معدن
مَعدَنکاری یا کـانگری به عمل استخراج کانیهای ارزشمند یا دیگر مواد از زمین و معمولاً از معادن گفته میشود.
موادی که از این کانسارها بهدست میآید شامل فلزهای پایه، آهن، اورانیوم، زغالسنگ، الماس، آهک، نمک، طلا،نقره، پوتاس و موادی از این دست میشود. تمامی موادی که امروزه در صنایع و تولید کارخانجات استفاده میگردد و به صورت کلی مواد خام اکثر صنایع تولیدی مانند: خودرو، جواهرات و… عمدتا از طریق استخراج از معادن بدست میآید.
معادن به دو دستهٔ کلی تقسیم میشوند:
- ۱. معادن سطحی
- ۲. معادن زیرزمینی
هر کدام از دستههای بالا دارای زیر مجموعههای مختلفی هستند که با توجه به نوع مادهٔ معدنی و شکل کانسار دسته بندی میشوند. یک نوع از دسته بندی معادن شامل نوع مادهٔ معدنی میشود که به دو دستهٔ زغالی و غیر زغالی تقسیم میشود.
مهندسی معدن
مهندسی معدن (به انگلیسی: Mining engineering) مجموعه علوم و فنونی است که از اکتشاف یک کانسار (ذخیره معدنی با ارزش اقتصادی) آغاز و تا فرآوری آن ادامه مییابد. مهندسی معدن به عنوان اولین رشتهٔ مهندسی آکادمیک تاریخ برای اولین بار در انگلستان پایه گذارده شدهاست. اولین علمی است که بشریت از ابتدای وجود خود تاکنون با آن ارتباط نزدیکی داشتهاست. به علت شرایط سخت کاری، یکی از ۱۰ حرفه دشوار جهان شناخته شدهاست
مهندسی معدن دارای ۴ گرایش اصلی کارشناسی استخراج، اکتشاف، فرآوری مکانیک سنگ و تونلسازی و۴۰ گرایش تخصصی مانند ابزار – ماشین آلات – حفاری و… میشود.
مراحل این رشته عبارتاند از:
- پی جویی
- اکتشاف اولیه
- اکتشاف تفضیلی
- اکتشاف و استخراج
- فرآوری
- بازسازی
اکتشاف کانسارها شامل اکتشاف مقدماتی، نیمه تفصیلی و تفصیلی است با پایان هر مرحله از اکتشاف مهندسان اکتشاف با توجه به افزایش یا کاهش احتمالات کشف و برآورد هزینههای انجام شده و قابل پیشبینی در مورد ادامه اکتشاف تصمیم میگیرند.
هر چند این دانش یکی از دشوارترین دانشها به لحاظ کاربرد است، اما به علت ارتباط نزدیک با طبیعت و در عین حال بهرهگیری از فنون مهندسی از جذابترین علوم میباشد.
استخراج معادن با توجه به فاکتورهای بسیاری نظیر شرایط اقتصادی و فنی و قابلیت دسترسی به کانسار و… به دو صورت کلی روباز و زیر زمینی انجام میگیرد. معدنکاری روباز تا زمانی ادامه پیدا میکند که دیگر استخراج به صورت روباز به صرفه نباشد و پس از آن استخراج به روش زیر زمینی صورت میگیرد.
کانی شناسی
کانیشناسی یکی از شاخههای زمینشناسی است که به بررسی ویژگیهای شیمیایی، ساختار بلورین و ویژگیهای فیزیکی کانیها میپردازد. پژوهش بر روی فرایندهای پیدایش و نابودی کانیها نیز در گستره بررسیهای این دانش قرار میگیرد. تا سال ۲۰۰۴ (میلادی)، بیش از ۴۰۰۰ گونه کانی توسط انجمن جهانی کانیشناسی (IMA) شناسایی شدهاست. از این تعداد، ۱۵۰ کانی را میتوان جزو کانیهای معمول و ۵۰ کانی را میتوان از کانیهای تا اندازهای کمیاب بهشمار آورد. بقیه آنها، کانیهای نادر یا بسیار کمیاب هستند.
ژئوفیزیک
ژئوفیزیک (به انگلیسی: geophysics) یا فیزیک زمین، از مباحث علوم طبیعی است، که به فرایندها و خواص فیزیکی زمین و محیط اطراف آن، با استفاده از روشهای کمی جهت تجزیه و تحلیل این فرایندها، میپردازد.
ژئوفیزیک از شاخههای اصلی علوم زمین بهشمار میرود، که به دو شاخه ژئوفیزیک محض و ژئوفیزیک کاربردی تقسیمبندی میشود. بخش محض آن شامل گرایش زلزلهشناسی میباشد. در بخش کاربردی با استفاده از روشهای لرزهای، مغناطیسی، گرانیسنجی و الکتریکی به مطالعهٔ کیمّی خواص فیزیکی زمین پرداخته میشود. با نتایج کیمّی بدست آمده میتوان به مطالعهٔ خصوصیات فیزیکی، رفتار پوسته و هسته زمین پرداخت. ژئوفیزیک را میتوان پُلی میان فیزیک و زمینشناسی دانست، که از تکنیکها، تئوریهای ریاضیات و علوم کامپیوتر نیز بهره میگیرد. امروزه دانش ژئوفیزیک شامل فیزیکِ اوزون (اوزونوگرافی) و فیزیکِ اتمسفر (مترولوژی) نیز میشود و به پدیدههای طبیعی، همچنین رفتار زمین و اطرافش میپردازد.
شاخه ها و گرایش ها
- زلزلهشناسی؛ که به مطالعه زلزله و انتشار امواج الاستیک در زمین میپردازد.
- لرزهشناسی یا لرزهنگاری؛ که به مطالعه انتشار امواج در لایههای کمعمق زمین میپردازد و در اکتشافات معدنی، خصوصاً اکتشاف نفت، کاربرد فراوان دارد. نتایج بدست آمده توسط ژئوفیزیستها در زمینشناسی مهندسی، کانیشناسی و پتروفیزیک سنگها بکار میآید.
- ژئوفیزیک باستانشناسی؛ که بیشتر روشهای مغناطیسی، الکترومغناطیسی ورادار را شامل میشود.
ژئوفیزیک کاربردی
ژئوفیزیک کاربردی به دو شاخه ژئوفیزیک اکتشافی و ژئوفیزیک مهندسی تقسیم میشود. زیرشاخههای ژئوفیزیک اکتشافی عبارتاند از:
- ژئوفیزیک نفت: که بیشترلرزهشناسی را شامل میشود.
- ژئوفیزیک معدن: که روشهای گوناگونی چون الکتریکی، مغناطیس سنجی، الکترومغناطیس و گرانی را در بر میگیرد.
- ژئوفیزیک آب: که در آن نیز بیشتر از روشهای الکتریکی و الکترومغناطیسی استفاده میشود.
ژئوفیزیک آب شامل آب یابی (تعیین محل حفر چاه آب) توسط جدیدترین روشهای علمی و دستگاههای ژئوالکتریک روز دنیا میباشد.
زمینشیمی
در سادهترین شکل ژئوشیمی را میتوان به عنوان علمی تعریف کرد که با شیمی کل زمین و اجزای تشکیل دهنده آن سرو کار دارد. علم ژئوشیمی به تعبیری هم محدودتر و هم گستردهتر از زمینشناسی میباشد. این علم با توزیع و مهاجرت عناصر شیمیایی در درون زمین و در ابعاد زمان و مکان سرو کار دارد. علم رخداد و توزیع عناصر در جهان، بهطور کلی شیمی کیهانی نامیده میشود. جهت درک درست شیمی زمین حائز اهمیت است که تا حد امکان از شیمی و تاریخ خورشید و سایر اجسام سیارهای منظومه شمسی و همچنین شیمی ستارگان و فضای بین سیارهای و میان ستارهای مطلع باشیم. بهطور کلی وظایف اصلی ژئوشیمی را میتوان به صورت زیر خلاصه کرد:
تعیین فراوانی نسبی و مطلق عناصر و انواع اتمها (ایزوتوپها) در زمین. مطالعه توزیع و مهاجرت هر یک از عناصر در بخشهای مختلف زمین (اتمسفر، هیدروسفر، پوسته و غیره) و همچنین در کانیها و سنگها به منظور کشف اصول ادارهکننده این توزیع و مهاجرت.
ساختار منطقهای زمین
اتمسفر
اگر چه اتمسفر فقط جزء کوچکی از کل جرم زمین را تشکیل میدهد، اما تأثیر آن روی شیمی سطح زمین قابل ملاحظه است. اتمسفر به عنوان محیط انتقال همنههای بسیاری از واکنشهای ژئوشیمیایی سطح زمین عمل میکند، مانند انتقال اکسیژن، دیاکسید کربن و آب؛ که در فرایندهای هوازدگی شیمیایی اجزای اصلی را تشکیل میدهند.
ترکیبات اتمسفر: ترکیب ساده بوده و تقریباً تماما از سه عنصر نیتروژن، اکسیژن و آرگون تشکیل شدهاست؛ و گازهای دیگری هم که به مقدار بسیار کم اتمسفر وجود دارند شامل دیاکسید کربن، نئون، هلیوم، کریپتون، گزنون، هیدروژن و اکسید نیتروژن میباشند. این دسته اجزای اتمسفر در نمونهای مختلف هوا نسبتاً ثابت بوده و در جاهای مختلف یا زمانهای مختلف تفاوتی نمیکند؛ ولی بعضی از اجزای سازندهٔ اتمسفر مقدارشان متغیر است و شامل گازهای میباشند.
هیدروسفر
قشری ناپیوسته از آب شیرین، شور و جامد در سطح زمین است. هیدروسفر از اقیانوسها همراه با دریاها و خلیجهای پیوسته به آنها، دریاچهها، آب رودها و رودخانهها، آبهای زیرزمینی و برف و یخ تشکیل شدهاست.
بیوسفر
واژه بیوسفر برای اولین بار توسط لامارک به کار برده شد. این واژه کاربردی دوگانه دارد؛ یکی برای مشخص کردن آن بخش از زمین که توانایی حفظ حیات را دارا میباشد و دیگری برای نشان دادن مقدار کل ماده زنده موجود شامل گیاهان، جانوران و موجودات ذرهبینی.
ترکیبات بیوسفر: دانش ما از مقدار نسبی جانوران مختلف بیوسفر از حدس و گمان هوشیارانه فراتر نمیرود. آب جز اصلی تمام مواد آبی است. چوب حدود ۵۰٪ آب دارد و مهره داران حدود ۶۶٪، در حالیکه مقدار آب بیمهرگان دریایی بیش از ۹۰٪ است. عناصر موجود در بیونسفر عبارتند از: انرژی عناصر تغذیهای بزرگ و عناصر اغذیهای کوچک برای گیاهان و جانوران فقط برای گیاهان و Co و I فقط برای جانوران)
پوسته زمین
پوسته زمین، ضخامتی از زمین است که از سطح شروع میشود و تا ناپیوستگی موهو ادامه مییابد.
ترکیبات شیمیایی پوسته زمین: ترکیب میانگین پوسته در اصل همان ترکیب سنگهای آذرین است، زیرا مقدار کل سنگهای رسوبی و دگرگونی پوسته در مقام مقایسه با توده سنگهای آذرین موجود فاقد اهمیت است.
گوشته زمین
گوشته زمین از قاعده پوسته شروع میشود و تا عمق ۲۹۰۰ کیومتری که ناپیوستگی گوتنبرگ – ویچرت قرار دارد، ادامه مییابد.
ترکیب شیمیایی گوشته: ترکیب شیمیایی گوشته از کانیهای سیلیکاتی، احتمالاً بیشتر الیوین و پیروکسنها یا معادلهای فشار بالای آنها تبعیت میکند.
هسته زمین
هسته زمین از ناپیوستگی گوتنبرگ – ویچرت در عمق ۲۹۰۰ کیلومتر شروع میشود، تا مرکز زمین ادامه مییابد. از نظر شیمیایی هسته از آهن و نیکل تشکیل شدهاست.
هسته خارجی زمین: هسته خارجی از عمق ۲۹۰۰ کیلومتری شروع میشود و تا عمق تقریباً ۵۰۰۰ کیلومتر ادامه مییابد این قسمت از هسته به صورت مایع میباشد.
هسته داخلی زمین: هسته داخلی از عمق ۵۰۰۰ شروع و تا مرکز زمین ادامه مییابد، این قسمت از هسته به صورت جامد میباشد.
زمینشناسی
زمینشناسی یا ژئولوژی (به فرانسوی: géologie، ژئولوژی)(به انگلیسی: Geology، جیالوجی)، علم مطالعه زمین، مواد سازنده آن، ساختار مواد آن و فرایند هایی را که بر روی آن عمل میکنند است. بخش مهمی از زمین شناسی مطالعه چگونگی تغییر مواد ، ساختارها ، فرآیندها و ارگانیسم های زمین با گذشت زمان است.
بسیاری از فرآیندهای مانند لغزش زمین ، زمین لرزه ، سیل و فوران آتشفشانی می تواند برای انسان خطرناک باشد. زمین شناسان تلاش می کنند تا این فرآیندها را به خوبی درک کنند تا از ساختن سازه های مهم در جایی که ممکن است آسیب ببینند جلوگیری کنند. زمین شناسان می توانند نقشه مناطقی را که در گذشته طغیان کرده اند تهیه کنند، همچنین می توانند نقشه مناطقی را که ممکن است در آینده تحت تاثیر سیل قرار بگیرند را آماده کنند. این نقشه ها می توانند برای هدایت توسعه جوامع و تعیین محل حفاظت سیل یا بیمه سیل مورد استفاده قرار گیرند.
مردم هر روز از مواد زمین استفاده می کنند. آنها از نفتی استفاده می کنند که از چاهها ، فلزاتی که از معادن استخراج و از آبهایی که از نهرها یا از زیر زمین تهیه میشوند، استفاده میکنند. زمین شناسان مطالعاتی را انجام می دهند که سنگ های حاوی فلزات مهم را تعیین و معادنی را که آنها را تولید می کند شناسایی و روش های مورد استفاده برای خارج کردن فلزات از سنگ ها را برنامه ریزی می کنند. آنها کارهای مشابهی را برای یافتن و تولید نفت ، گاز طبیعی و آب های زیرزمینی انجام می دهند.