Geologia gospodarcza i środowisko

Geologia gospodarcza jest gałęzią geologii, która zajmuje się cennymi gospodarczo materiałami geologicznymi.

Mówiąc szerzej, geologia gospodarcza zajmuje się dystrybucją złóż kopalin, względami ekonomicznymi związanymi z ich odzyskiem oraz oceną dostępnych zasobów.

Geologia gospodarcza zajmuje się materiałami takimi jak metale szlachetne i metale podstawowe, minerały niemetaliczne, paliwa kopalne i inne materiały o wartości handlowej, takie jak sól, gips i kamień budowlany. Wykorzystuje zasady i metody różnych innych dziedzin, w szczególności geofizyki, geologii strukturalnej i stratygrafii.

Geologia ekonomiczna jest stosowana nie tylko przez geologów, ale jest również interesująca dla inżynierów, bankierów inwestycyjnych, naukowców zajmujących się środowiskiem i ochroniarzy ze względu na ogromny wpływ przemysłu wydobywczego na sytuację społeczno-ekonomiczną i środowiskową.

Geneza i rozwój geologii ekonomicznej:

Pojęcie geologii ekonomicznej jest stosunkowo nowe, mimo że ludzie od czasów prehistorycznych wydobywają metale i minerały z ziemi. Pomimo tego, że potrafili docenić wartość tych zasobów, ludzie przednowoczesni posiadali niewiele informacji na temat teorii naukowych dotyczących ich formowania lub sposobów ich wydobywania.

Grecy na przykład wierzyli, że żyły materiałów metalicznych na ziemi wskazywały, że te materiały były żyjącymi istotami, które korzeniami kładły się po drzewach. Astrologowie średniowiecznych czasów utrzymywali, że każda z "siedmiu planet" (Słońce, Księżyc i pięć planet, oprócz

Ziemia, znana wówczas) rządziła jednym z siedmiu znanych metali - złota, miedzi, srebra, ołowiu, cyny, żelaza i rtęci - które podobno zostały stworzone pod wpływem ich odpowiednich "planet".

Pierwszym myślicielem, który próbował wyjść poza tak nienaukowe (jeśli pomysłowe) idee, był niemiecki lekarz piszący pod latynoskim imieniem Georgius Agricola (1494-1555). W wyniku traktowania górników w różnych warunkach, Agricola, którego prawdziwe nazwisko brzmiało Georg Bauer, zafascynowała się minerałami.

Uważany za ojca zarówno mineralogii, jak i geologii ekonomicznej, Agricola przedstawił kilka pomysłów, które stanowiły podstawę naukową do badania Ziemi i jej produktów. W De Ortu et causis Subterraneorum (1546) krytykował wszystkie wcześniejsze pomysły dotyczące tworzenia rud, w tym wspomniane wcześniej greckie i astrologiczne pojęcia, a także alchemiczne przekonanie, że wszystkie metale składają się z rtęci i siarki.

Zamiast tego utrzymywał, że podziemne płyny niosą rozpuszczone minerały, które po ochłodzeniu pozostawiają osady w pęknięciach skał iw ten sposób powodują powstanie mineralnych żył. Idee Agricola pomogły później w stworzeniu podstaw współczesnych teorii dotyczących tworzenia złóż rudy.

W De Natura Fossilium (O naturze skamielin, 1546), Agricola również wprowadził metodę klasyfikacji "skamieniałości", ponieważ znane były wówczas minerały. System Agricola, który kategoryzuje minerały według takich właściwości jak kolor, tekstura, waga i przezroczystość, jest podstawą stosowanego dzisiaj systemu klasyfikacji minerałów.

Jednak ze wszystkich jego dzieł najważniejszy był De re Metallica, który przez następne dwa wieki pozostawał wiodącym podręcznikiem dla górników i mineralogów. W tym monumentalnym dziele wprowadził wiele nowych pomysłów, w tym koncepcję, że skały zawierają rudy, które są starsze niż same skały. Szczegółowo zbadał również stosowane w swoim czasie praktyki wydobywcze, co było niezwykłym wyczynem w tym, że górnicy w XVI wieku starali się uważnie strzec swoich tajemnic handlowych.

Skały i minerały:

Nasza skorupa ziemska składa się ze skał, które z kolei są skupiskami minerałów. Aby zostać oznaczonym jako gatunek mineralny, substancja musi znajdować się w przyrodzie i być pochodzenia nieorganicznego. Musi mieć określoną charakterystykę chemiczną i wyróżniającą się formację atomową.

Skały:

Kamień jest agregatem minerałów lub materiału organicznego, który może występować w postaci skonsolidowanej lub nieskonsolidowanej. Skały są trzech różnych typów: magmowych, powstających w wyniku krystalizacji stopionych minerałów, jak w wulkanie; osadowe, zwykle tworzone przez osadzanie, zagęszczanie lub cementowanie zwietrzałej skały; i metamorficzne, utworzone przez zmianę wcześniej istniejącej skały. Skały wykonane z materiału organicznego są zazwyczaj osadowe, przykładem jest węgiel.

Skały mają znaczenie gospodarcze od czasów na długo przed "ekonomią", o której wiemy, że istniała - w czasach, gdy nie było nic do kupienia i niczego do sprzedania. Ten czas był oczywiście epoką kamienną, której początki sięgają początków gatunku ludzkiego i pokrywały się z początkami cywilizacji około 5500 lat temu. W ciągu setek tysięcy lat, kiedy kamień stanowił najbardziej zaawansowany materiał do tworzenia narzędzi, ludzie stworzyli szereg kamiennych urządzeń do robienia ognia, ostrzenia noży, zabijania zwierząt (i innych ludzi), cięcia żywności lub skór zwierzęcych i tak dalej.

Era kamienia łupanego, zarówno w popularnej wyobraźni, jak i (z pewnymi zastrzeżeniami) w faktach archeologicznych, była czasem, kiedy ludzie żyli w jaskiniach. Od tego czasu ludzie zazwyczaj odchodzili od jaskiń, choć istnieją wyjątki, jak to amerykańskie wojsko odkryło w 2001 roku, próbując polować na terrorystów w jaskiniach w Afganistanie.

W każdym razie ludzkie przywiązanie do kamiennych mieszkań przybrało inne formy, poczynając od piramid i trwając przez dzisiejsze domy murowane. Kamień nie jest po prostu materiałem konstrukcyjnym do budowania, ponieważ zaświadczają o tym płytki ścienne z gipsu, blaty z łupków, marmurowe wykończenia i żwirowe chodniki. I, oczywiście, budowa jest tylko jednym z wielu zastosowań, do których kierowane są skały i minerały, jak zobaczymy.

Metale:

Spośród wszystkich znanych pierwiastków chemicznych, 87 lub około 80 procent stanowią metale. Ta ostatnia grupa jest identyfikowana jako lśniąca lub błyszcząca z wyglądu i plastyczna lub ciągliwa, co oznacza, że można je formować w różne kształty bez ich łamania. Pomimo swojej ciągliwości, metale są niezwykle trwałe, mają wysokie temperatury topnienia i wrzenia, a także są doskonałymi przewodnikami ciepła i elektryczności. Niektóre rejestrują się wysoko w skali twardości Mohsa.

Minerały:

Podczas gdy istnieje tylko 87 odmian metalu, istnieje około 3700 rodzajów minerałów. Występują znaczne nakładanie się metali i minerałów, ale to nakładanie się jest dalece niepełne: wiele minerałów zawiera niemetaliczne pierwiastki, takie jak tlen i krzem. Minerał jest substancją, która pojawia się w przyrodzie i dlatego nie może być wytworzona sztucznie, jest pochodzenia nieorganicznego, ma określony skład chemiczny i posiada krystaliczną strukturę wewnętrzną.

Termin "organiczne" nie odnosi się jedynie do substancji o pochodzeniu biologicznym; raczej opisuje dowolny związek zawierający węgiel, z wyjątkiem węglanów (które są rodzajem minerałów) i tlenków, takich jak dwutlenek węgla lub tlenek węgla.

Fakt, że minerał musi składać się z nie zmieniającego się składu, ogranicza minerały niemal wyłącznie do pierwiastków i związków - czyli do substancji, które nie mogą być rozkładane chemicznie w celu uzyskania prostszych substancji lub substancji tworzonych przez chemiczne wiązanie pierwiastków. Tylko w kilku bardzo szczególnych okolicznościach występują naturalnie stopów lub mieszanin metali, uważanych za minerały.

Minerały są podzielone na osiem podstawowych grup według ich składu chemicznego:

To są:

ja. Elementy natywne

ii. Siarczki

iii. Tlenki i wodorotlenki

iv. Halogenki

v. Węglany, azotany, borany, jodany

vi. Siarczany, chromiany, molibdeniany, wolframiany

vi. Fosforany, arseniany, wanadany

vii. Krzemiany

Pierwsza grupa, elementy natywne, zawiera elementy metaliczne, które pojawiają się w czystej postaci gdzieś na Ziemi; niektóre stopy metali, o których mowa wcześniej; jak również rodzime niemetale, półmetale i minerały występują z metalicznymi i niemetalicznymi elementami. Natywne elementy, wraz z sześcioma klasami, które za nimi podążają na tej liście, są zbiorczo znane jako niesilikaty, termin, który podkreśla znaczenie ósmej grupy.

Zdecydowana większość minerałów, w tym te najbogatsze, należy do klasy krzemianów, która zbudowana jest wokół pierwiastka krzemu. Podobnie jak węgiel może tworzyć długie łańcuchy atomów, szczególnie w połączeniu z wodorem (jak omówimy w kontekście paliw kopalnych w dalszej części tego eseju), krzem również tworzy długie struny, choć jego "partnerem z wyboru" jest zwykle tlen, a nie wodór. . Wraz z tlenem, krzem znany jako metaloid, ponieważ wykazuje właściwości zarówno metali, jak i niemetali, stanowi podstawę dla zadziwiającej gamy produktów, zarówno naturalnych, jak i wytworzonych przez człowieka.

Minerały można sklasyfikować zgodnie z ich zastosowaniem w przemyśle w następujący sposób:

(a) Minerały metalowe: grupa żelazna. Obejmują minerały takie jak żelazo, chromit, mangan i nikiel.

(b) Minerały metalowe: Grupa nieżelazna. Są to miedź, ołów, cynk, wolfram, aluminium, wanad i inne.

(d) Minerały ogniotrwałe. Są stosowane jako odporne na ciepło w piecach i formach. Należą do nich: chromit, magnezyt, cyjanit, glina, sylimanit i grafit.

(e) Minerały nawozowe, takie jak gips, fosforan skalny i piryt.

(f) Paliwa mineralne, takie jak węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny i minerały jądrowe.

Na rozwój gospodarczy kraju wpływa dostępność minerałów. Minerały stanowią bazę dla kilku dużych przemysłów. Na rolnictwo również wpływa dostępność minerałów w postaci nawozów.

Węglowodory:

Jak zauważono wcześniej, geologia gospodarcza koncentruje się zarówno na skałach i minerałach, z jednej strony, jak i paliwach kopalnych, z drugiej. Paliwa kopalne mogą być zdefiniowane jako paliwa (w szczególności węgiel, ropa naftowa i gaz) pochodzące ze złóż materiału organicznego, które uległy rozkładowi i zmianie chemicznej w warunkach wysokiego ciśnienia.

Biorąc pod uwagę to pochodzenie z materiału organicznego, z definicji wszystkie paliwa kopalne są oparte na węglu, a konkretnie zbudowane są wokół węglowodorów - związków chemicznych, których cząsteczki składają się wyłącznie z atomów węgla i wodoru.

Teoretycznie nie ma ograniczeń co do liczby możliwych węglowodorów. Węgiel formuje się w pozornie nieograniczone kształty molekularne, a wodór jest szczególnie uniwersalnym partnerem chemicznym. Węglowodory mogą tworzyć proste łańcuchy, rozgałęzione łańcuchy lub pierścienie, a wynikiem jest wiele związków, które nie są wyróżniane przez elementy w ich składzie lub nawet (w niektórych przypadkach) przez liczbę różnych atomów w każdej cząsteczce, ale raczej przez strukturę danej cząsteczki.

Zastosowania geologii gospodarczej w prawdziwym życiu:

Paliwa kopalne:

Materiał organiczny, który rozłożył się, tworząc węglowodory w paliwach kopalnych, pochodzi głównie z dinozaurów i roślin prehistorycznych, choć równie łatwo mógłby pochodzić z innych organizmów, które zmarły w dużej liczbie dawno, dawno temu. Aby wytworzyć ropę naftową, muszą być zgromadzone bardzo duże ilości materiału organicznego wraz z osadami i zakopane w większej ilości osadów. Nagromadzone osady i materiał organiczny nazywane są skałami źródłowymi.

To, co dzieje się po akumulacji tego materiału, jest krytyczne i zależy w dużym stopniu od natury skały źródłowej. Ważne jest, że materiał organiczny - na przykład ogromna liczba dinozaurów, które zginęły w masowym wymarciu około 65 milionów lat temu - nie może po prostu zgnić, jak to bywa w środowisku tlenowym lub zawierającym tlen. Zamiast tego materiał organiczny ulega przekształceniu w węglowodory w wyniku beztlenowej aktywności chemicznej lub aktywności zachodzącej w nieobecności tlenu.

Dobrymi kamieniami źródłowymi do tej przemiany są łupki ilaste lub wapień, pod warunkiem, że poszczególne skały zawierają od 1% do 5% węgla organicznego. Źródła skał powinny być wystarczająco głębokie, aby ciśnienie podgrzało materiał organiczny, ale nie na tyle głębokie, by ciśnienie i temperatura powodowały, że skały ulegały metamorfizmowi lub przekształcały je w grafit lub inne nie węglowodorowe wersje węgla. Temperatury do 302 ° F (150 ° C) są uważane za optymalne do wytwarzania ropy naftowej.

Po wygenerowaniu, ropa stopniowo przesuwa się ze skały źródłowej do skały zbiornikowej lub skały, która przechowuje ropę w jej porach. Dobra skała zbiornikowa to taka, w której przestrzeń porów stanowi więcej niż 30% objętości skały. Jednak skała musi być uszczelniona przez inny kamień, który jest znacznie mniej porowaty; w rzeczy samej, w przypadku pieczęci lub skały czapowej, jak się ją nazywa, preferowana jest praktycznie nieprzepuszczalna skała. Najlepszym rodzajem skał uszczelniających jest więc jeden z bardzo małych, ściśle pasujących do siebie osadów, na przykład łupków. Taka skała może utrzymywać naftę przez miliony lat, dopóki nie będzie gotowa do odkrycia i użycia.

Ludzie wiedzieli o ropie naftowej z pradziejów, po prostu dlatego, że były miejsca na Ziemi, skąd dosłownie przenikały z ziemi. Współczesna era wydobywania ropy rozpoczęła się jednak w 1853 roku, kiedy amerykański prawnik George Bissell (1821-1884) uznał jej potencjał do wykorzystania jako paliwa do lamp. Zatrudnił "pułkownika" Edwina Drake'a (1819-1880) do nadzorowania odwiertu naftowego w Titusville w Pensylwanii, aw 1859 roku Drake uderzył w olej. Legenda o Złotym Wacku, o losach, które powstały w wyniku wiercenia dziur w ziemi, narodziła się.

W związku z rozwojem i powszechnym stosowaniem silnika spalinowego w drugiej połowie XIX i na początku XX wieku zainteresowanie ropą stało się o wiele bardziej intensywne, a na całym świecie powstały studnie. Sumatra w Indonezji wydobywała ropę ze swoich pierwszych odwiertów w 1885 r., Aw 1901 r. Udane odwierty rozpoczęły się w Teksasie - źródło wielu fortuny wielkości Texas. Wczesna forma firmy, znana dziś jako British Petroleum (BP), odkryła pierwszą na Bliskim Wschodzie naftę w Persji (obecnie Iran) w 1908 roku. W ciągu następnych 50 lat znaczenie gospodarcze i perspektywy tego regionu uległy znacznej zmianie.

Wraz z ogromną ekspansją właścicieli samochodów, która rozpoczęła się po I wojnie światowej (1914-1918) i osiągnęła jeszcze większe rozmiary po II wojnie światowej (1939-1945), wzrosła wartość i znaczenie ropy naftowej. Przemysł naftowy rozkwitł, w wyniku czego wielu geologów znalazło zatrudnienie w sektorze, który oferował znacznie więcej korzyści finansowych niż uniwersyteckie czy rządowe pozycje. Dzisiaj geolodzy pomagają pracodawcom w znalezieniu rezerw ropy naftowej, a nie łatwym zadaniem, ponieważ tak wiele zmiennych musi być ustawionych w linii, aby wytworzyć opłacalne źródło ropy naftowej. Biorąc pod uwagę koszt wiercenia nowego odwiertu naftowego, który może wynosić nawet 30 milionów USD, wyraźnie ważne jest, aby dobrze oceniać możliwości znalezienia ropy naftowej.

Przemysł naftowy borykał się z problemami środowiskowymi dotyczącymi wpływu wierceń (z których wiele odbywa się na morzu, na platformach umieszczonych w oceanie); możliwe zagrożenia biologiczne związane z wyciekami, takie jak te, w których uczestniczył Exxon Valdez w 1989 roku; oraz wpływ na atmosferę tlenku węgla i innych gazów cieplarnianych wytwarzanych przez silniki spalinowe na bazie ropy naftowej. Istnieje jeszcze szerszy problem związany z zależnością Stanów Zjednoczonych od źródeł ropy naftowej w innych krajach (niektóre z nich są otwarcie wrogie Stanom Zjednoczonym), a także z możliwym zmniejszeniem zasobów.

Przy obecnym tempie konsumpcji szacuje się, że zasoby ropy wyczerpią się około roku 2040, ale uwzględniają jedynie rezerwy, które są dziś uważane za opłacalne. Ponieważ eksploracja trwa nadal, można wykorzystać więcej zasobów. Jednak na dłuższą metę konieczne będzie opracowanie nowych sposobów napędzania uprzemysłowionego świata, ponieważ ropa naftowa jest surowcem nieodnawialnym: jest jej tylko tyle pod ziemią, a kiedy jej nie ma, nie zostanie zastąpiona przez miliony lat (jeśli w ogóle).

Produkty petrochemiczne:

Sama ropa naftowa jest surowcem, z którego pozyskuje się liczne produkty, zwane łącznie petrochemikaliami lub pochodnymi ropy naftowej. Przez proces nazywany destylacją frakcjonowaną, produkty petrochemiczne o najniższej masie cząsteczkowej najpierw się gotują, a te, które mają wyższą masę, oddzielają się w wyższych temperaturach?

Krzem, krzemiany i inne związki:

Tak jak węgiel znajduje się w centrum ogromnego świata węglowodorów, tak krzem jest równie ważny dla substancji nieorganicznych, od piasku lub krzemionki (Si02) po silikon (bardzo wszechstronny zestaw produktów na bazie krzemu), aż po skały znane jako krzemiany.

Krzemiany są podstawą kilku znanych minerałów, w tym granatu, topazu, cyrkonu, kaolinitu, talku, miki i dwóch najbogatszych minerałów na Ziemi, skalenia i kwarcu. (Zauważ, że większość użytych tutaj terminów odnosi się do grupy minerałów, a nie do pojedynczego minerału.) Wykonane ze związków utworzonych wokół krzemu i tlenu i zawierające różne metale, takie jak aluminium, żelazo, sód i potas, konto krzemianów za 30 procent wszystkich minerałów. Jako takie występują we wszystkim, od kamieni szlachetnych po materiały budowlane; jednak daleko im do jedynych godnych uwagi produktów skupionych na krzemie.

Silikon i inne związki:

Silikon nie jest minerałem; jest to raczej syntetyczny produkt często stosowany jako substytut organicznych olejów, smarów i gumy. Zamiast przyłączać się do atomów tlenu, jak w krzemianie, atomy krzemu w silikonie łączą się z grupami organicznymi, czyli cząsteczkami zawierającymi węgiel. Często stosuje się oleje silikonowe zamiast oleju organicznego jako środka poślizgowego, ponieważ mogą one wytrzymać większe wahania temperatury.

A ponieważ organizm toleruje wprowadzenie implantów silikonowych lepiej niż w przypadku organicznych, silikony są również stosowane w implantach chirurgicznych. Kauczuki silikonowe występują we wszystkim, od odbijania piłek po pojazdy kosmiczne, a silikony są również obecne w izolatorach elektrycznych, środkach zapobiegających rdzy, zmiękczaczach do tkanin, sprayach do włosów, kremach do rąk, meblach i samochodach, farbach, klejach, a nawet gumach do żucia.

Nawet ta lista nie wyczerpuje wielu zastosowań krzemu, który (wraz z tlenem) stanowi ogromną większość masy skorupy ziemskiej. Ze względu na właściwości półmetaliczne krzem wykorzystywany jest jako półprzewodnik elektryczności.

Chipy komputerowe to maleńkie plasterki ultra-czystego krzemu, trawione nawet pół miliona mikroskopijnych i misternie połączonych obwodów elektronicznych. Układy te manipulują napięciami za pomocą kodów binarnych, dla których 1 oznacza "napięcie włączone", a 0 oznacza "napięcie wyłączone". Za pomocą tych impulsów krzemowe chipy wykonują wiele obliczeń w ciągu kilku sekund - obliczenia, które zajęłoby ludziom godziny lub miesiące, a nawet lata .

Porowata postać krzemionki znana jako żel krzemionkowy pochłania parę wodną z powietrza i często jest pakowana wraz z produktami wrażliwymi na wilgoć, takimi jak elementy elektroniczne, aby zapewnić ich suchość. Karabinek silikonowy, niezwykle twardy materiał krystaliczny wytwarzany przez stopienie piasku z koksem (prawie czysty węgiel) w wysokich temperaturach, ma zastosowanie jako materiał ścierny.

Rudy:

Ruda to skała lub minerał, który posiada wartość ekonomiczną. Ale bardziej ukierunkowana definicja obejmowałaby przymiotnik metalonośny, ponieważ cenne ekonomicznie minerały, które nie zawierają metali, są zazwyczaj traktowane jako odrębna kategoria - przemysłowe minerały. Rzeczywiście, można powiedzieć, że interesy geologii gospodarczej są podzielone na trzy obszary: rudy, minerały przemysłowe i paliwa, o których już mówiliśmy.

Samo słowo "ruda" przywołuje na myśl jeden z najstarszych metali na świecie i prawdopodobnie pierwszy materiał opracowany przez prehistorycznych metalurgów: złoto. Nawet hiszpańskie słowo oznaczające złoto, oro, sugeruje związek. Kiedy konkwistadorzy z Hiszpanii przybyli do Nowego Świata po około 1500 roku, oro było ich obsesją, i mówiono, że hiszpańscy najeźdźcy z Meksyku znaleźli każdą odrobinę złota lub rudy srebra na powierzchni ziemi. Jednak górnicy z XVI wieku brakowało dużo wiedzy, która pomaga geologom dziś znaleźć złóż rudy, które nie są na powierzchni.

Lokalizacja i wydobywanie rud:

Nowoczesne podejście wykorzystuje wiedzę uzyskaną z doświadczenia. Podobnie jak w czasach Agricoli, większość bogactwa posiadanego przez spółkę wydobywczą ma formę informacji o środkach, które najlepiej służą wydobywaniu i wydobywaniu materiałów ze stałej ziemi. Pewne powierzchnie wskaźników geochemicznych i geofizycznych pomagają kierować geologami i górnikami szukającymi rudy. Tak więc, zanim firma poszukująca rudy zacznie wiercenie, wykonano wiele prac eksploracyjnych. Dopiero w tym momencie możliwe jest określenie wartości depozytów, które mogą być po prostu minerałami o małym znaczeniu gospodarczym.

Szacuje się, że średnia sześcienna (1, 6 km ³ ) przeciętnej skały zawiera około 1 biliona dolarów metali, co na początku brzmi obiecująco - dopóki nie zrobi się matematyki. Bilion dolarów to dużo pieniędzy, ale 1 cu. mi. (5 280 x 5 280 x 5 280 stóp lub 1, 609 km ³ ) to także dużo miejsca. Rezultat jest taki, że 1 cu. ft. (0, 028 m ³ ) jest wart zaledwie około 6, 79 USD. Ale to średnia stopa sześcienna w przeciętnej sześciennej milie skał, a żadna firma wydobywcza nie rozważałaby nawet próby wydobycia metali ze średniej powierzchni ziemi. Zamiast tego, żywotna ruda pojawia się tylko w regionach, które zostały poddane procesom geologicznym, które koncentrują metale w taki sposób, że ich obfitość jest zwykle setki razy większa niż na Ziemi jako całości.

Ruda zawiera inne minerały, znane jako skały płonne, które nie mają wartości ekonomicznej, ale służą jako znak, że rudę można znaleźć w tym regionie. Obecność kwarcu może na przykład sugerować złogi złota. Ruda może występować w osadach magmowych, metamorficznych lub osadowych, podobnie jak w płynach hydrotermalnych. Te ostatnie są emanacjami ze skały magmowej, w postaci gazu lub wody, które rozpuszczają metale ze skał, przez które przechodzą, a następnie osadzają rudę w innych miejscach.

Konfrontacja z niebezpieczeństwami górnictwa:

Górnictwo, sposób wydobywania nie tylko rud, ale także wielu minerałów przemysłowych i paliw, takich jak węgiel, jest trudną pracą obarczoną licznymi niebezpieczeństwami. Górnicy narażeni są na krótkoterminowe zagrożenia, takie jak zawalenia, zalania lub uwolnienia gazów w kopalniach, a także długotrwałe zagrożenia, takie jak choroby związane z górnictwem, takie jak czarne płuca (zazwyczaj zagrożenie węglem). górniczy). Jest też stres psychiczny i emocjonalny, który wynika z spędzenia ośmiu lub więcej godzin dziennie na słońcu, w klaustrofobicznym otoczeniu.

I oczywiście istnieje stres środowiskowy wywołany przez wydobycie - nie tylko przez bezpośredni wpływ cięcia na powierzchnię Ziemi, co może zakłócić ekosystemy na powierzchni, ale niezliczone dodatkowe problemy, takie jak przenikanie zanieczyszczeń do stół wodny. Opuszczone kopalnie stwarzają dalsze zagrożenia, w tym zagrożenie osiadaniem, które w dłuższej perspektywie powoduje, że lokalizacje te są niebezpieczne.

Wyższe standardy ochrony środowiska i bezpieczeństwa pracy, ustanowione w Stanach Zjednoczonych w ciągu ostatniej trzeciej dwudziestego wieku, doprowadziły do zmian w sposobie wydobycia, a także w sposobie, w jaki miny pozostały po zakończeniu prac. Na przykład firmy wydobywcze eksperymentowały z użyciem chemikaliów, a nawet bakterii, które mogą rozpuścić metal pod ziemią i pozwolić na wypompowanie go na powierzchnię bez potrzeby tworzenia rzeczywistych podziemnych "szybów i tuneli" lub wysyłania ludzi do pracy górników. .

Minerały przemysłowe i inne produkty:

Jak już wcześniej wspomniano, minerały przemysłowe to niemetaliczne surowce mineralne interesujące dla geologii ekonomicznej. Przykłady obejmują azbest, ogólny termin dla dużej grupy minerałów, które są wysoce odporne na ciepło i płomień; związki boru, które są używane do wytwarzania żaroodpornego szkła, emalii i ceramiki; fosforany i sole potasowe stosowane w nawozach; oraz siarka stosowana w szeregu produktów, od czynników chłodniczych po materiały wybuchowe po oczyszczacze stosowane w produkcji cukru.

Tylko jeden minerał przemysłowy, korund (z grupy tlenków mineralnych), może mieć wiele zastosowań. Niezwykle twardy, korund w postaci nieskonsolidowanej skały, powszechnie nazywanej szmergielami, był używany jako środek ścierny od czasów starożytnych. Ze względu na bardzo wysoką temperaturę topnienia - nawet przy stosowaniu korundu żelaznego stosuje się go również przy wytwarzaniu tlenku glinu; ogniotrwały produkt stosowany w piecach i kominkach. Choć czysty korund jest bezbarwny, śladowe ilości niektórych pierwiastków mogą dać jaskrawe kolory: stąd korund z śladami chromu staje się czerwonym rubinem, podczas gdy ślady żelaza, tytanu i innych pierwiastków dają odmiany szafiru w kolorze żółtym, zielonym i fioletowym jak oraz znajomy niebieski.

Wpływ geologii ekonomicznej na środowisko:

Kilka dekad temu większość geologów zajmowała się poszukiwaniem i rozwojem zasobów mineralnych. Jednak geologia gospodarcza i zastosowanie geologii do problemów środowiska miejskiego powoli domagają się usług coraz większej liczby geologów. Dzisiaj wystarczająca liczba ekonomicznych geologów interesuje się problemami środowiskowymi (wiele z nich nie jest związanych z wydobyciem i ma interes w geochemii i petrologii). Zgadzają się z myślą, że "zasoby mineralne będą zawsze potrzebne", ale "kwestie środowiskowe są głównym czynnikiem wpływającym na wykonalność wydobycia".

Obecnie istnieje większe zainteresowanie środowiskiem niż kiedykolwiek wcześniej i stoimy w obliczu obaw związanych z oddziaływaniem na środowisko niemal każdego aspektu naszego codziennego życia. Woda, gleba, powietrze i środowisko biologiczne mogą być radykalnie zmieniane przez działalność społeczeństw przemysłowych, takich jak nasze, także poprzez mechanizmy kontrolowane przez procesy geologiczne.

Usuwanie odpadów, zanieczyszczenie ziemi przez przemysł, wpływ górnictwa, zanieczyszczenie wody, a nawet jakość powietrza (poprzez rozpraszanie unoszących się w powietrzu cząstek mineralnych) mają wpływ na procesy i zjawiska geologiczne kontrolowane składem, rozmieszczeniem, strukturą i zachowaniem się leżących poniżej skał . Na codzienne problemy środowiskowe w mniejszym lub większym stopniu wpływa geologia. Kurs ma na celu przedstawienie szerokiego przeglądu tych wielu i różnych aspektów geologii środowiskowej, dostarczając naukowych ram dla zrozumienia kluczowych zagadnień środowiskowych.

Kwestie środowiskowe są głównym czynnikiem decydującym o tym, czy złoża mineralne zostaną opracowane i wydobyte. Większość ekonomicznych geologów i przedsiębiorstw górniczych wspiera wysiłki na rzecz zmniejszenia degradacji środowiska w związku z wydobyciem.

Efekty środowiskowe:

Górnictwo, nie mniej niż rolnictwo, zawsze było niezbędne dla postępu ludzkości. Rzeczywiście używamy teraz większości elementów w układzie okresowym. Jednak jako. przeludnienie i dążenie do wyższego standardu życia powodują wzrost popytu na minerały i metale, wzrosło zaniepokojenie skutkami wydobywania i wiercenia w środowisku naturalnym i coraz bardziej oczywiste jest, że zasoby Ziemi nie są niewyczerpane.

W raporcie z 1987 r. "Nasza wspólna przyszłość" Światowa Komisja ds. Środowiska i Rozwoju ONZ wskazała, że świat produkuje siedem razy więcej towarów niż w 1950 r. Komisja zaproponowała "zrównoważony rozwój", małżeństwo gospodarki i ekologia jako jedyne praktyczne rozwiązanie, tj. wzrost bez szkody dla środowiska.

Większość kopalni ma zakład przetwórstwa mineralnego na miejscu, a wiele kopalń metali ma pobliską hutę. W celu ogólnej oceny oddziaływania na środowisko rozwoju nowych operacji wydobywczych musimy wziąć pod uwagę skutki tych trzech. Termin wydobycie obejmuje wszystkie operacje wydobywcze, np. Wydobywanie. Główne obszary problemów omówiono poniżej.

Uszkodzenie terenu:

Oszacowano, że łączne wykorzystanie ziemi do celów górniczych w latach 1976-2000 wynosiłoby około 37 000 km2, czyli około 0, 2% powierzchni lądu. Kraje bardziej rozwinięte mają większy udział w ziemi zakłóconej niż kraje słabiej rozwinięte. Stopień rekultywacji tej ziemi gwałtownie przyspiesza i wykorzystuje się stare dziury do usuwania starych, domowych i innych odpadów.

Pozostałe zaminowane tereny zostały przekształcone w rezerwaty przyrody i parki rekreacyjne. Przyszłe kopalnie mogą rzadziej produkować miejsca do unieszkodliwiania odpadów, ponieważ większość z nich jest obecnie zasypywana. Jest to bardzo potrzebna operacja, ponieważ każdego roku z skorupy ziemskiej pobiera się około 27 000 Mt minerałów niebędących paliwem i nadkład.

Uwalnianie toksycznych substancji:

Metale są ważne nie tylko ze względu na ich wykorzystanie, ale są również integralną częścią naszego makijażu i innych żywych organizmów. Jednakże, chociaż niektóre pierwiastki metaliczne są istotnymi składnikami organizmów żywych, ich niedobory lub nadwyżki mogą być bardzo szkodliwe dla życia. W środowisku naturalnym mogą wystąpić ekscesy wód kopalnianych, które mogą wydobywać się z samej kopalni lub z hałd.

Niektóre metale, np. Kadm, rtęć i niemetale, takie jak antymon, arsen, które występują bardzo często w niewielkich ilościach w wielu rudach siarczków polimetalicznych i rzeczywiście często są odzyskiwane jako produkty uboczne, są bardzo toksyczne, nawet w małych ilościach, szczególnie w postaci rozpuszczalnej które mogą zostać wchłonięte przez żywe organizmy.

To samo dotyczy ołowiu, ale na szczęście jest całkiem niereaktywny, chyba że zostanie spożyty i na szczęście większość minerałów ołowiu, które tworzą się w przyrodzie, jest bardzo nierozpuszczalna w wodzie gruntowej. Cyjanek jest od dawna używany do ekstrakcji złota w zakładach przeróbki minerałów oraz w największym na świecie złożu złota, w Kotlinie Witwaterstrand w USA, w wyniku procesu cyjanizacji następuje znaczne zanieczyszczenie wód powierzchniowych kobaltem, manganem, ołowiem i cynkiem. utlenianie przez kwaśne wody kopalniane. Sam cyjanek nie stanowi problemu, ponieważ rozpada się pod wpływem światła ultrafioletowego w warstwach bliskiej powierzchni. Niemniej jednak w krajach rozwiniętych prawodawstwo wymaga obecnie utworzenia zakładów neutralizacji cyjanku we wszystkich przedsiębiorstwach przemysłowych wykorzystujących tę substancję chemiczną.

Odprowadzanie kopalni kanalizacji:

Kwaśne wody powstające w wyniku obecnego lub minionego wydobycia powodują utlenianie, w obecności powietrza, wody i bakterii, minerałów siarczkowych, w szczególności pirytu. Mogą zatem rozwijać się na polach węglowych, jak również na polach. Powstają kwasy supruryczne i tlenki żelaza. Kwas atakuje inne minerały, tworząc roztwory, które mogą przenosić toksyczne pierwiastki, np. Kadm, arsen do miejscowego środowiska. Wytwarzanie kwaśnej wody może wystąpić podczas etapów poszukiwań, eksploatacji i zamykania kopalni. Wody te mogą pochodzić z trzech głównych źródeł: systemu odwadniania kopalni; składowiska odpadów; i hałdy wody.

Wyładowanie może powodować jedynie nieznaczne skutki, takie jak miejscowe odbarwienie gleb i strumieni za pomocą wytrąconych tlenków żelaza lub prowadzić do rozległego zanieczyszczenia powietrza całym systemem rzecznym i gruntami rolnymi. Na niektórych polach górniczych ten problem jest najgorszy po zamknięciu kopalń. Jest to spowodowane odbiciem lustra wody, które następuje po usunięciu urządzeń pompujących i stało się to pilnym problemem w brytyjskich zagłębiach węglowych, które były i są głównie podziemnymi kopalniami pracującymi z węglami o wysokiej zawartości siarki, ponieważ zamknięcie kopalni przyspieszyło w ciągu ostatniej dekady.

Minerały przemysłowe Minerały przemysłowe mają taki sam ogólny wpływ na środowisko na wody gruntowe i podziemne, jak górnictwo i węgiel, chociaż wpływ ten jest ogólnie mniej zaznaczony, ponieważ kopalnie są zwykle mniejsze i płytsze, a zwykle mniej odpadów powstaje, ponieważ w większości przypadków rudy są wyższe niż w górnictwie metali.

Zagrożenie zanieczyszczeniem powodowane przez metale ciężkie lub wody kwaśne jest niskie lub nie występuje, a zanieczyszczenie atmosfery, spowodowane spalaniem węgla lub wytapianiem rud metali, jest znacznie mniej poważne lub nie występuje. Wykopaliska powstałe w wyniku przemysłowego wydobycia minerałów są często bliskie aglomeracjom, w którym to przypadku te dziury w ziemi mogą mieć wielką wartość jako składowiska odpadów miejskich.

Środki prawne:

Prawne środki egzekwowania środków przeciwdziałających zanieczyszczeniom są bardzo konieczne, choć należy podkreślić, że wiele międzynarodowych firm wydobywczych stosuje się obecnie do najściślejszego samoregulacji nawet w krajach, w których takie przepisy są niewielkie lub nie istnieją.

Oświadczenia dotyczące wpływu na środowisko:

W wielu krajach obowiązkowe jest, aby firma, która złożyła wniosek o pozwolenie na budowę, aby rozpocząć operację mineralną, przygotowała takie oświadczenie. Obejmuje to wszystkie aspekty, począwszy od wpływu na roślinność, klimat, jakość powietrza, hałas, wodę gruntową i powierzchniową, aż po proponowane metody rekultywacji terenu po zakończeniu operacji. W niektórych krajach obligacja musi zostać zdeponowana, aby zapewnić, że nastąpi rekultywacja.

Oświadczenia te muszą zawierać zapisy stanu środowiska w potencjalnym obszarze wydobywczym, gdy wniosek o pozwolenie na budowę został złożony. Firmy zbierają obecnie takie dane na etapie eksploracji, w tym opisy powierzchni i fotografie, analizy geochemiczne pokazujące poziomy tła metali i kwasowości oraz szczegóły dotyczące flory i fauny.

Z punktu widzenia planowania i organów regulacyjnych raporty te przedstawiają najskuteczniejszy sposób minimalizowania szkodliwych skutków od samego początku, ale mogą również być bardzo korzystne dla programisty, ponieważ (i) pomogą one uzyskać pozwolenie na budowę w jak najkrótszym czasie możliwy czas i (ii) często ujawniają aspekty operacji wymagające uwagi na samym początku, a tym samym unikają kosztownych modyfikacji w przyszłości.

Błędy i wydobycie in situ:

Wiele osadów siarczkowych, tj. Miedziaków, jest pokrywanych przez utlenione rudy. Takie rudy można wydobywać, jeśli to konieczne, poprzez ich szczelinowanie przez piaskowanie, a następnie pompowanie kwaśnych roztworów przez skały w celu rozpuszczenia metali, takich jak miedź i uran. Roztwory zawierające metal są pompowane na powierzchnię, a metale odzyskiwane. Można wykorzystać bardzo niskie, małe i nieekonomiczne złoża, a proces można wykorzystać na znacznych głębokościach.

Perspektywy:

Środki takie jak recykling i zastępowanie oraz nowa technologia materiałów będą miały swój udział w ograniczaniu wpływu eksploatacji minerałów na środowisko, ale w najbliższej przyszłości musimy patrzeć na rosnące poczucie odpowiedzialności przez wszystkich zaangażowanych w jakikolwiek sposób z przemysłem. czy to deweloperzy, czy regulatorzy.

Istnieje wiele nadziei, że tak się dzieje: na przykład w 1992 r. 19 dużych korporacji wydobywczych z pięciu kontynentów połączyło się, by utworzyć międzynarodową radę ds. Metali i środowiska, której zadaniem jest promowanie rozwoju, wdrażania i harmonizacji dźwięku. polityki i praktyki w zakresie ochrony środowiska i zdrowia, które zapewnią bezpieczną produkcję, stosowanie, recykling i usuwanie metali.