|
GENEL JEOLOJİ II 15 NİSAN 2009 LABORATUAR NOTLARI SEDİMENTER KAYAÇLAR ARAŞ. GÖR. SELİN YILLAR SEDİMENTER KAYAÇLAR Yerkabuğunda değişik koşullar altında oluşmuş magmatik, metamorfik veya sedimenter kayaçların genel olarak fiziksel veya kimyasal bozunması sonucunda ayrışması, çözünmesi ve kaynak alanlarından akarsular, rüzgar, buzullar, yerçekimi ve dalgalar yoluyla taşınarak değişik ortamlarda çökelmesi ve birikmesi sonucu sedimenler (çökeller) oluşur. Taneleri birbiri ile bağlantılı olmayan, gevşek durumdaki bu malzemenin değişik süreçlerle sıkılaşması, pekişmesi, çimentolanarak birbiri ile bağlantılı hale geçmesi ile Sedimenter Kayaçlar (Çökel Kayaçları/Tortul Kayaçlar) meydana gelir.
Şekil 1. Jeolojik zamanlar boyunca metamorfik,
magmatik ve sedimenter kayaçlar birbirine
dönüşmektedir. Kayaç döngüsü adı verilen bu olayda mevcut kayaçlar derinlere
doğru inerek eriyip magma haline gelir. Sonra da magma yerkabuğu içinde veya
yeryüzüne çıkıp soğuyarak magmatik kayaçları oluşturur. Ayrışma ve erezyonla yeryüzündeki kayaçlar paraçalanıp,
taşınarak tabakalar halinde birikir ve sedimenter
kayaçları oluşturur. Sedimenter ve magmatik
kayaçlar da zaman içerisinde gömülerek yüksek basınç ve sıcaklığın etkisiyle
metamorfik kayaçlara dönüşmektedir. SEDİMENTLERİN
ÇÖKELME SÜREÇLERİ
Sedimenter kayaçların oluşabilmesi için çökelme süreçleri olarak tanımlanan ve birbirinin takip eden olayların gelişim göstermesi gerekir. Bu olaylar bozunma/ayrışma, taşınma, depolanma/çökelme/birikme ve taşlaşma/diyajenezdir.
Şekil 2. Çökellerin önceden var olan
kayaçlardan meydana gelmesi. İster mekanik, ister kimyasal ayrışmayla gelsin,
katı taneler ile çözeltideki malzemeler taşınarak çökel olarak birikir ve
taşlaştığında da kırıntılı, kimyasal, organik ya da volkanik kökenli sedimenter kayaçlar haline gelir. Bozunma/Ayrışma Atmosferle devamlı temas halinde bulunan kayacın belirli faktörlerin etkisi altında, ana kayacın yüzeyinde ve içinde parçalanma, ufalanma, ayrışma, çözülme ve çürüme şeklinde olan fiziksel, kimyasal ve biyolojik olayların tümüne bozunma denir. Bozunma yeryüzünün en dış ve dışa yakın kısımlarında oluşur. Bu olayların sonucunda parçalanan, bileşimi değişen kayaçlar, toprak ve sedimenter kayaçların temel hammaddesidir. Tüm çökeller daha önce oluşmuş kayaçlardan türemiştir. Bunlar fiziksel/mekanik bozunma süresince serbest kalan kayaç parçacıklarını ve minerel tanelerini içeren kırıntılı (detritik/klastik) kökenli olduğu gibi, kimyasal bozunma sırasında ana kayacın çözünmesi sonucunda oluşan mineralleri içeren kimyasal kökenli de olabilirir. Sedimenter kayaçları oluşturan malzemenin kaynağını kısaca 4 grup altında toplayabiliriz: (1) Değişik kayaçların fiziksel/mekanik süreçlerle parçalanması, ufalanması sonucu oluşan kayaç parçaları, (2) Kayaçların kimyasal bozunmasından arta kalan malzemeler, (3) Çözeltilerden kimyasal olarak veya biyolojik etkenler ile çözülen malzemeler, (4) Muhtelif organizmaların ve bitkilerin kalıntılarıdır.
Taşınma Bozunma olayı sonucunda parçalanan ve değişik boyutlarda parçacıklara ayrılan kayaçlar taşıyıcı unsurlar tarafından taşınırlar. Akarsularla taşınma: Akarsuların başlıca iki faaliyeti vardır. Bunlar taşınma ve aşınma faaliyetleridir. Akarsuyun aşındırma faaliyeti, taşımakta olduğu parçaların birbirine ya da yatağı oluşturan kayaçlara çarparak gelişir. Akarsuyun taşıma faaliyeti ise çözülü halde, süspansiyon halinde, sıçrama şeklinde ve kayma/yuvarlanma şeklinde olur. Akarsular, akarsuyun hızının azalması veya taşıdığı yükün artması gibi nedenlere bağlı olarak zamanla taşıdıkları yükü taşıyamaz hale gelir ve bu durumda birikme başlar. Rüzgarlarla taşınma: Önemli olmayan bu taşınma şekli özellikle çöllerde görülür. Tane boyu küçük olan kum ve tozlar, sıçrama ve yüzeyde sürünme şeklinde taşınırlar. Tanelerin taşınması sırasında çakıl ve kum parçacıkları birbirlerine çarptıkça gelişen aşınmayla, parçacıkların büyüklüğünün azalıp keskin köşe ve kenarların düzleşmesi sürecine yuvarlaklaşma denir ve fiziksel aşınma nedeniyle taşınma uzaklığı arttıkça kayaç tanelerinin yuvarlaklığı da artış gösterir. Değişik süreçler sedimentler ya da sedimenter kayaçlardaki parçacıkların tane dağılımı olarak adlandırılan boylanmaya yol açarlar. Bütün taneler aşağı yukarı aynı büyüklükte ise çökel iyi boylanmış, eğer çok farklı büyüklükte ise de kötü boylanmıştır denir.
Şekil 3. Çökellerde yuvarlaklaşma ve
boylanma. (a) Bu üç taşın hepsi de iyi
yuvarlaklaşmıştır; yani, keskin köşeleri ve kenarları düzleşmiştir. (b) İyi
yuvarlaklaşmış ve iyi boylanmış çakıl birimi. Parçacıkların ortalama
büyüklüğü enine 5 cm’dir. (c) Köşeli, kötü
boylanmış çakıl. Ölçek için kullanılan çeyrekliğe dikkat edin. Depolanma/Çökelme/Birikme Bozunma ve taşınma süreçleri sonucunda mineral veya kayaç parçacıklarından oluşan kırıntılı malzemenin, taşıyıcı unsurun hızı azaldığı veya taşıma gücünü kaybettiği belirli bölgelerde zamanla yığılıp, depolanması olayına çökelme/birikme, çökelmenin oluştuğu bölgeye de çökelme havzası veya çökelme ortamı adı verilir. Çökelme ortamları, değişik kriterler esas alınarak sınıflandırılmıştır. Bu kriterlerin başlıcaları: fiziko-kimyasal koşullar, çökeltilen yer, çökeltilmeye neden olan jeolojik araç ve deniz suyunun derinliğidir. Klasik çökelme ortamı sınıflandırılmasına göre ortamlar: i. Karasal ortamlar: Akarsu/fluviyal, alüvyon yelpazesi, göl/lakustrin, bataklık, çöl ve buzul ortamları. ii. Geçiş ortamı: Delta, kıyı, gelgit düzlüğü, set adası ve lagüner ortamlar. iii. Denizel ortam: Kıta sahanlığı, kıta yamacı, denizaltı yelpazesi, resifler ve derin denizel ortamlardır.
Şekil 4. Çökelme ortamları (Kıtasal ortamlar
kırmızı ile, geçiş ortamları mavi ile, denizel
ortamlar ise siyah ile yazılıdır). Taşlaşma/Diyajenez Çökelme havzasında birikmiş olan sedimenlerin depolanmasından itibaren, kayaç haline gelinceye kadar geçirdikleri tüm fiziksel ve kimyasal süreçlere (metamorfizma hariç) diyajenez adı verilir ve sedimenlerin yeryüzü koşullarına yakın çok düşük sıcaklık ve çok düşük basınç altında geçirdikleri değişiklikleri kapsar. Diyajenez birbirini izleyen olaylarla gerçekleşir. Diyajenez süreçleri olarak tanımlanan bu olaylar şunlardır: (1) Sedimenlerin sıkılaşması: Sedimenler depolandığında, sedimenler arasında gözenek ve boşluklar bulunmaktadır. Gözenek ve boşlukların miktarı, depolanmaya neden olan olaylara, sedimenlerin tane boyuna ve boylanmaya bağlı olarak değişir. Sedimenler depolanarak, gömüldüğünde, sedimenlerin üzerine gelen diğer sedimenlerin ağırlığıyla ortaya çıkan basınç nedeniyle gözenek ve boşlukların miktarı azalır ve böylece depolanmış olan malzemenin de hacmi azalmış olur. Örneğin, çamur (suya doymuş silt ve kilden oluşan sedimen) depolandığında gözeneklerinin %80’i suyla doldurulmuş olup, bunlar gömülüp sıkılaştığnda gözeneklerdeki su azalır ve hacmi %40’dan daha fazla miktarda azalabilir.
Şekil 5. Kırıntılı sedimenter
kayaçların taşlaşması. (2) Sedimenlerin çimentolanması: Çamur gibi ince taneli malzemenin taşlaşması için genellikle sıkışma tek başına yeterli olurken, kum ve çakıl gibi sedimenlerin, sedimenter kayaca dönüşebilmesi için çimentolanma olayı gerekli bir süreçtir. Sedimenlerin çimentolanmasını sağlayan malzemeye genel olarak bağlayıcı malzeme adı verilir. Bağlayıcı malzeme (1) çimento ve (2) matriks’ten oluşur. Sedimenter kayaçlarda en yaygın olarak kalsiyum karbonat (CaCO3) ve silis bağlayıcı malzeme olarak görülür. Ayrıca hematit (Fe2O3), limonit (Fe(OH).nH2O) de bazı kayaçlarda bulunan kimyasal kökenli çimentolardır. Matriks ise çoğunlukla kırıntılı kökenli bağlayıcı malzeme olup, tanelerin arasındaki boşlukları dolduran kum, kil ya da silt boyutundaki bağlayıcı malzemedir. SEDİMENTER
KAYAÇLARIN ÖZELLİKLERİ VE SINIFLANDIRILMASI Sedimenter kayaçların oluşumunda etkili fiziksel ve kimyasal süreçlerin gelişme alanı yeryüzüdür. Yüzeyde ve yüzeye yakın alanlarda yaygın olarak bulunan sedimenter kayaçlar yeryüzünde (yani deniz tabanı ve kıtalar üzerinde) alan bakımından %75 oranında temsil edilirler. Bir sedimenter kayacın tanınabilmesi veya isimlendirilebilmesi için kayacın dokusu, yapısı ve mineralojik ya da kimyasal bileşiminin saptanması gerekir. Sedimenter kayaçlar genel olarak dört ana gruba ayrılabilir:
Şekil 6. Sedimenter kayaçların dört ana grubu (Tucker,
1993). (1) KIRINTILI SEDİMENTER
KAYAÇLAR Kırıntılı sedimenter kayaçlar önceden var olan kayaçların mekanik ya da kimyasal ayrışmasından ileri gelen çakıl, kum ve çamur gibi katı parçacıklardan, kırıntılardan oluşmuştur. Bileşimlerine göre kimi kayaçlar değişik adlar alırken, kırıntılı sedimenter kayaçlar başlıca, bileşen tanelerinin büyüklüğü ile sınıflandırılmaktadır. Tane büyüklüğü iri bloktan suda asılı halde veya rüzgarla havada taşınan çok küçük tanelere kadar değişebilir. Çakıl ve kum boyu malzeme çıplak gözle tanımlanabilecek yeterli boyuta sahiptir. Fakat silt ve kil ancak mikroskop altında tanımlanablir. Kum, silt ve kil boyu sedimen malzemesi çoğunlukla tek tek mineralleri içerirken çakıl boyu sedimenler kayaç parçalarını içerir. Dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta da kil teriminin iki anlama gelmesidir. Kil, dokusal anlamda 1/256 mm’den ufak taneyi tanımlarken, mineralojik açıdan kil, yaprak yapılı silikat mineralleri için kullanılmaktadır. Sedimenter kayaçlardaki kil boyu malzeme aynı zamanda kil minerallerinden meydana gelmektedir.
Şekil 7. Udden-Wenthworth
tane boyu ölçeği ve sınıflandırması. ÇAKILTAŞLARI (KONGLOMERALAR) Çakıltaşları oldukça yaygın bir kayaç tipi olmasına rağmen breş nadiren görülür. Bunun nedeni, çakıl boyutundaki tanelerin taşınma sırasında ya da çakıl depolanan ortamlarda işlenen süreçlerle hızlı bir şekilde yuvarlaklaşmasıdır. Örneğin; bir çakıl tanesi, bir akarsuda birkaç kilometre taşındığı zaman ya da plajdaki dalgalarla ileri-geri hareket ettğinde yuvarlaklaşır. Bu yüzden breş ile karşılaşırsanız bunun anlamı köşeli çakıllarının çok uzaktan gelmediğidir. Akarsu kanalları ve plajlar gibi yüksek enerjili ortamlarda depolanma eğilimi gösteren çakılların taşınmasi için yüksek enerjili taşıma etmenleri gerekir.
Şekil 8. (a) Çakıltaşı,
(b) Breş köşeli çakıllardan oluşur. KUMTAŞLARI 1/16 mm ile - Kuvars , - Feldspat , - Kaya Kırıntısı , - Matriks ve - Çimentodur. Diyajenez süresince kum taneleri arasındaki gözenek hacmi giderek azalır, taneler birbirine yaklaşır ve bazen dışarıdan herhangi bir çimento malzemesine gerek kalmadan taneler basınç altında birbirleri ile kaynaşırlar. Kum tanelerinin arasında dolgu maddesi/bağlayıcı madde veya matriks denilen silt ve kil tane boyunda malzemenin bulunması halinde, bu malzeme diyajenez esnasında tanelerin birbirleri ile bağlantılı hale geçmesini sağlayabilir. Taneler arasında daha sonraları bir çimento maddesinin çökelerek taneleri birbirine bağlaması da mümkün olabilir.
Şekil 9. Kumtaşlarının sınıflandırılması (Dott, 1964). Kuvarsarenitler Kuvarsarenitler, genelde beyaz, krem rengi ve seyrek olarak kırmızı veya pembemsi renklerdedirler. Bileşiminde %95’den fazla kuvars bulunmaktadır ve boylanması çok iyidir. İçerisinde az miktarda feldspat, muskovit ve çok az miktarda ultra duraylı ağır mineraller bulunabilir. Çok olgun olan bu kumtaşları en fazla yüksek enerjili sahil, sığ deniz ortamları ile çöllerdeki kum alanlarında oluşurlar. Arkozlar Arkozlar, %25’den fazla feldspat kapsayan sedimenter kayaçlar olup, bunlar pembe renkli feldspatlar, oksitlenme ve hematit boyaması gibi nedenlerden dolayı çoğunlukla kırmızı ve koyu pembe renkli, bazen de boz renkli bulunabilmektedirler. Tipik olarak iklimin kurak ve nemsiz olduğu, tanelerin az taşındığı, alüvyal yelpazeler ve nehir ortamlarında çökelirler. Litikarenitler Litikarenitler, içindeki kaya kırıntılarının çeşit ve bolluğuna bağlı olarak çok değişiklik gösterirler. Genelde açık gri, tuz-karabiber karışımını andıran renklerdeki kayaçlardır. Kuvars genelde fazla miktarlarda bulunur. Kayaç parçaları ise genelde %10 ile %50 arasında değişir. Genelikle düşük dereceli metamorfik kayaçlardan, volkanik kayaçlardan veya ince taneli sedimenter kayaçlardan türemişlerdir. Litarenitler iyiden kötüye kadar tüm boylanma ve yuvarlaklaşma türlerinde olabilirler. Her türlü çökelme ortamında oluşmakla birlikte en çok deltaik ve akarsu ortamlarında görülmektedirler. ÇAMURTAŞLARI Çamurtaşı, silt ve kil boyutunda bütün kırıntılı kayaçları içine alan genel bir deyimdir. Çamurtaşlarının çoğunlukla silt boyutunda tanelerden oluşan silttaşı, silt ve kil boyutunda tanelerin karışımı olan çamurtaşı ve başlıca kil boyutlu tanelerden oluşan kiltaşı olarak alt bölümlere ayırabiliriz. Çamurtaşları ve kiltaşları önemli oranda kil mineralleri içermesine karşın bu kayaçları sınıflandırırken dikkate alınmaz. Çamurtaşları ve kiltaşları laminalı ise, yani birbirine paralel düzlemler boyunca kolaylıkla ayrılabiliyorsa şeyl olarak adlandırılır. Çamurtaşları, kırıntılı sedimenter kayaçların en yaygını olup bütün kırıntılı kayaçların %40’ını oluştururlar. Silt ve kil taneleri o kadar küçüktür ki zayıf akıntılarla bile taşınabilir ve en az türbülansla suda asılı tutulur. Sonuç olarak çökelme tıpkı göllerin açıktaki durgun sularında, lagünlerde ve nehirlerin taşkın düzlüklerinde olduğu gibi türbülans en zayıf olduğunda gerçekleşir. KAYNAKLAR Erkan, Y., 1998, Sedimanter Petrografi, Hacettepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Yayın No:44. Kaya, O., 2005, Sedimentoloji, Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları: 87., Ankara. Kaymakçı, N., 2001, Sedimentoloji Ders Notları, Kocaeli Üniversitesi, İzmit. Monroe, J.
S., Wicander, R.,
2004, Fiziksel Jeoloji, Yeryuvarı’nın Araştırılması, Jeoloji Mühendisleri
Odası Çeviri Serisi No: 1, Ankara. Tucker, M.E., 2001, Sedimentary Petrology, An Introduction to the Origin of Sedimentary Rocks, Third Edition, Blackwell Publishing. |
