Magmaların katılaşma evreleri Katılaşma Sırasında Magmanın Bileşimini Değiştiren Süreçler

1. Magmaların katılaşma evreleri Katılaşma Sırasında Magmanın Bileşimini Değiştiren Süreçler Daha önce kısmi erime bölümünde de bahsedildiği gibi, nasıl ki granodiyorit bileşimli bir kaynak kayacın fraksiyonel erimesi sırasında oldukça farklı bileşimlerde magmalar ve bunlarla denge halinde olan erime kalıntısı katı kayaçlar ortaya çıkıyorsa; herhangi bir eriyiğin katılaşması sırasında da bazı süreçler nedeniyle magmatik eriyiğin bileşimi gittikçe değişerek bir tek magma kaynağından itibaren oldukça farklı magmatik kayaçlar meydana gelebilmektedir. İşte magmanın katılaşması sırasında etkin olan ve magmatik diferansiyasyon, asimilasyon-kontaminasyon ve magma karışması denilen bu süreçlerin önemli özellikleri şöyle özetlenebilir.

2. Magmatik diferansiyasyon: Magmatik diferansiyasyon süreci başlıca • (1) kristal-sıvı fraksiyonlanması, • (2) sıvı karışmazlığı, • (3) uçucularla taşınma ve • (4) termogravitasyonel diffüzyon • olarak tanımlanabilecek dört değişik mekanizmayla meydana gelmektedir. Bu dört değişik mekanizmadan kristal-sıvı fraksiyonlanmasında kristal ve sıvılar birbirlerinden ayrılmakta; sıvı karışmazlığında sıvılar birbirinden ayrılmakta; uçucularla taşınmada uçucu bileşenlerle sıvı (ve kristaller) birbirlerinden ayrılmakta ve termogravitasyonel diffüzyonda ise iyonlar birbirlerinden ayrılmaktadır. Bu mekanizmaların önemli karakteristikleri aşağıda verilmiştir.

3. Kristal-sıvı fraksiyonlanması (Fraksiyonel kristalleşme) • Bu mekanizmada, soğumakta olan bir magmatik eriyikte oluşan kristaller, eriyikten ayrıldığında, geriye kalan eriyiğin bileşimi ile ayrılmış kristallerin bileşimleri birbirlerinden farklı olacaktır. Bu olayın, katılaşmanın sonuna kadar devam etmesi durumunda, bir tek magma kaynağından itibaren farklı bileşimlerde kayaçlar ortaya çıkabilecektir. Kristal-sıvı fraksiyonlanması mekanizması, zaman-konum içinde birlik oluşturan magmatik kayaçların veya bir tek magmatik kütle içerisindeki çeşitli kayaçların kimyasal değişim diyagramları incelendiğinde, farklı bileşimlerde kayaçların görülmesiyle tanımlanabilmektedir. Katılaşmakta olan bir magmadan itibaren kristallerin ayrılması sürecinin, en az üç değişik şekilde meydana gelebileceği ileri sürülebilir. Bunlar, • (1) akmayla ayrımlanma (flowage segregation), • (2) basınçla filtrelenme (filter pressing) ve • (3) gravitasyonel ayrımlanmadır (gravitational segregation). • Genel olarak bu üç mekanizmanın herhangi birisiyle oluşturulabilen ve fraksiyonel kristalleşme (fractional crystallization, FC) olarak da bilinen sürecin, kristal-sıvı ayrımlanması sürecinin eşdeğeri olduğu kabul edilmekle birlikte; bazı araştırıcılar, örneğin Best (1981), bu süreci sadece mükemmel fraksiyonel kristalleşme (perfect FC) sürecinin bir eşdeğeri olarak değerlendirmektedir.

4. b. Sıvı karışmazlığı Farklı bileşimlere sahip iki magmanın; termal, bileşimsel ve mekanik zıtlıklarına rağmen ne homojen karışma (magma mixing) ve ne de heterojen karışma (magma mingling) şeklinde gelişen bir etkileşim sürecine girmeksizin, yan yana mevcudiyetlerini sürdürme ve evrimlerini bu şekilde tamamlayarak katılaşmalarını tanımlayan bir süreçtir. Örneğin, bir magmada, Fe ve P bakımından zengin, ancak Si bakımından fakir bir kesim ile Si bakımından zengin, ancak Fe ve P bakımından fakir bir kesimin karışmazlığı gibi. Benzer şekilde, Fe ve silis bakımından zengin iki magmanın karışmaksızın birlikteliğine ilişkin bazı kanıtlar, ay’dan alınan bazı kayaçlarda da gözlenmiştir. Diğer taraftan, farklı bileşimlere sahip eriyiklerin karışmaksızın birlikte bulunabileceklerinin en iyi gözlendiği deneysel çalışmaların ise başlıca alkali silikatlı eriyikler ile karbonat bileşimli eriyikler üzerinde yürütülen çalışmalar olduğu bilinmektedir. Zaten bu nedenle, özellikle nefelinit (ijolit) - karbonatit komplekslerinin birlikteliğinin açıklanmasında sıvı karışmazlığı mekanizması ileri sürülmüştür. Bazı deneysel ve petrografik çalışmalar, ayrıca, sülfürlü ve silikatlı magmatik eriyiklerin de karışmadıklarını çok açık bir şekilde ortaya koymuştur.

5. c. Uçucularla taşınma Magmalarda özellikle Na, K, Fe ve Si gibi bazı bileşenler, genellikle yoğunlaşmış halde bulunmalarına rağmen, bazan, ayrı bir uçucu bileşen fazında, örneğin yüksek sıcaklıklardaki su fazında da konsantre olabilmektedir. Örneğin, alkalin kayaç kompleksleri çevresinde gelişen fenitleşmiş halelerin; uçucularca taşınmış bu tür bileşenlerin etkisiyle meydana geldiği ileri sürülmektedir.

6. d. Termogravitasyonel diffüzyon Magma içerisindeki bazı bileşenler, henüz iyon halinde iken termal ve gravitasyonel farklılıkları nedeniyle diffüzlenerek, farklı zonlarda farklı sıcaklık ve bileşime sahip kesimlerin oluşmasını sağlayabilmektedir. Örneğin, bu süreç sonucunda daha önce de anlatılan zonlu magma odaları veya çiftli diffüzif konvektif tabakalanmalı magma odaları meydana gelebilmektedir.

7. 2. Magma karışması (magma mingling/mixing) Eş yaşlı felsik ve mafik magmalar arasındaki bileşimsel, termal ve mekanik zıtlıkların bir sonucu olarak ve aynı zamanda yerkabuğunun değişik derinliklerinde değişik etkileşimler şeklinde gelişen heterojen karışma (magma mingling) veya homojen karışma (magma mixing) şeklinde tanımlanan magma etkileşim süreçleri, bu kitapta, ayrı bir bölüm olarak ele alındığı gibi (bkz. bu kitapta magma karışması bölümü), bu konudaki ilk Türkçe literatür olması nedeniyle Yılmaz ve Boztuğ (1994) ün yanısıra Tatar ve Boztuğ (1997) ile Boztuğ ve Tatar (1998) de önerilmektedir.

8. 3. Asimilasyon veya Kontaminasyon Magmanın oluştuğu ortamdan kabuğun daha üst kesimlerine doğru yükselmesi ve hatta yeryüzüne ulaşması sırasında, katı haldeki yan kayaçları bünyesine alarak atomik yapıtaşlarına (atom, iyon ve molekül) kadar ayrılacak derecede eritmesi ve bu nedenle bileşimini değiştirmesi olayına özümleme (asimilasyon) veya kirlenme (kontaminasyon) denilmektedir. Özellikle mantodan türemiş mafik magmaların, kabuk içerisindeki evrimleri sırasında kabuksal malzemeyi asimile ederek kabuksal evrimi karakterize eden ana elementler (örneğin Si ve Al), bazı eser elementler (örneğin Rb, Sr ve Ba gibi LIL elementler ve Nb, Y, Th ve Zr gibi HFS elementler) ve Sr ilksel izotop oranları bakımından incelenerek hangi tür malzemenin % kaçlık asimilasyonunun gerçekleştiği modellenebilmektedir. Bu konuda Türkçe literatür olarak Tatar ve Boztuğ (1997) ile Boztuğ ve Tatar (1998) önerilebilir.