Mağma: Tektonik özelliklere bağlı olarak, yeryuvarının değişken derinliklerinde yüksek sıcaklık ve basınç altında doğal olarak oluşan, değişken bileşimli, fakat silikatlarca baskın ergiyiklerdir.
Bileşim:
1) Zor uçucu bileĢenler:
- Mağmanın % 90’ ını oluştururlar.
- Buharlaşma sıcaklıkları yüksektir.
Örnek: Kayaç yapıcı mineralleri oluşturan bileşenler (silikatlı, sülfürlü ve oksitli bileşenler)
2) Kolay uçucu bileĢenler:
- Mağmanın % 10’ unu oluştururlar.
- Buharlaşma sıcaklıkları düşüktür.
- Mağma içinde gaz halinde bulunurlar.
- Veya yüksek basınç altında sıvı halde bulunurlar.
- Basınç kalkınca aniden gaz haline dönüşürler.
Örnek: H2O, CO2, CO, HCl, HF, H2S, SO2, SO4, HBO3.
a) Mağmanın kristallenmesi ile oluşan oluşuklar
1) Ayrımlanmamış saçınımlı oluşukları
Mağmatik ergiyiğin yavaşça soğuması ve kristalleşmesi esnasında, silikatlı, sülfürlü ve oksitli bileşenlerin tek faz halinde kalıp, birlikte kristallenmesi sonucunda oluşan, sülfürlü ve oksitli bileşenlerin silikatlı matriks içinde saçılmış olarak geliştiği oluşuklardır. Örnek: Elmasca zengin kimberlitler ve lamprofirler.
2) Kesirli kristallenme oluşukları:
Mağmatik ergiyiğin yavaşça soğuması ve kristalleşmesi, oluşan kristallerin bir şekilde ergiyik ile etkileşimlerinin kesilmesi sonucunda ortaya çıkan maden yataklarıdır.
Kristal-ergiyik etkileşiminin kesilmesinin nedenleri:
a) Mağmatik çökelme: Yoğunluğa bağlı çökelme
b)Mağmatik akıntıya bağlı çökelme / mineral gruplanması (Cr, Fe,Ti, V, Co, Pt)
c) Filtreleme veya filtreden geçirme
3) Akışkan halde ayrılım (sıvı karışmazlığı) oluşukları
Mağmatik kristalleşme ilerledikçe, mağma içindeki silikatlı, sülfürlü ve oksitli bileşenlerin ayrılarak kendi fazlarını oluşturmaları ve böylece
kalkofil elementlerin (Cu, Zn, Pb), sülfür fazında;
siderofil elementlerin (Cr, V, Fe, Ti ve P), oksit fazında;
Litofil elementlerin (Fe, Mg, Ca, Na ve K) ‘ un silikat fazında birikmesi sonucu oluşan yataklar. Örnek: Cu-Ni yatakları
Filtreleme veya filtreden geçirme
Kısmen kristallenmiş mağma değişken dış basınç etkisine maruz bırakılırsa, mağma içerisinde kristallenmiş silikatlı mineraller arasındaki ergiyiğin, kristaller arasından itilerek dışarı doğru süzdürülmesine filtreleme (Filtreden Çıkarma) denir. Bu ergiyiğin yan kayacın içerisine itilmesine veya enjekte edilmesine Mağmatik Enjeksiyon, ve böylece oluşacak yataklara da Mağmatik Enjeksiyon Yatakları adı verilir.
kalkofil elementlerin (Cu, Zn, Pb), sülfür fazında;
siderofil elementlerin (Cr, V, Fe, Ti ve P), oksit fazında;
litofil elementlerin (Fe, Mg, Ca, Na ve K ) silikat fazında birikmesi
sonucu oluşan yataklar. Örnek: Cu-Ni yatakları
b) Hidrotermal Çözeltiler
1) Mağmatik çözeltiler
Mağmanın kristallenmesinden arda kalan, daha önce mağma odasının dışında bulunmamış ve dış kaynaklı sulardan etkilenmemiş, çok bol miktarda düşük buharlaşma sıcaklıklı uçucular ve düşük ergime sıcaklıklı çözünmüş bileşenler içeren sıvılardır. Mağmatik ergiyiğin soğuması esnasında ergiyikten ayrılan sudur. Yani, mağmadan kaynaklanan sıvılar = jüvenil sıvılar
a) Bileşim
- %0,2 - % 6,5 su; Ayrıca:
- Cu, Pb, Zn, Ag, Au,
- Li, Be, B, Nb, Cs,
- Alkali ve toprak alkaliler
- Uçucular (H2O, CO2, CO, H2S, SO2, HBO3 )
b) Bileşimi etkileyen faktörler
- Mağmanın cinsi (gabroik, diyoritik, granitik, vs.; Farklı elementler)
- Mağmanın kaynaklandığı ortam (yitim zonu, okyanus ortası sırt...)
- Mağmanın kristallenme şekli ve hikayesi
- Mağmatik sıvının mağma odasından ayrılma anı ve sonrasındaki sıcaklık ve basınç durumu (Sülfür / klor kompleksleri)
- Mağmatik sıvıların yan kayaç içindeki hareketi esnasında ona karışabilecek olan sıvıların kimyasal özellikleri
- Mağmatik sıvı ile yan kayaç arasındaki kimyasal reaksiyonlar
c) Mağmatik sıvının mağma odasının dışına atılması
- Mağmatik sıvıyı çevreleyen yan kayacın kırılması
- Bu kırılmaya bağlı olarak dış basıncın düşmesi
- Mağma odasındaki uçucuların kristallenme ilerledikçe yoğunlaşması
- Yoğunlaşan uçucuların mağma odasına yaptığı basıncın giderek artması
- Sonunda iç basıncın mağma odasına uygulanan dış basıncı aşması
- Bu olay sonucunda yan kayaç aniden kırılmaya ve breşleşmeye maruz kalır ve mağmatik sıvı ile özellikle uçucular bu oluşan boşluklara kaçar.
d) Mağmatik sıvının özellikleri
- Genellikle nötr veya az asidik
- Tuzluluk orta – yüksek ( ≥% 20 NaCl)
Sıcaklık yüksek (genellikle >400 °C, ~500 - 700 °C)
2) Yüzesel (meteorik) çözeltiler
Atmosferik şartlarda bulunan her türlü kökene ait yüzey sularıdır. Yer altı suları, yağmur suları, nehir suları gibi. Bunlar yüzeysel olaylarda çok önemli rol oynarlar.
Bu yüzeysel kaynaklı sular, yoğunlukları nedeniyle, stratigrafik birimler içindeki poroz zonlar boyunca (gözenek, kırık sistemleri, faylar, tabaka sınırları,...) litosferin derinlerine doğru girebilir.
Derine doğru hareket eden yüzeysel sular:
a) Artan jeotermik gradyana bağlı olarak gittikçe ısınır.
b) Eh değeri azalır.
c) Asiditesi (pH) değişir.
d) Isınmış olan sular yan kayaçlarla kimyasal etkileĢime girerek, onlardan bazı bileĢenleri çözerek bünyelerine katarlar. Böylece sıcak çözelti haline dönüĢürler.
e) Isınan suların yoğunluğu giderek azalır. Böylece sular tekrar yüzeye doğru dönüĢ yaparlar.
Genel olarak yüzeyin ilk 1km.’ lik zonunda bulunan suyun meteorik kökenli olduğu söylenebilir.
3) Deniz suyu
Okyanusal havzalarda bulunan ve havza tabanındaki kırık sistemleri boyunca, yeryuvarının derinliklerine doğru süzülerek, tıpkı yüzeysel sularda olduğu gibi, yan kayaçlarla etkileşime girerek sıcak çözelti haline dönüşen sulardır.
Evaporitler, fosforitler, eksalatifler (volkanojenik yataklar), Mn nodülleri oluşumlarında önemli oynarlar. iki tür fonksiyonları vardır.
Pasif fonksiyonlar: Çözelti olarak doğrudan sistem içerisine girmeden, sadece bünyelerinde içerdikleri sülfat, Ca2+ ve Mg2+ gibi iyonları veya salıntı olarak barındırdıkları parçacıkları ortama gelen bir başka çözeltiye vermek.
Aktif fonksiyonları: Deniz tabanı altında bulunan kayaçların süreksizliklerine girmek suretiyle iyonların çözünmesinde çözücü madde olarak rol oynarlar.
4) Formasyon suyu
Tortul kayaçların oluşumu esnasında onların içinde kapanlanan ve diyajenez sonunda açığa çıkan, atmosfer ve hidrosferle belli bir jeolojik dönem için temassız kalan sulardır. Bunlar aslında fosil sulardır. Daha çok petrol havzalarında bulunurlar.
- Metamorfizma geçirmemiş tortul kayaçların hacim olarak % 20’si boşluk suyundan oluşur.
Diyajenez ve gömülme anında bu su tortuların bünyesinden dışarı atılır.
Diyajenez anında sıcaklık negatif değerlerden 250-300 °C’ye kadardır. (T=90-120 °C)- Bu sular Na, Cl bakımından zengindir. Yani tuzluluk çok yüksek.
- Önemli oranlarda da Ca, Mg, HCO3 , Sr, Bo, N içerirler.
- Hafif HC bakımından da zengindirler.
- Tortu dışına atılan sular, yüksek Cl içeriği ve sıcaklık nedeniyle, çevre kayaçlardan metalleri ve kükürdü çözerek bünyelerine alır ve böylece formasyon suyu hidrotermal çözelti haline dönüşmüş olur.
- Kalın karbonatlı istiflerdeki kurşun-çinko yataklarının oluşumunda formasyon suları rol oynar.
5) Metamorfik su
Metamorfizma esnasında yükselen basınç ve sıcaklık nedeniyle sulu silikatların susuz silikatlara dönüşümüne bağlı olarak, hidroksit içeren minerallerin bünyesindeki suyun atılması ile oluşan sudur.
- Bu tür sular H2O, CO2, CH4 bakımından zengindir.
- Nadiren cevher oluşturucu metaller de içerebilirler.
- Sıcaklık değişken, fakat genellikle yüksek (> 350 -400 derece)
- Maden yatakları bakımından çok önemli değil. Bazı altınlı kuvars damarlarının oluşumunda etkilidirler.
Hidrotermal çözeltilerin izotopsal karşılaştırılması
B) HİDROTERMAL ÇÖZELTİLER İÇİNDE BİLEŞEN TAŞINMASI
1) Mineralizerler (uçucular) halinde taşınma:
Sıcaklığı 400 °C den yüksek olan uçucularca zengin çözeltilerde dış basıncın ani olarak düşmesi nedeniyle, çözünmüş olarak bulunan gaz fazın aniden serbestleştiği
durumlarda gerçekleşir. Bu tip taşınma genellikle kısa süreli olduğundan, önemli miktarda madde taşınmasında tek başına yeterli değildir. Greyzen tip yataklarda kalayın taşınmasında florün rolü veya epitermal yataklarda civanın Hg°(g) halinde taşınması.
2) Serbest iyonlar halinde taşınma:
Fe, Sb, Hg, Cu gibi elementlerin (katyonların) +2 veya +3 değerlikli iyonlar halinde; kükürtün ise S-2 veya HS- gibi negatif yüklü iyonlar (anyonlar) halinde taşınması.
Örnek: Civanın iyon halinde (Hg°(sç)) taşınması gibi.
Bu tür taşınma da maden yataklarının oluşumu bakımından pek fazla önem taşımaz.
3) Kompleks iyonlar halinde taşınma:
Katyon ve anyonların oluşturduğu kompleks moleküller halinde taşınma:
Me2+ + nAx- ====> MeAn 2-nx
Klor ve indirgenmiş kükürt türevleri en önemli kompleks iyon oluşturan bileşenlerdir. Bikarbonat, sülfat, karbonat, ve organik madde türevleri de kompleks metal iyonları oluşturabilirler.
Örnek: Zn(HS)3- , Au (HS)2 - gibi sülfür bileşikleri ve ZnCl2,CuCl3 2-, HgCl-, HgCl4
2- gibi klor kompleksleri.
Sülfür kompleksleri:
Kükürt miktarı metal miktarından çok bol olduğunda duraylıdır.
Sb2S3 (OH)2 +H2S ====> Sb2S3 + 2 H2O
HgS2 2- + 2 O2 HgS + SO4 2-
2 Sb(OH)3 + H2S Sb2S3 + 6 H2O
Klor kompleksleri:
- Çözeltinin klor bakımından çok zengin olması
- Klor miktarının kükürt miktarından çok fazla olması
- Sıcaklığın yüksek olması (>300 °C)
PbCl2 + H2S ====> PbS + 2HCl
4) Kolloidler halinde taşınma:
Özellikle sedimanter demir ve mangan yataklarının taşınmasında rol oynayabilirler. Fakat önemsizdirler.
C) HİDROTERMAL ÇÖZELTİLER İÇİNDE BİLEŞEN ÇÖKELMESİ
1) Sıcaklığın azalması
Çözeltinin sıcaklığında yaklaşık 20 °C lik bir düşüşün olması, çözeltiden önemli oranda mineral çökelmesine yol açar.
Örnek: antimonitin çökelmesi
Sb2S2 (OH)2 + H2S ====> Sb2S3 + 2 H2O
T≥300 T≤280
Sıcaklığın düşmesi şu faktörlere bağlıdır:
a) Sıcak çözeltinin kendisine göre daha soğuk sıvılarla karışması
b) Sıcak çözeltinin maruz kaldığı basıncın azalması; örneğin basıncın litostatik basınçtan hidrostatik basınca değişmesi gibi (yani kırılma / faylanma ile)
c) Sıcak çözeltinin soğuk yan kayaç ile reaksiyonu sonucu.
d) Sülfürlü ve oksitli minerallerin çözelti içindeki ürünlerini etkiler,
e) Metalleri taşıyan kompleks iyonların duraylılığını ve oluşumunu etkiler,
f) Kompleks iyon oluşturan klor gibi iyonların davranışını etkileyerek.
2) Basıncın azalması
Basıncın düşmesi mineral çökelimini çok fazla etkilemez. Basınç azalmasına bağlı olarak mineral çökelimin gelişebilmesi için basıncın en az 1 kb oranında düşmesi gerekir.
Örnek: Metamorfizma esnasında altın-kuvars damarlarının oluşumu ve pegmatitlerin oluşumunda olduğu gibi Ancak sıcak çözeltinin üzerindeki basıncın aniden kalkmasına bağlı olarak, çözelti içindeki gazlar ayrı bir faz oluşturup çözeltiden ayrılırsa, YANİ KAYNAMA GERÇEKLEŞİRSE mineral çökelimi kolaylıkla oluşabilir.
Örnek: Bazı epitermal sistemlerde altının çökelmesi gibi.
Kaynamanın çözeltiye etkileri :
a) Bazı gazların çözeltiden ayrılması nedeniyle çözeltinin konsantrasyonunun azalması
b) Uçucu maddelerin çözeltiden ayrılması ile kalıntı sıvının daha alkalen ve metal taşıma kabiliyeti daha az bir hale dönüşmesi.
Örnek: Çalkalanan kola şişesinin ilk ve son halleri arasındaki farklılık.
3) Yan kayacın etkisine bağlı mineral çökelimi
Sıcaklığın etkisinden sonra, mineral çökeliminde çok etkili olan bir faktördür. Bazı cevher yataklarının tercihen bazı yan kayaçlarla birlikte bulunmaları, yan kayacın önemini vurgular. Yan kayacın etkisi çözelti ile yan kayaç arasında gelişen reaksiyonlara bağlıdır.
Yan kayaç ile çözelti arasında gelişen etkileşimler
a) Çözelti içindeki H+ iyonunun yan kayaçtaki mineraller tarafından alınması.
Karbonatların çözülmesi ve feldspat ve mafik minerallerin kil ve mikalara dönüşü şeklinde gerçekleşir.
3 KAlSi3O8 + 2H + ====> KAlSi3O10(OH)2 + 6SiO2 + 2K+
Böylece:
1) Çözeltinin asiditesi azalır
2) Klor komplekslerinin duraylılığı azalır
3) Metal sülfürler çökelir.
b) Yan kayaçtan hidrotermal çözeltiye bir ilavenin olması
Yan kayacın bileşiminde bulunan minerallerden (örneğin pirit veya diğer sülfitler) H2S veya kükürdün sıvıya ilavesi gibi. Bu şekilde indirgenmiş kükürt türevlerinin çözeltiye ilavesi anında metal sülfürler oluşarak, mineral çökelimi gerçekleşebilir. Örnek: Epitermal yataklarda antimonitin çökelimi gibi:
Sb2S2 (OH) 2 + H2S ====> Sb2S3 + 2 H2O
PbCl2 + H2S ====> PbS + 2 HCl
c) Çözeltinin oksidasyon potansiyelinin değişmesi
Bu tür reaksiyonlarla Hg, Cu, U ve V gibi bazı metalik elementlerin yük değeri de değişir.
HgS22- + 2O2 ====> HgS + SO4 2-
Metallerin oksidasyon seviyelerini etkileyecek en önemli olaylar serpantinleşme ve ortamda karbonatlı malzemenin varlığı nedeniyle gerçekleşecek olan indirgenmedir. İndirgenme ile sülfat iyonları H2S’ e dönüştürülür.
4) Hidrotermal çözeltinin farklı özellikteki başka sıvılarla karışımı
Hidrotermal sistemlerde çok sık rastlanan bir durumdur. İki farklı çözeltinin karışması sonucunda:
a) Çözeltinin sıcaklığı azalabilir
b) Çözeltinin tuzluluk değeri değişebilir.
c) Çözeltinin indirgen kükürt bileşen (H2S) miktarı azalabilir & artabilir.
Sonuç olarak iki farklı sıvının karışımı Sıcaklığın etkisi ve yan kayacın etkisinin bir bileşkesidir.