Recgeos
- 1. 1 TEMA 24. RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESERVAS. 1) RECURSOS MINERALES. RECURSO Y RESERVA. Llamamos recursos geológicos a todos aquellos recursos que el hombre extrae directamente de la geosfera. Éstos se utilizan tanto para obtener energía, como para conseguir productos de interés químico, tecnológico o de construcción. Las reservas representan el conjunto de recursos realmente disponibles y económicamente viables con la tecnología actual para satisfacer las necesidades humanas o llevar a cabo una actividad. El término “reserva” es variable, pues el desarrollo tecnológico o el aumento de precio de un recurso pueden convertirlo en reserva, y viceversa. Además, incluimos también como recurso aquellas cantidades del mismo que se cree o especula que existen, aunque su localización exacta no sea conocida; en este caso nunca se puede hablar de reserva. Los recursos de la geosfera se consideran, en su gran mayoría, no renovables ya que los procesos de formación asociados suelen ser muy lentos. No todo el material extraído en las explotaciones posee valor o es rentable. En el caso de las explotaciones minerales distinguimos entre: - Mena: Es el mineral que se explota en un yacimiento, es decir, el que contiene el elemento que nos interesa. La concentración del elemento que buscamos tiene que ser alta para que resulte rentable su explotación. - Ganga: se trata del resto de mineral o roca que acompaña a la mena y que carece de valor en esa explotación. En algunos casos puede ser usado como producto secundario. Según el lugar y modo en que se realiza la explotación distinguimos entre: - Explotaciones a cielo abierto: en zonas donde el mineral se encuentra cerca de la superficie, de manera que los costes de extracción son relativamente bajos, lo que permite explotar yacimientos de poca concentración de mineral. Ejemplos de estas explotaciones son las canteras o las excavaciones: - Canteras: suelen realizarse para la extracción de roca de utilización industrial. Se extraen las rocas de la misma superficie cortándolas en bloques o desprendiéndolas mediante explosivos. - Excavaciones: explotaciones poco profundas pero de gran extensión. Lo que se hace en este tipo de explotaciones es eliminar, mediante explosivos, las capas de roca que recubren el mineral buscado hasta que resulta accesible para su explotación. - Explotaciones subterráneas: Se trata de explotaciones de minerales que se encuentran a gran profundidad y que para ser alcanzados se realizan una serie de perforaciones verticales, llamadas pozos y horizontales, llamadas galerías que siguen las capas del mineral en el subsuelo. Este tipo de explotación es el que denominamos tradicionalmente mina. - Perforaciones-sondeos: Se trata de excavaciones verticales realizadas mediante grandes máquinas que perforan el terreno. Este tipo de explotación es la forma principal de extraer petróleo.
- 2. 2 2) IMPACTOS DE LA MINERÍA. Tanto la minería a cielo abierto como la subterránea originan impactos. No obstante, la primera tiene mayor repercusión directa sobre el medio ambiente ya que afecta a una superficie más extensa y está en contacto directo con otras capas (atmósfera, hidrosfera y biosfera). Estos impactos pueden deberse a distintas características o infraestructuras asociadas a la explotación: – Maquinaria, utilizada para la extracción del mineral. – Vías de acceso y vehículos de transporte del mineral. – Instalaciones para el tratamiento del mineral: separar la mena de la ganga. Para ello se recurre al lavado del mineral con agua o con líquido de diferente densidad. – Balsas de decantación. – Zona para la acumulación de los estériles, es decir, el material que se desecha. – Elementos para la ventilación, apuntalamiento, e iluminación de las galerías. Los principales impactos que se generan son los siguientes: a) Sobre el medio físico: - Sobre la atmósfera: Incremento del ruido, polvo en suspensión, emisiones de gases. - Sobre la hidrosfera: contaminación por vertidos o lavados de escombreras, disminución de los caudales de ríos próximos y acuíferos, incremento de la carga del río, pérdida en la capacidad de autodepuración, eutrofización. - Sobre el paisaje: impacto visual. - Sobre el suelo: pérdida de su capacidad reproductiva, contaminación. b) Sobre la biosfera: Pérdida de vegetación, alteraciones en el crecimiento de las plantas, aves que abandonan a sus crías y nidos por el ruido, mamíferos que pierden su acceso natural al agua, introducción de contaminantes en la cadena trófica. c) Sobre el medio social: Cambios en los usos del suelo, abandono agrícola, ganadero y forestal, posibilidad de accidentes laborales. Debemos recordar la rotura de la balsa de residuos de Aznalcóllar en 1998, que afectó a más de 5000 ha de la región externa del Parque Nacional de Doñana, y provocó uno de los mayores desastres ecológicos de nuestro país. Una vez abandonada la explotación se pueden llevar a cabo medidas de restitución tales como: – Reforestación para recuperar la cubierta vegetal. – Creación de una nueva red de drenaje. – Restitución del relieve (relleno de huecos). 3) RECURSOS ENERGÉTICOS: PETRÓLEO, CARBÓN, GAS NATURAL. Los combustibles fósiles proceden de la maduración de materia orgánica. Son no renovables, muy contaminantes, pero imprescindibles para mantener el modo de vida actual. Al ser quemados para obtener energía se produce un desprendimiento de dióxido de carbono y de otros compuestos contaminantes, siendo el primero de ellos responsable principal del aumento del efecto invernadero.
- 3. 3 a) El Carbón. Los yacimientos de carbón se formaron por carbonización en zonas llanas de antiguos continentes que fueron inundadas, y donde se desarrollaron turberas o pantanos con abundante vida vegetal. La carbonización se realiza por acción de ciertas bacterias anaerobias que bajo condiciones pobres en oxígeno, fermentan la materia orgánica. En este proceso se desprenden dióxido de carbono y metano (gas de los pantanos), y de esta forma los restos vegetales se van enriqueciendo en carbono. Estos materiales son cubiertos por aportes de nuevos sedimentos, lo que incrementa la presión y la temperatura y provoca fenómenos e diagénesis (e incluso de metamorfismo), formándose los distintos tipos de carbones. En las primeras etapas (hasta turba), la carbonización se debe fundamentalmente a la actividad bacteriana; más tarde son las transformaciones físico-químicas las que predominan. En función del contenido en C y por tanto de su capacidad calorífica, los carbones se clasifican en cuatro tipos: Turba (en torno al 50% de C, es el de menos poder calorífico), Lignito (en torno al 65% de C), Hulla (en torno al 80% de C), Antracita (con un 90-95% de C es el de mayor poder calorífico). La mayor parte del carbón se consume para generar electricidad en las centrales térmicas, donde el calor se emplea para producir vapor de agua que impulsa unas turbinas acopladas a un generador. En menor medida también se usa en siderurgia, en destilación para obtener gas ciudad, y en fabricación de plásticos. Su mayor inconveniente es la contaminación atmosférica que genera, emitiendo su combustión dióxido de carbono y de azufre. b) El Petróleo: Se originó por la muerte masiva de plancton marino debido a cambios bruscos de salinidad o temperatura del agua, y que al sedimentar junto a cienos y arenas, formó un barro. En este barro la materia orgánica se convierte en hidrocarburos en un proceso de fermentación, mientras que los cienos se transforman en rocas sedimentarias que constituyen la llamada roca madre. Por su baja densidad, el petróleo tiende a ascender por migración, y si en su ascenso tropieza con una masa impermeable se acumulará impregnando la roca subyacente o roca almacén. Se forma así una trampa petrolífera. Las ventajas del petróleo radican en el alto desarrollo y eficacia de las tecnologías de procesado, transporte y distribución, en su alto poder calorífico y en que las maquinarias están adaptadas a su uso. Las desventajas que presenta son que es un recurso no renovable (algunas previsiones estiman que se agotará en unos 40 años), es muy contaminante (genera dióxido de carbono, azufre y nitrógeno), supone una dependencia del exterior, los aditivos antidetonantes como el Pb son muy contaminantes, y los peligros sociales y medioambientales derivados de su transporte. El principal uso del petróleo es como combustible (ya sea para calefacciones, vehículos, aviones, centrales térmicas), pero también se usa en la obtención de materias como plásticos, fibras, pinturas, medicamentos, fertilizantes, etc. c) El Gas Natural: Procede de la fermentación de materia orgánica acumulada en el sedimento, unas veces de forma aislada y otras asociada al petróleo. Produce un 65% menos de CO2 y no genera óxidos de azufre ni
- 4. 4 de nitrógeno. Se usa como combustible, como materia prima en la industria, y en la obtención de gasolina. 4) IMPACTOS DERIVADOS DE LA EXTRACCIÓN, TRANSPORTE, TRATAMIENTO Y UTILIZACIÓN DEL COMBUSTIBLE FÓSIL: a) Impactos sobre el Suelo: - La capa superficial del suelo se ve afectada por la lluvia ácida (contaminación) - Impacto sobre la estructura. - Erosión y degradación. - Efectos contaminantes de los derrames de petróleo. b) Sobre el Agua: - Contaminación térmica por su utilización en los circuitos de refrigeración. Estas aguas calientes suelen ser vertidas a los ríos, lo que afecta al oxígeno disuelto y por tanto a la vida acuática. - Contaminación química por vertidos, y por limpiezas y descargas de los petroleros. c) Sobre la Atmósfera: - La combustión genera lluvia ácida y efecto invernadero. - Emisiones de CO. - Partículas en suspensión, polvo y ruidos. - Emisiones de Pb en la combustión del petróleo y el gas natural. 5) ENERGÍA GEOTÉRMICA: La energía geotérmica es la energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. Se denominan yacimientos geotérmicos a aquellas zonas de la Tierra que almacenan bajo su superficie energía o calor geotérmico. Este calor puede ser extraído y usado por el hombre como fuente de energía. La temperatura de la Tierra aumenta a medida que profundizamos aproximadamente unos 3ºC cada 100 m. A este aumento de temperatura se le denomina gradiente geotérmico. Sin embargo, existen zonas donde el gradiente geotérmico es mayor y se dice, por tanto, que existe una anomalía geotérmica. Es en estos lugares donde se puede instalar una central geotérmica. Se pueden dar dos usos a esta fuente de energía: por un lado, usar el agua caliente para calefacciones, y por otro, cuando el agua se encuentra en forma de vapor, mover turbinas y generar energía eléctrica. El agua caliente de los acuíferos termales puede, de forma natural, alcanzar la superficie (a veces también como vapor de agua) originando fuentes termales. En ocasiones, el ascenso se hace de forma periódica y violenta, es el caso de los géiseres. En España este tipo de energía está en aumento, sobre todo para la obtención de agua caliente. La producción de electricidad sólo resulta viable en las Canarias, dado su carácter volcánico. Las ventajas de esta energía son que es renovable, limpia, y de sencilla explotación. La principal desventaja es que es relativamente limitada (en cuanto a localizaciones), y de cara instalación. 6) LA ENERGÍA NUCLEAR. Los núcleos de los átomos que forman parte de la materia contienen grandes cantidades de energía,
- 5. 5 que se libera cuando estos sufren reacciones nucleares, es decir, interacciones de un núcleo con otros o con partículas elementales, se modifica así su composición de protones y electrones y parte de su materia se transforma en energía. Actualmente la ciencia es capaz de producir dos tipos de reacciones nucleares que permiten liberar energía: la energía de fisión y la de fusión. En ambos tipos de reacciones se desprende mucha energía, sin embargo, hasta la fecha sólo se ha conseguido controlar la fisión para generar energía eléctrica, ya que la fusión presenta dificultades técnicas aún no resueltas. a) La energía nuclear de fisión. En la fisión nuclear se bombardea con neutrones el núcleo de un isótopo de uranio (el combustible nuclear) para dividirlo en dos núcleos más ligeros y neutrones libres capaces de golpear a nuevos núcleos de uranio y fisionarlos. Esto inicia una reacción en cadena que libera mucho calor. Si no se controla, se origina una explosión atómica. En las centrales nucleares, la energía desprendida de la ruptura de los núcleos de átomos radiactivos, se emplea para generar vapor y mover unas turbinas que producen energía eléctrica. Las centrales nucleares están diseñadas para liberar la energía de modo controlado, y evitar cualquier fuga al exterior de radiactividad, y para almacenar los residuos de su actividad. Las pastillas de uranio se introducen en contenedores cilíndricos de varios metros de longitud, las barras de combustible, que se colocan en grupos para formar el elemento combustible. Cada uno de estos elementos se suspende mediante barras en el interior del reactor nuclear, que están lleno de agua. Según el diseño del propio reactor, la propia agua actúa de regulador de la fisión, y en algunos reactores se utiliza agua pesada (D2O) o barras de cadmio o yoduro de boro. El control de la temperatura en el reactor se logra mediante la subida y bajada de los elementos combustibles o mediante la interposición de barras de grafito que absorben los neutrones liberados en la fisión. El agua calentada en el reactor circula en un circuito cerrado y transfiere el calor a un intercambiador de calor que genera el vapor a alta presión que mueve las turbinas y produce electricidad. El combustible usado en la central se almacena en piscinas en la propia central. Problemática ambiental de la energía nuclear: - Contaminación térmica: Aunque las centrales nucleares no son contaminantes, pueden provocar impactos al afectar al microclima de la zona, haciéndolo más cálido y húmedo. El agua de refrigeración puede incrementar la temperatura de los ríos donde va a parar, alterando térmicamente los ecosistemas colindantes. - Contaminación radiactiva. Causada por la emisión de partículas (alfa y beta) o radiaciones (rayos X o rayos gamma). Las radiaciones tienen mayor capacidad de penetración que las partículas. Sus efectos perjudiciales derivan de su poder ionizante y son causa de mutaciones. Excepto durante la extracción del mineral, en el resto de procesos la liberación de radiactividad únicamente sería consecuencia de accidentes y escapes, debidos a fallos de seguridad. El accidente nuclear más grave sucedió en Chernobil en 1986, donde explotó uno de los reactores, expandiéndose una nube radiactiva por Escandinavia y Europa del este. Supuso la evacuación de 135.000 personas, y se calcula que han podido morir más de 200.000 personas expuestas a la radiación durante estos años. Después de Chernobil el accidente más grave ha sido el de la central de Fukushima (Japón) en 2011, donde varios reactores nucleares fueron afectados como consecuencia de un terremoto de magnitud 9 y un posterior tsunami que paralizó los sistemas de refrigeración de los reactores.
- 6. 6 - Problema de los residuos nucleares. Es posiblemente el mayor problema, al tratarse residuos que permanecen activos durante miles de años. En las centrales nucleares el combustible utilizado se almacena en piscinas para su refrigeramiento. Las piscinas de las centrales nucleares suelen ser de hormigón armado, internamente revestido con acero inoxidable. Son resistentes a terremotos de seguridad y generalmente presentan forma rectangular. En algunos países existen Almacenes Temporales Centralizados (ATC) donde se almacenan residuos procedentes de las centrales durante décadas. Una de las soluciones definitivas del almacenamiento es almacenar los residuos de alta radiactividad en formaciones geológicas estables a bastante profundidad, los denominados Almacenamientos geológicos profundos o AGP. b) Energía Nuclear de Fusión. El proceso contrario a la fisión nuclear es la fusión nuclear, gracias a la cual se unen pequeños núcleos formando otros más grandes, liberándose en dicho proceso gran cantidad de energía. Se trata del mismo proceso que proporciona energía al Sol y a las estrellas, donde los núcleos de hidrógeno con un protón se unen para formar helio. Para que esta reacción suceda, los núcleos de los átomos han de acercarse mil veces más de lo que se encuentran en circunstancias normales, lo que exige enormes temperaturas, del orden de millones de grados. Precisamente este es el principal problema, de índole técnico, cómo conseguir materiales para contener los núcleos en reacción que sean capaces de soportar tales temperaturas. La energía de fusión está todavía en fase de investigación y desarrollo; en Francia se puso en marcha el Proyector Iter para construir un prototipo de reactor de fusión nuclear, en el que se pretender generar energía de fusión confinando la materia mediante campos magnéticos (confinamiento magnético) hasta alcanzar un estado de plasma, lo que requiere más energía de la que se produce en la fusión. Ventajas de la energía de fusión nuclear frente a la fisión nuclear: - Permite utilizar elementos abundantes en la naturaleza como el deuterio (D) y el tritio (T), isótopos del hidrógeno, y que se encuentran en el agua. - Cantidades muy pequeñas generan gran cantidad de energía. - Ausencia de residuos radiactivos. Solamente presentaría problemas el reactor que podría transformarse en radiactivo al absorber gran cantidad de neutrones.