Dünyamız 4.5 milyar yıl yaşındadır ve günümüze kadar sürekli DEĞİŞİM DÖNÜŞÜM içinde şekillenmektedir. Bu şekillenmede; dünyanın içindeki ısı enerjisinin etkisi olduğu kadar, güneşten gelen ısı enerjisinin de rolü büyüktür. Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -2-
İç Dinamik Dünyamızın üzerinde yaşadığımız kesiminden çekirdeğine kadar olan kısmında çeşitli olaylar cereyan etmektedir. İnsan ömrüne oranla son derece yavaş olan bu hareketlerin çoğu gözle izlenebilir nitelikte değildir. Depremler ve volkanlar bu hareketlerden insan hayatına etki eden ve gözlemlenebilen iki tanesidir. Dünyanın iç kesiminde meydana gelen ve enerjisini dünya içindeki ısıdan alan bu hareketlerin tümü İç Dinamik adı ile bilinir. Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -3-
Dış Dinamik Dünya yüzeyinin şekillenmesinde rol oynayan buzul hareketleri, rüzgarlar, yüzey ve yer altı suları gibi faktörler iç olayların aksine gözle izlenebilir niteliktedir. Dünyanın dış kesiminde meydana gelen ve oluşum enerjisini güneşten alan bu hareketlerin tümü Dış Dinamik adı ile bilinir. Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -4-
Kayaç oluşumunun bu döngüdeki yeri İÇ DİNAMİK DIŞ DİNAMİK Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -5-
Yer yüzeyinde veya yer yüzeyinin yakın kısımlarında kayaçları yer değişmeye uğratmadan özelliklerini değiştiren yıkıcı süreçler; fiziksel ve kimyasal ayrışma olarak iki kısımda incelenir. Fiziksel Ayrışma Kimyasal Ayrışma 1. Kayaçlar küçük parçalar şeklinde kırılır 2. kimyasal yapıda bir değişiklik olmaz 3. yalnızca fiziksel parçalanmalara neden olur 1. Kayaçların/minerallerin kimyasal bileşimi değişir 2. Yer yüzeyinde duraysız olan kayaçlar daha duraylı maddelere dönüşür (yeni kimyasal bileşikler, mineraller oluşur) Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -10-
Fiziksel (Mekanik) Ayrışma Kimyasal ayrışma olmaksızın ve kayaçların bileşiminde bir değişiklik olmadan yer yüzeyde veya yüzeye yakın kısımlarda gelişen parçalanma ve dağılma olayıdır. Ayrışmaya neden olan etkenler 1. Sıcaklık döngüsü 2. Donma çözülme 3. Aşınmayla kütle üzerindeki yükün kalkması 4. Kristal büyümeleri 5. Organik ve biyolojik olaylar Kayacın bileşiminde herhangi bir değişikliğe neden olmaksızın, genellikle soğuk ve kurak iklimlerde kayacın daha küçük parçalara ayrılmasına neden olan ayrışma türüdür. Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -11-
Fiziksel Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 1. Sıcaklık döngüsünün mekanik etkisi Isı farklılaşmasından kaynaklanan fiziksel ufalanma daha çok günlük ısı farklarının çok yüksek olduğu bölgelerde gerçekleşir. Ani sıcaklık artış ve düşüşleri kayaç yüzeyindeki bölümlerde mineraller arasındaki bağlayıcılığı azaltarak ufalanmaya yol açar. Çöller sıcaklık döngüsünün en etkili olduğu bölgelerdir Eksfoliasyon Sıcaklık değişimleri genleşme ve büzülme ile kayaçları parçalar. Farklı mineraller artan sıcaklıklarda farklı genleşir (kuvars feldspattan çok daha fazla genleşir). Ancak bu süreçte suyun bulunmasına gerek yoktur. Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -13-
Fiziksel Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 2. Donma-çözülme sürecinin mekanik etkisi Kaya kütlelerinde bulunan süreksizlikler boyunca sızan sular donduğu zaman yaklaşık olarak % 9 oranında genleşir. Bu durumda hacmi artan buz kütleleri kaya kütlelerinin mekanik olarak parçalanmasına sebebiyet verir. yağmur buz Don kaması çatlak önce üst yüzey donar (atmosferle kontakta) daha sonra su aşağıya doğru donar (genleşme düşey yönde olmaz) yukarı doğru genleşmeyen buz yanal olarak genleşir ve kayaç kırılır Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -14-
Fiziksel Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 3. Kayaçlar üzerinden basıncın kalkması Oluşumları itibariyle yüzeyden derin kısımlarda bulunan kaya kütleleri üzerindeki örtü kayaçların aşınması, gömülü kayaçların üzerindeki basıncın ortadan kalkmasına neden olur ve bu durumda kayaçlar genleşerek kırılır. * kütle gömülü kayaçla üzerine baskı uygular * basınç giderek yok olur * kayaç genleşir Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -15-
Fiziksel Ayrışmaya Neden Olan Etkenler Genellikle derinlerde oluşmuş magmatik kayaçlarda, üstteki yükün aşındırılarak kalkmasıyla bir hacim değişimi meydana gelir. Bu hacim değişimi topografya yüzeyine paralel ve konsantrik çatlaklar oluşturur. Yüzeye doğru bu çatlaklar daha sıklaşır. Mühendislik jeoloğu yapılan her hangi bir kazının gerilme boşalmasına neden olabileceğini unutmamalıdır. Örtülü kaya kütlelerindeki doğal erozyon zaten kayalarda gerilme boşalmasına neden olmaktadır. Yapay olarak fazladan malzeme kaldırmak hızlı deformasyon oluşumuna neden olabilir. Yıllar içerisinde gerilme boşalmasına bağlı olarak demiryolu kazıları yavaşça kabarmakta, maden galerileri küçülebilmektedir Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -16-
Fiziksel Ayrışmaya Neden Olan Etkenler Tünel yapımı sırasında gerilme boşalması kayaç parçalanmalarına veya kaya fırlamalarına neden olabilir. Granit veya kuvarsit gibi bol miktarda kuvars içeren kayalarda açılan derin maden kazılarında madencileri öldürebilecek kadar şiddetli kaya fırlamaları gelişebilir. Ayrıca özellikle şeyler doğal erozyona veya kazı çalışmalarına başlı olarak gelişen gerilme boşalmaları karşısında kabarabilir. Bu gibi durumlar heyelan ile sonuçlanacak şekilde kayacın zayıflamasına neden olabilmektedir. Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -17-
Fiziksel Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 4. Kristal büyümeleri Tuz kristalleri kimi koşullarda kayaçların parçalanmasına neden olabilir. Büyüyen kristaller kumtaşları gibi gözenekli, taneli kayaçlardaki çatlak ve yarıkları genişletmeye ya da kayaçlardaki taneleri yerinden oynatmaya yetecek kuvveti uygulayabilirler. Granitlerde tuz büyümeleri Granit gibi kristalli kayaçlarda bile tuz kristallerinin büyümesi, gevşek mineral tanelerini koparabilir. Tuz kristallerinin büyüme derecesi kayaçlarda don kamalanmasına benzer biçimde açıklıkları genişletecek kuvvetler oluşturur. Tuz kristali büyümeleri çoğunlukla sıcak, kurak bölgelerde etkili olur. Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -18-
Fiziksel Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 5. Organik ve biyolojik olaylar Özellikle büyük çalılıklar ve ağaçların kökleri, kendilerini kayalardaki çatlaklara kama gibi sokarak onları daha da genişletirler ve fiziksel parçalanmaya neden olurlar. Bununla birlikte, toprak altında yaşayan canlılarda kayaçlarda parçalanmaya neden olabilirler. Genellikle bitkilerin neden olduğu parçalanma pek fazla önem taşımaz Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -19-
Kimyasal Ayrışma İçerisinde erimiş-çözünmüş halde oksijen ve karbondioksit içeren yağmur ve sızıntı sularının ve/veya atmosferde bulunan oksijenin kayaçlar üzerine yaptığı etki nedeniyle, kayaç içerisindeki minerallerin kimyasal yapısının değişerek başka minerallere dönüşmesini olayıdır. Ayrışmaya neden olan etkenler 1. Hidroliz 2. Hidrasyon (Hidratlaşma) 3. Oksitlenme 4. Çözünme ve Karbonatlaşma Ayrıca bitkiler toprak suyundaki iyonları alıp topraktaki minerallerin kimyasal duraylılığını düşürür ve bitki kökleri de organik asitler salarak ayrışmayı artırır. Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -20-
Kimyasal Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 1. Hidroliz Kayaç yapısında suyun etkisiyle meydana gelen reaksiyon ve kimyasal değişmelerdir. Bu değişime suyun H + ve OH - iyonları ile kayaç bileşimindeki element ve iyonlar arasındaki reaksiyon neden olur. Bu iyonlar suyun asitliğini artırır. Yeryüzünde en yaygın kimyasal ayrışma sürecidir ve özellikle silikatlı kayaçların ayrışmasında başlıca etkendir. Bu tepkimede hidrojen iyonları ortoklazın yapısındaki iyonları ayırarak serbest kalan bazı iyonları, gelişen bir kil mineralinde bir araya getirirken diğerleri çözeltiye gönderir. Oluşan ve kil minarelerinin yapısına uygun olmayan silis çözeltisi çökel kayaçlarda taneleri birbirine bağlayan önemli bir çimento kaynağıdır. Plajiyoklaslar da hidrolizle bozunabilir ve eriyebilen kalsiyum ve sodyum bileşiklerine ayrılırlar. Ortoklas (K Al Silikat) + H + + OH - Kaolinit (kil, sulu Al Silikat) Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -21-
Kimyasal Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 2. Hidrasyon Kayaçların bünyelerine su almaları neticesinde kayaç içerisinde bulunan minerallerin başka minerallere dönüşmesi şeklinde gelişen ayrışmadır. Anhidrit + H 2 O Jips (Ca SO 4 ) (Ca SO 4 H 2 O) Hematit (2Fe 2 O 3 ) + 3H 2 O Limonit Anıt Sütundaki yazılar yok olmaya başlamış Minerallerin yapısına su moleküllerinin katılması ile meydana gelen kimyasal değişimdir ve genellikle mineral hacminde büyümeye yol açar. Mineral hacmindeki büyüme ise mühendislik projeleleri açısından istenmeyen bir durumdur Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -22-
Kimyasal Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 3. Oksidasyon Oksidayon, kayaç minerallerinin havadaki oksijen ya da suda erimiş halde bulunan oksijen ile tepkimeye girmeleri ile elektron kaybetmeleri olayıdır. Örneğin demir oksijenle birleştiğinde paslanır ve demir oksit olan hematiti oluşturur. Yükseltgenme tepkimelerinin oluşması için atmosferde bol miktarda oksijen bulunmalıdır ve ortamda su olmazsa çoğunlukla yavaş işleyen bir süreçtir. Çünkü çoğu yükseltgenme olayı suda çözünmüş oksijenle gerçekleşir. Yükseltgenme olivin, piroksenler, amfiboller ve biyotit gibi ferromagnezyen silikatların bozunmasında önemlidir. Bu minerallerdeki demir, oksijenle birleşerek paslanır ve hematit (Fe 2 O 3 ) ya da limoniti [FeO(OH).nH 2 O] oluşturur. 4 Fe + O 2 2 Fe 2 O 3 (demirin oksitlenerek hematite dönüşmesi) Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -23-
Kimyasal Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 3. Oksidasyon Pirit bu süreçten etkilenen en önemli minerallerden biridir. Piritin oksitlenmesiyle ortaya sülfürik asit çıkar ve bu durum sülfat minerallerinin gelişmesiyle sonuçlanır. Oluşan bu asit genellikle CaCO 3 mineralleri üzerinde etkili olup, kaya kütlelerinin süreksizliklerinde jipslerin gelişmesine olanak kılar. Mühendislik jeolojisinde bu durum istenmeyen bir durumdur. Pirit + O 2 Hematit + sülfürik asit 4 Fe + O 2 2 Fe 2 O 3 (demirin oksitlenerek hematite dönüşmesi) Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -24-
Kimyasal Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 4. Çözünme ve Karbonatlaşma Çözünme sırasında bir maddenin iyonları bir sıvı içinde birbirinden ayrılır ve katı madde erir. Eriyen katı madde farklı koşullarda tekrar çökelebilir. Kalın, boşluksuz, çatlaklı, masif (tabakasız) kireçtaşı ASİTLİ SULAR ÇÖZÜNME KALSİYUMLU SULAR KARBONATLAŞMA Karstik mağara Sarkıt ve dikit oluşumu Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -25-
Kimyasal Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 4. Çözünme ve Karbonatlaşma Su önemli bir çözücüdür, ancak su moleküllerinin çekim kuvvetleri mineral taneleri arasındaki çekim kuvvetleri geçemeyeceğinden birçok mineral saf suda kolay çözünmez. Kireçtaşı ve mermerin ana bileşeni olan kalsit (CaCO 3 ) minerali pratikte saf suda çözünmez ama çok az miktarda asit olduğunda çabucak çözünür. ÇÖZÜNME ve KARBONATLAŞMA İÇİN KARBONİK ASİT ZORUNLUDUR Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -26-
Kimyasal Ayrışmaya Neden Olan Etkenler 4. Çözünme ve Karbonatlaşma Yağışla yüzeye düşen sular bu sırada havada bulunan CO 2 gazını bünyelerine alırlar ve bu durumda karbonik asit gelişir (I). Bu asit zayıf bir asit olmakla beraber özellikle CaCO 3 bileşimli kayaçları çözebilir (II). CO 2 kaynakları (III) Ca+ 2HCO 3 CaCO 3 + H 2 O + CO 2 (Karbonat çökelimi) KARBONATLAŞMA Kalsiyum ve bikarbonata doygun sular, atmosferik şartlara ulaştıklarında bünyelerindeki CO 2 havaya karışır ve geriye CaCO 3 çökelir (III). (I) CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 (karbonik asit oluşumu) (II) CaCO 3 + H 2 CO 3 Ca+ 2HCO 3 (kireçtaşının çözünmesi) ÇÖZÜNME Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -27-
Kimyasal ayrışma süreçleri tanelerin yüzeylerinde etkili olduğundan kayaçlar ya da mineraller dıştan içeriye doğru bozunurlar. Gerçekte yüzeyinde ve yüzeyi yakınında ayrışmış bir malzeme kabuğu bulunan kayaçların iç kısımları tümüyle bozunmaz. Kimyasal ayrışmanın ilerleme hızı birkaç etmene bağlı olarak değişir. (II) MİNERAL BİLEŞİMİ (III) İKLİM (I) SÜREKSİZLİK (IV) TOPOGRAFYA Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -29-
Ayrışmayı Hızlandıran Etkenler 1. Süreksizlikler Süreksizliklerin varlığı, sıklığı ve açıklığı gibi faktörler ayrışma hızı üzerinde en etkili özelliktir. Bununla birlikte mineral bileşimi ise bozunmanın hızını ve türünü kontrol eder. Kaya kütlelerinde çekilme dayanımına sahip olmayan (veya çok küçük) tabakalanma, şistozite, fay vb. gibi zayıflık düzlemlerine süreksizlik adı verilir. Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -30-
Ayrışmayı Hızlandıran Etkenler 1. Süreksizlikler Kimyasal ayrışma tane yüzeylerini etkilediği için yüzey alanı ne kadar büyürse ayrışma da o kadar etkili olur. Küçük tanelerin, hacimlerine oranla büyük tanelerden daha geniş yüzey alanı olduğunun anlaşılması önemlidir. Süreksizlikler ise yüzey alanını arttırıcı en önemli parametredir. Hacim sabitken meydana gelen ayrışma; su ile etkileşecek yüzey alanını arttırarak kimyasal ayrışmayı hızlandırır Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -31-
Ayrışmayı Hızlandıran Etkenler 2. Mineral bileşimi Yüzeye yakın kesimlerdeki sıcaklık ve basınç koşullarına göre minerallerin oluşum koşulları arasında büyük farklılıklar olduğu için yüksek sıcaklıkta oluşmuş minerallerin bozuşması düşük sıcaklık minerallerine göre daha kolaydır. YÜKSEK SICAKLIK MİNERALLERİ DÜŞÜK SICAKLIK MİNERALLERİ Olivin Piroksen Amfibol Biyotit HIZLI BOZUNMA Ortoklas Muskovit Kuvars Andezin Oligoklas Bitovnit Labradorit Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -32- Albit YAVAŞ BOZUNMA Na plajiyoklas Ca plajiyoklas Riyolitik Anortit Andezitik MAGMA TİPİ Bazaltik İLK KRİSTALLENME SON KRİSTALLENME - Bowen Reaksiyon Serisi -
Ayrışmayı Hızlandıran Etkenler 3. İklim Kimyasal süreçler, yüksek sıcaklıklarda ve ortamda akışkanların varlığıyla daha hızlı gerçekleşir, bu yüzden kimyasal ayrışma sıcaklığın yüksek, yağışın bol ve buharlaşma hızının düşük olması nedeniyle tropik bölgelerde, kurak ve soğuk bölgelerdekinden çok daha etkilidir. 4. Topografya Mostra yüzeyleri ne kadar fazla olursa kayaçların ayrışma oranı o kadar fazla olur. Kimyasal ayrışma sıcaklığın yüksek ve yağışın bol olduğu yerlerde en çok, ister sıcak isterse soğuk olsun kurak ortamlarda en azdır. Mühendislik Jeolojisi Ders Notları Ayrışma -34-