YERKÜRE’NİN YAPISI Ortalama yörünge hızı 29,79 km/s, ekvatordaki dönü hızı da yaklaşık 0,46 km/s olan Yerküre, diğer gök cisimleri ve gezegenler arasında üzerinde gelişen biyolojik çeşitliliği ile özel bir konuma sahiptir. Yerden 384.000 km mesafede bulunan, 1.740 km yarıçapında ve 2,5-3,0 g/cm3 yoğunluğundaki yerin uydusu ay, yere oldukça benzeyen bir yapıya ve bileşime sahiptir. Ancak atmosferi yoktur. Yaklaşık 4,6 milyar yıl önceki oluşumundan bu yana kıta hareketleri gibi dinamik işlevler, kıtaların kaymasına, dağ oluşumuna, okyanus tabanının hareketine ve iklimin değişmesine neden olmaktadır.

Yerküre ve uydusu Ay (solda, Gottwald, 2003) ve Ay’dan Yer’in görünüşü (sağda, 11.06.1969).

Yerküre, jeokimya için en önemli konuları içermektedir Yerküre, jeokimya için en önemli konuları içermektedir. Yeryüzünden yapılan doğrudan araştırmalarla teknik nedenlerden ancak 10 km derinliğe inilebilmektedir. Bu derinlik sadece üst kabuk için gerekli ayrıntılı incelemelere dahi yetmemektedir. Bu yüzden yerde volkanizma gibi doğal gelişmelerden ve jeofizik yöntemleri gibi dolaylı yöntemlerden büyük çapta yararlanılmaktadır. Çok sınırlı kalmakla beraber, özellikle jeofizik yöntemleri, yerçekimi, dalga yayılımı ve ısı dağılımı gibi özelliklerle yerin yapısı hakkında önemli veriler sağlamaktadır. Bu verilerle yerin katmanları ayırtedilebilmekte; basınç, ısı ve yoğunluğu yaklaşık hesaplanabilmektedir. Bu hesaplamalar, yerin yoğunluğunun 2.900 km'ye kadar yavaş yavaş artarak yaklaşık 6 g/cm3'e çıktığı, bu derinlikten sonra aniden artarak çekirdekte 12 g/cm3'e yükseldiğini göstermektedir. Basınç daha yavaş bir yükselme göstererek çekirdekte 370 GP'a yükselir. Yeryüzünde ortalama olarak 20 oC olan sıcaklık, daha düzenli artarak çekirdekte 6.000 oC'ye vardığı tahmin edilmektedir.

Bütün veriler irdelendiğinde yerin yaklaşık 6 Bütün veriler irdelendiğinde yerin yaklaşık 6.371 km yarıçapında olduğu ve çeşitli katmanlardan meydana geldiği saptanmıştır. Bunlar dıştan içe doğru: kabuk, manto ve çekirdektir. Bunların her biri kendi arasında alt kısımlara ayrılmaktadır. Örneğin, üst ve alt kabuk; üst, geçiş zonu ve alt manto veya dış ve iç çekirdek gibi. Kabuğun yaklaşık 60, mantonun 2.900 ve çekirdeğin de 3.400 km’yi aştığı kabul edilmektedir. Yerin sayılan bu tabakaları süreksizliklerle birbirinden ayrılmaktadır. Kabuk, 60 km kalınlığındaki kıtasal kabuk ile 7 km kalınlığındaki okyanusal kabuk olmak üzere ikiye ayrılır. Kabuk, Mohorovicic Süreksizliği (Moho) ile mantodan ayrılır. Kabuğun altında 400 km kalınlığındaki üst manto, onun altında da 2.900 km derinliğe kadar alt manto yer almaktadır ve çekirdekten Wiechert-Gutenberg süreksizliği ile sınırlanır. Mantonun altında 5.146 km'ye kadar dış çekirdek, onun altında ise, iç çekirdek gelir. Son verilere göre çekirdek de katıdır. Bu zonların hacimleri, kütleleri ve yoğunlukları yer kütlesine oranla oldukça farklıdır.

Yer’in kabuksu modeli (Jacobshagen ve diğ., 1999).

Yerin Oluşumu Bugünkü bilgilere göre Yerküre de diğer gezegenler gibi yavaş yavaş büyüyerek oluşmuştur. Bu görüşe göre Yerküre, meteoritlerle (kondrit) güneşin sis malzemesinin akresiyonundan, doğmuştur. Akresiyon Kuramı, gezegenlere temel oluşturan kozmik gaz ve tozların (~1 μm) çarpışarak kaynaştığını, yoğunlaştığını (aglomerasyon) ve büyüyerek (akresiyon) gezegen boyutuna vardıklarını esas almaktadır. Oluşacak gezegenin çekirdeğini oluşturan küçük (~ 1 km çapında) gök cisimlerine Planetesimal denir. Bunlar hızlı büyürler. Gezegen büyüdükçe çarpışmalar azalır. Kurama göre örneğin, Dünya, yaklaşık 100 milyon yılda gelişmiştir.

Yer’in akresiyon kuramına göre oluşumu ve gelişimi (Blum, 2003).

Radyometrik yaş tayinleri yerin akresiyonunun ayrışma ile son bulduğunu göstermektedir. Planetesimal ve meteoritlerin çarpışmalarından yaklaşık 200 milyon yıl sonra şekillenmeye başlıyan Yerküre’nin önce çekirdeği oluşmuştur. Artan çekim kuvveti, çıkan gazları tutarak atmosferin oluşmasını sağlamıştır. Bu ayrışmadan ancak ~ 400 milyon yıl sonra kıtalar (litosfer) meydana gelebilmiştir. Mantodaki konveksiyon akımları ile hareket eden kıtalar, plaka tektoniğine göre en az değişime uğrayan yer kısımlarını teşkil etmektedir. Hesaplamalar, yaklaşık 600 milyon yılda 1 tüm yer kabuğunun yenilendiğini göstermektedir. Bu nedenle ilk yaşama ait kalıntılar ancak bu kıtaların başkalaşım, volkanizma, aşınma ve taşınmaya en az uğrayan kısımlarında rastlamak mümkündür. Yeryüzünde saptanabilen en yaşlı kayaç (Zirkon/Avustralya) 4,2 milyar yaşındadır. Buna karşın en yaşlı canlı bundan 3,8 milyar yıl öncesine aittir. Kesin olarak tanımlanabilen en yaşlı canlı mavi-yeşil alglerdir (Cyano-bakteri) ve 3,5 milyar yıl önce oluşmaya başlayan hidrosferle ve hidrosferde yayılmışlardır.

Kıta hareketleriyle yer kabuğunun oluşumu (Altaba ve diğ., 1995).

Yerin Mineralojik Bileşimi Yer kabuğu, çeşitli büyüklüklerde kırılan ve kıvrımlanan magmatik, tortul ve başkalaşım (metamorfik) kayaçlardan oluşmaktadır. Yüzeyde granitik kayaçların ağırlıkta olduğu kabuk, derinlere doğru gabroik kayaçlara geçmektedir. Sadece jeofizik yöntemleriyle incelenebilen manto, depremler, volkanik olaylar ve kıta hareketleri için önemli görülmektedir. Bugünkü verilere göre yerin bu katmanı dünit (olivin), peridotit (olivin ve piroksen) ile eklojit (granat ve piroksen) bileşiminde olduğu saptanmıştır. Bu elastik kayaçlar, çoğunlukla Mg-Fe silikatlarından oluşmakta ve pirolit (piroksen+olivin) olarak adlandırılmaktadır. Alt manto büyük olasılıkla homojendir, ilmenit (Fe, Ti)O3 ve periklas (Mg, Fe)O karışımından meydana gelir.

Yerin çekirdeği muhtemelen demir ve demir grubu elementlerinden oluşmaktadır. En azından dış çekirdeğin sıvı halde olduğu sanılmaktadır. Buradaki etkin konveksiyon akımlarından yerin manyetizması doğmaktadır. Özet olarak yeri, heterojen bir kabuk ve demir çekirdekten oluşan ve armuda benzeyen bir elipsoid olarak düşünmek gerekir. Atmosfer, hidrosfer ve biyosfer jeokimya bakımından oldukça önemli olmalarına karşın tüm yer kütlesinin ancak % 0,03'lük kısmını teşkil ederler.

Yerin Kimyasal Bileşimi ve Elementlerin Dağılımı Yerkürenin kimyasal yapısı ve bileşimi magmatitlerin bileşimine çok benzemektedir. Magmatitler yer kabuğunun % 94'ün meydana getirirken, şistler % 5, kum taşları % 0,75 ve kireç taşları da % 0,25'lik bir oranla katılmaktadırlar. Başkalaşım ve tortul kayaçların, yerin yapısında çok az bir oranda bulundukları görülmektedir. Yer kabuğunu oluşturan kıtasal ve okyanussal kabuk oldukça farklı bileşim ve özelliklere sahiptir. Örneğin, okyanus kabuğu bazaltik bir bileşimde, daha ince (~ 10 km) ve 500 m kalınlığında deniz sedimanları ile örtülü bulunmaktadır. Buna karşın kıtasal kabuk tortullar, başkalaşım ve magmatitlerden meydana gelmekte ve kimyasal bileşimi de daha asidiktir.

Yerin doğrudan incelenebilecek tabakası sadece litosferdir Yerin doğrudan incelenebilecek tabakası sadece litosferdir. Elde edilen verilerin tümü buradaki araştırma ve incelemelere dayanmaktadır. Ancak volkanizma olayları manto hakkında da bir fikir vermektedir. Bu araştırmalar litosferin yaklaşık % 98’inin 8 elementten, % 2’sinin de geri kalan 84 elementten oluştuğunu göstermektedir.

Ana elementlerin yer kabuğundaki ortalama derişim oranları (Mason ve Moore, 1985)

Yeryuvarı büyük olasılıkla birbirine eklenen planetismal’lerden oluşmuştur ve kondritler bunları temsil etmektedir. Kondritler nikel-demir, demirsülfit ve silikat fazlarından meydana gelirler (Mason ve Moore, 1985). Bunların içindeki metaller, metal, sülfid ve silikatlara olan göreceli afinitelerine* göre dağılmıştır. Fe, yüksek derişimi nedeniyle, metal, silikat ve sülfit fazlarının üçünde de bulunmaktadır. Ancak Fe’den daha elektropozitif olan elementler silikatlarda, yer kabuğunda (= Sial = Si+Al), yoğunlaşmıştır. Daha az elektropozitif olan ve kimyasal özellikleri nedeniyle bu fazlara giremeyen elementler de S ile sülfitleri, mantoyu (= Sima = Si+Mg) meydana getirmiştir.

Yer kabuğu ve mantonun ortalama kimyasal bileşimi (Gill, 1993).

Yer kabuğundaki elementler incelendiğinde çeşitli element grupları ortaya çıkmaktadır. Ancak elektronegativeteleri (E) ile yaklaşık ayırt edilebilen bu gruplar, şöyle özetlenebilir: 1. Litofil elementler, yer kabuğunda derişen, Si’ye benziyen ve silikat teşkil eden Li, Cs, Si, Al, Mg ve Re gibi elementlerdir. Çoğunluğu alkali ve toprak alkali elementlerin toplandığı bu grubun normal potansiyeli 1'den küçüktür (E<1,6). 2. Kalkofil elementler de S'e yakın özellikte ve öncelikle sülfit teşkil eden Cu, Zn, Ga ve Sn gibi ağır elementlerdir. Kalkofil elementlerin normal potansiyeli orta değerlerdedir (1,6<E<2,0). 3. Siderofil elementler, Fe'ye çok yakın olan Mn, Cr, Co, Ni, ve Os gibi oksit yapan yan grup elementleridir (2,0<E<2,4). 4. Atmofil elementler, periyodik sistemin 8. ana grubuna ait asal gazlarla atmosferde bulunan N, O ve H’dir. Bunlardan asal gazların doğal bileşikleri yoktur (E>2,0) ve 5. Biyofil elementler C, N, P ve O özellikle organik madde ve mineral de oluşturabilen çok hafif elementlerdir. Bunlar, yüksek değerlilik ve iyonik potansiyele sahiptir (P+5 gibi).

Elementlerin litosferdeki dağılımları kozmik element dağılımı ile bir paralellik göstermekte ve çok değişik derişimlerde bulunmaktadır. Elementlerin yer kabuğundaki ortalama derişimine Clarke Değeri denir. Derişimleri C > % 1’in üzerinde olan ve minerallerin formülüne geçen elementlere, Ana Element denir. Bu yüksek orandaki elementler yanında daha az oranlarda bulunan ve bileşiklerin formülüne girmiyen elementler, Yan Element (% 0,10 < C < 1,00) ve Eser (İz) Element (C < % 0,1) olarak kısımlara ayrılmaktadır. Bu kavramlar yanında makro (ana) ve mikro (eser) element veya mikrokimya kavramları da kullanılmaktadır.

Bazı elementlerin yer kabuğundaki ortalama değerleri.