Geologia

Introduzione

Figura 1. L’alluminio è fatto dai minerali contenenti alluminio nella bauxite.

Alcuni minerali sono molto utili. Un minerale è una roccia che contiene minerali con elementi utili. L’alluminio nel minerale di bauxite (figura 1) viene estratto dal terreno e raffinato per essere usato nei fogli di alluminio e in molti altri prodotti. Il costo di creare un prodotto da un minerale dipende da quanto è abbondante il minerale e da quanto costano i processi di estrazione e raffinazione. Il danno ambientale di questi processi spesso non è calcolato nel costo di un prodotto. È importante usare saggiamente le risorse minerarie.

Ricerca ed estrazione dei minerali

I processi geologici creano e concentrano i minerali che sono risorse naturali preziose. I geologi studiano le formazioni geologiche e poi testano le proprietà fisiche e chimiche del suolo e delle rocce per localizzare possibili minerali e determinare la loro dimensione e concentrazione.

Un deposito minerario viene estratto solo se è redditizio. Una concentrazione di minerali è chiamata deposito minerario solo se è redditizio da estrarre. Ci sono molti modi per estrarre i minerali.

Surface Mining

L’estrazione mineraria superficiale permette di estrarre i minerali che sono vicini alla superficie terrestre. La roccia sovrastante viene fatta saltare e la roccia che contiene i minerali preziosi viene messa in un camion e portata in una raffineria. Come illustrato nella figura 2, l’estrazione mineraria di superficie include l’estrazione a cielo aperto e la rimozione delle cime delle montagne. Altri metodi di estrazione di superficie includono lo strip mining, il placer mining e il dragaggio. Lo strip mining è come l’estrazione a cielo aperto ma con materiale rimosso lungo una striscia.

Figura 2. Queste diverse forme di surface mining sono metodi per estrarre i minerali vicino alla superficie terrestre.

I placer sono minerali preziosi che si trovano nelle ghiaie dei fiumi. Il soprannome della California, lo Stato d’oro, può essere fatto risalire alla scoperta di depositi d’oro placer nel 1848. L’oro fu estratto dalla dura roccia metamorfica della Sierra Nevada occidentale, che contiene anche depositi di rame, piombo, zinco, argento, cromite e altri minerali preziosi. L’oro viaggiò lungo i fiumi e poi si stabilì in depositi di ghiaia. Attualmente, la California ha miniere attive per l’oro e l’argento e per i minerali non metallici come la sabbia e la ghiaia, che sono usati per l’edilizia.

Miniere sotterranee

Le miniere sotterranee sono usate per recuperare i minerali che si trovano più in profondità nella superficie terrestre. I minatori fanno esplodere e scavare tunnel nella roccia per accedere ai minerali. Il modo in cui l’estrazione sotterranea viene affrontata – dall’alto, dal basso o lateralmente – dipende dalla posizione del corpo minerario, dalla sua profondità, dalla concentrazione del minerale e dalla forza della roccia circostante.

L’estrazione sotterranea è molto costosa e pericolosa. L’aria fresca e la luce devono essere portate nelle gallerie per i minatori, e gli incidenti sono troppo comuni.

Estrazione del minerale

Figura 3. Il de Young Museum di San Francisco è ricoperto di pannelli di rame. Il rame viene estratto dai minerali di rame.

Il viaggio del minerale per diventare un materiale utilizzabile è appena iniziato quando il minerale lascia la miniera (figura 3). Le rocce vengono frantumate in modo che i minerali preziosi possano essere separati dalla roccia di scarto. Poi i minerali vengono separati dal minerale. Alcuni metodi per estrarre il minerale sono:

• lisciviazione: l’aggiunta di sostanze chimiche, come cianuro o acido, per rimuovere il minerale.
• flottazione: l’aggiunta di un composto che si attacca al minerale prezioso e galleggia.
• fusione: arrostimento della roccia, che provoca la segregazione in strati in modo che il minerale possa essere estratto.

Per estrarre il metallo dal minerale, la roccia viene fusa a una temperatura superiore a 900°C, il che richiede molta energia. L’estrazione del metallo dalla roccia richiede così tanta energia che se si riciclano solo 40 lattine di alluminio, si risparmia l’equivalente energetico di un gallone di benzina.

Mining and the Environment

Figura 4. Drenaggio acido da una miniera di carbone di superficie nel Missouri.

Anche se l’estrazione mineraria fornisce alle persone molte risorse necessarie, i costi ambientali possono essere alti. L’estrazione mineraria di superficie libera il paesaggio dagli alberi e dal terreno, e i torrenti e i laghi vicini sono inondati di sedimenti. Le sostanze inquinanti della roccia estratta, come i metalli pesanti, entrano nei sedimenti e nel sistema idrico. Gli acidi fluiscono da alcuni siti minerari, cambiando la composizione dei corsi d’acqua vicini (figura 4).

La legge degli Stati Uniti è cambiata in modo che negli ultimi decenni una regione mineraria deve essere riportata al suo stato naturale, un processo chiamato bonifica. Questo non è vero per le vecchie miniere. I pozzi possono essere riempiti di nuovo o rimodellati e la vegetazione piantata. I pozzi possono essere lasciati riempire d’acqua e diventare laghi o possono essere trasformati in discariche. Le miniere sotterranee possono essere sigillate o lasciate aperte come case per i pipistrelli.

Minerali preziosi

Figura 5. Le pietre preziose sono disponibili in molti colori.

Alcuni minerali sono preziosi perché sono belli. La giada è stata usata per migliaia di anni in Cina. I diamanti brillano su molti anelli di fidanzamento. Minerali come la giada, il turchese, i diamanti e gli smeraldi sono pietre preziose. Una pietra preziosa, o gemma, è un materiale che viene tagliato e lucidato per i gioielli. Molte gemme, tra cui molti in figura 5, sono minerali.

Le pietre preziose sono solitamente rare e non si rompono o graffiano facilmente. La maggior parte sono tagliate lungo le facce di clivaggio e poi lucidate in modo che la luce rimbalzi sui piani di clivaggio (figura 6). La luce non passa attraverso le gemme che sono opache, come il turchese.

Figura 6. Rubino non tagliato (a sinistra) e tagliato (a destra). Il rubino tagliato e lucidato brilla.

Le pietre preziose non sono solo usate in gioielleria. I diamanti sono usati per tagliare e lucidare altri materiali, come il vetro e i metalli, perché sono così duri. Il minerale corindone, di cui il rubino e lo zaffiro sono varietà, è usato in prodotti come la carta vetrata.

I minerali sono usati in posti molto meno ovvi. Il gesso minerale è usato per il cartongesso nelle case. Il vetro delle finestre è fatto di sabbia, che è principalmente quarzo. L’halite viene estratta per il salgemma. Il rame è usato nei cavi elettrici, e la bauxite è la fonte dell’alluminio usato nelle lattine di soda.

Riassunto della lezione

• I geologi usano molti metodi per trovare i depositi di minerali che saranno redditizi da estrarre.
• I depositi di minerali possono essere estratti con metodi di superficie o sotterranei.
• L’estrazione mineraria fornisce risorse importanti ma ha dei costi ambientali.
• Per la legge americana, i terreni attualmente minati devono essere sottoposti a bonifica. Questo non è vero per le vecchie miniere.
• I minerali metallici devono essere fusi per ottenere i metalli.
• Molte gemme sono tagliate e lucidate per aumentarne la bellezza.
• I minerali sono usati in una varietà di modi.

Domande di riflessione

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