Geologie

Einführung

Abbildung 1. Aluminium wird aus den aluminiumhaltigen Mineralien in Bauxit hergestellt.

Einige Mineralien sind sehr nützlich. Ein Erz ist ein Gestein, das Mineralien mit nützlichen Elementen enthält. Das Aluminium im Bauxiterz (Abbildung 1) wird aus dem Boden gewonnen und raffiniert, um in Aluminiumfolie und vielen anderen Produkten verwendet zu werden. Die Kosten für die Herstellung eines Produkts aus einem Mineral hängen davon ab, wie häufig das Mineral vorkommt und wie viel der Abbau und die Raffination kosten. Die durch diese Prozesse verursachten Umweltschäden werden oft nicht in die Kosten eines Produkts eingerechnet. Es ist wichtig, mineralische Ressourcen vernünftig zu nutzen.

Mineralien finden und abbauen

Geologische Prozesse erzeugen und konzentrieren Mineralien, die wertvolle natürliche Ressourcen sind. Geologen untersuchen geologische Formationen und testen dann die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Böden und Gesteinen, um mögliche Erze zu lokalisieren und ihre Größe und Konzentration zu bestimmen.

Eine Mineralienlagerstätte wird nur abgebaut, wenn sie rentabel ist. Eine Konzentration von Mineralien wird nur dann als Erzlagerstätte bezeichnet, wenn der Abbau rentabel ist. Es gibt viele Möglichkeiten, Erze abzubauen.

Tagebau

Der Tagebau ermöglicht den Abbau von Erzen, die nahe der Erdoberfläche liegen. Das darüber liegende Gestein wird gesprengt und das Gestein, das die wertvollen Mineralien enthält, wird in einen Lastwagen verladen und zu einer Raffinerie gebracht. Wie in Abbildung 2 dargestellt, umfasst der Tagebau den Tagebau und die Abtragung von Bergkuppen. Andere Methoden des Tagebaus sind der Tagebau, der Seifenbergbau und das Ausbaggern. Der Tagebau entspricht dem Tagebau, bei dem das Material jedoch in einem Streifen abgetragen wird.

Abbildung 2. Bei diesen verschiedenen Formen des Tagebaus handelt es sich um Methoden zur Gewinnung von Erzen nahe der Erdoberfläche.

Kieselsteine sind wertvolle Mineralien, die in Flussschottern gefunden werden. Der Spitzname Kaliforniens, der „Golden State“, geht auf die Entdeckung von Goldvorkommen in Seifenschalen im Jahr 1848 zurück. Das Gold verwitterte aus hartem metamorphem Gestein in der westlichen Sierra Nevada, die auch Vorkommen von Kupfer, Blei, Zink, Silber, Chromit und anderen wertvollen Mineralien enthält. Das Gold wanderte die Flüsse hinunter und setzte sich dann in Kieslagerstätten ab. Gegenwärtig gibt es in Kalifornien aktive Minen für Gold und Silber sowie für nichtmetallische Mineralien wie Sand und Kies, die für den Bau verwendet werden.

Untertagebau

Untertagebau wird zur Gewinnung von Erzen verwendet, die tiefer in der Erdoberfläche liegen. Die Bergleute sprengen und graben sich in den Fels, um an die Erze heranzukommen. Wie der Untertagebau angegangen wird – von oben, von unten oder von der Seite – hängt von der Lage des Erzkörpers, seiner Tiefe, der Konzentration des Erzes und der Festigkeit des umgebenden Gesteins ab.

Untertagebau ist sehr teuer und gefährlich. Außerdem müssen Frischluft und Licht für die Bergleute in die Stollen gebracht werden, und Unfälle sind viel zu häufig.

Erzgewinnung

Abbildung 3. Das de Young Museum in San Francisco ist mit Kupferplatten verkleidet. Kupfer wird aus Kupfererzen abgebaut und gewonnen.

Der Weg des Erzes zu einem verwertbaren Material beginnt erst, wenn das Erz die Mine verlässt (Abbildung 3). Das Gestein wird zerkleinert, damit die wertvollen Mineralien vom Abfallgestein getrennt werden können. Anschließend werden die Mineralien aus dem Erz herausgelöst. Einige Methoden zur Erzgewinnung sind:

• Haufenlaugung: die Zugabe von Chemikalien, wie Zyanid oder Säure, um das Erz zu entfernen.
• Flotation: die Zugabe einer Verbindung, die sich an das wertvolle Mineral anlagert und aufschwimmt.
• Schmelzen: Röstung des Gesteins, so dass es sich in Schichten auflöst und das Mineral gewonnen werden kann.

Um das Metall aus dem Erz zu gewinnen, wird das Gestein bei einer Temperatur von über 900 °C geschmolzen, was viel Energie erfordert. Die Gewinnung von Metall aus Gestein ist so energieintensiv, dass man beim Recycling von nur 40 Aluminiumdosen das Energieäquivalent von einer Gallone Benzin spart.

Bergbau und Umwelt

Abbildung 4. Saures Abwasser aus einem Kohletagebau in Missouri.

Obwohl der Bergbau die Menschen mit vielen benötigten Ressourcen versorgt, können die Umweltkosten hoch sein. Durch den Tagebau wird die Landschaft von Bäumen und Erde befreit, und nahe gelegene Flüsse und Seen werden mit Sedimenten überschwemmt. Schadstoffe aus dem abgebauten Gestein, wie z. B. Schwermetalle, gelangen in das Sediment und das Wassersystem. Aus einigen Minenstandorten fließen Säuren ab, die die Zusammensetzung der nahe gelegenen Wasserläufe verändern (Abbildung 4).

Die US-Gesetzgebung hat sich dahingehend geändert, dass in den letzten Jahrzehnten ein Minengebiet in seinen natürlichen Zustand zurückversetzt werden muss, ein Prozess, der als Rekultivierung bezeichnet wird. Dies gilt nicht für ältere Minen. Gruben können wieder verfüllt oder umgestaltet und mit Pflanzen bepflanzt werden. Gruben können sich mit Wasser füllen und zu Seen werden, oder sie werden zu Mülldeponien. Unterirdische Minen können versiegelt oder offen gelassen werden, um Fledermäusen ein Zuhause zu bieten.

Wertvolle Mineralien

Abbildung 5. Edelsteine gibt es in vielen Farben.

Einige Mineralien sind wertvoll, weil sie schön sind. Jade wird in China schon seit Tausenden von Jahren verwendet. Diamanten glitzern auf vielen Verlobungsringen. Mineralien wie Jade, Türkis, Diamanten und Smaragde sind Edelsteine. Ein Edelstein ist ein Material, das für die Herstellung von Schmuck geschliffen und poliert wird. Viele Edelsteine, einschließlich der in Abbildung 5 gezeigten, sind Mineralien.

Edelsteine sind in der Regel selten und brechen oder zerkratzen nicht leicht. Die meisten werden entlang der Spaltflächen geschliffen und dann poliert, so dass das Licht von den Spaltflächen zurückgeworfen wird (Abbildung 6). Licht dringt nicht durch Edelsteine, die undurchsichtig sind, wie z. B. Türkis.

Abbildung 6. Ungeschliffener (links) und geschliffener (rechts) Rubin. Der geschliffene und polierte Rubin funkelt.

Edelsteine werden nicht nur in Schmuckstücken verwendet. Diamanten werden zum Schleifen und Polieren anderer Materialien wie Glas und Metalle verwendet, weil sie so hart sind. Das Mineral Korund, von dem Rubin und Saphir verschiedene Arten sind, wird in Produkten wie Schleifpapier verwendet.

Mineralien werden an viel weniger offensichtlichen Stellen verwendet. Das Mineral Gips wird für die Rigipsplatten in Häusern verwendet. Fensterglas wird aus Sand hergestellt, der meist aus Quarz besteht. Halit wird für Steinsalz abgebaut. Kupfer wird in elektrischen Leitungen verwendet, und Bauxit ist die Quelle für das Aluminium in Getränkedosen.

Zusammenfassung der Lektion

• Geologen verwenden viele Methoden, um Mineralvorkommen zu finden, deren Abbau rentabel ist.
• Erzvorkommen können im Tagebau oder im Untertagebau abgebaut werden.
• Bergbau liefert wichtige Ressourcen, verursacht aber auch Umweltkosten.
• Nach amerikanischem Recht muss derzeit abgebautes Land rekultiviert werden. Das gilt nicht für alte Minen.
• Metallerze müssen geschmolzen werden, um Metalle zu gewinnen.
• Viele Edelsteine werden geschliffen und poliert, um ihre Schönheit zu erhöhen.
• Mineralien werden auf vielfältige Weise verwendet.

Reflexionsfragen

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