Jeokimya Jeokimya Yeryuvarı - 2 BÖLÜM 5: Manto- Manto kökenli Ultramafik ksenolitler Kimberlitlerle kıyaslandığında, alkali bazalt-nefelinitik kayaçlar, mantonun daha sığ kesimlerden kaynaklanırlar. Dolayısıyla, içerdikleri ksenolitler mantonun bu daha sığ kesimine ait veriler sunarlar. Alkalen bazaltlar, kıtasal ve okyanusal olabilir. Her ikisinin mineralojik ve kimyasal bileşimi değişkendir. Ksenolitler dünitten lerzolite kadar değişen bileşimlerde olabilirler . En yaygın gözlenen ksenolitler spinel lerzolitlerdir (yani Al içeren mineral spineldir). Alkali bazaltlar içindeki ksenolitler Kimberlit içindeki Garnet lerzolit ksenoliti Kimberley, G. Afrika Spinel Spinel lerzolit lerzolitBÖLÜM 5: Manto- Manto kökenli Ultramafik ksenolitler Spinel lerzolitlerin mineralojik bileşimi: % 66 ol., % 24 ortopir., % 8 klinopir., %2 spinel Kimberlitler içindeki granatlı lerzolitler: % 60 ol., % 30 orpir., % 2 klpir., % 5 garnet Bu ksenolitlerin mineralojik bileşimleri üst mantonun mineralojik olarak kompleks ve değişken bir yapıya sahip olduğunu gösterir. Üst mantonun ortalama kimyasal bileşimi: % 44 SiO 2 , % 2 Al 2 O 3 , % 8 FeO, % 2 CaO, % 42 MgO ve % 2 diğerleri. Alkali bazaltlar içindeki ksenolitler Spinel lerzolit Sadece SiO 2 ve MgO mantonun ağırlık olarak % 86 sını oluşturur. Bu nedenle üst mantonun başlıca olivin [(Mg, Fe) SiO 4 ] ve ortopiroksenden [(Mg, Fe) SiO 3 ] oluşmuş olduğu söylenebilir. Kimberlit içindeki Garnet lerzolit ksenoliti Kimberley, G. AfrikaBÖLÜM 5: Manto- Meteoritlerden elde edilen veriler Meteoritlerden elde edilen veriler Kondiritler, silikat mineralleri (olivin + piroksen) ve değişen oranlarda metal alaşımları içerirler. Bu minerallerin bileşiminde bulunan Mg, Si, Al, Ca ve Fe gibi uçucu olmayan elementlerin bolluk oranı, bu elementlerin güneş sistemindeki bolluk derecelerine benzer. Bu nedenle, kondiritler yeryuvarının ortalama bileşimini belirlemede kullanılabilir. Özellikle C tipi karbonatlı kondiritler, güneş sistemine ait gaz bulutunun ilksel bileşimini yansıtır. Bu nedenle yeryuvarının da bu malzemenin yoğunlaşması sonucu oluştuğu varsayımından hareket edildiğinde, C tipi kondiritler mantonun bileşimini hesaplamada kullanılabilir. Bu hesaplamalar sonucunda: 1. SiO 2 + MgO + FeO > % 90 ve diğer oksitler < % 4 2. Al 2 O 3 + CaO + Na 2 O = % 5-8 3. Mantonun % 98’den fazla bir kısmı 1) ve 2)’de verilen bu altı oksitten oluşur ve bunlar dışında hiçbir oksit % 0,6’dan fazla bir oranda bulunmazBÖLÜM 5: Manto- Meteoritlerden elde edilen veriler Meteoritlerden elde edilen veriler Bu kimyasal bileşim sadece ve sadece lerzolitlerden elde edilebilir. Bu sonuç, alkalen bazalt ve kimberlitlerde bulunan ksenolitlerden elde edilen sonuçlarla da uyuşmaktadır. Meteoritlere göre bileşim: SiO 2 + MgO + FeO > % 90 + < % 4 diğer oksit Al 2 O 3 + CaO + Na 2 O = % 5-8 Ksenolitlere göre bileşim: % 44 SiO 2 , % 2 Al 2 O 3 , % 8 FeO, % 2 CaO, % 42 MgO ve % 2 diğerleri. Jeolojik zaman sürecinde, kabuğun oluşumuna yol açan (kısmi ergime ve mağma oluşumu gibi) olaylar nedeniyle manto devamlı ve geri döndürülemez bir değişime uğramıştır. Ancak kabuğun yeryuvarının % 1’den daha az bir kısmını kapsaması nedeniyle mantoda meydana gelen bu değişim fazla önemsenecek bir boyutta değildir. Dolayısıyla yukarıda verilen bileşim geçerlidir.Manto kökenli bir çok ultramafik kayaç ksenolitlerinin kimyasal bileşiminde Ca, K, Sr, Ba ve diğer bazı element içerikleri çok azdır. Halbuki, bu elementler bazaltik kayaçların bileşiminde önemli rol oynar. Bu nedenle bu tür peridotitler (ksenolitler) kısmî ergime sonucunda bazaltik mağma oluşturamaz. Bunlar ancak, ana kütleden (manto peridotiti = lerzolit) bazaltik bir mağmanın oluşup ayrılmasından sonra geriye kalan kalıntılar olabilirler. Buna göre mantonun kimyasal bileşiminin üç kısım (tüketilmiş) peridotit ve bir kısım bazaltın karışımı olabileceği düşünülmüştür. Bu tür bir kayacın mineral bileşimi başlıca piroksen ve olivinden oluşacağı için, bu modele pirolit modeli adı verilmiştir. BÖLÜM 5: Manto- Pirolit Pirolit Modeli ModeliBöyle bir kayaç, bölümsel ergime sonucunda tipik bir bazaltik mağma oluşturur ve geriye dünit dünit veya veya harzburjit harzburjit türü (tüketilmiş) peridotit kalır. Yani, granatlı veya spinelli lerzolitler tüketilmemiş manto peridotitleridir ve bu kayaçların bölümsel ergimesi sonucunda oluşan bazaltik mağma olivinli alkalen bazaltları oluşturur. BÖLÜM 5: Manto- Pirolit Pirolit Modeli Modeli Pirolit Tüketilmemiş manto peridotiti Bölümsel Ergime + Alkalen bazalt Alp tipi peridotit (dünit, harzburjit) Tüketilmiş manto Bölümsel Ergime Okyanusal toleyit Toleyitik bazaltBÖLÜM 5: Manto- Pirolit Pirolit Modeli Modeli Kayaç Granatlı Lerzolit Spinelli Lerzolit Kromitli Lerzolit Alp Tipi Peridotit Alkalen Bazalt Referans (Maaloe ve Aoki, 1977) Carswell, 1980 Ringwood, 1977 Baker ve diğ., 1977 SiO 2 45,89 44,2 45,31 41,32 47,93 TiO 2 0,09 0,13 0,11 < 0,1 2,11 Al 2 O 3 1,57 2,05 0,43 0,54 15,01 Cr 2 O 3 0,32 0,44 0,25 - Fe 2 O 3 1,21 2,99 FeO 6,91 8,29 6,52 5,91 8,96 MnO 0,11 0,13 0,09 0,11 0,20 NiO 0,29 0,28 0,34 - - MgO 43,46 42,21 46,03 49,81 6,94 CaO 1,16 1,92 0,56 < 0,1 12,05 Na 2 O 0,16 0,27 0,13 0,05 2,69 K 2 O 0,12 0,06 0,17 0,005 0,80 P 2 O 5 0,04 0,03 0,04 - 0,32BÖLÜM 5: BÖLÜM 5: Alt Alt Manto Manto Periklaz (MgO); d= 3.78 g/cm3 Stişovit (SiO 2 ); d= 4.35 g/cm3 Olivin (Mg, Fe) 2 SiO 4 d = 3.32 g/cm3 Spinel MgAl 2 SiO 4 d = 3.64 g/cm 3 Perovskit CaTiO 3 d = 4.3 g/cm 3 S Dalga Hızı (km/s) 3,0 4,0 5,0 6,0 100 200 Moho Astenosfer Faz geçişi 300 400 500 600 Mezosfer 700 Faz geçişi 3,5 4,0 4,5 5,0 3,0 Yoğunluk (g/cm 3 ) Yoğunluk S Dalga Hızı Litosfer ALT MANTO Kıtasal Okyanusal Litosferik manto 0 100 200 300 400 500 600 700 Olivin Spinel Spinel Perovskit Kabuk Astenosfer Alt manto Yoğunluk (g/cm 3 ) KABUK İÇ ÇEKİRDEK Astenosfer Derinlik (km) Katı metal Sıvı metal (Fe + Ni ve Si) Yoğun oksitler ? Periklas (MgO) Stişovit (SiO 2 ) Silikatlar Ultramafik kayaçlar Mafik kayaçların yoğun polimorfları ÜST MANTO AL T MANTO DIŞ ÇEKİRDEK 6370 5200 2900 700 200 30 0 13.6 12,3 13,3 2,90 3.3 4,3 5,5 10.0Kabukta en yoğun olarak bulunan elementler : • Silikat minerallerinin çatısını oluşturan oksijen ve silisyum • Si ve O dışında silikatlar içindeki diğer elementler • Nabit halde (metal ve alaşım olarak) bulunan elementler • Oksit, karbonat, sülfat veya fosfat gibi basit veya karmaşık oksitler halinde bulunan elementler • sülfitler veya halitler halinde bulunan elementler Yani mineraloji çok karmaşık. Ortalama bolluk derecelerini belirlemek zor. 1900’lü yıllardan beri çalışmalar yapılmaktadır. İlk çalışmaları yapanlar CLARK ve WASHINGTON. Gelişen teknolojik imkanlar sonucunda, elementlerin yer kabuğunda değişik kayaç birimleri içindeki bolluk dereceleri belirlenmiş ve bu değer CLARK değeri olarak adlandırılmıştır BÖLÜM 5: KABUK; Giriş KABUK; GirişBÖLÜM 5: KABUK; Giriş KABUK; Giriş 10 2 10 1 10 -1 10 -2 10 -3 10 -4 Grup Numarası 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Litofil Kalkofil Siderofil Atmofil Br Cl F I O Se Te Au Ni Pd Pt Ru Os Ir Re Mg Cr Co Rh Mn W Mo Fe Ta H Na Li Ca Sc K, Rb, Cs Th, U Ba Be Sr Y La Zr Hf Ti Nb V Tl C B Pb Ga, In Hg Ag Zn Cu Cd Al Bi Si Sn Ge As P N Sb SBÖLÜM 5: KABUK; Giriş KABUK; Giriş Ant dağları Afrika Astenosfer Okyanusal kabuk Kıtasal kabuk Moho süreksizliği Kabukta mağmatik, sedimanter ve metamorfik kayaçlar bulunur. Metamorfik kayaçlar ilksel olarak sedimanter veya mağmatik kayaçlardan oluşur. Sedimanter kayaçlar yer kabuğunun yaklaşık % 5’ ini oluşturur. Bu nedenle, kabuğun genel kimyasının hesaplanmasında mağmatik kayaçlar kullanılır. Mağmatik kayaçlar mağma kökenli ve bu nedenle plaka tektoniği önemlidir.