درسنامه آموزشی زمین شناسی کلاس یازدهم رشته ریاضی و تجربی
فصل 2: منابع معدنی و ذخایر انرژی، زیربنای تمدن و توسعه
زیربنای اقتصادی کشورهای مختلف، متنوع است. مبنای اقتصادی برخی از کشورها، صنعت، کشاورزی یا گردشگری است و برخی دیگر، اقتصاد خود را بر مبنای منابع و ذخایر معدنی بنا نهادهاند. مبنای اقتصاد کشور ما، کدام مورد است؟ بسیاری از کالاهایی که در زندگی روزمره از آنها استفاده میکنید، یا با آنها سروکار دارید، از منابع فلزی (آهن، آلومینیم، طلا و منیزیم)، غیر فلزی (رسها، زغال سنگ و ... ) و یا مواد نفتی و فراوردههای پتروشیمی مانند پلاستیک، بنزین و ... به دست میآیند. در علم زمین شناسی با مواردی مانند نحوۀ تشکیل، ذخیره و اکتشاف منابع معدنی و سوختهای فسیلی مانند زغال سنگ، نفت و گاز آشنا میشوید.
منابع معدنی در زندگی ما
بخش عمدۀ مواد موردنیاز برای زندگی ما، از منابع معدنی تأمین میشوند. مس موجود در کابلهای برق، آهن مورد استفاده در ریل راه آهن، پلاتین استفاده شده در ساخت گوشی تلفن همراه، مدادی که با آن مینویسیم، از کانی گرافیت، خمیردندان از کانی فلوئوریت و... از منابع معدنی تهیه میشوند. منابع معدنی پس از شناسایی توسط زمینشناسان، از معادن استخراج و پس از فراوری، به کالاهای موردنیاز تبدیل میشوند. تعدادی از کاربردهای مواد معدنی (فلزی - غیر فلزی) در ادامه آورده شده است.
گفتوگو کنید (صفحه 25 کتاب درسی)
کاربرد بعضی کانیها مانند انیدریت و ژیپس، علاوه بر تهیه گچ بنّایی در تشخیص آب و هوای گذشته میباشد. در مورد دلیل این امر گفتوگو کنید.
یکی از مواردی که در تشخیص آبوهوای گذشته میتوان مورد بررسی قرار داد، بررسی هوازدگی است.
هوازدگی
هوازدگی به زبان ساده عبارت است از پاسخی که مواد سطح زمین در مقابل تغییر محیط از خود بروز میدهند و شامل از هم پاشیدن سنگها و تجزیه آنها در سطح زمین و یا نزدیک به سطح زمین است. بعد از میلیونها سال، بالا آمدگی و فرسایش، سنگهای موجود در سقف تودههای نفوذی از بین رفته و توده در سطح زمین رهنمون پیدا میکند. این توده متبلور که در دما و فشار زیاد و احتمالا در چند کیلومتری زیر زمین تشکیل شده بود، اکنون در سطح زمین و در معرض شرایطی کاملاً متفاوت قرار دارد. در چنین وضعیتی، توده سنگ به تدریج تغییر میکند تا جایی که دوباره با شرایط جدید به حالت تعادل برسد به چنین تغییراتی در سنگ، هوازدگی میگویند. هوازدگی معمولاً به دو صورت مکانیکی و شیمیایی بررسی میشود ولی در طبیعت این دو همزمان عمل میکنند.
انواع هوازدگی: هوازدگی را با توجه به نوع تغییراتی که در سنگ صورت میگیرد به انواع مکانیکی و شیمیایی تقسیم میکنند.
هوازدگی مکانیکی:
در هوازدگی مکانیکی هیچ تغییری در ترکیب شیمیایی سنگ صورت نمیگیرد بلکه سنگها تحت تأثیر یک سری از عوامل فیزیکی به قطعات کوچکتر تقسیم میشوند. بر اثر خرد شدن سنگها سطح جانبی قطعات زیادتر شده و در نتیجه برای این عوامل عبارتند از: یخبندان، انبساط حاصل از برداشته شدن بار فوقانی، انبساط حرارتی و فعالیت موجودات زنده.
هوازدگی شیمیایی:
در هوازدگی شیمیایی ساختمان داخلی کانیها بر اثر افزایش یا کاهش عناصر تغییر میکند. در واقع در این نوع هوازدگی ترکیب شیمیایی سنگها تغییر میکند. در هوازدگی شیمیایی آب مهمترین عامل به شمار میرود. ولی لازم به ذکر است که آب خالص غیرفعال بوده و نمیتواند هیچ تغییری در سنگها ایجاد کند. افزایش مقدار کمی از مواد محلول میتواند آب را فعال سازد. اکسیژن و دی اکسید کربن محلول در آب باعث ایجاد تغییرات اساسی در سنگها میشوند.
سرعت هوازدگی:
سرعت هوازدگی سنگها به عوامل زیادی بستگی دارد از جمله این عوامل میتوان به اندازه ذرات کانیهای سازنده سنگ و عوامل آب و هوای محیط را نام برد. هر چقدر اندازه کانی کوچکتر باشد سطح موثر آنها زیادتر بوده و در نتیجه سریعتر تحت تاثیر عوامل هوازدگی، تجزیه میشوند. جنس کانیهای سازنده سنگ اثر بسیار مهمی در هوازدگی دارد به عنوان مثال سنگهای گرانیتی بسیار مقاومتر از سنگ مرمر هستند، زیرا مرمر از کلسیت ساخته شده که به آسانی حتی در محلول اسیدی ضعیفی نیز حل میشود.
ترتیب هوازدگی کانیهای سیلیکاته مطابق ترتیب تبلور آن هاست. کانیهایی که زودتر از همه تبلور مینمایند یعنی در درجه حرارت و فشارهای زیادتری بوجود میآیند، نسبت به کانیهایی که بعدا متبلور میشوند در سطح زمین پایداری کمتری دارند. زیرا شرایط تشکیل آنها با شرایط سطح زمین بسیار متفاوت است.
عوامل آب و هوایی، بهویژه رطوبت اهمیت زیادی در سرعت هوازدگی سنگها دارد. بهترین محیط برای هوازدگی شیمیایی آب و هوای گرم و فراوانی رطوبت است. در نواحی قطبی و در عرضهای جغرافیایی بالا چون برودت هوا، رطوبت مورد نیاز برای هوازدگی را به صورت یخ در میآورد لذا هوازدگی شیمیایی در این نواحی بیتاثیر است. در نواحی خشک نیز به علت وجود رطوبت کافی هوازدگی شیمیایی نقش ندارد.
هوازدگی و نهشتههای معدنی:
هوازدگی در ایجاد بعضی از نهشتههای معدنی مهم نقش دارد، زیرا عناصر فلزی پراکنده در سنگ مادر را در یک جا جمع میکند. به چنین نقل و انتقالی غالباً غنی شدگی اطلاق میشود. غنی شدگی به دو طریق انجام میشود. در روش اول هوازدگی شیمیایی به همراه آب نفوذی موادی را که مناسب نیستند از سنگ در حال تجزیه جدا میکنند. لذا این عناصر مطلوبی که تراکم آنها در افق نزدیک سطح زمین کم میباشد به اعماق برده شده و با رسوب مجدد تمرکز آنها افزایش مییابد.
بوکسیت:
بوکسیت که کانی اصلی آلومینیوم میباشد یکی از کانسارهایی است که به روش غنی شدگی طی فرآیندهای هوازدگی بوجود آمده است. بوکسیت در آب و هوای گرمسیری بارانی همراه با لاتریت تشکیل میشود. وقتی سنگ منشا غنی از آلومینیوم در معرض هوازدگی شدید و طولانی قرار بگیرد بیشتر عناصر اصلی آن نظیر کلسیم و سدیم و سیلیس در نتیجه شستشو از محیط خارج میشود و بر میزان آلومینیوم آن افزاوده میشود. با گذشت زمان خاکی غنی از آلومینیوم به نام بوکسیت حاصل میشود که میتوان از آن آلومینیوم استخراج کرد.
نهشتههای مس و نقره:
بسیاری از نهشتههای مس و نقره زمانی حاصل شدهاند که فرآیند هوازدگی عناصری را که در کانسار اولیه با عیار پایین پراکنده بودند در یک جا متمرکز کرده است. معمولاً چنین غنی شدگی در نهشتههای پیریتدار (FeS) و کانیهای سولفوری معمول انجام میشود. پیریت به دلیل اینکه از نظر شیمیایی به اسید سولفوریک تغییر مییابد، میتواند در آبهای نفوذی فلزات معدنی را حل کند. با انحلال کانیها مورد نظر فلزات به تدریج از خلال توده کانسار اولیه به سمت پایین مهاجرت میکنند تا سرانجام ته نشین شوند. ته نشینی هنگامی اتفاق میافتد که محلول های مزبور به منطقه آبدار زیرزمینی نزدیک میشود. در این محل تغییرات شیمیایی ته نشینی عنصر فلزی میشود.
غلظت عناصر در پوستۀ زمین
در سال 1964 میلادی، دو زمینشناس به نامهای کلارک (Clark) و رینگ وود (Ringwood) برای تعیین ترکیب شیمیایی پوسته زمین و بررسی پراکندگی عناصر در بخشهای مختلف آن، تعداد بسیار زیادی از انواع سنگهای مناطق مختلف را نمونهبرداری و ترکیب شیمیایی آنها را تعیین کردند. امروزه، فراوانی میانگین عناصر پوستۀ زمین با عنوان غلظت کلارک عناصر شناخته میشود (جدول 2-2).
| عنصر | درصد بر اساس جرم |
|---|---|
| اکسیژن | 45/20 |
| سیلیسیم | 27/20 |
| آلومینیم | 8/00 |
| آهن | 5/80 |
| کلسیم | 5/06 |
| سدیم | 2/77 |
| پتاسیم | 2/32 |
| منیزیم | 1/68 |
| تیتانیم | 0/86 |
| فسفر | 0/12 |
| منگنز | 0/10 |
| روی | 0/013 |
| مس | 0/007 |
| سرب | 0/00016 |
اندازهگیری و تعیین غلظت میانگین عناصر، کاربردهای زیادی دارد. پژوهشگران با اندازهگیری مقدار غلظت عناصر در سنگها و خاکهای هر منطقه و مقایسۀ آن با مقادیر غلظت میانگین، به فرایندهای زمینشناسی مانند حرکت ورقههای سنگ کره، تاریخچۀ تکوین یک منطقه، آلودگیهای زیست محیطی و... پی میبرند.
اگر در منطقهای، غلظت عناصر از میانگین کلارک بالاتر باشد، بیهنجاری مثبت و اگر غلظت آنها از میانگین، پایینتر باشد، آن را بیهنجاری منفی مینامند. زمینشناسان در پیجوییهای اکتشافی عناصر، به دنبال یافتن مناطقی با بیهنجاری مثبت آن عنصر هستند.
تفسیر کنید (صفحه 27 کتاب درسی)
نتایج حاصل از تجزیه شیمیایی سنگهای یک منطقه، در جدول زیر ارائه شده است. در کدام عناصر، بیهنجاری مثبت و در کدام عناصر، بیهنجاری منفی دیده میشود؟
| عنصر | درصد وزنی | بیهنجاری | عنصر | درصد وزنی | بیهنجاری |
|---|---|---|---|---|---|
| Si | 17 | منفی | Cu | 0/7 | مثبت |
| Fe | 5 | منفی | Pb | 2 | مثبت |
| Ca | 5/9 | مثبت | Zn | 3 | مثبت |
| Na | 1 | منفی | K | 1 | منفی |
یادآوری (صفحه 27 کتاب درسی)
در کتابهای درسی علوم تجربی، با مفهوم ویژگیها و کاربرد برخی از کانیها آشنا شدید. تعیین کنید کدام یک از تصاویر زیر، کانی میباشند؟ چرا؟
الف) نبات: کانی نیست زیرا طبیعی نیست و ساخته دست بشر است.
ب) یخ: کانی است زیرا جامد و متبلور است.
ج) نفت: کانی نیست چون مایع است.
د) گوگرد: کانی است چون جامد و متبلور بوده و دارای ترکیب شیمیایی ثابت است.
کانیها، بر اساس ترکیب شیمیایی به دو گروه سیلیکاتها و غیرسیلیکاتها ردهبندی میشوند.
سیلیکاتها، کانیهایی هستند که بیش از 90 درصد از پوسته زمین را تشکیل میدهند و در ترکیب شیمیایی خود، بنیان سیلیکاتی $(SiO_4^{4 - })$ دارند. کانیهای سیلیکاتی در سنگهای آذرین، رسوبی و یا دگرگونی یافت میشوند (شکل 2-2).
کانیهای غیرسیلیکاتی، گروهی از کانیها هستند که در ترکیب خود، فاقد بنیان سیلیکاتی هستند. این کانیها نیز در انواع سنگها یافت میشوند.
به گروهی از کانیها که در آن یک فلز ارزشمند اقتصادی وجود دارد، کانه اطلاق میشود. مانند مگنتیت که از آن آهن و یا گالن که از آن سرب استخراج میشود. برخی از کانهها بهصورت آزاد هم یافت میشوند: مانند طلا، نقره و مس.
گفتوگو کنید (صفحه 29 کتاب درسی)
- در ساخت سرامیک و شیشه، از چه کانیهایی استفاده میشود؟
برای ساخت شیشههای معمولی که در زندگی روزمره به کار میروند، عمدتاً شامل سیلیس، کربنات کلسیم (یا آهک) و کربنات سدیم و زغال کک است (گاهی از فلدسپار و دولومیت نیز استفاده میشود.) معمولاً این مواد را به صورت پودر یا دانههایی به قطر 0.2 تا 2 سانتیمتر، مصرف میکنند. البته برای تهیه شیشههای مرغوب و کریستال، از سیلیس تقریباً خالص (کوارتز) استفاده میشود. در شیشههای معمولی حدود 0/5 درصد آلومین و 0/08 درصد اکسید آهن سه ظرفیتی نیز وجود دارد.
رسها یا کانیهای رسی پرمصرفترین و قدیمیترین مواد اولیه در صنعت سرامیک هستند که دارای خاصیت پلاستیسیته بوده و خاصیت شکلپذیری را به بدنه میدهند. همچنین مهمترین و رایجترین پرکنندهها در این صنعت، سیلیس و آلومینا هستند که از کائولینیت به دست میآیند. از انواع سیلیس آزاد موجود در طبیعت که در صنعت کاشی و سرامیک مورد استفاده قرار میگیرد، کوارتز صخرهای، ماسه، ماسه سنگ، کوارتزیت و فلینت است.
- در مورد کانههای زیر، اطلاعات جمعآوری و جدول زیر را کامل کنید.
| کانه | ترکیب شیمیایی | عنصر اقتصادی |
|---|---|---|
| هماتیت مگنتیت کالکوپیریت گالن |
$F{e_2}{O_3}$ $F{e_3}{O_4}$ $CuFeS_{2}$ $PbS$ |
$Fe$ $Fe$ $Cu$ $Pb$ |
کانسنگ
سنگ معدن یا کانسنگ، از دو بخش کانه، و باطله تشکیل شده است. کانه، بخش ارزشمند کانسنگ است و باطله، به موادی که ارزش اقتصادی قابل توجهی ندارند، گفته میشود.
برای مثال کالکوپیریت، به فرمول شیمیایی $CuFe{S_2}$ مهمترین کانۀ کانسنگ فلز مس است. در معادن مس، این کانی همراه با کانیهای باطله مختلفی مانند کوارتز، فلدسپار، میکا، کانیهای رسی، پیریت $Fe{S_2}$ و ... کانسنگ مس را تشکیل میدهند.
در بخشهایی از پوسته زمین، غلظت عناصر در یک منطقه نسبت به غلظت میانگین، افزایش مییابد و حجم زیادی از ماده معدنی در آنجا متمرکز میشود (بیهنجاری مثبت)، بهطوری که استخراج آن از نظر اقتصادی، مقرون به صرفه است که به این مناطق، کانسار میگویند.
استخراج ماده معدنی یا کانسنگ، اغلب پرهزینه است و تنها در صورتی بهرهبرداری آغاز میشود که یک عنصر با حجم و غلظت کافی در مادۀ معدنی وجود داشته باشد. با شروع بهرهبرداری یا معدن کاری، یک معدن شکل میگیرد.
افزون بر کانسنگها، مواد معدنی دیگری هم برای کاربردهای صنعتی یا روزمره استخراج میشوند که فلزی نیستند. مانند: شن و ماسه در ساختمانسازی، خاک رس در ساخت آجر یا کاشی و سرامیک، سنگهای ساختمانی که در نمای ساختمانها، کفپوش، پله و دیوارها به کار میروند. به این نوع از سنگها و کانیهای غیرفلزی، سنگها و کانیهای صنعتی نیز میگویند.
فکر کنید (صفحه 30 کتاب درسی)
- با آنکه آلومینیم در پوسته زمین فراوان است، چرا معادن این فلز کمیاب و اغلب در مناطق پرباران و گرم استوایی میباشد؟
به خاطر اینکه این فلز به صورت آزاد نیست و به صورت ترکیب با دیگر عناصر در طبیعت یافت میشود. بیشتر در سنگ بوکسیت یافت میشود. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین به صورت ترکیب بود، مشکلترین فلز از نظر تهیه به شمار میآمد. همچنین علت اینکه آلومینیوم اغلب در مناطق پرباران و گرم استوایی یافت میشود این است که گرما و رطوبت سنگین موجود در آن نواحی باعث تشکیل اکسیدهای آهن و آلومینیوم شده که در آب نامحلول هستند و در نتیجه گیاهان به راحتی نمیتوانند این اکسیدها را جذب کنند.
- علاوه بر عوامل حجم و غلظت، چه عواملی در مقرون به صرفه شدن یک معدن دخالت دارند؟
مواد معدنی یکی از مهمترین زیر بناهای اقتصادی و صنعتی را در جامعهی امروز تشکیل میدهند. بشر از آغاز آفرینش خود و در طول تاریخ، بر حسب نیازمندیها و شناخت خود از مواد معدنی استفاده کرده و تاکنون نیز به شیوههای گوناگون به بهرهبرداری خود از این منابع ادامه میدهد.
▪ ارزش مادهی معدنی
از عوامل مؤثر در اقتصادی شدن مواد معدنی ارزش آن ماده معدنی است که خود تابع عواملی چون عرضه، تقاضا و مسائل اقتصادی و سیاسی است.
▪ عرضه
میزان تولید مواد معدنی در دهه گذشته افزایش شایانی داشته است. عواملی که موجب این افزایش شد. عبارتاند از پیشرفت در زمینه دانش و صنعت اکتشاف که موجب مشخص شدن منشأ محیط و چگونگی تشکیل ذخایر مختلف میشود؛ برای نمونه پیشرفتهایی که در تکمیل نظریه تکتونیک صفحهای، انجام گرفت کمکهای مؤثری در رابطه با کشف ذخایر مس پرفیری نموده است. هم چنین در دههی اخیر به کارگیری روشهای نوین ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی در کشف ذخایر جدید بخصوص آنهایی که در اعماق زمین قرار دارند، کمک مؤثری نمود. هم چنین ماشینهای جدید استخراج موجب شده تا ذخایری که در اعماق قرار داشته قابل بهرهبرداری شوند و با کمک این ماشینآلات میزان تولید روزانه بالا رود. پیشرفت در زمینه صنعت تغلیظ و تصفیه موجب گردید تا بسیاری از ذخایر عمیق دور از دسترس نیز قابل بهرهبرداری شوند. هم زمان با بالا رفتن تولید، میزان مصرف مواد معدنی نیز افزایش داشته است.
▪ تقاضا
مهمترین عواملی که موجب بالا رفتن مصرف گردید عبارتاند از: افزایش جمعیت، گسترش صنایع جدید و غیره. قیمت برخی از مواد معدنی علاوه بر عرضه و تقاضا تحت تأثیر بحرانهای سیاسی نیز قرار میگیرد. به عنوان مثال در مورد طلا گفته میشود 80 درصد قیمت طلا به تحولات سیاسی و 20 درصد به عرضه و تقاضا مربوط میشود.
▪ عیار ذخیره (Tenor)
مقدار عیار ذخیره از فاکتورهای مهم سنجش ارزش اقتصادی یک معدن است.
ذخایر رگهای در مقایسه با ذخایر تودهای و پرفیری در صورت وجود عیار بالاتری ارزش پیدا میکنند. هزینه استخراج، برای ذخایر رگهای بیشتر از ذخایر پرفیری و تودهای است. برای مثال ذخایر مس پرفیری با عیار حدود 75/0 تا 1 درصد و ذخایر مس رگهای با عیار بیش از 5/1 درصد ارزش اقتصادی دارند. هر چند که عیار و مقدار ذخیره، لازم و ملزوم یک دیگر هستند اما مقدار ذخیره از اهمیت بیشتری برخوردار است. ذخایر طلای رگهای با عیار بیش از 10 گرم در تن و ذخایر طلای نوع پراکنده (ذخیره نسبتاً زیاد و ابعاد وسیع) با عیار حدود 2 گرم در تن دارای ارزش اقتصادی و قابل بهرهبرداری هستند. عیار قابل استخراج ذخایر معدنی با گذشت زمان کاهش یافته است. عوامل مهمی که موجب این کاهش شدهاند عبارتاند از: افزایش قیمت، پیشرفت در صنعت استخراج و تغلیظ و تصفیه.
▪ تکنولوژی (Technology)
استفاده از ماشینآلات جدید در اکتشاف، استخراج و تغلیظ و تصفیه سبب شده که هزینههای استخراج پایین بیاید و ذخایری که به دلایل مختلف در گذشته قابل بهرهبرداری نبودهاند امروزه قابل بهرهبرداری گردند. کشورهای صنعتی با استفاده از تکنولوژی نوین و نیروهای متخصص کارآمد از مرحله اکتشاف تا تغلیظ و تصفیه نسبت به کشورهای جهان سوم فراتر رفتهاند.
▪ تغلیظ و تصفیه (Enrichment& Refinery)
هر ماده معدنی از دو بخش کانه (Ore) یا کانیهای مفید و باطله (Gangue) یا کانیهای مزاحم تشکیل شده که لازم است که جداسازی آنها از هم توسط فرآیندهای پالایشی که اصطلاحاً کانه آرایی (Mineral Processing) نامیده میشوند، انجام میگیرد. عواملی نظیر شکل، اندازه، رابطه نسبی کانیهای مفید و باطله و نوع کانیهای مفید و مزاحم، تأثیر مستقیم در تغلیظ و تصفیه یک کان سار دارند. میزان کانیهای مفید یک کان سار، چنانچه از حد خاصی کمتر باشد موجب میشود تا مادهی معدنی قابل تغلیظ نباشد. کانیهای مفید در یک کان سار میتواند بهصورت آزاد یا به حالت درگیر در داخل یک کانی دیگر باشد. هزینههای تغلیظ برای هر یک از حالتهای ذکر شده متفاوت است که باید بهطور دقیق مطالعه و بررسی شوند.
▪ شکل ذخیره (Depths Of Reservoir)
شکل ذخیره رابطه مستقیمی با روش استخراج آن دارد. ذخایر رگهای به روش زیرزمینی و ذخایر پرفیری که نزدیک سطح زمین قرار دارند با روش رو باز استخراج میشوند در صورتی که پدیدههای تکتونیکی نظیر گسلها و شکستگیها تغییراتی را در امتداد رگهها به وجود آوردند، علی رغم بالا بودن عیار و مقدار ذخیره این بی نظمی موجب بالا رفتن هزینه استخراج خواهد شد؛ بنابراین، عیار و مقدار ذخیره به تنهایی موجب اقتصادی شدن و قابل بهرهبرداری بودن یک ذخیره نخواهد شد.
▪ عمق ذخیره
ذخایر زیادی موجودند که عیار و ذخیره آنها نسبتاً زیاد است اما به علت این که در اعماق زیاد واقع شدهاند و یا شکل مناسبی ندارند، دارای ارزش بهرهبرداری نیستند. عمق ذخیره، رابطه مستقیم با هزینههای استخراج دارد.
▪ نیروی متخصص و هزینه های پرسنلی
وجود افراد متخصص و کاردان، رابطه مستقیم با میزان تولید و قیمت تمام شده ماده معدنی دارد. حقوق مهندسین معدن، تکنسینها و معدنچیان در کشورهای جهان سوم پایینتر از کشورهای صنعتی است که خود موجب کاهش قیمت شده ماده معدنی میشود.
▪ حمل و نقل (Transportation)
معادن، معمولاً در مناطقی خارج از شهر یا مراکز صنعتی قرار دارند. این مواد باید استخراج شده و بعد از تغلیظ در همان منطقه تصفیه و به بازار عرضه گردد. فاصله معدن از پالایشگاه و بازار فروش، تأثیر مستقیم در قیمت تمام شده ماده معدنی دارد. هر گاه منطقه معدنی در فاصله زیادی از جادههای اصلی قرار گیرد. ابتدا جهت برقراری ارتباط بین معدن و جادههای نزدیک منطقه باید جادهسازی شود. این کار هزینه زیادی به خود جذب میکند. دیگر این که هر اندازه فاصله منطقه از پالایشگاه و بازار فروش دورتر باشد هزینه حمل و نقل بالاتر خواهد رفت و گاهی این امر موجب میشود تا ماده معدنی ارزش اقتصادی خود را از دست بدهد.
▪ آب و هوا (Climate)
شرایط آب و هوایی تأثیری زیادی روی مدت زمان بهرهبرداری در سال، میزان تولید در روز و راندمان تغلیظ و تصفیه دارد. پایین آمدن مقدار تولید در سال به دلیل نزولات جوی زیاد بخصوص برف و طوفان شن و ماسه باعث بالا رفتن هزینه شده و در موارد خاصی بهرهبرداری از این ذخایر مقرون به صرفه نخواهد بود. به عنوان مثال میتوان معدن زیرزمینی مس مزرعه واقع در شهرستان اهر در آذربایجان شرقی را نام برد که به علت بارش برف سنگین در فصول سرد سال در منطقه معدن تعطیل است.
▪ سیاست دولتها
بعضی از مواد معدنی با وجود عدم سوددهی، به خاطر اهمیت استراتژیک تولید آنها در استقلال صنعتی و اقتصادی کشورها توسط دولتها در داخل کشور تولید میشوند تا در آن زمینه، کشور از وابستگی به کشورهای خارجی مستقل گردد؛ مانند فولاد، اورانیم و ...
در برخی موارد، بخش غیراقتصادی یا باطله یک کانسنگ، به عنوان شن و ماسه در زیرسازی جادهها و... استفاده میشود.
گفتوگو کنید (صفحه 30 کتاب درسی)
1- در آب دریاها، مقداری عنصر طلا وجود دارد. به چه دلیل، طلا را از دریا استخراج نمیکنیم؟
حدود 8 بیلیون تن از ذخایر طلا نیز در آبهای اقیانوسهای جهان حل شدهاند. میزان طلا در آب دریا حدود 0.1 تا 2 میلیگرم در تن است که این رقم بستگی به نوع طلا نیز دارد. هنوز روشی برای این که طلا را از آب دریا استخراج کنند وجود ندارد.
گرچه طلا بسیار ارزشمند و کمیاب است، ولی بهطور گستردهای در طبیعت پراکنده است. اما مشکل این جا است که در بیشتر موارد طلای کافی وجود ندارد تا استخراج آن را مقرون به صرفه سازد. برای مثال، در آب دریا مقدار اندکی طلا وجود دارد، اما ذرهها آنقدر ریز هستند که هیچ کس نمیداند چگونه طلا را از دریا جدا کند. با وجود این آب اقیانوسها به قدری زیاد است که احتمالاً بهطور نسبی ده هزار میلیون تن طلا در آن وجود دارد.
2- به چه دلیل برخی از معادن متروکه، پس از مدتی مورد بهرهبرداری مجدد قرار میگیرد؟
نیاز ملی یا منطقهای، وضعیت بازار به لحاظ عرضه و تقاضا، تغییرات تکنولوژی استخراج، نیروی انسانی و بسیاری از عوامل دیگر میتواند در احیای یک معدن متروکه تأثیر داشته باشد.
کانسنگها بر اساس منشأ و نحوۀ تشکیل، به سه دستۀ ماگمایی، گرمابی و رسوبی تقسیمبندی میشوند.
الف) کانسنگهای ماگمایی:
کانسنگهای برخی عناصر فلزی مانند کروم، نیکل، پلاتین و آهن میتوانند از یک ماگمای در حال سرد شدن، تشکیل شوند. با سردشدن و تبلور یک ماگما، این عناصر که چگالی نسبتاً بالایی دارند، در بخش زیرین ماگما ته نشین میشوند و این کانسنگها را میسازند (شکل 5-2 الف).
اگر پس از تبلور بخش اعظم ماگما، مقدار آب و مواد فرّار مانند کربن دی اکسید و... فراوان و از طرفی زمان تبلور بسیار کند و طولانی باشد، شرایط برای رشد بلورهای تشکیلدهنده سنگ، فراهم و سنگهایی با بلورهای بسیار درشت، به نام پگماتیت تشکیل میشود (شکل 6-2) که میتواند کانسار مهمی برای بعضی عناصر خاص مانند لیتیم و بعضی کانیهای گوهری مانند زمرد یا کانیهای صنعتی مانند مسکوویت (طلق نسوز) باشد.
ب) کانسنگهای گرمابی:
در پوستۀ زمین، به ازای هر 100 متر افزایش عمق، 3 درجه سانتیگراد دما افزایش مییابد. به این تغییرات دما در پوستۀ زمین، شیب زمین گرمایی میگویند. در بخشهای عمیق پوسته، به علت گرمای ناشی از شیب زمین گرمایی و یا تودههای مذاب، دمای آبهای موجود در این مناطق افزایش مییابد. منشأ این آبها ممکن است از ماگما، آبهای نفوذی بستر اقیانوسها و یا آبهای زیرزمینی راهیافته به اعماق زمین باشد که باعث انحلال برخی از عناصر میشوند. این آبها، برخی عناصر را به شکل کانسنگ در داخل شکستگیهای سنگ تهنشین میکنند و رگههای معدنی را میسازند (شکل 7-2). از آنجا که عامل تشکیل این کانسنگها، آب گرم است، کانسنگهای گرمابی نامیده میشوند. بسیاری از ذخایر مس، سرب، روی، مولیبدن، قلع و برخی فلزات دیگر، منشأ گرمابی دارند.
پ) کانسنگهای رسوبی:
ذخایر سرب و روی موجود در سنگهای آهکی، مس و اورانیم موجود در ماسه سنگها، نمونههایی از کانسنگهای رسوبی مهم هستند. گاهی هوازدگی سنگها، باعث میشود تا کانیهای آن در رسوبات تخریبی رودخانه به علت چگالی زیاد تهنشین شده و بهصورت خالص قابل بهرهبرداری شود، مانند پلاسرهای طلا، الماس، پلاتین و... . از هزار سال پیش تاکنون در منطقه تخت سلیمان تکاب، از رودخانه زرشوران، طلا برداشت میشود.
اکتشاف معدن
تشکیل ذخایر فلزی و غیرفلزی در برخی از مناطق پوسته زمین رخ میدهد. با آگاهی از اصول تشکیل و عوامل کنترلکننده آنها، میتوان ذخایر معدنی را پیدا کرد.
در اولین مرحله اکتشاف، زمینشناسان با بررسی نقشههای زمینشناسی و بازدید صحرایی، مناطقی را که احتمال تشکیل ذخایر معدنی در آن وجود دارد، شناسایی میکنند. برای مثال زمینشناسان میدانند که ذخایر زغال سنگی را همواره باید در سنگهای رسوبی جستوجو کرد و یا اینکه آبوهوای گرم و خشک، مستعد تشکیل سنگ رسوبی تبخیری مانند گچ و نمک و ژیپس است. در مرحله بعد، آنها با آگاهی از ویژگیهای فیزیکی کانسنگها، مانند خواص مغناطیسی کانسنگ، رسانایی الکتریکی سنگها، تغییرات میدان گرانش زمین و... با کمک روشهای ژئوفیزیکی، ذخایر زیرسطحی و پنهان را شناسایی میکنند.
پس از مشخص شدن موقعیت تقریبی یک توده معدنی در زیر زمین، حفاری با دستگاههای پیشرفته و نمونهبرداری از عمق، تا حدی که ماده معدنی وجود دارد، انجام میگیرد. این حفاریها ممکن است تا صدها متر ادامه یابد. نمونههای تهیه شده از حفاری، برای شناسایی کانیهای موجود در آنها و تعیین عیار فلز یا کیفیت ماده معدنی به آزمایشگاه حمل و در آنجا توسط میکروسکوپ و یا دستگاههای تجزیه شیمیایی مورد بررسی قرار میگیرند. در نهایت، زمینشناسان یا مهندسان اکتشاف، تمامی دادههای به دست آمده را با نرم افزارها تحلیل و مقدار ذخیره معدن و عیار میانگین ماده معدنی را تعیین میکنند.
جمعآوری اطلاعات (صفحه 31 کتاب درسی)
در مورد ذخایر پلاسر طلای ایران اطلاعات جمعآوری کنید و محل آنها را بر روی نقشه ایران نشان دهید.
ذخایر طلای پلاسری معمولاً در مناطقی که رگهای طلادار وجود دارند یافت میشوند ولی ذخائر موجود در رگهها ممکن است بسیار کمتر یا ریز دانهتر از آن حدی باشند که از نظر اقتصادی قابل توجه باشد.
در مورد محل ذخایر طلای پلاسری میتوان طلای دامغان - اراک (آستانه) - موته (اصفهان) و گلپایگان را نام برد.
اکتشاف طلا در بیشتر استانهای کشور از جمله آذربایجان غربی و شرقی، کردستان، کرمان، خراسان رضوی و جنوبی، اصفهان، یزد، مرکزی، قم، همدان و سیستان و بلوچستان در دست اجراست.
استخراج معدن و فراوری ماده معدنی
پس از پایان عملیات اکتشاف، با تعیین اقتصادی بودن ذخایر، عملیات استخراج آغاز میشود. روش استخراج، بر اساس شکل و چگونگی قرارگیری توده معدنی در پوسته، تعیین میشود. استخراج به روشهای روباز یا زیرزمینی صورت میگیرد (شکل 8-2). همانطور که گفته شد، در کانسنگ استخراج شده از معدن، افزون بر کانه، کانیهای باطله نیز وجود دارند. برای مثال در کانسارهای مس، عنصر مس در کانههای مختلفی مانند کالکوپیریت و تعدادی کانه دیگر، یافت میشود. عیار عنصر مس در این کانسنگها کمتر از یک درصد است. بنابراین بیش از نود و نه درصد کانسنگ استخراج شده، باطله است که باید از آن جدا شود.
به فرایند جداسازی کانیهای مفید اقتصادی از باطله، کانه آرایی (فراوری) مادۀ معدنی گفته میشود که در کارخانههای کنار معادن انجام میشود. محصول نهایی (کنسانتره) که همان کانه جدا شده از کانسنگ میباشد، برای جداسازی فلز به کارخانه ذوب، منتقل، یا بهطور مستقیم یا با تغییر اندک در صنعت استفاده میشود.
پیوند با ریاضی (صفحه 32 کتاب درسی)
عیار اقتصادی طلا در ذخایر آن، حدود 2ppm است. محاسبه کنید در یک معدن طلا، از 3 تُن سنگی که استخراج میشود، چندگرم طلا به دست میآید؟
ppm (عیار) میانگین میزان عناصر در سنگ است که با درصد مشخص میشود. به عبارت بهتر در هر تن سنگ 2 واحد (گرم) طلا وجود دارد.
گوهرها، زیبایی شگفت انگیز دنیای کانیها
از روزگاران کهن، انسان از زیبایی و ویژگیهای خیرهکننده کانیها، برای زیباتر جلوه دادن خود استفاده میکرده است. این موضوع، به فطرت زیبادوستی و زیباییشناسی که خداوند متعال در نهاد انسان قرار داده است، بر میگردد. شاید این یکی از مهمترین دلایل ایجاد علم گوهرشناسی و پیشرفتهای بعدی آن بوده است. لازم به ذکر است که تنها از میان حدود 4000 کانی شناخته شده، حدود 100 کانی، ویژگیهای لازم یک گوهر را دارند.
گوهرها یا جواهر، شامل سنگها و کانیهای قیمتی و نیمه قیمتی است که به دلیل زیبایی، درخشش، سختی زیاد، رنگ و کمیاب بودن، از سایر کانیها و سنگها متمایز هستند و مورد توجه خاص انسانها قرار میگیرند. سختی کانیها، بر اساس مقیاس سختی موهس توصیف میشود.
این مقیاس بین عدد 1 (نرمترین در تالک) تا عدد 10 (سختترین در الماس) تقسیمبندی میگردد. زیبایی رنگ و درخشندگی گوهرهایی مانند یاقوت، زمرد، فیروزه، عقیق و آمتیست (کوارتز بنفش)، توجه هر کسی را به خود جلب میکند. گوهرها، نمونههای بسیار زیبا و خاص و کمیاب دنیای کانیها هستند که توسط فرایندهای ماگمایی، گرمابی و دگرگونی، اکثراً تحت شرایط خاصی مانند دما و فشار زیاد در اعماق زمین و گاهی با حضور مواد فرّار به وجود میآیند.
جمعآوری اطلاعات (صفحه 32 کتاب درسی)
در مورد فرایند فراوری طلا از کانسنگ، اطلاعات جمعآوری کرده و در کلاس ارائه دهید.
فرآوری و استحصال طلا مراحل و روشهای مختلفی دارد که از جمله آنها میتوان به روشهای جداسازی طلای آزاد و تغلیظ طلا از کانیها شامل روشهای ثقلی، فلوتاسیون و رسوبگیری طلا از محلول طلادار (روشهای بازیابی طلا) اشاره کرد.
روشهای ثقلی از 7 مرحله تشکیل میشود که شامل؛ لاوک شویی، جیک، میزهای لرزان، میزهای گردان، جداکننده مغناطیس، جداکنندههای گریز از مرکز و مخروطهای ری ایچرت است. روش فلوتاسیون و روشهای حل کردن فلز طلا از کانیها و کنسانترهها نیز شامل روش غالگذاری (غالکاری)، ملغمه، کلریناسیون، سیانوراسیون و تیوره است. روشهای رسوبگیری طلا از محلول طلادار (روشهای بازیابی طلا) نیز شامل؛ روش پودر روی، «سیآیپی»، «سیآیال» و... است.
ذوب و تخلیص طلا چگونه انجام میشود؟
عملیات استحصال فلز طلا از سنگهای معدنی طلادار، متناسب با چگونگی طلای کانی متفاوت است بنابراین کانیهای طلا از نظر استحصال به 4 گروه تقسیم میشوند: کانیهای طلای طبیعی (ناتیو) طلای هم راه با سولفیدها که در این کانیها، طلا به شکل ذرات آزاد یا پراکنده در سولفیدها وجود دارند. تلوریدهای طلا که معمولاً در کنار طلای ناتیو یا طلای هم راه سولفیدها دیده میشوند، وکالورتی و کرینیریتی کانیهایی هستند که شامل 40 درصد طلا و سیلوانیتی تی حدود 25 درصد طلا میشود. طلا در سایر مینرالها مانند آرسنیک و آنتیموان یا با پورفیرهای مس و یا با مینرالهای سرب و روی یا با مواد کربندار نیز وجود دارد.
استخراج طلا با چه روشهای انجام میشود؟
بهطور کلی روشهای متداول استخراج طلا از سنگهای معدنی طلادار، متناسب با چگونگی وجود طلا، شامل: خاکشویی یا روش ثقلی، ملغمه کردن، کلراسیون و سیانوراسیون است در سالهای اخیر فناوریهای جدید و متنوع دیگری نیز استحصال طلا در جهان مطرح شده و توسعهیافته است. از این میان روشهای تشویه و اکسیداسیون تحت فشار، راه خود را به صنعت طلا پیدا کردهاند، هر چند مشکلات زیست محیطی ناشی از تشویه کانسنگهای سولفوری، این روش را در تنگنا قرار داده است. سادگی روش اکسیداسیون میکروبی و هزینه کم سرمایهگذاری آن، باعث احداث چند کارخانه در نقاط مختلف جهان شده است.
اگر یک گوهر، سختی کافی نداشته باشد، در برابر خراشیدگی مقاوم نیست و از بین میرود. برخی خواص دیگر، مانند بازی رنگ، به کانیها درخشندگی و زیبایی خاصی میدهد. مانند کانی کریزوبریل با درخشندگی چشم گربه و نوعی گوهر سیلیسی به نام اُپال (معروف به اُپال گرانبها) که درخشش رنگین کمانی دارد. (شکل 10-2)
پاسخ دهید (صفحه 33 کتاب درسی)
حداقل یک دلیل بیاورید که کانی کلسیت یا ژیپس نمیتواند یک کانی قیمتی باشد؟
از مواردی که میتواند بر ارزش و قیمتی شدن کانیها تأثیر بگذارد، کمیاب بودن، رنگ زیبا، سختی بالا، جلای مناسب، تقاضای بازار و قیمت جهانی میباشد. این دو کانی دارای سختی کم، و فراوان هستند و نمیتواند جزو کانیهای قیمتی محسوب شود.
گفتوگو کنید (صفحه 34 کتاب درسی)
- گوهرها را چگونه تراش میدهند؟ تراش هشت صفحهای - تراش رُز - تراش پلهای - تراش زمرد گونه - تراش مسطح - تراش کابوشن - تراش تخت - تراش برلیان و... در مورد دستگاهها هم میتوان به دستگاه تراش دامله و فست (زاویهدار)، فرز انگشتی و دیسکهای cbn اشاره کرد.
- تفاوت الماس و برلیان در چیست؟
برلیان (Brilliant): این واژه عبارتی است که برای نوعی خاصی از تراش سنگ الماس استفاده میشود.
تراش برلیان در حقیقت از نوع دیگری از تراش، به نام تراش سوییسی گرفته شده که در گذشته برای تراشیدن سنگهای قیمتی مختلف استفاده میشد.
در این نوع برش همواره سعی میشود جلوههای بصری سنگ الماس را بیشتر به نمایش گذاشته شود، لذا زاویه برشها طوری طراحی شده که نور وارد شده، به صفحات بیشتری از تراش برخورد کرده و نهایتاً به چشم بیینده برسد.
این استاندارد میبایست توسط کلیه افرادی که در زمینه تراش الماس فعالیت دارند، چه کسانی که به روش سنتی عمل کرده و چه کسانی که با استفاده از دستگاههای پیشرفته این عمل را انجام میدهند، رعایت شود.
الماس (Diamond): بهطور کلی عموم مردم از سطح اطلاعاتی خوبی درباره سنگ الماس برخوردار هستند، از جمله این که این سنگ در دسته سنگهای قیمتی طبقهبندی شده، بالاترین درجه سختی را دارا بوده، بسیار گران قیمت است، در برخی موارد به عنوان پشتیبانی پول یک مملکت محسوب شدهاند و حتی در برخی موارد دیده شده بعضی از الماسها دارای تاریخچه مختص خود هستند.
در نهایت بیان میشود به دلیل نوع تراش برلیان مورد استفاده برای سنگهای الماس پیوسته در حال تغییر و بهبود است، لذا عموم مردم این سنگ قیمتی را به عنوان برلیان میشناسند. در صورتی که میبایست به خاطر داشته باشید برلیان تنها نوع تراش استفاده شده برای سنگ الماس میباشد.
از طرفی ممکن است از تراش برلیان برای تراشیدن سایر سنگهای قیمتی نیز استفاده شود.
- از الماس در سر مته حفاری استفاده میکنند. علت چیست؟
به علت سختی بالای الماس است که در برابر ضربه مقاوم است و میتواند سنگهای معدنی که سختی کمتری نسبت به خود را دارد، متلاشی کند.
الماس:
گوهری با ترکیب کربن خالص است که در دما و فشار بسیار زیاد، در گوشتۀ زمین تشکیل میشود. این کانی، افزون بر استفادۀ گوهری، در سایندهها نیز کاربرد دارد. (شکل 11-2)
یاقوت:
نام علمی آن کرندوم (اکسید آلومینیم) است. کانی کرندوم به رنگ آبی و سرخ دیده میشود، رنگ آبی آن یاقوت کبود و رنگ قرمز آن را یاقوت سرخ میگویند. این کانی بعد از الماس، سختترین کانی میباشد (شکل 12-2)
زمرد:
معروفترین و گرانترین سیلیکات بریلیم که به رنگ سبز یافت میشود را «زمرد» مینامند. (شکل 13-2)
گارنت:
از کانیهای سیلیکاتی است که در سنگهای دگرگونی یافت میشود و معمولاً به رنگ سبز، قرمز، زرد، نارنجی و... دیده میشود. فراوانترین رنگ آن، قرمز تیره است. (شکل 14-2)
عقیق:
کانی سیلیسی با ترکیب شیمیایی $Si{O_2}$ با رنگهای متنوع است که به نامها و تراشهای مختلف در بازار عرضه میشود. عقیق، یک نوع کوارتز نیمه قیمتی است که در بسیاری از نقاط ایران یافت میشود. (شکل 15-2)
زِبَرجَد:
به نوع شفاف و قیمتی کانی اُلیوین، زبرجد میگویند. این کانی، سیلیکاتی و به رنگ سبز زیتونی است به همین دلیل به آن اُلیوین گفته میشود. (شکل 16-2)
فیروزه:
از گوهرهای قدیمی شناخته شده که دارای ترکیب فسفاتی است و برای اولین بار در سنگهای آتشفشانی اطراف نیشابور یافت شد و به دیگر نقاط جهان صادر گردید. (شکل 17-2)
سوختهای فسیلی
انرژی، برای انجام تمامی فعالیتهای انسان ضروری است. انسان از گذشته دور، از منابع طبیعی برای تولید انرژی استفاده کرده است. از میان منابع مختلف انرژی در دسترس، سوختهای فسیلی اهمیت زیادی دارند و در بیشتر کشورهای جهان، به عنوان منابع اصلی تولید انرژی به شمار میروند. سوختهای فسیلی از تجزیه مواد آلی گیاهی و جانوری به وجود میآیند که در رسوبات یا سنگهای رسوبی ذخیره شدهاند.
نفت و گاز:
هیدروکربنهایی هستند که بهطور طبیعی، بهصورت مایع، گاز و نیمه جامد در زمین وجود دارند. برخلاف زغال سنگ که در محیطهای خشکی مانند محیط مردابی (اکسیژن اندک) تشکیل میشود، نفت خام در محیط دریایی کم عمق (کمتر از 200 متر) به وجود میآید. در این محیطها، جاندارانی مانند پلانکتونها، مهمترین منشأ مواد آلی هستند. بقایای این موجودات پس از مرگ، در رسوبات ریزدانۀ بستر دریا مدفون میشوند. ماده آلی (نظیر اسیدهای چرب) باقیمانده که توسط لایههای بالایی پوشیده و حفظ شده، در لابهلای رسوبات ریز یعنی سنگ منشأ (سنگ مادر) نفت را تشکیل میدهد (شکل 18-2). مواد آلی در طی تبدیل رسوب ریزدانه به سنگ مادر، از طریق یک سری واکنشهای شیمیایی به نفت خام تبدیل میشود. در فرایند تشکیل ذخایر نفتی، عواملی مانند دما، فشار، وجود باکتری غیرهوازی، زمان و محیطی بدون اکسیژن اهمیت فراوانی دارند (شکل 18-2)
با هم بیندیشید (صفحه 37 کتاب درسی)
اگر در فرایند تشکیل نفت خام، فشار و دما از حد موردنیاز برای تشکیل نفت، بیشتر یا کمتر شود، چه اتفاقی رخ میدهد؟
فرآیند تبدیل مواد آلی به نفت در دمای 65 تا 150 درجه سانتی گراد رخ میدهد که دمای متناظر با عمق 2000 تا 5500 متر است. در اعماق و دمای پایینتر نفت به گاز و زغال سنگ تبدیل میشود. شرط مهم دیگر برای تشکیل نفت، فشار و زمان است و با پایینتر بودن عمق و دما، باید زمان بیشتری (میلیونها سال) بگذرد تا نفت تشکیل شود. در صورتی که سنگ منشا در عمق کم یا مدت زمان کافی دفن نشود فرآیند تکامل نفت کامل نمیشود که نمونه آن شیلهای نفتی است.
پس از تشکیل، نفت نباید به اعماق پایینتر برود (بالا رفتن دما آن را به گاز و زغال تبدیل میکند) بلکه به سنگ دیگری به نام مخزن که در اطراف یا بالای آن (سنگ منشاء) وجود داشته و منافذ کافی برای ذخیره نفت و گاز دارد، تبدیل میشود. با تشکیل نفت، فشار ایجاد شده نفت را به سمت بالا خواهد راند که این فشار موجب شکسته شدن سنگ و سهولت حرکت آن میشود.
نتیجه: افزایش دما و فشار سبب میشود که نفت به گاز و زغال تبدیل شود و با کاهش فشار و دما، زمان بیشتری لازم است تا نفت تشکیل شود.
مهاجرت نفت:
نفت و گازی که در سنگ مادر تشکیل میشود، همراه با آب دریا که از زمان رسوبگذاری در سنگ به دام افتاده، ناشی از فشار طبقات فوقانی، از طریق نفوذپذیری سنگها، به سمت بالا و اطراف حرکت میکند که به آن مهاجرت اولیه نفت میگویند.
اگر در طی مهاجرت اولیه، مانعی در مسیر حرکت آب و نفت و گاز نباشد، به سطح زمین راهیافته و چشمههای نفتی را به وجود میآورد. در این صورت نفت، در سطح زمین تبخیر، دچار اکسایش و غلیظ شدگی میشود و ذخایر قیر طبیعی را به وجود میآورد که نمونهای از آنها در استانهای خوزستان و ایلام دیده میشود.
اگر نفت و گاز در مسیر مهاجرت خود، به لایهای از سنگهای نفوذناپذیر مانند سنگ گچ یا شیل برسند، دیگر قادر به ادامه مهاجرت نخواهند بود. این لایۀ نفوذناپذیر (پوش سنگ) جلوی حرکت نفت و گاز به سطح زمین را میگیرد و آنها را در سنگ مخزن که یکی از اجزای نفتگیر است، به دام میاندازد. ویژگی مهم سنگ مخزن، وجود تخلخل و نفوذپذیری زیاد آن است. مانند: ماسه سنگ و سنگ آهک حفرهدار (ریفهای مرجانی).
مخازن نفتی (نفت گیرها و تلههای نفتی)، دارای شکل (وضعیت) هندسی مناسب برای تجمع و ذخیرهسازی نفت میباشند. در داخل سنگ مخزن، به دلیل اختلاف چگالی، آب شور، نفت و گاز از هم جدا میشوند که به این جدایش، مهاجرت ثانویه نفت گفته میشود.
نفت گیرها انواع مختلفی دارند. مانند: تاقدیسی، گسلی، گنبد نمکی، ریف مرجانی و... .
گفته میشود که 99/9 درصد نفتی که در طول تاریخ زمین تولید شده، به سطح زمین رسیده و از بین رفته و 0/1 درصد آن، همۀ ذخایر نفت موجود را تشکیل داده است.
زغال سنگ:
یک سوخت فسیلی جامد است که از مواد آلی در محیطهای خشکی به وجود میآید. این مواد آلی، بیشتر از گیاهان جنگل حاصل میشوند. آنها، در باتلاقها انباشته شده و توسط رسوبات پوشیده میشوند و بدون حضور اکسیژن (توسط باکتری غیر هوازی) به مرور زمان، به تورب که یک نوع زغال نارس است، تبدیل میشوند. در برخی کشورها مانند ایرلند، تورب به عنوان یک ماده سوختی بهرهبرداری میشود (شکل 20-2)
در طی میلیونها سال، تورب در زیر فشار رسوبات و وزن سنگهای بالایی، فشردهتر شده و آب و مواد فرّار مانند کربن دی اکسید و متان از آن خارج میشود. با خروج این مواد، در نهایت، ضخامت تورب که مادهای پوک و متخلخل است، کاهش مییابد و به لیگنیت تبدیل میشود. با افزایش تراکم، لیگنیت به زغال سنگهای مرغوبتری به نام بیتومینه و سپس آنتراسیت تبدیل میشود. (شکل 21-2) در فرایندهای زغالشدگی از تورب تا آنتراسیت، تغییرات زیادی رخ میدهد و سبب میشود با خروج تدریجی آب و مواد فرّار، درصد کربن در سنگ حاصل، افزایش یابد و کیفیت و توان تولید انرژی زغال سنگ بهتر شود.
فکر کنید (صفحه 38 کتاب درسی)
وجود ذخایر زغال سنگ در سیبری که امروزه، سرزمینی سرد و بدون جنگلهای انبوه میباشد را چگونه توجیه میکنید؟
سیبری سرزمین جنگلهای انبوه و دارای درختان سرو و مخروطیان است. در گذشته نیز حاکم بودن این شرایط، عدم تجزیهی گیاهان و پوشیده شدن آنها با رسوبات موجب تشکیل معادن ذغال سنگ شده است.
لایههای زغالدار طبس، نشان دهنده چه نوع آب و هوایی در گذشته این منطقه است؟
نشاندهندهی وجود جنگلهای انبوه و هوای مناسب برای رشد گیاهان یعنی باتلاق و مردابها و آبهای ساکن و گرم است.
چرا برخی از مناطق، با وجود جنگلی بودن، مکان مناسبی برای تشکیل زغال سنگ نیستند؟
علاوه بر جنگلی بودن وجود آبهای ساکن، گرم مردابی و حداقل اکسیژن در محیط نیز برای عدم تجزیهی بقایای گیاهی لازم است.
سنگشناسی (پترولوژی): سنگشناسی، شاخهای از زمینشناسی است که در آن شیوه تشکیل، منشأ، ردهبندی و ترکیب سنگهای آذرین و دگرگونی بررسی میشود. فرایندهای دگرگونی، آتشفشانی، نفوذ تودههای آذرین در درون زمین و حتی در ماه و دیگر سیارهها و مناطق زمین گرمایی، توسط پترولوژیستها (سنگشناسان) مورد مطالعه قرار میگیرد.
زمینشناسی اقتصادی: زمینشناسانی که در موضوع زمینشناسی اقتصادی تخصص دارند، با بهرهگیری از اصول زمینشناسی و پراکندگی عناصر در پوسته زمین، به دنبال مکانهایی هستند که در آن ذخایر معدنی ارزشمند مانند مس، آهن، طلا، نقره، الماس و دیگر گوهرها و... قرار دارند.
زمینشناسی نفت: زمینشناس نفت، از تخصص خود در شناخت، چگونگی تشکیل و مهاجرت نفت در اعماق چند کیلومتری زمین استفاده میکند. همچنین مکانهایی که نفت میتواند در آنجا انباشته شود، شناسایی و مکانهایی از یک میدان نفتی یا گازی که برای حفاری و استخراج نفت مناسب است را مشخص میکند.
ژئوشیمی: کلارک و محققان دیگر، مطالعات زیادی درباره ترکیب سیارات به ویژه زمین انجام دادند و یافتههای آنها، پایه علم ژئوشیمی امروزه را تشکیل داده است. مطالعه روی ترکیب سیارات که در واقع همان ترکیب تقریبی زمین است، تأثیر بسزایی در شناخت عناصر و چگونگی تشکیل آنها دارد و همچنین توزیع نامساوی عناصر در زمین را بررسی میکند.
متخصصین فوق، در سازمان زمینشناسی و اکتشافات معدنی کشور، صنایع و معادن، شرکت ملی نفت،گاز، پتروشیمی و جواهرسازی، کمک شایانی در بهبود اقتصاد کشور خواهند داشت.