Mineral Kaynakları
Temelde yenilenemez olan maden kaynakları genellikle iki ana kategoriye ayrılır: metal içeren metalik madenler ve diğer faydalı malzemeleri içeren metalik olmayan madenler. Çoğu madencilik geleneksel olarak metalik minerallerin çıkarılmasına odaklanmıştır. İnsan toplumu önemli ölçüde ilerlemiştir çünkü Dünya'dan metal elde etmek için bilgi ve teknolojiler geliştirdik. Bu bilgi, insanların bugün dünyamıza hakim olan makineleri, binaları ve parasal sistemleri inşa etmesine olanak sağlamıştır. Bu metallerin bulunması ve geri kazanılması, başlangıcından bu yana jeolojik çalışmaların önemli bir yönü olmuştur. Periyodik tablodaki her elementin insan uygarlığında belirli uygulamaları vardır. Metalik mineral madenciliği bu elementlerin çoğunun kaynağıdır.
Metalik Maden Yataklarının Türleri
Minerallerin ve bunlarla ilişkili elementlerin maden yataklarını oluşturmak üzere yoğunlaştığı çeşitli yollar, bu metinde tam olarak incelenemeyecek kadar karmaşık ve çok sayıdadır. Bununla birlikte, tüm kariyerler bunların etrafında inşa edilmiştir. Aşağıdaki bölümde, daha yaygın yatak türlerinden bazılarını, ilişkili element konsantrasyonları ve dünya standartlarındaki oluşumları ile birlikte açıklıyoruz.
Magmatik Süreçler
Magmatik bir cisim kristalleşip farklılaştığında, belirli mineral ve elementlerin yoğunlaşmasına neden olabilir. Tipik olarak ultramafik ila mafik olan katmanlı intrüzyonlar bakır, nikel, platin, paladyum, rodyum ve krom içeren yataklara ev sahipliği yapabilir. Montana'daki Stillwater Kompleksi, ekonomik miktarlarda katmanlı mafik intrüzyona bir örnektir. İlişkili yatak türleri krom veya titanyum-vanadyum içerebilir. Dünyanın en büyük magmatik yatakları Güney Afrika'daki Bushveld Igneous Complex'te bulunan kromit yataklarıdır. Bu kayalar Utah eyaletinden daha büyük bir yüzölçümüne sahiptir. Kromit, tortul katmanlara benzeyen katmanlar halinde oluşur, ancak bu katmanlar kristalleşen bir magma odası içinde meydana gelir.
Bir magma kristalleştiğinde mineral kristallerine dahil olmayan su ve diğer uçucu maddeler kristalleşen magmanın kenarlarında yoğunlaşabilir. Bu sıcak sıvılardaki iyonlar çok hareketlidir ve son derece büyük kristaller oluşturabilir. Kristalleştikten sonra bu büyük kristal kütlelerine pegmatit adı verilir. Neredeyse tüm magma kütlesi kristalleştiğinde katılaşan magmadan dışarı atılan magma sıvılarından oluşurlar. Kuvars, feldispat ve mika gibi ana magmatik kütlede baskın olan minerallere ek olarak pegmatit kütleleri berilyum, lityum, tantal, niyobyum ve kalay gibi nadir elementlerin yanı sıra altın gibi doğal elementler içeren sıra dışı minerallerin çok büyük kristallerini de içerebilir. Bu tür pegmatitler bu metallerin cevherleridir.
Alışılmadık bir magmatik süreç olan kimberlit borusu, ultramafik magmayı manto içinden yüzeye taşıyan volkanik bir kanaldır. Derinlerde yüksek sıcaklık ve basınçlarda oluşan elmaslar, bir Kimberlit borusu tarafından çıkarılabilecekleri yerlere taşınır. Bu kimberlit ultramafik kayaçları yaratan süreç artık Dünya'da yaygın değildir. Bilinen yatakların çoğu Archean Eon'a aittir.
Hidrotermal Süreçler
Kristalleşen magmatik cisimlerden yükselen veya jeotermal gradyan tarafından ısıtılan akışkanlar, çeşitli mineral yatakları oluşturan birçok jeokimyasal reaksiyona neden olur. Günümüzdeki en aktif hidrotermal süreç, dünyanın dört bir yanındaki okyanus ortası sırtlarının yakınındaki kara dumanlı hidrotermal baca faaliyetlerinden oluşan volkanojenik masif sülfit (VMS) yataklarını üretmektedir. Yüzeyde bulunduklarında genellikle bakır, çinko, kurşun, altın ve gümüş içerirler. Kalkolitik dönem olarak bilinen M.Ö. 7000'li yıllara ait kanıtlar, bakırın insanlar tarafından eritilen en eski metaller arasında yer aldığını ve daha yüksek sıcaklıklara ulaşmanın yollarının geliştirildiğini göstermektedir. Bu VMS yataklarının en büyükleri Prekambriyen dönem kayalarında meydana gelmektedir. Orta Arizona'daki Jerome yatağı buna iyi bir örnektir.
Magma tarafından ısıtılan sudan yararlanan bir diğer yatak türü de porfir yataklarıdır. Porfirik magmatik doku ile karıştırılmamalıdır, ancak bu isim bir porfir yatağı ile ilişkili magmatik kayaçlarda neredeyse her zaman mevcut olan porfirik dokudan türetilmiştir. Porfiri bakır, porfiri molibden ve porfiri kalay gibi çeşitli porfiri yatakları mevcuttur. Bu yataklar, çok geniş bir alanda mevcut olan orta ve felsik intrüzif kayaçlarla yakından ilişkili düşük dereceli yayılmış cevher mineralleri içerir. Porfiri yatakları tipik olarak Dünya üzerindeki en büyük madenlerdir. Dünyanın en büyük, en zengin ve muhtemelen en iyi çalışılmış madenlerinden biri Utah'ın Kennecott Bingham Canyon Madeni'dir. Burası 100 yılı aşkın süredir bakır, altın, molibden ve gümüş gibi çeşitli elementler üreten bir açık ocak madenidir. Yeraltı karbonat ikame yatakları kurşun, çinko, altın, gümüş ve bakır üretmektedir. Madenin geçmişinde, açık ocak ağırlıklı olarak kalkopirit ve bornitten bakır ve altın üretmiştir. Altın, bakır içeren minerallerde yalnızca küçük miktarlarda bulunur, ancak Kennecott Bingham Canyon Madeni bu kadar büyük ölçekte üretim yaptığı için ABD'deki en büyük altın madenlerinden biridir. Gelecekte bu maden daha derin yeraltı madenlerinden daha fazla bakır ve molibden (molibdenit) üretebilir.
Çoğu porfiri bakır yatağı, yüksek metal içeriğini ve dolayısıyla ekonomik değerini, yatak yükseldiğinde, aşındığında ve oksidasyona maruz kaldığında meydana gelen süperjen zenginleşmesi adı verilen ayrışma süreçlerine borçludur. Bu süreç, ilk magmatik intrüzyon ve hidrotermal kovulma sona erdikten milyonlarca yıl sonra meydana gelmiştir. Yatağın pirit bakımından zengin üst kısmı yağmura maruz kaldığında, oksitleyici bölgedeki pirit, kalkopirit gibi bakır minerallerinden bakırı çözen ve kalkopiriti hematit veya götit gibi demir oksitlere dönüştüren aşırı asit bir durum yaratır. Bakır mineralleri, yeraltı suyu tablasına ve birincil bakır minerallerinin ikincil daha yüksek bakır içerikli minerallere dönüştüğü bir ortama ulaşana kadar su içinde aşağı doğru taşınır. Kalkopirit (%35 Cu) bornite (%63 Cu) ve nihayetinde kalkosite (%80 Cu) dönüşür. Bakır içeriği ana yatağa göre iki ila beş kat daha yüksek olan bu zenginleştirilmiş bölge olmadan, çoğu porfiri bakır yatağının çıkarılması ekonomik olmazdı.
Magmatik gövdenin yakınında kireçtaşı veya diğer kalkerli tortul kayaçlar varsa, skarn yatağı adı verilen başka bir maden yatağı türü oluşur. Bu metamorfik kayaçlar, magma kaynaklı, yüksek oranda tuzlu metalli sıvıların karbonat kayaçlarıyla reaksiyona girerek piroksen, amfibol ve granat gibi kalsiyum-magnezyum-silikat minerallerinin yanı sıra yüksek dereceli demir, bakır, çinko mineralleri ve altın oluşturmasıyla oluşur. Kennecott Bingham Canyon yatağını oluşturan intrüzyonla genetik olarak ilişkili olan intrüzyonlar, Utah'taki ilk Avrupalı yerleşimciler tarafından çıkarılan bakır-altın skarnları da üretmiştir. Demir ve/veya sülfit yatakları metamorfizmaya uğradığında, tane boyutu genellikle artar, bu da gangın istenen sülfit veya oksit minerallerinden ayrılmasını çok daha kolay hale getirir.
Tortu barındıran yayılmış altın yatakları, pirit kristallerinde inklüzyonlar ve yayılmış atomlar olarak düşük konsantrasyonlarda mikroskobik altından oluşur. Bunlar, çamurlu karbonatlar ve kireçli çamurtaşları gibi belirli kaya türlerinde meydana gelen ve genellikle diyajenez alanında yer alan düşük dereceli hidrotermal reaksiyonlar yoluyla oluşur. Bu hidrotermal alterasyon genellikle bir magma kaynağından uzaktadır, ancak yüksek jeotermal eğime sahip kayalarda bulunabilir. Utah'ın Oquirrh Dağları'ndaki Mercur yatağı, bu türün yerel olarak çıkarılan en eski yatağıdır. Burada 1890 ve 1917 yılları arasında yaklaşık bir milyon ons altın elde edilmiştir. 1960'larda, bu düşük dereceli cevher türleri için siyanür kullanan bir metalürjik süreç geliştirildi. Bu yataklara Carlin tipi yataklar da denmektedir çünkü Carlin, Nevada yakınlarındaki yayılmış yatak yeni teknolojinin ilk uygulandığı ve ilk kesin bilimsel çalışmaların yapıldığı yerdir. Altın bu yataklara, siltli kalkerli kayalarla tepkimeye giren, karbonatı uzaklaştıran, ek geçirgenlik yaratan ve taneler arasındaki gözenek boşluğuna silika ve altın içeren pirit ekleyen hidrotermal sıvılar tarafından sokulmuştur. Betze-Post madeni ve Carlin Trendindeki Gold Quarry madeni Nevada'daki en büyük yayılmış altın yataklarından ikisidir. Bu kadar büyük olmamakla birlikte benzer yataklar Çin, İran ve Makedonya'da da bulunmuştur.
Magmatik Olmayan Jeokimyasal Süreçler
Magmanın yardımı olmadan yüzeyde veya yüzeye yakın yerlerde meydana gelen jeokimyasal süreçler de metalleri yoğunlaştırır, ancak hidrotermal süreçlerden daha az bir dereceye kadar. Ana reaksiyonlardan biri, bir sistemdeki mevcut oksijen miktarı ile ilgili olan redoks, yani indirgeme/oksidasyon kimyasının kısaltmasıdır. Bugün atmosferde olduğu gibi oksijenin bol olduğu yerler oksitleyici ortamlar olarak kabul edilirken, oksijenden fakir yerler indirgeyici ortamlar olarak kabul edilir. Uranyum yatakları, redoksun metali yoğunlaştırdığı yerlere bir örnektir. Uranyum oksitleyici yeraltı suyu ortamlarında çözünür ve indirgeyici koşullarla karşılaştığında uraninit olarak çökelir. Moab, Utah'ta olduğu gibi Colorado Platosu'ndaki yatakların çoğu bu yöntemle oluşmuştur.
Redoks reaksiyonları, demir oksit-hematit ve manyetit, çört ve şeyl yataklarının iç içe geçmiş katmanları olan bantlı demir oluşumlarının (BIF'ler) yaratılmasından da sorumludur. Bu tortular Dünya tarihinin erken dönemlerinde atmosferin oksijenlenmeye başlamasıyla oluşmuştur. Demir açısından zengin suların oksijenlenme döngüleri demir yataklarının çökelmesini başlatmıştır. BIF'lerin yaşı genellikle Prekambriyen olduğundan ve atmosferik oksijenlenme sırasında meydana geldiklerinden, yalnızca Michigan'ın üst yarımadası ve kuzeydoğu Minnesota gibi Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bazı eski kayalarda bulunurlar.
Sedimanter havzalardaki derin, tuzlu, konnat akışkanlar (gözenek boşluklarında hapsolmuş) oldukça metalli olabilir. Havza çökelleri sıkıştıkça dışarı ve yukarı doğru atılan bu sıvılar, mağaralar ve faylar gibi açık alanları değiştirerek veya doldurarak kireçtaşında ve gözenek boşluklarını doldurarak kumtaşında kurşun ve çinko yatakları oluşturmuştur. En ünlüleri Mississippi Vadisi tipi yataklar olarak adlandırılır. Karbonat barındıran ikame yatakları olarak da bilinen bu yataklar, 100°C ila 200°C (212°F ila 392°F) arasında değişen sıcak sıvılardan oluşan büyük galen ve sfalerit kurşun ve çinko cevheri yataklarıdır. ABD'deki Mississippi Nehri Vadisi boyunca oluştukları için adlandırılmış olsalar da, dünya çapında bulunurlar.
Kumtaşları, şeyller ve marnlarda meydana gelen tortu barındıran bakır yatakları çok büyüktür ve içerdikleri kaynaklar porfiri bakır yataklarıyla karşılaştırılabilir. Bu yataklar büyük olasılıkla yüksek geçirgenliğe sahip kayaçlarda yeraltı suyu akışkanları tarafından diyajenetik olarak oluşmuştur. Avrupa'da 500.000 Km2 'den (310.685,596mi) fazla bir alanı kaplayan Kupferschiefer ve Afrika'daki Zambiya Bakır Kuşağı iyi bilinen örneklerdir.
Yüzeyde açığa çıkan topraklar ve mineral birikintileri, yüzeysel birikintiler oluşturabilecek derin ve yoğun ayrışma yaşar. Bir alüminyum cevheri olan boksit, karstik topografyada ve ıslak tropikal ortamlarda oluşan topraklar olan lateritlerde korunur. Magmatik ve metamorfik kayaçlardaki feldispat ve ferromagnezyen mineraller gibi alüminyum konsantre mineralleri içeren topraklar, metalleri yoğunlaştıran kimyasal ayrışma süreçlerine maruz kalır. Ayrışmaya uğrayan ultramafik kayaçlar nikel açısından zengin topraklar oluşturur ve bantlı demir oluşumlarındaki manyetit ve hematit ayrışmaya uğradığında, demir içeriği için kolayca çıkarılabilen gevrek bir mineral olan götiti oluşturur.
Yüzeysel Fiziksel Süreçler
Dünya yüzeyinde, kütle kaybı ve hareketli su, yüksek yoğunluklu mineralleri konsantre olmaya zorlayan hidrolik ayrışmaya neden olabilir. Bu mineraller akarsularda, nehirlerde ve sahillerde yoğunlaştığında, plaser yatakları olarak adlandırılır ve modern kumlarda ve eski taşlaşmış kayalarda meydana gelir. Yerli altın, yerli platin, zirkon, ilmenit, rutil, manyetit, elmas ve diğer değerli taşlar plaserlerde bulunabilir. İnsanlar bu doğal süreci taklit ederek altını elle altın aramak ve tarama gibi mekanik yöntemlerle çıkarmak için kullanmışlardır.
Metalik Maden Madenciliğinin Çevresel Etkileri
Metalik maden madenciliğinin birincil etkisi, arazi yüzeyinin bozulması, peyzajların atık birikintileriyle kaplanması ve erozyonu hızlandırarak kütle kaybının artması dahil olmak üzere madenciliğin kendisinden kaynaklanmaktadır. Buna ek olarak, birçok metal yatağı, ekonomik olmayan bir sülfit minerali olan pirit içerir ve atık yığınlarına yerleştirildiğinde, ayrışma sırasında asit kaya drenajı (ARD) oluşturur. Oksijenli suda, pirit gibi sülfitler reaksiyona girerek metal iyonları ve hidrojen iyonlarını serbest bırakmak için karmaşık reaksiyonlara girer ve bu da pH'ı oldukça asidik seviyelere düşürür. Madencilik ve mayınlı malzemelerin işlenmesi tipik olarak malzemedeki yüzey alanı/hacim oranını artırarak kimyasal reaksiyonların doğal olarak meydana gelenden daha hızlı gerçekleşmesine neden olur. Doğru yönetilmediği takdirde, bu reaksiyonlar asidik akarsulara ve çözünmüş toksik metaller taşıyan yeraltı suyu birikintilerine yol açar. Kireçtaşının atık kaya olduğu veya kalsit veya dolomit gibi karbonat minerallerinin bulunduğu madenlerde, asit nötrleştirme potansiyelleri asit kaya drenajını azaltmaya yardımcı olur. Bu da doğal bir süreç olsa da, hem sülfitlerin çözünmesini hem de sülfat bakımından zengin suyun su yollarına sızmasını önlemek için maden atıklarının oksijenli sudan izole edilmesi çok önemlidir. Endüstri son yıllarda kirlenmeyi önlemek için büyük adımlar atmıştır, ancak daha önceki madencilik projeleri hala yerel ekosistemlerde sorunlara neden olmaktadır.
Metalik Olmayan Maden Yatakları
Çok daha az ilgi görse de, endüstriyel mineraller olarak da bilinen metalik olmayan mineral kaynakları, antik ve modern toplum için metalik mineraller kadar hayati önem taşımaktadır. En temel olanı yapı taşıdır. Kireçtaşı, traverten, granit, arduvaz ve mermer yaygın yapı taşlarıdır ve yüzyıllardır çıkarılmaktadır. Bugün bile, arduvaz çatı kiremitlerinden granit tezgahlara kadar yapı taşları çok popülerdir. Özellikle saf kireç taşı öğütülür, işlenir ve alçı, çimento ve beton olarak yeniden biçimlendirilir. Bazı metalik olmayan mineral kaynakları mineral spesifik değildir; neredeyse her kaya veya mineral kullanılabilir. Buna genellikle betonda, yollarda ve temellerde kullanılan agrega denir. Çakıl en yaygın agregalardan biridir.
Evaporitler
Evaporit yatakları, Utah'taki Büyük Tuz Gölü ya da İsrail ve Ürdün sınırındaki Ölü Deniz gibi suyun yeniden dolduğundan daha hızlı buharlaştığı sınırlı havzalarda oluşur. Sular buharlaştıkça, çözünebilir mineraller yoğunlaşır ve aşırı doymuş hale gelir, bu noktada artık oldukça tuzlu olan sulardan çökelirler. Bu koşullar uzun süre devam ederse kalın kaya tuzu, kaya alçıtaşı ve diğer mineral birikintileri oluşur.
Halit gibi evaporit mineralleri gıdalarımızda sofra tuzu olarak kullanılmaktadır. Tuz, soğutma geliştirilmeden önce hayati derecede önemli bir gıda koruyucusu ve ekonomik kaynaktı. Gıdalarda hala kullanılsa da, halit artık esas olarak kimyasal madde, su yumuşatıcı veya yol buz çözücü olarak çıkarılmaktadır. Alçı, yapı malzemesi olarak kullanılan yaygın bir metalik olmayan mineraldir; kuru duvarın ana bileşenidir. Ayrıca gübre olarak da kullanılmaktadır. Diğer evaporitler arasında her ikisi de tarım, ilaç, gıda işleme ve diğer uygulamalarda kullanılan silvit-potasyum klorür ve bischofite-magnezyum klorür bulunur. Potasyum içeren bir grup yüksek çözünürlüklü evaporit minerali olan potas, gübre olarak kullanılır. Aşırı kurak bölgelerde boraks, trona, üleksit ve hanksit gibi daha nadir ve karmaşık evaporitler çıkarılmaktadır. Bunlar Searles Dry Lake ve Death Valley, California gibi yerlerde ve Green River Formation'ın Utah ve Wyoming'deki eski evaporit yataklarında bulunabilir.
Fosfor
Fosfor, yaygın magmatik kayaçlarda eser miktarda bulunan apatit mineralinde meydana gelen temel bir elementtir. Okyanustaki tortul ortamlarda oluşan fosforit kayası bol miktarda apatit içerir ve gübre yapmak için çıkarılır. Fosfor olmadan bildiğimiz anlamda yaşam mümkün değildir. Fosfor, kemik ve DNA'nın önemli bir bileşenidir. Kemik külü ve guano doğal fosfor kaynaklarıdır.
Sonraki Ders: Enerji ve Maden Kaynakları - Özet
Yorumlar
Yorum Gönder