علوم الأرض12 فصل أول

تعدين الخامات المعدنية وأثره على البيئة

استخراج الصخور والمعادن من الأرض

يهدف الاستكشاف الجيولوجي إلى تعرف الأماكن التي توجد بها الصخور التي تحتوي على الخامات المعدنية المختلفة مثل خامات الحديد والنحاس والفوسفات وتحديد مواقعها بدقة لاستخراجها بطريقة منظمة غير عشوائية بأقل التكاليف والنفقات.

وتسمى علمية استخراج الخامات المعدنية التي توجد بكميات اقتصادية من الصخور في باطن الأرض أو على سطحها التعدين Mining .

 

يمثل الشكل عملية استخراج الفحم باستخدام أدوات مثل الحفارات وشاحنات النقل.

تستخرج الخامات المعدنية من القشرة الأرضية بطريقتين أساسيتين، هما:

1.  التعدين السطحي.
2.  التعدين تحت السطحي.

 

اتحقق : أوضح أهمية طرق الاستكشاف الجيولوجي في استكشاف باطن الأرض.

تعرّف الأماكن التي توجد بها الصخور التي تحتوي على الخامات المعدنية المختلفة وتحديد مواقعها بدقة لاستخراجها بطريقة منظمة غير عشوائية بأقل التكاليف والنفقات.

 

التعدين السطحي Surface Mining

تستخدم طريقة التعدين السطحي فقط عندما:

• تكون الصخور التي تحتوي على الخامات المعدنية (جسم الخام Ore Body) موجودة بالقرب من سطح الأرض.
• المنطقة التي توجد فيها غير مأهولة بالسكان.

ويسمى هذا النوع من التعدين أيضًا التعدين المفتوح.

يتم في التعدين السطحي بعدة خطوات هي:

• أولا إزالة التربة والصخور التي تعلو جسم الخام المراد استخراجه بواسطة آلات ثقيلة مخصصة لذلك.
• عند تكشف الجسم الخام تستخدم الحفارات الضخمة أو الجرافات في حفر الخام المعدني وإزالته.
•  تحميل الجسم الخام في شاحنات النقل.
• ثم تنقله الشاحنات من موقع التعدين إلى مرافق المعالجة أو المخازن.

التعدين تحت السطحي Subsurface Mining

التعدين تحت السطحي: هو عملية استخراج الخامات المعدنية التي توجد على أعماق كبيرة تحت سطح الأرض تزيد على 50 m تقريبًا باستخدام طرائق التعدين تحت السطحية المختلفة، مثل الأنفاق المائلة والأعمدة الرأسية، دون إزالة التربة والصخور التي تعلوها.

تحفر الأنفاق المائلة بزوايا مختلفة لاستخراج الخامات المعدنية بحسب الظروف الجيولوجية مثل :

• الأعماق التي يوجد فيها الخام.
•  نوع الصخور والتراكيب الجيولوجية كالطيات والصدوع.
•  نوعية الخام المستخرج.

وعند الوصول إلى تلك الخامات المعدنية تنقل إلى السطح.

أما عند وجود الخامات المعدنية المراد استخراجها على أعماق كبيرة جدا ويتعذر حفر الأنفاق المائلة لاستخراجها فتستخدم طريقة الأعمدة الرأسية الأنفاق العمودية، إذ تحفر أعمدة رأسية للوصول إلى الخامات المعدنية، ثم تنقل بعد ذلك إلى السطح باستخدام المصاعد.

أما الأنفاق الأفقية فهي أنفاق تحفر في جانب التلال أو الجبال، ومن ثم يتم تتبع طبقات الخام أفقيا بدلا من الحفر العمودي.

 

أتحقق : أحدد الأمور التي تؤخذ بالحسبان عند استخدام الأنفاق المائلة.

• الأعماق التي يوجد فيها الخام.
•  نوع الصخور والتراكيب الجيولوجية كالطيات والصدوع.
•  نوعية الخام المستخرج.

 

العوامل المؤثرة في تعدين الصخور والمعادن

تتأثر عملية تعدين الخامات المعدنية بعوامل عديدة، منها:

• أهميتها في الصناعات المختلفة.
• مستوى الطلب عليها، إذ تصبح الخامات المعدنية ذات جدوى اقتصادية بزيادة الطلب عليها.
• كمية أو احتياطات الخامات المعدنية الموجودة تحت سطح الأرض ومدة استمرارية تعدينها، فكلما كانت كمية الخامات المعدنية المراد استخراجها أكبر ومدة إنتاجها أطول كانت ذات جدوى اقتصادية أعلى.
•  الظروف الجيولوجية تؤثر في عملية التعدين، فمثلا: تزداد تكلفة استخراج الخامات المعدنية إذا كانت على أعماق كبيرة؛ بسبب الحاجة إلى حفر أنفاق عميقة، في حين تكون تكلفة الاستخراج منخفضة عند استخدام طرائق التعدين السطحي.

 

► الربط بالهندسة

يطلق على الموقع الذي تستخرج فيه المعادن والصخور اسم المنجم ويمكن أن يكون المنجم على سطح الأرض أو تحتها وفقًا لعملية التعدين.

و تدخل الهندسة المدنية في تصميم الهياكل والبنية التحتية للمناجم مثل الأنفاق والطرق والمرافق المرتبطة بعمليات التعدين.

 

أتحقق: أذكر عاملين يؤثران في تعدين الصخور والمعادن.

1. أهمية الصخور والمعادن في الصناعات المختلفة.
2. مستوى الطلب عليها.

 

الأثر البيئي لاستخراج الصخور والمعادن

تسبب عملية استخراج الخامات المعدنية أضرارًا بيئية عديدة، منها:

فقدان مواطن الكائنات الحية - والتنوع الحيوي

تؤدي عملية إزالة التربة والصخور أثناء عملية التعدين، إلى تدمير مواطن العديد من الكائنات الحية في منطقة التعدين، مثل الغابات، مما يؤدي إلى فقدان أعداد كبيرة من النباتات والحيوانات في تلك المناطق.

بالاضافة الى انه يمكن أن تؤثر أنشطة التعدين أيضًا في النظم البيئية المائية؛ بسبب تلوث المياه بالرواسب التي تنجم عن استخراج الخامات المعدنية، مما يعرض الكائنات الحية المائية للخطر.

 

تلوث المياه Water Pollution

يعد تلوث المياه من أبرز المشكلات البيئية التي ترتبط بها عملية التعدين إذ تستخدم عدة عناصر كيميائية سامة مثل: الرصاص، والسيانيد، والزرنيخ أثناء عمليات فصل المعادن عن الصخور غير المرغوب فيها التي تحويها.

 تصل العناصر السامة إلى مصادر المياه السطحية القريبة من منطقة التعدين مثل الأنهار القريبة، أو قد تتسرب إلى باطن الأرض حتى تصل إلى المياه الجوفية، ما يؤدي إلى تلوثها.

يبين الشكل التالي مياه ملوثة نتيجة تعدين النحاس قرب احدى البحيرات.

تلوث الهواء Air Pollution

تطلق عمليات الحفر والتكسير وتنقية الخامات المعدنية عند استخراجها كميات هائلة من الغبار الذي يحتوي على عناصر تتسبب في تلوث الهواء مثل: الرصاص والسيانيد، والحديد والكبريت.

مثلًا : تؤدي عمليات استخراج معدن البيريت (FeS₂) للحصول على الكبريت إلى تلوث الهواء الجوي؛ بسبب إطلاق كميات كبيرة من الحديد والكبريت إلى الهواء.

 

يبين الشكل تلوث الهواء بالغبار الناتج من تكسير الصخور في أحد المناجم.

تعرية التربة Soil Erosion and Sedimentation

عند القيام بعمليات التعدين، تُزال التربة السطحية والصخور التي تغطي الخامات المعدنية المراد استخراجها.

تعرف هذه العملية بإزالة التربة تؤدي إلى تدمير الطبقة الخصبة من التربة الضرورية لزراعة النباتات ودعم الحياة النباتية والحيوانية، ونتيجة لذلك، تتأثر النظم البيئية في تلك المنطقة بشكل كبير، وتصبح الأراضي التي كانت خصبة سابقًا غير قابلة للاستخدام أو الزراعة بعد الانتهاء من عملية التعدين.

أما التربة المزالة ، فقد تنجرف بفعل مياه الأمطار والرياح، إذ تحمل مياه الأمطار التربة إلى الأنهار، ومن ثم يؤدي ترسبها إلى زيادة سمك الرسوبيات في النهر وانخفاض الحياة المائية، وزيادة احتمالية حدوث الفيضانات؛ مما يزيد من تفاقم الأضرار البيئية.

 

يوضح الشكل المجاور تراكم الرسوبيات الناتجة من عمليات التعدين في النهر الاصفر في الصين.

التلوث البصري والضوضائي Visual and Noise Pollution

تكون مناجم التعدين غالبًا مواقع ضخمة تعمل على مدار 24 ساعة طوال السنة، ما يعني استمرار الضجيج الناتج من الآلات الثقيلة، مثل الحفارات والشاحنات والكسارات. وله تأثيرات سلبية منها:

• يسبب إزعاجًا للسكان المحليين في المناطق القريبة من هذه المناجم.
• يؤثر سلبًا في صحتهم النفسية والجسدية، مثل حدوث اضطرابات النوم والتوتر. بالإضافة إلى ذلك
• يؤثر في الحياة البرية في المنطقة المحيطة بالمناجم، إذ يؤدي إلى هجرة الحيوانات من مواطنها الطبيعية وحدوث اضطرابات في نمط حياتها.

 

ومن التأثيرات السلبية الأخرى للتعدين: تدمير المناظر الطبيعية، وتأثير الإضاءة الليلية الدائمة على معيشة السكان المحيطين بمواقع التعدين.

 

► الربط بالعلوم الحياتية

تستخدم المعالجة البيولوجية في بعض الأحيان (Bioremediation) المعالجة تلوث المياه في موقع التعدين، حيث يتم تحفيز البكتيريا وحيدة الخلية التي تعيش في الموقع لتفكيك الملوثات في التربة والمياه. على الرغم من أنه لا يمكن التخلص من الملوثات السامة مثل الكادميوم إلا أنها تعد بديلاً آمنا وأقل تكلفة مقارنة بالحرق أو طمر النفايات.

 

إدارة تأثير استخراج الصخور والمعادن

قبل البدء بأي مشروع تعدين يجب إجراء تقييم للأثر البيئي له؛ أي تقييم الآثار البيئية التي قد تنجم عن عملية التعدين قبل اتخاذ القرار بإنشاء المنجم وإعطاء الإذن ببدء عمليات التعدين، وغالبًا ما يتضمن تفاصيل حول التأهيل البيئي، والترميم، وإعادة الاستخدام.

 

التأهيل البيئي Remediation

يشمل هذا الإجراء ضمان أمان الموقع بعد إيقاف التعدين، من خلال:

• هدم المنشآت.
•  إزالة المعدات.
•  تثبيت الفتات الصخري على سطح الأرض.
•  تصريف المياه في الأنابيب.
•  التخلص من أي نفايات خطرة.

 

الترميم Restoration

يتم في العديد من مواقع التعدين إعادة الموقع إلى حالته قبل عمليات التعدين عن طريق:

• إعادة بناء النظام البيئي فيها من خلال زراعة الأشجار والنباتات المحلية المشابهة لتلك التي كانت موجودة فيها.
• إنشاء محميات طبيعية، بما في ذلك البحيرات التي تشكلت في مناطق التعدين السطحي.

 

إعادة الاستخدام Re-Use

في السنوات الأخيرة ظهرت توجهات لإعادة استخدام المناجم والمحاجر التي تم إيقاف تشغيلها بحيث تستمر في المساهمة اقتصاديا في المجتمعات المحلية؛ إذ تستخدم بعض المواقع للتخلص من نفايات المكبات المنزلية، في حين تحولت مواقع أخرى إلى مناطق جذب سياحي.

مثلًا : أنشئت حلبة سباق غوتلاند رينغ في السويد، وفي غانا أصبح منجم الذهب المهجور "هوميز " مركزًا لمشروع زراعي يضم مزارع الأسماك وتربية المواشي وزراعة الخضروات السياحية البيئية.

 

أتحقق: أذكر طريقتين يمكن عن طريقهما إعادة استخدام المناجم بعد الانتهاء من عمليات التعدين.

1. التأهيل البيئي.
2. الترميم.