Descarga - Castillo de Luna Biología y Geología
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TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS 1. Clasificación de los recursos de la geosfera 1.1 Clasificación general En general podemos clasificarlos en fuentes de materiales (recursos minerales) y fuentes de energía. Los recursos minerales podemos clasificarlos a su vez en: - Recursos minerales no metálicos: Se consideran como tales todos aquellos materiales, de origen mineral, utilizados en la construcción y en la industria química, sean o no minerales en sentido estricto. - Recursos minerales metálicos: minerales que se usan para la extracción de metales de interés industrial, como hierro, cobre, etc. Los recursos energéticos de la geosfera comprenden: - Combustibles fósiles: principalmente carbón, petróleo y gas natural. - Combustibles nucleares: sobre todo, minerales de uranio. - Energía geotérmica: calor interno acumulado en las rocas o en el agua subterránea. Es la única considerada renovable. 1.2. Recursos, reservas y yacimientos minerales La cantidad total de los minerales útiles (recursos) está determinada por su origen geológico, y solo puede disminuir con la utilización de los mismos. Pero lo que importa económicamente son las reservas, o cantidades de recursos que son explotables económicamente. Las reservas minerales se localizan en los yacimientos minerales: acumulaciones naturales anormalmente concentradas de sustancias minerales, lo que permite su explotación rentable. Los minerales que forman el yacimiento pueden clasificarse en dos grupos: mena, que son los minerales explotables económicamente, y ganga, constituida por aquellos minerales cuya explotación no es rentable. La diferencia entre mena y ganga es puramente económica, por lo que un mineral considerado como ganga puede pasar a ser mena. También cabe distinguir entre minerales primarios, que son los originados en el lugar donde se encuentran y no proceden de otros preexistentes, y minerales secundarios u originados por la transformación de otros anteriores. 1.3. Origen y tipos de yacimientos minerales La formación de yacimientos está ligada a los procesos petrogenéticos, pero se requieren factores especiales para que los minerales alcancen un grado de concentración suficiente, que haga rentable su explotación. Los yacimientos se pueden clasificar en dos grandes tipos: - Yacimientos exógenos: son consecuencia de los procesos geológicos externos. - Yacimientos endógenos: resultan de los procesos geológicos internos, por lo que pueden ser ígneos o magmáticos y metamórficos. Actividades 1- ¿Todos los recursos minerales, considerados en sentido amplio, son estrictamente minerales? Justifica tu respuesta 2- Se denomina Clarke de un elemento químico a su abundancia media en la corteza terrestre. ¿Es realmente importante, desde un punto de vista económico, el clarke de los minerales industriales? 3- El oro es un metal de gran demanda en nuestra sociedad. ¿Cualquier masa rocosa que contenga oro sería un yacimiento acuífero? ¿Por qué? 2. Yacimientos exógenos La exposición de las rocas a los agentes geológicos externos produce su disgregación y da como resultado unos minerales inalterados, otros transformados y otros movilizados selectivamente. Página 1 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS 2.1. Yacimientos de alteración Aquellos materiales que resultan de la meteorización y permanecen in situ dan lugar a los yacimientos de alteración, los más importantes son las lateritas y bauxitas (fuentes de hierro y aluminio) que se forman en los climas tropicales. 2.2. Rocas y yacimientos sedimentarios Aquellos materiales que son transportados y luego sedimentan, forman las rocas y yacimientos sedimentarios. Muchas rocas sedimentarias tiene usos en diversas actividades: industria, construcción etc. Según el proceso sedimentario que tiene lugar, pueden ser: a) Rocas y yacimientos detríticos: se forman a partir de la acumulación de fragmentos de otras rocas preexistentes, que no han experimentado cambios en su composición química, o solo de manera parcial. Así se originan las rocas detríticas (conglomerados, areniscas…) y los minerales asociados, por ejemplo a las areniscas, en los yacimientos de tipo placer. Los yacimientos de tipo placer: son depósitos de minerales resistentes a la meteorización física y química, en los que de forma natural se produce la separación y concentración de minerales en sedimentos no consolidados como las arenas. La concentración del mineral es debida al transporte que realiza el agua, y que por acción de la gravedad se van depositando los más densos y son arrastrados los más ligeros. Los minerales más resistentes a la alteración suelen ser los más densos que se concentran en lugares en los que disminuye la velocidad de la corriente, formando los yacimientos conocidos como placeres, que se localizan en las arenas de los ríos, por ejemplo en la parte interna de un meandro, o en las arenas de las playas. Los minerales que se acumulan son metálicos (oro, platino…) o piedras preciosas (diamantes, rubís…) b) Rocas y yacimientos químicos: proceden de la precipitación de sustancias disueltas en el agua. Esta precipitación puede deberse a la evaporación del agua o a que dichas sustancias reaccionan entre sí, dando compuestos insolubles. Así se originan las calizas y las evaporitas, como el yeso y la sal común. c) Rocas y yacimientos bioquímicos y orgánicos: proceden de restos de seres vivos, tanto animales como vegetales. Así se forma el carbón y los hidrocarburos. Como yacimiento mineral podemos destacar los de fosforita formados por la acumulación de los esqueletos de los peces. 3. Los combustibles fósiles 3.1. El carbón Origen y formación El carbón procede de la transformación de restos vegetales en condiciones reductoras (poco oxígeno), tras sufrir un proceso de carbonización en el que se enriquecen en carbono. La carbonización se realiza por acción de ciertas bacteria 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 nuevos aportes de sedimentos, lo que incrementa la presión y la temperatura y provoca fenómenos de diagénesis (formación de rocas sedimentarias) 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. Para que tenga lugar la formación del carbón han de darse determinadas condiciones: - Se origina en zonas con gran desarrollo de vegetación, inundadas durante largos periodos de tiempo. Página 2 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS - Se produce cuando los restos vegetales son enterrados rápidamente, lo que evita su putrefacción. - pH de las aguas bajo, ya que por encima de 5 se produce la degradación de la materia orgánica. - Profundidad tal que se evite la oxidación y se acumulen los restos vegetales. - Debe haber pocos aportes terrígenos. - Subsidencia continuada del fondo, de forma que existan condiciones uniformes a lo largo del tiempo. Las cuencas carboníferas pueden ser de grandes dimensiones, próximas al mar, como deltas, estuarios, marismas, etc.; o más pequeñas, totalmente continentales, como lagos y lagunas pantanosos. Clasificación y tipos de carbones Los carbones se pueden clasificar según tres criterios: - Según la clase de materia vegetal. - Según el nivel de impurezas. - Según el grado de evolución del carbón o rango, debido a la actividad bacteriana y a la presión y temperatura a la que han estado sometidos los restos. Según este criterio se distinguen los siguientes tipos de carbones: Turba: sustancia de color pardo oscuro, formada por fibras gruesas y flojas, en las que aún se reconocen con claridad los restos vegetales que la originaron. Es el carbón más reciente y, por tanto, el que tiene una menor proporción de carbono, por lo cual arde bien, pero su potencia calorífica es baja. Se encuentra en terrenos cuaternarios y también se está formando en la actualidad en las denominadas turberas. Se trata de lagunas de poco fondo, situadas en zonas frías y húmedas donde crecen bien distintas plantas acuáticas, especialmente algunos musgos. Lignito: es más antiguo que la turba, se formó durante las eras Mesozoica (en el Cretácico) y Cenozoica a partir de coníferas, y por tanto, tiene una mayor proporción de carbono y más poder calorífico que ésta. Es de color pardo mate, más o menos blando, con aspecto de madera quemada, pudiéndose reconocer aún la textura leñosa de las plantas que lo formaron. Hulla: procede principalmente de los grandes bosques de helechos (era Paleozoica). Presenta un color negro mate, tizna y es más rica en carbono que los carbones anteriores, teniendo una gran potencia calorífica. Antracita: procede, al igual que la hulla, de grandes bosques de helechos. Es el carbón más antiguo y por tanto, el de mayor contenido en carbono y mayor poder calorífico, aunque arde con dificultad. Tiene color negro brillante, es dura y muestra fractura concoidea. La carbonización de la antracita, debida ya a procesos metamórficos, convierte este carbón en grafito, que es carbono puro, y no se considera un carbón. Explotación y utilización del carbón La explotación se realiza por los métodos tradicionales de la minería (minas a cielo abierto y minas subterráneas). Rusia, EE.UU. y China son los mayores productores a nivel mundial. En España las principales cuencas carboníferas son las siguientes: - Antracita: en León, principalmente, Asturias, Córdoba y Palencia. - Hulla: en Asturias, la de mayor producción, León, Ciudad Real, Córdoba, Palencia y Cuenca. - Lignitos: en Cataluña, Mallorca, Teruel y La Coruña. - Turba: delta del Ebro. Página 3 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS La demanda de carbón en la actualidad es aún considerable, representa el 26% del consumo energético mundial. Los usos del carbón son: - El principal, para la obtención de energía eléctrica, en las centrales térmicas, y como combustible en la industria y en calefacciones domésticas. - Por destilación de la hulla grasa se obtiene el carbón de coque que se usa como combustible y en la industria metalúrgica en la fundición del hierro (para convertirlo en acero), gas de coque (CH4 (gas ciudad), H2, CO, CO2 y N2), amoniaco, alquitranes de hulla y otros compuestos, que se utilizan para la obtención de plásticos, fibras sintéticas, etc. - La turba se emplea como abono orgánico. - El azabache, que es una variedad de lignito, se utiliza en joyería. 3.2. El petróleo Origen y formación El petróleo es un líquido negruzco, más ligero que el agua, constituido por una mezcla de hidrocarburos líquidos que llevan en solución hidrocarburos gaseosos (metano, butano, etc.) y/o sólidos (asfaltos y betunes). Contiene además, compuestos sulfurados y nitrogenados de carácter orgánico, así como ácidos orgánicos. Se ha originado durante todas las épocas geológicas, a partir de restos de plancton marino cuyos restos se depositan en el fondo de cuencas marinas sin circulación de agua y sin oxígeno, y son transformados en un ambiente reductor, por bacterias anaerobias, en hidrocarburos. Las condiciones necesarias para la formación del petróleo son las siguientes: - Acumulación de restos de plancton. Ello requiere en primer lugar una proliferación del mismo, lo que ocurre en zonas de clima cálido, con abundancia de luz y de nutrientes, y aguas oxigenadas. En segundo lugar la muerte en masa del plancton a consecuencia de los cambios de salinidad, lo que ocurre en los grandes estuarios, albuferas, bahías, parcialmente cerradas, donde la salinidad es muy grande, y/o los cambios de temperatura, acausa de la concurrencia de corrientes a distintas temperaturas. - Pobreza de oxígeno en las profundidades, para que tenga lugar la fermentación. - Aporte de materiales detríticos que van a formar la roca madre del petróleo. El proceso se lleva a cabo de la siguiente manera: a) Formación del sapropel. La constante entrada de agua del mar en esas zonas proporciona un aporte continuo de organismos que, al ser sensibles a la salinidad, mueren en masa y sus restos se depositan en el fondo, junto con barros y arenas. La materia orgánica experimenta una fermentación por acción de bacterias anaerobias, y se forma una sustancia que recibe el nombre de sapropel (biopolímero, materia prima del petróleo). b) Formación del kerógeno. Al depositarse nuevas capas de sedimentos sobre los cienos sapropélicos, se produce un aumento de presión y temperatura y tiene lugar una diagénesis temprana en la que las arenas y barros forman la roca sedimentaria (roca madre) y el sapropel, el kerógeno. c) Formación del petróleo. Continúa la diagénesis y el Kerógeno se transforma en hidrocarburos sólidos; si la presión y la temperatura no son muy altas (por ejemplo en una cuenca lacustre) se originan las pizarras bituminosas; si, por el contrario, la presión y la temperatura son altas los hidrocarburos pesados se fragmentan y originan los hidrocarburos líquidos y gaseosos (petróleo y gas) que impregnan la roca madre (arcillas, margas, calizas). Evolución posterior del petróleo a) Migración. Normalmente el petróleo escapa de la roca madre hacia arriba. Si no existe ningún obstáculo que lo detenga, el petróleo alcanza la superficie y tiene lu- Página 4 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS gar la disipación de los hidrocarburos ligeros, mientras que los residuos sólidos (betunes) impregnan las rocas superficiales, formando las arenas asfálticas. b) Acumulación. Si durante la migración encuentra estructuras con capas impermeables (trampas petrolíferas) que detienen el desplazamiento, se acumula en las rocas porosas subyacentes, que reciben el nombre de rocas almacén (areniscas). De esta forma se origina un yacimiento petrolífero. Existen diversos tipos de tapas petrolíferas, pero las más típicas son las de anticlinal (80%) y de falla, muchas veces combinadas. El petróleo suele encontrarse asociado con gas, que emigró con él, y agua salada; estos fluidos se disponen por orden de densidad: en la parte superior de las rocas almacén se encuentra el gas, inmediatamente debajo el petróleo y en la inferior el agua salada. Explotación del petróleo El petróleo se refina, lo que consiste en una destilación fraccionada (por aumento gradual de temperatura) para la separación de los componentes según su punto de ebullición. Se obtienen distintos productos (gases y aceites) unos energéticos y otros no. Los yacimientos petrolíferos españoles son muy pocos, aunque sí hay bastantes refinerías. Entre los grandes productores a nivel mundial podemos citar Arabia Saudí, Irán, EE.UU., Rusia, Iraq, Nigeria, Venezuela, México, Ecuador, Gran Bretaña, Noruega… El petróleo es un producto de enorme importancia tanto desde el punto de vista energético como industrial. Representa el 38% del consumo energético mundial, por lo que es el combustible más utilizado siendo el de mayor poder calorífico, que es tanto mayor cuanto menor es el porcentaje de hidrocarburos pesados y por ello menor la densidad. En cuanto a los productos no energéticos, la nafta( que es una mezcla de hidrocarburos líquidos) es la materia prima de la industria petroquímica de la que se obtienen múltiples productos: plásticos, fibras sintéticas, pinturas, etc. Las ceras y parafinas como aislantes, y los asfaltos, en la construcción y carreteras. 3.3. El gas natural El llamado gas natural es una mezcla de hidrocarburos, principalmente metano, además de etano, propano y butano, y otros gases minoritarios. Puede ser gas seco, si solo contiene metano, o gas húmedo si está acompañado por los otros hidrocarburos gaseosos. Origen y localización El origen del gas es semejante al del petróleo, pero en el proceso de formación existe una mayor presión y temperatura. En la naturaleza a parece en dos tipos de yacimientos: Página 5 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS - Yacimientos de gas aislado: Son de gas seco. - Yacimientos asociados a los del petróleo, en la parte superior d elos mismos, o en disolución en la fracción líquida. Son de gas húmedo. También puede aparecer en los yacimientos de carbón, pero en este caso en poca cantidad, formando el llamado gas grisú, que resulta extremadamente peligroso en las explotaciones mineras de carbón. Explotación y utilización El refino es más sencillo que el del petróleo, se trata de separar, en el caso del gas húmedo, los distintos gases. En España los yacimientos son prácticamente inexistentes. Por lo que respecta a su utilización hoy en día el gas natural supone más de un 20% del consumo energético mundial, y la demanda cada día es mayor. Se emplea para la producción de electricidad, en las centrales térmicas, y para usos domésticos: cocinas y calefacción. También tiene gran importancia como materia prima de la industria petroquímica. 4. Impactos debidos a la explotación de los combustibles fósiles El uso de los combustibles fósiles tiene las siguientes ventajas: - Son relativamente baratos. - Tienen gran poder calorífico. - Proporcionan materias primas para la industria química. Pero su uso también tiene inconvenientes: - Agotamiento de recursos. - Degradación ambiental. 4.1. Agotamiento de los combustibles fósiles Los combustibles fósiles son recursos no renovables cuya sobreexplotación conducirá a su agotamiento. Las reservas mundiales se estiman en: - 80 años para el petróleo. - 70 años para el gas natural. - 200-300 años para el carbón. Para paliar el problema se apuntan distintas medidas: - Favorecer el desarrollo de las energías alternativas renovables (solar, eólica, etc.). - Búsqueda de nuevas fuentes de energía, como la energía nuclear de fusión y la utilización del hidrógeno como combustible. - Mejora de la eficiencia energética, lo que produce un ahorro de energía. - Fabricación de productos cuya materia prima no sea el petróleo. Por ejemplo los plásticos de origen biológico. 4.2. Degradación ambiental El uso de los combustibles fósiles es una de las principales causas de la degradación ambiental a la que cada día está expuesta la naturaleza. a) Impactos derivados de la extracción La extracción del carbón produce grave deterioro del medio ambiente, lo mismo que otros tipos de minería, producido por la remoción del terreno, la formación de socavones, la destrucción de la cobertura vegetal, el lavado del material, el ruido producido por la maquinaria, las explosiones, etc. En cuanto al petróleo y gas, los impactos son mucho menores, aunque los vertidos ocasionales causan graves problemas de contaminación, tanto de las aguas como del suelo. Las medidas paliativas frente a estos problemas son principalmente, en la minería del carbón, la restauración de terrenos y de la cobertura vegetal, y la disminución del nivel Página 6 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS de ruido, y medidas protectoras de las personas contra el mismo. En el caso del petróleo y gas, la potenciación de los controles para evitar los vertidos accidentales. b)Impactos por el transporte Al contrario que en la extracción, el transporte de los hidrocarburos presenta mayores inconvenientes que el del carbón. Los accidentes en el transporte y trasvase de crudos son numerosos, lo que unido a la limpieza de los tanques de los barcos, son causa de las mareas negras cuyos desastres ecológicos son enormes, pero evidentemente variables dependiendo de múltiples factores: cantidad, proximidad a la costa, tipo de combustible, etc. Como ejemplo podemos citar el hundimiento del Prestige en el 2002 frente a las costas de Galicia, que ha siso una de las mareas negras más importantes habidas hasta el momento en nuestro litoral y que ha supuesto enormes pérdidas ecológicas y económicas. Como medidas paliativas (aquellas que pretenden mitigar los efectos) se proponen la utilización de barcos con doble casco, controles exhaustivos de los tanques de carga, revisiones más rigurosas y frecuentes, así como la prohibición de limpieza de tanques y trasvase de crudo en alta mar. c) Impactos por el tratamiento de combustible El tratamiento del carbón produce unos impactos semejantes a los que causan otros tipos de minería. En cambio los hidrocarburos, sobre todo el petróleo, durante el proceso de refino emiten a la atmósfera gases contaminantes y sustancias tóxicas, y vertidos de residuos a las aguas. Las medidas paliativas se centran en la reducción de las emisiones de gases y otras sustancias, y vertidos de residuos, mediante el desarrollo de tecnologías apropiadas. d)Impactos derivados de su utilización Entre todos los problemas que genera la explotación de los combustibles fósiles, es la utilización la que produce los mayores impactos y de manera constante. - Genera residuos, de una parte durante el proceso de fabricación de productos por parte de la industria química, y por otra, por el uso final de determinados productos, tales como plásticos, asfaltos, aceites, etc. Por ello como medida paliativa del problema es necesario una gestión adecuada de los residuos. - Produce contaminación de tipo térmico y químico, a causa de la combustión del carbón, petróleo y gas. La contaminación térmica se produce en las centrales eléctricas, ya que se vierte agua a alta temperatura, que se ha utilizado en la refrigeración del vapor. La contaminación química, principalmente atmosférica, es producida por la emisión de: Cenizas y partículas en suspensión. Metales pesados, como el Pb, en la combustión de automóviles de gasolina sin catalizador. Numerosos gases: - CO, cuando la combustión es incompleta; y es un gas muy tóxico al unirse con la hemoglobina mejor que el oxígeno. - CO2 y CH4, que son gases con efecto invernadero. - Óxidos de azufre y nitrógeno, que producen la lluvia ácida. La combustión del gas natural no los genera, lo que es una gran ventaja frente al carbón y en menor medida frente al petróleo. Los óxidos de nitrógeno causan asimismo la destrucción de la capa de ozono. También afecta a las aguas ya que diversas sustancias volátiles presentes en la atmósfera, resultantes de la combustión, retornan de nuevo a la superficie terrestre y la contaminan. Página 7 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS Por otra parte, la utilización del gas natural presenta ciertas ventajas frente al carbón y el petróleo como son el que: - La extracción y el transporte son más fáciles. - No produce contaminantes sulfurados, responsables de la lluvia ácida; de hecho se puede considerar el combustible fósil menos contaminante. - Tiene mayor poder calorífico que el carbón, aunque algo menos que el petróleo. Como se puede apreciar, la combustión de los combustibles fósiles representa un enorme peligro ya que es la principal causa de los grandes problemas medioambientales. Por ello es preciso atenuar sus efectos mediante la adopción de medidas paliativas como: - Una mejora de la eficiencia energética. - Desarrollo de tecnologías más limpias para eliminar las emisiones de azufre y nitrógeno, y la elaboración y puesta en práctica de normativas tendentes a reducir las emisiones de dióxido de carbono. - La sustitución paulatina de los combustibles fósiles por energías alternativas, sobre todo el carbón. 5. Yacimientos endógenos El enfriamiento lento del magma provoca una diferenciación fraccionada de sus componentes minerales, los cuales van cristalizando de forma secuencial, depositándose los más densos en el fondo de la cámara magmática. De esta manera se forman los yacimientos de segregación magmática, como los de Fe, Cr, etc. Cuando el agua se introduce en las grietas y se calienta por la proximidad del magma, emerge caliente a la superficie, arrastrando minerales en disolución que originan los yacimientos hidrotermales (Cu, Pb, Zn, etc.) El metamorfismo de contacto da origen a sublimados gaseosos que emergen por las grietas de la roca encajante, enriqueciéndola de minerales, y forman los yacimientos neumatolíticos, como los de Mo,Li, etc. Frecuentemente, los minerales se encuentran rellenando grietas entre la roca encajante formando vetas minerales. Si estas vetas presentan una potencia grande, se denominan filones. 6. Explotación de los recursos minerales. Impactos derivados 5.1. Obtención y utilización de los recursos minerales La extracción de los recursos minerales se realiza mediante excavaciones o minas, que pueden ser de dos tipos: - Minas a cielo abierto: situadas en la superficie, se utilizan en yacimientos poco profundos, tras la retirada de las capas que los recubren. Son semejantes a las canteras, de donde se extraen las rocas útiles. - Minas subterráneas: para extraer los minerales que se localizan en yacimientos profundos, para lo cual es necesaria la construcción de pozos verticales y galerías horizontales. En consecuencia, aunque los impactos ambientales sean menores, los costes económicos son mayores que en el caso anterior. Considerando que todos los recursos minerales son no renovables, los principales impactos generados son su agotamiento y el impacto de la minería. 6.1. Agotamiento de los recursos minerales Parece obvia la necesidad de una adecuada planificación para la explotación de los recursos minerales, con medidas paliativas, frente al problema de su agotamiento, que pueden centrarse en cuatro frentes: - Medidas de ahorro, racionalizando el consumo y mejorando las tecnologías para su extracción y utilización. Página 8 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS - Aumento de las reservas, mediante la búsqueda de nuevos yacimientos y nuevas tecnologías que permitan la explotación rentable de recursos que actualmente no lo son. - Sustitución de los materiales minerales escasos por otros como, por ejemplo, polímeros orgánicos, cerámicas, fibras ópticas, etc. - Reciclaje, sobre todo de ciertos metales. Pero, en general, las tecnologías actuales no permiten la recuperación de metales puros, sino que se obtienen en forma de aleaciones como, por ejemplo, la mayor parte del cobre y del cinc que se recuperan en forma de latón (aleación de cobre y cinc) y bronce (aleación de cobre y estaño). Cabe esperar la superación tecnológica de tal inconveniente. 6.2. Impacto ambiental de la minería En toda mina, ya sea a cielo abierto o subterránea, se diferencian dos zonas: - Área de explotación: es el lugar donde se realizan las excavaciones para extraer el mineral de su yacimiento. - Zonas adyacentes: constituidas por las vías de acceso, plantas de tratamiento del mineral, escombreras, áreas de servicios, etc. Todo ello conlleva importantes efectos negativos, siendo la minería una de las actividades en que la legislación obliga a realizar una Evaluación de Impacto Ambiental, como medida preventiva. El consiguiente Estudio de Impacto Ambiental debe incluir los factores afectados (suelo, agua, etc.), las alteraciones previstas (pérdida de suelo, impacto paisajístico, contaminación de acuíferos, etc.), y las medidas a adoptar, tanto paliativas, o encaminadas a disminuir los efectos negativos, como de restitución, es decir, de recuperación de la zona al cesar la explotación. El coste de dichas medidas debe incluirse en el total del proyecto y, si es excesivamente elevado, éste se considera inviable. La minería provoca impactos tanto sobre el medio físico, como sobre el medio biológico (flora y fauna) y el medio social. Impactos sobre el medio físico Pueden ser de dos tipos: transitorios, como la emisión de polvo, y permanentes o residuales, como socavones y escombreras, que alteran la topografía y morfología originales del terreno. El impacto más espectacular, aunque normalmente no es el más intenso, es el impacto visual sobre el paisaje, que depende de tres factores: calidad intrínseca del paisaje; fragilidad o capacidad para absorber el impacto, que es menor en terrenos abruptos; y cuenca visual o área desde donde es perceptible el impacto, que puede reducirse utilizando una parte de la explotación como pantalla. IMPACTOS AMBIENTALES DE LA MINERÍA SOBRE EL MEDIO FÍSICO Factores afectaAlteraciones producidas Medidas paliativas y de resdos titución Atmósfera •Contaminación por polvo •Medidores de contaminay gases Mayor a cielo ción atmosférica. abierto *medidores de ruido. Panta*Contaminación acústica llas artificiales o arbóreas. (maquinarias y voladuras) Aguas •Cambios en la circulación hidrológica. •Restauración de la red de *Contaminación de aguas superficiales y subterrá- drenaje. neas (lavado de minerales, escorrentías de es*Depuración de las aguas combreras…). contaminadas (balsas de decantación, plantas depuradoras). Suelo •Eliminación del mismo •Retirada antes, y reposición Página 9 TEMA 12 Morfología y paisaje RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS -Impacto visual por: •Escombreras. *Destrucción de cobertura vegetal (mayor a cielo abierto). □socavones (mayor a cielo abierto). ▪Hundimientos (mayor en m. subterránea). ◌Vías de acceso. tras la actividad. •Modificación de su uso. -Recuperación del paisaje: •Almacenamiento definitivo. *Revegetación. □Restitución del relieve. ▪Relleno de huecos. ◌Restitución del paisaje. Impactos sobre el medio biológico Las actividades mineras alteran los ecosistemas pues afectan al biotopo, además de perturbar y/o eliminar la fauna y destruir la cobertura vegetal. Es necesario realizar una revegetación con especies adecuadas, evitando la sustitución de especies autóctonas por otras que, aunque en principio puedan favorecer una recuperación del paisaje rápida, podrían alterar totalmente el ecosistema. Impactos sobre el medio social La instalación de una explotación minera influye profundamente sobre las condiciones, y la calidad de vida, de los habitantes de la zona. Se producen importantes cambios demográficos, con un notable aumento de la población durante la explotación, y una drástica reducción después. Ello puede traducirse en desajustes entre los servicios existentes y los demandados, fuertes variaciones en el poder adquisitivo al oscilar sueldos y precios, etc. Para reducir tales efectos debe realizarse una planificación de los servicios necesarios, así como de actividades productivas alternativas con el fin de evitar la pérdida de población al cesar la explotación. 7. Combustibles nucleares La energía nuclear es debida a dos tipos de reacciones nucleares, de fusión y de fisión, esta última es la única actualmente explotable. 5.1. Explotación de la energía nuclear Origen de la energía de fisión Radica en la división del núcleo de un elemento químico pesado y fisible, originándose núcleos de elementos más ligeros, con pérdida de masa, lo que conlleva la liberación de mucha energía, según la conocida fórmula de Einstein: E= mc2. Tales procesos pueden inducirse artificialmente, con el fin de obtener energía a escala industrial, mediante el bombardeo con neutrones. Por ejemplo: [Núcleo de Uranio-235 + neutrón →núcleo de Kryptón-92 + núcleo de Bario-141 +2 ó 3 neutrones + energía] Como en el proceso se generan neutrones, que pueden romper otros átomos, se produce una reacción en cadena que, una vez comenzada por el bombardeo inicial, continúa por sí sola. El resultado es una gran cantidad de energía que, si se libera incontroladamente, da lugar a una explosión nuclear. Por tanto, para su explotación, es necesario <<enfriar>> y controlar la reacción, lo que se consigue en los reactores nucleares. Obtención del combustible nuclear El combustible más usado es el U235, que es un isótopo raro del uranio. Se obtiene del mineral uraninita o pechblenda [UO2] que es relativamente abundante, pero se encuentra muy dispersa; sus yacimientos se encuentran en todo tipo de rocas. En España existen en diversos lugares. Página 10 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS El mineral extraído es procesado en la mina y luego transportado a plantas de enriquecimiento desde donde se envía a fábricas de combustible nuclear, donde ya se obtiene el combustible utilizado en las centrales nucleares. Durante la reacción en los reactores nucleares, parte de los neutrones liberados son capturados por el U238, formándose Plutonio-239, que es un isótopo fisible. El Plutonio-239 puede ser recuperado en plantas de reprocesamiento para su posterior aprovechamiento. En nuestro país no hay plantas de enriquecimiento ni de reprocesamiento, pero sí una de combustible nuclear [en Juzbado (Salamanca)] Constitución de un reactor nuclear 1. Nucleo 5. Vasija 9. Condensador 2. Barras de control 6. Turbina 10. Agua de refrigeración 3. Generador de vapor 7. Alternador 11. Contención de hormigón 4. Presionador 8. Bomba Sus componentes más importantes son: - Núcleo del reactor: lugar donde se produce la reacción y, por tanto, donde se genera el calor. Va alojado en una vasija resistente a la presión, dentro de un búnker de hormigón que, a su vez, está encerrado en un edificio de hormigón armado diseñado para impedir fugas de fluidos radiactivos, en caso de accidente. - Combustible: alojado en el núcleo. Está constituido por uranio enriquecido en el isótopo 235. - Moderador: introducido entre el combustible nuclear, absorbe neutrones y reduce su energía, con lo que <<enfría>> la reacción. A tal fin puede utilizarse agua corriente [(75% de los reactores)], grafito sólido [(20%)] o agua pesada [(5%)]. - Barras de control: constituidas de diferentes materiales, como cadmio, que absorben neutrones. Al ser móviles, permiten controlar la velocidad de la reacción nuclear, sacándolas o metiéndolas en el núcleo; para detener la reacción, cuando hay que cambiar el combustible o en caso de accidente, las barras se introducen hasta el fondo del núcleo. - Fluido refrigerante: extrae el calor generado en el núcleo del reactor, y puede utilizarse para ello helio, dióxido de carbono, agua corriente o agua pesada. La mayoría de las actuales centrales nucleares tienen reactores de agua a presión donde, para reducir las posibilidades de escape de la radiactividad, el agua refrigerante se dispone en dos circuitos: Circuito primario: el fluido a alta presión, para que no hierva, entra en contacto con el núcleo, por lo que permanece confinado dentro del reactor y se recicla constantemente. Circuito secundario: el fluido que contiene enfría al del circuito primario y, con el calor absorbido, se origina vapor de agua que mueve unas turbinas y, así, se genera energía eléctrica. Además, para enfriar y licuar el vapor procedente del secundario, en la central hay un tercer circuito, en el cual ya el agua entra del medio y es eliminada al mismo. Página 11 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS Utilización de la energía nuclear La energía nuclear tiene numerosas aplicaciones: medicina, investigación, submarinos nucleares, armamento, etc. Pero su uso principal es la producción de electricidad en las grandes centrales nucleares, que generan cerca del 17% del total de energía eléctrica consumida a nivel mundial (en España, más del 30%). Los principales impactos ambientales, derivados de su utilización, son: el agotamiento del combustible nuclear, la contaminación térmica y radiactiva y, sobre todo, la acumulación de residuos nucleares que son radiactivos. 7.1. Agotamiento de recursos y contaminación Agotamiento de los recursos nucleares El mineral de uranio es un recurso no renovable. [Su cuantía se calcula en más de 5 millones de toneladas, pero las reservas económicamente explotables se reducen a unos dos millones de toneladas por lo que, al ritmo de consumo actual], su agotamiento está previsto en un plazo que ronda los 60 años. Las medidas a adoptar serían: estrategias generales de ahorro energético y desarrollo de nuevas tecnologías, en el diseño de los reactores y en los procesos de reciclado, para extraer una mayor proporción de la energía contenida en el uranio. Contaminación térmica Las centrales nucleares vierten grandes caudales de agua caliente, que va a parar a los ríos y embalses. Los efectos son cambios en el microclima de la zona, que se torna más cálido y húmedo, y la consiguiente alteración de los ecosistemas. Actualmente, no se dispone de medidas realmente eficaces para evitar este problema y que, en el caso de las centrales nucleares, es más general que el de la contaminación radiactiva. Contaminación radiactiva Causada por la emisión de partículas (alfa y beta) o radiaciones (rayos X o rayos gamma) ionizantes. Las radiaciones tienen mayor capacidad de penetración, y por tanto son más peligrosas, que las partículas. Las de menor penetración son las partículas alfa, pero también resultan muy dañinas si acceden al interior del organismo, por inhalación o ingestión. Sus efectos perjudiciales derivan de su poder ionizante, por lo que alteran muy diversos procesos biológicos y son causas de mutaciones. La intensidad de los daños provocados depende del tipo de radiación, de la cantidad de energía absorbida y de la parte de cuerpo afectada. Sus fuentes potenciales son: - Extracción del mineral y su procesamiento en la mina, que conlleva la dispersión en el medio de minerales y elementos radiactivos. - Transporte de productos radiactivos, cuyo tráfico es considerable debido a la dispersión geográfica de las instalaciones: minasplantas de enriquecimientofábricas de combustiblecentrales nucleares ↔ plantas de reprocesamientocentros de almacenamiento de residuos. - Funcionamiento de las diversas instalaciones radiactivas, especialmente de las centrales nucleares. - Centros de almacenamiento de residuos radiactivos (cementerios nucleares). Excepto durante la extracción del mineral, en el resto de los procesos la liberación de radiactividad únicamente sería consecuencia de accidentes y escapes, debidos a fallos en los sistemas de seguridad. Sin embargo, a pesar de que no son muchos los accidentes importantes que han ocurrido, sus consecuencias pueden ser tan graves que la energía nuclear suscita una fuerte contestación social. Frente a esto se intenta extremar y mejorar las mePágina 12 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS didas de seguridad, además de elaborar planes de emergencia para caso de accidente. En nuestro país, además de los existentes en las propias instalaciones nucleares, hay planes de emergencia en cada provincia con centrales nucleares (Burgos, Cáceres, Guadalajara, Tarragona y Valencia). 7.2. Residuos radiactivos Se considera residuo radiactivo (RR) cualquier material de desecho, sin utilidad, que contenga radionúcleidos, por lo que emite partículas o radiaciones ionizantes, en concentraciones superiores a las permitidas. Las causas de su peligrosidad radican en que no pueden ser destruidos, y sus emisiones sólo cesan al acabar su vida media; como pueden introducirse en las cadenas tróficas, afectan a todo el ecosistema. De hecho, la acumulación de residuos radiactivos es el principal problema derivado de la utilización de la energía nuclear. Origen de los RR Diversas actividades (industriales, sanitarias, de investigación, etc.) originan RR, que son de baja actividad. Pero en su mayor parte proceden de las centrales nucleares. Por tanto, su procedencia puede ser: - La extracción del mineral, actividad en la que se generan restos de rocas de bajo contenido en radionucleidos. - El procesamiento del mineral, para obtener combustible enriquecido, que genera residuos líquidos contaminados. - El funcionamiento de la central nuclear ya que, al cabo de tres o cuatro años de uso, la concentración de U235 del combustible es demasiado baja para mantener la reacción. El combustible agotado puede considerarse ya como un RR o reprocesarse para extraer el plutonio utilizable, originándose también RR como resultado del tratamiento. Clasificación de los RR Se puede realizar de acuerdo con diferentes criterios: por su origen, su estado físico, su actividad (baja, media o alta), su vida media (corta o larga), radiotoxicidad (baja, moderada, alta o muy alta). De la consideración de varios criterios, resulta una clasificación en tres categorías: A (los menos peligrosos), B y C (aunque constituyen sólo un 1% del total, su peligrosidad es máxima). Clasificación de los RR Categoría Actividad Vida media Procedencia A -Baja o media. -Corta Centros de investigación, -Emisores de partículas beta y raminería y centrales nucleayos gamma res. B -Baja o media. -Larga Agotamiento del combusti-Emisores de partículas alfa. ble nuclear. C -Alta. -Larga Plantas de reprocesamiento -Emisores de partículas alfa y beta del combustible nuclear y y de rayos gamma. armamento nuclear. Gestión de los RR Comprende dos aspectos clave: - Inmovilización o conversión de los residuos en sólidos estables mediante su inclusión en matrices (cemento, vidrio, etc.) - Confinamiento durante largo tiempo, en cementerios nucleares, lugares con barreras apropiadas para evitar el retorno de los radioisótopos al medio antes de que su actividad haya alcanzado el nivel natural de radiación. Página 13 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS Los más peligrosos (B y C), antes de ser almacenados en los cementerios nucleares deben ser almacenados temporalmente en piscinas, situadas en los reactores de la propia central, donde van perdiendo actividad, desde donde se trasladan a un almacén temporal centralizado, en seco, donde siguen perdiendo actividad, y finalmente se plantea su almacenamiento definitivo en cementerios nucleares. Entre las diversas opciones de cementerios nucleares parece ser que se impone el denominado Almacenamiento Geológico Profundo (AGP) en formaciones geológicas continentales. Las zonas en cuestión han de ser tectónicamente estables, su grado geotérmico no ha de ser superior a lo normal y no deben contener aguas subterráneas. Así se contempla su emplazamiento en macizos graníticos, domos salinos profundos (antiguas minas de sal) o cenizas volcánicas consolidadas. Problemas de los AGP - Geológicos: a tan largo plazo (100 000 años), es imposible asegurar la estabilidad tectónica de una zona, ni tampoco saber cómo puede evolucionar el clima, la circulación de las aguas, etc. - Técnicos: la resistencia de las formaciones geológicas se verá afectada por la propia construcción del cementerio en ellas. - Políticos y sociales: derivados del rechazo social que suscita el emplazamiento de tales instalaciones. - Éticos: la decisión del emplazamiento se adopta sin contar con la población afectada. Incluso hay gobiernos que aceptan almacenar en su territorio RR de otros países, a cambio de una compensación económica. Además, tales decisiones afectarán a futuras generaciones, que padecerán los inconvenientes de la actual tecnología nuclear sin haberse beneficiado de ella. 8. Energía geotérmica 6.1. Origen y tipos de yacimientos geotérmicos Su origen es el calor interno de la Tierra, que puede permitirnos obtener agua caliente y vapor de agua. Para que sea útil, la energía geotérmica debe estar concentrada en puntos de temperatura alta, pero accesibles con las técnicas disponibles de perforación de pozos; se considera que el límite, para una explotación rentable, se sitúa en torno a los 3 km de profundidad. Por tanto, han de ser lugares de gradiente geotérmico anormalmente elevado, por lo que son zonas de actividad ígnea, es decir, situadas sobre un punto caliente o en los límites entre placas. Existen varios tipos de yacimientos geotérmicos: - Manantiales termales y géiseres: son fuentes de agua subterránea, que se ha calentado en contacto con rocas calientes y que, de manera natural, emerge a la superficie a través de grietas, a temperaturas cercanas al punto de ebullición. Han sido los primeros yacimientos geotérmicos que se han explotado. - De agua caliente profunda: depósitos de agua subterránea muy caliente, incluso a más de 300ºC, en zonas relativamente profundas, por lo que deben explotarse mediante perforaciones. - De roca seca caliente: formadas en fechas relativamente recientes como para que esté aún bastante caliente (unos 300ºC), y a profundidades accesibles. 8.1. Explotación de la energía geotérmica El agua caliente y el vapor de agua de un yacimiento geotérmico pueden aprovecharse directamente para calefacciones, invernaderos, balnearios, etc., o bien el calor puede convertirse en electricidad. Para ello, y en el caso de la existencia de un acuífero, la forma más generalizada de explotación consiste en perforar dos pozos: un pozo de extracción del agua caliente que, al alcanzar la superficie y disminuir la presión, se convierte en vapor, el cual alimenta turbinas generadoras de electricidad; u otro pozo de inyección, para inyectar agua fría con que recargar el acuífero y evitar su agotamiento. Ventajas de la energía geotérmica: Página 14 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS - Se considera renovable, al ser inagotable a escala humana. - Es una energía limpia, no contaminante. - Es relativamente barata, pues el coste de las instalaciones no es muy alto. - Se trata de un recurso abundante en bastantes países en vías de desarrollo y, a veces, la única fuente importante de energía autóctona. Inconvenientes de la energía geotérmica: - A pesar de la recarga de los acuíferos, el nivel del agua subterránea puede descender hasta tornar improductivo el yacimiento. - Los yacimientos se sitúan en zonas muy concretas y, aunque la electricidad generada puede exportarse, la utilización directa con fines domésticos es estrictamente local. - El número de yacimientos es limitado. Se calcula que sólo se podría satisfacer del 1 al 2% de la demanda energética mundial. - Parece poco probable que llegue a ser competitiva frente a otras fuentes alternativas de energía, como la solar o la eólica. PREGUNTAS TEMA 1- Combustibles fósiles: concepto, tipos, características y origen de los mismos 2- Energía nuclear: origen, tipos y explotación. Contaminación térmica y radiactiva. 3- Energía nuclear. Riesgos e impactos de su uso PREGUNTAS CORTAS SELECTIVIDAD 1- Diferencias entre recurso y reserva mineral 2- Describa algunos impactos derivados de la explotación de los recursos minerales 3- ¿Qué es y cómo se obtiene la energía geotérmica? 4- Cite algunos lugares de España donde sea posible la explotación de la energía geotérmica. Razone la respuesta 5- Ventajas e inconvenientes de la explotación minera subterránea 6- Ventajas e inconvenientes de la explotación minera a “cielo abierto”. 7- ¿Cuáles son los contaminantes de una central térmica si está diseñada para trabajar a partir de carbón? 8- Diferencias entre fisión nuclear y fusión nuclear PREGUNTAS APLICACIÓN 1- Página 15 TEMA 12 RECURSOS DE LA GEOSFERA Y SUS RESEVAS a) Estas gráficas representan la historia de la explotación del carbón en la principal empresa minera asturiana en el período de 1986 a 1997. ¿Qué conclusiones se obtienen? Indique algunas causas que puedan explicar dichas conclusiones. Según estos datos, ¿cuáles pueden ser las previsiones para el futuro de la explotación del carbón en Asturias? b) Indique qué tipo de recurso es el carbón, su forma de explotación y el uso actual más frecuente en España. c) Señale los impactos ambientales y los efectos perjudiciales para la salud más comunes derivados del proceso de explotación del carbón y su uso como fuente energética. 2- Es, sobre todo, a partir de la Revolución Industrial cuando el hombre ha necesitado, de forma masiva, grandes cantidades de energía, obteniéndola, fundamentalmente, de los combustibles fósiles. Después de la Segunda Guerra Mundial cobran gran importancia las centrales nucleares, como sistemas de obtención de electricidad, que proporcionan la energía requerida por una industria y una población en continuo crecimiento. a) ¿A qué tipos de energía se refiere el texto? ¿Cuál es el origen de los combustibles fósiles? b) ¿Qué problemas acarrea el uso de las energías que se mencionan en el texto? c) ¿Qué se puede hacer para consumir menos energía en nuestros hogares y actividades cotidianas? 3- Vertidos en el Sur En Jaén se encuentra uno de los pocos almacenes de residuos radiactivos de España. Está localizado en un espacio de la localidad de Andújar casi en el interior del casco urbano. Se han depositado toneladas a lo largo del tiempo, formando una pequeña montaña de residuos, que ha sido cuestionada por organizaciones políticas, científicas y ecologistas. Numerosos vecinos de la localidad se han sometido a pruebas especiales para detectar diversos tipos de cáncer. Merche S. Calle a) Considere las circunstancias actuales de la energía nuclear y sus posibilidades futuras. b) ¿Existen otros riesgos, además de los citados en el texto? Justifique su respuesta. c) Cite las etapas de producción de residuos radiactivos. Si tenemos que almacenar los residuos radiactivos, ¿qué requisitos deberían cumplir estos almacenes? 4- En la figura siguiente se presenta el esquema de una cantera a cielo abierto. Según este dibujo, responda a las siguientes cuestiones: a) Explique el concepto de árido y sus posibles usos. b) Señale los efectos medioambientales que una cantera de estas características puede ocasionar en la fase de explotación y después de esta. c) Indique posibles medidas correctoras. Página 16