زمین‌شناسیعلوم پایه

زمین در خدمت انسان؛ منابع تجدید شدنی و تجدید نشدنی؛ تشکیل نفت

زمین در خدمت انسان

موادی که از زمین به دست می‌آید، مبانی تمدن امروزی را تشکیل می‌دهند. مواد معدنی و منابع انرژی‌زایی که از پوسته‌ی زمین حاصل می‌آیند، مواد خامی‌اند که صنایع مختلف بر اساس آن‌ها شکل گرفته‌اند و نیازهای جامعه را فراهم می‌کنند. شما ممکن است متوجه نشوید که زمین تا چه حد در رفع نیازهای مختلف به همه‌ی ما خدمت می‌کند. کافی است نگاهی به اطراف خود بیندازید. مصالح ساختمانی تا وسایل داخل خانه، ماشین‌آلات، ابزارهای مختلف، مواد سوختی، حمل و نقل، برق، بیشتر دارو‌ها و رنگ‌ها و بالاخره آب، از زمین تأمین شده‌اند. هر جامعه و ملتی صنعتی‌تر باشد، میزان استفاده‌اش از فرآورده‌های زمین هم بیشتر خواهد بود.

فعالیت

منابع تجدید شدنی و تجدید نشدنی

به موادی که در طول مدت چند ماه یا چند سال جانشین می‌شوند، منابع تجدید شدنی می‌گویند. در عوض، منابع و مواد دیگری وجود دارند که تولید مجدد آن‌ها به گذشت میلیون‌ها سال نیاز دارد.

بر این اساس، جدول زیر را کامل کنید.

منابع تجدید شدنی منابع تجدید نشدنی کاربرد
     

 – به نظر شما آب زیرزمینی منبعی تجدید شدنی است یا تجدید نشدنی؟ دلیل بیاورید.

– در کشور ما، از کدام بنا به تجدید نشدنی باید مراقبت بیشتری شود، دلیل بیاورید.

مقدار مصرف سرانۀ مواد فلزى و غیرفلزى به ازاى هر نفر، در یک کشورشکل ۱- مقدار مصرف سرانۀ مواد فلزى و غیرفلزى به ازاى هر نفر، در یک کشور

منابع انرژی

زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، سوخت های مهم جوامع امروزی را تشکیل می‌دهند. با آن که در طول چند دهه‌ی آینده کمبودی از این لحاظ مشهود نیست، اما این منابع انرژی به سرعت رو به کاهش‌اند. حتی پیگیری کارهای اکتشافی در اعماق دریا و درونی آن یخ‌های قطبی هم جلوی بحران آینده را نخواهد گرفت، به ویژه اینکه مصرف نیز روز به روز بالاتر می‌رود. اگر وضع به همین منوال پیش برود، قاعدتاً باید در فکر منابع دیگر انرژی از قبیل ژئوترمال (حرارت داخل زمین)، خورشیدی، باد و هیدرو الکتریک (آبی) بود.

زغال سنگ

زغال سنگ، نوعی سنگ رسوبی است و در بین سایر موادی که از زمین به دست می‌آید و اهمیت ویژه‌ای دارد. در بسیاری از موارد می‌توان آثار ساقه و ریشه‌ی گیاهان، را در داخل لایه‌های زغال سنگ و سنگ‌های اطراف آن مشاهده کرد. این مطلب نشان دهنده منشأ گیاهی آن است.

گیاهان قدیمی که زغال سنگ از آن‌ها درست شده است تا حد زیادی شبیه گیاهان امروزی و فوق العاده متنوع بوده به گونه ای که فقط در سوال سنگ‌های دوره کربنیفر بیش از ۳۰۰۰ نوع گیاه تشخیص داده‌اند.

نحوه تجمع مواد اولیه: اگرچه منشاء گیاهی زغال سنگ مورد قبول اعتبار به دانشمندان است اما در مورد چگونگی تجمع مواد گیاهی دو نظریه‌ی مختلف تحت عنوان نظریه‌های درجازا و دگرجازا وجود دارد.

مطابق نظریه‌ی درجازا، زغال سنگ در همان محل رویش گیاهان تشکیل شده است. بر اساس این نظریه، پس از این که شرایط آب و هوای مناسب سبب شد که جنگل‌های انبوهی به وجود آید، تنه‌ی درختان بر زمین افتاده و توده‌ای از مواد اولیه گیاهی جمع شد. در مرحله‌ی بعد، سیلاب‌هایی که از محل می‌گذشت، گل و لای همراه خود را برجای گذاشت و بدین ترتیب روی مواد گیاهی با پوششی از این موارد پوشیده شده و به ترتیبی که بعداً خواهیم دید، این مواد به زغال تبدیل شدند.

مطابق نظریه‌ی دگر جارزا، سیلاب‌های موسمی و طغیان رودخانه‌هایی که از نزدیک جنگل‌ها می‌گذشت، سبب شد که درختان زیادی کرده شده و توسط رودخانه به دریا یا باتلاق حمل گردد و در آنجا رسوب کند و سپس به زغال تبدیل شود.

چگونگی تبدیل مواد گیاهی به زغال سنگ: پس از تجمع مواد گیاهی، این مواد طی مراحلی به زغال تبدیل می‌شوند.

در اولین مرحله در اثر فعالیت باکتری‌های مختلف مواد گیاهی تجزیه می‌شود و بعضی از عناصر تشکیل دهنده‌ی خود مثل اکسیژن هیدروژن را از دست می‌دهد. بدین ترتیب، درصد کربن آن اضافه شده و پس از مدتی به زغال نارس تبدیل می‌گردد. زغال نارس به تدریج با قشری از رسوبات گل و لای پوشیده شده و فشرده‌تر می‌شود. به مرور که زغال نارس به اعماق فرو می‌رود، در اثر افزایش فشار رسوبات، فشار و دمای محیط افزایش می‌یابد و طی آن زغال نارس ابتدا به زغال قهوه‌ای و سپس انواع دیگر زغال تبدیل می‌شود.

ذخایر  زغال سنگ ایران (میلیون تن)شکل ۲- ذخایر  زغال سنگ ایران (میلیون تن) 

سنگ انواع مختلفی دارد که هر نوع کاربرد ویژه‌ای دارد. بعضی از موارد مربوط به آنان در صنایع فولاد مصرف دارد و به نام کک معروف است. انواع دیگر آن نیز برای ایجاد حرارت به عنوان سوخت به کار می‌رود و آن‌ها را زغال‌های حرارتی می‌نامند.

اهمیت نفت در زندگی روزمره بر کسی پوشیده نیست. از گرمای اتاق‌تان گرفته تا غذایی که می‌پزید، نفت دخالت دارد. برای رفتن به مدرسه و سایر نقاط از وسایل نقلیه استفاده می‌کنید که برای حرکت به مواد نفتی نیاز دارند. علاوه بر سوخت، نفت در تهیه بسیاری از پلاستیک‌ها به کار می‌رود. در بسیاری از لباس‌ها نیز الیافی به کار می‌رود که از مواد نفتی ساخته شده‌اند.

نفت

نفت ماده‌ی آلی مایع و سیاه رنگی است که بوی مخصوصی دارد. باید توجه داشت که آنچه ما در زندگی روزانه از آن به عنوان نفت، در بخاری و چراغ استفاده می‌کنیم، در واقع نفت سفید و تنها یکی از محصولاتی است که در اثر پالایش نفت خام بدست می‌آید.

چگونگی تشکیل نفت

مواد اولیه‌ی نفت، عمدتاً موجودات زنده‌ی ریزی بوده‌اند که امروزه نیز به حالت شناور در آب دریا وجود دارند. این جانداران، دارای بعضی ترکیبات، نظیر اسیدهای چرب هستند که ماده‌ی اصلی برای تشکیل نفت است. نمونه‌هایی از این موجودات در شکل ۳ دیده می‌شوند.

نمونه‌ای از موجودات شناور نفت‌سازشکل ۳- نمونه‌ای از موجودات شناور نفت‌ساز

عمر جالب را بر گیاهان شناور نفت سازمان اولاً کوتاه است قسمتی از بقایای این موجودات بر کف دریا فرو‌می‌ریزد. البته باید توجه داشت که تمام بقایای موجودات به کف حوضه‌ی رسوبی نمی‌رسند و بخش عمده‌ای از آن‌ها قبل از رسوب، اکسید شده و یا توسط جانوران دیگر خورده می‌شوند. به هر حال باز هم از این بخش از بقایای که در کف حوضه رسوبی می‌کنند، زیادی دارند و برای تشکیل مقدار قابل توجهی نفت، کافی هستند. این قسمت از بقایا که از نوع مواد آلی است، چون به کف حوضه‌ی رسوبی می‌رسند، به نحوی حفظ می‌شوند. معامله این حوزه رسوبات دانه ریزی است که همراه با آن‌ها رسوب می‌کند و باعث محفوظ ماندن این مواد می‌شود. به طوری که دیده می‌شود، تشکیل نفت شرایط خاصی لازم است؛ علاوه بر وجود مواد اولیه، محیط رسوبی نیز باید چند باشد تا مواد بتوانند در زمان کوتاهی رسوب کنند. از سوی دیگر، مقدار اکسیژن محیط نیز باید ناچیز باشد تا مانع از اکسایش مواد شود. اکنون این مسئله روشن می‌شود که چرا با وجودی که موجودات زنده‌ی شناور به میزان زیاد در حوضه های رسوبی وجود دارند، در تمام آنها نفت تشکیل نمی‌شود.

مواد دانه ریزی که همراه با بقایای موجودات رسوب میکنند، بعد‌ها به سنگ تبدیل می‌شوند و به نام سنگ مادر معروف‌اند.

فرایند تبدیل مواد آلی به ترکیب‌های مختلف کربن و هیدروژن (هیدروکربن‌ها) که نفت را تشکیل می‌دهند، فرآیند پیچیده‌ای است که در آن باکتری‌های غیرهوازی نقش اصلی را به عهده دارند. این باکتری‌ها که در اغلب رسوبات دریایی وجود دارند، به مرور زمان سبب تجزیه مواد آلی و تبدیل آن‌ها به نفت می‌شوند.

مهاجرت اولیه نفت: سوغات حاوی مواد نفتی در ابتدا بصورت لجنی است که ۷۰ تا ۸۰ درصد آن مایع و بقیه‌ی آن رسوبات مختلف است. بیش از ۹۹ درصد مایع موجود در این لجن را آب دریا (آب شور) و فقط کمتر از یک درصد آن را نفت تشکیل می‌دهد.

با ادامه‌ی رسوبگذاری در حوضه‌ی رسوبی، وزن رسوبات و بنابراین، فشار مؤثر بر لجن، رسوبات را متراکم‌تر می‌کند. تراکم رسوبات سبب می‌شود که مایعات موجود از آن خارج شوند و به این ترتیب خروج آب و نفت از خلل و فرج رسوبات کردن دیگر سنگ شده و سنگ مادر نامیده می‌شود، آغاز می‌شود که آن‌ را مهاجرت اولیه می‌گویند.

واضح است که در اعماق زمین، فضای خالی به صورت غار وجود ندارد و آب و نفت از درون منافذ ریز موجود در سنگ‌ها حرکت می‌کنند. گرچه در ابتدای کار حرکت آب و نفت به سمت بالا است، اما با اضافه شدن تراکم رسوبات، حرکت جالبی نیز انجام می‌گیرد و بدین ترتیب، مهاجرت آب و نفت ادامه می‌یابد. مهاجرت اولیه نفت ممکن است به چند صد کیلومتر برسد. بخش عمده‌ای از نفتی که بدین ترتیب تشکیل شده است، زمان مهاجرت اولیه هدر می‌رود اما اگر در مسیر حرکت آب و نفت محل مناسبی برای تجمع نفت وجود داشته باشد، این مخلوط در آن به دام می افتد و انباشته می‌شود.

نفت‌گیر‌ها: نفت‌گیر‌ها مخازن طبیعی مناسبی هستند که نفت در داخل آن‌ها انباشته می‌شود. برای اینکه نفت انباشته شود، اولاً باید سنگ مخزن مناسبی با تخلخل و قابلیت نفوذ خوب وجود داشته باشد، ثانیاً باید روی آن با سنگ غیر‌قابل نفوذی که به آن پوش سنگ می‌گویند، پوشیده شود و ثالثاً وضعیت هندسی آن برای انباشته شدن نفت مناسب باشد.

نفت‌گیر‌ها انواع مختلفی دارند که بعضی از انواع آن را در شکل ۴ می‌بینید.

بعضی از انواع نفتگیرهاشکل ۴- بعضی از انواع نفتگیرها 

مهاجرت ثانویه‌ی نفت: پس از آنکه مخلوط آب و مواد نفتی در داخل نفت‌گیر به دام افتاد، در اثر اختلاف وزن مخصوص آب، نفت و گاز، این سه بخش به تدریج از یکدیگر جدا می‌شوند و سه لایه‌ی مختلف را در داخل نفت‌گیر، تشکیل می‌دهند. این مرحله را مهاجرت ثانویه می‌گویند.

گرچه در حالت کلی معمولاً در نفت‌گیر‌ها به ترتیب سه لایه‌ی گاز، نفت و آب روی هم قرار دارند، ولی این امر همیشه صادق نیست و ممکن است در یک نفت‌گیر فقط گاز یا آب وجود داشته باشد.

ترکیب نفت: به طور کلی می‌توان نفت را به عنوان ترکیبات مختلف هیدروژن و کربن یا هیدروکربن تعریف کرد. این هیدروکربن‌ها از نظر مشخصات شیمیایی و فیزیکی با هم متفاوت‌اند و ممکن است حالت گاز، مایع و یا جامد داشته باشند.

معدودی از نفت‌ها، بی‌رنگ و بی بو هستم ولی اغلب آن‌ها رنگ تیره و بوی مشخصی دارند. اگر مولکول‌های تشکیل دهنده‌ی ترکیبات نفتی بزرگ باشند، نفت را سنگین و در غیر این صورت، آن را سبک می‌گویند. در مواردی نیز که درصد گوگرد نفت زیاد یا کم باشد به ترتیب آن را نفت ترش یا نفت شیرین می‌نامند.

استخراج نفت: استخراج نفت با استخراج سایر مواد متفاوت است. پس از آنکه به کمک عملیات اکتشافی، موجود نفتی در منطقه شناسایی شد، اقدام به حفر چاه‌های عمیق می‌کنند. پس از برخورد چاه به نفت‌گیر، به علت فشار موجود در مخزن، نفت اغلب خود به خود بالا می‌آید. نفت خامی که بدین ترتیب تولید می‌شود مستقیماً قابل استفاده نیست؛ بلکه ابتدا آب، گاز و مواد گوگردی آن را جدا می‌کنند و سپس برای تصفیه به پالایشگاه می‌فرستند. در پالایشگاه، نفت را تصفیه و انواع فرآورده‌های نفتی از قبیل نفت سفید، بنزین، بنزین هواپیما، روغن و … از آن تهیه می کنند. نفت تسویه شده به وسیله‌ی لوله به محل مصرف یا بنادر بارگیری حمل می‌شود.

درصد فراورده‌هاى مختلف حاصل از نفت خامشکل ۵- درصد فراورده‌هاى مختلف حاصل از نفت خام

از مقدار کل تولید نفت خام کشور، سالانه بخش عمده‌ای از آن صرف تولید برق می‌شود، لذا کشور ما با شرایط فعلی نمی‌تواند به منابع فسیلی اتکا کند؛ زیرا:

۱- منابع فسیلی محدود بوده و متعلق به نسل‌های آینده نیز می‌باشد. لذا استفاده‌ی بی‌رویه از آن مجاز نیست.

۲- استفاده از منابع مذکور در صنایع تبدیلی (نظیر پتروشیمی) ارزش افزوده بیشتری را در پی دارد.

۳- مصرفی منابع در داخل کشور، با روند فعلی، در چند دهه‌ی آینده ایران را به یک کشور وارد کننده‌ی نفت خام و فرآورده‌های آن تبدیل خواهد کرد.

۴- مهمتر از همه، مسئله‌ی آلودگی‌های زیست محیطی حاصل از مصرف سوخت‌های فسیلی چه به صورت منطقه‌ای و چه در بعد جهانی است که سلامت انسان و طبیعت را در مخاطره قرار می‌دهد.

اثرات محیطی سوزاندن سوخت‌های فسیلی

انسان، با وجود موفقیت در پیشرفت‌های علمی، مشکلات متعددی را هم برای خود ایجاد کرده است. یکی از مشکلات بسیار جدی، آلودگی هوا ناشی از سوزاندن سوخت‌های فسیلی است. آلودگی های هوای شهری، باران اسیدی و گرم شدن عمومی هوای کره‌ی زمین (اثر گلخانه‌ای)، همگی با این نوع منابع انرژی ارتباط دارند.

آلودگی هوا، برای ساکنان شهرهای بزرگ، مسئله‌ای بسیار جدی است، به ویژه که آلوده شدن هوا تدریجی نیست و بلافاصله بعد از وارد شدن مواد آلوده سازد در آن، اثر خود را ظاهر می کند. خودروها، بزرگترین نقش را در این میان دارند، اما البته منابع ثابت دیگری هم در آلوده کردن هوا مؤثرند (شکل ۶).

آلوده‌کننده‌هاى اصلى، منابع آنها.  درصدها بر حسب وزن محاسبه شده‌اند. شکل ۶-  آلوده‌کننده‌هاى اصلى، منابع آنها.  درصدها بر حسب وزن محاسبه شده اند. 

منابع انرژی جانشین

با بررسی دو تا سری در میزان استفاده از منابع انرژی، معلوم می‌شود که تقریبا ۹۰ درصد از انرژی مورد نیاز جهان را سوخت‌های فسیلی تأمین می‌کنند که منابع تجدیدناپذیرند. برآوردهای فعلی نشان می‌دهد که اگر میزان مصرف را ثابت معادل سال‌های کنونی در نظر بگیریم، تا حدود ۱۷۰ سال دیگر هم منابع سوخت‌های فسیلی دوام خواهند داشت. اما می‌دانیم که با افزایش جمعیت، مقدار مصرف بالا می‌رود و بسیار زودتر از آن زمان، منابع چنین سوخت‌هایی به پایان خواهند رسید. بالا رفتن مصرف هم به معنای افزایش آلودگی محیط است. در این صورت، باید چاره‌ای اندیشیده شود. البته هنوز در این باره به پاسخ قطعی نرسیده‌ایم، اما منابع تامین انرژی مناسب تری هم پیدا شده‌اند که عبارتند از انرژی هسته‌ای، خورشیدی، بادی، زمین گرمایی و …

انرژی هسته‌ای: دانشمندان و مهندسان، به نوعی فناوری دست یافته اند که می‌توانند با کمک آن، با استفاده از واکنش‌های هسته‌ای، انرژی قابل استفاده‌ی زیادی را تولید کنند. این فناوری، بر اساس واکنش شکافت هسته ای، یعنی شکستن هسته‌ی یک اتم بزرگ و تبدیل آن به دو هسته‌ی کوچک‌تر با پایداری بیشتر است. از این واکنش، مقدار زیادی انرژی گرمایی به دست می‌آید که قابل استفاده برای تولید برق است.

طرح یک نیروگاه اتمیشکل ۷- طرح یک نیروگاه اتمی

برای انجام این کار از اورانیوم ۲۳۵ استفاده می‌شود. اورانیومی که به طور طبیعی در معدن یافت می‌شود مخلوطی از ۹۹/۳ درصد اورانیوم ۲۳۸ و ۰/۷ درصد اورانیوم ۲۳۵ است. بیشتر نیروگاه‌ها، باید سوخت را مصرف کنند که بین ۳ تا ۷ درصد اورانیوم ۲۳۵ را دارا باشد، به همین منظور، طی فرآیندهای بسیار پیچیده‌ای ابتدا سنگ معدن را تخلیص و سپس نسبت به ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ غنی‌سازی می‌کنند. به چنین مخلوطی اورانیوم غنی شده می‌گویند. بدین ترتیب میله‌های سوخت نیروگاه‌های هسته‌ای تولید می‌شود.

در نیروگاه برق هسته‌ای، این ماده (میله‌ی سوخت) را توسط نوترون بمباران می‌کنند، که در نتیجه، یک بار واکنش زنجیره‌ای صورت می‌گیرد. به دنبال این واکنش‌ها، میله‌ی سوخت بسیار داغ می‌شود. برای گرفتن این گرما، آب را با تلمبه در اطراف میله‌ها به جریان در می‌آورند تا گرمای حاصل را جذب کند. در نتیجه‌ی این گرما بخار می‌شود و این بخار می‌تواند مولد های برق را به کار اندازد.

واکنش‌های زنجیره‌ای که در حین شکاف هسته‌ای صورت می‌گیرند، قابل کنترل‌اند و آهنگ واکنش را می‌توان کند، تند و یا متوقف کرد.

از نظر اقتصادی تولید برق از طریق انرژی هسته‌ای نسبت به سایر منابع انرژی با ظرفیت کمتر ولی سرمایه گذاری اولیه‌ی آن بیشتر است.

استفاده از انرژی هسته‌ای برای تولید برق از حدود ۴۵ سال پیش آغاز شده است. امروز حدود ۴۴۰ نیروگاه هسته‌ای در ۳۱ کشور جهان در حال فعالیت اند و قرار است تعداد نیروگاه‌های هسته‌ای ۴۴۰ به ۱۵۰۰ افزایش یابد تا حدود ۲۰ درصد از حجم گازهای گلخانه‌ای کاسته شود.

آشنایی با فناوری هسته‌ای و امکان استفاده از این فناوری، توان و ظرفیت صنعتی کشور را در سایر بخش ها مانند کشاورزی، پزشکی، صنعت و … افزایش می‌دهد. فناوری تولید الکتریسیته‌ی فراوان و حذف آلاینده‌های زیانباری چون CO2،SO2 و حذف میلیاردها تن از ذخایر زغال سنگ و نفت و گاز طبیعی از سایر مزایای انرژی هسته‌ای است. یک کیلوگرم سوخت اتمی معادل ۳۰۰۰ تن زغال سنگ انرژی تولید می‌کند.

مصرف انرژى هسته‌اى در جهانشکل ۸- مصرف انرژى هسته‌اى در جهان

در این راستا، در کشور عزیز ما، جمهوری اسلامی ایران، با توجه به نیاز برنامه‌های توسعه‌ی کشور به انرژی، افزایش جمعیت، کاهش ذخایر فسیلی، ملاحظات زیست محیطی، مزایای فنی و اقتصادی، الزامات ملی و قانونی در جهت سیاست‌های کلی نظام، فعالیت‌های صلح‌آمیز هسته‌ای را مورد توجه جدی قرار داده است. به طوری که غنی‌سازی اورانیوم با کوشش و مجاهدت جوانان ایرانی و با تکیه بر دانش بومی، کشور ما را به عنوان یک رویداد بزرگ تاریخی وارد باشگاه هسته‌ای جهان کرده است.

انرژی خورشیدی: مقدار انرژی که در هر ۱۵ دقیقه، زمین از خورشید دریافت می‌کند، معادل مقدار انرژی مصرفی یک سال همه‌ی کشورهای جهان است. اما دانش امروز، برای مهار کردن این همه انرژی کافی نیست.

آسان‌ترین راه برای دریافت انرژی خورشیدی که از قدیم در کشور ما نیز مرسوم بوده، قرار دادن پنجره‌های ساختمان و رو به سمت جنوب است، که اگر با عایق‌بندی دقیق خانه‌ها توأم باشد، می‌توان مقدار زیادی از انرژی خورشید را مورد مصرف قرار داد. اما راه دیگر، نصب صفحاتی در پشت بام خانه است که عبارت است از صفحات سیاه وسیع با پوشش شیشه‌ای هستند. گرمایی که توسط این صفحات دریافت می‌شود، می تواند برای گرم کردن آبی که در لوله‌های زیر آن‌ها وجود دارد، مصرف شود.

استفاده از انرژى خورشیدى براى ایجاد گرماشکل ۹- استفاده از انرژى خورشیدى براى ایجاد گرما

انرژی باد: امروزه در بعضی از کشورها (از جمله کشور خود ما در ناحیه‌ی منجیل) بر نیروی باد برای تولید برق در مقیاس محدود استفاده می‌شود. محدودیت‌های این روش آن است که اولاً باید مناطقی وجود داشته باشند که وزش باد در آن‌ها تقریباً دائمی باشد، ثانیاً، مقدار انرژی الکتریکی حاصل از این راه، حداکثر فقط می‌تواند نیازهای محلی را برآورده کند. البته، مشکل سر و صدای توربین‌ها و اشغال محل‌های وسیعی که باید در کنار شهرها قرار گیرند و توربین در آن‌ها ساخته شود نیز وجود دارد.

از کار  مجموعۀ این دستگاه‌ها، برق تولید می‌شود.شکل ۱٠- از کار  مجموعۀ این دستگاه‌ها، برق تولید می‌شود. 

انرژی زمین گرمایی: یکی دیگر از موهبت‌های الهی که نصیب کشور عزیزمان شده، انرژی زمین گرمایی است. این منبع بسیار عظیم انرژی که به صورت حرارت از اعماق زمین به سطح آن هدایت می‌شود، در صورت وجود فناوری استخراج و بهره‌برداری، به تنهایی قادر است کلیه‌ی نیازهای انرژی امروز و آینده بشر را تأمین کند.

طرح چاه و نیروگاه زمین گرماییشکل ۱۱- طرح چاه و نیروگاه زمین گرمایی

بر اساس محاسبات انجام شده، متخصصان دریافتند که انرژی حرارتی ذخیره شده در ۱۱ کیلومتر بالایی پوسته‌ی زمین، معادل ۵۰ هزار برابر کل انرژی نهفته در منابع نفت و گاز شناخته شده‌ی امروز جهان است. از این رو، این منبع عظیم انرژی که به آن انرژی زمین گرمایی می‌گویند، می‌تواند در آینده جایگزین قابل اطمینان برای انرژی حاصل از سوخت های فسیلی باشد.

انرژی زمین گرمایی از مجاورت سیالات یا محلول‌های داغ با ماگما یا سنگ‌های بسیار داغ حاصل می‌شود. برای دسترسی به انرژی ذخیره شده در مخازن زمین گرمایی، باید چاهی عمیق حفر گردد. سیال خروجی از چاه، عامل انتقال انرژی از مخزن به سطح زمین است.

امروزه تولید انرژی به کمک منابع سوخت‌های فسیلی، علاوه بر ایجاد آلودگی‌های زیست محیطی، از نظر اقتصادی نیز فاقد توجیه اقتصادی است؛ زیرا اگر از نفت به جای استفاده سوخت، درس لایه پتروشیمی و صنایع تبدیلی استفاده شود، ارزش افزوده‌ی آن چندین برابر می‌شود. این در حالی است که انرژی زمین گرمایی جزو منابع انرژی پاک محسوب می شود و فاقد هرگونه آلودگی زیست محیطی است. استفاده از انرژی زمین گرمایی از گذشته‌های دور در کشورمان به صورت سنتی در محل چشمه‌های آبگرم رایج بوده است و در دهه‌های اخیر در چند منطقه از کشور مطالعات مقدماتی انجام شده و به همت متخصصان سازمان انرژی‌های نو (سانا) اولین نیروگاه زمین گرمایی خاورمیانه در منطقه‌ی مشکین شهر استان اردبیل احداث شده است.

تصویر نیروگاه زمین گرمایی مشکین‌شهرشکل ۱۲- تصویر نیروگاه زمین گرمایی مشکین‌شهر

مواد معدنی

چنان‌که گفته شد، تولید هر نوع فرآورده‌های صنعتی، بهترین مقدار مواد طبیعی که از زمین گرفته می‌شوند، نیاز دارد. چنین موادی را مواد معدنی می‌نامند.

مواد معدنی، کسانی هستند که به طور طبیعی در سطح یا اعماق زمین قرار دارند و ممکن است به صورت جامد، مایع یا گاز باشند. بعضی از مواد معدنی جزء کانی ها هستند. اما مواد دیگری هم وجود دارند که ممکن است از ترکیب چندین کاری با درصدهای مختلف تشکیل شده باشند.

تشکیل منابع معدنی: زمین شناسان در طول سال‌ها، به دنبال پاسخ این سوال بوده‌اند که مواد معدنی چگونه در یک جا جمع می‌شوند؟ و چرا در همه جا به یک نسبت به وجود ندارند؟ بدون تردید، تشکیل منابع معدنی، با چرخه‌ی سنگ در ارتباط است و مکانیسم‌هایی که سنگ‌های مختلف آذرین، دگرگون شده و رسوبی را می‌سازند، در تجمع مواد معدنی هم نقش دارند. راه‌های تشکیل مواد معدنی عبارتند از:

۱- فعالیت‌‌های آذرین: بعضی از مواد از قبیل طلا، نقره، مس، سرب، پلاتین و نیکل انجام فعالیت‌های ماگمایی تجمع می‌یابند.

سنگ‌های آذرین که این نوع منابع فلزی را پدید می‌آورند، مشخص‌اند. مثلاً، وقتی حجم عظیمی از ماگما سرد شود، فلزات سنگینی که متبلور می‌شوند، مایلند در قسمت پایین محفظه‌‌ی ماگنا رسوب کنند. نوع تفریق ماگمایی را به ویژه در ماگماهای بازالتی می‌توان ردیابی کرد.

تفریق ماگمایی، در مراحل آخر سرد شدن هم اهمیت دارد. این فرایند، به ویژه در مورد ماگماهای گرانیتی مصداق دارد، زیرا در آن‌ها، ماده مذاب باقی مانده، ممکن است سرشار از فلزات سنگین و عناصر کمیاب شود. گذشته از آن، چون آب و مواد تبخیر شدنی دیگر، همراه مواد اصلی متبلور نمی‌شود، درصد بالایی از بخش مذاب مانده‌ی ماگما را در آخر کار تشکیل می‌دهند که در این محیط، که آزادی تحرک برای یون‌ها فراهم است، ممکن است در آخر، بلورهایی بسیار درشت پدید آیند سنگ‌های پگماتیتی شکل بگیرند. پگماتیت‌ها در اصل، گرانیتی هستند. اما بلورهای درشت کوارتز، فلدسپات و میکا دارند. از فلدسپات، می‌توان در صنایع سرامیک استفاده کرد و میکای سفید، همان طلق نسوز است و در صنایع الکتریکی کاربرد دارد. گذشته از آن، ممکن است جواهرات قیمتی چون زمرد، یاقوت و تورمالین و همچنین عناصری چون اورانیوم و سیاسیون در این میان به وجود آیند. محلول‌های هیدروترمال هم می‌تواند منشاء بعضی از رگه های فلزی باشند که در آخر فرآیند های ماگمایی در لابلای سنگ‌های دیگر تزریق می‌شوند. در طول سرد شدن ماگما، یون‌های فلزی مختلف به همراه مایعات در بالای محفظه‌ی ماگما جمع می‌شوند و به سبب تحرک، می‌توانند در سنگ‌ها نفوذ کنند و در آنجا منجمد می‌شوند. رگه‌های طلا، نقره و جیوه به این شکل تشکیل می‌شوند.

نهشته‌های گرمابى به‌صورت رگه دراطراف اتاقک ماگماییشکل ۱۳- نهشته‌های گرمابى به‌صورت رگه دراطراف اتاقک ماگمایی

۲- فعالیت‌های دگرگونی:

فرآیندهای دگرگونی، به ویژه نوع مجاورتی آن، در ایجاد منابع معدنی تأثیر دارند. سنگ‌های مجاور توده‌ی آذرینی که بالا می‌آید، تبلور مجدد یافته و تحت تأثیر فشار، حرارت، محلول‌های فعال حاصل از ماگما، ترکیب شیمیایی اولیه را از دست می‌دهند. در این مناطق، کانی‌های پر ارزشی چون گرونا و کرندوم پدید می‌آیند. از انجام واکنش‌های شیمیایی در این محل‌ها، مقدار زیادی گاز دی اکسید کربن نیز حاصل می‌آید که مهاجرت رو به خارج یون‌های فلزی را آسان می‌کند. به همین علت، در کنار اغلب مواد آذرین نفوذی که به میان تشکیلات آهکی راه می‌یابند، منابع فلزی وجود دارد. از جمله کانی‌های فلزی که نتیجه‌ی دگرگونی مجاورتی محسوب می‌شوند، می‌توان به اسفالریت، گالن، کالکوپیریت و مانیتیت اشاره کرد.

در محل‌های فرورانش نیست که دگرگونی ناحیه این صورت می‌گیرد و رسوبات به اعماق زمین برده می‌شوند، کانی‌های غیرفلزی مانند تالک و گرافیت تشکیل می‌شوند.

۳- هوازدگی: فرایند هوازدگی می‌توانند کانی‌های پرارزشی را در یک جا متمرکز کند. اگر هوازدگی شیمیایی (تأثیر O2 یا CO2 و … بر سنگ‌ها) باوله نفوذ آب‌های زیرزمینی توأم شود، مواد موجود در سنگ، از یکدیگر تفکیک خواهند شد و مواد پرارزش، در بالا می‌مانند، یا برعکس، به قسمت‌های پایین خاک برده می‌شوند.

بوکسیت، ترکیب مهم آلومینیوم دار، به همین صورت حاصل می‌آید. بوکسیت، در مناطق پرباران و گرم استوایی تشکیل میشود، آلومینیوم ماده‌ای بسیار نامحلول است.

• با آن که آلومینیوم در پوسته زمین فراوان است، چرا معادن این فلز کمیاب‌اند.

بیشتر بدانید

به جز فلزات، مواد غیرفلزی زیادی هم وجود دارند که در صنایع مختلف یا مصارف دیگر، به کار می‌روند. مقدار مصرف سالانه‌ی این مواد هم بسیار زیاد است.

۱- مصالح ساختمانی: ماسه و شنی که در ساختمان‌سازی به کار می‌روند، ارزش زیادی دارند و هر کس که بخواهد ساختمانی بسازد به آن‌ها نیازمند است. گچ، خاک رس و سیمان هم که از سنگ آهک و شیل تهیه می‌شود، از این جمله اند. توجه داشته باشید که برای ساختن یک خانه‌ی دو طبقه‌ی معمولی، حدود یکصد طول مصالح ساختمانی مورد مصرف دارد.

۲- کانی‌ها صنعتی: گروهی از مواد معدنی هم در ساختن فراورده های مختلفی کاربرد دارند.

کودهای شیمیایی، موادی‌اند که با افزایش جمعیت و استفاده های مکرر از زمین‌های کشاورزی، ناچار باید مورد استفاده قرار گیرند. مسلماً در آینده باز هم موارد مصرف آن‌ها زیادتر خواهد شد. کودهای شیمیایی، شامل ترکیباتی چون نیترات، فسفات و ترکیبات پتاسیم‌اند که به خاک اضافه می‌شوند. البته، کودهای نیتراتی را در اصل، از نیتروژن اتمسفری تهیه می‌کنند، اما منابع فسفات و پتاسیم، پوسته‌ی زمین است. کانی آپاتیت، در تهیه‌ی فسفات‌ها کاربرد دارد و منبع اصلی پتاسیم را هم نوعی از سنگ‌های تبخیری به نام سیلویت (KCI) تشکیل می‌دهد.

گوگرد که در تهیه‌ی کودها، اسید سولفوریک و غیره کاربرد دارد، از کانی‌های غیرفلزی است. نمک طعام نیز با کاربردهای فراوان آن، که معادل مهمی نیز در کشور دارد، از جمله‌ی همین نوع کانی‌ها محسوب می‌شود.

بحث کنید

۱- نیاز انسان به منابع معدنی، نه تنها رو به کاهش نمی‌گذارد، بلکه در حال فزونی است. حال آنکه معادن این مواد، روز به روز در حال تخلیه شدن‌اند. در این صورت، یا باید، منابع جدیدی را از نقاط دور از دسترس، مانند بستر دریاها و زیر یخ‌های قطبی یافت، یا آنکه به مصرف کمتر و مسئله بازیافت متوسل شد. به نظر شما، چه راه‌هایی برای استفاده‌ی عاقلانه‌تر از این مواد وجود دارد؟

۲- در اختیار داشتن به منابع ماده و انرژی برای پیشرفت و توسعه‌ی کشورها مهمتر است یا برخورداری از دانش فنی برای استفاده از آن‌ها؟

آیا این مقاله برای شما مفید بود؟
بله
تقریبا
خیر

داریوش طاهری

اولیــــــن نیستیــم ولی امیـــــد اســــت بهتـــرین باشیـــــم...! خدایــــــــــا نام و آوازه مـــن را چنان در حافظه‌ها تثبیت کن که آلزایمـــــــــــــر نیز توان به یغما بردن آن را نداشته باشد...!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا