地質学

はじめに

図1. アルミニウムはボーキサイトに含まれるアルミニウム含有鉱物から作られます。

鉱物の中には、とても便利なものがあります。 鉱石とは、有用な元素を持つ鉱物を含む岩石のことです。 ボーキサイト鉱石（図1）に含まれるアルミニウムは、地中から採取され、精製されてアルミホイルをはじめとするさまざまな製品に使用されます。 鉱石から製品を作るためのコストは、その鉱石がどれだけ豊富にあるか、そして採掘や精錬のプロセスにどれだけのコストがかかるかによって決まる。 また、これらの工程で発生する環境負荷は、製品のコストに含まれないことが多い。 7891>

鉱物の発見と採掘

地質学的なプロセスによって、貴重な天然資源である鉱物が作られ、濃縮されます。 地質学者は、地層を研究し、土壌や岩石の物理的および化学的特性をテストして、可能性のある鉱石を見つけ、そのサイズと濃度を決定します。

鉱床は、それが有益である場合にのみ採掘されます。 鉱物の濃度は、採掘して採算が合う場合にのみ鉱床と呼ばれる。

Surface Mining

Surface miningは、地表に近い鉱石を抽出することができる多くの方法があります。 地表の岩盤を爆破し、貴重な鉱物を含む岩石をトラックに載せて精錬所まで運びます。 図2のように、露天掘りと山頂除去がある。 その他に、ストリップマイニング、プラサー（砂利）採掘、浚渫（しゅんせつ）などがある。 ストリップマイニングは露天掘りのようなものだが、材料が帯状に取り除かれている。

プラッカーは、川の礫の中にある貴重な鉱物です。 カリフォルニアの愛称である「黄金の州」は、1848年に発見された金のプラサー鉱床に遡ることができる。 銅、鉛、亜鉛、銀、クロマイト、その他の貴重な鉱物を含むシエラネバダ山脈西部の硬い変成岩から、金が風化して出てきたのである。 金鉱は川を下り、砂利層に沈んだ。 現在、カリフォルニア州では金や銀のほか、建設に使われる砂や砂利などの非金属鉱物の採掘が行われている。

地中採掘

地中採掘とは、地表より深いところにある鉱石を回収するためのものである。 鉱夫は岩盤を爆破し、トンネルを掘って鉱石にアクセスする。 地下採掘は、鉱体の配置、深さ、鉱石の濃度、周囲の岩石の強度によって、上、下、横からどのようにアプローチするかが決まります。 7891>

鉱石採取

図3.坑道内には新鮮な空気と照明も持ち込まなければならず、事故はあまりにも多い。 サンフランシスコのデ・ヤング美術館は、銅板で覆われている。 銅は銅鉱石から採掘され、抽出される。

鉱石が鉱山を出てから、利用可能な材料になるまでの旅は始まったばかりである（図3）。 岩石は砕かれ、価値のある鉱物が廃石と分離できるようになる。 そして、鉱石から鉱物を分離する。

• ヒープリーチング：シアン化物や酸などの化学物質を加えて鉱石を取り除く。
• フローテーション：価値のある鉱物に付着して浮遊する化合物を添加すること。
• 溶融：岩石を焙焼し、層に分離させて鉱物を取り出すこと。

鉱石から金属を取り出すには、900℃以上の温度で岩石を溶かし、多くのエネルギーを必要とする。 岩石から金属を抽出するのは非常にエネルギー集約的で、アルミ缶を40個だけリサイクルすれば、ガソリン1ガロン分のエネルギーを節約できます。

Mining and the Environment

Figure 4. ミズーリ州の地表炭鉱からの酸性排水。

鉱業は人々に多くの必要な資源を提供しますが、環境コストは高くつくことがあります。 地表炭鉱は、樹木や土壌の景観を一掃し、近くの小川や湖は土砂で氾濫してしまいます。 重金属など、採掘された岩石から出る汚染物質が堆積物や水系に入り込みます。 7891>

米国の法律は、ここ数十年の間に、鉱山地域を自然の状態に戻さなければならないように変更され、そのプロセスは埋め立てと呼ばれています。 これは古い鉱山には当てはまらない。 坑道は埋め戻したり、形を変えたり、植物を植えたりすることができる。 坑内に水をためて湖にしたり、埋立地にすることもある。 7891>

貴重な鉱物

図5.地下の鉱山は密閉されるか、コウモリの住処として開放されることがある。 宝石にはいろいろな色があります。

鉱物の中には、美しいからこそ価値があるものもあります。 ヒスイは、中国で何千年も使われてきた。 ダイヤモンドは多くの婚約指輪に輝きを与えています。 翡翠、ターコイズ、ダイヤモンド、エメラルドなどの鉱物は宝石です。 宝石（ジェムストーン）は、宝飾品用にカットされ、研磨された素材です。 図5の多くを含む多くの宝石は、鉱物である。

宝石は、通常、珍しいと簡単に壊れたり傷ついたりしないようにします。 多くは谷間面に沿ってカットされ、光が谷間面で跳ね返るように研磨される（図6）。 ターコイズのような不透明な宝石は光を通さない。

図6. カットされていない（左）ルビーとカットされた（右）ルビー。 カットして磨いたルビーはキラキラしている。

宝石は宝飾品に使われるだけではありません。 ダイヤモンドは非常に硬いため、ガラスや金属など、他の素材を切ったり磨いたりするのにも使われる。 ルビーやサファイアの仲間であるコランダムは、サンドペーパーなどに使われています。

鉱物は、あまり目立たないところにも使われています。 石膏という鉱物は、家の中のシートロックに使われています。 窓ガラスは、ほとんどが石英である砂から作られます。 ハライトは岩塩として採掘されます。

Lesson Summary

• 地質学者は、採掘で利益が出る鉱床を見つけるために多くの方法を用います。
• 鉱床は、地表または地下の採掘方法で採掘することができます。
• 採掘は重要な資源を提供しますが、環境コストがかかります。
• 米国の法律では、現在採掘されている土地は埋め立てを受けなければならないことになっています。
• Metal ore must be melted to make metals.
• Many gems are cut and polished to increase their beauty.
• Minerals are used in various ways.

Reflection Questions

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