Классификация полезных ископаемых
К ресурсам литосферы относятся полезные ископаемые. Полезные ископаемые – это природные минеральные вещества в земной коре, которые при данном состоянии развития техники могут быть с достаточным экономическим эффектом извлечены и использованы в народном хозяйстве в естественном виде или после предварительной переработки.
Современное хозяйство использует около 200 видов минерального сырья.Единой, общепринятой системы классификации полезных ископаемыхнет. В зависимости от физических или химических свойств добываемого сырья, от отрасли экономики, где используется сырье, от особенности возникновения в земной коре полезные ископаемые подразделяются на группы.
Полезные ископаемые делятся на металлические и неметаллические, горючие, водо-минеральные. К горючим полезным ископаемым относятся топливно-энергетические (нефть, газ, уголь, сланцы и др.); к металлическим – рудные ресурсы (железные и марганцевые руды, бокситы, хромиты, молибден, свинцово-цинковые и др.). Неметаллические полезные ископаемые включают природные строительные материалы (глины, песок, мрамор, гранит, доломит, известняк); нерудные полезные ископаемые ( агат, яшма, горный хрусталь, корунд, алмазы и др.); горно-химическое сырье (апатиты, фосфориты, сера, калийная соль и др.). К водо-минеральным ресурсам относятся гидро-минеральные (подземные пресные и минерализованные воды); минеральные ресурсы морской воды (железо, уран, золото, натрий, медь, бром, магний, марганец, поваренная соль); минеральные ресурсы океана (рудоносные жилы, пласты континентального шельфа и железомарганцевые включения на глубинах 3-6 км).
Широко используется классификация полезных ископаемых на основе технологии их использования: топливно-энергетическое сырье (нефть, уголь, газ, уран), черные легирующие и тугоплавкие металлы (руды железа, марганца, хрома, никеля, кобальта, вольфрама и др.), цветные металлы (руды алюминия, меди, свинца, цинка, ртути и др.), благородные металлы (золото, серебро, платиноиды), химическое и агрономическое сырье (калийные соли, фосфориты, апатиты и др.), техническое сырье (алмазы, асбест, графит и др.), флюсы и огнеупоры, цементное сырье.
Полезные ископаемые Беларуси представлены следующими группами:
1. горючие полезные ископаемые (нефть, горючие сланцы, торф, бурые угли);
2. химическое и агрохимическое сырье (калийные соли, каменная соль, фосфориты, доломиты, кремнистые породы, глауконит и др.);
3. металлические полезные ископаемые (железные руды, цветные металлы);
4. сырье для производства стройматериалов (пески, песчано-гравийные смеси, глины, карбонатные породы – мел и мергель), гипс, естественный строительный камень;
5. янтарь и другие поделочные камни, например, отдельные разновидности гипса;
6. пресные минеральные и термальные подземные воды.
Полезные ископаемые применяются в различных отраслях хозяйства. Бокситы используются для производства алюминия. Алюминий применяется в качестве заменителя меди, ртути, цинка и других металлов. Медь необходима для электронного машиностроения (в производстве ЭВМ), для установок кондиционирования. Из полиметаллических руд добывают свинец и цинк. Свинец используют для защитных покрытий химической и электролитической аппаратуры, для защиты от радиоактивного излучения в атомной энергетике и др. Основными областями применения цинка являются оцинкование и производство сплавов под давлением. Необходимым компонентом электротехнического и радиотехнического производства является ртуть. Ртуть применяется в производстве соды и хлора.
Фосфорное сырье используется в производстве минеральных удобрений, кормовых добавок в сельском хозяйстве, производстве активированного угля, кинопленок, спичек, для покрытия поверхностей металлических изделий в металлургии.
Сернистое сырья необходимо для производства минеральных удобрений, искусственного волокна, для обогащения и гидрометаллургической переработки руд цветных металлов.
Генетическая классификация типов месторождений основана на различиях их возраста и происхождения. Образование минерального сырья в земной коре – естественно-исторический процесс. Этот процесс определяется следующими факторами: типом тектонической структуры, особенностями проявления магматизма, денудацией и осадконакоплением. Наиболее интенсивные процессы рудообразования (это весь комплекс формирования полезных ископаемых) приурочены к основным этапам развития суши. Выделяют пять эпох рудообразования – докембрийская, нижнепалеозойская, верхнепалеозойская, мезозойская и кайнозойская.
Для докембрийской эпохи характерно повсеместное развитие железистых кварцитов с практически неограниченными запасами железных руд. В структурах этого возраста часто встречаются крупные месторождения золота, титаномагнетитовых, марганцевых, полиметаллических, хромитовых руд, урана. В них отсутствуют многие виды полезных ископаемых. Наиболее продуктивные рудообразующие процессы проявились в Южной Африке и Канаде.
Структуры нижнепалеозойского возраста сохранились плохо. Крупнейшие месторождения этого возраста следующие: графита в Южной Корее, фосфорита в Китае, нефти в Северной Африке и в Северной Америке, каменной соли в США и Канаде.
Значительно крупнее месторождения верхнепалеозойской эпохирудообразования. К указанной эпохе относится образование большей части мировых ресурсов каменных углей в Евразии и Северной Америке, нефти, калийных солей, свинца, цинка, вольфрама, ртути, фосфатного сырья и др. В это время сформировались бассейны каменных углей Европы, Азии и Северной Америки (более 50% мировых запасов), возник ряд нефтеносных провинций США и Канады, России, Северной Африки. К верхнепалеозойским отложениям приурочены крупнейшие месторождения калийных и магниевых солей Европы и Северной Америки, фосфоритов в Скалистых горах, месторождения полиметаллических руд в Центральной Европе, на Британских островах, в Канаде, золота в Аппалачах.
Разнообразным и богатым комплексом полезного сырья характеризуется мезозойская эпоха. В это время образовались крупные месторождения нефти в Западной Сибири, оловяно-вольфрамовый пояс Китая и Юго-Восточной Азии, месторождения молибдена, сурьмы в Китае и Восточной Сибири, алмазов в Якутии, железных руд в Европе, золота, вольфрама и молибдена в Северной Америке.
Широко представлены на территории всех материков полезные ископаемые кайнозойского возраста. К ним относится значительная часть мировых запасов бокситов, никеля, кобальта, почти 75% разведанных запасов марганца, залежи бора, серы, нефти, меди, свинца, цинка, серебра, золота, молибдена, алмазов и фосфоритов. Важную роль в мировых запасах нефти играют кайнозойские месторождения Месопотамской и Примексиканской низменности, впадины Маракайбо, Карибского бассейна, Калифорнии, Каспийского моря. Мировое значение имеют месторождения марганцевых руд на юге Украины и месторождения бокситов, никеля, кобальта в Южной Америке, Европе, Юго-Восточной Азии, Африке.
К основным полезным ископаемым относятся топливно-энергетические ресурсы, которые используются для производства энергии и в качестве топлива. К топливно-энергетическим ресурсам относится нефть, каменный и бурый уголь, газ, сланцы, уран. Каждый вид топливного сырья обладает определенной теплотворностью. Теплотворность – это количество энергии, выделяющееся при сжигании единицы топлива. Значительной теплотворностью выделяется нефть и газ.
Топливное сырье неравномерно размещено на территории земного шара. Самыми значительными объемами обладает Северная Америка и Евразия (здесь сосредоточено 87% общего энергопотенциала). К основным видам топливного сырья относятся нефть, газ, уголь.
Нефть - наиболее важный и эффективный вид топливного сырья. Отличается высокой калорийностью и теплотворностью, низким содержанием загрязняющих соединений. Нефть легко транспортируется и в процессе переработки из нее получают широкой ассортимент продуктов.
Месторождения нефти неравномерно размещены по земному шару. 62% всего нефтяного запаса мира сосредоточено на Аравийском полуострове и акватории Персидского залива; 11% мировых запасов нефтив Северной Америке, 7% в Африке и России, 9% в Южной Америке Перспективными являются месторождения нефти в шельфовой зоне морей и океанов, на материковом склоне (600-900 м). На морские месторождения в настоящее время приходится 25% общемировой добычи нефти. Крупные запасы нефти – в нефтеносных песках, горючих сланцах, битуминозных породах (содержат так называемую тяжелую нефть). Освоить эти запасы в промышленных масштабах пока не удается. Мировые энергетические потребности на 32% удовлетворяются за счет нефти.
Природный газ размещен в недрах Земли еще более неравномерно. Первое место в мире по ресурсам газообразного топлива занимает Россия (месторождения Западной Сибири). Значительные месторождения газа расположены в странах Ближнего и Среднего Востока (особенно велики ресурсы в Иране, Саудовской Аравии, на акватории Персидского залива). Меньше запасы в США, Северной Африке, Венесуэле. Перспективны – шельфовые зоны Мирового океана.
В мировом энергетическом балансе на долю природного газа приходится 17%, в ряде стран (США, Западной Европе, Японии) выше. В отличие от нефти газовый потенциал увеличивается быстрее добычи (примерно в 2 раза), кроме того более половины площади шельфа еще не исследовано в отношении газоносности, а на подводные газопромыслы приходится 15% общемировой добычи газа. На суше изучены лишь 30% перспективных на это сырье тектонических структур. Еще один резерв этого вида топливного ресурса – газосбережение.
Угленосные бассейны размещены неравномерно на территории земного шара. На долю России и сопредельных государств, США, Китая и ЮАР приходится более 90% извлекаемых ресурсов каменного угля. Крупными запасами обладают Польша, Германия, Австралия, Великобритания и другие страны.
До 60-х годов в структуре топливного баланса доминировал уголь (более 50%). В 80-х годах в связи с использованием нефти и газа доля угля сократилась (до 28%). В настоящее время за счет углей производилось до 30% энергии мира (причина – нестабильность мирового рынка).
Ядерным сырьем земной шар обеспечен неодинаково. Более 28% ресурсов ядерного сырья приходится на США и Канаду, 23% – на Австралию, 14% на ЮАР, 7% – на Бразилию. В остальных странах запасы урана незначительны. Ресурсы тория находятся в Индии (почти половина ресурсов), в Австралии, Бразилии, Малайзии и США.
К нетрадиционным энергетическим ресурсам относятся солнечная, ветровая, приливная, геотермальная, биоконверсионная энергии.
Общее количество солнечной энергии в 20 тысяч раз превышает современное потребление энергии мировым хозяйством. Так как плотность солнечного излучения на поверхности суши столь мала (даже в тропических пустынях днем она равна 5-6 кВт ч/м2 в день, в умеренных – 3-4 кВт ч/м2), то ее трудно технически освоить. Сейчас используются солнечные печи для получения низкотемпературного топлива.
Ветровая энергия издавна используется в Англии, Голландии, Франции и других странах, в небольших масштабах. Общие ресурсы ветровой энергии огромны, но строго локализованы. В Дании и других странах Европейского Севера ветряные двигатели дают не менее 12% энергии. Однако технические трудности при освоении энергии ветра значительны.
Приливная энергия реально используется на нескольких ПЭС: в России (Кислогубская), во Франции (устье Гаронны). Трудность использования энергии заключается в преобразовании ударной силы волны в гравитационнные, тепловые и электрические формы энергии.
Биоконверсионная энергия – энергия, аккумулированная в биомассе. Издавна древесина используется в качестве источника топлива. Существуют опытные разработки по получению биогаза из отходов сельского хозяйства, но в промышленных масштабах этот процесс еще не разработан. Биогаз состоит на 60-70% из метана (с теплотворной способностью – 5000 ккал на 1 м3 ), при этом процесс выходов газа непрерывен, а получаемый остаток – шлам – является хорошим удобрением.
Геотермальная энергия – внутренняя энергия Земли. Нормальный температурный градиент Земли – 3оС на 100 м глубины, в отдельных местах до 5оС на 100 м. Геотермальные электростанции действуют в Италии, США, Японии, Исландии и др. В Калифорнии 7% энергии получают от гидротермальных источников. Ресурсы разогретых эндогенным теплом горных пород в 20 раз превышают запасы горючих ископаемых.
К важнейшим металлическим рудам относятся руды Fe, Mn, Cu, Al, Pb, Zn, олова, W и др. Железные руды отличаются значительными запасами. Железо– самый распространенный элемент земной коры (после алюминия), но крупные промышленные концентрации встречаются редко: на полуострове Лабрадор, около озера Верхнего, в Бразилии, Западной Австралии, в России (КМА), Украине (Кривой Рог), в Индии и др.
Значительные запасы марганцевых руд сосредоточены в ЮАР, Украине, Австралии, Бразилии, Габоне. Опытная добыча марганца (в железомарганцевых конкрециях) из дна Мирового океана ведется в США, Германии, Японии.
Крупные месторождения бокситов (сырье для производства алюминия) сосредоточены в Гвинее, Австралии, Бразилии, Индии, Ямайке. Запасами медных руд отличается США, СНГ, Австралия, Замбия, Заир, Перу. Значительные запасы свинцово-цинковых руд находятся в США, Канаде, Австралии (обычно встречается совместно с другими элементами), оловянных руд – в Бразилии, Боливии, Юго-Восточной Азии. Вольфрамовыми рудами отличаются Южная Корея, Канада, США, Турция, Австралия.