Economische geologie en milieu

Economische geologie is een tak van de geologie die zich bezighoudt met economisch waardevolle geologische materialen.

In ruimere zin houdt de economische geologie zich bezig met de verdeling van minerale afzettingen, de economische overwegingen bij het herstel en de beoordeling van de beschikbare reserves.

Economische geologie gaat over materialen zoals kostbare en onedele metalen, niet-metaalhoudende mineralen, fossiele brandstoffen en andere materialen met commerciële waarde, zoals zout, gips en bouwsteen. Het maakt gebruik van de principes en methoden van verschillende andere gebieden, met name geofysica, structurele geologie en stratigrafie.

Economische geologie wordt niet alleen door geologen beoefend, maar is ook van belang voor ingenieurs, investeringsbankiers, milieuwetenschappers en natuurbeschermers vanwege de enorme impact die extractieve industrieën hebben op de sociaaleconomische en ecologische wereld.

Oorsprong en ontwikkeling van de economische geologie:

Het concept van economische geologie is een relatief nieuw concept, ook al hebben mensen sinds de prehistorie metalen en mineralen van waarde uit de grond gehaald. Voor al hun vermogen om de waarde van dergelijke bronnen te waarderen, bezaten de premoderne mensen echter weinig wetenschappelijke theorieën over hun vorming of de manier om ze te extraheren.

De Grieken, bijvoorbeeld, geloofden dat aderen van metaalachtige materialen in de aarde aangaven dat die materialen levende dingen waren die wortels legden naar de manier van bomen. Astrologen uit de Middeleeuwen beweerden dat elk van de 'zeven planeten' (zon, maan en de vijf planeten, trouwens

Aarde, toen bekend) regeerde een van de zeven bekende metalen - goud, koper, zilver, lood, tin, ijzer en kwik - die zogenaamd waren gecreëerd onder de invloed van hun respectieve 'planeten'.

De eerste denker die probeerde om verder te gaan dan deze onwetenschappelijke (als fantasierijke) ideeën was een Duitse arts die schreef onder de gelatiniseerde naam Georgius Agricola (1494-1555). Als gevolg van de behandeling van mijnwerkers voor verschillende omstandigheden raakte Agricola, wiens echte naam Georg Bauer was, gefascineerd door mineralen.

Agricola werd beschouwd als de vader van zowel mineralogie als economische geologie, en introduceerde verschillende ideeën die een wetenschappelijke basis legden voor de studie van de aarde en haar producten. In De Ortu et causis Subterraneorum (1546) bekritiseerde hij alle voorgaande ideeën over de vorming van ertsen, inclusief de eerder genoemde Griekse en astrologische noties, evenals de alchemistische overtuiging dat alle metalen zijn samengesteld uit kwik en zwavel.

In plaats daarvan beweerde hij dat ondergrondse vloeistoffen opgeloste mineralen bevatten, die, wanneer zij worden afgekoeld, afzettingen achterlaten in de spleten van rotsen en zo minerale aderen veroorzaken. De ideeën van Agricola vormden later de basis voor moderne theorieën over de vorming van ertsafzettingen.

In De Natura Fossilium (over de aard van fossielen, 1546) introduceerde Agricola ook een methode voor de classificatie van "fossielen", zoals mineralen toen bekend waren. Het systeem van Agricola, dat mineralen categoriseert volgens eigenschappen als kleur, textuur, gewicht en transparantie, is de basis voor het systeem van mineralenclassificatie dat tegenwoordig wordt gebruikt.

Van al zijn werken was echter De re Metallica het belangrijkste, dat in de twee eeuwen daarna het leidende handboek voor mijnwerkers en mineralogen zou blijven. In dit monumentale werk introduceerde hij veel nieuwe ideeën, waaronder het concept dat rotsen ertsen bevatten die ouder zijn dan de rotsen zelf. Hij onderzocht ook in detail de mijnbouwpraktijken die in zijn tijd in gebruik waren, zelf een buitengewone prestatie in die zin dat mijnwerkers in de zestiende eeuw de neiging hadden hun handelsgeheimen nauwlettend te bewaken.

Rotsen en mineralen:

De aardkorst van onze aarde bestaat uit stenen die op hun beurt aggregaten van mineralen zijn. Om aangewezen te worden als een minerale soort, moet een stof in de natuur worden gevonden en van anorganische oorsprong zijn. Het moet een duidelijk chemisch kenmerk en een onderscheidende atomaire formatie bezitten.

Rocks:

Een steen is een aggregaat van mineralen of organisch materiaal dat in geconsolideerde of niet-geconsolideerde vorm kan voorkomen. Rotsen zijn van drie verschillende soorten: stollingsgesteente, gevormd door kristallisatie van gesmolten mineralen, zoals in een vulkaan; sedimentair, gewoonlijk gevormd door afzetting, verdichting of cementering van verweerde steen; en metamorfose, gevormd door wijziging van reeds bestaande rots. Rotsen gemaakt van organisch materiaal zijn typisch sedimentair, een voorbeeld dat steenkool is.

Rotsen hebben economisch belang gehad in de tijd voordat 'economie' zoals we het nu kennen, bestond - een tijd waarin er niets te koop was en er niets te verkopen viel. Die tijd zou natuurlijk het stenen tijdperk zijn, dat praktisch teruggaat tot het begin van de menselijke soort en ongeveer 5.500 jaar geleden overlapt met het begin van de beschaving. In de honderdduizenden jaren waarin steen het meest geavanceerde materiaal voor het maken van gereedschap was, ontwikkelde de mens een reeks stenen voor het maken van vuur, het slijpen van messen, het doden van dieren (en andere mensen), het snijden van voedsel of dierenhuiden, enzovoort.

Het stenen tijdperk, zowel in de populaire verbeelding als (met enkele kwalificaties) in feitelijk archeologisch feit, was een tijd waarin mensen in grotten leefden. Sinds die tijd zijn mensen natuurlijk in het algemeen uit de grotten vertrokken, hoewel er uitzonderingen zijn, zoals het leger van de Verenigde Staten in 2001 ontdekte toen ze probeerden te jagen op terroristen in de grotten van Afghanistan.

In ieder geval heeft de menselijke gehechtheid aan stenen woningen andere vormen aangenomen, beginnend bij de piramides en doorgaand in de hedendaagse metselwerkwoningen. Noch is rots eenvoudig een structureel materiaal voor de bouw, zoals het gebruik van gipsen muurplaten, leien aanrechtbladen, marmeren afwerkingen en grindgangen betuigt. En natuurlijk is constructie slechts een van de vele toepassingen waarop stenen en mineralen worden gericht, zoals we zullen zien.

metalen:

Van alle bekende chemische elementen zijn 87 of ongeveer 80 procent metalen. De laatste groep is geïdentificeerd als glanzend of glanzend van uiterlijk en kneedbaar of taai, wat betekent dat ze in verschillende vormen kunnen worden gevormd zonder ze te breken. Ondanks hun taaiheid zijn metalen extreem duurzaam, hebben hoge smelt- en kookpunten en zijn uitstekende geleiders van warmte en elektriciteit. Sommigen melden zich hoog op de schaal van de Mohs-hardheid.

mineralen:

Terwijl er slechts 87 soorten metaal zijn, zijn er zo'n 3.700 soorten mineralen. Er is aanzienlijke overlap tussen metalen en mineralen, maar die overlapping is verre van compleet: veel mineralen omvatten niet-metalen elementen, zoals zuurstof en silicium. Een mineraal is een stof die in de natuur voorkomt en daarom niet kunstmatig kan worden gemaakt, van anorganische oorsprong is, een duidelijke chemische samenstelling heeft en een kristallijne interne structuur heeft.

De term organisch verwijst niet alleen naar stoffen met een biologische oorsprong; integendeel, het beschrijft elke verbinding die koolstof bevat, met uitzondering van carbonaten (die een soort mineraal zijn) en oxiden, zoals koolstofdioxide of koolmonoxide.

Het feit dat een mineraal van een niet-variërende samenstelling moet zijn, beperkt mineralen bijna uitsluitend tot elementen en verbindingen, dat wil zeggen tot stoffen die niet chemisch kunnen worden afgebroken om eenvoudiger stoffen voort te brengen of tot stoffen gevormd door de chemische binding van elementen. Slechts in een paar zeer specifieke omstandigheden zijn van nature voorkomende legeringen, of mengsels van metalen, beschouwd als mineralen.

Mineralen worden ingedeeld in acht basisgroepen volgens hun chemische samenstelling:

Dit zijn:

ik. Native elementen

ii. sulfiden

iii. Oxiden en hydroxiden

iv. halogeniden

v. Carbonaten, nitraten, boraten, jodaten

vi. Sulfaten, chromaten, molybdaten, wolframaten

vi. Fosfaten, arsenaten, vanadaten

vii. silicaten

De eerste groep, oorspronkelijke elementen, bevat metalen elementen die ergens op aarde in pure vorm verschijnen; bepaalde metaallegeringen, al eerder genoemd; evenals inheemse niet-metalen, halfmetalen en mineralen komen voor met metalen en niet-metalen elementen. De oorspronkelijke elementen, samen met de zes klassen die hen volgen in deze lijst, staan collectief bekend als niet-siliconen, een term die het belang van de achtste groep benadrukt.

De overgrote meerderheid van mineralen, waaronder de meest voorkomende, behoort tot de silicatenklasse, die rond het element silicium is gebouwd. Net zoals koolstof een lange reeks atomen kan vormen, vooral in combinatie met waterstof (zoals we later in dit essay bespreken in de context van fossiele brandstoffen), vormt silicium ook lange reeksen, hoewel de voorkeurspartner meestal zuurstof is in plaats van waterstof . Samen met zuurstof vormt silicium, bekend als een metalloïde omdat het eigenschappen vertoont van zowel metalen als niet-metalen, de basis voor een verbazingwekkende reeks producten, zowel natuurlijke als door de mens gemaakte producten.

Mineralen kunnen als volgt ingedeeld worden naar hun gebruik in de industrie:

(a) Metaalmineralen: Ferro-groep. Ze bevatten mineralen zoals ijzer, chromiet, mangaan en nikkel.

(b) Metaalmineralen: non-ferro groep. Deze zijn voorzien van koper, lood, zink, wolfraam, aluminium, vanadium en anderen.

(d) Vuurvaste mineralen. Ze worden gebruikt als hittebestendig materiaal in ovens en mallen. Ze omvatten chromiet, magnesiet, kyaniet, vuurspatten, sillimaniet en grafiet.

(e) Meststoffen van kunstmest zoals gips, steenfosfaat en pyriet.

(f) Minerale brandstoffen zoals steenkool, aardolie, aardgas en nucleaire mineralen.

De economische ontwikkeling van een land wordt beïnvloed door de beschikbaarheid van mineralen. Mineralen vormen de basis voor verschillende grootschalige industrieën. Ook de landbouw wordt beïnvloed door de beschikbaarheid van mineralen in de vorm van meststoffen.

koolwaterstoffen:

Zoals eerder opgemerkt, ligt de focus van economische geologie op enerzijds rotsen en mineralen, en anderzijds fossiele brandstoffen. Fossiele brandstoffen kunnen worden gedefinieerd als brandstoffen (met name kolen, olie en gas) die zijn afgeleid van afzettingen van organisch materiaal die bij hoge druk zijn ontbonden en chemisch zijn gewijzigd.

Gegeven deze afleiding van organisch materiaal, zijn per definitie alle fossiele brandstoffen gebaseerd op koolstof, en in het bijzonder zijn ze opgebouwd rond koolwaterstoffen-chemische verbindingen waarvan de moleculen bestaan uit niets anders dan koolstof- en waterstofatomen.

Theoretisch is er geen limiet aan het aantal mogelijke koolwaterstoffen. Koolstof vormt zich in schijnbaar onbegrensde moleculaire vormen, en waterstof is een bijzonder veelzijdige chemische partner. Koolwaterstoffen kunnen rechte ketens, vertakte ketens of ringen vormen en het resultaat is een verscheidenheid aan verbindingen die niet onderscheiden worden door de elementen in hun samenstelling of zelfs (in sommige gevallen) door het aantal verschillende atomen in elk molecuul, maar eerder door de structuur van een bepaald molecuul.

Real-Life toepassingen van economische geologie:

Fossiele brandstoffen:

Het organische materiaal dat is ontbonden om de koolwaterstoffen in fossiele brandstoffen te maken, komt voornamelijk van dinosaurussen en prehistorische planten, hoewel het net zo gemakkelijk afkomstig kon zijn van andere organismen die lang geleden in grote aantallen stierven. Om petroleum te vormen, moeten er zeer grote hoeveelheden organisch materiaal worden afgezet samen met sedimenten en begraven onder meer sediment. De verzamelde sedimenten en organisch materiaal worden source rock genoemd.

Wat er gebeurt na accumulatie van dit materiaal is van cruciaal belang en hangt voor een groot deel af van de aard van het gesteente. Het is belangrijk dat het organische materiaal - bijvoorbeeld de enorme aantallen dinosaurussen die ongeveer 65 miljoen jaar geleden met een massale uitsterving stierven - niet gewoon mocht rotten, zoals zou gebeuren in een aërobe of zuurstofbevattende omgeving. In plaats daarvan ondergaat het organische materiaal transformatie in koolwaterstoffen als een resultaat van anaerobe chemische activiteit, of activiteit die plaatsvindt in de afwezigheid van zuurstof.

Goede bronrotsen voor deze transformatie zijn schalie of kalksteen, op voorwaarde dat de specifieke rotsen zijn samengesteld uit tussen 1% en 5% organische koolstof. De bronrotsen moeten zo diep zijn dat de druk het organische materiaal verwarmt, maar niet zo diep dat de druk en temperatuur ervoor zorgen dat de rotsen metamorfisme ondergaan of ze in grafiet of andere niet-koolwaterstofversies van koolstof veranderen. Temperaturen tot 150 ° C (302 ° F) worden als optimaal beschouwd voor de productie van aardolie.

Eenmaal gegenereerd, beweegt aardolie geleidelijk van de bronrots naar een reservoirrots of een rots die aardolie in zijn poriën opslaat. Een goed reservoirgesteente is er een waarin de porieruimte meer dan 30 procent van het gesteente vormt. Toch moet de rots worden afgedicht door een andere rots die veel minder poreus is; inderdaad, voor een zegel of kapsteen, zoals het wordt genoemd, heeft een vrijwel ondoordringbare rots de voorkeur. De beste soort zeehondenvormende rots is dus een soort die is gemaakt van zeer kleine, nauw passende delen van sediment, bijvoorbeeld schalie. Zo'n rots is in staat om petroleum miljoenen jaren op zijn plaats te houden totdat hij klaar is om ontdekt en gebruikt te worden.

Mensen hebben bekend over aardolie uit de prehistorie, simpelweg omdat er plekken op aarde waren waar het letterlijk uit de grond sijpelde. Het moderne tijdperk van het boren van aardolie begon echter in 1853, toen een Amerikaanse advocaat met de naam George Bissell (1821-1884) zijn potentieel erkende voor gebruik als lampbrandstof. Hij huurde 'Kolonel' Edwin Drake (1819-1880) in om toezicht te houden op het boren van een oliebron in Titusville, Pennsylvania, en in 1859 sloeg Drake olie. De legende van Wack gold ', van fortuinen te maken door het boren van gaten in de grond, werd geboren.

In de nasleep van de ontwikkeling en de wijdverspreide toepassing van de verbrandingsmotor tijdens het laatste deel van de negentiende en het vroege deel van de twintigste eeuw, werd de belangstelling voor olie veel intenser, en bronnen groeiden over de hele wereld op. Sumatra, Indonesië, leverde olie op uit de eerste putten in 1885 en in 1901 begon succesvol boren in Texas - de bron van veel fortuinen in Texas. Een vroege vorm van het bedrijf dat vandaag bekend staat als British Petroleum (BP) ontdekte de eerste olie uit het Midden-Oosten in Perzië (nu Iran) in 1908. In de komende 50 jaar veranderden het economische belang en de vooruitzichten van die regio aanzienlijk.

Met de enorme uitbreiding van het autobezit dat na de Eerste Wereldoorlog (1914-1918) begon en na de Tweede Wereldoorlog (1939-1945) nog grotere hoogten bereikte, steeg de waarde en het belang van aardolie enorm. De olie-industrie groeide, en als gevolg daarvan vonden veel geologen werk in een sector die veel meer financiële voordelen bood dan universitaire of overheidsfuncties ooit konden. Vandaag helpen geologen hun werkgevers bij het vinden van oliereserves, geen gemakkelijke taak omdat er zoveel variabelen in de rij moeten staan om een levensvatbare oliebron te produceren. Gezien de kosten van het boren van een nieuwe oliebron, die kan oplopen tot $ 30 miljoen of meer, is het duidelijk belangrijk om goede beoordelingen uit te voeren bij het beoordelen van de mogelijkheden om olie te vinden.

De olie-industrie heeft te maken gehad met zorgen over het milieu over de gevolgen van het boren (een groot deel vindt plaats offshore, op booreilanden die in de oceaan worden geplaatst); mogelijke bio-gevaren geassocieerd met lekkages, zoals die met de Exxon Valdez in 1989; en het effect op de atmosfeer van koolmonoxide en andere broeikasgassen geproduceerd door verbrandingsmotoren met aardolie. Er is nog meer bezorgdheid over de afhankelijkheid van de Verenigde Staten van oliebronnen in het buitenland (waarvan sommige openlijk vijandig staan tegenover de Verenigde Staten) en over de mogelijke afname van hulpbronnen.

Bij de huidige consumptiegraad worden de oliereserves geschat op ongeveer het jaar 2040, maar dit houdt alleen rekening met reserves die vandaag als levensvatbaar worden beschouwd. Naarmate de exploratie voortgaat, kunnen meer middelen worden aangeboord. Op de lange termijn zal het echter nodig zijn om nieuwe middelen te ontwikkelen om de geïndustrialiseerde wereld van brandstof te voorzien, omdat aardolie een niet-hernieuwbare hulpbron is: er is slechts zo veel van het ondergronds en als het weg is, zal het niet worden vervangen voor miljoenen jaren (of helemaal niet).

Petrochemicals:

Petroleum zelf is een grondstof waaruit talrijke producten, gezamenlijk bekend als petrochemicaliën of petroleumderivaten, worden verkregen. Door een proces dat gefractioneerde destillatie wordt genoemd, worden eerst de petrochemicaliën met de laagste molecuulmassa afgedampt en die met een hogere massa worden gescheiden bij hogere temperaturen?

Silicium, silicaten en andere verbindingen:

Net zoals koolstof centraal staat in een enorme wereld van koolwaterstoffen, is silicium even belangrijk voor anorganische stoffen, variërend van zand of silica (SiO ₂ ) tot siliconen (een zeer veelzijdige set van op siliconen gebaseerde producten), tot de rotsen die bekend staan als silicaten.

Silicaten vormen de basis voor verschillende bekende minerale soorten, waaronder granaat, topaz, zirkoon, kaoliniet, talk, mica en de twee meest voorkomende mineralen op aarde, veldspaat en kwarts. (Merk op dat de meeste van de hier gebruikte termen verwijzen naar een groep mineralen, niet naar een enkel mineraal.) Gemaakt van verbindingen gevormd rond silicium en zuurstof en bestaande uit verschillende metalen, zoals aluminium, ijzer, natrium en kalium, de silicaten account voor 30 procent van alle mineralen. Als zodanig verschijnen ze in alles, van edelstenen tot bouwmaterialen; toch zijn ze ver verwijderd van de enige opmerkelijke producten die zijn gecentreerd op silicium.

Siliconen en andere verbindingen:

Silicone is geen mineraal; het is eerder een synthetisch product dat vaak wordt gebruikt als vervanging voor organische oliën, vetten en rubber. In plaats van te hechten aan zuurstofatomen, zoals in een silicaat, hechten siliciumatomen in siliconen zich aan organische groepen, dat wil zeggen moleculen die koolstof bevatten. Siliconenoliën worden vaak gebruikt in de plaats van organische petroleum als smeermiddel omdat ze bestand zijn tegen grotere variaties in temperatuur.

En omdat het lichaam de introductie van siliconenimplantaten beter tolereert dan organische, worden siliconen ook in chirurgische implantaten gebruikt. Siliconenrubbers komen overal voor, van stuiterende ballen tot ruimtevoertuigen, en siliconen zijn ook aanwezig in elektrische isolatoren, roestpreventie, wasverzachters, haarsprays, handcrèmes, meubels en autolakpoets, verven, kleefmiddelen en zelfs kauwgom.

Zelfs deze lijst put niet uit de vele toepassingen van silicium, die (samen met zuurstof) verantwoordelijk is voor de overgrote meerderheid van de massa in de aardkorst. Vanwege zijn semi-metallische kwaliteiten, wordt silicium gebruikt als een halfgeleider van elektriciteit.

Computerchips zijn uiterst kleine plakjes ultrazuiver silicium, geëtst met maar liefst een half miljoen microscopische en ingewikkeld aangesloten elektronische schakelingen. Deze chips manipuleren spanningen met behulp van binaire codes, waarbij 1 "spanning aan" betekent en 0 "spanning uit" betekent. Met behulp van deze pulsen voeren siliciumchips veel berekeningen uit in secondenberekeningen die mensen uren of maanden of zelfs jaren zouden kosten .

Een poreuze vorm van silica, bekend als silicagel, absorbeert waterdamp uit de lucht en wordt vaak samen met vochtgevoelige producten, zoals elektronische componenten, verpakt om ze droog te houden. Siliciumcarbine, een extreem hard kristallijn materiaal vervaardigd door zand te smelten met cokes (bijna pure koolstof) bij hoge temperaturen, heeft toepassingen als schuurmiddel.

ertsen:

Een erts is een steen of mineraal dat economische waarde bezit. Maar een meer gerichte definitie zou het bijvoeglijk naamwoord metaalhoudende bevatten, omdat economisch waardevolle mineralen die geen metalen bevatten gewoonlijk worden behandeld als een afzonderlijke categorie-industriële mineralen. Er kan inderdaad worden gezegd dat de belangen van de economische geologie zijn verdeeld in drie gebieden: ertsen, industriële mineralen en brandstoffen, die we al hebben besproken.

Het woord 'erts' lijkt te denken aan een van de oudste metalen ter wereld en waarschijnlijk het eerste materiaal dat werd bewerkt door prehistorische metallurgen: goud. Zelfs het Spaanse woord voor goud, oro, suggereert een verband. Toen de conquistadores uit Spanje na ongeveer 1500 in de Nieuwe Wereld aankwamen, was hun obsessie, en er werd gezegd dat de Spaanse indringers van Mexico elk beetje goud of zilvererts vonden dat zich op het oppervlak van de aarde bevond. Mijnwerkers in de zestiende eeuw misten echter veel van de kennis die geologen vandaag helpt om ertsafzettingen te vinden die niet aan de oppervlakte zijn.

Het opsporen en onttrekken van ertsen:

De moderne benadering maakt gebruik van kennis die is opgedaan met ervaring. Zoals in de tijd van Agricola, bestaat veel van de rijkdom van een mijnbouwbedrijf uit informatie over de middelen om materialen van de vaste aarde het beste op te sporen en terug te halen. Bepaalde geochemische en geofysische indicatoren op het oppervlak helpen de stappen van geologen en mijnwerkers op zoek naar erts. Dus, tegen de tijd dat een bedrijf op zoek naar erts begint te boren, is er heel wat verkennend werk gedaan. Pas op dat moment is het mogelijk om de waarde van de deposito's te bepalen, die eenvoudigweg mineralen van weinig economisch belang kunnen zijn.

Geschat wordt dat een kubieke kilometer (1, 6 km3) van de gemiddelde rots ongeveer $ 1 biljoen aan metalen bevat, wat aanvankelijk veelbelovend klinkt - totdat men de wiskunde doet. Een biljoen dollar is veel geld, maar 1 cu. mi. (gelijk aan 5.280 x 5.280 x 5.280 ft., of 1.609 km ³ ) is ook veel ruimte. Het resultaat is dat 1 cu. ft. (0, 028 m ³ ) is slechts ongeveer $ 6, 79 waard. Maar dat is een gemiddelde kubieke voet in een gemiddelde kubieke mijl rots en geen mijnbouwbedrijf zou zelfs overwegen metalen uit een gemiddeld stuk grond te winnen. Echte, erts komt alleen voor in regio's die zijn blootgesteld aan geologische processen die metalen zodanig concentreren dat hun abundantie meestal vele honderden malen groter is dan op aarde als geheel.

Erts bevat andere mineralen, bekend als ganggesteente, die geen economische waarde hebben, maar die als een veelbetekenend teken dienen dat erts in die regio te vinden is. De aanwezigheid van kwarts kan bijvoorbeeld deposito's van goud suggereren. Erts kan verschijnen in stollingsgesteente, metamorfose of sedimentaire afzettingen, evenals in hydrothermale vloeistoffen. De laatste zijn emanaties van stollingsgesteente, in de vorm van gas of water, die metalen oplossen van rotsen waardoor ze passeren en later het erts op andere locaties afzetten.

De gevaren van mijnen confronteren:

Mijnbouw, een middel om niet alleen ertsen te winnen, maar ook veel industriële mineralen en brandstoffen, zoals steenkool, is een moeilijk werk dat tal van gevaren met zich meebrengt. Er zijn gevaren op de korte termijn voor de mijnwerkers, zoals instortingen, overstromingen, of het vrijkomen van gassen in de mijnen, evenals gevaren op lange termijn die dergelijke met mijnen verwante ziekten zoals zwarte long omvatten (typisch een gevaar van kolen mijnwerkers). Dan is er de pure mentale en emotionele stress die het gevolg is van acht of meer uur per dag weg van het zonlicht, in een claustrofobische omgeving.

En natuurlijk is er de milieustress die wordt gecreëerd door mijnbouw - niet alleen door, de onmiddellijke impact van het snijden van een snee in het aardoppervlak, wat ecosystemen aan de oppervlakte kan verstoren, maar talloze extra problemen, zoals het doorsijpelen van verontreinigende stoffen in de watertafel. Verlaten mijnen vormen verdere gevaren, waaronder de dreiging van verzakking, waardoor deze locaties op de lange termijn onveilig zijn.

Hogere normen voor milieu en veiligheid op het werk, die in het laatste derde van de twintigste eeuw in de Verenigde Staten zijn vastgesteld, hebben geleid tot veranderingen in de manier waarop mijnbouw wordt uitgevoerd en in de manier waarop mijnen worden achtergelaten wanneer het werk is voltooid. Mijnbouwbedrijven hebben bijvoorbeeld geëxperimenteerd met het gebruik van chemicaliën of zelfs bacteriën, die een metaal ondergronds kunnen oplossen en het naar de oppervlakte kunnen laten pompen zonder de noodzaak om echte ondergrondse 'schachten en tunnels te maken of menselijke mijnwerkers te sturen om ze te bewerken .

Industriële mineralen en andere producten:

Industriële mineralen, zoals eerder opgemerkt, zijn niet-metaalhoudende minerale bronnen die van belang zijn voor de economische geologie. Voorbeelden zijn asbest, een verzamelnaam voor een grote groep mineralen die zeer goed bestand zijn tegen hitte en vlammen; boorverbindingen, die worden gebruikt voor het maken van hittebestendig glas, email en keramiek; fosfaten en kaliumzouten, gebruikt voor het maken van meststoffen; en zwavel, toegepast in een reeks producten, van koelmiddelen tot explosieven tot reinigers die worden gebruikt bij de productie van suiker.

Slechts één industrieel mineraal, korund (uit de klasse oxiden van mineralen), kan tal van toepassingen hebben. Extreem hard, korund in de vorm van een ongeconsolideerde rots, gewoonlijk 'amaril' genoemd, is sinds de oudheid als schuurmiddel gebruikt. Vanwege het zeer hoge smeltpunt, zelfs hoger dan dat van ijzer-korund, wordt ook gebruikt bij het maken van aluminiumoxide; een vuurvast product dat wordt gebruikt in ovens en open haarden. Hoewel zuiver korund kleurloos is, kunnen sporen van bepaalde elementen schitterende kleuren opleveren: vandaar dat korund met sporen van chroom een rode robijn wordt, terwijl sporen van ijzer, titanium en andere elementen variëteiten van saffier in geel, groen en violet opleveren als en het bekende blauw.

Milieu-impact van economische geologie:

Enkele decennia geleden waren de meeste geologen bezig met het onderzoeken en ontwikkelen van minerale bronnen. De economische geologie en de toepassing van geologie op problemen van de stedelijke omgeving eisen echter langzaam de diensten van een toenemend aantal geologen. Tegenwoordig zijn voldoende economische geologen geïnteresseerd in milieuproblemen (veel zijn niet gebonden aan mijnbouw en hebben belangen in geochemie en petrologie). Ze onderschrijven de gedachte dat "minerale hulpbronnen altijd nodig zullen zijn", maar "milieuproblemen zijn een belangrijke factor in de haalbaarheid van mijnbouw".

Er is nu meer belangstelling voor het milieu dan ooit tevoren en we maken ons zorgen over de milieueffecten van bijna elk aspect van ons dagelijks leven. Water, bodem, lucht en de biologische omgeving kunnen allemaal drastisch worden veranderd door de activiteiten van industriële samenlevingen zoals de onze, niet in het minst door mechanismen die worden gecontroleerd door in wezen geologische processen.

Afvalverwijdering, besmetting van grond door de industrie, de gevolgen van mijnbouw, waterverontreiniging en zelfs luchtkwaliteit (door de verspreiding van in de lucht aanwezige minerale deeltjes) worden beïnvloed door geologische processen en verschijnselen die worden beheerst door de samenstelling, distributie, structuur en het gedrag van de onderliggende rotsen . Alledaagse milieuproblemen worden dus in meer of mindere mate beïnvloed door geologie. De cursus beoogt een breed overzicht te bieden van deze vele en verschillende aspecten van de milieu-geologie, en biedt het wetenschappelijke kader voor het begrijpen van belangrijke milieukwesties.

Milieuzaken zijn een belangrijke factor bij het bepalen of minerale afzettingen zullen worden ontwikkeld en gewonnen. De meeste economische geologen en mijnbouwbedrijven ondersteunen inspanningen om de aantasting van het milieu als gevolg van mijnbouw te verminderen.

Milieu-effecten:

Mijnbouw, niet minder dan landbouw, is altijd essentieel geweest voor de vooruitgang van de mensheid. Inderdaad, we maken nu gebruik van de meeste elementen in het periodiek systeem. Echter, als. overbevolking en de zoektocht naar een hogere levensstandaard zorgen voor een toenemende vraag naar mineralen en metalen, de bezorgdheid over de gevolgen van mijnbouw en boren in de natuurlijke omgeving is toegenomen en het wordt steeds duidelijker dat de hulpbronnen van de aarde niet onuitputtelijk zijn.

In haar rapport uit 1987, 'Our Common Future', wees de Wereldcommissie voor Milieu en Ontwikkeling van de Verenigde Naties erop dat de wereld zeven keer zoveel goederen produceert dan in 1950. De commissie stelde 'duurzame ontwikkeling' voor, een huwelijk tussen economie en economie. ecologie als de enige praktische oplossing, namelijk groei zonder schade aan het milieu.

De meeste mijnen beschikken over een minerale verwerkingsinstallatie op het terrein en veel metaalmijnen hebben een nabijgelegen smelterij. Voor een algemene beoordeling van de milieueffecten van de ontwikkeling van nieuwe mijnactiviteiten moeten we de effecten van de drie onderzoeken. De term mijnbouw wordt hier gebruikt voor alle extractieve bewerkingen, bijv. Steengroeven. De belangrijkste aandachtspunten worden hieronder behandeld.

Schade aan land:

Geschat wordt dat het cumulatieve wereldgebruik van land voor mijnbouw tussen 1976 en 2000 ongeveer 37.000 vierkante km zou zijn, dat wil zeggen ongeveer 0, 2 procent van het landoppervlak. Meer ontwikkelde landen hebben een groter aandeel verstoorde grond dan minder ontwikkelde. De mate van terugwinning van deze grond versnelt nu snel en er wordt goed gebruik gemaakt van oude gaten voor de verwijdering van oude mijnen, huishoudelijke en andere afvalstoffen.

Andere ontgonnen gebieden zijn veranderd in natuurgebieden en recreatieparken. Het is mogelijk dat toekomstige mijnen locaties voor afvalverwijdering produceren, omdat de meeste nu worden vervuld. Dit is een zeer noodzakelijke operatie omdat er elk jaar naar schatting 27.000 Mt aan niet-brandstofmineralen en overbelasting uit de aardkorst wordt gehaald.

Vrijgave van giftige stoffen:

Metalen zijn niet alleen belangrijk voor het gebruik dat we ervan maken, maar ze zijn ook een integraal onderdeel van onze make-up en die van andere levende organismen. Hoewel sommige metallische elementen essentiële componenten van levende organismen zijn, kunnen tekorten of een teveel hiervan echter zeer schadelijk zijn voor het leven. Excessen in de natuurlijke omgeving kunnen ontstaan wanneer het wordt doordrongen door mijnenwater dat kan vrijkomen uit de mijn zelf, of uit afvalhopen.

Sommige metalen, bijvoorbeeld cadmium, kwik en metalloïden, zoals antimoon, arsenicum, die in kleine hoeveelheden in veel polymetallische sulfide-ertsen zeer vaak voorkomen en inderdaad vaak als bijproducten worden teruggewonnen, zeer giftig zijn, zelfs in kleine hoeveelheden, met name in oplosbare vorm die kan worden opgenomen door levende organismen.

Hetzelfde geldt voor lood, maar gelukkig is het redelijk onreactief tenzij het wordt ingenomen en gelukkig zijn de meeste loodmineralen die in de natuur ontstaan, zeer onoplosbaar in het grondwater. Cyanide wordt al lang gebruikt voor goudwinning in minerale verwerkingsfabrieken en in 's werelds grootste goudveld, het Witwaterstrandbekken, VS, is er een grote verontreiniging van oppervlaktewater met kobalt, mangaan, lood en zink als gevolg van het cyanidatieproces en oxidatie door zuren van mijnen. Cyanide zelf is geen probleem, omdat het onder invloed van ultraviolet licht in bijna-oppervlaktelagen afbreekt. Niettemin, in de ontwikkelde landen, vereist de wetgeving nu de installatie van cyanide-neutralisatie-installaties bij alle industriële ondernemingen die deze chemische stof gebruiken.

Zure mijnafvoer:

Zuur water, gegenereerd door huidige of vroegere mijnbouwresultaten, schuimt de oxidatie, in de aanwezigheid van lucht, water en bacteriën, van sulfide-mineralen, in het bijzonder pyriet. Ze kunnen zich daarom zowel in kolenvelden als in het veld ontwikkelen. Er worden zwavelzuren en ijzeroxiden gegenereerd. Het zuur tast andere mineralen aan en produceert oplossingen die giftige elementen, zoals cadmium en arseen, in de lokale omgeving kunnen brengen. Zuur wateropwekking kan optreden tijdens de exploratie-, exploitatie- en sluitingsfase van een mijn. Deze wateren kunnen afkomstig zijn van drie belangrijke bronnen: het ontwateringssysteem van de mijn; afvalverwerking faciliteiten; en waterhopen.

De ontlading kan slechts minimale effecten veroorzaken, zoals plaatselijke verkleuring van de bodem en stromen met neergeslagen ijzeroxiden, of leiden tot uitgebreide luchtverontreiniging van het hele riviersysteem en landbouwgrond. In sommige mijngebieden is dit probleem het ergst nadat mijnsluitingen hebben plaatsgevonden. Dit komt door de rebound van de grondwatertafel die optreedt nadat de pompapparatuur is verwijderd en dit is een urgent probleem geworden in de Britse bekkens, die in de eerste plaats ondergrondse mijnen waren en hoogzwavelige kolen aan het bewerken waren, omdat de mijnsluitingen het afgelopen decennium zijn versneld.

Industriële mineralen Industriële minerale activiteiten hebben dezelfde algemene milieu-impact op land- en grondwaterverstoringen als metaal- of steenkoolwinning, hoewel de impact over het algemeen minder uitgesproken is, omdat de mijnen meestal kleiner en ondieper zijn en er doorgaans minder afval wordt geproduceerd, omdat in de meeste gevallen ertskwaliteiten zijn hoger dan in metaalmijnen.

Verontreinigingsgevaren als gevolg van zware metalen of zure wateren zijn laag of ontbreken en atmosferische vervuiling, veroorzaakt door het verbranden van kolen of het smelten van metaalertsen, is veel minder ernstig of afwezig. De opgravingen die door industriële minerale operaties worden gemaakt, liggen vaak dicht bij agglomeraties, in welk geval deze gaten in de grond van grote waarde kunnen zijn als stortplaatsen voor stadsafval.

Juridische maatregelen:

Juridische middelen om maatregelen tegen luchtverontreiniging af te dwingen zijn zeer noodzakelijk, hoewel moet worden opgemerkt dat veel internationale mijnbedrijven zich nu houden aan de strengste zelfregulering, zelfs in landen waar dergelijke wetgeving gering of onbestaand is.

Milieueffectrapportages:

In veel landen is het nu verplicht dat een bedrijf dat voornemens is een bouwvergunning aan te vragen om een mineraalbewerking te starten, een dergelijke verklaring voorbereidt. Dit omvat elk aspect van effecten op vegetatie, klimaat, luchtkwaliteit, geluid, grond- en oppervlaktewater tot de voorgestelde methoden voor grondwinning aan het einde van de operatie. In sommige landen moet een borg worden gestort om zeker te zijn dat terugname plaatsvindt.

Deze verklaringen moeten records bevatten van de toestand van de omgeving in het potentiële mijngebied wanneer een bouwvergunning wordt aangevraagd. Bedrijven verzamelen nu dergelijke gegevens tijdens de exploratiefase, inclusief oppervlaktebeschrijvingen en foto's, geochemische analyses die achtergrondniveaus van metalen en zuurgraad tonen en details van de flora en fauna.

Vanuit het standpunt van de plannings- en regelgevende autoriteiten zijn deze rapporten de meest effectieve manier om schadelijke gevolgen vanaf het begin te minimaliseren, maar ze kunnen ook van groot voordeel zijn voor de ontwikkelaar, omdat (i) ze zullen helpen bij het verkrijgen van de bouwvergunning in de kortste tijd mogelijke tijd, en (ii) ze onthullen vaak aspecten van de operatie die van meet af aan aandacht vereisten en dus dure modificaties in de toekomst vermijden.

Bugs en in situ Mining:

Veel sulfide-afzettingen, dwz porfierkopers, worden bedekt door geoxideerde ertsen. Zulke ertsen kunnen worden ontgonnen, indien nodig, door ze te breken door stralen en vervolgens zure oplossingen door de steen te pompen om metalen zoals koper en uranium op te lossen. De metaalhoudende oplossingen worden naar de oppervlakte gepompt en de metalen worden teruggewonnen. Zeer lage, kleine en anderszins economisch niet-levensvatbare afzettingen kunnen worden geëxploiteerd en het proces kan op aanzienlijke dieptes worden gebruikt.

Outlook:

Maatregelen zoals recycling en vervanging en nieuwe materiaaltechnologie zullen een rol spelen bij het verminderen van de impact van minerale exploitatie op het milieu, maar in de onmiddellijke toekomst moeten we kijken naar een toenemend verantwoordelijkheidsgevoel van alle betrokkenen op welke manier dan ook met de industrie., of het nu ontwikkelaars of toezichthouders zijn.

Er zijn veel hoopvolle tekenen dat dit gebeurt: in 1992 sloegen bijvoorbeeld 19 grote mijnbouwbedrijven uit vijf continenten de handen ineen om de internationale raad voor metalen en het milieu te vormen die tot taak heeft de ontwikkeling, implementatie en harmonisatie van geluid te bevorderen. milieu- en gezondheidsbeleid en -praktijken die zorgen voor een veilige productie, gebruik, recycling en verwijdering van metalen.