Vairāk

16.4: Minerālie resursi - ģeozinātnes


Kaut arī minerālie resursi galvenokārt nav atjaunojami, tos parasti iedala divās galvenajās kategorijās: metālisks (kas satur metālus) vai nemetālisks (satur citus noderīgus materiālus). Lielākā daļa kalnrūpniecības ir vērsta uz metāla minerāliem. Ievērojama daļa cilvēku sabiedrības attīstības ir attīstījusi zināšanas un tehnoloģijas, kas no Zemes ieguva metālu un ļāva mašīnām, ēkām un naudas sistēmām, kas šodien dominē mūsu pasaulē. Šo metālu atrašanās vieta un reģenerācija ir bijusi galvenā ģeoloģijas izpētes sastāvdaļa kopš tās pirmsākumiem. Katram periodiskās tabulas elementam ir īpašs pielietojums cilvēku civilizācijā. Metālisko minerālu ieguve ir daudzu šo elementu avots.

Veidi, kādos minerāli un ar tiem saistītie elementi koncentrējas rūdas nogulumu veidošanai, ir pārāk sarežģīti un daudz, lai pilnībā pārskatītu šajā tekstā. Tomēr ap viņiem tiek veidota visa karjera. Ir aprakstīti daži biežāk sastopamie šo nogulumu veidi, kā arī ar tiem saistītās elementu koncentrācijas un pasaules klases parādības.

Magmatiskie procesi

Magmatiskā ķermeņa kristalizācija un diferenciācija (skat. 4. nodaļu) var izraisīt noteiktu minerālu un elementu koncentrāciju. Slāņains ielaušanās (parasti tas ir ārkārtīgi mafisks) var būt nogulšņu saimnieks, kas satur varu, niķeli, platīna-palādija-rodiju un hromu. Stillvana komplekss Montānā ir ekonomiski daudzslāņainas, mafiskas ielaušanās piemērs [30]. Saistītie depozītu veidi var saturēt hromu vai titāna-vanādiju. Vislielākās magmātiskās nogulsnes pasaulē ir hromīta nogulsnes Bušvelda magmatiskajā kompleksā Dienvidāfrikā [31]. Bušvelda magmatiskā kompleksa klintīm areals ir lielāks nekā Jūtas štatā. Hromīts notiek slāņos, kas līdzinās nogulumu slāņiem, izņemot to, ka tas notika kristalizējošā magmas kamerā.

Ūdens un citi gaistošie produkti, kas nav iekļauti minerālu kristālos, kamēr magma kristalizējas, koncentrējas ap šo kristalizējošo magmu malām. Joni šajos karstajos šķidrumos ir ļoti kustīgi un var veidot ārkārtīgi lielus kristālus. Pēc kristalizācijas tiek sauktas šo lielo kristālu masas pegmatīti kas veidojas no magmas šķidrumu koncentrācijas kristalizācijas beigās, kad gandrīz viss magmas ķermenis ir izkristalizējies. Papildus minerāliem, kas dominē galvenajā magveida masā, piemēram, kvarcs, laukšpats un vizla, pegmatīta ķermeņi var saturēt arī ļoti lielus neparastu minerālu kristālus, kas satur retus elementus, piemēram, beriliju, litiju, tantalu, niobiju un alvu, kā kā arī vietējie elementi, piemēram, zelts [32]. Šādi pegmatīti ir šo metālu rūdas.

Neparasts burvju process ir a kimberlite caurule, kas ir vulkāniskais cauruļvads, kas ultramamatisko magmu transportē no apvalka dziļumiem uz virsmu. Dimanti, kas veidojas lielā temperatūrā un dziļumā, šādā veidā tiek nogādāti vietās, kur tos var iegūt. Process, kas ievietoja šos kimberlīta (ultramatiskos) iežus, uz Zemes vairs nav izplatīts, un lielākā daļa zināmo nogulumu ir Arhaju [33].

Hidrotermiskie procesi

Šķidrumi, kas rodas no kristalizējošiem magmatiskiem ķermeņiem vai tiek uzkarsēti ar ģeotermālo gradientu, izraisa plašu ģeoķīmisko reakciju klāstu, kas var veidot dažādas minerālu nogulsnes. Mūsdienās visaktīvākais hidrotermālais process rada vulkogēns masīvs sulfīds (VMS) nogulsnes, kas veidojas no melnās smēķētāju darbības netālu no okeāna vidus grēdām visā pasaulē, un, atrodoties uz virsmas, parasti satur varu, cinku, svinu, zeltu un sudrabu [34]. Lielākais no šiem nogulumiem notiek prekambrijas vecuma klintīs. Džeromona depozīts Arizonas centrā ir labs piemērs.

Cits nogulsnes veids, kas no apsildāmā ūdens iegūst no magmas, ir a porfīrs depozīts. To nevajadzētu jaukt ar magmatiskās struktūras porfirītu, lai gan nosaukums ir iegūts no porfirīta tekstūras, kas gandrīz vienmēr atrodas magfīna iežos porfīra nogulsnēs. Pastāv vairāku veidu porfīrijas nogulsnes: porfīra vara, porfīra molibdēna un porfīra alvas. Tiem raksturīga zemas kvalitātes izplatītu rūdas minerālu klātbūtne, kas ļoti lielā teritorijā ir cieši saistīta ar starpposma un felsa uzmācīgiem iežiem [35]. Porfīrijas atradnes parasti ir lielākās mīnas uz Zemes. Viena no lielākajām, bagātākajām un, iespējams, vislabāk pētītajām raktuvēm pasaulē ir Jūtas Binghamas kanjona atklātā šahta, kurā vairāk nekā 100 gadus ir ražoti vairāki elementi, ieskaitot varu, zeltu, molibdēnu un sudrabu. Saistītās pazemes karbonātu aizvietošanas nogulsnes ir radījušas svinu, cinku, zeltu, sudrabu un varu [36]. Iepriekš šajos raktuvēs atklātajā bedrē dominēja varš un zelts no halkopirīta un bornīta. Vara saturošā minerālā zelts sastopams nelielos daudzumos, taču lielais ražošanas apjoms padara Binghemas kanjonu par vienu no lielākajām zelta raktuvēm ASV. Nākotnes ražošanā var būt vairāk vara un molibdēna (molibdenīta) no dziļākām pazemes raktuvēm.

Lielākajai daļai porfīra vara nogulšņu ir jāpiešķir sava ekonomiskā vērtība koncentrācijai, ņemot vērā atmosfēras procesus, kas notiek miljoniem gadu pēc tam, kad tiek saukta mitināšanās supergēnu bagātināšana. Tie rodas, kad hidrotermālais notikums ir beidzies un rūdas ķermenis ir pacelts, sabojāts un pakļauts oksidācijai [37]. Kad nogulsnes augšējā daļa, kas bagāta ar pirītiem, ir pakļauta lietum, pirīts oksidējošajā zonā rada ārkārtīgi skābu stāvokli, kas izšķīdina varu no vara minerāliem, piemēram, halkopirīta, pārveidojot halkopirītu par dzelzs oksīdiem, piemēram, hematītu vai getītu. Varš tiek nests uz leju šķīdumā, līdz tas nonāk gruntsūdens slānī un reducējošā vidē, kurā varš izgulsnējas, pārveidojot primāros vara minerālus par sekundāriem augstāka vara satura minerāliem. Halkopirīts (35% Cu) tiek pārvērsts par bornītu (63% Cu) un galu galā halcocītu (80% Cu). Bez šīs bagātinātās zonas (vara saturam 2–5 reizes lielāks nekā galvenajam nogulsnējumam) vairums porfīra vara atradņu nebūtu ekonomiski izdevīgi.

Ja blakus magmatiskajam ķermenim atrodas kaļķakmens vai citi kaļķaini nogulumu ieži, tad cita veida rūdas atradne, ko sauc par skarn var veidoties depozīts. Šie metamorfie ieži veidojas, kad no magmas atvasināti, sāļie metāliskie šķidrumi reaģē ar karbonāta iežiem, radot kalcija-magnija-silikāta minerālus, piemēram, piroksēnu, amfibolu un granātu, kā arī augstas kvalitātes dzelzs, vara un cinka minerālu un zelta zonas. [38]. Ielaušanās, kas ir ģenētiski saistīta ar ielaušanos, kas izraisīja Binghamas kanjona atradni, ir radījusi arī vara un zelta skārnus, kurus ieguva agrie Eiropas kolonisti Jūtā [39; 40]. Dzelzs un / vai sulfīdu nogulšņu metamorfisms parasti palielina graudu lielumu, kas ievērojami atvieglo bandas atdalīšanu no vēlamajiem sulfīda vai oksīda minerāliem.

Nogulumos izvietotais izplatītais zelts nogulsnes sastāv no mazām mikroskopiskā zelta koncentrācijām kā ieslēgumiem un izplatītiem atomiem pirīta kristālos. Tie veidojas zema līmeņa hidrotermālās reakcijās (parasti diageneses jomā), kas notiek noteiktos iežu veidos, proti, dubļainos karbonātos un kaļķainos dubļos. Šī hidrotermālā izmaiņa parasti ir tālu no magmas avota, bet to var atrast pagarinātos akmeņos ar augstu ģeotermālo gradientu. Agrākais uz vietas iegūtais šāda veida depozīts bija Mercur atradne Jūtas Oquirrh kalnos, kur laikā no 1890. līdz 1917. gadam tika atgūta gandrīz miljons unces zelta. 1960. gados šāda veida zemas kvalitātes rūdām tika izstrādāts metalurģijas process, izmantojot cianīdu. . Šie depozīti tiek saukti arī Carlin tipa noguldījumi tāpēc, ka izplatītā atradne netālu no Karlinas, Nevadā ir tā, kur pirmo reizi tika izmantota jaunā tehnoloģija, un tāpēc, ka tur tika veikti pirmie galīgie zinātniskie pētījumi [41]. Zeltu ieviesa hidrotermālie šķidrumi, kas reaģēja ar kaļķainiem akmeņainiem iežiem, atdalot karbonātu, radot papildu caurlaidību un poru telpā starp graudiem pievienojot silīcija dioksīdu un zeltu saturošu pirītu. Betze-Post raktuves un Zelta karjera raktuves “Carlin Trend” ir divas no lielākajām no izplatītajām zelta atradnēm Nevadā. Līdzīgi, bet ne tik lieli noguldījumi ir atrasti Ķīnā, Irānā un Maķedonijā [42].

Nemagmatiski ģeoķīmiskie procesi

Arī ģeoķīmiskie procesi, kas notiek uz virsmas vai tās tuvumā bez magmas palīdzības, koncentrē metālus, bet mazākā mērā nekā hidrotermālie procesi. Viena no galvenajām reakcijām ir redokss (saīsinājums no reducēšanas / oksidēšanās) ķīmija, kas ir saistīts ar pieejamā skābekļa daudzumu sistēmā. Vietas, kurās ir daudz skābekļa, tāpat kā mūsdienās atmosfērā, tiek uzskatītas par oksidējošām, bet skābekļa nabadzīgas - par samazinošām. Urāna nogulsnēšanās ir redoks mobilizācijas piemērs. Urāns šķīst oksidējošā gruntsūdeņu vidē un, nonākot reducēšanās apstākļos, nogulsnējas kā uraninīts. Daudzi no Kolorādo plato esošajiem nogulumiem (piemēram, Moabs, Jūta) tika izveidoti ar šo metodi [43].

Redox reakcijas bija atbildīgas arī par lentveida dzelzs veidojumi (BIF),kas ir starpslāņoti dzelzs oksīda (hematīta un magnetīta), šerta un slānekļa slāņu slāņi. Šīs nogulsnes izveidojās Zemes sākumā, atmosfērai kļūstot skābeklim. Ar dzelzi bagātu ūdeņu cikliskā oksigenēšana izraisīja dzelzs gultņu nogulsnēšanos. Tā kā BIF vecums parasti ir pirmskambris, tie sastopami tikai dažos vecākajos ASV atklātajos akmeņos, Mičiganas pussalas augšējā daļā un Minesotas ziemeļaustrumos [44].

Nogulšņu baseinos dziļi sālsūdens savienojuma šķidrumi (ieslodzīti poru telpās) var būt ļoti metāliski. Izejot uz āru un uz augšu baseina blīvēšanas laikā, šie šķidrumi var veidot svina un cinka nogulsnes kaļķakmenī, aizvietojot vai aizpildot atklātas vietas (alas, bojājumus) un smilšakmens, aizpildot poru telpas. Tiek saukti slavenākie no tiem Misisipi ielejas tipa noguldījumi [44]. Tās ir arī pazīstamas kā karbonātu izvietotas rezerves nogulsnes, tās ir lielas galena un sfalerīta (svina un cinka rūdas) nogulsnes, kas veidojas no šķidrumiem temperatūras diapazonā no 100 līdz 200 ° C. Lai gan tie ir nosaukti par notikumiem Misisipi upes ielejā Amerikas Savienotajās Valstīs, tie ir sastopami visā pasaulē.

Nogulumos izvietots varš nogulsnes smilšakmeņos, slānekļos un marmelēs ir milzīga izmēra, un to saturētie resursi ir salīdzināmi ar porfīra vara nogulsnēm. Tos, visticamāk, diagenētiski veidoja gruntsūdens šķidrumi ļoti caurlaidīgos iežos [45]. Pazīstami piemēri ir Kupferschiefer Eiropā, kura platība ir> 500 000 Km2, un Zambijas vara josta Āfrikā.

Dziļa un intensīva augsnes un minerālu nogulumu atmosfēras iedarbība var izraisīt virszemes nogulumu veidošanos. Boksīts, alumīnija rūdas, tiek saglabātas karsta topogrāfijā un laterītos (mitrās tropiskās vidēs izveidojušās augsnes) [46]. Alumīnijs koncentrējas augsnē kā laukšpats un feromagnētiskie minerāli magmatiskajos un metamorfajos iežos notiek ķīmiskās atmosfēras iedarbības procesos. Ultraskaņo iežu atmosfēras ietekmē veidojas ar niķeli bagātas augsnes, bet magnētiskā un hematīta atmosfēras dēļ dzelzs joslā veidojas getīts, kas ir trausls minerāls, kuru viegli iegūst dzelzs satura dēļ.

Virsmas fiziskie procesi

Zemes virsmā masveida izšķērdēšanas vai šķidruma kustības fiziskais process koncentrē augsta blīvuma minerālus, hidrauliski šķirojot. Kad šie minerāli ir koncentrēti straumēs, upēs un pludmalēs, tos sauc izvietotājs nogulsnes mūsdienu smiltīs vai senos litificētos iežos [47]. Vietējos zelta, dzimtā platīna, cirkona, ilmenīta, rutila, magnetīta, dimantu un citus dārgakmeņus var atrast izvietotājos. Cilvēki ir atdarinājuši šo dabisko procesu, lai zeltu atgūtu manuāli, ar zelta pannēšanu un ar mehanizētiem līdzekļiem, piemēram, bagarēšanu.

Metālisko minerālu ieguves primāro ietekmi rada pati kalnrūpniecība, ieskaitot zemes virsmas traucējumus, ainavu pārklāšanu ar atkritumu izgāztuvēm un palielinātu masveida izšķērdēšanu, ko izraisa paātrināta erozija [48]. Turklāt daudzās metāla nogulsnēs ir pirīts, neekonomisks sulfīda minerāls, kas novietots atkritumu izgāztuvēs, un tas var radīt skābās iežu drenāža (ARD)laika apstākļu laikā. Ar skābekli bagātināta ūdens klātbūtnē sulfīdi, piemēram, pirīts, reaģē sarežģītās reakcijās, atbrīvojot metāla jonus un ūdeņraža jonus, pazeminot pH līdz ļoti skābam līmenim. Ieguves materiālu iegūšana un apstrāde parasti palielina materiāla virsmas un tilpuma attiecību, izraisot reakcijas pat ātrāk nekā dabiski. Ja tas netiek pienācīgi pārvaldīts, šīs reakcijas var izraisīt plūsmu un gruntsūdeņu plūsmu paskābināšanos, kas var pārvadāt izšķīdušus toksiskus metālus. Raktuvēs, kurās kaļķakmens ir karbonāta minerālu, piemēram, kalcīta vai dolomīta, atkritumu akmens, to skābes neitralizēšanas potenciāls palīdz samazināt ARD rašanās varbūtību. Lai gan tas ir arī dabisks process, ir ļoti svarīgi izolēt raktuvju izgāztuves un nogulsnes no skābekļa saturoša ūdens, lai novērstu sulfīdu izšķīšanu un sekojošu ar sulfātiem bagāta ūdens iekļūšanu ūdensceļos. Pēdējo gadu desmitu laikā rūpniecība ir guvusi lielus soļus piesārņojuma novēršanā, taču agrākie kalnrūpniecības projekti joprojām rada problēmas ar vietējām ekosistēmām.

Kaut arī nemetālie minerālu resursi (kurus sauc arī par rūpnieciskajiem minerāliem) senajai un mūsdienu sabiedrībai ir tikpat svarīgi kā metāla minerāli. Pamata no tiem ir celtniecības akmens. Kaļķakmens, travertīns, granīts, šīferis un marmors ir bieži sastopami celtniecības akmeņi, un tos gadsimtiem ilgi ir izrakuši. Pat šodien celtniecības akmeņi no šīfera jumta dakstiņiem līdz granīta virsmām ir ļoti populāri. Īpaši tīrs kaļķakmens tiek sasmalcināts, apstrādāts un pārveidots kā ģipsis, cements un betons. Daži nemetāliskie minerālie resursi nav raksturīgi minerāliem; var izmantot gandrīz jebkuru akmeni vai minerālu. To parasti sauc par pildvielu, un to izmanto betonā, ceļos un pamatos. Grants ir viens no biežāk sastopamajiem agregātiem.

Evaporīti

Evaporīts nogulsnes veidojas ierobežotos baseinos, piemēram, Lielajā sāls ezerā vai Nāves jūrā, kur ūdens iztvaikošana pārsniedz ūdens pieplūdi baseinā [49]. Ūdeņiem iztvaikojot, šķīstošās minerālvielas koncentrējas un kļūst pārsātinātas, un tajā brīdī tās izgulsnējas no ūdeņiem, kas tagad ir ļoti sāļi. Ja šie apstākļi ilgstoši turpinās, var uzkrāties biezi akmens sāls, akmens ģipša un citu minerālu nogulumi (skat. 5. nodaļu).

Evaporīta minerālvielas, piemēram, halītu, mūsu pārtikā izmanto kā parasto galda sāli. Sāls pirms dzesēšanas bija ārkārtīgi svarīgs ekonomiskais resurss kā pārtikas konservants. Kamēr to joprojām lieto pārtikā, tagad to galvenokārt iegūst kā ķīmisko vielu, ūdens mīkstinātāju vai ceļu atledotāju. Ģipsis ir izplatīts nemetālisks minerāls, ko izmanto kā celtniecības materiālu, kas ir galvenā drywall sastāvdaļa. To lieto arī kā mēslojumu. Citi evaporīti ietver Silvītu (kālija hlorīdu) un Bišofītu (magnija hlorīdu), kurus abus izmanto lauksaimniecībā, medicīnā, pārtikas pārstrādē un citos nolūkos. Kā mēslojums tiek izmantots potašs - ļoti šķīstošo kāliju saturošo evaporīta minerālu grupa. Hiperarīdu vietās tiek atrasti un iegūti vēl retāki un sarežģītāki evaporīti, piemēram, boraks, trona, ulexīts un hanksīts. Tos var atrast tādās vietās kā Sērlsa sausais ezers un Nāves ieleja Kalifornijā, kā arī Jūtas un Vaiomingas Zaļās upes formācijas senajos evaporīta nogulumos.

Fosfors

Fosfors ir būtisks elements, kas sastopams minerālūdens apatītā, kas ir sastopams nelielos daudzumos parastajos magmatiskajos iežos. Fosforīta klints, kas veidojas nogulumu vidē okeānā [50], satur daudz apatīta un tiek iegūts mēslojuma pagatavošanai. Bez fosfora dzīve, kā mēs zinām, nav iespējama. Fosfors ir galvenā kaula sastāvdaļa un galvenā DNS sastāvdaļa. Kaulu pelni un guano ir dabiski fosfora avoti.

Atsauces

30. Boudreau, A. E. Stillwater Complex, Montana - Pārskats un gaistošo vielu nozīme. Mineraloģiskais žurnāls 80, 585–637 (2016).

31. Vilemss, J. Bušvelda magmatiskā kompleksa ģeoloģija, lielākā magmatisko rūdu atradņu krātuve pasaulē. Ekonomiskās ģeoloģijas monogrāfija 4, 1–22 (1969).

32. London, D. & Kontak, D. J. Granitic Pegmatites: Scientific Wonders and Economic Bonanzas. Elementi 8, 257–261 (2012).

33. Arndt, N. T. 1. nodaļa Arheāna Komatiites. iekšā Precambrijas ģeoloģijas attīstība (red. K.K. Kondijs) 11, 11–44 (Elsevier, 1994).

34. Barijs, C. Vulkāniskās saistītās masīvās sulfīdu nogulsnes: procesi un piemēri mūsdienu un senatnē. (1999). Pieejams: (Skatīts: 2016. gada 2. jūlijā)

35. Ričardss, J. P. Tektono-magmatiskie prekursori porfīrijas ku (Mo-Au) depozītu veidošanai. Ekon. Geol. 98, 1515–1533 (2003).

36. Hawley, C. C. Kennecott Story: Trīs mīnas, četri vīrieši un simts gadi, 1887-1997. (Jūtas universitātes izdevniecība, 2014).

37. Ague, J. & Brimhall, G. H. līdzsvara stāvokļa šķidruma plūsmas un ķīmiskās reakcijas ģeoķīmiskā modelēšana porfīra vara nogulšņu bagātināšanas ar supergēnu laikā. Geol. 84, 506–528 (1989).

38. Einaudi, M. & Burt, D. M. Ievads; skārnu nogulumu terminoloģija, klasifikācija un sastāvs. Geol. 77, 745–754 (1982).

39. Bromfīlds, C. S., Erickson, A. J., Haddadin, M. A. & Mehnert, H. Kālija-argona ielaušanās, ekstrūzijas un ar to saistīto rūdas atradņu vecumi, Pārksitijas raktuvju rajons, Jūta. Geol. 72, 837–848 (1977).

40. Džeimss, L. Ģeoloģija, rūdas atradnes un Big Cottonwood ieguves apgabala vēsture, Soltleiks apgabals, Jūta. (Jūtas ģeoloģijas un minerālu pētījums, Jūtas Dabas resursu departaments, 1979).

41. Hofstra, A. & Cline, J. S. Carlin tipa zelta noguldījumu raksturojums un modeļi. Atsauksmes ekonomikas ģeoloģijā 13, 163–220 (2000).

42. Rui-Zhong, H., Wen-Chao, S., Xian-Wu, B., Guang-Zhi, T. & Hofstra, A. Carlin tipa zelta noguldījumu ģeoloģija un ģeoķīmija Ķīnā. Kalnračnieks. Deposita 37, 378–392 (2002).

43. Lehmans, I. P ’, Publ. Bur. Centr. Seism. Internat. A sērija 14, 87–115 (1936).

44. Kleins, C. Daži pirmskambru joslu dzelzs veidojumi (BIF) no visas pasaules: to vecums, ģeoloģiskais stāvoklis, mineraloģija, metamorfisms, ģeoķīmija un izcelsme. Am. Minerāls. 90, 1473–1499 (2005).

45. Hicmans, M., Kirkhems, R., Broughton, D., Thorson, J. & Selley, D. Nogulumos izvietotā stratiformā vara rūdu sistēma. Geol. 100., (2005).

46. ​​Bárdossy, G. & Aleva, G. Laterīta boksīti. 27, (Elsevier Science Ltd, 1990).

47. Cabri, L. J., Harris, D. & Weiser, T. W. Mineraloģija un platīna grupas minerālu (PGM) izvietotāju izvietojums pasaulē. Izpētīt. Min. Geol. 2, 73–167 (1996).

48. Nuss, P. & Eckelman, M. Metālu dzīves cikla novērtējums: zinātniska sintēze. PLoS One 9, e101298 (2014).

49. Gordon, W. Phanerozoic evaporite noguldījumu izplatība pēc platuma. J. Geol. 83, 671–684 (1975).

50. Delaney, M. L. fosfora uzkrāšanās jūras nogulsnēs un okeāna fosfora cikls. Globālais Biogeochem. Cikli 12, 563–572 (1998).


Interaktīva Ņūmeksikas un # 039s ģeoloģijas un dabas resursu karte

Ņūmeksikas Ģeoloģijas un minerālu resursu biroja interaktīvā Ņūmeksikas karte sniedz lielu daudzumu informācijas par štata ģeoloģiju un dabas resursiem, tostarp:

  • Virsmas un pamatiežu ģeoloģija vairākos mērogos
  • Minerālie resursi, jo īpaši azbests un urāns
  • Naftas un gāzes resursi
  • Ogļu raktuvju atrašanās vietas
  • Ūdens kvalitāte un gruntsūdens līmenis
  • Karstie avoti un akas

Karte ļauj lietotājiem izvēlēties vairākus slāņus, kurus var pārklāt viens ar otru, ieskaitot tādus, kas nav ģeozinātniski slāņi, piemēram, apgabalus un kongresu rajonus. To darot, lietotāji var redzēt, kā dažādas funkcijas ir saistītas un saistītas ar viņu kopienu. Ir pieejamas saites uz papildu informāciju, un datus var lejupielādēt tālākai izmantošanai un analīzei.


Zhao, P. D., 1982. Par ģeoloģisko ķermeņu matemātiskajām īpašībām. zemes zinātne, 7 (1): 145–155 (ķīniešu valodā ar angļu kopsavilkumu)

Zhao, P. D., 1992. Teorijas, principi un metodes minerālu noguldījumu statistiskai prognozēšanai. Matemātiskā ģeoloģija, 24 (6): 589–595. https://doi.org/10.1007/bf00894226

Zhao, P. D., 2007. Kvantitatīvā minerālu prognozēšana un dziļa minerālu izpēte. Zemes zinātnes robežas, 14 (5): 1–10 (ķīniešu valodā ar angļu kopsavilkumu)

Zhao, P. D., Chen, J. P., Chen, J. G., 2001. Par mineralizācijas daudzveidību un rūdas noguldījumu spektru. zemes zinātne, 26 (2): 11–117 (ķīniešu valodā ar angļu kopsavilkumu)

Zhao, P. D., Chen, Y. Q., 2021. Digitālās ģeozinātnes un kvantitatīvā minerālu izpēte. Zemes zinātnes žurnāls, 32 (2): 269–275. https://doi.org/10.1007/s12583-021-1440-0

Zhao, P. D., Chen, Y. Q., Zhang, S. T. et al., 2019. Rūdu veidojošās ģeodinamikas fons, lielu un lielu noguldījumu process un kvantitatīvais novērtējums. Ģeoloģijas izdevniecība, Pekina (ķīniešu valodā)

Zhao, P. D., Chi, S. D., 1991. Iepriekšējs uzskats par ģeoloģisko anomāliju. zemes zinātne, 16 (3): 241–248 (ķīniešu valodā ar angļu kopsavilkumu)

Zhao, P. D., Wang, W. L., Li, Z. J., 1983. Minerālvielu noguldījumu statistiskās prognozēšanas teorija un prakse. zemes zinātne, 22 (4): 106–121 (ķīniešu valodā ar angļu kopsavilkumu)


16.4 Ledāju nogulsnēšanās

Pleistocēna apledojuma laikā transportētie un nogulsnētie nogulumi ir bagātīgi visā Kanādā un lielākajā daļā ASV ziemeļu. Tie ir nozīmīgi celtniecības materiālu avoti un ir vērtīgi kā gruntsūdeņu rezervuāri. Tā kā tie gandrīz visi nav konsolidēti, tiem ir būtiska ietekme uz masveida izšķērdēšanu.

16.4.1. Attēls Beringa ledāja daļa Aļaskas dienvidaustrumos, lielākais ledājs Ziemeļamerikā. Šī skata centrā šķērso apmēram 14 km.

16.4.1. Attēlā ir parādīti daži nogulumu transportēšanas un nogulsnēšanās veidi. Beringa ledājs ir lielākais Ziemeļamerikā, un, kaut arī lielākā daļa atrodas Aļaskā, tas iztek no ledus lauka, kas stiepjas Jukonas dienvidrietumos. Ledus virsma ir daļēji vai dažos gadījumos pilnībā pārklāta ar akmeņainiem gružiem, kas nokrituši no apkārtējām stāvajām klinšu virsmām. No ledāja vairākās vietās izplūst dubļainas upes, kas nogulsnē nogulsnes uz sauszemes, Vitus ezerā un tieši okeānā. Ir netīri aisbergi, kas izgāž savus nogulumus ezerā. Šajā skatā nav redzami nogulumi, kas pārvietojas zem ledus.

16.4.2. Attēls. Dažādu nogulumu veidu, kas saistīti ar apledojumu, attēlojums. Ledājs ir parādīts šķērsgriezumā.

Nogulumu veidošanās un kustība ledāja vidē ir shematiski parādīta 16.4.2. Attēlā. Ir daudz ledāju nogulumu veidu, kurus parasti klasificē pēc tā, vai tos transportē uz ledāja ledus, iekšpusē vai zem tā. Galvenie nogulumu veidi ledāja vidē ir aprakstīti turpmāk.

Supraglacial (virs ledus) un angliski (ledus iekšienē) nogulumi, kas slīd nost no nekustīga ledāja kušanas priekšpuses, var veidot nešķirotu nogulumu grēdu, ko sauc par gala morēna . Gala morēna, kas pārstāv ledāja tālāko virzību, ir a beigu morēna . Kad ledus izkūst, var tikt nogulsnēti arī supraglacial un englacial nogulumi. Ledus ledus transportētās un nogulsnētās nogulsnes ir pazīstamas kā līdz .

Zemledus nogulsnes (piemēram, naktsmītne līdz ) ir materiāls, kuru ledus ir noārdījis no pamatakmens un ko ledus pārvieto. Tam ir plašs graudu izmēru diapazons (citiem vārdiem sakot, tas ir slikti šķirots), ieskaitot samērā lielu dūņu un māla proporciju. Lielākas kopas (izmēra oļi līdz laukakmeņiem) mēdz daļēji noapaļot noberšanās dēļ. Naktsmītne veidojas kā labi saspiestu nogulumu loksne zem ledāja, un tā biezums ir no vairākiem centimetriem līdz daudziem metriem. Naktsmītne till parasti nav iegulta. Piemērs parādīts 16.4.3a. Attēlā.

16.4.3. Attēls. Ledāju augsnes paraugi: a: nogāze līdz Athabasca ledāja priekšpusē, Alberta b: ablācija līdz Horstmana ledājam, Blackcomb Mountain, BC.

Supraglaciālie nogulumi galvenokārt rodas no sasalšanas-atkusšanas sabrukuša materiāla, kas nokritis uz ledus no akmeņainām nogāzēm virs. Šie nogulumi veidojas sānu morēnas (16.0.1. Attēls) un, ja satiekas divi ledāji, mediālās morēnas . (Mediķu morēnas ir redzamas uz Aletsch ledāja 16.3.4. Attēlā.) Lielākā daļa šī materiāla ledus kūstot tiek nogulsnēta uz zemes, un tāpēc to sauc ablācija līdz , smalku un rupju leņķisko iežu fragmentu maisījums, kurā ir daudz mazāk smilšu, dūņu un māla nekā nogulumi līdz. Piemērs parādīts 16.4.3b. Attēlā. Kad supraglaciālie nogulumi iekļaujas ledāja ķermenī, tos sauc par anglaciāliem nogulumiem (16.4.2. Attēls).

Milzīgs ūdens daudzums plūst uz ledāja virsmas, iekšpusē un pamatnē pat aukstās vietās un pat tad, kad ledājs virzās uz priekšu. Atkarībā no ātruma šis ūdens spēj pārvietot dažāda lieluma nogulsnes, un lielākā daļa šī materiāla tiek izskalota no ledāja apakšējā gala un nogulsnējas kā izskalojami nogulumi. Šie nogulumi uzkrājas visdažādākajās vidēs proglacial reģions (apgabals ledāja priekšā), lielākoties plūdu vidē, bet daži ezeros un okeānā. Glaciofluvial nogulumi ir līdzīgi nogulumiem, kas nogulsnējušies normālā plūdu vidē, un tajos dominē dūņas, smiltis un grants. Graudi mēdz būt vidēji labi noapaļoti, un nogulumiem ir līdzīgas nogulumu struktūras (piemēram, pakaiši, šķērsgultas, šķiedru iesūkšanās) tām, kuras veido ne ledāju straumes (16.4.4a. Un 16.4.4b. Attēls).

16.4.4. Attēls. Glaciofluvial sedimentu piemēri: a: Quadra smilšu formācijas glaciofluvial smiltis Comox, B.C. b: glaciofluvial grants un smiltis, Nanaimo, BC

Lielu nogulumu proglaciālo līdzenumu sauc par a sandur (vēl pazīstams kā izskalot vienkāršo ), un šajā apgabalā glaciofluviālās nogulsnes var būt desmitiem metru biezas (16.4.5. attēls). Situācijās, kad ledājs atkāpjas, ledus bloks var atdalīties no galvenā ledus slāņa un pēc tam aprakt glaciofluvial nogulumos. Kad ledus bluķis galu galā izkūst, veidojas ieplaka, kas pazīstama kā a tējkanna , un, ja tas piepildās ar ūdeni, to sauc par tējkanna ezers (16.4.6. Attēls).

16.4.5. Attēls. Sandūras daļa Vatnajokull ledāja priekšā Islandē. Sandur stiepjas daudzus desmitus km. Šeit ir daļēji sagrauta straume (nav redzama). 16.4.6. Attēls Tējkanna ezerā starp vīna dārziem un augļu dārziem Osoyoos apgabalā BC. 16.4.7. Attēla daļa, kas izveidojusies zem Laurentide ledus loksnes Kanādas ziemeļos.

Zemledus straume izveidos savu kanālu ledus iekšpusē, un šajā kanālā veidosies nogulumi, kurus straume transportē un nogulsnē. Kad ledus atkāpsies, nogulsnes paliks, veidojot garu grumbuļainu grēdu, kas pazīstams kā esker . Eskers visbiežāk sastopams kontinentālā apledojuma apgabalos. Tās var būt vairākus metrus augstas, desmitiem metru platas un desmitiem kilometru garas (16.4.7. Attēls).

Izplūdes plūsmas parasti ieplūst proglaciālajos ezeros, kur glaciolacustrine nogulsnes tiek deponēti. Tajās dominē dūņu un māla lieluma daļiņas, un tās parasti laminē milimetru skalā. Dažos gadījumos, varves attīstīt varves ir virkne gultu ar atšķirīgiem vasaras un ziemas slāņiem: salīdzinoši rupja vasarā, kad izkusuma izlāde ir augsta, un smalkāka ziemā, kad izdalījumi ir ļoti zemi. Progaciālos ezeros ir izplatīti aisbergi, un lielākajā daļā no tiem ir dažāda lieluma angļu valodas nogulumi. Kad bergi kūst, atbrīvotās ķēdes nogrimst apakšā un tiek iestrādātas glaciolacustrine slāņos kā nomest akmeņus (16.4.8a. Attēls).

Proclaciārajos ezeros notiekošie procesi var notikt arī tur, kur ledājs beidzas pie okeāna. Tiek saukti tur nogulsnētie nogulumi glaciomarīna nogulsnes (16.4.8b. Attēls).

16.4.8. Attēls Klusā ūdenī izveidojušos ledāju nogulumu piemēri: a: glaciolacustrine nogulsnes ar pilienu akmeni, Nanaimo, B.C. un b: laminēti glaciomarīna nogulumi, Englishman River, B.C. Lai gan šajā fotoattēlā tas nav redzams, glaciomarīna nogulsnēs ir jūras gliemežvāku fosilijas.

16.4. Uzdevums. Atklājiet ledāju nogulsnēšanās vidi

Šajā fotoattēlā redzams Beringa ledājs Aļaskā (tāds pats kā 16.4.1. Attēls).

Šajā apgabalā tiek nogulsnēti daudz dažādu veidu ledāju nogulumi. Nosakiet, kur jūs varētu atrast šādus noguldījumu veidus:

  1. Glaciofluvial smiltis
  2. Naktsmītne līdz
  3. Glaciolacustrine māls ar pilināmiem akmeņiem
  4. Ablācija līdz
  5. Glaciomarīna dūņas un māli

Plašsaziņas līdzekļu atribūti

  • 16.4.1. Attēls: & # 8220Beringa ledājs & # 8221, NASA Zemes observatorija. Publisks īpašums.
  • 16.4.2., 16.4.3., 16.4.4., 16.4.5., 16.4.6., 16.4.8. Attēls: © Stīvens Ērls. CC BY.
  • 16.4.7. Attēls: & # 8220Eskers morēnā līdzenumā & # 8221 © Kanādas augsnes informācijas dienests (CANSIS). Apstiprināts nekomerciālai reproducēšanai.
  • 16.4.9. Attēls: & # 8220Beringa ledājs & # 8221, NASA Zemes observatorija. Publisks īpašums.

ledājā, īpaši atsaucoties uz nogulsnēm, kas atrodas ledāja ledū

un beigu morēna, kas iezīmē ledāja tālāko priekšu

nogulumu nogulsnes, kas uzkrājas ledāja priekšpusē

nešķiroti nogulsnes, ko transportē un nogulda ledāja ledus

nogulsnes, kas uzkrājas ledāja pamatnē un parasti ir ar lielu graudu izmēru diapazonu (ieskaitot mālu) un ir labi saspiesti

akmeņaina materiāla nogulsnes, kas veidojas gar ielejas vai Alpu ledāja robežu, galvenokārt no materiāla sasalšanas-atkusšanas izdalīšanās no stāvajām nogāzēm virs

sānu morēna, kas nobīdīta ielejas ledāja centra virzienā vietā, kur satiekas divi ledāji

līdz tas veidojas, kad nogulsnējas anglaciālie un supraglaciālie nogulumi, jo kūst ledus, kas tos atbalstīja

kas attiecas uz teritoriju ledāja priekšā

atsaucoties uz nogulsnēm, kas nogulsnējušās no strauta, kas iegūts no ledāja

plašs smilšu un grants reģions, ko nogulsnējušas straumes iztek no ledāja (tas pats, kas izskalot līdzenumu)

plašs smilšu un grants reģions, ko noguldījušas straumes, kas iztek no ledāja (tas pats, kas sandur)

ieplaka, kas izveidojusies liela ledāja priekšpusē, kad nogulsnētā ledus bluķis, kuru ieskauj nogulsnes, galu galā izkūst

ezers, kas veidojas tējkannā

nogulumu grēda, ko noglabā zemledus straume

kas attiecas uz nogulsnēm, kas nogulsnējušās ezerā ledāja vidē

nogulsnēs atpazīstams slānis, kas apzīmē vienu nogulsnēšanās gadu

klinšu fragments citādi smalkgraudainos nogulumos, kas no peldoša ledus ir nomests uz ūdenstilpes

kas attiecas uz nogulsnēm, kas nogulsnējušās okeānā ledāja vidē


Seko mums

Mūsu jaunākā minerālu resursu publikācija:

CGS geoscientists conduct mineral resource studies to identify and describe the rocks and minerals associated with these resources. We study mineral deposits to support land use planning and development of these resources. Some of our projects are currently focused on critical mineral deposits, aggregate, and other industrial mineral resources. Our older publications that are still used today are being converted to digital formats. GIS data downloads and interactive maps associated with some of our more recent and older studies are included in the GIS Data tab. Results of these studies are available for download on our publications page. The Publications tab on this page includes some of our minerals publications dating back to the beginning of the 20th century.

Mineral resource information is also provided to the general public, teachers, state agencies, federal agencies, and private companies through public requests. The CGS answers email and phone requests for information about a minerals from a large variety of public and private entities. We also have recently provided mineral resource information to several state and federal entities including the Colorado Division of Homeland Security and Emergency Management, Colorado Office of the State Auditor, Colorado State Land Board, US Bureau of Land Management, and the US Geological Survey. The state’s mineral and energy commodity production, prices, value, exploration, mineral resource issues, and severance tax trends are presented annually in our Mineral and Energy Industry Activities (MEIA) report (IS-82 Colorado Mineral and Energy Industry Activities 2018-2019). This report also provides historic commodity production and price trends.

ON-007-01 — Aggregate Resources of Colorado — Includes information from CGS sand, gravel, and quarry aggregate publications for most of the Front Range counties, Garfield County, as well as a statewide map of older quarry locations. Also includes locations and ratings of these potential resources to assist with land use planning and resource development.

ON-007-02 — Colorado Historic Coal Mines — A compilation of all known coal mining operations in Colorado between 1864-2002: (IS-64 Historic Coal Mines of Colorado). Of the 1,700+ coal mines reported, about 90% have location data that are included on the IS-64 map. Locations include point location data and the estimated extent of the undermined areas from historic maps if available.

ON-007-03M — Mineral Resource Potential Derivative Map — Mineral resource derivative maps using 7.5-minute quadrangles published under the current CGS STATEMAP geologic mapping program. These maps show the general location and mineral potential rating of select aggregate and industrial mineral deposits by geological unit as mapped during the STATEMAP program. The maps are created from these geological maps and historic mining/quarry information to provide a general rating as to their potential for containing select mineral resources. Potential mineral resources include sand and gravel, decomposed granite, crushed stone, clay/claystone/shale, fluorspar, gypsum, limestone and dolomite, dimension stone, and others. Derivative maps are generalizations of detailed geological information that are used to assist non-geologists with evaluating complex geological information. For more about geologic mapping and what the information is used for, see our RockTalk on the subject.

ON-007-05 — StoryMap: Colorado Aggregate Resources – Geology and Industry Overview — Integrates maps, text, and photos about the location and geology of sand, gravel, and quarry aggregates in the state. Includes a description of aggregates, what they are used for, where they are found, how and why the location of these deposits are important to land-use planning, and the general geology of sand, gravel, and rock quarry aggregates.

ON-007-07 — Reconnaissance of Potential Sand Sources in Colorado for Hydraulic Fracturing — Includes data on the two plates included in: RS-47 Reconnaissance of Potential Sand Sources in Colorado for Hydraulic Fracturing. Data from over 800 sample locations across the state include photos of each sample location, photomicrographs of samples, geologic descriptions, estimates of rounding and sphericity, estimates of quartz content and friability, mineralogy, sieve results, and resource ratings.

ON-007-08D — Historic Metal Mining Districts of Colorado (Data) – v20201112 — This data download includes a compilation of individual mining district reviews, organized by county, as well as GIS shapefiles of all districts.

ON-007-08M — Historic Metal Mining Districts of Colorado (Map) – v20201112 — This GIS map includes the most current information for this project.

ON-B-40D — Radioactive Mineral Occurrences of Colorado and Bibliography — This data download includes locations and descriptions of over 2,000 radioactive mineral occurrences in Colorado. Originally published as CGS (B-40 Radioactive Mineral Occurrences of Colorado and Bibliography), locations on the original plates were combined with the information provided in the text document to create a comprehensive spreadsheet, electronic bibliography, county summary document, and GIS data download. Information includes the original mine name, location notes, mine development information, production, background radiation measurements, host rock types, alteration, mineralogy, structure, and references.

ON-B-40M — Radioactive Mineral Occurrences of Colorado and Bibliography — Includes descriptions and the locations of over 2,000 radioactive mineral occurrences in Colorado. Originally published as CGS Bulletin 40 (B-40 Radioactive Mineral Occurrences of Colorado and Bibliography), locations on the original plates were combined with the information provided in the text document to create this informative map. Location information includes the original mine name, location notes, mine development information, production, background radiation measurements, host rock types, alteration, mineralogy, structure, and references. See ON-B-40D for data associated with this map including county summary text, a spreadsheet, and the GIS data files.

ON-OF-78-08M — Select Geological Logs Associated with Coal Resources, Denver and Cheyenne Basins, Colorado — Scanned images of geophysical and lithology logs with rock descriptions for more than 500 locations drilled in the 1960s during coal exploration of these two basins. Useful for geologic mapping, mineral and groundwater resource evaluations, and for land-use reviews.

Annual Colorado Mineral and Energy Industry Activity report — This annual report covers all aspects of mining and extraction in Colorado. This report includes current and historical data for oil, natural gas, molybdenum, gold, uranium, and other commodities produced in the state. Data includes production, prices, tax revenue and distribution, and other mining related subjects relative to Colorado. The following are links to these reports by year: 2018-19 — 2017-18 — 2016-17 — 2015-16 — 2014-15 — 2007

County-wide geology and mineral resource publications — Comprehensive county reports describing the geology, mineral resources, and historic mining for the following counties were completed by the CGS: Gunnison, Lake, Mesa, Moffat, Park, and Saguache. These publications also include compilation geologic maps of each county.

Detailed county-based mineral resource surveys of properties owned by state and managed by the Colorado State Land Board (SLB) — In 1998 the SLB requested that the CGS begin an inventory of the mineral and mineral resource potential on the 4,000,000+ acres of state trust lands. This project proceeded on a county-by-county basis beginning with Phillips County in 1999 and culminating with Baca County in 2003.

Metal deposit publications — Several publications listed in the bibliography below include information about the geology and economics of metal deposits of Colorado. For a summary of metal occurrences, descriptions, and notes about their economic potential see the map and document provided in CGS publication MS-28. Also, MI-01, MI-03, and MI-07 all provide historic summaries of mining in Colorado. The CGS has two comprehensive reports about the location and history of gold and gold placer deposits in Colorado: Gold Occurrences of Colorado and Gold Panning and Placering in Colorado: How and Where.

The following is a bibliography of CGS publications related to energy and mineral resources (as of 2018):

Additional resources associated with mining and mineral resources in Colorado are provided below.

Prospecting — Determining the land status is one of the most important parts of prospecting. Counties can provide more specific information on land ownership. Prospecting in Colorado should not be done on private lands without consent of the property owner. Prospecting on federal land is regulated by the U.S. Bureau of Land Management and U.S. Forest Service. The BLM and the Colorado Division of Reclamation, Mining and Safety (DRMS) can answer questions about staking claims, mine permitting, and other information about land status. The Colorado State Land Board manages the state-owned surface and mineral properties.

Colorado Department of Local Affairs — Provides data on federal mineral lease revenue distributed to Colorado counties.

Historic annual mining reports — Reports about mining in the state from the late-19th century to 1965 are maintained by the Colorado State Publications Library.

U.S. Bureau of Land Management — Information about mining on federal lands. The U.S. Bureau of Land Management (BLM) also provides specific information about prospecting and how to establish a mining claim. The BLM Royal Gorge Field Office recently (2018) published a mineral potential report for the eastern half of Colorado.

U.S. Energy Information Administration — Energy (coal, natural gas, nuclear, oil) statistics for Colorado and the U.S.

U.S. Geological Survey (USGS) — Mineral resources program. Specific information about individual commodities are updated in the USGS annual commodity reports. The USGS also provides an online map of their historic Mineral Resources Data System (MRDS). A more recent program, named USMIN, was established by the USGS to provide an updated mineral deposit database for the U.S. The USMIN project also provides a digital download of prospect and mine-related symbols that were digitized from topographic maps.

Mindat.org — the world’s largest open database of minerals, rocks, meteorites, and the mineral localities.

Russell L. & Lyn Wood Mining History Archive (at the Arthur Lakes Library, Colorado School of Mines) — established in 1995 through the generous donations of former Mines Board of Trustees member Russell L. Wood and his wife Lyn, the archive supports research on the history of mining, with emphasis on Colorado and the US West.

Several organizations have more information on minerals mined in Colorado. The Colorado School of Mines Museum of Earth Science in Golden and Denver Museum of Nature and Science both have several specimens collected from Colorado mines on display. The Friends of Mineralogy Colorado Chapter has several publications associated with their field trips and meetings that include metals and mining districts throughout Colorado. Also, the National Mining Hall of Fame and Museum in Leadville and the Western Museum of Mining and Industry in Colorado Springs has more on mining and minerals.


Mineral Resources

Global demand is rising for mineral resources of all kinds, including metals, industrial minerals, and solid fuels like coal. Mineral resources are unequally distributed around the globe, reflecting the vast differences in geology of different parts of the Earth. Geoscientists play an essential role in locating mineral resources and designing processes for their safe extraction.

Frequently Asked Questions

Do you have a question that's not listed here? Search all FAQs

Explore Related Topics

Coal is a carbon-rich rock formed from plants that grew millions of years ago. Coal is a major source of electricity in the United States and the largest source of energy for electricity generation worldwide.

Critical minerals are those that are essential to the economy and whose supply may be disrupted. Critical minerals also tend to be those on which a country is heavily import-reliant, so the minerals that are deemed critical will vary from country to country. Demand for many of these minerals has skyrocketed in recent years with the spread of high-tech devices that use a wide variety of materials.

Industrial minerals are non-metals including crushed rock, sand, and gravel. They are essential for construction of buildings and highways, and are used in many household products and industrial processes.

Metals are found in many different places around the world. Many natural Earth processes affect their distribution and abundance. Metals are essential to our economy and lifestyle, and the global demand for metals continues to rise.

Mining is essential to meet rising global demand for minerals. Geoscientists locate mineral resources and figure out how to extract them economically while minimizing health and environmental impacts. The method of mining, as well as potential environmental impacts, depends on the type of resource being mined.


16.4: Mineral Resources - Geosciences

An official website of the United States government

Official websites use .gov
A .gov website belongs to an official government organization in the United States.

Secure .gov websites use HTTPS
A lock ( Lock A locked padlock

) or https:// means you’ve safely connected to the .gov website. Share sensitive information only on official, secure websites.

Zirconium and hafnium

Links

  • Document: Ziņot (16.4 MB)
  • Larger Work: This publication is Chapter V of Critical mineral resources of the United States—Economic and environmental geology and prospects for future supply
  • Download citation as: RIS | Dublin Core

Abstrakts

First posted December 19, 2017

Mineral Resources Program Coordinator
U.S. Geological Survey
913 National Center
Reston, VA 20192

Zirconium and hafnium are corrosion-resistant metals that are widely used in the chemical and nuclear industries. Most zirconium is consumed in the form of the main ore mineral zircon (ZrSiO4, or as zirconium oxide or other zirconium chemicals. Zirconium and hafnium are both refractory lithophile elements that have nearly identical charge, ionic radii, and ionic potentials. As a result, their geochemical behavior is generally similar. Both elements are classified as incompatible because they have physical and crystallochemical properties that exclude them from the crystal lattices of most rock-forming minerals. Zircon and another, less common, ore mineral, baddeleyite (ZrO2), form primarily as accessory minerals in igneous rocks. The presence and abundance of these ore minerals in igneous rocks are largely controlled by the element concentrations in the magma source and by the processes of melt generation and evolution. The world’s largest primary deposits of zirconium and hafnium are associated with alkaline igneous rocks, and, in one locality on the Kola Peninsula of Murmanskaya Oblast, Russia, baddeleyite is recovered as a byproduct of apatite and magnetite mining. Otherwise, there are few primary igneous deposits of zirconium- and hafnium-bearing minerals with economic value at present. The main ore deposits worldwide are heavy-mineral sands produced by the weathering and erosion of preexisting rocks and the concentration of zircon and other economically important heavy minerals, such as ilmenite and rutile (for titanium), chromite (for chromium), and monazite (for rare-earth elements) in sedimentary systems, particularly in coastal environments. In coastal deposits, heavy-mineral enrichment occurs where sediment is repeatedly reworked by wind, waves, currents, and tidal processes. The resulting heavy-mineral-sand deposits, called placers or paleoplacers, preferentially form at relatively low latitudes on passive continental margins and supply 100 percent of the world’s zircon. Zircon makes up a relatively small percentage of the economic heavy minerals in most deposits and is produced primarily as a byproduct of heavy-mineral-sand mining for titanium minerals.

From 2003 to 2012, world zirconium mineral concentrates production increased by more than 40 percent, and Australia and South Africa were the leading producers. Global consumption of zirconium mineral concentrates generally increased during the same time period, largely as a result of increased demand in developing economies in Asia and the Middle East. Global demand weakened in 2012, causing a decrease in world production of zirconium mineral concentrates and delaying the development of several new mining projects. Global consumption is expected to increase in the future, however, as demand from the ceramics, chemicals, and metals industries increases (driven by renewed growth in developing economies) and demand for zirconium and hafnium metal increases (driven by the construction and operation of new nuclear powerplants).

The behaviors of zirconium and hafnium in the environment are very similar to one another in that most zirconium- and hafnium-bearing minerals have limited solubility and reactivity. Anthropogenic sources of zirconium, and likely hafnium, are from industrial zirconium-containing byproducts and emissions from the processing of sponge zirconium, and exposure to the general population from these sources is small. Zirconium and hafnium are likely not essential to human health and generally are considered to be of low toxicity to humans. The main exposure risks are associated with industrial inhalation and dermal exposure. Because of the low solubility of zirconium and hafnium, ecological health concerns in the aquatic environment and in soils are minimal. Heavy-mineral-sand mining may lead to increased erosion rates when the mining is managed improperly. In addition, surface mining requires removal of the overlying organic soil layer and produces waste material that includes tailings and slimes. The soil removal and mining activity disturbs the surrounding ecosystem and alters the character of the landscape. Dry mineral separation processes create high amounts of airborne dust, whereas wet mineral separation processes do not. In operations that restore the landscape to pre-mining conditions, the volume of waste and the impact on the landscape may be relatively temporary.

Suggested Citation

Jones, J.V., III, Piatak, N.M., and Bedinger, G.M., 2017, Zirconium and hafnium, chap. V of Schulz, K.J., DeYoung, J.H., Jr., Seal, R.R., II, and Bradley, D.C., eds., Critical mineral resources of the United States—Economic and environmental geology and prospects for future supply: U.S. Geological Survey Professional Paper 1802, p. V1–V26, https://doi.org/10.3133/pp1802V.

Satura rādītājs

  • Abstrakts
  • Ievads
  • Geology
  • Resources and Production
  • Exploration for New Deposits
  • Environmental Considerations
  • Problems and Future Research
  • References Cited

Part or all of this report is presented in Portable Document Format (PDF). For best results viewing and printing PDF documents, it is recommended that you download the documents to your computer and open them with Adobe Reader. PDF documents opened from your browser may not display or print as intended. Download the latest version of Adobe Reader, free of charge. More information about viewing, downloading, and printing report files can be found here.


Strengths of the Module

Incorporates systems thinking inherent to the study of the rock cycle. It expands beyond the geosphere to include parts of the hydrosphere and atmosphere and how they are affected by mining.

Uses real-life examples of issues related to resource management and extraction for collaborative problem solving. These problems incorporate ideas from economics, social and environmental justice, and the geosciences.

Content is delivered using a variety of student-centered activities, including group discussions, concept mapping, jigsaws, and cooperative learning.

Several student activities are hands-on, developing skills including analysis of actual geoscience data, model-building, and hypothesis formation and testing.

The module is extremely flexible, allowing for reorganization of units and even picking and choosing only select activities and/or units.

A great fit for courses in:

  • economic geology
  • environmental science
  • environmental geology
  • introductory geology
  • geological hazards
  • global change
  • sustainability

These materials have been reviewed for their alignment with the Next Generation Science Standards. At the top of each page, you can click on the NGSS logo to see the specific connections. Visit InTeGrate and the NGSS to learn more about the process of alignment and how to use InTeGrate materials to implement the NGSS.

NGSS in this Module

This unit about Mineral Resources includes opportunities for exposure to basic geologic concepts about mineral and rock-forming processes and the role of plate tectonics in these processes. It addresses this content mostly in the context CCC4 (Systems and System Models) although it can also be used to bring in other CCCs such as Energy and Matter and Stability and Change. A variety of SEPs from SEP4 (Analyzing and interpreting data), SEP6 (constructing explanations), and SEP7 (engaging in argument from evidence), and SEP8 (obtaining, evaluating, and communicating information) are emphasized, although SEP2 (developing and using models) and SEP5 (using mathematics) are also required to a lesser extent. SEP1 (asking questions) and SEP3(planning and conducting investigations) are not addressed. Important PEs in ESS3,The Earth and Human Activity, are addressed directly by Unit 6, the capstone activity as well as some of the module's earlier activities.

This module is appropriate for introductory-level science and social science courses. The module is designed to stand alone and can be easily adapted to many class sizes and formats (large- or small-enrollment classes, online/distance-learning courses, and interdisciplinary courses).


Geoscience in Pennsylvania

Geoscience is the study of the Earth and the complex geologic, marine, atmospheric, and hydrologic processes that sustain life and the economy. Understanding the Earth’s surface and subsurface, its resources, history, and hazards allows us to develop solutions to critical economic, environmental, health, and safety challenges.

Your State Source for Geoscience Information

Workforce in Pennsylvania

  • 16,480 geoscience employees (excludes self-employed) in 2017 1
  • $78,198: average median geoscience employee salary 1
  • 41 academic geoscience departments 2

Water Use in Pennsylvania

  • 628 million gallons/day: total groundwater withdrawal 3
  • 5.41 billion gallons/day: total surface water withdrawal 3
  • 1.39 billion gallons/day: public supply water withdrawal 3
  • 34 million gallons/day: water withdrawal for irrigation 3
  • 645 million gallons/day: industrial fresh water withdrawal 3
  • 73% of the population is served by public water supplies 3

Energy and Minerals in Pennsylvania

  • $1.85 billion: value of nonfuel mineral production in 2017 4
  • Stone (crushed), cement (portland), and lime: top three nonfuel minerals in order of value produced in 2017 4
  • 45.7 million short tons: coal produced in 2016 5
  • 5.46 trillion cubic feet: natural gas produced in 2017 5
  • 6.48 million barrels: crude oil produced in 2017 5
  • 3.38 million megawatt hours: wind produced in 2017 5

Natural Hazards in Pennsylvania

  • 59 total disaster declarations, including 26 flood, 16 severe storm, and 8 hurricane disasters (1953-2017) 6
  • $170 million: individual assistance grants (2005-2017) 6
  • $137 million: mitigation grants (2005-2017) 6
  • $840 million: preparedness grants (2005-2017) 6
  • $394 million: public assistance grants (2005-2017) 6
  • 60 weather and/or climate events, each with costs exceeding $1 billion (inflation adjusted) (1980-2017) 7

U.S. Geological Survey (USGS)

  • $1.15 billion: total USGS budget in FY 2018 (5.8% increase from FY 2017) 8
  • The National Cooperative Geologic Mapping Program funds geologic mapping projects with federal (FEDMAP), state (STATEMAP), and university (EDMAP) partners
  • $2.8 million: Pennsylvania STATEMAP funding (1993-2016) 9
  • Lehigh University, Pennsylvania State University, and the University of Pittsburgh have participated in EDMAP 9
  • USGS streamgages collect real-time or recent streamflow, groundwater, and water-quality data in Pennsylvania

National Aeronautics and Space Administration (NASA)

  • $20.7 billion: total NASA budget in FY 2018 (5.5% increase from FY 2017) 10
  • $1.9 billion: total NASA Earth Science budget in FY 2018 (0% change from FY 2017) 10
  • Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) satellites measure groundwater changes in Pennsylvania
  • Soil Moisture Active Passive (SMAP) satellite measures soil moisture in Pennsylvania

National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)

  • $5.9 billion: total NOAA budget in FY 2018 (4.1% increase from FY 2017) 11
  • Next-generation geostationary (GOES) and polar orbiting (JPSS) satellites provide weather forecasting over Pennsylvania
  • Deep Space Climate Observatory (DISCOVR) satellite monitors radiation and air quality over Pennsylvania
  • 24 National Weather Service Automated Surface Observing Systems (ASOS) stations in Pennsylvania 12
  • 214 National Weather Service Cooperative Observer Program (COOP) sites in Pennsylvania 12

National Science Foundation (NSF)

  • $7.8 billion: total NSF budget in FY 2018 (4% increase from FY 2017) 13
  • $1.4 billion: total NSF Geosciences Directorate (GEO) awards in FY 2017 (7.2% increase from FY 2016) 14
  • 53 NSF GEO awards in Pennsylvania totaling $9.1 million in 2017 14
  • $5.6 million: NSF GEO grants awarded to Pennsylvania State University, University Park in 2017 14

U.S. Environmental Protection Agency (EPA)

  • $8.1 billion: total EPA budget in FY 2018 (0% change from FY 2017) 15
  • 94 active Superfund sites in Pennsylvania in 2018 16
  • $26.4 million: Drinking Water State Revolving Fund (DWSRF) grants in Pennsylvania in 2017 17
  • $200,000: Brownfield cleanup grants awarded to Pennsylvania in 2018 18

Federal Facilities in Pennsylvania

  • USGS Pennsylvania Water Science Center, New Cumberland
  • USGS Leetown Science Center Laboratory, Wellsboro

References

/>
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
You are free to share or distribute this material for non-commercial purposes as long as it retains this licensing information, and attribution is given to the American Geosciences Institute.


Mineral Resources Program

This Project integrates several geochemical tools—stable isotope geochemistry, noble gas geochemistry, active gas geochemistry, single fluid inclusion chemistry, and fluid inclusion solute chemistry—in studies of the processes that form mineral deposits and the processes that disrupt them during mining or natural weathering. Research is directed toward fundamental scientific questions or, in.

Geophysics of the Midcontinent Rift Region

The Midcontinent Rift system and surrounding Precambrian rocks are known to host highly significant mineral resources. Our project objectives are to increase understanding of this system through the integration of new and legacy geophysical data with geochemical and borehole data, map the lithology and structure of PreCambrian rocks, and develop an integrated 3D geologic model of the region.

Geophysical Mapping of Geologic Systems Host to Critical Mineral Deposits, Southern Midcontinent, US

The objective of this project is to use high-resolution state-of-the-art airborne and regional ground geophysical methods to map an underexplored region of the southern Midcontinent that is important to economic and critical mineral deposits.

Research Mineralogy - X-ray Diffraction Lab

The primary goal of this project is to ensure the availability of state-of-the-art mineralogical analyses and, when needed, development of new analytical methods that can be applied to topical studies in Energy and Minerals Mission Area, as well as the other mission areas.

The project includes mineralogy by X-ray diffraction (XRD), qualitative and semi-quantitative x-ray fluorescence.

Geochemical Signatures and Environmental Impacts of Ore and Trace Mineralization in the Southern Midcontinent

The overall project objective is a comprehensive analysis of the natural and anthropogenic consequences of extensive ore and trace mineralization in the southern midcontinent of the U.S. with a focus on Missouri. This will be conducted at two scales: 1) landscape and 2) process-level.

1) Landscape scale using geospatial and machine learning techniques to combine multiple geochemical and.

Iron Oxide-Copper-Cobalt-Gold-Rare Earth Element Deposits of Southeast Missouri—From the Ore Deposit Scale to a Global Deposit Model

The project main objectives are to: 1) geologically, characterize the setting and origin of the iron-copper-cobalt-gold-rare earth element deposits, and advance the knowledge of rare earth element and Co potential within iron oxide-copper-gold (IOCG) deposits of southeast Missouri, and 2) geophysically delineate and characterize the subsurface Precambrian geology using existing ground and new.

Synthesis of the Tectonic, Magmatic, and Metallogenic Evolution of the Midcontinent Rift System

The overall project objective is to develop a comprehensive synthesis of the tectonic, magmatic, and metallogenic evolution of the Midcontinent Rift System (MRS) through time by integrating geophysical, magmatic, and geochemical data and to create 3-D models of the rift over its evolution.