Tài nguyên khoáng sản và môi trường

Không giống với nguồn tàinguyên sinh học – là một tài nguyên tái tạo, khoáng vật được tiêu thụ vàkhông thể giải quyết được với giả thuyết rằng quá trình địa chất của Trái Đất sẽ thay thế

Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên TPHCM

Khoa Môi Trường



ĐỊA CHẤT MÔI TRƯỜNG

Chủ đề: Tài nguyên khoáng sản và

Môi trường

GVPT:Th.S Nguyễn Ngọc Tuyến

Th.S Hoàng Thị Phương Chi

 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

Xã hội hiện đại của chúng ta hoàn toàn phụ thuộc vào sự sẵn có tàinguyên khoáng sản Khi dân số thế giới gia tăng, chúng ta đối mặt với một

sự khủng hoảng tài nguyên hơn bao giờ hết Điều này gây lo sợ rằng TráiĐất có thể chạm đến khả năng chứa của nó để làm giảm những ảnh hưởngmôi trường liên quan đến khai thác, sản xuất và sử dụng khoáng sản Trongchương này, chúng ta sẽ tập trung vào những mục tiêu nghiên cứu sau đây:

 Hiểu được mối quan hệ giữa dân số và việc sử dụng tài nguyên

 Giải thích được tại sao khoáng sản quan trọng đối với xã hộihiện đại

 Phân biệt được sự khác nhau giữa tài nguyên và trữ lượng và tạisao sự khác biệt ấy là quan trọng

 Hiểu biết những yếu tố quyết định sự sẵn có của tài nguyênkhoáng sản

 Hiểu được tác động môi trường lên sự phát triển của khoángsản

 Biết những ích lợi tiềm năng mà ngành công nghệ sinh học đưa

ra giải pháp làm sạch môi trường kết hợp với sự khai thác và sảnxuất khoáng sản

 Hiểu được vai trò của tài nguyên khoáng sản tái tạo về mặt kinh

tế và môi trường

 Giải thích được mối liên hệ giữa sự bền vững và sự tiêu dùngkhoáng sản

 TRƯỜNG HỢP LỊCH SỬ: MỘT MỎ KHOÁNG GẦN THÀNH PHỐ GOLDEN, COLORADO, NAY ĐƯỢC CHUYỂN THÀNH MỘT SÂN GOLF.

Một sân golf được trao giải thưởng – mỏ khai thác đá vôi lộ thiên(open-pit mine) gần thành phố Golden, Colorado đã tồn tại khoảng 100 năm

Mỏ này sản xuất ra sét từ những tầng nằm giữa những khối đá vôi (limestonebeds) để tạo ra gạch Những viên gạch này được sử dụng như vật liệu xâydựng cho những tòa nhà, chung cư ở khu vực Denver, bao gồm biệt thựthống đốc Colorado Nơi khai thác mỏ bao gồm nhiều hố xấu xí với nhữngbức tường vôi thẳng đứng và một thửa đất dùng cho sự thải bỏ chất thải.Khu vực này có nhiều cảnh quan ngoạn mục dưới chân núi và núi Rocky.Ngày nay, những vách đá vôi (limestone cliffs) đã bị mất, những hóa thạchkhủng long và thực vật bị lộ ra do hoạt động khai thác, mỏ đã chuyển thànhsân golf xanh và những đường lăn bóng (fairways) Tên của sân golf này là

“Dấu vết hóa thạch” (Fossil Trace), phản ánh dấu vết địa chất của nó Nhữngcon đường mòn (trails) dẫn đến những vị trí tốt nhất để nhìn thấy hóa thạch– một điểm cộng thu hút du lịch Nhiều đầm lầy (wetlands) được tạo thành

và ba hồ trữ nước lũ, giúp bảo vệ Golden khỏi những đợt lũ quét (flashfloods) Dự án cải tạo đất đã bắt đầu thực hiện với kế hoạch sân golf cộngđồng Sự cải tạo mỏ khoáng nói lên rằng những mỏ trước đây có thể tái tạolại và trở thành tài sản có giá trị

Câu lạc bộ Golf Fossil Trace là một trường hợp độc nhất của sự cảitạo mỏ khoáng Tuy nhiên, mỗi khu vực tiềm năng phục vụ lưu trữ lại yêucầu nhiều cơ hội dựa trên những điều kiện về vật lý, thủy văn và sinh học

Chương này thảo luận về nguồn gốc của kinh tế địa chất mỏ khoáng(mineral deposits), hậu quả ảnh hưởng đến môi trường của sự phát triển vàtiêu dùng bền vững khoáng sản.

15.1 KHOÁNG SẢN VÀ VIỆC SỬ DỤNG CỦA CON NGƯỜI:

Xã hội của chúng ta phụ thuộc vào sự sẵn có của nguồn tài nguyênkhoáng sản Cụ thể là, xem xét điểm tâm của bạn vào buổi sáng này Bạnchắc chắn đã uống nước từ một chiếc cốc cơ bản làm từ cát thạch anh(quartz-sand); ăn thức ăn bằng đĩa làm từ đất sét; nếm thức ăn với muối đàotrong Trái Đất; ăn trái cây được trồng bằng phân bón như Kalicacbonat(potassium carbonate-potash) và phân lân (phosphorus); và sử dụng nhữngdụng cụ làm bằng thép không gỉ, kết quả của quá trình khai thác quặng sắt(iron ore) và những khoáng vật khác Nếu bạn đọc một cuốn tạp chí hay tờbáo trong khi ăn, tờ giấy của tạp chí hay báo đó đã được làm từ việc sử dụngdụng cụ làm đầy đất sét Nếu điện thoại reng và bạn trả lời, nghĩa là bạn đã

sử dụng hơn 40 loại khoáng vật với chiếc điện thoại đó Bạn nghe nhạc trêniPod trong khi ăn hay đặt những cuộc hẹn trong ngày với chiếc Blackberrycủa bạn Những thiết bị điện tử này đều làm từ kim loại và sản phẩm dầu khí(petroleum) Khi bạn đến trường hay đi làm, bạn mở máy tính hoặc nhữngthiết bị khác thì những thứ ấy được làm từ một số lượng lớn khoáng vật

(Xem hình 15.1)

Khoáng sản (minerals) là cực kỳ quan trọng đối với con người; mọivật đều bình đẳng, chất lượng sống tăng lên cùng với sự sẵn có của khoángsản trong những dạng hữu dụng Xa hơn nữa, sự có sẵn của tài nguyênkhoáng sản là một thước đo độ giàu có của xã hội Tầng lớp thượng lưu đã

từng thành công trong quá trình định vị, khai thác, hay nhập khẩu và việc sửdùng khoáng sản đang tăng và trở nên thịnh vượng Nếu không có nguồnkhoáng sản, nền văn minh công nghệ hiện đại mà chúng ta biết sẽ không thểxảy ra.

Khoáng sản (minerals) là phần quan trọng của nền kinh tế Mỹ Nhữngkhía cạnh được chọn lọc chứng minh vai trò của khoáng sản phi nhiên liệu(nonfuel minerals) vào năm 2009 kinh tế Mỹ là:

 Giá trị của khoáng sản nội địa được sản xuất từ quá trình khai thác mỏ

là khoảng $57.1 tỷ

 Vật liệu khoáng sản gia công trong nước có trị giá là $454 tỷ, chiếmkhoảng 3% GDP của Mỹ ($14200 tỷ năm 2009)

 Giá trị của sản phẩm làm từ khoáng vật và kim loại thu hồi trong nước

là $9.3 tỷ, chiếm khoảng 16% giá trị khoáng sản trong nước từ khaithác mỏ - một sự đóng góp đáng kể

 Giá trị thêm vào bởi những ngành công nghiệp chính như xây dựng vàsản xuất hàng hóa bền (những hàng hóa không được tiêu thụ ngaynhưng bị mòn theo thời gian), sử dụng từ chất liệu khoáng là $1,900

tỷ, chiếm 13% GDP

Hình 15.1 Các vật dụng xung quanh chúng ta đều được làm từ các khoáng vật.

1 Máy tính – vàng, silic, niken, nhôm, kẽm, sắt, dầu mỏ và khoảng 30 khoáng vật khác.

8 Ghế - nhôm, các nguyên liệu từ dầu mỏ.

9 Tivi – nhôm, đồng, sắt, niken, silic, kim loại hiếm (rare earth) và stronti.

10.Máy radio – vàng, sắt, niken, beri, các nguyên liệu từ dầu mỏ.

11 Đĩa DVD – nhôm, các nguyên liệu từ dầu mỏ.

12.Tủ - sắt và niken Nút xoay làm từ đồng và kẽm.

13.Thảm – đá vôi, các nguyên liệu từ dầu mỏ, selen.

14.Tường – sét thạch cao, vermiculite (hợp chất magiê nhôm khoáng silicat ngậm nước), CaCO 3 , mica.

Khoáng sản được xem là tài nguyên không tái tạo từ quá khứ địa chất.Mặc dù những mỏ khoáng mới (deposits) đang hình thành từ quá trình thànhtạo trên Trái Đất hiện nay, những quá trình này diễn ra rất chậm để có thểđáp ứng cho nhu cầu chúng ta ngày nay Những mỏ khoáng có xu hướngnằm ẩn sâu trong những khu vực nhỏ Vì vậy chúng phải được tìm ra nhưngkhông may rằng, đa số những mỏ khoáng dễ tìm thì đã được khai thác rồi.Giả sử nền văn minh của chúng ta với sự phát triển khoa học công nghệ mà

bị biến mất thì nền văn minh tương lai sẽ phải trải qua một thời gian dài vất

vả để tìm ra khoáng sản hơn là tổ tiên ta đã làm Không giống với nguồn tàinguyên sinh học – là một tài nguyên tái tạo, khoáng vật được tiêu thụ vàkhông thể giải quyết được với giả thuyết rằng quá trình địa chất của Trái Đất

sẽ thay thế nguồn tài nguyên đó trong một khoảng thời gian hữu ích Quátrình tái sử dụng và bảo tồn sẽ giúp kéo dài thời gian tồn tại của tài nguyênkhoáng sản của chúng ta, nhưng cuối cùng thì sự cung cấp cũng sẽ bị cạnkiệt

 TÀI NGUYÊN VÀ TRỮ LƯỢNG:

Tài nguyên khoáng sản (Mineral resources) có thể định nghĩa một cáchtổng quát là những nguyên tố, phân tử, khoáng vật hay các loại đá tập trungtrong một hình dạng mà có thể bị tách ra để thu được một hàng hóa sử dụngđược

Từ góc nhìn thực tế, định nghĩa này không thỏa mãn giới chuyên môn

vì một tài nguyên thường không bị tách ra trừ phi sự tách chiết có thể hoànthành ở một mức lợi nhuận Một định nghĩa thực dụng hơn rằng tài nguyênkhoáng sản là tập hợp của một chất liệu tự nhiên như rắn, lỏng, khí trong haytrên vỏ Trái Đất trong hình dạng có thể bị tách ra bây giờ hay tiềm năng ởmột lợi nhuận Trữ lượng (reserve) là một phần của tài nguyên được nhậndạng và hiện tại có thể khai thác một cách hợp pháp thu lợi nhuận Vì vậy,

sự khác biệt giữa tài nguyên (resource) và trữ lượng (reserve) là dựa trên cácyếu tố về địa chất, kinh tế hiện tại và mang tính hợp pháp Xem bảng 15.2.

Bảng 15.2: Sự phân loại các dạng tài nguyên khoáng sản được thực hiện bởi Cuộc khảo sát địa chất và văn phòng nghiên cứu khoáng sản ở Mỹ (Sau khi ban hành thông tư 831 về Khảo sát Địa chất Ở Mỹ)

Đã phát hiện

Chưa phát hiệnVùng đã biết tên

Vùng hay mẫuchưa được pháthiện

Kinh tế biên Trữ lượng biên

Cận kinh tế Trữ lượng cậnkinh tế

Không phải tất cả hạng mục trong bảng trên đều là trữ lượng(reserves) Để giải thích quan điểm này, bảng trên tương tự như nguồn tàichính cá nhân của bạn Trữ lượng của bạn là tài sản có thể luân chuyển được(liquid assets) như tiền trong túi, trong ngân hàng, ngược lại tài nguyên củabạn bao gồm tổng thu nhập của bạn tích lũy trong suốt cuộc đời Sự phânbiệt này rất cần thiết cho bạn vì tài nguyên là tài sản “đóng băng” hay là thunhập vào năm tới và nó không thể sử dụng để trả tiền các hóa đơn tháng này

Giá trị của bạc (silver) như một trữ lượng có thể minh họa một sốđiểm quan trọng về 2 khái niệm tài nguyên (resources) và trữ lượng(reserves) Lớp vỏ Trái Đất chứa hầu hết là 2 nghìn tỷ mét tấn bạc Đây lànguồn tài nguyên bạc trên vỏ Trái Đất – một số lượng lớn hơn rất nhiều sốlượng sử dụng trên thế giới hàng năm ước tính khoảng 10,000 mét tấn bạc.Nếu khối lượng bạc này tồn tại như kim loại tinh khiết tập trung ở một mỏlớn, nó sẽ tượng trưng cho một sự cung cấp đầy đủ trong vài trăm triệu năm

ở hàm lượng cực kỳ thấp – quá thấp để khai thác về mặt kinh tế với côngnghệ hiện tại Trữ lượng bạc phản ánh số lượng mà chúng ta có thể thu vềngay lập tức với công nghệ kỹ thuật đã biết vào khoảng 200,000 met tấnhoặc là nguồn cung cấp 20 năm tính từ mức độ sử dụng hiện tại.

 SỰ SẴN CÓ VÀ VIỆC SỬ DỤNG NGUỒN TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN:

Sự sẵn có của một khoáng vật trong một hình dạng nhất định, có độtập trung nhất định và với tổng số lượng nhất định được chứng minh bởi lịch

sử Trái Đất và vì vậy nó cũng là một đề tài địa chất Những loại tài nguyênkhoáng sản và sự giới hạn mức độ sẵn có của chúng là một câu hỏi liên quanđến xã hội và công nghệ mà chúng ta xem xét ở đây

Những loại tài nguyên khoáng sản (Types of Mineral Resources).

Chúng rất cần thiết cho cuộc sống Điển hình như muối hay còn gọi là halite(NaCl) Người tiền sử đã thực hiện cuộc hành trình dài để thu gom muối khi

nó không có sẵn ở địa phương Muối ngày nay là quan trọng hơn bao giờ hết

và nó có công dụng y học quan trọng như một phương tiện để phân phối cácchất hóa học, chẳng hạn như iod giúp ngăn chặn bệnh bướu cổ (một loạibệnh tuyến giáp) Iod được thêm vào muối để con người sử dụng khi nêmthức ăn Flo cũng được thêm vào muối để ngăn ngừa bệnh sâu răng và thuốccũng được thêm vào muối để chống lại sốt rét, bạch huyết và giun chỉ (mộtcăn bệnh biến dạng gây ra bởi vi khuẩn, nó đã làm cho hơn 120 triệu ngườinhiễm bệnh, đa phần ở Châu Á, Phi và Nam Mỹ) Những nguồn tài nguyênkhoáng sản khác như kim cương – biểu tượng cho vẻ đẹp và rất nhiều loại

khoáng sản khác rất cần thiết trong quá trình sản xuất và duy trì trình độ pháttriển của khoa học công nghệ.

Những tài nguyên khoáng sản trên Trái Đất có thể chia thành các hạngmục chung, dựa trên cách ta sử dụng chúng:

 Những nguyên tố dành cho sản xuất kim loại và phục vụ công nghệ,

có thể phân loại theo độ phong phú của chúng Kim loại có số lượngnhiều như sắt, nhôm, crom, mangan, titan và magie Sắt và nhômchiếm khoảng 3% (về trọng lượng) trên tổng lượng khoáng sản ở Mỹ.Kim loại hiếm bao gồm đồng, chì, kẽm, thiếc, vàng, bạc, platin, urani,thủy ngân và molipđen (molybdenum)

 Vật liệu xây dựng như cát pha sỏi, sỏi và đá nghiền làm bê tông, đấtsét làm đất ốp lát (tile), tro bụi núi lửa làm gạch không nung (cinderblocks) dùng để xây tường Chúng chiếm khoảng 94% (về trọnglượng) trên tổng lượng khoáng sản ở Mỹ

 Khoáng sản dành cho công nghiệp hóa học, rất nhiều khoáng sản được

sử dụng trong sản xuất những sản phẩm hóa dầu (petrochemicals), đó

là những vật liệu sản xuất từ khí tự nhiên hay hỗn hợp chất lỏng tựnhiên hydrocacbon trong lòng đất (crude oil), ví dụ như nhựa(plastics)

 Khoáng sản dành cho nông nghiệp như phân bón Đá phosphate chiếmkhoảng 1% (về trọng lượng) trên tổng lượng khoáng sản ở Mỹ

Nhắc đến tài nguyên khoáng sản, ta thường nghĩ đến những kim loại

sử dụng trong vật liệu kiến trúc, nhưng thực chất, ngoại trừ sắt, những tàinguyên còn lại đa phần không phải là kim loại Hãy cùng xem xét số liệu về

sự tiêu thụ vài nguyên tố được chọn trên thế giới hàng năm Natri và sắt

huỳnh, kali và canxi chiếm khoảng 10 triệu đến 100 triệu tấn trên một năm.

4 nguyên tố này được sử dụng làm phân bón cho đất Kẽm, đồng, nhôm vàchì có sự tiêu thụ hàng năm là khoảng 3 triệu đến 10 triệu tấn, ngược lạivàng và bạc lại lên đến 10,000 tấn hoặc ít hơn Về phần khoáng sản là kimloại, sắt chiếm 95% lượng kim loại tiêu thụ; niken, crom, coban và magieđược sử dụng chủ yếu dưới dạng hợp kim của sắt và những nguyên tố khác

Vì vậy, chúng ta có thể kết luận rằng tài nguyên khoáng sản phi kim ngoạitrừ sắt được tiêu thụ với tỷ lệ lớn hơn những nguyên tố có thành phần kimloại

Cách đối phó với nguồn tài nguyên sẵn có đang bị giới hạn Vấn

đề cơ bản liên quan đến sự sẵn có của tài nguyên khoáng sản không phải là

sự cạn kiệt hay tuyệt chủng; nói đúng hơn là giá của của sự duy trì một trữlượng đầy đủ hay hàng tồn kho (stock) trong nền kinh tế thông qua quá trìnhkhai thác và tái sử dụng Ở một số thời điểm, tiền chi trả cho quá trình khaithác vượt quá tiền vật tư Khi sự có sẵn của một khoáng sản cụ thể bị giớihạn, một vài giải pháp có thể giải quyết được đưa ra sau đây:

 Tìm thêm nhiều nguồn

 Tìm nguồn thay thế

 Tái sử dụng những nguồn đã thu được

 Sử dụng tiết kiệm và sử dụng hiệu quả hơn những thứ mà chúng tađang có

 Bỏ qua chúng, không dùng đến

Chúng ta có thể sử dụng một tài nguyên khoáng sản cụ thể theo một

số cách như: tiêu thụ nhanh, vừa tiêu thụ vừa bảo tồn hay tiêu thụ, bảo tồnkết hợp tái sử dụng Sự lựa chọn phụ thuộc vào chỉ tiêu kinh tế, chính trị và

xã hội Tuy nhiên, khi nhiều tài nguyên trở nên giới hạn, tăng sự bảo tồn và

tái sử dụng diễn ra và xu hướng về tái sử dụng thành lập, duy trì được tốtnhững kim loại như đồng, chì và nhôm.

Khi dân số thế giới và sự mong ước chất lượng cuộc sống cao tănglên, nhu cầu về tài nguyên khoáng sản gia tăng với tỷ lệ ngày một cao Dân

số Mỹ chỉ chiếm 5% dân số thế giới, nhưng họ tiêu thụ một lượng tài nguyênkhông cân đối, chủ yếu là nhôm, đồng và niken Nếu tỷ lệ tiêu thụ nhữngkim loại này trên đầu người của thế giới tăng theo mức tiêu thụ của Mỹ thì

sự khai thác sẽ tăng gấp vài lần so với tỷ lệ đó ở hiện tại Vì chính sự giatăng trong sản xuất rất khó xảy ra, những quốc gia giàu có phát triển hoặc làphải tìm những nguồn thay thế cho số khoáng sản này hoặc là sử dụng với tỷphần thấp hơn sự sản xuất của thế giới hàng năm May thay, những nguồnthay thế đang được bổ sung Ví dụ, ở Mỹ, sự tiêu thụ khoáng sản phi nhiênliệu (nonfuel mineral) trên đầu người giảm đáng kể trong giai đoạn 1980 –

2010

Sự cung ứng nội địa nhiều tài nguyên khoáng sản ở Mỹ và nhữngquốc gia phát triển khác là không đủ cho nhu cầu hiện tại và bắt buộc phảinhập khẩu từ những nước khác Ví dụ, Mỹ nhập khẩu graphite, mangan,stronti, thiếc, platin và crom để sử dụng trong công nghiệp và các công đoạnkhác Các quốc gia công nghiệp rất quan tâm đến một điều là sự cung cấpkhoáng sản theo yêu cầu trở nên gián đoạn bởi tính không ổn định về chínhtrị, kinh tế và quân sự của những quốc gia cung cấp Mỹ và những quốc giakhác gồm Đông Âu, Nhật và gần hơn là Trung Quốc, Ấn Độ, hiện tại đangphụ thuộc vào sự cung cấp đều đặn hàng nhập khẩu nhằm đáp ứng nhu cầukhoáng sản cho công nghiệp Dĩ nhiên, sự thật là một khoáng sản được nhậpkhẩu vào một quốc gia thì không có nghĩa là nó không tồn tại trong quốc gia

đó với số lượng được khai thác Đúng hơn là, có một số nguyên nhân liên

quan đến kinh tế, chính trị và môi trường làm cho việc nhập khẩu vật liệu trởnên dễ dàng hơn, thiết thực hơn và đáng mong đợi hơn

15.2 ĐỊA CHẤT HỌC TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN:

Địa chất học của tài nguyên khoáng sản có mối liên hệ chặt chẽ đếncách Trái Đất hoạt động thông qua thuyết kiến tạo mảng và chu kỳ đá, tất cảcác quá trình địa chất đều tham gia vào phạm vi khai thác độ tập trung củanhững vật liệu hữu ích ở địa phương

 SỰ TẬP TRUNG KIM LOẠI Ở ĐỊA PHƯƠNG (LOCAL CONCENTRATIONS OF METALS)

Thuật ngữ “quặng” (ore) đôi khi được dùng để gọi các khoáng sản cósẵn trong tự nhiên mà được con người khai thác nhằm mục đích thu lợinhuận Những vị trí nơi mà quặng được tìm thấy có sự tập trung các khoángsản cao bất thường Sự tập trung kim loại cần thiết cho việc phân biệt mộtkhoáng sản cụ thể khi một quặng (ore) thay đổi với công nghệ, kinh tế vàchính trị Trước khi nóng chảy (sự tách kim loại bằng đun nóng) được pháthiện, chỉ có những quặng kim loại xuất hiện ở nơi nó hình thành dưới dạngtinh khiết; vàng là một ví dụ, được tìm thấy lần đầu tiên như là một tinh chấthay kim loại bản địa Ngày nay, nhiều mỏ vàng mở rộng phạm vi sâu bêndưới bề mặt Trái Đất và quá trình phục hồi bao gồm làm giảm hàng tấn đáthành một lượng nhỏ vàng Mặc dù đá chỉ chứa một ít vàng, ta có thể xemrằng nó là quặng vàng (gold ore) vì ta có thể thu lợi nhuận khi khai thác nó

Yếu tố tập trung (concentration factor) của một kim loại là tỷ lệ tập

trung cần thiết của nó cho mục đích khai thác có lời (sự tập trung của kimloại trong quặng) so với tỷ lệ tập trung trung bình của kim loại đó trong vỏTrái Đất Bảng 15.1 liệt kê một số nguyên tố kim loại và mức độ tập trung

trung bình của chúng, hàm lượng tập trung trong quặng và các yếu tố tậptrung Ví dụ, nhôm có tỷ lệ tập trung trung bình (average concentration)khoảng 8% trong vỏ Trái Đất và cần được tìm kiếm thêm tới tỷ lệ tập trung35% để được khai thác một cách tiết kiệm, cung cấp yếu tố tập trung khoảng

4 Ngược lại, thủy ngân (mercury) có tỷ lệ tập trung trung bình chỉ cỡ mộtphần nhỏ của 1% và có yếu tố tập trung là khoảng 10,000 được khai thácmột cách tiết kiệm Tuy nhiên, các quặng thủy ngân (mercury ores) thôngthường có ở những vùng xác định, nơi chúng và các quặng kim loại khác

được tích tụ (Xem “Một góc nhìn gần: Kiến tạo mảng và Khoáng sản”).

Thành phần phần trăm của một kim loại trong quặng ( và do yếu tố tậptrung) dễ bị thay đổi khi nhu cầu đối với kim loại thay đổi

Bảng 15.1: Các yếu tố tập trung ước tính của những kim loại được chọn cần thiết trước khi sự khai thác khả thi về mặt kinh tế.

Kim loại Độ tập trung tựnhiên (%) Hàm lượng trongquặng (%) Tỷ lệ tập trunggần đúngVàng 0.0000004 0.001 2,500

giới phân kỳ và ranh giới hội tụ (diverging and converging plateboundaries).

Nguồn gốc của các mỏ quặng kim loại ở vùng ranh giới phân kỳ cóliên quan đến sự vận chuyển nước ở đại đương Nước đại dương đặc, lạnhchảy qua vô số các khe nứt trong lớp đá bazan ở sống núi giữa đại dương(oceanic ridges) và bị nung nóng bởi nhiệt từ đá magma gần đó Nước ấmnhẹ hơn, có hoạt tính hóa học dễ hơn và nâng lên xuyên qua đá có khe nứt,khử (leaching out) kim loại Kim loại được mang đi dưới dạng lỏng(solution) và lắng đọng hình thành cột khói đen (black smokers) có cấu trúcgiống hình dạng ống khói, thải ra nước nóng, đen, có chứa khoáng vật Hàngloạt chất lắng đọng chứa sulfide được phát hiện dọc theo sống núi và khôngcòn nghi ngờ gì nữa, những khoáng vật khác cũng sẽ tồn tại ở đó Điều này

sẽ được thảo luận thêm ở phần 15.2 về khoáng vật ở biển

Nguồn gốc của những mỏ quặng kim loại ở ranh giới hội tụ theo giảthuyết là kết quả của sự kiện nóng chảy cục bộ của đá bão hòa nước biển(seawater-saturated) ở mảng đại dương (oceanic lithosphere) trong đới hútchìm (subduction zone) Nhiệt độ và áp suất gây ra sự nóng chảy và làm chokim loại dễ dàng giải phóng ra và di chuyển từ đá magma Những kim loại

có nguồn gốc từ đá này trở nên cô đặc (concentrated) và vượt lên như nhữnghợp phần lỏng của magma Dung dịch giàu kim loại cuối cùng được giảiphóng từ magma và những kim loại đó được tích tụ trong đá vây quanh (hostrock)

Một ví dụ về mỏ khoáng kim loại ở đới hút chìm là sự xuất hiện toàncầu của khoáng vật thủy ngân (Bảng 15.B) Tất cả những khu vực mỏkhoáng sản xuất nhiều thủy ngân có kết hợp với hệ thống núi lửa và nằm ởgần ranh giới hội tụ Có thể nói rằng, thủy ngân ban đầu được tìm thấy trong

trầm tích của vỏ đại dương, được thoát ra khỏi mảng bị chìm xuống dưới vàvượt lên ở tầng cao hơn phía trên đới hút chìm Điều đáng nói là, từ góc độkinh tế, hoạt động của mảng hội tụ được mô tả bằng hoạt động kiến tạo vànúi lửa, thường là nơi dễ tìm thấy thủy ngân Một tranh cãi tương tự đối vớinhững quặng khoáng sản khác là rất nhiều khoáng sản không trực tiếp liênquan đến hoạt động của các ranh giới mảng.

Hình 15.A Kiến tạo mảng và khoáng sản Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa Sự nâng lên ở phía Đông Thái Bình Dương(ranh giới phân kỳ), Rìa Thái Bình Dương(ranh giới hội tụ), và các mỏ quặng kim loại.

Hình 15.B Các mỏ trầm tích thủy ngân Mối quan hệ giữa các mỏ trầm

tích thủy ngân và các đới hút chìm hoạt động gần đây.

Các tài nguyên khoáng sản có giá trị thương mại có thể bị phân thành nhiều loại, dựa trên các quá trình hình thành địa chất:

 Các quá trình macma, bao gồm sự lắng đọng tinh thể, giai đoạn cuối

quá trình macma, và thay thế thủy nhiệt.

 Các quá trình biến chất liên quan đến biến chất tiếp xúc hoặc khu vực.

 Các quá trình lắng đọng, bao gồm sự tích tụ ở biển, hồ, sông, gió và các

môi trường băng hà.

 Các quá trình sinh học.

 Các quá trình phong hóa, chẳng hạn như sự hình thành đất và sự tập

trung các khoáng chất không hòa tan trong các mảnh vụn đá phong hóa.

Bảng 15.2 Liệt kê các ví dụ về trữ lượng quặng của mỗi loại.

CÁC QUÁ TRÌNH MAGMA.

Hầu hết các mỏ quặng, nguyên nhân là bởi quá trình magma, do bởi quá trình làm giàu mà tập trung quặng kim loại hấp dẫn về mặt kinh tế, như đồng, niken, hoặc vàng Tuy nhiên, trong một số trường hợp, toàn bộ khối đá

magma chứa các tinh thể xâm tán (disseminated crystals) có thể thu lại được

kinh tế Có lẽ ví dụ nổi tiếng nhất là sự xuất hiện của các tinh thể kim cương,

được tìm thấy trong đá magma hạt thô (coarse-grained igneous rock) được

gọi là kimberlite, đặc trưng của nó là đá dạng hình ống, đường kính giảm dần theo độ sâu (Hình 15.3, trang 510)

Bảng 15.2 Ví dụ về những dạng khác nhau của tài nguyên khoáng sản.

Hầu hết toàn bộ ống kimberlite là quặng trầm tích, và các tinh thể kimcương xâm tán khắp đá.

Kim cương, bao gồm carbon, hình thành ở nhiệt độ và áp suất rất cao,

độ sâu lý tưởng có thể là ở 190 km - dưới lớp vỏ của trái đất và trong

mantle Một số ống kimberlite ở Nam Phi được cho là 2 tỷ năm tuổi Gần bề mặt, kim cương không ổn định trong thời gian địa chất và cuối cùng sẽ thay đổi thành graphite (khoáng chất “than chì” trong bút chì) Nhưng đừng bán kim cương của bạn! Sự chuyển đổi sẽ không xảy ra ở nhiệt độ và áp suất bề mặt, và kết quả là, kim cương cực kỳ bền, vẻ đẹp nguyên vẹn và là bí ẩn thú

vị đối với con người Thực tế là ống kimberlite quá cũ để cho thấy rằng

chúng đã bị xâm nhập (nghĩa là di chuyển lên phía trên) từ độ sâu tạo thành kim cương sâu đến gần bề mặt đất tương đối nhanh Nếu đó không phải trường hợp, kim cương bị chuyển thành graphite.

Tinh thể lắng đọng.Sự tập trung các quặng trầm tích có thể là kết

quả từ các quá trình magma được gọi là tinh thể lắng đọng điều này được

hiểu là phân tách các tinh thể được hình thành trước với những tinh thể hình thành sau Ví dụ, khi macma nguội, các khoáng chất nặng kết tinh sớm có thể từ từ chìm hoặc lắng xuống phía dưới của bồn magma, ở đó chúng hình thành các lớp tập trung Sự lắng đọng của chromite (tức là quặng crom) đã được hình thành bởi quá trình này (Hình 15.4)

Hình 15.3 Đường ống kim cương (a) sơ đồ lý tưởng cho thấy một đường ống và mỏ kim cương điển hình ở Nam Phi Kim cương nằm rải rác trong toàn bộ khối hình trụ của đá núi lửa, ống kimberlite (b) Mỏ kim cương nhìn từ trên không thuộc vùng Kimberly, Nam Phi Đây là một trong những cuộc khai quật thủ công (bằng tay) lớn nhất thế giới.

Hình 15.4 Các lớp chromite hình thành như thế nào Các tinh thể Chromite kết tinh sớm, và nặng thì chìm xuống đáy và tích tụ trong các lớp

Giai đoạn cuối của quá trình magma và thay thế thủy nhiệt (Hydrothemal Replacement) Giai đoạn cuối quá trình magma xảy ra sau

khi hầu hết magma có các vật liệu kết tinh và vật liệu kim loại hiếm và nặngtrong các dung dịch giàu nước và khí Dung dịch kim loại cuối giai đoạn này

có thể bị ép vào các vết nứt (fractures ) hoặc lắng xuống các khoảng khe hở

(khoảng trống) giữa các tinh thể được hình thành trước đó Các dung dịchkhác, ở giai đoạn cuối tạo thành đá magma hạt thô được biết đến là khoáng

đá pegmatite, đá này giàu fenspat, mica, và thạch anh (quartz), cũng như các

khoáng chất quý hiếm Pegmatites đã được khai thác rộng rãi để lấy felspat,mica, spodumen (nghĩa là khoáng lithium), thạch anh tinh khiết cho cácmảnh vụn silic và đất sét hình thành từ fenspat phong hoá

Thủy nhiệt (tức nước nóng), mỏ khoáng thủy nhiệt là một loại mỏ

thông thường Chúng bắt nguồn vào giai đoạn cuối quá trình magma và tạo

ra nhiều khoáng chất, bao gồm vàng, bạc, đồng, thủy ngân, chì, kẽm và cáckim loại khác cũng như nhiều khoáng chất phi kim loại Các dung dịch thuỷnhiệt tạo thành các quặng, là chất lỏng khoáng hóa, chúng dịch chuyển qua

đá gốc, kết tinh thành các mạch hoặc các rãnh nhỏ (Hình 15.5) Vật liệukhoáng vật cũng được sản xuất trực tiếp từ đá magma gốc hoặc thay đổi bởicác quá trình biến chất, vì các dung dịch magma xâm nhập vào bề mặt đá

(Thay đổi bởi các quá trình biến chất, được gọi là sự biến dạng tiếp xúc (contact metamorphism), được thảo luận ở các quá trình biến chất, phần sau

trong chương này) Tuy nhiên, nhiều mỏ thủy nhiệt không thể tìm thấy trữlượng đá magma tạo thành chúng, cũng như nguồn gốc chính Người tanghiên cứu là do tính tuần hoàn của nước ngầm, đã nung nóng và làm giàuvới nhiều khoáng chất sau khi tiếp xúc với magma chôn sâu, đây có thể lànguyên nhân của một số quặng trầm tích

Mỏ thủy nhiệt có hai loại: dạng lấp đầy (cavity-filling) và dạng thay thế (replacement) Mỏ lấp đầy được hình thành khi các dung dịch thuỷ nhiệt

di chuyển dọc theo các khe hở trong đá (ví dụ, các hệ thống khe nứt, lỗtrống, mặt phẳng xếp chồng tinh thể) và kết tủa (tức là kết tinh) các khoángchất quặng Các mỏ thay thế tạo thành khi các dung dịch thủy nhiệt phảnứng với đá gốc, tạo thành một vùng trong đó các khoáng chất quặng kết tụ từcác chất lỏng khoáng hóa và thay thế một phần của đá mẹ Mặc dù các mỏthay thế được cho là có ưu thế ở nhiệt độ và áp suất cao hơn so với các mỏlấp đầy, tuy nhiên có thể tìm thấy mối quan hệ chặt chẽ khi so sánh dạng này

với dạng còn lại; có nghĩa là, sự lấp đầy một nếp nứt gãy hở bằng sự lắng

đọng (precipitation) từ các dung dịch thủy nhiệt có thể xảy ra đồng thời sự

thay thế của đá bao phủ nếp nứt gãy đó

Các quá trình thay thế thủy nhiệt quan trọng bởi vì, ngoại trừ một số

mỏ sắt và phi kim, chúng đã sản xuất một số mỏ khoáng sản lớn nhất và

quan trọng nhất thế giới Một số các mỏ này là kết quả từ địa khối (massive),

gần như hoàn chỉnh với sự thay thế đá mẹ với các khoáng vật quặng, và kết

thúc một cách đột ngột; một số khác tạo thành các vùng thay thế mỏng theo

các vết nứt; và những mỏ khác tạo ra các mỏ thay thế phổ biến, điều này có

thể liên quan đến số lượng lớn quặng tương đối ít giá trị

Hình 15.5 Mỏ thủy nhiệt và mỏ biến chất tiếp xúc Sự hình thành mỏ thủy nhiệt và mỏ biến

chất tiếp xúc.

Chuỗi các sự kiện địa chất thực tế cho thấy sự phát triển của trầm tích

mỏ thủy nhiệt thường rất phức tạp Ví dụ, hãy xem xét các mỏ đồng lớn, phổ

biến ở miền bắc Chile Khoáng sản thực sự được cho là có liên quan đến

Vùng biến chất tiếp xúc nơi hiện nay là mỏ khoáng sản Lưu ý vùng này ở đá vôi thì rộng hơn ở đá phiến sét và cát kết (sandstone) Kết quả này là do đá vôi có nhiều hoạt động hóa học do chịu tác động của quá trình biến chất tiếp xúc.

hoạt động magma, sự đứt gãy và uốn nếp xảy ra từ 60 đến 70 triệu nămtrước Mỏ trầm tích là một khối dài, phẳng dọc theo đới cắt (các vết nứt)phân ra hai loại đá granit Kết quả của nồng độ đồng cho thấy một số yếu tố:

- Nguồn đá magma cung cấp khoáng sản đồng

- Vùng khe nứt rút nguồn cung cấp đồng và tạo điều kiện cho dòng cho

sự chuyển động của chất lỏng khoáng hóa

- Đá gốc đã bị thay đổi và bị vỡ, chuẩn bị cho quá trình lắng đọng vàthay thế, tạo ra quặng

- Đồng được lọc và tái trầm tích lần nữa bởi nước từ khí quyển, điềunày giúp cho tăng nồng độ quặng

QUÁ TRÌNH BIẾN CHẤT (METAMORPHIC PROCESSES)

Sự biến chất tiếp xúc (Contact Metamorphism) Mỏ trầm tích

thường được tìm thấy dọc theo nơi tiếp xúc giữa đá magma và những tảng

đá xung quanh mà chúng xâm chiếm Khu vực này được đặc trưng bởi sựbiến chất tiếp xúc, gây ra bởi sức nóng, áp suất, và dung dịch hoạt động hóahọc của đá magma tác động đến đá xung quanh, gọi là đá vây quanh

(country rock hoặc host rock) Chiều rộng của vùng biến chất tiếp xúc đa

dạng với các dạng đá vây quanh, như hình 15.5 Khu vực thường dày nhất làtrong đá vôi bởi đá vôi có nhiều phản ứng: Sự giải phóng carbon dioxide(CO2) làm tăng tính di động của các chất phản ứng Vùng thường mỏng nhất

là đá phiến sét bởi vì tính kết cấu hạt mịn làm chậm chuyển động của sứcnóng, dung dịch hoạt động hóa học, và nơi là trung gian của cát kết Nhưchúng ta đã đề cập, một số khoáng chất trầm tích hình thành trong các vùngtiếp xúc bắt nguồn từ các dung dịch magma và một số phản ứng của cácdung dịch này với tầng đá vây quanh

Biến chất khu vực (Regional Metamorphism) Tính biến chất cũng

có thể là kết quả của sự gia tăng nhiệt độ và áp suất cùng với sự chôn sâu của những tảng đá hoặc hoạt động kiến tạo Biến chất khu vực có thể thay đổi khoáng chất và kết cấu của các loại đá tồn tại từ trước đây, tạo ra quặng amian, đá tan, than chì, và các quặng phi kim có giá trị khác

Biến chất còn được gợi ý như là nguồn gốc có thể có của 1 số dungdịch nhiệt dịch Đây là một nguyên nhân đặc biệt có thể xảy ra ở các vùng cónhiệt độ cao, áp suất cao, ở đó chất lỏng có thể được sản xuất và chảy ra cáctảng đá xung quanh để tạo thành các mỏ thay thế hoặc lấp đầy Ví dụ, đồngtại địa phương được tìm thấy dọc theo đỉnh của các dòng bazan cổ ở quậnđồng Michigan đã được tạo ra bởi biến chất và thay đổi của bazan, giúp giảiphóng ra đồng và các khoáng sản sinh ra các trầm tích

Thảo luận của chúng tôi về các quá trình magma và biến chất tậptrung chủ yếu vào những quặng trầm tích Tuy nhiên, quá trình magma vàbiến chất cũng là nguồnsản xuất một lượng lớn đá được sử dụng trong ngànhxây dựng Đá granite, đá bazan, đá cẩm thạch (tức đá vôi biến dạng), đáphiến (tức là đá phiến silic), và thạch anh (tức là đá sa thạch biến dạng),cùng với các loại đá khác, được khai thác để sản xuất đá nghiền và đá cókích cỡ ở Hoa Kỳ Đá được sử dụng trong nhiều khía cạnh của công trìnhxây dựng, và nhiều người ngạc nhiên khi biết rằng, với tổng giá trị, ngoại trừsắt và thép, ngành công nghiệp đá là một trong những ngành công nghiệpkhoáng sản phi nhiên liệu lớn nhất tại Hoa Kỳ (Bảng 15.2)

CÁC QUÁ TRÌNH TRẦM TÍCH (SEDIMENTARY

PROCESSES)

Các quá trình trầm tích thường có ý nghĩa quan trọng trong việc tậptrung các vật liệu có giá trị kinh tế với số lượng đủ để khai thác Khi cáctrầm tích được vận chuyển, gió và nước chảy giúp phân chia trầm tích theokích thước, hình dạng và mật độ Do đó, cát và sỏi tốt nhất cho việc xâydựng là những thứ mà ở đó chỉ có gió và nước Cồn cát, bãi biển, và trầmtích ở các kênh luồng là những ví dụ điển hình.

Sỏi và cát ( Sand and Gravel). Ngành công nghiệp cát và sỏi của Mỹtrong năm 2010 lên tới khoảng 7 tỷ đô la, và khối lượng khai thác (khoảng

800 triệu tấn) Đây là một trong những ngành công nghiệp khoáng sản phinhiên liệu lớn nhất ở Hoa Kỳ Hiện tại, hầu hết cát và sỏi thu được từ cácdòng sông và các trầm tích băng trôi bởi dòng nước chảy Hoa Kỳ hiện sảnxuất nhiều cát và sỏi hơn nhu cầu

Các hạn chế về môi trường đối với khai thác làm hoạt động của cát vàsỏi đi ra khỏi các khu vực có mật độ dân số cao, và tình trạng thiếu cát và sỏi

sẽ tăng lên khi phân vùng và việc đất đai phát triển hạn chế nhiều nơi mà ở

đó cát và sỏi bị bòn rút Việc bòn rút từ các dòng sông và các vùng ngập lũđang diễn ra có thể làm suy thoái môi trường sông, và sự phản đối các hoạtđộng khai thác sông đang trở nên phổ biến hơn

Các mỏ sa khoáng (Placer Deposits). Các quá trình vận chuyển dòngchảy và sắp xếp tất cả các loại nguyên liệu theo kích cỡ và mật độ Do đó,nếu tầng đá nền ở lưu vực sông chứa các kim loại nặng như vàng, các dòngchảy lưu vực tập trung những kim loại nặng để hình thành trầm tích ( tức làquặng sắt được hình thành bởi sự lắng đọng trầm tích ) tại các khu vực có sựbiến động hoặc vận tốc dòng chảy chẳng hạn như giữa các hạt ở những chỗnông, trong các khe hở hoặc các vết nứt ở đáy bể hoặc bên trong đoạn congcủa các khúc uốn (Hình 15.6) Khai mỏ sa khoáng của vàng - được gọi là

"phương pháp của người nghèo" vì người thợ mỏ chỉ cần một cái xẻng, mộtcái chảo và một tấm lưng khỏe mạnh để làm yêu cầu khai thác mỏ - đã giúpkích thích việc định cư California, Alaska và các khu vực khác của Hoa Kỳ.Hơn nữa, vàng ở California đã thu hút các thợ mỏ có được kiến thức chuyênmôn cần thiết để định vị và phát triển các nguồn lực khác ở phía tây Hoa Kỳ

và Alaska Trầm tích sa khoáng của vàng và kim cương cũng được tập trungbởi các quá trình bờ biển, chủ yếu là hoạt động của sóng Cát bãi biển và các

mỏ gần bờ được khai thác ở châu Phi và các nơi khác

Trầm tích bốc hơi. Các dòng sông và suối chảy vào các đại dương và

hồ mang theo một số lượng lớn các vật chất hòa tan có nguồn gốc từ quátrình phong hoá đá Tùy từng thời điểm, theo địa chất, một lưu vực biểnnông có thể bị cô lập bởi hoạt động kiến tạo (nghĩa là nâng lên) làm hạn chếlưu thông và tạo điều kiện cho sự bốc hơi Trường hợp khác , sự biến đổi khí

Hình 15.6 Vàng sa khoáng Biểu

đồ của một lòng sông và mặt cắt đáy, cho thấy các khu vực nơi trầm tích sa khoáng của vàng có khả năng tìm thấy

hậu trong thời kỳ băng hà đã tạo ra những hồ lớn ở nội địa mà không có lốithoát nước, cuối cùng khô cạn Trong cả hai trường hợp, khi quá trình bayhơi diễn ra, các vật liệu hòa tan kết tủa, tạo thành rất nhiều hợp chất, khoángchất và đá gọi là trầm tích bay hơi có giá trị thương mại quan trọng

Hầu hết các trầm tích bay hơi có thể được phân thành một trong baloại: chất bốc hơi biển (rắn) - muối kali và muối natri, canxi cacbonat, thạchcao và thạch cao khan; các chất bốc hơi không thuộc về biển (rắn) - natri vàcanxi cacbonat, sunfat, borat, nitrat, iốt và các hợp chất strontium; và nướcmuối (chất lỏng có nguồn gốc từ giếng, suối nước nóng, hồ muối nội địa, vànước biển) -brom, iod, canxi clorua, và magiê Các kim loại nặng (ví dụ nhưđồng, chì, kẽm) có liên quan đến muối và các trầm tích ở Biển Đỏ, BiểnSalton và các khu vực khác là các nguồn tài nguyên quan trọng có thể đượckhai thác trong tương lai Các trầm tích bay hơi biển bay hơi đang tồn tại ởHoa Kỳ (Hình 15.7) Các mỏ chủ yếu là muối mỏ (muối thông thường,NaCl), thạch cao (CaSO4 • 2H2O), thạch cao khan (CaSO4) và đá vôi kếttủa (CaCO3) Đá vôi, thạch cao và thạch cao khan có mặt ở gần như tất cảcác lưu vực bốc hơi biển, và muối mỏ và khoáng chất kali được tìm thấy ở 1vài nơi Nhiều nguyên liệu bay hơi được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

và nông nghiệp

Hình 15.7 Các mỏ trầm tích muối biển ở United States.

Biển bốc hơi có thể tạo thành trầm tích phân lớp có thể kéo dài hàngtrăm kilômét, với bề dày vài ngàn mét Trầm tích muối (evaporites) đại diệncho sản phẩm của sự bay hơi nước biển ở những lưu vực khô cạn cô lập với

sự lưu thông hạn chế Trong phạm vi nhiều lưu vực trầm tích muối biển, các

mỏ khác nhau được bố trí trong các khu vực mở rộng, cho thấy sự thay đổi

về độ mặn và các yếu tố khác điều khiển sự lắng kết trầm tích muối; điềunày có nghĩa, các khoáng vật khác nhau có thể được lắng kết trong cùng thờiđiểm ở những phần khác nhau của lưu vực trầm tích Muối mỏ (Halite NaCl)

là một ví dụ, là chất kết tủa trong các khu vực nước biển giàu muối (saline)

và thạch cao (gypsum)- chất kết lắng nơi có ít muối Các mỏ khoáng có giá

trị kinh tế của khoáng chất trầm tích kali (potassium) thì tương đối quý hiếmnhưng có thể tạo thành ở nồng độ nước biển cao.

Mỏ trầm tích bốc hơi không ở biển hình thành từ sự bốc hơi của các

hồ ở 1 lưu vực đóng Hoạt động kiến tạo, như tạo đứt gãy (faulting), có thểsản sinh ra 1 lưu vực bị cô lập với hệ thống chứa nước (drainage) bên trong

và không có sự tháo nước Tuy nhiên, để duy trì 1 môi trường thích hợp chocác khoáng chất kết tủa, hoạt động kiến tạo phải không ngừng nâng các bãicát chắn ngang qua các lối thoát nước có thể có hoặc thấp hơn nền lưu vựcnhanh hơn trầm tích nâng lên Thậm chí dưới những điều kiện trên , mỏkhoáng có giá trị kinh tế của các trầm tích muối sẽ không hình thành trừ khilượng muối hòa tan đủ để rửa vào lưu vực bằng dòng chảy mặt từ các caonguyên xung quanh (Hình 15.8) Cuối cùng, nếu tất cả tiêu chuẩn môitrường thuận lợi đều hiện diện, bao gồm cả lưu vực bị cô lập với dòng chảyvừa đủ và lượng muối hòa tan, Trầm tích không thuộc biển có giá trị lớn,như NaCO3 (sodium carbonate) hoặc Na2B4O7.10H2 (sodium borate), sẽkhông hình thành trừ khi địa chất của các lưu vực cao nguyên xung quanhthuận lợi và lưu lượng dòng chảy đủ với số lượng phù hợp của khối lượngcác khoáng chất yêu cầu trong dung dịch

Hình 15.8 Trầm tích muối trắng hình thành ở Thung lũng Chết, California Muối được lắng đọng khi nước bốc hơi (konstantin32 /

iStockphoto)

Các vòm muối ở bờ vịnh có tầm quan trọng về mặt kinh tế vì 2 lý do:

+ Chúng là một nguồn bố ích cho muối nguyên chất gần đó.Một số nguồn cócác lớp trầm tích Lưu huỳnh trải dài (hình 15.9)

+ Một số nguồn có trữ lượng dầu mỏ ở hai bên sườn

Hình 15.9 Vòm muối Một mặt cắt ngang qua một vòm muối loại đặt trưng

này được tìm thấy ở bờ vịnh Hoa Kỳ.

Mặc dù đối với môi trường, các vòm muối cũng quan trọng như các bãichất phóng phóng xạ, nhưng bởi vì những vòm muối này có khuynh hướng

di chuyển, nên sự thích hơp của chúng với các bãi chất thải công nghiệp độc hại phải được chất vấn một cách nghiêm túc

Các trầm tích muối do bốc hơi từ các nguồn nước biển của Hoa Kỳ rấtdồi dào (bảng 15.3), đảm bào không có sự thiếu hụt trong một thời gian dài Nhưng các trầm tích muối này sẽ tiếp tục có một trị số mới bởi vì sự vận chuyển các mặt hàng khoáng sản này sẽ tăng giá, vì thế các khám phá liên tục các trầm tích chất lượng cao gần nơi tiêu thụ hơn vẫn là một mục tiêu quan trọng

BẢNG 15.3 Sự bốc thoát hơi và nguồn nước biển của Hoa Kỳ, thể hiện

qua năm cung cấp theo mức tiêu dùng hiện tại trong nước.

kể đối với trầm tích địa tầng (sedimentary deposits).

Một ví dụ thú vị về các trầm tích khoáng chất được tạo ra bởi quy trìnhsinh học là photphat đã kết hợp với quá trình tích tụ trầm tích biển Nhữnghòn đá trầm tích giàu photpho khá phổ biến ở các tiếu bang phương Tây,cũng như ở Tennessee, Bắc Carolina và Florida Photpho thông thường màtạo ra những khoáng chất trong những hòn đá này là apatit, một hợp chấtcanxi phophat kết hợp với xương và răng Cá và những sinh vật biển kháctrích xuất photphat từ nước biển để tạo thành apatit, và các trầm tích biển do

sự tích tụ trầm tích của xương và răng cá giàu photphat mà ra Mỏ photphatgiàu có nhất trên thế giới được gọi là Bone Valley, cách phía đông Tampa40km, Florida (Hình 15.10) Trầm tích này là những hòn đá trầm tích đượctạo thành từ một phần hóa thạch của các động vật biển mà sống từ 10 đến 15triệu năm trước, khi mà thung lũng Bone là đáy đáy biển cạn Trầm tích đó

đã cung cấp tới 1/3 trong tổng sản lượng của thế giới

Một nguồn photpho quan trọng nữa là phân ( ví dụ như phân chim), tậptrung ở nơi có các quần thể chim biển làm tổ, và khí hậu phải đủ khô cằn đểphân chim có thể khô đi thành một khối giống như đá Như thế, sự hìnhthành một trong các nguồn photpho chính phụ thuộc vào các điều kiện địa lý

và sinh học duy nhất này

Hình 15.10 Mỏ phốt-pho lớn lộ thiên ở Florida Các đống chất thải khai thác mỏ với nước ứ đọng che đi quang cảnh được thể hiện trong hình Một số đất đã được khai hoang làm đồng cỏ ở phần trên của bức ảnh (PhillippeDiederich/The New York Times/Redux Pictures).

QUÁ TRÌNH PHONG HÓA ĐÁ

Sự phong hóa đá là nguyên nhân gây ra việc cô đặc một số vật liệu đếnmức chúng có thể được tách chiết để thu lợi nhuận Qúa trình này có thể tạo

ra các trầm tích (mỏ) tàn dư trong các vật liệu bị phong hóa và làm giàunhững quặng chất lượng thấp thứ sinh

Trầm tích (mỏ) tàn dư (Residual Ore Deposits). Sự phong hóa đá vàđất mạnh mẽ có thể tạo ra những trầm tích tàn dư của các nguyên vật liệu íttan hơn, điều này có thể tạo ra giá trị kinh tế Ví dụ, việc phong hóa mạnh

mẽ một số đất sẽ hình thành một loại đất có tên là laterite (đá ong) (một phầnđất còn lại có nguồn gốc từ các khối đá giàu Nhôm và Sắt) Tiến trình này côđặc một số oxit hydrat không tan của Nhôm và Sắt, trong khi nhiều nguyên

tố hòa tan hơn như silic, canxi, natri được loại bỏ có chọn lọc bởi đất và cácquy trình sinh học Nếu được cô đặc đầy đủ, các nhôm oxit còn sót lại sẽhình thành một quặng nhôm có tên là boxit (hình 15.11)

Hình 15.11 Mặt cắt ngang quặng nhôm của mỏ bauxite Pruden, Arkansas Bauxite được hình thành bởi sự phong hoá thâm canh các lớp

đá phiến nhôm giàu (From Foster, R J 1983 General Geology, 4th ed.

Columbus, OH: Charles E Merrill))

Các trầm tích nicken và côban quan trọng cũng được tìm thấy trongđất laterite, phát triển từ các khối đá lửa giàu sắt từ, các mỏ quặng không tan,như là vàng tự nhiên, nói chung là các trầm tích tàn dư, nghĩa là nếu chúngkhông bị xói mòn, chúng sẽ tích tụ một trong đất và đá bị phong hóa Sự tíchmột số quặng khoáng sản không tan có nhiều ở nơi mà đá mẹ là những vậtliệu có thể hòa tan tương đối, như đá vôi (hình 15.12)

Hình 15.12 Quặng mỏ còn sót lại Cách mà một quặng mỏ khoáng sản không hòa tan có thể hình thành bởi sự phong hóa và sự hình thành đất tàn dư Bởi vì đá vôi có chứa trầm tích bị phong hóa, nên các quặng khoáng sản được tích tụ trong đất tàn dư (From Foster, R J 1983 General Geology, 4th ed Columbus, OH: Charles E Merrill)

Secondary enrichment (làm giàu thứ sinh)

Cần thận trọng khi đánh giá đá hoặc đất trầm tích tàn dư bị phong hóabởi vì quặng tập trung gần bề mặt có thể có chất lượng cao hơn nhiều so vớiquặng ban đầu, những khối đá chưa bị phong hóa

Ở gần bề mặt, quặng nguyên sinh chứa những khoáng chất như sắt,đồng đỏ và bạc sunfit tiếp xúc với nước thổ nhưỡng có nồng độ axit nhỏtrong môi trường giàu oxi Do sulfix bị oxi hóa, nên chúng bị hòa tan, tạo

thành các dung dịch giàu axit sulfuric, đồng và bạc sulfat: các dung dịch này

di chuyển xuống, tạo ra một khu vựa rửa lũa (Rửa lũa đất đá là quá trìnhnước ngầm hoà tan có chọn lọc và hoà tan một số hợp phần dễ hoà tan củađất đá như natri clorua(NaCl), kali clorua (KCl) sau đó là canxisunfat (CaSO4) và canxi cacbonat (CaCO3), khiến các hợp phần đó bị cuốntheo nước chảy hoặc nước ngầm) không có khoáng chất Hình 15.13 chothấy một quặng nguyên sinh đã trải qua quá trình oxi hóa và khử độc hại.Bên dưới khu vực rửa lũa , quá trình oxi hóa vẫn tiếp tục, bởi vì các dungdịch sulfat vẫn di chuyển xuống mặt nước ngầm Dưới mặt nước ngầm này,nếu oxi không còn nữa, thì các dung dịch bị lắng đọng như sulfit, sẽ tănghàm lượng kim loại của quặng nguyên sinh này lên gấp 10 lần Bằng cáchnày, các quặng nguyên sinh nghèo chất lượng trở nên có giá trị hơn, vàquặng nguyên sinh giàu chất lương thậm chí là hấp dẫn hơn nhiều

Hình 15.13 Làm giàu thứ sinh Những vùng đặc trưng hình thành trong suốt tiến trình làm giàu thứ sinh Những khoáng chất của quặng sulfit trong mạch quặng nguyên sinh này bị oxi hóa và bị biến đổi và sau đó được lọc qua từ vùng bị oxi hóa và được tái tích tụ vào vùng màu mỡ Lớp oxit sắt thường có màu đỏ và có thể giúp ích trong việc các định vị trí của các mỏ quặng đã được làm giàu (From Foster, R J 1983 General geology, 4th ed Columbus, OH: Charles E Merrill)\

Sự có mặt của lớp oxit sắt tàn dư ờ bề mặt cho thấy khả năng có mộtquặng giàu có bên dưới, nhưng không phải lúc nào cũng thế Tầm quantrọng đặt biệt cho sự hình một vùng làm giàu thứ sinh là sự có mặt củaquặng sắt sulfit nguyên sinh (ví dụ như pitit) Nếu không có nó, sự làm giàuthứ sinh hiếm khi diễn ra bởi vì sắt sulfit trước sự có mặt có oxi và nước sẽhình thành nên axit sulfuric, một dung môi cần thiết Một yếu nữa thúc đẩy

sự phát triển của một quặng làm giàu thứ cấp là quặng thứ sinh mà có hệ sốthấm cao cho phép nước và dung dịch di chuyển tự do xuống dưới Tạo ra