller ile kısmen ayrışmış kayaç parçaları, akış hızı yüksek olan nehirlerde taşınan asıl unsurlardır. Lateritik zonların bulunduğu ortamlarda Fe ve Mn oksitler de görülür. Erozyon ve taşınma nehir içerisinde türbülansın yüksek olduğu yerlerde gelişirken akış hızının düştüğü yerlerde taşınan malzemeler depolanır.
Bataklıkların etkisi Bataklıklar suyun akış hızının son derece yavaş olduğu ve yoğun bir bitki örtüsü ile karakteristik olan havzalardır. Bu gibi ortamlara giren yüzey suları, gerek doğrudan çökelme, gerekse bitkilerin etkisi ile süzmeye bağlı olarak taşıdığı malzemeyi çökeltir. Bataklık ortamları organik maddenin zenginliğinden ötürü son derece indirgen ortamlardır. Bu nedenle bu ortama giren sular içindeki elementler organik madde ile reaksiyon neticesinde kimyasal olarak da çökeltilir veya çözeltiye geçer.
Göllerin etkisi Göl oluşumu buzul hareketi, faylanma, volkanizma, heyelan, kireçtaşlarının çözülmesi ve insan kaynaklıdır. Ancak jeokimyasal prospeksiyonda önemli olan göller sadece buzul hareketlerine bağlı olarak gelişenlerdir. Buzul göllerinde üç tür tortu bulunur: 1) İnorganik malzemeler, 2) Organik jeller, 3) Organik tortular. İnorganik tortular bitki örtüsü seyrek bölgelerde gelişir ve dolayısıyla göldeki organik madde miktarı, çökelmekte olan karbonatlar ve diğer kırıntılı malzemeye göre çok azdır ve şartlarda göreceli olarak oksitleyicidir. Kum, silt, marn ve kil bu tür ortamlarda çökelen tortulardır. Organik jeller yoğun orman örtülü (organik maddece zengin) buzul göllerinin derin sularında oluşur ve kolloidal organik madde ile su içindeki ince parçacıkların karışımı ve çökelmesi ile oluşur. %10-50 organik madde ve önemli oranda H 2 S içeren bu jeller 100 yılda ~4-6 cm lik bir yığışım oranına sahiptir. Organik çökeller ise inorganik çökeller ile organik jellerin bir bileşkesidir ve buzul göllerinin kıyı kesimlerinde sığ sularda oluşur.
1.4. Buzul Kütlelerinin İkincil Dağılıma Etkisi Özellikle Kanada, İskandinav ülkeleri ve Rusya nın kuzey kesimlerinde son birkaç milyon yılda gelişen buzul örtüleri, bu bölgelerdeki jeokimyasal dağılıma etki eden esas mekanik etkendir. Bu bölgeler çoğu zaman buz ile kaplı olduğundan, yüzeysel ayrışma kolaylıkla gelişemez. Sadece buzul ile kaplı olmayan bölgelerden yeraltına giriş yapabilen su ve içerisindeki çözünmüş bileşenlerin etkisiyle önemli oranlarda yüzeysel ayrışma gerçekleşebilir. Buzul hareketleri esnasında tabandaki kayaç, kırıkları nedeniyle etkilenir, parçalanır ve buzul içine parçalar verir. Hareket halinde bu parçalar da yeni parçaların koparılmasına yardımcı olur. Bu şekilde oluşan buzul morenleri, geçtikleri yollar boyunca ana kayadan çok uzaklara taşınarak metrelerce kalınlığa ulaşabilir. Bu tür etki ülkemiz için geçerli değildir.
1.5. Rüzgarların İkincil Dağılıma Etkisi Bitki örtüsünün çok az olduğu veya hiç olmadığı kurak ve yarı kurak ortamlarda rüzgarların etkisi çok fazladır. Çünkü bu tür ortamlarda yüzey, doğrudan rüzgarın etkisine açıktır. Bu nedenle, bu tür ortamlarda rüzgarlar tarafından taşınmış olan kumlar çok geniş alanlar kaplar. Bu kumlar rüzgarın estiği yönden gelen malzemelerdir ve o bölgenin özelliklerine ve bileşimine bağlı bir jeokimyasal dağılıma yol açar. 1.6. Hayvancıkların Dağılıma Etkisi
2. BİYOLOJİK ETKENLER 2.1. Bitkilerin Jeokimyasal Dağılımdaki Rolü Bitkiler yeryüzündeki element çevriminin en önemli sebeplerinden biridir. Bitkiler de yaşayabilmek için su ve bazı elementlere ihtiyaç duyarlar. Toprak örüsü içerisine dikilen ve kökleri tabandaki ana kayacın kırık ve çatlakları içerisine giren bitkiler, kökleri ile yeraltı suyunu emerler. Kökler özel bir asit salgılayarak içerisinde bulunduğu kayacın içindeki bileşenlerin ayrıştırılmasını sağlar ve böylece bitki için gereken elementler iyonlar halinde ortamdaki çözeltiye geçer. Kökler de bu iyonları su ile birlikte alıp, gövdeye ve yapraklara kadar iletir. Her bitki farklı elementlere ihtiyaç duyar. Bu nedenle ana kayaçtaki elementlerin isteğe göre bünyeye girmeleri sağlanır. Sonbaharda yapraklar kuruduğunda veya bir şekilde bitki kuruduğunda, belirli elementlerin yığışım yaptığı yapraklar veya diğer bitki organları toprak örtüsü üstüne düşer. Aşırı çözünür elementler yüzey suları tarafından çözeltiye alınıp ortamdan yüzey akıntıları ile uzaklaştırılabilir. Bir kısım ise toprak zonu içine süzülerek yüzeyin hemen altında bulunan organik maddece zengin zonda organik madde tarafından tutulur ve o bölgede zenginleşir. Geri kalan bileşenler ise toprağın daha alt kesimlerine iner ve B zonunda özellikle Fe, Mn ve Al oksit-hidroksitlerle birlikte yeniden çökeltilir. Böylece ana kayanın bileşiminden gelen elementler bitkilerde ve toprak zonunda biyolojik olarak zenginleşmiş olur (Şekil 5).
Şekil 5. Bitkiler etkisiyle elementlerin ikincil jeokimyasal dağılıma uğraması.
2.2. Mikroorganizmaların Jeokimyasal Dağılımdaki Rolü Bakteriler, algler ve diğer mikroorganizmalar toprak zonunun yüzeye yakın kısmında humuslu zonun (A1 zonu) oluşmasının ana nedenidir. Bakteriler oksitlenmeye yol açarak Fe ve Mn oksitlerin oluşmasına da katkı yaparlar. Bu oksitler ise çözelti ile toprak zonu içine taşınan iyonların bir kısmını bünyelerine alarak özellikle B zonunda zenginleştirilirler. 2.3. Çevrenin Jeokimyasal Dağılıma Etkisi İklimsel şartlar (yağmur, kar, donma, çözünme), topografyanın eğimi ve kayaç türleri, çevrenin dağılıma olan etkilerini belirler. İklimsel şartlar hem yüzeysel ayrışmanın oluşmasını denetler ve hem de yerüstü ve yeraltı suyunun jeokimyasal dağılıma yol açmasında rol oynar. Yağmur olmadan hiçbir mekanik faktörün gelişmesi mümkün olmaz. Mekanik olarak yüzeysel dağılımın oluşabilmesi için topografyanın tatlı bir eğime sahip olması gerekir. Düz topograflarda herhangi bir yüzeysel akıntı ve kayma hareketleri gözlenmeyeceğinden sadece düşeysel su hareketi olabilir. Yanal bir dağılımın gelişmesi söz konusu olamaz.
İKİNCİL DAĞILIM ÇEŞİTLERİ 1. TANESEL (KLASTİK) DAĞILIM Yüzeysel ayrışma ortamında (toprak zonunun üst kesiminde), vadi içinde, göl ortamlarında, buzul ve rüzgar hareketlerine bağlı olarak ayrık malzemenin değişik boyutlu parçalar halinde ana kaynaktan başka ortamlara doğru hareketi sonucunda gelişen ikincil jeokimyasal dağılım türüdür. Yüzeysel ayrışma sonucunda nispeten düz topografik şartlar altında gelişen tanesel dağılım, ana kaynak etrafında haleler oluşturur. Yeraltı suyunun kapiller olarak ayrışma zonunda yükselmesi ve taşıdığı çözünmüş iyonların bu zon içindeki serbestleşmiş taneler veya minerallerin bünyesine alınması ile klastik dağılım gelişir. Toprak zonu içindeki kurtçuk ve hayvancıkların hareketleri de bu dağılıma etki eder (Şekil 6a ve b). Bu dağılım sadece düşeysel oluşur, yanal yönde oluşmaz. Topografyanın eğimli olması durumunda, gravitesel hareketler de dağılıma katkı yapar ve düşeysel dağılıma ek olarak, tanelerin yanal olarak da hareket etmesine yol açar (Şekil 6c ve d).
Buzul hareketleri (kaymalar), eğimli topografyada ayrışma, suyun etkisi ve gravitesel hareketlerle gelişen yüzeysel dağılıma benzer bir tanesel dağılım oluşturur (Şekil 6e ve f). Rüzgarın taşıdığı malzeme belirli yükselti zonlarının önü gibi rüzgar hızının azaldığı yerlerde dereceli olarak biriktirilir ve tanesel jeokimyasal dağılıma neden olur (Şekil 6g ve h). Yamaçlardan vadi ortamlarına kadar taşınan değişik boyutlu malzeme, vadide akan sular yardımıyla hareket ettirilir. Bu malzemeler yoğunluklarına bağlı olarak vadi boyunca çökeltilir. En ince taneli malzeme deltalara kadar ulaşıp çok uzaklardan kaynaklanan malzemenin jeokimyasal dağılımı sağlamış olur (Şekil 6i ve j).
Şekil 6. Değişik ortamlarda gelişen tanesel dağılım şekilleri. a ve b düşük eğimli veya düz topografyada, c ve d gravitesel olarak toprak kayması oluşan eğimli rüzgar etkisi topografyada, e ve f buzul hareketi görülen ortamlarda, g ve h çöl ortamlarında altında, i ve j vadi içlerinde akan suya bağlı olarak.
2. HİDROMORFİK (İYONİK HALDE) DAĞILIM Gerek yeraltı ve gerekse yerüstü sularının, temasta bulundukları kayaç, kırıntı, tortu veya toprak örtüsünden çözüp bünyelerine almış oldukları elementleri iyon halinde taşıyıp başka ortamlarda çökeltmesi ile ortaya çıkan ikincil jeokimyasal dağılım türüdür. Hidromorfik dağılım özellikle hareketliliği yüksek olan ve kolaylıkla çözeltiye geçebilen elementlerde görülen bir dağılım türüdür. Yeraltı sularının topografyayı kestiği bölgelerde gelişen kuru veya yağışlı mevsim kaynakları etrafında oluşan yarı bataklık zonları hidromorfik dağılımın en önemli örneğidir. Yeraltı suyu içinde taşınan çözünmüş bileşenler, bu ortamlara ulaştıklarında kil ile veya Fe, Mn, Al oksit-hidroksitleri ile etkileşime bağlı olarak çökeltilir. Bu nedenle bu bölgeler son derece önemli jeokimyasal örnekleme alanlarıdır (Şekil 4).
3. BİYOJENİK DAĞILIM Bitkilerin kökleri vasıtasıyla tabanda bulunan kayaç içinden belirli metalleri çözelti halinde bünyelerine almaları sonucunda gelişen bir ikincil jeokimyasal dağılım türüdür. Bu tür dağılım tam cevher kütlesinin üzerinde gelişebileceği gibi cevherden uzakta da gelişebilir (Şekil 7). Yani yanal olarak bir dağılım gösterebilir. Eğer yeraltı suyu başka kaynaklardan çözmüş olduğu metalleri bitkilerin bulunduğu ortama taşırsa, anomali yeraltı su tablası boyunca eğim yukarı daha uzak mesafelerden kaynaklanır. Şekil 7. Biyojenik yolla oluşmuş ikincil jeokimyasal dağılım türü.
İKİNCİL DAĞILIMIN JEOKİMYADA KULLANILMASI İkincil dağılım şekilleri, yeni maden yataklarının aranmasında kullanılan en önemli araştırma yöntemlerindendir. Özellikle yeni bir arama programına başlandığında ve belirli gözlemlere dayandırılan detaylı aramalarda son derece başarılı sonuçlar veren bu yöntemler genellikle jeofiziksel araştırmalarla birlikte yürütülür. İkincil jeokimyasal dağılıma bağlı olarak maden yataklarının aranmasında değişik örnekleme çeşitleri vardır. Bunlar: 1) Dere kumu (tortu) örneklemesi, 2) Toprak örneklemesi, 3) Bitki örneklemesi, 4) Dere suyu örneklemesi, 5) Havanın örneklenmesi, 6) Yarı bataklık zonu (seepage) örneklemesi, 7) Kayaç örneklemesi. Bu sıralama, aynı zamanda jeokimyasal prospeksiyonun başlangıç aşamasından tamamlanma aşamasına kadar takip edilebilecek olan sıradır. Dere kumu, toprak ve bitki örneklemesi en çok kullanılan yöntemlerdir. Kayaç örneklemesi ise her zaman yapılmalıdır.
ANA, İZ, GÖSTERGE VE İZ BULUCU ELEMENT KAVRAMLARI Elementler yeryuvarındaki bolluk derecelerine göre değişik isimler alırlar. Doğal oluşuklar içerisindeki bolluk derecesi %1 veya daha fazla olan elementler ana elementler olarak adlandırılır. Bu tür elementler kayaç yapıcı elementler olarak da bilinirler. Si, O, Al, Ti, Fe, Mg, Ca, Na, K ve H elementler (Ti, P, H, C gibi) tali (minör) elementlerdir. Bolluk derecesi %0,1 den az olan elementler (Zr, Nb, Hf, As, Au, Ag, vs) ise iz (eser) elementler olarak adlandırılır. Bu tür elementler madenlerin yapısında bulunan elementlerdir ve dolayısıyla büyük maddi değer oluşturabilirler. Maden yataklarının aranıp bulunmasında (jeokimyasal prospeksiyon) elementlerin çok iyi bilinmesi gerekir. Zira hangi elementin hangi element ile birlikte olabileceğinin kestirilmesi gerekir. Burada gösterge ve iz bulucu element kavramları ortaya çıkmaktadır. Bir jeokimyasal prospeksiyon çalışmasında herhangi bir cevherli kütleyi bulabilmek için kullanılan ve analiz edilen elemente gösterge element denir. Çoğu durumlarda gösterge element aranmakta olan madenin ekonomik kısmını oluşturan elementtir. Örnek olarak Cu yatakları için Cu elementi veya Au yatakları için Au gibi.
Fakat aranmakta olan metal, yüzeysel şartlarda hareketsiz ise analiz edilmesi ve yorumlanması zorsa veya analiz edilmesi çok pahalıya mal oluyorsa, aranan element ile ilişkili olan başka element daha kullanışlı olacaktır. Bu tür elementler de iz bulucu (path-finder) elementler olarak adlandırılırlar. Örneğin epitermal altın yataklarında altın, cevherin ana elementidir. Altın ile birlikte bulunması muhtemel diğer elementler de As, Sb, Hg, Ta, W dır. Epitermal yataklarda Cu da Au ile birlikte bulunabilir. Dolayısıyla burada Au gösterge element, diğer elementler ise iz bulucu elementlerdir. Jeokimyasal ve analitik olarak aranmakta olan asıl metale göre daha iyi özellikler sunan elementler, daha iyi iz bulucu elementler oluştururlar. Örnek olarak Mo, genel olarak bütün yüzeysel ortamlarda Cu a göre çok daha hareketli olduğundan, özellikle porfiri Cu yataklarının aranmasında çok iyi bir iz bulucu element olarak kullanılır. Çünkü, Cu bulunduğu ortamdan çok fazla uzaklara kadar çözelti halinde taşınamayacağından, cevherden uzak kesimlerde (>1-2 km) alınan örneklerde (dere kumu örnekleri) Cu değerleri son derece düşük olur. Buna karşın Mo hareketli olduğundan, aynı örneklerdeki Mo değeri çok daha yüksek olur ki bu da cevherin bulunduğu yerin tahmininde veya jeokimyasal prospeksiyon yapılan alanın daha da daraltılmasında yardımcı olur.
Bazı durumlarda iz bulucu element, gösterge elemente göre yani aranmakta olan ve cevherin yapısında bulunan elementlere göre daha kullanışlı olabilir. Örneğin Ni-Cu yataklarının aranmasında Cu, Ni e oranla daha kullanışlıdır. Çünkü bu tür yataklar, ultrabazik kayaçlar içinde yer alırlar ve bu tür kayaçların Ni içerikleri yüksektir. Bu nedenle ultrabazik kayaçlarda daha az olan Cu, bu tür yataklarda çok daha iyi bir iz bulucu elementtir. İz bulucu elementin gösterge elemente göre çok daha avantajlı ve kullanışlı olduğu bir diğer durum da gösterge elementin kayaç içindeki bolluk derecesinin analiz edilebilecek sınırların altında olmasıdır. Örneğin altın analizleri. En iyi analitik yöntemlerle bile, altının analiz edilebilmesi için 20 ppb den fazla olması gerekir. Bu nedenle altın aramalarında, gösterge elemente ilave olarak iyi bir iz bulucu element olan As de kullanılır (Çizelge 3).
Çizelge 3. Bazı maden yataklarındaki gösterge ve iz bulucu elementler. Maden Yatağı Türü Ana Bileşenler İlişkili Elementler Ultrabaziklere bağlı Cr yatakları Cr Ni, Fe, Mg, Pt Ultrabaziklere bağlı Fe yatakları Fe Ti, V, P, Co Ultrabaziklere bağlı Cu-Ni Cu, Ni, S Pt, As, Co yatakları Porfiri Cu yatakları Cu, S Mo, Au, Ag, As, Pb, Zn, K Porfiri Mo yatakları Mo, S W, Sn, Cu, F Skarn tür Fe yatakları Fe Cu, Co, S Skarn tür Cu yatakları Cu, Fe, S Au, Ag Skarn tür Pb-Zn yatakları Pb, Zn, S Cu, Fe Skarn tür W yatakları W Mo, Sn, Cu, F, Mn Sn-W içeren greyzen yataklar Sn, W Cu, Mo, Bi, Li, Rb, Cs, F, B Sn içeren damar tip yataklar Sn, S Cu, Zn, Ag, Sb Epitermal Au yatakları Au, Ag Sb, Hg, As, Tl, W Epitermal Pb-Zn yatakları Pb, Zn, S Cu, As, Sb, Au, Ag, Se, Bi, Te Mezo-epitermal Cu yatakları Cu, Pb, Zn, S Au, Ag, As, Sb Alp tipi Pb-Zn yatakları Pb, Zn, S Ba, F, Co, Ni, Cd, Cu, Hg Uranyum içeren damarlar U Mo, Pb, F Beşi tip masif sülfit yatakları Cu S Zn Co Cd Au
JEOKİMYASAL ANOMALİ KAVRAMI Yeryuvarında mevcut kayaçların kimyasal bileşimleri ve bu bileşim içinde elementlerin konsantrasyonları farklılık gösterir. Fe, Ni ve Co gibi elementler bazik kayaçlarda yoğunluk kazanırken Pb, Zn, As, Ag gibi elementler de asidik kayaçlarda daha baskındır. Diğer bir deyişle, her element her kayaç grubunda aynı konsantrasyona sahip değildir (Çizelge 4). Litosferde elementlerin ortalama konsantrasyonları ilk olarak bir Amerikan jeokimyacı olan Clark tarafından 1889 yılında belirlenmiştir. Bu nedenle, Clark a izafeten bir elementin bir kayaç grubu içindeki konsantrasyonu o elementin clarkı olarak kabul edilir. Ancak bu değer bölgeden bölgeye değişiklik gösterebilir. Çünkü belirli elementler bir jeokimyasal ortamda diğer ortamlara diğer ortamlara nazaran daha zengin olabilir.
Çizelge 4. Bazı önemli elementlerin belirli ortamlardaki bolluk dereceleri. Su sonuçları ppb, diğerleri ppm cinsindendir. Element U.mafik kayaç Mafik kayaç Granit Kireçtaş ı Kumtaşı Şeyl Yüzey suyu Toprak Altın 0,0032 0,003 0,0023 0,005 0,005 0,004 0,002 0,002 <0,0007 2 Antimon 0,1 0,1 0,2 0,3 1,0 1-2 2 2 1 Arsenik 1,0 1,5 2,1 1,1 1,2 12 2 7,5 <0,25 Bakır 4,2 72 12 5 10 42 3 15 130 Baryum 0,4 330 840 92 170 550 20 300 2800 Bizmut 1,2 0,05 0,3 0,3 1,0 0,005 0,8 0,7 Civa 0,004 0,01 0,04 0,04 0,03 0,03 0,07 0,056 0,01 Çinko 58 94 51 21 40 100 20 36 570 Demir 94300 86500 14200 3800 9800 47000 100 21000 1600 Flor 20 420 810 250 280 680 100 300 0,77 Gümüş 0,06 0,1 0,037 0,1 0,25 0,19 0,3 0,1-1 İyot 0,12 0,11 0,17 4 0,5 1,7 7 c 4,6 Kadmiyum 0,2 0,1 0,035 0,0X 0,3 0,032 0,1-0,5 4,3 Kalay 0,5 1,5 3 0,X 0,6 2 0,09 10 15 Kobalt 110 48 1 1,1 0,33 19 0,1 10 5 Krom 2980 170 4,1 11 35 90 1 43 6,3 Bitki külü
Element U.mafik kayaç Mafik kayaç Granit Kireçtaş ı Kumtaşı Şeyl Yüzey suyu Toprak Lityum 0,X 17 40 5 15 66 3 22 6,2 Manganez 1040 1500 390 1100 X0 850 15 320 6700 Molibden 0,3 1,5 1,3 0,4 0,2 2,6 1,5 2,5 <5 a Nikel 2000 130 4,5 20 2 68 1,5 17 18 Platin 0,032 0,03 0,008 Potasyum 34 8300 42000 2700 10700 26600 2300 11000 120000 Rubidyum 0,14 32 276 56 40 143 1 35 73 Selenyum 0,13 0,13 0,14 0,88 0,05 0,6 0,4 0,31 0,027 Stronsiyum 5,8 465 100 610 20 300 400 67 1800 b Tantal 0,018 0,48 3,5 - - 3,5 - - - Toryum 0,004 2,7 20 1,7 5,5 12 0,1 13 20 Uranyum 0,03 0,53 3,9 2,2 1,7 3,7 0,5 1 0,6 Vanadyum 40 250 44 20 20 130 2 57 5 Volfram 0,1 1 1,5 0,5 1,6 1,8 0,03 1 0,4 a Molibden konsantrasyonu nemli iklimlerde nötr-asit topraklarda yetişen bitki küllerinde <5 ppm dir. Buna karşın kuru iklimlerdeki alkalen topraklarda yetişen bitki küllerinde ise >5 ppm dir. b Stronsiyum konsantrasyonu kendiliğinden yetişen bitki küllerinde 1800 ppm iken, tarımsal olarak üretilen bitki küllerinde ise 140 ppm dir. c Son derece değişken. Bitki külü
Jeokimyasal çalışmalarda bir elementin clarkı olarak veya ortalama bolluk derecesi olarak bölgesel değil, yöresel değerler kullanmak gerekir. Böylece, bir elementin bir bölgedeki ortalama konsantrasyonu, o elementin temel değeri olarak bilinir. Ancak değişik jeolojik ve jeokimyasal olaylar sonucunda, herhangi bir elementin bir bölgedeki derişimi, ortalama derişimine oranla değişebilir (artabilir veya azalabilir). Bu durumda da jeokimyasal anomali kavramı ortaya çıkar. Jeokimyasal anomali, verilen bir jeokimyasal ortamda herhangi bir element için elde edilen verilerin (analiz sonuçlarının) o ortama ait olan veya o ortamı karakterize eden verilerden sapmasıdır. Jeokimyasal anomali pozitif ve negatif olabilir. Eğer elde edilen konsantrasyon değerleri, o ortamdaki kayaca ait ortalama verilere göre daha yüksek ise bu bir pozitif jeokimyasal anomalidir. Aksine, ortamdaki kayaca ait ortalama değerlerden daha düşük değerler elde edilirse, bu bir negatif jeokimyasal anomali oluşturur.
Her jeokimyasal anomali gerçek anomali değildir. Herhangi bir cevherleşme ile ilişkili olan, yani hidrotermal faaliyetler sonucunda gelişmiş olan ve bir cevherleşmenin bulunmasında rehber olabilen anomaliler, önemli ve gerçek anomaliler olarak adlandırılır. Buna karşın, herhangi bir cevherleşme ile ilişkisi olamayan, sadece bazı jeolojik, jeokimyasal ve antropolojik işlemlere bağlı olarak ortaya çıkan anomaliler de yalancı (önemsiz) anomalilerdir. Örneğin, bir bölgeye atılmış olan hurda (araç) yığınları yüzeysel suların etkisiyle çok yöresel Fe anomalileri oluşturabilir. Bu bir yalancı anomalidir. Jeokimyasal anomali ile ilişkili dört ayrı değer söz konusudur (Şekil 3): 1) anomali 2) eşik değer 3) temel değer 4) anomali kontrastı
Şekil 3. Anomali, eşik değer ve temel değer arasındaki ilişki. Temel değer, jeokimyasal arama yapılan sahada cevherleşme içermeyen kayaçta aranılan elementin ortalama konsantrasyonudur ve cevherleşme içermeyen bölgelerden alınan örneklerden elde edilen konsantrasyonların aritmetik ortalaması olarak ifade edilir. Örnek olarak cevher içermeyen ultramafik kayaçlarda Cu a ait temel değer yaklaşık 42 ppm dir. Eşik değer, temel değerlerde görülen oynamaların en üst sınırıdır. Bu değerin üzerindeki değerler anomali, altındaki değerler ise temel değerlerdir. Jeokimyasal prospeksiyon aşamasında en önemli noktalardan biri eşik değerin belirlenmesidir.