الجيولوجيا الاقتصادية والبيئة

الجيولوجيا الاقتصادية هي فرع من الجيولوجيا التي تتعامل مع المواد الجيولوجية ذات القيمة الاقتصادية.

من الناحية الأوسع ، تهتم الجيولوجيا الاقتصادية بتوزيع الرواسب المعدنية ، والاعتبارات الاقتصادية المرتبطة باستردادها ، وتقييم الاحتياطيات المتاحة.

تتعامل الجيولوجيا الاقتصادية مع مواد مثل المعادن النفيسة والقاعدية والمعادن غير الفلزية والوقود الأحفوري والمواد الأخرى ذات القيمة التجارية ، مثل الملح والجبس وحجر البناء. إنه يستفيد من مبادئ وطرق مختلف المجالات الأخرى ، وخاصة الجيوفيزياء ، والجيولوجيا الهيكلية ، والطبقات الجدارية.

الجيولوجيا الاقتصادية لا يمارسها الجيولوجيون فحسب ، بل هي أيضا ذات أهمية للمهندسين ، والمصرفيين الاستثماريين ، وعلماء البيئة ، والعاملين في مجال حماية البيئة ، وذلك بسبب تأثير الصناعات الاستخراجية الضخمة على المشهد الاجتماعي الاقتصادي والبيئي.

أصل وتطوير الجيولوجيا الاقتصادية:

مفهوم الجيولوجيا الاقتصادية هو مفهوم جديد نسبيا ، على الرغم من أن البشر كانوا يستخرجون المعادن والمعادن ذات القيمة من الأرض منذ عصور ما قبل التاريخ. على الرغم من كل قدرتهم على تقدير قيمة هذه الموارد ، إلا أن الناس ما قبل الحداثة لا يمتلكون سوى القليل من النظريات العلمية المتعلقة بتكوينهم أو وسائل استخراجهم.

اعتقد الإغريق ، على سبيل المثال ، أن أوردة من المواد المعدنية في الأرض تشير إلى أن تلك المواد هي كائنات حية تمدد الجذور بعد طريقة الأشجار. أكد المنجمون من العصور الوسطى أن كل واحد من "الكواكب السبعة" (الشمس والقمر والكواكب الخمسة ، إلى جانب

حكمت الأرض ، المعروفة في ذلك الوقت ، بواحدة من المعادن السبعة المعروفة - الذهب والنحاس والفضة والرصاص والقصدير والحديد والزئبق - والتي كان من المفترض أنها تم إنشاؤها تحت تأثير "كواكب" كل منها.

كان المفكر الأول الذي حاول تجاوز هذه الأفكار غير العلمية (إذا كانت خيالية) هو طبيب ألماني يكتب تحت الاسم اللاتيني جورجيوس أغريكولا (1494-1555). نتيجة لمعالجة عمال المناجم لمختلف الظروف ، أصبحت أجريكولا ، واسمها الحقيقي جورج باور ، مفتونة بالمعادن.

وباعتبارها الأب لكل من علم المعادن والجيولوجيا الاقتصادية ، قدمت أجريكولا العديد من الأفكار التي قدمت أساسًا علميًا لدراسة الأرض ومنتجاتها. في De Ortu et causis Subterraneorum (1546) ، انتقد جميع الأفكار السابقة المتعلقة بتكوين الخامات ، بما في ذلك المفاهيم اليونانية والتنجيمية المذكورة سابقاً وكذلك الاعتقاد الخيميائي بأن جميع المعادن تتكون من الزئبق والكبريت.

بدلا من ذلك ، أكد أن السوائل الجوفية تحمل معادن مذابة ، والتي ، عند تبريدها ، تترك رواسب في شقوق الصخور وبالتالي تؤدي إلى عروق معدنية. ساعدت أفكار أجريكولا في وقت لاحق على تشكيل الأساس للنظريات الحديثة المتعلقة بتكوين رواسب الخام.

في دي ناتورا فوسيليوم (في طبيعة الحفريات ، 1546) ، استحدثت أجريكولا أيضًا طريقة لتصنيف "الأحافير" ، حيث كانت المعادن معروفة آنذاك. نظام أجريكولا ، الذي يصنف المعادن وفقا لخصائص مثل اللون والملمس والوزن والشفافية ، هو أساس نظام تصنيف المعادن المستخدمة اليوم.

من بين جميع أعماله ، كان الأكثر أهمية هو De re Metallica ، الذي سيظل الكتاب المدرسي الرائد لعمال المناجم وعلم المعادن خلال القرنين اللاحقين. في هذا العمل الضخم ، قدم العديد من الأفكار الجديدة ، بما في ذلك مفهوم أن الصخور تحتوي على خامات أقدم من الصخور نفسها. كما استكشف بالتفصيل ممارسات التعدين المستخدمة في وقته ، وهو بحد ذاته إنجاز استثنائي في أن عمال المناجم في القرن السادس عشر يميلون إلى حماية أسرارهم التجارية عن كثب.

الصخور والمعادن:

تتكون قشرة الأرض من الصخور ، وهي بدورها عبارة عن ركام من المعادن. ليتم تصنيفها كأنواع معدنية ، يجب أن توجد مادة في الطبيعة وتكون ذات أصل غير عضوي. يجب أن تمتلك خاصية كيميائية محددة وتكوين ذري مميز.

الصخور:

الصخرة هي مجموعة من المعادن أو المواد العضوية ، والتي يمكن أن تظهر في شكل موحد أو غير موحد. الصخور من ثلاثة أنواع مختلفة: نارية ، تتكون من بلورة المعادن المنصهرة ، كما هو الحال في البركان. رسوبي ، يتكون عادة عن طريق الترسيب ، والدمج ، أو تعزيز الصخور المتجمدة ؛ وتحولت ، التي تشكلت عن طريق تغيير الصخور الموجودة من قبل. الصخور المصنوعة من المواد العضوية هي رسوبية نموذجية ، مثال على ذلك الفحم.

لقد امتلكت الصخور أهمية اقتصادية من وقت طويل قبل "الاقتصاد" كما نعرف أنها موجودة - وهو الوقت الذي لم يكن فيه أي شيء للشراء ولا شيء لبيعه. تلك الفترة ، بالطبع ، ستكون العصر الحجري ، الذي يعود تاريخيا إلى بدايات الجنس البشري ويتداخل مع بدايات الحضارة منذ 5،500 سنة. في مئات الآلاف من السنين عندما كان الحجر يشكل أكثر مواد صنع الأدوات تقدما ، طور البشر مجموعة من الأدوات الحجرية لصنع النار ، وشحذ السكاكين ، وقتل الحيوانات (وغيرها من البشر) ، وقطع الطعام أو جلود الحيوانات ، وهكذا.

العصر الحجري ، سواء في الخيال الشعبي و (مع بعض المؤهلات) في الحقيقة الأثرية ، كان الوقت الذي عاش فيه الناس في الكهوف. ومنذ ذلك الوقت ، بطبيعة الحال ، غادر البشر عمومًا من الكهوف ، على الرغم من وجود استثناءات ، كما وجد الجيش الأمريكي في عام 2001 عند محاولة البحث عن الإرهابيين في كهوف أفغانستان.

على أي حال ، فإن التعلق الإنساني بالمساكن الحجرية قد اتخذ أشكالًا أخرى ، بدءًا من الأهرامات واستمر من خلال منازل البناء الحالية. كما أن الصخور ليست مجرد مادة هيكلية للبناء ، حيث يشهد استخدام ألواح الجدران الجبسية ، وأسطح الطاولات المسطحة ، والتشطيبات الرخامية ، والممرات المرصوفة. وبطبيعة الحال ، البناء هو واحد فقط من العديد من التطبيقات التي يتم توجيه الصخور والمعادن فيها ، كما سنرى.

المعادن:

من بين جميع العناصر الكيميائية المعروفة ، 87 ، أو حوالي 80 في المائة ، هي معادن. تم تحديد المجموعة الأخيرة على أنها لامع أو لامع في المظهر ومرن أو مطيل ، مما يعني أنه يمكن تشكيلها في أشكال مختلفة دون تكسيرها. وبالرغم من ليونة هذه المواد ، فإن المعادن متينة للغاية ، ولها نقاط ذوبان وغليان عالية ، وهي موصلات ممتازة للحرارة والكهرباء. بعض التسجيل عالية على مقياس صلابة موس.

المعادن:

في حين لا يوجد سوى 87 نوعا من المعدن ، هناك حوالي 3،700 نوع من المعادن. هناك تداخل كبير بين المعادن والمعادن ، لكن هذا التراكب بعيد عن الاكتمال: فالعديد من المعادن تشتمل على عناصر غير معدنية ، مثل الأكسجين والسيليكون. والمعدن هو مادة تظهر في الطبيعة وبالتالي لا يمكن تكوينها بشكل مصطنع ، وهي غير عضوية في الأصل ، ولها تركيبة كيميائية محددة ، وتمتلك بنية داخلية بلورية.

لا يشير المصطلح العضوي ببساطة إلى مواد ذات أصل بيولوجي ؛ بدلا من ذلك ، فإنه يصف أي مركب يحتوي على الكربون ، باستثناء الكربونات (التي هي نوع من المعادن) والأكاسيد ، مثل ثاني أكسيد الكربون أو أول أكسيد الكربون.

إن حقيقة أن المعدن يجب أن يكون بتركيبة غير متغيرة يحد من المعادن بشكل شبه حصري للعناصر والمركبات - أي إما للمواد التي لا يمكن تفكيكها كيميائياً لإعطاء مواد أبسط أو للمواد التي تشكلها الروابط الكيميائية للعناصر. فقط في عدد قليل من الظروف المحددة للغاية هي خلائط طبيعية تحدث ، أو مخاليط من المعادن ، تعتبر المعادن.

تصنف المعادن إلى ثماني مجموعات أساسية حسب تركيبها الكيميائي:

هؤلاء هم:

أنا. العناصر الأصلية

ثانيا. الكبريتيدات

ثالثا. أكاسيد وهيدروكسيدات

د. هاليدات

v. كربونات ، نترات ، بورات ، يودات

السادس. كبريتات ، كرومات ، موليبدات ، تنغستات

السادس. الفوسفات ، arsenates ، vanadates

السابع. السيليكات

تتضمن المجموعة الأولى ، العناصر الأصلية ، عناصر معدنية تظهر في شكل نقي في مكان ما على الأرض ؛ بعض السبائك المعدنية ، ألمح في وقت سابق ؛ وكذلك المعادن اللافلزية ، والمعادن شبه والمعادن تحدث مع العناصر المعدنية وغير المعدنية. تُعرف العناصر الأصلية ، بالإضافة إلى الطبقات الست التي تتبعها في هذه القائمة ، بشكل جماعي بأنها غير شخصية ، وهو المصطلح الذي يؤكد على أهمية المجموعة الثامنة.

الغالبية العظمى من المعادن ، بما في ذلك أكثرها وفرة ، تنتمي إلى طبقة السيليكات ، التي بنيت حول عنصر السيليكون. وكما يمكن للكربون أن يشكل سلاسل طويلة من الذرات ، خاصة مع الهيدروجين (كما نناقش في سياق الوقود الأحفوري في وقت لاحق من هذا المقال) ، فإن السيليكون يشكل أيضًا خيوطًا طويلة ، على الرغم من أن "شريكه المختار" هو الأكسجين عادةً وليس الهيدروجين. . بالإضافة إلى الأكسجين ، فإن السليكون - المعروف باسم الفلزات المعدنية لأنه يعرض خصائص كل من المعادن والفلزات اللافلزية - يشكل الأساس لمجموعة مذهلة من المنتجات ، الطبيعية منها والاصطناعية.

يمكن تصنيف المعادن حسب استخدامها في الصناعة على النحو التالي:

(أ) المعادن المعدنية: المجموعة الحديدية. وتشمل المعادن مثل الحديد والكروميت والمنغنيز والنيكل.

(ب) المعادن المعدنية: مجموعة غير حديدية. هذه ميزة النحاس والرصاص والزنك والتنغستن والألمنيوم والفاناديوم وغيرها.

(ج) المعادن اللافلزية. هم الميكا ، steatite ، الاسبستوس وغيرها.

(د) المعادن الحرارية. يتم استخدامها كمقاومة للحرارة في الأفران والقوالب. وهي تشمل الكروميت ، والمغنيسيتي ، والكيانيت ، والنار ، والسيلانيتيت والجرافيت.

(ه) المعادن الأسمدة مثل الجبس والفوسفات الصخري والبايرايت.

(و) الوقود المعدني مثل الفحم والبترول والغاز الطبيعي والمعادن النووية.

يتأثر التطور الاقتصادي للبلد بتوافر المعادن. المعادن تشكل قاعدة للعديد من الصناعات واسعة النطاق. الزراعة ، أيضا ، تتأثر بتوافر المعادن في شكل الأسمدة.

الهيدروكربونات:

كما ذكرنا سابقا ، فإن تركيز الجيولوجيا الاقتصادية على الصخور والمعادن على حد سواء ، من جهة ، والوقود الأحفوري ، من جهة أخرى. يمكن تعريف الوقود الأحفوري بأنه الوقود (على وجه التحديد ، الفحم ، النفط ، والغاز) المشتق من رواسب المواد العضوية التي تعرضت للتحلل والتغيير الكيميائي في ظروف الضغط المرتفع.

وبالنظر إلى هذا الاشتقاق من المواد العضوية ، وبحسب التعريف ، فإن جميع أنواع الوقود الأحفوري تعتمد على الكربون ، وعلى وجه التحديد ، إنها مبنية حول مركبات هيدروكربونية ـ مركبات كيميائية لا تتكون جزيئاتها من أي شيء سوى ذرات الكربون والهيدروجين.

نظريًا ، لا يوجد حد لعدد الهيدروكربونات المحتملة. يتكوّن الكربون من أشكال جزيئية لا حدود لها على ما يبدو ، والهيدروجين شريك كيميائي متعدد الاستعمالات على وجه الخصوص. يمكن أن تشكل الهيدروكربونات سلاسل مستقيمة ، أو سلاسل متفرعة ، أو حلقات ، والنتيجة هي مجموعة متنوعة من المركبات التي لا تميزها العناصر في تركيبها أو حتى (في بعض الحالات) بأعداد الذرات المختلفة في كل جزيء ، ولكن بالأحرى من خلال البنية من جزيء معين.

تطبيقات الحياة الحقيقية للجيولوجيا الاقتصادية:

الوقود الحفري:

تأتي المادة العضوية التي تتحلل لإنتاج الهيدروكربونات في الوقود الأحفوري في المقام الأول من الديناصورات ونباتات ما قبل التاريخ ، على الرغم من أنه يمكن بسهولة أن تأتي من أي كائنات حية أخرى ماتت بأعداد كبيرة منذ زمن بعيد. لتكوين البترول ، يجب أن تكون هناك كميات كبيرة جدًا من المواد العضوية المودعة مع الرواسب ودفنت تحت رواسب أكثر. تسمى الرواسب المتراكمة والمواد العضوية بالصخور المصدر.

ما يحدث بعد تراكم هذه المواد أمر بالغ الأهمية ويعتمد إلى حد كبير على طبيعة الصخور المصدر. من المهم أن المواد العضوية - على سبيل المثال ، الأعداد الهائلة من الديناصورات التي ماتت في انقراض جماعي قبل حوالي 65 مليون سنة - لا يُسمح لها بالتعفن ، كما يحدث في البيئة الهوائية أو الأكسجين. وبدلاً من ذلك ، تخضع المادة العضوية للتحول إلى هيدروكربونات كنتيجة للنشاط الكيميائي اللاهوائي ، أو النشاط الذي يحدث في غياب الأكسجين.

والصخور ذات المصدر الجيد لهذا التحول هي الصخر الزيتي أو الحجر الجيري ، شريطة أن تتكون الصخور المعينة من 1 إلى 5 في المائة من الكربون العضوي. يجب أن تكون صخور المصدر عميقة بما يكفي لأن الضغط يسخن المادة العضوية ، ولكن ليس عميقًا لدرجة أن الضغط ودرجة الحرارة تتسبب في خضوع الصخور للتحول أو تحويلها إلى جرافيت أو إصدارات أخرى غير هيدروكربونية من الكربون. تعتبر درجات الحرارة حتى 302 درجة فهرنهايت (150 درجة مئوية) مثالية لتوليد البترول.

وبمجرد توليده ، ينتقل النفط تدريجياً من الصخر المصدر إلى صخرة مكمن أو صخرة تخزن البترول في مسامها. الصخر الجيد للمكمن هو المكان الذي تشكل فيه مساحة المسام أكثر من 30 في المائة من حجم الصخور. ومع ذلك ، يجب أن تكون الصخرة مختومة بصخرة أخرى أقل مسامية ؛ في الواقع ، بالنسبة للصخرة أو غطاء الصخور ، كما يطلق عليه ، يفضل صخرة غير منفذة. وهكذا ، فإن أفضل نوع من صخور تشكيل الختم هو واحد مصنوع من قطع صغيرة جدا من الرواسب ، مثل الصخر الزيتي. مثل هذه الصخرة قادرة على حمل البترول في مكانه لملايين السنين حتى يصبح جاهزًا ليتم اكتشافه واستخدامه.

لقد عرف الناس عن النفط من عصور ما قبل التاريخ ، لمجرد وجود أماكن على الأرض حيث تسربت حرفيا من الأرض. ومع ذلك ، بدأ العصر الحديث من حفر البترول في عام 1853 ، عندما أدرك محام أمريكي يدعى جورج بيسل (1821-1884) إمكانية استخدامه كوقود مصباح. استأجر "العقيد" إدوين دريك (1819-1880) للإشراف على حفر بئر نفطية في تيتوسفيل ، بنسلفانيا ، وفي 1859 ضرب دريك النفط. وُلدت أسطورة واك الذهب "، من ثروات من حفر الثقوب في الأرض.

في أعقاب التطور والتطبيق الواسع لمحرك الاحتراق الداخلي خلال الجزء الأخير من القرن التاسع عشر والجزء المبكر من القرن العشرين ، أصبح الاهتمام بالنفط أكثر قوة ، وانتشرت الآبار في جميع أنحاء العالم. أنتجت سومطرة ، إندونيسيا ، النفط من أول بئر لها في عام 1885 ، وفي عام 1901 ، بدأ الحفر الناجح في تكساس - مصدر العديد من ثروة بحجم تكساس. اكتشف الشكل المبكر للشركة المعروفة اليوم باسم بريتيش بتروليوم (BP) أول نفط شرق أوسطي في بلاد فارس (إيران الآن) في عام 1908. وعلى مدى السنوات الخمسين اللاحقة ، تغيرت الأهمية والتوقعات الاقتصادية لهذه المنطقة إلى حد كبير.

مع التوسع الكبير في ملكية السيارات التي بدأت بعد الحرب العالمية الأولى (1914-1918) ووصلت إلى مستويات أعلى بعد الحرب العالمية الثانية (1939-1945) ، ارتفعت قيمة وأهمية البترول. ازدهرت صناعة النفط ، ونتيجة لذلك ، وجد العديد من الجيولوجيين عملاً في قطاع عرض أكثر بكثير من الفوائد المالية مقارنة بالمستوى الجامعي أو الحكومي. واليوم ، يساعد الجيولوجيون أصحاب العمل في تحديد أماكن احتياطيات النفط ، وليست مهمة سهلة لأن الكثير من المتغيرات يجب أن يصطفوا لإنتاج مصدر نفطي قابل للتطبيق. بالنظر إلى تكلفة حفر بئر نفطية جديدة ، والتي قد تصل إلى 30 مليون دولار أو أكثر ، من المهم بشكل واضح ممارسة أحكام جيدة في تقييم إمكانيات العثور على النفط.

كانت صناعة النفط محفوفة بالمخاوف البيئية بشأن تأثير الحفر (الذي يحدث الكثير منه في الخارج ، على الحفارات الموضوعة في المحيط) ؛ المخاطر الحيوية المحتملة المرتبطة بالانسكابات ، مثل تلك التي تنطوي على إكسون فالديز في عام 1989 ؛ والتأثير على الغلاف الجوي لأول أكسيد الكربون وغيره من غازات الدفيئة الناتجة عن محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بحرق النفط. هناك قلق أوسع نطاقاً من اعتماد الولايات المتحدة على مصادر النفط في البلدان الأجنبية (بعضها معادي علنًا للولايات المتحدة) ، فضلاً عن احتمال تضاؤل ​​الموارد.

حسب معدل الاستهلاك الحالي ، يقدر أن يتم استنفاد الاحتياطيات النفطية بحلول عام 2040 تقريباً ، ولكن هذا لا يأخذ في الاعتبار سوى الاحتياطيات التي تعتبر قابلة للحياة اليوم. مع استمرار الاستكشاف ، قد يتم استغلال المزيد من الموارد. لكن على المدى الطويل ، سيكون من الضروري تطوير وسائل جديدة لتغذية العالم الصناعي ، لأن البترول مورد غير متجدد: فهناك الكثير منها فقط تحت الأرض ، وعندما يتم اختزاله ، لن يتم استبداله. لملايين السنين (على كل حال).

البتروكيماويات:

البترول نفسه مادة خام التي يتم من خلالها الحصول على العديد من المنتجات ، والمعروفة مجتمعة باسم البتروكيماويات أو المشتقات النفطية. من خلال عملية يطلق عليها التقطير التجزيئي ، فإن البتروكيماويات من أدنى كتلة جزيئية تغلي أولا ، وأولئك الذين لديهم كتلة أعلى منفصلة عند درجات حرارة أعلى؟

السيليكون والسيليكات ومركبات أخرى:

وكما أن الكربون في مركز عالم هائل من الهيدروكربونات ، فإن السليكون مهم بنفس القدر بالنسبة للمواد غير العضوية التي تتراوح بين الرمل أو السيليكا (Si0 ₂ ) إلى السيليكون (مجموعة شديدة التنوع من المنتجات القائمة على السيليكون) ، إلى الصخور المعروفة باسم السيليكات.

السليكات هي أساس العديد من أنواع المعادن المعروفة ، بما في ذلك العقيق ، التوباز ، الزركون ، الكاولينيت ، التلك ، الميكا ، واثنين من المعادن الأكثر وفرة على الأرض والفلسبار والكوارتز. (لاحظ أن معظم المصطلحات المستخدمة هنا تشير إلى مجموعة من المعادن ، وليس إلى معدن واحد.) مصنوعة من مركبات تتكون حول السيليكون والأكسجين وتضم مختلف المعادن ، مثل الألومنيوم والحديد والصوديوم والبوتاسيوم ، وحساب السيليكات ل 30 في المائة من جميع المعادن. على هذا النحو ، فإنها تظهر في كل شيء من الأحجار الكريمة إلى مواد البناء. ومع ذلك فهي بعيدة كل البعد عن المنتجات البارزة الوحيدة التي تركز على السيليكون.

سيليكون ومركبات أخرى:

السيليكون ليس معدن ؛ بدلاً من ذلك ، فهو منتج تركيبي غالبًا ما يستخدم كبديل للزيوت العضوية والشحوم والمطاط. فبدلاً من ربط ذرات الأكسجين ، كما في السيليكات ، ترتبط ذرات السليكون في السيليكون بالمجموعات العضوية ، أي الجزيئات التي تحتوي على الكربون. تستخدم زيوت السيليكون بشكل متكرر بدلاً من النفط العضوي كمواد تشحيم لأنها تستطيع تحمل تغيرات أكبر في درجة الحرارة.

ولأن الجسم يتحمّل إدخال غرسات السيليكون بشكل أفضل مما هو الحال في العضويات العضوية ، فإن السليكونات تستخدم أيضًا في الغرسات الجراحية. تظهر مطاط السيليكون في كل شيء بدءًا من الكرات المرتدة إلى المركبات الفضائية ، كما توجد السيليكونات أيضًا في العوازل الكهربائية ، والوقاية من الصدأ ، ومواد تلطيف الملابس ، وبخاخ الشعر ، والكريمات اليدوية ، والأثاث ، وتلميع السيارات ، والدهانات ، والمواد اللاصقة ، وحتى العلكة.

حتى هذه القائمة لا تستنفد العديد من التطبيقات من السيليكون ، والتي (مع الأكسجين) تمثل الغالبية العظمى من الكتلة في قشرة الأرض. بسبب الصفات شبه المعدنية ، يستخدم السيليكون كأشباه الموصلات للكهرباء.

رقائق الكمبيوتر هي عبارة عن شرائح صغيرة من السيليكون النقي النقاوة ، محفورة بما يصل إلى نصف مليون دارة إلكترونية مجهرية ومترابطة بشكل معقد. تتلاعب هذه الرقائق بالجهود الفولتية باستخدام الرموز الثنائية ، والتي تعني 1 "جهد" و 0 تعني "إيقاف التيار الكهربائي". وبواسطة هذه النبضات ، تقوم رقائق السليكون بإجراء العديد من العمليات الحسابية في ثوانٍ ، وهي حسابات تستغرق ساعات أو أشهرًا أو حتى سنوات .

وهناك شكل مسامي من السيليكا يعرف باسم هلام السيليكا يمتص بخار الماء من الهواء وكثيرا ما يتم حزمه إلى جانب المنتجات الحساسة للرطوبة ، مثل مكونات الإلكترونيات ، للحفاظ على جفافها. إن كاربين السليكون ، وهو مادة بلورية صلبة للغاية يتم تصنيعها عن طريق دمج الرمل مع فحم الكوك (الكربون النقي تقريباً) عند درجات حرارة عالية ، له تطبيقات كالكشط.

الخامات:

خام هو صخرة أو المعدنية التي تمتلك قيمة اقتصادية. لكن التعريف الأكثر استهدافاً سيتضمن الصفة الفلزية ، لأن المعادن ذات القيمة الاقتصادية التي لا تحتوي على معادن تُعالج عادة كفئة منفصلة - معادن صناعية. في الواقع ، يمكن القول أن مصالح الجيولوجيا الاقتصادية تنقسم إلى ثلاثة مجالات: الخامات والمعادن الصناعية والوقود ، والتي ناقشناها بالفعل.

يبدو أن كلمة "خام" تعني الذهن إحدى أقدم المعادن المعروفة في العالم ، وربما كانت أول مادة عملها علماء المعادن في عصور ما قبل التاريخ: الذهب. حتى الكلمة الإسبانية للذهب ، oro ، تشير إلى وجود علاقة. عندما وصل الغزاة من إسبانيا إلى العالم الجديد بعد حوالي 1500 ، كان oro هاجسهم ، وقيل إن الغزاة الأسبان في المكسيك وجدوا كل شيء من الذهب أو الفضة يقع على سطح الأرض. ومع ذلك ، افتقر عمال المناجم في القرن السادس عشر إلى الكثير من المعرفة التي تساعد الجيولوجيين اليوم على العثور على رواسب خام غير موجودة على السطح.

تحديد موقع واستخراج الخامات:

النهج الحديث يستخدم المعرفة المكتسبة من التجربة. وكما هو الحال في يوم أجريكولا ، فإن الكثير من الثروة التي تمتلكها شركة تعدين هي في شكل معلومات تتعلق بوسائل البحث عن أفضل المواد واسترجاعها من الأرض الصلبة. تساعد بعض المؤشرات الجيوكيميائية والجيوفيزيائية السطحية على توجيه خطوات الجيولوجيين وعمال المناجم الذين يبحثون عن الخام. وهكذا ، في الوقت الذي تبدأ فيه شركة تبحث عن التنقيب عن النفط الخام ، تم إنجاز قدر كبير من العمل الاستكشافي. فقط عند هذه النقطة يمكن تحديد قيمة الودائع ، والتي قد تكون ببساطة معادن ذات فائدة اقتصادية ضئيلة.

تشير التقديرات إلى أن ميلًا مكعباً (1.6 كم ³ ) من متوسط ​​الصخور يحتوي على معادن تقدر قيمتها بنحو 1 تريليون دولار ، والتي تبدو واعدة في البداية - إلى أن تفعل واحدة الرياضيات. تريليون دولار الكثير من المال ، ولكن 1 كيو. ميل. (يساوي 5،280 x 5،280 x 5،280 قدمًا ، أو 1،609 كيلومترًا ³ ) الكثير من المساحة أيضًا. والنتيجة هي أن 1 cu. تبلغ قيمة ft (0.028 م ³ ) حوالي 6.79 دولار فقط. ولكن هذا هو متوسط ​​القدم المكعبة في متوسط ​​المكعب المكعب من الصخور ، ولا توجد شركة تعدين ستفكر في محاولة استخراج المعادن من قطعة أرض عادية. بدلا من ذلك ، يظهر خام قابل للحياة فقط في المناطق التي خضعت لعمليات جيولوجية تركز الفلزات بطريقة أن وفرة هذه الكائنات عادة تكون أكبر بمئات المرات منها على الأرض ككل.

يحتوي خام المعادن على معادن أخرى ، تعرف باسم الشوائب ، وهي ليست ذات قيمة اقتصادية ولكنها تعمل كعلامة تشير إلى أن خامًا موجود في تلك المنطقة. قد يشير وجود الكوارتز ، على سبيل المثال ، إلى ترسبات من الذهب. قد يظهر الخام في رواسب نارية ، متحولة ، أو رسوبية كما في السوائل المائية الحرارية. وينتج هذا الأخير من الصخور النارية ، في شكل غاز أو ماء ، والتي تذوب المعادن من الصخور التي تمر من خلالها وتودع الرابتة فيما بعد في مواقع أخرى.

مواجهة مخاطر التعدين:

التعدين ، وسيلة لاستخراج الخامات فحسب ، بل العديد من المعادن الصناعية والوقود ، مثل الفحم ، عمل شاق محفوف بالمخاطر العديدة. هناك مخاطر قصيرة الأجل على عمال المناجم ، مثل الكهوف ، أو الفيضانات ، أو إطلاق الغازات في المناجم ، وكذلك الأخطار طويلة الأجل التي تشمل مثل هذه الأمراض المتعلقة بالتعدين مثل الرئة السوداء (عادة ما تكون خطرا على الفحم عمال المناجم). ثم هناك الإجهاد الذهني والعاطفي الهائل الذي يأتي من قضاء ثماني ساعات أو أكثر في اليوم بعيدا عن أشعة الشمس ، في محيط خانق.

وبالطبع ، هناك الإجهاد البيئي الناجم عن التعدين - وليس فقط عن طريق التأثير المباشر لقطع الجرح في سطح الأرض ، والذي قد يعطل النظم البيئية على السطح ، ولكن العديد من المشاكل الإضافية ، مثل تسرب الملوثات في طاولة الماء. وتمثل الألغام المتروكة أخطارًا أخرى ، بما في ذلك خطر الهبوط ، مما يجعل هذه المواقع غير آمنة على المدى الطويل.

أدت معايير السلامة البيئية والمهنية العالية ، التي أُنشئت في الولايات المتحدة خلال الثلث الأخير من القرن العشرين ، إلى تغييرات في طريقة أداء التعدين وكذلك في الطريقة التي تُترك بها الألغام عند اكتمال العمل. على سبيل المثال ، أجرت شركات التعدين تجارب على استخدام المواد الكيميائية أو حتى البكتيريا ، التي يمكنها أن تحل معدنًا تحت الأرض وتسمح بضخها إلى السطح دون الحاجة إلى إنشاء "ممرات وأنفاق فعلية تحت الأرض أو إرسال عمال مناجم بشريين للعمل عليها". .

المعادن الصناعية والمنتجات الأخرى:

المعادن الصناعية ، كما لوحظ سابقا ، هي معادن غير معدنية تحتوي على موارد معدنية تهم الجيولوجيا الاقتصادية. ومن الأمثلة على ذلك الأسبستوس ، وهو مصطلح عام لمجموعة كبيرة من المعادن عالية المقاومة للحرارة واللهب ؛ مركبات البورون ، التي تستخدم لصنع الزجاج المقاوم للحرارة ، المينا ، والسيراميك ؛ الفوسفات وأملاح البوتاسيوم المستخدمة في صناعة الأسمدة. والكبريت ، يطبق في مجموعة من المنتجات ، من المبردات إلى المتفجرات إلى أجهزة التنقية المستخدمة في إنتاج السكر.

واحد فقط من المعادن الصناعية ، يمكن أن اكسيد الالمونيوم (من طبقة الأكاسيد المعدنية) ، استخدامات عديدة. من الصعب للغاية ، تم استخدام اكسيد الالمونيوم في شكل صخرة غير مجمعة تسمى الصنفرة عموما كما جلخ منذ العصور القديمة. بسبب نقطة الانصهار العالية جدا - حتى أعلى من درجة الحديد - يستخدم الكوراندوم أيضا في صنع الألومينا. منتج مقاوم للحريق يستخدم في الأفران والمواقد. على الرغم من أن لون اكسيد الالمونيوم النقي هو عديم اللون ، يمكن للكميات النزرة لعناصر معينة ان تسفر عن ألوان براقة: لذلك ، فإن اكسيد الالمونيوم مع آثار الكروم يصبح روبي أحمر ، في حين أن آثار الحديد ، والتيتانيوم ، وعناصر أخرى تنتج أنواع مختلفة من الياقوت باللون الأصفر والأخضر والبنفسجي وكذلك الأزرق المألوف.

التأثير البيئي للجيولوجيا الاقتصادية:

قبل عقود قليلة ، كان معظم الجيولوجيين يشاركون في استكشاف وتنمية الموارد المعدنية. ومع ذلك ، فإن الجيولوجيا الاقتصادية وتطبيق الجيولوجيا على مشكلات البيئة الحضرية تطالب ببطء خدمات عدد متزايد من الجيولوجيين. اليوم ، هناك عدد كاف من الجيولوجيين الاقتصاديين المهتمين بالمشاكل البيئية (كثير منها غير مرتبط بالتعدين ، وله اهتمامات في الكيمياء الجيولوجية والبتروجرافيا). إنهم يوافقون على فكرة أن "الموارد المعدنية ستكون مطلوبة دائماً" ، ولكن "القضايا البيئية هي عامل رئيسي في جدوى التعدين".

هناك الآن اهتمام أكبر بالبيئة أكثر من أي وقت مضى ونواجه مخاوف بشأن الآثار البيئية لكل جانب من جوانب حياتنا اليومية تقريبًا. يمكن تغيير كل من الماء والتربة والهواء والبيئة البيولوجية بشكل كبير من خلال أنشطة المجتمعات الصناعية مثل مجتمعنا ، وليس أقلها من خلال الآليات التي تسيطر عليها العمليات الجيولوجية الأساسية.

يتأثر التخلص من النفايات وتلويث الأرض من قبل الصناعة وتأثيرات التعدين وتلوث المياه وحتى جودة الهواء (من خلال تشتت جسيمات المعادن المحمولة جواً) بالعمليات الجيولوجية والظواهر التي تتحكم فيها تركيبة الصخور الأساسية وتوزيعها وبنيتها وسلوكها. . وبالتالي تتأثر المشاكل البيئية اليومية بدرجة أكبر أو أقل بالجيولوجيا. يهدف المساق إلى تقديم نظرة عامة واسعة على هذه الجوانب المتعددة والمتنوعة من الجيولوجيا البيئية ، وتوفير الإطار العلمي لفهم القضايا البيئية الرئيسية.

الشواغل البيئية هي عامل رئيسي في تحديد ما إذا كان سيتم تطوير المعادن والتعدين. يدعم معظم الجيولوجيين الاقتصاديين وشركات التعدين الجهود الرامية إلى خفض التدهور البيئي بسبب التعدين.

تأثيرات بيئيه:

لطالما كان التعدين ، لا يقل عن الزراعة ، عنصراً أساسياً في تقدم البشرية. في الواقع ، نحن الآن نستفيد من معظم العناصر في الجدول الدوري. ولكن كما. الزيادة السكانية والسعي من أجل مستوى معيشة أعلى مما أدى إلى زيادة الطلب على المعادن والفلزات ، تزايد الاهتمام بآثار التعدين والحفر في البيئة الطبيعية ، وأصبح من الواضح بشكل متزايد أن موارد الأرض لا تنضب.

في تقريرها لعام 1987 ، "مستقبلنا المشترك" ، أشارت لجنة الأمم المتحدة العالمية المعنية بالبيئة والتنمية إلى أن العالم يصنع سبع مرات من السلع أكثر مما كان عليه في عام 1950. واقترحت اللجنة "التنمية المستدامة" ، وزواج الاقتصاد علم البيئة الحل العملي الوحيد ، أي النمو دون ضرر على البيئة.

تحتوي معظم المناجم على مصنع للمعالجة المعدنية في الموقع والعديد من المناجم المعدنية لديها مصهر قريب. لإجراء تقييم عام للتأثير البيئي لتطوير عمليات التعدين الجديدة ، يجب أن نأخذ في الاعتبار آثار الثلاثة. يتم أخذ مصطلح التعدين هنا ليشمل جميع العمليات الاستخراجية ، على سبيل المثال ، المحاجر. يتم التعامل مع المجالات الرئيسية للقلق أدناه.

الضرر الذي يلحق بالأرض:

وتشير التقديرات إلى أن الاستخدام العالمي التراكمي للأرض في مجال التعدين بين عامي 1976 و 2000 سيكون حوالي 37000 كيلومتر مربع ، أي حوالي 0.2 في المائة من سطح الأرض. لدى الدول الأكثر تقدمًا نسبة أكبر من الأرض المضطربة مقارنة بالأقل نمواً. درجة استصلاح هذه الأرض تتسارع الآن بسرعة ويتم استخدام جيد من الثقوب القديمة للتخلص من الألغام القديمة والنفايات المنزلية وغيرها.

وقد تم تحويل المناطق الملغومة الأخرى إلى محميات طبيعية ومنتزهات ترفيهية. قد تكون المناجم المستقبلية أقل احتمالا لإنتاج مواقع للتخلص من النفايات حيث يتم إعادة معظمها الآن. هذه عملية ضرورية للغاية حيث يتم في كل عام أخذ ما يقدر بـ 27،000 طن من المعادن غير الوقودية والعبء الزائد من القشرة الأرضية.

الافراج عن المواد السامة:

لا تعد المعادن مهمة فقط للاستخدام الذي نستخدمه ، ولكنها أيضًا جزء لا يتجزأ من مستحضراتنا وكيانات الكائنات الحية الأخرى. ومع ذلك ، على الرغم من أن بعض العناصر المعدنية تعتبر مكونات أساسية للكائنات الحية ، إلا أن أوجه القصور أو الزيادة في هذه العناصر يمكن أن تكون ضارة جدًا للحياة. يمكن أن تنشأ المخاوف في البيئة الطبيعية عندما يتم اختراقها من قبل مياه الألغام التي قد تصدر من الألغام نفسها ، أو من أكوام النفايات.

وبعض المعادن ، مثل الكادميوم والزئبق والفلزات ، مثل الأنتيمون والزرنيخ ، وهي شائعة جدا بكميات صغيرة في العديد من خامات الكبريتيدات المؤلفة من عدة معادن ، وهي في الواقع تستعاد في كثير من الأحيان كمنتجات ثانوية ، شديدة السمية ، حتى بكميات صغيرة ، ولا سيما في شكل قابل للذوبان التي يمكن امتصاصها من قبل الكائنات الحية.

وينطبق الشيء نفسه على الرصاص ، ولكن بحذر لا يمكن تبريره إلى حد ما ما لم يتم إبتلاعه ولحسن الحظ فإن معظم المعادن الأساسية التي تتكون في الطبيعة غير قابلة للذوبان في المياه الجوفية. منذ فترة طويلة يستخدم السيانيد لاستخراج الذهب في مصانع معالجة المعادن وفي أكبر حقل ذهب في العالم ، حوض Witwaterstrand ، الولايات المتحدة الأمريكية ، هناك تلوث كبير للمياه السطحية مع الكوبالت والمنغنيز والرصاص والزنك نتيجة لعملية السيانيد و الأكسدة بواسطة مياه منجم الحمض. السيانيد نفسه ليس مشكلة لأنه ينهار تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية في الطبقات القريبة من السطح. ومع ذلك ، ففي البلدان المتقدمة ، يتطلب التشريع الآن إنشاء محطات معادلة للسيانيد في جميع المنشآت الصناعية التي تستخدم هذه المادة الكيميائية.

صرف حمض المناجم:

تنتج المياه الحمضية الناتجة عن التعدين الحالي أو الماضي زبد الأكسدة ، في وجود الهواء والماء والبكتيريا ، من معادن الكبريتيد ، خاصة البيريت. ولذلك قد تتطور في حقول الفحم وكذلك في الحقول. يتم إنشاء الأحماض supururic وأكاسيد الحديد. وتهاجم الحمض المعادن الأخرى ، وتنتج محاليل قد تحمل عناصر سامة ، مثل الكادميوم والزرنيخ في البيئة المحلية. قد يحدث توليد الماء الحمضي أثناء مراحل الاستكشاف والتشغيل والإغلاق في منجم. قد تصدر هذه المياه من ثلاثة مصادر رئيسية: نظام نزح المياه في المنجم. مرافق التخلص من النفايات ؛ وأكوام المياه.

قد ينتج التفريغ تأثيرات طفيفة فقط مثل تغير اللون المحلي للتربة والجداول مع أكاسيد الحديد المترسبة ، أو يؤدي إلى تلوث جوي شامل لنظام النهر بأكمله والأراضي الزراعية. وفي بعض حقول التعدين ، تكون هذه المشكلة في أسوأ حالاتها بعد حدوث عمليات الإغلاق. ويرجع ذلك إلى ارتداد منسوب المياه الجوفية الذي يحدث بعد إزالة معدات الضخ وهذا أصبح مشكلة ملحة في حقول الفحم البريطانية ، التي كانت ومازالت غارقة في المناجم تحت الأرض تعمل بكبريت عالي الكبريت ، كما تسارعت عمليات إغلاق الألغام خلال العقد الماضي.

المعادن الصناعية: للعمليات المعدنية الصناعية نفس الأثر البيئي العام على اضطرابات الأرض والمياه الجوفية مثل المعادن أو استخراج الفحم ، على الرغم من أن التأثير أقل بشكل ملحوظ لأن الألغام عادة ما تكون أصغر وأقل عمرا ، وعادة ما يتم إنتاج نفايات أقل لأنه في معظم الحالات درجات الخام هي أعلى من تعدين المعادن.

مخاطر التلوث بسبب المعادن الثقيلة أو المياه الحمضية منخفضة أو غير موجودة والتلوث الجوي الناجم عن حرق الفحم أو صهر الخامات المعدنية أقل خطورة أو غائبا. غالباً ما تكون الحفريات التي تقوم بها عمليات التعدين الصناعية قريبة من المناطق الحضرية ، وفي هذه الحالة قد تكون هذه الثقوب في الأرض ذات قيمة كبيرة كمواقع دفن النفايات في المدينة.

التدابير القانونية:

تعد الوسائل القانونية لتطبيق تدابير مكافحة التلوث ضرورية للغاية ، على الرغم من أنه يجب الإشارة إلى أن العديد من شركات التعدين الدولية تلتزم الآن بأكثر الأنظمة ذاتية صرامة حتى في البلدان التي يكون فيها هذا التشريع صغيرا أو غير موجود.

بيانات التأثير البيئي:

في العديد من البلدان ، أصبح إلزامياً الآن أن تقوم شركة تقترح طلب تصريح تخطيط لبدء عملية معدنية بإعداد مثل هذا البيان. يغطي هذا كل جانب من الآثار على الغطاء النباتي ، والمناخ ، وجودة الهواء ، والضوضاء ، والمياه الجوفية والسطحية على الطرق المقترحة لاستصلاح الأرض عند إنهاء العملية. في بعض البلدان يجب إيداع السندات لضمان أن يتم الاستصلاح.

يجب أن تتضمن هذه البيانات سجلات لحالة البيئة في منطقة التعدين المحتملة عند تطبيق إذن التخطيط. وتقوم الشركات الآن بجمع هذه البيانات خلال مرحلة الاستكشاف ، بما في ذلك الأوصاف السطحية والصور الفوتوغرافية ، والتحليلات الجيوكيميائية التي تبين مستويات الخلفية للمعادن والحموضة وتفاصيل النباتات والحيوانات.

من وجهة نظر السلطات التنظيمية والتخطيطية ، تقدم هذه التقارير أكثر الوسائل فعالية للحد من التأثيرات الضارة من البداية ، ولكنها قد تكون ذات فائدة كبيرة للمطور لأن (i) سوف تساعد في الحصول على إذن التخطيط في أقصر الوقت المحتمل ، (2) وكثيرا ما تكشف عن جوانب العملية التي تتطلب الاهتمام في البداية ، وبالتالي تجنب التعديلات باهظة الثمن في المستقبل.

البق والتعدين في الموقع:

العديد من رواسب الكبريتيد ، أي قروش البورفيري ، تكتسح بواسطة خامات مؤكسدة. يمكن استخراج مثل هذه الخامات ، إذا لزم الأمر ، عن طريق تكسيرها عن طريق التفجير ومن ثم ضخ المحاليل الحمضية عبر الصخور لإذابة المعادن مثل النحاس واليورانيوم. يتم ضخ المحامل المعدنية إلى السطح ويتم استرداد المعادن. يمكن استغلال الرواسب المنخفضة جداً والصغيرة والغير قابلة للتطبيق اقتصادياً ، ويمكن استخدام العملية في أعماق كبيرة.

الآفاق:

ستلعب تدابير مثل إعادة التدوير والإحلال وتكنولوجيا المواد الجديدة دورها في الحد من تأثير استغلال المعادن على البيئة ، ولكن في المستقبل القريب علينا أن نتطلع إلى إحساس متزايد بالمسؤولية من جانب جميع المعنيين بأي شكل من الأشكال مع الصناعة ، سواء كانوا مطورين أو المنظمين.

هناك العديد من العلامات التي تبعث على الأمل في حدوث ذلك: على سبيل المثال ، في عام 1992 ، انضمت 19 شركة تعدين رئيسية من القارات الخمس لتشكيل المجلس الدولي المعني بالمعادن والبيئة التي تتمثل مهمتها في تعزيز تطوير وتنفيذ ومواءمة الصوت السياسات والممارسات البيئية والصحية التي تضمن الإنتاج الآمن واستخدام وإعادة تدوير والتخلص من المعادن.