Vsebina
- Kaj je apnenec?
- Kako nastane apnenec?
- Oblikovanje dolomitov iz apnenca
- Druge vrste karbonatne kamnine
- Rudarsko karbonatne kamnine
- Uporaba apnenca
- Pomanjkanje Portland cementa
- Viri apnenca v prihodnosti
- Vzorci izdelave apnenca
- Nekaj vprašanj pri pridobivanju apnenca
- Potreba po razumevanju bistvenih virov
- Ameriška industrijska poraba apnenca
Izdelki iz apnenca: Apnenec je bistveni mineralni material državnega pomena. Na tej fotografiji je prikazano nekaj izdelkov, narejenih iz apnenca: žitarice za zajtrk, barve, tablete za dopolnjevanje kalcija, marmornati namizni računalnik, tablete z antacidi, visokokakovosten papir, bela strešna zrnca in portlandski cement. (Fotografija USGS; uporaba trgovskih, trgovskih ali trgovskih izdelkov je zgolj v opisne namene in ne pomeni, da jih bo potrdila vlada ZDA.)
Indijski apnenec v stavbi Apex: Mnoge stavbe v prestolnici narodov so pokrite z apnencem. Apex Building / Federal Trade Commission ima zgornjo zunanjost apnenca Indiane. (Fotografija USGS.)
Kaj je apnenec?
"Apnenec" pomeni katero koli kamnino, ki je večinoma sestavljena iz kalcijevega karbonata (CaCO3), toda za geologe je apnenec le ena od več vrst "karbonatnih kamnin". Te kamnine so sestavljene iz več kot 50% karbonatnih mineralov, na splošno mineralov kalcita (čisti CaCO3) ali dolomit (kalcijev-magnezijev karbonat, CaMg2) ali oboje.
Kako nastane apnenec?
Večina karbonatnih kamnin se je odlagala iz morske vode. Te sedimentne karbonatne kamnine so pogoste na vseh celinah in so se oblikovale skozi večino geološke zgodovine; še danes se v tropih oblikujejo kot koralni grebeni in na dnu plitvih morij.
Morski apnenec tvori, ker ima morska voda visoke koncentracije dveh ključnih raztopljenih kemikalij-kalcija (Ca++) in bikarbonat (HCO3-) ioni. V površinski plasti večine oceanov, koral, školjk in drugih morskih bivališč uporabljajo ta dva kemikalija za izdelavo zaščitnih školjk, če jih združita, da tvorita kalcit ali "aragonit", ki je enaka kemični sestavi kot kalcit, vendar ima drugačna oblika kristala.
Sinkhole v Winter Parku na Floridi: Velike količine apnenca se lahko raztopijo in odnesejo s površinsko vodo in podtalnico. Tako nastajajo jame, kot so Carlsbad Caverns v Novi Mehiki (fotografija spodaj). V vlažnem podnebju je še posebej pogosta tvorba jam, pri čemer se tam lahko zrušijo vrtače. Vrtača v višini približno 240 čevljev v višini tal se je odprla leta 1981 v Winter Parku na Floridi, ko se je podrl strop spodnje apnenčaste jame. Jama in vrtača sta v formaciji Cypresshead, ki je pomemben vodonosnik na osrednji Floridi. V kavernoznih apnenčastih vodonosnikih se onesnaževalci v podzemni vodi premikajo veliko hitreje kot v drugih vrstah kamnin, zato so kamnolomi na takšnih območjih posebna skrb. (Fotografija USGS.)
Oblikovanje dolomitov iz apnenca
Nekateri apnenci so bili spremenjeni z vnosom magnezija v podzemno vodo. Magnezij v podzemni vodi lahko pretvori del ali celoto kalcita iz apnenca v dolomit. Tudi nekatere kamnine, ki so nastale ob obalah starodavnih morij v sušnem podnebju, so bile v času odlaganja večinoma dolomit.
Jame apnenca: Stalaktiti visijo s stropa, stalagmiti pa se dvigajo iz tal Carlsbad Caverns v Novi Mehiki znotraj 260 milijonov let starega apnenca. (Fotografija službe Nacionalnega parka.)
Druge vrste karbonatne kamnine
Apnenec ponuja veliko različnih sort. Kreda je zelo drobnozrnat, porozen morski apnenec, sestavljen skoraj v celoti iz mikroskopskih fosilov. Travertin je sladkovodni sedimentni apnenec, ki ima zelo tanke, utesnjene plasti in se običajno oblikuje ob izvirih. Marmor je karbonatna kamnina, navadno morski apnenec, ki se je močno in toplotno stiskal globoko pod zemeljsko površino, stisnjen in deformiran kot plastika. Ta proces imenujemo "metamorfizem". Obstajajo tudi redke "magnetne" karbonatne kamnine, ki so se iz staljene magme kristalizirale tako, kot jih imajo lava ali graniti. Temu pravimo karbonatiti in ta vrsta kamnin se na nekaj mestih na svetu kopa kot industrijski apnenec.
Rudarsko karbonatne kamnine
Sedimentni apnenčasti nanosi so lahko obsežni in obsegajo več sto kvadratnih kilometrov ter so lahko po debelini in kakovosti sorazmerno enotni. Zato so kamnolomi apnenca lahko veliki in dolgo živeti, rudne apnenčaste plasti, ki so lahko na površini nekaj kvadratnih milj debele več sto metrov. Številni kamnolomi proizvajajo več izdelkov in zdrobljene kamnine, ki niso dovolj čiste za določene namene, so morda še vedno primerne kot cestni agregat. Kamnolomi iz marmorja so lahko tudi zelo veliki. Vendar so bile te kamnine, ki so bile nekoč redno posteljne, metamorfozirane v nepravilno oblikovana telesa, ki jih je moje težje in dražje.
V večjih delih ZDA so obširna nahajališča morskega apnenca različnih starosti od nekaj tisoč do več kot 350 milijonov let. Nekatera nahajališča imajo kemijske razrede kar 95% CaCO3. Vendar so nekatera območja popolnoma brez primernih nahajališč apnenca. Večina stroškov apnenca za kupca je odvisna od tega, kako daleč je prišel in kako je odpremljen. Ladje z ladjo po vodi je cenejše kot z vlakom, kar je posledično cenejše od prevoza s tovornjakom.
Uporaba apnenca
Apnenec ima številne industrijske namene in ga lahko uporabljamo kot miniran ali predelan v najrazličnejše izdelke. Je surovina za različne gradbene, kmetijske, okoljske in industrijske materiale.
Apnenec se uporablja v gradbeništvu skoraj povsod. Leta 2007 je zdrobljen apnenec predstavljal 68% vse drobljene kamnine, proizvedene v ZDA. Prav tako je apnenec ključna sestavina pri izdelavi Portland cementa. Kljub številnim apnencem v naših narodih je v zadnjih letih primanjkovalo cementa.
Nekateri najčistejši naravni apnenci so marmorji. Marmor je bil stoletja stoletja dekorativni kamen v vladnih stavbah in javnih kipih. Travertin se uporablja tudi kot dimenzijski kamen v ploščicah in namiznih ploščah. Nekateri beli apnenec je preprosto drobljen in sejen za uporabo pri urejanju okolice in strešnih kritin.
Apnenec v prahu se uporablja za odstranjevanje nečistoč iz staljenih kovin, kot je jeklo. Prav tako lahko odstrani strupene spojine iz izpušnih elektrarn na premog. Apnenec se uporablja kot polnilo v različnih izdelkih, vključno s papirjem, plastiko in barvo. Najčistejši apnenec se uporablja celo v živilih in zdravilih, kot so žitarice za zajtrk in kalcijeve tablete.
Apnenec je tudi surovina za izdelavo apna (CaO), ki se uporablja za obdelavo tal, čiščenje vode in taljenje bakra. Lime ima številne dodatne uporabe v kemični industriji.
Dolomiti so za večino uporabe običajno manj primerni kot drugi industrijski apnenci. Večina doloma, ki je bil izkopan, je preprosto drobljen in sejen za uporabo kot agregat v betonu ali asfaltu.
Pomanjkanje Portland cementa
Portland cement je eden najpomembnejših izdelkov iz apnenca. Ključnega pomena je pri mnogih gradbenih namenih. Združene države ne vsebujejo cementa in ga morajo uvažati iz drugih držav, da bi nadomestile primanjkljaje. Uvoz klinkerja (izdelka iz prvega koraka pri izdelavi cementa) in gotovega cementa je v letu 2006 predstavljal približno 23% celotne prodaje cementa v ZDA. V letih tik pred letom 2007 je bil Portland cement resnično primanjkljaj v državi. Med vzroki so bili konkurenca iz drugih držav, neustrezen sistem oceanskega prometa in podcenjene potrebe po tovornem prostoru.
Ko je Portland cementa primanjkovalo, se je njegova cena znatno povečala. Potrošniki so iskali nadomestke. V ploščah so uporabljali les, obdelan pod tlakom, izolirano jeklo in polistiren ter celo preoblikovali nogo stavb, da bi zmanjšali količino potrebnega cementa. Pomanjkanje cementa je povzročilo tudi zamude pri gradnji, kar je povzročilo večje stroške cest, mostov in zgradb.
Viri apnenca v prihodnosti
Vzpostavitev novih kamnolomov apnenca in cementarne v ZDA je počasen proces, pomanjkanje oskrbe pa zahteva čas, da se popravi. Za izgradnjo nove cementarne je potrebnih približno 2 leti, postopek izdaje dovoljenj pa lahko traja veliko dlje - od 8 do 10 let. Morda je še bolj težaven problem, da ljudje morda ne bodo dobrodošli novih kamnolomov in rastlin na svojem območju. Kljub tem oviram se številne ameriške družbe za cement ukvarjajo s širitvijo in posodobitvijo poslovanja.
Ko območje primerne in rudne kamnine pogoltne urbana rast ali ko rudarjenje z zakonodajo ali območjem postane prepovedano, se rezultat imenuje "sterilizacija virov." Apnenec je material državnega pomena, sterilizacija virov pa lahko povzroči daljše vleke in višje stroške od kamnoloma do kupca.
Vzorci izdelave apnenca
Večina apnenca, ki je bil izkopan, je zdrobljen za agregat. Večina ameriškega drobljenega kamna je v zadnjih 40 letih prišla iz apnenca. To drži, čeprav so karbonatne kamnine le 25 do 35% kamnin na površini.
Ameriški posegi z drobljenim kamnom se zmanjšujejo, kar je približno 20% izgube na desetletje od leta 1971. Vendar se je od leta 2001 do 2006 skupna letna proizvodnja apnenca v ZDA povečala glede na povzetke mineralnih surovin ZDA Geološki zavod (USGS), tako da je povprečna velikost kamnolom se povečuje. V drugih delih sveta nova proizvodnja prihaja predvsem iz nekaj zelo velikih kamnolomov. Kljub povečani ameriški proizvodnji je država do nedavnega upada gradbeništva uvažala vse več svojih apnenčastih izdelkov. Ta uvoz prihaja predvsem iz Kanade, Mehike in Kitajske. Z manj kamnolomi se bo povprečna razdalja vleke povečala, cene apnenca pa se bodo verjetno še povečale.
Nekaj vprašanj pri pridobivanju apnenca
Apnenec najpogosteje rudi iz kamnoloma. Vendar pa podzemne rudnike apnenca najdemo na mestih v osrednjem in vzhodnem delu ZDA, zlasti v mestih in v bližini. Podzemno kopanje apnenca ima nekaj prednosti pred površinskim kamnolomom in se bo verjetno v prihodnosti še povečalo. Tipični pomisleki javnosti glede rudarjenja apnenca vključujejo prah, hrup, vibracije pri peskanju ter tovornjake in drug promet, povezan s kamnolomom.
Nekateri apnenci so tudi vodonosniki, to so skalne enote, ki lahko dovedejo vodo v vodnjake. Kjer je apnenec vodonosnik, lahko obstajajo pomisleki, da bi kontaminanti iz kamnoloma lahko ušli v podzemno vodo.
Na mnogih območjih v ZDA, kjer najdemo apnenec, se postopoma raztopi v deževnici na površju ali v podzemni podzemni vodi. V vlažnem podnebju se velika količina apnenca raztopi in odnese v vodo. Tako nastanejo jame in vrtače, ki se zrušijo, se lahko razvijejo. V kavernoznih apnenčastih vodonosnikih se onesnaževalci v podzemni vodi premikajo veliko hitreje kot v drugih vrstah kamnin, zato so kamnolomi na takšnih območjih posebna skrb.
Potreba po razumevanju bistvenih virov
Apnenec je med najpomembnejšimi viri naših narodov. Naše razumevanje tega vira kot industrijskega minerala je slabo glede na njegov pomen za naše gospodarstvo. Ker je apnenec veljal za "navadno" kamnino, so bile prejšnje geološke raziskave po obsegu omejene. V preteklosti se je večina raziskav ZDA o apnencu osredotočila na preslikavo nahajališč in razumevanje njihove vloge vodonosnikov in naftnih rezervoarjev. Vendar pa so za določitev apnenca, primernega za gradbeništvo in druge panoge, potrebni različni podatki. Karbonatne kamnine morajo izpolnjevati zahteve glede kemične čistosti, ki se razlikujejo glede na predvideno uporabo. Nekatere uporabe zahtevajo, da ima apnenec tudi nekatere ugodne inženirske lastnosti. Standardi in zahteve za uporabo apnenca naraščajo, zato je potrebno večje razumevanje lastnosti, spremenljivosti in inženirskih lastnosti apnenca.
Apnenec je med najpomembnejšimi viri naših narodov. Naše razumevanje tega vira kot industrijskega minerala je slabo glede na njegov pomen za naše gospodarstvo. Ker je apnenec veljal za "navadno" kamnino, so bile prejšnje geološke raziskave po obsegu omejene. V preteklosti se je večina raziskav ZDA o apnencu osredotočila na preslikavo nahajališč in razumevanje njihove vloge vodonosnikov in naftnih rezervoarjev. Vendar pa so za določitev apnenca, primernega za gradbeništvo in druge panoge, potrebni različni podatki. Karbonatne kamnine morajo izpolnjevati zahteve glede kemične čistosti, ki se razlikujejo glede na predvideno uporabo. Nekatere uporabe zahtevajo, da ima apnenec tudi nekatere ugodne inženirske lastnosti. Standardi in zahteve za uporabo apnenca naraščajo, zato je potrebno večje razumevanje lastnosti, spremenljivosti in inženirskih lastnosti apnenca.
Ameriška industrijska poraba apnenca
Tako geološke kot ekonomske omejitve bodo zagotovo vplivale na prihodnje dobave apnenca. ZDA trenutno porabijo med 5 in 10% svetovne proizvodnje industrijskega apnenca. Leta 2007 je bila domača proizvodnja industrijskega apnenca približno 1,3 milijarde metričnih ton, ocenjena na več kot 25 milijard dolarjev. Istega leta je Nation uvozila približno 430.000 ton industrijskega apnenca in izdelkov iz apnenca v vrednosti približno 2,2 milijarde USD. Večino tega uvoza je predstavljal portlandski cement.
Za soočanje z izzivom oskrbe Amerike s potrebnimi osnovnimi surovinami, kot je industrijski apnenec, so potrebni natančni in nepristranski znanstveni podatki. Neprekinjeno delo znanstvenikov s programom za mineralne vire USGS zagotavlja informacije, ki so ključne za oblikovanje zanesljivih politik, ki bodo pomagale zagotoviti prihodnje zaloge mineralnih virov.