Jeolojik çalışmalar yerkürenin bugünkü durumu hakkında bilgiler verir. Ayrıca jeolojik çalışmalarla yerkürenin durumu da araştırılır. Güneş sisteminin oluşum ve gelişim söz konusu yüzyıllar boyunca birçok ünlü bilim adamını yakından ilgilendirmiş ve bu konuda değişik teoriler ortaya atılmıştır. Kont de Buffon’un 200 yıl kadar önceki düşüncesine göre büyük bir gök cisminin Güneş’e çarpmasıyla Güneş’ten irili ufaklı parçalar kopmuş ve uzaklara fırlamışlardır. Bu parçacıklar daha sonra gezegenleri meydana getirmiştir.
Yerkürenin iç kısmı radyoaktivite tarafından verilen enerji ile çalışan dengeli ısı motoru olarak düşünülebilir. Bu olay yeryüzünün nasıl oluştuğu ile doğrudan ilişkilidir. Eğer düşünülen bu radyoaktif motor yavaş hızla çalışmış olsaydı bütün jeolojik olaylar daha yavaş çalışmış olacaktı. Kıtasal bloklar bugünkü jeolojik durumunu almayabilir, okyanus ve atmosferin oluşumu için gerekli su ve gazlar volkanizma tarafından yeryüzüne ulaştırılamayabilirdi. Demir kütleleri eriyip sıvı dış çekirdeği oluşturamayabilirdi ve bugünkü manyetik alan olmayabilirdi. Bu durumda yerküre tıpkı ayda olduğu gibi ölü ve krater kanyonlarından oluşmuş olabilirdi. Radyoaktivite enerjisinin gereğinden fazla olması durumunda jeolojik olaylar olduğundan daha hızlı gelişebilirdi. Volkanik gaz ve toz kütleleri Güneş enerjisinin Dünya’ya ulaşmasının engelleyebilir ve atmosfer olduğundan daha fazla yoğun olabilirdi. Hızlı gelişen jeolojik olaylar günlük depremler ve volkanik patlamalara sebep olabilirdi. Yerküremizin oluşumunun ilk evrelerinde böyle bir jeolojik oluşum gelişmiş olabilir.
Yaklaşık 4.7 milyar yıl önce olduğu düşünülen bir olay sonucu gezegenler oluşmaya başlamış ve çeşitli ilginç düzenlilik ve gruplaşma ortaya çıkmıştır. Gezegenlerin orijini:
1. Bütün gezegenler Güneş etrafında aynı yönde dönmektedir. Hemen hemen hepsi aynı düzlemde olmak üzere yaklaşık dairesel olan eliptik yörüngeler üzerinde dalmaktadır. Gezegenlerin çoğunun uyduları (Ör: Dünya’nın etrafında dönen Ay) aynı yönde dönmektedir.
2. Venüs ve Uranüs’ün haricinde bütün gezegenler Güneş etrafındaki yörüngelerin en uygun yönde kendi etraflarında dönmektedir. Yani kuzey kutbundan güney kutbuna bakıldığında saat yönünün tersi yönde dönmektedir.
3. Her bir gezegen yaklaşık bir önceki gezegene göre Güneş’e 2 kat daha uzak yer almaktadır. Buna Titius-Bode kuralı denir.
4. Güneş, bütün Güneş sisteminin toplam kütle olarak %99,9’unu oluşturmasına rağmen açısal momentumun %99’u büyük gezegenler tarafından kullanılmaktadır.
5. Gezegenler 2 gruba ayrılmaktadır. 1. grup: Merkür, Venüs, Dünya ve Mars’tan oluşmaktadır. Bu grup bileşiminde dünyamızda bulunan elementleri içermektedir.
Daha yoğun kütleler ve kayaç oluşumları ile Güneş’e daha yakın olanlarıdır. Yoğunlukları su yoğunluğunun 4-4.5 katıdır. Daha uzakta bulunan ikinci grup; Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün düşük yoğunluklu büyük gaz kütlelerinden oluşmuşlardır. Yoğunlukları suyun yoğunluğunun 0.7-1.7 katıdır. Aşağıdaki şekilde Güneş sistemi görülmektedir.
Yerküre kayaçları Aytaşları ve Dünya’ya ulaşan meteorların kimyasal analizleri bunların yaklaşık %99’unun 4 elementten oluştuğunu gösterir. Bu elementler Fe, O, silikon ve Mg’dir. Spektroskopik çalışmalar Güneş’in yaklaşık tamamının %99’unun hidrojen ve helyumdan oluştuğunu gösterir. Geniş boyutlarda hidrojen ve helyum oluşumu diğer büyük gezegenler içinde söz konusudur.
SPEKTROSKOPİK ÇALIŞMA İLKESİ
Işık enerjisi değişik elementler tarafından belirli bir karakteristik özellikle dış ortama dağıtılır ya da soğurulur. Işık enerjisinin değişik bileşenlere ayırt edilmesi veya diğer bir deyişle spektral bileşenlerinde ayırt edilmesi kaynağının bileşimi hakkında bilgi verir. Örneğin, doğal gaz ateşinde buharlaşan tuz bileşiği NaCl sarı renk üreterek Na elementinin varlığını gösterir.
NEBULA HİPOTEZİ
Nebula hipotezi ilk olarak 1755’de Alman filozofu Emmanuelle KANT tarafından ortaya atılmıştır. Bu hipoteze göre başlangıçta yavaş olarak dönem bir gaz bulutu sebebi bilinmeyen bir yolla değişik sayıda ayrık kütlelere bölünmüştür.
a) Yaklaşık küresel şekilli ve yavaş olarak dönen nebula zamanla merkezde yoğunlaşmaya başlamaktadır.
b) Merkezde toplanma eğilimi ve dönme sonucu gittikçe düzlemsel olmaya başlayan kütle hızla dönen bir disk şekline girmeye başlamıştır.
c) Küçülme devam etmektedir ve Güneş oluşumu başlamıştır. Geriye kalan malzeme diğer gezegenlerin oluşumu için ilk aşamadır.
d) Gezegenler oluşmuş ve Güneş etrafında dönmeye başlamışlardır.
Kant tarafından ileri sürülen bu hipotez bütün Güneş sistemini ve gezegenlerin dönüş yönlerini oldukça iyi açıklamaktadır.
YERKÜRENİN OLUŞUM EVRELERİ
Başlangıçta homojen bir kütle olan dünyamız çeşitli evreleri tamamladıktan sonra bugünkü haline gelmiştir. Bu evreler sırasında yerkürenin iç kısmı kimyasal ve mineralojik tabakalanmaya sahip olmuştur. Manyetik alan, volkanlar, dağ oluşumları, kıtalar, okyanuslar ve atmosferin oluşumu dolaylı olarak bu evrelerin bir ürünüdür
a) Başlangıç evresi-homojen konglomera
Söz konusu evre yaklaşık 4.7 milyar yıl önce gezegenler arasını dolaşan malzemenin dünyaya çarpmasıyla başlar. Konglomeranın bileşiminde silikonlar, Fe, Mg oksitler ve küçük ölçeklerde bütün kimyasal elementlerden bulunabilir. Konglomera başlangıçta kısmen soğuk olabilir. Fakat üç ayrı mekanizma gittikçe büyüyen dünyamızı ısıtmaya başlamıştır.
1) Kütle yayılması evresinde çarpan cisimler yerküreyi bombardıman etmiş ve hareket enerjilerini yerküreye ısı olarak vermişlerdir.
2) Gravite kuvveti ile hacminde küçülme olan dünyamız daha da ısınmaya devam etmiştir.
3) Radyoaktif elementlerin parçalanması başlamış ve ortaya çıkan radyasyon ile partiküller çevre kayaçlar tarafından tutulmuştur.
b) Başlangıç sıcaklığı
Dünyaya çarpan cisimler çarpma sonucu ısı enerjisi açığa çıkarmışlardır. Örneğin; 5 ton ağırlığındaki bir cisim 30km/sn hızla çarptığında 1kiloton boyutunda nükleer patlatma kadar enerji açığa çıkarabilir. Enerjinin birçoğu tekrar uzaya geri dönmüştür. Fakat bir kısmı da büyüyen gezegen içinde hapis edilmiştir. Gravitasyon altında sıkışan gezegen yine ısı enerjisinin artmasına sebep olur. Bunun en tipik örneği ise hava pompalarının ısınması olayıdır. Kompresör kolunun aşağı doğru itilmesi esnasında içerideki hava kütlesi hızlı olarak sıkışır. Isı enerjisi açığa çıkar. Kütle yığılması ve sıkışma sonucu oluşan yeni bir gezegenin içinde 1000C’ye kadar sıcaklığın oluşabileceği düşünülmüştür.
c) Demir kütlesinin erimesi
Demir elementinin yerküre içindeki diğer elementlerden daha ağır olması nedeniyle eriyen demir kütleleri büyük damlalar halinde yerkürenin merkezine doğru hareket edecektir ve hafif malzemeyi yukarı doğru itecektir.
1 eğrisi boyunca kütle yığılması ve sıkışmaya bağlı olarak 0 yaşındaki yerkürenin ısı dağılımı görülmektedir. 500 milyon yıl sonra radyoaktivite yer içindeki ısıyı ikinci eğriyle verilen seviyeye getirmiştir. 1 milyar yıl sonra 400 ile 800 km derinlikleri arasında sıcaklık demirin ergime seviyesine gelmiştir.
1) Demirin erimesi ve ağır bir sıvı tabakasının oluşması
2) Demir damlasının oluşması
3) Damarın merkeze doğru dalım eğilimi
d) Başkalaşım evresi
Jeolojik olayların açıklanmasına yardım eden üst manto iki zona ayrılmıştır. Kısmen ergimiş ve zayıf astenosferin üzerinde bulunan katı ve sağlam litosfer muhtemelen ilk birkaç 100 milyon yıl içerisinde yerküremiz demirin ergime sıcaklığına eriştikten sonra önemli bir başkalaşım evresine girmiştir. Eriyen malzeme hafifleşmesinden dolayı yukarıya hareket edip soğuyarak ilk kabuk hareketini başlatmıştır. Çekirdeğin oluşumu başkalaşma evresinin en önemli kısmıdır. Yerküremiz ilk haliyle homojen bir kütle olarak dikkate alınır (yaklaşık bütün derinliklerde benzer malzeme). Yerküre daha sonra tabakalı bir yapı kazanmıştır. Daha yoğun olan demir çekirdeği oluşturmuştur. Düşük yoğunluk ve düşük ergime sıcaklığına sahip malzeme yüzeydeki kabuğu oluşturmuş ve bunların arasına geriye kalan malzeme yerleşmiştir. Başkalaşım olayı, sonuçta atmosferle okyanusların oluşumuna sebep olacak gazların yerküre içerisinden dışarıya doğru taşmalarına sebep olabilir. Uzaya fırlatılan uydular aracılığıyla elde edilen bilgilere göre bahsedilen 1.gruba ait gezegenler de başkalaşım evreleri geçirmiştir. Fakat fiziksel işlem daha farklı olmuştur.
Örneğin, Ay ve Merkür ilk 1-2 milyar yıl içinde hızlı bir değişim geçirmişlerdir. Daha sonrada jeolojik olarak ölü hale gelmişlerdir. Yani yerkürede gözlemlediğimiz dağ oluşumları, volkanizma, depremler ve erozyon oluşmamıştır.
İkinci gruptaki büyük gezegenler çok daha farklı bir fiziksel evre geçirmiş olmalıdırlar. Örneğin, bilinmeyen bir sebeple Jüpiter Güneş’ten aldığı enerjinin 2-3 katı olan bir enerji yaymaktadır. Beklide Jüpiter ve uydusu güneş sistemine benzer bir oluşum içerisindedir. Fakat beklide Jüpiter Güneş gibi enerjisini yayabilecek fiziksel oluşum geçirememiştir.
YERKÜREMİZİN KİMYASAL ZONLANMASI
Yerküremizdeki bütün elementler
− Demir %36
− Oksijen %30
− Silisyum %15
− Magnezyum %13
− Nikel %2.4
− Sülfür %1.9
− Kalsiyum %1.1
Kabuk içi elementler
− Oksijen %46
− Silisyum %28
− Alüminyum %8
− Demir %6
− Magnezyum %4
− Kalsiyum %2.4
− Potasyum %2.3
− Sodyum %2.1
− Diğerleri < 1
Başkalaşım(differentiation), demir bakımından fakir ve hafif kabuk oluşturmuş O2, silikon, alüminyum, kalsiyum, potasyum ve sodyum zenginleşmesi meydana getirmiştir. Yukarıda verilen elementler yerkürenin kütlesinin %99’undan fazlasını oluşturur. Yerkürenin %90’ı demir, oksijen, silikon ve magnezyumdan oluşmaktadır. Demirin çekirdeğe doğru dalmasından dolayı bu elementler kabuk içerisinde 4.sıraya düşmüşlerdir. Ayrıca silikon, potasyum, alüminyum ve sodyum bütün yerküre bazında daha fazla bulunmaktadır. Bu şekilde çok düzgün olmayan element dağılımına kimyasal zonlanma denir. Görüldüğü gibi yerkürenin başkalaşımı göreceli ağırlıklara bağlı olarak düzenli bir düşey element sıralaması yaratmamıştır. Değişik elementlerin bileşikler oluşturması bu bileşiklerin fiziksel ve kimyasal özellikli (ergime noktası, kimyasal gelişme ve yoğunluklar) mevcut olan tabakalanmayı oluşturmuştur. Örneğin, feldispatlar (CaAl2 Si2O8, NaAl Si3O8, KAl Si3O8) kabuk içerisinde en fazla bulunan minerallerdir. Yani kolayca eriyebilen Ca, Na, potasyum ve alüminyum silikatlar kabuğun oluşumunda yaygındır. Kabuk ve çekirdek arasında kalan manto daha az kolayca eriyebilen Mg-Fe silikatlardan oluşmuştur. Yaygın olan elementleri Fe, Mg, Si ve O2 olarak örnek verebiliriz. Pek çok jeofizikçi ve petrograf mantodaki esas minerallerin olivin ve piroksen olduğuna inanılır.
Olivin (Mg2SiO4 –Fe2SiO4)
Piroksen (MgSiO3-FeSiO3)
Altın ve platin gibi ağır elementler O ve silikatlar ile kolay kimyasal bileşim oluşturamazlar. Bu yüzden çekirdeğe daldıkları düşünülür. Ayrıca uranyum ve toryum gibi diğer ağır elementler oksitler ve silikatlarla kimyasal birleşme eğilimi gösterirler. Sonuç olarak, hafifleşerek yükselip kabuk içinde birikmiş olabilirler. Gravite çekimi zonlaşmanın oluşumunda ikinci bir etki olarak kalır. Kimyasal zonlaşmanın önemli sonuçlarından biri radyoaktif ısı kaynaklarından biri olan uranyum ve toryumun kabuk içerisinde toplanmış olmasıdır. Yerkürenin ilk oluşum aşamalarında bu tür radyoaktif elementler sıcaklığın demirin erime noktasına çıkmasında yardımcı olmuşlardır. Başkalaşım sonucu radyoaktif elementlerin kabuk içerisinde toplanması ısı motorunun yavaşlamasına neden olmuştur.
