Dolomit
Dolomit, kalsiyum ve magnezyumlu karbonat birleşiminde meydana gelen bir mineral. ⓘ
Kırılgan bir mineral olup özgül ağırlığı 2,8 g/cm³ ve sertliği 3,5-4 arasındadır. Isıtıldığında köpürerek çözündüğü için kalsitten ayrılmaktadır. ⓘ
- Kimyasal bileşimi: CaMg(CO3)2
- Kristal sistemi : Hegzagonal
- Sertlik : 3,5-4
- Özgül ağırlık : 2,86 ⓘ
Dolomit hem bir minerali CaMg(CO3)2 hem de bu minerali ana bileşeni olarak içeren kayacı tanımlamakta kullanılan bir sözcüktür. ⓘ
Dolomit minerallerinin oluşturduğu kayaçlara dolotaşı adı da verilmektedir. Bu kayaçların oluşumu dolomitin doğrudan kimyasal bir çökelme ile değil kireç taşlarının magnezyum bakımından zengin suların etkisi altında oluştuğu bilinmektedir. Aşırı buharlaşmanın olduğu denizden bir yükselti ile ayrılmış yarı kapalı ortamlarda suyun magnezyum bakımından giderek zenginleşmesi, tabana çökmüş kalsitten ibaret çamurun bu yoğun çözeltilerle etkileşmeye girerek dolomite dönüşmesi mümkün olabilir. ⓘ
Dünya’da ve Türkiye’de oldukça geniş yayılma alanına sahip olup rezerv problemi olmayan bir mineraldir. ⓘ
120 milyon ton civarında olan dünya üretiminin neredeyse yarısı Amerika Birleşik Devletleri'nde gerçekleştirilmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'nin dışında Birleşik Krallık, Avusturya, Belçika, Japonya, Polonya, İspanya, Kanada, Brezilya, Almanya ve Avustralya yılda 1 milyon tonun üzerinde dolomit üreten ülkelerdir. ⓘ
Dünya’da 3 milyon tonun üzerindeki ihracatın 2 milyon tonunu Belçika ve Kanada yapmaktadır. 2 milyon ton civarında ithalatın ise 1,3 milyon tonu Japonya tarafından yapılmaktadır. ⓘ
Dünya’da dolomit büyük miktarlarda ve çok değişik sektörlerde kullanılmasına rağmen Türkiye'de üretimin çok önemli bölümü sadece demir-çelik ve cam sanayinde kullanılmaktadır. ⓘ
Petrolün hazne kayacı özelliği göstermesinden dolayı dolomitler jeolojide büyük önem taşımaktadır. ⓘ
Dolomit (dolomit kayası, doloston veya dolomitik kaya olarak da bilinir), yüksek oranda dolomit, CaMg(CO3)2 minerali içeren tortul bir karbonat kayasıdır. Kireçtaşından daha az bulunmasına ve Senozoik kaya yataklarında (yaşı yaklaşık 66 milyon yıldan daha az olan yataklar) nadir görülmesine rağmen, genellikle kireçtaşı ve evaporitlerle birlikte yaygın olarak bulunur. Dolomit kayasını kireçtaşından ayıran ilk jeolog 1778 yılında Belsazar Hacquet olmuştur. ⓘ
Çoğu dolomit, kireçtaşının ya da kireç çamurunun magnezyumla yer değiştirmesi sonucu litikleşmeden önce oluşmuştur. Kalsitin dolomite dönüşümünün jeolojik süreci dolomitleşme olarak bilinir ve herhangi bir ara ürün dolomitik kireçtaşı olarak bilinir. "Dolomit sorunu", modern zamanlarda oluşan sınırlı miktardaki dolomitin aksine, geçmiş jeolojik kayıtlardaki dünya çapındaki geniş dolomit birikimlerini ifade eder. Son zamanlarda yapılan araştırmalar, anoksik koşullarda yaşayan sülfat indirgeyen bakterilerin dolomiti çökelttiğini ortaya çıkarmıştır; bu da geçmişteki bazı dolomit birikimlerinin mikrobiyal aktiviteye bağlı olabileceğini göstermektedir. ⓘ
Dolomit erozyona karşı dirençlidir ve yataklanmış katmanlar içerebilir ya da yataklanmamış olabilir. Zayıf asidik yeraltı sularında kireçtaşından daha az çözünür, ancak yine de zamanla çözelti özellikleri (karst) geliştirebilir. Dolomit kayası petrol ve doğal gaz rezervuarı olarak işlev görebilir. ⓘ
İsim
Dolomit ve dolayısıyla ilk keşfedildiği yer olan Dolomit Alpleri, adını minerali ilk tanımlayanlardan biri olan 18. yüzyıl Fransız mineralogu Déodat Gratet de Dolomieu'dan (1750-1801) alır. ⓘ
Dolomit terimi hem kalsiyum-magnezyum karbonat mineralini hem de ağırlıklı olarak bu mineralden oluşan tortul kayayı ifade eder. İkisi arasındaki karışıklığı önlemek için 1948 yılında doloston terimi kullanılmaya başlanmıştır. Bununla birlikte, doloston teriminin kullanımı tartışmalıdır, çünkü dolomit adı ilk olarak 18. yüzyılın sonlarında kayaya uygulanmıştır ve bu nedenle teknik önceliğe sahiptir. Doloston teriminin kullanımı Amerikan Jeoloji Enstitüsü tarafından yayınlanan Jeoloji Sözlüğü tarafından tavsiye edilmemiştir. ⓘ
Eski USGS yayınlarında dolomitten magnezyen kireçtaşı olarak bahsedilirdi, bu terim artık magnezyum eksikliği olan dolomitler veya magnezyum açısından zengin kireçtaşları için kullanılmaktadır. ⓘ
Büyük olasılıkla mineral olarak dolomit ilk 1768'de Carl Linnaeus tarafından tanımlanmıştır. 1791'de, Fransız doğa bilimci ve jeolog Déodat Gratet de Dolomieu (1750–1801) tarafından, önce eski Roma kentindeki binalarda ve de daha sonra Dolomit Alpleri olarak bilinen dağlarda toplanan örnekler kayaç olarak tanımlandı. Kuzey İtalya. Nicolas-Théodore de Saussure ilk olarak Mart 1792'de mineral ismini verdi. ⓘ
Tanımlama
Dolomit kayası, %50'den fazla dolomit mineralinden oluşan tortul karbonat kayası olarak tanımlanır. Dolomit, magnezyumun kalsiyuma neredeyse ideal 1:1 stokiyometrik oranıyla karakterize edilir. Magnezyum ve kalsiyumun, yüksek magnezyumlu kalsit tanelerinde olduğu gibi rastgele dizilmek yerine, tek tek dolomit mineral taneleri içinde düzenli katmanlar oluşturması bakımından yüksek magnezyumlu kireçtaşından ayrılır. Doğal dolomitte, magnezyum tipik olarak toplam magnezyum artı kalsiyumun yüzde 44 ila 50'si arasındadır, bu da magnezyum katmanlarına bir miktar kalsiyum ikamesini gösterir. Özellikle daha eski dolomitlerde az miktarda demir tipik olarak magnezyumun yerine geçer. Karbonat kayası ya neredeyse tamamen kalsit ya da neredeyse tamamen dolomit olma eğilimindedir ve ara bileşimler oldukça nadirdir. ⓘ
Dolomit mostraları arazide yumuşaklığıyla (mineral dolomitin Mohs sertliği 4 veya daha azdır, yaygın silikat minerallerinin çok altındadır) ve üzerine bir damla seyreltik hidroklorik asit damlatıldığında dolomitin zayıf bir şekilde kabarcık çıkarmasıyla tanınır. Bu durum dolomiti, yine yumuşak olan ancak seyreltik hidroklorik asitle şiddetli reaksiyona giren kireçtaşından ayırır. Dolomit genellikle demirli demirin varlığı nedeniyle karakteristik donuk sarı-kahverengi bir renge dönüşür. Bu demir, dolomit yaşlandıkça serbest kalır ve oksitlenir. Dolomit genellikle tanecikli bir görünüme sahiptir ve şeker tanelerini andıran bir dokusu vardır. ⓘ
Mikroskop altında, dolomitin ince kesitleri genellikle iyi şekillendirilmiş eşkenar dörtgenler olan ve önemli ölçüde gözenek boşluğu bulunan tek tek taneleri gösterir. Sonuç olarak, yeraltı dolomiti genellikle yeraltı kireçtaşından daha gözeneklidir ve karbonat kaya petrol rezervuarlarının %80'ini oluşturur. Bu doku, genellikle taneler, mikrit (çok ince taneli karbonat çamuru) ve serpme çimentodan oluşan bir karışım olan kireçtaşıyla tezat oluşturur. Kalsit ve mineral dolomitin optik özelliklerini ayırt etmek zordur, ancak kalsit neredeyse hiçbir zaman düzenli eşkenar dörtgenler şeklinde kristalleşmez ve kalsit Alizarin Red S ile boyanırken dolomit taneleri boyanmaz. Düzlemsel yüzeylere sahip iyi biçimlenmiş tanelerden oluşan dolomit kayası düzlemsel veya idiotopik dolomit olarak tanımlanırken, düzensiz yüzeylere sahip kötü biçimlenmiş tanelerden oluşan dolomit düzlemsel olmayan veya ksenotopik dolomit olarak tanımlanır. Sonuncusu muhtemelen mevcut dolomitin yüksek sıcaklıkta (50 ila 100 °C (122 ila 212 °F) üzerinde) yeniden kristalleşmesiyle oluşur. ⓘ
Dolomitin dokusu genellikle ikincil olduğunu, kireçtaşında kalsiyumun magnezyumla yer değiştirmesiyle oluştuğunu gösterir. Orijinal kireçtaşı dokusunun korunması neredeyse mükemmel korunmuştan tamamen yok olmuşa kadar değişebilir. Mikroskop altında, dolomit eşkenar dörtgenlerinin bazen orijinal kireçtaşının oolitlerinin veya iskelet parçacıklarının yerini aldığı görülür. Bazen fosillerin seçici olarak yer değiştirdiği, fosilin çoğunlukla kalsit olarak kaldığı ve çevresindeki matrisin dolomit tanelerinden oluştuğu görülür. Bazen dolomit eşkenar dörtgenlerinin fosilin ana hatlarını kestiği görülür. Bununla birlikte, bazı dolomitler kireçtaşının yer değiştirmesiyle oluştuğuna dair hiçbir dokusal belirti göstermez. ⓘ
Oluşumu ve kökeni
Dolomit, kireçtaşı kadar yaygın olmasa da, oluşumları bakımından yaygındır. Tipik olarak kireçtaşı veya evaporit yatakları ile birlikte bulunur ve genellikle kireçtaşı ile ara katmanlıdır. Yaşla birlikte bolluğunda tutarlı bir eğilim yoktur, ancak dolomitin çoğu deniz seviyesinin yüksek kesimlerinde oluşmuş gibi görünmektedir. Senozoik yataklarda (65 milyon yıldan daha eski yataklar) çok az dolomit bulunur, bu da genellikle deniz seviyesinin düşük olduğu bir dönemdir. Deniz seviyesinin yüksek olduğu zamanlar aynı zamanda sera Dünya zamanları olma eğilimindedir ve sera koşullarının dolomit oluşumunu tetiklemesi mümkündür. ⓘ
Birçok dolomit, kireçtaşının yer değiştirmesiyle oluşan ikincil dolomitler olduklarına dair açık dokusal işaretler göstermektedir. Bununla birlikte, bu dolomitleşme sürecini anlamak için çok fazla araştırma yapılmış olmasına rağmen, süreç tam olarak anlaşılamamıştır. Yer değiştirme yoluyla oluştuklarına dair hiçbir dokusal belirti göstermeyen ince taneli dolomitler de vardır ve bunların dokusal iz bırakmayan kireçtaşının yer değiştirmesiyle mi oluştukları yoksa gerçek birincil dolomitler mi oldukları belirsizdir. Bu dolomit sorunu ilk olarak iki yüzyıl önce fark edilmiş ancak hala tam olarak çözülememiştir. ⓘ
Dolomitleşme reaksiyonu ⓘ
- 2CaCO3 + Mg2+ → CaMg(CO3)2 + Ca2+ ⓘ
Gibbs serbest enerjisi yaklaşık -2,2 kcal/mol ile termodinamik olarak elverişlidir. Teorik olarak, sıradan deniz suyu dolomitleşmeye neden olmak için yeterli miktarda çözünmüş magnezyum içerir. Ancak, normal sıcaklıklarda katı mineral tanelerindeki iyonların çok yavaş difüzyon hızı nedeniyle, süreç yalnızca kalsitin eşzamanlı olarak çözünmesi ve dolomitin kristalleşmesi ile gerçekleşebilir. Bu da dolomitleşen kireçtaşındaki gözenek boşluğundan büyük hacimlerde magnezyum içeren sıvıların akmasını gerektirir. Dolomitleşme için çeşitli süreçler önerilmiştir. ⓘ
Hipersalin modeli (evaporatif reflü modeli olarak da bilinir), dolomitin kireçtaşı ve evaporitlerle birlikte çok yaygın olarak bulunduğu ve kireçtaşının genellikle dolomitle iç içe geçtiği gözlemine dayanmaktadır. Bu modele göre dolomitleşme, deniz suyunun yüksek oranda buharlaşmaya maruz kaldığı kapalı bir havzada gerçekleşir. Bu da jips ve aragonitin çökelmesine yol açarak kalan tuzlu suyun magnezyum-kalsiyum oranını yükseltir. Tuzlu su aynı zamanda yoğundur, bu nedenle altta yatan herhangi bir kireçtaşının gözenek boşluğuna batar (sızıntı reflüsü), mevcut gözenek sıvısını dışarı atar ve dolomitleşmeye neden olur. Kuzey Amerika'nın Permiyen Havzası, bu sürecin gerçekleştiği bir ortam örneği olarak öne sürülmüştür. Bu modelin bir varyantı, tuzlu suyun kılcal sıvıların buharlaşmasıyla dolomitleşen kireçtaşına emildiği sabkha ortamları için önerilmiştir, bu sürece evaporatif pompalama denir. ⓘ
Bir diğer model ise, meteorik suyun gözenek boşluğunda zaten mevcut olan deniz suyuyla karışarak magnezyumun kalsiyuma göre kimyasal aktivitesini arttırdığı ve dolomitleşmeye neden olduğu karışım bölgesi veya Dorag modelidir. Jamaika'daki Pleistosen dolomit resiflerinin oluşumu bu sürece atfedilmiştir. Bununla birlikte, bu model ağır bir şekilde eleştirilmiş ve 2004 tarihli bir inceleme makalesinde açıkça "bir efsane" olarak tanımlanmıştır. 2021 tarihli bir makale, karışım bölgesinin dolomitleşmeyi teşvik eden yoğun mikrobiyal faaliyet alanı olarak hizmet ettiğini savunmuştur. ⓘ
Üçüncü bir model ise normal deniz suyunun dolomitleştirici sıvı olduğunu ve gerekli büyük hacimlerin gelgit pompalaması yoluyla dolomitleştirici kireçtaşından akıtıldığını varsaymaktadır. Sugarloaf Key'deki dolomit oluşumu bu sürecin bir örneği olabilir. Benzer bir süreç, deniz seviyesindeki yükselmeler sırasında, büyük hacimlerde suyun kireçtaşı platform kayası boyunca hareket etmesiyle meydana gelebilir. ⓘ
Dolomitleşme mekanizması ne olursa olsun, karbonat kayasının ya neredeyse tamamen kalsit ya da neredeyse tamamen dolomit olma eğilimi, süreç bir kez başladığında hızla tamamlandığını göstermektedir. Süreç muhtemelen magnezyum açısından zengin deniz suyunun tükenmez olduğu ve orijinal kireçtaşının gözenekli olma ihtimalinin daha yüksek olduğu 100 metrenin (330 ft) altındaki sığ gömülme derinliklerinde meydana gelir. Öte yandan, magnezyum içeren sıvıları yataklardan akıtacak bir mekanizma mevcutsa, dolomitleşme daha derin gömülmeyi karakterize eden daha yüksek sıcaklıklarda hızla ilerleyebilir. ⓘ
Mineral dolomit, alkali katyon başına kalsitten %12 ila %13 daha küçük bir hacme sahiptir. Bu nedenle dolomitleşme muhtemelen gözenekliliği artırır ve dolomitin şekerli dokusuna katkıda bulunur. ⓘ
Dolomit sorunu ve birincil dolomit
Dolomit normal deniz suyunda on kattan daha fazla bir oranda aşırı doygunluğa sahiptir, ancak dolomitin okyanuslarda çökeldiği görülmemiştir. Aynı şekilde, jeologlar laboratuvar deneylerinde normal sıcaklık ve basınçlarda deniz suyundan dolomit çökeltme konusunda başarılı olamamışlardır. Bunun nedeni muhtemelen dolomit kristallerinin çekirdeklenmesi için çok yüksek bir aktivasyon enerjisine sahip olmasıdır. ⓘ
Magnezyum iyonu nispeten küçük bir iyon olup, suda çözündüğünde sıkıca bağlı bir hidrasyon kabuğu kazanır. Başka bir deyişle, magnezyum iyonu, pozitif yüküne güçlü bir şekilde çekilen bir grup su molekülü tarafından çevrelenir. Kalsiyum daha büyük bir iyon olduğundan hidrasyon kabuğunun bağlanma gücünü azaltır, bu nedenle bir kalsiyum iyonunun hidrasyon kabuğunu atması ve büyüyen bir kristale bağlanması magnezyum iyonuna göre çok daha kolaydır. Ayrıca düzenli bir dolomit tohum kristalini çekirdeklendirmek, düzensiz yüksek magnezyumlu kalsite göre daha zordur. Sonuç olarak, deniz suyundan dolomit çökeltme girişimleri bunun yerine yüksek magnezyumlu kalsit çökeltmektedir. Magnezyumdan fazla kalsiyuma sahip olan ve kalsiyum-magnezyum düzeninden yoksun olan bu maddeye bazen protodolomit denir. Sıcaklığın yükseltilmesi magnezyumun hidrasyon kabuğunu atmasını kolaylaştırır ve dolomit 60 °C'yi (140 °F) aşan sıcaklıklarda deniz suyundan çökelebilir. Protodolomit de 250 °C (482 °F) veya daha yüksek sıcaklıklarda hızla dolomite dönüşür. ⓘ
Mikroorganizmaların birincil dolomiti çökeltme kapasitesine sahip olması mümkündür. Bu durum ilk olarak Brezilya'daki Lagoa Vermelha'da toplanan örneklerde sülfat indirgeyen bakterilerle (Desulfovibrio) birlikte gösterilmiş ve sülfat iyonunun dolomit çekirdeklenmesini engellediği hipotezine yol açmıştır. Daha sonra yapılan laboratuvar deneyleri, bakterilerin dolomiti sülfat konsantrasyonundan bağımsız olarak çökeltebileceğini göstermiştir. Zamanla, mikrobiyal aktivite ve dolomit oluşumu arasındaki etkileşimin diğer yolları, polisakkaritlerin, manganezin ve çinkonun gözenek suyu içindeki modülasyonu ve oluşumundaki rolleri ile ilgili olarak keşfedilenlere eklenmiştir. Bu arada, diğer araştırmacılar tarafından savunulan karşıt bir görüş ise mikroorganizmaların yalnızca yüksek magnezyumlu kalsit çökelttiği, ancak bunun dolomit çökelmesine yol açıp açmayacağı sorusunu açık bıraktığı yönündedir. ⓘ
Dedolomitizasyon
Dolomitleşme bazen tersine dönebilir ve bir dolomit yatağı tekrar kireçtaşına dönüşebilir. Bu durum, kalsit ile yer değiştirmiş dolmit mineralinin psödomorflarından oluşan bir doku ile gösterilir. Dedolomitleşmiş kireçtaşı tipik olarak jips veya oksitlenmiş pirit ile ilişkilidir ve dedolomitleşmenin çok sığ derinliklerde, çok yüksek kalsiyum/magnezyum oranına sahip yüzey suyunun infiltrasyonu yoluyla gerçekleştiği düşünülmektedir. ⓘ
Kullanım Alanları
Dolomit, inşaat agregası olarak; toprak asitliğini nötralize etmek ve kalsiyum ve magnezyum sağlamak için tarımda; bir karbondioksit kaynağı olarak; boyut taşı olarak; gübre ve diğer ürünlerde dolgu maddesi olarak; metalurjide bir eritken olarak ve cam üretiminde kireçtaşı ile aynı amaçlar için kullanılır. Sodyum karbonat üretimi gibi yüksek kalsiyumlu kireçtaşı gerektiren kimyasal işlemlerde kireçtaşının yerini alamaz. Dolomit, Epsom tuzu gibi magnezyum kimyasallarının üretiminde ve magnezyum takviyesi olarak kullanılır. Ayrıca refrakter malzemelerin üretiminde de kullanılır. ⓘ
Dolomit kayasındaki mağaralar
Kireçtaşı mağaralarında olduğu gibi, doğal mağaralar ve çözelti tüpleri tipik olarak dolomit kayasında zayıf karbonik asit tarafından çözünmenin bir sonucu olarak oluşur. Mağaralar ayrıca, daha az yaygın olarak, kayanın sülfürik asit tarafından çözülmesiyle de oluşabilir. Dolomit kayası içindeki mağaralarda sarkıt, dikit, akmataş vb. şekillerde kalsiyum karbonat speleothemleri (ikincil çökeltiler) de oluşabilir. "Dolomit yaygın bir kaya türüdür, ancak mağaracıklarda nispeten nadir görülen bir mineraldir". Hem 'Union Internationale de Spéléologie' (UIS) hem de Amerikan 'National Speleological Society' (NSS), yayınlarında, doğal mağaraların veya çözelti tüplerinin oluştuğu yüksek oranda CaMg(CO3)2 içeren doğal ana kayaya atıfta bulunurken "dolomit" veya "dolomit kayası" terimlerini yaygın olarak kullanmaktadır. ⓘ
Dolomit speleotomları
Dolomit kayası çözündüğünde hem kalsiyum hem de magnezyum çözeltiye geçer. Speleothem çökelme sırası şöyledir: kalsit, Mg-kalsit, aragonit, huntit ve hidromagnezit. Bu nedenle, dolomit kaya karstı içindeki mağaralarda en yaygın speleothem (ikincil tortu), kalsitin en kararlı polimorf formundaki kalsiyum karbonattır. Dolomit bileşenine sahip olduğu bilinen speleothem türleri şunlardır: kaplamalar, kabuklar, ay sütü, akıştaşı, koralloidler, toz, spar ve sallar. Dünya çapında bir dizi mağarada var olduğu bilinen dolomit speleotem raporları olmasına rağmen, bunlar genellikle nispeten küçük miktarlardadır ve çok ince taneli yataklarda oluşurlar. ⓘ
Formasyon
Modern dolomit oluşumunun Brezilya'nın Rio de Janeiro sahili boyunca fazla doymuş tuzlu lagünlerde, yani Lagoa Vermelha ve Brejo do Espinho'da anaerobik koşullar altında oluştuğu bulunmuştur. Dolomitin sadece sülfat azaltıcı bakterilerin, yardımı ile gelişeceği inanılmaktadır. Bununla birlikte, sıcaklığı düşük dolomit, organik madde ve mikrobik hücre yüzeyleri bakımından zengin olan doğal ortamlarda ortaya çıkmaktadır. Bu, organik madde ile ilişkili karboksil grupları tarafından magnezyum kompleksleşmesinin bir sonucu olarak ortaya çıkmaktadır. Jeolojik kayıtta büyük dolomit yatakları vardır, ancak mineral modern ortamlara nispeten daha nadirdir. 1999 yılında ilk kez tekrar edilebilir, inorganik düşük sıcaklıklı dolomit ve manyezit sentezleri yayınlandı. Bu laboratuvar deneyleri, yarı kararlı bir "öncünün" ilk çökelmesinin, periyodik çözünme ve yeniden çökelme aralıkları boyunca kademeli olarak, kararlı faza nasıl değişebileceğini gösterdi. Bu geri dönüşümü bulunmayan jeokimyasal reaksiyonun seyrini düzenleyen genel prensip "Oswald'ın adım kuralını çiğnemek" olarak tanımlanmıştır. ⓘ