Visas materialines gėrybes, kuriomis naudojasi žmonija, vienaip ar kitaip paimtos iš gamtos, yra jos dalis. Visa tai, ką žmogus paima iš gamtos, vadinama gamtos ištekliais - tai oras ir vanduo, dirvožemis, miškai, žemės gelmių ištekliai ir tt. Žmonijos istorijos naujaisiais laikais neregėtai išaugo visų išeklių naudojimas. Per labai trumpą laiką civilizacija tapo veiksniu, turinčiu ne mažesnės įtakos visai planetai negu geologiniai ar klimato veiksniai. Kartu civilizacijos įtaka iš esmės skiriasi nuo gamos veiksnių įtakos, nes gamta, evoliucionavusi milijardus metų, yra subalansuota sistema, susidedanti iš daugybės kitų subalansuotų sistemų.
Gamta evoliucionuodama sukūrė idealią globalinę technologiją, funkcionuojančią be atliekų, o žmogaus sukurtos sistemos funkcionuoja taip, kad nugraiboma tik grietinėlė, o dauguma ištekių nepanaudojama ir patenka į atliekas. Laikoma, kad net 95 proc. ir daugiau gamtinių medžiagų išmetama į atliekas, o žmogus pasiima tik 5 proc. Visai dar neseniai atrodė, kad gamtos ištekliai neišsemiami, kad žmogus yra vienvaldis gamtos valdovas, galintis ją keisti ir pervarkyti kaip tik užsimanęs.
Per pastaruosius du dešimtmečius šis požiūris iš esmės pasikeitė, prasidėjo nuodugnaus, suinteresuoto gamtos dėsnių mokymosi ir suvokimo laikotarpis. Žmonija suprato, kad nieko šioje Žemeje nėra be galo daug, kad be saiko švaistant gamtos išteklius vieną dieną galima atsibusti prie tuščių aruodų. Per praėjusius du dešimtmečius įvyko tokių pasikeitimų, kad išteklių išsekimo krizė atitolo per daug dešimtmečių. Surasti naujų mineralinių išteklių telkiniai, pradedami naudoti jūros dugne slūgsantys naftos, gamtinių dujų ir kitų naudingų iškasenų telkiniai, daugiau perdirbama medžiagų kartotinai, metalai ir kitos retesnės medžiagos pakeičiamos plastmasėmis.
Pagrindiniai Materialiniai Ištekliai ir Jų Pasiskirstymas Žemėje
Paprasčiausia, seniausiai žmogaus iš žemės išgaunama žaliava buvo kietoji uoliena arba akmuo. Gal todėl ankstyvieji žmonijos civilizacijos laikotarpiai vadinami akmens vardu: paleolito (senojo akmens), mezolito (viduriniojo akmens), neolito (naujojo akmens). Po akmens amžių sekė žmogaus gamybinę veiklą sąlygojusių metalų (žalvario, geležies) laikotarpiai. Akmenį žmonės pradėjo naudoti labai seniai, tačiau didesniais kiekiais - tik neolite, maždaug prieš 6 000 metų. Metalus nedideliais kiekiais pradėta išgauti žalvario amžiuje (maždaug prieš 3 700 metų) ir geležies amžiaus pradžioje (prieš 2 700 metų).
Mineralinių išteklių ir energijos naudojimas nulemdavo ne tik technologinį ir ekonominį žmonijos vystymosi lygį, bet darydavo didelę įtaką ir socialinei struktūrai. Kai kurie ekspertai nustatė tiesioginius ryšius tarp žaliavų naudojimo ir visuomeninės struktūros. Ypač svarbus etapas buvo perėjimas prie geležies naudojimo, po to daugelyje ūkio šakų buvo sparčiai pradėti naudoti mineralai. Tarptautinė prekyba koncentravosi rytinėje Viduržemio jūros dalyje, ji apėmė vis daugiau naujų gamtos išteklių rūšių. Finikiečiai buvo labai aktyvūs naudingųjų iškasenų žvalgai. Sidabro ir švino kasyklos Atikoje (Senovės Graikijoje) tui metu buvo gerai žinomos.
Labai greitai kalnakasyba plėtojosi Romos imperijos klestėjimo pabaigoje. Romėnai importuodavo auksą ir sidabrą iš Graikijos ir Ispanijos, varį, alavą ir gyvsidabrį - iš Ispanijos, o šviną - iš Anglijos. Žlugus Romos imperijai, sustojo daugelis mineralinių žaliavų gavybos, perdirbimo ir prekybos procesų. Kalnakasyba Europoje suklestėjo tik Renesanso laikais, pradedant XIV ir XV šimtmečiais. Tuo pačiu metu prasidėjo Afrikos, Azijos ir Amerikos kolonizacija, atsivėrė galimybės pasinaudoti tų šalių išteklių šaltiniais. Labai greitai augo kai kurių mineralinių žaliavų naudojimas, ypač švino, alavo, vario, geležies ir akmens anglių.
Kolonijiniai karai ir karai tarp didžiųjų valstybių dažnai būdavo kariaujami siekiant kontroliuoti mineralinių išteklių telkinius. Tokios šalys kaip Vokietija ir Japonija praėjusiame ir šiame amžiuje ne kartą kariavo siekdamos gauti strateginių medžiagų išteklių, kurių joms labai trūko. Pagaliau XX a. mineralinių išteklių gavyba ir naudojimas augo anksčiau nematytais tempais. Jei tik palygintume vieną XX amžiaus ketvirtį (nuo 1951 iki 1975 m.) su visu šimtmečiu (nuo 1876 iki 1975 m.), tai vien per šį kelvirtį pasaulis sunaudojo 81. proc. naftos ir 85 proc.
Nors įvairios žaliavos imamos iš žemės jau seniai, šie laiko nuotoliai tiek maži, jog neįmanoma jų net palyginti su geologiniais laikotarpiais. Tiesa, kai kurios žaliavos kaupiasi greičiau: pajurio paplūdimių smėlis, ežerų kreida, druskos ir lagūnų gipsas. Iš organinių medžiagų greičiausiai susidaro durpės, metano dujos. Gamtos ištekliai skirstomi į dvi skirtingas kategorijas: atsinaujinančius ir neatsinaujinančius išteklius. Tie ištekliai, kurie atsiranda dėl Saulės šilumos ir šviesos, vadinami atsinaujinančiais. Tokie ištekliai yra lietaus vanduo, vėjo energija, maisto produktai, vilna ir medvilnė, mediena.
Visos šios išteklių rūšys yra atsinaujinančios, nes Saulės energijos dėka nuolatos pasipildo. Ir nors kiekvienais metais nuimame javų derlių, kitais metas užauga naujas. O mineraliniai ištekliai - anglys, nafta, varis, geležis ir kiti formuojasi taip ilgai ir lėtai (per milijonus metų), kad jie laikomi neatsinaujinančiais. Energijai gauti, be mineralinių išteklių (anglių, naftos, gamtinių dujų, urano), naudojami ir kiti atsinaujinantys ir neatsinaujinantys ištekliai. Pavyzdžiui, vandens ir vėjo energija yra atsinaujinantys ištekliai, o geoterminė energija - ne. Visų šių išteklių klasifikacija pateikta 2.1.1.
Šis skirstymas sąlyginis, nes tos pačios žaliavos gali priklausyti gretimoms grupėms, pavyzdžiui, kuro gropės žaliavos - chemijos grupei (gamtinės dujos yra ir kuras, ir mineralinių trąšų gamybos žaliava). Ypatingą mineralinių druskų išteklių šaltinį sudaro vandenynai ir jūros. Dauguma mineralinių išteklių išgaunama iš Žemės plutos. Pluta iš esmės skiriasi nuo hidrosferos ir atmosferos, nes ji sudaryta praktiškai iš mineralų - specifinės sudėties kristališkų kietų darinių. Iš mineralų susidaro uolienos. Kai kurias uolienas sudaro tik vienas mineralas (monomineralinės uolienos), kitas - daug mineralų (polimineralinės uolienos).
Kontinentinės Žemės plutos masė sudaro truputį daugiau regu pusę visas Žemės plutos masės, arba apie 0,3 proc. visas Žemės masės. Joje yra mažiau geležies, kalcio ir magnio negu vandenynų plutoje, bet kur kas daugiau silicio, aliuminio, natrio. Tik 9 elementai sudaro 99 proc. visos kontinentinės Žemės plutos masės (2.2.1. pav.). Daugelis retųjų elementų (arba mineralų, į kuriuos įeina vienas ar keli retieji elementai) yra gyvybiškai svarbūs ištekliai šiuolaikinei pramanei. Laimei, šių elementų koncentracija tam tikrose vietose yra labai didelė. Milžiniški naudingųjų iškasenų ištekliai slypi vandenynuose.
Vandenynai dengia 70,8 proc. Žemės paviršiaus, o vidutinis vandens gylis juose siekia beveik 4 km. Taigi susidaro milžiniška suūraus (apie 3,5 proc. sūrumo) vandens masė. Labiausiai paplitę vandenyje paprastą druską sudarantys natris ir chloras. Kartu su magniu, siera, kalciu ir kaliu jie sudaro 99,5 proc. visų vandenyje ištirpusių medžiagų (2.2.2.
Vandenyno cheminė sudėtis
Tik 4 elementų gavyba iš jūrų vandens yra ekonomiškai naudinga. Tai natris, chloras (išgaunamas valgomosios druskos pavidalu), magnis ir bromas. Druska iš jūros gaunama garinant vandenį. Šiuo metu apie 33 proc. pasaulio druskos gaunama iš jūros vandens. Magnis - nepamainoma sudedamoji dalis lengvųjų lydinių, vartojamų lėktuvų ir raketų pramonėje, tiksliųjų prietaisų gamyboje. Dabar iš jūros vandens išgaunamas magnis sudaro apie 70 proc. Be išteklių esančių jūros vandenyje, daug mineralų gaunama iš vandenynų dugno.
Dauguma šių mineralų gaunama netoli kranto arba sekliame šelfų ruože. Naftos gręžimo bokštai iškilo daugelyje pasaulio vietų: Juodojoje jūroje, Meksikos įlankoje, Šiaurės jūroje ir kitur. Šiandien apie 20 proc. pasaulinės naftos gaunama iš jūros. Mineraliniai ištekliai pasaulyje pasiskirstę labai nevienodai. Gausu išteklių Rusijoje, JAV, Pietų Afrikos Respublikoje, Australijoje, o Japonija dauguma istekliq turi importuoti. Didžiausi naftos ištekliai rasti Artimuosiuose Rytuose, o gamtinių dujų ir anglių - Rusijoje. Tačiau tik 5 šalys - NVS (buvusi TSRS), JAV, Kanada, Australija ir Pietų Afrikos Respublika (PAR) turi apie 75 proc. visų pagrindinių pasaulio mineralų išteklių. Šios šalys taip pat išgauna per 50 proc.
Ištekliai naudojami taip pat labai nevienodai. JAV gyvena tik 6 proc. pasaulio gyventojų, o sunaudojama apie 20 proc. visų pasaulio mineralinių išteklių. Tuo tarpu Lotynų Amerikoje, Afrikoje ir Azijoje kartu gyvena trys ketvirtadaliai pasaulio gyventojų, o sunaudojama tik 7 proc. pasaulyje naudojamo aliuminio, 9 proc. vario ir 12 proc.
Mineralinių Išteklių Naudojimas
1650 metais pasaulyje gyveno apie 500 mln žmonių. Jų skaičius nuolatos didėjo, tačiau didėjimo tempas buvo apie 0,3 proc. per metus. Todėl daugiau nei 1 milijardas žmonių Žemėje gyveno tik XIX a. pabaigoje. Gyventojų skaičiaus augimo tempai dešimtajame XX amžiaus dešimtmetyje padidėjo iki 1,7 proc. metus. Dabar pasaulyje gyvena daugiau kaip 6 mlrd. XX amžiuje ne tik labai padidėjo gyventojų skaičius, bet ir nepaprastai išaugo jų poreikiai. Labai greitai išaugo ir mineralinių medžiagų naudojimas (2.3.1.
Mineralinių medžiagų naudojimas
Taigi galime daryti išvadą, kad mineralinių išteklių naudojimas auga dėl to, kad daugėja žmonių - jų vartotojų, o kartu auga vartotojų apetitai, t.y. didėja kiekvieno žmogaus poreikiai. Padaliję sunaudotų mineralinių išteklių kiekį (pavyzdžiui, per metus) iš jų vartotojų skaičiaus, gauname sunaudojimą vienam gyventojui. Eksponentinis augimas - tai kokio nors dydžio nuolatinis didėjimas tam tikru procentu. Pavyzdžiui, kasmet pasaulyje gyventojų padidėja 1,7 proc. Kadangi skaičiuojami naujo, padidėjusio skaičiaus procentai, tai tas prieaugis absoliutiniu dydžiu darosi vis didesnis.
Energijos Ištekliai ir Jų Svarba
Žiūrėdami į laiko skalę, matome, kad techniniai, socialiniai ir ekonominiai pokyčiai vyko vis greitėjančia seka: seniausiais laikais reikėjo šimtų tūkstančių metų kiekvienai vystymosi stadijai, vėliau šie laikotarpiai sumažėjo iki tūkstančių, šimtų ir pagaliau dešimčių metų. Aišku, galima ginčytis, ar automobilių išradimas (kai jaų buvo traukiniai ir geležinkeliai) buvo tokios pat svarbos kaip metalurgijos atsiradimas ar javų auginimas. Tačiau greitėjimas neabejotinas, o jį nulemia 3 pagrindiniai veiksniai: visos žinios yra kaupiamos; didėjant gyventojų skaičiui ir intelektualų proporcijai, didėja mokslininkų skaičius; gauti rezultatai tuoj pat paskelbiami visam pasauliui.
Taigi jau labai senais laikais žmogus suprato, kad jo raumenų jėga ribota, ir stengėsi visaip ją didinti. Pirmiausia jis prisijaukino gyvulius, kuriuos naudojo kaip darbo jėgą, vėliau išrado bures, vandens ir vėjo malūnus, dar vėliau - garo mašinas, vidaus degimo variklius ir pagaliau - elektros motorus. Papildomi energijos šaltiniai dabar gerokai viršija raumenų jėgą visose mūsų gyvenimo srityse - nuo maisto ruošimo iki pramogų. Papildoma energija primena minią paklusnių vergų, kurie be sustojimo, be priekaištų ir skundų dirba, kad m.us pavalgydintų, aprengtų, nuvežtų, kur mums reikia, saugotų nuo šalčio ir karščio ir t.t. Aišku, tam naudojama ne vergų raumenų jėga, o Saulės ir mineralinių išteklių (anglių, naftos, dujų) energija.
Pasaulyje kasmet sunaudojama apie 10 mlrd. tonų energijos išteklių (jei visus išteklius pagal jų kaloringumą perskaičiuotume į anglį) ir daugiau nei 90 proc. energijos poreikių patenkinama deginant organinį kurą: anglis, gamtines dujas ir naftą (3.2.1.
Pasaulio energijos balansas
Prieš Antrąjį pasaulinį karą pagrindinis kuras buvo anglys. 1950 m. net 61 proc. energijos poreikių pasaulyje buvo tenkinama šiuo kuru. Nuo šeštojo iki aštuntojo dešimtmečio sparčiai didėjo naftos naudojimas, tačiau nuo 1980 metų jis stabilizavosi ir toliau didėja gamtinių dujų dalis (3.2.2.
Anglys buvo pirmasis dideliais kiekiais naudojamas organinis kuras. Anglys - nuosėdinė uoliena, susidariusi iš anglies, vandens ir lakiųjų dujų; be to, jose yra truputį mineralinių priemaišų, kurios, anglims sudegus, sudaro pelenus. Įvairių rūšių anglys skiriasi sudedamųjų dalių santykiu, lemiančiu šilumines savybes. Anglyse esančias mineralines priemaišas sudaro daugiausia molis, chlordai ir sulfidai. Anglių ištekliai pasaulyje yra didžiuliai. Manoma, kad netgi nemažinant naudojimo anglių užteks dar mažiausiai 200 metų. Kadangi anglių baseinai labai stabilūs, tai geologai mano, kad pagrindiniai baseinai jau rasti ir galima įvertinti anglių išteklius.
Apskaičiuota, kad pasauliniai anglių ištekliai sudaro 8-9 trilijonus tonų, o dar apie 5-7 trilijonus tonų išteklių yra potencialūs ištekliai, t.y. Anglių ištekliai pasaulyje pasiskirstę labai nevienodai: apie 43 proc. anglių glūdi NVS šalių (Rusijos, Kazachijos, Ukrainos) gelmėse, 29 proc. - Šiaurės Amerikoje, 14,5 proc. - Kinijoje ir 55 proc. - Europoje.
Naftos gavyba ir naudojimas pasiekė tokį mastą, kad net sunku patikėti, jog pramoninė naftos gavyba pradėta tik kiek daugiau nei prieš šimtą keturiasdešimt metų (1857 m.) Rumunijoje, o po dviejų metų - ir JAV. Naftos, kaip energijos šaltinio, suklestėjimo tempai ir mastai stulbinantys. Šių laikų civilizacijos, technologijos ir gyvenimo neįmanoma įsivaizduoti be tos pigios ir gausios energijos, kurią tiekia nafta ir dujos. Įprastais būdais iš telkinių galima gauti tik apie 30 proc. naftos. Dabar nafta iš žinomų telkinių gaunama ir kartotinai. Šiuo būdu jos gavybą galima padidinti iki 70 proc. Pasaulyje nuolatos randama naujų naftos telkinių, todėl pasaktti, kokie yra naftos ištekliai, gana sunku. Manoma, kad jie siekia apie 1 trilijoną barelių (arba apie 140 mlrd. tonų). Prieš 20 metų maanyta, kad naftos ištekliai perpus mažesni, t.y. Du trečdaliai visų žinomų naftos išteklių yra Artimuosiuose Rytuose.
Naftos ir gamtinių dujų šaltinių paieška ir gręžimas naudojant 3D seisminį tyrimą
Naujas Mineralas Kinijoje
Kinijos Guangsi Džuangų autonominiame regione, mokslininkams vykdant darbus Longhua telkinyje, aptiktas mineralas, kurio sudėtis gali iš esmės pakeisti kortas pasaulinėje pagrindinių metalų tiekimo grandinėje. Tai neeilinis radinys, kuris ką tik oficialiai papildė pasaulinę klasifikaciją. Pavadintas pagal atradimo vietą jinxiuite, šis nikelio, bismuto, antimono ir arseno sulfidas yra daugiau nei tik įdomybė kolekcininkams. Įprastiems nikelio ar kobalto telkiniams reikalingas sudėtingas ir brangus sodrinimas. Jinxiuite iš Guangsi provincijos atrodo kitaip. Nikelio kiekis naujajame minerale svyruoja apie 17,5 %, o kobalto - apie 1,5 %. Norint suprasti mastą, verta tai palyginti su visuotinai pripažintomis pelningos mineralizacijos ribomis, kurios siekia atitinkamai 0,2 % nikeliui ir 0,02 % kobaltui.
Klausimas, kuris dabar užima inžinierių galvas, yra ne „ar“, o „kaip“ šiuos metalus galima išgauti. Kristalinė struktūra, kurioje jie glūdi, gali būti tiek galimybė, tiek technologinis iššūkis. Nikelio, kobalto ir bismuto buvimas vienoje struktūroje yra svarbi informacija pramonei. Šie metalai yra pažangių technologijų pamatai: nuo baterijų elementų iki komponentų, atsparių ekstremalioms temperatūoms varikliuose. Kinija jau daugelį metų yra didžiausia kobalto vartotoja pasaulyje, tačiau kartu privalo importuoti milžiniškus jo kiekius, daugiausia iš politiškai nestabilaus Kongo. Radinys Guangsi regione, kuris ir taip laikomas svarbia spalvotųjų metalų sritimi, galėtų šiek tiek susilpninti šią priklausomybę. Tačiau tai nereiškia greitos importo pabaigos.
„Naujasis mineralas yra gamtos padovanotas projektinis planas - stabili struktūra, atrinkta per 4,6 milijardo metų trukusius geocheminius eksperimentus Žemėje. Medžiagų inžinerijos mokslininkams gamtinės, milijardus metų bandytos kristalinės struktūros yra neįkainojamas įkvėpimo šaltinis. Kartu pats mineralas yra tarsi laiko kapsulė. Jo struktūra ir sąsajos su kitomis uolienomis Longhua telkinyje pasakoja apie geologinius procesus, vykusius šioje vietoje esant didžiuliam slėgiui ir aukštai temperatūrai. Jinxiuite atradimas primena, kad mūsų planeta vis dar geba nustebinti. Nepaisant palydovų ir pažangių geofizinių modelių, vis dar aptinkame visiškai naujų mineralų. Kinijai tai yra augančių savojo mokslo galimybių įrodymas. Pasaulinei žaliavų rinkai - įdomi žinia, nors kol kas neturinti tiesioginės įtakos pasiūlai.
Svarbiausia bus tai, kas vyks toliau. Ar telkinys pasirodys pakankamai didelis ir lengvai eksploatuojamas, kad realiai paveiktų rinką? Ar unikali mineralo struktūra tikrai atneš proveržį medžiagotyros laboratorijose?