Fulgurit'in Spektroskopik Yöntemlerle Yapısal Karakterizasyonu

Abstract

Fulguritler, buluttan yere yıldırım düşmesi sonucunda kaya, kum veya toprağın hızlı bir şekilde ısıtılmasıyla oluşan çoğunluğu camsı yapılardır ve isimlerini Latince yıldırım anlamına gelen fulgur (Arago, 1821) kelimesinden alırlar. Teorik olarak, fulguritler, yıldırımın çarptığı her yerde oluşabildikleri için, bileşimsel çeşitliliği fazla olan doğal cam yapılardır. Yıldırımlar küresel bir parlama hızı ile dünya üzerinde saniyede yaklaşık 45 kez gerçekleşen (Christian, vd., 2003), çoğunluğu (%75-90) buluttan kıtasal kara kütlesine elektrik aktarımıyla meydana gelen doğa olaylarıdır. Hava yoluyla yıldırım düşmesinin kanal çapı tipik olarak iki ila beş santimetre arasındadır (Rakov ve Uman 2003). Topraktan geçen yıldırımın özelliklerini doğrudan gözlemlemek zor olduğundan fulguritler, biriken enerji, yıldırım kanalı genişliği, tepe sıcaklıkları ve potansiyel olarak ısıtma ve soğutma hızları dahil olmak üzere yeraltında ilerleyen yıldırımın özelliklerine dair önemli ipuçları sağlar. Kum fulguritler, kaya fulguritler ve kil fulguritler dahil olmak üzere önceki çalışmalarda birkaç farklı fulgurit morfolojisi rapor edilmiştir (Pasek, vd., 2009; Pasek, vd., 2012). Fulguritler, içindeki farklı mineral bileşimleri ve çekirdekten kabuk bölgelerine geçişteki değişimi ile fulguritlerin oluşum mekanizması arasında farklı türde ilişkiler kurmayı amaçlayan çeşitli çalışmaların konusu olmuştur (Cristian, vd., 2003; Pasek, vd., 2012; Rakov, vd., 2003; Pasek, vd., 2009; Crespo, vd., 2009; Saikia, vd., 2015; Sponholz, vd., 1993; Elmi, vd., 2017). Bu çalışmalarda incelenen fulguritlerin morfolojilerinin sistematik olarak farklılık gösterdiği belirlenmiş ve fulgurit oluşturan yıldırım çarpmalarının özelliklerini belirlemek için morfolojik özelliklerin kullanılabileceği de öngörülmüş olmasına karşın, fulguritlerin yapısal incelenmesine ve oluşum mekanizmasıyla ilişkilendirilmesine yönelik az sayıda çalışma yer almaktadır. Fulgurit oluşumunun sıklığı ve morfolojik olarak incelenmesinin yıldırım mekanizmasının aydınlatılmasındaki rolü düşünüldüğünde yapısının tüm yönleriyle karakterize edilmesi büyük önem arz etmektedir. (Matthew A. Pasek vd., 2012; Pasek and Block 2009; Christian vd., 2003; Altaratz vd., 2003; Williams vd., 2004; Lay vd., 2007; Boccippio vd., 2000). Bu çalışmada Moğolistan'daki Gobi çölünden alınmış fulgurit örneklerinin petrografik ve spektroskopik karakterizasyonu ortaya konulmuştur. Çalışılmış olan fulguritlerin menşei açısından da bu çalışma bir ilk olma özelliğine sahiptir. Örneklerin mineral içerikleri İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa Jeoloji Mühendisliğindeki polarizan mikroskop ile incelenmiştir. Sonrasında, XRD (X-Ray Diffraction) cihazı ile mineral içerikleri net olarak belirlenmiştir. Jeokimya ve Jeokronoloji laboratuvarındaki ICP-OES (Inductive Coupled Plasma-Optic Emission Spectrometer) cihazı ile majör oksitleri hesaplanmıştır. Hazırlanmış ince kesitlerden İstanbul Kültür Üniversitesi bünyesindeki Raman Spektroskopi Laboratuvarı'ndaki Raman cihazı ile minerallerin raman ölçümleri gerçekleştirilmiştir. İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa Jeokimya ve Jeokronoloji Laboratuvarında LA-ICPMS (Laser Ablation-Inductive Coupled Plasma Mass Spectrometer) cihazı ile mineral kimyası hesaplamaları yapılmıştır. Fulguritin çekirdeğinde kuvars, mikroklin, albit, hematit ve barit Raman spektroskopisi ve kemometrik analizlere dayalı olarak tanımlanmıştır. Buna karşılık, fulguritin kabuk bölmesinde, tespit edilen mineraller kuvars, K-feldispat ortoklaz, mikroklin, albit, hematit ve götit karışımı olarak belirlenmiştir. Raman spektroskopi sonuçları, SEM-BSE ve SEM-EDX analizleri ile birlikte, iki fulgurit bölgesinin toz haline getirilmiş örneklerinin X-ışını kırınım analizi ve ayrıca Kırmızı-altı spektroskopik verileriyle doğrulanmıştır. İç ve dış kısımdaki mineral bileşimindeki farklılıklar, yıldırım düşmesi sırasındaki farklı difüzyon hızları, yıldırım düşmesi sonrasında fulguritin yüzeyindeki ve iç kısmındaki farklı soğuma hızları ve minerallerin spesifik özellikleri dikkate alınarak açıklanmıştır.