Laterit
Laterit hem bir toprak hem de demir ve alüminyum açısından zengin bir kaya türüdür ve genellikle sıcak ve nemli tropikal bölgelerde oluştuğu kabul edilir. Neredeyse tüm lateritler, yüksek demir oksit içeriği nedeniyle paslı-kırmızı renktedir. Altta yatan ana kayanın yoğun ve uzun süreli ayrışmasıyla, genellikle yüksek sıcaklıklar ve yoğun yağış koşulları ile dönüşümlü ıslak ve kuru dönemler olduğunda gelişirler. Tropikal ayrışma (laterizasyon), ortaya çıkan toprakların kalınlığı, derecesi, kimyası ve cevher mineralojisinde geniş bir çeşitlilik yaratan uzun süreli bir kimyasal ayrışma sürecidir. Laterit içeren kara alanlarının çoğunluğu Yengeç ve Oğlak dönenceleri arasındadır. ⓘ
Laterit, genellikle bir kaya türü olmasının yanı sıra bir toprak türü olarak da anılmaktadır. Bu ve lateritle ilgili kavramsallaştırma biçimlerindeki daha fazla çeşitlilik (örneğin tam bir ayrışma profili veya ayrışma teorisi olarak da), terimin tamamen terk edilmesi çağrılarına yol açmıştır. Regolit gelişimi konusunda uzmanlaşmış en azından birkaç araştırmacı, bu isim etrafında umutsuz bir kafa karışıklığının geliştiğini düşünmektedir. Hint lateritine oldukça benzeyen malzeme dünya çapında bol miktarda bulunur. ⓘ
Tarihsel olarak laterit tuğla benzeri şekillerde kesilmiş ve anıt yapımında kullanılmıştır. MS 1000 yılından sonra Angkor Wat ve diğer güneydoğu Asya bölgelerindeki inşaatlar laterit, tuğla ve taştan yapılmış dikdörtgen tapınak muhafazalarına dönüşmüştür. 1970'lerin ortalarından bu yana, bitümlü yüzeyli, düşük hacimli yolların bazı deneme bölümlerinde temel tabakası olarak taş yerine laterit kullanılmıştır. Kalın laterit tabakaları gözenekli ve hafif geçirgendir, bu nedenle tabakalar kırsal alanlarda akifer olarak işlev görebilir. Yerel olarak mevcut olan lateritler asit çözeltisinde kullanılmış, ardından kanalizasyon arıtma tesislerinde fosfor ve ağır metalleri gidermek için çökeltme işlemi uygulanmıştır. ⓘ
Lateritler bir alüminyum cevheri kaynağıdır; cevher büyük ölçüde kil minerallerinde ve boksit bileşimine benzeyen hidroksitlerde, gibbsite, boehmite ve diaspore bulunur. Kuzey İrlanda'da bir zamanlar demir ve alüminyum cevherleri için önemli bir kaynak oluşturmuşlardır. Laterit cevherleri aynı zamanda nikelin erken dönem ana kaynağıydı. ⓘ
Laterit, sıcak ve nemli bölgelerin toprağıdır. Dönenceler arasında görülür. Kuvvetli kimyasal çözülme sonucunda oluşurlar. Bitki örtüsü gür olduğu halde humus yönünden fakir topraklardır. Çünkü bu iklim bölgelerinde toprakta yaşayan organizmalar, bitki artıklarını tüketir ve de yağmurun sıkça gelmesi, toprağın yıkanmasını sağladığından laterit cinsi toprakta humus azdır. Aşırı yıkanmadan dolayı mineral bakımından fakirdir. Yağmur ormanlarında görülür. Demir olarak zengindir, yağışlarla birlikte topraktaki demir oksitlenir ve toprak kırmızımsı bir hal alır, ayrıca demir bitkilerin gelişmesine de katkıda bulunur. Laterit topraklarda genellikle Ekvatoral iklim bölgelerinde etkili olmaktadır ve verimliliği azdır. ⓘ
Tanım ve fiziksel açıklama
Francis Buchanan-Hamilton ilk olarak 1807 yılında güney Hindistan'da bir laterit oluşumunu tanımlamış ve adlandırmıştır. Laterit adını Latince tuğla anlamına gelen later kelimesinden almıştır; bu yüksek oranda sıkıştırılmış ve çimentolanmış toprak, inşaat için kolayca tuğla şeklinde bloklar halinde kesilebilir. Laterit kelimesi, değişken şekilde çimentolanmış, seskioksit bakımından zengin toprak horizonları için kullanılmıştır. Seskioksit, üç oksijen atomu ve iki metal atomu içeren bir oksittir. Ayrıca Dünya yüzeyindeki veya yakınındaki herhangi bir kırmızımsı toprak için de kullanılmıştır. ⓘ
Laterit örtüler Batı Etiyopya Kalkanı'nın duraylı bölgelerinde, Güney Amerika Plakası'nın kratonlarında ve Avustralya Kalkanı'nda kalındır. Hindistan'ın Madhya Pradesh bölgesinde platoyu kaplayan laterit 30 m (100 ft) kalınlığındadır. Lateritler yumuşak ve kolayca küçük parçalara ayrılabilir ya da sert ve fiziksel olarak dayanıklı olabilir. Temel kayalar kalın ayrışmış tabakanın altında gömülüdür ve nadiren açığa çıkar. Lateritik topraklar laterit örtüsünün en üst kısmını oluşturur. ⓘ
Oluşum
Tropikal ayrışma (laterizasyon), ortaya çıkan toprakların kalınlığında, derecesinde, kimyasında ve cevher mineralojisinde geniş bir çeşitlilik yaratan uzun süreli bir kimyasal ayrışma sürecidir. Ayrışmanın ilk ürünleri esasen saprolit adı verilen kaolinize kayalardır. Aktif laterizasyon dönemi yaklaşık olarak Tersiyer'in ortalarından Kuvaterner'in ortalarına (35 ila 1,5 milyon yıl önce) kadar uzanmıştır. İstatistiksel analizler, Pleistosen'in ortalarında 18O'nun ortalama ve varyans seviyelerindeki geçişin ani olduğunu göstermektedir. Bu ani değişimin küresel olduğu ve esas olarak buz kütlesindeki bir artışı temsil ettiği görülmektedir; yaklaşık aynı zamanda deniz yüzeyi sıcaklıklarında ani bir düşüş meydana gelmiştir; bu iki değişiklik ani bir küresel soğumaya işaret etmektedir. Lateralleşme oranı, dünyanın aniden soğumasıyla birlikte azalmış olmalıdır. Tropikal iklimlerde ayrışma günümüzde de azalmış bir oranda devam etmektedir. ⓘ
Lateritler, ana tortul kayaçların (kumtaşları, killer, kireçtaşları); metamorfik kayaçların (şistler, gnayslar, migmatitler); magmatik kayaçların (granitler, bazaltlar, gabrolar, peridotitler) ve mineralize proto-cevherlerin liç edilmesiyle oluşur; bu da ağırlıklı olarak demir ve alüminyum olmak üzere daha çözünmez iyonları bırakır. Liç mekanizması, nemli sub-tropikal muson ikliminin yüksek sıcaklık koşulları altında asidin ana mineral kafesini çözmesini, ardından demir, alüminyum ve silikanın çözünmeyen oksitlerinin ve sülfatlarının hidrolizini ve çökelmesini içerir. ⓘ
Laterit oluşumu için önemli bir özellik de yağışlı ve kurak mevsimlerin tekrarlanmasıdır. Kayalar yağışlı mevsimde süzülen yağmur suyuyla yıkanır; yıkanan iyonları içeren sonuçtaki çözelti kurak mevsimde kılcal hareketle yüzeye çıkarılır. Bu iyonlar yüzeyde kuruyan çözünebilir tuz bileşikleri oluşturur; bu tuzlar bir sonraki yağışlı mevsimde yıkanır. Laterit oluşumu, yüzey örtüsünün erozyonunu önleyen yumuşak tepeler ve platolardan oluşan alçak topografik rölyeflerde tercih edilir. Kayaların suyla temas ettiği reaksiyon bölgesi - en düşük su tablası seviyesinden en yüksek su tablası seviyesine kadar - kolayca süzülen sodyum, potasyum, kalsiyum ve magnezyum iyonlarından aşamalı olarak arındırılır. Bu iyonlardan oluşan bir çözelti, alüminyum oksitler ve demir oksitlerden ziyade tercihen silikon oksidi çözecek doğru pH değerine sahip olabilir. ⓘ
Lateritlerin mineralojik ve kimyasal bileşimleri ana kayaçlarına bağlıdır. Lateritler esas olarak kuvars, zirkon ve ayrışma sırasında kalan titanyum, demir, kalay, alüminyum ve manganez oksitlerinden oluşur. Kuvars, ana kayadan gelen en bol kalıntı mineraldir. ⓘ
Lateritler bulundukları yere, iklime ve derinliğe göre önemli farklılıklar gösterir. Nikel ve kobalt için ana konak mineraller demir oksitler, kil mineralleri veya manganez oksitler olabilir. Demir oksitler mafik magmatik kayaçlardan ve diğer demir zengini kayaçlardan; boksitler ise granitik magmatik kayaçlardan ve diğer demir fakiri kayaçlardan türetilir. Nikel lateritler, ferro-magnezyen mineraller olivin, piroksen ve amfibol içeren ultramafik kayaçların uzun süreli tropikal ayrışmasına maruz kalan yeryüzü bölgelerinde meydana gelir. ⓘ
Konumlar
Fransız Institut National Polytechnique de Toulouse ve Centre National de la Recherche Scientifique'den Yves Tardy, lateritlerin Dünya'nın kıtasal kara alanının yaklaşık üçte birini kapladığını hesaplamıştır. Lateritik topraklar ekvator ormanlarının, nemli tropikal bölgelerdeki savanların ve Sahelya bozkırlarının alt topraklarıdır. Yengeç ve Oğlak dönenceleri arasındaki kara alanının çoğunu kaplarlar; bu enlemlerde kapsanmayan alanlar arasında Güney Amerika'nın aşırı batı kısmı, Afrika'nın güneybatı kısmı, kuzey-orta Afrika'nın çöl bölgeleri, Arap yarımadası ve Avustralya'nın iç kısımları yer alır. ⓘ
Lateralizasyona uğramış en eski ve en çok deforme olmuş ultramafik kayaçlardan bazıları Brezilya ve Avustralya'daki karmaşık Prekambriyen kalkanlarında bulunur. Daha küçük, yüksek derecede deforme olmuş Alp tipi intrüzifler Guatemala, Kolombiya, Orta Avrupa, Hindistan ve Burma'da laterit profilleri oluşturmuştur. Mezozoik ada yaylarının ve kıtasal çarpışma bölgelerinin büyük bindirme tabakaları Yeni Kaledonya, Küba, Endonezya ve Filipinler'de lateritleşmeye uğramıştır. Lateritler geçmişteki ayrışma koşullarını yansıtır; günümüzün tropikal olmayan bölgelerinde bulunan lateritler, o bölgenin ekvatora yakın olduğu eski jeolojik çağların ürünleridir. Nemli tropik bölgelerin dışında bulunan günümüz lateritlerinin iklimsel değişimin, kıtasal kaymanın ya da her ikisinin bir kombinasyonunun göstergesi olduğu düşünülmektedir. Hindistan'da laterit topraklar 240.000 kilometrekarelik bir alanı kaplamaktadır ⓘ
Kullanım Alanları
Tarım
Laterit topraklar yüksek kil içeriğine sahiptir, bu da kumlu topraklara göre daha yüksek katyon değişim kapasitesine ve su tutma kapasitesine sahip oldukları anlamına gelir. Bunun nedeni parçacıkların çok küçük olması ve suyun bunların arasında hapsolmasıdır. Yağmurdan sonra su yavaşça toprağa geçer. Yoğun süzülme nedeniyle, laterit topraklar diğer topraklara kıyasla verimlilikten yoksundur, ancak gübreleme ve sulamaya kolayca yanıt verirler. Palmiyelerin kuraklıktan etkilenme olasılığı daha düşüktür çünkü yağmur suyu toprakta tutulur. Ancak lateritik toprakların yapısı bozulursa yüzeyde sert bir kabuk oluşabilir ve bu da suyun sızmasını, fidelerin çıkmasını engeller ve yüzey akışının artmasına neden olur. Bu tür toprakları 'bozulmuş arazilerin biyo-ıslahı' adı verilen bir sistem kullanarak ıslah etmek mümkündür. Bu, yerel su toplama yöntemlerinin (çukur ve hendek dikimi gibi) kullanılmasını, hayvan ve bitki artıklarının uygulanmasını ve kuraklık koşullarına toleranslı yüksek değerli meyve ağaçları ve yerel sebze bitkilerinin ekilmesini içerir. Bu topraklar en çok plantasyon bitkileri için uygundur. Palmiye yağı, çay, kahve ve kaju yetiştiriciliği için iyidirler. Uluslararası Yarı Kurak Tropik Bitkiler Araştırma Enstitüsü (ICRISAT) bu sistemi Nijer'deki bozulmuş laterit toprakları rehabilite etmek ve küçük çiftçilerin gelirlerini artırmak için kullanmıştır. Bazı yerlerde bu topraklar otlakları ve çalılık ormanları desteklemektedir. ⓘ
Yapı taşları
Lateritler nemliyken bir kürekle kolayca kesilerek normal büyüklükte bloklar haline getirilebilir. Laterit su seviyesinin altındayken çıkarılır, bu nedenle ıslak ve yumuşaktır. Havaya maruz kaldığında, düz kil parçacıkları arasındaki nem buharlaştıkça ve daha büyük demir tuzları sert bir kafes yapısına kilitlendikçe ve atmosferik koşullara dirençli hale geldikçe yavaş yavaş sertleşir. Laterit malzemeyi taş ocağından çıkarıp duvar haline getirme sanatının Hindistan alt kıtasından geldiği düşünülmektedir. Havaya maruz kaldıklarında demir gibi sertleşirler. ⓘ
MS 1000 yılından sonra Angkorian inşaatı dairesel veya düzensiz toprak duvarlardan laterit, tuğla ve taş yapılardan oluşan dikdörtgen tapınak muhafazalarına dönüşmüştür. Coğrafi araştırmalar, günümüze ulaşmamış tapınak alanlarının temelleri olabilecek laterit taş dizilimlerine sahip alanları göstermektedir. Kamboçya ve Tayland'da geniş bir alana yayılmış olan Angkor anıtları 9. ve 13. yüzyıllar arasında Khmer halkı tarafından inşa edilmiştir. Kullanılan taş malzemeler kumtaşı ve laterittir; 9. ve 10. yüzyıllarda inşa edilen anıtlarda tuğla kullanılmıştır. İki tip laterit tanımlanabilir; her iki tip de kaolinit, kuvars, hematit ve goetit minerallerinden oluşur. İki laterit arasında minör elementler olan arsenik, antimon, vanadyum ve stronsiyum miktarlarında farklılıklar ölçülmüştür. ⓘ
Günümüz Kamboçya'sında bulunan Angkor Wat, 1112'den 1152'ye kadar Khmer İmparatorluğu'nu yöneten Suryavarman II tarafından inşa edilen en büyük dini yapıdır. Burası bir Dünya Mirası alanıdır. Angkor Wat'ın inşasında kullanılan kumtaşı, tapınaktan yaklaşık 40 km (25 mil) uzaklıktaki Phnom Kulen Dağları'nda çıkarılan Mezozoik kumtaşıdır. Tapınağın temelleri ve iç kısımları kumtaşı yüzeyin arkasında laterit bloklar içermektedir. Duvarlar derz harcı kullanılmadan örülmüştür. ⓘ
Yol inşası
Fransızlar Kamboçya, Tayland ve Vietnam bölgesindeki yollarda ezilmiş laterit, taş veya çakıl kullanmışlardır. Kenya, 1970'lerin ortalarında ve Malavi, 1980'lerin ortalarında, temel tabakası olarak taş yerine laterit kullanarak bitümlü sathi kaplamalı düşük hacimli yolların deneme bölümlerini inşa etmiştir. Laterit, kabul edilen herhangi bir spesifikasyona uygun değildi ancak temel olarak taş veya başka bir stabilize malzeme kullanılan bitişik yol bölümleriyle karşılaştırıldığında eşit derecede iyi performans gösterdi. 1984 yılında Malawi'de lateritin bu şekilde kullanılmasıyla 1 km (0,62 mil) başına 40.000 ABD doları tasarruf edilmiştir. ⓘ
Su temini
Tropikal bölgelerdeki ana kaya genellikle granit, gnays, şist veya kumtaşıdır; kalın laterit tabakası gözenekli ve hafif geçirgendir, bu nedenle tabaka kırsal alanlarda bir akifer olarak işlev görebilir. Sri Lanka'daki Güneybatı Laterit (Cabook) Akiferi buna bir örnektir. Bu akifer Sri Lanka'nın güneybatı sınırında yer alır ve okyanus ile arasında Kıyı Kumları üzerindeki dar Sığ Akiferler bulunur. Formasyonun derinliğine bağlı olarak önemli ölçüde su tutma kapasitesine sahiptir. Bu lateritteki akifer, Şubat-Mart aylarındaki kurak mevsimi takip eden Nisan-Mayıs yağmurlarıyla hızla yeniden dolar ve muson yağmurlarıyla dolmaya devam eder. Su tablası yavaşça çekilir ve yılın geri kalanında birkaç kez yeniden şarj edilir. Bazı yüksek yoğunluklu banliyö bölgelerinde su tablası 65 günden uzun süren kurak bir dönemde yer seviyesinin 15 m (50 ft) altına kadar çekilebilir. Cabook Akifer lateritleri, kazılmış kuyular için erişilebilir olan nispeten sığ akiferleri desteklemektedir. ⓘ
Atık su arıtma
Kuzey İrlanda'da tarım nedeniyle göllerin fosforca zenginleşmesi önemli bir sorundur. Yerel olarak bulunan laterit (demir ve alüminyum açısından zengin düşük dereceli boksit) asit çözeltisinde kullanılmakta ve ardından birkaç kanalizasyon arıtma tesisinde fosfor ve ağır metalleri gidermek için çökeltme işlemi uygulanmaktadır. Fosfor giderimi için kalsiyum, demir ve alüminyum açısından zengin katı ortamlar önerilmektedir. Hem laboratuvar testleri hem de pilot ölçekli inşa edilmiş sulak alanlar kullanılarak yapılan bir çalışma, granüler lateritin çöp sızıntı suyundan fosfor ve ağır metallerin giderilmesindeki etkinliğini rapor etmektedir. İlk laboratuvar çalışmaları, lateritin çözeltiden fosforu %99 oranında uzaklaştırabildiğini göstermektedir. Laterit içeren pilot ölçekli bir deneysel tesis, fosforun %96 oranında giderilmesini sağlamıştır. Bu giderim diğer sistemlerde rapor edilenden daha fazladır. Pilot ölçekli tesisler tarafından alüminyum ve demirin ilk giderimleri sırasıyla %85 ve %98'e kadar çıkmıştır. Süzülen laterit kolonları yeterli miktarda kadmiyum, krom ve kurşunu tespit edilemeyen konsantrasyonlara kadar uzaklaştırmıştır. Bu düşük maliyetli, düşük teknolojili, görsel olarak göze batmayan, verimli sistemin, dağınık noktasal kirlilik kaynaklarına sahip kırsal alanlar için olası bir uygulaması vardır. ⓘ
Cevherler
Cevherler metalli lateritlerde yoğunlaşmıştır; alüminyum boksitlerde, demir ve manganez demir açısından zengin sert kabuklarda, nikel ve bakır parçalanmış kayalarda ve altın benekli killerde bulunur. ⓘ
Boksit
Boksit cevheri alüminyumun ana kaynağıdır. Boksit bir çeşit laterittir (tortul kayaç kalıntısı), bu nedenle kesin bir kimyasal formülü yoktur. Daha yeni tropikal yataklarda esas olarak gibsit [Al(OH)3 veya Al2O3 . 3H2O)] gibi hidratlı alümina minerallerinden oluşur; daha eski subtropikal, ılıman yataklarda ana mineraller boehmit [γ-AlO(OH) veya Al2O3.H2O] ve biraz diaspordur [α-AlO(OH) veya Al2O3.H2O]. Boksitin ağırlık olarak ortalama kimyasal bileşimi %45 ila 60 Al2O3 ve %20 ila 30 Fe2O3'tür. Kalan ağırlık silikalar (kuvars, kalsedon ve kaolinit), karbonatlar (kalsit, manyezit ve dolomit), titanyum dioksit ve sudan oluşur. Ekonomik açıdan önem taşıyan boksitlerin kaolinit oranı düşük olmalıdır. Lateritik boksitlerin oluşumu dünya çapında 145 ila 2 milyon yıllık Kretase ve Tersiyer kıyı ovalarında meydana gelir. Boksitler, Hindistan ve Güney Amerika'daki Alt Tersiyer kıyı şeridine paralel olarak bazen yüzlerce kilometre uzunluğunda uzun kuşaklar oluşturur; dağılımları ana kayanın belirli bir mineralojik bileşimiyle ilgili değildir. Birçok yüksek seviyeli boksit, daha sonra bugünkü yüksekliklerine yükseltilen kıyı ovalarında oluşmuştur. ⓘ
Demir
Kuzey İrlanda'nın bazaltik lateritleri, volkanik aktivite döneminde bazaltların yoğun kimyasal ayrışması sonucu oluşmuştur. Maksimum 30 m (100 ft) kalınlığa ulaşırlar ve bir zamanlar önemli bir demir ve alüminyum cevheri kaynağı sağlamışlardır. Süzülen sular ana bazaltın bozunmasına neden olmuş ve kafes boyunca asidik su ile tercihli çökelme demir ve alüminyum cevherlerini bırakmıştır. Birincil olivin, plajiyoklaz feldispat ve augit art arda parçalanmış ve yerini hematit, gibsit, goetit, anataz, halloysit ve kaolinitten oluşan bir mineral topluluğuna bırakmıştır. ⓘ
Nikel
Laterit cevherleri erken nikelin başlıca kaynağıydı. Yeni Kaledonya'daki zengin laterit yatakları 19. yüzyılın sonlarından itibaren beyaz metal üretmek için çıkarılmıştır. Sudbury, Ontario, Kanada'daki sülfit yataklarının 20. yüzyılın başlarında keşfedilmesi, nikel çıkarımı için odağı sülfitlere kaydırdı. Dünya'nın karasal nikel kaynaklarının yaklaşık %70'i lateritlerde bulunmaktadır; şu anda dünya nikel üretiminin yaklaşık %40'ını oluşturmaktadırlar. 1950 yılında laterit kaynaklı nikel toplam üretimin %10'undan daha azdı, 2003 yılında %42'sini oluşturuyordu ve 2012 yılına kadar laterit kaynaklı nikelin payının %51 olması bekleniyordu. Dünyada en büyük nikel laterit kaynaklarına sahip dört ana bölge %21 ile Yeni Kaledonya; %20 ile Avustralya; %17 ile Filipinler ve %12 ile Endonezya'dır. ⓘ