Wirtschaftsgeologie und Umwelt

Die Wirtschaftsgeologie ist ein Zweig der Geologie, der sich mit wirtschaftlich wertvollen geologischen Materialien befasst.

Allgemein betrachtet befasst sich die Wirtschaftsgeologie mit der Verteilung von Mineralvorkommen, den wirtschaftlichen Erwägungen, die mit ihrer Gewinnung verbunden sind, und der Bewertung der verfügbaren Reserven.

Die Wirtschaftsgeologie befasst sich mit Materialien wie Edelmetallen, unedlen Metallen, nichtmetallischen Mineralien, fossilen Brennstoffen und anderen kommerziell wertvollen Materialien wie Salz, Gips und Baustein. Es nutzt die Prinzipien und Methoden verschiedener anderer Bereiche, insbesondere der Geophysik, der Strukturgeologie und der Stratigraphie.

Ökonomische Geologie wird nicht nur von Geologen praktiziert, sondern ist auch für Ingenieure, Investmentbanker, Umweltwissenschaftler und Naturschützer von Interesse, da die mineralgewinnenden Industrien große Auswirkungen auf die sozioökonomische und ökologische Szene haben.

Ursprung und Entwicklung der Wirtschaftsgeologie:

Das Konzept der Wirtschaftsgeologie ist relativ neu, auch wenn der Mensch seit Urzeiten Metalle und wertvolle Mineralien aus dem Boden gewinnt. Trotz ihrer Fähigkeit, den Wert dieser Ressourcen zu schätzen, verfügten vormoderne Menschen jedoch kaum über wissenschaftliche Theorien über ihre Bildung oder über die Mittel, sie zu gewinnen.

Die Griechen glaubten zum Beispiel, dass Adern aus metallischen Materialien in der Erde darauf hindeuten, dass diese Materialien lebende Dinge waren, die nach Baumart Wurzeln schlagen. Astrologen des Mittelalters behaupteten, dass jede der „sieben Planeten“ (Sonne, Mond und die fünf Planeten nebenbei)

Die zu dieser Zeit bekannte Erde regierte eines der sieben bekannten Metalle - Gold, Kupfer, Silber, Blei, Zinn, Eisen und Quecksilber - die angeblich unter dem Einfluss ihrer jeweiligen "Planeten" entstanden waren.

Der erste Denker, der versuchte, über solche unwissenschaftlichen (wenn auch einfallsreichen) Ideen hinauszugehen, war ein deutscher Arzt, der unter dem lateinisierten Namen Georgius Agricola (1494-1555) schrieb. Durch die Behandlung von Bergleuten unter verschiedenen Bedingungen wurde Agricola, dessen richtiger Name Georg Bauer war, mit Mineralien fasziniert.

Agricola wurde als Vater der Mineralogie und der Wirtschaftsgeologie angesehen und führte einige Ideen ein, die eine wissenschaftliche Grundlage für die Erforschung der Erde und ihrer Produkte bildeten. In De Ortu et causis Subterraneorum (1546) kritisierte er alle vorangegangenen Ideen bezüglich der Erzbildung, einschließlich der bereits erwähnten griechischen und astrologischen Vorstellungen sowie der alchemistischen Überzeugung, dass alle Metalle aus Quecksilber und Schwefel bestehen.

Stattdessen behauptete er, dass unterirdische Flüssigkeiten gelöste Mineralien transportieren, die beim Abkühlen Ablagerungen in den Rissen von Gesteinen hinterlassen und so zu Mineraladern führen. Die Ideen von Agricola bildeten später die Grundlage für moderne Theorien über die Bildung von Erzvorkommen.

In De Natura Fossilium (Über die Natur der Fossilien, 1546) führte Agricola auch eine Methode zur Klassifizierung von "Fossilien" ein, da Mineralien damals bekannt waren. Das System von Agricola, das Mineralien nach Eigenschaften wie Farbe, Textur, Gewicht und Transparenz kategorisiert, ist die Grundlage für das heute verwendete System der Mineralstoffklassifizierung.

Von allen seinen Werken war De re Metallica jedoch das wichtigste, das in den folgenden zwei Jahrhunderten das führende Lehrbuch für Bergleute und Mineralologen war. In diesem monumentalen Werk stellte er viele neue Ideen vor, darunter das Konzept, dass Steine Erze enthalten, die älter sind als die Felsen selbst. Er untersuchte auch detailliert die Bergbaupraktiken, die zu seiner Zeit im Einsatz waren. Dies war eine außergewöhnliche Leistung, da Bergleute des 16. Jahrhunderts ihre Geschäftsgeheimnisse sehr genau hielten.

Felsen und Mineralien:

Die Erdkruste unserer Erde besteht aus Gesteinen, die wiederum Mineralien bilden. Um als Mineralspezies bezeichnet zu werden, muss ein Stoff in der Natur vorkommen und anorganischen Ursprungs sein. Es muss eine bestimmte chemische Eigenschaft und eine ausgeprägte Atombildung besitzen.

Rocks:

Ein Gestein ist ein Aggregat aus Mineralien oder organischem Material, das in konsolidierter oder nicht konsolidierter Form erscheinen kann. Es gibt drei Arten von Gesteinen: eruptiv, gebildet durch Kristallisation geschmolzener Mineralien, wie in einem Vulkan; Sediment, meist gebildet durch Ablagerung, Verdichtung oder Zementierung von verwittertem Gestein; und metamorph, gebildet durch Veränderung des bereits vorhandenen Gesteins. Gesteine aus organischem Material sind in der Regel sedimentär, zum Beispiel Kohle.

Gesteine hatten wirtschaftliche Bedeutung, lange bevor die "Wirtschaft", wie wir sie kennen, existierte, eine Zeit, in der es nichts zu kaufen und nichts zu verkaufen gab. Dies wäre natürlich die Steinzeit, die praktisch auf die Anfänge der menschlichen Spezies zurückgeht und sich mit den Anfängen der Zivilisation vor etwa 5.500 Jahren überschneidet. In den Hunderttausenden von Jahren, in denen Stein das am weitesten entwickelte Werkzeugmaterial war, entwickelte der Mensch eine Reihe von Steinvorrichtungen, um Feuer zu machen, Messer zu schärfen, Tiere (und andere Menschen) zu töten, Lebensmittel oder Tierhäute zu schneiden und so weiter.

Die Steinzeit, sowohl in der populären Vorstellung als auch (mit einigen Qualifikationen) in der tatsächlichen archäologischen Tatsache, war eine Zeit, in der Menschen in Höhlen lebten. Seit dieser Zeit haben sich die Menschen natürlich von den Höhlen entfernt, obwohl es Ausnahmen gibt, wie das US-Militär im Jahr 2001 bei der Suche nach Terroristen in den Höhlen Afghanistans bemerkte.

In jedem Fall hat die menschliche Bindung an Steinhäuser andere Formen angenommen, angefangen bei den Pyramiden bis hin zu den heutigen gemauerten Häusern. Rock ist auch kein reines Baumaterial für den Bau, wie die Verwendung von Gipskartonplatten, Schieferplatten, Marmoroberflächen und Kieswegen belegt. Und natürlich ist die Konstruktion nur eine von vielen Anwendungen, auf die Steine und Mineralien gerichtet sind, wie wir sehen werden.

Metalle:

Von allen bekannten chemischen Elementen sind 87 oder etwa 80 Prozent Metalle. Die letztere Gruppe wird als glänzend oder glänzend bezeichnet und formbar oder duktil, was bedeutet, dass sie zu verschiedenen Formen geformt werden können, ohne sie zu zerbrechen. Metalle sind trotz ihrer Duktilität extrem langlebig, haben hohe Schmelz- und Siedepunkte und sind ausgezeichnete Wärme- und Elektrizitätsleiter. Einige sind hoch auf der Mohs-Härteskala.

Mineralien:

Während es nur 87 Sorten Metall gibt, gibt es etwa 3.700 Mineralarten. Es gibt erhebliche Überschneidungen zwischen Metallen und Mineralien, aber diese Überschneidung ist bei weitem nicht vollständig: Viele Mineralien umfassen nichtmetallische Elemente wie Sauerstoff und Silizium. Ein Mineral ist eine Substanz, die in der Natur vorkommt und daher nicht künstlich erzeugt werden kann, anorganischen Ursprungs ist, eine bestimmte chemische Zusammensetzung hat und eine kristalline innere Struktur besitzt.

Der Begriff organisch bezieht sich nicht einfach auf Stoffe mit biologischem Ursprung; es beschreibt vielmehr jede Verbindung, die Kohlenstoff enthält, mit Ausnahme von Carbonaten (die eine Art von Mineralien sind) und Oxiden wie Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid.

Die Tatsache, dass ein Mineral aus einer nicht variierenden Zusammensetzung bestehen muss, beschränkt Mineralien fast ausschließlich auf Elemente und Verbindungen, dh entweder auf Substanzen, die nicht chemisch zu einfacheren Substanzen abgebaut werden können, oder auf Substanzen, die durch chemische Bindung von Elementen gebildet werden. Nur unter wenigen hochspezifischen Umständen werden natürlich vorkommende Legierungen oder Metallgemische als Mineralien betrachtet.

Mineralien werden nach ihrer chemischen Zusammensetzung in acht Grundgruppen eingeteilt:

Diese sind:

ich. Native Elemente

ii. Sulfide

iii. Oxide und Hydroxide

iv. Halide

v. Carbonate, Nitrate, Borate, Iodate

vi. Sulfate, Chromate, Molybdate, Wolframate

vi. Phosphate, Arsenate, Vanadate

vii. Silikate

Die erste Gruppe, native Elemente, umfasst metallische Elemente, die irgendwo auf der Erde in reiner Form erscheinen. bestimmte metallische Legierungen, auf die früher hingewiesen wurde; sowie native Nichtmetalle, Halbmetalle und Mineralien kommen mit metallischen und nichtmetallischen Elementen vor. Die nativen Elemente werden zusammen mit den sechs Klassen, die ihnen in dieser Liste folgen, gemeinsam als Nichtsilikate bezeichnet. Dieser Begriff betont die Bedeutung der achten Gruppe.

Die überwiegende Mehrheit der Mineralien, einschließlich der am häufigsten vorkommenden, gehört zur Klasse der Silikate, die um das Element Silizium herum aufgebaut sind. So wie Kohlenstoff lange Atomketten bilden kann, insbesondere in Kombination mit Wasserstoff (wie wir später im Zusammenhang mit fossilen Brennstoffen in diesem Aufsatz besprechen), bildet Silizium auch lange Ketten, obwohl sein "Wahlpartner" normalerweise Sauerstoff und nicht Wasserstoff ist . Zusammen mit Sauerstoff bildet Silizium - bekannt als Metalloid, weil es Eigenschaften von Metallen und Nichtmetallen aufweist - die Grundlage für eine erstaunliche Vielfalt von natürlichen und künstlichen Produkten.

Mineralien können nach ihrer Verwendung in der Industrie wie folgt klassifiziert werden:

(a) Metallische Mineralien: Gruppe Eisen. Dazu gehören Mineralien wie Eisen, Chromit, Mangan und Nickel.

(b) Metallische Mineralien: Gruppe der Nichteisenmetalle. Diese umfassen Kupfer, Blei, Zink, Wolfram, Aluminium, Vanadium und andere.

(d) Feuerfeste Mineralien. Sie werden als Hitzebeständigkeit in Öfen und Formen eingesetzt. Dazu gehören Chromit, Magnesit, Kyanit, Fireclays, Sillimanit und Graphit.

(e) Düngemittelmineralien wie Gips, Rohphosphat und Pyrit.

f) mineralische Brennstoffe wie Kohle, Erdöl, Erdgas und Nuklearmineralien.

Die wirtschaftliche Entwicklung eines Landes wird durch die Verfügbarkeit von Mineralien beeinflusst. Mineralien bilden die Basis für mehrere Großindustrien. Auch die Landwirtschaft wird durch die Verfügbarkeit von Mineralien in Form von Düngemitteln beeinflusst.

Kohlenwasserstoffe:

Wie bereits erwähnt, liegt der Fokus der Wirtschaftsgeologie auf Gesteinen und Mineralien einerseits und auf fossilen Brennstoffen andererseits. Fossile Brennstoffe können definiert werden als Brennstoffe (insbesondere Kohle, Öl und Gas), die aus Ablagerungen von organischem Material stammen, die unter hohem Druck Zersetzung und chemische Veränderung erfahren haben.

In Anbetracht dieser Ableitung aus organischem Material sind definitionsgemäß alle fossilen Brennstoffe kohlenstoffbasiert und speziell um Kohlenwasserstoffe herum aufgebaut - chemische Verbindungen, deren Moleküle nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen.

Theoretisch gibt es keine Begrenzung für die Anzahl möglicher Kohlenwasserstoffe. Kohlenstoff formt sich zu scheinbar grenzenlosen molekularen Formen, und Wasserstoff ist ein besonders vielseitiger chemischer Partner. Kohlenwasserstoffe können gerade Ketten, verzweigte Ketten oder Ringe bilden, und das Ergebnis ist eine Vielzahl von Verbindungen, die sich nicht durch die Elemente in ihrem Aufbau oder sogar (in einigen Fällen) durch die Anzahl der verschiedenen Atome in jedem Molekül unterscheiden, sondern eher durch die Struktur eines gegebenen Moleküls.

Anwendungen in der Praxis der Wirtschaftsgeologie:

Fossile Brennstoffe:

Das organische Material, das sich zu Kohlenwasserstoffen in fossilen Brennstoffen zersetzt hat, stammt hauptsächlich von Dinosauriern und prähistorischen Pflanzen, obwohl es genauso gut von anderen Organismen stammen konnte, die vor langer Zeit in großer Zahl starben. Um Erdöl zu bilden, müssen sehr große Mengen organischen Materials zusammen mit Sedimenten abgelagert und unter mehr Sedimenten begraben werden. Die angesammelten Sedimente und organisches Material werden Quellgestein genannt.

Was nach der Anhäufung dieses Materials geschieht, ist kritisch und hängt stark von der Art des Quellgesteins ab. Es ist wichtig, dass das organische Material - zum Beispiel die große Anzahl von Dinosauriern, die vor 65 Millionen Jahren in einem Massensterben starben - nicht einfach verrotten darf, wie dies in einer aeroben oder sauerstoffhaltigen Umgebung der Fall wäre. Stattdessen wird das organische Material infolge anaerober chemischer Aktivität oder unter Ausschluss von Sauerstoff in Kohlenwasserstoffe umgewandelt.

Gute Quellengesteine für diese Umwandlung sind Schiefer oder Kalkstein, vorausgesetzt, die jeweiligen Gesteine bestehen aus 1% bis 5% organischen Kohlenstoff. Die Quellgesteine sollten so tief sein, dass der Druck das organische Material erwärmt, jedoch nicht so tief, dass der Druck und die Temperatur dazu führen, dass die Gesteine einen Metamorphismus erfahren oder sie in Graphit oder andere kohlenwasserstofffreie Versionen von Kohlenstoff umwandeln. Temperaturen von bis zu 150 ° C (302 ° F) werden für die Erdölförderung als optimal angesehen.

Einmal erzeugt, bewegt sich das Erdöl allmählich vom Quellgestein zu einem Reservoirgestein oder einem Gestein, das Erdöl in seinen Poren speichert. Ein gutes Reservoirgestein ist eines, bei dem der Porenraum mehr als 30 Prozent des Gesteinsvolumens ausmacht. Das Gestein muss jedoch durch ein anderes Gestein versiegelt werden, das viel weniger porös ist. Tatsächlich wird für ein Robben- oder Kappengestein, wie es genannt wird, ein praktisch undurchlässiges Gestein bevorzugt. Daher ist die beste Art von siegelbildendem Gestein eines aus sehr kleinen, eng anliegenden Sedimentstücken, beispielsweise Schiefer. Ein solches Gestein ist in der Lage, Erdöl Millionen von Jahren an Ort und Stelle zu halten, bis es entdeckt und genutzt werden kann.

Die Menschen haben über Erdöl aus der Vorgeschichte Bescheid gewusst, einfach weil es auf der Erde Orte gab, an denen es buchstäblich aus dem Boden sickerte. Die moderne Ära der Erdölbohrung begann jedoch 1853, als ein amerikanischer Anwalt namens George Bissell (1821-1884) sein Potenzial für die Verwendung als Lampenkraftstoff erkannte. Er stellte "Colonel" Edwin Drake (1819-1880) an, um die Bohrung einer Ölquelle in Titusville, Pennsylvania, zu beaufsichtigen, und im Jahr 1859 schlug Drake Öl. Die Legende von Wack Gold ', von Schicksalen, die durch Bohren von Löchern in den Boden gemacht werden, war geboren.

Im Zuge der Entwicklung und der weit verbreiteten Anwendung des Verbrennungsmotors in der zweiten Hälfte des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts wurde das Interesse an Öl viel intensiver, und es entstanden Brunnen auf der ganzen Welt. Sumatra, Indonesien, lieferte 1885 Öl aus seinen ersten Bohrlöchern, und 1901 begannen in Texas erfolgreiche Bohrungen - die Quelle für so manches Vermögen in Texasgröße. Eine frühe Form des heute als British Petroleum (BP) bekannten Unternehmens entdeckte 1908 das erste Öl des Nahen Ostens in Persien (jetzt Iran). In den nächsten 50 Jahren änderten sich die wirtschaftliche Bedeutung und die Perspektiven dieser Region erheblich.

Mit der gewaltigen Expansion des Automobilbesitzes, die nach dem Ersten Weltkrieg (1914-1918) begann und nach dem Zweiten Weltkrieg (1939-1945) noch größere Höhen erreichte, stieg der Wert und die Bedeutung von Erdöl. Die Ölindustrie boomte, und infolgedessen fanden viele Geologen eine Anstellung in einem Sektor, der weitaus mehr finanzielle Vorteile bot, als dies auf Universitäts- oder Regierungspositionen möglich war. Heutzutage helfen Geologen ihren Arbeitgebern bei der Suche nach Ölvorkommen. Dies ist keine leichte Aufgabe, da so viele Variablen aneinander reihen müssen, um eine brauchbare Ölquelle zu erzeugen. Angesichts der Kosten für die Bohrung einer neuen Ölquelle, die sich auf 30 Millionen Dollar oder mehr belaufen kann, ist es eindeutig wichtig, bei der Beurteilung der Möglichkeiten, Öl zu finden, ein vernünftiges Urteil zu treffen.

Die Erdölindustrie ist mit Umweltbedenken über die Auswirkungen von Bohrungen beunruhigt (von denen viele Offshore-Bohrungen auf Bohrinseln im Meer stattfinden). mögliche biologische Gefahren im Zusammenhang mit Verschüttungen, wie zum Beispiel die Exxon Valdez im Jahr 1989; und die Wirkung von Kohlenmonoxid und anderen Treibhausgasen, die von Verbrennungsmotoren mit Erdölverbrennung erzeugt werden, auf die Atmosphäre. Noch weitreichender ist die Besorgnis über die Abhängigkeit der Vereinigten Staaten von Ölquellen im Ausland (von denen einige den Vereinigten Staaten offen feindlich gesinnt sind) sowie über die mögliche Verknappung der Ressourcen.

Bei der derzeitigen Verbrauchsrate werden die Ölreserven voraussichtlich um das Jahr 2040 erschöpft sein. Dies berücksichtigt jedoch nur die heute als lebensfähig betrachteten Reserven. Während der Erkundung können weitere Ressourcen erschlossen werden. Langfristig wird es jedoch notwendig sein, neue Möglichkeiten zur Versorgung der industrialisierten Welt zu entwickeln, da Erdöl eine nicht erneuerbare Ressource ist: Es gibt nur so viel davon unter der Erde, und wenn es weg ist, wird es nicht ersetzt Millionen von Jahren (wenn überhaupt).

Petrochemikalien:

Erdöl selbst ist ein Rohstoff, aus dem zahlreiche Produkte gewonnen werden, die zusammen als Petrochemikalien oder Erdölderivate bezeichnet werden. Durch ein Verfahren, das als fraktionierte Destillation bezeichnet wird, sieden die Petrochemikalien der niedrigsten Molekülmasse zuerst ab und die mit höherer Masse trennen sich bei höheren Temperaturen.

Silizium, Silikate und andere Verbindungen:

So wie Kohlenstoff im Mittelpunkt einer riesigen Welt von Kohlenwasserstoffen steht, ist Silizium für anorganische Substanzen von Sand oder Kieselsäure (Si0 ₂ ) über Silikon (ein sehr vielseitiger Satz von Produkten auf Siliziumbasis) bis zu den als Gestein bekannten Gesteinen gleichermaßen wichtig Silikate.

Silikate sind die Basis für einige bekannte Mineralarten, darunter Granat, Topas, Zirkon, Kaolinit, Talkum, Glimmer und die beiden am häufigsten vorkommenden Mineralien der Erde, Feldspat und Quarz. (Beachten Sie, dass sich die meisten der hier verwendeten Begriffe auf eine Gruppe von Mineralien beziehen, nicht auf ein einzelnes Mineral.) Hergestellt aus Verbindungen, die um Silizium und Sauerstoff gebildet werden und verschiedene Metalle wie Aluminium, Eisen, Natrium und Kalium umfassen, erklären die Silikate für 30 Prozent aller Mineralien. Als solche kommen sie in allem vor, von Edelsteinen bis zu Baumaterialien; Sie sind jedoch weit von den einzigen nennenswerten Produkten entfernt, die sich auf Silizium konzentrieren.

Silikon und andere Verbindungen:

Silikon ist kein Mineral; Vielmehr handelt es sich um ein synthetisches Produkt, das häufig als Ersatz für organische Öle, Fette und Gummi verwendet wird. Anstatt sich an Sauerstoffatome zu binden, wie in einem Silicat, haften Siliciumatome in Silikon an organischen Gruppen, d. H. Kohlenstoffhaltigen Molekülen. Silikonöle werden häufig anstelle von organischem Erdöl als Schmiermittel verwendet, da sie größeren Temperaturschwankungen standhalten können.

Und da der Körper die Einführung von Silikonimplantaten besser verträgt als organische Implantate, werden Silikone auch in chirurgischen Implantaten verwendet. Silikonkautschuke kommen in allen Bereichen vor, von springenden Bällen bis zu Weltraumfahrzeugen. Silikone sind auch in elektrischen Isolatoren, Rostschutzmitteln, Weichspülern, Haarsprays, Handcremes, Möbeln und Autopolituren, Farben, Klebstoffen und sogar Kaugummi enthalten.

Selbst diese Liste erschöpft nicht die vielen Anwendungen von Silizium, die (zusammen mit Sauerstoff) den Großteil der Masse in der Erdkruste ausmachen. Silizium wird aufgrund seiner halbmetallischen Qualitäten als Halbleiter für Elektrizität verwendet.

Computerchips sind winzige Scheiben aus ultrareinem Silizium, die mit einer halben Million mikroskopisch kleinen und kompliziert verbundenen elektronischen Schaltungen geätzt werden. Diese Chips manipulieren Spannungen mit Hilfe von Binärcodes, wobei 1 "Spannung an" und 0 "Spannung aus" bedeutet. Mit diesen Impulsen führen Siliziumchips eine Vielzahl von Berechnungen in Sekunden aus - Berechnungen, die Menschen Stunden, Monate oder sogar Jahre in Anspruch nehmen würden .

Eine als Kieselgel bekannte poröse Form von Kieselsäure absorbiert Wasserdampf aus der Luft und wird häufig neben feuchtigkeitsempfindlichen Produkten wie Elektronikkomponenten verpackt, um sie trocken zu halten. Siliciumcarbin, ein extrem hartes kristallines Material, das durch Schmelzen von Sand mit Koks (fast reiner Kohlenstoff) bei hohen Temperaturen hergestellt wird, findet als Schleifmittel Anwendung.

Erze:

Ein Erz ist ein Gestein oder Mineral, das einen wirtschaftlichen Wert besitzt. Eine zielgerichtetere Definition würde jedoch das Adjektiv "Metall" umfassen, da wirtschaftlich wertvolle Mineralien, die keine Metalle enthalten, normalerweise als separate Kategorie behandelt werden - Industriemineralien. Man kann sagen, dass die Interessen der Wirtschaftsgeologie in drei Bereiche unterteilt sind: Erze, Industriemineralien und Brennstoffe, über die wir bereits gesprochen haben.

Das Wort "Erz" scheint an eines der ältesten bekannten Metalle der Welt zu erinnern und wahrscheinlich an das erste Material, das von prähistorischen Metallurgen bearbeitet wurde: Gold. Sogar das spanische Wort für Gold oder Oro deutet auf eine Verbindung hin. Als Konquistadoren aus Spanien nach etwa 1500 in der Neuen Welt ankamen, war oro ihre Besessenheit, und man sagte, die spanischen Invasoren Mexikos hätten jedes Stück Gold oder Silbererz auf der Erdoberfläche gefunden. Den Bergleuten des 16. Jahrhunderts fehlte jedoch ein Großteil des Wissens, das Geologen heute bei der Suche nach Erzvorkommen hilft, die sich nicht an der Oberfläche befinden.

Erze lokalisieren und extrahieren:

Der moderne Ansatz nutzt das Erfahrungswissen. Wie zu Agricolas Tagen besteht ein großer Teil des Reichtums eines Bergbauunternehmens in Form von Informationen darüber, wie man am besten Materialien aus der festen Erde suchen und wiedergewinnen kann. Bestimmte oberflächengeochemische und geophysikalische Indikatoren helfen dabei, die Schritte von Geologen und Bergarbeitern, die nach Erz suchen, zu steuern. Zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Unternehmen, das nach Erz sucht, mit den Bohrungen beginnt, ist daher viel Erkundungsarbeit geleistet worden. Nur an diesem Punkt ist es möglich, den Wert der Lagerstätten zu bestimmen, bei denen es sich einfach um Mineralien von geringem wirtschaftlichen Interesse handeln kann.

Es wird geschätzt, dass ein Kubikmeilen (1, 6 km ³ ) durchschnittliches Gestein Metalle im Wert von etwa 1 Billion Dollar enthält, was zunächst vielversprechend klingt - bis man rechnet. Eine Billion Dollar ist viel Geld, aber 1 cu. mi. (entspricht 5.280 x 5.280 x 5.280 ft. oder 1.609 km ³ ) ist auch viel Platz. Das Ergebnis ist 1 cu. ft. (0, 028 m ³ ) ist nur etwa 6, 79 $ wert. Dies ist jedoch ein durchschnittlicher Kubikfuß in einer durchschnittlichen Kubikmeile Gestein, und kein Bergbauunternehmen würde sogar in Betracht ziehen, Metalle aus einem durchschnittlichen Stück Boden abzubauen. Lebensfähiges Erz kommt vielmehr nur in Regionen vor, die geologischen Prozessen unterworfen wurden, bei denen Metalle so konzentriert werden, dass ihre Abundanz in der Regel viele hundert Mal größer ist als auf der Erde insgesamt.

Erz enthält andere Mineralien, die als Gangart bekannt sind, die keinen wirtschaftlichen Wert haben, aber als Hinweis darauf dienen, dass Erz in dieser Region gefunden werden kann. Das Vorhandensein von Quarz kann zum Beispiel auf Goldablagerungen schließen lassen. Erz kann sowohl in magmatischen, metamorphen oder sedimentären Ablagerungen als auch in hydrothermalen Flüssigkeiten auftreten. Bei letzteren handelt es sich um Emanationen aus magmatischem Gestein in Form von Gas oder Wasser, die Metalle aus Gesteinen lösen, durch die sie laufen, und das Erz an anderen Orten ablagern.

Konfrontation mit den Gefahren des Bergbaus:

Der Bergbau, ein Mittel zur Gewinnung von Erzen, aber auch von vielen industriellen Mineralien und Brennstoffen wie Kohle, ist eine schwierige Arbeit, die mit zahlreichen Gefahren behaftet ist. Es gibt kurzfristige Gefahren für die Minenarbeiter, wie Einstürze, Überschwemmungen oder die Freisetzung von Gasen in den Minen, sowie langfristige Gefahren, die z. B. mit dem Bergbau zusammenhängende Krankheiten wie die schwarze Lunge (typischerweise eine Kohlengefahr) einschließen Minenarbeiter). Dann gibt es die schiere mentale und emotionale Belastung, die entsteht, wenn man acht oder mehr Stunden am Tag vom Sonnenlicht entfernt in klaustrophobischer Umgebung lebt.

Und natürlich gibt es den durch den Bergbau hervorgerufenen Umweltstress - nicht nur durch die unmittelbaren Auswirkungen des Schnitts eines Schnittes in der Erdoberfläche, der die Ökosysteme an der Oberfläche stören kann, sondern unzählige zusätzliche Probleme, wie beispielsweise das Eindringen von Schadstoffen in die Erdoberfläche Grundwasserspiegel. Verlassene Minen stellen weitere Gefahren dar, einschließlich der Gefahr von Absenkungen, die diese Standorte langfristig unsicher machen.

Höhere Umwelt- und Arbeitsschutznormen, die in den Vereinigten Staaten im letzten Drittel des zwanzigsten Jahrhunderts festgelegt wurden, haben zu Änderungen in der Art und Weise der Gewinnung des Bergbaus sowie in der Art und Weise geführt, in der die Minen nach Abschluss der Arbeiten noch vorhanden sind. Bergbauunternehmen haben beispielsweise mit dem Einsatz von Chemikalien oder sogar von Bakterien experimentiert, wodurch ein Metalluntergrund aufgelöst und an die Oberfläche gepumpt werden kann, ohne dass er tatsächlich unterirdische Schächte und Tunnel anlegen oder Bergarbeiter zur Arbeit schicken muss .

Industriemineralien und andere Produkte:

Industriemineralien sind, wie bereits erwähnt, nichtmetallhaltige Mineralressourcen, die für die Wirtschaftsgeologie von Interesse sind. Beispiele hierfür sind Asbest, ein Oberbegriff für eine große Gruppe von Mineralien, die sehr widerstandsfähig gegen Hitze und Flammen sind. Borverbindungen, die zur Herstellung von hitzebeständigem Glas, Emails und Keramiken verwendet werden; Phosphate und Kaliumsalze zur Herstellung von Düngemitteln; und Schwefel, der in einer Reihe von Produkten eingesetzt wird, von Kältemitteln über Sprengstoffe bis zu Reinigern, die bei der Zuckerherstellung verwendet werden.

Nur ein industrielles Mineral, Korund (aus der Mineralstoffklasse der Oxide), kann vielfältig eingesetzt werden. Extrem hartes Korund in Form eines nicht fest gewordenen Gesteins, das allgemein als Schmirgel bezeichnet wird, wird seit der Antike als Schleifmittel verwendet. Aufgrund seines sehr hohen Schmelzpunkts - sogar höher als der von Eisen - wird Korund auch zur Herstellung von Aluminiumoxid verwendet. ein feuerfestes Produkt, das in Öfen und Kaminen verwendet wird. Obwohl reiner Korund farblos ist, können Spuren von bestimmten Elementen brillante Farben ergeben: Korund mit Chromspuren wird zu einem roten Rubin, während Spuren von Eisen, Titan und anderen Elementen Saphirarten in Gelb, Grün und Violett erzeugen gut wie das bekannte blau.

Umweltauswirkungen der Wirtschaftsgeologie:

Vor einigen Jahrzehnten beschäftigten sich die meisten Geologen mit der Erforschung und Erschließung von Bodenschätzen. Die Wirtschaftsgeologie und die Anwendung der Geologie auf Probleme der städtischen Umwelt fordern jedoch zunehmend die Dienste einer zunehmenden Anzahl von Geologen. Heute ist eine ausreichende Anzahl von Wirtschaftsgeologen an Umweltproblemen interessiert (viele sind nicht an den Bergbau gebunden und haben ein Interesse an Geochemie und Petrologie). Sie gehen davon aus, dass "Mineralressourcen immer benötigt werden", "aber Umweltprobleme sind ein wesentlicher Faktor für die Machbarkeit des Bergbaus".

Das Interesse an der Umwelt ist größer als je zuvor, und wir sind mit Bedenken hinsichtlich der Umweltauswirkungen von fast allen Aspekten unseres täglichen Lebens konfrontiert. Wasser, Boden, Luft und die biologische Umwelt können durch die Aktivitäten von Industriegesellschaften wie unseren eigenen dramatisch verändert werden, nicht zuletzt durch Mechanismen, die im Wesentlichen durch geologische Prozesse gesteuert werden.

Die Abfallentsorgung, die Kontamination der Böden durch die Industrie, die Auswirkungen des Bergbaus, die Wasserverschmutzung und sogar die Luftqualität (durch die Zerstreuung luftgetragener Mineralpartikel) werden durch geologische Prozesse und Phänomene beeinflusst, die durch Zusammensetzung, Verteilung, Struktur und Verhalten der darunter liegenden Gesteine kontrolliert werden . Die alltäglichen Umweltprobleme werden somit mehr oder weniger stark von der Geologie beeinflusst. Der Kurs soll einen breiten Überblick über diese vielen und verschiedenen Aspekte der Umweltgeologie vermitteln und den wissenschaftlichen Rahmen für das Verständnis wichtiger Umweltprobleme bieten.

Umweltbelange sind ein wesentlicher Faktor dafür, ob Mineralvorkommen erschlossen und abgebaut werden. Die meisten Wirtschaftsgeologen und Bergbaugesellschaften unterstützen Anstrengungen zur Verringerung der Umweltschäden durch den Bergbau.

Auswirkungen auf die Umwelt:

Der Bergbau war nicht weniger als die Landwirtschaft für den Fortschritt der Menschheit schon immer von entscheidender Bedeutung. In der Tat verwenden wir jetzt die meisten Elemente des Periodensystems. Allerdings da. Überbevölkerung und das Streben nach einem höheren Lebensstandard ebnen die Nachfrage nach Mineralien und Metallen, die Besorgnis über die Auswirkungen von Bergbau und Bohrungen in der natürlichen Umgebung ist gewachsen und es wurde immer deutlicher, dass die Ressourcen der Erde nicht unerschöpflich sind.

Die Weltkommission der Vereinten Nationen für Umwelt und Entwicklung der Vereinten Nationen hat 1987 in ihrem Bericht "Unsere gemeinsame Zukunft" darauf hingewiesen, dass die Welt sieben Mal mehr Waren herstellt als 1950. Die Kommission schlug "nachhaltige Entwicklung" vor, eine Verbindung zwischen Wirtschaft und Wirtschaft Ökologie als einzig praktikable Lösung, dh Wachstum ohne Umweltschäden.

Die meisten Minen verfügen über eine Mineralaufbereitungsanlage vor Ort und viele Metallminen haben eine nahe gelegene Schmelzhütte. Für eine allgemeine Bewertung der Umweltauswirkungen der Entwicklung neuer Bergbaubetriebe müssen wir die Auswirkungen dieser drei Aspekte berücksichtigen. Der Begriff Bergbau umfasst hier alle extraktiven Operationen, z. B. den Abbau. Die wichtigsten Problembereiche werden im Folgenden behandelt.

Schäden an Land:

Es wurde geschätzt, dass die kumulierte weltweite Nutzung von Land für den Bergbau zwischen 1976 und 2000 etwa 37.000 km² betragen würde, d. H. Etwa 0, 2% der Landfläche. Stärker entwickelte Länder haben einen größeren Anteil an gestörten Böden als weniger entwickelte. Der Rückgewinnungsgrad dieses Bodens beschleunigt sich nun rasch und es werden alte Bohrlöcher für die Entsorgung von alten Gruben-, Hausmüll- und anderen Abfällen gut genutzt.

Andere abgebaute Gebiete wurden in Naturschutzgebiete und Erholungsparks umgewandelt. Zukünftige Minen können weniger wahrscheinlich Standorte für die Abfallentsorgung produzieren, da die meisten jetzt verfüllt sind. Dies ist ein sehr notwendiger Vorgang, da jedes Jahr geschätzte 27.000 Tonnen nicht brennbare Mineralien und Abraum aus der Erdkruste entnommen werden.

Freisetzung toxischer Substanzen:

Metalle sind nicht nur wichtig für die Verwendung, die wir daraus machen, sondern sie sind auch ein wesentlicher Bestandteil unseres Make-ups und der anderer lebender Organismen. Während einige metallische Elemente wesentliche Bestandteile von lebenden Organismen sind, können Defizite oder Überschüsse davon sehr lebensgefährlich sein. Überschüsse in der natürlichen Umgebung können entstehen, wenn Minenwasser, das von der Mine selbst ausgeht, oder von Halden durchdrungen wird.

Einige Metalle, z. B. Cadmium, Quecksilber und Metalloide, wie Antimon, Arsen, die in vielen polymetallischen Sulfiderzen in geringen Mengen üblich sind und oft als Nebenprodukte gewonnen werden, sind auch in geringen Mengen, insbesondere in löslicher Form, hochtoxisch die von lebenden Organismen aufgenommen werden können.

Dasselbe gilt für Blei, aber es ist gnädigerweise ziemlich unreaktiv, wenn es nicht eingenommen wird, und glücklicherweise sind die meisten in der Natur gebildeten Bleiminerale im Grundwasser sehr unlöslich. Cyanid wird seit langem zur Goldgewinnung in Aufbereitungsanlagen für Mineralien verwendet. Im größten Goldfeld der Welt, dem Witwaterstrand Basin, USA, kommt es aufgrund des Cyanidierungsprozesses zu einer starken Verunreinigung des Oberflächenwassers mit Kobalt, Mangan, Blei und Zink Oxidation durch saure Grubenwässer. Cyanid selbst ist kein Problem, da es unter dem Einfluss von ultraviolettem Licht in oberflächennahen Schichten zusammenbricht. In den Industrieländern ist es jedoch jetzt gesetzlich vorgeschrieben, bei allen Industrieunternehmen, die diese Chemikalie einsetzen, Cyanidneutralisierungsanlagen einzurichten.

Säureminenabfluss:

Säurewässer, die durch den gegenwärtigen oder früheren Bergbau erzeugt werden, führen zur Schaumbildung von Sulfidmineralien, insbesondere von Pyrit, in Gegenwart von Luft, Wasser und Bakterien. Sie können sich daher sowohl auf Kohlefeldern als auch auf Feldern entwickeln. Es entstehen Surhurisäuren und Eisenoxide. Die Säure greift andere Mineralien an und produziert Lösungen, die toxische Elemente, z. B. Cadmium, Arsen, in die lokale Umgebung tragen können. Die Erzeugung von saurem Wasser kann während der Erkundungs-, Betriebs- und Schließungsphase einer Mine erfolgen. Diese Gewässer können aus drei Hauptquellen stammen: dem Entwässerungssystem der Mine; Anlagen zur Beseitigung von Rückständen; und Wasserhaufen.

Der Abfluss kann nur geringfügige Auswirkungen haben, z. B. eine lokale Verfärbung von Böden und Bächen mit abgeschiedenen Eisenoxiden, oder zu einer erheblichen Luftverschmutzung des gesamten Flusssystems und des Ackerlandes. In einigen Bergbaugebieten ist dieses Problem nach der Schließung von Bergwerken am schlimmsten. Dies liegt an der Erholung des Wasserspiegels, die nach dem Entfernen der Pumpausrüstung auftritt, und dies ist zu einem dringenden Problem in britischen Kohlefeldern geworden, die vorwiegend unterirdische Minen waren und Kohle mit hohem Schwefelgehalt betreiben, da die Schließungen der Minen im letzten Jahrzehnt beschleunigt wurden.

Industrieminerale Industriemineralbetriebe haben die gleichen Umwelteinwirkungen auf Land- und Grundwasserstörungen wie Metall- oder Kohlebergbau, obwohl die Auswirkungen im Allgemeinen weniger ausgeprägt sind, da die Minen normalerweise kleiner und flacher sind und in den meisten Fällen weniger Abfall anfällt Erzgehalte sind höher als im Metallbergbau.

Die Verschmutzungsgefahren aufgrund von Schwermetallen oder sauren Wässern sind gering oder gar nicht vorhanden, und die Luftverschmutzung durch Verbrennung von Kohle oder das Schmelzen von metallischen Erzen ist weitaus weniger schwerwiegend oder fehlt. Die Ausgrabungen, die durch Mineralvorkommen in der Industrie geschaffen wurden, liegen häufig in der Nähe von Ballungsräumen. In diesem Fall können diese Erdlöcher als Deponien für Stadtabfälle von großem Wert sein.

Rechtliche Maßnahmen:

Rechtliche Mittel zur Durchsetzung von Maßnahmen zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung sind sehr wichtig, obwohl darauf hingewiesen werden muss, dass sich viele internationale Bergbaugesellschaften selbst in Ländern, in denen eine solche Gesetzgebung unwesentlich ist oder nicht vorhanden ist, an strengste Selbstkontrolle halten.

Aussagen zur Umweltverträglichkeit:

In vielen Ländern ist es nun zwingend vorgeschrieben, dass ein Unternehmen, das einen Antrag auf Erteilung einer Baugenehmigung zur Aufnahme eines Mineralbetriebs stellen möchte, eine solche Erklärung vorbereitet. Dies umfasst alle Aspekte von Auswirkungen auf Vegetation, Klima, Luftqualität, Lärm, Boden- und Oberflächenwasser bis hin zu den vorgeschlagenen Methoden zur Bodenregeneration bei Beendigung des Betriebs. In einigen Ländern muss eine Anleihe hinterlegt werden, um sicherzustellen, dass eine Rekultivierung stattfindet.

Diese Anweisungen müssen Aufzeichnungen des Zustands der Umgebung in dem potenziellen Abbaugebiet enthalten, wenn eine Planungserlaubnis beantragt wird. Die Unternehmen sammeln solche Daten jetzt in der Explorationsphase, einschließlich Oberflächenbeschreibungen und Fotografien, geochemischen Analysen, die den Hintergrund der Metalle und den Säuregehalt sowie Einzelheiten der Flora und Fauna zeigen.

Aus Sicht der Planungs- und Regulierungsbehörden stellen diese Berichte die effektivsten Mittel dar, um nachteilige Auswirkungen von vornherein zu minimieren, sie können jedoch auch für den Entwickler von großem Nutzen sein, da (i) sie dazu beitragen werden, die Baugenehmigung in kürzester Zeit zu erhalten mögliche Zeit, und (ii) sie offenbaren oft Aspekte der Operation, die von Anfang an Aufmerksamkeit erfordern, und vermeiden so kostspielige Modifikationen in der Zukunft.

Bugs und In-Situ-Mining:

Viele Sulfidablagerungen, dh Porphyrkupfer, werden von oxidierten Erzen überlagert. Solche Erze können nötigenfalls abgebaut werden, indem sie durch Sprengen gebrochen und saure Lösungen durch das Gestein gepumpt werden, um Metalle wie Kupfer und Uran aufzulösen. Die metallhaltigen Lösungen werden an die Oberfläche gepumpt und die Metalle gewonnen. Es können sehr niedriggradige, kleine und sonst wirtschaftlich unrentable Lagerstätten genutzt werden, und das Verfahren kann in erheblichen Tiefen eingesetzt werden.

Ausblick:

Maßnahmen wie Recycling und Substitution sowie neue Werkstofftechnologien werden dazu beitragen, die Auswirkungen der Gewinnung von Mineralien auf die Umwelt zu reduzieren. In nächster Zukunft müssen wir jedoch auf ein wachsendes Verantwortungsbewusstsein aller Beteiligten in der Industrie achten Sei es Entwickler oder Regulierer.

Es gibt viele hoffnungsvolle Anzeichen dafür, dass dies geschieht: 1992 schlossen sich 19 große Bergbaugesellschaften aus fünf Kontinenten zusammen, um den internationalen Metall- und Umweltrat zu bilden, dessen Aufgabe darin besteht, die Entwicklung, Umsetzung und Harmonisierung des Klangs zu fördern Umwelt- und Gesundheitspolitiken und -praktiken, die die sichere Herstellung, Verwendung, Wiederverwertung und Beseitigung von Metallen gewährleisten.