Недра земли и их полезные ископаемые
Под недрами понимают верхнюю часть земной коры, в пределах которой осуществляется добыча полезных ископаемых.
Недра Земли богаты полезными ископаемыми, которые издавна используются человеком. Полезными ископаемыми называют минеральные образования недр, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно применять их в сфере материального производства. Длительные периоды человеческой истории называются в зависимости от того вида полезного ископаемого, который в то время находился в широком употреблении: каменный, бронзовый и железный века.
До сих пор полезные ископаемые служат основой современного производства, обеспечивающей научно-технический прогресс общества. Извлеченные полезные ископаемые и продукты их переработки поставляют подавляющую часть энергии, 90% продукции тяжелой индустрии и около одной пятой всех предметов потребления.
Полезные ископаемые, вовлеченные в сферу общественного производства, называют в настоящее время минеральным и топливно-энергетическим сырьем. Минеральные ресурсы подразделяются на горючие, металлические и неметаллические. Строго говоря, к минеральным ресурсам принадлежит и вода. Минеральные ресурсы относят к категории невозобновляемых природных ресурсов. Горючие ископаемые иногда считают восстановимыми ресурсами, поскольку в течение длительного геологического времени они способны возобновляться. Однако скорость их восстановления несоизмеримо мала по сравнению со скоростью их извлечения из недр и интенсивностью использования человеком.
По физическим свойствам минеральное сырье бывает твердым (уголь, рудные и нерудные полезные ископаемые), жидким (нефть, минеральные воды), газообразным (горючие и инертные газы).
Принято различать несколько групп минеральных ресурсов:
– Топливно-энергетические: нефть, природный газ, уголь, горючие сланцы, урановые руды;
– Металлические:
– рудные черные металлы: железные, марганцевые, хромовые, ; медные, свинцово-цинковые, никелевые, вольфрамовые, молибденовые, оловянные, сурьмяные руды, руды благородных металлов и т.д.
– цветные и редкие металлы: медь, свинец, цинк, никель и т.д.; алмазы и благородные металлы: золото, серебро, платиноиды;
– Неметаллические полезные ископаемые: апатиты, фосфориты, калийные и поваренные соли (их еще относят к горно-химическим полезным ископаемым), плавиковый шпат, слюда-мусковит, тальк, графит, барит, пьезооптическое сырье, драгоценные и поделочные камни;
– Природные строительные материалы – известняк, доломит, глины, песок, мрамор, гранит, яшма, агат, горный хрусталь, гранат, корунд, алмаз и т.д.;
– Гидроминеральные: пресные подземные и минеральные воды, промышленные и термальные воды глубоких структурных горизонтов.
– Горно-химическое сырье – апатиты, фосфориты, поваренная, калийная соль, сера, барит, бром и йодсодержащие растворы и т.д.
– Минеральные ресурсы океана – рудоносные жилы, пласты континентального шельфа и железомарганцевые конкреци на глубинах 3-6 км.
– Минеральные ресурсы морской воды – железо, свинец, уран, золото, натрий, хлор, бром, магний, поваренная соль, марганец.
Основные направления рационального использования и охраны недр.
По прогнозам специалистов, при сохранении современных тенденций добычи, потребления и использования новых месторождений запасы их истощатся через 70—140 лет.
Перспектива нехватки сырьевых ресурсов — реальная опасность для человечества, а энергетический голод не выдумка скептиков:
некоторые страны уже сейчас испытывают недостаток энергетических ресурсов. Поэтому важнейшей проблемой становится охрана недр. Она достигается несколькими путями. Кроме поисков новых энергоносителей генеральным направлением следует считать охра ну минеральных и энергетических ресурсов от истощения и охрану недр в целом. Истощаются недра в результате потерь газов: метана, оксидов углерода, оксидов азота, соединений серы. Этот процесс инициирован добычей минерального сырья и сопровождает ее. Так, за год из недр Донбасса выделяется примерно 2,5 млрд. м метана при средней концентрации его в газовой смеси около 32%.
Значительные потери полезных ископаемых и ущерб окружающей среде происходят при разработке месторождений подземным способом. При этом угля теряется (остается в недрах) 20—45%, руд цветных и черных металлов — 15—25, горно-химического сырья — 20—60%. При открытом способе разработки полезных ископаемых потери снижаются в среднем до 12%. Исключительно открытым способом добываются стройматериалы (песок, глина, щебень, гравий) и россыпные ископаемые. Однако обратной стороной открытого способа разработки полезных ископаемых являются нарушения естественных природных ландшафтов. Например, при извлечении 1 млн. т угля шахтным способом отвалы занимают 8 га земли, а при открытом способе — 30 га и более.
Чрезвычайно велики потери полезных ископаемых из-за несовершенства технологии извлечения. Сейчас доля извлеченной нефти по отношению к разведанным запасам составляет 50—60%. Потери попутного газа составляют 20 млрд. т в год, он сжигается в факелах. Часто в месторождениях полезных ископаемых кроме основного компонента содержится целый ряд попутных включений, и ценные компоненты могут оказаться в отвалах, представляя опасность как потенциальные источники загрязнения окружающей среды. Неполнота геохимической изученности месторождений также приводит к тому, что из месторождения не извлекаются полезные компоненты, о наличии которых долгое время даже не подозревали. Показательно в этом отношении месторождение хибинских апатитов, которые содержат комплекс ценных компонентов. Из добываемой руды извлекался лишь апатит, все остальное сбрасывалось в отвалы, где скопились миллионы тонн нефелина (это сотни тысяч тонн алюминия, соды и цемента), тысячи тонн сфена (это тысячи тонн титана), титано-магнезита и других компонентов (это стронций, ванадий и др.). В самом апатите из 33 элементов, входящих в его состав, используется пока лишь один фосфор. Ранее при разработке месторождений железной руды в отвалы шло ценное фосфорсодержащее сырье, так как не была разработана технология получения из отходов концентратов апатита, бадделеита, редких металлов и некоторых других полезных компонентов.
Недра, категории недр
Понятие «недра» имеет несколько толкований. В географии и геологии под недрами понимают:
- часть земной коры, которая расположена под почвенным покровом, или (при отсутствии почвы), ниже земной поверхности, дна водотоков и водоемов, доступных для геологического освоения и изучения;
- часть земли, в состав которой входят полезные ископаемые верхних участков земной коры, где возможна их разработка, добыча и другая человеческая деятельность.
Замечание 1
Недра – это источник минеральных и полезных ископаемых, запасов подземных и минеральных вод. Недра сохраняют глубинное тепло, выступают пространственной основой для размещения разных сооружений и объектов, захоронения радиоактивных веществ и промышленных отходов. Понятие «недра» включает горные породы, вышедшие на поверхность, все полезные свойства, энергетические ресурсы, полости и др.
Нижняя граница недр определяется двумя позициями: ограничение техническими возможностями освоения и продолжительность до центра земного сфероида.
Готовые работы на аналогичную тему
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимость
Все недра подразделяются на категории: используемые участки недр и неиспользуемые части недр. В скрытой форме существует деление по различным категориям: участки недр, включающие полезные ископаемые; недра, используемые не с целью добычи полезных ископаемых; участки недр, которые представляют социальный и научный интерес и др.
Полезные ископаемые. Минеральные ресурсы. Топливно-энергетические ресурсы
Определение 1
Полезные ископаемые – органические и минеральные образования земной коры, физические свойства и химический состав которых позволяют активно использовать их в качестве сырья или топлива в сфере материального производства.
Полезные ископаемые могут быть газообразные, жидкие, твердые.
В земной коре полезные ископаемые находятся в виде разного рода скоплений (штоков, жил, пластов, россыпей, гнезд и др.). Скопления ископаемых образуют месторождения, при больших скоплениях формируются районы, провинции, бассейны.
default/handbook/article/yandexContextRtb.twig
Добыче полезных ископаемых посвящена отдельная область науки и технологии – горное дело.
Полезные ископаемые обладают рядом общих признаков:
- спутниками рудных месторождений являются минералы (для рудного золота – пирит и кварц, для алмазов – пироп, для платины – хромистый железняк и т.д.);
- присутствие минералов обнаруживается в валунах, перенесенных обломках, находящихся на склонах, в руслах водотоков, в ложбинах и пр.;
- прямое наличие в горных выработках, обнажениях, керне;
- более высокий уровень содержания их элементов-индикаторов в минеральных источниках и в растительности.
Определение 2
Минеральные ресурсы – совокупность полезных ископаемых, обнаруженных в недрах земли отдельных регионов, стран и материков, океанического дна, пригодных и доступных для промышленного использования, а также количественно оцененных геологической разведкой и исследованиями.
Минеральные ресурсы – это не возобновляемые природные ресурсы. Минерально-сырьевая база – это подготовленная к освоению часть минеральных ресурсов. Минеральные ресурсы могут рассматриваться с точки зрения горно-геологического аспекта, как совокупность полезных ископаемых, выявленных в недрах, где химические элементы и минералы находятся в высокой концентрации, обеспечивающей возможности их использования в промышленных целях, и с точки зрения экономического аспекта, как сырьевая база для развития важнейших отраслей промышленности (черная и цветная металлургия, топливная промышленность, энергетика, строительство, химическая промышленность).
В недрах Земли минеральные ресурсы распределены неравномерно. Например, более 80% запасов угля развитых и развивающихся стран сосредоточено всего в пяти странах – США, Великобритания, Германия, Австралия и ЮАР, 87% марганцевых руд – в Австралии и ЮАР, 86% калийных солей – в Канаде.
Топливно-энергетические ресурсы представляют собой запасы топлива и энергии в окружающей среде, которые могут быть использованы в практической деятельности человека при производстве материальных благ. К топливно-энергетическим ресурсам относятся: каменный и бурый уголь, горючие газы, нефть, горючие сланцы, дрова, торф, энергия морских приливов, падающей воды рек, ветра, атомная и солнечная энергия.
Вопросы добычи и использования разных видов энергии изучает энергетика.
Принципы классификации полезных ископаемых и топливно-энергетических ресурсов
Минеральные ресурсы по областям использования подразделяются на:
- топливно-энергетические (нефть, природный газ, уголь, торф, горючие сланцы, урановые руды);
- руды черных металлов (марганцевые, железные, хромовые и т.д.);
- руды цветных и легирующих металлов (меди, свинца, алюминия, цинка, кобальта, никеля, молибдена, вольфрама, сурьмы, ртути, олова и т.д.);
- руды редких и благородных металлов;
- гидроминеральные (подземные пресные и минеральные воды – бальнеологические, термальные и др.);
- нерудное индустриальное сырье (графит, слюда, тальк, асбест, кварц и т.д.);
- нерудные строительные ископаемые (строительные камни – гранит, мрамор, базальт, строительные материалы – песок, известняк, глина, шиферные сланцы, стекольное и цементное сырье и др.);
- камнесамоцветное сырье (родонит, яшма, агат, халцедон, оникс, нефрит, чароит и др.) и драгоценные камни (изумруд, алмаз, сапфир, рубин);
- горнохимическое сырье (фосфаты, апатиты, минеральные соли (калийная, каменная, магнезиальная), бораты, барит, сера и ее соединения, флюорит и др.).
Нерудные полезные ископаемые, драгоценные камни, камнесамоцветное и горное сырье могут в совокупности рассматриваться как неметаллические (нерудные) полезные ископаемые.
Среди топливно-энергетических ресурсов выделяют первичные и вторичные ресурсы. Первичные энергетические ресурсы получают непосредственно из природных источников, после чего преобразуют их в другие виды энергии. Среди первичных ресурсов выделяют возобновляемые и невозобновляемые ресурсы.
Вторичные энергетические ресурсы получают в виде побочных продуктов основного производства. Выделяют следующие группы: топливные (горючие) ресурсы – включают энергию технологических процессов термохимической и химической переработки сырья (твердые и жидкие топливные ресурсы, горючие газы, непригодные для дальнейших технологических процессов; тепловые ресурсы представляют собой тепло газов, отходящих при сжигании топлива, тепло воздуха или воды, которые использовали для охлаждения различных агрегатов и установок, а также тепловых отходов производства; ресурсы избыточного напора (давления) – это энергия жидкостей, газов, сыпучих материалов, которые с избыточным давлением покидают технологические агрегаты и которое нужно снижать перед следующим этапом их использования. Энергетические ресурсы преобразуются в механическую энергию.
default/handbook/article/googleContextBlock.twig
Под недрами Земли понимают часть земной коры, находящуюся либо под поверхностью суши, либо под дном водоемов. При этом к недрам не относят слой почвы. Человечество использует недра, добывая оттуда необходимые ему ресурсы. Без этих природных богатств не удалось бы создать современную цивилизацию. Однако нерациональное использование недр может привести к негативным экологическим последствиям.
Какие ресурсы добывает человек в недрах?
Все полезные ископаемые можно условно поделить на две группы:
- общераспространенные;
- необщераспространенные.
Первые отличаются тем, что их добычу можно организовать в непосредственной близости от производственных предприятий, которые используют их. К этой категории относят глину, песок, торф, известняки и другие ресурсы. Они отличаются доступностью и низкой стоимостью.
Необщераспространенные ископаемые добывают только в специальных местах, которые называют месторождениями. К этому типу ресурсов относятся углеводороды (уголь, нефть, газ), металлы (золото, никель, железо, алюминий, уран, вольфрам и др.), драгоценные камни и иные ископаемые. Их добыча часто требует больших затрат, в том числе и на транспортировку ресурсов к потребителям.
Из неравномерного распределения необщераспространенных ископаемых в земной коре многие регионы и даже целые страны специализируются на добыче одного из их видов, в то время как другие вынуждены закупать их за рубежом. Например, экономика стран Персидского залива построена на торговле нефтью и газом, а Китай контролирует около 90% мирового рынка редкоземельных элементов.
Ресурсы недр можно классифицировать и по области их применения:
- Строительство. Для возведения сооружений используют в основном общераспространенные ресурсы либо стройматериалы (кирпичи, бетон), полученные из них. Однако для строительства высоких зданий необходимо железо и другие металлы.
- Энергетика. Большая часть энергии человечество получает, сжигая углеводороды. Ранее главным энергетическим ресурсом являлся уголь, потом первенство перешло к нефти. Сегодня наблюдается рост использования природного газа. Также электричество получают на АЭС, где в качества топлива используются уран.
- Металлургия. Выделяют черную металлургию, в рамках которой получают сплавы на основе железа (сталь, чугун), и цветную металлургию. Сюда же можно отнести и ювелирную промышленность.
- Химическая промышленность. Сырьем для нее являются сера, уголь, апатиты, фосфориты и другие вещества.
- Электроника. Для производства электроприборов используют кремний, медь, редкоземельные элементы.
Использование подземных вод
Ещё в древности люди стали выкапывать колодцы для снабжения себя водой. Во многих регионах подземные воды и сегодня являются важным источником водоснабжения населения.
Вода, добытая во многих артезианских источниках, богата минералами, которые делают ее лечебной. Поэтому рядом с некоторыми источниками открывают санатории, где проводится лечение населения по специальным программам.
Строительство подземных сооружений
Недра используют не только для добычи полезных ископаемых. Сегодня многие сооружения строятся под землей. К их числу можно отнести метро, подземные парковки, тоннели, бункеры и бомбоубежища. Иногда под землей возводят целые заводы.
С одной стороны, подземные сооружения лучше защищены от военных атак, однако это не единственная причина строительства объектов в недрах планеты. Часто это экономически выгодно, так как позволяет разместить на одном участке земли больше полезной площади и тем самым экономить пространство. Также большая глубина защищает строения от воздействий окружающего мира – шума, вибраций, солнечного света. Это может играть большую роль при эксплуатации высокоточных приборов. Не случайно самая крупная научная установка мира, Большой адронный коллайдер, сооружена под землей.
Использование недр в рекреационных целях
Одним из видов спортивного туризма является спелеотуризм – обследование пещер. До сих пор не составлено подробных карт всех полостей в земной коре, поэтому спелеотуристы часто исследуют места, где ещё не ступала нога человека.
Для любителей пассивного отдыха и заботящихся о своем здоровье существует множество санаториев, в которых клиентов лечат с помощью грязевых ванн. Используемые там лечебные грязи также могут считаться богатствами земных недр.
Хранение отходов
Человечество производит настолько большое количество отходов, что часто их просто некуда девать. Огромные свалки занимают полезную площадь и отравляют воздух, поэтому иногда мусор приходится буквально закапывать под землю.
Такой способ хранения отходов особенно актуален в случае отходов, которые опасны для человека. К ним относятся радиоактивные вещества (отработанное топливо АЭС), некоторые химические отходы, а также источники биологической опасности, например, трупы животных, погибших от сибирской язвы.
Геотермальная энергетика
В недрах Земли температура выше, чем на поверхности, что можно использовать для получения электричества. На сегодняшний день распространена гидротермальной энергетики. В ее основе лежит получение тепла от водных скважин, расположенных в районах вулканической активности. Вода в них может быть разогрета до температуры свыше 100°С.
Однако идут работы по развитию и петротермальной энергетики, которая может быть использована в любой точке Земли. Достаточно пробурить две глубокие скважины на глубину несколько км. Так, на глубине 5 км температура достигает 125 °С. Вода, заливаемая в одну скважину, будет разогреваться и превращаться в пар, который через вторую скважину должен выходить на поверхность и служить источником энергии. Пока что петротермальная энергетика недостаточно рентабельна, но в будущем ситуация может измениться.