Skały i Minerały jako Zasoby Mineralne Ziemi

Skorupę ziemską tworzą skały, które składają się z minerałów. Minerał to naturalny składnik skorupy ziemskiej o stałym składzie chemicznym i stałych właściwościach fizycznych. Skałą nazywamy skupienie jednorodnych lub różnorodnych minerałów w dużej masie. Tylko niektóre minerały są pierwiastkami; są to tzw. minerały rodzime: złoto, platyna, srebro, siarka, żelazo, miedź, nikiel.

Minerały, które mają duży udział w budowie skał, nazywa się minerałami skałotwórczymi. Najbardziej znane są minerały skałotwórcze to: kwarc, dolomit, kalcyt, minerały ilaste, skalenie, miki. Skład chemiczny i cechy budowy fizycznej decydują o konsekwencji o jego odporności na niszczenie. Najtwardszym minerałem w 10 stopniowej skali MOHSA jest diament (10), a najmniejszą twardość ma talk (1).

W zależności od sposobu powstawania skały skorupy ziemskiej podzielono na:

a) MAGMOWE
-wylewne (andezyt, bazalt)
-głębinowe (dioryt, gabro, granit, sjenit)
b) OSADOWE
-okruchowe (less, piaskowiec, żwir, zlepieniec)
-pochodzenia organicznego (wapień, kreda, węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny, fosforyt)
-pochodzenia chemicznego (sól kamienna, gips, anhydryt)
c) METAMORFICZNE (gnejs, kwarcyt, marmur, łupki krystaliczne)

Magma jest stopem krzemianowym, w skład którego oprócz krzemionki wchodzą: żelazo, magnez, wapń, sód oraz substancje lotne, np. chlor, dwutlenek węgla oraz przegrzane roztwory wodne. Skały magmowe powstają z magmy wskutek jej zastygania. W zależności od warunków, w jakich następowało krzepnięcie magmy, dzieli się je na wylewne - zastygłe na powierzchni Ziemi (bazalt, pumeks) i głębinowe - zastygłe w głębi Ziemi (granit, sjenit).

Skały wylewne mają budowę skrytokrystaliczną, ponieważ powstają z szybko stygnącej, nie mającej czasu na krystalizację magmy. Zbudowane są z bardzo drobnych kryształów.

Wewnątrz Ziemi magma powoli stygnie, czas krystalizacji kryształów jest bardzo długi dlatego skały głębinowe mają budowę jawnokrystaliczną. Gdy proces krystalizacji rozpoczął się w głębi Ziemi, a wskutek erupcji wulkanicznych przebiegał na powierzchni Ziemi, powstają skały o tzw. budowie porfirowej - minerały, które rozpoczęły krystalizację w głębi Ziemi, tkwią, w postaci większych kryształów, w drobnokrystalicznej masie.
Skały magmowe, w zależności od składu chemicznego, dzielimy na:

-kwaśne
-obojętne

-zasadowe

Skały osadowe powstają wskutek procesów wietrzenia, które wywołuje rozluźnienie spoistości skał i ich rozdrobnienie. Rozdrobnione lub rozpuszczone cząstki mineralne łatwo ulegają procesom transportu i akumulacji. Rodzaj i pochodzenie cząstek mineralnych, a także środowisko, w którym się osadzają, powoduje, że skały te dzielą się na:
-okruchowe - powstałe w rozdrobnionych szczątków dawnych skał, luźno nagromadzonych (żwiry, piaski) lub spojonych lepiszczem (zlepieńce, piaskowce)

-pochodzenia organicznego - utworzone ze szczątków organizmów roślinnych i zwierzęcych. Skały pochodzenia roślinnego są produktem zwęglania roślin bez dostępu tlenu, np. torf, węgiel brunatny i kamienny. Skały pochodzenia zwierzęcego to wapienie, które powstają z wapiennych szkieletów zwierząt tworzących osady na dnie morskim. W zależności od dominujących na danym obszarze zwierząt tworzą się różne typy skał np. wapienie koralowe, muszlowe, numulitowe. Procesy bitumizacji, polegające na przemianie chemicznej składników organicznych bez dostępu powietrza, powodują powstanie węglowodorów (ropy naftowej,

gazu ziemnego i wosku ziemnego)

-pochodzenia chemicznego - powstają poprzez wytrącanie się związków w rezultacie parowania zbiornika morskiego, rozpuszczenie przez wodę produktów wietrzenia i osadzanie ich na dnie w postaci osadów (sól kamienna, sole potasowe, gipsy, anhydryty).

Skały metamorficzne tworzą się ze skał magmowych i osadowych, pod wpływem działania wysokiej temperatury, ciśnienia i procesów chemicznych. Przeobrażeniu może ulegać budowa wewnętrzna, skład chemiczny lub skład mineralny. Powstają one głównie: a)w strefie kontaktu skał z magmą ( magma wdzierająca się w skorupę ziemską powoduje przeobrażanie wapieni w marmur, a węgla kamiennego w grafit); b)w wyniku ruchów skorupy ziemskiej, które powodują przemieszczanie się skał osadowych lub magmowych w głębsze warstwy litosfery, gdzie poddawane są one oddziaływaniu wysokich ciśnień i

temperatur (z granitu tworzy się gnejs).

SUROWCE MINERALNE to substancje naturalne pochodzenia organicznego lub nieorganicznego wykorzystywane w gospodarce, stanowiące część zasobów naturalnych. Dzielą się na:

1. energetyczne ( węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny)

2. metaliczne - rudy metali ( żelazo, miedź, cynk i ołów, chrom, nikiel mangan, molibden)

3. niemetaliczne - chemiczne ( siarka, sól kamienna, sól potasowa, fosforyty, apatyty)

4. promieniotwórcze ( uran)

5. ceramiczne ( boksyt, kaolin)

6. szlachetne ( złoto, srebro, platyna)

7. surowce pochodzenia roślinnego ( drewno, celuloza, różne włókna)

W procesie produkcji surowce są przekształcane w dobra zaspokajające ludzkie potrzeby.

Opis niektórych surowców mineralnych:

WĘGIEL jest pierwiastkiem najczęściej występującym w przyrodzie. Jest ciałem stałym, z grupy węglowców, niemetalem, nie rozpuszcza się w wodzie, kwasach i zasadach. Związki węgla są głównym źródłem energetycznym człowieka. Węgiel najczęściej jest spotykany w formie kopalnej. Węgiel kopalny jest skałą osadową z różnych organicznych związków roślinnych. Oprócz węgla w pokładach kopalnych występuje także wodór, tlen, siarka i azot. W zależności od substancji roślinnych, z których powstał węgiel wyróżniamy: węgle humusowe, najczęściej spotykane, powstały na terenach torfowisk z szczątków roślin lądowych, węgle sapropelowe, które powstały z roślin morskich, głównie glonów, oraz węgle liptobiolitowe, powstałych głownie z związków
żywicznych roślin. Ze względu na procentową zawartość węgla wyróżnia się: torf, węgiel brunatny, węgiel kamienny, oraz antracyt i szungit.
Największą zawartość węgla ma sztungit. Jest najstarszym węglem kopalnym. Zawartość węgla wynosi 98,2%. Występuje w okolicach jeziora Onega w Rosji, w Szwecji, Kanadzie i w Indiach. Jest wykorzystywany w przemyśle chemicznym. Po szungicie najwięcej węgla zawiera Antracyt (94-96%). Jest głównie używany do wyrobu elektrod i jako surowiec energetyczny. Następny jest węgiel kamienny, zawierający od 78 do 92% węgla. Jest najliczniej spotykanym węglem kopalnym. Używa się go głównie jako surowca energetycznego oraz do otrzymania koksu, smoły, benzyny, gazów. Występuje głównie w Rosji, na Ukrainie, w USA, Kanadzie, Niemczech, Wielkiej Brytanii, oraz w Polsce na Śląsku. Po węglu kamiennym jest węgiel brunatny. Zawiera 65 do 75 procent czystego węgla. Jest przede wszystkim surowcem energetycznym ale służy także do wytwarzania, smoły wylewnej, benzyny, olejów opałowych i smarów. Najmniejsza liczba czystego węgla jest w torfie, który zawiera mniej niż 60 procent tego pierwiastka, gdyż jest to produkt częściowego rozkładu roślin w warunkach nadmiernej wilgotności. Stosowany jest jako paliwo, kompost, oraz w ogrodnictwie i leśnictwie.

Węgiel występuje także w formie alotropowej, czyli jako sam pierwiastek w różnych formach. Najczęściej potykaną formą alotropową jest grafit. Grafit występuje jako szary lub czarny minerał głównie w łupkach grafitowych. Jest Miękki, mało aktywny chemicznie, dobrze przewodzi prąd. Ma gęstość równą 2,3 g/cm3 . Może także być otrzymywany sztucznie. Używany jest do wyrobu ołówków, tuszu, elektrod, a także używa się go w reaktorach jądrowych. Drugą formą alotropową węgla jest struktura grafitu - diament. Jest to najtwardszy minerał i zarazem najcenniejszy kamień szlachetny. Jest najczęściej bezbarwny, ale bywa także żółty oraz błękitny. Diament ma bardzo silny połysk, oraz bardzo mocno załamuje światło. Jest także tworzony syntetycznie z węgla w temperaturze ok. 30000C i ciśnieniu 10 000 atmosfer. Diamenty są wykorzystywane głównie w jubilerstwie oraz przemyśle. Występują głównie w RPA, Rosji, Indiach, Brazylii oraz Namibii. Ostatnią formą alotropową węgla jest Flueren. Flueren nie występuje w przyrodzie, można go otrzymać przez odparowanie grafitu w próżni lub gazie obojętnym. Jest zbudowany z parzystej liczby atomów węgla. Jego wzór to CN gdzie N jest ilością atomów węgla w cząsteczce. Najczęściej N ma wartość 60 i 70. Dla ciekawostki podam, że największą do tej pory zaobserwowaną cząsteczką jest C960. Z węgla w procesie suchej destylacji, inaczej nazywanej odgazowywaniem węgla możemy uzyskać koks, który jest wysokoenergetycznym paliwem o zawartości węgla pierwiastkowego do 96%. Koks jest wykorzystywany głównie w metalurgii, jako paliwo, do wytwarzania karbidu oraz surowiec chemiczny. Proces suchej destylacji węgla polega na ogrzewaniu węgla bez dostępu powietrza w temperaturze 900-1300 OC (koksowanie), lub 500-600 OC (wytlewanie). W wynik procesu otrzymuje się koks, albo półkoks, oraz liczne produkty uboczne w formie ciekłej (smoła węglowa, woda pogazowa), oraz gazowej (gaz węglowy, koksowniczy). Atomy węgla występują także w cząsteczkach ropy naftowej i gazu ziemnego , które są także zaliczane do minerałów.

ROPA NAFTOWA, czyli olej skalny, jest najważniejszym surowcem węglowodorowym do otrzymywania cennych produktów przemysłowych, np. benzyny, nafty, olejów smarowych, parafiny. Ropa naftowa jest ciemnobrunatną cieczą o gęstości 0,79 - 0,96 g/ml i o swoistym zapachu. Barwa jej bywa również jasna i słabo opalizująca, nie rozpuszcza się w wodzie.

GAZ ZIEMNY, mieszanina węglowodorów — najlżejszych homologów metanu — oraz (w zmiennych ilościach) azotu, dwutlenku węgla, siarkowodoru, gazów szlachetnych. Występuje gł. w porowatych piaskach, piaskowcach, wapieniach i dolomitach, niekiedy także w szczelinach skał magmowych. Zazwyczaj towarzyszy złożom ropy naft. lub węgla kam., tworzy także samodzielne złoża. Powstaje w wyniku analogicznych procesów jak ropa naft. lub stanowi jeden z produktów uwęglania substancji roślinnej. Rozróżnia się: gaz ziemny suchy, zawierający najczęściej ok. 95% metanu, 2% etanu, 3% węglowodorów wyższych i innych gazów (siarkowodór, dwutlenek węgla, azot), oraz gaz ziemny mokry, w którym występuje najczęściej ok. 80% metanu, 6,5% etanu, 6% propanu, 4% butanu, 3,5% pentanu oraz węglowodory wyższe; z mokrego gazu ziemnego wyodrębnia się węglowodory w postaci gazu płynnego oraz gazoliny. Gaz ziemny jest cennym surowcem w produkcji sadzy, gazu syntezowego oraz jest stosowany jako paliwo. Wartość opałowa: 35,2 · 106-62,8 · 106 J/m3 (8400-15 000 kcal/m3). W Polsce występuje gł. na Podkarpaciu, w środk. części Niz. Południowo-wielkopolskiej (k. Ostrowa

Wielkopolskiego) i na Pomorzu Zachodnim.

---