INS13204 GENEL JEOFİZİK VE JEOLOJİ

4/3/2017 1 INS13204 GENEL JEOFİZİK VE JEOLOJİ Yrd.Doç.Dr. Orhan ARKOÇ e-posta : orhan.arkoc@klu.edu.tr Web : http://personel.klu.edu.tr/orhan.arkoc

4/3/2017 2 BÖLÜM 3 KAYAÇLAR VE AYRIŞMA

4/3/2017 3 3.1. Giriş Kayaçlar (kayalar ve zeminler), tek bir mineralin çok sayıda birikmesinden ya da çeşitli minerallerin bir araya gelmesinden meydana gelirler. Mineral toplulukları olarak tanımlanan kayaçlar, oluşum şartlarına ve kökenlerine göre üç gruba ayrılırlar ( şekil 3.1). 1. Mağmatik Kayaçlar 2. Metamorfik Kayaçlar 3. Sedimenter Kayaçlar

4/3/2017 4

4/3/2017 5 3.2. Mağmatik Kayaçlar Yeryüzü altında bulunan ergimiş kayaç malzemesine mağma denir, ergimiş hâlde bir silikat hamuru durumunda olan bu mağmanın, litosferin farklı derinliklerine veya yeryüzüne kadar yükselip soğuyarak katılaşması sonucunda meydana. getirdiği kayaçlara da mağmatik kayaçlar adı verilir. Mağmadaki SiO 2 miktarı, ağırlık bakımından % 30 ilâ % 80 arasında yer alır. Mağma içerisinde silikat miktarının değişmesi, oluşan kayacın fiziko-kimyasal özelliklerini de belirler.

4/3/2017 6 Mağma türleri sırasıyla; % 63 silis ve bol miktarda alüminyum, sodyum, potasyum ve az miktarda kalsiyum, demir ve magnezyum içeriyorsa asidik (felsik); % 52-65 oranında silis içeriyorsa nötr (ortaç); % 45-52 oranında silis ile daha fazla miktarda kalsiyum, demir ve magnezyum içeriyorsa bazik (mafik) bileşenli mağma olarak da adlandırmak mümkündür

7 Okyanusal kabuk bazik bileşimlidir ve Fe ve Mg elementleri bakımından daha zengindir. Bu nedenle, okyanusal kabuk, kıtasal kabuğa oranla daha yoğundur. Buna karşın kıtasal kabuk asidik bileşimlidir, Si ve Al elementlerince zengin minerallerden oluşur. Bu malzemenin içerisinden geçen mağma, geçtiği bölgede kıtasal kabuğu eritip bünyesine kabuktan malzeme alarak, bileşimini bazikten, nötr ve asidik bileşime döndürür. Bu nedenle, kıtasal kabukta yer alan mağmatik kayaçlar SiO 2 minerali (kuvars) bakımından daha zengin ve daha az yoğundur.

4/3/2017 8

4/3/2017 9 Mağmatik kayaçlar, oluşup soğudukları farklı derinliklere göre üç gruba ayrılırlar: a. Derinlik Kayaçları (plutonik-intrüzif kayaçlar) b. Damar Kayaçları (yarı derinlikporfirik kayaçlar) c. Yüzey Kayaçları (volkanik-ekstrüzifkayaçlar

4/3/2017 10 3.2.1. Derinlik kayaçları Mantodan litosfer içerisine doğru yükselen mağmanın, litosferin farklı derinliklerinde soğuması sonucu oluşan yerin derinliklerinde katılaşmış kayaç türüne derinlik (plutonik) kayaçları adı verilir. Mağmanın yavaş soğuması nedeniyle derinlik kayaçlarındaki kristaller yavaş yavaş oluşur ve büyür. O nedenle, bu tür kayaçlar tam kristalli, taneli ve yalnız kristallerden oluşmuşlardır. Granit, granodiyorit, diyorit (diorite), siyenit, gabro, peridotit vb. kayaçlar magmatik kayaçların derinlik kayaçlarını oluştururlar.

4/3/2017 11 Oluşup katılaşmalarından sonra onlarca hattâ yüzlerce milyonlara varan seneler boyunca kıta yükselimi sonucu üzerlerindeki kilometrelerce kalınlığa ulaşabilen çökellerin erozyonu sonucu aşınmaları ile bu tür kayaçlar güncel topoğrafyada, zemin yüzeyinde günümüzde de görülmektedirler. (örn. İstanbul, Anadolu Yakasında Çavuşbağı granodiyorit plutonu, Gebze-Sancaktepe granit plutonu, Kırklareli, Istranca plutonu vb.).

4/3/2017 12 Bulunuş şekillerine göre, derinlere doğru genişleyen ve görülen yüzey alanı 100 km 2 den daha geniş alanlar kaplayan mağmatik intrüzif kütlelere batolit (batholit), batolite benzer, ancak daha küçük alanları kaplayan intrüzif mağmatik kütlelere ise stok (stock) adı verilir.

4/3/2017 13 3.2.2.Damar kayaçları(yarı derinlik kayaçları) Mağmanın, litosferin üst bölümü olan kabuk içerisindeki yarık ve çatlak gibi süreksizlikleri izleyerek yukarı doğru ilerlemesi sırasında yeryüzüne daha yakın derinliklerde katılaşması sonucu oluşan mağmatik kayaçlara yarı derinlik kayaçları (konkordan/uyumlu Pluton; concordant pluton, sheet intrusion) denir. Yarı derinlik kayaçları, kabuk içerisindeki çatlaklarda damarlar gibi göründüklerinden damar kayaçları olarak da adlandırılırlar.

4/3/2017 14 Damar kayaçları yeryüzüne yakın derinliklerde boşluk ve çatlaklarda yavaş soğuma ve daha az basınç nedeniyle gelişen iri, çok iri taneli kristallerden oluşurlar. Kayacın bileşimine göre granit pegmatiti, gabro pegmatiti vb. adlandırılırlar.

15 Derinlik ve yüzey kayaçlarının görünümleri Damar kayaçlarında, bulunuş şekillerine göre, yerin derinliklerinden üzerlerinde yer alan sedimanter kayaç tabakaları arasına paralel şeklinde sokulup, bu kayaçları kesmemiş, ancak alt kesiminde yer alan dayktan beslenmeye devam ederek üstündeki çökel kayaları tıpkı mantar gibi kabartarak bu şekilde soğuyup şekil almış kayaçlara lakolit (laccolith) denir.

16 Damar kayaçları, derinlik ve yüzey kayaçları arasında bir geçiş safhası oluştururlar ve genellikle porfir veya porfirit şeklinde adlandırılırlar (örn. granitporfir). İri kristalli gelişen damar kayaçlarına pegmatit adı verilir.

17 3.2.3.Yüzey kayaçları (volkanik kayaçlar) Yüzey kayaçları (ekstürizif; extrusive igneous rocks), mağma lâvlarının bir baca ile yeryüzeyine yakın yerlerine veya yüzeye taşınarak soğumaları ile oluşan kayaçlardır. Çabuk soğudukları için kristalleri ufaktır. Genellikle büyük kristalleri çevreleyen küçük kristalli bir matriksten (porfirik doku) oluşurlar. Özel şartlar dışında genel olarak kristalleri iri taneli derinlik kayaçları ile farkları ince taneli ya da camsı dokulu oluşlarıdır.

18 Örnek olarak derinlik kayaçlarından granit, yüzeye çatlaklar boyunca ulaştığında riyolit; diyorit andezit-dasit; siyenit trakit; gabro bazalt; peridotit ise pikrit adını alır. Lâvlar, yüzeyde çok hızla soğuduklarında, kristalleşme olmaz ve oluşan doku camsıdır.

Yeryüzünde baca etrafında soğuyarak yığılan lâv ve piroklastik malzemeler birikip tümsek, tepe veya da boyutunda morfolojik yapıları oluşturur ki bunlara volkan (yanardağ) denir. 4/3/2017 19 Yerin derinliklerinden gelen mağma malzemesinin volkanik etkinlikle yeryüzüne katı, sıvı ve gaz ürünleri çıkarması ile oluşan olaylara volkanizma, mağma malzemesinin yüzeye iletildiği süreksizliklere baca denir.

4/3/2017 20 Volkan bacasının yeryüzüne açılan ağız kısmına krater, oluşan kayaçlara da volkanik kayaçlar ya da yüzey kayaçları denir. Kaldera ise volkan konisinin tepe kısmının çökmesiyle oluşan daireselkazan biçimli, çapı 1 km - 250 km arasında değişen çöküntüdür.

4/3/2017 21 Türkiye de Erciyes, Hasandağ gibi volkanların püskürttüğü lâv ve tüfler, çok geniş bir alana yayılmış Kapadokya bölgesini (Aksaray- Nevşehir-Kırşehir, Niğde, Kayseri illerini kapsayan bölgeler) ve bu bölgedeki peri bacalarını oluşturmuşlardır

4/3/2017 22 Peri bacası : Vâdi yamaçları boyunca, soğuyarak çatlaklı düzlemler içeren bazalt gibi sertleşmiş lâv katmanları veya volkan bombası adı verilen soğumuş iri lâv blok veya kaya parçalarının, altlarında yer alan yumuşak tüf katmanlarını çevrelerine nazaran yağmur, rüzgâr gibi etkenlerin aşındırmasından (erozyon) kısmen koruyup şapka görevi görerek, birlikte oluşturdukları arı kovanı veya koni biçimli yapılardır.

23 3.2.4. Mağmatik kayaçların yapı ve dokuları Mağmatik kayaçlar dokularına göre sınıflandırılırlar. Doku: Kayacın kristallenme derecesi, tane boyu ve şekli, tanelerin birbiri ile olan ilişkisine verilen isimdir.

4/3/2017 24 3.3. Metamorfik (Başkalaşım) Kayaçlar Metamorfik kayaçlar, yeryüzü derinliklerinde daha önce var olan her tür kayacın sıcaklık, basınç ve aktiviteye sahip sıvı ve gazların akışkan etkisi altında zamanla katı hâldeki değişime (başkalaşım) uğramaları sonucu meydana gelen ve kristallerden oluşmuş, genellikle paralel veya som yapılı kayaçlardır. Kayaçların, yer kabuğu derinliklerinde sıcaklık, basınç ve kimyasal aktif akışkanlar etkisi altında uğradıkları katı hâldeki mineralojik ve yapısal değişikliğe metamorfizma, metamorfizmaya uğrayan kayaçlara da metamorfik kayaçlar denir.

25 Metamorfik değişimlerin çoğu yeryüzünün birkaç kilometre derinliğinde başlar, yükselen sıcaklık ve basınç ile üst manto derinliklerine kadar devam eder. Önem sırasına göre; sıcaklık, basınç ve kimyasal akışkanlar (öncelikle su ve karbondioksit bileşimli akışkanlar) metamorfizmayı kontrol eden başlıca fiziksel faktörlerdir. Metamorfizma genellikle düzenli bir artışla hafif şiddetli değişimlerden (düşük derece metamorfizması) önemli değişimlere (yüksek derece metamorfizması) doğru yol alır.

26 Metamorfizma türleri 1- Kontak (Termal) Metamorfizma 2- Bölgesel Metamorfizma 3- Dinamik Metamorfizma

27 Kontak (Dokanak-Termal) Metamorfizma Bir magma kütlesi çevresindeki yan kayaçları değiştirdiğinde Kontak metamorfizması gerçekleşir. Sığ derinliklerde sokulan magma kütlesi çevre kayaçların sıcaklığını yükselterek termal değişmelere neden olur. Sokulumun soğumasıyla birlikte yan kayaçların içine sıcak akışkanların girmesi, yeni mineral oluşumlarına yardımcı olabilir. Kontakt metamorfizmada önemli etmenler, sıcaklık ile magma ve / veya yan kayacın akışkan içeriğidir.

28

29 Bölgesel Metamorfizma Birçok metamorfik kayaç geniş bir alanda gerçekleşen ve genellikle Yer kabuğunun derinliklerinde çok yüksek sıcaklık, basınç ve deformasyonun neden olduğu bölgesel metamorfizma sonucu oluşurlar. Bölgesel metamorfizma en belirgin biçimde levhaların birbirine yaklaştıkları ve birbiri altında yittikleri sırada kayaçların yoğun biçimde deforme olup yeniden kristallendikleri yaklaşan levha sınırları boyunca bulunurlar.

30 Bu tür metamorfik kayaçlar, genellikle çok yoğun basınç ve/veya en yüksek sıcaklıkların etkili olduğu alanlardan daha düşük basınç ve sıcaklığın etkili olduğu alanlara doğru metamorfizma derecesinde bir dereceli geçiş sunarlar. Metamorfizmada böylesine bir derecelenme kayaçlarda bulunan metamorfik minerallerle belirlenebilir. Bölgesel metamorfizma sadece yakınlaşan levha kenarlarıyla sınırlı değildir. Deformasyonun geniş alanlara yayıldığı tüm bölgelerde yaygın olarak görülür.

31 (a) Üzerindeki kayaçların ağırlığı dolayısıyla litostatik basınç, Yerkabuğunda her yönde eşit olarak uygulanır. Bu yüzden eğimli siyah çizgi ile gösterildiği gibi basınç derinlikle artar.

200 ml hacimli küçük plastik köpük bardaklar, yaklaşık 750 ve 1500 m lik derinliklere indirildiğinde de benzer bir durum olur. Artan su basıncı bardağa heryönde eşit olarak uygulanır ve sonuçta bardaklar genel biçimlerini korudukları halde hacimleri azalır. 32

33 Dinamik Metamorfizma Dinamik metamorfizma, kayaçların yüksek farklılaşan basınçların etkisi altında kaldıkları fay (düzlem boyunca hareketin olduğu kırıklar) kuşaklarında gözlenir. Bu olay sonucunda fay kayaları (fay breşi, kataklastik, milonit) oluşur.

34

35

4/3/2017 36 3.3.1. Metamorfik kayaçların yapı ve dokuları Metamorfik kayaçlar, dokularına göre iki gruba ayrılır: Yapraklanmalı doku (foliasyon) gösterenler (Latince yaprak anlamına gelen foliumdan) ve yapraklanmasız dokulu olan metamorfik kayaçlar.

37 Yapraklanmalı (Foliasyonlu) Metamorfik Kayaçlar Metamorfizma sırasında ısı ve farklılaşan basıncın etkisinde kalan kayaçlar, kendilerine yapraklanma dokusu veren tipik olarak birbirine paralel biçimde dizilmiş minerallere sahiptir. Mineral tanelerinin büyüklüğü ve biçimi, yapraklanmanın ince ya da kalın olmasını belirler. Eğer yapraklanma tek tek minerallerin çıplak gözle görülemeyeceği biçimde olursa kayaç, kayrak(sleyt) olarak adlandırılır. Kaba yapraklanmalar, kuvars ve feldspat gibi taneli minerallerin gnaysta olduğu gibi bileşim ve renk bakımından farklı, birbirine yaklaşık olarak paralel ve çizgili kuşaklar halinde ayrıldığında gerçekleşir.

38

39 Yapraklanmasız Metamorfik Kayaçlar Kimi metamorfik kayaçlarda mineral taneleri göze çarpan bir yönlenme göstermez. Bu kayaçlar yapraklanmasız dokuya sahip olarak nitelendirildiği kabaca eş boyutlu minerallerden oluşan bir mozaikten oluşurlar. Birçok yapraklanmasız metamorfik kayaç, hiçbir levhamsı ya da uzamış minerale sahip olmayan kayaçların kontakt ya da bölgesel metamorfizmasıyla oluşurlar. Sıklıkla taneli bir kayanın metamorfizma geçirdiğinin tek göstergesi, genellikle yeniden kristallenmenin sonucunda olan iri tane büyüklüğüdür.

40

41

42

4/3/2017 43

44

45

46

47

48

49

50

51

52 Metamorfik Kayaçların Mühendislikte Kullanım Alanları Öncelikle yapraklanma gösteren kayaçlar, dayanım açısından inşaat işlerinde malzeme olarak tercih edilmemektedirler. Zira yapraklanmalı metamorfik kayaçların, dokuları ve metamorfizma sonucu gelişen yapraklanma ve yapraklanmalar arasında da ilâve gelişen klorit, epidot gibi su ile temasında şişebilen kil mineralleri nedeniyle dayanımları, yapraklanma düzlemleri boyunca azalmaktadır.

53 Metamorfik kayaçların yapraklanma göstermeyen, masif yapılı türleri hariç; gnays, fillat gibi yapraklanması belirgin kayalar, granüler (ayrık dâneli, granular) malzeme, yapı veya beton malzemesi, demiryollarında traverslerin altına balast [balast, (balast) : 40 mm - 110 mm çapında kırmataş, taş kırığı] malzemesi, rıhtımlarda dalga kıran olarak kullanılmaları doğru değildir.

Metamorfik kayaçlardan mermerler; kalkerlerin Metamorfizmasıyla, masif yapıda ve çoğunluğu kalsit kristalinden oluşmuş, boşluksuz, iyi kenetlenmiş, sık dokulu, aşınmaya karşı dayanıklı bir karbonat kayasıdır. Mermerin başlıca kullanım alanları; inşaat sektörü, güzel sanatlar alanı ve dekorasyondur. 54 En geniş kullanım alanını inşaat sektörü teşkil etmektedir. Mermerler; bilhassa bina içlerinde yer döşemesi, duvar kaplamaları, merdiven basamakları, şömine, mutfak vebanyolarda, bina dışlarında kaplama taşı olarak ve taşıyıcı kolon, granüler malzeme, dekorasyon işleri, anıtlar, heykeller, süs ve hediyelik eşya imalâtında yaygınca kullanılmaktadır.

4/3/2017 55 3.4. Sedimenter Kayaçlar Tortul veya çökelik kayaçlar olarak da adlandırılan sedimenter kayaçlar, daha evvel var olan değişik türde kayaçların ayrışma olayı sonucunda ufak parçacıklara bölünerek, su, rüzgâr, dalga, buzul gibi taşıyıcı unsurlar tarafından aşındırılıp taşınarak, karada ya da suda (göl, deniz, okyanus) istiflenmesi veya suya doygun eriyiklerin kimyasal ve biyolojik işlemlerle çökelmesi sonucu oluşan, doğal bir hamurla çimentolanmış(taşlaşmış) veya çimentolanmamış kayaçlardır.

4/3/2017 56 Taşınan her türlü iri ve ince taneli malzemeye sediment (çökel, tortu), taşınan malzemenin çökelme işlemine sedimentasyon (çökelme)denir. Farklı sedimenter kayaçların kökeninin tanımlanması, sınıflandırılması, depolanma ortamlarının belirlenmesi süreçlerini ve ürünlerini inceleyen bilim dalına sedimentoloji denir.

4/3/2017 57 Çökelme sonucu meydana gelen sedimenter kayaçlar genellikle tabakalı ve çoğu kez fosil içerirler. Oluşum biçimlerine göre kırıntılı (=taneli=detritik=klastik), organik ve kimyasal sedimenter kayaçlar olmak üzere üçe ayrılırlar.

4/3/2017 58 3.4.1. Kırıntılı sedimenter kayaçlar Kırıntılı sedimenter kayaçlar; kara ve denizlerdeki çökelme ortamlarında, çeşitli büyüklükteki kayaç ve mineral parçalarının birikmesi sonucu oluşan taneli-parçacıklı kayaçlardır. Doğal çimento ile tutturulduklarında çakıltaşı, kumtaşı, silttaşı, kiltaşı gibi kayaları, tutturulmadıklarında veya sonradan ayrıştıklarında ise çakıl, kum, silt, kil gibi zemin olarak adlandırılan kayaçları oluştururlar.

4/3/2017 59 Çökelme havzasında birikmiş olan bu yumuşak ve gevşek tortular depolanmalarından itibaren suyun etken olduğu fiziksel ve kimyasal süreçler sonucu 150 C ye kadar olan düşük sıcaklıklarda (metamorfizma olmaksızın) normal hidrostatik basınç, sıkışma ve organizmalarla eriyiklerin de etkisiyle çimentolanıp taşlaşma olayı (diyajenez) gelişir. Bu oluşumda, değişik boyuttaki tanelerin kalker, kil, silis veya hematit, limonit gibi demirli bir çimento maddesi ile birleşmeleri, birbirlerine kenetlenmeleri sonucu kaya olarak adlandırılan çimentolu (tutturulmuş) sedimenter kayaçlar oluşur.

4/3/2017 60 Kırıntılı sedimenter kayaçların sınıflandırılması ve adlandırılması, tanelerin cinsi, boyutu, dokusu, biçimi, yuvarlaklık ve boylanma derecesi, homojen ve heterojen oluşu ile taneleri birleştiren çimento malzemesinin bileşimi gibi fiziksel özellikleri dikkate alınarak yapılır.

4/3/2017 61

4/3/2017 62

4/3/2017 63

4/3/2017 64 3.4.2. Organik sedimenter kayaçlar Organik sedimenter (tortul) kayaçlar, ta yapan organizmalardan veya bunların irili ufaklı parçalarından oluşan kayaçlardır. Kayaçlar da, bütünüyle veya ağırlıklı olarak organizmaların katı kısımları taşlaşarak fosilleşmiştir. Bu tür sedimenter kayaçların en önemli örneğini mercanlar oluşturur.

4/3/2017 65 Derin denizlerde, yüzer hâlde (pelajikpelagic) veya deniz tabanına bağlı olarak (bentik) yaşayan kabuklu organizmaların sert kabukları, ölümlerinin ardından deniz tabanına çökerek, bu alanda istiflenip fosilli sedimenter kayaçları oluştururlar. Jeolojik dönemler içerisinde uygun ortamlarda yaşamsal çoğalmalar gerçekleştiren bu tür organizmaların toplu ölümleri sonrasında da oluşabilen sedimentlerin tamamı söz konusu organizmaların kabuklarından oluşabilir.

4/3/2017 66 Organizmaların kabukları karbonat yada silikat bileşeninden oluşmuşsa da kavkıları sonuçta organiktir ve oluşturdukları kayaç türü de kimyasal açıdan ya karbonatlı (sığ denizde) ya da silis (derin denizde) bileşenlidir. Bu kayaçlar, organik işlem sonucu oluştuklarından, organik sedimenter kayaçlar olarak adlandırılırlar (örn. fosilli kireçtaşı, radyolarit, turba, linyit, taş kömürü).

4/3/2017 67 3.4.3. Kimyasal sedimenter kayaçlar Kimyasal sedimenter kayaçlar, doygun eriyiklerin çökelmesi ve tuzlu suların buharlaşması sonucunda meydana gelen kayaçlardır. Eriyiklerden çökelme sırası; CO 3, SO 4, Cl şeklindedir. Suda eriyik hâlde bulunan ve bileşimlerinde esas maddesi CaCO 3 olan; yoğun anorganik kalker (masif kalker) inorganik olarak sudan direkt çökelebilir.

4/3/2017 68 Karbonat kayalarının en önemli ve en yaygın olanı Kalkerler(Kireçtaşları)dir.

4/3/2017 69 Türkiye de bol miktarda bulunabilmeleri nedeniyle çok yaygındır. Karbonat içeri i yüksek olanlar, kolay işlenmesi ve ucuz olmaları dolayısıyla doğal yapı taşı olarak kullanılmaktadır. Bileşimleri; % 90 CaCO 3 olan, zehirli etkisi olmayan, kokusuz, çevre dostu bu karbonat kayalarından: Travertenler, iyi cila kabul ettiklerinden genellikle binalarda kaplama taşı olarak kullanılırlar. Kalkerler (kireçtaşı) ise bilinen en mükemmel yapı taşlarıdır.

4/3/2017 70 Kalkerler; çimentonun da ham maddesidir, fırınlarda yakılarak, sönmüş kireç eldesinde, inşaatlarda; temel ve kaplama taşı, kil içermeyenleri de dayanımlı olmaları nedeniyle agrega malzemesi ve yol yapımında mıcır olarak kullanılırlar.

4/3/2017 71

4/3/2017 72 3.5. KAYAÇLARDA AYRIŞMA (Bozunma) Sedimenter kayaçlar, yukarıda değinildiği üzere, yeryüzünde mevcut her türde kayaçların ayrışması, taşınması ve çökelmesi sonucu oluşmaktadırlar. Gerek sedimenter kayaların, gerekse magmatik ve metamorfik kayaların oluşumlarından sonra yer kabuğunun yüzey ve yüzeye yakın derinliklerinde kayaların yer değiştirmeye uğramadan; atmosfer, güneş ışınları, su etkisi ve canlılar aracılığı ile parçalanma, çözülme ve çürüme eklinde gerçekleşen fiziksel (parçalanma/ufalanma), kimyasal (bozunma/çözünme) ve biyolojik süreçlerle meydana gelen nitelik değişimlerine ayrışma denir.