Serpantin minerallerinin faz değişimlerinin incelenmesi: Guleman ofiyoliti örneği
Investigation of phase changes of serpentine minerals: Guleman ophiolite example
Yazar: ÖZKAN YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE DİDEM KILIÇ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mineraloji Petrografi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Serpantinit kayacı hemen tüm ofiyolit istiflerde ultramafik kayaçların alterasyonu şeklinde hemde metamorfizma izlerini barındıran Guleman ofiyolitinde serpantinit kayası olarak yer almaktadır. Serpantinitler, genellikle manto üzerindeki transform sınırlar boyunca veya okyanus sırtlarındaki kırık bölgelerde oluşabilir. Ağsı dokusu ve serpantin minerallerinin varlığıyla kolayca tanınan serpantinitler, peridotit gibi manto kayaçlarının dalan okyanusal kabuktaki sulu minerallerin yüksek sıcaklık ve artan basınç etkisiyle suyunu kaybetmesi sonucu gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar ve mineralojik dönüşümlerin ürünüdür. Dolayısıyla, serpantinit kayaçları manto kayaçlarının suyun etkisi altında dönüşüm geçirmesiyle oluşmaktadır ve magnezyum ve demir içeren minerallerin serpantin mineraline dönüşmesiyle sonuçlanmaktadır. Bu tür kayaçlar özellikle ofiyolitlerin transform sınırlarında ve okyanus sırtlarında görülür ve yer kabuğunun oluşum süreçlerine dair önemli ipuçları sağlayan özelliklerdendir. Bu çalışmada, serpantinit örneklerine oda sıcaklığından 1100⁰C sıcaklığa kadar, sabit ısıtma hızıyla (20⁰C/dakika) faz değişimleri izlenmesi hedeflenmektedir. Bunun için diferansiyel termal analiz (DTA) ve eşlik eden kütle değişimlerini belirleyebilmek için termogravimetrik analiz (TGA) ölçümleri alınmış ve sonuçlar XRD, SEM ve ICP-MS ile yorumlanmıştır. İnceleme konusu serpantinize ultramafitler ve serpantinitlerin Taramalı Elektron-mikroskop (SEM) incelemeleri, serpantin minerallerinin lif görünümlü taneler şeklinde olarak göstermektedir. Genellikle demet halinde ince lif kümelerinin uzunluğu 20 μm olup, EDS görüntülerinde, serpantinlerin yapısal özelliğinden asbest türü bir özelliğe sahip olduğu görülür. Serpantinitlerin faz ısıl işlemi (DTA analizinde), serpantinlerin kristal yapılarının 660°C de endotermik pik yani bozunma göstermesi, %13 su kaybına bağlanmıştır. 550-660°C sıcaklıkta antigorit dehidroksilasyon reaksiyonları ile forsterit gelişir. Antigorit ve forsterit yaklaşık 660°C'ye kadar bir faz bileşimi içerisinde birarada bulunur, bu sıcaklıktan itibaren enstatit minerali gelişir. Sabit basınçta altında, su ve silis serbest kalırken, serpantin minerallerinden antigorit 650°C ile 690°C'ye kadar duraylı olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Serpentinite rock is present in the Guleman ophiolite as an alteration of ultramafic rocks in almost all ophiolite sequences, bearing traces of both alteration and metamorphism. Serpentinites are typically formed along transform boundaries on the mantle or in fractured zones of oceanic ridges. Recognizable by their mesh-like texture and the presence of serpentinite minerals, serpentinites are the result of chemical reactions and mineralogical transformations occurring when water is expelled from hydrous minerals in oceanic crustal rocks, such as peridotite, due to high temperature and increased pressure. Therefore, serpentinite rocks form through the transformation of mantle rocks under the influence of water, resulting in the conversion of magnesium and iron-containing minerals into serpentinite minerals. Such rocks are particularly observed at transform boundaries of ophiolites and oceanic ridges, providing significant clues about the formation processes of the Earth's crust. In this study, phase transitions of serpentinite samples are aimed to be monitored from room temperature to 1100°C, using a constant heating rate (20°C/minute). For this purpose, measurements were taken using Differential Thermal Analysis (DTA) and Thermogravimetric Analysis (TGA) to determine accompanying mass changes, and the results were interpreted with XRD, SEM, and ICP-MS. Scanning Electron Microscope (SEM) examinations of ultramafics and serpentinites reveal serpentinite minerals in the form of fibrous-looking grains. Typically, the length of fine fiber bundles is 20 μm, and EDS images indicate that serpentinites exhibit a structural feature similar to asbestos. The phase thermal process of serpentinites (as observed in DTA analysis) shows an endothermic peak or decomposition of crystal structures at 660°C, associated with a 13% loss of water. Between 550-660°C, antigorite dehydroxylation reactions result in the development of forsterite. Antigorite and forsterite coexist in a phase composition up to approximately 660°C, after which enstatite minerals develop. Under constant pressure, it has been determined that antigorite remains stable between 650°C and 690°C, releasing water and silica.