Geologia

Introduction

Figure 1. Alumiinia valmistetaan bauksiitin alumiinia sisältävistä mineraaleista.

Jotkut mineraalit ovat erittäin hyödyllisiä. Malmi on kivi, joka sisältää mineraaleja, joissa on hyödyllisiä alkuaineita. Bauksiittimalmissa (kuva 1) oleva alumiini louhitaan maasta ja jalostetaan käytettäväksi alumiinifoliossa ja monissa muissa tuotteissa. Kustannukset, jotka aiheutuvat tuotteen valmistamisesta mineraalista, riippuvat siitä, kuinka runsaasti mineraalia on ja kuinka paljon louhinta- ja jalostusprosessit maksavat. Näiden prosessien aiheuttamia ympäristövahinkoja ei useinkaan oteta huomioon tuotteen kustannuksissa. On tärkeää käyttää mineraalivaroja viisaasti.

Mineraalien löytäminen ja louhinta

Geologisissa prosesseissa syntyy ja rikastuu mineraaleja, jotka ovat arvokkaita luonnonvaroja. Geologit tutkivat geologisia muodostumia ja testaavat sitten maaperän ja kivien fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia mahdollisten malmien löytämiseksi ja niiden koon ja pitoisuuden määrittämiseksi.

Mineraaliesiintymää louhitaan vain, jos se on kannattavaa. Mineraalien keskittymää kutsutaan malmiesiintymäksi vain, jos sen louhiminen on kannattavaa. Malmeja voidaan louhia monin eri tavoin.

Pintakaivostoiminta

Pintakaivostoiminnan avulla voidaan louhia malmeja, jotka ovat lähellä maan pintaa. Yläpuolinen kallio räjäytetään ja arvokkaita mineraaleja sisältävä kivi laitetaan kuorma-autoon ja viedään jalostamoon. Kuten kuvassa 2 on esitetty, pintakaivostoimintaan kuuluvat avolouhokset ja vuorten louhinta. Muita pintakaivostoiminnan menetelmiä ovat muun muassa kaivoskaivostoiminta, paikkakaivostoiminta ja ruoppaus. Kaivoskaivostoiminta on samanlaista kuin avolouhoskaivostoiminta, mutta materiaalia poistetaan kaistaa pitkin.

Kuva 2. Kaivoskaivostoiminta. Nämä pintakaivostoiminnan eri muodot ovat menetelmiä, joilla malmia louhitaan lähellä maan pintaa.

Louhokset ovat arvokkaita mineraaleja, joita löytyy purojen sorasta. Kalifornian lempinimi, Kultainen osavaltio, juontaa juurensa vuonna 1848 löydettyihin kultaa sisältäviin paakkuainesesiintymiin. Kulta irtosi kovasta metamorfisesta kivestä läntisessä Sierra Nevadassa, jossa on myös kupari-, lyijy-, sinkki-, hopea-, kromiitti- ja muita arvokkaita mineraaleja. Kulta kulkeutui jokia pitkin ja laskeutui soraesiintymiin. Tällä hetkellä Kaliforniassa on aktiivisia kaivoksia, joissa louhitaan kultaa ja hopeaa sekä muita kuin metallimineraaleja, kuten hiekkaa ja soraa, joita käytetään rakentamiseen.

Pohjakaivostoiminta

Pohjakaivostoiminnan avulla otetaan talteen malmeja, jotka ovat syvemmällä maan pinnassa. Kaivosmiehet räjäyttävät ja tunneloivat kalliota päästäkseen käsiksi malmiin. Se, miten maanalaista kaivostoimintaa lähestytään – ylhäältä, alhaalta vai sivusta – riippuu malmion sijainnista, syvyydestä, malmipitoisuudesta ja ympäröivän kallion lujuudesta.

Maanalainen kaivostoiminta on hyvin kallista ja vaarallista. Tunneleihin on myös tuotava raitista ilmaa ja valoja kaivostyöläisiä varten, ja onnettomuudet ovat aivan liian yleisiä.

Raaka-aineen louhinta

Kuvio 3. Kaivostyö. San Franciscossa sijaitseva de Young -museo on päällystetty kuparipaneeleilla. Kuparia louhitaan ja louhitaan kuparimalmista.

Malmin matka käyttökelpoiseksi materiaaliksi on vasta alussa, kun malmi lähtee kaivoksesta (kuva 3). Kivet murskataan, jotta arvokkaat mineraalit voidaan erottaa jätekivestä. Sitten mineraalit erotetaan malmista. Muutamia malmin louhintamenetelmiä ovat:

• kasaliuotus: kemikaalien, kuten syanidin tai hapon, lisääminen malmin poistamiseksi.
• flotaatio: sellaisen yhdisteen lisääminen, joka kiinnittyy arvokkaaseen mineraaliin ja kelluu.
• sulatus: kiven paahtaminen, jolloin se erottuu kerroksiksi, jotta mineraali voidaan irrottaa.

Metallin irrottamiseksi malmista kivi sulatetaan yli 900 °C:n lämpötilassa, mikä vaatii paljon energiaa. Metallin louhiminen kivestä on niin energiaintensiivistä, että jos kierrätät vain 40 alumiinitölkkiä, säästät yhden gallonan bensiiniä vastaavan energiamäärän.

Valmistaminen ja ympäristö

Kuvio 4. Kaivostoiminta ja ympäristö. Missourissa sijaitsevan hiilikaivoksen hapan valuma.

Vaikka kaivostoiminta tarjoaa ihmisille monia tarvittavia resursseja, ympäristökustannukset voivat olla suuret. Pintakaivostoiminta raivaa maisemaa puista ja maaperästä, ja läheiset purot ja järvet tulvivat sedimentillä. Kaivetusta kivestä peräisin olevat epäpuhtaudet, kuten raskasmetallit, pääsevät sedimenttiin ja vesistöön. Joiltakin kaivosalueilta virtaa happoja, jotka muuttavat läheisten vesistöjen koostumusta (kuva 4).

Yhdysvaltojen lainsäädäntö on muuttunut siten, että viime vuosikymmeninä kaivosalue on palautettava luonnontilaansa, prosessia kutsutaan kunnostamiseksi. Tämä ei koske vanhempia kaivoksia. Kaivokset voidaan täyttää uudelleen tai muotoilla uudelleen ja istuttaa kasvillisuutta. Kaivosten voidaan antaa täyttyä vedellä ja muuttua järviksi tai ne voidaan muuttaa kaatopaikoiksi. Maanalaiset kaivokset voidaan sulkea tai jättää auki lepakoiden asunnoiksi.

Arvokkaat mineraalit

Kuva 5. Jalokiviä on monenvärisiä.

Jotkut mineraalit ovat arvokkaita, koska ne ovat kauniita. Jadea on käytetty Kiinassa tuhansia vuosia. Timantit kimaltelevat monissa kihlasormuksissa. Mineraalit, kuten jade, turkoosi, timantit ja smaragdit, ovat jalokiviä. Jalokivi eli jalokivi on materiaali, joka on hiottu ja kiillotettu koruja varten. Monet jalokivet, myös monet kuvassa 5 esitetyistä, ovat mineraaleja.

Jalokivet ovat yleensä harvinaisia, eivätkä ne rikkoudu tai naarmuunnu helposti. Useimmat leikataan halkaisupintoja pitkin ja sitten kiillotetaan niin, että valo kimpoaa takaisin halkaisutasoista (kuva 6). Valo ei läpäise läpinäkymättömiä jalokiviä, kuten turkoosia.

Kuva 6. Hiomaton (vasemmalla) ja hiottu (oikealla) rubiini. Hiottu ja kiillotettu rubiini kimaltelee.

Kiviä ei käytetä vain koruissa. Timantteja käytetään muiden materiaalien, kuten lasin ja metallien, leikkaamiseen ja kiillottamiseen, koska ne ovat niin kovia. Mineraalia korundi, jonka lajikkeita rubiini ja safiiri ovat, käytetään esimerkiksi hiekkapaperissa.

Mineraaleja käytetään paljon vähemmän ilmeisissä paikoissa. Mineraalia kipsi käytetään asuntojen kipsilevyihin. Ikkunalasi valmistetaan hiekasta, joka on enimmäkseen kvartsia. Haliittia louhitaan vuorisuolaksi. Kuparia käytetään sähköjohdoissa, ja bauksiitista valmistetaan alumiinia, jota käytetään limsatölkeissä.

Luennon yhteenveto

• Geologit käyttävät monia menetelmiä löytääkseen mineraaliesiintymiä, joiden louhiminen on kannattavaa.
• Malmiesiintymiä voidaan louhia pinta- tai maanalaisilla louhintamenetelmillä.
• Mineraalien louhimisesta saadaan tärkeitä luonnonvaroja, mutta siitä aiheutuu ympäristökustannuksia.
• Yhdysvaltojen lain mukaan nykyisin louhittu maa-alue on kunnostettava. Tämä ei päde vanhoihin kaivoksiin.
• Metallimalmit on sulatettava, jotta niistä saadaan metalleja.
• Monia jalokiviä hiotaan ja kiillotetaan niiden kauneuden lisäämiseksi.
• Mineraaleja käytetään monin eri tavoin.

Pohdintakysymykset

• Minkä taidon kehittymisessä tämä sisältö auttaa sinua?
• Mitä keskeisiä aiheita tässä sisällössä käsitellään?
• Miten tämän osion sisältö voi auttaa sinua osoittamaan tietyn taidon hallintaa?
• Mitä kysymyksiä sinulla on tästä sisällöstä?