Geológia

Bevezetés

Figure 1. Az alumíniumot a bauxitban található alumíniumtartalmú ásványokból állítják elő.

Egyes ásványok nagyon hasznosak. Az érc olyan kőzet, amely hasznos elemeket tartalmazó ásványokat tartalmaz. A bauxitércben lévő alumíniumot (1. ábra) a földből nyerik ki és finomítják, hogy alumíniumfóliában és sok más termékben használják fel. Egy termék ásványból való előállításának költsége attól függ, hogy az ásvány mennyire bőséges, és mennyibe kerül a kitermelési és finomítási folyamat. Az ezen eljárásokból eredő környezeti károkat gyakran nem számítják bele a termék költségébe. Fontos, hogy az ásványi nyersanyagokat bölcsen használjuk fel.

Ásványok keresése és bányászata

Geológiai folyamatok során keletkeznek és koncentrálódnak az ásványok, amelyek értékes természeti erőforrások. A geológusok tanulmányozzák a geológiai képződményeket, majd megvizsgálják a talaj és a kőzetek fizikai és kémiai tulajdonságait, hogy felkutassák a lehetséges érceket, és meghatározzák azok méretét és koncentrációját.

Egy ásványi lelőhelyet csak akkor bányásznak ki, ha az nyereséges. Az ásványi anyagok koncentrációját csak akkor nevezzük érclelőhelynek, ha bányászata nyereséges. Az ércek kitermelésének számos módja van.

Földfelszíni bányászat

A felszíni bányászat lehetővé teszi a földfelszínhez közeli ércek kitermelését. A felette lévő kőzetet felrobbantják, és az értékes ásványokat tartalmazó kőzetet teherautóra rakják, és egy finomítóba szállítják. A 2. ábrán látható módon a külszíni bányászat magában foglalja a külszíni bányászatot és a hegyvidéki fejtést. A külszíni bányászat egyéb módszerei közé tartozik a külszíni bányászat, a süllyesztett bányászat és a kotrás. A külszíni bányászat olyan, mint a külszíni bányászat, de az anyagot egy sáv mentén távolítják el.

2. ábra. A külszíni bányászat ezen különböző formái a földfelszínhez közeli ércek kitermelésének módszerei.

A meddőhányók a patakok kavicsaiban található értékes ásványok. Kalifornia beceneve, az Aranyállam, a placer aranylelőhelyek 1848-as felfedezésére vezethető vissza. Az arany a nyugati Sierra Nevada kemény metamorf kőzetéből vált ki, amely réz, ólom, cink, ezüst, kromit és más értékes ásványok lelőhelyeit is tartalmazza. Az arany lefelé vándorolt a folyókon, majd kavicslelőhelyeken telepedett le. Jelenleg Kaliforniában aktív bányák működnek arany és ezüst, valamint nem fémes ásványok, például homok és kavics kitermelésére, amelyeket az építőiparban használnak.

Földalatti bányászat

A földalatti bányászatot a földfelszín alatt mélyebben fekvő ércek kitermelésére használják. A bányászok sziklába robbantanak és alagutat ásnak, hogy hozzáférjenek az ércekhez. A föld alatti bányászat megközelítési módja – felülről, alulról vagy oldalról – az érctest elhelyezkedésétől, mélységétől, az érc koncentrációjától és a környező kőzet szilárdságától függ.

A föld alatti bányászat nagyon drága és veszélyes. A bányászok számára friss levegőt és világítást is be kell vinni az alagutakba, és túlságosan gyakoriak a balesetek.

Kőfejtés

3. ábra. A San Franciscó-i de Young Múzeumot rézlemezek borítják. A rezet rézércekből bányásszák és nyerik ki.

Az érc útja a felhasználható anyaggá válásig még csak most kezdődik, amikor az érc elhagyja a bányát (3. ábra). A kőzeteket összezúzzák, hogy az értékes ásványokat el lehessen választani a hulladék kőzettől. Ezután az ásványi anyagokat kiválogatják az ércből. Az érc kinyerésének néhány módszere:

• heapleaching: vegyszerek, például cianid vagy sav hozzáadása az érc eltávolítására.
• flotáció: olyan vegyület hozzáadása, amely az értékes ásványhoz kötődik és lebeg.
• olvasztás: a kőzet pörkölése, melynek hatására az rétegekre válik szét, így az ásvány kivonható.

A fém kivonásához az ércből a kőzetet 900 °C-nál magasabb hőmérsékleten megolvasztják, ami sok energiát igényel. A fém kivonása a kőzetből olyan energiaigényes, hogy ha csak 40 alumíniumdobozt újrahasznosítunk, akkor egy gallon benzinnek megfelelő energiát takarítunk meg.

A bányászat és a környezet

4. ábra. Egy Missouri állambeli külszíni szénbányából származó savas vízelvezetés.

Bár a bányászat sok szükséges erőforrást biztosít az embereknek, a környezeti költségek magasak lehetnek. A külszíni bányászat megtisztítja a tájat a fáktól és a talajtól, a közeli patakokat és tavakat pedig elönti az üledék. A bányászott kőzetből származó szennyező anyagok, például nehézfémek, bekerülnek az üledékbe és a vízrendszerbe. Egyes bányatelepekről savak áramlanak ki, megváltoztatva a közeli vízfolyások összetételét (4. ábra).

Az amerikai törvények úgy változtak, hogy az utóbbi évtizedekben a bányaterületet vissza kell állítani a természetes állapotába, ezt a folyamatot nevezik rekultivációnak. Ez nem igaz a régebbi bányákra. A gödröket újra fel lehet tölteni vagy át lehet alakítani, és növényzetet lehet telepíteni. A gödrök feltöltődhetnek vízzel és tavakká válhatnak, vagy hulladéklerakóvá alakíthatók. A földalatti bányákat lezárhatják vagy nyitva hagyhatják denevérek lakhelyéül.

Értékes ásványok

5. ábra. A drágakövek sokféle színben léteznek.

Néhány ásvány azért értékes, mert szépek. A jádét évezredek óta használják Kínában. A gyémántok sok eljegyzési gyűrűn csillognak. Az olyan ásványok, mint a jáde, a türkiz, a gyémánt és a smaragd drágakövek. A drágakő, vagy drágakő olyan anyag, amelyet ékszerekhez csiszolnak és csiszolnak. Sok drágakő, köztük az 5. ábrán látható számos ásvány is.

A drágakövek általában ritkák, és nem törnek vagy karcolódnak könnyen. A legtöbbet hasadási síkok mentén vágják, majd úgy csiszolják, hogy a fény visszaverődjön a hasadási síkokról (6. ábra). Az olyan átlátszatlan drágaköveken, mint például a türkiz, nem hatol át a fény.

6. ábra. Csiszolatlan (balra) és csiszolt (jobbra) rubin. A csiszolt és csiszolt rubin szikrázik.

A drágaköveket nem csak ékszerekben használják. A gyémántokat más anyagok, például üveg és fémek vágására és csiszolására is használják, mert olyan kemények. A korund ásványt, amelynek a rubin és a zafír a fajtái, olyan termékekben használják, mint a csiszolópapír.

Az ásványokat sokkal kevésbé nyilvánvaló helyeken használják. A gipsz nevű ásványt a lakásokban a lemezburkolathoz használják. Az ablaküvegek homokból készülnek, amelyek többnyire kvarcból állnak. A halitból bányásznak kősót. A rezet az elektromos vezetékekben használják, a bauxit pedig az üdítős dobozokban használt alumínium forrása.

Lekció összefoglalása

• A geológusok számos módszert alkalmaznak, hogy megtalálják azokat az ásványi lelőhelyeket, amelyek bányászata jövedelmező lesz.
• Az érclelőhelyek bányászata történhet külszíni vagy földalatti bányászati módszerekkel.
• A bányászat fontos erőforrásokat biztosít, de környezeti költségekkel jár.
• Az Egyesült Államok törvényei szerint a jelenleg bányászott földeket rekultiválni kell. Ez nem igaz a régi bányákra.
• A fémek előállításához a fémérceket meg kell olvasztani.
• Sok drágakövet vágnak és csiszolnak, hogy növeljék szépségüket.
• Az ásványokat sokféleképpen használják.

Reflexiós kérdések

• Milyen készség fejlesztését segíti ez a tartalom?
• Melyek az ebben a tartalomban tárgyalt kulcsfontosságú témák?
• Hogyan segíthet az ebben a részben található tartalom egy adott készség elsajátításának bizonyításában?
• Milyen kérdéseid vannak ezzel a tartalommal kapcsolatban?