Современное общество полагается на такие ископаемые, как медь, золото и никель, для широкого спектра применений - от медицины до электроники. Большинство этих элементов редко встречаются в земной коре, поэтому их получение требует вытеснения огромных объемов грязи и горных пород.
Добыча твердых пород - так называемая "добыча твердых нужных ископаемых", а не более мягких материалов, таких как уголь или смоляные пески, - принесла в 2017 году в мировом масштабе 600 млрд. долларов США доходов.
Копать глубоко и широко
В большинстве мест концентрация меди, золота и других элементов слишком мала, чтобы извлекать их с выгодой для себя. Но в некоторых местах они встречаются в залежах нужных ископаемых высокой концентрации, называемых рудами.
Экономически целесообразная концентрация минералов в значительной степени зависит от их рыночной цены. Золотая руда может быть жизнеспособной при концентрации до 0.0001%, в то время как медь становится нерентабельной ниже 0.5%.
Чтобы добраться до этих месторождений под землей, шахтеры туннелируют, выкапывают карьеры или скребки через земную поверхность. Выбор метода зависит от таких факторов, как степень консолидации руды, геологические местоположение и глубина расположения руды.
Растущий международный акцент на безопасность горных работ и изменения в технологии и качестве руды вызвали переход от глубокой добычи к карьерам или открытым разработкам, которые ведут добычу руды из открытых источников.
Глубина карьеров может составлять до трех четвертей мили, но обычно они занимают площадь менее 20 квадратных миль. Напротив, открытые шахты обычно простираются на глубину менее 1000 футов в земную кору, но могут простираться и на сотни квадратных миль.
Кислотные воды
Доступ к руде обычно заключается в разрыве горной породы, удалении ее из ствола или карьера и хранении отходов поблизости после извлечения руды. В этих отвалах рыхлой породы, известных как сваи отвалов, ранее захороненные полезные ископаемые подвергаются воздействию воздуха или воды.
Содержащиеся в породе сернистые соединения вступают в реакцию с кислородом и водой, в результате чего образуется серная кислота, которая может снизить уровень pH близлежащих потоков до уровня, сопоставимого с содержанием лимонного сока или уксуса.
В худшем случае этот процесс, известный как кислотный шахтный дренаж, может убить большую часть местной водной флоры и фауны. Если кислотный дренаж достигает подземных вод, он может продолжаться десятилетиями или веками и привести к каскаду других воздействий, которые ухудшают качество воды во всех местных речных сетях.
Когда кислотный шахтный дренаж снижает рН ручья, другие металлы также могут начать таять в грунтах, в отвалах, шахтах или прилегающих грунтах, вымываясь в почву и грунтовые воды, которые пересекают эти участки.
В результате образуются воды с повышенным содержанием кадмия, меди, свинца и других тяжелых металлов, которые вредны для водных насекомых, рыб и здоровья человека.
Изменение формы планеты
В результате горнодобывающих операций были также изменены тысячи квадратных миль земли. В некоторых случаях, особенно при получении нужных ископаемых на горных вершинах, постоянно меняются целые формы земель.
На протяжении тысячелетий поверхность планеты формировалась медленными геологическими процессами ветра и дождя. Напротив, добыча полезных ископаемых изменяет саму геологию, топографию, гидрологию и экологию объектов в процессе нескольких лет или лет десяти.
Существенный и скудный
Как и производители нефти и газа, горнодобывающие компании вынуждены мириться с тем, что искомых ими продуктов мало, а легко извлекаемые залежи уже задействованы, что приводит к снижению качества руды. Однако спрос на эти металлы продолжает расти.
Быстрое развитие "зеленой" энергетики потребует извлечения большого объема редкоземельных металлов для производства ветряных турбин, аккумуляторов электромобилей и солнечных батарей. Эти материалы содержатся также в мобильных телефонах, компьютерах, объективах камер и других товарах.
Обеспечение того, чтобы горнодобывающая деятельность подлежала эффективному надзору и долгосрочному мониторингу и чтобы компании несли ответственность за экологический ущерб, является долгосрочной задачей, где бы ни происходила добыча полезных ископаемых. Лучший способ полностью избежать осложнений, связанных с добычей высокого количества нужных ископаемых, - это снизить их потребление, сделать процессы добычи более эффективными и сделать более экономичными переработку промышленных материалов и редкоземельных металлов.