Geologia economica e ambiente

La geologia economica è una branca della geologia che si occupa di materiali geologici economicamente preziosi.

In termini più generali, la geologia economica riguarda la distribuzione dei giacimenti minerari, le considerazioni economiche connesse al loro recupero e la valutazione delle riserve disponibili.

La geologia economica si occupa di materiali come metalli preziosi e di base, minerali non metallici, combustibili fossili e altri materiali di valore commerciale, come il sale, il gesso e la pietra da costruzione. Utilizza i principi e i metodi di vari altri campi, in particolare la geofisica, la geologia strutturale e la stratigrafia.

La geologia economica non è solo praticata dai geologi, ma è anche di un certo interesse per ingegneri, banchieri d'investimento, scienziati ambientali e ambientalisti a causa dell'enorme impatto che le industrie estrattive hanno sulla scena socio-economica e ambientale.

Origine e sviluppo della geologia economica:

Il concetto di geologia economica è relativamente nuovo, anche se gli umani hanno estratto metalli e minerali di valore dal suolo fin dalla preistoria. Nonostante tutte le loro capacità di apprezzare il valore di tali risorse, tuttavia, le persone premoderne possedevano poco in termini di teorie scientifiche riguardo alla loro formazione o ai mezzi per estrarle.

I greci, per esempio, credevano che le venature di materiali metallici nella terra indicavano che quei materiali erano esseri viventi che posavano radici dopo la maniera degli alberi. Gli astrologi del medioevo sostenevano che ciascuno dei "sette pianeti" (Sole, Luna e i cinque pianeti, inoltre

La Terra, conosciuta all'epoca) governava uno dei sette metalli conosciuti: oro, rame, argento, piombo, stagno, ferro e mercurio, che presumibilmente erano stati creati sotto l'influenza dei loro rispettivi "pianeti".

Il primo pensatore che ha tentato di andare oltre tali idee non scientifiche (se immaginarie) è stato un medico tedesco che scrive sotto il nome latinizzato di Georgius Agricola (1494-1555). Come risultato del trattamento dei minatori per varie condizioni, Agricola, il cui vero nome era Georg Bauer, rimase affascinato dai minerali.

Considerato padre della mineralogia e della geologia economica, Agricola ha introdotto diverse idee che hanno fornito una base scientifica per lo studio della Terra e dei suoi prodotti. In De Ortu et causis Subterraneorum (1546), egli criticava tutte le precedenti idee riguardanti la formazione dei minerali, comprese le nozioni greche e astrologiche menzionate in precedenza e la credenza alchemica che tutti i metalli fossero composti di mercurio e zolfo.

Invece, sosteneva che i fluidi sotterranei trasportano minerali disciolti che, una volta raffreddati, lasciano depositi nelle fessure delle rocce e danno origine a venature minerali. Le idee di Agricola in seguito hanno contribuito a formare le basi per le teorie moderne sulla formazione dei giacimenti di minerali.

In De Natura Fossilium (Sulla natura dei fossili, 1546), Agricola introdusse anche un metodo per la classificazione dei "fossili", in quanto i minerali erano noti. Il sistema di Agricola, che classifica i minerali in base a proprietà quali colore, consistenza, peso e trasparenza, è la base per il sistema di classificazione minerale attualmente in uso.

Di tutte le sue opere, tuttavia, la più importante è stata De re Metallica, che sarebbe rimasta il principale libro di testo per minatori e mineralisti durante i due secoli successivi. In questo lavoro monumentale, ha introdotto molte nuove idee, tra cui il concetto che le rocce contengono minerali che sono più antichi delle rocce stesse. Esplorò anche in dettaglio le pratiche minerarie in uso ai suoi tempi, una prodezza straordinaria in cui i minatori del sedicesimo secolo tendevano a proteggere da vicino i loro segreti commerciali.

Rocce e minerali:

La nostra crosta terrestre è costituita da rocce che, a loro volta, sono aggregati di minerali. Per essere designato come specie minerale, una sostanza deve essere trovata in natura ed essere di origine inorganica. Deve possedere una caratteristica chimica definita e una peculiare formazione atomica.

Rocks:

Una roccia è un aggregato di minerali o materiale organico, che può apparire in forma consolidata o non consolidata. Le rocce sono di tre tipi differenti: ignee, formate dalla cristallizzazione di minerali fusi, come in un vulcano; sedimentario, solitamente formato da deposizione, compattazione o cementazione di rocce alterate; e metamorfico, formato dall'alterazione della roccia preesistente. Le rocce ricavate da materiale organico sono tipicamente sedimentarie, ad esempio il carbone.

Le rocce hanno avuto un'importanza economica da molto tempo prima dell '"economia", come sappiamo che esisteva, un tempo in cui non c'era nulla da comprare e niente da vendere. Quella volta, naturalmente, sarebbe stata l'età della pietra, che risale praticamente agli inizi della specie umana e si è sovrapposta agli inizi della civiltà circa 5.500 anni fa. Nelle centinaia di migliaia di anni in cui la pietra costituiva il materiale per la produzione di utensili più avanzato, l'uomo sviluppò una serie di dispositivi in ​​pietra per incendiare, affilare coltelli, uccidere animali (e altri umani), tagliare pelli di animali o di animali e così via.

L'età della pietra, sia nell'immaginario popolare che (con alcune qualifiche) nel reale fatto archeologico, era un tempo in cui le persone vivevano nelle caverne. Da quel momento, naturalmente, gli umani sono generalmente usciti dalle caverne, sebbene esistano delle eccezioni, come le forze armate statunitensi hanno trovato nel 2001 quando tentavano di cacciare i terroristi nelle caverne dell'Afghanistan.

In ogni caso, l'attaccamento umano alle abitazioni in pietra ha preso altre forme, cominciando dalle piramidi e proseguendo attraverso le case in muratura di oggi. Né la roccia è semplicemente un materiale strutturale per la costruzione, come attesta l'uso di pannelli in gesso, ripiani in ardesia, finiture in marmo e passerelle in ghiaia. E, naturalmente, la costruzione è solo una delle molte applicazioni a cui sono indirizzate rocce e minerali, come vedremo.

metalli:

Di tutti gli elementi chimici noti, 87, o circa l'80%, sono metalli. Quest'ultimo gruppo è identificato come lucido o lucido nell'aspetto e malleabile o duttile, nel senso che possono essere modellati in forme diverse senza romperli. Nonostante la loro duttilità, i metalli sono estremamente resistenti, hanno punti di fusione e di ebollizione elevati e sono conduttori eccellenti di calore ed elettricità. Alcuni registrano alti sulla scala di durezza di Mohs.

minerali:

Mentre ci sono solo 87 varietà di metalli, ci sono circa 3.700 tipi di minerali. C'è una notevole sovrapposizione tra metalli e minerali, ma quella sovrapposizione è lungi dall'essere completa: molti minerali includono elementi non metallici, come ossigeno e silicio. Un minerale è una sostanza che appare in natura e quindi non può essere creato artificialmente, è di origine inorganica, ha una composizione chimica definita e possiede una struttura interna cristallina.

Il termine biologico non si riferisce semplicemente a sostanze con origine biologica; piuttosto, descrive qualsiasi composto che contiene carbonio, ad eccezione dei carbonati (che sono un tipo di minerale) e gli ossidi, come il biossido di carbonio o il monossido di carbonio.

Il fatto che un minerale debba essere di composizione non variabile limita quasi esclusivamente i minerali a elementi e composti, cioè a sostanze che non possono essere decomposte chimicamente per produrre sostanze più semplici o sostanze formate dal legame chimico di elementi. Solo in alcune circostanze altamente specifiche si trovano leghe naturali o miscele di metalli, considerati minerali.

I minerali sono classificati in otto gruppi di base secondo la loro composizione chimica:

Questi sono:

io. Elementi nativi

ii. solfuri

iii. Ossidi e idrossidi

iv. alogenuri

v. Carbonati, nitrati, borati, iodati

VI. Solfati, cromati, molibdati, tungstati

VI. Fosfati, arseniati, vanadio

vii. silicati

Il primo gruppo, elementi nativi, include elementi metallici che appaiono in forma pura da qualche parte sulla Terra; alcune leghe metalliche, alluse a prima; così come non metalli nativi, semi-metalli e minerali si verificano con elementi metallici e non metallici. Gli elementi nativi, insieme alle sei classi che li seguono in questa lista, sono noti collettivamente come nonsilicati, un termine che enfatizza l'importanza dell'ottavo gruppo.

La stragrande maggioranza dei minerali, inclusi i più abbondanti, appartiene alla classe dei silicati, che è costruita attorno all'elemento silicio. Proprio come il carbonio può formare lunghe serie di atomi, in particolare in combinazione con l'idrogeno (come discusso nel contesto dei combustibili fossili più avanti in questo saggio), il silicio forma anche stringhe lunghe, sebbene il suo "partner di scelta" sia tipicamente ossigeno piuttosto che idrogeno . Insieme all'ossigeno, il silicio - noto come metalloide perché presenta caratteristiche sia di metalli che di non metalli - costituisce la base per una sorprendente serie di prodotti, sia naturali che artificiali.

I minerali possono essere classificati secondo il loro uso nell'industria come segue:

(a) Minerali metallici: gruppo ferroso. Includono minerali come ferro, cromite, manganese e nichel.

(b) Minerali metallici: gruppo non ferroso. Questi includono rame, piombo, zinco, tungsteno, alluminio, vanadio e altri.

(c) Minerali non metallici. Sono mica, steatite, amianto e altri.

(d) Minerali refrattari. Sono usati come resistenti al calore in forni e stampi. Includono cromite, magnesite, cianite, fireclays, sillimanite e grafite.

(e) Minerali di fertilizzante come gesso, fosfato naturale e pirite.

(f) Combustibili minerali come carbone, petrolio, gas naturale e minerali nucleari.

Lo sviluppo economico di un paese è influenzato dalla disponibilità di minerali. I minerali costituiscono la base per diverse industrie su larga scala. Anche l'agricoltura è influenzata dalla disponibilità di minerali sotto forma di fertilizzanti.

idrocarburi:

Come notato in precedenza, l'attenzione della geologia economica si concentra su rocce e minerali, da una parte, e combustibili fossili, dall'altra. I combustibili fossili possono essere definiti come combustibili (in particolare carbone, petrolio e gas) derivati ​​da depositi di materiale organico che hanno subito decomposizione e alterazioni chimiche in condizioni di alta pressione.

Data questa derivazione da materiale organico, per definizione, tutti i combustibili fossili sono a base di carbonio e, specificamente, sono costruiti intorno agli idrocarburi, composti chimici le cui molecole sono costituite solo da atomi di carbonio e idrogeno.

In teoria, non c'è limite al numero di possibili idrocarburi. Il carbonio si trasforma in forme molecolari apparentemente illimitate e l'idrogeno è un partner chimico particolarmente versatile. Gli idrocarburi possono formare catene diritte, catene ramificate o anelli, e il risultato è una varietà di composti distinti non dagli elementi nel loro trucco o anche (in alcuni casi) dal numero di atomi diversi in ogni molecola, ma piuttosto dalla struttura di una data molecola.

Applicazioni di vita reale della geologia economica:

Combustibili fossili:

Il materiale organico che si è decomposto per creare gli idrocarburi nei combustibili fossili proviene principalmente da dinosauri e piante preistoriche, anche se potrebbe facilmente provenire da qualsiasi altro organismo morto in gran numero molto tempo fa. Per formare petrolio, ci devono essere quantità molto grandi di materiale organico depositato insieme a sedimenti e sepolto sotto più sedimenti. I sedimenti accumulati e il materiale organico sono chiamati rock di origine.

Ciò che accade dopo l'accumulo di questo materiale è fondamentale e dipende molto dalla natura della roccia sorgente. È importante che il materiale organico - ad esempio, l'enorme numero di dinosauri che morì in un'estinzione di massa circa 65 milioni di anni fa - non potesse semplicemente marcire, come accadrebbe in un ambiente aerobico o contenente ossigeno. Invece, il materiale organico subisce la trasformazione in idrocarburi a seguito di attività chimica anaerobica, o attività che avviene in assenza di ossigeno.

Le rocce di buona fonte per questa trasformazione sono scisto o calcare, a condizione che le rocce particolari siano composte da 1% e 5% di carbonio organico. Le rocce di origine dovrebbero essere abbastanza profonde da far sì che la pressione riscaldi il materiale organico, ma non così in profondità che la pressione e la temperatura causano il metamorfismo delle rocce o le trasformino in grafite o altre versioni non idrocarburiche di carbonio. Le temperature fino a 302 ° F (150 ° C) sono considerate ottimali per la generazione di petrolio.

Una volta generato, il petrolio si sposta gradualmente dalla roccia di origine a una roccia di riserva o una roccia che immagazzina il petrolio nei suoi pori. Una buona roccia serbatoio è quella in cui lo spazio dei pori costituisce più del 30% del volume roccioso. Eppure la roccia deve essere sigillata da un'altra roccia che è molto meno porosa; infatti, per una roccia di foca o cappuccio, come viene chiamata, si preferisce una roccia praticamente impermeabile. Pertanto, il tipo migliore di roccia formante sigilli è costituito da pezzi di sedimento molto piccoli e aderenti, ad esempio lo scisto. Tale roccia è in grado di trattenere il petrolio per milioni di anni finché non è pronto per essere scoperto e usato.

La gente ha conosciuto il petrolio dalla preistoria, semplicemente perché c'erano luoghi sulla Terra dove letteralmente filtrava da terra. L'era moderna della perforazione petrolifera, tuttavia, iniziò nel 1853, quando un avvocato americano di nome George Bissell (1821-1884) riconobbe il suo potenziale di utilizzo come combustibile per le lampade. Assunse il "Colonnello" Edwin Drake (1819-1880) per sovrintendere alla perforazione di un pozzo petrolifero a Titusville, in Pennsylvania, e nel 1859 Drake colpì il petrolio. La leggenda di Wack gold ', di fortune da realizzare scavando buchi nel terreno, è nata.

Sulla scia dello sviluppo e della diffusa applicazione del motore a combustione interna durante l'ultima parte del diciannovesimo e la prima parte del ventesimo secolo, l'interesse per il petrolio divenne molto più intenso e i pozzi germogliarono in tutto il mondo. Sumatra, in Indonesia, cedette il petrolio dai suoi primi pozzi nel 1885, e nel 1901 iniziarono le perforazioni di successo in Texas, la fonte di molte fortune in Texas. Una delle prime forme dell'azienda conosciuta oggi come British Petroleum (BP) scoprì il primo petrolio mediorientale in Persia (oggi Iran) nel 1908. Nei successivi 50 anni, l'importanza economica e le prospettive di quella regione cambiarono notevolmente.

Con la vasta espansione della proprietà automobilistica che iniziò dopo la prima guerra mondiale (1914-1918) e raggiunse livelli ancora più alti dopo la seconda guerra mondiale (1939-1945), il valore e l'importanza del petrolio salirono alle stelle. L'industria petrolifera esplose e, di conseguenza, molti geologi trovarono impiego in un settore che offriva molto più in termini di benefici finanziari di quanto le università e le posizioni governative potessero mai avere. Oggi i geologi aiutano i loro datori di lavoro a localizzare le riserve di petrolio, non un compito facile perché così tante variabili devono allinearsi per produrre una valida fonte di petrolio. Dato il costo della perforazione di un nuovo pozzo petrolifero, che può arrivare a $ 30 milioni o più, è chiaramente importante dare buoni giudizi nel valutare le possibilità di trovare petrolio.

L'industria petrolifera è stata gravata da preoccupazioni ambientali sull'impatto delle trivellazioni (molte delle quali avvengono al largo, su piattaforme situate nell'oceano); possibili rischi biologici associati a sversamenti, come quello che ha coinvolto la Exxon Valdez nel 1989; e l'effetto sull'atmosfera del monossido di carbonio e di altri gas serra prodotti dai motori a combustione interna a combustione di petrolio. Vi è ancora più ampia preoccupazione per la dipendenza degli Stati Uniti dalle fonti di petrolio in paesi stranieri (alcune delle quali sono apertamente ostili agli Stati Uniti) e dalla possibile diminuzione delle risorse.

Al ritmo attuale del consumo, si stima che le riserve petrolifere saranno esaurite intorno all'anno 2040, ma ciò tiene conto solo delle riserve considerate valide oggi. Mentre l'esplorazione continua, si possono sfruttare più risorse. A lungo termine, tuttavia, sarà necessario sviluppare nuovi mezzi per alimentare il mondo industrializzato, perché il petrolio è una risorsa non rinnovabile: ce n'è solo una parte così grande, e quando sarà scomparsa, non sarà sostituita per milioni di anni (se non del tutto).

Petrolchimico:

Il petrolio stesso è una materia prima da cui si ottengono numerosi prodotti, noti collettivamente come prodotti petrolchimici o derivati ​​del petrolio. Attraverso un processo chiamato distillazione frazionata, i petrolchimici della massa molecolare più bassa si decompongono per primi e quelli con massa più elevata si separano a temperature più elevate?

Silicio, silicati e altri composti:

Proprio come il carbonio è al centro di un vasto mondo di idrocarburi, quindi il silicio è altrettanto importante per le sostanze inorganiche che vanno dalla sabbia o dalla silice (Si0 ₂ ) al silicone (un set altamente versatile di prodotti a base di silicio), alle rocce conosciute come silicati.

I silicati sono la base per molti ben noti tipi di minerali, tra cui granato, topazio, zircone, caolinite, talco, mica e i due minerali più abbondanti sulla Terra, il feldspato e il quarzo. (Si noti che la maggior parte dei termini qui usati si riferiscono a un gruppo di minerali, non a un singolo minerale.) Realizzati con composti formati intorno al silicio e all'ossigeno e comprendenti vari metalli, come alluminio, ferro, sodio e potassio, i silicati rappresentano per il 30% di tutti i minerali. Come tali, appaiono in tutto, dalle gemme ai materiali da costruzione; eppure sono lontani dagli unici prodotti degni di nota incentrati sul silicio.

Silicone e altri composti:

Il silicone non è un minerale; piuttosto, è un prodotto sintetico spesso usato come sostituto di olii organici, grassi e gomma. Invece di attaccarsi agli atomi di ossigeno, come in un silicato, gli atomi di silicio in silicone si attaccano ai gruppi organici, cioè le molecole contenenti carbonio. Spesso gli oli siliconici vengono utilizzati al posto del petrolio organico come lubrificante perché possono sopportare maggiori variazioni di temperatura.

E poiché il corpo tollera l'introduzione delle protesi al silicone meglio di quelle organiche, i siliconi vengono utilizzati anche negli impianti chirurgici. Le gomme siliconiche compaiono ovunque, dalle palline rimbalzanti ai veicoli spaziali, e i siliconi sono presenti anche negli isolanti elettrici, nella prevenzione della ruggine, negli ammorbidenti, negli spray per capelli, nelle creme per le mani, nei mobili e nell'industria automobilistica, nelle vernici, negli adesivi e persino nelle gomme da masticare.

Anche questa lista non esaurisce le molte applicazioni del silicio, che (insieme all'ossigeno) rappresenta la stragrande maggioranza della massa nella crosta terrestre. A causa delle sue qualità semi-metalliche, il silicio è usato come un semiconduttore di energia elettrica.

I chip per computer sono minuscole fette di silicio ultra-puro, incise con mezzo milione di circuiti elettronici microscopici e connessi in modo complesso. Questi chip manipolano le tensioni utilizzando codici binari, per i quali 1 significa "tensione attivata" e 0 significa "tensione disattivata". Per mezzo di questi impulsi, i chip di silicio eseguono moltitudini di calcoli in secondi, calcoli che richiederebbero ore o mesi o addirittura anni .

Una forma porosa di silice nota come gel di silice assorbe il vapore acqueo dall'aria e viene spesso confezionata insieme a prodotti sensibili all'umidità, come componenti elettronici, per tenerli asciutti. Carabina di silicio, un materiale cristallino estremamente duro prodotto dalla fusione di sabbia con coke (quasi puro carbonio) ad alte temperature, ha applicazioni come abrasivo.

minerali:

Un minerale è una roccia o un minerale che possiede un valore economico. Ma una definizione più mirata includerebbe l'aggettivo Metallifero, poiché i minerali economicamente preziosi che non contengono metalli di solito sono trattati come una categoria separata di minerali industriali. In effetti, si può dire che gli interessi della geologia economica sono divisi in tre aree: minerali, minerali industriali e combustibili, che abbiamo già discusso.

La stessa parola "minerale" sembra richiamare alla mente uno dei metalli più antichi del mondo e probabilmente il primo materiale lavorato dai metallurgisti preistorici: l'oro. Anche la parola spagnola per oro, oro, suggerisce una connessione. Quando i conquistadores dalla Spagna arrivarono nel Nuovo Mondo dopo il 1500, l'oro era la loro ossessione, e si diceva che gli invasori spagnoli del Messico trovassero ogni pezzo di minerale d'oro o d'argento situato sulla superficie della terra. Tuttavia, i minatori del sedicesimo secolo mancavano di gran parte della conoscenza che aiuta i geologi oggi a trovare giacimenti di minerali che non sono in superficie.

Individuazione ed estrazione di minerali:

L'approccio moderno usa le conoscenze acquisite dall'esperienza. Come ai tempi di Agricola, gran parte della ricchezza posseduta da una compagnia mineraria è sotto forma di informazioni riguardanti i mezzi per cercare e recuperare i materiali dalla terra solida. Alcuni indicatori geochimici e geofisici di superficie aiutano a dirigere le fasi di geologi e minatori alla ricerca di minerali. Quindi, quando una società in cerca di minerale inizia la perforazione, è stato fatto un grande lavoro di esplorazione. Solo a quel punto è possibile determinare il valore dei depositi, che possono essere semplicemente minerali di scarso interesse economico.

Si stima che un miglio cubico (1, 6 km ³ ) di roccia media contenga circa $ 1 trilione di metalli, che a prima vista sembrano promettenti, fino a quando non si fa la matematica. Un trilione di dollari è un sacco di soldi, ma 1 cu. mi. (pari a 5.280 x 5.280 x 5.280 ft., o 1.609 km ³ ) è anche molto spazio. Il risultato è che 1 cu. ft. (0, 028 m ³ ) vale solo circa $ 6, 79. Ma questo è un piede cubico medio in un miglio cubico medio di roccia, e nessuna compagnia mineraria prenderebbe in considerazione il tentativo di estrarre metalli da un pezzo di terreno medio. Piuttosto, il minerale vitale appare solo nelle regioni che sono state sottoposte a processi geologici che concentrano i metalli in modo tale che la loro abbondanza è di solito molte centinaia di volte maggiore di quella che sarebbe sulla Terra nel suo insieme.

Il minerale contiene altri minerali, noti come ganga, che non hanno alcun valore economico ma che servono come segno rivelatore del fatto che il minerale si trova in quella regione. La presenza di quarzo, per esempio, può suggerire depositi d'oro. I minerali possono apparire in depositi ignei, metamorfici o sedimentari come, come nei fluidi idrotermali. Queste ultime sono emanazioni dalla roccia ignea, sotto forma di gas o acqua, che dissolvono i metalli dalle rocce attraverso cui passano e successivamente depositano il minerale in altre posizioni.

Affrontare i rischi delle miniere:

L'estrazione mineraria, un mezzo per estrarre non solo minerali ma molti minerali e combustibili industriali, come il carbone, è un lavoro difficile e pieno di numerosi rischi. Vi sono pericoli a breve termine per i minatori, come incursioni, inondazioni, o il rilascio di gas nelle miniere, nonché pericoli a lungo termine che includono malattie legate al settore minerario come il polmone nero (tipicamente un pericolo per il carbone minatori). Poi c'è lo stress mentale ed emotivo che proviene dal passare otto o più ore al giorno lontano dalla luce del sole, in un ambiente claustrofobico.

E, naturalmente, c'è lo stress ambientale creato dall'attività mineraria - non solo da, l'impatto immediato del taglio di uno squarcio nella superficie terrestre, che potrebbe distruggere gli ecosistemi sulla superficie, ma una miriade di problemi aggiuntivi, come la penetrazione di inquinanti nel terreno tavola d'acqua. Le miniere abbandonate presentano ulteriori pericoli, tra cui la minaccia di cedimenti, che rendono questi luoghi non sicuri a lungo termine.

I più alti standard di sicurezza ambientale e occupazionale, stabiliti negli Stati Uniti durante l'ultimo terzo del ventesimo secolo, hanno portato a cambiamenti nel modo in cui viene eseguito il mining e nel modo in cui le mine rimangono quando il lavoro è completato. Ad esempio, le compagnie minerarie hanno sperimentato l'uso di sostanze chimiche o addirittura batteri, che possono dissolvere un metallo sotterraneo e consentirne il pompaggio in superficie senza la necessità di creare vere e proprie gallerie sotterranee o di inviare minatori umani per lavorarli .

Minerali industriali e altri prodotti:

I minerali industriali, come notato in precedenza, sono risorse minerali non contenenti metalli di interesse per la geologia economica. Gli esempi includono l'amianto, un termine generico per un grande gruppo di minerali che sono altamente resistenti al calore e alla fiamma; composti di boro, che sono usati per produrre vetro resistente al calore, smalti e ceramiche; fosfati e sali di potassio, utilizzati nella produzione di fertilizzanti; e zolfo, applicato in una gamma di prodotti, dai refrigeranti agli esplosivi ai depuratori utilizzati nella produzione di zucchero.

Un solo minerale industriale, il corindone (dalla classe dei minerali ossidi), può avere numerosi usi. Estremamente duro, il corindone sotto forma di roccia non consolidata comunemente chiamata smeriglio è stato usato come abrasivo fin dall'antichità. A causa del suo altissimo punto di fusione, anche superiore a quello del corindone di ferro, viene impiegato anche nella produzione di allumina; un prodotto ignifugo utilizzato in forni e caminetti. Sebbene il corindone puro sia incolore, tracce di alcuni elementi possono produrre colori brillanti: quindi, il corindone con tracce di cromo diventa un rosso rubino, mentre tracce di ferro, titanio e altri elementi producono varietà di zaffiro in giallo, verde e viola come bene come il familiare blu.

Impatto ambientale della geologia economica:

Alcuni decenni fa la maggior parte dei geologi era impegnata nell'esplorazione e nello sviluppo di risorse minerarie. Tuttavia, la geologia economica e l'applicazione della geologia ai problemi dell'ambiente urbano richiedono lentamente i servizi di un numero crescente di geologi. Oggi un numero sufficiente di geologi economici sono interessati ai problemi ambientali (molti non sono legati alle miniere e hanno interessi in geochimica e petrologia). Sottoscrivono il pensiero che "saranno sempre necessarie risorse minerarie", ma "le questioni ambientali sono un fattore importante nella fattibilità mineraria".

Ora c'è un maggiore interesse per l'ambiente che mai e affrontiamo preoccupazioni per gli impatti ambientali di quasi ogni aspetto della nostra vita quotidiana. L'acqua, il suolo, l'aria e l'ambiente biologico possono essere radicalmente cambiati dalle attività di società industriali come la nostra, anche attraverso meccanismi controllati da processi essenzialmente geologici.

Lo smaltimento dei rifiuti, la contaminazione dei terreni per industria, gli impatti delle attività minerarie, l'inquinamento delle acque e persino la qualità dell'aria (attraverso la dispersione di particelle minerali aerodisperse) sono influenzate da processi geologici e fenomeni controllati dalla composizione, distribuzione, struttura e comportamento delle rocce sottostanti . I problemi ambientali quotidiani sono quindi influenzati in misura maggiore o minore dalla geologia. Il corso si propone di fornire un'ampia panoramica di questi numerosi e vari aspetti della geologia ambientale, fornendo il quadro scientifico per la comprensione dei principali problemi ambientali.

Le preoccupazioni ambientali sono un fattore importante nel determinare se i giacimenti minerari saranno sviluppati e estratti. La maggior parte dei geologi economici e delle compagnie minerarie sostengono gli sforzi per ridurre il degrado ambientale dovuto al settore minerario.

Effetti ambientali:

L'attività mineraria, non meno che l'agricoltura, è sempre stata essenziale per il progresso dell'umanità. In effetti, ora utilizziamo la maggior parte degli elementi nella tavola periodica. Tuttavia, come. la sovrappopolazione e la ricerca di un tenore di vita più elevato spianano la domanda di minerali e metalli, è cresciuta la preoccupazione per gli effetti delle miniere e delle trivellazioni nell'ambiente naturale ed è diventato sempre più evidente che le risorse della Terra non sono inesauribili.

Nel suo rapporto del 1987, "Our Common Future", la Commissione mondiale per l'ambiente e lo sviluppo delle Nazioni Unite ha sottolineato che il mondo produce sette volte più merci di quanto non fosse nel 1950. La commissione ha proposto lo "sviluppo sostenibile", un matrimonio tra economia e ecologia come unica soluzione pratica, ovvero crescita senza danni all'ambiente.

La maggior parte delle miniere ha un impianto di lavorazione del minerale in loco e molte miniere di metallo hanno una fonderia nelle vicinanze. Per una valutazione generale dell'impatto ambientale dello sviluppo di nuove operazioni minerarie dobbiamo considerare gli effetti dei tre. Il termine mining viene qui utilizzato per includere tutte le operazioni estrattive, ad esempio l'estrazione. Le principali aree di interesse sono trattate di seguito.

Danno alla terra:

È stato stimato che l'uso complessivo del suolo per le miniere tra il 1976 e il 2000 sarebbe di circa 37.000 km quadrati, vale a dire circa lo 0, 2 per cento della superficie terrestre. I paesi più sviluppati hanno una percentuale maggiore di terreno disturbato rispetto a quelli meno sviluppati. Il grado di bonifica di questo terreno sta rapidamente accelerando e si fa buon uso di vecchi buchi per lo smaltimento di vecchie miniere, rifiuti domestici e altri.

Altre aree minate sono state trasformate in riserve naturali e parchi ricreativi. Le miniere future potrebbero essere meno propense a produrre siti per lo smaltimento dei rifiuti poiché la maggior parte viene ora riempita. Questa è un'operazione molto necessaria poiché ogni anno si stima che 27.000 Mt di minerali non combustibili e sovraccarico vengano prelevati dalla crosta terrestre.

Rilascio di sostanze tossiche:

I metalli non sono importanti solo per l'utilizzo che ne facciamo, ma sono anche parte integrante del nostro trucco e di altri organismi viventi. Tuttavia, mentre alcuni elementi metallici sono componenti essenziali degli organismi viventi, sia le carenze che l'eccesso di questi possono essere molto dannosi per la vita. Eccessi nell'ambiente naturale possono sorgere quando è penetrato dalle acque della miniera che possono uscire dalla miniera stessa o da cumuli di rifiuti.

Alcuni metalli, ad esempio cadmio, mercurio e metalloidi, come antimonio, arsenico, che sono molto comuni in piccole quantità in molti minerali di solfuri polimetallici e sono infatti spesso recuperati come sottoprodotti, sono altamente tossici, anche in piccole quantità, in particolare in una forma solubile che può essere assorbito dagli organismi viventi.

Lo stesso vale per il piombo, ma per fortuna è abbastanza poco reattivo se non ingerito e fortunatamente la maggior parte dei minerali di piombo che si formano in natura sono molto insolubili nelle acque sotterranee. Il cianuro è stato a lungo utilizzato per l'estrazione dell'oro negli impianti di trattamento dei minerali e nel più grande giacimento d'oro del mondo, il Witwaterstrand Basin, USA, vi è una notevole contaminazione delle acque superficiali con cobalto, manganese, piombo e zinco a seguito del processo di cianurazione e ossidazione da acque di miniera acida. Il cianuro stesso non è un problema in quanto si rompe sotto l'influenza della luce ultravioletta negli strati superficiali vicini. Tuttavia, nei paesi sviluppati, la legislazione ora richiede la creazione di impianti di neutralizzazione del cianuro in tutte le imprese industriali che utilizzano questa sostanza chimica.

Drenaggio acido delle miniere:

Le acque acide generate dal presente o passato risultato minerario spuma l'ossidazione, in presenza di aria, acqua e batteri, di minerali di solfuro, in particolare di pirite. Possono quindi svilupparsi nei campi di carbone e nei giacimenti. Vengono generati gli acidi sopranoici e gli ossidi di ferro. L'acido attacca altri minerali, producendo soluzioni che possono trasportare elementi tossici, ad esempio cadmio, arsenico nell'ambiente locale. La generazione di acqua acida può verificarsi durante le fasi di esplorazione, operazione e chiusura di una miniera. Queste acque possono emettere da tre fonti principali: il sistema di disidratazione della miniera; servizi di smaltimento degli sterili; e cumuli d'acqua.

Lo scarico può produrre solo effetti secondari come lo scolorimento locale di terreni e corsi d'acqua con ossidi di ferro precipitati, o portare ad un esteso inquinamento aereo dell'intero sistema fluviale e dei terreni agricoli. In alcuni campi minerari, questo problema è peggiore dopo che sono state chiuse le chiusure di mine. Ciò è dovuto al rimbalzo delle falde acquifere che si verifica dopo la rimozione delle attrezzature di pompaggio e questo è diventato un problema urgente nei bacini britannici, che erano e sono prevalentemente miniere sotterranee che lavorano carboni ad alto tenore di zolfo, poiché le chiusure delle miniere hanno accelerato nell'ultimo decennio.

Minerali industriali Le operazioni minerarie industriali hanno lo stesso impatto ambientale generale sui disturbi delle acque terrestri e sotterranee come metalliferi o estrazione del carbone, sebbene l'impatto sia generalmente meno marcato in quanto le miniere sono generalmente più piccole e meno profonde e normalmente vengono prodotti meno rifiuti perché nella maggior parte dei casi i gradi di minerale sono più alti che nell'estrazione di metalli.

I rischi di inquinamento dovuti a metalli pesanti o acque acide sono bassi o inesistenti e l'inquinamento atmosferico, causato dalla combustione del carbone o dalla fusione di minerali metallici, è molto meno grave o assente. Gli scavi creati dalle operazioni minerarie industriali sono spesso vicini alle conurbazioni, nel qual caso questi buchi nel terreno possono essere di grande valore come siti di discarica per rifiuti urbani.

Misure legali:

I mezzi legali per attuare misure anti-inquinamento sono molto necessari, anche se va sottolineato che molte compagnie minerarie internazionali aderiscono alla più severa autoregolamentazione anche nei paesi in cui tale legislazione è minima o inesistente.

Dichiarazioni di impatto ambientale:

In molti paesi è ora obbligatorio che una società che propone di richiedere un permesso di pianificazione per iniziare un'operazione mineraria predisponga tale dichiarazione. Questo copre ogni aspetto dagli effetti sulla vegetazione, sul clima, sulla qualità dell'aria, sul rumore, sulla terra e sulle acque superficiali ai metodi proposti di bonifica del terreno al termine dell'operazione. In alcuni paesi deve essere depositato un legame per assicurare che la bonifica abbia luogo.

Queste istruzioni devono includere i record delle condizioni dell'ambiente nella potenziale area di mining quando viene richiesta l'autorizzazione di pianificazione. Le aziende ora raccolgono tali dati durante la fase di esplorazione, comprese descrizioni di superfici e fotografie, analisi geochimiche che mostrano i livelli di fondo di metalli e acidità e dettagli della flora e della fauna.

Dal punto di vista delle autorità di pianificazione e delle autorità di regolamentazione, queste relazioni presentano i mezzi più efficaci per minimizzare gli effetti dannosi fin dall'inizio, ma possono anche essere di grande beneficio per lo sviluppatore perché (i) aiuteranno a ottenere il permesso di pianificazione nel più breve tempo possibile, e (ii) spesso rivelano aspetti dell'operazione che richiedono attenzione all'inizio e quindi evitano modifiche costose in futuro.

Bug e miniere in situ:

Molti depositi di solfuro, cioè i rami di porfido, sono ricoperti da minerali ossidati. Tali minerali possono essere estratti, se necessario, fratturandoli mediante sabbiatura e poi pompando soluzioni acide attraverso la roccia per dissolvere metalli come rame e uranio. Le soluzioni metalliche vengono pompate in superficie e recuperati i metalli. Possono essere sfruttati depositi di grado molto basso, piccoli o comunque economicamente non redditizi e il processo può essere utilizzato a profondità considerevoli.

Prospettiva:

Misure come il riciclaggio e la sostituzione e la tecnologia dei nuovi materiali faranno la loro parte nel ridurre l'impatto dello sfruttamento minerario sull'ambiente, ma nell'immediato futuro dovremo guardare ad un crescente senso di responsabilità da parte di tutti coloro che sono coinvolti in qualsiasi modo con l'industria, siano essi sviluppatori o regolatori.

Ci sono molti segnali di speranza che questo si sta verificando: ad esempio, nel 1992, 19 grandi società minerarie di cinque continenti si sono unite per formare il consiglio internazionale sui metalli e l'ambiente, il cui scopo è promuovere lo sviluppo, l'attuazione e l'armonizzazione del suono. politiche e pratiche ambientali e sanitarie che garantiranno la produzione, l'uso, il riciclaggio e lo smaltimento sicuri dei metalli.