Полезные ископаемые: понятие, классификация и применение

Полезные ископаемые — понятие и термины

Внутри земной коры под воздействием факторов окружающей среды на протяжении тысячелетий образовывались залежи «полезных ископаемых», представляющие собой вещества различной природы и консистенции. Благодаря своему химическом составу, они могут эффективно использоваться в процессе жизни человека, особенно в промышленном производстве.

Полезные ископаемые могут быть представленными жилами, штоками, пластами, гнездами, россыпью и т.п. Места их скопления в больших количествах, где целесообразно проводить их централизованную добычу, называются месторождениями, а при большой площади их залегания – районами, провинциями, бассейнами. Происхождение веществ может быть органического либо неорганического характера.

Технологиями добычи таких веществ из-под земли занимается отрасль науки «горное дело».

Единого мнения ученых о начале добычи полезных ископаемых не существует. В то же время указания на добычу слюды имеются в результатах работы экспедиции, направленной на Синайский полуостров в 2600 г. до н.э.

По мере нахождения меди знания о полезных ископаемых у древних людей значительно улучшились, а в истории Древней Греции можно встретить сведения о добыче серебра.

Со временем в представлениях римлян об окружающем мире появились такие полезные ископаемые, как цинк, железо, олово, свинец. Металлы, добываемые в шахтах, протянувшихся от Африки до Британии, римляне использовали для своих оружейных целей.

Промышленная революция сделала залежи ископаемых острой необходимостью. Поэтому, начиная с XVIII века, их добыча стала интенсивной. Это была закладка современных подходов к горной промышленности, время, когда появился термин «золотая лихорадка». Связан он был с периодом добычи золота, а также в районе Южной Африки – месторождений алмазов.

В истории российского государства геологов-первопроходцев называли «рудознатцами» недр. Они занимались разведыванием скоплений минерального сырья. Происходило это по заданию Петра I, в Указе которого (от 24.08.1700г) были изложены положения о профессиональной подготовке соответствующих рабочих.

При оборудовании новых шахт для них вводились льготы по налогообложению, а часто используемые участки и вовсе передавались в безвозмездное пользование.

В военные годы промышленность нуждалась в минеральном сырье, поэтому руководством страны принимались постановления о введении поощрений для лиц и организаций, занимающихся открытием новых месторождений.

Добыча полезных ископаемых может осуществляться несколькими способами. Основные из них:

• подземный (путем шахтных выработок);
• открытый (работы, проводимые в карьерах);
• комбинированный.

Выбор способа зависит от особенностей залегания месторождения, а также возможного наличия ядовитых веществ. Учитывается величина запасов и рассчитывается экономическая целесообразность предстоящих работ. Бывают мелкие, средние, крупные, гигантские и супергигантские месторождения. В определенных районах (например, при вечной мерзлоте) добыча может быть затруднена либо стать невозможной.  

Характеристика полезных ископаемых по физическому состоянию

Для веществ, за долгие годы образовавшихся в земле из органических и неорганических компонентов, существует классификация согласно их физического состояния. Она включает разбивку на разновидности:

• твердые (например, каменный уголь, торф, горючие сланцы);
• жидкие ( нефть);
• газообразные (природные газы, в т.ч. горючие и инертные);
• плазматические.

В обыденной жизни человек сталкивается с тремя из них, практически исключая плазматическое.

Для практического применения важны все фракции добываемых полезных ископаемых. Благодаря им страны развивают свою промышленность, залежи ископаемых гарантируют стране экономическую независимость и благополучие.

Классификация промышленных полезных ископаемых

По мере развития недропользования возникла необходимость систематизации имеющихся сведений о полезных ископаемых по их назначению, происхождению, соответствию тем или иным требованиям, физическому состоянию, особенностям применения и прочим критериям. Современные геологические науки пользуются следующей классификацией:

1. Горючие месторождения (еще одно название – «топливные»): твердое состояние (торф, уголь), жидкое/газообразное (нефть/газ).
2. Металлические месторождения:

• металлы черные (марганец, титан, железо и пр.);
• металлы цветные (свинец, алюминий, никель и пр.);
• металлы благородные (платина, серебро, золото);
• металлы редкие (олово, молибден и пр.);
• радиоактивные (торий, уран, радий).

3. Неметаллические месторождения:

• горнорудное сырье (слюда, графит, глины и пр.);
• химическое сырье (фосфорит, барит, минеральные соли и пр.);
• строительные материалы (мрамор, гипс, гравий и пр.);
• самоцветы.

География залегания полезных ископаемых очень широка и многообразна. Отдельные отрасли промышленности привязаны к потенциалу конкретных территорий, разрабатывают планы своей деятельности с учетом ресурсных характеристик.

В то же время, чтобы не принести вреда экологическому благополучию, добыча полезных ископаемых происходит по установленным в каждой стране правилам и принципам охраны. За нарушения соответствующих законов и регламентов предусмотрены административные наказания.

По принципу использования полезные ископаемые можно классифицировать следующим образом:

• горючие: природный газ, торф, уголь, нефть;
• руды: черных, благородных, цветных металлов;
• гидроминеральные: минеральные и пресные воды, залегающие на определенной глубине под землей;
• полезные ископаемые нерудного характера: известняк, глина, песок, гранит и пр.;
• самоцветные камни: родонит, яшма, халцедон, нефрит и пр. В эту же категорию отнесены драгоценные камни (алмаз, изумруд, рубин и пр.);
• горнохимическое сырье (фосфаты и пр.), а также соли минеральные (бораты, бариты и пр.)

Совокупность представителей трех последних групп может быть отнесена к нерудным полезным ископаемым.

Геологические условия образования и региональные закономерности размещения месторождений

Запасы полезных ископаемых – это результат разнообразных процессов, происходящих в земной коре под действием внутренних и внешних факторов. Например, осадочные горные породы, образование которых связано с присутствием рудного вещества, может произойти только в условиях с особыми климатическими и водными особенностями.

Их можно назвать одним словом – палеотектонические. Таким образом образуются месторождения марганца, железа, фосфора и другого сырья для использования в промышленных целях.

Территория земной коры, в которой образуются залежи ископаемых и минералов, должна подвергаться воздействию большого количества физических факторов (перепады температуры, давления, воздействие растворов с различной кислотностью и т.п.).

Кроме того, необходимо протекание химических реакций, в т.ч. имеющих гидротермальный характер. Под действием физико-химических факторов меняется концентрация входящих в состав конечного продукта компонентов. Состав меняется в сторону выделения отдельных веществ, после чего полезные компоненты приобретают твердое состояние.

Кроме физико-химических факторов, в схеме образования полезных ископаемых участвуют биологические организмы. Одни из них, обитающие в грунте, способны концентрировать железо, ванадий, марганец, другие – разлагать их с выделением сероводорода, который впоследствии превращается в химический элемент – серу.  

Немаловажное значение имеют останки живых организмов. Они способны изменить показатель кислотности раствора, следовательно, повлиять на процессы рудообразования.

Следующим условием формирования месторождений является наличие горных пород. Они способны менять химический и физический состав растворов, в результате чего важные компоненты осаждаются.

Рудогенез не получит полной характеристики, если не описать климат и палеотектонические процессы. Им отдается преимущественная роль в приуроченности отдельных вариантов минерального сырья к стратиграфическим особенностям.

Особенно важны знания в этой области при организации геологических работ поисково-оценочного направления. В качестве примера можно рассмотреть смену месторождений ценных карбонатных руд марганца на оксидные руды на местностях, переходящих к прибрежной зоне (в древние времена).  

Для формирования залежей некоторых ископаемых зачастую необходимы сходные условия, принципы. В таком случае происходит формирование генетических ассоциаций – общего нахождения минералов в районе одного участка (рудной жилы, зоне, пласте и т.п.). При этом образование веществ, входящих в ассоциацию, может происходить параллельно либо поочередно. В первом случае – это парагенетическая ассоциация.

На практике примером такого расположения является каменный уголь в окружении глинистых сланцев либо алмазоносных кимберлитов.

Если полезные ископаемые образовались позже, это эпигенетические процессы.