Karbonatlı doğal taşların deneysel olarak oluşturulan asit yağmuru ortamında bozunma biçimlerinin karekterizasyonu
Characterization of decomposition forms of carbonate natural stones i̇n the experimentally generated acid rain environment
Yazar: MUSTAFA ÇETİN
Danışman: DOÇ. DR. ERKAN ÖZKAN
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu çalışma, karbonatlı doğaltaşların deneysel olarak oluşturulan asit yağmuru ortamında bozunma biçimlerini karakterize etmeyi amaçlamaktadır. Asit yağmurları, atmosferdeki yüksek düzeyde nitrik ve sülfürik asit içeren yağış biçimlerini tanımlamakta olup, bu yağışlar kömür yakan enerji santralleri, fabrikalar ve otomobiller gibi insan faaliyetlerinden kaynaklanan kirleticilerin atmosferde birikmesiyle oluşmaktadır. Doğal yağmur hafif asidik olup pH'ı 5,6 civarındadır; buna karşın asit yağmurlarının pH değeri genellikle 4,2 ile 4,4 arasında değişmektedir. Bu asit yağmurlarının başlıca bileşenleri olan sülfür dioksit (SO2) ve azot oksitler (NOx) yağışla birleşerek sülfürik asit (H2SO4) ve nitrik asit (HNO3) oluşturmaktadır. Bu asitler doğaltaşların mikroyapısal, renk ve kimyasal özelliklerinde ciddi bozulmalara yol açmaktadır.

Çalışmada ince kristalli, iri kristalli ve dolomitik yapıya sahip karbonat kökenli metamorfik doğaltaşlar kullanılmıştır. Bu doğalaşlar üzerinde kimyasal analizler (XRF), petrografik tanımlamalar, nemli ortamda SO2 yıpratmasına direncin tayini ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri gerçekleştirilmiştir. Petrografik incelemeler, yaşlandırma işlemi öncesi ve sonrası yüzeylerde oluşan mikroyapısal değişiklikleri belirlemek amacıyla yapılmıştır. SEM analizleri ise doğaltaş yüzeylerinde meydana gelen mikroskopik düzeydeki bozulmaları detaylandırmak için kullanılmıştır.

Araştırma bulguları, asit yağmuru ortamında karbonatlı doğaltaşların yüzeylerinde belirgin mikroyapısal bozulmalar olduğunu göstermektedir. Özellikle sülfürik ve nitrik asitlerin etkisi altında, doğaltaş yüzeylerinde çökelme, çatlak oluşumu ve mineral kaybı gibi bozulma biçimleri gözlemlenmiştir. Petrografik analizler, bu bozulmaların doğaltaşların iç yapısına kadar ilerleyebildiğini ortaya koymuştur. SEM sonuçları ise, asit maruziyeti sonrası doğaltaş yüzeylerinde belirgin pürüzlülük ve mikro çatlakların oluştuğunu göstermiştir.

Sonuç olarak, bu çalışma, asit yağmurlarının karbonatlı doğaltaşlar üzerindeki olumsuz etkilerini ve doğaltaşların bozunma süreçlerini detaylı bir şekilde ortaya koyarak, koruma ve restorasyon çalışmalarına yönelik önemli bilgiler sunmaktadır. Bu bulgular, asit yağmurlarının etkilerini azaltmak için alınacak önlemler ve doğaltaşların korunmasına yönelik stratejilerin geliştirilmesine katkı sağlayacaktır.

Abstract:
This study aims to characterize the degradation patterns of carbonate natural stones in an experimentally created acid rain environment. Acid rain refers to precipitation containing high levels of nitric and sulfuric acids, which result from pollutants accumulating in the atmosphere due to human activities such as coal-burning power plants, factories, and automobiles. Natural rain is mildly acidic with a pH of approximately 5.6; however, the pH of acid rain generally ranges from 4.2 to 4.4. The main components of acid rain, sulfur dioxide (SO2) and nitrogen oxides (NOx), combine with precipitation to form sulfuric acid (H2SO4) and nitric acid (HNO3). These acids cause significant deterioration in the microstructural, color, and chemical properties of natural stones.

Carbonate-based metamorphic natural stones with fine crystalline, coarse crystalline and dolomitic structure were used in the study. Chemical analyses (XRF), petrographic characterizations, assessments of resistance to SO2 weathering in a humid environment, and scanning electron microscope (SEM) analyses were conducted on these natural stones. Petrographic examinations were performed to identify microstructural changes on the surfaces before and after the aging process. SEM analyses were used to detail the microscopic level degradation occurring on stone surfaces.

The research findings indicate that there are distinct microstructural deteriorations on the surfaces of carbonate natural stones in an acid rain environment. Under the influence of sulfuric and nitric acids, degradation patterns such as deposition, crack formation, and mineral loss were observed on the stone surfaces. Petrographic analyses revealed that these deteriorations could progress into the internal structure of the natural stones. SEM results showed significant roughness and microcrack formations on the stone surfaces after acid exposure.

In conclusion, this study provides detailed insights into the adverse effects of acid rain on carbonate natural stones and their degradation processes, offering valuable information for conservation and restoration efforts. These findings contribute to the development of strategies for mitigating the effects of acid rain and preserving natural stones.