Geologia

Wprowadzenie

Rysunek 1. Aluminium jest wytwarzane z minerałów glinonośnych w boksytach.

Niektóre minerały są bardzo użyteczne. Ruda to skała, która zawiera minerały z użytecznymi pierwiastkami. Aluminium w rudzie boksytu (rysunek 1) jest wydobywane z ziemi i rafinowane w celu wykorzystania w folii aluminiowej i wielu innych produktach. Koszt wytworzenia produktu z danego minerału zależy od tego, jak obfity jest ten minerał i ile kosztują procesy wydobycia i rafinacji. Szkody wyrządzone środowisku przez te procesy często nie są wliczane w koszt produktu. Ważne jest, aby mądrze korzystać z zasobów mineralnych.

Poszukiwanie i wydobywanie minerałów

Procesy geologiczne tworzą i koncentrują minerały, które są cennymi zasobami naturalnymi. Geolodzy badają formacje geologiczne, a następnie testują fizyczne i chemiczne właściwości gleby i skał w celu zlokalizowania możliwych rud i określenia ich wielkości i koncentracji.

Złoże mineralne będzie wydobywane tylko wtedy, gdy jest to opłacalne. Koncentracja minerałów jest nazywana złożem rudy tylko wtedy, gdy jest to opłacalne do wydobycia. Istnieje wiele sposobów wydobywania rud.

Górnictwo powierzchniowe

Górnictwo powierzchniowe pozwala na wydobywanie rud znajdujących się blisko powierzchni Ziemi. Nałożona skała jest wysadzana, a skała zawierająca cenne minerały jest umieszczana w ciężarówce i przewożona do rafinerii. Jak pokazano na rysunku 2, górnictwo odkrywkowe obejmuje górnictwo odkrywkowe i usuwanie nadkładu. Inne metody górnictwa odkrywkowego to górnictwo odkrywkowe, górnictwo odkrywkowe i pogłębianie. Górnictwo odkrywkowe jest jak górnictwo odkrywkowe, ale z materiałem usuwanym wzdłuż pasa.

Rysunek 2. Te różne formy górnictwa odkrywkowego są metodami wydobywania rud blisko powierzchni Ziemi.

Placery są cennymi minerałami znajdującymi się w żwirach strumieni. Kalifornia przydomek, Złoty Stan, może być śledzone z powrotem do odkrycia złóż złota placer w 1848 roku. Złoto zwietrzało z twardej skały metamorficznej w zachodniej Sierra Nevada, która zawiera również złoża miedzi, ołowiu, cynku, srebra, chromitu i innych cennych minerałów. Złoto podróżował w dół rzek, a następnie osiedlili się w złożach żwiru. Obecnie Kalifornia ma aktywne kopalnie złota i srebra oraz niemetalowych minerałów, takich jak piasek i żwir, które są używane do budowy.

Górnictwo podziemne

Górnictwo podziemne jest używany do odzyskiwania rud, które są głębiej w powierzchni Ziemi. Górnicy wydmuchują i drążą tunele w skale, aby uzyskać dostęp do rud. Sposób podejścia do górnictwa podziemnego – z góry, z dołu lub z boku – zależy od umiejscowienia złoża rudy, jego głębokości, koncentracji rudy i wytrzymałości otaczającej skały.

Górnictwo podziemne jest bardzo kosztowne i niebezpieczne. Świeże powietrze i światło muszą być doprowadzone do tuneli dla górników, a wypadki są zbyt częste.

Wydobycie rudy

Rysunek 3. Muzeum de Young w San Francisco jest pokryte panelami z miedzi. Miedź jest wydobywana z rud miedzi.

Podróż rudy w kierunku materiału użytkowego dopiero się zaczyna, gdy ruda opuszcza kopalnię (rysunek 3). Skały są kruszone, aby można było oddzielić cenne minerały od skały płonnej. Następnie minerały są oddzielane od rudy. Kilka metod wydobywania rudy to:

• ługowanie hałdowe: dodawanie substancji chemicznych, takich jak cyjanek lub kwas, w celu usunięcia rudy.
• flotacja: dodawanie związków, które przyłączają się do cennych minerałów i unoszą się na powierzchni.
• tapianie: prażenie skały, powodujące jej podział na warstwy, dzięki czemu można wydobyć minerał.

Aby wydobyć metal z rudy, skała jest topiona w temperaturze wyższej niż 900°C, co wymaga dużej ilości energii. Wydobywanie metalu ze skały jest tak energochłonne, że jeśli poddasz recyklingowi tylko 40 puszek aluminiowych, zaoszczędzisz równowartość energetyczną jednego galonu benzyny.

Górnictwo i środowisko

Rysunek 4. Kwaśny drenaż z powierzchniowej kopalni węgla w Missouri.

Mimo że górnictwo dostarcza ludziom wielu potrzebnych zasobów, koszty środowiskowe mogą być wysokie. Górnictwo odkrywkowe oczyszcza krajobraz z drzew i gleby, a pobliskie strumienie i jeziora są zalewane osadami. Zanieczyszczenia pochodzące z wydobytej skały, takie jak metale ciężkie, dostają się do osadów i systemu wodnego. Z niektórych terenów kopalni wypływają kwasy, zmieniając skład pobliskich cieków wodnych (ryc. 4).

Prawo amerykańskie zmieniło się tak, że w ostatnich dziesięcioleciach teren kopalni musi zostać przywrócony do stanu naturalnego, co jest procesem zwanym rekultywacją. Nie dotyczy to starszych kopalń. Doły mogą być ponownie wypełniane lub kształtowane, a roślinność sadzona. Można pozwolić, aby wyrobiska wypełniły się wodą i stały się jeziorami lub przekształcić je w składowiska odpadów. Podziemne kopalnie mogą być zamknięte lub pozostawione otwarte jako domy dla nietoperzy.

Cenne minerały

Rysunek 5. Kamienie szlachetne występują w wielu kolorach.

Niektóre minerały są cenne, ponieważ są piękne. Jadeit był używany przez tysiące lat w Chinach. Diamenty mienią się na wielu pierścionkach zaręczynowych. Minerałów jak jade, turkus, diamenty i szmaragdy są kamienie szlachetne. Kamień szlachetny, lub gem, jest materiałem, który jest cięty i polerowany do biżuterii. Wiele kamieni szlachetnych, w tym wiele w rysunku 5, są minerals.

Kamienie szlachetne są zazwyczaj rzadkie i nie łamią lub zarysowania łatwo. Większość z nich jest cięta wzdłuż płaszczyzn rozszczepu, a następnie polerowana tak, że światło odbija się od płaszczyzn rozszczepu (rysunek 6). Światło nie przechodzi przez kamienie szlachetne, które są nieprzezroczyste, takie jak turkus.

Figura 6. Rubin nieoszlifowany (po lewej) i oszlifowany (po prawej). Szlifowany i polerowany rubin mieni się.

Kamienie szlachetne są używane nie tylko w biżuterii. Diamenty są używane do cięcia i polerowania innych materiałów, takich jak szkło i metale, ponieważ są one tak twarde. Minerał korund, którego odmianami są rubin i szafir, jest używany w produktach takich jak papier ścierny.

Minerały są używane w znacznie mniej oczywistych miejscach. Minerał gips jest używany do sheetrock w domach. Szkło okienne jest wykonane z piasku, który jest głównie kwarc. Halit jest wydobywany dla soli kamiennej. Miedź jest używana w okablowaniu elektrycznym, a boksyt jest źródłem aluminium używanego w puszkach sody.

Podsumowanie lekcji

• Geolodzy używają wielu metod, aby znaleźć złoża minerałów, które będą opłacalne do wydobycia.
• Złoża rudy mogą być wydobywane metodami górnictwa powierzchniowego lub podziemnego.
• Górnictwo dostarcza ważnych zasobów, ale ma koszty środowiskowe.
• Przez prawo amerykańskie, obecnie wydobywane grunty muszą być poddane rekultywacji. Nie dotyczy to starych kopalni.
• Rudy metali muszą być stopione, aby powstały metale.
• Wiele kamieni szlachetnych jest cięte i polerowane, aby zwiększyć ich piękno.
• Minerały są wykorzystywane na wiele sposobów.

Pytania do refleksji

• Jaką umiejętność pomaga rozwinąć ta treść?
• Jakie są kluczowe tematy poruszane w tej treści?
• W jaki sposób treść w tej sekcji może pomóc w wykazaniu opanowania konkretnej umiejętności?
• Jakie masz pytania dotyczące tej treści?