Jeokimya
Dünya’ nın kimyasal yapısını inceleyen bilim dalıdır. Dünya kayaçlardan, kayaçlar minerallerden, mineraller de kimyasal elementlerden ya da bu elementlerin karışım ya da bileşimlerinden oluşur. Mineraller, Dünya’da çok uzun dönemler boyunca gerçekleşen kimyasal tepkimelerin sonucunda oluşmuştur. Jeokimyacılar, minerallerin ve kayaçların kimyasal bileşimlerini araştırırlar ve çözümlerler. Bu çözümlemelerden elde edilen bilgilere dayanarak, minerallerin oluşumu sırasında ne tür değişikliklerin gerçekleştiğini ve kimyasal elementlerin Dünya’yı oluşturan kayaçlarda nasıl bir dağılım gösterdiğini saptarlar. Bu araştırmalarıyla Dünya’ nın ve onun içinde yer aldığı Güneş sisteminin oluşum tarihini aydınlatmaya çalışırlar.
Kıyılarda ve denizlerin dibindeki kum ve çamur tortullarının kimyasal bileşiminin incelenmesi de jeokimyanın kapsamı içindedir. Bu çalışmalar, tortul kayaçlar oluşurken gerçekleşen kimyasal değişikliklerin anlaşılmasını sağlar.
Jeokimyacılar ayrıca, deniz, akarsu, göl, bataklık, kaynarca ve kuyu sularının kimyasal çözümlemesini de yaparlar. Bütün bu doğal sular, erimiş halde çeşitli kimyasal bileşikler içerir; örneğin tuz, deniz suyunda çözünmüş halde bulunan bir bileşiktir.
Doğada yalın ya da bileşik halde bulunan 92 kimyasal element vardır. Dünya’nm üzerinde yaşadığımız dış kabuğunun yüzde 99’undan fazlasını, bu 92 elementten 12’si oluşturur.
Jeokimya tarihinin en önemli bilim adamlarından biri Norveçli jeokimyacı Victor M. Goldschmidt’tir (1888-1947). Goldschmidt, yalnızca mineral ve kayaçların kimyasal çözümlemesini yapmakla yetinmedi. Bazı minerallerde, o minerali oluşturan asıl kimyasal elementlerin yanı sıra, her zaman, az m iktarlarda da olsa belirli bazı başka elementlerin de bulunduğunu saptadı. Bir mineralde az miktarlarda bulunan bu yabancı element ya da bileşiklere katışkı denir. İşte Goldschmidt bu sorunu araştırmaya yöneldi ve değişik elementlerin atomlarının değişik boyutlarda olduğunu saptadı. Ayrıca bir elementin atomlarının başka elementlerin atomlarıyla birleşme değerlerinin de farklı olduğunu belirledi. Katışkıların varlığını da bu iki olgunun yardımıyla açıkladı.
Örneğin olivin minerali magnezyum, demir, silisyum ve oksijen elementlerinden oluşan bir bileşiktir. Ama olivinde hemen her zaman yaklaşık 0,3 oranında nikel bulunur. Nikel atomları, büyüklük ve birleşme değeri açısından demir atomlarına benzer. Erimiş haldeki kayacın katılaşması sırasında olivin minerali oluşurken, bazı demir atomlarının yerini nikel atomları kolayca alabilir. Ama bazı başka atomlar, örneğin krom atomu, büyüklük ve birleşme değeri açısından demir atomundan çok farklıdır. Bu nedenle krom atomları olivin mineralinin içine giremez. Buna karşılık bazı minerallerde, örneğin piroksenlerde katışkı halinde bulunabilir.
Jeokimya Araştırmaları
Metal yataklarının aranması sırasında, çevredeki kayaçlarda ve minerallerde belirli elementlerin bulunup bulunmadığına bakılır. Kay açlar yağmur, rüzgâr, buz, ısı değişiklikleri gibi bazı etkenlerle yavaş yavaş parçalanarak ufalanır ve toprak haline gelir. Bu arada mineraller de ufalanarak erir ve yapılarındaki bazı elementler ana kayacın üstünü örten toprağa karışır. Bu toprak katmanında yetişen bitkiler kökleriyle bu elementlerin bir bölümünü emer. Böylece jeokimyacılar, toprak ve bitki örneklerini çözümleyerek içerdikleri elementleri belirleyebilir ve alttaki ana kayacın yapısına ilişkin bilgi edinebilirler.
Örneğin gümüş yatağı arayan bir jeokimyacı galen gibi bazı kurşun minerallerinde az miktarda da olsa gümüş bulunduğunu bildiği için, bir bölgeden topladığı yaprak, kök ve toprak örneklerini inceleyerek yapılarında kurşun ve gümüş bulunup bulunmadığına bakar. Bu arada, örnekleri topladığı yerleri ve bu örneklerin içerdiği gümüş ve kurşun yüzdelerini bölgenin haritası üzerinde işaretler. Daha sonra, aynı yüzdeyi veren yerleri bir çizgiyle birleştirir; harita üzerindeki bu çizgilere jeokimyasal çevre çizgileri denir. Bu çalışmaları sırasında kurşun ve gümüş yüzdesi çok yüksek bir yere rastlarsa, o noktadan ana kayaca kadar ulaşan bir delik açar. Eğer kayaçtan kopardığı parçadaki kurşun mineralinin gümüş yüzdesi yeterince yüksekse, kayaçtan hem gümüş, hem kurşun çıkarmak için kazı çalışmaları başlatılabilir demektir. Ama mineral çok az gümüş içeriyorsa yalnızca kurşun için kazı yapmaya değmeyebilir, çünkü kurşun gümüşten çok daha değersiz bir elementtir.
Metal yataklarının yukarıda anlatılan jeokimyasal yöntemle araştırılması, kalın bir toprak örtüsünün altında kaldığı için sıradan arama çalışmalarıyla bulunması hemen hemen olanaksız olan pek çok cevher yatağının saptanmasını sağlar. Kanada, Avrupa ve ABD’de birçok büyük çinko ve bakır yatağı bu yöntemle bulunmuştur. Ama cevher anakayacın çok derinlerindeyse, yüzeydeki toprak ve bitki örtüsünde bu cevherlerin izine rastlanamayacağından yatağın yeini bu yöntemle bulmak olanaksızdır.
Jeokimyasal Çevrim
Kayaçların ve minerallerin oluşumu sırasında kimyasal elementler çeşitli süreçlerden geçer. Bir dizi aşamadan oluşan bu süreçlere jeokimyasal çevrim denir. Çok uzun yıllardan bu yana yapılan araştırmalar sonucunda jeokimyasal çevrimin nasıl işlediği anlaşılabilmiştir.
Bir kayaç yerkabuğunun derinliklerinde olmadığı sürece akarsuların, rüzgârın ve buzların etkisiyle aşınarak ufalanır. Geçen milyonlarca yıl içinde yavaş yavaş toz haline gelerek erir. Kuvars gibi bazı mineraller akarsularla taşınarak sonunda kuma dönüşür. Amfiboller, mikalar ve feldispatlar gibi bazı başka mineraller de yarı yarıya parçalanıp suyla birleşerek kil minerallerini ve killi çamurları oluşturur. Bunlar deniz diplerinde tortullar halinde birikir.
Tortulların milyonlarca yıl boyunca üst üste çökelmesiyle oluşan tortul katmanlarının kalınlığı birkaç kilometreyi bulur. Bu tortulların zamanla sıkışıp kayaçlaşmasıyla şeyi ve kumtaşı gibi tortul kayaçlar oluşur. Tortul kay açların üzerlerindeki ağırlığın etkisiyle iyice sıkışıp ısınarak değişime uğramasıyla da başkalaşım kay açları ortaya çıkar. Yerkabuğunun 8 kilometreden daha derin bölgelerinde oluşan başkalaşım kayaçlarının başlıca örnekleri arduvaz ile kuvarsittir. Yüksek basıncın ve sıcaklığın etkisi sürdükçe, kayaç değişmeye devam eder. Bu kimyasal değişiklikler sonucunda yeni mineraller oluşur ve yüzeydeki kayaçlar başkalaşım şistleri ile gnayslara, derinlerdeki kayaçlar ise eriyerek magma denen sıcak bir sıvıya dönüşür.
Bazen bu magma kütlesi yerkabuğundaki çatlakların arasından kendine yol bularak yüzeye çıkar ve soğuyup katılaşarak korkayaç'lan oluşturur. Sonunda, yüzeydeki kayaç iyice aşındığında onun hemen altındaki yeni oluşmuş korkayaç açığa çıkar ve aynı etkenler bu kez yeni kayacı aşındırarak parçalamaya başlar. Böylece bir jeokimyasal çevrim tamamlanmış ve yeni bir çevrim başlamış olur. Eğer arada tortul kayaçlar ya da başkalaşım kayaçlan yüzeye çıkmışsa çevrim daha kısa sürede tamamlanır.