Jeofizik Nedir?

Yer’in yüzeyinde ve derinliklerinde gerçekleşen bütün fiziksel olayları in­celeyen bilim dalı (yerfiziği de denir). Yer, kesikliklerle birbirinden ayrılan eş merkezli bir küreler dizisi olarak ta­nımlanabilir. En dıştaki örtü, hafif bir basınçla ve içerdiği maddelerin çok ender olmasıyla nitelenen atmosfer­dir. Bu. dış jeofiziğin ve meteoroloji­nin inceleme konusunu oluşturur; doğrudan gözlenebilir, ama sonda ba­lonları ve uydular yardımıyla da at­mosfer konusundaki bilgiler oldukça artmıştır.

Gaz atmosferi büyük ölçüde, denizler ve okyanuslardan oluşan hidrosferle örtülü yer kabuğunu çevreler: Fi­ziksel deniz bilim, sıvı kütlelerini et­kileyen olayları ve fiziksel yasaları in­celer. Batiskaflar sayesinde son za­manlarda çok derin deniz diplerine inilebilmektedir. Çeşitli sıvı tabaka­lardan ve diplerde çökelmiş tortul ta­bakalarından radyoelektrik ya da ses dalgalarının yansımasına dayanan birçok dolaylı uygulama da vardır, je­oloji, inceleme alanına giren yerkabu­ğunun yalnızca çok ince bir tabakası­nı gözlemleyebilmektedir. Daha derin bölgelerin incelenmesinde fiziksel tek­niklere başvurulur. Yeryuvarlağının içiyse, iç jeofiziğin alanına girer.

İç Jeofizik

Yerkabuğu, en dıştaki katı örtüdür; ortalama kalınlığı 40 km’dir: Silisyum ile alüminyumdan oluşan ve yaklaşık 2.900 km derinliğe kadar inen, daha yoğun bir “manto’’nun ya da Sial’in (bu ad silisyum ve alüminyum sözcük­lerinin ilk hecelerinden oluşur) üstün­de yer alır.

Yer çekirdeği, Gutenberg kesikliğiyle “manto”dan ayrılır, 2.900 km ile 5.000 km arasında demir ve nikelden (Nife) oluştuğu varsayılan çok yoğun bölgeyi kuşatan bir örtü oluşturur.

Jeotermik Gradyan

Yer‘in sıcak­lığı derinliğe bağlı olarak değişir: Her 100 m’de ortalama 3°C artar, jeoter­mik gradyan l°C’lık bir yükselmeye denk düşen ortalama derinlik artışı­dır. Bu gradyan tek düze değildir. Rad­yoaktif kaynakların ürettikleri ener­jinin azalması sonucu ortaya çıkan sı­caklık yayılmasına bağlı olduğu sanı­lır. Sıcaklık artışının bazı dağlık böl­gelerde düzlük alanlara oranla çok daha hızlı olduğu gözlenir, jeotermik gradyan değişiklikleri, dağ sıralarının eksen kuşaklarındaki başkalaşımların nedenidir. Doğrudan ölçmelerin yapı­lamadığı durumlarda Yer’in derinliklerindeki bölgelerin sıcaklıkları yal­nızca varsayımsal olarak belirlen­mektedir.

Yer’in Biçimi

Geodezi yerçekimi ölçmelerinden hareketle yeryuvarla­ğının biçimlerini inceler. Denizlerin ortalama yükseltisinden geçen yerçe­kimi alanı düzeyinin kuramsal yüzeyi olan jeoyit, ekseni kutupların ekseniy­le aynı olan bir dönel elipsoite benze­tilebilir. Yerçekimi sapmalarının gözlenmesi, dağ sıraları altında önemli örtü köklerinin açıklığa kavuşturulma­sını sağlamıştır. Newton’un evrensel yerçekimi yasasına dayanılarak he­saplanan Yer’in toplam kütlesi 5,976.10²¹ tondur; bu kütle 5,5’lik bir yoğunluğa denk düşer. Yüzeysel kayaçların ortalama yoğunluğu, 2,7’dir; bu karşılaştırma, XIX. yy’dan başla­yarak, yeryuvarlağı yapısının bağda­şık (homojen) olmadığı ve iç örtülerin yerkabuğundan daha yoğun olduğu il­kesinin benimsenmesine yol açtı. Yer­kabuğunun buzdağları (yükselti arttığı ölçüde örtü kökleri de derine iner) gi­bi daha yoğun bir tabaka üstünde yüz­düğü görüşü 1855’te Airy tarafından ortaya atıldı. Bu görüş izostazinin te­melini oluşturur. Bazı bölgelerdeki ka­barma olaylarının açıklaması, yetkin­leştirilmiş olan bu örneğe dayanır.

Yerkabuğunun Hareketleri

Yerkabuğu da okyanusların sıvı küt­leleri gibi Güneş-Ay çekiminin etkisin­de kalır. Bu etkinin sonuçları ölçüle­bilir ve yeryuvarlağının bütününün katılık derecesini değerlendirme ola­nağını verir. Güneş-Ay çekimi etkisi­nin neden olduğu bu hafif ama düzenli hareketlerin yanı sıra ani hareketler de görülmektedir, bunlar depremler­dir. Deprem ya da yersarsıntıları yer­kabuğunun derin kuşaklarında ya da “manto”daki maddelerin kopmaları nedeniyle ortaya çıkar. E.Rothe dep­remleri ikiye ayırır: Yenioluşum dep­remleri ve eskioluşum depremleri. Ya­nardağ püskürmelerinde, lavların yükselmesi sırasında çoğunlukla, çok değişken şiddette depremler de görü­lür. Yanardağ püskürmeleri gibi depremler de okyanus diplerinde olabilir. Deniz diplerini sallayan sarsıntılar, tsunamiler (deprem dalgası) yaratır.

Harekete geçen sular, karaların iç ke­simlerinde çok uzaklara kadar gide­bilen dev dalgalar oluştururlar. Depremler, sismograflar sayesinde incelenir ve kaydedilir. Sismografın ça­lışma ilkesi oldukça yalındır: Hareket­li bir kütle, yeryüzündeki sağlam bir destekte asılı durur. Sarsıntı meyda­na geldiğinde destek kıpırdarken kütle hareketsiz kalır; kütlenin ucuna tuttu­rulmuş iğne, önünden geçen kâğıt üs­tünde titreşimleri çizer. Modern sis­mograflar daha küçük ve taşınabilir aygıtlardır. Kayıt magnetik bantlar üstüne yapılır. Elde edilen grafiklerin incelenmesi, sarsıntı dönemleri dışın­da, sismografın hafif titreşimler kay­dettiğini gösterir. Bu dip gürültüleri­nin çeşitli nedenleri vardır: Deniz dal­galanmaları; ulaşım araçlarının geç­mesi; insanların etkinlikleri. Dip gü­rültüleri giderildiğinde, geriye başka titreşimler kalır. Bunlar yerkabuğu­nun, sürekli ince deprem (mikrodeprem) etkinliğini yansıtır.

Depremler olayın doğduğu bölgeden başlayarak yeryuvarlağının yüzeyine ve içine dalgalar halinde yayılır. Op­tik alanında olduğu gibi bu dalgalar da karşılaştıkları kesiklik etkisiyle yansırlar ve kırılırlar. Söz konusu özellik, yeryuvarlağını oluşturan eş ­merkezli çeşitli örtülerin varlığını or­taya koyar. Yerkabuğunu ve mantoyu sınırlayan (30 km ile 60 km arasında değişir) Mohoroviçiç ve Gutenberg ke­sikliği (2.900 km derinlikte) bu saye­de belirlenebilmiştir. Yerkabuğu için­deki Conrad kesikliği dipteki bazaltlı bir tabakayı daha yüzeye yakın granitli bir tabakadan ayırır. Yeryuvar­lağının yüzeysel tabakalarının ince­lenmesi yapay depremlerle sağlana­bilir. İncelenecek bölgeye taşınabilir sismograflar yerleştirildikten sonra, patlayıcılar aracılığıyla sarsıntılar gerçekleştirilir. Farklı tortul tabaka­lar arasındaki sınırlar, dalgalan, derindeki büyük kesiklikler gibi gönde­rir. Bu teknik, yüzeyin görünmeyen yapılarını ortaya koyma olanağı verir: Yatay tortul tabakalar altına gömül­müş antiklinaller, tuz tepecikleri, vb. Bu türden yapılar tarafından çevre­lenmiş petrolün bulunmasında söz ko­nusu teknikten (depremsel yansıma tekniği) yararlanılır.

Magnetizma ve Elektrik

Yer’in magnetik alanı yeryuvarlağının merkezinde, magnetik kutuplara pa­ralel olarak duran bir mıknatısa ben­zetilebilir. Günümüzde birbirlerine çok yakınsalar da magnetik kutuplar­la coğrafi kutuplar çakışmazlar. Mag­netik kutupların konumu zamanla de­ğişmiştir. Bir yıldızın kendi çevresin­de dönmesinin bu yıldıza bir magne­tik alan kazandırdığı sanılmakadır. Yer’in magnetik alanının iki büyük bi­leşeni sapma ve eğimdir. Magnetik alanda birçok anormallik görülür. Bunlar magnetik geçirgenlikleri yük­sek kayaçların (magnetit, demir bakı­mından zengin kayaçlar, vb.), topra­ğı aşan akımların şiddetlerindeki çe­şitliliklerin sonucudurlar.

Magnetik alan değişiklikleri çeşitli dü­zeylerdedir. Yüzyüda bir gerçekleşen değişiklik çok hızlıdır. Batı sapma böl­geleri ve doğu sapma bölgeleri agonik çizgi adı verilen bir çizgiyle sınırlıdır. Bu çizginin karmaşık bir bölümü As­ya, çok daha yalın bir başka bölümüy­se Amerika’dadır. Amerika’da kalan bölümü, 1600 yılından bu yana, yılda ortalama 25 km’lik bir hızla batıya doğru kaymaktadır.

Bazı kayaçlar, Yer magnetizmasım kendi oluşumları sırasında kaydeder­ler. Bu da kutupların değiştirdikleri yerleri belirleme olanağını verir. Piş­miş toprak kapların da aynı özellikle­ri vardır: Sözgelimi, İ.Ö. VII. yy’da ya­pılmış Roma toprak kapları sayesin­de, bu bölgelerde eğimin negatif oldu­ğu (oysa günümüzde pozitiftir) anlaşılmıştır.

Magnetik öğelerin değişmesi “magne­tik fırtınalar” olarak adlandırılan önemli karışıklıklara yol açar: Kuzey ışıkları, radyoelektrik dalgaların ya­yılmasındaki düzensizlikler, telefon hatlarında parazitler bu olaylara eş­lik eder. Magnetik anormallikler, yeraltındaki farklı özellikli kayaçların da­ğılımına bağlı olabilir. Yeryüzeyinden başlayarak dibe doğru maden filizle­rini kuşkuya yer bırakmayan bir ke­sinlikle belirleme olanağı veren bir je­ofizik araştırma tekniğinin geliştiril­mesinde bu özellikten yararlanılmış­tır.

Yer’in çevresinde, toprak yüzeyine paralel olan ama kökeni iyi bilinme­yen bir elektrik alanı da vardır. Top­rağı aşan akımlar, çoğunlukla, oluştu­rucu maddelerin farklı asitlikte olma­sından kaynaklanan toprak içi ani ku­tuplanma olaylarına bağlanır, jeofizik alanındaki gözlemler ve tek­nikler Yer’in dolaysız gözlem yapıla­mayan bölgeleri üstüne bilgiler top­lanmasına olanak verir. Bu bilgiler­den yararlanan jeofizikçiler, çoğun­lukla yerbilimcilerin benimsemediği, ama belli bir zaman için elde bulunan bilgileri özetleyen örnekler (model) ha­zırlarlar. Öte yandan, bu temel araş­tırmalar birçok maden zenginliğini (petrol, maden filizi, su) ortaya çıkar­ma olanağı veren aygıtların ve teknik­lerin geliştirilmesini sağlamıştır.